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1、第四章工业用钢与 铸铁工程材料及其热处理－钢1教学基本要求1.熟练掌握工业用钢的分类与编号表示方法；2.熟悉钢铁中合金元素的含量与作用与相应组织。3.了解铸铁的石墨化过程特点与影响；4.熟悉铸铁的分类、牌号、性能特点并基本会选。5.了解工程材料新发展简介工程材料及其热处理－钢2§1概述一、钢：以铁为主元素,含C％＜2％以下,并含有其它元素的材料。可形变加工的铁碳合金。1.工业用钢(按成分)包括非合金钢、低合金钢、合金钢三类。(必须掌握的内容-考试啊!)⑴按碳质量分数高低划分:低碳钢(ωc<0.25％)
2、,中碳钢(ωc在0.25％～0.60％间)和高碳钢(ωc>0.60％)等均属于非合金钢。工程材料及其热处理－钢3低合金钢是在非合金钢的基础上加入少量合金元素的钢。⑵按质量分是按钢中主要质量等级分,分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢、特殊优质钢,其中的磷和硫质量分数如表4-1所示。⑶按钢的主要性能及使用特性分分为工程结构用钢、机械结构用钢、工具钢轴承钢、特殊物理性能钢及其他用钢等。工程材料及其热处理－钢42.钢铁产品牌号表示方法钢材牌号采用“数字加字母”表示。力学性能和元素含量用数字表示，化学元素采用国
3、际化学元素符号表示。产品名称、用途、冶炼和浇注方法等用汉语拼音字母表示。表4-2为不同类型钢及其牌号表示方法。工程材料及其热处理－钢53.钢铁及合金统一数字代号体系GB/T17616-1998对钢铁及合金产品牌号规定了统一数字代号，与现行的GB/T221-2000钢铁产品牌号表示方法等同时并用。统一数字代号有利于现代化数据处理设备进行存储和检索，便于生产和使用。统一数字代号由固定的6位符号组成，左边第1位用大写拉丁字母作前缀(“I”和“0”除外),后接5位阿拉伯数字。工程材料及其热处理－钢6每个统一数
4、字只适用于一个产品牌号。例如：U20202，表示20(非合金钢)优质碳结钢钢；A73402表示合金调质钢中的40MnVB。非合金钢，(俗说：碳素结构钢)简称：碳钢由于价格低廉、易于获取，通过碳含量的控制和热处理可使其性能得到改善，能满足生产的基本需求，因而应用广泛。二、常存元素对碳钢性能的影响(了解)工程材料及其热处理－钢71.碳(C)作用碳对碳钢的组织和性能影响很大。如图示总趋势是：状态图中自左向右，含碳量增加，Fe3C增加，硬度直线上升，塑韧性急速下降，强度先升后降。2.锰(Mn)作用脱氧，FeO
5、还原Fe；与S作用→MnS降低热脆性；提高强度、硬度。属有益元素。3.硅(Si)作用工程材料及其热处理－钢8与钢液中FeO生成炉渣,提高钢质量；溶于F中,固溶强化,有益元素。4.硫S作用：形成FeS(熔点1190℃）,在晶界处,在1100℃—1200℃时,压力加工,产生脆裂。“热脆”,有害元素。5.磷P作用：全部溶于F中，固溶强化；Rm、HBW↑↑,在低温下引起脆断—“冷脆”,有害元素。工程材料及其热处理－钢9三、合金元素在钢中的作用钢是以Fe为基的Fe-C合金,加入的合金元素与Fe和C之间以及合金元
6、素之间的相互作用是合金结构和组织变化的基础。并且直接影响着钢中的组织和相变过程,达到改变钢的性能的目的。1.合金元素对钢中基本相的影响⑴强化铁素体工程材料及其热处理－钢10大部分合金元素加入钢中都能或多或少地溶入F而形成合金F,由于溶入元素的原子直径与铁的原子直径有差别,引起F的晶格畸变,使塑性变形抗力增加,形成固溶强化,使强度、硬度升高,但塑性和韧性有所下降。而其中ωCr≤2%、ωNi≤5%、ωMn≤1.5%时,在强化F的同时,仍能提高韧性。常见合元对铁素体硬度和冲击韧度的影响.工程材料及其热处理－
7、钢11⑵形成合金碳化物据合金元素与碳亲和的能力,由强到弱顺序是：钛、钒、铌、钨、钼、铬、锰和铁,可将合金元素分成：1.弱碳化物形成元素如锰、铁,如(Fe,Mn)3C等类稳定性较差的合金渗碳体或渗碳体。⑵中强碳化物形成元素工程材料及其热处理－钢12如铬、钼、钨等含量较低(0.5%～3%)时,有部分合金元素溶入渗碳体,置换其中的铁原子而形成合金Fe3C,如(Fe，Cr)3C、(Fe，W)3C等。合金渗碳体较渗碳体更稳定，硬度也较高，是一般低合金钢中碳化物的主要存在形式。⑶强碳化物形成元素如钛、钒、铌及钨、
8、钼含量大于5%时)主要与碳形成特殊碳化物，如TiC、VC、NbC、W2C、M02C等。工程材料及其热处理－钢13特殊碳化物与合金Fe3C的晶格结构不同,属于具有复杂晶格的间隙化合物,具有更高的熔点、硬度和耐磨性,也更为稳定。尤其是在钢中弥散分布时,能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性.而不明显降低其韧性,这对提高工模具的使用性能极为有利,但在加工工艺中必须采用较大的锻造比和适当的热处理工艺配合才能更好的发挥钢材潜力。工程材料及其热处理－钢142.合金元素对F
