材料科学基础-第10章1.ppt

Chapter 10 钢铁材料 Chapter Outline 10.1钢的分类与编号 10.2合金元素在钢中的主要作用 10.3 合金结构钢 10.4 合金工具钢 10.5 特殊性能钢 10.6 铸铁 10.1 钢的分类与编号 10.1.1 钢的分类 . 10.1.1 钢的分类 10.1.1 钢的分类 10.1.2 钢的编号 1.普通碳素结构钢 10.1.2 钢的编号 新编号 2.优质碳素结构钢 3.碳素工具钢 4.合金结构钢 5.合金工具钢 6.不锈钢与耐热钢 10.2 合金元素在钢中的主要作用 10.2.1 合金元素在钢中的存在形式 四种存在形式： 溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在。 形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体、形成特殊碳化物或金属间化合物等。 形成非金属夹杂物，如与O、N、S作用形成氧化物、氮化物和硫化物等。 有些元素如Pb、Cu等既不溶于铁，也不形成化合物，而是在钢中以游离状态存在。在高碳钢中碳有时也以自由状态(石墨)存在。 10.2.2 合金元素与铁和碳的相互作用 （1）无限扩大γ区型 ： Mn、Ni、Co等。 （2）有限扩大γ区型 ： C、N、Cu、Zn等。 （3）封闭γ区、无限扩大α区型 ：Si、Cr、W、Mo、P、V、Ti、Al、Be （4）缩小γ区，但不使γ区封闭型：B、Nb、Ta、Zr等。 2. 合金元素与碳的相互作用 （1）非碳化物形成元素： Ni、Si、Co、Al、Cu等，以溶入α-Fe或γ-Fe中的形式存在。 （2）碳化物形成元素 ： 合金元素形成碳化物的稳定程度由强到弱的排列次序为：Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Fe，其中的Ti、Zr、V、Nb为强碳化物形成元素， 10.2.3 合金元素对相变的影响 1.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 （1）对奥氏体相区的影响 扩大γ 相区的元素，均使S点左移、A3线下降； 凡是缩小γ相区的元素，均使A3线上升， （2）对S点（共析）和 E点（共晶）的影响 几乎所有的合金元素都使S点和 E点向左移，即移向低碳方向。 2. 合金元素对钢加热转变的影响 对奥氏体化，晶粒度影响 （3）合金元素对马氏体转变的影响 除Co、Al之外，大多数固溶于奥氏体的合金元素均使MS温度下降，并增加残余奥氏体量，其中碳的作用最强烈，其次是Mn、Cr、Ni，再次为Mo、W、Si。 4.合金元素对淬火钢回火转变的影响 （1）对马氏体分解的影响 （2）对残余奥氏体转变的影响 （3）对碳化物的形成、聚集和长大的影响 （4）对铁素体回复再结晶的影响 （5）对回火脆性的影响 10.2 合金结构钢（alloy structural steel） 10.2.1 低合金高强度钢 （普通低合金结构钢） (1)工作条件与性能要求 不作相对运动，承受长期静载荷→高强度 有一定使用温度要求→良好的低温韧性（低的韧-脆转变温度）。 制造过程中要进行冷变形加工→良好的工艺性能 许多大型工程结构在潮湿大气（桥梁）、特别是在海洋气氛环境中（船舶）工作→良好的耐蚀性。 2. 成分特点 含碳量 含碳量一般低于0.2%，以保证良好的焊接性、冷成型性和低温韧性。 合金元素 主加元素：Mn（国外以Cr、Ni为主），最高含锰量可达1.8%。主要作用是强化铁素体，提高强度和韧性。 辅加元素： V、Ti、Mo、Nb、B等元素（少量）。细化铁素体晶粒，第二相强化，使钢的强度与韧性都得到改善。 P、Cu：提高钢的耐大气腐蚀能力。 3. 热处理特点 通常在热轧退火（或正火）状态下使用。在进行焊接工序后，一般不再热处理。组织为F＋少量P（或S）。 10.3.2易切削钢 1.工作条件与性能要求 易切削钢的好坏反映材料被加工的难易程度。性能要求很单一，就是要具有良好的切削加工性能。希望在高速切削下，切屑易断，刀具磨损小，并能提高表面加工质量。 2.成分特点 碳和锰的含量是两个影响很大的因素，在一定硬度下，增加碳锰含量将改善切削性；超过一定硬度时，继续增加碳锰含量，切削加工性反而变差。 加入S、Pb、Ca、P等元素可使钢的切削性能得到改善。 3.常见的易切削结构钢 Y12、Y15、Y20：用于在自动机床上加工制造标准件螺钉、螺帽、销子等。 Y30 、Y40Mn用于制造不易加工的承受负荷较高的零件，可进行调质处理，如高强度螺栓。 10.3.3 渗碳钢 1.工作条件与性能要求 以汽车、拖拉机上的变速齿轮为例。受力情况很复杂。 齿根部承受交变的弯曲应力，会沿齿根断裂。 啮合传动时，齿面相互接触一并有滑动，存在接触疲劳（麻点或剥落