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1、碳钢与不锈钢,碳钢基础知识,一、碳钢的定义 二、常存杂质元素对碳钢性能的影响 三、钢的分类 四、碳钢的牌号、性能及用途 五、铁碳合金的基本组织 六、材料的基本性能,一、碳钢的定义,碳素钢简称碳钢，它是指含碳量大于0.0218%而小于2.11%，且冶炼时不特意加入合金元素的，是最基本的铁碳合金。 碳钢含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。碳钢在冶炼时不可避免地含有一些杂质元素，对钢的性能和质量有较大影响。,二、常存杂质元素对碳钢性能的影响 硅的影响,来源：生铁和脱氧剂 影响：残余硅能溶于铁素体，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。 使钢的液态流动性变好，有利于铸造成型。 含量：硅作为常存元素
2、，其含量一般不超过0.5%。,二、常存杂质元素对碳钢性能的影响 锰的影响,来源：生铁和脱氧剂。 影响：它能与钢中的硫化合成硫化锰，从而减轻硫的危害作用。 残余的锰大部分能溶于铁素体，提高钢的强度和硬度 。 含量：一般小于1%。,来源：生铁和燃料。 影响：对钢的危害很大。 它不溶于铁，而以FeS的形式存在，FeS与Fe形成低溶点（985）的共晶体，在钢件进行锻造、轧制等热加工时，削弱钢内部分子之间的结合力，导致开裂。称为“热脆”。 硫还会使钢的强度和韧性降低。 硫与锰化合成硫化锰，起断屑的作用，可改善切削性。 含量：应严格控制，一般应小于0.050%,二、常存杂质元素对碳钢性能的影响 硫的影响,
3、来源：生铁。 影响：能全部溶于铁素体，提高钢的强度和硬度； 使钢在低于100时的塑性和韧性急剧下降，这种现象称为“冷脆”。含磷量越高，冷脆越严重； 含量在0.05%0.15%，使铁素体脆化，可改善切削性。 磷还会使钢的焊接性能变坏，在焊接时容易产生裂纹。 含量：一般应小于0.045。 如：在炮弹钢中，含磷量高，其目的在于提高钢的脆性，增加弹片的碎化程度，提高炮弹的杀伤力。,二、常存杂质元素对碳钢性能的影响 磷的影响,二、常存杂质元素对碳钢性能的影响 其它气体与非金属夹杂物,氢脆：氢分子大的气压白点氢脆 氮的时效：来不及逸出的氮，放置一段时间后，以氮化物的形式析出，使钢变脆。 氧以氧化物的形式存
4、在于钢中，形成非金属夹杂物，如SiO2、MnO、Al2O3等，降低钢的塑性、冲击韧性和疲劳强度等。,三、钢的分类,1、按钢中碳含量分类 （1）低碳钢（Wc0.25%）； （2）中碳钢（Wc=0.250.6%）； （3）高碳钢（Wc0.6%）。,三、钢的分类,2、按碳钢的质量等级分类 碳钢的质量主要是以硫、磷的含量来衡量，硫、磷的含量越低，钢的质量越好。 普通质量碳素钢（S0.050%，P 0.045%） 优质碳素钢（S0.035%，P 0.035%） 高级优质碳素钢（S0.020%; P 0.035%）,三、钢的分类,按用途分： 结构钢：工程结构用钢（用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构
5、件等）、机器零件用钢（包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢） 工具钢：用于制造各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。 特殊性能钢：具有某种特殊的物理或化学性能的钢种，用于有特殊要求的零件或结构，如不锈钢、耐热钢、高耐磨钢、磁钢等,三、钢的分类,按冶炼浇注时钢的脱氧程度分类 （1）沸腾钢； （2）镇静钢； （3）半镇静钢。,四、碳钢的牌号、性能及用途,普通碳素结构钢 （1）牌号表示方法 用“Q+数字+符号”表示 ，其中Q代表屈服点的字母，数字表示屈服点数值（MPa），质量等级符号（A，B，C，D）及脱氧方法符号（F，b，Z，TZ）等四部分按顺序组成。质量等级符号
6、表示普碳钢中杂质硫磷含量的高低，D级的S、P含量最低，质量最好。脱氧方法符号从F起依次分别表示沸腾钢，半镇静钢， 镇静钢及特殊镇静钢，后两种钢牌号中的脱氧方法符号可省略。例如Q235-AF，表示屈服强度数值s235MPa的A级沸腾钢。 （2）普通碳素结构钢牌号、性能特点及用途 普通碳素结构钢含杂质较多，价格低廉，用于对性能要求不高的地方， 强度较低，但塑性、韧性、冷变形性能好。,表4-1碳素结构钢牌号、特点及用途,四、碳钢的牌号、性能及用途,优质碳素结构钢 （1）牌号表示法 该类钢的钢号用“两位数字或两位数字Mn”表示，其中两位数字表示钢中碳的平均含量，单位为万分之一； Mn表示对含锰量较高的
7、钢，须将锰元素标出，一般锰的含量为0.701.2%，如：20、20Mn 、45、40Mn 。钢号45，表示平均含碳量为0.45%的钢，这是正常含锰量（0.350.8%）的优质碳素结构钢；钢号20Mn表示碳的平均含量为0.20%、Mn表示锰的含量为0.701.2%的钢。沸腾钢，半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出，如08F表示含碳量为0.08%的沸腾钢。 （2）优质碳素结构钢牌号、性能特点及用途 优质碳素结构钢含有害杂质较少，强度、塑性、韧性比普通碳素结构钢好，主要用于制造较重要的机械零件。,表4-2 优质碳素结构钢牌号、性能及用途,四、碳钢的牌号、性能及用途,碳素工具钢 （
8、1）牌号表示法 用“碳”的汉语拼音字首“T”加数字（表示钢的平均含碳量的千分数）表示，如T8。T8A中的A,表示钢中硫、磷含量比T8中的少。 （2）碳素工具钢的牌号、性能特点及用途 用于制作刃具、模具和量具的碳素钢。与合金工具钢相比，其加工性良好，价格低廉，使用范围广泛，所以它在工具生产中用量较大。,四、碳钢的牌号、性能及用途,4、碳素铸钢 （1）牌号表示法 铸造碳钢的牌号是用铸钢两字的汉语拼音的首字母“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。例如ZG270-500表示屈服强度270MPa、抗拉强度500MPa的铸造碳钢。 （2）铸钢的性能及用途 铸钢主要
9、用于制造形状复杂，又需要一定强度、塑性和韧性，铸铁满足不了性能要求的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械齿轮、轴，以及轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。,五、铁碳合金的基本组织,铁碳合金是以铁为基本元素，以碳为主加元素组成的合金。在固态下铁碳合金的基本组织有 铁素体（F）：铁素体含碳量的质量分数很低，其性能与纯铁相似，塑性和韧性很好、强度低、硬度低。 奥氏体（A）：奥氏体具有一定的强度和硬度，塑性也很好，溶解碳能力比铁素体较大。因奥氏体组织塑性好而又便于成型。在一般情况下，奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度范围为7271394，故奥氏体的硬度低，塑性较高，通常用于对钢铁材料进行热变形加工，如“打
10、铁”。,五、铁碳合金的基本组织,渗碳体（Fe3C）：渗碳体的碳的质量分数为6.69%，熔点为1227。渗碳体的硬度很高（800HBW），塑性、韧性几乎为零，脆性很大，是一种硬而脆的组织。渗碳体在钢中主要起强化作用。 珠光体（P）：珠光体是由软的铁素体和硬的渗碳体片相间组成的混合物。主观题的性能介于渗碳体和铁素体之间，强度较好（b=750Mp,HBS180）,塑性低，但不脆。 莱氏体（Ld）：莱氏体中碳的质量分数为4.3%，当温度高于727时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号“Ld”表示。低于727时，莱氏体由珠光体和渗碳体组成，用符号 “Ld”表示，称为变态莱氏体。莱氏体组织由于碳的质量分数
11、高，机体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性差。,六、材料的基本性能,1屈服强度（力学符号0.2，英文缩写YS） 0.2=P0.2/F0 P0.2拉伸试样塑性变形量为0.2%时承受的载荷 F0 拉伸试样的原始截面积 材料的屈服强度小，表示材料容易屈服，成形后回弹小，贴模性和定形性好。 2抗拉强度（力学符号b，英文缩写TS） b=Pb/F0 Pb拉伸试样断裂前承受的最大载荷 F0拉伸试样的原始截面积 材料的抗拉强度大，材料变形过程中不容易被拉断，有利于塑性变形。,六、材料的基本性能,3屈强比（0.2/b） 屈强比对材料冲压成形性能影响很大，屈强比小，材料由屈服到破裂的塑性变形阶段长，成形过程中发生断裂的危险性小，有利于冲压成形。 一般来讲，较小的屈强比对材料在各种成形工艺中的抗破裂性都有利。,六、材料的基本性能,4延伸率（力学符号,英文缩写EL） 延伸率是材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长长度与原有长度的比值，即：式中 材料的延伸率（%）L 试样被拉断时的长度（mm）L0 拉伸前试样的长度（mm） 材料的延伸率大，就是材料允许的塑性变形程度大，抗破裂性好，对拉深、翻边、胀形各类变形都有利。,
