工程材料与加工 第四章摘要.doc

第四章 常用金属材料 §1.碳素钢（碳钢） 碳素钢的合金元素含量低， 碳素钢中的碳质量分数小于 2.11％，通常碳素钢中还含有C、Si、Mn、S、P等合金元素。 一.碳素钢的分类及各元素对钢性能的影响 1．碳素钢的分类 碳素钢可按碳质量分数、质量和用途等不同进行分类。 低碳钢=0.25% 中碳钢0.25%~.065% 高碳钢=0.60% ①按碳质量分数分类 普通质量钢S=0.025%;P=0.045%; 优质钢S+0.035%;P=0.035% 高级优质钢S+0.02%;P0.030%; ②按质量分类 碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素结构钢 铸造碳钢 ③按用途分类 2．碳素钢中各元素对钢性能的影响 碳素钢中碳是主要元素，对钢的性能起主要作用。通常钢中还含有 Mn、Si、S、P等元素，它们对钢的性能有一定的影响。 ( 1)C的影响 如图4-1所示。碳质量分数小于0.9％时，随碳质量分数的增加，钢的强度、硬度呈直线上升，而塑性、韧性下降。当碳质量分数大于0.9％时，硬度继续上升，而强度开始下降，塑性、韧性继续下降。 （ 2）Mn的影响 是碳素钢中的有益元素。碳素钢中通常Mn含量在0.25％～0.80％,最高可达0.70％～1.2％。Mn与S、O可形成MnO、MnS，可起到脱氧去硫的作用，从而可降低钢的热脆性；Mn可溶于铁素体中形成置换固溶体，使铁素体固溶强化，从而提高钢的强度和硬度。 （ 3）Si的影响 Si是钢中的有益元素。Si可溶于铁素体中，使钢得到固溶强化。 （ 4）S的影响 S是钢中的有害元素。S与Fe几乎不溶解，常以FeS形式存在于钢中。FeS与Fe在钢中形成低熔点的共晶体（熔点983℃），分布在晶界上，在始锻温度1000～1200℃进行加热时，共晶体（FeS+F）将熔化，使钢产生热脆现象。这种热脆现象的出现导致钢在锻造时发生开裂，所以钢中的含S量必须严格控制。 （ 5）P的影响 P是钢中的有害元素。P能溶于铁素体，使铁素体固溶强化，可提高钢的强度和硬度，但塑性、韧性急剧下降。P形成的Fe3P极脆。含P量高时，在室温或较低温度进行加热时易变脆开裂，称为冷脆。所以含P量必须严格控制。 二.碳素结构钢与优质碳素结构钢 1．碳素结构钢 碳素结构钢是工程中应用最多的钢种，约占钢总产量的 70％～80％，其中大部分用作工程结构件，少量用作普通零件。 碳素结构钢的牌号由钢的屈服强度的拼音字首“ Q+σS+质量等级+脱氧方法”组成。 为区分质量等级，在数值后加 A、B、C、D四个等级。 为区分脱氧方法，在等级后加 F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）；Z、TZ在牌号中不标出。 碳素结构钢的用途： Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定的强度，通常扎制成各种型材，如钢板、钢管等，大量用于桥梁、建筑、车辆等行业；也可用于制造普通螺钉、螺帽、铆钉等。Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。Q235、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作结构件用。 这类钢只保证力学性能。一般情况下，在热轧状态使用，不再进行热处理。 2．优质碳素结构钢 一般用平炉或电炉进行冶炼。其中 S＜0.035％、P＜0.035％，化学成分加以严格控制，塑性、韧性较高，多用于制造重要的零件。 碳的含量根据要求不同而定。这类钢既保证化学成分，又保证力学性能。这类钢 HBS、σS、σb高，经热处理后力学性能较好。 钢的牌号用 2位数字表示，数字表示钢的平均含碳量的万分数。牌号自08～80，中间为5进制，共33种。不同牌号的优质碳素结构钢，因含碳量不同其力学性能有较大差别。 08、10钢，含碳量很低，故强度低而塑性很好，可用来制作冲压件。 15～25钢，属低碳钢，σb 不高，而塑性韧性较好，具有良好的冲压性和可焊性，可用来制作强度要求不高而有一定塑性和韧性的零件，如冲压件、螺钉、螺帽、钢管、钢带等。这类钢经渗碳淬火后可获得表面硬度高而心部韧性好的性能，常用作渗碳用钢，亦称碳素渗碳钢。 30～50钢，属中碳钢，经调质处理后使用，可获得既有一定强度和硬度，又有一定塑性和韧性良好配合的综合力学性能，亦称碳素调质钢，可制作锻件、热冲压件、冷镦件、齿轮、轴类等零件。 55～80钢，其含碳量较高，强度高而塑性低，具有一定的耐磨性，经热处理后有很高的弹性极限，常用于制造各种弹性零件，亦称碳素弹簧钢。也可用作耐磨零件和机车车轮等。 三.碳素工具钢碳素工具钢含碳量较高（0.65％～1.35％）。碳素工具钢按S、P含量分为2组：第一组是高级优质钢：S≤0.020％,P≤0.030％；第二组是优质钢：S≤0.030％，P≤0.035％。碳素工具钢的牌号是用“碳或T+数字”表示，数字表示