材料科學(xué)與工程學(xué)導(dǎo)論 (4)

1、碳鋼的分類碳鋼的分類1。按碳的質(zhì)量百分數(shù)分：低碳鋼（。按碳的質(zhì)量百分數(shù)分：低碳鋼（C：0.25） 中碳鋼（中碳鋼（C：0.25 C 0.6） 高碳鋼（高碳鋼（C：0.6）2。按鋼的質(zhì)量分（主要是雜質(zhì)硫、磷的含量）：。按鋼的質(zhì)量分（主要是雜質(zhì)硫、磷的含量）： 普通碳素鋼（普通碳素鋼（S 0.055，P 0.045) 優(yōu)質(zhì)碳素鋼（優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S 0.040，P 0.040) 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼（高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S 0.030，P 0.035)3。按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：。按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機器零件等主要用于橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機器零件等 碳素工具鋼：碳素工具鋼：主要用

2、于刀具、模具、量具等主要用于刀具、模具、量具等含碳量越含碳量越高，硬度、強度越大，但塑性降低高，硬度、強度越大，但塑性降低碳鋼的牌號與用途碳鋼的牌號與用途普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、 Q215、 Q235、 Q255、 Q275等。等。數(shù)字表示最低屈服強度。數(shù)字表示最低屈服強度。 Q195、 Q215、 Q235塑性好，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等。塑性好，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等。 Q255、 Q275可可軋制成型鋼、鋼板等。軋制成型鋼、鋼板等。用途優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：鋼號以碳的平均質(zhì)量萬分數(shù)表示。鋼號以碳的平均質(zhì)量萬分數(shù)表示。如如20、45等。等。 20表示含表示

3、含C：0.20%（萬分之萬分之20）。用途主要用于制造各種機器零件主要用于制造各種機器零件碳鋼的牌號與用途碳鋼的牌號與用途碳素工具鋼：碳素工具鋼：鋼號以碳的平均質(zhì)量千分數(shù)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種刀具、量具、模具等主要用于制造各種刀具、量具、模具等鑄鋼：鑄鑄鋼：鑄鋼牌號是在數(shù)字前冠以ZG，數(shù)字代表鋼中平均質(zhì)量分數(shù)（以萬分數(shù)表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。用途主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強度、塑性和韌性主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。碳鋼的常規(guī)熱處理

4、碳鋼的常規(guī)熱處理退火退火將鋼將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。狀態(tài)組織的熱處理工藝。正火正火完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應(yīng)力退火將鋼件將鋼件加熱到加熱到AC3和和Acm以上以上3050度，保持度，保持適當時間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類組適當時間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。織的熱處理工藝。碳鋼的常規(guī)熱處理碳鋼的常規(guī)熱處理淬火淬火將鋼件加熱到奧氏體化后，快速冷卻，使組織將鋼件加熱到奧氏體化后，快速冷卻，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處

5、理工藝。所得的馬氏體的轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。所得的馬氏體的形態(tài)與鋼的成分、原始奧氏體晶粒的大小以及形態(tài)與鋼的成分、原始奧氏體晶粒的大小以及形成條件有密切關(guān)系。奧氏體晶粒越小，馬氏形成條件有密切關(guān)系。奧氏體晶粒越小，馬氏體越細。體越細?；鼗鸹鼗饘摷慊鸷螅瑸榱讼齼?nèi)應(yīng)力并獲得所要求將鋼件淬火后，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的性能，將其加熱到的性能，將其加熱到AC1以下的某一溫度，保以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。合金鋼合金鋼合金鋼分類合金鋼分類鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金在碳鋼中在碳鋼中加入一種或多種合金元素，形成的加入一種或多種

6、合金元素，形成的鋼稱之為合金鋼。鋼稱之為合金鋼。按按所含合金元素的多少分：低合金鋼（總質(zhì)量分所含合金元素的多少分：低合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)低于數(shù)低于5）、中合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)）、中合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)510）、高合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)高于）、高合金鋼（總質(zhì)量分數(shù)高于10）。）。按主要合金元素種類分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、按主要合金元素種類分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。硅錳鋼等。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。合金元素的作用合金元素的作用鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金1。合金元素與鐵的作用：合金元素加入鋼中，首先溶于。合金元素與鐵的作用：合金元素加入鋼中，首先溶于鐵

7、形成固溶體，超過溶解度極限時與碳形成化合物。合鐵形成固溶體，超過溶解度極限時與碳形成化合物。合金元素溶與鐵，形成合金鐵素體或合金奧氏體。合金元金元素溶與鐵，形成合金鐵素體或合金奧氏體。合金元素溶于鐵素體會使鋼的室溫強度提高，這種作用稱為固素溶于鐵素體會使鋼的室溫強度提高，這種作用稱為固溶強化。溶強化。2。合金元素與碳的作用：對于與碳的親和力較弱的合金合金元素與碳的作用：對于與碳的親和力較弱的合金元素，不與碳發(fā)生作用，只溶于鐵素體或奧氏體中；對于元素，不與碳發(fā)生作用，只溶于鐵素體或奧氏體中；對于與碳的親和力較強的合金元素，當質(zhì)量分數(shù)較低時，與鐵與碳的親和力較強的合金元素，當質(zhì)量分數(shù)較低時，與鐵一

8、起形成合金滲碳體，當質(zhì)量分數(shù)較高時，形成合金碳化一起形成合金滲碳體，當質(zhì)量分數(shù)較高時，形成合金碳化物。物。不銹鋼不銹鋼鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金能在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕能在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的鋼種。性的鋼種。用用 途途主要用來制造在各種腐蝕性介質(zhì)中工作并具有較高抗主要用來制造在各種腐蝕性介質(zhì)中工作并具有較高抗腐蝕能力的零件或結(jié)構(gòu)件。廣泛用于石油、化工、原腐蝕能力的零件或結(jié)構(gòu)件。廣泛用于石油、化工、原子能、海洋開發(fā)、國防和一些先端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。子能、海洋開發(fā)、國防和一些先端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金合金元素的作用合金元素的作用1。耐腐蝕性要求越高，碳的質(zhì)

9、量分數(shù)應(yīng)越低；。耐腐蝕性要求越高，碳的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)越低；2。加入主要的合金元素。加入主要的合金元素Cr。Cr能能提高基體的電極電位提高基體的電極電位。在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，形成致密的氧化膜，提高。在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，形成致密的氧化膜，提高耐腐蝕性耐腐蝕性3。加入合金元素。加入合金元素Ni?？色@得單項的奧氏體組織，顯著可獲得單項的奧氏體組織，顯著提高耐腐蝕性并改善鋼的塑性，通過熱處理還可以改善提高耐腐蝕性并改善鋼的塑性，通過熱處理還可以改善鋼的強度。鋼的強度。鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金合金元素的作用合金元素的作用5。加入合金元素。加入合金元素Ti、Nb等：能優(yōu)先同等：能優(yōu)先同C形成穩(wěn)定的碳化形

10、成穩(wěn)定的碳化物，使物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧保留在基體中，避免晶界貧Cr，提高鋼的耐腐提高鋼的耐腐蝕性。蝕性。6。加入合金元素。加入合金元素Mn、N等：部分替代等：部分替代Ni以獲得奧氏體以獲得奧氏體組織，并能提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐腐蝕性。組織，并能提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐腐蝕性。4。加入合金元素。加入合金元素Mo、Cu等：提高鋼在非氧化性酸中的等：提高鋼在非氧化性酸中的耐腐蝕能力。耐腐蝕能力。鑄鐵鑄鐵鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金碳的質(zhì)量分數(shù)大于碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金稱之的鐵碳合金稱之為鑄鐵，通常還含有較多的為鑄鐵，通常還含有較多的Si、Mn、S、P等元素。等元素。用用

11、 途途鑄鐵時工程上最常用的金屬材料，廣泛應(yīng)用在機械鑄鐵時工程上最常用的金屬材料，廣泛應(yīng)用在機械制造、冶金、礦上、石油化工。交通等領(lǐng)域。例如，制造、冶金、礦上、石油化工。交通等領(lǐng)域。例如，鑄鐵在農(nóng)業(yè)機械中占鑄鐵在農(nóng)業(yè)機械中占4060，在汽車拖拉機中占，在汽車拖拉機中占5070，在機床制造中占，在機床制造中占6090。鑄鐵的生產(chǎn)。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價格便宜。設(shè)備和工藝簡單，價格便宜。鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金鐵碳鐵碳合金中碳的存在形式合金中碳的存在形式間隙固溶與鐵間隙固溶與鐵化合態(tài)的滲碳體化合態(tài)的滲碳體游離態(tài)的石墨游離態(tài)的石墨亞穩(wěn)亞穩(wěn)態(tài)，在一定條件下分解態(tài)，在一定條件下分解為鐵和石墨為鐵和石

12、墨穩(wěn)定態(tài)，可以從鑄鐵溶液中穩(wěn)定態(tài)，可以從鑄鐵溶液中析出，也可以從奧氏體中析出析出，也可以從奧氏體中析出鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金鑄鐵的種類鑄鐵的種類根據(jù)石墨化程度的不同，鑄鐵的類型和組織也不同。根據(jù)石墨化程度的不同，鑄鐵的類型和組織也不同。灰口灰口鑄鐵鑄鐵白口鑄鐵白口鑄鐵麻口鑄鐵麻口鑄鐵各種鑄鐵的力學(xué)性能各種鑄鐵的力學(xué)性能見表見表34，P43鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金鑄鐵性能特點鑄鐵性能特點石墨的形態(tài)對鑄鐵的力學(xué)性能影響較大。石墨的形態(tài)對鑄鐵的力學(xué)性能影響較大?；铱阼T鐵的抗拉前強度和塑性較低，這灰口鑄鐵的抗拉前強度和塑性較低，這是因為石墨對基體的嚴重割裂所造成的。是因為石墨對基體的嚴重割裂所造成的

13、。石墨相當于鋼基體中的裂紋和空洞，它石墨相當于鋼基體中的裂紋和空洞，它減小基體的抗拉強度，并引起應(yīng)力集中。減小基體的抗拉強度，并引起應(yīng)力集中。石墨量越多，鑄鐵的抗拉強度越低。石墨量越多，鑄鐵的抗拉強度越低。鐵及鐵基鐵及鐵基合金合金石墨的存在對鑄鐵的特殊作用石墨的存在對鑄鐵的特殊作用1。鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異；。鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異；2。鑄鐵的鑄造性能良好；。鑄鐵的鑄造性能良好；3。鑄鐵具有耐磨性；。鑄鐵具有耐磨性；4。鑄鐵具有良好的減振性；。鑄鐵具有良好的減振性；5。鑄鐵對缺口不敏感；對鑄鐵的作用。鑄鐵對缺口不敏感；對鑄鐵的作用。非鐵及其合金非鐵及其合金鋁及鋁及鋁合金鋁合金銅及銅合金銅及銅合

14、金鈦及鈦合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金鎂及鎂合金鋁及鋁及鋁合金鋁合金鋁及鋁合金的特點鋁及鋁合金的特點密度低、比強度高。純鋁的密度只有密度低、比強度高。純鋁的密度只有2700kg/m3，僅為鐵的僅為鐵的1/4。優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電性能好、磁化率低、優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電性能好、磁化率低、耐腐蝕等。耐腐蝕等。加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處加工性能好。鑄造性能好、易于塑性變形，經(jīng)熱處理后還具有很高的強度。理后還具有很高的強度。鋁及鋁及鋁合金鋁合金純鋁純鋁名稱名稱純度純度用途用途高純鋁高純鋁99.93%-99.99%99.93%-99.99%科學(xué)研究、制作電科學(xué)研究、制作電器器工業(yè)高

15、純鋁工業(yè)高純鋁98.85%-99.9%98.85%-99.9%鋁鋁箔、鋁合金原料箔、鋁合金原料工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁98.0%-99.0%98.0%-99.0%電線、電纜、配置電線、電纜、配置合金合金純鋁中純鋁中含有含有FeFe、SiSi、ZnZn等等元素時，會使性能下降元素時，會使性能下降純鋁的純鋁的強度很低，不能用作結(jié)構(gòu)材料強度很低，不能用作結(jié)構(gòu)材料鋁合金鋁合金鋁及鋁及鋁合金鋁合金合金元素的作用合金元素的作用鋁中鋁中加入合金元素后，可提高合金的強度，加入合金元素后，可提高合金的強度，并保持良好的加工性能。并保持良好的加工性能。提高強度的方法提高強度的方法固溶強化固溶強化時效強化時效強化彌散強化彌

16、散強化細晶強化細晶強化鋁及鋁及鋁合金鋁合金鋁合金的種類鋁合金的種類變形鋁合金變形鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金用用 途途鋁鋁絲、鋁箔、鋁合金型材等絲、鋁箔、鋁合金型材等復(fù)雜形狀的鑄件等復(fù)雜形狀的鑄件等銅及銅合金銅及銅合金銅及銅合金的特點銅及銅合金的特點優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好、耐腐優(yōu)良的物理、化學(xué)性能。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好、耐腐蝕等，是抗磁材料。蝕等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷熱成形，鑄造銅合金鑄造性能好。加工性能好。容易冷熱成形，鑄造銅合金鑄造性能好。具有某些特殊力學(xué)性能。比如優(yōu)良的減摩性和耐摩性具有某些特殊力學(xué)性能。比如優(yōu)良的減摩性和耐摩性高的彈性極限和疲勞強度。高的彈性極限和疲

17、勞強度。色澤美觀。色澤美觀。銅及銅合金銅及銅合金純銅純銅純銅為純銅為紫色，又稱紫銅。主要用于制作紫色，又稱紫銅。主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。工業(yè)純銅分為電導(dǎo)體及配制合金。工業(yè)純銅分為4種：種：T1、T2、T3、T4。編號越大，純度越低。編號越大，純度越低。純銅的強度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料純銅的強度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料銅及銅合金銅及銅合金銅合金種類銅合金種類銅中加入合金元素后，可提高合金的強度，銅中加入合金元素后，可提高合金的強度，并保持良好的加工性能。并保持良好的加工性能。銅銅合金的種類合金的種類黃銅黃銅青銅青銅白銅白銅以以Zn為主要合金元素。良好的加工性能，為主要合金元素。良好的加工性能，優(yōu)

18、良的鑄造性能，耐腐蝕性能也好。優(yōu)良的鑄造性能，耐腐蝕性能也好。以以Sn為主要合金元素。用于鑄造形狀復(fù)雜為主要合金元素。用于鑄造形狀復(fù)雜的零件?？垢g性比黃銅還好。的零件?？垢g性比黃銅還好。以以Ni為主要合金元素。具有較好的強度和為主要合金元素。具有較好的強度和塑性，能進行冷加工變形，抗腐蝕性能也好。塑性，能進行冷加工變形，抗腐蝕性能也好。鈦及鈦合金鈦及鈦合金鈦及鈦合金的特點鈦及鈦合金的特點密度低、比強度高。密度低、比強度高。耐高溫、耐腐蝕性能、低溫韌性好等。耐高溫、耐腐蝕性能、低溫韌性好等。加工條件復(fù)雜，成本較高。加工條件復(fù)雜，成本較高。鈦及鈦合金鈦及鈦合金純鈦純鈦鈦的密度低，熔點高，線膨脹

19、系數(shù)小。導(dǎo)熱鈦的密度低，熔點高，線膨脹系數(shù)小。導(dǎo)熱性差。純鈦塑性好，強度高，可以加工成細性差。純鈦塑性好，強度高，可以加工成細絲和薄片。鈦在大氣、海水及酸堿中的抗腐絲和薄片。鈦在大氣、海水及酸堿中的抗腐蝕性能好。蝕性能好。純鈦的晶體結(jié)構(gòu)純鈦的晶體結(jié)構(gòu)882.5度以上：密排六方結(jié)構(gòu)，稱為度以上：密排六方結(jié)構(gòu)，稱為Ti882.5度以下度以下：體心立方結(jié)構(gòu)，稱為體心立方結(jié)構(gòu)，稱為Ti鈦及鈦合金鈦及鈦合金鈦合金的種類鈦合金的種類鈦合金鈦合金鈦中加鋁、硼等鈦中加鋁、硼等穩(wěn)定元素獲得穩(wěn)定元素獲得Ti合金。合金。這種合金的室溫強度較低，但高溫（這種合金的室溫強度較低，但高溫（500600度）強度很高。抗氧化性、抗蠕變性以及度）強度很高?？寡趸浴⒖谷渥冃砸约昂附有阅?/p>