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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划金属材料按成分分类金属材料的分类及牌号焊接基础、热处理葛兆祥12江苏省电力试验研究院有限公司江苏省电机工程学会金属材料与焊接专委会金属材料分类及牌号金属材料的种类很多，常用的有钢、铁，铝及其合金，铜及其合金，钛及其合金，镁及其合金，锆及其合金，镍及其合金等。在我们电力系统，应用最多的还是钢和铁。所以，今天我们主要讨论钢和铁的有关内容。一、铸铁1、特点铸铁与钢相比强度较低，塑性、韧性较差。但是具有良好的：耐磨性吸震性铸造性、可切削性铸铁的焊接性差，因此，影响了它的发展。但是随着焊接技术
2、的发展，铸铁的焊接也取得了很大的成功，获得了很大的经济效益。2、铸铁的分类铸铁是含碳量为2的铁碳合金。在铸铁的化学成分中还有Si、Mn及S、P等杂质。为了改善铸铁的性能，常在铸铁中加入Ni、Cr、Mn、Si、V、Ti、Mg等元素，成为合金铸铁。按照C在铸铁中存在的状态和形式的不同，可将铸铁分为五类：白口铸铁C在铁中绝大部分以渗碳体的形式存在，断口呈白色而得名。渗碳体硬而脆，无法加工，故应用不广。主要用于轧辊、不需要加工的耐磨件等。灰口铸铁C以片状石墨存在，其断口呈暗灰色而得名。普通灰铁石墨较粗，如在浇注之前的铁水中加入少量的硅铁或硅钙等孕育剂，进行孕育处理，促使石墨自发形核，可使粗片状石墨细化
3、，形成孕育铸铁。可锻铸铁C团絮状石墨存在，是将白口铁经长时间石墨化退火，使渗碳体分解形成石墨并呈团絮状分布于基体内，因其韧性较好故称可锻铸铁。可锻铸铁是由炼钢生铁在9001000的温度下经过29天长时间的退火形成。球墨铸铁C以球状石墨存在，故称球墨铸铁。这是铁水中加入纯镁或稀土镁合金等球化剂而获得，具有较高的强度和韧性，可通过热处理改善力学性能，可制造强度高，形状复杂的铸件。蠕墨铸铁C以蠕虫状石墨存在，浇注前在铁水中加入稀土硅铁、稀土镁钛等蠕化剂，促使C形成蠕虫状。铁合金铁合金是Fe和其它一定量的合金元素组成的合金。它是炼钢原料之一，也是焊接冶金必不缺少原材料。炼钢和焊接时作为脱氧剂或渗合金剂
4、加入，起到脱氧、渗合金等作用，改善钢材和焊缝的性能。常用铁合金SiFe硅铁分别有含硅95、75、45的几种，也有12的贫硅铁、硅铝合金、硅钙合金，硅锰合金。MnFe按含碳量分为碳素锰铁，中碳锰铁，低碳锰铁。CrFe按含碳量分为碳素铬铁，中碳铬铁，低碳铬铁，微碳铬铁，超微碳铬铁，金属铬、硅铬合金。3、铸铁组织铸铁组织与化学成分和冷却速度有关化学成分影响有些元素能促使石墨化，如C、Ni、Si、Al、Cu等；有些是阻止石墨化元素，如S、V、Cr等。在铸铁中，C以石墨形式析出的过程称为石墨化。冷却速度的影响冷却速度很快时，便形成以珠光体和渗碳体，构成白口铁；冷却速度足够慢时，便形成以铁素体为基体的片状
5、石墨分布的灰口铸介于两者之间，形成以珠光体为基体和石墨组成灰口铁或珠光体和铁素体为基体灰口铁。4、铸铁的牌号和力学性能铸铁的牌号在GB/T5612-1985中作了相应的规定。规程对化学成分不做明确规定，仅规定力学性能。灰口铸铁牌号和力学性能由代号和抗拉强度组成，以灰铁的汉语拼音第一个大写字母作代号，代号后面紧跟一组数据表抗拉强度。例如HT250，其中HT表示灰口铸铁，250表示抗拉强度为250MPa。球墨铸铁牌号和力学性能由代号、抗拉强度值、和伸长率组成。例如QT40018，其中QT表示球墨铸铁，400为抗拉强度，18为伸长率。5、灰口铸铁的焊接灰口铸铁的特性成分在灰口铸铁中，C含量、Si含量
6、、Mn含量、P、S。其中硅、锰是有益元素，硫、磷是有害元素。石墨80的C以片状石墨存在基体除石墨外的基体为铁素体、珠光体或铁素体珠光体特性脆性大，伸长率几乎为零良好的铸造性、流动性好、机加工性高的抗耐磨性、抗震性焊接性焊接性差白口组织防止措施控制焊接起始温度、层间温度和焊后缓冷增加石墨化元素选用铸铁型焊条淬硬组织防止措施采用低碳钢和合金钢焊条焊接缓冷少母材熔化量焊接裂纹冷裂纹产生原因强度低塑性几乎为零加热不均匀温差应力大接头产生白口组织和淬硬组织焊材选用不当工艺选用不当结构刚性大材质差防止措施铸铁型焊缝预热、缓冷非铸铁型焊缝选用塑性好的焊条小破口分段焊接锤击条件允许加热热裂纹主要出现在焊缝异质
7、焊缝更易出现，尤其是第一层焊缝更易出现母材的S、P含量高，熔入量较高；同质焊缝焊接时，石墨析出，体积增加，有助于减小焊接应力，但也出现热裂倾向，这是第一层焊缝同样由于母材的熔入引起的。焊接焊接方法焊条电弧焊气焊焊接材料冷焊非同质焊条不预热热焊同质焊条需局部预热600700，400以上焊接，焊后600700保温消除焊接应力。半热焊预热400，采用铸铁型焊条二、钢材的分类及牌号钢材的种类很多，分类方法也很多。通常按照化学成分、用途、强度等级等进行分类。目前，世界各国都有自己分类方法，不尽相同。本章根据我国钢材的常用分类方法进行讨论。1、碳钢碳钢又称碳素钢钢，是Fe和C的合金。钢中还有Mn和Si以及
8、杂质S、P，钢材的性能主要取决C的含量。碳钢的分类1)按照含碳量分类低碳钢HRB6090，主要用于冷加工和合金结构；广泛用于厂房、桥梁、锅炉、船舶等行业。中碳钢主要用于强度要求较高的结构，根据强度要求的不同可进行淬火和回火；高碳钢主要用来制造弹簧钢和耐磨部件。2）按照品质分类普通碳素钢S，P优质碳素钢S，P高级优质碳素钢S，P3）按照脱氧程度分类沸腾钢脱氧不完全的钢，一般用锰铁或铝脱氧，脱氧后钢水中还剩有相当量的氧，FeO和C起作用放出CO，使钢水在钢模中呈沸腾现象，故称沸腾钢。用作钢板，加工性能好，表面质量好，化学成分不均匀，便宜。镇静钢脱氧完全的钢，先用锰铁后用硅铁再用铝脱氧。由于钢中含氧
9、量少，没有沸腾现象，故称镇静钢。成分均匀，力学性能均匀，焊接性好，抗腐蚀性能好。表面质量差缩孔，价高。半镇静钢性能介于上述两种钢之间，生产过程较难，很少生产。普通碳钢的表示方法金属材料及其分类第一节金属材料的分类一材料的分类工业用钢的钢种很多,可按其成份、性能、用途及及金属内部组织不同进行分类，我国常用的钢材分类方法有五种，具体如下：按冶炼方法分类可按炉分为氧气转炉和电炉钢；按脱氧程度分为镇定钢、半镇定钢和沸腾钢；按浇铸制度分为连铸钢和模铸钢。根据冶炼方法和冶炼设备的不同，分为平炉钢、转炉钢和电炉钢三大类。在上述炼钢方法中，大量的碳素钢和低合钢都在转炉和平炉中炼制的；合金钢多数是在电炉炼制的。
10、1沸腾钢11定义指采用锰和铝脱氧，脱氧后钢水中还剩有相关数量的氧以FeO形式存在于钢水中，FeO和C起反应释放出CO，在浇注钢锭时,钢液中不断产生和析出CO气体,而产生沸腾现象,故叫沸腾钢。12特点钢成材率高，成本低。碳和硅含量一般分别不大于%和%；但在这种钢的钢锭中分布有许多小气泡，虽然这些小气泡在热加工轧制时可“焊合”，但有时不能完全“焊合”，从而使轧制钢板时产生气孔延长，加上碳化物等影响，使钢板易产生夹层、夹灰等缺陷；另外，这种钢时效倾向严重，时效后冲击韧性低，钢中偏析严重，化学成分不均，冷脆转变温度高，质量不均匀。这些都影响了材料的性能。做为压力容器用钢的主要有A3钢，目前已不使用。2
11、镇静钢21定义先用Mn，后用Si和Al作脱氧剂，在浇铸钢锭时C不与FeO作用,不产生一氧化碳气体,因此钢锭模内不产生沸腾现象,所以称为镇定钢。22特点冶炼的钢较纯洁，内外部偏析较轻，由于在钢中形成三氧化二铝及氮化铝，这些化合物在钢中呈弥散分布，偏析少，钢组织致密，这些化合物还起到细化晶粒的作用，晶粒细化后，将大大提高钢的强度和韧性，还可以降低钢的冷脆转变温度，同时由于铝能固定钢中的氮，形成氮化物，这也大大降低钢的时效倾向，避免应变时效脆裂的发生。但钢锭头部有巨大缩孔，锻、轧成材后，切头量较多，成材率较低；对质量要求严格的大锻件，钢锭成材率有时尚不到50%。3半镇定钢半镇定钢是介于镇定钢和沸腾钢
12、之间，它兼有两者的优缺点，钢材得材率比镇静钢高，且经济，偏析比沸腾钢又有很大改善，但冶炼操作时比较难控制，因此产量不大。按化学成份分类按化学成份可以把钢为碳素钢和合金钢两大类；1碳素钢：分为普通碳素钢和优质碳素钢。优质碳素钢按其含碳量多少分为低碳钢和高碳钢(含碳量大于%)。按含锰量分为普通含锰量和高含锰量两大类。按钢中杂质、含量不同分为优质钢、高级优质钢、特级优质钢。这类钢必须同时保证钢的化学成分和机械性能的要求。压力容器上常用的钢种有号、号钢等，这类钢的国家标准是普通碳素钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。甲类钢只保证机械性能，严格讲也保证一定的化学成分，乙类钢只保证化学成分，不保证机械性能；特类
13、钢必须同时保证钢的化学成分和机械性能的要求合金钢：含有一种或多种适量的合金元素，也就是说，合金钢是在普通碳素钢中加入少量合金元素而成。这些元素的加入可以改善钢材的性能，有时还可以使钢具有某些特殊性能。用它代替普通碳钢，可以大大节约钢材。合金钢可分为低合金钢，中合金钢；高合金钢。按钢中主要元素的种类，可分为二元合金钢，三元合金钢和多元合金钢；按钢中主要元素的名称分为锰钢、铬钢、铬钼钢等。按用途分类1结构钢可分为建造用钢和机械用钢建造用钢是指用于建造厂房、船舶、锅炉、压力容器、桥梁等。这类钢一般都需要经过焊接施工，要求有良好的可焊性，所以含碳量一般是不超过%的低碳钢，多在热轧或正火状态下使用。机械制造用钢是用于制造机器设备或其它机械零件的钢，这类钢通常要经过渗碳或调质处理后使用。适于渗碳处理的钢一般用含碳量在%-%的低碳钢，适于调质处理的钢一般用含碳量在%-%的中碳钢.。机械用钢中包括弹簧钢和轴承钢，因其含碳量较高，有专门用途，有的也把它作为单独一类。2工具钢用于制造各种工具的钢，它分为高、中碳钢和合金钢，包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。3特殊用钢以特殊方法生产具有特殊的物理和化学性能能作特殊的钢。包括不锈钢、耐热钢、电热合金、弹性合金、膨胀合金和磁性材料等。按金相组织分类1按退火后的金相组织分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。2按正火后的金
