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1、碳钢的分类,1。按碳的质量百分数分:低碳钢(C:0.25) 中碳钢(C:0.25 C 0.6) 高碳钢(C:0.6),2。按钢的质量分(主要是杂质硫、磷的含量): 普通碳素钢(S 0.055,P 0.045) 优质碳素钢(S 0.040,P 0.040) 高级优质碳素钢(S 0.030,P 0.035),3。按用途分:碳素结构钢:主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等 碳素工具钢:主要用于刀具、模具、量具等,含碳量越高,硬度、强度越大,但塑性降低,碳钢的牌号与用途,普通碳素结构钢:Q195、 Q215、 Q235、 Q255、 Q275等。 数字表示最低屈服强度。 Q195、 Q215、 Q
2、235塑性好,可轧制成钢板、钢筋、钢管等。 Q255、 Q275可轧制成型钢、钢板等。,用途,优质碳素结构钢:钢号以碳的平均质量万分数表示。 如20、45等。 20表示含C:0.20%(万分之20)。,用途,主要用于制造各种机器零件,碳钢的牌号与用途,碳素工具钢:钢号以碳的平均质量千分数表示,并在前冠以T。 如T9、T12等。 T9表示含C:0.9%(千分之9)。,用途,主要用于制造各种刀具、量具、模具等,铸钢:铸钢牌号是在数字前冠以ZG,数字代表钢中平均质量 分数(以万分数表示)。如ZG25,表示含C:0.25%。,用途,主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性 的零件,如齿轮、联轴器
3、等。,碳钢的常规热处理,退火,将钢加热到适当温度,保温一定时间,然后 缓慢冷却(随炉冷却),以获得接近于平衡 状态组织的热处理工艺。,正火,完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火,将钢件加热到AC3和Acm以上3050度,保持 适当时间后,在空气中冷却,得到珠光体类组 织的热处理工艺。,碳钢的常规热处理,淬火,将钢件加热到奥氏体化后,快速冷却,使组织 转变为马氏体的热处理工艺。所得的马氏体的 形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小以及 形成条件有密切关系。奥氏体晶粒越小,马氏 体越细。,回火,将钢件淬火后,为了消除内应力并获得所要求 的性能,将其加热到AC1以下的某一温度,保 温一定
4、时间,然后冷却到室温的热处理工艺。,合金钢,合金钢分类,铁及铁基合金,在碳钢中加入一种或多种合金元素,形成的 钢称之为合金钢。,按所含合金元素的多少分:低合金钢(总质量分 数低于5)、中合金钢(总质量分数510 )、高合金钢(总质量分数高于10)。,按主要合金元素种类分:铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等。,按用途分:结构钢、工具钢、特殊性能钢。,合金元素的作用,铁及铁基合金,1。合金元素与铁的作用:合金元素加入钢中,首先溶于 铁形成固溶体,超过溶解度极限时与碳形成化合物。合 金元素溶与铁,形成合金铁素体或合金奥氏体。合金元 素溶于铁素体会使钢的室温强度提高,这种作用称为固 溶强化。,2。合金元素与
5、碳的作用:对于与碳的亲和力较弱的合金 元素,不与碳发生作用,只溶于铁素体或奥氏体中;对于 与碳的亲和力较强的合金元素,当质量分数较低时,与铁 一起形成合金渗碳体,当质量分数较高时,形成合金碳化 物。,不锈钢,铁及铁基合金,能在大气和一般腐蚀性介质中具有很高耐蚀 性的钢种。,用 途,主要用来制造在各种腐蚀性介质中工作并具有较高抗 腐蚀能力的零件或结构件。广泛用于石油、化工、原 子能、海洋开发、国防和一些先端科学技术领域。,铁及铁基合金,合金元素的作用,1。耐腐蚀性要求越高,碳的质量分数应越低;,2。加入主要的合金元素Cr。Cr能提高基体的电极电位 。在氧化性介质中极易钝化,形成致密的氧化膜,提高
6、 耐腐蚀性,3。加入合金元素Ni。可获得单项的奥氏体组织,显著 提高耐腐蚀性并改善钢的塑性,通过热处理还可以改善 钢的强度。,铁及铁基合金,合金元素的作用,5。加入合金元素Ti、Nb等:能优先同C形成稳定的碳化 物,使Cr保留在基体中,避免晶界贫Cr,提高钢的耐腐 蚀性。,6。加入合金元素Mn、N等:部分替代Ni以获得奥氏体 组织,并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐蚀性。,4。加入合金元素Mo、Cu等:提高钢在非氧化性酸中的 耐腐蚀能力。,铸铁,铁及铁基合金,碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金称之 为铸铁,通常还含有较多的Si、Mn、S、P 等元素。,用 途,铸铁时工程上最常用的金属材料,广泛
7、应用在机械 制造、冶金、矿上、石油化工。交通等领域。例如, 铸铁在农业机械中占4060,在汽车拖拉机中占 5070,在机床制造中占6090。铸铁的生产 设备和工艺简单,价格便宜。,铁及铁基合金,铁碳合金中碳的存在形式,间隙固溶与铁,化合态的渗碳体,游离态的石墨,亚稳态,在一定条件下分解 为铁和石墨,稳定态,可以从铸铁溶液中 析出,也可以从奥氏体中析出,铁及铁基合金,铸铁的种类,根据石墨化程度的不同,铸铁的类型和组织也不同。,灰口铸铁,白口铸铁,麻口铸铁,各种铸铁的力学性能 见表34,P43,铁及铁基合金,铸铁性能特点,石墨的形态对铸铁的力学性能影响较大。 灰口铸铁的抗拉前强度和塑性较低,这 是
8、因为石墨对基体的严重割裂所造成的。 石墨相当于钢基体中的裂纹和空洞,它 减小基体的抗拉强度,并引起应力集中。 石墨量越多,铸铁的抗拉强度越低。,铁及铁基合金,石墨的存在对铸铁的特殊作用,1。铸铁的切削加工性能优异; 2。铸铁的铸造性能良好; 3。铸铁具有耐磨性; 4。铸铁具有良好的减振性; 5。铸铁对缺口不敏感;对铸铁的作用。,非铁及其合金,铝及铝合金,铜及铜合金,钛及钛合金,镁及镁合金,铝及铝合金,铝及铝合金的特点,密度低、比强度高。纯铝的密度只有2700kg/m3, 仅为铁的1/4。,优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、 耐腐蚀等。,加工性能好。铸造性能好、易于塑性变形,经热处 理
9、后还具有很高的强度。,铝及铝合金,纯铝,纯铝中含有Fe、Si、Zn等元素时,会使性能下降,纯铝的强度很低,不能用作结构材料,铝合金,铝及铝合金,合金元素的作用,铝中加入合金元素后,可提高合金的强度, 并保持良好的加工性能。,提高强度的方法,固溶强化,时效强化,弥散强化,细晶强化,铝及铝合金,铝合金的种类,变形铝合金,铸造铝合金,用 途,铝丝、铝箔、铝合金型材等,复杂形状的铸件等,铜及铜合金,铜及铜合金的特点,优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐 蚀等,是抗磁材料。,加工性能好。容易冷热成形,铸造铜合金铸造性能好。,具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性 高的弹性极限和疲劳强度。
10、,色泽美观。,铜及铜合金,纯铜,纯铜为紫色,又称紫铜。主要用于制作 电导体及配制合金。工业纯铜分为4种: T1、T2、T3、T4。编号越大,纯度越低。,纯铜的强度低,不宜用作结构材料,铜及铜合金,铜合金种类,铜中加入合金元素后,可提高合金的强度, 并保持良好的加工性能。,铜合金的种类,黄铜,青铜,白铜,以Zn为主要合金元素。良好的加工性能, 优良的铸造性能,耐腐蚀性能也好。,以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂 的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。,以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和 塑性,能进行冷加工变形,抗腐蚀性能也好。,钛及钛合金,钛及钛合金的特点,密度低、比强度高。,耐高温、耐腐蚀性能、
11、低温韧性好等。,加工条件复杂,成本较高。,钛及钛合金,纯钛,钛的密度低,熔点高,线膨胀系数小。导热 性差。纯钛塑性好,强度高,可以加工成细 丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐 蚀性能好。,纯钛的晶体结构,钛及钛合金,钛合金的种类,钛合金,钛中加铝、硼等稳定元素获得Ti合金。 这种合金的室温强度较低,但高温(500 600度)强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及 焊接性能良好。,钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得Ti 合金。这种合金的强度高,冲压性能好,并 可通过淬火和时效获得强化。,这种合金的塑性好,容易锻造、压延和冲压, 并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的 强度可提高50100。,钛合金,钛合金,镁及镁合金,纯镁的特点,密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m3, 仅为铁的1/4、铝的2/3。,镁的电极电位较低,抗腐蚀性能差。,镁属于密排六方结构,因此塑性变形能力差。,镁及镁合金,镁合金的特点,低比重:工业用材料中最轻量材料(铝的2/3重),高比强度:优于钢和铝,震动吸收性好:可将震动能吸收并转化成热放出,易机械加工,耐冲击性好,电磁屏蔽性好,可再生利用:有利于环境优化,镁及镁合金,镁合金的种类,变形镁合金,铸造镁合金,用 途,镁合金各种型材,复杂形状的铸件等,