材料科学常用的材料

,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,2020/1/24,#,2024/11/19,1,、,钢中常存杂质对钢性能的影响,一、,碳素钢,（1）,Mn,的影响,钢中常在杂质有,：,Si、Mn、S、P,和氧、,氢、氮等气体。,Mn,是炼钢时用锰铁给钢液脱氧后而残余,在钢中的元素。,2024/11/19,锰有较强的脱氧能力，锰大部分溶于,F，,使钢强化，锰对钢有益。,锰能降低,S,对钢的危害。,（1）,Mn,的影响,一般碳素钢中把锰控制在0.25%,0.8%范围内。,1,、,钢中常存杂质对钢性能的影响,2024/11/19,1,、钢中常存杂质对钢性能的影响,（2）,Si,的影响,Si,主要来自原料生铁和硅铁脱氧剂。,Si,比锰脱氧能力强，硅溶于,F，,提高钢的强度和硬度，但会使塑性和韧性降低。,硅促进,Fe,3,C,分解成石墨，若钢中出现石墨会使钢的韧性严重下降，产生所谓的“黑脆”。,硅在碳素钢中一般控制在0.17,0.37%范围内,2024/11/19,1,、钢中常存杂质对钢性能的影响（,3）,S,的影响,S,可使钢的“,热脆,”性增加。（,S,不溶于,-Fe,，,而以化合物,FeS,的形式存在，其熔点为,1190,，而,FeS,又能于,Fe,形成共晶体分布于晶界上，其熔点仅为,985,。,S,对钢的焊接性能也有不良影响，容易导致焊缝热裂。所以，,S,在钢中是有害杂质，其含量一般要求不大于0.05%。但是，,S,能改善钢材的切削性能。,2024/11/19,1,、钢中常存杂质对钢性能的影响,（4）,P,的影响,P,会引起钢的“,冷脆,”。（,P,在钢中全部溶于,-Fe,中，使钢的强度和硬度增高，同时，塑性和韧性显著降低。当钢中含,P,量达0.3%时，钢完全变脆，这种脆性现象在低温时更为严重。）,P,还降低钢的焊接性能。所以，,P,在钢中是有害杂质，其含量一般要求,0.045%,。但是，,S,能改善钢材的切削性能和耐腐蚀性能。,2024/11/19,氧会降低钢的力学性能，尤其是疲劳强度。对钢无益，越少越好。,1,、钢中常存杂质对钢性能的影响（,5）气体的影响,N,会以氮化物的形式析出，增加钢的强度和硬度，但会降低钢的塑性和韧性，使钢变脆。,H,会使钢的脆性显著增加，称为“,氢脆,”。,H,会使钢中产生裂纹，称为“,白点,”。,2024/11/19,1,),按钢中含碳量分,2,、碳素钢的分类、钢号和主要用途,（,1,）碳素钢的分类,低碳钢,W,C,0.25%,中碳钢 0.25%0.6%,2),按钢的质量分,普通钢,W,S,0.05%W,P,0.045%,优质钢,W,S,0.035%W,P,0.035%,高级优质钢,W,S,0.02%W,P,0.03%,2024/11/19,3,),按钢的用途分,2,、碳素钢的分类、钢号和主要用途,（,1,）碳素钢的分类,碳素结构钢,碳素工具钢,一般工程用铸造碳素钢件（铸钢）,4,),按炼钢时的脱氧程度分,沸腾钢（,F）,脱氧不彻底,镇静钢,（,Z）,脱氧彻底,半镇静钢（,b）,脱氧程度介于,F,和,Z,之间,特殊镇静钢（,TZ）,进行特殊脱氧,2024/11/19,1）普通碳素结构钢,主要用途,：各类工程。通常热轧后空冷供货，用户一般不需进行热处理而直接使用。这类钢共分五个强度等级。,（,2,）碳素钢的钢号命名方法和主要用途,命名：,标志符号,Q+,最小,S,值等级符号+脱氧程度符号 如：,Q235-A.F,等级符号：,A、B、C、D（D,级达到了优质钢水平）,2024/11/19,2）优质碳素结构钢,（,2,）碳素钢的钢号命名方法和主要用途,主要用途,：重要机件。可以通过热处理调整零件的力学性能。出厂状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火等状态。随用户需要而定。,命名,：用两位数字表示，两位数字表示钢中含碳量的万分之几。如：45钢,W,C,=0.45%,常用牌号,：08,F、15、45、60、60Mn,等。,2024/11/19,3,）碳素工具钢,（,W,C,=0.65%1.35%,属高碳钢,）,（,2,）碳素钢的钢号命名方法和主要用途,主要用途,：制作各种小型工具。可进行淬火、低温回火处理获得高硬度高耐磨性。分为优质级和高级优质级两大类。,命名,：标志符号,T+,含碳量的1000倍。如：,T10 W,C,=1.0%,高级优质级在钢号尾部加,A，,如,T10A,2024/11/19,4）一般工程用铸造碳素钢件（铸钢）,主要用途：难用锻压等方法成型的复杂零件且力学性能要求较高；,命名：标志符号,ZG+,最低,S,值最低,b,值 如：,ZG340-640,（,2,）碳素钢的钢号命名方法和主要用途,2024/11/19,二、合金钢,碳素钢,：生产简单，价格低廉，种类齐全，但碳素钢的强度较低，淬透性差，热硬性、耐磨、耐蚀、耐热性差。,合金钢,：为了改善碳素钢的力学性能、工艺性能或某些特殊物理、化学性能，有选择地加入一些合金元素，这类钢称为合金钢。,2024/11/19,1,、合金元素在钢中的作用,2,、合金钢的分类与编号,3,、合金结构钢,4,、特殊性能钢,二、合金钢,2024/11/19,1,、合金元素在钢中的作用,铁素体和渗碳体是钢中的两个基本相。,合金元素溶入铁素体形成,合金铁素体，产生固溶强化,效果，但这个效果是极为有限的。,形成,合金渗碳体和合金碳化物,，主要以第二相强化的方式来提高材料的力学性能，特别是一些高熔点、高硬度的碳化物（如,VC、Ti）,将对钢的性能产生重要的影响。,2024/11/19,（,1,）固溶强化铁素体,钢中加入固溶于,-Fe,的合金元素能使铁素体得到强化，即强度提高。如,16Mn,。,1,、合金元素在钢中的作用,（,2,）弥散强化铁素体,合金碳化物能以极小的质点（或薄片）析出，并呈弥散状分布于铁素体上，可阻止,F,在塑性变形时沿滑移面移动，从而增加了对外力作用的抵抗力，故强度得以提高。如：,15MnTi,2024/11/19,1,、合金元素在钢中的作用,（,3,）细化晶粒,Ti,、,V,、,B,、,Mo,、,Cr,等大多数金属元素能与碳结合成碳化物，热处理加入时可以阻止奥氏体晶粒变粗，冷却后可细化晶粒，故强度、韧性提高。,（,4,）改善钢的热处理性能,除钴（,Co,）、硫外，大多数合金元素如,Mn,、,Cr,、,Al,、,Si,、,Ni,、,B,、,P,等都可降低钢的临界冷却速度，得到马氏体。提高淬透性。,2024/11/19,1）按合金元素的含量分,2,合金钢的分类与编号,（,1,）合金钢分类,低合金钢 合金元素总含量小于等于5%；,中合金钢 合金元素总含量在5%,10%之间；,高合金钢 合金元素总含量大于等于10%；,2）按合金元素的种类分,有铬钢、锰钢、铬镍钢、硅锰钼钒钢等。,2024/11/19,3）按主要用途分,1）结构钢,建筑及工程用结构钢,机械制造用结构钢,2）工具钢,3）特殊性能钢,2,合金钢的分类与编号,（,1,）合金钢分类,2024/11/19,合金金牌号的一般命名原则,合金钢的含碳量、合金元素的种类、合金元素的含量均应在牌号中体现出来。,2,、合金钢的分类与编号,（,2,）合金钢的牌号,合金结构钢,前面数字表示平均含碳量的万分数，后面数字表示合金元素的含量，,1.5%,不标出,1.5%,、,2.5%,、,3.5%,时分别标出,2,、,3,、,4,。以次类推。如,40Cr,为,0.37%-0.45%C,0.8%-1.1%Cr,。,2024/11/19,2,合金钢的分类与编号,（,2,）合金钢的牌号,合金工具钢,含碳量小于,1%,时,：前面数字表示平均含碳量的千分数，后面数字表示合金元素的含量，,1.5%,不标出,1.5%,、,2.5%,、,3.5%,时分别标出,2,、,3,、,4,。以次类推。,如,9SiCr,平均含碳量为,0.9%,，,Si,、,Cr,均小于,1.5%,。,2024/11/19,合金工具钢,2,合金钢的分类与编号,（,1,）合金钢分类,含碳量大于,1%,时,：前面不标数字，后面数字表示合金元素的含量，,1.5,出,1.5%,、,2.5%,、,3.5%,时分别标出,2,、,3,、,4,。以次类推。,如：,Cr12MoV,表示平均含碳量,1%,、,Cr,平均含量为,12%Mo,、,V,均,1.5%,2024/11/19,3,、合金结构钢,（,1,）低合金结构钢,性能特点,较高的强度，足够的塑性和韧性、,良好的焊接性能。应用于建筑、桥梁等。,化学成分特点,低碳钢（含碳量0.2%)；主,要合金元素为,Mn(,含量为1.25,1.5%)。,热处理特点,一般不进行热处理。,常用钢种,16,Mn、15MnTi,等。,2024/11/19,3,、合金结构钢,（,2,）合金渗碳钢,性能特点,用于制造表面硬而耐磨，心部韧性好而耐冲击的零件，如齿轮、凸轮等。（具有良好的渗碳能力和淬透性）,化学成分特点,低碳钢（含碳量0.1,0.25%)；,主要合金元素有,Cr、Mn、Ti、V,等，其主要作用是提高淬透性和防止过热。,2024/11/19,热处理特点,预先热处理为正火、渗碳后为淬火加低温回火。,以20,CrMnTi,为例生产汽车变速箱齿轮为例，其工艺路线如下：,锻造 正火 加工齿形,局部镀铜 渗碳 预冷淬火、低温回火 喷丸 磨齿,3,、合金结构钢,（,2,）合金渗碳钢,常用钢种,20,Cr、20CrMnTi,2024/11/19,3,、合金结构钢（,3,）,合金调质钢,性能特点,调质处理后具有高强度与很好塑性及韧性的配合，即具有良好的综合力学性能。,化学成分特点,中碳钢（0.3,0.5%),合金元素主要有,Cr、Mn、Ti、Mo,等，主要作用是提高淬透性、细化晶粒和防止过热。,热处理特点,预先热处理为退火或正火，最终热处理为淬火+高温回火。,2024/11/19,3,、合金结构钢（,3,）,合金调质钢,常用钢种,40,Cr、40CrMn,等,。,以40,Cr,制作拖拉机连杆螺栓的生产工艺路线如下：,锻造 正火 粗加工 调质 精加工 装配,2024/11/19,3,、合金结构钢,（,4,）合金弹簧钢,性能特点,制造各种弹性元件如常圈簧、板簧等。要求具有高的弹性极限、高的屈强比、高的疲劳强度以及足够的韧性。,化学成分特点,含碳量（0.5,0.7%),合金元素主要有,Mn、Si、Cr、V、Mo,等，主要作用是提高淬透性和回火稳定性，防止回火脆性。,2024/11/19,热处理特点,热成型弹簧（尺寸8,mm,的大型弹簧）,下料 加热（,Ac3+,100）,成型 余热淬火 中温回火（,430）产品,冷成型弹簧（尺寸8,mm,小型弹簧）,下料 冷拨钢丝冷卷成型,低温退火 产品,常用钢种,60,Si2Mn 65Mn,3,、合金结构钢,（,4,）合金弹簧钢,2024/11/19,性能特点,要求具有很高的强度和硬度、很高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，很高的耐磨性，而且还应有一定的抗腐蚀能力。,化学成分特点,高碳（0.95%,Wc1.1%）；,加入的合金元素主要是,Cr,以提高其淬透性和耐磨性。,3,、合金结构钢,（,5,）滚动轴承钢,2024/11/19,3,、合金结构钢,（,5,）滚动轴承钢,热处理特点,预先热处理为球化退火，最终热处理为淬火+低温回火。,生产工艺如下：轧制、锻造 球化退火,机械加工 淬火加低温回火 磨削加工 成品,金相组织为：回,M+,粒状碳化物+少量,A,残,常用钢种,GCr15、GCr15SiMn（,注意,C,的含量一般在,0.95-1.1,）,2024/11/19,4,、特殊性能钢,（,1,）不锈钢,（,2,）耐热钢,（,3,）耐磨钢,2024/11/19,4,、特殊性能钢,（,1,）不锈钢,1,),金属腐蚀的种类,电化学腐蚀,金属在电解质中微电池腐蚀称为电化学腐蚀。,化学腐蚀,金属表面与周围介质直接发生纯化学作用而引起的腐蚀称为化学腐蚀。如钢在加热时产生的氧化皮。,20