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绪论 机械工程学院 第七章 钢铁材料 概念:钢铁材料是工业上对钢和铸铁的总称，两者均是FE-C合金。一般以在凝固时是否发生共晶反应（~2%C）作为二者的界限。 依据是否含有合金元素，可分为碳钢和合金钢。 碳钢是工程上应用最广（90%）的材料。 铸铁虽综合性能较钢差，但由于其自身的一些特殊性能（如优良的铸造、切削加工及减震减磨性能以及生产方便、价格低廉，也是一种重要的金属材料。 第七章 钢铁材料—钢中常存杂质元素及其对性能的影响 钢中杂质元素的来源 在冶炼（炼铁、炼钢）过程中，由原料（铁矿石、废钢铁、脱氧剂等）、燃料（焦碳等）、熔剂（石灰石等）、耐火材料等带入又不能完全除尽的少量杂质元素，如Si、Mn、S、P、H、O等。 第七章 钢铁材料—钢中常存杂质元素及其对性能的影响 Si和Mn的影响 均可溶入Ｆ使钢的强度、硬度提高—固溶强化作用，但同时显著降低钢的塑韧性。 硅与氧易形成脆性夹杂物，损害性能。 锰可结合硫形成塑性夹杂物，降低Ｓ的有害作用—热脆，但MnS过多也会恶化性能 控制：SI%小于0.5%; Mn%小于0.8%。 第七章 钢铁材料—钢中常存杂质元素及其对性能的影响 S和P的影响 S不溶于铁，生成FeS与FE形成低熔点共晶（989度）形式存于奥氏体晶界，在热加工（如锻造）时可能熔化而造成开裂—热裂 P主要溶于F中，明显提高强度硬度，但大幅降低塑韧性，尤其是冷脆转化温度提高；形成的Fe3P极脆，偏析于晶界增加脆性—冷脆 一般有害，严加控制。 第七章 钢铁材料—钢中常存杂质元素及其对性能的影响 气体元素的影响 H在钢中含量极微，但危害极大—氢脆。微裂纹：白点。多出现在大型锻轧件中。 N溶于F中会引起应变时效，对锅炉、化工容器不利；但可与Al、V、Ti、Nb等形成弥散分布的氮化物，细化晶粒提高强韧性，并降低应变时效作用。 O少部分溶于F中，大部分与各种氧化物夹杂形式存在，降低强度塑性和韧性，尤其是疲劳性能。有害，故炼钢时须脱氧。 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 几个概念： 合金化：加入适当化学元素来改变金属性能的方法。 思考： 为什么要进行合金化？ 为了弥补碳钢不足、追求更高力学性能和获得某些特殊性能（如耐热、耐蚀等）。 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 合金元素(用Me表示）：为了确定的目的而人为地在钢中加入的含量在一定范围的化学元素。 辨析： 合金元素与杂质元素没有确定的界限。为着一定目的有意识地加入并起到好作用的称为合金元素；对特定性能有害力图去除的称为杂质元素。 合金钢：在普通碳钢中加入了合金元素的钢。 根据合金元素添加量的不同，又可分为低合金钢（低于5% Me ）、中合金钢（5~10% Me ）和高合金钢（大于10% Me ）。 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中的存在形式： 形成固溶体： 几乎所有Me都可以溶质的形式溶入F、P和M等中，产生固溶强化作用，使钢的强度硬度提高，同时使塑性韧性降低。但一般说来，这不是Me最重要的作用。 惟有NI，在增加强度硬度的同时可提高韧性—重要的战略物资。 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 合金元素对硬度和韧性的影响 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 形成化合物： Me可与钢中的C、其他合金元素及常存杂质形成各种化合物，其中与C形成的碳化物最为重要。 根据Me与C是否形成碳化物（取决于与Fe相比与C的亲和力的大小），可将Me分为碳化物形成元素(Zr,Ti,Nb,V,W,Mo,Cr,Mn,Fe)和非碳化物形成元素(Ni,Si,Co,Al)。 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 化合物种类：合金渗碳体（（Fe，Mn）3C）及特殊碳化物（VC，TIC，WC，MoC，Cr7C3，Cr23C6等）。 这些碳化物尤其是特殊碳化物均具有高的硬度和强度且可控制弥散分布，对钢的性能的影响十分重要。 还可游离存在：如铅、铜等，既不溶也不形成化合物。一般应避免。 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 对相图的影响 Ni，Mn，Co，N等元素扩大奥氏体相区使A1、A3点降低，含量足够高时可使A3温度降低至室温以下，形成单相奥氏体组织，即奥氏体钢。如ZGMn13，1Cr18NI9等。 Si，Cr，W，Mo，V，Ti等元素扩大铁素体相区使A1、A3点升高。含量足够高时可形成单相铁素体组织，即铁素体钢。 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 Mn和Cr对相图的影响： 第七章 钢铁材料 —合金元素在钢中的作用 合金元素对E点、S点的影响 几乎所有合金