第一 合金化原理PPT課件

1、相同成分碳鋼相同成分碳鋼我國主要含我國主要含Si、Mn、S、P；國外鋼除上述元素外，國外鋼除上述元素外， 還含還含Cr、Ni、Cu等殘留元素；等殘留元素；國外鋼大量使用國外鋼大量使用Cr、Ni, 且煉鋼中廢鋼比例較大；且煉鋼中廢鋼比例較大；實(shí)際中的問題？實(shí)際中的問題？第1頁/共115頁殘留元素對鋼的影響殘留元素對鋼的影響有益作用有益作用： 提高淬透性提高淬透性(Cr、Ni)；固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化(Cr、Mn)；不利影響不利影響：大多數(shù)情況下不利；：大多數(shù)情況下不利； 如如Cr、Ni、Cu對焊接性、冷變形性能不利；對焊接性、冷變形性能不利；所以，對優(yōu)質(zhì)鋼材規(guī)定了殘留元素最高含量所以，對優(yōu)質(zhì)鋼材規(guī)定

2、了殘留元素最高含量.鋼中的氣體：鋼中的氣體：冶煉時(shí)，鋼中有微量氣體冶煉時(shí)，鋼中有微量氣體O、N、H， 第2頁/共115頁碳鋼碳鋼冶煉方便，容易塑性加工，價(jià)格低廉，冶煉方便，容易塑性加工，價(jià)格低廉， 經(jīng)熱處理后性能改善，經(jīng)熱處理后性能改善， 使用量占鋼產(chǎn)量的使用量占鋼產(chǎn)量的8090%；但在耐腐蝕、耐熱、耐磨等方面不足，但在耐腐蝕、耐熱、耐磨等方面不足， 高強(qiáng)度、大截面機(jī)械零件無法滿足要求，高強(qiáng)度、大截面機(jī)械零件無法滿足要求， 需加入合金元素改善性能。需加入合金元素改善性能。合金鋼合金鋼為提高鋼的某些性能，為提高鋼的某些性能， 而加入適量合金元素的鋼；而加入適量合金元素的鋼；有二層含義：有二層含義

3、： 為提高某些性能；有意識、有目的加入。為提高某些性能；有意識、有目的加入。第3頁/共115頁鋼中常用合金元素：鋼中常用合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、 Al、Cu、Co、N、B、稀土元素。、稀土元素。 歐美國家：用歐美國家：用Ni較多；較多；前蘇聯(lián)：前蘇聯(lián)： 用用Cr較多；較多；我國：用我國：用Mn、W較多，而較多，而Cr、Ni較少，較少， 現(xiàn)在情況有所改變?，F(xiàn)在情況有所改變。 分類：分類：低合金鋼低合金鋼5%Me；中合金鋼；中合金鋼510%Me； 高合金鋼高合金鋼10%Me，但沒有嚴(yán)格的界限。，但沒有嚴(yán)格的界限。 第4頁/共115頁1.2 合金元素與鐵和碳的相

4、互作用合金元素與鐵和碳的相互作用 一、合金元素在鋼中的存在形式一、合金元素在鋼中的存在形式 概括起來有四種存在形式概括起來有四種存在形式:(1)形成形成固溶體固溶體： 固溶于鋼中的固溶于鋼中的F、A、M；可以是置換型可以是置換型, 間隙型；可有限互溶、無限互溶；間隙型；可有限互溶、無限互溶；(2)與鋼中的碳形成與鋼中的碳形成碳化物碳化物或或金屬間化合物金屬間化合物：滲碳體滲碳體FeC化合物；化合物； Me與與FeC形成形成合金滲碳體合金滲碳體；MeFe形成金屬間化合物；形成金屬間化合物； 碳化物、金屬間化合物強(qiáng)化相；碳化物、金屬間化合物強(qiáng)化相； 第5頁/共115頁(3)形成形成非金屬夾雜物非金

5、屬夾雜物MeO、N、S形成氧化物、氮化物、硫化物形成氧化物、氮化物、硫化物; 還可形成硅酸鹽；統(tǒng)稱還可形成硅酸鹽；統(tǒng)稱非金屬夾雜物非金屬夾雜物.(4)以以自由狀態(tài)自由狀態(tài)存在存在Pb、Cu、Be(鈹鈹)等不溶于等不溶于Fe、或溶解度極低、或溶解度極低, 也不與也不與C形成形成C化物，化物， 而以游離狀態(tài)存在于鋼中而以游離狀態(tài)存在于鋼中, C可以石墨態(tài)的形式存在可以石墨態(tài)的形式存在.其中其中(1)(2)是是Me的主要存在方式。的主要存在方式。 第6頁/共115頁二、合金元素的分類二、合金元素的分類 1、與鐵相互作用、與鐵相互作用：奧氏體形成元素奧氏體形成元素, Mn、Ni、C、N、Cu、Co等等

6、;鐵素體形成元素鐵素體形成元素, Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al等等2、與碳作用、與碳作用：碳化物形成元素碳化物形成元素, Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等等 ;非碳化物形成元素非碳化物形成元素, Ni、Si、Al、Cu、P等等.3、奧氏體層錯能、奧氏體層錯能提高奧氏體層錯能提高奧氏體層錯能Ni、Cu、C;降低降低A層錯能層錯能Mn、Cr等等 第7頁/共115頁三、合金元素與鐵的相互作用三、合金元素與鐵的相互作用 1、相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素即奧氏體形成元素，即奧氏體形成元素，(1)能能無限擴(kuò)大無限擴(kuò)大相區(qū)的元素相區(qū)的元素(見圖見圖1.1)Ni、Mn、Co等等.第8頁/共115頁使相區(qū)擴(kuò)

7、展，A3點(diǎn)降低, A4點(diǎn)升高,A3點(diǎn)： ，910；A4點(diǎn)： ，1390；與-Fe有限互溶,與-Fe無限互溶；第9頁/共115頁(2)能能有限擴(kuò)大有限擴(kuò)大相區(qū)的元素相區(qū)的元素(見圖見圖1.2)C、N、Cu等；等；合金元素使合金元素使A3點(diǎn)降低點(diǎn)降低, A4點(diǎn)升高；點(diǎn)升高；第10頁/共115頁與-Fe有限互溶；與-Fe有限互溶；其中：C、NFe 間隙型固溶體,CuFe 置換型固溶體； 第11頁/共115頁2.相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素即鐵素體形成元素即鐵素體形成元素(1)能能封閉封閉相區(qū)相區(qū)的元素的元素(見圖見圖1.3) Me使使A3點(diǎn)上升，點(diǎn)上升， A4點(diǎn)下降點(diǎn)下降, 第12頁/共115頁一定含量

8、時(shí), A3與A4重合, 相區(qū)封閉; 沒有相變, 與-Fe無限互溶；這類元素有：Cr、Mo、W、V、Ti、Si、P、Al、Be等.但Cr大于7%時(shí), A3點(diǎn)才上升, 小于7%時(shí), A3點(diǎn)下降, 特殊情況.第13頁/共115頁(2)能能縮小縮小相區(qū)相區(qū)的元素的元素(見圖見圖1.4).Me使使A3點(diǎn)上升點(diǎn)上升, A4點(diǎn)下降點(diǎn)下降,第14頁/共115頁使相區(qū)縮小,但不封閉相區(qū)；此類元素有： Nb、B、 Zr、Ta(鉭)等；第15頁/共115頁有關(guān)說明：有關(guān)說明：關(guān)于關(guān)于MeFe相互作用沒有一全面的理論解釋。相互作用沒有一全面的理論解釋。 一般認(rèn)為，這與一般認(rèn)為，這與Me的的 點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣類型Latic

9、e、 Me原子半徑大小原子半徑大小Ra、 原子電子結(jié)構(gòu)及相互作用原子電子結(jié)構(gòu)及相互作用(電化學(xué)作用電化學(xué)作用)等等 共同作用的結(jié)果。共同作用的結(jié)果。第16頁/共115頁 Ni、Mn、Co形成元素，形成元素， 原子半徑與原子半徑與-Fe的差的差Ra很小很小, 化學(xué)性質(zhì)接近化學(xué)性質(zhì)接近(在元素表中位置靠近在元素表中位置靠近), 晶體點(diǎn)陣相同晶體點(diǎn)陣相同(fcc結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)), 與與-Fe無限互溶無限互溶, 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)相區(qū) ;第17頁/共115頁 Cr、Mo、W、V、Ti、Nb bcc結(jié)構(gòu)，與結(jié)構(gòu)，與Fe相同相同,Cr、V與與-Fe原子半徑接近原子半徑接近, 即即Ra小，小， 與與-Fe無限互溶；無限

10、互溶；W、Mo、Ti、Nb Ra大，大， 故形成有限固溶體；故形成有限固溶體；C、N原子半徑小，與原子半徑小，與Fe形成間隙固溶體，形成間隙固溶體， fcc結(jié)構(gòu)間隙尺寸大結(jié)構(gòu)間隙尺寸大(八面體八面體0.52A,四四-0.28A) ，bcc間隙尺寸小間隙尺寸小, C、N在在Fe中溶解度大，故擴(kuò)大中溶解度大，故擴(kuò)大相區(qū)；相區(qū)； 第18頁/共115頁Cu(29)與與Fe(26)點(diǎn)陣相同，點(diǎn)陣相同， Ra相近，周期表中位置相鄰，相近，周期表中位置相鄰， 應(yīng)與應(yīng)與Fe無限互溶，無限互溶， 但實(shí)際上但實(shí)際上Cu在在Fe溶解度很小溶解度很小 (盡管盡管Cu擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)相區(qū))這說明有些影響因素還尚未了解。這說

11、明有些影響因素還尚未了解。Si、Al也是比較特殊的合金元素。也是比較特殊的合金元素。第19頁/共115頁利用利用Me縮小、擴(kuò)大縮小、擴(kuò)大相區(qū)的作用相區(qū)的作用, 可以獲得可以獲得鐵素體鋼鐵素體鋼和和奧氏體鋼奧氏體鋼. 例如：例如： 鋼中加入鋼中加入Cr可得到鐵素體鋼可得到鐵素體鋼, 加入加入Ni、Mn等可得到奧氏體鋼等可得到奧氏體鋼. 但在多元合金中，可能出現(xiàn)相反的情況，但在多元合金中，可能出現(xiàn)相反的情況， 如如Cr是鐵素體形成元素是鐵素體形成元素, 但在但在188不銹鋼中，不銹鋼中， Cr反而能促進(jìn)奧氏體的形成；反而能促進(jìn)奧氏體的形成；第20頁/共115頁四、合金元素與碳的相互作用：四、合金元

12、素與碳的相互作用：一部分一部分MeCC化物；化物；一部分不能，這與一部分不能，這與Me的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)；的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)；1.非碳化物形成元素非碳化物形成元素 有有: Si、Al、Cu、Ni、Co、N、P、S等等,Co、Ni有獨(dú)立碳化物有獨(dú)立碳化物, 但穩(wěn)定性比但穩(wěn)定性比Fe3C小小, 故不會出現(xiàn)。故不會出現(xiàn)。Si、Al有強(qiáng)的石墨化作用有強(qiáng)的石墨化作用, 促進(jìn)促進(jìn)C擴(kuò)散擴(kuò)散GrCu、Ni、Co也促進(jìn)石墨化也促進(jìn)石墨化. 第21頁/共115頁2.碳化物形成元素碳化物形成元素屬過渡族屬過渡族, 其其d殼層電子未填滿程度比鐵高；殼層電子未填滿程度比鐵高； 且未填滿電子數(shù)目越多，且未填滿電子數(shù)目越多， 形

13、成形成C化物趨勢越強(qiáng)，化物趨勢越強(qiáng)，C化物越穩(wěn)定，化物越穩(wěn)定，按按碳化物穩(wěn)定程度碳化物穩(wěn)定程度, 由強(qiáng)到弱的順序由強(qiáng)到弱的順序: TiZrNbVMoWCrMnFe可根據(jù)碳化物熔點(diǎn)高低比較其穩(wěn)定性。表1.1第22頁/共115頁金屬原子半徑比碳化物點(diǎn)陣類型熔點(diǎn)顯微硬度HVFe0.61Fe3C正交晶系1650860HBMn0.6Mn3C正交晶系1520Cr0.6Cr7C3Cr23C6復(fù)雜六方復(fù)雜六方16651550分解21001650V0.57VC面心立方28302100Mo0.56Mo2CMoC密集六方簡單六方2700270016001500W0.55W2CWC密集六方簡單六方27502600分解

14、30001730Ti0.53TiC面心立方32003200Nb0.53NbC面心立方35002055Ta0.52TaC面心立方38751800Zr0.48ZrC面心立方35502700表11 鋼中常見碳化物的結(jié)構(gòu)與性能. 第23頁/共115頁討論：討論：過渡族元素與過渡族元素與C(N、H、B)半徑小的非金屬元半徑小的非金屬元素素, 形成形成具有金屬性質(zhì)具有金屬性質(zhì)， 有很高熔點(diǎn)、極高硬度的化合物。有很高熔點(diǎn)、極高硬度的化合物。碳原子半徑碳原子半徑/金屬原子半徑金屬原子半徑=RC/ RM0.59, 形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物間隙化合物，如：如：Fe3C、Cr7C3、Cr23C6， 熔

15、點(diǎn)較低熔點(diǎn)較低, 穩(wěn)定性較差穩(wěn)定性較差, 加熱時(shí)容易溶入奧氏體中。加熱時(shí)容易溶入奧氏體中。第24頁/共115頁RC/RM0.59時(shí)，時(shí)， 碳原子相對較小，碳原子相對較小， 形成一種簡單密排結(jié)構(gòu)的形成一種簡單密排結(jié)構(gòu)的C化物化物間隙相間隙相, 如如TiC、Mo2C、WC； 例如：例如：VC，fcc結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)， V原子位于原子位于fcc節(jié)點(diǎn)位置上，節(jié)點(diǎn)位置上， C原子規(guī)則分布在原子規(guī)則分布在fcc的的八面體間隙位置八面體間隙位置中，中， 八面體間隙數(shù)目點(diǎn)陣的陣點(diǎn)數(shù)，八面體間隙數(shù)目點(diǎn)陣的陣點(diǎn)數(shù)，如圖如圖。第25頁/共115頁這里，間隙相中的金屬原子形成的點(diǎn)陣與這里，間隙相中的金屬原子形成的點(diǎn)陣與 純

16、金屬的點(diǎn)陣不同屬簡單密排點(diǎn)陣純金屬的點(diǎn)陣不同屬簡單密排點(diǎn)陣, 它的間隙尺寸大于碳原子的直徑它的間隙尺寸大于碳原子的直徑, 可容納碳原子可容納碳原子, 并有明顯的金屬性質(zhì)并有明顯的金屬性質(zhì). 這些碳化物熔點(diǎn)都比較高這些碳化物熔點(diǎn)都比較高, 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好, 加熱時(shí)不易溶解于奧氏體中加熱時(shí)不易溶解于奧氏體中.第26頁/共115頁幾種特殊情況幾種特殊情況A、二種以上金屬原子形成復(fù)雜三元碳化物二種以上金屬原子形成復(fù)雜三元碳化物,如：如：Fe3W3C、Fe3Mo3C屬于屬于M6C型碳化物型碳化物,或或Fe21W2C6、Fe21Mo2C6, 屬屬M(fèi)23C6型型.B、碳化物還可溶入其它元素碳化物還可溶入其

17、它元素.鋼中尚未發(fā)現(xiàn)鋼中尚未發(fā)現(xiàn)Mn的單獨(dú)碳化物的單獨(dú)碳化物, 以以(Fe、Mn)3C形式存在形式存在;Fe3C可溶入一定量的可溶入一定量的Cr、Mo、W、V、Ti, 可寫成可寫成: (Fe、Mn、Cr)3(C、N).室溫時(shí)，室溫時(shí)，F(xiàn)e3C可溶入可溶入1820%Cr、12%W、Mo; 碳還可以被氮、氧等原子所置換碳還可以被氮、氧等原子所置換, 第27頁/共115頁C、很多點(diǎn)陣相同的間隙相可無限互溶很多點(diǎn)陣相同的間隙相可無限互溶例如：例如：VCTiC、TiCZrCD、間隙相間隙相VC、NbC中，中， 碳原子飽和時(shí)：碳原子飽和時(shí)：Me:C1:1；但但C%少時(shí)，少時(shí)， 間隙相中碳原子不飽和，即間隙

18、相中碳原子不飽和，即C原子缺位原子缺位, 有時(shí)近似地表示為：有時(shí)近似地表示為： V4C3、Nb4C3 或或VC0.75、NbC0.75第28頁/共115頁實(shí)際上，實(shí)際上， TiC成分可在成分可在TiC0.3TiC間波動間波動. Fe3W3C是平均成分是平均成分, 實(shí)際可在實(shí)際可在Fe2W4CFe4W2C間波動間波動, 還可溶入其它元素還可溶入其它元素, 故常用故常用M6C表示表示, 將將Fe21W2C6M23C6 E、合金元素溶入碳化物的量與溫度有關(guān)合金元素溶入碳化物的量與溫度有關(guān). 例如例如Cr7C3： 在室溫時(shí)可溶入在室溫時(shí)可溶入38%Fe, 在在1300時(shí)可溶入時(shí)可溶入60%Fe.第29

19、頁/共115頁F、溶入的合金元素對溶入的合金元素對碳化物穩(wěn)定性碳化物穩(wěn)定性產(chǎn)生影響產(chǎn)生影響一般說來，溶入的一般說來，溶入的Me 不能形成碳化物或碳化物穩(wěn)定性較弱時(shí)不能形成碳化物或碳化物穩(wěn)定性較弱時(shí), 將降低原來碳化物的穩(wěn)定性將降低原來碳化物的穩(wěn)定性; 反之則提高其穩(wěn)定性反之則提高其穩(wěn)定性. 例如：例如： 合金鋼的合金鋼的Fe3C常溶入一些強(qiáng)碳化物形成元常溶入一些強(qiáng)碳化物形成元素素, 所以熱處理時(shí)的所以熱處理時(shí)的A化溫度，化溫度， 即碳化物分解溫度比碳鋼要高即碳化物分解溫度比碳鋼要高.第30頁/共115頁微合金鋼加微合金鋼加0.10.3%的的Ti、Nb、V， 形成穩(wěn)定形成穩(wěn)定TiC、NbC、VC

20、, 在在9001000時(shí)很穩(wěn)定時(shí)很穩(wěn)定, 不熔于不熔于A, 抑制抑制A晶粒長大晶粒長大, 冷卻時(shí)，加速冷卻時(shí)，加速A的分解的分解, 但若有但若有1.52.0%Mn存在時(shí)存在時(shí), Mn部分地溶入于部分地溶入于TiC、NbC、VC中中, 降低其穩(wěn)定性降低其穩(wěn)定性, 在在9001000加熱時(shí)加熱時(shí), 部分碳化物溶解部分碳化物溶解, 晶粒易長大，冷卻時(shí)晶粒易長大，冷卻時(shí)A的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 ； 第31頁/共115頁G、當(dāng)加入一種當(dāng)加入一種Me能形成幾種碳化物時(shí)能形成幾種碳化物時(shí),究竟形成究竟形成哪一種碳化物？哪一種碳化物？ 這要取決于這要取決于Me與碳的原子數(shù)量之比與碳的原子數(shù)量之比, 還與熱處理工藝有

21、關(guān)還與熱處理工藝有關(guān).例如例如, Fe-Cr-C在在700時(shí)時(shí), 隨著隨著Cr與與C原子數(shù)量比的增加原子數(shù)量比的增加, 依次形成的碳化物類型：依次形成的碳化物類型： ( F e 、 C r ) 3 C ， ( C r 、 F e ) 7 C 3 ， ( C r 、Fe)23C6.Cr%在中間成分時(shí)在中間成分時(shí), 可形成二種碳化物的混合組織可形成二種碳化物的混合組織: 第32頁/共115頁C1%時(shí)：時(shí)：Cr3%, -Fe(Fe,Cr)3C合金滲碳體合金滲碳體 4 % 時(shí)時(shí) , - F e ( F e , C r ) 3 C (Cr,Fe)7C3 511% -Fe(Cr,Fe)7C3 11%時(shí)時(shí)

22、-Fe(Cr,Fe)23C6再如：再如：V是強(qiáng)碳化物形成元素是強(qiáng)碳化物形成元素, 它在它在Fe3C中溶解度非常小中溶解度非常小, 鋼中鋼中V在在0.1%及以下時(shí)，便可形成及以下時(shí)，便可形成VC； 第33頁/共115頁H、當(dāng)鋼中有幾種碳化物形成元素時(shí)當(dāng)鋼中有幾種碳化物形成元素時(shí),能形成何種碳化物能形成何種碳化物？ 要取決于要取決于含碳量含碳量的高低的高低.當(dāng)當(dāng)C%較低時(shí)較低時(shí), 強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先形成碳化物強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先形成碳化物; 當(dāng)當(dāng)C%較高時(shí)較高時(shí), 弱碳化物形成元素也將形成碳化物弱碳化物形成元素也將形成碳化物, 如鋼中有如鋼中有W、Mo、Cr, 隨隨C%增加依次形成增加依次形成

23、(W,Mo)6CCr23C6Cr7C3Fe3C； 第34頁/共115頁五、合金元素對五、合金元素對Fe-C相圖的影響相圖的影響 1、對奧氏體相區(qū)的影響、對奧氏體相區(qū)的影響A形成元素：形成元素： (圖圖1.5)F形成元素：形成元素： (圖圖1.6) 第35頁/共115頁A形成元素： 如Mn、Ni、Co等使A相區(qū)擴(kuò)大第36頁/共115頁F形成元素：Cr、Mo、V、Ti、A區(qū)縮小直至消失；第37頁/共115頁2、對共析成分的影響、對共析成分的影響共析點(diǎn)共析點(diǎn)(S點(diǎn)點(diǎn))：0.77%C 使使S點(diǎn)左移，共析點(diǎn)左移，共析C%降低降低, 圖圖1.7第38頁/共115頁加4%Mn，共析成分0.6%以下；一些高合

24、金鋼，0.4%C時(shí)過共析鋼，如4Cr13；第39頁/共115頁3、對共晶成分的影響、對共晶成分的影響很多很多Me使共晶萊氏體含使共晶萊氏體含C量降低量降低, E點(diǎn)左移；點(diǎn)左移； 一些高合金鋼，一些高合金鋼，C1%， 鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織=萊氏體，如高速鋼。萊氏體，如高速鋼。 第40頁/共115頁4、對共析溫度的影響、對共析溫度的影響Me溶入溶入F鐵素體，影響鐵素體，影響FA相變相變;Me影響碳化物穩(wěn)定性，影響碳化物穩(wěn)定性， 可增加穩(wěn)定性，加熱時(shí)難于分解，可增加穩(wěn)定性，加熱時(shí)難于分解， 也可降低穩(wěn)定性。也可降低穩(wěn)定性。擴(kuò)大擴(kuò)大A相區(qū)元素，相區(qū)元素，Ni、Mn, 使使A3、A1降低；降低；縮小縮小A區(qū)

25、區(qū)Cr, Mo, W, V, SiA3、A1升高升高(圖圖1.8),第41頁/共115頁第42頁/共115頁有時(shí)加入有時(shí)加入一種或幾種一種或幾種Me, 共析轉(zhuǎn)變在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,如如GCr18Mo AC1758764、 AC3919931第43頁/共115頁六、合金元素對層錯能的影響六、合金元素對層錯能的影響A層錯能反映層錯能反映A的穩(wěn)定性；的穩(wěn)定性；層錯能低層錯能低A穩(wěn)定性好，位錯滑移困難，穩(wěn)定性好，位錯滑移困難， 受力變形時(shí)，利于位錯擴(kuò)展和形成新的層錯。受力變形時(shí)，利于位錯擴(kuò)展和形成新的層錯。例：高例：高M(jìn)n鋼鋼(A鋼鋼)，層錯能低，加工硬化顯著；，層錯能低

26、，加工硬化顯著； 高高Ni鋼鋼(A鋼鋼)，層錯能高，易于塑性變形；，層錯能高，易于塑性變形； Mn、Cr降低降低A層錯能層錯能; Ni、Cu、C提高提高A層錯能；層錯能； 第44頁/共115頁1.3 合金鋼中的相組成合金鋼中的相組成Me加入鋼中形成各種相加入鋼中形成各種相.1.形成固溶體形成固溶體Me可與鐵可與鐵-Fe或或-Fe為基的固溶體為基的固溶體, 一般置換固溶體一般置換固溶體, C、N等形成間隙固溶體；等形成間隙固溶體； 第45頁/共115頁2. 形成具有金屬性質(zhì)的化合物形成具有金屬性質(zhì)的化合物分為二類：分為二類： 一類：一類： 過渡族金屬原子半徑小非金屬元素過渡族金屬原子半徑小非金屬

27、元素 (如如C、N、B等等)碳化物、氮化物、硼化物碳化物、氮化物、硼化物；另一類：另一類： 金屬金屬間金屬金屬間金屬間化合物；金屬間化合物； 第46頁/共115頁氮化物：氮化物：N原子半徑原子半徑0.071nm，比，比C(0.077nm)要要小小,N過渡族金屬元素氮化物過渡族金屬元素氮化物 都是間隙相，簡單密排結(jié)構(gòu)；都是間隙相，簡單密排結(jié)構(gòu)； RN/RM 0.59具有高硬度、高熔點(diǎn)具有高硬度、高熔點(diǎn)(見表見表1.2).第47頁/共115頁氮化物氮化物TiNZrNNbNNb2NVN熔點(diǎn)熔點(diǎn)29502980230024202360硬度硬度HV19941988139617201520氮化物氮化物WN

28、Mo2NCrNCr2NAlN熔點(diǎn)熔點(diǎn)800分解分解895150016502400硬度硬度HV630109315711225表12 鋼中氮化物的熔點(diǎn)和硬度第48頁/共115頁鋼中鋼中N冶煉時(shí)吸收大氣中的冶煉時(shí)吸收大氣中的N帶入；帶入； 或用或用N合金化；合金化； 或表面滲氮氮化物，對鋼組織性能產(chǎn)生影響或表面滲氮氮化物，對鋼組織性能產(chǎn)生影響. 氮化物之間可互相溶解復(fù)合氮化物氮化物之間可互相溶解復(fù)合氮化物.氮化物碳化物之間也可互相溶解碳氮化合物氮化物碳化物之間也可互相溶解碳氮化合物, 如：含氮不銹鋼如：含氮不銹鋼(Cr,Fe)23(C,N)6 含含V、Ti、Nb鋼鋼V(C,N)、Nb(C,N)鋼中可

29、出現(xiàn)氮化物、碳化物、碳氮化合物并存鋼中可出現(xiàn)氮化物、碳化物、碳氮化合物并存. 微合金鋼氮化物彌散、細(xì)晶強(qiáng)化提高強(qiáng)韌性微合金鋼氮化物彌散、細(xì)晶強(qiáng)化提高強(qiáng)韌性; 鋼氮化后滲層鋼氮化后滲層-Fe4N、-Fe23N; 還形成合金氮化物還形成合金氮化物Mo2N、VN、AlN彌彌散強(qiáng)化散強(qiáng)化 第49頁/共115頁硼化物：硼化物：B原子半徑原子半徑0.091nm, 硼化物：復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物硼化物：復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物, 高熔點(diǎn)、高硬度表高熔點(diǎn)、高硬度表1.3第50頁/共115頁硼化物硼化物Ti2BTiBW2BWB-MoB熔點(diǎn)熔點(diǎn)2200277024002350硬度硬度HV2750242037002500硼化

30、物硼化物Mo2BCr2BCrBFe2BFeB熔點(diǎn)熔點(diǎn)21401890205013891540硬度硬度HV2500135012501200170018002000表13 鋼中硼化物的熔點(diǎn)和硬度第51頁/共115頁含含B鋼中存在硼化物，鋼中存在硼化物，表面滲硼形成硼化物表面滲硼形成硼化物. 滲硼時(shí)得滲硼時(shí)得FeB相相 高硬度高硬度, 提高耐磨性提高耐磨性, 脆性較大脆性較大. B吸收中子的能力強(qiáng)吸收中子的能力強(qiáng) 核電站反應(yīng)堆常用核電站反應(yīng)堆常用0.14.5%B高硼鋼高硼鋼 其主要硼化物其主要硼化物Fe2B相相 第52頁/共115頁金屬間化合物：金屬間化合物：低、中合金鋼，第二相主要是：碳、氮化物，

31、低、中合金鋼，第二相主要是：碳、氮化物，高合金鋼、高溫合金，第二相還有高合金鋼、高溫合金，第二相還有金屬間化合物金屬間化合物. 金屬間化合物組元間金屬健結(jié)合金屬間化合物組元間金屬健結(jié)合, 有金屬的特點(diǎn)有金屬的特點(diǎn).常見的有常見的有:相相如如FeCr、CrMn、FeCrMn等；等；AB2相相(即即Laves相相)如如Fe2Mo、Fe2W、Fe2Nb等；等；AB3相相(又稱有序相又稱有序相)如如Ni3Al、Ni3Ti、Fe3Al等；等；A 6 B 7 相相 ( 又 稱又 稱 相 或相 或 相相 ) 如 如 F e 7 W 6 、Fe7Mo6等；等； 這些相均屬拓?fù)涿芘沤Y(jié)構(gòu)，這些相均屬拓?fù)涿芘沤Y(jié)構(gòu)，

32、 是是Me按一定比例構(gòu)成的復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；按一定比例構(gòu)成的復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)； 第53頁/共115頁不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金 常以金屬間化合物作為強(qiáng)化相常以金屬間化合物作為強(qiáng)化相, 有時(shí)金屬間化合物有不良影響有時(shí)金屬間化合物有不良影響, 如增加脆如增加脆性性.當(dāng)當(dāng)Me屬于碳化物形成元素時(shí)屬于碳化物形成元素時(shí), 一般先生成碳化物一般先生成碳化物, 在在Me%超過一定量后超過一定量后, 才形成金屬間化合物才形成金屬間化合物 ；第54頁/共115頁3.非金屬相非金屬相鐵和鐵和Me形成的氧化物、硫化物、硅酸鹽等形成的氧化物、硫化物、硅酸鹽等, 沒有金屬性，屬于非金屬夾雜物沒有金屬性，屬

33、于非金屬夾雜物. 氧化物氧化物屬脆性相分為：屬脆性相分為：簡單氧化物簡單氧化物 FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3復(fù)雜氧化物復(fù)雜氧化物 MgOAl2O3、MnOAl2O3等屬尖晶石等屬尖晶石結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；氧化物在鍛、軋后，氧化物在鍛、軋后， 沿加工方向呈破碎鏈狀分布圖沿加工方向呈破碎鏈狀分布圖1.9a 第55頁/共115頁硫化物MnS、FeS、FeSMnS等塑性高， 熱壓力加工中沿加工方向伸長， 呈纖維狀分布圖1.9b第56頁/共115頁硅酸鹽硅酸鹽鋼中常見，鋼中常見，其中：其中： 2MnOSiO2、MnOSiO2硫化物相似硫化物相似 屬塑性夾雜物屬塑性夾雜物; Al2O

34、3、SiO2 、FeO組成硅酸鹽氧化物相似組成硅酸鹽氧化物相似 屬脆性相屬脆性相.在鋼材檢驗(yàn)中在鋼材檢驗(yàn)中 將脆性硅酸鹽按氧化物評級；將脆性硅酸鹽按氧化物評級； 塑性硅酸鹽按硫化物評級塑性硅酸鹽按硫化物評級. 第57頁/共115頁非金屬夾雜物對性能影響：塑性拉伸內(nèi)縮頸韌窩；KIC微裂紋a疲勞強(qiáng)度疲勞裂紋起源抗腐蝕性能不銹鋼的點(diǎn)蝕、局部腐蝕耐熱鋼熱脆性強(qiáng)度阻礙位錯運(yùn)動；第58頁/共115頁1.4 鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制 強(qiáng)化機(jī)理強(qiáng)化機(jī)理(1)固溶強(qiáng)化和有序強(qiáng)化合金化點(diǎn)陣畸變固溶強(qiáng)化和有序強(qiáng)化合金化點(diǎn)陣畸變 利用利用VC、Ni3Al(2)細(xì)晶強(qiáng)化晶界、層錯阻礙位錯運(yùn)動；細(xì)晶強(qiáng)化晶界、層錯阻礙

35、位錯運(yùn)動； (3)位錯強(qiáng)化高密度位錯；位錯強(qiáng)化高密度位錯；(4)第二相強(qiáng)化；第二相強(qiáng)化； 第59頁/共115頁固溶強(qiáng)化C、N、P強(qiáng)化但不能多第60頁/共115頁細(xì)晶強(qiáng)化晶粒0.25mm0.0025屈服強(qiáng)度100MPa500MPa微合金鋼第61頁/共115頁晶粒細(xì)化對韌性的影響；第62頁/共115頁合金元素對韌性的影響；第63頁/共115頁韌化途徑：韌化途徑：除細(xì)晶強(qiáng)化外除細(xì)晶強(qiáng)化外, 其他機(jī)制使韌性其他機(jī)制使韌性, 脆性脆性；提高韌性途徑提高韌性途徑:(1) 細(xì)化奧氏體晶粒；細(xì)化奧氏體晶粒；(2) 采用特殊冶煉方法和調(diào)整合金化元素采用特殊冶煉方法和調(diào)整合金化元素, 以降低有害元素作用真空去氣、

36、電渣重以降低有害元素作用真空去氣、電渣重熔熔(3) 細(xì)化碳化物顆粒細(xì)化碳化物顆粒, 消除晶界上的碳化物薄消除晶界上的碳化物薄膜膜 fig114；第64頁/共115頁第65頁/共115頁(4) 細(xì)化亞結(jié)構(gòu)調(diào)質(zhì)細(xì)化亞結(jié)構(gòu)調(diào)質(zhì)S回回粒狀碳化物；粒狀碳化物；(5) 利用殘余奧氏體韌化利用殘余奧氏體韌化Ar阻止裂紋擴(kuò)展阻止裂紋擴(kuò)展 裂紋尖端應(yīng)力集中；裂紋尖端應(yīng)力集中；(6) 利用相變誘發(fā)塑性相變擴(kuò)散型、非擴(kuò)散利用相變誘發(fā)塑性相變擴(kuò)散型、非擴(kuò)散型型 回火校直；回火校直；第66頁/共115頁1.5 合金元素在晶界的偏聚合金元素在晶界的偏聚缺陷：位錯、晶界、相界、亞晶界等缺陷：位錯、晶界、相界、亞晶界等.原子

37、排列規(guī)則性破壞點(diǎn)陣畸變原子排列規(guī)則性破壞點(diǎn)陣畸變 畸變能量較高畸變能量較高.為降低系統(tǒng)能量雜質(zhì)缺陷交互作用，為降低系統(tǒng)能量雜質(zhì)缺陷交互作用， 形成氣團(tuán)形成氣團(tuán)刃位錯刃位錯；與晶界結(jié)合產(chǎn)生晶界內(nèi)吸附與晶界結(jié)合產(chǎn)生晶界內(nèi)吸附,即晶界偏聚即晶界偏聚 自發(fā)過程擴(kuò)散過程自發(fā)過程擴(kuò)散過程.對組織、性能產(chǎn)生大的影響對組織、性能產(chǎn)生大的影響 造成晶界強(qiáng)化、晶界脆性、造成晶界強(qiáng)化、晶界脆性、 引起晶間腐蝕、相變時(shí)在缺陷處形核引起晶間腐蝕、相變時(shí)在缺陷處形核. 第67頁/共115頁在晶界偏聚的溶質(zhì)原子濃度在晶界偏聚的溶質(zhì)原子濃度(Cg)溫度溫度: CgCo exp(E/RT) p13其中：其中： Co為溶質(zhì)原子在

38、晶體內(nèi)濃度為溶質(zhì)原子在晶體內(nèi)濃度; E溶質(zhì)原子晶界結(jié)合能溶質(zhì)原子晶界結(jié)合能, 即溶質(zhì)原子在晶內(nèi)和在晶界即溶質(zhì)原子在晶內(nèi)和在晶界 所引起的畸變能之差所引起的畸變能之差, E為正為正, 其值約其值約020kJ/mol. 第68頁/共115頁E值增大值增大，吸附濃度，吸附濃度Cg越大越大.溶質(zhì)基體原子半徑差越大溶質(zhì)基體原子半徑差越大，E越大越大 在缺陷處富集程度越高在缺陷處富集程度越高, Zr、Ti、Nb、MoFe半徑差較大半徑差較大, C、N形成間隙固溶體形成間隙固溶體, 都產(chǎn)生強(qiáng)的內(nèi)吸附都產(chǎn)生強(qiáng)的內(nèi)吸附 B尺寸比尺寸比C、N都大形成置換、間隙固溶體都大形成置換、間隙固溶體 有強(qiáng)的內(nèi)吸附；有強(qiáng)的內(nèi)

39、吸附；溫度升高溫度升高E降低降低Cg降低，降低， 一定溫度以上一定溫度以上CgCo趨于一致趨于一致, 晶界偏聚減弱或消失晶界偏聚減弱或消失 ；第69頁/共115頁例如：結(jié)構(gòu)鋼中微量硼顯著提高淬透性例如：結(jié)構(gòu)鋼中微量硼顯著提高淬透性, 20MnVB0.001%B， 830淬火淬透性最高淬火淬透性最高, 但溫度但溫度時(shí)內(nèi)吸附減弱淬透性時(shí)內(nèi)吸附減弱淬透性； 1100淬火淬透性無差別此時(shí)硼已溶入淬火淬透性無差別此時(shí)硼已溶入A.例如：例如：A不銹鋼固溶處理不銹鋼固溶處理 18-8：1100 加熱水冷，加熱水冷，晶間腐蝕晶間腐蝕第70頁/共115頁內(nèi)吸附是一個(gè)擴(kuò)散過程所以內(nèi)吸附需一定時(shí)內(nèi)吸附是一個(gè)擴(kuò)散過程

40、所以內(nèi)吸附需一定時(shí)間；間； H半徑小半徑小0.046nm 在在0以下擴(kuò)散很快在位錯處形成氣團(tuán)以下擴(kuò)散很快在位錯處形成氣團(tuán). 碳、氮原子要在室溫附近碳、氮原子要在室溫附近 才向晶界偏聚或形成柯氏氣團(tuán)；才向晶界偏聚或形成柯氏氣團(tuán)；磷在磷在350以上；以上；Mo、Nb、V在在500以上才有內(nèi)吸附以上才有內(nèi)吸附.第71頁/共115頁1.6 鋼中微量合金元素的作用鋼中微量合金元素的作用一、鋼中常見的微量元素一、鋼中常見的微量元素鋼中常含有微量甚至鋼中常含有微量甚至痕量痕量元素元素, 大體上有大體上有:(1) 微合金化元素微合金化元素: Ti、V、Nb、Zr、B、N、稀土元素、稀土元素;(2) 凈化、變質(zhì)

41、、控制夾雜物形態(tài)的元素凈化、變質(zhì)、控制夾雜物形態(tài)的元素: B、Ca、Ti、Zr、稀土元素、稀土元素;(3) 改善切削性的元素改善切削性的元素: S、Ca、Pb、Se(硒硒)、Te(碲碲)、Bi(鉍鉍);(4) 有害元素有害元素: P、Pb、Sn、Bi、As(砷砷)、Sb(銻銻); 第72頁/共115頁二、微量元素對鋼的有益作用二、微量元素對鋼的有益作用四個(gè)方面四個(gè)方面:凈化作用、變質(zhì)作用、控制夾雜物形態(tài)、凈化作用、變質(zhì)作用、控制夾雜物形態(tài)、 微合金微合金化化1、凈化作用、凈化作用 B、Re與鋼中與鋼中O、N親和力親和力, 形成難熔化合物爐渣上浮形成難熔化合物爐渣上浮. 可有脫氧可有脫氧, 去氮

42、去氮, 降低鋼中氣體含量降低鋼中氣體含量, 非金屬夾雜物非金屬夾雜物, 改變夾雜物類型改變夾雜物類型, 改善夾雜物分布的作用改善夾雜物分布的作用. B、Zr、Mg、Re等與低熔點(diǎn)元素作用等與低熔點(diǎn)元素作用, 如如Pb、Sn、As、Sb、Bi等等, 形成高熔點(diǎn)金屬間化合物形成高熔點(diǎn)金屬間化合物, 可消除熱脆性可消除熱脆性, 提高鋼的熱塑性提高鋼的熱塑性, 高溫強(qiáng)度；高溫強(qiáng)度； 第73頁/共115頁2、變質(zhì)作用、變質(zhì)作用 B、Re屬表面活性元素屬表面活性元素, 在結(jié)晶中吸附在正在生長的固態(tài)晶核表面在結(jié)晶中吸附在正在生長的固態(tài)晶核表面, 形成薄膜形成薄膜, 阻斷晶體長大所需的原子供應(yīng)阻斷晶體長大所需

43、的原子供應(yīng), 降低了晶體的長大率降低了晶體的長大率.加入加入B、Re可抑制柱狀晶生長可抑制柱狀晶生長, 細(xì)化鑄態(tài)組織細(xì)化鑄態(tài)組織, 減少偏析減少偏析, 改善鋼的成分均勻性改善鋼的成分均勻性, 提高冶金質(zhì)量和型材軋制質(zhì)量提高冶金質(zhì)量和型材軋制質(zhì)量. 第74頁/共115頁3、控制夾雜物形態(tài)、控制夾雜物形態(tài) 呈纖維狀或鏈狀分布的夾雜物最具危害呈纖維狀或鏈狀分布的夾雜物最具危害. 產(chǎn)生帶狀組織產(chǎn)生帶狀組織, 性能出現(xiàn)明顯的各向異性性能出現(xiàn)明顯的各向異性, 橫向韌性、斷裂抗力明顯降低橫向韌性、斷裂抗力明顯降低. 控制方法改變夾雜物成分，使其變硬控制方法改變夾雜物成分，使其變硬.MnS典型的塑性夾雜物典型

44、的塑性夾雜物, 可加入強(qiáng)硫化物形成元素來控制其形態(tài)可加入強(qiáng)硫化物形成元素來控制其形態(tài), 具體方法具體方法: 第75頁/共115頁(1)加入加入ZrZr是硫化物是硫化物, 氧化物形成元素氧化物形成元素, 也是強(qiáng)氮化物也是強(qiáng)氮化物, 碳化物形成元素碳化物形成元素, 它既與它既與N也與也與S結(jié)合結(jié)合. Zr能溶于能溶于MnS, 形成形成(MnZr)S夾雜夾雜, 降低其降低其塑性塑性.(2)加入加入ReRe不是強(qiáng)的氮化物或碳化物形成元素不是強(qiáng)的氮化物或碳化物形成元素, 稀土加入只改善硫化物形態(tài)稀土加入只改善硫化物形態(tài), 不影響氮化物、碳化物不影響氮化物、碳化物. 高強(qiáng)度鋼加高強(qiáng)度鋼加Re控制夾雜物形態(tài)

45、，最有效控制夾雜物形態(tài)，最有效. 第76頁/共115頁(3)加入加入CaCa是強(qiáng)氧化物和硫化物形成元素是強(qiáng)氧化物和硫化物形成元素, 而形成氮化物和碳化物的傾向不強(qiáng)而形成氮化物和碳化物的傾向不強(qiáng). Ca只要達(dá)到只要達(dá)到15ppm(百萬分之一百萬分之一), 就能消除鏈狀的鋁酸鹽和就能消除鏈狀的鋁酸鹽和MnS Ca以以Si-Ca形式加入形式加入, 以氬氣為載體噴射到鋼液之中以氬氣為載體噴射到鋼液之中. 第77頁/共115頁4、微合金化作用、微合金化作用指加入量很少，對性能產(chǎn)生顯著影響，指加入量很少，對性能產(chǎn)生顯著影響， 不超過不超過0.2%, 有時(shí)甚至低于有時(shí)甚至低于0.001%,高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中高強(qiáng)

46、度結(jié)構(gòu)鋼中, 加入微量加入微量Nb、Ti、V等可顯著提高性能等可顯著提高性能. 強(qiáng)化方式沉淀強(qiáng)化強(qiáng)化方式沉淀強(qiáng)化, 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化. 形成形成nm級、分布非常均勻級、分布非常均勻M(C、N)相相, 阻礙位錯運(yùn)動阻礙位錯運(yùn)動, 造成沉淀強(qiáng)化造成沉淀強(qiáng)化; 這些細(xì)小第二相還有釘扎晶界作用這些細(xì)小第二相還有釘扎晶界作用, 強(qiáng)烈阻止晶粒長大；強(qiáng)烈阻止晶粒長大； 第78頁/共115頁鋼的微合金化技術(shù)鋼的微合金化技術(shù) 在近三十年來發(fā)展很快在近三十年來發(fā)展很快, 在低碳在低碳Mn鋼少量強(qiáng)碳化物形成元素鋼少量強(qiáng)碳化物形成元素, 如如Nb、V、Ti, 再經(jīng)再經(jīng)控軋和控冷控軋和控冷, 開發(fā)出開發(fā)出 微合金化微合

47、金化 低碳低碳 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼. 第79頁/共115頁三三. 微量元素對鋼的有害影響微量元素對鋼的有害影響 有害微量元素：有害微量元素：Pb、Bi、Sb、Sn、P、As等等, 在在ppm，對鋼的熱塑性、蠕變強(qiáng)度、，對鋼的熱塑性、蠕變強(qiáng)度、 焊接性、耐腐蝕性等產(chǎn)生有害影響焊接性、耐腐蝕性等產(chǎn)生有害影響, 導(dǎo)致脆性導(dǎo)致脆性, 如回火馬氏體脆性、高溫回火脆性等。如回火馬氏體脆性、高溫回火脆性等。 這些有害元素總量約這些有害元素總量約0.1%左右左右, 由煉鋼原材料帶入由煉鋼原材料帶入, 如礦石、合金元素、廢鋼、耐火材料等如礦石、合金元素、廢鋼、耐火材料等. 第80頁/共115頁 這些元素微

48、量的這些元素微量的,有時(shí)是痕量有時(shí)是痕量(ppm)的的, 常規(guī)分析測不出來常規(guī)分析測不出來.所以其有害程度難以確定所以其有害程度難以確定.近些年近些年, 應(yīng)用現(xiàn)代的俄歇能譜、電子能譜、應(yīng)用現(xiàn)代的俄歇能譜、電子能譜、 離子探針等分析手段離子探針等分析手段, 已可確定一個(gè)已可確定一個(gè)ppm的幾分之一以下的痕量的幾分之一以下的痕量元素元素. 第81頁/共115頁1.7 鋼的分類和編號方法鋼的分類和編號方法了解鋼鐵材料的分類和編號方法了解鋼鐵材料的分類和編號方法, 是為了管理、使用、研究、比較各種鋼材是為了管理、使用、研究、比較各種鋼材.一、鋼的分類一、鋼的分類對鋼進(jìn)行分類是為了滿足各方面的要求對鋼進(jìn)

49、行分類是為了滿足各方面的要求. 各種分類方法間有重復(fù)各種分類方法間有重復(fù).1. 按用途分類按用途分類(1) 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 承受負(fù)荷的結(jié)構(gòu)件，可分為兩類承受負(fù)荷的結(jié)構(gòu)件，可分為兩類: 工程構(gòu)件用鋼：工程構(gòu)件用鋼：第82頁/共115頁 機(jī)器零件用鋼：機(jī)器零件用鋼： 也有按使用部門也有按使用部門,行業(yè)來分類行業(yè)來分類, 例如：造船用鋼、飛機(jī)用鋼、石油用鋼、例如：造船用鋼、飛機(jī)用鋼、石油用鋼、 汽輪機(jī)用鋼、農(nóng)機(jī)用鋼、礦用鋼等等汽輪機(jī)用鋼、農(nóng)機(jī)用鋼、礦用鋼等等. 反應(yīng)了各部門行業(yè)對結(jié)構(gòu)鋼要求的特點(diǎn)反應(yīng)了各部門行業(yè)對結(jié)構(gòu)鋼要求的特點(diǎn), 但同時(shí)也造成了鋼種重復(fù)分類但同時(shí)也造成了鋼種重復(fù)分類; 且過細(xì)分類，不

50、利于各部門行業(yè)交流與勾且過細(xì)分類，不利于各部門行業(yè)交流與勾通通, 限制了一些性能優(yōu)異的新鋼種的推廣和應(yīng)限制了一些性能優(yōu)異的新鋼種的推廣和應(yīng)用用. 第83頁/共115頁(2) 工具鋼工具鋼 按不同的使用和性質(zhì)分為按不同的使用和性質(zhì)分為: 量具刃具鋼、冷作模具鋼、量具刃具鋼、冷作模具鋼、 熱作模具鋼、耐沖擊工具用鋼熱作模具鋼、耐沖擊工具用鋼.(3) 特殊性能鋼特殊性能鋼 是指除了要求力學(xué)性能之外是指除了要求力學(xué)性能之外, 還要求其它一些特殊性能的鋼還要求其它一些特殊性能的鋼, 如不銹耐酸鋼、如不銹耐酸鋼、 耐熱鋼耐熱鋼(包括抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼包括抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼)、 耐磨鋼、低溫用鋼、無磁鋼等等耐磨

51、鋼、低溫用鋼、無磁鋼等等. 第84頁/共115頁2. 按金相組織分類按金相組織分類(1) 按平衡組織按平衡組織 亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、萊氏體鋼亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、萊氏體鋼.(2) 按正火組織按正火組織 珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼鋼. 注意：是有條件的注意：是有條件的, 與鋼材尺寸有關(guān)與鋼材尺寸有關(guān), 常以常以25mm直徑園鋼直徑園鋼, A化后在靜止空氣中冷卻所得組織為準(zhǔn)化后在靜止空氣中冷卻所得組織為準(zhǔn). (3) 按加熱冷卻后是否發(fā)生相變分為按加熱冷卻后是否發(fā)生相變分為 鐵素體鋼、奧氏體鋼、半鐵素體鋼、奧氏體鋼、半F半半M復(fù)相鋼復(fù)相鋼

52、. 第85頁/共115頁3. 按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類(1)按鋼中主要按鋼中主要合金元素合金元素分為分為: 鉻鋼、錳鋼、鉻鎳鋼、鉻錳硅鋼等鉻鋼、錳鋼、鉻鎳鋼、鉻錳硅鋼等.(2)按按質(zhì)量質(zhì)量分類分類 以以S、P限制量劃分限制量劃分, 表表1.4所示所示. 普通質(zhì)量鋼普通質(zhì)量鋼 質(zhì)量鋼質(zhì)量鋼 優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼 高級高級優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼P(yáng)( wt%) 0.040 0.035 0.025 0.025S( wt%) 0.050 0.035 0.025 0.015 0.040與與0.04的區(qū)別？的區(qū)別？第86頁/共115頁4. 按冶煉方法分類按冶煉方法分類根據(jù)根據(jù)冶煉設(shè)備冶煉設(shè)備分為分為: 轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼轉(zhuǎn)爐

53、鋼、電爐鋼(電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼)、 真空感應(yīng)爐鋼、電渣爐鋼等真空感應(yīng)爐鋼、電渣爐鋼等, 平爐鋼已淘汰平爐鋼已淘汰.根據(jù)鋼液根據(jù)鋼液脫氧程度脫氧程度, 碳素鋼分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼碳素鋼分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼, 合金鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼合金鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼. 第87頁/共115頁還可按還可按合金元素總量合金元素總量分為分為: 低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼;按按工藝工藝特點(diǎn)分為特點(diǎn)分為: 鑄鋼、滲碳鋼、易切削鋼、調(diào)質(zhì)鋼等等鑄鋼、滲碳鋼、易切削鋼、調(diào)質(zhì)鋼等等.上述分類方法在實(shí)際中都能遇到上述分類方法在實(shí)際中都能遇到, 且經(jīng)常是幾種分類方法重疊使用

54、且經(jīng)常是幾種分類方法重疊使用. 第88頁/共115頁二二. 鋼的編號方法鋼的編號方法鋼材的種類繁多鋼材的種類繁多, 需要進(jìn)行編號予以需要進(jìn)行編號予以標(biāo)識標(biāo)識.世界各國鋼號兩種表示方法：世界各國鋼號兩種表示方法： 一種：一種：混合編號混合編號 用數(shù)字與元素化學(xué)符號用數(shù)字與元素化學(xué)符號(或代號或代號)表示表示, 中國、俄羅斯、德國等采用中國、俄羅斯、德國等采用; 一種：一種：數(shù)字代碼數(shù)字代碼編號編號, 美國、日本、英國等采用美國、日本、英國等采用. 第89頁/共115頁(一一)、我國的鋼材編號方法、我國的鋼材編號方法我國現(xiàn)行的鋼號編排是按國標(biāo)我國現(xiàn)行的鋼號編排是按國標(biāo)(GB221-79),采用數(shù)字

55、元素符號代號的漢語拼音字母編采用數(shù)字元素符號代號的漢語拼音字母編排排.表表1.5 鋼鐵產(chǎn)品名稱、用途、特性和鋼鐵產(chǎn)品名稱、用途、特性和 工藝方法的符號工藝方法的符號. 第90頁/共115頁第91頁/共115頁1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼用屈服強(qiáng)度第一個(gè)字母用屈服強(qiáng)度第一個(gè)字母Q、屈服強(qiáng)度數(shù)值、屈服強(qiáng)度數(shù)值、 質(zhì)量等級、脫氧方法符號組成質(zhì)量等級、脫氧方法符號組成, 其中質(zhì)量等級有其中質(zhì)量等級有A、B、C、D四個(gè)等級四個(gè)等級.例如例如: Q235-AF, 新鋼種新鋼種Q420、Q460 表示屈服強(qiáng)度不低于表示屈服強(qiáng)度不低于235MPa的的A級沸騰鋼級沸騰鋼. 老牌號：老牌號：A3、B3、C3 ?第92

56、頁/共115頁2.優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼平均含碳量平均含碳量萬分之幾萬分之幾 如如:10鋼、鋼、20鋼、鋼、45鋼鋼, 平均含碳量平均含碳量0.10%、0.20%、0.45% 平均含碳量平均含碳量0.08%的沸騰鋼的沸騰鋼,表示為表示為08F. 錳含量錳含量0.701.20%的的, 應(yīng)將錳標(biāo)出應(yīng)將錳標(biāo)出, 如如30Mn, 表示表示 平均含碳平均含碳0.30%, 含錳含錳0.701.20%的鋼的鋼. 第93頁/共115頁3.碳素工具鋼碳素工具鋼以符號以符號T(碳碳)標(biāo)識標(biāo)識, 含碳量含碳量千分之幾千分之幾表示表示, 含錳量較高的碳素工具鋼含錳量較高的碳素工具鋼, 應(yīng)將錳元素標(biāo)出應(yīng)將錳元素標(biāo)出.例如

57、例如: T8Mn, 表示表示 平均含碳平均含碳0.80%, 含錳含錳0.400.60%的碳的碳工鋼；工鋼； 第94頁/共115頁4.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼按含碳量、合金元素符號及含量的順序表示按含碳量、合金元素符號及含量的順序表示, 含碳量含碳量萬分之幾萬分之幾, 合金元素平均含量合金元素平均含量百分之幾百分之幾表示表示. Me平均量平均量1.5%時(shí)時(shí), 僅標(biāo)元素名稱僅標(biāo)元素名稱, 不標(biāo)含量不標(biāo)含量. 45Mn2平均含碳平均含碳0.45%,含錳含錳1.401.80%； 40Cr平均含碳平均含碳0.40%,含鉻含鉻0.801.10%；說明：加說明：加Mo、V、Ti、Nb、B、N、RE等合金等合金時(shí)

58、時(shí), 雖含量遠(yuǎn)小于雖含量遠(yuǎn)小于1%, 但仍標(biāo)明此合金元素但仍標(biāo)明此合金元素. 20MnVB0.20%C, 1.01.3%Mn, 0.070.22%V, 0.0010.005%B. 第95頁/共115頁有些元素如有些元素如Mn、Si、Cr、Ni等等, 含量也小于含量也小于1%, 但不是合金元素但不是合金元素, 常將其看作是常將其看作是殘留元素殘留元素, 這些元素不標(biāo)出；這些元素不標(biāo)出；5.合金工具鋼合金工具鋼含碳量含碳量千分之幾千分之幾, 且當(dāng)含碳量且當(dāng)含碳量1.0%時(shí)時(shí), 不再標(biāo)出含碳量不再標(biāo)出含碳量; 其合金元素表示方法合金結(jié)構(gòu)鋼相同其合金元素表示方法合金結(jié)構(gòu)鋼相同. 5CrNiMo鋼的含碳

59、量為鋼的含碳量為0.50.6%C. Cr12MoV鋼的含碳量為鋼的含碳量為1.21.4%C. 第96頁/共115頁6.特殊性能鋼特殊性能鋼與合金工具鋼的表示方法基本相同與合金工具鋼的表示方法基本相同. 1Cr13含碳量含碳量0.080.15%， 含鉻量含鉻量12.513.5%的不銹鋼；的不銹鋼； 0Cr13含碳量含碳量0.08%的不銹鋼的不銹鋼第97頁/共115頁(二二).美國的鋼材編號方法美國的鋼材編號方法采用采用各團(tuán)體各團(tuán)體或或?qū)W會學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)來表示的標(biāo)準(zhǔn)來表示, 最常見的最常見的有有美國鋼鐵協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，簡稱美國鋼鐵協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，簡稱AISI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn); American Iron and Stee

60、l Institute Standard, 美國汽車工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)美國汽車工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn), 簡稱為簡稱為SAE標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) American Society of Automotive Engineer Standard. 第98頁/共115頁1、結(jié)構(gòu)鋼、結(jié)構(gòu)鋼用四位數(shù)字表示用四位數(shù)字表示, 前兩位鋼的類別前兩位鋼的類別, 后兩位平均含碳量的萬分之幾后兩位平均含碳量的萬分之幾. 00 碳素或低合金碳素或低合金鑄鋼鑄鋼 01 高強(qiáng)度鑄鋼高強(qiáng)度鑄鋼 10 碳素鋼碳素鋼(1.0%Mn), 如如1030平均含碳平均含碳0.30%的碳素鋼的碳素鋼. 11 易切削碳素鋼易切削碳素鋼, 如如1132平均含碳平均