《金属材料与热处理》课件4.项目四

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/8/23,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/8/23,#,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,02,CONTENT,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，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（,Fe,3,P,），这种化合物使钢的强度、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,-Fe,和,-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,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,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。,一、碳素钢的分类,碳钢的分类方法很多，常用的分类方法有以下几种,:,1.,按碳的质量分数分类,（,1,）低碳钢,w,c,0.25%,。,（,2,）中碳钢,0.25%0.60%,。,2.,根据有害元素硫、磷的质量分数分类，有,:,（,1,）普通钢,w,S,0.050%,，,w,P,0.045%,。,（,2,）优质钢,w,S,0.035%,，,w,P,0.035%,。,（,3,）高级优质钢,w,S,0.025%,，,w,P,0.025%,。,（,4,）特级优质钢,w,S,0.015%,，,w,P,0.025%,。,一、碳素钢的分类,3.,按冶炼时脱氧程度的不同分类,（,1,）沸腾钢,F,沸腾钢是脱氧程度不完全的钢。,钢液在熔炼末期仅用锰铁进行脱氧，钢液中残留的氧，在钢锭模内继续和碳反应生成,CO,，使钢液沸腾。这种钢锭不产生集中缩孔，切头损失少，但钢的成份不均匀，组织不够致密，质量较差。,（,2,）镇静钢,Z,镇静钢是脱氧程度完全的钢。,钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝进行充分脱氧，钢水在钢锭模中平静的凝固。这种钢化学成分均匀，组织比较致密，质量较高。但钢锭头部形成集中缩孔。轧制时需切除，钢的损失多。,（,3,）特殊镇静钢,TZ,一、碳素钢的分类,4.,按钢的用途分,（,1,）碳素结构钢 用于制造各种工程结构（船舶、桥梁、车辆压力容器等）和各种机器零件（轴、齿轮、各种连接件等）的钢种为结构钢。其中用于制造工程结构的钢又称为工程或构件用钢，它包括质量等级,A,、,B,、,C,、,D,四级。,（,2,）碳素工具钢 用于制造各种加工工具的钢种。根据工具的不同用途，可分为刃具钢、磨具钢、量具钢等。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,我国的钢材编号是采用国际化学符号和汉语拼音并用的原则。即,:,化学元素采用国际化学元素符号表示，如,Si,、,Mn,、,Cr,、,W,等。其中只有稀土元素，由于其含量不多但种类却不少，不易全部一一分析出来，因此用“,Re”,表示其总质量分数。产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，采用汉语拼音字母来表示。,1.,普通碳素结构钢,特点,:,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，应用普遍。如,:,型材（圆钢、角钢、槽钢等）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,:,螺钉、螺母、铆钉等）碳素结构钢的牌号由四部分组成,:,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,质量等级符号用,A,、,B,、,C,、,D,表示，其中,A,级硫、磷的质量分数最高，,D,级的硫、磷的质量分数最低。,A,级钢是保证力学性能的钢。,B,级钢是保证化学成分的钢。,C,级钢是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,Q195,、,Q215,、,Q235,，塑性较好，焊接性好，强度不高，一般轧制成为各种型钢和板带材，不仅被用作工程结构上，比如桥梁、高压线塔、建筑构架和金属构件等，而且被用作制造受力不大的机器零件，例如铆钉、螺钉、螺母、轴套和某些农机零件等。,Q255,、,Q275,的强度比较高，可用于制造例如链轮、拉杆、小轴活塞销和轻轨鱼尾板等受力中等的零件。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,2.,优质碳素结构钢,特点,:,它是按化学成分和力学性能供应的，钢中的含硫、磷及非金属夹杂物少，钢的品质较高，塑性和韧性都比普通碳素结构钢要好。出厂时不仅保证了化学成分，而且保证了力学性能，常用来制造重要的机械零件。,优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢中平均碳质量分数的万分之几。如,45,表示平均,w,c,=0.45%,的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢根据钢中锰的质量分数的不同分为普通含锰质量分数的钢（,Mn,=0.35%,0.80%,）和较高含锰质量分数的钢（,Mn=0.7%,1.2%,）。含锰质量分数较高的钢在牌号后标出元素符号“,Mn”,。如,50Mn,表示平均,w,c,=0.5%,的含锰质量分数较高的优质碳素结构钢。沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出，如“,20,锅”或“,20g”,，即平均碳的质量分数为,0.20%,的锅炉钢。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,08F,25,钢中碳的质量分数低，属于低碳钢，这类钢的强度、硬度较低，塑性、韧性及焊接性能良好。主要用于制作冲压件，焊接结构件及强度要求不高的机械零件及渗碳件。如,:,压力容器、小轴、销子、法兰盘、螺钉等。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,（,1,）,10,、,15,、,20,钢，塑性好，具有较好的焊接性能和冷冲压性能，宜于制作各种冷冲压件，焊接件以及尺寸不大，承受载荷较小的渗碳件。,（,2,）,30,55,钢属于中碳钢。这类钢具有较高的强度和硬度，其塑性和韧性随碳的质量分数的增加而逐步降低，切削性能良好。经调质后能获得较好的综合力学性能。,用来制作受力较大的机械零件。如,:,连杆、齿轮、联轴器等。,（,3,）,60,以上的钢属于高碳钢。这类钢具有较高的强度、硬度和弹性，但焊接性能不好。切削性稍差，冷变形塑性差。,主要用来制造具有较高强度、耐磨性和弹性的零件。如,:,弹簧垫圈、板簧和螺旋弹簧等。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,3.,碳素工具钢,特点,:,高硬度和高耐磨性。碳的质量分数均在,0.70%,以上。,用于制造刀具、模具和量具的钢。如图,4 6,为碳素工具钢制品。,牌号,:,在钢号前加“碳”或“,T”,以表示碳素工具钢，其后跟以表示含碳量的千分之几的数字，如平均含碳量,c=0.8%,的钢，其钢号为“碳,8”,或“,T8”,。含锰量较高的，在钢号后标以“锰”或“,Mn”,，如“碳,8,锰”或“,T8Mn”,、如为优质碳素工具钢，则在其钢号后加“高”或“,A”,，如“碳,8,高”或“,T8A”,。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,4.,铸造碳钢,特点,:,用于制造形状复杂、力学性能要求较高的机械零件。,广泛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、砧座等。牌号,:,用“铸钢”两汉字的汉语拼音字母字头“,ZG”,加两组数字，第一组数字代表屈服点，第二组数字代表抗拉强度值。如,ZG270500,表示屈服点不小于,270 MPa,，抗拉强度不小于,500 MPa,的铸造碳钢。,二、碳素钢的牌号、主要性能及用途,不同牌号的铸造碳钢用于不同使用要求的零件。,ZG200-500,:,有良好的塑性、韧性和焊接性，用于受力不大，要求具有一定韧性的零件。如,:,机座、变速箱体等。,ZG230-450,:,有一定的强度和较好的塑性、焊接性良好，切削性能尚可，用于受力不大、要求具有一定韧性的零件。如,:,砧座、轴承盖、阀体、外壳等。,ZG270-500,:,有较高的强度和较好的塑性、铸造性能良好，焊接性能尚好，切削性良好，用途广泛。主要用于轴承座、缸体、轧钢机机架、连杆、曲轴等。,ZG310-570,:,强度和可切削性良好，塑性、韧性较低。用于负荷较高的零件，如,:,大齿轮、缸体、制动轮、辊子等。,ZG340-640,:,有高的强度、硬度和耐磨性，可切削性中等，焊接性较差，流动性好，裂纹敏感性较大。用于齿轮、棘轮等。,谢谢,