鋼材性能自學(xué)習(xí)題

1、鋼材性能自學(xué)習(xí)題1承受動(dòng)力荷載作用的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用 特點(diǎn)的鋼材。2冷作硬化會(huì)改變鋼材的性能，將使鋼材的 提高， 降低。3鋼材五項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)是 、 、 、 。4鋼材中氧的含量過多，將使鋼材出現(xiàn) 現(xiàn)象。5鋼材含硫量過多，高溫下會(huì)發(fā)生 ，含磷量過多，低溫下會(huì)發(fā)生 。6時(shí)效硬化會(huì)改變鋼材的性能，將使鋼材的 提高， 降低。7鋼材在250ºC度附近有 提高 降低現(xiàn)象，稱之為藍(lán)脆現(xiàn)象。8鋼材的沖擊韌性值越大,表示鋼材抵抗脆性斷裂的能力越 。9鋼材牌號(hào)Q235BF,其中235表示 ,B表示 ,F表示 。10鋼材的三脆是指 、 、 。11.我國鋼結(jié)構(gòu)主要采用 、 兩類鋼材。12焊接結(jié)構(gòu)選用焊條的原則

2、是,計(jì)算焊縫金屬強(qiáng)度宜與母材強(qiáng)度 。13鋼材中含有C、P、N、S、O、Cu、Si、Mn、V等元素,其中 為有害 的雜質(zhì)元素。14衡量鋼材塑性性能的主要指標(biāo)是 。15.結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)越大,其失效概率越 。16承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有 、 、 和 、 的合格保證,對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有 的合格保證;必要時(shí)尚應(yīng)具有 的合格保證;對(duì)于重級(jí)工作制和起重量對(duì)于或大于50 t中級(jí)工作制焊接吊車梁、吊車桁架或類似結(jié)構(gòu)的鋼材,應(yīng)具有 的合格保證。17冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下 和 的綜合指標(biāo)。18 是判別鋼材塑性變形能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。19薄板的強(qiáng)度比厚板略 。20. 鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算是以鋼材的 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)

3、。 21. 鋼材的拉伸、壓縮性能 （ 相同/不同）22. 鋼材的應(yīng)力應(yīng)變曲線可以劃分為 、 、 和 四個(gè)階段。23.構(gòu)件的殘余應(yīng)力是構(gòu)件內(nèi)部自相平衡的內(nèi)應(yīng)力，其分布和大小與 、 、 和 等因素有關(guān)。24. 和 指標(biāo)都可以衡量鋼材的塑性。25. 鋼材的延性可以通過（ ）實(shí)驗(yàn)測定參數(shù)（ ）或（ ）來反映；鋼材的塑性可以通過（ ）實(shí)驗(yàn)測定參數(shù)（ ）來反映；鋼材的冷彎性能可以通過（ ）實(shí)驗(yàn)測定。鋼材的疲勞強(qiáng)度可以通過（ ）實(shí)驗(yàn)測定。26鋼材熱加工工藝包括（ ） （ ）（ ）（ ）。簡答：1. 鋼材性能影響因素？ 2鋼結(jié)構(gòu)用鋼材機(jī)械性能指標(biāo)有哪幾些？承重結(jié)構(gòu)的鋼材至少應(yīng)保證哪幾項(xiàng)指標(biāo)滿足要求？ 3鋼材兩

4、種破壞現(xiàn)象和后果是什么？ 4選擇鋼材屈服強(qiáng)度作為靜力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值以及將鋼材看作是理想彈性一塑性材料的依據(jù)是什么？ 5什么叫做沖擊韌性？什么情況下需要保證該項(xiàng)指標(biāo)？ 6為什么薄鋼板的強(qiáng)度比厚鋼板的強(qiáng)度高(或鋼材的強(qiáng)度按其厚度或直徑分組)？ 7同一種鋼材的伸長率指標(biāo)為什么5>10 8對(duì)于重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)，需要具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷、碳含量，冷彎試驗(yàn)的合格保證，為什么還需要具有常溫沖擊韌性的合格保證。 9在選用鋼材時(shí)應(yīng)考慮哪些因素？10與其他建筑材料的結(jié)構(gòu)相,鋼結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)？11. 目前我國所采用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是什么？設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素有哪些？12. 解釋什么

5、是“作用”、“作用效應(yīng)”、“結(jié)構(gòu)抗力”？結(jié)構(gòu)是否安全用什么衡量？判斷改錯(cuò)題：1. 退火、正火、淬火、回火為熱加工的四種基本工藝；剪、沖、鉆、刨則屬于冷加工；冷加工可以壓合鋼胚中的氣孔、裂紋，但是會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中。（2分）2. 鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度由材料的極限抗拉強(qiáng)度決定。3. 韌性是鋼材抵抗沖擊荷載的能力，它用材料在斷裂時(shí)對(duì)應(yīng)的延伸率衡量。4. 薄鋼板的強(qiáng)度比厚鋼板的強(qiáng)度高。5.承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，材料的（ ）指標(biāo)最重要。A 抗拉強(qiáng)度B塑性C 韌性D 疲勞強(qiáng)度 參考資料：鋼是一種鐵碳合金，人類采用鋼結(jié)構(gòu)的歷史和煉鐵、煉鋼技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。鋼的源頭是鐵礦砂，即鐵元素（Fe）在自然界中的存在形式，

6、純粹的鐵在自然界中是不存在的，鐵礦砂主要分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦三種，這些都是鐵的氧化物，不同之處在于它們的氧化方式。鐵礦砂先在熔爐內(nèi)還原成鐵（銑鐵），再送入煉鋼爐內(nèi)脫碳精煉成鋼，廢鋼也可在煉鋼爐熔煉再生。一般鋼鐵依使用用途制成性質(zhì)、形狀各異的商品，既所謂的鋼鐵制品。通常鋼鐵制品是將鐵礦石還原，熔解成銑鐵（煉銑），銑鐵精煉成鋼（煉鋼），鋼再軋延、加工后制成各種鋼鐵制品，廣義的鋼鐵制品包含鑄鐵、鑄鋼、鍛造鋼品及鋼材加工的制品。一、鋼的分類 鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。鋼的分類方法多種多樣，其主要方法有如下七種： 1、按品質(zhì)分類 (1) 普通鋼（P0.045%，S0.050%）

7、 (2) 優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均0.035%） (3) 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P0.035%，S0.030%） 2、按化學(xué)成份分類 (1) 碳素鋼： a.低碳鋼（C0.25%）；b.中碳鋼（C0.250.60%）；c.高碳鋼（C0.60%）。 (2) 合金鋼： a.低合金鋼（合金元素總含量5%）；b.中合金鋼（合金元素總含量510%）；c.高合金鋼（合金元素總含量10%）。 3、按成形方法分類： (1) 鍛鋼；(2) 鑄鋼；(3) 熱軋鋼；(4) 冷拉鋼。 4、按金相組織分類 (1) 退火狀態(tài)的：a.亞共析鋼（鐵素體+珠光體）；b.共析鋼（珠光體）；c.過共析鋼（珠光體+滲碳體）；d.萊氏體鋼（珠光體+滲碳體

8、）。(2) 正火狀態(tài)的：a.珠光體鋼；b.貝氏體鋼；c.馬氏體鋼；d.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：a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼；b.低合金結(jié)構(gòu)鋼；c.鋼筋鋼。 (2) 結(jié)構(gòu)鋼 a.機(jī)械制造用鋼：(a)調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼；(b)表面硬化結(jié)構(gòu)鋼：包括滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼；(c)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。b.彈簧鋼 c.軸承鋼(3) 工具鋼：a.碳素工具鋼；b.合金工具鋼；c.高速工具鋼。(4) 特殊性能鋼：a.不銹耐酸鋼；b.耐熱鋼：包括抗氧化鋼、熱強(qiáng)鋼、氣閥鋼；c.電熱合金鋼；d.耐磨鋼；e.低溫用鋼；f.電工用鋼。

9、 (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(jī)用鋼等。 6、綜合分類 (1) 普通鋼 a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金結(jié)構(gòu)鋼 c.特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼 (2)優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼） a.結(jié)構(gòu)鋼：(a)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；(b)合金結(jié)構(gòu)鋼；(c)彈簧鋼；(d)易切鋼；(e)軸承鋼；(f)特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。 b.工具鋼：(a)碳素工具鋼；(b)合金工具鋼；(c)高速工具鋼。 c.特殊性能鋼：(a)不銹耐酸鋼；(b)耐熱鋼；(c)電熱合金鋼；(d)電工用鋼；(

10、e)高錳耐磨鋼。 7、按冶煉方法分類 (1) 按爐種分 a.轉(zhuǎn)爐鋼：(a)酸性轉(zhuǎn)爐鋼；(b)堿性轉(zhuǎn)爐鋼?；?(a)底吹轉(zhuǎn)爐鋼；(b)側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼；(c)頂吹轉(zhuǎn)爐鋼。 b. 電爐鋼：(a)電弧爐鋼；(b)電渣爐鋼；(c)感應(yīng)爐鋼；(d)真空自耗爐鋼；(e)電子束爐鋼。 (2)按脫氧程度和澆注制度分 a.沸騰鋼；b.半鎮(zhèn)靜鋼；c.鎮(zhèn)靜鋼；d.特殊鎮(zhèn)靜鋼 二、我國鋼號(hào)表示方法的分類說明1 、碳素結(jié)構(gòu)鋼 由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)組成。它的鋼號(hào)冠以“Q”，代表鋼材的屈服點(diǎn)，后面的數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，單位是MPa例如Q235表示屈服點(diǎn)（s）為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。 必要時(shí)鋼號(hào)后面可標(biāo)出表示

11、質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法的符號(hào)。質(zhì)量等級(jí)符號(hào)分別為A、B、C、D。脫氧方法符號(hào)：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(hào)，即Z和TZ都可不標(biāo)。例如Q235-AF表示A級(jí)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(hào)最后附加表示用途的字母。 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 鋼號(hào)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(hào)為“45”，它不是順序號(hào)，所以不能讀成45號(hào)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(hào)最后

12、特別標(biāo)出，例如平均碳含量為0.1%的半鎮(zhèn)靜鋼，其鋼號(hào)為10b。 3、碳素工具鋼 鋼號(hào)冠以“T”，以免與其他鋼類相混。 鋼號(hào)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0.8%。 錳含量較高者，在鋼號(hào)最后標(biāo)出“Mn”，例如“T8Mn”。 高級(jí)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(hào)最后加注字母“A”以示區(qū)別，例如“T8MnA”。 4、易切削鋼 鋼號(hào)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(hào)為“Y30”。 錳含量較高者，亦在鋼號(hào)后標(biāo)出“Mn”，例如“Y40

13、Mn”。 5、合金結(jié)構(gòu)鋼 鋼號(hào)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(gè)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(shí)，鋼號(hào)中一般只標(biāo)出元素符號(hào)，而不標(biāo)明含量，但在特殊情況下易致混淆者，在元素符號(hào)后亦可標(biāo)以數(shù)字“1”，例如鋼號(hào)“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(shí)，在元素符號(hào)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

14、元素，雖然含量很低，仍應(yīng)在鋼號(hào)中標(biāo)出。例如20MnVB鋼中。釩為0.07-0.12%，硼為0.001-0.005%。 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)在鋼號(hào)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(hào)冠以（或后綴）代表該鋼種用途的符號(hào)。例如，鉚螺專用的30CrMnSi鋼，鋼號(hào)表示為ML30CrMnSi。 6、低合金高強(qiáng)度鋼 鋼號(hào)的表示方法，基本上和合金結(jié)構(gòu)鋼相同。 對(duì)專業(yè)用低合金高強(qiáng)度鋼，應(yīng)在鋼號(hào)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”。 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

15、號(hào)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(dòng)軸承鋼 鋼號(hào)冠以字母“G”，表示滾動(dòng)軸承鋼類。 高碳鉻軸承鋼鋼號(hào)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(hào)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(hào)的平均碳含量1.0%時(shí)，不標(biāo)出碳含量；當(dāng)平均碳含量1.0%時(shí)，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(duì)鉻含量較低的合金工具鋼鋼號(hào)，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

16、示的方法區(qū)別開來。例如Cr06。 高速工具鋼的鋼號(hào)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(hào)表示為“W18Cr4V”。鋼號(hào)冠以字母“C”者，表示其碳含量高于未冠“C”的通用鋼號(hào)。 10、不銹鋼和耐熱鋼 鋼號(hào)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(hào)前分別冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。 對(duì)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(duì)微合金元素的表示方法標(biāo)出。 11、焊條鋼 它的鋼號(hào)前冠以字母“H”，以區(qū)別于其他鋼類。

17、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 略 13、電工用純鐵 略三、鋼的生產(chǎn)工藝現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程是將鐵礦石在高爐中冶煉成生鐵，將鐵水注入轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉成鋼，再將鋼水鑄成連鑄坯或鋼錠，經(jīng)軋制等塑性變形方法加工成各種用途的鋼材。 一個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)一般包括原料處理、煉鐵、煉鋼、軋鋼、能源供應(yīng)、交通運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)，是一個(gè)復(fù)雜而龐大的生產(chǎn)體系。我國的鋼鐵企業(yè)一般都是這樣的全流程聯(lián)合企業(yè)。 1、冶煉原料原料是高爐冶煉的物質(zhì)基礎(chǔ)，精料是高爐操作穩(wěn)定順行，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗及長壽的基本保證。 高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石(天然富礦和人造富礦)、燃料(焦炭與噴吹燃

18、料)、熔劑(石灰石和白云石等)。冶煉一噸生鐵大概需要品位為63%的鐵礦石1.601.65噸，0.30.6噸焦炭，0.20.4噸熔劑。 2、煉鐵工藝 高爐煉鐵是以焦炭為能源基礎(chǔ)的傳統(tǒng)煉鐵方法。它與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，是目前生產(chǎn)鋼鐵的主要方法。高爐煉鐵的這種主導(dǎo)地位預(yù)計(jì)在相當(dāng)長時(shí)期之內(nèi)不會(huì)改變。高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態(tài)(如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4TiO2等)還原為液態(tài)生鐵。冶煉過程中，爐料(礦石、熔劑、焦炭)按照確定的比例通過裝料設(shè)備分批地從爐頂裝入爐內(nèi)。從下部風(fēng)口鼓入的高溫?zé)犸L(fēng)與焦炭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生

19、的高溫還原性煤氣上升，并使?fàn)t料加熱、還原、熔化、造渣，產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，最后生成液態(tài)渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐排出。上升過程中，煤氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最后形成高爐煤氣從爐頂排出。 3、煉鋼 鋼與生鐵都是以鐵元素為主，并含有少量碳、硅、錳、磷、硫等元素的鐵碳合金，二者差別就是C元素的含量。 煉鋼的主要任務(wù)包括以下幾項(xiàng)：1)脫碳；2)脫磷；3)脫硫；4)脫氧；5)脫氮、氫等；6)去除非金屬夾雜物；7)合金化；8)升溫；9)凝固成型。 煉鋼工藝主要包括 1) 鐵水預(yù)處理；2)轉(zhuǎn)爐或電弧爐煉鋼；3)爐外精煉(二次精煉)；4)連鑄。 煉鋼過程是個(gè)氧化過程，其去除雜質(zhì)的主要手段是向

20、熔池吹入氧氣并加入造渣劑形成熔渣出來。脫碳反應(yīng)是煉鋼過程的主要手段，硅、錳、磷、硫等元素也通過氧化反應(yīng)去除。煉鋼的原料有生鐵、廢鋼、熔劑(石灰石等)、脫氧劑(硅鐵、錳鐵、鋁等)、合金料等。 4、連鑄 連續(xù)鑄鋼是通過連鑄機(jī)將鋼液連續(xù)地鑄成鋼坯的工序。與模鑄相比，連鑄具有以下優(yōu)越性： 1)簡化工序、節(jié)能；2)鑄坯切頭率降低、金屬收得率比模鑄高712%；3)高效凝固；4)優(yōu)化成型。連鑄工藝的流程為：鋼液通過中間包注入結(jié)晶器內(nèi)，迅速冷卻成具有一定厚度的凝固殼而內(nèi)部仍為液態(tài)的鑄坯。鑄坯下部與伸入結(jié)晶器底部的引錠桿銜接，澆注開始后，拉坯機(jī)通過引錠桿把結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯以一定速度拉出。鑄坯通過連鑄二次冷卻區(qū)時(shí)，

21、進(jìn)一步是受到噴水冷卻直到完全凝固。完全凝固后的鑄坯通過拉矯機(jī)矯直后，切割成規(guī)定長度，由輸送輥道運(yùn)出。 5、軋鋼 軋制過程是軋件與軋輥之間的摩擦力將軋件拉進(jìn)不同旋轉(zhuǎn)方向的軋輥之間使之產(chǎn)生塑性變形的過程。一般的軋鋼工序可分為： 加熱爐 粗軋 中軋 精軋 精整四、鋼的力學(xué)性能鋼材常用的力學(xué)指標(biāo)有：b 抗拉強(qiáng)度（MPa，N/ mm2 ）s 屈服點(diǎn)強(qiáng)度（MPa，N/ mm2 ） P 規(guī)定非比例伸長應(yīng)力（MPa，N/ mm2 ）P0.2 規(guī)定非比例伸長率為0.2%時(shí)的應(yīng)力（MPa，N/ mm2 ） 斷后伸長率 （）5 短比例試樣斷后伸長率10 長比例試樣斷后伸長率 xmm 定標(biāo)距試樣斷后伸長率 表1：鋼材

22、拉伸、沖擊試驗(yàn)表2 鋼冷彎試驗(yàn)五、鋼的熱處理 改善材料性能的方法有很多,但熱處理是最直接最有效的方法，熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝。圖1 鋼材熱處理一、鋼的正火與退火 1、退火 加熱到臨界（Ac1或Ac3）以上或以下溫度，保溫以后隨爐緩慢冷卻。 （1）完全退火。 加熱到Ac3以上2030，經(jīng)完全奧氏體化后進(jìn)行緩慢冷卻。 目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，改善鋼的切削加工性。 （2） 不完全退火。 加熱到Ac1Ac3（亞共析鋼）或Ac1AcM（過共析鋼）之間，經(jīng)保溫后緩慢冷卻。 目的：消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，改善鋼

23、的切削加工性。 （3） 球化退火（不完全退火的一種） 使中碳化物球化，獲得粒狀珠光體。主要用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。 目的：降低硬度、均勻組織、改善鋼的切削加工性，并為淬火作組織準(zhǔn)備。 （4） 擴(kuò)散退火 又稱均勻化退火，他是將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。 目的：消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析或區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。 （5） 去應(yīng)力退火 去應(yīng)力退火加熱溫度較寬，但不超過Ac1點(diǎn)，一般在500650之間。鐵件去應(yīng)力退火一般為500550，超過550容易造成珠光體的石墨化。焊接件的退火溫度為500600。 保溫

24、時(shí)間：鋼的保溫時(shí)間為3min/mm，鑄鐵的保溫時(shí)間為6min/mm。 去應(yīng)力退火后的冷卻應(yīng)盡量緩慢，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。 （6） 再結(jié)晶退火 把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒而消除加工硬化的熱處理工藝。 鋼的再結(jié)晶溫度為650700，保溫時(shí)間13h。冷卻方式一般為空冷。 2、正火 加熱到Ac3或AcM以上適當(dāng)溫度（3050），保溫后空冷得到珠光體類組織。 與完全退火比較：加熱溫度相同，但正火冷卻速度較快，轉(zhuǎn)變溫度較低。因此，相同鋼材正火后獲得的珠光體組織較細(xì)，鋼的強(qiáng)度、硬度也較高。 作用：改善鋼的切削加工性，消除熱加工缺陷，消除過共析鋼的網(wǎng)狀炭

25、化物，便于球化退火，提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。 3、正火和退火的區(qū)別與選用正火的冷卻速度較退火快，得到的珠光體組織的片層間距較小，珠光體更為細(xì)薄，目的是使鋼的組織正?；砸喾Q?；幚怼＠?，含碳小于0.4%時(shí)，可用正火代替完全退火。 正火和完全退火相比，能獲得更高的強(qiáng)度和硬度。 正火生產(chǎn)周期較短，設(shè)備利用率較高，節(jié)約能源，成本較低，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 含碳量0.25%的低碳鋼，通常采用正火代替退火。 含碳量0.250.5%的中碳鋼也可以用正火代替退火。 含碳量0. 50.75%的鋼，因含碳量較高，正火后硬度顯著高于退火的情況，難以進(jìn)行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加

26、工性。 含碳量0.75%以上的高碳鋼或工具鋼一般均采用球化退火作為預(yù)備熱處理。 二、鋼的淬火 （一）、淬火 加熱至臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。如圖2示。圖2 鋼的淬火溫度范圍亞共析鋼的淬火溫度為3 Ac+ 3050； 共析鋼和過共析鋼的淬火溫度為1 Ac+ 3050。 亞共析鋼必須加熱到3 Ac以上，否則淬火組織中 會(huì)保留自由F，使其硬度降低。 過共析加熱到1 Ac以上時(shí)，組織中會(huì)保留少量 二次滲碳體，而有利于鋼的硬度和耐磨性，并且，由于降低了A中的碳含量，可以改變M的形態(tài)，從而降低M的脆性。此外，還可減少淬火殘余奧

27、氏體的量。而且，淬火溫度太高時(shí)，會(huì)形成粗大的馬氏體，使機(jī)械性能惡化；同時(shí)也增大淬火應(yīng)力，使變形和開裂傾向增大。 對(duì)于合金鋼，由于大多數(shù)合金元素有阻礙奧氏體晶粒長大的作用，所以淬火溫度可以稍微提高一些，以利于合金元素的溶解和均勻化。 目的：使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，并以不同溫度回火獲得各種需要的性能。 淬火冷卻介質(zhì)：水、鹽水或堿水及各種礦物油等。淬火的方法：單介質(zhì)淬火法、雙介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火、等溫淬火 （二）、 淬火時(shí)易出現(xiàn)的缺陷及防止措施 淬火時(shí)易出現(xiàn)的缺陷 1 淬火后硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn)。 產(chǎn)生這類缺陷的主要原因有：亞共析鋼加熱溫度低或保溫時(shí)間不充分，淬火組織中殘留有 F ； 加熱

28、時(shí)鋼件表面發(fā)生氧化、脫碳，淬火后局部生成非M組織； 淬火時(shí)冷速不足或冷卻不均勻，未全部得到M組織； 淬火介質(zhì)不清潔，工件表面不干凈，影響了工件的冷卻速度，致使未能完全淬硬。 變形和開裂。 這是常見的兩種缺陷，是由淬火應(yīng)力引起的。淬火應(yīng)力包括熱應(yīng)力（即淬火鋼件內(nèi)部溫度分布不均所引起的內(nèi)應(yīng)力）和組織應(yīng)力（即淬火時(shí)鋼件各部轉(zhuǎn)變?yōu)镸時(shí)體積膨脹不均勻所引起的內(nèi)應(yīng)力）。淬火應(yīng)力超過鋼的屈服極限時(shí)，引起鋼件變形；淬火應(yīng)力超過鋼的強(qiáng)度極限時(shí)，則引起開裂。 變形不大的零件，可在淬火和回火后進(jìn)行校直，變形較大或出現(xiàn)裂紋時(shí)，零件只能報(bào)廢。 減少和防止變形、開裂的主要措施 正確選材和合理設(shè)計(jì)。對(duì)于形狀復(fù)雜、截面變化大

29、的零件，應(yīng)選用淬透性好的鋼種，以便采用油冷淬火。在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須考慮熱處理的要求，如盡量減少不對(duì)稱性、避免尖角，等等。 淬火前進(jìn)行退火或正火，以細(xì)化晶粒并使組織均勻化，減少淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 淬火加熱時(shí)嚴(yán)格控制加熱溫度，防止過熱使A晶粒粗化，同時(shí)也可減小淬火時(shí)的熱應(yīng)力。 采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法。如采用雙介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火或等溫淬火等。淬火時(shí)盡可能使零件冷卻均勻。厚薄不均的零件，應(yīng)先將厚的部分淬入介質(zhì)中。薄件、細(xì)長件和復(fù)雜件，可采用夾具或?qū)Ｓ么慊饓捍策M(jìn)行冷卻。淬火后及時(shí)回火，以消除應(yīng)力，提高工件的韌性。 （三）、鋼的淬透性與淬硬性 淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，其大小可用鋼

30、在一定條件下淬火獲得淬透層深度表示。淬透層越深，表明鋼的淬透性越好 。淬硬性是指鋼在淬火時(shí)的硬化能力，用淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度表示，它主要取決于馬氏體中的含碳量。 淬透性和淬硬性并無必然聯(lián)系，如過共析碳鋼的淬硬性高，但淬透性低；而低碳合金鋼的淬硬性雖然不高，但淬透性很好。 二、 回火回火是將淬火鋼在Ac1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當(dāng)方式冷卻至室溫的工藝過程。 目的：減小或消除淬火應(yīng)力，提高鋼的韌性和塑性，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合。 回火的分類與應(yīng)用 淬火鋼回火后的組織和性能決定于回火溫度。按回火溫度范圍的不同，可將鋼的回火分為三類： 低溫回火(150250) 所得組織為回火馬氏體。淬火鋼經(jīng)低溫回火后仍保持高硬度（5864HRC）和高耐磨性。