工业生产技术基础 教学课件 作者 刘群山 等主编 第三章　机械工程材料.pptx

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1、工业生产技术基础第三章　机械工程材料第一节　工业用钢第二节　铸　　铁第三节　有色金属材料第四节　非金属材料与复合材料第五节　其他新材料简介第一节　工业用钢一、钢的分类二、杂质元素和合金元素在钢中的作用三、常用非合金钢四、常用低合金钢五、常用合金结构钢六、特殊性能钢一、钢的分类1.按化学成分分类2.按主要质量等级分类1.按化学成分分类根据各种合金元素规定含量界限值，将钢分为非合金钢、低合金钢、合金钢三大类。如果在低合金钢中同时存在Cr、Ni、Mo、Cu四种元素中的两种或两种以上时，应同时考虑这此元素的规定含量总和。对于N

2、b、Ti、V、Zr四种元素，也适用于以上原则。2.按主要质量等级分类按冶金质量不同，分为普通质量钢、优质质量钢和特殊质量钢。通常将钢按化学成分和冶金质量分类如下：二、杂质元素和合金元素在钢中的作用1.常存杂质元素在钢中的作用2.合金元素在钢中的作用1.常存杂质元素在钢中的作用(1)硅和锰　Si和Mn是随脱氧剂进入并残留在钢中的。(2)硫和磷　S和P是随炼钢的原料进入并残留在钢中的。(3)氢和氮　钢在冶炼过程中一般均与空气接触，总要或多或少地吸收一些气体，如H2、N2和O2等。(1)硅和锰在非合金钢中，wsi＜0.37%、wMn=

3、0.25%～0.8%，仅作为常存杂质元素存在，对碳钢的力学性能影响不大。在合金钢中，Si和Mn作为合金元素加入到钢中时，能提高钢的力学性能，这部分内容将在以下介绍。(2)硫和磷Fe在液态时能溶解大量S，但在固态时几乎不溶。因此，残S量较高的钢液在凝固时S几乎全部以FeS(熔点1190°C)的形式析出。这些FeS又可与Fe形成低熔点(985°C)共晶(FeS+Fe)存在于奥氏体晶界上。将这样的钢加热到1000～1200°C进行塑性成形加工时，会由于(FeS+Fe)共晶体和FeS的熔化，导致钢沿晶界开裂，这种现象称为钢的“热脆”。F

4、e在液态和固态下都能溶解P。钢中残存的P在固态时全部溶入铁素体中，虽然可以提高铁素体的强度，但是，却使其塑性和冲击韧度急剧下降。当wp=0.3%时，钢室温下的冲击韧度值下降至近于零。这种现象称为钢的“冷脆”。由以上可见，S和P作为杂质元素时对钢是有害元素，含量应越少越好。因此，衡量钢质量的最主要标志是S和P的含量。(3)氢和氮高温时，钢液溶解的气体量较多，随着温度的下降，钢液溶解气体的能力急剧下降。这样，多余的气体就会从钢液中逸出，来不及逸出的就会留在钢中，使钢变脆。来不及逸出的氢以分子状态存在于钢组织中的缺陷处，在局部可造成数

5、千个大气压的巨大压力。当这个压力超过钢的强度极限时，就会使钢在该处产生发裂。发裂在钢的横断面表现为细长的发丝状裂纹，在钢的纵断面上呈圆形或椭圆形银白色的斑点，故称为白点。白点使钢变脆的现象称为“氢脆”。有白点的钢在使用过程中可能会突然断裂，这对高速运转的动力机械来说是十分危险的。2.合金元素在钢中的作用(1)合金元素对钢的基本相的影响　碳钢的基本相为铁素体和渗碳体，合金钢中合金元素的主要存在形式是溶入铁素体或渗碳体，或形成新相——特殊碳化物。(2)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响(3)合金元素对钢的热处理的影响(1)合金元素对

6、钢的基本相的影响图3-1　合金元素对退火状态铁素体性能的影响a)对硬度的影响　b)对冲击韧度的影响图3-2　Mn对Fe-Fe3C相图的影响(2)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响图3-3　Cr对Fe-Fe3C相图的影响(2)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响(3)合金元素对钢的热处理的影响1)对奥氏体化及奥氏体晶粒长大的影响。除Mn和P外，几乎所有的合金元素都不同程度地阻碍奥氏体晶粒的长大，其中尤以Ti、Zr、Nb、V等强碳化物形成元素作用强烈。非碳化物形成元素Al能提高奥氏体晶粒的粗化温度，因此，合金钢热处理后易得到细晶粒组织

7、。2)淬透性的影响。除Co以外，所有的合金元素溶入奥氏体后都能增大其稳定性，延长孕育期，使C曲线右移，将导致临界冷却速度vK减小，淬透性提高。3)回火时组织转变的影响。合金元素对钢的回火过程的主要影响是：提高回火稳定性，产生二次硬化及回火脆性。三、常用非合金钢1.碳素结构钢2.优质碳素结构钢3.碳素工具钢1.碳素结构钢碳素结构钢的化学成分为：wC=0.09%～0.33%、wMn=0.37%～0.65%、wSi≤0.30%、wS≤0.035%～0.050%、wP≤0.035%～0.045%。碳素结构钢的含碳量低，塑性好，焊接性能好

8、，且价格低廉，是建筑及工程用非合金钢。用于制造一般工程结构及普通机械零件。通常轧制成钢板、钢带和各种型材(圆钢、方钢、工字钢、钢筋等)。一般不经过热处理，在热轧状态下使用。碳素结构钢的用途举例：Q195、Q215钢通常轧制成薄板、钢筋等供应，可用于制作铆钉、螺钉