第5章碳素钢与合金钢.ppt

第5章碳素钢与合金钢二○一五年四月钢的分类与编号钢中常存杂质元素及影响合金元素在钢中的作用结构钢工具钢特殊性能钢**/28碳素钢(碳钢):%~%的铁碳合金。合金钢:在碳钢基础上添加适量合金后形成。**/28按化学成份分低碳钢ωc≤%<ωc<%高碳钢ωc≥%按钢的质量分普通质量钢(ωs=%-%,ωp=%-%)优质质量钢(ωs≤%,ωp≤%)高级优质钢(ωs=%-%,ωp=%-%)特级优质钢(ωs≤%,ωp≤%)碳素钢合金钢低合金钢ωMe≤5%中合金钢5%<ωMe<10%高合金钢ωMe≥10%按钢脱氧程度分沸腾钢(标F)镇静钢(标Z,可省略)半镇静钢(标b)特殊镇静钢(标TZ)**/28按用途分结构钢工具钢特殊性能钢普通碳素结构钢合金结构钢(低合金高强度结构钢)优质碳素结构钢铸钢(<ωc<%)合金结构钢(合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢,滚动轴承钢工程结构用钢碳素工具钢(刃具、模具和量具用钢)合金刃具钢合金模具钢合金量具钢合金工具钢机器零件用钢不锈钢耐热钢耐磨钢**/28硅:能溶于铁素体,使铁素体强化,提高钢的强度和硬度。硅来自炼钢时的生铁和脱氧剂硅铁。作为杂质存在时,%,多在ωSi=-%。硅在钢中是有益元素,含量不多而作为杂质元素存在时,对钢的性能影响不大。锰:能溶于铁素体,使铁素体强化,也能溶于渗碳体,提高渗碳体硬度,对钢有一定的强化作用。锰来自炼钢时的生铁和脱氧剂锰铁。锰在钢中作为杂质元素存在时,%,是一种有益元素。硫:来自于炼钢时的生铁和燃料。硫在固态下不溶于铁,以FeS形式存在。FeS与Fe形成低熔点(985℃)共晶体Fe+FeS,且分布在奥氏体晶界上。当钢在1000~1200℃进行压力加工时,由于低熔点共晶体熔化,显著减弱晶粒之间的联系,出现晶界开裂,称此种现象为热脆。因此,钢中硫的含量必须严格控制。炼钢时增加锰可消除硫所形成的热脆。Mn与S形成高熔点(1620℃)的MnS,呈颗粒状分布在晶粒内,MnS在高温时有一定塑性,可避免钢的热脆产生。2钢中常存杂质元素及影响**/28硫虽然产生热脆,但对改善钢的切削加工性有利。如在硫的质量分数较高(ωs=~%)的钢中适当提高锰的质量分数(ωMn=~%)可形成较多的MnS,切削过程中MnS能起断屑作用,可改善钢的切削加工性,依此特性开发出的钢称为易切削钢。这些钢主要用于标准件的生产中。磷:炼钢时由生铁带入的杂质。磷能全部溶于铁素体,可提高铁素体的强度、硬度,但急剧降低钢在室温下的塑性和韧性,使钢变脆,称此现象为冷脆。故磷是一种有害元素,须严格控制其在钢中的含量。磷的有害作用在一定条件下可实现转化,如在易切钢中,把磷的含量提高到ωP=~%,使铁素体脆化,可改善钢的切削加工性。其它元素(O、H、N)的作用:这些元素在钢中基本上是有害的。[O]使钢的强度、塑性降低;[H]可使钢中出现白点和氢脆;[N]可使钢产生兰脆。**/,称为合金元素。常用的合金元素有锰(ωMn>1%)、硅(ωSi>%)、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铝、钴、硼、稀土(RE)等。合金元素的加入,改变了钢的组织结构和力学性能,同时也改变了钢的相变点和合金状态图。2合金元素在钢中的作用强化铁素体绝大多数合金元素都可或多或少地溶于铁素体中,形成合金铁素体。合金元素的溶入,一是引起铁素体晶格畸变,二是易于分布在晶体缺陷处,使位错移动困难,提高钢的塑性变形抗力。固溶的结果,使铁素体的强度、硬度提高,塑性、韧性有下降趋势。对常见的硅、锰、铬、镍而言,其含量必须控制在一定范围,才能取得预期强化效果。形成合金碳化物钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素,铬、钼、钨为中碳化物形成元素,锰为弱碳化物形成元素。**/28合金碳化物有合金渗碳体和特殊碳化物两类。合金渗碳体比渗碳体略为稳定,硬度也较高,是一般低合金钢中碳化物的主要存在形式。特殊渗碳体是与渗碳体完全不同的合金碳化物,通常由中强或强碳化物形成元素与碳所形成。特殊碳化物,特别是间隙相碳化物,比合金碳化物有更高的熔点、硬度与耐磨性,并且更为稳定,不易分解。合金碳化物的种类、性能和在钢中的分布形态直接影响到钢的性能及热处理时的相变。如当钢中存在弥散分布的特殊碳化物时,将显著提高钢的强度、硬度与耐磨性,而不降低韧性,这有利于提高钢的使用性能。**/-Fe3C相图的影响对临界