[精品]工程材料导论

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1、钢铁材料概述课程：工程材料导论生物工程学院钢铁的定义钢铁是铁与C（碳）、Si（硅）、Mn（猛）、P（磷）、S（硫）以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe（铁）外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术屮最重要、用量最大的金属材料。钢铁的分类及其特性国家标准《钢分类》已由国家技术监督局于1991年发布。是结合我国国情首次制定。它规定钢按化学成分划分为非合金钢、低合金钢和合金钢3类；按主耍质量等级划分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢3类；按主要性能及使用特性将非合金钢划分为7类，低合金钢划分为6类，合金钢划分为7类。这个标准是我国钢产品标准体

2、系中一个十分重要的标准，与每个钢牛产企业有著直接的关系。1、按含碳量不同区分铁碳合金分为钢与生铁两大类，钢是含碳量为0.03%〜2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硕度增加、韧性下降。合金钢乂叫特种钢，在碳钢的基础上加入-种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具冇一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr>Ni、Mo、V、Ti等。合金钢的资源相当丰富,

3、除Cr、Co不足,Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。21世纪初，合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。含碳量2%〜4.3%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆，但耐压耐磨。根据生铁屮碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe：Q形态分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr,耐磨性可大幅度提高，在特种条件下有十分重要的应用

4、。钢铁中碳的來源:炼铁的原料之一是铁矿石，铁矿石主要成份是Fc©,没有碳。炼铁的原料Z二是焦碳炼铁过程部分焦碳留在了铁水中，导致铁水屮含碳。钢铁的生产由铁矿石炼生铁。由生铁作原料炼钢，炼钢的过程主要是除碳的过程•还不能将碳除尽,钢需要有一定量的碳，性能才达到最佳。2、按化学成分区分(%1)、碳索钢碳索钢是指钢中除铁、碳外，还含冇少量镒、硅、硫、磷等元索的铁碳合金，按其含碳量的不同，可分为：(1)低碳钢一含碳量wcWO.25%(2)中碳钢一含碳量wc>0.25%〜0.60%(3)高碳钢--含碳量wc>0.60%高碳钢一般在军工业和工业医疗业比较多(%1)、合金钢为了改善钢的

5、性能，在冶炼碳索钢的基础上，加入-•些合金元索而炼成的钢，如馅钢、猛钢、馅锚钢、偌镰钢等。按其合金元素的总含量，可分为：(1)低合金钢--合金元素的总含量W5%(2)屮合金钢--合金元素的总含量5%〜10%(3)高合金钢一合金元索的总含量>10%3、按冶炼设备区分(1)转炉钢用传炉吹炼的钢，可分为底吹、侧吹、顶吹和空气吹炼、纯氧吹练等转炉钢；根据炉衬的不同，乂分酸性和碱性两种。(2)平炉钢用平炉炼制的钢，按炉衬材料的不同分为酸性和碱性两种，-•般平炉钢多为碱性。(3)电炉钢用电炉炼制的钢，有电弧炉钢、感应炉钢及真空感应炉钢等。工业上大量生产的，是碱性电弧炉钢。4、按浇注前

6、脱氧程度区分(1)沸腾钢屈脱氧不完全的钢，浇注时在钢锭模里产生沸腾现象。其优点是冶炼损耗少、成本低、表而质量及深冲性能好；缺点是成分和质量不均匀、抗腐蚀性和力学强度较差，一般用于轧制碳索结构钢的型钢和钢板。(2)镇静钢属脱氧完全的钢，浇注时在钢锭模里钢液镇静，没有沸腾现象。其优点是成分和质量均匀；缺点是金属的收得率低，成本较高。一•般合金钢和优质碳素结构钢都为镇静钢。(3)半镇静钢脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢Z间的钢，因生产较难控制.目前产量较少。5、按钢的品质区分(1)普通钢钢中含杂质元索较多，含硫量ws—般W0.05%,含磷量wP^O.045%,如碳素结构钢、低合金结构

7、钢等。(1)优质钢钢屮含杂质元素较少，含硫及磷量ws、wp,一般均W0.04%,如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等。(2)高级优质钢钢中含杂质元素极少,含硫量ws一般W0.03%,含磷量wPW0.035%,如合金结构钢和工具钢等。高级优质钢在钢号后面，通常加符号或汉字“高”以便识别。6、按钢的用途区分(%1)、结构钢(1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。如碳索结构钢、低合金钢、钢筋钢等。(2)机械制造用结构钢一是指用于制造机械设