冷鐓材料基礎(chǔ)知識培訓(xùn)ppt課件

1、冷 鐓 材 料 冷鐓擠壓成型工藝簡介：冷鐓擠壓成型工藝簡介： v緊固件成型工藝中、冷鐓擠技術(shù)是一種主要加工工藝。冷鐓擠屬于金屬壓力加工范疇，在生產(chǎn)中，在常溫狀態(tài)下，對金屬施加外力，使金屬在預(yù)定的模具內(nèi)成形，這種方法通常叫冷鐓。它的主要優(yōu)點(diǎn)概括為以下幾個(gè)方面：va.鋼材利用率高；vb.生產(chǎn)率高；vc.機(jī)械性能好；vd.適于自動(dòng)化生產(chǎn)。v總之，冷鐓擠方法加工緊固件、異形件是一種綜合經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)高的加工方法，是緊固件業(yè)中普遍采用的加工方法，也是一種在國內(nèi)、外廣為利用、很有發(fā)展的先進(jìn)加工方法。v因而如何充分利用、提高金屬的塑性，掌握金屬塑性變形的機(jī)理，研制出科學(xué)合理的緊固件冷鐓擠加工工藝，是冷鐓行業(yè)的

2、目的和宗旨所在。 冷鐓材料的技術(shù)信息v材料牌號：如Cr12MoV、20Mn、SKH9、 M42、1022、306等；v化學(xué)成分：C、Si、Mn、Ni、Cr、P、S等；v熱處理狀態(tài)：退火、淬火、回火、固溶處理、 時(shí)效處理等；v機(jī)械性能：b、s、5、k、HB、 HRC等；v 理解、熟悉和理解這些信息，對我們合理選用和使用冷鐓材料，會有極大的幫助。第一章第一章 金屬材料的基礎(chǔ)知識金屬材料的基礎(chǔ)知識第一節(jié) 金屬材料的性能v金屬材料適應(yīng)冷熱加工的能力，稱為加工工藝性能，簡稱工金屬材料適應(yīng)冷熱加工的能力，稱為加工工藝性能，簡稱工藝性能。工藝性能好的材料易于承受加工，生產(chǎn)成本低；工藝性能。工藝性能好的材料易

3、于承受加工，生產(chǎn)成本低；工藝性能差的材科在承受加工時(shí)工藝復(fù)雜、困難，不易達(dá)到頂藝性能差的材科在承受加工時(shí)工藝復(fù)雜、困難，不易達(dá)到頂期的效果，加工成本也高。期的效果，加工成本也高。一、金屬材料的工藝性能（一鑄造性能略）（一鑄造性能略）（二鍛造性能（二鍛造性能重要零件的毛坯往往要經(jīng)過鍛造工序。材料承受鍛壓成型的能力，重要零件的毛坯往往要經(jīng)過鍛造工序。材料承受鍛壓成型的能力，稱為可鍛性。稱為可鍛性。金屬的鍛造性能可用金屬的塑性和變形抗力金屬的鍛造性能可用金屬的塑性和變形抗力(強(qiáng)度強(qiáng)度)來衡量。金屬來衡量。金屬承受鍛壓時(shí)變形程度大而不產(chǎn)生裂紋，其鍛造性能就好。承受鍛壓時(shí)變形程度大而不產(chǎn)生裂紋，其鍛造性

4、能就好。金屬的冷熱拉伸、壓縮、擠壓和彎曲性能主要取決于材料的塑性和強(qiáng)度。(三三)焊接性能焊接性能金屬材料采用一定的焊接工藝、焊接材料及結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)質(zhì)金屬材料采用一定的焊接工藝、焊接材料及結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力，稱為金屬的焊接性。焊接接頭的能力，稱為金屬的焊接性。影響鋼的焊接性能的主要因素是鋼的含碳量，隨著含碳雖的影響鋼的焊接性能的主要因素是鋼的含碳量，隨著含碳雖的增加，焊后產(chǎn)生裂紋的傾向增大。鋼中其它合金元素的影增加，焊后產(chǎn)生裂紋的傾向增大。鋼中其它合金元素的影響相應(yīng)小些。響相應(yīng)小些。 金屬的鍛造性能取決于材料的成分、組織及加工條件。通常低碳鋼具有較好的可鍛性，低碳鋼的可鍛性最好。隨著含

5、碳量的增加，鋼的可鍛性降低。合金鋼的可鍛性略遜于碳鋼。一般情況下，合金鋼中合金元素含量越多，其可鍛性越差。鑄鐵則不能承受鍛造加工。(四)切削性能金屬材料承受切削加工的難易程度，稱為切削性能。二、金屬材料的力學(xué)性能二、金屬材料的力學(xué)性能v力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下，所表現(xiàn)出來的抵抗變形和破壞的能力以及接受變形的能力。（一強(qiáng)度和塑性強(qiáng)度是衡量材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。塑性強(qiáng)度是衡量材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。塑性是衡量材料在外力作用下接受變形的能力。是衡量材料在外力作用下接受變形的能力。拉伸試驗(yàn)是測定強(qiáng)度和塑性的最普遍方法，該試驗(yàn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)是測定強(qiáng)度和

6、塑性的最普遍方法，該試驗(yàn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)目前通用的標(biāo)準(zhǔn)為目前通用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2282019進(jìn)展，將材料制作成標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，將材料制作成標(biāo)準(zhǔn)試樣或比例試樣，在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上沿試樣軸向緩慢地施加拉力，試樣或比例試樣，在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上沿試樣軸向緩慢地施加拉力，試樣隨拉力的增加而變形，直至斷裂。測得材料的彈性極限、屈試樣隨拉力的增加而變形，直至斷裂。測得材料的彈性極限、屈服極限、強(qiáng)度極限及塑性等主要力學(xué)性能指標(biāo)。服極限、強(qiáng)度極限及塑性等主要力學(xué)性能指標(biāo)。1拉伸試樣2拉伸曲線拉伸曲線拉伸曲線表示試樣拉伸過程中力和變形關(guān)系，可用應(yīng)力延伸拉伸曲線表示試樣拉伸過程中力和變形關(guān)系，可用應(yīng)力延伸率曲線表示，縱坐標(biāo)為應(yīng)力

7、率曲線表示，縱坐標(biāo)為應(yīng)力，=F/S0，橫坐標(biāo)為延伸率，橫坐標(biāo)為延伸率，l/l0。拉伸曲線的形狀與材料有關(guān)，由圖可見，在載荷小的oa階段，試樣在載荷F的作用下均勻伸長，伸長量與載荷的增加成正比。如果此時(shí)卸除載荷，試樣立即回復(fù)原狀，即試樣產(chǎn)生的變形為彈性變形。當(dāng)載荷超過b點(diǎn)以后，試樣會進(jìn)一步產(chǎn)生變形，此時(shí)若卸除載荷，試樣的彈性變形消失，而另一部分變形則保留下來，這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。v 強(qiáng)度是材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。通過拉伸試驗(yàn)所測得的常用的強(qiáng)度是材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。通過拉伸試驗(yàn)所測得的常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。v屈服強(qiáng)度是材料產(chǎn)生

8、屈服時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力值。用符號屈服強(qiáng)度是材料產(chǎn)生屈服時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力值。用符號s表示，單位是表示，單位是N/mm2或或MPa，大小為載荷與試樣原始橫截面積的比值，即：，大小為載荷與試樣原始橫截面積的比值，即：v s =Fs/S0(N/mm2)v v式中：式中： Fs材料屈服時(shí)的載荷材料屈服時(shí)的載荷N）；）；v S0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積mm2）。）。3.強(qiáng)度強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力值。用符號b表示，單位是N/mm2或MPa，其大小為材料最大載荷與試樣原始橫截面積的比值表示，即： b =F/S0(N/mm2) 式中： F 材料屈服時(shí)的載荷N）； S0試樣原始橫截面積mm2）。

9、4塑性塑性金屬材料的塑性指金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。拉伸試驗(yàn)所測得的塑性指標(biāo)有斷后伸長率和斷面收縮率。斷后伸長率，又稱延伸率，標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷后伸長率用表示，指試樣被拉斷后，其標(biāo)距部分所增加的長度與原標(biāo)距比值的百分率。即： =(l1-l0)/l0100%式中： l1試樣被拉斷后標(biāo)距的長度。 l0試樣原始標(biāo)距。斷面收縮率指試樣拉斷后截面積的收縮量與原截面積之比的百分率，用符號斷面收縮率指試樣拉斷后截面積的收縮量與原截面積之比的百分率，用符號表示。表示。（二硬度（二硬度金屬材料的硬度通常是指材料表面抵抗更硬物體壓入時(shí)所引起局部塑性變形的金屬材料的硬度通常是指材料表面抵抗更硬物體壓入時(shí)所引起局

10、部塑性變形的能力。能力。常見的硬度指標(biāo)有布氏硬度常見的硬度指標(biāo)有布氏硬度HB）、洛氏硬度）、洛氏硬度(HR)、維氏硬度、維氏硬度(HV)和里氏硬和里氏硬度度(HL)等。等。 1布氏硬度HB）壓頭的材質(zhì)有淬火鋼球或硬質(zhì)合金兩種，當(dāng)壓頭材質(zhì)為淬火鋼球時(shí)，布氏硬度用HBS表示，適用于測量布氏硬度450的材料；當(dāng)壓頭材質(zhì)為硬質(zhì)合金時(shí)，布氏硬度用HBW表示，適用于測量布氏硬度在450650范圍內(nèi)的材料。)kgf/mm(SFHB2)dDD(DS222洛氏硬度洛氏硬度(HR)用一定載荷將壓頭壓入材料表面，根據(jù)壓痕深度表示硬度值。根據(jù)壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分HRA，HRB和HRC，試驗(yàn)規(guī)范見表3-1 。試

11、驗(yàn)規(guī)范試驗(yàn)規(guī)范3維氏硬度維氏硬度HV）維氏硬度是用一定的載荷將錐面夾角為維氏硬度是用一定的載荷將錐面夾角為136的正四棱錐金剛石壓頭壓入的正四棱錐金剛石壓頭壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，試樣表面就留下壓痕，測量壓痕對角試樣表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，試樣表面就留下壓痕，測量壓痕對角線的長度，計(jì)算壓痕表面積，載荷線的長度，計(jì)算壓痕表面積，載荷F除以壓痕面積除以壓痕面積S所得值即為維氏硬度。維所得值即為維氏硬度。維氏硬度用符號氏硬度用符號HV表示，計(jì)算公式如下：表示，計(jì)算公式如下： )(kgf/mmdF1.8544SFHV22圖1-5 維氏硬度試驗(yàn)示意圖維氏硬度也可按對角線的d值從表中查

12、出，d值為兩對角線的算術(shù)平均值。維氏硬度的結(jié)果表示方法為：硬度值+HV+試驗(yàn)載荷+載荷保持時(shí)間1015秒不標(biāo)注）。例如，640HV3020表示在試驗(yàn)力30kgf作用下保持載荷20秒測定的維氏硬度值為640。4里氏硬度里氏硬度HL） 里氏硬度用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度里氏硬度用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭在距試樣表面沖擊試樣表面，用沖頭在距試樣表面1mm處的回彈速度與沖擊處的回彈速度與沖擊速度的比值計(jì)算硬度值。計(jì)算公式如下：速度的比值計(jì)算硬度值。計(jì)算公式如下： 式中：式中：vR沖擊體回彈速度；沖擊體回彈速度； vA沖擊體沖擊速度。沖擊體沖擊速度。A

13、Rvv1000HL 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和里氏硬度各有優(yōu)缺點(diǎn)：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和里氏硬度各有優(yōu)缺點(diǎn)：布氏硬度由于壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)的平均硬布氏硬度由于壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)的平均硬 度，所以度，所以 測量結(jié)果具有較高的精度和穩(wěn)定性。測量結(jié)果具有較高的精度和穩(wěn)定性。 但操作費(fèi)時(shí)，對試樣表面有一定破壞。但操作費(fèi)時(shí)，對試樣表面有一定破壞。洛氏硬度操作簡單，可以直接讀出硬度值，且壓痕小，不洛氏硬度操作簡單，可以直接讀出硬度值，且壓痕小，不 傷工件。缺點(diǎn)是所測硬度值的離散性較大。傷工件。缺點(diǎn)是所測硬度值的離散性較大。維氏硬度的載荷小、壓痕淺，廣泛用于測定薄工件表面

14、硬維氏硬度的載荷小、壓痕淺，廣泛用于測定薄工件表面硬 化層?；瘜?。里氏硬度操作簡單，便攜性好，廣泛用于現(xiàn)場硬度測量。里氏硬度操作簡單，便攜性好，廣泛用于現(xiàn)場硬度測量。各種硬度試驗(yàn)因其試驗(yàn)條件的不同而不能直接換算，需要查閱專門的表格進(jìn)行換算比較。硬度是材料的重要性能之一，一般情況下，材料的硬度高，其耐磨性能也較好。材料的硬度與強(qiáng)度之間也有一定的關(guān)系，例如，對于未淬硬鋼，布氏硬度與抗拉強(qiáng)度間存在如下的近似換算關(guān)系： b0.362HBS （當(dāng)HBS175） b0.345HBS （當(dāng)HBS175）（三沖擊韌性k）沖擊韌性是衡量材料抵抗沖擊載荷能力大小的指標(biāo)，常用沖擊實(shí)驗(yàn)測定。沖擊韌性是試樣缺口處截面上

15、單位面積所消耗的沖擊功。沖擊韌性用k表示，計(jì)算公式如下： 式中：式中： k試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功J）；）； S試樣缺口處截面積試樣缺口處截面積cm2）。）。）（2kkcmJ/ SA 影響沖擊韌性值大小的因素有材料的化學(xué)成份、冶金質(zhì)量、影響沖擊韌性值大小的因素有材料的化學(xué)成份、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷等。另外，金屬材料的沖擊組織狀態(tài)、表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷等。另外，金屬材料的沖擊韌性隨溫度的降低而下降。韌性隨溫度的降低而下降。金屬材料的強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性四者中真正獨(dú)立的是強(qiáng)金屬材料的強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性四者中真正獨(dú)立的是強(qiáng)度和塑性，硬度與強(qiáng)度有極為密切的

16、關(guān)系，韌性是受強(qiáng)度和度和塑性，硬度與強(qiáng)度有極為密切的關(guān)系，韌性是受強(qiáng)度和塑性的綜合影響；因而，在鑒別金屬材料的力學(xué)性能時(shí)，常塑性的綜合影響；因而，在鑒別金屬材料的力學(xué)性能時(shí)，常常是以強(qiáng)度和塑性為主要指標(biāo)。常是以強(qiáng)度和塑性為主要指標(biāo)。 （四疲勞強(qiáng)度（四疲勞強(qiáng)度金屬材料在遠(yuǎn)低于其屈服極限的交變應(yīng)力長期作用下發(fā)生的斷金屬材料在遠(yuǎn)低于其屈服極限的交變應(yīng)力長期作用下發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，稱為金屬的疲勞。裂現(xiàn)象，稱為金屬的疲勞。圖1-10 材料疲勞斷口宏觀形貌三、機(jī)械性能等級的標(biāo)記制度：三、機(jī)械性能等級的標(biāo)記制度：vGB/T3098. 1對螺栓、螺釘和螺柱以下以螺栓為例的機(jī)械性能等級規(guī)定了一套完整的標(biāo)記制度。G

17、13/T 3098. 1將螺栓的性能等級分為10個(gè)等級，分別標(biāo)記為3. 6、4. 6、4.8、5. 6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9和12.9。v 螺栓機(jī)械性能等級標(biāo)記用兩組數(shù)字表示，兩組數(shù)字中間用符號“”隔離開來。標(biāo)記中“”前的一組數(shù)字表示這一等級的公稱抗拉強(qiáng)度的百分之一。例如4.8級中的4表示這一等級的公稱抗拉強(qiáng)度為400 N/mm2；8.8級中的8表示8.8級螺栓的公稱抗拉強(qiáng)度為800 N / mm2等。v標(biāo)記中的第二部分?jǐn)?shù)字（“”后代表這一性能等級的“屈強(qiáng)比的10倍?！?表示這一等級的螺栓的屈強(qiáng)比為0.6?！?表示這一等級的屈強(qiáng)比為0.8。v 屈強(qiáng)比的高低表示這根螺栓制造的

18、材料被強(qiáng)化程度的高低，即表示該螺栓的物理性能。v對于鋼鐵材料無論采用哪種強(qiáng)化方式：冷作硬化或調(diào)質(zhì)處理，雖然屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度經(jīng)過強(qiáng)化后同時(shí)提高，但這兩個(gè)指標(biāo)被強(qiáng)化的程度是不一樣的屈服點(diǎn)上升幅度總是高于抗拉強(qiáng)度，因此隨著強(qiáng)化程度的增加，屈強(qiáng)比也在升高。一般熱軋正火態(tài)的低碳鋼約為0.6。例如15號鋼未強(qiáng)化時(shí)，屈強(qiáng)比約為0.63，其物理性能為軟態(tài)，經(jīng)過20的冷變形如冷拔產(chǎn)生冷作硬化后，這時(shí)屈強(qiáng)比由0.6上升為0.8，其物理性能為強(qiáng)化態(tài)。v經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的螺栓強(qiáng)化規(guī)律大致與變形強(qiáng)化的一致，只是淬火強(qiáng)化可以使屈強(qiáng)比升得更高0.9）。其物理性能為硬。一、金屬鍵與晶體結(jié)構(gòu)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：價(jià)電子數(shù)目較少13

19、個(gè)），電子層數(shù)較多，原子核對價(jià)電子的引力較弱，價(jià)電子極易脫離原子核形成自由電子，金屬原子成為正離子，如圖1-13所示。自由電子在正離子之間做高速運(yùn)動(dòng)，形成帶負(fù)電的電子氣。金屬原子間這種正離子與自由電子的電性引力結(jié)合，稱為金屬鍵。第二節(jié)第二節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶v 金屬鍵與非金屬原子間的結(jié)合鍵離子鍵和共價(jià)鍵不同。金屬離子間的鍵合力很大，且由大量原子結(jié)合成整體金屬，故金屬的強(qiáng)度高：v自由電子在電場力作用下作定向運(yùn)動(dòng)，使金屬具有導(dǎo)電性；v金屬離子周圍的鍵是等價(jià)的、對稱的，因而金屬原子在空間的位置必須有規(guī)則地排列且勢能最低，即呈晶體結(jié)構(gòu)。v金屬離子在平衡位置上作高速振動(dòng)，溫度越高

20、，振幅越大。金屬的這種結(jié)構(gòu)決定了其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。 取晶格中一個(gè)最基本的幾何單元來表明原子排列的規(guī)律性，這個(gè)最小的幾何單元，稱為“晶胞”。顯然，金屬的結(jié)構(gòu)是由大量晶胞在空間堆垛形成。晶胞各邊的長度a，b，c稱為“晶格常數(shù)”，其大小是以為單位來度量。 金屬材料通常都是晶體，為了便于分析晶體中原子的排列規(guī)律，通常用假想的線條將各原子中心連接起來，使之構(gòu)成一個(gè)空間格架，這種三維的空間格架，稱作“晶格”.常見的晶體結(jié)構(gòu)有三種：即體心立方晶格；面心立方晶格；密排六方晶格。v 為了研究方便，可以把金屬原子看成球形，并且人為規(guī)定與鄰 近的原子是相切的，并將球的半徑規(guī)定為原子半徑。二、晶面、晶向與晶格致密度

21、v如果依晶格中晶胞的長、寬、高取坐標(biāo)系如果依晶格中晶胞的長、寬、高取坐標(biāo)系X、Y、Z，將坐標(biāo)，將坐標(biāo)原點(diǎn)選在一個(gè)頂角原子上，晶格就有了方位和方向，稱為位原點(diǎn)選在一個(gè)頂角原子上，晶格就有了方位和方向，稱為位向。向。三、單晶體與多晶體在單晶體中晶格的位向是一致的。金屬的單晶體很小，約在10-1-10-3cm數(shù)量級。金屬總是以多晶體的形式存在，所以往往看不到金屬的單晶體，金屬單晶體的各向異性也被抵消了。右圖為多晶體示意圖。在自然界中，常?？梢钥吹绞雏}，方解石的單晶體。四、晶體的缺陷金屬晶體的缺陷依照其幾何形狀，分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。金屬晶體的缺陷依照其幾何形狀，分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。（一

22、點(diǎn)缺陷v點(diǎn)缺陷是指晶格中三維尺寸都較小的點(diǎn)狀缺陷，主要包括晶格空位、間隙原子和異質(zhì)原子。v圖1-23為空位和間隙原子，空位指晶格中某些結(jié)點(diǎn)處沒有原子，而間隙原子指晶格間隙中出現(xiàn)多余原子。產(chǎn)生空位和間隙原子的主要原因是由于原子熱運(yùn)動(dòng)使其逃離晶體結(jié)點(diǎn)位置或轉(zhuǎn)移到晶格間隙中。v圖1-24為異質(zhì)原子，一般是其他金屬或非金屬原子置換原晶格中原子或存在原晶格間隙中?？瘴?、間隙原子和異質(zhì)原子缺陷均會引起晶格局部變形，即晶格畸變。晶格畸變引起能量升高，使金屬的強(qiáng)度、硬度和電阻升高。（二線缺陷（二線缺陷線缺陷又稱位錯(cuò)，是指晶體中一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的線缺陷又稱位錯(cuò)，是指晶體中一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)

23、排現(xiàn)象。位錯(cuò)有兩種類型，最簡單的是刃形位錯(cuò)錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)有兩種類型，最簡單的是刃形位錯(cuò).位錯(cuò)的存在對金屬的性能有很大影響，隨著位錯(cuò)數(shù)目的增加，位錯(cuò)的存在對金屬的性能有很大影響，隨著位錯(cuò)數(shù)目的增加，金屬強(qiáng)度先降低后增加，所以金屬晶體中不含位錯(cuò)或含有大量位金屬強(qiáng)度先降低后增加，所以金屬晶體中不含位錯(cuò)或含有大量位錯(cuò)均能使強(qiáng)度提高。錯(cuò)均能使強(qiáng)度提高。（三面缺陷v面缺陷是晶體中二維尺寸較大，一維尺寸較小的呈面狀分布的缺陷，如晶界、亞晶界等。在晶界上原子的無規(guī)則排列，使得晶界的性能與晶內(nèi)差別很大：晶界原子比晶內(nèi)原子易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而容易被腐蝕；晶界原子近于液態(tài)結(jié)構(gòu)，致使晶界熔點(diǎn)低于晶內(nèi)；異類原子和雜質(zhì)

24、在晶界上存在時(shí)能量低，所以晶界是雜質(zhì)原子易于聚集的地方；由于晶界處原子排列無規(guī)則，金屬的塑性變形滑移受到阻礙，致使晶界的強(qiáng)度比晶內(nèi)高。因而，金屬晶粒的大小對金屬的性能有很大影響。（四影響晶粒大小的因素v金屬晶粒的大小是影響金屬性能的重要因素。金屬晶粒的大小是影響金屬性能的重要因素。v晶粒大小與常溫力學(xué)性能的關(guān)系為：晶粒越細(xì)小，金晶粒大小與常溫力學(xué)性能的關(guān)系為：晶粒越細(xì)小，金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性越高。反之晶粒越粗大，金屬屬的強(qiáng)度、塑性、韌性越高。反之晶粒越粗大，金屬的力學(xué)性能越差。的力學(xué)性能越差。v制備細(xì)晶粒材料的措施一般為在結(jié)晶過程提高形核率制備細(xì)晶粒材料的措施一般為在結(jié)晶過程提高形核率和抑制

25、長大率。形核率和長大率的影響因素主要有以和抑制長大率。形核率和長大率的影響因素主要有以下三個(gè)方面：下三個(gè)方面：1過冷度影響形核率N和長大率G與過冷度t關(guān)系，一般隨著過冷度的增加，形核率和長大率先增加后下降。3金屬流動(dòng)與振動(dòng)在金屬結(jié)晶時(shí)如果增加液體流速或給以機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)，都將達(dá)到增加形核率或抑制長大率的效果。2難熔雜質(zhì)的影響高熔點(diǎn)雜質(zhì)的加入對細(xì)化晶粒的作用也非常明顯，由于液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)可以附著在未全部熔解的高熔點(diǎn)雜質(zhì)的顆粒表面，所以加入高熔點(diǎn)雜質(zhì)能提高形核率。第三節(jié) 金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、單晶體的塑性變形 晶體塑性變形的主要形式是滑移和孿生。二、多晶體的塑性變形 多晶體塑性變形時(shí)，每

26、個(gè)晶粒的塑性變形與單晶體塑性變形基本相同，但由于晶界的作用及相鄰晶粒之間位向不同，多晶體的塑性變形與單晶體相比又有所不同。實(shí)際使用的金屬材料幾乎都是多晶體。實(shí)際使用的金屬材料幾乎都是多晶體。（一晶界的影響（一晶界的影響晶界是相鄰兩個(gè)晶粒的邊界，晶界上的原子排列是無規(guī)則的，金屬中的雜質(zhì)原于晶界是相鄰兩個(gè)晶粒的邊界，晶界上的原子排列是無規(guī)則的，金屬中的雜質(zhì)原于往往存在其間，這對于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)形成很大阻力。往往存在其間，這對于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)形成很大阻力。用只有兩個(gè)晶粒的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，變形后試樣出現(xiàn)了所謂“竹節(jié)現(xiàn)象”，如圖139所示。這說明晶界附近晶體的塑變抗力很大。由此可以推斷，多晶體金屬的晶粒越細(xì)小

27、單位體積內(nèi)晶粒數(shù)越多時(shí)，該晶體的塑變抗力越大，即強(qiáng)度越高。（二位向差的作用（二位向差的作用外力的切應(yīng)力分量在外力呈外力的切應(yīng)力分量在外力呈45角度時(shí)最大。角度時(shí)最大。金屬的晶粒越細(xì)時(shí)，其強(qiáng)度越高。細(xì)晶粒的金屬不僅強(qiáng)度高，金屬的晶粒越細(xì)時(shí)，其強(qiáng)度越高。細(xì)晶粒的金屬不僅強(qiáng)度高，塑性也好。塑性也好。在實(shí)際生產(chǎn)中，希望金屬零件的晶粒越細(xì)越好。在很多設(shè)備中，有些重在實(shí)際生產(chǎn)中，希望金屬零件的晶粒越細(xì)越好。在很多設(shè)備中，有些重要零件的晶粒度，被限定在一定級別之內(nèi)，尤其是承受沖擊的構(gòu)件，如要零件的晶粒度，被限定在一定級別之內(nèi)，尤其是承受沖擊的構(gòu)件，如碎煤機(jī)的錘頭和錘扦，細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度高、塑性好，則沖擊韌性

28、也高，碎煤機(jī)的錘頭和錘扦，細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度高、塑性好，則沖擊韌性也高，能夠承受反復(fù)的沖擊而不易產(chǎn)生疲勞損壞。能夠承受反復(fù)的沖擊而不易產(chǎn)生疲勞損壞。三、冷塑性變形對金屬組織和性能影響金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，其內(nèi)部的組織和力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能也發(fā)生一系列的變化，主要的變化是加工硬化，同時(shí)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生形變內(nèi)應(yīng)力。 如：碎煤機(jī)錘頭、磨煤機(jī)襯板、斗輪機(jī)斗齒、冷卷彈簧等都是利用加工硬化進(jìn)一步提高強(qiáng)度的。如：碎煤機(jī)錘頭、磨煤機(jī)襯板、斗輪機(jī)斗齒、冷卷彈簧等都是利用加工硬化進(jìn)一步提高強(qiáng)度的。(一一)加工硬化加工硬化金屬在受外力作用屈服后，如繼續(xù)變形則需要增加應(yīng)金屬在受外力作用屈服后，如繼續(xù)變形則

29、需要增加應(yīng)力，即隨著塑性變形的增加金屬不斷強(qiáng)化、硬化，直力，即隨著塑性變形的增加金屬不斷強(qiáng)化、硬化，直至達(dá)到強(qiáng)度極限。至達(dá)到強(qiáng)度極限。 低碳鋼的加工硬化現(xiàn)象見圖低碳鋼的加工硬化現(xiàn)象見圖141所示，出現(xiàn)了加工硬化后強(qiáng)度可提高所示，出現(xiàn)了加工硬化后強(qiáng)度可提高80以上。建筑以上。建筑用鋼筋須先經(jīng)過冷拔強(qiáng)化。但加工硬化會使金屬的電用鋼筋須先經(jīng)過冷拔強(qiáng)化。但加工硬化會使金屬的電阻增加，耐腐蝕性下降，特別是金屬的塑性韌性下阻增加，耐腐蝕性下降，特別是金屬的塑性韌性下降，甚至趨于零。降，甚至趨于零。金屬的顯微組織：會發(fā)現(xiàn)金屬的晶粒逐漸被拉長，甚金屬的顯微組織：會發(fā)現(xiàn)金屬的晶粒逐漸被拉長，甚至?xí)兂杉?xì)條狀、纖

30、維狀，這說明晶粒發(fā)生碎化，亞至?xí)兂杉?xì)條狀、纖維狀，這說明晶粒發(fā)生碎化，亞晶的數(shù)量增加。晶界和亞晶界數(shù)量的增加，使位錯(cuò)運(yùn)晶的數(shù)量增加。晶界和亞晶界數(shù)量的增加，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，形變抗力加大，導(dǎo)致強(qiáng)度和硬度增加，動(dòng)受阻，形變抗力加大，導(dǎo)致強(qiáng)度和硬度增加，性能：隨著塑性變形量的增加，位錯(cuò)密度增加，使運(yùn)性能：隨著塑性變形量的增加，位錯(cuò)密度增加，使運(yùn)動(dòng)中的位錯(cuò)發(fā)生復(fù)雜的交互作用，位錯(cuò)線相互纏結(jié)、動(dòng)中的位錯(cuò)發(fā)生復(fù)雜的交互作用，位錯(cuò)線相互纏結(jié)、堆積，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，也會使強(qiáng)度、硬度提高，堆積，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，也會使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。塑性、韌性下降。(二二)形變內(nèi)應(yīng)力略）形變內(nèi)應(yīng)力略）四、回

31、復(fù)與再結(jié)晶 形變后的金屬加熱時(shí)，將發(fā)生一系列的組織和性能的變化，變化的主要形式是回復(fù)與再結(jié)晶。(一)回復(fù) 經(jīng)過塑性變形的金屬在加熱溫度較低時(shí)，金屬組織基本不變，硬化現(xiàn)象仍然保留，但內(nèi)應(yīng)力大大消除，這種現(xiàn)象稱為回復(fù)。（二再結(jié)晶塑性變形后的金屬在較低溫度下加熱時(shí)，雖經(jīng)回復(fù)使內(nèi)應(yīng)力大部分消除，但顯微組織和結(jié)構(gòu)沒有明顯的改變，形變儲存能未能完全釋放，金屬組織仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。如繼續(xù)提高加熱溫度，使金屬原子的擴(kuò)散能力增加，這種高能不穩(wěn)定狀態(tài)將消除，晶粒拉長和碎化趨于消失，金屬的組織、性能完全恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。這種變化實(shí)質(zhì)上是一個(gè)重新形核、長大的過程，稱為再結(jié)晶。 再結(jié)晶后的金屬組織與形變前的退火組織相

32、同，加工硬化現(xiàn)象完全消失，位錯(cuò)密度也降至變形前的狀態(tài)，如圖l43所示。v加熱溫度過高，保溫時(shí)間過長，都能使已形成的細(xì)晶粒組織繼續(xù)長大，而成為粗大晶粒的組織，使金屬的性能變壞，這是應(yīng)該力求避免的。v回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大過程中，隨加熱溫度的增加，組織和性能變化如圖145所示。v再結(jié)晶退火在工業(yè)生產(chǎn)中適于冷拔、冷拉的金屬材料。往往在冷拔或冷拉后，安排一道或數(shù)道再結(jié)晶退火工藝，使變形后的金屬恢復(fù)到變形前，再繼續(xù)變形，如冷拔無縫鋼管，冷拉鋼絲、銅絲等。五、熱加工與冷加工的區(qū)別許多重要工件在機(jī)加工前，往往安排一道鍛許多重要工件在機(jī)加工前，往往安排一道鍛造工序，如汽輪機(jī)的主袖、葉輪葉片，發(fā)電造工序，如汽輪

33、機(jī)的主袖、葉輪葉片，發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)、水泵的主軸、齒輪等。機(jī)風(fēng)機(jī)、水泵的主軸、齒輪等。 用金屬學(xué)的觀點(diǎn)來看，凡在金屬的再結(jié)晶溫度以下的用金屬學(xué)的觀點(diǎn)來看，凡在金屬的再結(jié)晶溫度以下的加工變形稱作冷加工，而在再結(jié)晶溫度以上的加工變加工變形稱作冷加工，而在再結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為熱加工。形稱為熱加工。金屬熱加工的塑性變形量大，不會出現(xiàn)加工硬化，可金屬熱加工的塑性變形量大，不會出現(xiàn)加工硬化，可以很快加工成型。在熱加工中，金屬的某些缺陷以很快加工成型。在熱加工中，金屬的某些缺陷(如氣如氣孔、裂紋等孔、裂紋等)可以在高溫下焊合，因而熱加工后金屬的可以在高溫下焊合，因而熱加工后金屬的組織細(xì)密質(zhì)量好。組織細(xì)密質(zhì)

34、量好。第二章第二章 鐵碳相圖及其合金鐵碳相圖及其合金第一節(jié)第一節(jié) 鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)v純鐵從液態(tài)結(jié)晶后得到體心立方晶格的-Fe,隨后又有兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，即面心立方格的-Fe和體心立方格的-Fe 。v碳溶入-Fe和-Fe鐵中所形成的固溶體為鐵素體和奧氏體。當(dāng)含量超過鐵素體和奧氏體的溶解度時(shí)，則會出現(xiàn)金屬化合物相Fe3C，稱做滲碳體。v碳原子溶入-fe 中所形成的固溶體稱做高溫鐵素體。它在1400以上的高溫出現(xiàn)，對工程上應(yīng)用的鐵碳合金的組織和性能沒有什么影響，故不作為鐵碳合金的基本相。固態(tài)鐵碳合金的基本組成相是鐵素體，奧氏體和滲碳體。一、鐵素體一、鐵素體F）v碳原子溶入-Fe中形成

35、的間隙固溶體，稱做鐵素體。由于體心立方格的-Fe的晶體格間隙半徑只有0.036nm，而碳原子半徑為0.077nm，所以鐵素體對碳的溶解度很小。在727時(shí)最大固溶度為0.02%,而在室溫時(shí)固溶度幾乎降為零。鐵素體的力學(xué)性能與純鐵相近，其數(shù)值如下： 抗拉強(qiáng)度b 250Mpa，屈服強(qiáng)度s 140Mpa斷后延伸率11.3 40%-50%沖擊韌性K 200 J/cm2布氏硬度HBS 80由此可見，鐵素體有優(yōu)良的由此可見，鐵素體有優(yōu)良的塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度塑性和韌性，但強(qiáng)度，硬度較低，在鐵碳合金中是軟韌較低，在鐵碳合金中是軟韌相。鐵素體是相。鐵素體是912912以下的平以下的平衡相，也稱做常溫相，在鐵

36、衡相，也稱做常溫相，在鐵碳相圖中用符號碳相圖中用符號F F表示。表示。二、奧氏體二、奧氏體A）v碳原子溶入-Fe中形成的間隙固溶體，稱做奧氏體。具有面心立方格的-Fe的間隙半徑為0.052nm，比-Fe的間隙稍大，在1148時(shí)碳原子在其中的最大固溶度為2.11%。隨著溫度的降低，碳在-Fe中的固溶度下降，在727時(shí)是0.77%。v奧氏體是727以上的平衡相，也稱高溫相。在高溫下，面心立方格晶體的奧氏體具有極好是塑性，所以碳鋼具有良好的軋、鍛等熱加工工藝性能。在鐵碳相圖中，奧氏體通常用符號A表示。三、滲碳體三、滲碳體Fe3C）v滲碳體是鐵與碳原子結(jié)合形成的具有金屬性質(zhì)的復(fù)雜間隙化合物。它的晶體結(jié)

37、構(gòu)復(fù)雜，屬于復(fù)雜八面體結(jié)構(gòu)，分子式為Fe3C，含碳量6.69%。v滲碳體的硬度很高，HV800，但極脆，塑性和韌性幾乎是零，強(qiáng)度b=30Mpa左右。在鐵碳合金中，它是硬脆相，是碳鋼的主要強(qiáng)化相。滲碳體在碳鋼中的含量和形態(tài)對鋼的性能有很大影響。它在鐵碳合金中可以呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀和板狀形態(tài)存在。v在高溫時(shí)，鋼和鑄鐵中的滲碳體在一定時(shí)間會發(fā)生下面的分解反應(yīng)，析出石墨態(tài)的碳。Fe3C 3Fe+C石墨）一、相圖圖形介紹一、相圖圖形介紹v在鐵碳合金系中，含碳量高于6.69%的鐵碳合金性能極脆，沒有使用價(jià)值。因此只研究FeFe3C，即含碳量小于6.69%這一部分，通常稱為FeFe3C相圖，也稱鐵碳合金相圖

38、。v在FeFe3C相圖中，較穩(wěn)定的化合物Fe3C與Fe是組成二元合金的兩個(gè)組元。相圖有三個(gè)部分組成，左上角為包晶相圖。包晶相圖與共晶相圖都是具有三相平衡反應(yīng)的基本相圖，但它是在1400以上發(fā)生的反應(yīng)，在研究和應(yīng)用中對鐵碳合金的組織和性能都沒有什么影響，故不予研究。FeFe3C相圖可簡化為圖2-2的形式。第二節(jié) 鐵 碳 合 金 相 圖圖中的特性點(diǎn) v A點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn)v C點(diǎn)：共晶點(diǎn)v D點(diǎn)： Fe3C的熔點(diǎn)v E點(diǎn)：-Fe中的最大溶碳量v G點(diǎn)：-Fe-Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)v P點(diǎn)：碳在鐵素體中的最大溶解度。v S點(diǎn)：共析點(diǎn) 圖中的特性線 v ACD液相線v AECF固相線v GS、GP 為

39、-Fe固溶體轉(zhuǎn)變線v PSK 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的共析轉(zhuǎn)變線二、六種典型合金二、六種典型合金v工程上使用的鐵碳合金分為鋼和鑄鐵兩大類，它們的區(qū)別在于所含碳量不同。含量碳量大于2.11%的，稱為鑄鐵。在分析鐵碳合金的平衡組織時(shí)，按照組織的不同，習(xí)慣將鋼和鑄鐵分為共在分析鐵碳合金的平衡組織時(shí)，按照組織的不同，習(xí)慣將鋼和鑄鐵分為共析鋼，亞共析鋼，過共析鋼。共晶白口鑄鐵，亞共晶白口鑄鐵和過共晶白析鋼，亞共析鋼，過共析鋼。共晶白口鑄鐵，亞共晶白口鑄鐵和過共晶白口鑄鐵等六種典型合金，如圖口鑄鐵等六種典型合金，如圖23所示。所示。（一共析鋼（一共析鋼圖中合金圖中合金稱為共析鋼，其含碳量為稱為共析鋼，其含碳量

40、為0.77%。（二亞共析鋼（二亞共析鋼圖中合金圖中合金，含碳量低于，含碳量低于0.77%的鋼均稱為亞共析鋼。的鋼均稱為亞共析鋼。（三過共析鋼（三過共析鋼圖中合金圖中合金，含碳量在，含碳量在0.772.11%的鋼的鋼,均統(tǒng)稱為過均統(tǒng)稱為過共析鋼。共析鋼。（四共晶白口鐵（四共晶白口鐵圖中合金圖中合金稱為共晶白口鐵，含碳量為稱為共晶白口鐵，含碳量為4.3。（五亞共晶白口鐵（五亞共晶白口鐵圖中合金圖中合金，含碳量高于，含碳量高于2.11%，低于，低于4.3%的鐵均稱的鐵均稱為亞共晶白口鐵。為亞共晶白口鐵。 （六過共晶白口鐵（六過共晶白口鐵圖中合金圖中合金，含碳量為，含碳量為4.3%6.69%的鐵，均統(tǒng)

41、稱為的鐵，均統(tǒng)稱為過共晶白口鐵。過共晶白口鐵。三、含碳量對鐵碳合金組織和力學(xué)性能的影響三、含碳量對鐵碳合金組織和力學(xué)性能的影響v含碳量小于0.0218%的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵,它的力學(xué)性能與鐵素體基本相同,有良好的塑性和韌性,較低的強(qiáng)度與硬度。v 在鐵碳合金中含碳量變化對組織和性能影響很大。從Fe-Fe3C相圖中可看出，當(dāng)含碳量不同時(shí)，組織將變化。圖2-16為含碳量對碳鋼組織影響的示意圖。v當(dāng)含碳量為0.77%時(shí)，為鐵素體+珠光體；而在過共析鋼中，組織則為珠光體+滲碳體。從示意圖中可以很清楚的得出含碳量變化后這些組織的變化情況。v 含碳量變化后對力學(xué)性能的影響可見圖2-17所示。從圖中可看出，

42、當(dāng)含碳量增加后，碳鋼的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性則下降。這是由于含碳量增加后，碳鋼中的滲碳體在不斷的增加。但是，含碳量超過了這是由于含碳量增加后，碳鋼中的滲碳體在不斷的增加。但是，含碳量超過了0.9%后，由于游離狀態(tài)的二次滲后，由于游離狀態(tài)的二次滲碳體自晶界析出，這些硬而脆的網(wǎng)狀滲碳體包圍住珠光體的晶粒，降低了晶界之間的結(jié)合力，使鋼的脆性增加，碳體自晶界析出，這些硬而脆的網(wǎng)狀滲碳體包圍住珠光體的晶粒，降低了晶界之間的結(jié)合力，使鋼的脆性增加，反而使碳鋼強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)碳鋼的含碳量大于反而使碳鋼強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)碳鋼的含碳量大于1.4%后，在工程上已應(yīng)用很少。后，在工程上已應(yīng)用很少。四、鐵碳合金在

43、工程上的應(yīng)用四、鐵碳合金在工程上的應(yīng)用v 鐵碳合金相圖在選擇和使用材料、金屬加工、熱處理以及選配合金鋼、合金鑄鐵等方面有重要作用。 v 鐵碳合金相圖能很好地反映鋼鐵材料的成分與組織之間的關(guān)系，可根據(jù)工程上的需要選材。白口鑄鐵的硬度高，脆性大，難于加工，只能用作拔絲模、白口鑄鐵的硬度高，脆性大，難于加工，只能用作拔絲模、磨煤機(jī)磨球等。如果在白口鑄鐵中加入足夠的鉻、鎳等合金磨煤機(jī)磨球等。如果在白口鑄鐵中加入足夠的鉻、鎳等合金元素，制成合金白口鐵，則是很好的耐磨材料，在磨煤機(jī)、元素，制成合金白口鐵，則是很好的耐磨材料，在磨煤機(jī)、碎煤機(jī)、灰渣泵、管道內(nèi)襯、噴燃器中有很廣泛的應(yīng)用。碎煤機(jī)、灰渣泵、管道內(nèi)

44、襯、噴燃器中有很廣泛的應(yīng)用。鐵碳合金相圖是選擇熱加工工藝的重要依據(jù)，在鑄鐵、軋鐵碳合金相圖是選擇熱加工工藝的重要依據(jù)，在鑄鐵、軋鍛、焊接和熱處理方面應(yīng)用很廣。鍛、焊接和熱處理方面應(yīng)用很廣。第三章第三章 碳素鋼碳素鋼v目前使用的金屬材料中，碳鋼占有重要地位。工程上使用的碳鋼一般是指含碳量不超過1.，且含有錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)的鐵碳合金。一、常存雜質(zhì)對碳鋼性能的影響一、常存雜質(zhì)對碳鋼性能的影響v碳、錳、硅、硫、磷是碳鋼中的常存元素，統(tǒng)稱五大元素，在煉鋼是要對含量進(jìn)行分析和控制。碳在鋼中的影響已如前述。錳、硅、硫、磷則稱為常存雜質(zhì)，它們的含量對碳鋼的性能也有較大的影響。v（1錳的影響， 錳作為煉鋼時(shí)

45、的脫氧劑而殘存在鋼中。它以置換固溶體的形式溶入鐵素體，可以提高鋼的強(qiáng)度。特別是它能與鋼中的硫，化合形成高熔點(diǎn)的MnS化合物，可消除硫的脆熱性，因而，錳是有益元素。在碳鋼中錳的含量一般不超過1.2%以下。v（2硅的影響， 硅與錳相似，也是煉鋼脫氧是殘存在鋼中的。硅溶入鐵素體可以起固溶強(qiáng)化的作用，但含量增多使鋼變脆，一般控制在0.4%以下。v（3硫的影響 硫是從礦石和燃料中帶來的，雖經(jīng)煉鋼，煉鐵，還未能完全消除而殘存鋼中。硫不溶于鐵，但容易以FeS的形式與FE形成低熔點(diǎn)共晶體并存在與晶界上這種共晶體在958時(shí)熔化，使得在11001200是軋、鍛的鋼材發(fā)生晶間開裂并報(bào)廢，稱為熱脆性，因此硫是有害元素

46、，在鋼中的含量要控制在0.055%以下。當(dāng)鋼中有錳存在是，錳與硫產(chǎn)生高熔點(diǎn)的MnS熔點(diǎn)1620），可以消除硫的熱脆性。v（4磷的影響 磷也是礦石經(jīng)冶煉殘存在鋼中的有害雜質(zhì)，它可以溶入鐵素體中使鋼的韌性下降，并使脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，這種現(xiàn)象稱作冷脆性。磷在鋼中的含量被限制在0.045%以內(nèi)。v除了以上四種常存雜質(zhì)外，還有氫、氧、氮等殘存與鋼中，這些氣體易與形成白點(diǎn)、氣孔和非金屬夾雜物。特別是氧化夾雜，如SiO2、MnO等。這些缺陷的存在，均要使鋼材質(zhì)量下降。二、碳鋼的分類、編號和用途（1碳鋼的分類 碳鋼的分類方法很多，通常按照鋼的含碳量、質(zhì)量和用途分類。按含碳量分為： a 低碳鋼：含碳量0.25；

47、 b 中碳鋼：含碳量在0.250.6之間 c 高碳鋼：含碳量0.6。按鋼的質(zhì)量分為： 普通碳素鋼：鋼中含S0.055，P0.045； 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼中含S0.04，P0.040； 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：鋼中含S0.030，P0.035。按鋼的用途分為： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造工程構(gòu)件(鐵塔、鍋爐支架、廠房鋼結(jié)構(gòu)、 起重設(shè)備和工程機(jī)械結(jié)構(gòu)、水冷壁管、風(fēng)管、榆粉管道、及機(jī)械零 件f抽、齒輪、螺栓、螺母等)。一般為低、中碳鋼。 碳素工具鋼：用于制造各種工具、刀具、刃具、模具、軸承等。一 般屬于高碳鋼。v（2碳鋼的編號及用途 世界上許多工業(yè)國家都有自己的編號方法。我國碳鋼的編號方法按GB70079分為三種。

48、v1碳素結(jié)構(gòu)鋼v 這類鋼的牌號是按照力學(xué)性能中的屈服強(qiáng)度分成五類來編號的,數(shù)字大說明屈服強(qiáng)度值也越高，碳鋼中的含碳量也越高；塑性也就要越低。碳素結(jié)構(gòu)鋼用于制造螺栓、螺母、鋼板、圓鋼以及各類型鋼，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造及建筑等行業(yè)中。由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點(diǎn)，后面的數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，單位是MPa例如Q235表示屈服點(diǎn)s為235 MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。 必要時(shí)鋼號后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級和脫氧方法的符號。質(zhì)量等級符號分別為A、B、C、D。脫氧方法符號：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號，即Z和TZ都可不

49、標(biāo)。例如Q235-AF表示A級沸騰鋼。 專門用途的碳素鋼，例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法，但在鋼號最后附加表示用途的字母。 v2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼v （a） 正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含錳量0.8。編號方法簡單，用兩位數(shù)字表示,數(shù)字表示含碳量的萬分之幾。例如例如20號鋼、號鋼、45號鋼即表示含碳量為號鋼即表示含碳量為0.20、0.45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼號從的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼號從05、08、10、15、20直直到到85。如如20Mn(20錳錳)或或65Mn65錳）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分和力學(xué)性能見表錳）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分和力學(xué)性能見表23。如作焊絲用的寫作

50、如作焊絲用的寫作H08，又如鍋爐用的，又如鍋爐用的20號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可寫作號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可寫作20g或或20鍋），鍋），20g可用作鍋爐鋼板、壓可用作鍋爐鋼板、壓力容器和鍋爐水冷壁及小型汽包等。力容器和鍋爐水冷壁及小型汽包等。（b） 較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含錳量在較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含錳量在0.71.2洲之間。編號方法是在正洲之間。編號方法是在正常含錳量優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號的后面加寫常含錳量優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號的后面加寫Mn(或錳或錳)表示，表示，在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，對于專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號，是在鋼號前面或后面加一在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，對于專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼編號，是在

51、鋼號前面或后面加一個(gè)表示用途的漢字或漢字的拼音符號。個(gè)表示用途的漢字或漢字的拼音符號。v 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用。低碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可用作橋梁起重及工程機(jī)械，鋼結(jié)構(gòu)件，還可滲碳后使用，制作機(jī)械零件；中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可經(jīng)調(diào)質(zhì)后制作軸、齒輪、溫度不超過450的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器和汽缸緊因件；中、高碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼可用作各類彈簧、板黃和鋼絲繩等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般經(jīng)熱處理后使用，或在正火狀態(tài)下供應(yīng)。若含S、P量更低的叫高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，就在鋼號后面加寫A字(或高字)，如20 A(或20高)。 20 A廣泛應(yīng)用于鍋爐的水冷壁管。 3碳素工具鋼：碳素工具鋼： 碳素工具鋼的含碳量一般在碳素工具鋼的含碳量

52、一般在0.65一一1. 3之間。編號方法是用字母之間。編號方法是用字母T(或碳或碳)加加數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳量的千分之幾。例如數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳量的千分之幾。例如T8、T12碳碳8、碳、碳12表示含碳表示含碳量為量為0.8、1.2的碳素工具鋼。鋼號為的碳素工具鋼。鋼號為T7、T8T13(碳碳7、碳、碳8碳碳13)。碳。碳素工具鋼含素工具鋼含S、P量均較少，屬于優(yōu)質(zhì)鋼。量均較少，屬于優(yōu)質(zhì)鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號后加寫若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號后加寫A字字(或高字或高字)，如，如T8A、T12A(碳碳8高、碳高、碳12高高)。第四章第四章 合金鋼合金鋼v合金鋼是以鐵和碳元素

53、為基礎(chǔ)，為了滿足某方面的性能要求，有目的加入一些其他元素冶煉而成的鋼。這種有目的加入的合金元素有鉻、錳、硅、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、硼、鎳、鋯、稀土等。v合金元素加入后，可以提高鋼的機(jī)械性能，改善鋼的機(jī)械性能。有些合金元素的含量達(dá)到一定時(shí)，還可以鋼具有某些特殊的機(jī)械性能或特殊的物理化學(xué)性能。第一節(jié)第一節(jié) 合金元素對鋼的影響合金元素對鋼的影響一、合金元素在鋼中的存在形式關(guān)于硼含量的規(guī)定：關(guān)于硼含量的規(guī)定：GB/T 3098.1中規(guī)定中規(guī)定B硼最大含量從硼最大含量從0.006降為降為0.003。硼鋼。硼鋼是一種比較經(jīng)濟(jì)的鋼種，微量的硼就能大大地提高鋼的淬透性如是一種比較經(jīng)濟(jì)的鋼種，微量的硼就能大大地提

54、高鋼的淬透性如0.003）。但硼含量高了對鋼也是有害的。因?yàn)榕鸹锸且环N極硬）。但硼含量高了對鋼也是有害的。因?yàn)榕鸹锸且环N極硬及極脆的夾雜，量多了會增加脆性。及極脆的夾雜，量多了會增加脆性。 （一合金元素溶入鐵素體（一合金元素溶入鐵素體v幾乎所有的合金元素或多或少地溶入鐵素體而形成合金鐵素體。由于合金元素與鐵的晶格類型和原子半徑有差異，故合金元素溶入鐵素體后必然引起晶格畸變，從而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，使鐵素體的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降，如圖4-1及圖4-2所示。由圖可知，合金元素加入量愈多，鐵素體的硬度就愈高，以硅、錳、鎳元素為最顯由圖可知，合金元素加入量愈多，鐵素體的硬度就愈高，以硅、錳、鎳

55、元素為最顯著。由圖著。由圖4-2可知，硅量在可知，硅量在1%左右，錳量在左右，錳量在1.5%左右，既能提高鐵素體的硬度，又左右，既能提高鐵素體的硬度，又不降低韌性：鉻元素含量在不降低韌性：鉻元素含量在2%5%S時(shí)，不僅能提高鐵素體的硬度，又能提高韌性。時(shí)，不僅能提高鐵素體的硬度，又能提高韌性。（二形成碳化物（二形成碳化物v按照合金元素在鋼中與碳的作用不同，可以將合金元素分為兩大類。v一 類是不與碳作用的元素，因而不能形成碳化物，只能溶入固溶體；另一類是與碳有親和力，能形成碳化物。v不與碳化合的元素有：鎳、硅、鈷、鋁、銅等。能與碳化合形成合金化物的元素，按其與碳的親和力由弱到強(qiáng)大致可排成下列次序

56、：錳、鐵、鉻、鉬、鎢、釩、鋯、鈮、鈦等。v與碳親和力較弱的元素如錳、鉻、鉬、鎢等含量較少時(shí)，其中一部分以原子狀態(tài)溶入固溶體，另一部分進(jìn)入滲碳體而置換其中的鐵原子，形成特殊的化合物，如Cr7C3或Fe、Cr7C3、WC或Fe、W6C等。v與碳的親和力強(qiáng)的元素，如釩、鋯、鈮、鈦等，只要鋼中有足夠的碳元素，就能形成這些元素的合金碳化物，如VC、ZrC、NbC、TiC等，只有在鋼中缺少碳的情況下，這些元素才以原子狀態(tài)溶入固溶體。v合金元素不同，合金碳化物的形狀和尺寸也不同，強(qiáng)碳化物的碳化物成顆粒狀，比較細(xì)碎。二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響v合金元素對Fe-Fe3C相圖

57、的相區(qū)和S、E等臨界點(diǎn)位置有影響。用合金元素Fe-Fe3C相圖的影響來分析合金鋼的組織變化規(guī)律。v常用合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響可以分為兩類。一類是擴(kuò)大奧氏體組織的相區(qū)，屬于這一類的合金元素有錳、鎳、氮等；另一類是縮小奧氏體組織的相區(qū)，屬于這一類的合金元素有鉻、鎢、鉬、釩、鈦、鋁、硅等。v錳類元素及鉻類元素對FeFe3C相圖中奧氏體相區(qū)和S、E點(diǎn)的影響，如圖43和圖44所示。v從圖43和圖44中可以看出：v若鋼中加入大量的擴(kuò)大奧氏體區(qū)域的合金元素，甚至?xí)瓜鄨D中的奧氏體延至室溫以下。在室溫下能獲得穩(wěn)定的單相奧氏體組織，這種合金鋼叫奧氏體鋼。v若鋼中加入大量的縮小奧氏體區(qū)域的合金元素，則

58、奧氏體區(qū)域可能封閉甚至消失，鐵素體區(qū)域就擴(kuò)大。在固態(tài)是具有穩(wěn)定的單相鐵素體組織，這種合金鋼稱為鐵素體鋼。v合金元素對A3及A1溫度的影響，使合金鋼的熱處理加熱溫度發(fā)生變化。v由于S點(diǎn)左移，使含碳量相同的碳鋼與合金鋼組織不同。例如含碳量例如含碳量0.4%的碳鋼為具有鐵素體與珠光體的亞共析組織；但加入的碳鋼為具有鐵素體與珠光體的亞共析組織；但加入14%的鉻以后，則變?yōu)橹榈你t以后，則變?yōu)橹楣怏w的共析組織。光體的共析組織。E點(diǎn)左移，就意味著出現(xiàn)萊氏體的含碳量降低，使含碳量低于點(diǎn)左移，就意味著出現(xiàn)萊氏體的含碳量降低，使含碳量低于2.11%的合金鋼中出現(xiàn)的合金鋼中出現(xiàn)萊氏體組織，這種鋼就稱為萊氏體鋼。萊氏

59、體組織，這種鋼就稱為萊氏體鋼。例如，高速鋼的含碳量只有例如，高速鋼的含碳量只有0.8%左右，但屬于萊氏體鋼。左右，但屬于萊氏體鋼。三、合金元素對鋼熱處理的影響三、合金元素對鋼熱處理的影響（一合金元素對奧氏體化的影響合金元素加入鋼中后，改變了碳在鋼中的擴(kuò)散速度。除鎳、鈷元素外，大多數(shù)合金元素使奧氏體化過程減慢。由于合金元素造成碳在奧氏體中擴(kuò)散的困難，再加上合金碳化物穩(wěn)定性較高，較難溶入奧氏體，致使奧氏體被推延到較高的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。合金鋼在奧氏體化過程中，不僅要進(jìn)行碳的均勻化，而且還要進(jìn)行合金元素的均勻化，因此合金鋼的奧氏體的保溫時(shí)間也比碳鋼長。合金元素中除錳外，幾乎都能阻止奧氏體晶粒長大；尤其

60、是與碳親和力強(qiáng)的元素作用更為顯著。因?yàn)閺?qiáng)碳化物形成元素，在鋼中能形成穩(wěn)定的碳化物，且以彌散質(zhì)點(diǎn)的形式分布在奧氏體的晶界因?yàn)閺?qiáng)碳化物形成元素，在鋼中能形成穩(wěn)定的碳化物，且以彌散質(zhì)點(diǎn)的形式分布在奧氏體的晶界上，對奧氏體晶粒的長大起機(jī)械阻礙作用。這有利于在粗火時(shí)獲得細(xì)馬氏體，使鋼具有較好的機(jī)上，對奧氏體晶粒的長大起機(jī)械阻礙作用。這有利于在粗火時(shí)獲得細(xì)馬氏體，使鋼具有較好的機(jī)械性能。械性能。（二合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響（二合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響v合金元素中除鈷外，幾乎都能使C曲線右移，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。常用合金元素對奧氏體轉(zhuǎn)變的影響，如圖4-5所示。v錳及非碳化物形成