第7章 铸造低合金钢
第七章低合金钢与合金钢精品PPT课件
机械结构用合 金钢
合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 超高强度钢
1、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加 元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。 热处理：一般是渗碳后淬火、低温回火
主要用于表面要求硬而
低合金钢主要用于各种工程结构，如房屋、桥 梁、船舶等； 机械制造用钢主要用于制造各种机械零件，通 常是优质或高级优质合金结构钢。
（一）低合金结构钢
成分：低合金钢是在碳素结构钢的基础上，加 入少量的合金元素（一般合金元素总量小于 3%）的工程用钢。
分类：按主要性能及使用特性， 低合金高强度结构钢
低合金结构钢 低合金耐候钢
W18Cr4V
3、滚动轴承钢
牌号：G+Cr+含碳量（千分之几表示） GCr15SiMn
4、特殊性能钢
牌号：与合金工具钢基本相同 当含碳量≤0.08%时，牌号前加“0”
当含碳量≤0.03%时，牌号前加“00”
0Cr19Ni9 00Cr30Mo2
第三节、低合金钢
低合金 结构钢
根据用途不同，
合金结构钢分为 机械制 造用钢
低合金专业用钢等
1、低合金高强度结构钢
低碳（0.10%～0.25%），wMe<3%。 主加元素为Mn和硅其强化了铁素体，提高了强度； V、Ti和Ni等元素使晶粒细化，使韧性提高。 低合金高强度结构钢大多数是在热轧退火或正火状态下使用，一般不再进行热处 理。 在桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件中应用广泛。例如 Q345。
1、合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
铸造低合金钢(ZG30Cr06)技术要求
铸造低合金钢（ZG30Cr06）技术要求
1.使用范围
本标准规定了铸造低合金钢（ZG30Cr06）用于液压支架铸件的技术要求。
2.引用标准
下列标准所包含的条文通过本标准引用而成为本标准的条文。
GB11352-89 一般工程用铸造碳钢件
GB222-81 钢铁及合金化学分析方法
GB228-76 金属拉力试验法
GB231 金属布氏硬度试验法
3.技术要求
3.1 技术要求
3.1.1 合金成分
低合金铸钢（ZG30Cr06）的化学成分见表1
ZG30Cr06化学成分表1
注：碳当量CE按下式计算，此公式已为国际焊接学会和美国ASTM学会采用。
CE=(C+Mn/6+Cr/5)%，碳当量CE一般控制在≤0.61%。
3.1.2 机械性能
低合金铸钢（ZG30Cr06）的机械性能见表2，应根据不同的使用要求进行选择。
ZG30Cr06的机械性能表2
注：单铸拉力试棒（标准试棒），拉力试棒随铸件同炉浇注，同炉热处理。
3.1.3 其他性能要求
低合金铸钢（ZG30Cr06）铸件的技术要求，除机械性能外，其它性能按一般铸件国家通用标准执行。
第七章 合金钢简答题
第七章合金钢碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。
但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。
而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。
在零件设计时，屈服强度是设计的依据。
所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。
为了满足使用要求，必须选用合金钢。
1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。
⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。
合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。
⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。
它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。
2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。
与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。
具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。
普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。
因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。
钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。
3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。
由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。
因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，σs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。
铸造合金及其熔炼复习摘要
铸造合金及其熔炼复习思考题铸铁及其熔炼1.什么是Fe-C双重相图，那一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？2.什么是碳当量、共晶度，有何意义。
3.分析片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨与奥氏体的共晶结过程和形成条件。
4.铸铁固态相变有那些，对铸铁最终组织有何影响？5.冷却速度、化学成分（C、Si、Mn、Cr、Cu等）对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？6.灰铸铁中石墨的分布形态有那几种，对铸铁的性能有何影响，从化学成分、冷却速度及形核等方面说明其形成条件。
7.灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？8.灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？9.影响灰铸组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径和措施。
10.灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，提高孕育效果有那些途径和措施？11.说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？12.球墨铸铁的球化剂和球化处理方法有那些？13.球铁凝固组织中为何易于出现自由渗碳体，如何消除自由渗碳体？14.根据铸铁组织形成原理分析在铸态下获得高韧性、高强度球墨铸铁的途径与措施。
15.球墨铸铁比灰口铸铁易出现缩孔、缩松缺陷，分析其原因和防止措施。
16.铸铁的热处理有何特点，生产上球墨铸铁采用那些热处理工艺？17.蠕墨铸铁有何性能特点？18.蠕墨铸铁的化学成分选择与灰铁和球铁有何不同，蠕化剂和蠕化处理工艺有那些？19.简述可锻铸铁生产工艺过程，化学成分选择原则，为何对于薄壁小件采用可锻铸铁生产有优越性？20.减摩铸铁与抗磨铸铁的组织要求有何不同，常用减摩铸铁和抗磨铸铁有那些？21.提高铸铁的耐热性能的途径和措施有那些？常用耐热铸铁有那些？22.提高铸铁的耐蚀性能的途径和措施有那些，硅、铭、铬三元素在耐热铸铁及耐蚀铸铁中的作用是什么？23.简述冲天炉的结构与熔炼的一般过程。
建筑结构与选型(何培玲)第7章 钢结构
按脱氧的方法和程度的不同，碳素结构钢可分为 沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢4类。 沸腾钢采用脱氧能力较弱锰作脱氧剂，脱氧不完 全。钢中留有较多氧化铁夹杂和气孔。质量较差。 镇静钢采用锰加硅作脱氧剂，脱氧较完全，硅在 还原氧化铁过程中还会产生热量，使钢液冷却缓慢， 使气体充分逸出，浇注时不出现沸腾现象。质量好， 成本高。 半镇静钢的脱氧程度介于上述二者之间。 特殊镇静钢是在锰硅脱氧后，再用铝补充脱氧， 脱氧程度高于镇静钢。 低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。
广泛地应用于屋架、托架、塔架、网架和网壳等各种 类型的平面或空间格构式体系以及支撑系统中。
轴心受力构件（包括轴心受压柱），按其截面组成形式， 可分为型钢截面和组合截面，其中组合截面又分为实腹 式和格构式两种。
7.3.2 轴心受拉构件承载力计算
轴心受力构件的设计：
承载能力的极限状态： 轴心受拉构件—强度控制 轴心受压构件—强度和稳定控制 正常使用的极限状态： 通过保证构件的刚度——限制其长细比
4
Wy cm3 9.6 12.7 16.1 21.1 26.2 31.6 33.1 41.1 42.9
Iy cm 1.51 1.61 1.73 1.89 2.00 2.11 2.07 2.32 2.27
10 12.6 14 16 18 20
33 47 64 93 123 158 169 226 240
4.轻型房屋钢结构 。 5.受动力荷载影响的结构 。 6.可拆卸的结构 。 7.容器和其它构筑物 。
7.2 钢结构材料的力学性能 1.强度
1）弹性阶段： 应力由 0 ~比例极）塑性阶段： 应力保持 fy 不变，应变由
fu
fy
fp
(0.1~0.2)% ~ (2~3)%; 4）强化阶段： 应力由 fy ~抗拉强度 fu
金属工艺第5-7章答案
作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。
2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。
3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。
4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。
5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。
11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。
2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。
3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。
4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。
5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。
6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。
7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。
8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9、常用的冷却介质有油、水、空气等。
10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。
合金熔炼期末复习题精简版
第一章1.概念题1)铸铁：含碳量大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。
2)铁碳双重相图：Fe-Fe3C介稳定系相图和Fe-C（石墨)稳定系相图相结合的双重相图。
3)分配系数：4)偏析系数：5)珠光体领域：每个珠光体团由多个结构单元组成，每个结构单元中片层基本平行。
每个结构单元称作一个珠光体领域。
2.简答题1)普通灰铸铁，除铁外还还有哪些元素？C、Si、Mn、S、P。
2)介稳定和稳定相图的共晶共析点差异。
共晶点: Fe-Fe3C 1147℃ 4.3%(介稳定)Fe-C 1153℃ 4.26%(稳定)共析点：Fe-Fe3C 727℃ 0.77%Fe-C 736℃ 0.69%3)含Si量对稳定系相图的影响。
Si增加，共晶点和共析点含碳量减少，温度增加。
硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区。
Si越多，奥氏体加石墨的共晶温度高出奥氏体加渗碳体的温度也越多。
硅量的增加，缩小了相图上的奥氏体区。
4)说明碳当量、共晶度的定义、意义，如何使用碳当量、共晶度确定铸铁的组织。
元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，叫做碳当量CE。
CE>4.26%为过共晶成分 CE=4.26%为共晶成分； CE<4.26%亚共晶成分。
铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值，叫做共晶度S C。
S C >1为过共晶；S C =1为共晶；S C <1为亚共晶成分。
5)按石墨形态铸铁分为哪几种，做出各种石墨形态的示意图？灰铸铁（片状) 球墨铸铁蠕墨铸铁团絮状石墨铸铁（可锻铸铁)6)形成球状石墨的两个必要条件。
铁液凝固时必须有较大的过冷度和较大的铁液和石墨的界面张力。
第二章一、概念题1.灰口铸铁：通常是指断面呈灰色，其中的碳的主要以片状石墨形式存在的铸铁。
2.孕育处理：铁液浇注以前，在一定的条件下，向铁液中加入一定量的孕育剂以改变铁液的凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高性能为目的的处理方法。
低合金钢定义
低合金钢定义低合金钢是一种碳含量较低，同时添加了一定比例的合金元素的钢材。
它相对于常规的普通碳钢而言，在一定程度上具备更高的机械性能和使用性能。
低合金钢的合金元素包括铬、锰、钼、镍、铜、钛、铝等。
低合金钢的碳含量一般在0.05%-0.25%之间，这使得它的硬度和强度相对较低，同时具备了较好的可塑性。
添加合金元素可以改善或增加钢材的某些特性，如强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性、热处理性等。
这使得低合金钢具备了更广泛的应用领域。
首先，低合金钢具有较高的强度和硬度。
合金元素的加入能够改变钢材的晶体结构，提高晶体的强度和硬度。
同时，合金元素还能够通过固溶、沉淀或形成夹杂物等方式改变钢中的相组织，增强钢材的力学性能。
其次，低合金钢具有良好的可焊性。
普通碳钢在焊接时易产生冷脆和焊缝脆化的问题，而添加一定比例的合金元素能够显著提高钢材的可焊性。
合金元素的加入可以稀释和结合碳原子，减少碳的浓度，降低钢材的脆性。
另外，低合金钢具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
比如添加了铬元素的低合金钢具有较好的耐磨性和耐蚀性，适用于制造矿山机械、建筑机械、农业机械等需要耐磨和耐腐蚀的部件。
添加了镍元素的低合金钢具有良好的耐腐蚀性，适用于制造化工设备、海洋设备等要求耐腐蚀的场合。
此外，低合金钢还具有较好的冷加工性能和热处理性能。
添加了合金元素后，低合金钢能够显著增加它的冷加工性能，使得低合金钢适用于一些需要进行冷成型、冷锻等工艺加工的制造领域。
低合金钢还具备较好的热处理性能，能够通过热处理使得钢材具备特定的力学性能，满足不同工程要求。
总的来说，低合金钢具备了比普通碳钢更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性、可塑性和焊接性等性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造、石油化工等行业。
同时，低合金钢的发展也不断推动着材料科学和工程技术的进步。
机械工程材料教学课件第7章常用金属材料
7.3 合金钢
（2）形成合金碳化物
合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小，可分为碳化物形成元 素和非碳化物形成元素两大类。
碳化物形成元素：常见碳化物形成元素有Mn、Cr、W、V、 Nb、Zr、Ti等（按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排 列），它们在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体， 含量高时可形成新的合金碳化物。
7.4.1低合金高强度结构钢
1. 化学成分及性能特点 低合金高强度结构钢的含碳量较低，一般不超过0.2%，合金
元素的含量不超过3%，因含碳量较低，所以其塑性、韧性和焊接 性能较好，此类钢中常加入的元素有Mn、Si、V、Nb、Ti、Al、 Mo和N等，其中以Mn最为常用。
C：在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物，使钢得到强 化。在合金钢中为来形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要 0.01~0.02％，所以降碳是这类钢发展的必然趋势，从而可大大改善 钢的韧性和焊接性能。
7.1.4 P对钢性能的影响
磷由炼钢时由矿石带入到钢中，它能够增加钢的强度和硬度， 但对塑性变形、冲击韧性的负面作用更加明显，[但对塑性变形、 冲击韧性的负面作用更加明显，]特别是在低温时，它使钢材显著 变脆，这种现象称为"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性能变 坏，含磷越高，冷脆性越大，故钢中对含磷量控制较严，所以一般 说磷也是有害元素。
Mn：Mn/C比值越高，越有助于提高钢的屈服强度和冲击韧性。 锰降低了γ→α 转变温度，有利于针状铁素体的形核；另外，在加 热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加 铁素体中碳化物的弥散析出量。高锰还可以导致钢的应力-应变特 性的变化，可以抵消晶格效应的强度损失。
第七章 工业用钢习题参考答案
第七章工业用钢习题参考答案第七章工业用钢习题参考答案一、解释下列名词1、非合金钢(或碳素钢简称碳钢)：是指含碳量在0.0218%～2.11%之间并含有少量Si、Mn、P、S等杂质元素的铁碳合金。
低合金钢：加入的合金元素总含量小于5%的合金钢。
合金钢：在碳素钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的钢种。
合金元素：为改善钢的力学性能或获得某些特殊性能，有目的地在冶炼过程中加入的一些化学元素。
2、合金结构钢：在碳素结构钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的结构钢。
合金工具钢：在碳素工具钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的工具钢。
轴承钢：用来制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体的专用钢。
不锈钢：具有耐大气、酸、碱、盐等介质腐蚀作用的合金钢。
耐热钢：在高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊性能钢。
3、热硬性(或称红硬性)：钢在高温下保持高硬度的能力。
回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗软化的能力。
二次硬化：含W、Mo、V、Cr 等元素的高合金钢，在回火的冷却过程中，残余奥氏体转变为马氏体，淬火钢的硬度上升的现象。
二、填空题1、Ni、Mn、C、N、Cu 等元素能扩大 Fe-Fe3C 相图的γ区，使临界点A4_上升__，A3_下降_ 。
2、W18Cr4V钢是高速钢，W的主要作用是提高回火稳定性，Cr的主要作用是提高淬透性，V 的主要作用是细化晶粒，最终热处理工艺是高温回火；预热的目的是将合金元素全部，高温淬火的目的是使大量的难溶碳化物溶于奥氏体中，三次回火的目的是减少钢中的残余奥氏体。
3、含Cr、Mn 的合金结构钢淬火后在550～600℃回火后，将出现第二类回火脆性。
4、易切削钢中常用的附加元素有__P__、__S__、_Pb_、_Ca_，这类元素在钢中的主要作用是形成夹杂物，降低材料塑性，改善钢的切削性能。
5、对40Cr 钢制零件进行调质处理时，在高温回火后应水中冷却，目的是防止第二类回火脆性。
6、以铅浴等温处理的冷拉弹簧钢丝，经绕制成弹簧后应进行去应力退火处理，而不需象热轧弹簧那样要进行淬火处理。
铸造合金(低合金钢)
钢使的钢的淬淬透透性性。显如著果提高含。铬碳化物在加热和保温中未完全 溶解，冷却时它们将起现成核心作用，反而促进奥氏
体向珠光体转变，降低钢的淬透性。
铸造合金及其熔炼
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2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制
Cr
由于铬具有提高淬透性和固溶强化的双重作用，因此 铬能使钢热处理后的强度显著提高。当铬含量小于2％ 时，它在提高钢强度和硬度的同时还可提高其塑性和 韧性，这是铬的一个独特优点，故铬多用于低合金调 质钢中。
A3温度下降，使先共析铁素体在更低的温度下析出而细化。A1 温度下降，还能抑制碳化物在过冷奥氏体晶界上的析出，使钢 保持较高的塑性，降低钢的韧—脆性转变温度，因而锰也是低 温钢中的主要合金元素之一。
铸造合金及其熔炼
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2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制
Mn
锰的最主要优点是能显著提高钢的淬透性，锰的这种作用主要是
Cu
铜是扩大奥氏体相区的元素。在钢中不形成碳化物，但固溶 量不大。在1484℃下，Cu在奥氏体中的溶解度约为7.5~8.0％； 在铁素体中的溶解度更小，在共析温度下Cu的最大溶解度为 2.13％，700℃时减至0.52％，室温下仅0.2％。过剩的铜以较 纯的铜质点游离析出。因此，可通过适当的热处理，发挥铜 在钢中的沉淀强化作用，这种作用对于强化大截面铸件，改 善断面组织的均一性有着实际意义。多用于中心不易淬透的 大断面铸钢件，以保证铸件中心具有足够的硬度。
铸造合金及其熔炼
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2003@合肥工业大学材料学院材料成型与控制
Mn
锰在钢中一部分固溶于铁素体中(或奥氏体中)，另一部分形成 合金渗碳体(FeMn)3C。锰是扩大奥氏体相区元素，随其含量 的增加，临界温度A4(NJ线)上升，A3(GS线)下降。锰除了降低 共析温度外，还降低共析点的含碳量。因此，在相同含碳量及 冷却速度下，随着钢中含锰量增加，其显微组织中的珠光体不 但细化，而且数量亦增多，从而导致钢的强度和硬度上升。
机械工程材料复习题
《机械工程材料》复习题第一章：金属得力学性能一、填空1、金属材料的性能包括和；使用性能主要有、、，工艺性能主要有、、。
2、常用的力学性能判据有：、、、和。
3、强度是指金属和的能力，塑性变形是指金属、发生不能，也称为永久变形。
4、强度的主要判据有、和；其符号分别为、和表示。
5、塑性是指金属材料断裂前发生的能力；一般δ或ψ值越大，。
6、硬度的试验方法较多，生产中常用的是、和。
7、500HBW5/750表示用直径为mm，材料为球形压头，在N压力下，保持s，测得硬度值为。
8、写出下列力学性能指标符号：屈服点、抗拉强度、洛氏硬度C标尺、断后伸长率、断面收缩率、冲击韧度及疲劳强度。
二、判断1、弹性变形能随载荷的去除而消失。
（）2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。
（）3、材料的屈服点值越小，则允许的工作应力越高。
（）4、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。
（）5、铸铁的铸造性能比钢好，故常用来铸造形状复杂的工件。
（）三、选择1、拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大拉应力称为（）。
A、屈服点B、抗拉强度C、弹性极限2、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（）。
A、塑性B、硬度C、强度四、名词解释1、内力与应力：2、弹性变形与塑性变形：3、屈服点与规定屈服点：4、疲劳强度与抗拉强度：五、问答题P10 1、6、10第二章：纯金属与合金的晶体结构一、填空：1、内部的原子按一定几何形状做有规则的重复排列；内部的原子无规律的堆积在一起。
晶体具有和的特征。
2、常见金属晶格类型有、和三种。
α—Fe属于晶格，γ—Fe 晶格，Zn 晶格。
3、根据晶体缺陷的几何形态、特点，可将其分为以下三类：、、、各种缺陷处及其附近晶格均处于，直接影响到金属的力学性能，使金属的、有所提高。
4、合金是指或、（或金属与非金属元素）组成的具有的新物质。
5、按合金组元间相互作用不同合金在固态下的相结构分为和两类。
低合金钢和合金钢
• 碳化物形成元素中，有些元素（如Mn）与碳的亲 合力较弱，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳 体外，大部分仍溶于铁素体或奥氏体中。
• 而与碳亲和力较强的一些碳化物形成元素（如Cr、 Mo、W等），当其含量较少时，多半溶于渗碳体 中，形成合金渗碳体；当含量较高时，则可能形 成新的特殊的合金碳化物。
• 与碳亲合力很强的碳化物形成元素（如Nb、Ti、 Zr等），几乎总是与碳形成特殊的碳化物。
高级优质 Wc = 1.2%
碳素工具钢
4.铸造碳钢
ZG 200 - 400
Rm≥ 400MPa Rel ≥ 200MPa
铸钢
• 由于碳钢具有较好的机械性能和工艺性 能，并且产量大、价格较低，因此它是 机械工程上应用十分广泛的金属材料。
• 随着科学技术和工业的发展，对材料提 出了更高的要求，如更高的强度，抗高 温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其 它特殊物理、化学性能的要求，碳钢已 不能完全满足要求。
合金钢的分类
按合金元素含量多少，分为 • 低合金钢（合金元素总量低于5%） • 中合金钢（合金元素总量为5%-10%） • 高合金钢（合金元素总量高于10%）
合金钢的分类
按用途分类 • 合金结构钢 • 合金工具钢 • 特殊性能钢
合金钢的分类
按所含的主要合金元素，分为 • 铬钢（Cr-Fe-C) • 铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C) • 锰钢（Mn-Fe-C) • 硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)
碳化物的影响 碳化物是钢中的重要相之一，碳化物的类型、数量、大小、
形状及分布对钢的性能有很重要的影响。
➢ 熔点、硬度、耐磨性最高。
合金钢的分类
按小试样正火或铸态组织，分为 • 珠光体钢 • 马氏体钢 • 铁素体钢 • 奥氏体钢 • 莱氏体
第七章钢的回火转变
• 温度对马氏体的分解起决定作用。马氏 体的含碳量随回火温度的变化规律如图958所示。马氏体的含碳量随回火温度升 高不断(bùduàn)降低，高碳钢的马氏体含碳量 降低较快。
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• 回火时间对马氏体中含碳量影响较小。当回火温度高 于150℃后，在一定温度下，随回火时间延长，在开 始1-2h内，过饱和碳从马氏体中析出很快，然后逐渐 减慢，随后再延长时间，马氏体中含碳量变化(biànhuà)不 大。因此钢的回火保温时间常在2h左右。
• 淬火钢中内应力很大，淬火钢件必须立即回火，以 消除或减少内应力，防止变形或开裂，并获得稳 定的组织和所需的性能。
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• 为了保证淬火钢回火获得所需的组织 和性能，必须研究淬火钢在回火过程 中的组织转变，探讨回火钢性能和组 织形态之关系，并为正确制订回火工 艺(gōngyì)(温度、时间等)提供理论依据。
• 碳钢中比E碳化物稳定的碳化物有两种： 一种是x-碳化物，化学式是Fe5C2，具有 (jùyǒu)单斜晶格；另一种是更稳定的渗碳体 （ Fe3C）。
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• 碳化物的转变主要取决于回火温度，也 与回火时间有关。图9-63表示(biǎoshì)回火温 度和回火时间对淬火钢中碳化物变化的 影响。由图可见，随着回火时间的延长 ，发生碳化物转变的温度降低。回火温 度升高，达到相同效果所需时间减少。
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• 淬火钢在500—650℃回火得到的回复或 再结晶了的铁素体和粗粒状渗碳体的机 械混合物叫做(jiàozuò)回火索氏体。在光学显 微镜下能分辨出颗粒状渗碳体(图9-69)， 在电子显微镜下可看到渗碳体颗粒明显 粗化(图9-70)。
• 淬火高碳钢在200-300℃回火时， 残留奥氏体分解为a相和E碳化物组 成的机械混合物，称为回火马氏体 或下贝氏体。
大型铸件用低合金铸钢的牌号及化学成分
大型铸件用低合金铸钢的牌号及化学成分(摘自JB/T 6402—1992)（1）中国GB标准一般工程用碳素铸钢|[GB/T 11352—1989]a. 一般工程用碳素铸钢的钢号与化学成分，见表5-1。
表5-1 一般工程用碳素钢的钢号与化学成分 (质量分数) （%）钢号旧钢号 C Si Mn P≤ S≤残余元素（≤）ZG200-400 ZG15 <= <= <= Cr<=<=<=<=<=ZG230-450 ZG25 <= <= <=ZG270-500 ZG35 <= <= <=ZG310-570 ZG45 <= <= <=ZG340-640 ZG55 <= <= <=①实际碳含量上限每减少ω（C）% ,允许实际锰含量上限超出ω（Mn）%。
对ZG200-400的锰含量ω（Mn）%，其余4个钢号的锰含量最高为 %。
②残余元素总含量不得超过%；如需方无要求，残余元素可不作分析。
b. 一般工程用碳素钢的力学性能，见表5―2。
表5－2 一般工程用碳素钢的力学性能钢号热处理力学性能（不小于）正火或退火温度 / ℃回火温度/ ℃σ/MPa σ/MPa δ(%) ψ (%) AKVJ Akv/(J/cm2)ZG200-400 920－940 ------ 400 200 25 40 30ZG230-450 890-910 620-680 450 230 22 32 25ZG270-500 880-900 620-680 500 270 18 25 22ZG310-570 870-890 620-680 570 310 15 21 15ZG340-640 840-860 620-680 640 340 10 18 10①表中为室温力学性能，适于厚度<=100mm的铸件②伸长率和冲击吸收功Akv根据双方协议选择。
建筑钢材
本章学习目标
了解建筑钢材的微观结构及其与性质的 关系 熟练掌握建筑钢材的力学性能 熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法 掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类 及其选用原则。
本章考试大纲
1、了解钢材的分类 2、了解建筑钢材的技术性能及其选用
钢结构用钢
建筑钢材
钢筋混凝土用钢
Q275——强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、
冲击韧性和可焊性差，不宜在建筑结构中使用，
主要用于制造轴类、农具、耐磨零件和垫板等。
低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢的牌号的表示方法为：屈服强度
－质量等级，它以屈服强度划分成五个等级：Ｑ295、 Q345、Q390、Q420、Q460，质量也分为五个等级：E、D、 C、B、A。 国家标准GB 1591-94《低合金高强度结构钢》
钒（V)
磷（P） 氮（N） 硫（S） 氧（O）
↑
↑ ↑ ↑ ↑
↑
↑ ↑ ↓ ↓
↓ ↓
↓ ↓↓ ↓
↓ ↓ ↓ ↓
时效↓
偏析、冷脆↑↑ 冷脆性↑ 热脆性↑
化学元素对钢材性能的影响
试题
1(多选).钢材化学成分中的有害成分是( ) A.碳 B. 磷 C.硅 D.锰 E. 氧 F. 硫
号、脱氧方法等四部分按顺序组成。其中以“Q”代 表屈服点；屈服点数值共分195 MPa、215 MPa、235 MPa、255 MPa和275 MPa五种；质量等级以硫、磷等 杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示；
脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表
示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省
一般用途铸造碳钢和低合金钢
一般用途铸造碳钢和低合金钢1. 介绍一般用途铸造碳钢和低合金钢在工业领域中的广泛应用，强调它们作为铸造材料的重要性。
引出本文将要深入探讨的这两类钢的特性、制备工艺以及主要应用领域。
2. 一般用途铸造碳钢简要概述一般用途铸造碳钢的组成和性质。
分析碳含量对铸造碳钢机械性能的影响，包括强度、韧性等。
3. 低合金钢的特性介绍低合金钢的组成，强调其相对于碳钢的合金元素添加，如锰、硅、铬等。
分析低合金钢在铸造过程中的特性，如流动性、凝固收缩等。
4. 铸造工艺探讨一般用途铸造碳钢和低合金钢的常见铸造工艺，包括砂型铸造、失重铸造等。
强调在铸造过程中的工艺参数对最终产品性能的影响。
5. 热处理介绍一般用途铸造碳钢和低合金钢的热处理方法，如正火、淬火等。
强调热处理对改善材料性能、调整组织结构的作用。
6. 主要机械性能分析一般用途铸造碳钢和低合金钢的主要机械性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等。
比较两者在不同条件下的性能表现。
7. 主要应用领域探讨一般用途铸造碳钢在哪些领域应用较为广泛，如建筑、汽车制造等。
强调低合金钢在一些特殊工况下的应用，如高温、腐蚀环境等。
8. 环保与可持续发展分析一般用途铸造碳钢和低合金钢在环保和可持续发展方面的特点，如可回收性、可再生性等。
强调铸造材料的环保性对于现代制造业的重要性。
9. 技术创新与发展趋势展望一般用途铸造碳钢和低合金钢在材料科学领域的未来发展趋势，如新材料的研发、绿色制造等。
提倡技术创新对于提升铸造材料性能的重要性。
10. 挑战与解决方案- 分析当前一般用途铸造碳钢和低合金钢面临的挑战，如成本压力、资源短缺等。
- 提供可能的解决方案，如材料优化、工艺改进等。
11. 结论- 总结一般用途铸造碳钢和低合金钢的特性、应用以及发展趋势。
- 鼓励在铸造材料领域进行更深入的研究，为工业生产提供更高性能、更环保的铸造材料。
铸钢的金相组织及检验
铸钢的金相组织及检验一、铸造碳钢的金相组织及检验（一）铸造碳钢的显微组织1．铸态组织为铁素体＋珠光体＋魏氏组织。
如图8-1、图8-2。
图8-1 ZG230-450铸钢铸态组织(100×) 图8-2 ZG310-570铸钢铸态组织(100×)铸态组织的形貌和组成相的含量与钢的碳含量有关。
碳含量越低的铸钢，铁素体含量越多，魏氏组织的针状越明显、越发达，数量也多。
随铸钢碳含量的增加，珠光体量增多，魏氏组织中的针状和三角形的铁素体量减少，针齿变短，量也减少，而块状和晶界上的网状铁素体粗化，含量也增多。
若存在严重的魏氏组织，或存在大量低熔点非金属夹杂物沿晶界呈断续网状分布，将使铸钢的脆性显著增加。
2．退火组织为铁素体＋珠光体。
铁素体呈细等轴晶。
珠光体分布形态随钢的碳含量增加而变化。
随钢的碳含量增加，珠光体呈断续网状分布→网状分布→珠光体与铁素体均匀分布，其含量也不断增多。
若退火组织中存在残留的铸态组织或组织粗化均属于不正常组织。
3．正火组织为铁素体＋珠光体，分布较均匀，如图8-3。
与退火组织相比较，正火组织的组成相更细、更均匀，珠光体含量稍多。
若存在残留铸态组织或组织粗化均属不正常组织。
4．调质组织 ZG270-500以上牌号的铸造碳钢可进行调质处理，组织为回火索氏体，见图8-4。
若出现未溶铁素体或粗大的回火索氏体属不正常组织。
图8-3 ZG230-450 铸钢正火组织(100 ×) 图8-4 ZG35CrMo铸钢调质组织(650×)5．几种常用铸造碳钢的组织见表8-1,表8-1 常用铸造碳钢的组织铸造碳钢 ZG200-400 ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570 ZG340-640显微组织铸态魏氏组织+块状铁素体+珠光体珠光体+魏氏组织+铁素体珠光体+铁素体部分铁素体呈网状分布铁素体呈网状分布退火铁素体+珠光体珠光体+铁素体珠光体呈断续网状分布珠光体呈网状分布正火铁素体+珠光体珠光体+铁素体调质回火索氏体（二）铸造碳钢的质量检验铸造碳钢多数用于一般工程，金相检验按照GB/T 8493-1987《一般工程用铸造碳钢金相》标准进行。
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第九节 低合金钢的铸造性能
一、流动性 取决于C，其它元素影响小（量少） 二、收缩性 热裂，冷裂。与碳钢相似。
第十节 低合金钢的焊接性能
一、含炭量的影响 二、合金元素的影响 一般降低焊接性能 铌、钛等少数元素有利焊接性能 三、碳当量的影响 CE=C+Mn/8+Si/24+Ni/40+Mo/4+V/14 CE﹤0.4焊接性能好
第三节 铬系铸造低合金钢
1、成分：中碳，Cr，Mo，V 表7-2 2、 Cr作用：1）溶入F，提高强度硬度， 不降低韧性。 2）提高淬透性 3）易产生回火脆性 Mo：降低回火脆性，提高耐热性 V：细化晶粒，提高强度 3、应用：耐热零件，铸造齿轮
第四节 镍系铸造低合金钢
第六节 微量合金化铸钢
1、定义：以V、Nb、Zr、Ti、B和稀土作为合金化元素， 加入量一般小于0.1%。 2、生产中常用的两种： V、Nb系、 B系
一、 V、Nb系微量合金化铸钢 （表7-4）
1、成分设计原则： 1）低C，保证韧性，焊接性 2） V、Nb形成C、N化物，细化晶粒、强化 3）Mo，热处理延迟碳化物析出，细化晶粒。 2、性能：高强度韧性，焊接性好。
1、镍的作用：1）固溶强化，提高强度硬度。 2）提高淬透性 3）细化珠光体 4）降低韧-脆转变温度，强韧F。 5）提高钢的耐热性 2、应用：Ni、1-1.5%用于大型铸钢件 Ni、2-5%低温用钢。可达-115℃
第五节 低合金高强度铸钢（HSLA）
1、获得高强度高韧性的途径： 1）低的含碳量 2）多种合金元素复合强化 （提高淬透性、细化晶粒、提高韧性） 3）热处理，淬火+回火 4）钢液净化减少S、P、夹杂物、气体。 2、例如：HY130，美国钢号，Ni5.5%
二、B系微量合金化铸钢（表7-5）
1、B的作用：提高淬透性（强烈）， 2、B的量：一般﹤0.005% 3、要求：钢液纯净，去O、N（加B之前） 因为易形成 BO、BN， B失去作用
第七节 抗磨用铸造低合金钢
要求：高硬度、强度及韧性。 一、P-Fe3C抗磨钢 高C，Cr、Ni、Mo铸钢 C%=0.7， Cr、Mo稳定P，Ni提高韧性 性能：高强度、韧性。耐磨性稍差。 二、M抗磨钢 加入提高淬透性元素，获得M，提高硬度。 C%：0.4-0.6%，Si、Mn、Cr、Mo、Ni 应用：大型铸钢件
三、A-B抗磨钢
高C、Si合金钢 C：0.6-0.9%，Si：2.4%，Mo：0.3% 组织： A-B 等温淬火，A稳定（47%） 性能：高硬度，韧性 A变形诱变M。图7-4
第八节 低合金铸钢件的热处理
一、预先退火热处理 消除内应力、粗大组织、偏析 二、淬火（正火） 加热温度高，保温时间长。 三、回火 冷却速度快
第七章 铸造低合金钢
第一节 概述
性差，使用温度低，特殊性能差。 二、铸造低合金钢 元素﹤5%，在碳钢的基础上 常用系列：Mn系，Cr系，辅助其它元素 牌号：ZG+合金结构钢编号
第二节 锰系铸造低合金钢
1、成分：Mn%=1.1-1.8%，中碳。表7-1 2、锰作用：1）提高钢的淬透性 图7-1 2）提高钢的强度、韧性 （降低A1线，增多P，强韧F。） 3）过热敏感性大，产生回火脆性 3、措施：多元锰钢，（加入其它合金元素） 常用硅：1）进一步强化，2）提高表面强化效果，3） 具有良好的耐海水腐蚀性能。 4、应用：齿轮、船用零件、低温零件（低C）