金属材料与热处理全套配套课件教学资源包4.项目四.pptx

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1、金属材料与热处理项目四碳钢项目导入碳钢主要指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。碳钢具有较好的力学和工艺性能，且冶炼方便，价格低廉，所以在机械制造、建筑、交通运输及其他各个工业部门中得到了广泛的应用。01目录CONTENT钢中常存元素的作用认识碳钢02CONTENT任务一钢中常存元素的作用碳钢中不仅有铁和碳两个主要元素，一些杂质元素也会存在于碳钢中，这些杂质元素即来自于炼钢的原料中，在冶炼过程中也会不可避免地带入一些，如Si、Mn、P、S、非金属夹杂物及氧、氮、氢等元素。它们对碳钢的组织和性能有较大的影

2、响。学习目标会判断有害元素对碳钢的影响。任务描述熟悉常存元素对碳钢的影响。一、锰的影响锰来自于作为炼钢原料的生铁及脱氧剂。锰有很好的脱氧能力，还能与硫形成MnS，用以消除硫的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣而被除去，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。此外，在室温下锰能溶于铁素体，对钢有一定强化作用。锰也能溶于渗碳体中，形成合金渗碳体。但锰作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响不显著。一般认为锰是一种有益元素，在钢中锰的质量分数一般小于0.8%。二、硅的影响硅也来自生铁与脱氧剂。在室温下硅能溶于铁素体，对

3、钢有一定的强化作用。但硅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响也不显著。所以，硅也是一种有益元素，碳钢中硅的质量分数一般均小于0.5%。三、硫的影响硫是在炼铁时由矿石和燃料带到钢中的有害元素。它在钢中与铁生成化合物FeS，FeS与铁形成共晶体（Fe+FeS），它的熔点低（985℃）。当钢材加热到1000～1200℃进行轧制或锻造时，沿晶界分布的Fe-FeS共晶体已经熔化，各晶粒间的连接被破坏，导致钢材开裂，这种现象称为热脆性。防止热脆的方法是往钢中加入适当的锰。由于锰与硫的化学亲和力大于铁与硫的化学亲和力，

4、所以在含锰高的钢中，硫便与锰反应生成硫化锰，锰的熔点为1600℃，高于加热温度，并在高温下具有一定的塑性，故不会产生热脆。在一般工业钢中，含锰量常为含硫量的5～10倍。此外，含硫量高时，还会使钢在铸造应力作用下产生热裂纹，也会使焊接件在焊缝处产生热裂纹。在焊接时产生二氧化硫气体，使焊缝产生气孔和缩松。在切削加工中，MnS能起断屑作用，改善钢的切削加工性。四、磷的影响一般说来磷是有害的杂质元素，它是矿石和生铁等炼钢原料带入的。由于磷具有很强的固溶强化作用，形成脆性很大的化合物（Fe3P），这种化合物使钢的强

5、度、硬度都显著提高，但剧烈的降低钢的韧性，尤其是低温韧性，成为冷脆。此外，磷还具有严重的偏析倾向，并且在γ-Fe和α-Fe中的扩散速度很小，很难用热处理的方法消除。在一定的条件下，磷也具有一定的有益作用。例如，由于它降低了铁素体的韧性，可以用来提高钢的切削加工性。它与铜共存时，可以显著提高钢的抗大气腐蚀能力。五、氮的影响一般认为，钢中的氮是有害元素，但是氮作为钢中的合金元素，其作用已日益受到重视。氮的有害作用主要是通过淬火时效和应变时效造成的，它降低了钢的塑性和韧性。解决的方法是往钢中加入足够数量的铝，铝

6、能与氮结合成氮化铝，这样就可以减弱或完成消除这两种在较低温度发生的时效现象。此外，氮化铝还能阻碍加热时奥氏体晶粒的长大，从而起到细化晶粒作用。六、氢的影响钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸入的。此外，在含氢的还原性气氛中加热钢材，酸洗及电镀等，氢均可被钢件吸引，并通过扩散进入钢内。氢的危害是很大的。一是引起氢脆，即在低于钢材强度极限的应力作用下，经一定的时间后，在无任何预兆的情况下，突然断裂。钢的强度越高，对氢脆的敏感性越大。二是导致钢内产生大量细微裂纹缺陷—白点。白点使钢材的延伸率显著下

7、降，尤其是断面收缩率和冲击韧性降低的更多，有时接近于零。七、氧的影响氧在钢中的溶解度很小，几乎全部以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等氧化物形式存在，而且往往形成复合氧化物及硅酸盐。这些非金属夹杂物的存在，降低了钢的疲劳强度，使钢的性能下降，其影响程度与夹杂物的大小数量、分布有关。八、非金属夹杂物的影响非金属夹杂物是钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留在钢中形成的夹杂物。例如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。非金属夹

8、杂物会使钢的疲劳强度、冲击韧性、塑性和耐腐蚀性降低。还会使钢在锻造、冷加工、淬火加热和焊接过程中发生开裂;还会使钢在轧制后表面质量以及磨削后零件表面粗糙度降低。任务二认识碳钢生产中使用的碳钢品种很多，性能千差万别，为了便于使用、生产和研究，了解碳钢的分类、牌号、主要性能和用途对学习碳钢有着重要的意义。学习目标了解碳钢不同分类的依据。会分析各种钢牌号的含义。知道各种钢的性能和用途。任务描述碳钢的分类。碳钢的牌号、成分、性能和用途