《建筑金屬材》ppt課件

1、第第05章章 建筑金屬資料建筑金屬資料第第 2頁頁n金屬資料是一種或兩種以上的金屬元素或金金屬資料是一種或兩種以上的金屬元素或金屬與某些非金屬元素組成的合金的總稱。屬與某些非金屬元素組成的合金的總稱。n金屬資料普通分為兩大類：金屬資料普通分為兩大類：n黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的鐵金屬黑色金屬：是以鐵元素為主要成分的鐵金屬及其合金，鋼和鐵是鐵碳合金。及其合金，鋼和鐵是鐵碳合金。n含碳量小于含碳量小于2.11的鐵碳合金稱為鋼。的鐵碳合金稱為鋼。n含碳量大于含碳量大于2.11的鐵碳合金稱為生鐵。的鐵碳合金稱為生鐵。n有色金屬：是除黑色金屬以外的其它金屬，有色金屬：是除黑色金屬以外的其它金屬，如

2、鋁、鉛、鋅、銅、錫等金屬及其合金，其如鋁、鉛、鋅、銅、錫等金屬及其合金，其中鋁合金是一種重要的輕質(zhì)構(gòu)造資料。中鋁合金是一種重要的輕質(zhì)構(gòu)造資料。第第 3頁頁5.1 鋼的消費與分類鋼的消費與分類 n鋼材的消費可鋼材的消費可分為三個過程：分為三個過程：n冶煉冶煉n鑄錠鑄錠n壓力加工壓力加工n其消費流程的其消費流程的概略如下圖。概略如下圖。 第第 4頁頁5.1.1鋼的冶煉鋼的冶煉 n主要的鐵礦石有赤鐵礦主要的鐵礦石有赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦、磁鐵礦(Fe3O4)、菱鐵礦菱鐵礦(FeCO3)、褐鐵礦、褐鐵礦Fe2O32Fe(OH)3和黃和黃鐵礦鐵礦(FeS2)。 第第 5頁頁n把鐵礦石、焦炭、石灰石

3、把鐵礦石、焦炭、石灰石(助熔劑助熔劑)按一定比例按一定比例裝入高爐中，在爐內(nèi)高溫條件下，焦炭中的裝入高爐中，在爐內(nèi)高溫條件下，焦炭中的碳與礦石中的氧化鐵發(fā)生化學反響，將礦石碳與礦石中的氧化鐵發(fā)生化學反響，將礦石中的鐵復原出來，生成的一氧化碳和二氧化中的鐵復原出來，生成的一氧化碳和二氧化碳由爐頂排出，使礦石中的鐵和氧分別，此碳由爐頂排出，使礦石中的鐵和氧分別，此過程稱為煉鐵。其化學反響式如下：過程稱為煉鐵。其化學反響式如下：n C+FeOFe+CO 第第 6頁頁第第 7頁頁n將鐵在煉鋼爐中進一步熔煉，并供應足夠的氧氣，將鐵在煉鋼爐中進一步熔煉，并供應足夠的氧氣，經(jīng)過爐內(nèi)的高溫氧化作用，部分碳被氧

4、化成一氧化經(jīng)過爐內(nèi)的高溫氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳氣體而逸出，其它雜質(zhì)那么構(gòu)成氧化物進入爐渣碳氣體而逸出，其它雜質(zhì)那么構(gòu)成氧化物進入爐渣中除去，這樣可得到含碳量符合要求的產(chǎn)品，即為中除去，這樣可得到含碳量符合要求的產(chǎn)品，即為鋼，此過程稱為煉鋼。煉鋼的過程根本上是一個氧鋼，此過程稱為煉鋼。煉鋼的過程根本上是一個氧化過程?；^程。 n碳被氧化構(gòu)成碳被氧化構(gòu)成COCO氣體而逸出，硅、錳等構(gòu)成氧化硅氣體而逸出，硅、錳等構(gòu)成氧化硅和氧化錳進入渣中除去；和氧化錳進入渣中除去；n磷和硫在石灰的作用下，構(gòu)成磷和硫在石灰的作用下，構(gòu)成CaOCaO4P2O54P2O5和和CaSCaS，亦進入渣中被排除。亦進

5、入渣中被排除。n在冶煉后期應參與脫氧劑以除去鋼液中的氧，這個在冶煉后期應參與脫氧劑以除去鋼液中的氧，這個步驟稱為步驟稱為“脫氧。常用的脫氧劑有硅鐵、錳鐵和脫氧。常用的脫氧劑有硅鐵、錳鐵和鋁錠等。鋁錠等。 第第 8頁頁煉鋼的主要反響過程煉鋼的主要反響過程: n產(chǎn)生氧化劑：產(chǎn)生氧化劑：2Fe+O2=2FeO 氧氣氧氣n除硅，錳，碳等雜質(zhì)：除硅，錳，碳等雜質(zhì)：n Si+2FeO=SiO2+2Fen Mn+FeO=MnO+Fen C+FeO=CO+Fen造渣：造渣： CaO+SiO2=CaSiO3 生石灰硫、磷雜生石灰硫、磷雜質(zhì)與生石灰作用構(gòu)成爐渣被除去。質(zhì)與生石灰作用構(gòu)成爐渣被除去。n脫氧：脫氧：

6、Si+2FeO=SiO2+2Fe 脫氧劑：硅鐵，錳脫氧劑：硅鐵，錳鐵調(diào)理合金元素鐵調(diào)理合金元素第第 9頁頁1. 轉(zhuǎn)爐煉鋼法轉(zhuǎn)爐煉鋼法 n轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼n根據(jù)風口位置分：底吹、頂吹、根據(jù)風口位置分：底吹、頂吹、側(cè)吹三種；側(cè)吹三種；n根據(jù)所鼓風的不同分：空氣轉(zhuǎn)根據(jù)所鼓風的不同分：空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐；爐和氧氣轉(zhuǎn)爐；n根據(jù)爐襯資料的不同分：酸性根據(jù)爐襯資料的不同分：酸性轉(zhuǎn)爐和堿性轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐和堿性轉(zhuǎn)爐。n轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是熔化的轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是熔化的高溫鐵水及部分廢鋼。轉(zhuǎn)爐煉高溫鐵水及部分廢鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼不需求另外運用燃料。鋼不需求另外運用燃料。n空氣轉(zhuǎn)爐法只能用來煉制普通空氣轉(zhuǎn)爐法只能用來煉制普

7、通碳素鋼。但其本錢較低。碳素鋼。但其本錢較低。n氧氣轉(zhuǎn)爐法可煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和氧氣轉(zhuǎn)爐法可煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。合金鋼。第第 10頁頁2.平爐煉鋼法平爐煉鋼法 也叫馬丁法也叫馬丁法 n根據(jù)所用耐火資料不同分為堿性平爐和酸性根據(jù)所用耐火資料不同分為堿性平爐和酸性平爐。平爐。 n平爐煉鋼法是以固體或液體生鐵、鐵礦石或平爐煉鋼法是以固體或液體生鐵、鐵礦石或廢鋼作原料。反響所需的熱量是由熄滅氣體廢鋼作原料。反響所需的熱量是由熄滅氣體燃料高爐煤氣，發(fā)生爐煤氣或液體燃料燃料高爐煤氣，發(fā)生爐煤氣或液體燃料重油所提供。重油所提供。 n平爐可煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。但由于設平爐可煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。但由于設備投

8、資較大，燃料熱效率不高，冶煉時間較備投資較大，燃料熱效率不高，冶煉時間較長，故其本錢較高。長，故其本錢較高。n視頻：鞍鋼平改轉(zhuǎn)工程視頻：鞍鋼平改轉(zhuǎn)工程第第 11頁頁3.電爐煉鋼法電爐煉鋼法 n電爐的種類很多，分電弧爐、感應爐、電渣爐三種。電爐鋼電爐的種類很多，分電弧爐、感應爐、電渣爐三種。電爐鋼的質(zhì)量最好，但本錢高，主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊性的質(zhì)量最好，但本錢高，主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)碳素鋼和特殊性能鋼。能鋼。n表表51 三種煉鋼法列表比較三種煉鋼法列表比較 爐名爐名原料原料氧的來源氧的來源熱的來源熱的來源產(chǎn)品及優(yōu)缺陷產(chǎn)品及優(yōu)缺陷轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐液態(tài)生鐵液態(tài)生鐵空氣空氣雜質(zhì)氧化時雜質(zhì)氧化時放出的熱放出的

9、熱出鋼快，不用燃料，設備簡單。鐵的耗出鋼快，不用燃料，設備簡單。鐵的耗損率較大，管理不便。鋼質(zhì)量較差。損率較大，管理不便。鋼質(zhì)量較差。氧氣氧氣出鋼快，不用燃料，設備簡單。鋼質(zhì)量出鋼快，不用燃料，設備簡單。鋼質(zhì)量較高。較高。平爐平爐廢鐵、廢鋼廢鐵、廢鋼及鐵礦石及鐵礦石空氣、氧化空氣、氧化鐵、鐵礦石鐵、鐵礦石氣體燃料熄氣體燃料熄滅滅制合金鋼。質(zhì)量高，管理方便。反響時制合金鋼。質(zhì)量高，管理方便。反響時間較長，耗費燃料，建立費用高。間較長，耗費燃料，建立費用高。電爐電爐同上同上氧化鐵、鐵氧化鐵、鐵礦石礦石電能電能制鎢等高級合金鋼。反響時間較平爐短，制鎢等高級合金鋼。反響時間較平爐短，管理方便，電能耗費

10、量大，本錢高。管理方便，電能耗費量大，本錢高。第第 12頁頁5.1.2 鋼的鑄錠鋼的鑄錠 n冶煉后的鋼水注入錠模，澆鑄成柱狀的鋼錠鋼坯，這種冶煉后的鋼水注入錠模，澆鑄成柱狀的鋼錠鋼坯，這種工藝稱為鑄錠。工藝稱為鑄錠。 n在鑄錠冷卻過程中，由于鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中的溶解在鑄錠冷卻過程中，由于鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中的溶解度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導致度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導致化學成分在鋼錠截面上分布不均勻，這種景象稱為化學偏析，化學成分在鋼錠截面上分布不均勻，這種景象稱為化學偏析，其中尤以硫、磷最為嚴重。偏析景象對鋼的質(zhì)量有很大影響。其中尤以硫

11、、磷最為嚴重。偏析景象對鋼的質(zhì)量有很大影響。 n根據(jù)脫氧程度的不同，澆鑄的鋼錠可分為：根據(jù)脫氧程度的不同，澆鑄的鋼錠可分為： n沸騰鋼：是脫氧不完全的鋼。沸騰鋼中碳和有害雜質(zhì)磷、硫沸騰鋼：是脫氧不完全的鋼。沸騰鋼中碳和有害雜質(zhì)磷、硫等的偏析嚴重，再加上鋼的致密程度較差，使它的沖擊韌性等的偏析嚴重，再加上鋼的致密程度較差，使它的沖擊韌性和可焊性較差，特別是低溫沖擊韌性的降低更為顯著。但本和可焊性較差，特別是低溫沖擊韌性的降低更為顯著。但本錢較低。錢較低。n鎮(zhèn)靜鋼：是脫氧完全的鋼。是質(zhì)量較好的鋼種，但本錢較高。鎮(zhèn)靜鋼：是脫氧完全的鋼。是質(zhì)量較好的鋼種，但本錢較高。n半鎮(zhèn)靜鋼：其脫氧程度和材質(zhì)介于上

12、述兩種鋼之間。半鎮(zhèn)靜鋼：其脫氧程度和材質(zhì)介于上述兩種鋼之間。 n特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，質(zhì)量最特殊鎮(zhèn)靜鋼：比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，質(zhì)量最好。好。第第 13頁頁兩鋼錠的縱剖面兩鋼錠的縱剖面 (A)沸騰鋼縱剖面圖沸騰鋼縱剖面圖 (B)鎮(zhèn)靜鋼縱剖面圖鎮(zhèn)靜鋼縱剖面圖第第 14頁頁5.1.3 鋼的壓力加工鋼的壓力加工 n壓力加工可分為冷加工和熱加工。壓力加工可分為冷加工和熱加工。n熱加工是將鋼錠加熱到塑性形狀，依托外力來改動熱加工是將鋼錠加熱到塑性形狀，依托外力來改動外形的加工。常用的熱加工方式有碾軋和鍛造。外形的加工。常用的熱加工方式有碾軋和鍛造。n1.碾軋：將鋼坯加熱

13、碾軋：將鋼坯加熱9001250至塑性形狀，至塑性形狀，軋成所需外形的鋼材。工程上常用的鋼筋、工字鋼、軋成所需外形的鋼材。工程上常用的鋼筋、工字鋼、角鋼及鋼板等都是碾軋制成的。角鋼及鋼板等都是碾軋制成的。n2.鍛造：將鋼材加熱至塑性形狀，用錘擊或靜壓的鍛造：將鋼材加熱至塑性形狀，用錘擊或靜壓的方法，使之加工成一定外形的制品。如建筑及機械方法，使之加工成一定外形的制品。如建筑及機械用的鋼零件。用的鋼零件。 n鋼材經(jīng)熱加工后，其內(nèi)部氣泡由于外力的擠壓而焊鋼材經(jīng)熱加工后，其內(nèi)部氣泡由于外力的擠壓而焊合，疏松組織密實，從而提高了鋼的強度和質(zhì)量，合，疏松組織密實，從而提高了鋼的強度和質(zhì)量，普通碾軋的次數(shù)越

14、多，鋼的強度提高也越大。普通碾軋的次數(shù)越多，鋼的強度提高也越大。第第 15頁頁5.1.4 鋼的分類鋼的分類 n1.按化學成分分類按化學成分分類 n當鋼材組分元素中含量僅次于鐵元素的成分為碳時，當鋼材組分元素中含量僅次于鐵元素的成分為碳時，那么稱為碳素鋼；那么稱為碳素鋼；n當鋼材組分元素中含量僅次于鐵元素的成分為其他當鋼材組分元素中含量僅次于鐵元素的成分為其他合金元素時，那么稱為合金鋼。合金元素時，那么稱為合金鋼。 n(1)碳素鋼碳素鋼根據(jù)含碳量多少，碳素鋼可分為：根據(jù)含碳量多少，碳素鋼可分為：n低碳鋼：含碳量低碳鋼：含碳量0.25以下。以下。n中碳鋼：含碳量中碳鋼：含碳量0.250.6。n高碳

15、鋼：含碳量大于高碳鋼：含碳量大于0.6。n(2)合金鋼合金鋼根據(jù)合金元素的含量，合金鋼可分為：根據(jù)合金元素的含量，合金鋼可分為：n低合金鋼：合金元素總含量小于低合金鋼：合金元素總含量小于5；n中合金鋼：合金元素總含量在中合金鋼：合金元素總含量在510之間；之間；n高合金鋼：合金元素總含量大于高合金鋼：合金元素總含量大于10。 第第 16頁頁2.按用途分類按用途分類 n鋼材按照用途可分為構(gòu)造鋼、工具鋼和特殊鋼材按照用途可分為構(gòu)造鋼、工具鋼和特殊性能鋼三類。性能鋼三類。n1構(gòu)造鋼：工程構(gòu)造構(gòu)件用鋼、機械制造構(gòu)造鋼：工程構(gòu)造構(gòu)件用鋼、機械制造用鋼。用鋼。n2工具鋼：根據(jù)化學成分不同分碳素工具工具鋼：

16、根據(jù)化學成分不同分碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼，廣泛用于各鋼、合金工具鋼和高速工具鋼，廣泛用于各種刃具、模具、量具等。種刃具、模具、量具等。n3特殊性能鋼：具有特殊物理、化學或機特殊性能鋼：具有特殊物理、化學或機械性能的鋼，多為高合金鋼，如不銹鋼、耐械性能的鋼，多為高合金鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、磁性鋼等。熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、磁性鋼等。第第 17頁頁 3. 按質(zhì)量雜質(zhì)含量分類按質(zhì)量雜質(zhì)含量分類 n根據(jù)鋼材中所含有害雜質(zhì)的多少工業(yè)用鋼可分為：根據(jù)鋼材中所含有害雜質(zhì)的多少工業(yè)用鋼可分為： n(1)普通鋼：含硫量普通鋼：含硫量0.050；含磷量；含磷量0.045。 n(2)優(yōu)質(zhì)鋼

17、：含硫量優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.035；含磷量；含磷量0.035。n(3)高級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量高級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.025；含磷量；含磷量0.025。n(4)特級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量特級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.015；含磷量；含磷量0.025。n在土木工程中常用的鋼種是普通碳素構(gòu)造鋼和普通在土木工程中常用的鋼種是普通碳素構(gòu)造鋼和普通低合金構(gòu)造鋼。低合金構(gòu)造鋼。第第 18頁頁5.2 建筑鋼材的主要技術(shù)性能建筑鋼材的主要技術(shù)性能 n鋼材的技術(shù)性質(zhì)主要包括力學性能和工藝性鋼材的技術(shù)性質(zhì)主要包括力學性能和工藝性能兩個方面。能兩個方面。 n5.2.1力學性能力學性能 n主要技術(shù)目的有：抗拉屈服強度、抗拉極限主要技術(shù)目的有：

18、抗拉屈服強度、抗拉極限強度、伸長率、韌性和硬度等。強度、伸長率、韌性和硬度等。 n1.拉伸性能拉伸性能 拉伸實驗視頻拉伸實驗視頻 第第 19頁頁低碳鋼拉伸的應力應變曲線低碳鋼拉伸的應力應變曲線 圖圖5 59 9 低碳鋼拉伸的應力應變曲線低碳鋼拉伸的應力應變曲線第第 20頁頁硬鋼的屈服強度硬鋼的屈服強度 n規(guī)定產(chǎn)生剩余變形為原標距長度的規(guī)定產(chǎn)生剩余變形為原標距長度的0.2時所對應的時所對應的應力值，作為硬鋼的屈服強度，也稱條件屈服點，應力值，作為硬鋼的屈服強度，也稱條件屈服點，用用0.2表示。表示。第第 21頁頁屈強比屈強比 n屈服強度和抗拉強度之比。屈服強度和抗拉強度之比。n屈強比能反映鋼材的

19、利用率和構(gòu)造平安可靠程度。屈強比能反映鋼材的利用率和構(gòu)造平安可靠程度。n屈強比越小，其構(gòu)造的平安可靠程度越高，不易因屈強比越小，其構(gòu)造的平安可靠程度越高，不易因部分超載而呵斥脆性斷裂而破壞；部分超載而呵斥脆性斷裂而破壞；n屈強比過小，又闡明鋼材強度的利用率偏低，呵斥屈強比過小，又闡明鋼材強度的利用率偏低，呵斥鋼材浪費。鋼材浪費。n建筑構(gòu)造鋼合理的屈強比普通為建筑構(gòu)造鋼合理的屈強比普通為0.600.75。nQ225鋼材的屈服比為鋼材的屈服比為0.580.63n普通的合金鋼的屈強比在普通的合金鋼的屈強比在0.670.75之間。之間。 s=b/屈強比第第 22頁頁兩種鋼材的選用兩種鋼材的選用 n察看

20、圖中察看圖中、兩種低碳鋼的應力兩種低碳鋼的應力-應變曲線的差別。討論：應變曲線的差別。討論： n(1) 假設對于變形要求嚴厲的構(gòu)件，假設對于變形要求嚴厲的構(gòu)件，、兩種低碳鋼選用誰兩種低碳鋼選用誰者更適宜。者更適宜。 n(2) 運用運用、兩種鋼材，哪一個平安性較高。兩種鋼材，哪一個平安性較高。 兩種低碳鋼的應力兩種低碳鋼的應力- -應變曲線應變曲線第第 23頁頁2.塑性塑性 n鋼材的塑性通常用伸長率和斷面收縮率表示。鋼材的塑性通常用伸長率和斷面收縮率表示。 n1伸長率伸長率n n通常以通常以5和和10分另表示分另表示L05d0和和L010 d0時的伸時的伸長率。對于同一種鋼材，其長率。對于同一種

21、鋼材，其5 10。 100100lll %第第 24頁頁n2斷面收縮率斷面收縮率() n式中：式中：0試件原始截面積；試件原始截面積；n 1試件拉斷后頸縮處的截面積。試件拉斷后頸縮處的截面積。n伸長率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑伸長率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的才干。伸長率越大或斷面收縮率越性變形的才干。伸長率越大或斷面收縮率越高，闡明鋼材塑性越大。高，闡明鋼材塑性越大。 010AAA 第第 25頁頁3.沖擊韌性沖擊韌性 n沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的才干。沖擊韌性是經(jīng)過夏沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的才干。沖擊韌性是經(jīng)過夏比比V型缺口沖擊實驗來測定的。將規(guī)范彎曲試樣置于沖型

22、缺口沖擊實驗來測定的。將規(guī)范彎曲試樣置于沖擊機的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)。用擺錘打斷試件，擊機的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)。用擺錘打斷試件，測得試件單位截面積上所耗費的功，作為沖擊韌性目的，用測得試件單位截面積上所耗費的功，作為沖擊韌性目的，用沖擊值沖擊值ak表示，單位為表示，單位為J/cm2。 nF試件斷口處的截面積；試件斷口處的截面積；nAk沖斷試件所耗費的功。沖斷試件所耗費的功。kkAaF沖擊韌性實驗沖擊韌性實驗第第 26頁頁影響鋼材沖擊韌性的要素影響鋼材沖擊韌性的要素 n鋼材的沖擊韌性對鋼的化學成分、鋼材的沖擊韌性對鋼的化學成分、內(nèi)部組織形狀，以及冶煉、軋制內(nèi)部組織形狀，以及

23、冶煉、軋制質(zhì)量都較敏感。質(zhì)量都較敏感。n鋼中磷、硫含量較高，存在偏析鋼中磷、硫含量較高，存在偏析或非金屬夾雜物，以及焊接中構(gòu)或非金屬夾雜物，以及焊接中構(gòu)成的微裂紋等，都會使沖擊值顯成的微裂紋等，都會使沖擊值顯著降低。著降低。 n沖擊值與實驗溫度有關(guān)。沖擊值與實驗溫度有關(guān)。n當?shù)竭_某一溫度范圍時，沖擊值當?shù)竭_某一溫度范圍時，沖擊值忽然大幅度下降，資料無明顯塑忽然大幅度下降，資料無明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性，這時的溫質(zhì)稱為鋼材的冷脆性，這時的溫度稱為脆性臨界溫度。度稱為脆性臨界溫度。n通常根據(jù)氣溫條件規(guī)定通常根據(jù)氣溫條件規(guī)定20或或40的負溫沖

24、擊值目的。的負溫沖擊值目的。第第 27頁頁時效時效n隨時間的延伸而表現(xiàn)出強度提高，塑性和沖隨時間的延伸而表現(xiàn)出強度提高，塑性和沖擊韌性下降，這種景象稱為時效。擊韌性下降，這種景象稱為時效。n完成時效變化的過程可達數(shù)十年。鋼材如經(jīng)完成時效變化的過程可達數(shù)十年。鋼材如經(jīng)受冷加工變形，或運用中經(jīng)受振動和反復荷受冷加工變形，或運用中經(jīng)受振動和反復荷載的影響，時效可迅速開展。載的影響，時效可迅速開展。n因時效而導致性能改動的程度稱為時效敏感因時效而導致性能改動的程度稱為時效敏感性。性。n時效敏感性愈大的鋼材，經(jīng)過時效以后，其時效敏感性愈大的鋼材，經(jīng)過時效以后，其沖擊韌性和塑性的降低愈顯著，對于接受動沖擊

25、韌性和塑性的降低愈顯著，對于接受動荷載的構(gòu)造物，如橋梁等，應選用時效敏感荷載的構(gòu)造物，如橋梁等，應選用時效敏感性較小的鋼材。性較小的鋼材。 第第 28頁頁普通低合金鋼沖擊韌性目的普通低合金鋼沖擊韌性目的 n時效沖擊功，是按規(guī)范方法將樣坯拉伸后制成試件時效沖擊功，是按規(guī)范方法將樣坯拉伸后制成試件經(jīng)熱處置，然后進展常溫沖擊韌性實驗所得的結(jié)果。經(jīng)熱處置，然后進展常溫沖擊韌性實驗所得的結(jié)果。 kA沖擊功沖擊功J J不小于不小于常溫時常溫時 20204040時效時效595969693030343430303434第第 29頁頁兩種鋼材低溫沖擊韌性的比較兩種鋼材低溫沖擊韌性的比較 n請察看圖中請察看圖中、

26、兩低合金鋼曲線，假設在東北地兩低合金鋼曲線，假設在東北地域，應選用何種鋼更有利？域，應選用何種鋼更有利？ 兩種低合金鋼沖擊值兩種低合金鋼沖擊值- -溫度曲線溫度曲線第第 30頁頁4.耐疲勞性耐疲勞性 n受交變荷載反復作用，受交變荷載反復作用，鋼材在應力低于其屈鋼材在應力低于其屈服強度的情況下忽然服強度的情況下忽然發(fā)生脆性斷裂破壞的發(fā)生脆性斷裂破壞的景象，稱為疲勞破壞。景象，稱為疲勞破壞。 n鋼材在無窮次交變荷鋼材在無窮次交變荷載作用下而不至引起載作用下而不至引起斷裂的最大循環(huán)應力斷裂的最大循環(huán)應力值，稱為疲勞強度極值，稱為疲勞強度極限，實踐丈量時常以限，實踐丈量時常以2106次應力循環(huán)為次應力

27、循環(huán)為基準?；鶞?。 鋼材疲勞曲線表示圖鋼材疲勞曲線表示圖第第 31頁頁5.硬度硬度 n測定鋼材硬度的方法很多，如布氏法、測定鋼材硬度的方法很多，如布氏法、洛氏法和維氏法。建筑鋼材常用的是洛氏法和維氏法。建筑鋼材常用的是布氏法，所測硬度稱布氏硬度。布氏法，所測硬度稱布氏硬度。 n布氏硬度是用一定直徑布氏硬度是用一定直徑D(毫米毫米)的硬的硬質(zhì)鋼球，在規(guī)定荷裁質(zhì)鋼球，在規(guī)定荷裁P(牛頓牛頓)作用下作用下壓入試件外表，并繼續(xù)一定時間后卸壓入試件外表，并繼續(xù)一定時間后卸載，量出壓痕直徑載，量出壓痕直徑d(毫米毫米)，然后計，然后計算每單位壓痕球面積所接受的荷載值，算每單位壓痕球面積所接受的荷載值，即布

28、氏硬度值即布氏硬度值(HB)。計算公式為：。計算公式為： nHB是以是以10MPa計的數(shù)字表示，如計的數(shù)字表示，如HB150，即表示，即表示HB值為值為1500兆帕。兆帕。222PHBD DDd()第第 32頁頁n布氏硬度采用的鋼球直徑布氏硬度采用的鋼球直徑D分為分為10、5、2.5毫毫米三種。實驗時，米三種。實驗時，D和和P應按規(guī)定選取。普通應按規(guī)定選取。普通硬度較大的鋼材應選用較大的硬度較大的鋼材應選用較大的P/D2。nHB140的鋼材，的鋼材，P/D2應采用應采用30，nHB140的鋼材，的鋼材，P/D2那么應采用那么應采用10。n由于壓痕附近的金屬將產(chǎn)生塑性變形，其影由于壓痕附近的金屬

29、將產(chǎn)生塑性變形，其影響深度可達壓痕深度的響深度可達壓痕深度的810倍以上，所以試倍以上，所以試件厚度普通應大于壓痕深度的件厚度普通應大于壓痕深度的10倍。荷載堅倍。荷載堅持時間以持時間以1015s為宜。為宜。 第第 33頁頁n鋼材的鋼材的HB值與抗拉強度之間有較好的相關(guān)關(guān)值與抗拉強度之間有較好的相關(guān)關(guān)系。對于碳素鋼：系。對于碳素鋼：n當當HB175時，時，b0.36HB；n當當HB175時，時，b 0.35HB。n根據(jù)這些關(guān)系，我們可以在鋼構(gòu)造的原位上根據(jù)這些關(guān)系，我們可以在鋼構(gòu)造的原位上測出鋼材的測出鋼材的HB值，并估算出該鋼材的值，并估算出該鋼材的b ，而，而不破壞鋼構(gòu)造本身。不破壞鋼構(gòu)造

30、本身。 n布氏硬度測定法比較準確，用途較廣，其缺布氏硬度測定法比較準確，用途較廣，其缺陷是不能丈量硬度較高陷是不能丈量硬度較高(當當HB450時時)和厚度和厚度太薄的鋼材。太薄的鋼材。 第第 34頁頁5.2.2 工藝性能工藝性能 n1.冷彎性能冷彎性能 n鋼材的冷彎性能目的用試件在常溫下所能接受的彎曲程度表鋼材的冷彎性能目的用試件在常溫下所能接受的彎曲程度表示。彎曲程度那么經(jīng)過試件被彎曲的角度和彎心直徑對試件示。彎曲程度那么經(jīng)過試件被彎曲的角度和彎心直徑對試件厚度或直徑的比值來區(qū)分。厚度或直徑的比值來區(qū)分。鋼材的冷彎鋼材的冷彎冷彎性能視頻冷彎性能視頻 第第 35頁頁2. 焊接性能焊接性能 n鋼

31、材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬下，在焊縫及其附近過熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學性能，特別是強脆傾向，焊接后鋼材的力學性能，特別是強度不低于原有鋼材的強度。度不低于原有鋼材的強度。 n隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性降低。的提高，鋼材的可焊性降低。n鋼材的含碳量超越鋼材的含碳量超越0.25時，可焊性明顯降低；時，可焊性明顯降低；n硫含量較多時，會使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴硫含量較多時，會使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴重降低焊接質(zhì)量。重降低焊接質(zhì)量。第

32、第 36頁頁某運輸廊倒塌某運輸廊倒塌 n某燒結(jié)礦倉庫運輸廊道于某燒結(jié)礦倉庫運輸廊道于1965年年1月發(fā)生倒塌。事故月發(fā)生倒塌。事故發(fā)生時室外氣溫為發(fā)生時室外氣溫為36左右。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及取樣實左右。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及取樣實驗可知所用的沸騰鋼含碳驗可知所用的沸騰鋼含碳0.230.25，含硫，含硫0.06。n事故緣由：事故緣由：n：所運用的鋼材不符合規(guī)范要求，發(fā)生脆性斷裂。：所運用的鋼材不符合規(guī)范要求，發(fā)生脆性斷裂。所用鋼材含碳量及含硫量均超越用于焊接構(gòu)造鋼材所用鋼材含碳量及含硫量均超越用于焊接構(gòu)造鋼材要求，即含碳不超越要求，即含碳不超越0.22，含硫量不超越，含硫量不超越0.055。硫的析出集中點正是弦

33、桿鋼發(fā)生脆性破壞部位。硫的析出集中點正是弦桿鋼發(fā)生脆性破壞部位。 n：斷裂處焊縫低劣，以及焊接構(gòu)造處有應力集中：斷裂處焊縫低劣，以及焊接構(gòu)造處有應力集中景象，助長了此衍架的斷裂破壞。經(jīng)檢查，多處焊景象，助長了此衍架的斷裂破壞。經(jīng)檢查，多處焊縫明顯未焊透，有焊瘤，夾雜缺陷，焊接質(zhì)量差?？p明顯未焊透，有焊瘤，夾雜缺陷，焊接質(zhì)量差。5.3 鋼材的組成構(gòu)造及對性能的影響鋼材的組成構(gòu)造及對性能的影響 5.3.1 純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變 第第 38頁頁1.金屬的結(jié)晶概念金屬的結(jié)晶概念 n金屬的晶格即原子的有序陳列以下三種類型：金屬的晶格即原子的有序陳列以下三種類型：體心立方體、面心立方體和嚴

34、密六方體。體心立方體、面心立方體和嚴密六方體。面心立方點陣面心立方點陣 體心立方點陣體心立方點陣 密排六方點陣密排六方點陣 第第 39頁頁n金屬晶體存在許多間隙，間隙對金屬的性能、合金金屬晶體存在許多間隙，間隙對金屬的性能、合金相變等都有重要影響。相變等都有重要影響。n位于位于4個原子所組成的四面體中間的間隙稱為四面體個原子所組成的四面體中間的間隙稱為四面體間隙間隙n位于位于6個原子所組成的八面體中間的間隙稱為八面體個原子所組成的八面體中間的間隙稱為八面體間隙間隙 體心立方點陣四面體間隙體心立方點陣四面體間隙 面心立方點陣四面體間隙面心立方點陣四面體間隙 密排六方點陣四面體間隙密排六方點陣四面

35、體間隙 體心立方點陣八面體間隙體心立方點陣八面體間隙 面心立方點陣八面體間隙面心立方點陣八面體間隙 密排六方點陣八面體間隙密排六方點陣八面體間隙 第第 40頁頁多晶體多晶體n金屬的結(jié)晶過程，由于各個金屬的結(jié)晶過程，由于各個晶體在長大過程中相互接觸晶體在長大過程中相互接觸和制約，使各個晶體構(gòu)成不和制約，使各個晶體構(gòu)成不規(guī)那么外形。規(guī)那么外形。n單個的這種不規(guī)那么的小晶單個的這種不規(guī)那么的小晶體稱為晶粒。晶粒與晶粒間體稱為晶粒。晶粒與晶粒間的分界面稱為晶界。由很多的分界面稱為晶界。由很多的晶粒再組成多晶體。的晶粒再組成多晶體。 n金屬資料都是多晶體構(gòu)造。金屬資料都是多晶體構(gòu)造。就單個晶體而言是各向

36、異性就單個晶體而言是各向異性的，但就多晶體來講那么是的，但就多晶體來講那么是各向同性的，所以金屬資料各向同性的，所以金屬資料都是各向同性的。都是各向同性的。 第第 41頁頁 2.純鐵的同素異構(gòu)晶體轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)晶體轉(zhuǎn)變 n某些金屬結(jié)晶之后，當溫度改動時，某些金屬結(jié)晶之后，當溫度改動時，它的晶格類型還會隨之變化，此變它的晶格類型還會隨之變化，此變化稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。晶格發(fā)生轉(zhuǎn)化稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。晶格發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度稱為臨界溫度。轉(zhuǎn)變的產(chǎn)變的溫度稱為臨界溫度。轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為同素異構(gòu)體。物稱為同素異構(gòu)體。 n純鐵的三種同素異構(gòu)晶體。純鐵的三種同素異構(gòu)晶體。 n鐵：溫度下降到鐵：溫度下降到1535直

37、接由液直接由液態(tài)鐵凝固而成，為體心立方晶格；態(tài)鐵凝固而成，為體心立方晶格；n鐵：溫度下降到鐵：溫度下降到0時，由體心立時，由體心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?；方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?；n鐵：溫度下降到鐵：溫度下降到910時，由面心時，由面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格。立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格。 910769的的鐵亦稱鐵亦稱鐵。鐵。 1390910 體心立方體心立方面心立方FeFeFe第第 42頁頁5.3.2 合金的概念合金的概念 n合金是指熔合兩種或兩種以上元素其中至少一種合金是指熔合兩種或兩種以上元素其中至少一種是金屬元素所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。有以是金屬元素所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。

38、有以下三種根本類型：下三種根本類型： n1.固溶體固溶體n固溶體是以一種金屬為溶劑，另一種金屬或非金屬固溶體是以一種金屬為溶劑，另一種金屬或非金屬為溶質(zhì)，共溶后所構(gòu)成的固態(tài)溶液。固溶體中的溶為溶質(zhì)，共溶后所構(gòu)成的固態(tài)溶液。固溶體中的溶劑元素仍堅持原來晶格，溶質(zhì)原子溶解其中?？煞謩┰厝詧猿衷瓉砭Ц瘢苜|(zhì)原子溶解其中?？煞譃橹脫Q固溶和間隙固溶兩種。為置換固溶和間隙固溶兩種。 n當溶質(zhì)原子溶入溶劑中構(gòu)成固溶體時，溶質(zhì)原子占當溶質(zhì)原子溶入溶劑中構(gòu)成固溶體時，溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑點陣的陣點，或者說溶質(zhì)原子置換了溶劑點據(jù)溶劑點陣的陣點，或者說溶質(zhì)原子置換了溶劑點陣的部分溶劑原子，這種固溶體就稱為置換固溶體。

39、陣的部分溶劑原子，這種固溶體就稱為置換固溶體。n溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而構(gòu)成的固溶體稱為溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而構(gòu)成的固溶體稱為間隙固溶體。間隙固溶體。 n固溶強化作用：添加固溶體的強度和硬度。固溶強化作用：添加固溶體的強度和硬度。第第 43頁頁n2.金屬化合物金屬化合物n是兩種元素的原子按一定比例結(jié)合的一種新是兩種元素的原子按一定比例結(jié)合的一種新的化合物。如的化合物。如Fe3C滲碳體，其晶格與原滲碳體，其晶格與原來兩種元素的晶格不同，性質(zhì)也各異，表現(xiàn)來兩種元素的晶格不同，性質(zhì)也各異，表現(xiàn)出非常的硬脆。出非常的硬脆。 n3.機械混合物機械混合物n是兩種組成既不溶解也不化合，而是機械地是

40、兩種組成既不溶解也不化合，而是機械地組合成的一種混合物。這兩種組成物各堅持組合成的一種混合物。這兩種組成物各堅持其各自的晶格和性質(zhì)，其混合物的性質(zhì)取決其各自的晶格和性質(zhì)，其混合物的性質(zhì)取決于各組成物的相對比例。于各組成物的相對比例。 第第 44頁頁5.3.2 鐵碳合金的晶體組織與性能鐵碳合金的晶體組織與性能 n1.鐵素體鐵素體n碳在碳在-Fe中的固溶體，以符號中的固溶體，以符號“F表示。鐵素體內(nèi)表示。鐵素體內(nèi)原子間的空隙較小，常溫下僅能溶碳原子間的空隙較小，常溫下僅能溶碳0.0008，600時時0.0057%，在，在727時溶碳量最大，但也只需時溶碳量最大，但也只需0.0218，由于溶碳量少，

41、其性質(zhì)極其柔軟，強度，由于溶碳量少，其性質(zhì)極其柔軟，強度較低。抗拉強度約為較低。抗拉強度約為180280MPa，伸長率為，伸長率為3050，HB約為約為5080，沖擊韌性約為，沖擊韌性約為160200J/cm2。n2.滲碳體滲碳體n碳和鐵構(gòu)成的化合物碳和鐵構(gòu)成的化合物Fe3C。滲碳體含碳量達。滲碳體含碳量達6.67，晶格構(gòu)造復雜，性質(zhì)非常硬脆，晶格構(gòu)造復雜，性質(zhì)非常硬脆，HB約約800，抗拉強，抗拉強度很低，熔點為度很低，熔點為1600(有資料引見其計算值為有資料引見其計算值為1227,有資料說其熔點為有資料說其熔點為12271600)。工業(yè)上不。工業(yè)上不單獨運用它。它是鐵碳合金中的一種根本組

42、織。單獨運用它。它是鐵碳合金中的一種根本組織。 第第 45頁頁針狀和塊狀鐵素體針狀和塊狀鐵素體100倍倍第第 46頁頁n3.珠光體珠光體n鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。兩種成分相間鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。兩種成分相間成片狀存在于同一晶粒內(nèi)，含碳量為成片狀存在于同一晶粒內(nèi)，含碳量為0.77，在珠，在珠光體中鐵素體占光體中鐵素體占88%，滲碳體占，滲碳體占12%，由于鐵素體，由于鐵素體的數(shù)量大大多于滲碳體，所以鐵素體層片要比滲碳的數(shù)量大大多于滲碳體，所以鐵素體層片要比滲碳體厚得多。珠光體性質(zhì)介于鐵素體和滲碳體之間。體厚得多。珠光體性質(zhì)介于鐵素體和滲碳體之間。在腐蝕后用肉眼直接觀看有珍珠光

43、澤，故名珠光體。在腐蝕后用肉眼直接觀看有珍珠光澤，故名珠光體。用符號用符號“P表示。表示。 n4.奧氏體奧氏體n碳在碳在-Fe中的固溶體，以符號中的固溶體，以符號“A表示。只存在于表示。只存在于高溫。碳的溶解度隨著溫度而變，當溫度達高溫。碳的溶解度隨著溫度而變，當溫度達1148時，碳的溶解度達時，碳的溶解度達2.11。 n隨著溫度的降低，碳在隨著溫度的降低，碳在-Fe中的溶解度降低而析出中的溶解度降低而析出二次滲碳體，當冷卻到二次滲碳體，當冷卻到727時，其含碳量降為時，其含碳量降為0.77，奧氏體便分解為珠光體。奧氏體的塑性和韌性，奧氏體便分解為珠光體。奧氏體的塑性和韌性很好。很好。 第第

44、47頁頁片狀珠光體片狀珠光體1000倍倍第第 48頁頁n鐵碳合金在常溫下的根本組織是鐵素體、滲碳體和鐵碳合金在常溫下的根本組織是鐵素體、滲碳體和珠光體三種，它們的機械性能見下表。鐵碳合金的珠光體三種，它們的機械性能見下表。鐵碳合金的性質(zhì)那么取決于這些晶體組織在合金中所占的比例。性質(zhì)那么取決于這些晶體組織在合金中所占的比例。n鐵碳合金室溫時根本組織機械性能鐵碳合金室溫時根本組織機械性能稱號稱號符號符號組織類型組織類型bMPaHBakJ/cm2鐵素體鐵素體F碳在碳在Fe中的固溶體中的固溶體體心立方晶格體心立方晶格2508050160200滲碳體滲碳體Fe3C鐵和碳的化合物復雜鐵和碳的化合物復雜晶格

45、晶格3080000珠光體珠光體P鐵素體與滲碳體的層狀鐵素體與滲碳體的層狀機械混合物機械混合物75018020252432第第 49頁頁5.3.3 鐵碳合金相圖的概念鐵碳合金相圖的概念 n鐵碳合金相圖是在平衡形狀下表示不同成分鐵碳合金相圖是在平衡形狀下表示不同成分的鐵碳合金，在不同溫度下晶體組織變化的的鐵碳合金，在不同溫度下晶體組織變化的一種圖形。它是研討各種晶體組織隨溫度和一種圖形。它是研討各種晶體組織隨溫度和成分變化規(guī)律的圖形。成分變化規(guī)律的圖形。n鐵和碳可以構(gòu)成一系列化合物，如鐵和碳可以構(gòu)成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等，有實意圖義并被深化研討的等，有實意圖義并被深化研討的只

46、是只是Fe-Fe3C部分，通常稱其為部分，通常稱其為 Fe-Fe3C相圖，相圖，又稱為鐵碳平衡圖，此時相圖的組元為又稱為鐵碳平衡圖，此時相圖的組元為Fe和和Fe3C。它表示鐵碳合金在極其緩慢冷卻下各。它表示鐵碳合金在極其緩慢冷卻下各階段的組織構(gòu)造情況。階段的組織構(gòu)造情況。 第第 50頁頁nABCDABCD線是合線是合金的液相線。金的液相線。nAHJECFDAHJECFD線線稱為固相線。稱為固相線。nGSEGSE是奧氏是奧氏體開場分解體開場分解溫度線，又溫度線，又稱上臨界溫稱上臨界溫度線。度線。 nPSKPSK線是下線是下臨界溫度線，臨界溫度線，即奧氏體存即奧氏體存在的下限溫在的下限溫度。度。

47、第第 51頁頁Fe-Fe3C相圖中各點的溫度、碳含量及含相圖中各點的溫度、碳含量及含義義 符號符號溫度溫度, , 碳含量碳含量(C)%(C)%含含 義義A A153515350 0純鐵的熔點純鐵的熔點B B149514950.530.53包晶轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成分包晶轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成分C C114811484.304.30共晶點共晶點 Lc AE+Fe3C Lc AE+Fe3CD D122712276.696.69Fe3CFe3C的熔點的熔點E E114811482.112.11碳在碳在 -Fe -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度F F114811486.696.69Fe3CFe3C的成分的成

48、分 G G9129120 0 -Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(A3)H H149514950.090.09碳在碳在 -Fe -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度 J J149514950.170.17包晶點包晶點LB+ H AJ LB+ H AJ K K7277276.696.69Fe3CFe3C的成分的成分N N4 40 0 -Fe -Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(A4)P P7277270.020.02碳在碳在 -Fe -Fe中的最大溶解度中的最大溶解度S S7277270.770.77共析點共析點(A1) As FP+Fe3C (A1) As FP+Fe3C Q Q6006

49、000.00570.0057600600時碳在時碳在 -Fe -Fe中的溶解度中的溶解度 ( (室溫室溫) )(0.0008)(0.0008) 第第 52頁頁隨著含碳量的添加鋼晶體組織的變化隨著含碳量的添加鋼晶體組織的變化n含碳量在含碳量在0.020.77之間的鋼，晶體組織為鐵素之間的鋼，晶體組織為鐵素體和珠光體，并將具有這兩種組織的鋼通稱為亞共體和珠光體，并將具有這兩種組織的鋼通稱為亞共析鋼。建筑鋼材的含碳量低于析鋼。建筑鋼材的含碳量低于0.77，故是由鐵素，故是由鐵素體和珠光體所組成的。體和珠光體所組成的。 n含碳量為含碳量為0.77的鋼，其晶體組織全部是珠光體，的鋼，其晶體組織全部是珠光

50、體，這種鋼稱為共析鋼。這種鋼稱為共析鋼。 n含碳量在含碳量在0.772.11之間的鋼，晶體組織為珠光之間的鋼，晶體組織為珠光體和滲碳體，而具有這兩種組織的鋼通常稱為過共體和滲碳體，而具有這兩種組織的鋼通常稱為過共析鋼。析鋼。n綜上所述，在常溫下隨著含碳量的添加，鋼中鐵素綜上所述，在常溫下隨著含碳量的添加，鋼中鐵素體含量逐漸減少，滲碳體的含量逐漸增多。體含量逐漸減少，滲碳體的含量逐漸增多。 第第 53頁頁5.3.4 鋼的化學成分對鋼材性能的影響鋼的化學成分對鋼材性能的影響 n1.碳碳 n鋼材的硬度和強度隨含碳鋼材的硬度和強度隨含碳的添加而提高。鋼材的塑的添加而提高。鋼材的塑性、韌性和冷彎性能隨含

51、性、韌性和冷彎性能隨含碳量的添加而下降。當含碳量的添加而下降。當含碳量增至碳量增至1時，強度最時，強度最大，但當含碳量超越大，但當含碳量超越1以后，強度反而下降。以后，強度反而下降。 n碳還是降低鋼材可焊性的碳還是降低鋼材可焊性的元素之一，含碳量超越元素之一，含碳量超越0.3時，鋼的可焊性顯著降時，鋼的可焊性顯著降低。低。n碳還會降低鋼的塑性，添碳還會降低鋼的塑性，添加鋼的冷脆性和時效敏感加鋼的冷脆性和時效敏感性，降低抗大氣銹蝕性。性，降低抗大氣銹蝕性。 第第 54頁頁 2.硅硅 n硅是在煉鋼時作為脫氧劑參與的，它都能從鋼水的硅是在煉鋼時作為脫氧劑參與的，它都能從鋼水的FeO中奪中奪取氧，生成

52、氧化物以降低鋼中的含氧量。硅的氧化物與鋼水取氧，生成氧化物以降低鋼中的含氧量。硅的氧化物與鋼水中堿性氧化物能進一步構(gòu)成硅酸鹽，反響式如下：中堿性氧化物能進一步構(gòu)成硅酸鹽，反響式如下： n Si2FeOSiO2Fen SiO2CaOCaSiO3 n 或或 SiO2Fe2O3CCOFe2SiO4n硅在普通碳素鋼中含量為硅在普通碳素鋼中含量為0.10.4，硅的脫氧才干較錳還強。，硅的脫氧才干較錳還強。硅溶入鐵素體可提高鋼的強度和硬度。但由于硅在碳鋼中的硅溶入鐵素體可提高鋼的強度和硬度。但由于硅在碳鋼中的含量很低，因此這一效果并不明顯。假設作為合金元素參與含量很低，因此這一效果并不明顯。假設作為合金元

53、素參與鋼中，使含量提高到鋼中，使含量提高到1.01.2時，鋼材的抗拉強度可提高時，鋼材的抗拉強度可提高1520，但塑性和韌性明顯下降，焊接性能變差，并添加，但塑性和韌性明顯下降，焊接性能變差，并添加鋼材的冷脆性。鋼材的冷脆性。 第第 55頁頁3.錳錳 n錳也是煉鋼時為脫氧及脫硫參與鋼水中的，構(gòu)成錳也是煉鋼時為脫氧及脫硫參與鋼水中的，構(gòu)成MnO及及MnS。n MnOFeSMnSFeO n MnFeOMnOFe n錳能消減硫和氧所引起的熱脆性。溶于鐵素體的錳可提高鋼錳能消減硫和氧所引起的熱脆性。溶于鐵素體的錳可提高鋼材的強度。鋼中含錳量在材的強度。鋼中含錳量在0.8以下時，錳對鋼的性能影響不以下時

54、，錳對鋼的性能影響不顯著。假設將錳作為合金元素參與鋼中，使鋼中錳的含量提顯著。假設將錳作為合金元素參與鋼中，使鋼中錳的含量提高到高到0.81.2或者更高，就成為力學性能優(yōu)于普通碳鋼的錳或者更高，就成為力學性能優(yōu)于普通碳鋼的錳鋼。但當錳含量大于鋼。但當錳含量大于1.0時，在提高強度的同時，塑性及韌時，在提高強度的同時，塑性及韌性有所降低，可焊性變差，耐腐蝕性降低。性有所降低，可焊性變差，耐腐蝕性降低。 n普通碳素鋼中，錳含量為普通碳素鋼中，錳含量為0.250.8，在低合金鋼中的含量，在低合金鋼中的含量普通為普通為12。錳在低合金鋼中的作用主要是：溶于鐵素體。錳在低合金鋼中的作用主要是：溶于鐵素體

55、中使其強化，降低奧氏體的分解溫度，起到細化珠光體的作中使其強化，降低奧氏體的分解溫度，起到細化珠光體的作用，使強度提高。用，使強度提高。 n有的合金鋼含錳量高達有的合金鋼含錳量高達1114，稱高錳鋼。，稱高錳鋼。第第 56頁頁4.磷磷 n磷是煉鋼原料中帶入的有害元素。磷溶入鐵素體時，磷是煉鋼原料中帶入的有害元素。磷溶入鐵素體時，可使鋼的強度、硬度添加，并顯著降低其塑性和韌可使鋼的強度、硬度添加，并顯著降低其塑性和韌性。當鋼中含磷量達性。當鋼中含磷量達0.3時，鋼完全變脆，沖擊韌時，鋼完全變脆，沖擊韌性接近于零，這種景象稱為冷脆性。雖然鋼中的磷性接近于零，這種景象稱為冷脆性。雖然鋼中的磷很難到達

56、這個數(shù)量，但鋼中的磷在結(jié)晶時極易偏析，很難到達這個數(shù)量，但鋼中的磷在結(jié)晶時極易偏析，使其部分地域到達較高的磷含量而變脆，冷脆性使使其部分地域到達較高的磷含量而變脆，冷脆性使鋼材不宜在低溫條件下任務。因此在各種質(zhì)量鋼中，鋼材不宜在低溫條件下任務。因此在各種質(zhì)量鋼中，都嚴厲規(guī)定了磷的允許含量范圍，普通碳素鋼中的都嚴厲規(guī)定了磷的允許含量范圍，普通碳素鋼中的含磷量不得超越含磷量不得超越0.045。n磷能有效地改善鋼的切削加工性能，因此在易削鋼磷能有效地改善鋼的切削加工性能，因此在易削鋼中還要提高磷的含量。中還要提高磷的含量。 第第 57頁頁5.硫硫 n硫是鋼中極有害元素。硫不溶于鐵素體，而與鐵化合成硫

57、是鋼中極有害元素。硫不溶于鐵素體，而與鐵化合成FeS。FeS與與Fe在在985時構(gòu)成共晶體。這些低熔點共晶體在結(jié)晶時，時構(gòu)成共晶體。這些低熔點共晶體在結(jié)晶時，總是分布在晶界處，在總是分布在晶界處，在1000以上熱加工時，由于共晶體熔以上熱加工時，由于共晶體熔化，使鋼材產(chǎn)生裂紋。這種景象稱為熱脆性?；?，使鋼材產(chǎn)生裂紋。這種景象稱為熱脆性。n它能降低鋼的機械性能，并可使可焊性和耐蝕性變壞。硫也它能降低鋼的機械性能，并可使可焊性和耐蝕性變壞。硫也有劇烈的偏析作用，添加了危害性。因此在各種質(zhì)量的鋼中有劇烈的偏析作用，添加了危害性。因此在各種質(zhì)量的鋼中也都規(guī)定了硫的允許含量范圍，要求在也都規(guī)定了硫的允許

58、含量范圍，要求在0.055以下。以下。n鋼水中參與錳可減弱硫的有害作用，由于錳可以從鋼水中參與錳可減弱硫的有害作用，由于錳可以從FeS中奪中奪取硫。反響式如下：取硫。反響式如下： n MnFeSMnSFenMnS在在1620熔化，而在鋼的熱加工溫度范圍熔化，而在鋼的熱加工溫度范圍(8001200)內(nèi)，內(nèi)，MnS有較好的塑性，因此不會影響鋼材的熱加工性能。有較好的塑性，因此不會影響鋼材的熱加工性能。第第 58頁頁6.氧氧n氧是冶煉氧化過程中進入鋼水，經(jīng)脫氧處置氧是冶煉氧化過程中進入鋼水，經(jīng)脫氧處置后殘留下來的，是鋼中的有害雜質(zhì)。它主要后殘留下來的，是鋼中的有害雜質(zhì)。它主要存在于非金屬夾雜物，少量

59、溶于鐵素體中。存在于非金屬夾雜物，少量溶于鐵素體中。n非金屬夾雜物主要是：非金屬夾雜物主要是：A12O3、FeO、MnO、SiO2以及硅酸鹽等。這些氧化物在鋼經(jīng)鍛壓以及硅酸鹽等。這些氧化物在鋼經(jīng)鍛壓后，普通以鏈狀或條狀分布于鋼中，尤其容后，普通以鏈狀或條狀分布于鋼中，尤其容易分布在晶界處，這時會降低鋼的塑性及韌易分布在晶界處，這時會降低鋼的塑性及韌性，運用時，能夠呵斥工件忽然斷裂。性，運用時，能夠呵斥工件忽然斷裂。n氧有促進時效傾向的作用。氧化物所呵斥的氧有促進時效傾向的作用。氧化物所呵斥的低熔點也使鋼的可焊性變壞。低熔點也使鋼的可焊性變壞。 第第 59頁頁7.氮氮 n氮主要以原子形狀嵌溶于鐵

60、素體中，也可呈化合物氮主要以原子形狀嵌溶于鐵素體中，也可呈化合物方式方式Fe4N存在。存在。n氮對鋼材的性質(zhì)的影響與硫、磷類似，使鋼材的強氮對鋼材的性質(zhì)的影響與硫、磷類似，使鋼材的強度提高，塑性特別是韌性顯著下降。度提高，塑性特別是韌性顯著下降。n溶于鐵素體中的氮，有向晶格的缺陷處挪動、集中溶于鐵素體中的氮，有向晶格的缺陷處挪動、集中的傾向，故可加劇鋼材的時效敏感性和冷脆性，也的傾向，故可加劇鋼材的時效敏感性和冷脆性，也添加熱脆性，降低可焊性。添加熱脆性，降低可焊性。 n假設在鋼中參與適當金屬鋁或鈦，那么氮和它們可假設在鋼中參與適當金屬鋁或鈦，那么氮和它們可生成氮化鋁生成氮化鋁(AlN)或氮化