文档介绍：第三章机械工程材料
工业用钢
钢铁材料又称黑色金属材料,是以铁和碳元素为主要化学成分的一系列金属材料—钢、生铁、铸铁和铸钢的总称。
各行各业都用钢,为了保证钢的质量,国家及有关部门对各种钢作了规格和标准。
GB-国家规定的标准;YB—冶金部规定的标准。
一、钢的分类
根据合金元素含量可分为:
1、非合金钢:普通质量非合金钢
优质非合金钢
特殊质量非合金钢
2、低合金钢: 普通质量低合金钢
优质低合金钢
特殊质量低合金钢
3、合金钢:优质合金钢
特殊质量合金钢
二、杂质元素和合金元素在钢钟的影响
钢中基本元素为:Fe 、C;
杂质元素主要有:Si、Mn、S、P。
1. Si、Mn
在碳钢中ωsi≤% ωmn=%--%对力学性能影响不大。
但作为合金元素,可提高钢的力学性能。
2. S、 P
S: Fe在固态时几乎不溶,液态时溶解大量的S,凝固时FeS析出(熔点1190℃)
当钢加热到1000℃--1200℃进行塑性成型加工时,FeS →熔化→导致钢沿晶界开裂—这种现象叫钢的“热脆”。
P: Fe在固态、液态时都能溶解P,固态时P全部溶入铁素体中,P能使铁素体的σ↑,但δ↓↓.ak↓↓。
当ωp=% 时钢室温下的ak≈0这种现象叫钢的“冷脆”。
S→热脆 P→冷脆,是有害元素越少越好,因此衡量钢的质量的主要指标为含S、 P量。
3. 气体与非金属夹杂物
1)氢脆:氢分子—大的气压—白点—氢脆
2)氮的时效:来不及逸出的氮,放置一段时间后,以氮化物的形式析出,使钢变脆。
3)氧以氧化物的形式存在于钢中,形成非金属夹杂物,如SiO2、MnO、Al2O3等,降低钢的塑性、冲击韧性和疲劳强度等。
4、合金元素在钢中的作用
为了提高钢的性能,在炼钢时有意识地向钢中加入一些合金元素,这样获得的钢称为合金钢。
钢中常加合金元素有:Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Co、B、Re等。
1)对钢的基本相及其性能的影响
(1)渗入铁素体,
总的趋势:随着合金元素的增加,强度硬度上升,塑性韧性下降。
(2)渗入渗碳体
(a)形成合金渗碳体,如Mn、Cr、Mo、W等。
(b)形成复杂碳化物,如Mn、Cr、Mo、W等。
(c)形成简单碳化物,如Ti、Zr、Nb、V等。
以上三类碳化物比渗碳体稳定性高,熔点和硬度也更高。如经热处理,使碳化物呈颗粒状,强度硬度上升,而冲击韧性不下降。
3)对热处理的影响
(1)加热温度、加热速度、保温时间及晶粒度的影响。
(2)淬透性提高。
(3)提高回火稳定性,产生二次硬化及回火脆性。
钢在回火时的组织转变主要是马氏体分解及碳化物形成、析出和聚集的过程,这个过程是依靠元素的扩散来完成的。
(a)弥散硬化或沉淀硬化
(b)A残向马氏体转变产生的硬化。
(c)回火脆性:当温度在250~350℃和500~650℃回火时,钢的冲击韧性不但不升高反而下降的现象。
第一类回火脆性(250~350℃)
一旦形成,无法消除。办法就是避开该温度。
第二类回火脆性(500~650℃)
消除办法:将工件重新加热至600℃以上,然后快速冷却。
避免办法:a)保温后快速冷却;
(b)%或W1%,缓冷也不