鋼鐵培訓教材金相

1、 金屬材料學金屬材料學 學學 時：時：80學時學時 理論課：理論課：48學時學時 實驗課：實驗課：32學時學時 一、金屬材料的歷史地位一、金屬材料的歷史地位 l二、金屬材料的分類二、金屬材料的分類 l三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況 l四、金屬材料發(fā)展的歷史四、金屬材料發(fā)展的歷史 l五、五、金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 l六、關(guān)于本課程六、關(guān)于本課程緒緒 論論主要內(nèi)容主要內(nèi)容: :一、金屬材料的歷史地位一、金屬材料的歷史地位1.1.材料是衡量人類材料是衡量人類社會文明程度社會文明程度的標志之一。的標志之一。金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。金屬材料是現(xiàn)代文明的基

2、礎(chǔ)。2.2.目前，人類還處在金屬器時期。目前，人類還處在金屬器時期。l比高分子材料更高的強度、模量、耐熱性；比高分子材料更高的強度、模量、耐熱性； l比陶瓷更高的韌性、可加工性、性能的可調(diào)節(jié)性、比陶瓷更高的韌性、可加工性、性能的可調(diào)節(jié)性、導電性；導電性；石器時代石器時代青銅器時代青銅器時代鐵器時代鐵器時代二、金屬材料的分類二、金屬材料的分類黑色黑色 金屬金屬有色有色 金屬金屬金屬材料鑄鐵鑄鐵 鋼鋼 工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼機器零件用鋼機器零件用鋼工具鋼工具鋼特殊性能用鋼特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬輕金屬( (鋁鋁, ,鎂鎂, ,鈦鈦) )重金屬重金屬(銅銅,鋅鋅,鉛鉛,鎳

3、鎳)貴重金屬貴重金屬(金金,銀銀,銅銅)稀有金屬稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷鎢鉬釩鈮鈷) 放射金屬放射金屬(鐳鈾釷鐳鈾釷)三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況1.1.總產(chǎn)量：總產(chǎn)量：鋼鐵材料鋼鐵材料占世界金屬總產(chǎn)量的占世界金屬總產(chǎn)量的9595，用量最大，且價格低廉。用量最大，且價格低廉。 l2. 2. 世界金屬礦產(chǎn)儲量：世界金屬礦產(chǎn)儲量：鐵鐵:5.1:5.1，非鐵金屬中，非鐵金屬中鋁鋁:8.8:8.8鎂鎂:2.1:2.1，鈦，鈦:0.6:0.6。3.3.非鐵金屬非鐵金屬冶煉較困難冶煉較困難，所需能源消耗大，生產(chǎn)成，所需能源消耗大，生產(chǎn)成本高，限制了生產(chǎn)總量的增長幅度。本高，限制了生產(chǎn)總

4、量的增長幅度。l4.4.非鐵金屬所創(chuàng)造的價值高，且有鋼鐵所不具備非鐵金屬所創(chuàng)造的價值高，且有鋼鐵所不具備的的特殊性能特殊性能，比強度高，耐低溫、耐腐蝕等，產(chǎn)，比強度高，耐低溫、耐腐蝕等，產(chǎn)量仍在迅速增長。量仍在迅速增長。z鋼鐵仍將是鋼鐵仍將是2121世紀中國結(jié)構(gòu)材料的支柱世紀中國結(jié)構(gòu)材料的支柱 生產(chǎn)能源消耗低生產(chǎn)能源消耗低可大批量生產(chǎn)可大批量生產(chǎn)豐富的礦產(chǎn)資源豐富的礦產(chǎn)資源低廉的生產(chǎn)成本和銷售價格低廉的生產(chǎn)成本和銷售價格優(yōu)異的使用性能和良好的加工性能優(yōu)異的使用性能和良好的加工性能 公元前公元前43004300年：自然的金、銅及鍛打、熱加工等工藝年：自然的金、銅及鍛打、熱加工等工藝公元前公元前2

5、8002800年：鐵的熔煉年：鐵的熔煉四、金屬材料發(fā)展的歷史四、金屬材料發(fā)展的歷史公元前公元前38003800年：人工冶煉的銅器；年：人工冶煉的銅器；公元前公元前30003000年：我國出現(xiàn)錫青銅年：我國出現(xiàn)錫青銅甘肅東鄉(xiāng)馬家甘肅東鄉(xiāng)馬家 窯文化的青銅刀（含窯文化的青銅刀（含6 61010SnSn）。）。公元前公元前20002000年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、年：青銅器興盛，編鐘與武器（商、周、春秋戰(zhàn)國）春秋戰(zhàn)國）東漢時：反復(fù)鍛打鋼東漢時：反復(fù)鍛打鋼最原始形變熱處理工藝。最原始形變熱處理工藝。淬火技術(shù)淬火技術(shù):“:“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂浴以五牲之溺，淬以五牲之脂” ” 現(xiàn)代的水淬

6、、油淬?，F(xiàn)代的水淬、油淬。我國冶鐵技術(shù)在我國冶鐵技術(shù)在春秋末期春秋末期有很大的突破，發(fā)明了有很大的突破，發(fā)明了生鐵經(jīng)退火制造韌性鑄鐵和以生鐵制鋼的技術(shù)。生鐵經(jīng)退火制造韌性鑄鐵和以生鐵制鋼的技術(shù)。 現(xiàn)代冶金技術(shù)現(xiàn)代冶金技術(shù)的發(fā)展自的發(fā)展自1919世紀中葉的轉(zhuǎn)爐煉鋼和世紀中葉的轉(zhuǎn)爐煉鋼和平爐煉鋼開始。平爐煉鋼開始。1919世紀末的電弧爐煉鋼和世紀末的電弧爐煉鋼和2020世紀中葉的氧氣頂吹世紀中葉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及爐外精煉技術(shù)，使鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)了現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼及爐外精煉技術(shù)，使鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)了現(xiàn)代化。代化。l2020世紀世紀4040年代，用鎂作還原劑從四氯化鈦制得純年代，用鎂作還原劑從四氯化鈦制得純鈦，并

7、使真空熔煉加工等技術(shù)逐步成熟后，鈦及鈦，并使真空熔煉加工等技術(shù)逐步成熟后，鈦及鈦合金的廣泛應(yīng)用得以實現(xiàn)鈦合金的廣泛應(yīng)用得以實現(xiàn)。非鐵金屬冶金方面非鐵金屬冶金方面: :1919世紀世紀8080年代發(fā)電機的發(fā)明，使電解法提純銅的年代發(fā)電機的發(fā)明，使電解法提純銅的工業(yè)方法得以實現(xiàn)，開創(chuàng)了電冶金新領(lǐng)域工業(yè)方法得以實現(xiàn)，開創(chuàng)了電冶金新領(lǐng)域；用熔鹽電解法將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得用熔鹽電解法將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得到廉價的鋁，使鋁成為僅次于鐵的第二大金屬到廉價的鋁，使鋁成為僅次于鐵的第二大金屬；l同時，其他非鐵金屬也陸續(xù)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)同時，其他非鐵金屬也陸續(xù)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。l2020世紀中葉，新

8、金屬材料研究發(fā)展迅猛。如非晶世紀中葉，新金屬材料研究發(fā)展迅猛。如非晶態(tài)合金、金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材態(tài)合金、金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬納米材料等。料、金屬納米材料等。1919世紀末，出現(xiàn)了新型的合金鋼如高速工具鋼、世紀末，出現(xiàn)了新型的合金鋼如高速工具鋼、高錳鋼、鎳鋼和鉻不銹鋼，并在高錳鋼、鎳鋼和鉻不銹鋼，并在2020世紀發(fā)展為門世紀發(fā)展為門類眾多的合金鋼體系。類眾多的合金鋼體系。鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金和難熔金屬鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金和難熔金屬及合金等也先后形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。及合金等也先后形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。上圖：吳王夫差矛和越王勾踐劍上圖：吳王夫差矛和越

9、王勾踐劍右上：青銅鼎右上：青銅鼎右下：商代青銅縱目人面像右下：商代青銅縱目人面像 上圖上圖 滄州鐵獅子滄州鐵獅子 鑄于鑄于953953年，重年，重4040余噸。余噸。 右圖右圖 當陽鐵塔當陽鐵塔 鑄于鑄于10611061年，八棱年，八棱1313層，層， 塔體分段鑄造塔體分段鑄造 擂鼓礅二號墓編鐘復(fù)制件擂鼓礅二號墓編鐘復(fù)制件 19811981年湖北擂鼓墩二號墓出土戰(zhàn)國編鐘一套，音律準確，音年湖北擂鼓墩二號墓出土戰(zhàn)國編鐘一套，音律準確，音色優(yōu)美。其件數(shù)和規(guī)模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達色優(yōu)美。其件數(shù)和規(guī)模僅次于曾侯乙編鐘，總音域達5 5個個8 8度以上，度以上，可自己轉(zhuǎn)調(diào)，奏出五聲、六聲、七聲音階構(gòu)

10、成的各種樂曲。須五人可自己轉(zhuǎn)調(diào)，奏出五聲、六聲、七聲音階構(gòu)成的各種樂曲。須五人合作演出，眾聲齊發(fā)，交響疊鳴。無愧為古代音樂之絕響。合作演出，眾聲齊發(fā)，交響疊鳴。無愧為古代音樂之絕響。 水陸兩用汽車水陸兩用汽車 輕型吊軌磁懸浮列車輕型吊軌磁懸浮列車 MX-400MX-400空中汽車空中汽車 美國莫勒潛心研究美國莫勒潛心研究. .被譽為被譽為“汽車演汽車演變的里程碑變的里程碑”。飛機外形像一輛新穎別致的小汽車?？罩小ｏw機外形像一輛新穎別致的小汽車?？罩酗w行依仗的是它有可轉(zhuǎn)動的發(fā)動機及專門提供升力的風扇。飛行依仗的是它有可轉(zhuǎn)動的發(fā)動機及專門提供升力的風扇。試用試用2 2年多來，它最高飛行時速超過了年

11、多來，它最高飛行時速超過了600600多公里，比直升多公里，比直升機快機快2 2倍，可載倍，可載4 4人，飛行最大高度人，飛行最大高度90009000米，航程米，航程15001500公里。公里。 材料的發(fā)展使汽車和飛機等性能發(fā)生了突變材料的發(fā)展使汽車和飛機等性能發(fā)生了突變 機身材料的變遷機身材料的變遷: :鋼鋼-鋁合金鋁合金-鈦材料鈦材料-各種復(fù)合材料各種復(fù)合材料 世 界 貿(mào) 易 大 廈 基 本世 界 貿(mào) 易 大 廈 基 本 上是用鋁合金貼面的上是用鋁合金貼面的. 在在 “9.11”事件中，該事件中，該 雙 子 大 樓 遭 到 襲 擊 ，雙 子 大 樓 遭 到 襲 擊 ， 毀 于 一 旦 。

12、但 它 作 為毀 于 一 旦 。 但 它 作 為 一 個 大 量 使 用 鋁 合 金一 個 大 量 使 用 鋁 合 金 貼 面 的 的 雄 偉 建 筑 將貼 面 的 的 雄 偉 建 筑 將 永遠載入史冊。永遠載入史冊。五、金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢五、金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1 1繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料高強度及超高強度金屬材料高強度及超高強度金屬材料超易切削鋼和超高易切削鋼超易切削鋼和超高易切削鋼高溫合金與難熔合金高溫合金與難熔合金 有序金屬間化合物有序金屬間化合物硬質(zhì)合金與金屬陶瓷硬質(zhì)合金與金屬陶瓷 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料共晶合金定向凝固材料共晶合金定向

13、凝固材料l3 3材料的設(shè)計及選用科學化材料的設(shè)計及選用科學化 l按照指定的性能對材料進行結(jié)構(gòu)、成分的科學設(shè)計。按照指定的性能對材料進行結(jié)構(gòu)、成分的科學設(shè)計。l2 2非晶（亞穩(wěn)態(tài)）材料日益受到重視非晶（亞穩(wěn)態(tài)）材料日益受到重視 超細納米顆粒金屬材料超細納米顆粒金屬材料快速冷凝金屬非晶及微晶材料快速冷凝金屬非晶及微晶材料本課程的目的、內(nèi)容及學習要求本課程的目的、內(nèi)容及學習要求1.1.目的：目的：講授金屬結(jié)構(gòu)材料的物理冶金問題，使學生掌講授金屬結(jié)構(gòu)材料的物理冶金問題，使學生掌握金屬及合金中的化學成分、組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)握金屬及合金中的化學成分、組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程、環(huán)境對金屬材料各種性能的影響的基本過程、

14、環(huán)境對金屬材料各種性能的影響的基本規(guī)律；掌握分析、解決各種金屬材料的化學成規(guī)律；掌握分析、解決各種金屬材料的化學成分設(shè)計、生產(chǎn)、熱處理和使用中的問題。分設(shè)計、生產(chǎn)、熱處理和使用中的問題。 金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論，在論述常用類金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論，在論述常用類型金屬材料的性能要求的基礎(chǔ)上，分析各類型金屬材料的性能要求的基礎(chǔ)上，分析各類工程構(gòu)件用鋼、機器零件及工模具用鋼、不工程構(gòu)件用鋼、機器零件及工模具用鋼、不銹鋼、耐熱及高溫合金、鑄鐵及有色金屬及銹鋼、耐熱及高溫合金、鑄鐵及有色金屬及其合金等的合金化特征、熱處理工藝特點及其合金等的合金化特征、熱處理工藝特點及選擇材料與使用材料的原則和方法。

15、選擇材料與使用材料的原則和方法。3.3.本課程的內(nèi)容本課程的內(nèi)容4. 4. 學習要求學習要求掌握金屬材料合金化原理、合金元素對鋼相掌握金屬材料合金化原理、合金元素對鋼相變、組織、性能影響的一般規(guī)律變、組織、性能影響的一般規(guī)律。 掌握常用鋼、鑄鐵、高溫合金、有色金屬等掌握常用鋼、鑄鐵、高溫合金、有色金屬等材料的牌號、成份、組織、力學性能和用途材料的牌號、成份、組織、力學性能和用途。能夠根據(jù)工程構(gòu)件、機器零件（或工具）的服能夠根據(jù)工程構(gòu)件、機器零件（或工具）的服役條件，役條件，合理選用材料，正確確定熱處理技術(shù)合理選用材料，正確確定熱處理技術(shù)條件條件。能對材料產(chǎn)品質(zhì)量作初步分析，提出消除或預(yù)能對材料

16、產(chǎn)品質(zhì)量作初步分析，提出消除或預(yù)防熱處理缺陷的措施。防熱處理缺陷的措施。5.5. 參考書目錄參考書目錄 戴起勛編著。戴起勛編著。金屬材料學金屬材料學，化學工業(yè)出版，化學工業(yè)出版社，社，20052005。 王笑天主編。金屬材料學，機械工業(yè)出版社，王笑天主編。金屬材料學，機械工業(yè)出版社，19871987。 王曉敏主編。工程材料學，機械工業(yè)出版社，王曉敏主編。工程材料學，機械工業(yè)出版社，19991999。Chapter 1 Chapter 1 鋼鐵中的合金相鋼鐵中的合金相1.1 1.1 碳鋼概論碳鋼概論1.2 1.2 鋼鐵中的合金元素鋼鐵中的合金元素1.3 1.3 合金鋼的分類、牌號合金鋼的分類、牌

17、號主主要要內(nèi)內(nèi)容容碳鋼中的常存雜質(zhì)碳鋼中的常存雜質(zhì) 碳鋼的分類碳鋼的分類 碳鋼的用途碳鋼的用途鐵基固溶體鐵基固溶體 MeMe與鋼中晶體缺陷的相互作用與鋼中晶體缺陷的相互作用 鋼鐵中的碳化物和氮化物鋼鐵中的碳化物和氮化物鋼中的金屬間化合物鋼中的金屬間化合物Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖及相圖及MeMe的影響的影響 重點及基本要求重點及基本要求: : 1.1.了解了解碳鋼中的常存元素及其影響，重點掌碳鋼中的常存元素及其影響，重點掌握握碳鋼的分類碳鋼的分類與應(yīng)用與應(yīng)用; ; n2.2.第二節(jié)是第二節(jié)是本章重點本章重點。要求。要求全面全面掌握掌握MeMe對鋼對鋼的組織及性能的影響規(guī)律。的組織及性

18、能的影響規(guī)律。難點難點是是MeMe對鋼中對鋼中基本合金相結(jié)構(gòu)的影響基本合金相結(jié)構(gòu)的影響; ; n3.3.掌握掌握合金鋼的分類、牌號合金鋼的分類、牌號. . 1.1 1.1 碳鋼概論碳鋼概論一、碳鋼中的常存雜質(zhì)一、碳鋼中的常存雜質(zhì)-Mn-Mn和和SiSi（1 1）MnMn和和SiSi是煉鋼過程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存是煉鋼過程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存而進入鋼中的。而進入鋼中的。(1) (1) Mn0.8%Mn0.8%。主要固溶于鐵中。產(chǎn)生固溶強。主要固溶于鐵中。產(chǎn)生固溶強化作用，化作用，鋼的強度和硬度。鋼的強度和硬度。(2)(2)適量的適量的MnMn和和S S可形成高熔點可形成高熔點(1600)

19、MnS(1600)MnS夾夾 雜物。雜物。MnSMnS在高溫下具有一定的塑性，不會使在高溫下具有一定的塑性，不會使鋼發(fā)生熱脆，在加工過程中鋼發(fā)生熱脆，在加工過程中MnSMnS呈條狀沿軋向呈條狀沿軋向分布。分布。(4)(4)夾雜物夾雜物MnSMnS、SiOSiO2 2將使鋼的疲勞強度和塑性、將使鋼的疲勞強度和塑性、韌性韌性。當鋼中含有大量硫化物夾雜時，軋成。當鋼中含有大量硫化物夾雜時，軋成鋼板后會造成分層。鋼板后會造成分層。(3) Si0.5%(3) Si0.5%。碳鋼中的。碳鋼中的SiSi一般均可溶入鐵中。一般均可溶入鐵中。產(chǎn)生固溶強化作用，產(chǎn)生固溶強化作用，鋼的強度和硬度鋼的強度和硬度; ;

20、也可也可形成形成SiOSiO2 2夾雜物。夾雜物。(2)S(2)S和和FeFe能形成能形成FeSFeS，并易于與，并易于與-Fe-Fe形成低熔形成低熔點點(989)(989)共晶。當鋼凝固結(jié)晶時低熔共晶易共晶。當鋼凝固結(jié)晶時低熔共晶易于沿晶界分布；若把含有硫化物共晶的鋼加熱于沿晶界分布；若把含有硫化物共晶的鋼加熱到高溫，例如到高溫，例如11001100以上時，共晶體就將熔化，以上時，共晶體就將熔化，因此引起軋制或鍛造時的晶界碎裂因此引起軋制或鍛造時的晶界碎裂( (熱脆熱脆) )。(1)(1)S S是煉鋼時不能除盡的有害雜質(zhì)是煉鋼時不能除盡的有害雜質(zhì), ,在固態(tài)鐵在固態(tài)鐵中的溶解度極小。中的溶解

21、度極小。一、碳鋼中的常存雜質(zhì)一、碳鋼中的常存雜質(zhì)-S-S和和P P（2 2）(3)(3)若鋼液脫氧不良，含有較多的若鋼液脫氧不良，含有較多的FeOFeO，還會，還會形成熔點更低（形成熔點更低（940940）的（）的（Fe+FeO+FeSFe+FeO+FeS）三）三相共晶體，危害更大。相共晶體，危害更大。(4)(4)鑄鋼件含鑄鋼件含S S量高時會引起鑄件在鑄造應(yīng)力作量高時會引起鑄件在鑄造應(yīng)力作用下發(fā)生熱裂。用下發(fā)生熱裂。(5)S(5)S容易導致焊縫熱裂，同時在焊接過程中，容易導致焊縫熱裂，同時在焊接過程中，生成生成SOSO2 2氣體，以致焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松。氣體，以致焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松。(6

22、)P(6)P也是在煉鋼過程中不能除盡的元素。也是在煉鋼過程中不能除盡的元素。P P可可固溶于固溶于-Fe-Fe。但。但鋼的韌性，特別是低溫鋼的韌性，特別是低溫韌性，稱為韌性，稱為冷脆冷脆。此外，此外，P-FeP-Fe合金的結(jié)晶范合金的結(jié)晶范圍很寬，因此圍很寬，因此P P具有嚴重的偏析傾向。具有嚴重的偏析傾向。P P可以可以提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能。提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能。 (7)S(7)S和和P P還可以改善鋼的切削加工性能。還可以改善鋼的切削加工性能。n應(yīng)變時效應(yīng)變時效含過飽和含過飽和N N的鋼經(jīng)受冷變形后析的鋼經(jīng)受冷變形后析出氮化物，使低碳鋼的強硬度出氮化物，使低碳鋼的強硬度，塑韌性

23、，塑韌性的的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。一、碳鋼中的常存雜質(zhì)一、碳鋼中的常存雜質(zhì)NN、H H、O O（3 3）N N是在冶煉時由爐料及爐氣進入鋼中的。是在冶煉時由爐料及爐氣進入鋼中的。含過飽和含過飽和N N的鋼在室溫長時間放置或稍微加熱的鋼在室溫長時間放置或稍微加熱時時,N,N逐漸以氮化鐵的形式從逐漸以氮化鐵的形式從F F中彌散析出中彌散析出. .使低使低碳鋼的強度、硬度碳鋼的強度、硬度，塑韌性，塑韌性（時效硬化時效硬化）（有害有害）。）。N N還會使低碳鋼產(chǎn)生還會使低碳鋼產(chǎn)生應(yīng)變時效應(yīng)變時效( (不利不利) ) ；N N可以與可以與V V、TiTi、NbNb等形成穩(wěn)定的氮化物，有等形成穩(wěn)定的氮化物，有細化晶

24、粒和沉淀強化，細化晶粒和沉淀強化，N N也可也可鋼的耐熱性能。鋼的耐熱性能。( (有利有利) )。N N是使鋼產(chǎn)生藍脆現(xiàn)象的主要原因。藍脆是指是使鋼產(chǎn)生藍脆現(xiàn)象的主要原因。藍脆是指鋼在加熱到鋼在加熱到150150300300時產(chǎn)生的硬度時產(chǎn)生的硬度，塑韌，塑韌性性的現(xiàn)象，因為鋼在空氣中加熱到的現(xiàn)象，因為鋼在空氣中加熱到150150300 300 時，由于氧化作用，鋼的表面呈現(xiàn)藍色。時，由于氧化作用，鋼的表面呈現(xiàn)藍色。（有害有害），但截斷鋼材時可加以利用。），但截斷鋼材時可加以利用。H H在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引起金屬材料產(chǎn)在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引起金屬材料產(chǎn)生氫脆。在鋼中產(chǎn)生裂紋，生氫脆。

25、在鋼中產(chǎn)生裂紋，鋼的塑韌性；容鋼的塑韌性；容易在焊縫處產(chǎn)生裂紋。易在焊縫處產(chǎn)生裂紋。O O在鋼中形成硅酸鹽在鋼中形成硅酸鹽2MnO2MnOSiOSiO2 2、MnOMnOSiOSiO2 2或復(fù)或復(fù)合氧化物合氧化物MgOMgOAlAl2 2O O3 3、MnOMnOAlAl2 2O O3 3等非金屬夾雜物，等非金屬夾雜物，對鋼的質(zhì)量有重要影響。對鋼的質(zhì)量有重要影響。H H是在冶煉過程中，由含水的爐料及潮濕的大是在冶煉過程中，由含水的爐料及潮濕的大氣帶入鋼中的。氣帶入鋼中的。二、碳鋼的分類二、碳鋼的分類1 1按鋼中碳含量分為按鋼中碳含量分為: :低碳鋼，低碳鋼，W WC C0.25%;0.25%;

26、中碳鋼，中碳鋼，0.25%0.25%W WC C0.6%;0.6%;高碳鋼，高碳鋼，W WC C0.6%0.6%。2 2按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)）分為按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)）分為: : 普通碳素鋼：普通碳素鋼：w wS S0.05%0.05%，w wP P0.045%0.045%。 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：優(yōu)質(zhì)碳素鋼：w wS S0.035%0.035%，w wP P0.035%0.035%。 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：w wS S0.02%0.02%，w wP P0.03%0.03%。 特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：w wS S0.015%0.015%，w wP P0.025%0.025%。 3 3按鋼的用途

27、分類按鋼的用途分類: :碳素工具鋼：碳素工具鋼：主要用于制造各種工具，如刃具、模主要用于制造各種工具，如刃具、模具、量具等。具、量具等。一般工程用一般工程用鑄造碳素鋼：鑄造碳素鋼：主要用于制造形狀復(fù)雜且需一定強度、主要用于制造形狀復(fù)雜且需一定強度、塑性和韌性零件。塑性和韌性零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：構(gòu)鋼：主要用于制造各種機器零件，如軸、主要用于制造各種機器零件，如軸、齒輪、彈簧、連桿等。齒輪、彈簧、連桿等。碳素結(jié)構(gòu)鋼：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于各種工程構(gòu)件，如橋梁、船主要用于各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等。也可用于不太重要舶、建筑構(gòu)件等。也可用于不太重要的機件。的機件。4 4按鋼冶煉時

28、的脫氧程度分類按鋼冶煉時的脫氧程度分類: :沸騰鋼：沸騰鋼：脫氧不徹底的鋼，代號為脫氧不徹底的鋼，代號為F F。鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼： 脫氧徹底的鋼，代號為脫氧徹底的鋼，代號為Z Z。半鎮(zhèn)靜鋼：半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號為間，代號為b b。特殊鎮(zhèn)靜鋼：特殊鎮(zhèn)靜鋼：進行特殊脫氧的鋼，代號為進行特殊脫氧的鋼，代號為TZTZ。三、碳鋼的用途三、碳鋼的用途 （2 2）供貨狀態(tài)：熱軋后空冷）供貨狀態(tài)：熱軋后空冷。一般不需再進行。一般不需再進行熱處理而直接使用。熱處理而直接使用。1-1-普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（1 1）C%C%在在0.060.060.38%0

29、.38%范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，主要用于一般工主要用于一般工程結(jié)構(gòu)和普通零件程結(jié)構(gòu)和普通零件，它通常軋制成鋼板、鋼帶、，它通常軋制成鋼板、鋼帶、鋼管、盤條、型鋼、棒鋼或各種型材（圓鋼、鋼管、盤條、型鋼、棒鋼或各種型材（圓鋼、方鋼、工字鋼、鋼筋等），可供焊接、鉚接、方鋼、工字鋼、鋼筋等），可供焊接、鉚接、栓接等結(jié)構(gòu)件使用。應(yīng)用量很大（鋼總產(chǎn)量的栓接等結(jié)構(gòu)件使用。應(yīng)用量很大（鋼總產(chǎn)量的70%70%以上）。以上）。 標志符號標志符號Q Q來源于屈服點的漢語拼音字頭來源于屈服點的漢語拼音字頭Q Q； 屈服點數(shù)值屈服點數(shù)值共分共分195195、215215、235235、255255、275275五個五個強度等

30、級；強度等級；（3 3）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法由代表屈服點的字母（由代表屈服點的字母（Q Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（量等級符號（A A、B B、C C、D D）及脫氧方法符號）及脫氧方法符號（F F、b b、Z Z、TZTZ）等四個部分按順序組成。）等四個部分按順序組成。等級符號等級符號：指這類鋼所獨用的質(zhì)量等級符號，也：指這類鋼所獨用的質(zhì)量等級符號，也按按S S、P P雜質(zhì)多少來分，以雜質(zhì)多少來分，以A A、B B、C C、D D四個符號代四個符號代表四個等級，其中：表四個等級，其中： lA A級級w wS S0.05%, 0.05

31、%, w wP P0.045%0.045%， lB B級級w wS S0.045%, 0.045%, w wP P0.045%0.045%， lC C級級w wS S0.04%, 0.04%, w wP P0.04%0.04%， lD D級級w wS S0.035%, 0.035%, w wP P0.035%0.035%。 n其中質(zhì)量等級最高的是其中質(zhì)量等級最高的是D D級，達到了碳素結(jié)構(gòu)鋼的級，達到了碳素結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)級，優(yōu)質(zhì)級，A A、B B、C C三個等級均屬于普通級范圍。三個等級均屬于普通級范圍。 Q195Q195、Q275Q275不分質(zhì)量等級，不分質(zhì)量等級，Q215Q215、Q235Q

32、235、Q255Q255，當質(zhì)量等級為，當質(zhì)量等級為“A”A”、“B”B”時，在保證時，在保證力學性能的要求下，化學成分可根據(jù)需方要求力學性能的要求下，化學成分可根據(jù)需方要求作適當調(diào)整。作適當調(diào)整。脫氧方法符號脫氧方法符號在鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的牌號中在鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼的牌號中可省略?？墒÷?。 （4 4）典型牌號、性能與用途）典型牌號、性能與用途Q195Q195、Q215Q215鋼鋼：含碳量很低，強度不高，但具有良好的塑性、含碳量很低，強度不高，但具有良好的塑性、韌性和焊接性能，常用作鐵釘、鐵絲、鋼窗韌性和焊接性能，常用作鐵釘、鐵絲、鋼窗及各種薄板等強度要求不高的工件。及各種薄板等強度要求不高

33、的工件。Q235AQ235A、Q255AQ255A：用于農(nóng)機具中的拉桿、小軸、鏈等。也用于用于農(nóng)機具中的拉桿、小軸、鏈等。也用于建筑鋼筋、鋼板、型鋼等；建筑鋼筋、鋼板、型鋼等；Q235BQ235B、Q255BQ255B：用作建筑工程中質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，用作建筑工程中質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件，機械中一般的轉(zhuǎn)動軸、吊鉤、自行車架等；機械中一般的轉(zhuǎn)動軸、吊鉤、自行車架等；強度較高，其中強度較高，其中Q275Q275屬于中碳鋼，可用作制造屬于中碳鋼，可用作制造摩擦離合器、剎車鋼帶等。摩擦離合器、剎車鋼帶等。Q235CQ235C、Q235DQ235D：質(zhì)量較好，可作一些重要的焊接結(jié)構(gòu)件及機件。質(zhì)

34、量較好，可作一些重要的焊接結(jié)構(gòu)件及機件。Q255Q255、Q275Q275鋼：鋼：牌號中的牌號中的A A級鋼，一般用于不經(jīng)鍛壓加工和熱處級鋼，一般用于不經(jīng)鍛壓加工和熱處理的工程結(jié)構(gòu)件或普通滲碳件（如制造機器中理的工程結(jié)構(gòu)件或普通滲碳件（如制造機器中受力不大的鉚釘、螺釘、螺母等）；有時也可受力不大的鉚釘、螺釘、螺母等）；有時也可制造不重要的滲碳件。制造不重要的滲碳件。B B級鋼常用以制造稍微重要的機器零件和船用鋼級鋼常用以制造稍微重要的機器零件和船用鋼板，并可代替相應(yīng)含碳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。板，并可代替相應(yīng)含碳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。n（1 1）這類鋼中硫、磷等有害雜質(zhì)含量相對較低，這類鋼中硫、磷等

35、有害雜質(zhì)含量相對較低，夾雜物也較少，化學成分控制較嚴格，質(zhì)量比普夾雜物也較少，化學成分控制較嚴格，質(zhì)量比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼好。通碳素結(jié)構(gòu)鋼好。用于較為重要的機件用于較為重要的機件，可以通，可以通過各種熱處理調(diào)整零件的力學性能。過各種熱處理調(diào)整零件的力學性能。 n（2 2）供貨狀態(tài)）供貨狀態(tài)：熱軋后空冷，退火、正火等狀：熱軋后空冷，退火、正火等狀態(tài)，一般隨用戶需要而定。態(tài)，一般隨用戶需要而定。 n（3 3）牌號：）牌號：一般用一般用兩位數(shù)字兩位數(shù)字表示。表示鋼中表示。表示鋼中平平均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬倍均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬倍, ,如如4545鋼鋼。2-2-優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼專用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼專用

36、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼還要在牌號的頭部（或尾還要在牌號的頭部（或尾部）加上代表產(chǎn)品用途的符號，例如平均碳含量部）加上代表產(chǎn)品用途的符號，例如平均碳含量為為0.2%0.2%的鍋爐用鋼，其牌號表示為的鍋爐用鋼，其牌號表示為“20g”20g”等。等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中有三個鋼號是沸騰鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中有三個鋼號是沸騰鋼，它們，它們是是08F08F、10F10F、15F15F。半鎮(zhèn)靜鋼標。半鎮(zhèn)靜鋼標“b”b”，鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼一般不標符號。一般不標符號。 高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在牌號后加符號在牌號后加符號“A”A”，特，特級碳素結(jié)構(gòu)鋼加符號級碳素結(jié)構(gòu)鋼加符號“E”E”。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按含錳量的不同

37、，分為普通優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按含錳量的不同，分為普通含錳量含錳量(Mn%=0.25(Mn%=0.250.8%)0.8%)和較高含錳量和較高含錳量(Mn%= (Mn%= 0.70.71.2%)1.2%)兩組。兩組。含錳量較高的一組在其數(shù)字含錳量較高的一組在其數(shù)字的尾部加的尾部加“Mn”Mn”，如，如15Mn15Mn、45Mn45Mn等。等。 注意：這類鋼仍屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，不要注意：這類鋼仍屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，不要和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼混淆。和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼混淆。10102525等鋼的焊接和冷沖壓性很好，可用來制等鋼的焊接和冷沖壓性很好，可用來制造標準件、軸套、容器等。也可以經(jīng)熱處理制造標準件、

38、軸套、容器等。也可以經(jīng)熱處理制造表面硬度高、心部有較高的強度和韌性的耐造表面硬度高、心部有較高的強度和韌性的耐磨損、耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷軸、磨損、耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷軸、摩擦片、水泥釘?shù)?。摩擦片、水泥釘?shù)取＃? 4）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有3131個鋼號。個鋼號。 08F08F鋼鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)低、塑性好，強度較的碳的質(zhì)量分數(shù)低、塑性好，強度較低?？捎糜诟鞣N冷變形加工成型件。低?？捎糜诟鞣N冷變形加工成型件。 4545等中碳鋼通過適當熱處理可獲得良好的綜等中碳鋼通過適當熱處理可獲得良好的綜合力學性能的機件及表面耐磨、心部韌性好的合力學性能的機件及表面耐磨、心部韌

39、性好的零件。如傳動軸、發(fā)動機連桿、機床齒輪等。零件。如傳動軸、發(fā)動機連桿、機床齒輪等。高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)適當熱處理后可獲得高的經(jīng)適當熱處理后可獲得高的ee和屈強比以及足夠的韌性和耐磨性。可制和屈強比以及足夠的韌性和耐磨性?？芍圃煨【€徑的彈簧、重鋼軌、軋輥、鐵鍬、鋼絲造小線徑的彈簧、重鋼軌、軋輥、鐵鍬、鋼絲繩等。繩等。 3-3-碳素工具鋼碳素工具鋼n（1 1）平均含平均含C C量在量在0.650.651.35%1.35%范圍范圍; ;n主要用于主要用于制作各種小型工具?？蛇M行淬火、制作各種小型工具?？蛇M行淬火、低溫回火處理獲得高的硬度和高耐磨性。低溫回火處理獲得高的硬度和高耐磨性?？?/p>

40、分為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（簡稱碳素工具鋼，可分為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（簡稱碳素工具鋼，其其w wS S0.03%0.03%，w wP P0.035%0.035%）和高級優(yōu)質(zhì)碳）和高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（素工具鋼（w wS S0.02%0.02%，w wP P0.03%0.03%）兩類。）兩類。 n（2 2）牌號）牌號一般用標志性符號一般用標志性符號“T”T”（碳（碳字的漢語拼音字頭）加上字的漢語拼音字頭）加上碳的質(zhì)量分數(shù)的碳的質(zhì)量分數(shù)的千倍千倍表示。如表示。如T10T10，T12T12等。一般優(yōu)質(zhì)碳素等。一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼不加質(zhì)量等級符號，而高級優(yōu)質(zhì)碳工具鋼不加質(zhì)量等級符號，而高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在其數(shù)字后面

41、再加上素工具鋼則在其數(shù)字后面再加上“A”A”字，字，如如T8AT8A，T12AT12A等。等。T7T7、T8T8適合于制造承受一定沖擊而要求韌性較適合于制造承受一定沖擊而要求韌性較高的刃具，如木工用斧、鉗工用鑿子等，淬火、高的刃具，如木工用斧、鉗工用鑿子等，淬火、低溫回火后的硬度為低溫回火后的硬度為484854HRC54HRC（工作部分）；（工作部分）；（3 3）含錳碳素工具鋼中錳的質(zhì)量分數(shù)可擴大到）含錳碳素工具鋼中錳的質(zhì)量分數(shù)可擴大到0.6%0.6%，這時，在牌號的尾部標以，這時，在牌號的尾部標以MnMn，如，如T8MnT8Mn，T8MnAT8MnA。 （4 4）典型的碳素工具鋼）典型的碳素

42、工具鋼T9T9、T10T10、T11T11鋼用于制造沖擊較小而要求高鋼用于制造沖擊較小而要求高硬度與耐磨的刃具，如小鉆頭、絲錐、手鋸硬度與耐磨的刃具，如小鉆頭、絲錐、手鋸條等，淬火、低溫回火后的硬度為條等，淬火、低溫回火后的硬度為606062HRC62HRC，T10AT10A鋼還可用于制造一些形狀簡單、工作負鋼還可用于制造一些形狀簡單、工作負荷不大的冷作模具、量具；荷不大的冷作模具、量具；T12T12、T13T13鋼硬度及耐磨性最高，但韌性最差，鋼硬度及耐磨性最高，但韌性最差，用于制造不承受沖擊的刃具，如銼刀、鏟刮刀等，用于制造不承受沖擊的刃具，如銼刀、鏟刮刀等，淬火、低溫回火后的硬度為淬火、

43、低溫回火后的硬度為626265HRC65HRC。 T12AT12A也也可用于制造量具。可用于制造量具。 T7T7T12T12、T7AT7AT12AT12A還可用于還可用于形狀簡單的塑料模具。形狀簡單的塑料模具。 （1 1）主要用于）主要用于鑄鐵保證不了其塑性，且形狀鑄鐵保證不了其塑性，且形狀復(fù)雜，不便于用鍛壓制成的毛坯零件。其碳復(fù)雜，不便于用鍛壓制成的毛坯零件。其碳含量一般小于含量一般小于0.65%0.65%。 n（2 2）牌號）牌號用標志性符號用標志性符號“ZG”ZG”（鑄鋼這兩個（鑄鋼這兩個字的漢語拼音字頭）加上最低屈服點值字的漢語拼音字頭）加上最低屈服點值- -最低最低抗拉強度值表示。如

44、抗拉強度值表示。如ZG340-640ZG340-640表示其屈服強表示其屈服強度不小于度不小于340MPa340MPa，抗拉強度不低于，抗拉強度不低于640MPa640MPa的的鑄鋼。鑄鋼。 4-4-一般工程用鑄造碳素鋼一般工程用鑄造碳素鋼n（3 3）典型的碳素鑄鋼）典型的碳素鑄鋼ZG200-400ZG200-400：有良好的塑性、韌性和焊接性。用于受力有良好的塑性、韌性和焊接性。用于受力不大、要求韌性好的各種機械零件，如機不大、要求韌性好的各種機械零件，如機座、變速箱殼等；座、變速箱殼等；ZG230-450ZG230-450：有一定的強度和較好的塑性、韌性，焊接有一定的強度和較好的塑性、韌性

45、，焊接性良好。用于受力不大、要求韌性好的各性良好。用于受力不大、要求韌性好的各種機械零件，如砧座、外殼、軸承蓋、底種機械零件，如砧座、外殼、軸承蓋、底板、閥體、犁柱等板、閥體、犁柱等ZG270-500ZG270-500：有較高的強度和較好的塑性，鑄造性能良好，有較高的強度和較好的塑性，鑄造性能良好，焊接性能尚好，切削性好。用作軋鋼機機架、焊接性能尚好，切削性好。用作軋鋼機機架、軸承座、連桿、箱體、曲軸、缸體等軸承座、連桿、箱體、曲軸、缸體等 （4）其他類型的鑄鋼件還有：）其他類型的鑄鋼件還有： 焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼件焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼件 n（GB/T7659-1987），如），如ZG230-45

46、0H； 低合金鑄鋼件低合金鑄鋼件 n（GB/T14408-1993），如），如ZGD535-720； 耐熱鑄鋼件耐熱鑄鋼件 n（GB/T8492-1987），如），如ZG40Cr30Ni20； 不銹耐酸鋼鑄件不銹耐酸鋼鑄件 n（GB2100-1980），如），如ZG1Cr18Ni9Ti； 中、高強度不銹鋼鑄件中、高強度不銹鋼鑄件 n（GB6967-1986），如），如ZG10Cr13Ni1Mo等。等。 1.2 1.2 鋼鐵中的合金元素鋼鐵中的合金元素 特別添加特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的到鋼中為了保證獲得所要求的組織組織結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)從而得到一定的物理、化學或機械從而得到一定的物理、化學或機械

47、性能性能的的化學元素化學元素。( (常用常用MeMe來表示）來表示） p 如：如：B, C, N; Al, Si, P, S; B, C, N; Al, Si, P, S; p Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu; Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu; p Y, Zr, Nb, Mo; W, Ta, La Y, Zr, Nb, Mo; W, Ta, La系系一一. 幾個概念幾個概念1. 1. 合金元素合金元素如：當如：當H H，S S，P P等元素在鋼中一般都為雜質(zhì)元素，等元素在鋼中一般都為雜質(zhì)元素，但當其作為合金元素時：但當其作為合金元素時：HH儲氫合金；儲氫

48、合金； SS易易切削鋼；切削鋼；PP耐磨鋼。耐磨鋼。 2. 2. 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素由冶煉時所用原材料以及冶煉方法和工藝操作由冶煉時所用原材料以及冶煉方法和工藝操作等所帶入鋼中的化學元素。等所帶入鋼中的化學元素。注意注意: : 同一元素既可能作為合金元素又可能雜同一元素既可能作為合金元素又可能雜質(zhì)，若屬于前者，則決定鋼的組織與性能；若屬質(zhì)，若屬于前者，則決定鋼的組織與性能；若屬于后者，則影響鋼的質(zhì)量。于后者，則影響鋼的質(zhì)量。在化學成分上特別添加合金元素用以保證一定的在化學成分上特別添加合金元素用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基生產(chǎn)和加工工藝以及所要求的組織與性能的鐵基合金。

49、合金。 3. 3. 合金鋼合金鋼Me5Me10Me10, , 稱為高合金鋼；稱為高合金鋼； 不過這種劃分并沒有嚴格的規(guī)定不過這種劃分并沒有嚴格的規(guī)定。4. 4. 微合金元素與微合金化鋼微合金元素與微合金化鋼 微合金元素微合金元素有些合金元素如有些合金元素如V V，NbNb，Ti, ZrTi, Zr和和B B等，當其含量等，當其含量只在只在0.1%0.1%左右（如左右（如B 0.001%B 0.001%，V 0.2 %V 0.2 %）時，會顯）時，會顯著地影響鋼的組織與性能，將這種化學元素稱為著地影響鋼的組織與性能，將這種化學元素稱為微合金元素。微合金元素。微合金鋼微合金鋼加入了微合金元素加入了

50、微合金元素, , 使鋼的組織或性能有明顯改使鋼的組織或性能有明顯改變的這類鋼則稱為微合金鋼。變的這類鋼則稱為微合金鋼。1.2.1 1.2.1 鐵基固溶體鐵基固溶體-Fe-Fe-Fe9120CA3A413940C鐵的多型性轉(zhuǎn)變：鐵的多型性轉(zhuǎn)變：1 1合金元素與合金元素與FeFe的相互作用的相互作用p奧氏體形成元素：奧氏體形成元素：p在在-Fe-Fe中有較大的溶解度中有較大的溶解度, ,且能穩(wěn)定且能穩(wěn)定-Fe-Fe；如；如 Mn, Ni, Mn, Ni, Co, C, N, CuCo, C, N, Cu； v鐵素體形成元素：鐵素體形成元素： p 在在-Fe-Fe中有較大的溶解度并使中有較大的溶解度

51、并使-Fe -Fe 不穩(wěn)定的元素。不穩(wěn)定的元素。如：如：V V，Nb, TiNb, Ti 等。等。（1 1）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素 使使A A3 3降低，降低，A A4 4升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴大了使奧氏體形成，即擴大了相區(qū)。相區(qū)。開啟開啟相區(qū)相區(qū)( (無限擴大無限擴大相區(qū)相區(qū)) )MeMe與與-Fe-Fe形成無限固溶體，與形成無限固溶體，與-Fe-Fe形成有限形成有限固溶體。如：固溶體。如：MnMn、NiNi、CoCo等。等。奧氏體奧氏體C C原子溶入原子溶入-Fe-Fe中形成的間隙固溶體，中形成的間隙固溶體，fccfcc。硬度較低，塑性

52、好。常用。硬度較低，塑性好。常用或或A A表示。表示。 鐵素體鐵素體碳在碳在-Fe-Fe中的固溶體，中的固溶體，bccbcc。強度和。強度和硬度低，但塑性和沖擊韌性好。常用硬度低，但塑性和沖擊韌性好。常用或或F F表示。表示。 圖圖1-1 1-1 擴大擴大相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe-Fe無限互溶的無限互溶的Fe-MeFe-Me相圖相圖(a)(a)及及Fe-NiFe-Ni相圖相圖(b)(b)如果加入足夠量的如果加入足夠量的NiNi，可完全使，可完全使bccbcc的的相從相相從相圖上消失，圖上消失，相保持到室溫（即相保持到室溫（即A A1 1點降低），點降低），故而由故而由相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的

53、奧氏相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的奧氏體組織，它們是不銹鋼中常用作獲得奧氏體的體組織，它們是不銹鋼中常用作獲得奧氏體的元素。元素。圖圖1-2 1-2 擴大擴大相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe-Fe有限互溶的有限互溶的Fe-MeFe-Me相相圖圖(a)(a)及及Fe-CFe-C相圖相圖(b)(b)擴展擴展相區(qū)相區(qū)( (有限擴大有限擴大相區(qū)相區(qū)) )MeMe也使也使A A3 3降低，降低，A A4 4升高；升高；相區(qū)也隨相區(qū)也隨MeMe的加的加入而擴大，但入而擴大，但MeMe與與-Fe-Fe和和-Fe-Fe均形成有限均形成有限固溶體，最終不能使固溶體，最終不能使相區(qū)完全開啟。相區(qū)完全開啟。這類這類MeMe主要

54、有主要有C C、N N、CuCu、ZnZn、AuAu等。等。相區(qū)相區(qū)借助借助C C及及N N而擴展，當而擴展，當C C含量在含量在0 02.11%2.11%范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，均可以獲得均勻化的固溶體（均可以獲得均勻化的固溶體（A A），這構(gòu)成了），這構(gòu)成了鋼的整個熱處理的基礎(chǔ)。鋼的整個熱處理的基礎(chǔ)。（2 2）相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素 MeMe使使A A3 3， A A4 4，在，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使較寬的成分范圍內(nèi)，促使F F形成，即形成，即了了相區(qū)。相區(qū)。圖圖1-3 1-3 封閉封閉相區(qū)并與相區(qū)并與-Fe-Fe無限互溶的無限互溶的Fe-MeFe-Me相相圖圖(a)(a)及及Fe-CrFe-

55、Cr相圖相圖(b)(b)封閉封閉相區(qū)相區(qū)( (無限擴大無限擴大相區(qū)相區(qū)) )MeMe使使A A3 3，A A4 4，達到某一含量時，達到某一含量時，A A3 3與與A A4 4重合，重合，相區(qū)被封閉，或者說相區(qū)被封閉，或者說MeMe了了F F的形成，使的形成，使相相與與相區(qū)連成一片。當相區(qū)連成一片。當MeMe超過一定含量時，合金超過一定含量時，合金不再有不再有-相變，與相變，與-Fe-Fe形成無限固溶體（這形成無限固溶體（這類合金不能用正常的熱處理制度）。類合金不能用正常的熱處理制度）。這類這類MeMe有：有：SiSi、AlAl和強和強K K形成元素形成元素CrCr、W W、MoMo、V V、

56、TiTi及及P P、BeBe等。等。CrCr、V V與與-Fe-Fe完全互溶，完全互溶，W W、MoMo、TiTi等部分溶解等部分溶解. .MeMe使使A A3 3，A A4 4，使，使相區(qū)相區(qū)但不能使其完全封閉。但不能使其完全封閉。這類這類MeMe有：有：B B、NbNb、ZrZr等。等。圖圖1-4 1-4 縮小縮小相區(qū)的相區(qū)的Fe-MeFe-Me相圖相圖(a)(a)及及Fe-NbFe-Nb相圖相圖(b)(b)縮小縮小相區(qū)相區(qū)( (但不能使但不能使相區(qū)封閉相區(qū)封閉) )l可以利用可以利用MeMe擴大和縮小擴大和縮小 相區(qū)作用，獲得單相組織，相區(qū)作用，獲得單相組織，具有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱

57、鋼中應(yīng)用廣泛。具有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱鋼中應(yīng)用廣泛。 l合金元素對相圖的影響，可以預(yù)測合金鋼的組織與合金元素對相圖的影響，可以預(yù)測合金鋼的組織與性能。性能。 生產(chǎn)中的意義生產(chǎn)中的意義如發(fā)展如發(fā)展A A鋼時，需要往鋼中加入鋼時，需要往鋼中加入NiNi、MnMn、N N等等A A形成元素；欲發(fā)展形成元素；欲發(fā)展F F鋼時，需要往鋼中加入鋼時，需要往鋼中加入大量的大量的CrCr、SiSi、AlAl、MoMo、TiTi等等F F形成元素。形成元素。同時向鋼中加入兩類同時向鋼中加入兩類MeMe時，其作用往往相互時，其作用往往相互有所抵消。有所抵消。例外：例外：CrCr是是F F形成元素，在形成元素，

58、在Cr18%Cr18%與與NiNi同時加入時卻促進了同時加入時卻促進了A A的形成。的形成。MeMe擴大或縮小擴大或縮小相區(qū)的作用與該元素在周相區(qū)的作用與該元素在周期表中的位置有關(guān)，與它們的點陣結(jié)構(gòu)、期表中的位置有關(guān)，與它們的點陣結(jié)構(gòu)、電子因素和原子大小有關(guān)。有利于擴大電子因素和原子大小有關(guān)。有利于擴大相區(qū)的相區(qū)的MeMe，其本身具有，其本身具有fccfcc點陣或在其多點陣或在其多型性轉(zhuǎn)變中有一種型性轉(zhuǎn)變中有一種fccfcc點陣，與鐵的電負點陣，與鐵的電負性相近，與鐵的原子尺寸相近。性相近，與鐵的原子尺寸相近。決定組元在代位固溶體中的溶解度因素是決定組元在代位固溶體中的溶解度因素是點陣結(jié)點陣結(jié)

59、構(gòu)、原子半徑和電子因素構(gòu)、原子半徑和電子因素，無限固溶必須使這些，無限固溶必須使這些因素相同或相似因素相同或相似. .（1 1）代位固溶體代位固溶體( (Hume-RotheryHume-Rothery規(guī)律規(guī)律) ) 表表1-1 1-1 常用常用MeMe點陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑點陣結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子半徑第四第四周期周期TiVCrMnFeCoNiCu點陣點陣結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)bccbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc電子電子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)235567810原子半徑原子半徑/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128R，%14.27.10.83.10

60、.82.40.8注：注：1 1、電子結(jié)構(gòu)是、電子結(jié)構(gòu)是3d3d層電子數(shù)；層電子數(shù)；2 2、原子半徑是配位數(shù)、原子半徑是配位數(shù)1212的數(shù)值的數(shù)值 （1 1）NiNi、MnMn、CoCo與與-Fe-Fe的點陣結(jié)構(gòu)、原子半的點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似徑和電子結(jié)構(gòu)相似無限固溶；無限固溶；（2 2）CrCr、V V與與-Fe-Fe的點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和的點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑和電子結(jié)構(gòu)相似電子結(jié)構(gòu)相似無限固溶；無限固溶；（3 3）CuCu和和-Fe-Fe點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近，但點陣結(jié)構(gòu)、原子半徑相近，但電子結(jié)構(gòu)差別大電子結(jié)構(gòu)差別大有限固溶；有限固溶；（4 4）原子半徑對溶解度影響：）原子半徑對溶解