常用金属材料讲座

0.77
2.11
4.3
6.69
W (%)
Fe 3C
铁碳合金相图中主要特性点的含义
特性点的符号
A C D E G P S Q
温度t/ ℃
1538 1148 1227 1148 912 727 727 室温
含碳量 wc%
0 4.3 6.69 2.11 0 0.02 0.77 0.0008
含义
纯铁的熔点 共晶点 渗碳体的熔点 碳在奥氏体中的最大溶解度 α-Fe γ-Fe同素异晶转变点 碳在铁素体中的最大溶解度 共析点 碳在铁素体中的溶解度
一、 常见的金属晶体结构
体心立方晶格 常见的 金属晶体结 构 面心立方晶格
密排六方晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
密排立方晶格
二、 金属的实际晶体结构
三、合金的晶体结构
1. 基本概念(1)合金源自由两种或两种以上金属元素或者金属元素与 非金属元素组成的具有金属特性的物质。
(2)组元 组成合金的最基本的独立的物质称组元，简 称“元”。如：黄铜 Cu—Zn；硬铝 Al— Cu 等都称二元合金。
(3)系 由给定组元可以按不同比例配制一系列成分 不同的合金，简称：“系”。
(4)相 ：指同一化学成分，同一结构并以界 面互相分开的均匀组成部分。如 固相、液相 等。
(5)组织 ：合金中不同相之间相互组合配置
的状态，即数量、大小和分布方式不同的相 构成了合金不同的组织。借助于放大镜、显 微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组 成部分。
C、D表示。A的S、P量 高，D的S、P量最低，且 质量最好。
②优质碳素结构钢—S、P含量较低，用于重要零件
GB699—88规定：牌号用两位数字表示。 其中两位数字表示含碳量的万分数。 如: 45钢是含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。 常用的有 08F、10、15、20、25、30、35、40、45、 50、55、60、65、70、75。 20Mn、65Mn等是 含锰量较高的优质碳素结构钢。 ③碳素工具钢 GB1298—88规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首 “T”+数字表示。数字表示含碳量的千分数。 如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢 WC=1%；T10A中的“A”表示为高级优质碳素工具钢。
几乎所有的合金元素溶解于奥氏体后，能减小钢 的淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。 加入合金元素后，钢在回火过程中，硬度下降 较慢。
合金钢的牌号：
含碳量的 含碳量的 万分数 万分数 合金元素 符号 合金元素含量 百分数
合金结构钢
两位数字 +元素符号
+数字
<1.5%不标出 1.5~2.5%用 2表示 2.5~3.5%用 3表示
(1)低合金高强度钢：GB/T1591—1994
合金元素总量<5%，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶等。
成分 ： WC<0.2%；合金元素强化铁素体。 性能：良好的δ、ak，较高的σb、σs； 钢号、用途 ： Q420；Q460 Q295 ；Q345 ； Q390 ；
常用的是：Q345 代替旧标准 16Mn 热处理：热轧后，正火状态使用。
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培训中心 胡金国
铁碳合金的基本组织
铁素体：碳溶解在α—Fe中的间隙固溶 体( F）。塑性（δ=45~50%）、韧性 好，强度、硬度低。
奥氏体：碳溶解在γ —Fe中的间隙固溶体 （A）。塑性好。 奥氏体只出现在高温区域内。 奥氏体的强度、硬度较低，但具有良好的塑 性，是绝大多数钢高温进行压力加工的理想 组织。
两种反应：
1、共晶反应
一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成 分和结构均不相同的固相的反应。 1148 ℃
L 4.3%c
A2.11%c+Fe3C6.69%c
共晶反应的产物即莱氏体 Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)
2 、共析反应
一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和 结构均不相同的 新的固相的反应。 727 ℃
(2)合金渗碳钢
GB3077—99
成分：WC<0.25%；目的保证心部有良好的塑性、韧性。 性能：良好的淬透性；经渗碳后，耐磨性↑，σ-1↑，良好 的δ、ak ， 抗冲击。 钢号、用途： 统一数字代号：20Cr----A20202; 20CrMnTi---A26202
热处理：渗碳、淬火+低温回火，58HRC—62HRC
④铸 钢
GB/T5613—1995
用于变速箱体、壳等，焊接性好。
牌号：用“铸钢”汉语拼音字首 ZG表示。
如：ZG200—400
屈服强度不小 于200MPa
抗拉强度不小 于400MPa
还有：ZG230—450，用力不大的阀体、轴承 盖。ZG270—500热轧曲轴、连杆等 注意：碳钢分类：说出常见钢号 20、45、65Mn、 Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200— 400等，属哪类钢，有何性能特点，用途。
中碳钢
高碳钢
Wc = 0.25%~0.6%
Wc > 0.6%
②按钢的质量分：（S、P含量多少）
普通碳素钢: 优 质 钢: Ws≤0.05%,Wp≤0.045% Ws ≤0.035%, Wp ≤0.035%; Ws ≤0.025%. Wp ≤0.025%;
高级优质钢:
③按钢的用途不同分：
碳素结构钢 ——适用于各种机器零件、工程结构件 碳素工具钢 ——制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等 铸 钢 ——形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。
过高—σ-1、δ、 ak ↓ 性能：具有高的σb；高的屈强比σs/σb， σ-1、足 够的δ、 ak
钢号、用途：60Si2Mn
例如：9Cr18， 0 Cr18 Ni9，
铬滚动轴承钢
00 Cr30 Mo2
滚或G+Cr+数字（Cr含量的千分数）, 例如：GCr15
2. 合金结构钢
牌号：
两位数字+元素符号+数字
<1.5%不标出 1.5—2.5%用 2表示 2.5—3.5%用 3表示
合金元素含量的% 主加合金元素符号 WC的万分之几 例如：40Cr 、60Si2Mn 、20CrMnTi
(3)合金调质钢 GB/T3077—99
成分：Wc=0.25--0.50%；过高，ak↓；过低，淬不硬，σ不高。 性能：具有良好的综合力学性能。 钢号、用途：代号40Cr---A20402 热处理：淬火+高温回火——S回
(4)合金弹簧钢 GB1222—84
成分：Wc=0.5---0.7% 过低，σe不高，屈服比低；
40 Cr
主要合金元素 为铬，含量在 1.5%以下 平均含碳量为0.4%
60 Si2 Mn
主要合金元素 为锰,含量小 于1.5% 平均含硅量为2%
平均含碳量为0.6%
合金工具钢
含碳量的千分数
合金元素 合金元 符号 素符号
合金元素含量 合金元素含量 百分数 百分数
数字
含碳量≥1.0%时不标 例如
+元素符号
五、 合 金 钢
合金元素在钢中的作用
一、强化铁素体 二、形成合金碳化物 三、细化晶粒 四、提高淬透性 五、提高回火稳定性
大多数合金元素溶于铁素体，产生固溶强化 作用，使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
形成两类碳化物：合金渗碳体、特殊碳化物。 能显著提高合金钢的强度、硬度。 几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体 晶粒长大的作用。
铁碳合金
1538℃
A
L L+A D C L+Fe 3CⅠ F Fe 3CⅠ +Ld
1148℃
1148C A E A+Fe 3CⅡ +Ld
G
712℃
F+A P F+P
S
A+Fe 3CⅡ
727 C P+Fe 3CⅡ +L'd
K Fe 3CⅠ +L'd L'd
F
Q F+Fe 3CⅢ
0 0.0218
P+Fe 3CⅡ P
结晶的概念
(1)结晶 由液态转变为固体晶体的过程。 (2)冷却曲线与过冷度
★平台： ★ T0——理论结晶温度
T
℃
T1—实际结晶温度 过冷是结晶的必要条件！
T0 T1
ΔT
冷却曲线
时间
(3)结晶过程
过程：不断形核和晶核不断长 大的过程。 (4)、晶粒大小控制
晶粒越细小，力学性能越高。
举例：两组大小不同的鸡蛋受力情况 F F
（2）碳钢的牌号、用途
①普通碳素结构钢 GB700—1988 牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量 等级符号、脱氧方法四部分组成。
如：Q 235—A . F
F-沸腾钢，Z-镇静 钢，b-半镇静钢， TZ-特殊镇静钢
脱氧方法,沸腾钢 质量等级 A级 235MPa 屈服强度 质量等级分别用A、B、 牌号有：Q195；Q215； Q235；Q255；Q275五类。
2、合金的结构
(1)固溶体 ◆ 概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一 种均匀固体。如；糖水 水—溶剂，糖—溶质。 (2)金属化合物 ◆ 概念：合金元素之间发生相互作用而生成的 一种具有金属特性的新相。如 Fe与C→Fe3C
◆ 特征
（1）具有一定的化学成分。 （2）与任一组元成分不同。 （3）熔点高脆性大硬度高。
+数字
钼、钒含量均 小于1.5%
Cr12 MoV
9 Si Cr
主要合金元素 为硅、铬,含量 均小于1.5%
主要合金元素铬 的含量为12% 平均含碳量≥1.0%
平均含碳量为0.9%