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金属材料任务三之活动4讲述
2017-4-10
1
金属材料与热处理
任务三 铁碳合金
碳素钢
建议:4课时
学习活动4
学习目的与要求
熟悉并掌握碳素钢的含碳量及其力学性能和工艺性能
了解、熟悉并掌握钢中常存元素及其对性能的影响
熟悉并掌握碳素钢的分类(碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸造碳钢)和碳素钢的牌号及用途
学习重点与难点
熟悉并掌握碳素钢的含碳量及其力学性能和工艺性能
了解、熟悉并掌握钢中常存元素及其对性能的影响
钢中常存元素及其对性能的影响、碳素钢的牌号及用途
碳素钢简称碳钢,是最基本的铁碳合金。在冶炼时没有特意加入合金元素,且含碳量在0.0218%~2.11%之间。碳钢容易冶炼,价格便宜,具有较好的力学性能和优良的工艺性能,可满足一般机械零件、工具和日常轻工业产品的使用要求。
一、钢铁材料的生产过程
铁矿石 生铁 钢锭 型材
铸铁
(钢板、型钢、钢管)
轧制、挤压、拉拔、锻造
等压力加工方法
1、生铁的冶炼
原料:铁矿石
燃料:焦炭
熔剂:石灰石
设备:高炉
2、钢的冶炼
原料:生铁、废钢
燃料:焦炭
熔剂:石灰石;氧化剂,脱氧剂
设备:电弧炉
高炉
电弧炉
二、钢的分类
钢
碳素钢
合金钢
1、按含碳量分
2、按质量和用途分
易切削结构钢
低碳钢 0.0218 % C 0.25%
中碳钢 0.25 % C 0.6%
高碳钢 0.6% C2.11%
碳素结构钢
优质碳素结构钢
碳素工具钢
铸钢
按化学成分:
低、中、高碳钢: Wc=
0.25%;0.25%~0.6%;0.6%~
用 途:结构钢 工具钢
质 量:优质、高级优质、普通;( S、P)
三、钢中常存元素及其对性能的影响
少量的锰、硅、硫、磷及微量的氧、氢、氮等元素,它们会影响到钢的质量和性能。
(一)锰的影响
脱氧剂。 有益元素,碳钢中不超过0.8%,
(1)固溶强化;
(2)形成MnS,消除硫的有害影响。
(二)硅的影响
脱氧剂,有益元素,碳钢中含量不超过0.5%,固溶强化。
(三)硫的影响
有害元素,矿石和燃料带入。
以FeS夹杂物形式存在晶界上 → “热脆”,
原因:形成Fe+FeS共晶,熔点为989℃,低于热加工的加热温度1150℃,而导致热加工时开裂。
若钢中含氧量高时,还会形成熔点更低(940℃)的Fe+FeO+FeS三相共晶,危害更大。
防止热脆:加入适当的Mn,由于Mn与S的化学亲和力大于Fe,优先形成MnS,MnS的熔点为1600℃,高于热加工温度,避免了热脆的发生。
(四)磷的影响
有害杂质元素,矿石和生铁等炼钢原料带入。
磷在钢中固溶强化作用很强,但同时剧烈地降低钢的韧性,尤其是低温韧性,称为“冷脆”。
(五)氮、氢、氧等微量气体的影响
1、氮会引起钢的时效。即低碳钢在径过快速冷却或冷形变后,在随后放置的过程中,硬度升高而塑性降低的现象。
2、氢会引起氢脆和白点,使材料的韧性大大降低,是非常严重的缺陷。
3、氧主要以各种氧化物夹杂物存在于钢中,如FeO、A12O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等,对钢的塑性、韧性、疲劳强度等影响很大。
钢中常用的有益元素有??有什么益?
钢中常用的有害元素有??有什么害?
想一想
四、碳钢编号:反映----成分、用途
1、普通碳素结构钢(含碳量---0.06%~0.4%)——性能要求
特殊结构钢是工程中应用最多的钢种,其产量约占钢总产量的70%~80%。特殊结构钢的杂质和非金属夹杂物较多,当但冶炼容易,工艺性好,价格便宜,产量大,性能上能满足一般工程结构及普通零件要求,因而应用普遍。特殊结构钢可轧制成钢板和各种型材,用于厂房、桥梁、船舶等建筑结构或受力不大的机械类零件。
GB700---1988规定,碳素结构钢牌号由四部分组成
屈服强度字母 Q---“屈”拼音字母字头
屈服强度数值 单位MPa
质量等级符号 A、B、C、D,从A到D一次提高
脱氧方法符号 F--沸腾钢、b---半镇静钢、 Z—镇静钢、TZ---特殊镇静钢;
Z、TZ在钢组成表示方法中可以省略。
碳素结构钢牌号共有五种: Q195、Q215、Q235、Q255、Q275;其化学成分、力学性能见教材P60表3—6.
与旧标准的对比: Q235≈A3 -----构件用钢
牌号:Q+屈服点数值
如 Q235-A·F-----屈服强度为235MPa的A级沸腾钢
2、优质碳素结构钢(含碳量----0.06%~0.70%)
1)优质碳素结构钢的牌号是按化学成分和力学性能确定的。钢中所含S、P及非金属夹杂物较少,常用于制造重要的
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