金屬材料及其選用

1、 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能任務(wù)任務(wù)1 影響金屬材料性能的因素影響金屬材料性能的因素 任務(wù)任務(wù)2鐵碳合金鐵碳合金任務(wù)任務(wù)3 鋼的熱處理鋼的熱處理任務(wù)任務(wù)4 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼任務(wù)任務(wù)5 金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。使用性能是指金屬材料在使用過程中所表現(xiàn)出的性能，主要有力學(xué)性能、物理性能（如導(dǎo)電在使用過程中所表現(xiàn)出的性能，主要有力學(xué)性能、物理性能（如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等）和化學(xué)性能（如抗腐蝕、抗氧化性等）。性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等）和化學(xué)性能（如抗腐蝕、抗氧化性等）。材料的使用性能影響零件或工具的工作能力。工藝性能是

2、指金屬材料材料的使用性能影響零件或工具的工作能力。工藝性能是指金屬材料在各種加工過程中表現(xiàn)出來的性能，如熱處理性能、鑄造性能、鍛造在各種加工過程中表現(xiàn)出來的性能，如熱處理性能、鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、壓力加工性能、切削加工性能等。材料的工藝性能性能、焊接性能、壓力加工性能、切削加工性能等。材料的工藝性能影響零件或工具制造的難易程度。影響零件或工具制造的難易程度。 金金屬材料在載荷作用下所表現(xiàn)出來的性能，為力學(xué)性能。力學(xué)性能屬材料在載荷作用下所表現(xiàn)出來的性能，為力學(xué)性能。力學(xué)性能（亦稱機械性能），是指金屬材料具有的抵抗一定外力作用而不被破（亦稱機械性能），是指金屬材料具有的抵抗一定外力作用

3、而不被破壞的性能。金屬材料的力學(xué)性能主要有：壞的性能。金屬材料的力學(xué)性能主要有：強度、剛度、塑性、硬度、強度、剛度、塑性、硬度、韌度和疲勞強度等。韌度和疲勞強度等。 強度強度是指金屬在靜載荷的作用下，抵抗塑性變形和斷是指金屬在靜載荷的作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。塑性變形是指金屬在外力的作用下發(fā)生永久裂的能力。塑性變形是指金屬在外力的作用下發(fā)生永久變形（不能恢復(fù)原狀的變形）的能力。變形（不能恢復(fù)原狀的變形）的能力。 拉伸試驗可以測定出強度指標(biāo)有：比例極限應(yīng)力拉伸試驗可以測定出強度指標(biāo)有：比例極限應(yīng)力 、屈服點屈服點 、抗拉強度應(yīng)力、抗拉強度應(yīng)力 等。不同的零件設(shè)計和選材等。不同的零件設(shè)計和

4、選材所依據(jù)的強度指標(biāo)是不一樣的。所依據(jù)的強度指標(biāo)是不一樣的。 P S b 塑性塑性指金屬材料在靜載荷作用時，在斷裂前產(chǎn)生塑性指金屬材料在靜載荷作用時，在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力，塑性指標(biāo)有延伸率變形的能力，塑性指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率和斷面收縮率，它們，它們也是通過拉伸試驗獲得的。也是通過拉伸試驗獲得的。1 1延伸率延伸率 2 2斷面收縮率斷面收縮率 %100001lll%100010AAA 硬度硬度指金屬材料抵抗外物壓入其表面、造成局部塑性指金屬材料抵抗外物壓入其表面、造成局部塑性變形、壓痕、劃痕的能力，也是衡量金屬材料軟硬程度的變形、壓痕、劃痕的能力，也是衡量金屬材料軟硬程度的一種力學(xué)性能

5、指標(biāo)。一種力學(xué)性能指標(biāo)。 材料的硬度是通過硬度試驗得到的。工程上常用的有材料的硬度是通過硬度試驗得到的。工程上常用的有布氏硬度布氏硬度、洛氏硬度洛氏硬度和和維氏硬度。維氏硬度。 1 1布氏硬度布氏硬度HBS(HBW)HBS(HBW) 布氏硬度是在布氏硬度計上進行測量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)布氏硬度是在布氏硬度計上進行測量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球為壓頭，以相應(yīng)的實驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后，卸合金球為壓頭，以相應(yīng)的實驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后，卸除實驗力，在試樣表面形成壓痕，以壓痕球形表面所承受的平均負荷作除實驗力，在試樣表面形成壓痕，以壓痕球形表面所承受的平均負荷作為

6、布氏硬度值，如圖示。為布氏硬度值，如圖示。 222HBS(HBW)dDDDF 在做布氏試驗時，只需測量出在做布氏試驗時，只需測量出d d值即可從有關(guān)表格上查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為值即可從有關(guān)表格上查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為鋼球時，為鋼球時，為HBSHBS，適用于布氏硬度，適用于布氏硬度450450以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時，為以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時，為HBWHBW，適用，適用于布氏硬度于布氏硬度650650以下的材料。以下的材料。 2 2洛氏硬度洛氏硬度HRHR 洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為測量硬度值的依據(jù)，如圖所示?？陕迨嫌捕仁怯脡侯^壓入的壓痕深度作為測量硬度值的依據(jù)

7、，如圖所示?？梢灾苯訌穆迨嫌捕扔嫷谋肀P上讀出，它是一個相對值，人們規(guī)定每以直接從洛氏硬度計的表盤上讀出，它是一個相對值，人們規(guī)定每0.002mm0.002mm壓壓痕深度為一個洛氏硬度單位。洛氏硬度用痕深度為一個洛氏硬度單位。洛氏硬度用HRAHRA、HRBHRB和和HRCHRC來表示。來表示。 HRCHRC采用頂角為采用頂角為120120的金剛石圓錐體為壓頭，施加的金剛石圓錐體為壓頭，施加150kgf150kgf的外力，主要用于淬的外力，主要用于淬火鋼等較硬材料的測定，常用硬度值為火鋼等較硬材料的測定，常用硬度值為20-67HRC20-67HRC； HRAHRA采用外加載荷為采用外加載荷為60k

8、gf60kgf，用，用于測量高硬度薄層，常用硬度值為于測量高硬度薄層，常用硬度值為70-85HRA70-85HRA；HRBHRB采用直徑采用直徑1.588mm1.588mm的鋼球，的鋼球，100kgf100kgf的外加載荷，用于硬度較低的材料，常用硬度值為的外加載荷，用于硬度較低的材料，常用硬度值為25-100HRB25-100HRB。3 3維氏硬度（維氏硬度（HVHV） 維氏硬度測試的基本原理與布氏硬度相同，但壓頭采用錐面夾角維氏硬度測試的基本原理與布氏硬度相同，但壓頭采用錐面夾角136136的的金剛石正四棱錐體，如圖所示。金剛石正四棱錐體，如圖所示。 構(gòu)件在低于屈服強度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)

9、過較長時間工作，經(jīng)構(gòu)件在低于屈服強度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過較長時間工作，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，無明顯的塑性變形而發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象，稱為一定循環(huán)次數(shù)后，無明顯的塑性變形而發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象，稱為疲疲勞或疲勞斷裂勞或疲勞斷裂。 金屬材料的疲勞破壞，首先是在其薄弱部位，如在應(yīng)力集中或缺金屬材料的疲勞破壞，首先是在其薄弱部位，如在應(yīng)力集中或缺陷（劃傷、夾渣、顯微裂紋等）處產(chǎn)生微細裂紋，稱疲勞源。在后續(xù)陷（劃傷、夾渣、顯微裂紋等）處產(chǎn)生微細裂紋，稱疲勞源。在后續(xù)交變載荷的作用下，裂紋進一步擴展，達到一定臨界尺寸時，突然發(fā)交變載荷的作用下，裂紋進一步擴展，達到一定臨界尺寸時，突然發(fā)生脆性斷裂。生脆性斷裂。

10、試驗證明，金屬材料能承受的交變應(yīng)力與斷裂前的應(yīng)力循環(huán)基數(shù)試驗證明，金屬材料能承受的交變應(yīng)力與斷裂前的應(yīng)力循環(huán)基數(shù)有關(guān)。當(dāng)應(yīng)力低到一定值時，材料可經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不失效；此有關(guān)。當(dāng)應(yīng)力低到一定值時，材料可經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不失效；此應(yīng)力即為應(yīng)力即為疲勞強度（疲勞極限）。疲勞強度（疲勞極限）。對稱彎曲疲勞極限用對稱彎曲疲勞極限用-1-1表示表示 。 韌性韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力，它表示材料抗沖擊的是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力，它表示材料抗沖擊的能力。韌性評價指標(biāo)是通過沖擊試驗確定的。能力。韌性評價指標(biāo)是通過沖擊試驗確定的。 韌性常用的試驗方法是韌性常用的試驗方法是擺錘式一次沖

11、擊試驗法擺錘式一次沖擊試驗法，它是在專門的擺錘試，它是在專門的擺錘試驗機上進行的，如圖所示。沖擊試驗缺口底部單位橫截面積上的沖擊吸驗機上進行的，如圖所示。沖擊試驗缺口底部單位橫截面積上的沖擊吸收功，稱為收功，稱為沖擊韌度沖擊韌度，用符號，用符號k k表示，單位為表示，單位為J/cmJ/cm2 2。 AhhmgAAkk)(211 1晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 固體材料按內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)不同分為晶體和非晶體，金屬是晶體。固體材料按內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)不同分為晶體和非晶體，金屬是晶體。晶體結(jié)構(gòu)就是晶體內(nèi)部原子排列的方式及特征。晶體結(jié)構(gòu)就是晶體內(nèi)部原子排列的方式及特征。 a a） 晶體中的原子排列晶體中的原子排

12、列 b b） 晶格晶格 c c） 晶胞晶胞 2 2金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu)金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu)（1 1）體心立方晶格）體心立方晶格：晶胞是一個立方體。具有這種晶格的金屬有：晶胞是一個立方體。具有這種晶格的金屬有-鐵（鐵（-FeFe）、鉻（）、鉻（CrCr）、鎢（）、鎢（W W）、鉬（）、鉬（MoMo）、礬（）、礬（V V）等。）等。 （2 2）面心立方晶格）面心立方晶格：晶胞也是一個立方體。具有這種晶格的金屬有：晶胞也是一個立方體。具有這種晶格的金屬有-鐵（鐵（-Fe-Fe）鋁（）鋁（AlAl）、銅（）、銅（CuCu）、鎳（）、鎳（NiNi）、金（）、金（AuAu）、銀（）、銀（AgAg）等。）等

13、。 （3 3）密排六方晶格）密排六方晶格：晶胞是一個正六方柱體。具有這種晶格的金屬有鎂（：晶胞是一個正六方柱體。具有這種晶格的金屬有鎂（MgMg）、鋅（）、鋅（ZnZn）、鈹（）、鈹（BeBe）等。）等。 體心立方晶格體心立方晶格 面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格 3 3金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)金屬的實際晶體結(jié)構(gòu) 如果晶體內(nèi)部的晶格位向（即原子排列的方向）完全一致，則稱這塊如果晶體內(nèi)部的晶格位向（即原子排列的方向）完全一致，則稱這塊晶體為單晶體。單晶體只能用特殊的方法制得，如單晶硅、單晶鍺等。實晶體為單晶體。單晶體只能用特殊的方法制得，如單晶硅、單晶鍺等。實際使用的金屬即使是體積很

14、小，其內(nèi)部都是由許多晶格位向不同的微小晶際使用的金屬即使是體積很小，其內(nèi)部都是由許多晶格位向不同的微小晶體組成，每個小晶體相當(dāng)于一個體組成，每個小晶體相當(dāng)于一個單晶體單晶體，內(nèi)部晶格位向是一致的，而小晶，內(nèi)部晶格位向是一致的，而小晶體之間的位向卻不相同。這種外形呈多面體顆粒狀的小晶體稱為體之間的位向卻不相同。這種外形呈多面體顆粒狀的小晶體稱為晶粒晶粒，晶，晶粒之間的交界稱為粒之間的交界稱為晶界晶界，如下圖所示。由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體，如下圖所示。由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體，其性能是位向不同的晶粒的平均性能，故可認為多晶體（金屬）是各向，其性能是位向不同的晶粒的平均性能，故可認為多晶

15、體（金屬）是各向同性的。同性的。 （1 1）多晶體結(jié)構(gòu)）多晶體結(jié)構(gòu) 實際晶體中，原子的排列并不像理想晶體那樣規(guī)則和完整。由于許多實際晶體中，原子的排列并不像理想晶體那樣規(guī)則和完整。由于許多因素的影響，使某些區(qū)域的原子排列受到干擾和破壞，這種區(qū)域稱為晶體因素的影響，使某些區(qū)域的原子排列受到干擾和破壞，這種區(qū)域稱為晶體缺陷。常見的晶體缺陷有缺陷。常見的晶體缺陷有晶界、間隙原子、晶格空位晶界、間隙原子、晶格空位等，如下圖所示。金等，如下圖所示。金屬中的晶體缺陷對性能有很大的影響。例如晶界的抗腐蝕性差、熔點低等屬中的晶體缺陷對性能有很大的影響。例如晶界的抗腐蝕性差、熔點低等，但能提高金屬的強度和硬度。

16、，但能提高金屬的強度和硬度。（2 2）晶體缺陷）晶體缺陷1 1合金的基本概念合金的基本概念 固體材料按內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)不同分為晶體和非晶體，金屬是晶體。固體材料按內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)不同分為晶體和非晶體，金屬是晶體。晶體結(jié)構(gòu)就是晶體內(nèi)部原子排列的方式及特征。晶體結(jié)構(gòu)就是晶體內(nèi)部原子排列的方式及特征。 （1 1）合金）合金 （2 2）組元）組元 （3 3）合金系）合金系 （4 4）相）相 （5 5）組織）組織 2 2合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu) 根據(jù)合金中各組元間的相互作用，合金的晶體結(jié)構(gòu)大致可歸納為根據(jù)合金中各組元間的相互作用，合金的晶體結(jié)構(gòu)大致可歸納為3 3類，類，即固溶體、金屬化合物和機械

17、混合物。即固溶體、金屬化合物和機械混合物。（1 1）固溶體）固溶體 當(dāng)溶質(zhì)原子溶解在溶劑晶體中時，溶劑的晶格將發(fā)生畸變，增加了晶當(dāng)溶質(zhì)原子溶解在溶劑晶體中時，溶劑的晶格將發(fā)生畸變，增加了晶格變形抗力。原子尺寸相差大，化學(xué)性質(zhì)不同，都使畸變增大，結(jié)果合格變形抗力。原子尺寸相差大，化學(xué)性質(zhì)不同，都使畸變增大，結(jié)果合金的強度、硬度和電阻增高，塑性，韌性下降。溶入的溶質(zhì)原子越多，金的強度、硬度和電阻增高，塑性，韌性下降。溶入的溶質(zhì)原子越多，引起的晶格畸變也越大。這種由于溶質(zhì)原子的溶入，使基體金屬（溶劑引起的晶格畸變也越大。這種由于溶質(zhì)原子的溶入，使基體金屬（溶劑）的強度、硬度升高的現(xiàn)象就叫）的強度、硬

18、度升高的現(xiàn)象就叫固溶強化。固溶強化。 碳原子鐵中形成的間隙固溶體碳原子鐵中形成的間隙固溶體 （2 2）金屬化合物）金屬化合物 組成合金的元素相互化合形成一種新的晶格組成的物質(zhì)。它的晶體組成合金的元素相互化合形成一種新的晶格組成的物質(zhì)。它的晶體結(jié)構(gòu)與性能，和原兩組元都不同，如滲碳體（結(jié)構(gòu)與性能，和原兩組元都不同，如滲碳體（Fe3C）就是鐵和碳組成的）就是鐵和碳組成的晶格復(fù)雜的碳化物，其晶格結(jié)構(gòu)如下圖所示。金屬化合物一般具有高硬晶格復(fù)雜的碳化物，其晶格結(jié)構(gòu)如下圖所示。金屬化合物一般具有高硬度和高脆性，當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時，通常能提高合金的強度、硬度和高脆性，當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時，通常能提高

19、合金的強度、硬度和耐磨性，但會降低塑性和韌性。度和耐磨性，但會降低塑性和韌性。FeFe3 3C C的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu) （3 3）機械混合物）機械混合物 由兩種或兩種以上的組元、固溶體或金屬化合物按一定由兩種或兩種以上的組元、固溶體或金屬化合物按一定重量比例組成的均勻物質(zhì)稱為機械混合物。重量比例組成的均勻物質(zhì)稱為機械混合物。 純金屬、固溶體、金屬化合物均是組成合金的基本相，純金屬、固溶體、金屬化合物均是組成合金的基本相，在機械混合物中各組成部分（相）仍保持著它原有的晶格類在機械混合物中各組成部分（相）仍保持著它原有的晶格類型和性能，如鐵素體和滲碳體形成珠光體。混合物的性能取型和性能，如鐵素體和

20、滲碳體形成珠光體?；旌衔锏男阅苋Q于組成混合物的各部分的性能，及其數(shù)量、大小、分布和決于組成混合物的各部分的性能，及其數(shù)量、大小、分布和形態(tài)。形態(tài)。3 3純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶（1 1）結(jié)晶）結(jié)晶 指純純金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程，實質(zhì)是金屬的原子由近程有序狀指純純金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程，實質(zhì)是金屬的原子由近程有序狀態(tài)（液態(tài)）轉(zhuǎn)變成長程有序狀態(tài)（晶態(tài)）的過程。態(tài)（液態(tài)）轉(zhuǎn)變成長程有序狀態(tài)（晶態(tài)）的過程。 （2 2）冷卻曲線）冷卻曲線金屬液非常緩慢的冷卻時，記錄溫度隨時間而變化的曲線。金屬液非常緩慢的冷卻時，記錄溫度隨時間而變化的曲線。 （3 3）過冷）過冷 在實際結(jié)晶過程中，金屬液只有冷

21、卻到理論結(jié)晶溫度（熔點）以下的某在實際結(jié)晶過程中，金屬液只有冷卻到理論結(jié)晶溫度（熔點）以下的某個溫度時才結(jié)晶的現(xiàn)象。個溫度時才結(jié)晶的現(xiàn)象。 （4 4）結(jié)晶過程）結(jié)晶過程 晶體形核和成長過程。晶體形核和成長過程。 （a a）液態(tài)金屬）液態(tài)金屬 （b b）形成晶核）形成晶核 （c c）晶核長大）晶核長大 （d d）部分結(jié)晶）部分結(jié)晶 （e e）完全結(jié)晶）完全結(jié)晶 （5 5）細晶強化）細晶強化 晶粒的大小影響材料的力學(xué)、物理、化學(xué)性能，一般情晶粒的大小影響材料的力學(xué)、物理、化學(xué)性能，一般情況下，晶粒越細，強度和硬度越高，塑性和韌性越好。因為況下，晶粒越細，強度和硬度越高，塑性和韌性越好。因為晶粒越細

22、小，晶界就多，晶界處的晶體排列極不規(guī)則，界面晶粒越細小，晶界就多，晶界處的晶體排列極不規(guī)則，界面犬牙交錯，互相咬合，因而加強了金屬之間的結(jié)合力。用細犬牙交錯，互相咬合，因而加強了金屬之間的結(jié)合力。用細化晶粒的方法來提高金屬材料的力學(xué)性能叫化晶粒的方法來提高金屬材料的力學(xué)性能叫細晶強化細晶強化。 金屬凝固后的晶粒大小與凝固過程中形核的多少和晶核長大速度有關(guān)，晶金屬凝固后的晶粒大小與凝固過程中形核的多少和晶核長大速度有關(guān)，晶核越多，長大速度越慢，晶粒越細。而過冷度越大，產(chǎn)生的晶核越多，晶核多，核越多，長大速度越慢，晶粒越細。而過冷度越大，產(chǎn)生的晶核越多，晶核多，每個晶核長大受到制約，形成的晶粒就越

23、細小。每個晶核長大受到制約，形成的晶粒就越細小。 在液澆注前，人為地向金屬液中加入一定量的粉末物質(zhì)（稱變質(zhì)劑），以在液澆注前，人為地向金屬液中加入一定量的粉末物質(zhì)（稱變質(zhì)劑），以促進形核，從而細化晶粒，改善金屬組織和性能的方法稱變質(zhì)處理。促進形核，從而細化晶粒，改善金屬組織和性能的方法稱變質(zhì)處理。4 4合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 合金的結(jié)晶過程如同純金屬一樣，仍為晶核形成和晶核長大兩個過程，合金的結(jié)晶過程如同純金屬一樣，仍為晶核形成和晶核長大兩個過程，結(jié)晶時也需要一定的過冷度，最后形成由多晶粒組成的晶體。但合金結(jié)晶后結(jié)晶時也需要一定的過冷度，最后形成由多晶粒組成的晶體。但合金結(jié)晶后可形成不同類型的固

24、溶體、金屬化合物或機械混合物?？尚纬刹煌愋偷墓倘荏w、金屬化合物或機械混合物。 純金屬結(jié)晶是在恒溫下進行的，只有一個臨界點。而合金則絕大多數(shù)都是在純金屬結(jié)晶是在恒溫下進行的，只有一個臨界點。而合金則絕大多數(shù)都是在一定溫度范圍內(nèi)進行結(jié)晶的，結(jié)晶開始與終了的溫度不相同，有兩個臨界點。只一定溫度范圍內(nèi)進行結(jié)晶的，結(jié)晶開始與終了的溫度不相同，有兩個臨界點。只有在某一特定成分的合金系中才會出現(xiàn)一個臨界點。有在某一特定成分的合金系中才會出現(xiàn)一個臨界點。合金與純金屬結(jié)晶的不同之處有合金與純金屬結(jié)晶的不同之處有： 合金在結(jié)晶過程中，在局部范圍內(nèi)其化學(xué)成分有變化，當(dāng)結(jié)晶終了后，整個合金在結(jié)晶過程中，在局部范圍內(nèi)

25、其化學(xué)成分有變化，當(dāng)結(jié)晶終了后，整個晶體的平均化學(xué)成分與原合金的化學(xué)成分相同。晶體的平均化學(xué)成分與原合金的化學(xué)成分相同。 合金結(jié)晶后的組織狀態(tài)有三種：單相固溶體；單相金屬化合物或同時結(jié)晶出兩合金結(jié)晶后的組織狀態(tài)有三種：單相固溶體；單相金屬化合物或同時結(jié)晶出兩相機械混合物；結(jié)晶開始形成單相固溶體，剩余液體又同時結(jié)晶出兩相機械混合相機械混合物；結(jié)晶開始形成單相固溶體，剩余液體又同時結(jié)晶出兩相機械混合物。物。1 1鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 鋼和鑄鐵是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料，稱為鋼和鑄鐵是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料，稱為鐵碳合金鐵碳合金，因為，因為形成鋼和鑄鐵的主要元素是鐵和碳。不

26、同成分的鐵碳合金具有不同的組織形成鋼和鑄鐵的主要元素是鐵和碳。不同成分的鐵碳合金具有不同的組織和性能。和性能。 某些金屬如鐵、鈦、鈷等在固態(tài)下發(fā)生的晶格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變叫某些金屬如鐵、鈦、鈷等在固態(tài)下發(fā)生的晶格結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變叫同素異晶（同素異晶（構(gòu)）轉(zhuǎn)變構(gòu)）轉(zhuǎn)變。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一種結(jié)晶過程，有一定的轉(zhuǎn)變溫度。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一種結(jié)晶過程，有一定的轉(zhuǎn)變溫度和過冷度；也有晶核的形成和長大兩個階段。故同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變又稱為重和過冷度；也有晶核的形成和長大兩個階段。故同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變又稱為重結(jié)晶。結(jié)晶。 鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變2 2鐵碳合金中的基本組織鐵碳合金中的基本組織（1 1）鐵素體（）鐵素

27、體（F F）（2 2）奧氏體（）奧氏體（A A）（3 3）滲碳體（）滲碳體（FeFe3 3C C） （4 4）珠光體（）珠光體（P P）（5 5）萊氏體（）萊氏體（LdLd） 碳的質(zhì)量分數(shù)大于碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%2.11%的鐵碳合金，從液態(tài)結(jié)晶過程中冷卻到的鐵碳合金，從液態(tài)結(jié)晶過程中冷卻到11481148時，時，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，而形成的奧氏體和滲碳體所組成的共晶體（機械混合物）稱為發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，而形成的奧氏體和滲碳體所組成的共晶體（機械混合物）稱為萊氏體。萊氏體。 珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，是奧氏體從高溫緩慢冷卻時發(fā)生珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，是奧氏體從高溫緩慢冷卻時發(fā)

28、生共析轉(zhuǎn)變所形成的。碳的質(zhì)量分數(shù)平均為共析轉(zhuǎn)變所形成的。碳的質(zhì)量分數(shù)平均為0.77% 0.77% ，是一種綜合力學(xué)性能較好是一種綜合力學(xué)性能較好的組織。的組織。 滲碳體是鐵碳合金中碳的主要存在形式，含碳量為滲碳體是鐵碳合金中碳的主要存在形式，含碳量為6.69%6.69%，硬度很高（，硬度很高（HBS800HBS800），），塑性、韌性幾乎為零，脆性極大塑性、韌性幾乎為零，脆性極大 。 碳溶于碳溶于-Fe-Fe中的固溶體，用符號中的固溶體，用符號A A表示，它保持面心立方晶格結(jié)構(gòu)。強度和硬度略表示，它保持面心立方晶格結(jié)構(gòu)。強度和硬度略高于鐵素體，塑性、韌性較好，因此生產(chǎn)中常將工件加熱到奧氏體狀態(tài)

29、進行鍛造。高于鐵素體，塑性、韌性較好，因此生產(chǎn)中常將工件加熱到奧氏體狀態(tài)進行鍛造。 碳或其他溶質(zhì)元素溶于碳或其他溶質(zhì)元素溶于-Fe-Fe中構(gòu)成的固溶體，保持體心立方晶格結(jié)構(gòu)。中構(gòu)成的固溶體，保持體心立方晶格結(jié)構(gòu)。性質(zhì)接近性質(zhì)接近純鐵，強度、硬度低，塑性、韌性好。純鐵，強度、硬度低，塑性、韌性好。 鐵碳合金狀態(tài)圖（相圖）是表示在平衡狀態(tài)下（極緩慢冷卻或加熱的條鐵碳合金狀態(tài)圖（相圖）是表示在平衡狀態(tài)下（極緩慢冷卻或加熱的條件下），鐵碳合金的化學(xué)成分、相、組織與溫度的關(guān)系圖，如圖示。件下），鐵碳合金的化學(xué)成分、相、組織與溫度的關(guān)系圖，如圖示。1 1Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖上的特性線和點相

30、圖上的特性線和點（1 1）ACDACD線為液相線（線為液相線（2 2）AECFAECF線為固相線線為固相線 （3 3）A A點（點（4 4）D D點點 （5 5）C C點（點（6 6）ECFECF線線為共晶線為共晶線 （7 7）ESES線（線（AcmAcm線）線） （8 8）S S點點 （9 9）PSKPSK線（共析線或線（共析線或A1A1線）線） （1010）GSGS線（線（A3A3線）線） （1111）G G點點 （1212）PQPQ線線 （1313）P P點點 2 2Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖中的相區(qū)相圖中的相區(qū) 3 3鐵碳合金的分類鐵碳合金的分類合金類別合金類別工業(yè)純鐵工業(yè)純

31、鐵鋼鋼白口鑄鐵白口鑄鐵亞共析鋼亞共析鋼亞共析鋼亞共析鋼亞共析鋼亞共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵含碳量含碳量c c（% %）0.02180.02180.02180.0218c c2.112.112.112.11c c6.696.690.770.770.770.770.770.774.34.34.34.34.34.3室溫組織室溫組織F FF+PF+PP PP+ FeP+ Fe3 3C CL Ld d+P+ Fe+P+ Fe3 3C CL Ld dL Ld d+ Fe+ Fe3 3C C4 4碳對鐵碳合金組織和性能的影響碳對鐵碳合金組織和性能的

32、影響 一般地，隨著含碳量的增加，鐵碳合金的強度、硬度提高，塑性、韌性降低。一般地，隨著含碳量的增加，鐵碳合金的強度、硬度提高，塑性、韌性降低。 Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖反映了鋼鐵材料的組織隨化學(xué)成分和溫度變化的規(guī)律，因相圖反映了鋼鐵材料的組織隨化學(xué)成分和溫度變化的規(guī)律，因此在生產(chǎn)實際中為選材和制定鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等加工工藝提供此在生產(chǎn)實際中為選材和制定鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等加工工藝提供了重要的理論依據(jù)。了重要的理論依據(jù)。（1 1）在鑄造中的應(yīng)用）在鑄造中的應(yīng)用。 根據(jù)相圖可以確定各種成分的鋼和鑄鐵的結(jié)晶溫根據(jù)相圖可以確定各種成分的鋼和鑄鐵的結(jié)晶溫度，從而確定合金的澆注溫

33、度、凝固溫度范圍，進而判斷流動性以及縮孔、度，從而確定合金的澆注溫度、凝固溫度范圍，進而判斷流動性以及縮孔、縮松的傾向。共晶成分的合金，結(jié)晶溫度較低，偏析較小，流動性好，因縮松的傾向。共晶成分的合金，結(jié)晶溫度較低，偏析較小，流動性好，因而鑄造合金的成分常選用接近共晶成分。而鑄造合金的成分常選用接近共晶成分。 （2 2）在鍛造中的應(yīng)用）在鍛造中的應(yīng)用。鋼中有奧氏體組織時，塑性好，變形抗力低，易于。鋼中有奧氏體組織時，塑性好，變形抗力低，易于塑性變形，故常選擇單相奧氏體區(qū)域的適當(dāng)溫度范圍進行鍛壓加工塑性變形，故常選擇單相奧氏體區(qū)域的適當(dāng)溫度范圍進行鍛壓加工。 熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒐虘B(tài)金屬或合金

34、在一定介質(zhì)中熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒐虘B(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和加熱、保溫和冷卻，冷卻，以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。 熱處理按目的、加熱和冷卻方法等的不同，分為三類。熱處理按目的、加熱和冷卻方法等的不同，分為三類。（1 1）整體熱處理）整體熱處理。特點是對工件進行整體加熱至內(nèi)外溫度相同，再用適當(dāng)?shù)姆健Ｌ攸c是對工件進行整體加熱至內(nèi)外溫度相同，再用適當(dāng)?shù)姆椒ɡ鋮s。常用的熱處理方法有法冷卻。常用的熱處理方法有退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火。（2 2）表面熱處理）表面熱處理。特點是只對工件表面進行快速加

35、熱，目的是改變表層的組織。特點是只對工件表面進行快速加熱，目的是改變表層的組織和性能。常用的熱處理方法有和性能。常用的熱處理方法有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火。（3 3）化學(xué)熱處理）化學(xué)熱處理。特點是同時改變工件表層和化學(xué)成分、組織和性能。常用的。特點是同時改變工件表層和化學(xué)成分、組織和性能。常用的熱處理方法有熱處理方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲滲碳、滲氮、碳氮共滲等。等。1 1加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變溫度加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變溫度 金屬或合金在加熱或冷卻過程中，發(fā)生相變的溫度稱為相變點或金屬或合金在加熱或冷卻過程中，發(fā)生相變的溫度稱為相變點或臨界點。相變溫度可由鐵碳

36、合金相圖來確定。在實際加熱和冷卻時臨界點。相變溫度可由鐵碳合金相圖來確定。在實際加熱和冷卻時，合金有過冷和過熱現(xiàn)象，加熱時實際相變溫度偏高，冷卻時偏低，合金有過冷和過熱現(xiàn)象，加熱時實際相變溫度偏高，冷卻時偏低。 加熱和冷卻速度越快，偏離理論相變溫度越嚴(yán)重。常用加熱和冷卻速度越快，偏離理論相變溫度越嚴(yán)重。常用Ac1、Accm 、Ac3表時加熱時偏離的相變溫度。用表時加熱時偏離的相變溫度。用 Ar1、Arcm 、Ar3表示冷卻時偏離的相變溫度。表示冷卻時偏離的相變溫度。2 2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 加熱是熱處理的第一道工序。加熱的過程就是奧氏體化的過程：加熱是熱處理的第一道工序。

37、加熱的過程就是奧氏體化的過程：為使熱處理獲得所需的性能，將鋼加熱到臨界溫度以上，使室溫組織為使熱處理獲得所需的性能，將鋼加熱到臨界溫度以上，使室溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體的過程。轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體的過程。 以共析鋼為例，共析鋼的組織室溫時為珠光體（以共析鋼為例，共析鋼的組織室溫時為珠光體（F+Fe3C），當(dāng)加），當(dāng)加熱到熱到Ac1線（線（727）以上時，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，轉(zhuǎn)變過程如圖示。）以上時，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，轉(zhuǎn)變過程如圖示。 若加熱溫度過高或保溫時間過長，奧氏體晶粒將會長大。晶粒大的奧若加熱溫度過高或保溫時間過長，奧氏體晶粒將會長大。晶粒大的奧氏體冷卻后組織粗大，使熱處理后的材料力學(xué)性

38、能變差，所以加熱溫度和氏體冷卻后組織粗大，使熱處理后的材料力學(xué)性能變差，所以加熱溫度和保溫時間不能過高和過長。保溫時間不能過高和過長。 3 3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 鋼經(jīng)奧氏體化后，即使是同一化學(xué)成分的鋼采用不同的冷卻方法鋼經(jīng)奧氏體化后，即使是同一化學(xué)成分的鋼采用不同的冷卻方法和冷卻速度，冷卻后將得到不同的組織，從而獲得不同的性能。和冷卻速度，冷卻后將得到不同的組織，從而獲得不同的性能。熱處理工藝中常用的冷卻方式有連續(xù)冷卻、等溫冷卻：熱處理工藝中常用的冷卻方式有連續(xù)冷卻、等溫冷卻：（1 1）連續(xù)冷卻）連續(xù)冷卻。 將已奧氏體化的鋼以某種速度連續(xù)冷卻，使其將已奧氏體化的鋼以某種速

39、度連續(xù)冷卻，使其在臨界點以下變溫連續(xù)轉(zhuǎn)變。在臨界點以下變溫連續(xù)轉(zhuǎn)變。（2 2）等溫冷卻）等溫冷卻。 將已奧氏體化的鋼迅速冷卻到相變點以下的某將已奧氏體化的鋼迅速冷卻到相變點以下的某個溫度，進行保溫，使過冷奧氏體在該溫度下恒溫轉(zhuǎn)變。個溫度，進行保溫，使過冷奧氏體在該溫度下恒溫轉(zhuǎn)變。鋼的整體熱處理包括退火、正火、淬火、回火熱處理等工藝。鋼的整體熱處理包括退火、正火、淬火、回火熱處理等工藝。1 1退火退火 退火是將鋼加熱到退火是將鋼加熱到Ac3Ac3（亞共析鋼）、（亞共析鋼）、AccmAccm（過共析鋼）以上某一（過共析鋼）以上某一溫度范圍，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻），得到接近平溫度

40、范圍，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻），得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 退火的目的：退火的目的：降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工；降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工；消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防工件變形和開裂；消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防工件變形和開裂； 改善組織，細化晶粒，改變鋼的性能或為以后熱處理做準(zhǔn)備。改善組織，細化晶粒，改變鋼的性能或為以后熱處理做準(zhǔn)備。 2 2正火正火 正火是將工件加熱到正火是將工件加熱到Ac3Ac3（亞共析鋼）或（亞共析鋼）或AccmAccm（過共析鋼）以上（過共析鋼）以上3030500C500C，

41、保溫適當(dāng)時間，在自由流通的空氣中冷卻，得到珠光體類組織，保溫適當(dāng)時間，在自由流通的空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。的熱處理工藝。 正火主要目的：正火主要目的： 對不太重要的零件，可細化晶粒，組織均勻，提高機械性能，作為最對不太重要的零件，可細化晶粒，組織均勻，提高機械性能，作為最終熱處理；終熱處理； 對低碳鋼火低碳合金鋼，可提高硬度，改善切削加工性；對低碳鋼火低碳合金鋼，可提高硬度，改善切削加工性；對于過共析鋼或工具鋼，可減少二次滲碳體，并使其不呈連續(xù)網(wǎng)狀碳對于過共析鋼或工具鋼，可減少二次滲碳體，并使其不呈連續(xù)網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火?；?，便于球化退火。3 3淬火淬火 淬火是將鋼加

42、熱到相變溫度以上，保溫一定時間，然后快速冷卻以獲淬火是將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時間，然后快速冷卻以獲得得 氏體或氏體或 下貝氏體組織的熱處理工藝。下貝氏體組織的熱處理工藝。 淬火可提高工件的硬度和耐磨性，一般淬火后的工件再配合適當(dāng)溫度淬火可提高工件的硬度和耐磨性，一般淬火后的工件再配合適當(dāng)溫度的回火，可獲得較好的綜合力學(xué)性能，如刀具、模具、軸和齒輪等的淬火的回火，可獲得較好的綜合力學(xué)性能，如刀具、模具、軸和齒輪等的淬火熱處理。淬火質(zhì)量取決于加熱溫度和冷卻方式。熱處理。淬火質(zhì)量取決于加熱溫度和冷卻方式。 淬透性淬透性是指鋼在淬火后，獲得淬透層（淬硬層）深度的能力。是指鋼在淬火后，獲得淬透

43、層（淬硬層）深度的能力。 淬硬淬硬性是指鋼淬火時能達到的最高硬度。淬透性越好，淬硬層越深，淬硬性也性是指鋼淬火時能達到的最高硬度。淬透性越好，淬硬層越深，淬硬性也越好。淬透性對鋼的力學(xué)性能影響很大，所以，機械設(shè)計中選材時，要考越好。淬透性對鋼的力學(xué)性能影響很大，所以，機械設(shè)計中選材時，要考慮材料的淬透性。慮材料的淬透性。4 4回火回火 回火是將淬火后的工件加熱到回火是將淬火后的工件加熱到Ac1Ac1以下某一溫度，保溫一定時間，然以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。后冷卻到室溫的熱處理工藝。 （1 1）回火目的）回火目的 淬火時冷卻速度較快，工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，且淬火后

44、的組淬火時冷卻速度較快，工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，且淬火后的組織不穩(wěn)定，故淬火后必須回火?；鼗鸬哪康氖牵嚎棽环€(wěn)定，故淬火后必須回火。回火的目的是：減少和消除淬火應(yīng)力。減少和消除淬火應(yīng)力。穩(wěn)定工件尺寸，防止變形和開裂穩(wěn)定工件尺寸，防止變形和開裂 。獲得工件所需的組織和性能，即獲得要求的強度、硬度和韌性。獲得工件所需的組織和性能，即獲得要求的強度、硬度和韌性。（2 2）回火的種類及應(yīng)用）回火的種類及應(yīng)用低溫回火（加熱溫度為低溫回火（加熱溫度為1501502502500 0C C ）。用于各類高碳鋼的工具、模具、）。用于各類高碳鋼的工具、模具、量具。量具。 中溫回火（加熱溫度為中溫回火（加熱溫度為3

45、503505005000 0C C ）。）。 用于各種彈簧、彈簧夾頭及用于各種彈簧、彈簧夾頭及鍛模。鍛模。 高溫回火（高溫回火（ 加熱溫度為加熱溫度為5005006506500 0C C， ）。工廠一般把淬火和高溫回）。工廠一般把淬火和高溫回火叫火叫調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理。 用于重要的零件如軸、齒輪、連桿和螺栓。用于重要的零件如軸、齒輪、連桿和螺栓。 表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理的工藝。表面淬火是最常用的表面熱處理方法。的工藝。表面淬火是最常用的表面熱處理方法。1 1表面淬火表面淬火 表面淬火是將工件的表面層

46、淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火表面淬火是將工件的表面層淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火工藝方法。狀態(tài)的一種局部淬火工藝方法。 表面淬火一般適用于表面硬而耐磨、心部具有較高韌性的零件，如表面淬火一般適用于表面硬而耐磨、心部具有較高韌性的零件，如曲軸、花鍵軸、凸輪、齒輪等。零件在表面淬火前一般需進行正火或調(diào)質(zhì)曲軸、花鍵軸、凸輪、齒輪等。零件在表面淬火前一般需進行正火或調(diào)質(zhì)處理，表面淬火后要進行低溫回火。處理，表面淬火后要進行低溫回火。 按加熱方法的不同，表面淬火分為感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表按加熱方法的不同，表面淬火分為感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬

47、火、電解加熱表面淬火等。面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解加熱表面淬火等。2 2化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件置于活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中活性原是將工件置于活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層，以改變其表面層的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的熱處理子滲入工件表層，以改變其表面層的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的熱處理工藝。工藝。 根據(jù)滲入元素的類別，化學(xué)熱處理可分為根據(jù)滲入元素的類別，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、碳氮共滲滲碳、氮化、碳氮共滲等。等。 化學(xué)熱處理的主要目的，除提高鋼件表面硬度，耐磨性以及疲勞極化學(xué)熱處理的主要目的，除提高鋼件表面硬度，耐磨性以及疲勞極限外

48、，也用于提高零件的抗腐蝕性、抗氧化性，以代替昂貴的合金鋼。限外，也用于提高零件的抗腐蝕性、抗氧化性，以代替昂貴的合金鋼。 任何化學(xué)熱處理方法的物理化學(xué)過程基本相同，都要經(jīng)過分解、吸任何化學(xué)熱處理方法的物理化學(xué)過程基本相同，都要經(jīng)過分解、吸收和擴散三個過程。收和擴散三個過程。 鋼是指以鐵為主要元素，含碳量在鋼是指以鐵為主要元素，含碳量在2.11%2.11%以下，并含有其他元素的黑以下，并含有其他元素的黑色金屬材料。鋼的品種多、規(guī)格齊全、性能好、價格低，并且能用熱處色金屬材料。鋼的品種多、規(guī)格齊全、性能好、價格低，并且能用熱處理的方法改善性能，是工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料。理的方法改善性能，是工業(yè)中應(yīng)用

49、最廣的材料。1 1煉鋼方法煉鋼方法煉鋼方法煉鋼方法熱熱 源源主要原料主要原料主主 要要 特特 點點產(chǎn)產(chǎn) 品品氧氣轉(zhuǎn)爐氧氣轉(zhuǎn)爐氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)的化學(xué)熱能的化學(xué)熱能生鐵、廢鋼生鐵、廢鋼冶煉速度快、生產(chǎn)率高、成本低、冶煉速度快、生產(chǎn)率高、成本低、品種多、質(zhì)量較好、適用于大量生品種多、質(zhì)量較好、適用于大量生產(chǎn)產(chǎn)非合金鋼非合金鋼低合金鋼低合金鋼電弧爐電弧爐電能電能廢鋼廢鋼爐料通用性大，爐內(nèi)氣氛可控，脫爐料通用性大，爐內(nèi)氣氛可控，脫氧好，質(zhì)量優(yōu)良、品種多氧好，質(zhì)量優(yōu)良、品種多合金鋼合金鋼2 2鋼的脫氧鋼的脫氧 鋼液中的過剩氧氣與鐵生成氧化物，對鋼的力學(xué)性能會產(chǎn)生不良影響，鋼液中的過剩氧氣與鐵生成氧化物，對

50、鋼的力學(xué)性能會產(chǎn)生不良影響，因此須在澆注前對鋼液進行脫氧。按脫氧的程度不同，鋼可分為特殊鎮(zhèn)靜鋼因此須在澆注前對鋼液進行脫氧。按脫氧的程度不同，鋼可分為特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZTZ）、鎮(zhèn)靜鋼（）、鎮(zhèn)靜鋼（Z Z）、半鎮(zhèn)靜鋼（）、半鎮(zhèn)靜鋼（bZbZ）、沸騰鋼（）、沸騰鋼（F F）等四類。）等四類。（1 1）鎮(zhèn)靜鋼。是脫氧完全的鋼。這類鋼錠化學(xué)成分均勻，內(nèi)部組織致密，）鎮(zhèn)靜鋼。是脫氧完全的鋼。這類鋼錠化學(xué)成分均勻，內(nèi)部組織致密，質(zhì)量較高。質(zhì)量較高。（2 2）沸騰鋼。是脫氧不完全的鋼。這類鋼化學(xué)成分不均勻，組織不夠致）沸騰鋼。是脫氧不完全的鋼。這類鋼化學(xué)成分不均勻，組織不夠致密，質(zhì)量較差。密，質(zhì)量較差。（3

51、3）半鎮(zhèn)靜鋼。其脫氧程度和性能介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。）半鎮(zhèn)靜鋼。其脫氧程度和性能介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。（4 4）特殊鎮(zhèn)靜鋼。脫氧質(zhì)量優(yōu)于鎮(zhèn)靜鋼，內(nèi)部材質(zhì)均勻，非金屬夾雜物）特殊鎮(zhèn)靜鋼。脫氧質(zhì)量優(yōu)于鎮(zhèn)靜鋼，內(nèi)部材質(zhì)均勻，非金屬夾雜物少，可滿足特殊需要。少，可滿足特殊需要。3 3鋼的澆注鋼的澆注 鋼液經(jīng)脫氧后，少數(shù)用于澆注成鑄鋼件，其余澆注成鋼鋼液經(jīng)脫氧后，少數(shù)用于澆注成鑄鋼件，其余澆注成鋼錠或通過連鑄法制成連鑄坯。鋼錠用于軋鋼或鍛造大型鍛件錠或通過連鑄法制成連鑄坯。鋼錠用于軋鋼或鍛造大型鍛件的毛坯。連鑄法由于生產(chǎn)率高，鋼坯質(zhì)量好，節(jié)約能源，生的毛坯。連鑄法由于生產(chǎn)率高，鋼坯質(zhì)量好，節(jié)約能源，

52、生產(chǎn)成本低，得到廣泛應(yīng)用。產(chǎn)成本低，得到廣泛應(yīng)用。4 4鋼材鋼材 鋼錠經(jīng)過軋制，最終形成板材、管材、線材和其他材料。鋼錠經(jīng)過軋制，最終形成板材、管材、線材和其他材料。（1 1）板材）板材。分為厚板和薄板。分為厚板和薄板。4 46 6為厚板，常用于制造船舶和壓力為厚板，常用于制造船舶和壓力容器。容器。4 4以下為薄板，分為冷軋和熱軋鋼板。以下為薄板，分為冷軋和熱軋鋼板。（2 2）管材）管材。分為無縫鋼管和有縫鋼管。無縫鋼管用于石油、鍋爐等行。分為無縫鋼管和有縫鋼管。無縫鋼管用于石油、鍋爐等行業(yè)。有縫鋼管用帶鋼焊接而成，用于煤氣、自來水的管道。業(yè)。有縫鋼管用帶鋼焊接而成，用于煤氣、自來水的管道。（

53、3 3）型材）型材。常用的有方鋼、圓鋼、扁鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼軌。常用的有方鋼、圓鋼、扁鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼軌等。等。（4 4）線材）線材。由圓鋼經(jīng)冷拔而成，如高碳鋼絲用于制作彈簧絲或鋼線繩。由圓鋼經(jīng)冷拔而成，如高碳鋼絲用于制作彈簧絲或鋼線繩等，低碳鋼絲用于捆綁或編織等。等，低碳鋼絲用于捆綁或編織等。 鋼按化學(xué)成分分為非合金鋼（碳鋼）、低合金鋼和合金鋼；按用途分鋼按化學(xué)成分分為非合金鋼（碳鋼）、低合金鋼和合金鋼；按用途分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼；按含碳量分為低碳鋼（為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼；按含碳量分為低碳鋼（cc0.25%0.25%）、）、中碳鋼（中碳鋼（c=0.25%c

54、=0.25%0.60%0.60%）、高碳鋼（）、高碳鋼（cc0.60%0.60%）1 1鋼的分類鋼的分類2 2非合金鋼非合金鋼 非合金鋼是含碳量非合金鋼是含碳量cc2.11%2.11%，并含有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素，并含有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。碳鋼按用途分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼；按質(zhì)量分為普通質(zhì)量非合的鐵碳合金。碳鋼按用途分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼；按質(zhì)量分為普通質(zhì)量非合金鋼、優(yōu)質(zhì)非合金鋼和特殊質(zhì)量非合金鋼。金鋼、優(yōu)質(zhì)非合金鋼和特殊質(zhì)量非合金鋼。 含碳量在含碳量在0.06%0.06% 0.38%0.38%之間，硫、磷含量較高，在供應(yīng)狀態(tài)下使用，之間，硫、磷含量較高，在供應(yīng)狀態(tài)下使用，

55、不需熱處理。常用于一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件。其牌號由代表屈服點的字不需熱處理。常用于一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件。其牌號由代表屈服點的字母母Q Q、屈服點的數(shù)值、質(zhì)量等級符號、屈服點的數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A(A、B B、C C、D)D)和脫氧方法符號和脫氧方法符號(F(F、b b、Z Z、TZ)TZ)組成。如組成。如Q235-AFQ235-AF，表示其屈服點為，表示其屈服點為235MPa235MPa，質(zhì)量等級為，質(zhì)量等級為A A級，級，沸騰鋼。沸騰鋼。（1 1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（2 2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 按化學(xué)成分和力學(xué)性能供應(yīng)，雜質(zhì)含量少，表面質(zhì)量、組織結(jié)構(gòu)的均按化學(xué)成分

56、和力學(xué)性能供應(yīng)，雜質(zhì)含量少，表面質(zhì)量、組織結(jié)構(gòu)的均勻性較好，需經(jīng)熱處理，用于制作重要的零件。其牌號采用兩位數(shù)字來表勻性較好，需經(jīng)熱處理，用于制作重要的零件。其牌號采用兩位數(shù)字來表示，表示該鋼號的平均含碳量的萬分數(shù)。這類鋼按冶金質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)鋼、示，表示該鋼號的平均含碳量的萬分數(shù)。這類鋼按冶金質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼（高級優(yōu)質(zhì)鋼（A A）、特級優(yōu)質(zhì)鋼（）、特級優(yōu)質(zhì)鋼（E E）；按含錳量不同分為普通含錳量（）；按含錳量不同分為普通含錳量（0.25%0.25%0.8%0.8%）和較高含錳量（）和較高含錳量（0.75%0.75%1.2%1.2%）兩種。當(dāng)為較高含錳量時，）兩種。當(dāng)為較高含錳量時，在鋼號

57、后加在鋼號后加 “ “Mn”Mn”。如。如2020鋼，表示平均含碳為鋼，表示平均含碳為0.2%0.2%；65Mn65Mn平均含碳量為平均含碳量為0.65%0.65%，為較高含錳量。，為較高含錳量。 為高碳鋼，為高碳鋼，c=0.65%c=0.65%1.35%1.35%。其牌號由字母。其牌號由字母“T”T”（“碳碳”字漢語拼字漢語拼音字首）和數(shù)字組成，數(shù)字表示碳含量的千分數(shù)。碳素工具鋼按質(zhì)量分為音字首）和數(shù)字組成，數(shù)字表示碳含量的千分數(shù)。碳素工具鋼按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼兩類。若牌號末尾加優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼兩類。若牌號末尾加“A”A”，則為，則為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具

58、鋼，如高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，如T10AT10A。 這類鋼經(jīng)熱處理后，具有較高的硬度和耐磨性，主要用于制作低速切這類鋼經(jīng)熱處理后，具有較高的硬度和耐磨性，主要用于制作低速切削刃具、量具和對熱處理要求較低的一般模具。削刃具、量具和對熱處理要求較低的一般模具。（3 3）碳素工具鋼）碳素工具鋼（4 4）鑄鋼）鑄鋼 鑄鋼含碳量為鑄鋼含碳量為c=0.15%c=0.15%0.6%0.6%。其牌號首位為字母。其牌號首位為字母“ZG”ZG”（“鑄鋼鑄鋼”十十字的漢語拼音字首）。牌號其余部分有兩種表示法：其一是用力學(xué)性能表字的漢語拼音字首）。牌號其余部分有兩種表示法：其一是用力學(xué)性能表示，在示，在“ZG”ZG”后面

59、有兩組數(shù)字，第一組表示該牌號鋼的最低屈服強度，第后面有兩組數(shù)字，第一組表示該牌號鋼的最低屈服強度，第二組數(shù)字表示最低抗拉強度。如二組數(shù)字表示最低抗拉強度。如ZG340-640ZG340-640，表示，表示s340MPas340MPa，b640 b640 MPaMPa的鑄鋼。其二是用化學(xué)成分表示，在的鑄鋼。其二是用化學(xué)成分表示，在“ZG”ZG”的后面用一組數(shù)字表示鑄鋼的后面用一組數(shù)字表示鑄鋼平均含碳量的萬分數(shù)（平均含碳量大于平均含碳量的萬分數(shù)（平均含碳量大于1%1%時不標(biāo)出，平均含碳小于時不標(biāo)出，平均含碳小于0.1%0.1%時時第一位數(shù)字為第一位數(shù)字為“0”0”）；在含碳量后面依次排列各主要合金元素符