钢铁材料基础知识课件

建成最具核心竞争力的特钢企业,HBXYGCO.,湖北新冶钢有限公司,钢铁材料基础知识,HBXYGCO.钢铁材料基础知识,钢铁材料基础知识,2.钢铁产品牌号的表示方法,3.钢材的机械性能,4.,钢铁材料的热处理,5.,合金元素对钢的性能影响,7.钢材有关术语,1.,钢铁材料的分类,6.,钢材理论重量的计算方法,8.钢材的保管,钢铁材料基础知识2.钢铁产品牌号的表示方法3.钢材的机械,1.钢铁材料的分类,1.1 生铁的分类,钢铁材料通常是指铁碳合金，按含碳量的大小分类，含碳量(质量分数)大于2的为生铁，小于2的为钢。含碳量(质量分数)小于004的为工业纯铁。,按用途可将生铁分为：炼钢用生铁和铸造用生铁；,按化学成分可将生铁分为：普通生铁和特种生铁（包括天然合金生铁和铁合金）。,生铁的牌号,生铁按含硅量不同划分牌号，以阿拉伯数字表示平均含硅量的千分数。,每个牌号按含锰量不同划分为组，每个牌号按含磷量不同划分为级，每个牌号按含硫,量不同划分为类，组、级、类序号越大，有关元素含量越多。,例如：L04 表示Si含量：0.45,L08表示Si含量：0.450.85,L10表示Si含量：0.851.25,1.钢铁材料的分类1.1 生铁的分类 生铁的牌号,碳的含量超过2%（一般是2.53.5）的铁碳合金称为铸铁。铸铁一般用铸造生铁经冲天炉等设备重熔，用于浇注机械零件。,按断口颜色一般可以把铸铁分为：灰铸铁、白口铸铁和麻口铸铁。,按化学成分一般可以把铸铁分为：普通铸铁和合金铸铁。,按生产工艺和组织性能可以把铸铁分为：普通灰铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特殊性能铸铁。,1.2 铸铁的分类,碳的含量超过2%（一般是2.53.5）的铁碳合金称为铸铁,分类方法,分类名称,说,明,1按断口颜色分,(1)灰铸铁,这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中。,(2)白口铸铁,白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。由于其具有很高的表面硬度和耐磨性，又称激冷铸铁或冷硬铸铁。,(3)麻口铸铁,麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用。,2按化学成分分,(1)普通铸铁,是指不含任何合金元素的铸铁，如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。,(2)合金铸铁,是在普通铸铁内加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配制的一种高级铸铁。如各种耐蚀、耐热、耐磨的特殊性能铸铁。,3按生产方法和组织性能分,(1)普通灰铸铁,参见,“,灰铸铁,”。,(2)孕育铸铁,这是在灰铸铁基础上，采用,“,变质处理,”,而成，又称变质铸铁。其强度、塑性和韧性均比一般灰铸铁好得多，组织也较均匀。主要用于制造力学性能要求较高，而截面尺寸变化较大的大型铸件。,(3)可锻铸铁,可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成，比灰铸铁具有较高的韧性，又称韧性铸铁。它并不可以锻造，常用来制造承受冲击载荷的铸件。,(4)球墨铸铁,简称球铁。它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料，在机械工程上应用广泛。,(5)特殊性能铸铁,这是一种有某些特性的铸铁，根据用途的不同，可分为耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。大都属于合金铸铁，在机械制造上应用较广泛。,分类方法分类名称说 明1按断口颜色分(1)灰铸铁这种,1.3 钢分类,1.按化学成分分类：,碳素钢(碳钢)：含碳量约0.05%1.35%,合金钢：特意加入了合金元素,1.1碳素钢分类,高碳钢：含碳量0.6%,中碳钢：含碳量0.25%06%,低碳钢：含碳量0.25%,1.2合金钢分类,低合金钢：合金元素总含量10%,1.3 新国标GB/T133041991按化学成分分类为：,非合金钢、低合金钢、合金钢,2按冶炼方法分类：,转炉钢、平炉钢、电炉钢、电渣钢,3脱氧程度分类：,镇静钢、沸腾钢、半镇静钢,4按钢的品质分类,普通钢P0.045%S0.05%,优质钢 P0.035%S0.035%,高级优质钢 P0.025%S0.025%,特级优质钢 P0.025%S0.015%,5用途分类,结构钢 建筑用钢和机械用钢,工具钢 制造各种工具，如刀具、量具、模具等用钢,特殊性能钢 具有特殊的物理、化学性能的钢,1.3 钢分类1.按化学成分分类：2按冶炼方法分类：,非合金钢、低合金钢和合金钢合金元素规定含量界限值,按化学成份,合金元素,合金元素规定含量(质量分数)界限值(),非合金钢,低合金钢,合金钢,A1,O10,O10,B,00005,0O005,Bi,O10,O10,Cr,O30,O30O50,O50,Co,0.10,O10,Cu,O10,O10O50,0.50,Mn,100,1001.40,1.4,Mo,O05,0.050.10,O10,Ni,O30,0.300.50,O50,Nb,0.02,0.020.06,O06,Pb,(O40,0.40,Se,O10,0.10,Si,O50,O500.90,O90,Te,O10,O10,Tj,O05,O05O15,O13,W,O10,0.10,V,0.04,O04O12,O12,Zr,0.05,0.050.12,0.12,La系(每一种元素),0.02,0.020.05,0.05,其他规定元素,(S、P、c、N除外),450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。维氏硬度（HV）以120kg以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）,3.钢材的机械性能,5.屈强比（Rel/Rm）钢材,4.钢铁材料的热处理,1.钢的退火 将钢加热到一定温度(Ac 1 以上或以下)并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。,2.钢的正火 正火是将钢加热到临界温度（Ac 3(或Ac cm)以上）以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。,4.钢铁材料的热处理1.钢的退火 将钢加热到一定温度,3.钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度（Ac1或Ac3线以上,）以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。,4.钢的回火将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250）精加工前，把工件重新加热到100-150，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。,4.钢铁材料的热处理,3.钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度（Ac1或Ac3,5.钢的表面热处理 表面淬火：是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬火在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。适用于中碳钢。化学热处理：是指将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺。按照渗入元素的种类不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、氰化和渗金属法等四种。渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。渗氮：又称氮化，是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。目前生产中多采用气体渗氮法。,氰化：又称碳氮共渗，是指在钢中同时渗入碳原子与氮原子的过程。它使钢表面具有渗碳与渗氮的特性。渗金属：是指以金属原子渗入钢的表面层的过程。它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等。,4.钢铁材料的热处理,5.钢的表面热处理 表面淬火：是将钢件的表面通过快,5.合金元素对钢的性能影响,5.合金元素对钢的性能影响,5.合金元素对钢的性能影响,元素名称,对性能主要影响,Al,主要作用为细化晶粒和脱氧，在渗氮钢中能促成渗氮层，含量高时，能提高高温抗氧化性，耐气体的腐蚀作用，固溶强化作用大，提高耐热合金的热强性，有促使石墨化倾向,B,微量硼能提高钢的淬透性，但随钢中碳含量增加，淬透性的提高逐渐减弱以至完全消失,C,含量增加，钢的硬度和强度也提高，但塑性和韧性随之下降,Co,有固溶强化作用，使钢具有红硬性，提高高温性能、抗氧化和耐腐蚀性，为高温合金及超硬高速钢的重要合金元素，提高钢的Ms点，降低钢的淬透性,Cr,提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，增加高碳钢的耐磨性，含量超过12时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用，提高钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素，但含量高时易产生脆性,Cu,含量低时，作用和镍相似，含量较高时，对热变形加工不利，如超过O30时，在热变形加工时导致高温铜脆现象，含量高于O75时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。在低碳合金钢中，特别是与磷同时存在，可提高钢的抗大气腐蚀性，2一3的铜在不锈钢中可提高对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性,5.合金元素对钢的性能影响元素名称对性能主要影响Al 主,5.合金元素对钢的性能影响,Mn,降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向,Mo,提高钢的淬透性，含量0.5时，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高热强性和蠕变强度，含量23时，提高抗有机酸及还原性介质腐蚀能力,N,有不明显的固溶强化及提高淬透性的作用，提高蠕变强度，与钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用，表面渗氮，提高硬度及耐磨性，增加抗蚀性，在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性,Nb,固溶强化作用很明显，提高钢的淬