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金屬材料基礎(chǔ)知識匯編 采購中心2010年06月08日 金屬材料名稱常用基礎(chǔ)術(shù)語 鋼的分類基礎(chǔ)知識 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 化學(xué)成分對性能的影響 常用金屬材料牌號表示方法 常用原材料經(jīng)驗數(shù)據(jù) 目錄 金屬材料基礎(chǔ)知識 黑色金屬 鐵和鐵的合金均稱為黑色金屬 如鋼 生鐵 鐵合金 鑄鐵等 純鐵 純度很高的鐵 化學(xué)純鐵含碳量幾乎為零 工業(yè)純鐵含碳量 0 05 純鐵是很軟的 一般不應(yīng)用到實際中 鐵碳合金 以鐵為基礎(chǔ) 以碳為主要添加元素的合金 統(tǒng)稱為鐵碳合金 如鋼和生鐵 生鐵 把鐵礦石放到高爐中冶煉而成的 含碳量2 4 3 也有資料稱3 5 5 5 2 11 6 67 的鐵碳合金稱為生鐵 生鐵質(zhì)硬而脆 缺乏韌性 幾乎沒有塑性變形能力 因此不能通過鍛造 軋制 拉拔等方法加工成形 主要用來煉鋼和制造鑄件 如白口鐵 灰口鐵和球墨鑄鐵 也有習(xí)慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵 把鑄造生鐵簡稱為鑄鐵 白口鐵 碳以Fe3C形態(tài)分布的生鐵稱為白口鐵 其斷口呈銀白色 質(zhì)硬而脆 不能進(jìn)行機械加工 是煉鋼的原料 故又稱煉鋼生鐵 灰口鐵 碳以片狀石墨形態(tài)分布的生鐵稱為灰口鐵 其斷口呈銀灰色 由于石墨質(zhì)軟并有潤滑作用 因而這種生鐵具有良好的易切削 耐磨和鑄造性能等優(yōu)點 但是 由于有片狀石墨的存在 降低了它的抗拉強度 使它不能鍛軋 只能用于制造各種鑄件 如鑄造機床床座 鐵管等 因此 通常把這種生鐵叫做鑄造生鐵 球墨鑄鐵 碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵 其機械性能 加工性能接近于鋼 鋼 含碳量在0 04 2 3 之間 也有資料稱0 03 1 2 的鐵碳合金稱為鋼 為了保證其韌性和塑性 含碳量一般不超過1 7 鋼的主要元素除鐵 碳外 還有硅 錳 硫 磷等 有色金屬 又稱非鐵金屬 指除黑色金屬外的金屬和合金 如銅 錫 鉛 鋅 鋁等 基礎(chǔ)術(shù)語 金屬材料名稱常用基礎(chǔ)術(shù)語 鋼的分類基礎(chǔ)知識 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 化學(xué)成分對性能的影響 常用金屬材料牌號表示方法 常用原材料經(jīng)驗數(shù)據(jù) 目錄 金屬材料基礎(chǔ)知識 鋼的分類基礎(chǔ)知識 1 按品質(zhì)進(jìn)行分類 普通鋼 P 0 045 S 0 050 如普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195 Q235等 優(yōu)質(zhì)鋼 P 0 035 S 0 035 如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20號 45號鋼等 高級優(yōu)質(zhì)鋼 P 0 035 S 0 030 比優(yōu)質(zhì)鋼更優(yōu)質(zhì) 一般在鋼號后加A以示區(qū)別 如08A等 2 按化學(xué)成份進(jìn)行分類1 碳素鋼 低碳鋼 C 0 25 中碳鋼 C 0 25 0 60 高碳鋼 C 0 60 2 合金鋼 低合金鋼 合金元素總含量 5 中合金鋼 合金元素總含量 5 10 高合金鋼 合金元素總含量 10 3 按成形方法分類 鍛鋼 鑄鋼 熱軋鋼 冷拉鋼 鋼的分類基礎(chǔ)知識 4 按金相組織分類1 退火狀態(tài)的 亞共析鋼 鐵素體 珠光體 共析鋼 珠光體 過共析鋼 珠光體 滲碳體 萊氏體鋼 珠光體 滲碳體 2 正火狀態(tài)的 珠光體鋼 貝氏體鋼 馬氏體鋼 奧氏體鋼 3 無相變或部分發(fā)生相變的5 按用途分類1 建筑及工程用鋼 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼 鋼筋鋼 鋼的分類基礎(chǔ)知識 2 結(jié)構(gòu)鋼 機械制造用鋼 調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 表面硬化結(jié)構(gòu)鋼 包括滲碳鋼 滲氨鋼 表面淬火用鋼 易切結(jié)構(gòu)鋼 d 冷塑性成形用鋼 包括冷沖壓用鋼 冷鐓用鋼 彈簧鋼 軸承鋼3 工具鋼 碳素工具鋼 合金工具鋼 高速工具鋼 4 特殊性能鋼 不銹耐酸鋼 耐熱鋼 包括抗氧化鋼 熱強鋼 氣閥鋼 電熱合金鋼 耐磨鋼 低溫用鋼 電工用鋼 5 專業(yè)用鋼如橋梁用鋼 船舶用鋼 鍋爐用鋼 壓力容器用鋼 農(nóng)機用鋼等 鋼的分類基礎(chǔ)知識 6 綜合分類1 普通鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼 特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼2 優(yōu)質(zhì)鋼 包括高級優(yōu)質(zhì)鋼 結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 彈簧鋼 易切鋼 軸承鋼 特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼 碳素工具鋼 合金工具鋼 高速工具鋼 特殊性能鋼 不銹耐酸鋼 耐熱鋼 電熱合金鋼 電工用鋼 高錳耐磨鋼 鋼的分類基礎(chǔ)知識 7 按冶煉方法分類1 按爐種分 平爐鋼 酸性平爐鋼 堿性平爐鋼 轉(zhuǎn)爐鋼 酸性轉(zhuǎn)爐鋼 堿性轉(zhuǎn)爐鋼或 底吹轉(zhuǎn)爐鋼 側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼 頂吹轉(zhuǎn)爐鋼 電爐鋼 電弧爐鋼 電渣爐鋼 感應(yīng)爐鋼 真空自耗爐鋼 電子束爐鋼 2 按脫氧程度和澆注制度分 沸騰鋼 半鎮(zhèn)靜鋼 鎮(zhèn)靜鋼 特殊鎮(zhèn)靜鋼 鋼的分類基礎(chǔ)知識 8 按鋼材外形分類鋼材可分為型材 板材 管材 金屬制品四大類 為便于采購 訂貨和管理 中國目前將鋼材分為十六大品種 金屬材料名稱常用基礎(chǔ)術(shù)語 鋼的分類基礎(chǔ)知識 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 化學(xué)成分對性能的影響 常用金屬材料牌號表示方法 常用原材料經(jīng)驗數(shù)據(jù) 目錄 金屬材料基礎(chǔ)知識 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 1 1金屬材料機械性能基礎(chǔ)術(shù)語 1 屈服點 s 鋼材或試樣在拉伸時 當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限 此時應(yīng)力不增加或開始有所下降 而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形 稱此現(xiàn)象為屈服 而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力值即為屈服點 設(shè)Ps為屈服點s處的外力 Fo為試樣斷面積 則屈服點 s Ps Fo MPa MPa稱為兆帕等于N 牛頓 mm2 MPa 106Pa Pa 帕斯卡 N m2 2 屈服強度 0 2 有的金屬材料的屈服點極不明顯 在測量上有困難 因此為了衡量材料的屈服特性 規(guī)定產(chǎn)生永久殘余塑性變形等于一定值 一般為原長度的0 2 時的應(yīng)力 稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度 0 2 3 抗拉強度 b 材料在拉伸過程中 從開始到發(fā)生斷裂時所達(dá)到的最大應(yīng)力值 它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小 與抗拉強度相應(yīng)的還有抗壓強度 抗彎強度等 設(shè)Pb為材料被拉斷前達(dá)到的最大拉力 Fo為試樣截面面積 則抗拉強度 b Pb Fo MPa 4 抗壓強度 lc 材料試樣受壓力時 在壓壞前所承受的最大應(yīng)力 5 抗彎強度 cb 材料試樣受彎曲力時 在破壞前所承受的最大應(yīng)力 6 伸長率 s 材料在拉斷后 其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率 7 屈強比 s b 鋼材的屈服點 屈服強度 與抗拉強度的比值 稱為屈強比 屈強比越大 結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高 一般碳素鋼屈強比為0 6 0 65 低合金結(jié)構(gòu)鋼為0 65 0 75 合金結(jié)構(gòu)鋼為0 84 0 86 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 8 硬度硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力 它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一 一般硬度越高 耐磨性越好 常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度 洛氏硬度和維氏硬度 布氏硬度 HB 以一定的載荷 一般3000kg 把一定大小 直徑一般為10mm 的淬硬鋼球壓入材料表面 保持一段時間 去載后 負(fù)荷與其壓痕面積之比值 即為布氏硬度值 HB 單位為公斤力 mm2 N mm2 洛氏硬度 HR 當(dāng)HB 450或者試樣過小時 不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量 它是用一個頂角120 的金剛石圓錐體或直徑為1 59 3 18mm的鋼球 在一定載荷下壓入被測材料表面 由壓痕的深度求出材料的硬度 根據(jù)試驗材料硬度的不同 分三種不同的標(biāo)度來表示 HRA 是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度 用于硬度極高的材料 如硬質(zhì)合金等 HRB 是采用100kg載荷和直徑1 58mm淬硬的鋼球 求得的硬度 用于硬度較低的材料 如退火鋼 鑄鐵等 HRC 是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度 用于硬度很高的材料 如淬火鋼等 維氏硬度 HV 以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136 的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面 用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值 即為維氏硬度值 HV 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 1 2力學(xué)性能與可成形性及使用性能的關(guān)系要使鋼板獲得所需的形狀 必須使其永久變形 所采取的工藝可以是局部或整體彎曲 深沖 張拉或這些成型方法的組合 1 薄鋼板的屈服強度表示出成形后的可成形性和強度 對普通碳素鋼板的成形 屈服點值過高 常常有可能發(fā)生過大的回彈 成形時容易破斷 磨具磨損快以及由于塑性不良而出現(xiàn)缺陷 然而材料的屈服點小于140Mpa時 又可能經(jīng)受不住成形過程中施加的應(yīng)力 對用于較復(fù)雜或復(fù)雜成形加工或沖壓加工的鋼板 通常要求具有比較低的屈服強度值 而且屈服比值愈小 由鋼板的成形性能愈好 2 中厚板的冷態(tài)可成形性與材料的屈服強度和伸長率有直接關(guān)系 屈服強度值愈低 產(chǎn)生永久變形所需的應(yīng)力愈小 伸長率值愈高 高的延展性可以允許承受大的變形量而不致斷裂 3 對用于建筑結(jié)構(gòu) 橋梁及機械結(jié)構(gòu)件的鋼板 為防止構(gòu)件斷裂 要求鋼板材料具有特點的抗拉強度 而為防止構(gòu)件變形 又要求鋼板材料具有一定的屈服強度 因此對這類用途的鋼材都要求規(guī)定抗拉強度 屈服強度的最小值或范圍值 4 對用于承受沖擊負(fù)荷變形 例如船舶 橋梁 石油 天然氣管線用鋼板 為防止其使用中發(fā)生脆性斷裂 又要求其具有一定足夠高的沖擊韌性 沖擊功值 金屬材料名稱常用基礎(chǔ)術(shù)語 鋼的分類基礎(chǔ)知識 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 常用金屬材料牌號表示方法 常用原材料經(jīng)驗數(shù)據(jù) 目錄 金屬材料基礎(chǔ)知識 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 1 生鐵 生鐵中除鐵外 還含有碳 硅 錳 磷和硫等元素 這些元素對生鐵的性能均有一定的影響 碳 C 在生鐵中以兩種形態(tài)存在 一種是游離碳 石墨 主要存在于鑄造生鐵中 另一種是化合碳 碳化鐵 主要存在于煉鋼生鐵中 碳化鐵硬而脆 塑性低 含量適當(dāng)可提高生鐵的強度和硬度 含量過多 則使生鐵難于削切加工 這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因 石墨很軟 強度低 它的存在能增加生鐵的鑄造性能 硅 Si 能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀 能去氧 還能減少鑄件的氣眼 能提高熔化生鐵的流動性 降低鑄件的收縮量 但含硅過多 也會使生鐵變硬變脆 錳 Mn 能溶于鐵素體和滲碳體 在高爐煉制生鐵時 含錳量適當(dāng) 可提高生鐵的鑄造性能和削切性能 在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳 進(jìn)入爐渣 磷 P 屬于有害元素 但磷可使鐵水的流動性增加 這是因為硫減低了生鐵熔點 所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高 然而磷的存在又使鐵增加硬脆性 優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少 有時為了要增加流動性 含磷量可達(dá)1 2 硫 S 在生鐵中是有害元素 它促使鐵與碳的結(jié)合 使鐵硬脆 并與鐵化合成低熔點的硫化鐵 使生鐵產(chǎn)生熱脆性和減低鐵液的流動性 顧含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件 鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定最多不得超過0 06 車輪生鐵除外 2 鋼 2 1元素在鋼中的作用2 1 1常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響鋼除含碳以外 還含有少量錳 Mn 硅 Si 硫 S 磷 P 氧 O 氮 N 和氫 H 等元素 這些元素并非為改善鋼材質(zhì)量有意加入的 而是由礦石及冶煉過程中帶入的 故稱為雜質(zhì)元素 這些雜質(zhì)對鋼性能是有一定影響 為了保證鋼材的質(zhì)量 在國家標(biāo)準(zhǔn)中對各類鋼的化學(xué)成分都作了嚴(yán)格的規(guī)定 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 1 硫硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭 它是鋼中的一種有害元素 硫以硫化鐵 FeS 的形態(tài)存在于鋼中 FeS和Fe形成低熔點 985 化合物 而鋼材的熱加工溫度一般在1150 1200 以上 所以當(dāng)鋼材熱加工時 由于FeS化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂 這種現(xiàn)象稱為 熱脆 含硫量愈高 熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重 故必須對鋼中含硫量進(jìn)行控制 高級優(yōu)質(zhì)鋼 S 0 02 0 03 優(yōu)質(zhì)鋼 S 0 03 0 045 普通鋼 S 0 055 0 7 以下 2 磷磷是由礦石帶入鋼中的 一般說磷也是有害元素 磷雖能使鋼材的強度 硬度增高 但引起塑性 沖擊韌性顯著降低 特別是在低溫時 它使鋼材顯著變脆 這種現(xiàn)象稱 冷脆 冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞 含磷愈高 冷脆性愈大 故鋼中對含磷量控制較嚴(yán) 高級優(yōu)質(zhì)鋼 P 0 025 優(yōu)質(zhì)鋼 P 0 04 普通鋼 P 0 085 3 錳錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的 由于錳可以與硫形成高熔點 1600 的MnS 一定程度上消除了硫的有害作用 錳具有很好的脫氧能力 能夠與鋼中的FeO成為MnO進(jìn)入爐渣 從而改善鋼的品質(zhì) 特別是降低鋼的脆性 提高鋼的強度和硬度 因此 錳在鋼中是一種有益元素 一般認(rèn)為 鋼中含錳量在0 5 0 8 以下時 把錳看成是常存雜質(zhì) 技術(shù)條件中規(guī)定 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中 正常含錳量是0 5 0 8 而較高含錳量的結(jié)構(gòu)鋼中 其量可達(dá)0 7 1 2 4 硅硅也是煉鋼時作為脫氧劑而加入鋼中的元素 硅與鋼水中的FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去 因此硅是一種有益的元素 硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強度 硬度增加 塑性 韌性降低 鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量通常在0 1 0 37 沸騰鋼中只含有0 03 0 07 由于鋼中硅含量一般不超過0 5 對鋼性能影響不大 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 5 氧氧在鋼中是有害元素 它是在煉鋼過程中自然進(jìn)入鋼中的 盡管在煉鋼末期要加入錳 硅 鐵和鋁進(jìn)行脫氧 但不可能除盡 氧在鋼中以FeO MnO SiO2 Al2O3等夾雜形式 使鋼的強度 塑性降低 尤其是對疲勞強度 沖擊韌性等有嚴(yán)重影響 6 氮鐵素體溶解氮的能力很低 當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮 在放置較長一段時間后或隨后在200 300 加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出 并使鋼的硬度 強度提高 塑性下降 發(fā)生時效 鋼液中加入Al Ti或V進(jìn)行固氮處理 使氮固定在AlN TiN或VN中 可消除時效傾向 7 氫鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆 白點等缺陷 白點常在軋制的厚板 大鍛件中發(fā)現(xiàn) 在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點 在橫斷面上則是細(xì)長的發(fā)絲狀裂紋 鍛件中有了白點 使用時會發(fā)生突然斷裂 造成不測事故 因此 化工容器用鋼 不允許有白點存在 氫產(chǎn)生白點冷裂的主要原因是因為高溫奧氏體冷至較低溫時 氫在鋼中的溶解度急劇降低 當(dāng)冷卻較快時 氫原子來不及擴散到鋼的表面而逸出 就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫 氫分子在不能擴散的條件下在局部地區(qū)產(chǎn)生很大壓力 這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋 即白點 2 1 2為了合金化而加入的合金元素 最常用的有硅 錳 鉻 鎳 鉬 鎢 釩 鈦 鈮 硼 鋁等 現(xiàn)分別說明它們在鋼中的作用 1 硅 提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低 硅能顯著地提高鋼的彈性極限 屈服極限和屈強比 耐腐蝕性 硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 一20 的高硅鑄鐵 是很好的耐酸材料 含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時 表面也將形成一層SiO2薄膜 從而提高鋼在高溫時的抗氧化性 缺點 使鋼的焊接性能惡化 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 2 錳 錳能提高鋼的淬透性 錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用 錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高 缺點 含錳較高時 有較明顯的回火脆性現(xiàn)象 錳有促進(jìn)晶粒長大的作用 因此錳鋼對過熱較敏感t在熱處理工藝上必須注意 這種缺點可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬 釩 鈦等來克服 當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1 時 會使鋼的焊接性能變壞 3 鉻在鋼中的作用 鉻可提高鋼的強度和硬度 鉻可提高鋼的高溫機械性能 使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性 阻止石墨化 提高淬透性 缺點 鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度 鉻能促進(jìn)鋼的回火脆性 4 鎳在鋼中的作用 可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性 鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度 即可提高鋼的低溫韌性 改善鋼的加工性和可焊性 鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力 不僅能耐酸 而且能抗堿和大氣的腐蝕 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 5 鉬在鋼中的作用 鉬對鐵素體有固溶強化作用 提高鋼熱強性 抗氫侵蝕的作用 提高鋼的淬透性 缺點 鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向 6 鎢在鋼中的作用 提高強度 提高鋼的高溫強度 提高鋼的抗氫性能 是使鋼具有熱硬性 因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素 7 釩在鋼中的作用 熱強性 釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能 8 鈦在鋼中的作用 鈦能改善鋼的熱強性 提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度 并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性 使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達(dá)600 以上 在珠光體低合金鋼中 鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象 因此 鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 9 鈮在鋼中的作用 鈮和碳 氮 氧都有極強的結(jié)合力 并與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物 因而能細(xì)化晶粒 降低鋼的過熱敏感性和回火脆性 有極好的抗氫性能 鈮能提高鋼的熱強性10 硼在鋼中的作用 提高鋼的淬透性 提高鋼的高溫強度 強化晶界的作用 11 鋁在鋼中的作用 用作煉鋼時的脫氧定氮劑 細(xì)化晶粒 抑制低碳鋼的時效 改善鋼在低溫時的韌性 特別是降低了鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度 提高鋼的抗氧化性能 曾對鐵鋁合金的抗氧化性進(jìn)行了較多的研究 4 AI即可改變氧化皮的結(jié)構(gòu) 加入6 A1可使鋼在980C以下具有抗氧化性 當(dāng)鋁和鉻配合并用時 其抗氧化性能有更大的提高 例如 含鐵50 一55 鉻30 一35 鋁10 一15 的合金 在1400C高溫時 仍具有相當(dāng)好的抗氧化性 由于鋁的這一作用 近年來 常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼中 此外 鋁還能提高對硫化氫和V2O5 的抗腐蝕性 缺點 脫氧時如用鋁量過多 將促進(jìn)鋼的石墨化傾向 當(dāng)含鋁較高時 其高溫強度和韌性較低 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 2 2合金元素對鋼的主要工藝性能的影響 鋼的主要工藝性能有 冷態(tài)成型性 切削性 焊接性能 熱處理工藝性 鑄造性能等2 2 1合金元素對鋼的冷態(tài)成型性的影響冷態(tài)成型性 冷態(tài)成型包括許多不同的冷成型工藝 如深沖 拉延成型和彎曲等 其冷態(tài)成型工藝性能優(yōu)劣涉及被變形材料的成分 組織和冷變形工藝參量 模具形狀 變形量 變形速度 潤滑條件等 與冷態(tài)成型性有關(guān)的材料性能參量有 低的屈服強度 高的延伸率 高的均勻伸長率 高的加工硬化率 n值 高的深沖性參量 r值 適當(dāng)而均勻的晶粒度 控制夾雜物的形狀和分布 游離滲碳體的數(shù)量和分布 1 冷軋薄鋼板 碳 碳含量增加會使拉延能力變壞 因此絕大部分鋼板都采用低碳鋼 錳 錳的影響和碳相似 但適當(dāng)?shù)暮靠梢詼p輕硫的不良作用 磷 硅 磷和硅溶于鐵素體引起強化并略影響塑性 降低拉延性能 2 熱軋鋼板選用沖壓用熱軋鋼板時 既要考慮強度要求 也要考慮沖壓性能 碳 碳是對熱軋鋼板沖壓性能影響最大的元素 對于沖壓用的熱軋鋼板 一般不宜以增加碳的辦法來提高強度 應(yīng)采用添加合金元素來提高鋼的強度 硫 硫在鋼中形成硫化物夾雜 在軋制中拉長 分割金屬基體降低塑性 影響沖壓性能 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 2 2 2合金元素對鋼的切削加工性的影響非金屬夾雜物是決定鋼的切削性的主要因素 非金屬夾雜物的類型 大小 形狀 分布和體積百分?jǐn)?shù)不同 對切削性的影響也不同 為了達(dá)到改善鋼的切削性的目的 這些非金屬夾雜物必須滿足下列四個條件 在切削運動平面上 夾雜物必須作為應(yīng)力集中源 從而引起裂紋和脆化切屑的作用 夾雜物必須具有一定的塑性 而不致切斷金屬的塑性流變 從而損害刃具的表面 夾雜物必須在刃具的前面與切屑之間形成熱量傳播的障礙 夾雜物必須具有光滑的表面 而不能在刃具的側(cè)面作為磨料 鋼的切削性的提高主要還是通過加入易削添加劑 例如S P Pb Bi Ca Se 硒 Te 碲 等 硫是了解最清楚和廣泛應(yīng)用的易削添加劑 當(dāng)鋼中含足夠量的Mn時 S的加入將形成MnS夾雜物 加S的碳鋼可以提高切削速度25 或更高 它取決于鋼的成分和S的加入量 約1 體積份額的MnS 可以使高速鋼刃具的磨損速率迅速下降 MnS夾雜物在切削剪切區(qū)作為應(yīng)力集中源 可以起裂紋源的作用 并隨后引起切屑斷裂 因此 隨著MnS體積份額的增加 切屑破斷能力得到改善 MnS夾雜物還可能在切屑刃具表面沉積為MnS薄層 這種薄層可以降低刃具與切屑的摩擦 導(dǎo)致切削溫度和切屑力的降低 并減少刃具的磨損或成為熱量傳播的障礙 從而延長刃具的使用壽命 Pb是僅次于S的常用易削添加劑 Pb對切削加工性的有益效應(yīng) 不取決于MnS的存在 因而可以加到低S鋼和加S鋼中 在不添加S的鋼中 Pb以分散的質(zhì)點形式分布于鋼中 在加S鋼中 Pb首先與MnS結(jié)合 與S相似 Pb可以作為內(nèi)部潤滑劑降低摩擦力 并轉(zhuǎn)過來降低剪切抗力 并減小切屑與刃具的接觸面積 從而降低刃具的磨損 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 近年來許多注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)到通過Ca脫氧生產(chǎn)易削結(jié)構(gòu)鋼上 通過用Ca Si和Si Fe合金控制脫氧 可以形成特定的CaO MnO SiO2 Al2O3四元非金屬夾雜物 它在機加工時 將在刃具磨損表面沉積為一個薄層 約20 m 這種薄層是磨損的障礙 因而可延長碳化物刃具的使用壽命 2 2 3合金元素對鋼的焊接性的影響鋼的焊接性是一個很復(fù)雜的工藝性能 因為它既與焊接裂紋的敏感性有關(guān) 又與服役條件和試驗溫度下所要求的韌性有密切聯(lián)系 一般認(rèn)為 高強度低合金鋼的焊接性是良好的 并且隨含碳量的降低 焊接性得到改善 為此 國際焊接協(xié)會根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù) 采用碳當(dāng)量為比較的基礎(chǔ) 由加入的各元素來計算和評定鋼材的焊接性能 其近似公式如下 碳當(dāng)量 C Mn 6 Ni Cu 15 Cr Mo V 5式中 元素符號代表該元素重量百分比 碳當(dāng)量越低 焊接性能越好 碳當(dāng)量 0 35 焊接性能良好 碳當(dāng)量 0 4 0 5 焊接就較困難 金屬材料名稱常用基礎(chǔ)術(shù)語 鋼的分類基礎(chǔ)知識 金屬材料機械性能基礎(chǔ)知識 化學(xué)成分對金屬材料性能的影響 常用金屬材料牌號表示方法 常用原材料經(jīng)驗數(shù)據(jù) 目錄 金屬材料基礎(chǔ)知識 常用金屬材料牌號表示方法 1 生鐵 1 1煉鋼生鐵 即白口鐵 煉鋼生鐵按含硅 Si 量劃分鐵號 按含錳 Mn 量分組 按含磷 P 量分級 按含硫 S 量分類 具體牌號和標(biāo)準(zhǔn)見下表 根據(jù)GB717 82 鐵種煉鋼用生鐵鐵號牌號煉04煉08煉10代號L04L08L10化學(xué)成分 Si 0 45 0 45 0 85 0 85 1 25Mn一組 0 30二組 0 30 0 50三組 0 50P一級 0 15二級 0 15 0 25三級 0 25 0 40S特類 0 02一類 0 02 0 03二類 0 03 0 05三類 0 05 0 07 常用金屬材料牌號表示方法 1 2鑄造用生鐵 即灰口鐵 鑄造生鐵硅含量為1 25 3 6 碳多以石墨狀態(tài)存在 斷口呈灰色 質(zhì)軟易切削加工 主要用來生產(chǎn)各種鑄鐵件原料如床身 箱體等 鑄造用生鐵按含硅 Si 量劃分鐵號 按含錳 Mn 磷 P 硫 S 分組 級 類 具體牌號和標(biāo)準(zhǔn)見下表 根據(jù)YB T14 91 鐵種煉鋼用生鐵鐵號牌號鑄34鑄30鑄26鑄22鑄18鑄14代號Z34Z30Z26Z22Z18Z14化學(xué)成分 C 3 3Si 3 20 3 60 2 80 3 20 2 40 2 80 2 00 2 40 1 60 2 00 1 25 1 60Mn一組 0 50二組 0 50 0 90三組 0 90 1 30P一級 0 06S一類 0 03二類 0 04 常用金屬材料牌號表示方法 1 3球墨鑄鐵用生鐵 球墨鑄造用生鐵也是一種鑄造生鐵 只是低硫低磷 低硫使碳充分在鐵中石墨化 低磷提高生鐵的機械性能 主要用于生產(chǎn)性能 機械性能 較好的球墨鑄鐵件 球墨用生鐵也是按含硅 Si 量劃分鐵號 按含錳 Mn 磷 P 硫 S 分組 級 類 具體牌號和標(biāo)準(zhǔn)見下表 根據(jù)GB1412 85 鐵種球墨鑄鐵用生鐵牌號Q10Q12Q16化學(xué)成分 Si 0 45 0 45 0 85 0 85 1 25Mn一組 0 20二組 0 20 0 50三組 0 50 0 80P一級 0 05二級 0 05 0 06三級 0 06 0 08S特類 0 08 0 10一類 0 02二類 0 02 0 03三類 0 03 0 04 常用金屬材料牌號表示方法 常用金屬材料牌號表示方法 2 鋼2 1我國鋼材牌號表示方法概述 鋼的牌號簡稱鋼號 是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱 我國的鋼號表示方法 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) 鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法 GB221 79 中規(guī)定 采用漢語拼音字母 化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示 即 1 鋼號中化學(xué)元素采用國際化學(xué)符號表示 例如Si Mn Cr等 2 混合稀土元素用RE或Xt表示 3 鋼中主要化學(xué)元素含量 采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示 2 2我國鋼材牌號表示方法分類具體說明 在此是以鋼材的用途分類作為表示方法分類的基礎(chǔ) 1 碳素結(jié)構(gòu)鋼 表示方法 Q 數(shù)字 質(zhì)量等級符號 脫氧方法符號 專門用途的符號 鋼號冠以 Q 代表鋼材的屈服點 Q 后面的數(shù)字表示屈服點數(shù)值 單位是MPa 例如Q235表示屈服點 s 為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼 必要時鋼號后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級和脫氧方法的符號 質(zhì)量等級符號分別為A B C D 脫氧方法符號 F表示沸騰鋼 b表示半鎮(zhèn)靜鋼 Z表示鎮(zhèn)靜鋼 TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼 鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號 即Z和TZ都可不標(biāo) 例如Q235 AF表示A級沸騰鋼 專門用途的碳素鋼 例如橋梁鋼 船用鋼等 基本上采用碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法 但在鋼號最后附加表示用途的字母 常用金屬材料牌號表示方法 2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法 數(shù)字 元素符號 脫氧方法符號 專門用途的符號 鋼號開頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量 以平均碳含量的萬分之幾表示 例如平均碳含量為0 45 的鋼 鋼號為 45 它不是順序號 所以不能讀成45號鋼 錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 應(yīng)將錳元素標(biāo)出 例如50Mn 沸騰鋼 半鎮(zhèn)靜鋼及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在鋼號最后特別標(biāo)出 例如平均碳含量為0 1 的半鎮(zhèn)靜鋼 其鋼號為10b 3 碳素工具鋼表示方法 字母T 數(shù)字 元素符號 質(zhì)量等級符號 鋼號冠以 T 以免與其他鋼類相混 鋼號中的數(shù)字表示碳含量 以平均碳含量的千分之幾表示 例如 T8 表示平均碳含量為0 8 錳含量較高者 在鋼號最后標(biāo)出 Mn 例如 T8Mn 高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼的磷 硫含量 比一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼低 在鋼號最后加注字母 A 以示區(qū)別 例如 T8MnA 4 易切削鋼表示方法 字母Y 數(shù)字 元素符號 鋼號冠以 Y 以區(qū)別于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 字母 Y 后的數(shù)字表示碳含量 以平均碳含量的萬分之幾表示 例如平均碳含量為0 3 的易切削鋼 其鋼號為 Y30 錳含量較高者 亦在鋼號后標(biāo)出 Mn 例如 Y40Mn 常用金屬材料牌號表示方法 5 合金結(jié)構(gòu)鋼表示方法 專門用途符號 數(shù)字 主要合金元素符號和數(shù)字 微量合金元素符號 質(zhì)量等級符號 專門用途符號 鋼號開頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量 以平均碳含量的萬分之幾表示 如40Cr 鋼中主要合金元素 除個別微合金元素外 一般以百分之幾表示 當(dāng)平均合金含量 1 5 時 鋼號中一般只標(biāo)出元素符號 而不標(biāo)明含量 但在特殊情況下易致混淆者 在元素符號后亦可標(biāo)以數(shù)字 1 例如鋼號 12CrMoV 和 12Cr1MoV 前者鉻含量為0 4 0 6 后者為0 9 1 2 其余成分全部相同 當(dāng)合金元素平均含量 1 5 2 5 3 5 時 在元素符號后面應(yīng)標(biāo)明含量 可相應(yīng)表示為2 3 4 等 例如18Cr2Ni4WA 鋼中的釩V 鈦Ti 鋁AL 硼B(yǎng) 稀土RE等合金元素 均屬微合金元素 雖然含量很低 仍應(yīng)在鋼號中標(biāo)出 例如20MnVB鋼中 釩為0 07 0 12 硼為0 001 0 005 高級優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)在鋼號最后加 A 以區(qū)別于一般優(yōu)質(zhì)鋼 專門用途的合金結(jié)構(gòu)鋼 鋼號冠以 或后綴 代表該鋼種用途的符號 例如鉚螺專用的30CrMnSi鋼 鋼號表示為ML30CrMnSi6 低合金高強度鋼表示方法 專門用途符號 數(shù)字 主要合金元素符號和數(shù)字 微量合金元素符號 質(zhì)量等級符號 專門用途符號 鋼號的表示方法 基本上和合金結(jié)構(gòu)鋼相同 對專業(yè)用低合金高強度鋼 應(yīng)在鋼號最后標(biāo)明 例如16Mn鋼 用于橋梁的專用鋼種為 16Mnq 汽車大梁的專用鋼種為 16MnL 壓力容器的專用鋼種為 16MnR 常用金屬材料牌號表示方法 7 彈簧鋼彈簧鋼按化學(xué)成分可分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼兩類 其鋼號表示方法 前者基本上與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相同 后者基本上與合金結(jié)構(gòu)鋼相同 8 滾動軸承鋼表示方法 高碳鉻軸承鋼 字母G Cr元素符號和數(shù)字滲碳軸承鋼 字母G 數(shù)字 主要合金元素符號和數(shù)字 微量合金元素符號 質(zhì)量等級符號 鋼號冠以字母 G 表示滾動軸承鋼類 高碳鉻軸承鋼鋼號的碳含量不標(biāo)出 鉻含量以千分之幾表示例如GCr15 滲碳軸承鋼的鋼號表示方法 基本上和合金結(jié)構(gòu)鋼相同 9 合金工具鋼和高速工具鋼 合金工具鋼鋼號的平均碳含量 1 0 時 不標(biāo)出碳含量 當(dāng)平均碳含量 1 0 時 以千分之幾表示 例如Cr12 CrWMn 9SiCr 3Cr2W8V 鋼中合金元素含量的表示方法 基本上與合金結(jié)構(gòu)鋼相同 但對鉻含量較低的合金工具鋼鋼號 其鉻含量以千分之幾表示 并在表示含量的數(shù)字前加 0 以便把它和一般元素含量按百分之幾表示的方法區(qū)別開來 例如Cr06 高速工具鋼的鋼號一般不標(biāo)出碳含量 只標(biāo)出各種合金元素平均含量的百分之幾 例如鎢系高速鋼的鋼號表示為 W18Cr4V 鋼號冠以字母 C 者 表示其碳含量高于未冠 C 的通用鋼號 10 不銹鋼和耐熱鋼 鋼號中碳含量以千分之幾表示 例如 2Cr13 鋼的平均碳含量為0 2 若鋼中含碳量 0 03 或 0 08 者 鋼號前分別冠以 00 及 0 表示之 例如00Cr17Ni14Mo2 0Cr18Ni9等 對鋼中主要合金元素以百分之幾表示 而鈦 鈮 鋯 氮 等則按上述合金結(jié)構(gòu)鋼對微合金元素的表示方法標(biāo)出 常用金屬材料牌號表示方法 11 焊條鋼它的鋼號前冠以字母 H 以區(qū)別于其他鋼類 例如不銹鋼焊絲為 H2Cr13 可以區(qū)別于不銹鋼 2Cr13 12 電工用硅鋼 鋼號由字母和數(shù)字組成 鋼號頭部字母DR表示電工用熱軋硅鋼 DW表示電工用冷軋無取向硅鋼 DQ表示電工用冷軋取向硅鋼 字母之后的數(shù)字表示鐵損值 W kg 的100倍 鋼號尾部加字母 G 者 表示在高頻率下檢驗的 未加 G 者 表示在頻率為50周波下檢驗的 例如鋼號DW470表示電工用冷軋無取向硅鋼產(chǎn)品在50赫頻率時的最大單位重量鐵損值為4 7W kg 13 電工用純鐵 它的牌號由字母 DT 和數(shù)字組成 DT 表示電工用純鐵 數(shù)字表示不同牌號的順序號 例如DT3 在數(shù)字后面所加的字母表示電磁性能 A 高級 E 特級 C 超級 例如DT8A 2 2普通及機械結(jié)構(gòu)用鋼板中常見的日本牌號2 2 1日本鋼材 JIS系列 的牌號中普通結(jié)構(gòu)鋼主要由三部分組成 第一部分 表示材質(zhì) S Steel 鋼 F Ferrum 鐵 第二部分 表示形狀 種類 用途 P Plate 表示板 T Tube 表示管 K Kogu 表示工具 S Structure 表示結(jié)構(gòu) 第三部分 表示特征數(shù)字 一般為最低抗拉強度 1 SS400 第一個S表示鋼 Steel 第二個S表示結(jié)構(gòu) Structure 400為下限抗拉強度400MPa 整體表示抗拉強度為400MPa的普通結(jié)構(gòu)鋼 2 SPHC 第一個S表示鋼 Steel 第二個P表示板 Plate 第三個H表示熱 Heat 第四個C表示商業(yè) Commercial 整體表示一般用熱軋鋼板及鋼帶 3 SPHD 第一個S表示鋼 Steel 第二個P表示板 Plate 第三個H表示熱 Heat 第四個D表示表示沖壓 Drawing 整體表示沖壓用熱軋鋼板及鋼帶 常用金屬材料牌號表示方法 4 SPHE 第一個S表示鋼 Steel 第二個P表示板 Plate 第三個H表示熱 Heat 第四個E表示深沖壓 整體表示深沖用熱軋鋼板及鋼帶 5 SPCC 第一個S表示鋼 Steel 第二個P表示板 Plate 第三個C表示冷 Cold 第四個C表示商業(yè) Commercial 整體表示一般用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?相