铁碳合金系列知识 目录 第一节 铁碳合金的基本组织
[钢]:是指以铁为主要元素,碳的质量分数Wc<2.11%并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。根据国家标准GB/T13304-1991规定,钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类。 [非合金钢]:是指钢中各元素含量低于规定值的铁碳合金。(碳钢)不仅价格低廉,容易加工,而且能满足一般工程结构和机械零件的使用性能要求,是最广泛应用的材料。 一、杂质元素对钢性能的影响 钢中常存杂质元素是钢冶炼时进入的,它们对钢的性能有一定的影响。 1、锰的影响 锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂(锰铁)中带入的,非合金钢中锰的质量分数一般约为0.25%~0.80%。锰的脱氧能力较好,能清除钢中的FeO,降低钢的脆性,与硫化合成MnS,可以减轻硫的有害作用。锰还能溶于铁素体形成置换固溶体,产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。锰在钢中是一种有益元素。 2、硅的影响 硅是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂(硅铁)中带入的,非合金钢中锰的质量分数一般约为0.10%~0.40%,硅的脱氧能力比锰强,与钢液中的FeO生成炉渣,清除FeO对钢质量的不良影响,也能溶于铁素体中产生固溶强化,提高钢的强度和硬度,硅在钢中也是一种有益元素。 3、硫的影响 硫是在炼铁时由矿石和燃料带进的,它不溶于铁,而是以化合物FeS的形式存在。FeS与Fe形成低熔点共晶体(熔点为985℃),分布在奥氏体的晶界上。当钢在1000~1250℃进行热加工时,由于晶界处共晶体熔化,将导致钢变脆而开裂,这种现象称为热脆。因此,硫在钢中是一种有害元素,必须严格控制。 4、磷的影响 磷是炼铁时由矿石带进的,在常温下能溶入铁素体,使钢的强度、硬度提高,但使塑性和韧性降低。尤其在低温下会使钢的塑性、韧性急剧下降,脆性转化温度升高。这种现象称为冷脆。在一般钢中,磷是有害元素,应严格控制。 硫和磷虽是钢中的有害元素,但适当提高它在钢中的含量(一般Ws=0.08%~0.35%、Wp=0.05%~0.15%),可以改善钢的切削加工性能,降价低工件表面粗糙度。 二、非合金钢的分类 非合金钢的种类很多,常按以下方法分类。 1、按钢中碳的质量分数分类 低碳钢(Wc<0.25%)、中碳钢(0.25≤Wc≤0.60%)、高碳钢(Wc>0.60%)。 2、按钢的用途分类 碳素结构钢 主要用于制作机械零件,工程结构件,一般属于低、中碳钢。 碳素工具钢 主要用于制作刀具、量具和模具。一般属于高碳钢。 3、按钢的主要质量等级分类 普通质量非合金钢(Ws≥0.045%、Wp≥0.045%)。普通质量碳钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的钢种。主要包括:一般用途碳素结构钢、碳素钢筋钢、铁道用一般碳钢等。 优质非合金钢(硫、磷含量比普通质量碳钢少),优质碳钢是指除普通质量碳钢和特殊质量碳钢以外的碳钢,在生产过程中需要特别控制质量(例如控制晶粒度、降低硫、磷含量、改善表面质量等),以达到特殊的质量要求(与普通质量碳钢相比,有良好的抗脆断性能和冷成型性等)。主要包括:机械结构用优质碳钢、工程结构用碳钢、冲压薄板的低碳结构钢、焊条用碳钢、非合金易切削结构钢、优质铸造碳钢等。 特殊质量非合金钢(Ws≤0.02%,Wp<0.020%),特殊质量碳钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能(例如控制淬透性和纯洁度)的碳钢。主要包括:保证淬透性碳钢、铁道用特殊碳钢、航空、兵器等专用碳钢、核能用碳钢、特殊焊条用钢、碳素弹簧钢、碳素工具钢和特殊易切削钢等。 此外,钢按冶炼方法不同;可分为转炉钢和电炉钢;钢按冶炼时脱氧程度的不同,可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢等。 三、常用非合金钢 1、碳素结构钢 牌号表示方法:由屈服点汉语拼音字母字首Q,屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分按顺序组成。例如Q235-A·F,表示σs≥235MPa,质量等级为A级,脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。 特性:价格低廉,工艺性能(如焊接性和冷成形性)优良。 应用:主要用于一般工程结构和普通机械零件。碳素结构钢通常热轧成各种型材(如圆钢.方钢.工字钢等),一般不经热而直接使用。 195、Q215,通常轧制成薄板、钢筋供应市场。也可用于制作铆钉、螺钉、轻负荷的冲压零件和焊接结构件等; Q235、Q255强度稍高,可制作螺栓、螺母、销子、吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢、型钢、钢筋等;质量较好的Q235C,D级可作为重要焊接结构用材; Q275钢可部分代替优质碳素结构钢25、30、35钢使用。 碳素结构钢的牌号、化学成分和力学性能(摘自GB/T 700-88)
2、优质碳素结构钢 牌号表示方法:用钢中平均含碳量的万分数表示钢号。例如45钢,表示平均Wc=0.45%的优质碳素结构钢。当钢中含锰量较高(WMn=0.7%~1.2%)时,在两位数字后面加上符号“Mn”,如65Mn钢,表示平均Wc=0.65%,并含有较多锰的优质碳素结构钢(WMn=0.9%~1.2%)。如果是高级优质钢,在数字后面加上符号“A”;特级优质钢在数字后面加上符号“E”。 特性:与碳素结构钢相比,夹杂物较少,质量较好。力学性能根据碳质量分数不同有较差异。 表2-5 优质碳素结构钢牌号、热处理、力学性能(摘自GB/T699—1999) 3、碳素工具钢 牌号表示方法:用“碳”字汉语拼音字母字首“T”加上数字表示。数字表示钢平均含碳量的千分数。例如T12钢表示Wc=1.2%的碳素工具钢。如果牌号未尾处写上“A”,则表示钢中含硫、磷量较少,为高级优质钢,如末尾处加上“Mn”,则表示含锰量较高。 特性:碳素工具钢(非合金工具钢)的Wc=0.65%~1.35%,特点是生产成本低,加工性能优良、强度、硬度较高,耐磨性好,但塑韧性较差
4、铸造碳钢 牌号表示方法:用“铸”和“钢”两字汉语拼音字母字首“ZG”后加两组数字表示,第一组数字表示屈服点的最低值,第二组数字表示抗拉强度的最低值。例如ZG200-400,表示σs≥200MPa,σb≥400MPa的铸钢。 特性:铸钢碳的质量分数一般为0.15%~0.6%。铸钢的铸造性能比铸铁差,但力学性能比铸铁好 应用:铸钢主要用于制造形状复杂,力学性能要求高,而在工艺上又很难用锻压等方法成形的比较重要的机械零件,例如汽车的变速箱壳,机车车辆的车钩和联轴器等。 工程用铸造碳钢的牌号、化学成分、力学性能及应用举例(摘自GB/T 11352-95) 附表:碳素铸钢中外牌号近似对照 |
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