第四章 钢铁材料教案

第四章钢铁材料教案

使共晶体溶化，变脆开裂，这种现象称为热脆。所以钢中的硫必须严格控制。钢中加锰，可消除硫的有害作用，因Mn与S能形成MnS，熔点达1620℃，高温下塑性好的MnS呈点状分布，避免热脆的影响。

4）磷的影响

磷也是一种有害杂质，它部分溶于铁素体中，部分形成脆性很大的化合物Fe3P，使室温下钢的塑性、韧性急剧下降，脆性转变温度升高，使钢变脆，这种现象称为冷脆性。磷也使钢的焊接性能变坏。虽然磷在改善切削性及抗腐蚀性方面对钢有好处，但相对于明显的不利方面，一般钢中都需严格控制磷的含量。

另外，氧、氢等对钢的性能带来不利影响，是有害杂质。

二、合金元素在钢中的主要作用

一）对钢基本相的影响

1、强化铁素体

2、形成合金化合物

二）对相图的影响

三）对钢热处理的影响

2. 碳素钢的分类及牌号

碳素钢的种类很多，常按以下方法分类。

（1）按钢的化学成分分类

碳素钢：低碳钢（0.0218%＜wC≤0.25%）；

中碳钢（0.25%＜wC≤0.60%）；

高碳钢（0.60%＜wC≤2.11%〉。

合金钢：低合金钢

中合金钢

高合金钢

（2）按钢的主要质量等级分类

普通质量碳素钢（wS≤0.050%,wP≤0.045%）；

优质碳素钢（wS≤0.035%，wP≤0.035%）

高级优质钢；

特殊质量碳素钢（wS≤0.020%，wP≤0.020%）

(3) 按钢的用途分类

碳素结构钢：主要用于制作机械零件和工程构件，一般属于低、中碳钢；

碳素工具钢：主要用于制作量具、刃具和模具，一般属于高碳钢。

特殊性能钢：工程中常用的特殊性能钢有耐磨钢、耐热钢、不锈钢等。

此外，钢按冶炼方法不同，可分为转炉钢和电炉钢；按冶炼时脱氧程度的不同，可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静和特殊镇静钢等。

一、碳素钢：

含碳量大于0.0218％小于2.11％，且不含特意加入合金元素的铁碳合金，称为碳素钢或非合金钢，简称碳钢。碳素钢具有良好的力学性能和工艺性能，且冶炼方便，价格便宜，故在机械制造、建筑、交通运输等许多工业部门中得到广泛的应用

1.碳素结构钢

碳素结构钢的杂质和非金属夹杂物较多，但冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大，在性能上能满足一般工程结构及普通零件的要求，因而应用普遍。碳素结构钢

通常轧制成钢板和各种型材（圆钢、方钢、扁钢、角钢、槽钢、工字钢、钢筋等），用于厂房、桥梁、船舶等建筑结构或一些受力不大的机械零件（如铆钉、螺钉、螺母等）。

碳素结构钢的牌号表示方法:

例：Q 235 — A· F

碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能和用途见p154表4-1所示。

2、优质碳素结构钢

优质碳素结构钢是按化学成分和力学性能供应的，钢中所含硫、磷及非金属夹杂物量较少，常用来制造重要的机械零件，使用前一般都要经过热处理来改善力学性能。

优质碳素结构钢的牌号表示方法两位数字表示平均含碳量为万分之这个数字：（１）.普通含锰（ωMn=0.２５～０.８０％）

08Ｆ、10、15、20、、、35、40、45、、、65、、80等；

如：45 - 表示Wc =０.45%的优质碳素结构钢。

（２）.较高锰质量分数的（ωMn=0.７０～０１.２％）

15Ｍｎ、20Ｍｎ、、、35Ｍｎ、40Ｍｎ、45Ｍｎ、、、65Ｍｎ、、等

如：45Mn -表示Wc =０.45%较高含锰量的

优质碳素结构钢。

优质碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能和用途见p155表4-2所示。

3、碳素工具钢

碳素工具钢是用于制造刀具、模具和量具的钢。由于大多数工具都要求高硬度和高耐磨性，故碳素工具钢含碳量均在0.70％以上，都是优质钢和高级优质钢。

碳素工具钢的牌号表示方法：例：T 12 A

碳素工具钢的牌号、化学成分、力学性能和用途见p155表4-3所示。

各种牌号的碳素工具钢经淬火后的硬度相差不大，但是随着含碳量的增加，未溶的二次渗碳体增多，钢的耐磨性增加，韧性降低。因此，不同牌号的工具钢用于制造不同使用要求的各类工具。

4.铸造碳钢

铸造碳钢一般用于制造形状复杂、力学性能要求较高的机械零件。这些零件形状复杂，很难用锻造或机械加工的方法制造，又由于力学性能要求较高，不能用铸铁来铸造。铸造碳钢广泛应用于制造重型机械的某些零件，如轧钢机机架、水压机横梁、锻锤和砧座等。

铸造碳钢的牌号、化学成分和力学性能如p155表4-4。

铸造碳钢的牌号表示方法：例：ZG 200 – 400

铸铁铸铁是wC＞2.11%的铁碳合金，工业用铸铁的含碳量一般为2.5～4%。除铁、硅、碳、锰以外，还含有较高的硫、磷等杂质元素，在合金铸铁中，还加入一定含量的其他合金元素。铸铁在工业中应用量较大，按重量百分比，一般机械中，铸铁件占约40%～70%，在机床和重型机械中达60%～90%。

铸铁

铸铁中碳除极少量固溶于铁素体外，一般均以游离状态的石墨或化合状态的渗碳体存在。根据碳在铸铁中存在的形式不同，可分为以下几种：

一、铸铁的分类及石墨化：

1、铸铁的分类

铸铁中碳除极少量固溶于铁素体外，一般均以游离状态的石墨或化合状态的渗碳体存在。根据碳在铸铁中存在的形式不同，可分为以下几种：

1）．白口铸铁碳主要以渗碳体形式存在的铸铁。断口呈银白色。由于大量硬而脆的渗碳体存在。白口铸铁硬度高、脆性大，难以切削加工。

2）麻口铸铁碳以渗碳体+石墨形式存在，断口灰、白色相间。此类铸铁硬脆性较大，故工业上很少使用。

3）．灰口铸铁碳主要以片状石墨形式出现的铸铁；断口呈暗灰色，是工程中应用最多的铸铁

4）。可锻铸铁碳主要以团絮状石墨形式出现的铸铁；

5）. 球墨铸铁碳主要以球状石墨形式出现的铸铁；

6）. 蠕墨铸铁碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁。

7）. 合金铸铁含有合金元素（钼、铬、钒、铜、铝等）的铸铁

2、影响石墨化的因素

铸铁组织中石墨的形成叫“石墨化”过程，铸铁石墨化过程的比较复杂，与许多因素有关，其中化学成分和冷却速度是影响石墨化的主要因素。

影响铸铁石墨化的主要因素。

1．化学成分—影响石墨化进程的本质因素

碳和硅都是强烈促进石锰又可显著减小硫在石墨化过程中的有害作用墨化的元素；磷也是促进石墨化的元素，但其作用较弱；硫是强烈阻碍石墨化的元素，。

2．冷却速度—影响石墨化进程的工艺因素

冷却速度愈快，铸铁愈容易产生白口铸铁组织；

冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充分进行，铸铁容易获得灰口铸铁组织。

3.加热温度和保温时间—影响石墨化进程的工艺因素

温度升高，保温时间延长，有利于石墨化进程，但需高温长时间保温，冷却速度极慢。

二、灰口铸铁

1．化学成分、组织和性能

（1）化学成分

灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5%～4．0%，wSi=1.0%～2．5%，wMn=O．5%～

1.4%，wS≤O.15%，wP≤0.3%。

(2) 组织

由于石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：

铁素体(F)+片状石墨(G)；

铁素体(F)—珠光体(P)+片状石墨(G)；