材料的性能與成分(共8頁)

1、材料的性能與成分、相結(jié)構(gòu)(jigu)和組織的關(guān)系學(xué)院(xuyun)：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院(xuyun)班級(jí)：機(jī)設(shè)13-4姓名：晏玉碟學(xué)號(hào)：120133404155材料(cilio)的性能與成分、相結(jié)構(gòu)和組織的關(guān)系摘要(zhiyo)：鋼鐵材料的運(yùn)用歷史悠久，技術(shù)(jsh)成熟，應(yīng)用廣泛，在生產(chǎn)生活中，有著難以取代的地位。鋼鐵材料的結(jié)構(gòu)特征包括晶體結(jié)構(gòu)、相結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)。材料的成分，相結(jié)構(gòu)和性能是密不可分的三者。成分和結(jié)構(gòu)往往可以極大的影響材料的性能，而成分和結(jié)構(gòu)之間也是相互影響的。關(guān)鍵字：材料性能 相結(jié)構(gòu)和組織 成分 金屬材料熱處理1材料的性能與成分的關(guān)系鋼鐵是鐵與碳、硅、錳、磷、硫以及少量的其

2、他元素所組成的合金。鋼鐵的分類方法有很多，但大家最常見的就是按其組成成分及比例來分的。比如說我們常聽到的碳素鋼和合金鋼的區(qū)別就是：合金鋼了改善鋼的性能，在冶煉碳素鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素。而碳素鋼又可以按其含碳量的不同分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼；合金鋼按其合金元素的總含量可分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。C含量對(duì)鋼材料性能的影響我們都知道除鐵外，C的含量對(duì)鋼鐵的機(jī)械性能起著主要作用，鋼是含碳量為0.03%2%的鐵碳合金。隨含碳量升高，碳鋼的硬度增加、韌性下降。同時(shí)含碳量對(duì)工藝性能也有很大影響。對(duì)切削加工性來說，一般認(rèn)為中碳鋼的塑性比較適中含碳量過高或過低，都會(huì)降低其切削加工性能。對(duì)可鍛性而

3、言，低碳鋼比高碳鋼好。碳在F-C合金中存在的形態(tài)一種是游離態(tài)，另一種是化合態(tài)。不論碳以何種形態(tài)存在，當(dāng)c%5%時(shí)，合金力學(xué)性能都很差，工程上無實(shí)際價(jià)值。所以我們討論的F-C合金的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至6,69%為止。例如(lr)55號(hào)鋼，塑性(sxng)、韌性較差，一般(ybn)只能在正火或淬火后使用，用作要求較高的強(qiáng)度和耐磨性或彈性、動(dòng)載荷及沖擊負(fù)荷不大的零件。C的含量對(duì)鋼鐵的機(jī)械性能起著重要作用，隨著碳含量的升高，碳鋼的硬度增加、韌性下降。圖1.1碳含量對(duì)鋼鐵硬度的影響1.2合金元素對(duì)鋼性能的影響合金成分的加入可以使鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能都發(fā)生一定的變化，從而具有一些特殊性能。合金鋼的主要合金元素有硅

4、、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。例如，40Cr鋼中，鉻的加入不僅能提高金屬的耐腐蝕性和抗氧化性，也能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含硅14%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕等。由此可見合金的加入可以使鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而具有一些特殊性能。在熱處理中，對(duì)加熱時(shí)奧氏體化的影響，對(duì)奧氏體粒的大小，Ti、Nb、V等強(qiáng)碳化物形成元素以及Al（950）可強(qiáng)烈的阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，而使晶粒細(xì)化，W、Mo、Cr等起到一定的阻礙作用。在回火轉(zhuǎn)變過程

5、中，合金元素還能提高耐火性、產(chǎn)生二次硬化和消除回火脆性。圖1.2合金元素(yun s)對(duì)鐵素體硬度的影響1.3雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能(xngnng)的影響普通碳素鋼除含碳以外(ywi)，還含少量錳(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)等元素。這些元素并非為改善鋼材質(zhì)量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的故稱為雜質(zhì)元素。硫的影響：硫是煉鋼時(shí)由礦石與燃料焦炭帶到鋼中來的雜質(zhì)。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中。FeS和Fe形成低熔點(diǎn)(985)化合物。鋼材的熱加工溫度一般在1150-1200以亡，故當(dāng)鋼材熱加工時(shí)由于FeS化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。含

6、硫量愈高，熱脆現(xiàn)象愈嚴(yán)重，故必須對(duì)鋼中含硫雖進(jìn)行控制。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼；S0.02-0.03%，優(yōu)質(zhì)鋼：s0.003%-0.045%；普通鋼：S0.055%-0.7%以下。氫脆：鋼材(gngci)中的氫會(huì)使材料的力學(xué)性能脆化，這種現(xiàn)象稱為氫脆。鋼中氫的來源主要為下列三個(gè)方面：冶煉過程中溶解在鋼水中的氫，在結(jié)晶冷凝時(shí)沒有能即時(shí)逸出而存留在鋼材中；焊接過程(guchng)中由于水分或油污在高弧高溫下分解出的氫溶解入鋼材中；設(shè)備運(yùn)行過程中，工作介質(zhì)中的氫進(jìn)入鋼材中。當(dāng)鋼中存在氫，而應(yīng)力大于某一臨界值時(shí)，就會(huì)發(fā)生氫脆斷裂。氣體元素(yun s)O的影響：氧小部分溶解在鐵素體中，且大部分以各種氧化物夾雜型式存

7、在，使鋼在強(qiáng)度，塑性與韌性，尤其是疲勞性能降低，故應(yīng)對(duì)鋼液脫氧。2材料的性能與相結(jié)構(gòu)的關(guān)系鋼鐵材料的結(jié)構(gòu)特征包括晶體結(jié)構(gòu)、相結(jié)構(gòu)和顯微組織結(jié)構(gòu)。不同碳含量的鐵碳合金，其室溫下的相組成都是鐵素體和滲碳體。但是不同合金的結(jié)晶過程不同，因而各相的形態(tài)、分布和相對(duì)含量差異較大，也就是不同成分的鐵碳合金的組織不同。鐵素體：鐵素體是碳溶解在-Fe中的間隙固溶體，常用符號(hào)F表示。具有體心立方晶格，其溶碳能力很低，常溫下僅能溶解為0.0008%的碳，在727時(shí)最大的溶碳能力為0.02%。稱為鐵素體或固溶體，用或F表示，常用在相圖標(biāo)注中，F(xiàn)在行文中常用。亞共析成分的奧氏體通過先共析析出形成鐵素體。奧氏體：奧氏體

8、是鋼鐵的一種顯微組織(zzh)，通常是-Fe中固溶少量(sholing)碳的無磁性固溶體，也稱為(chn wi)沃斯田鐵或-Fe。奧氏體的名稱是來自英國(guó)的冶金學(xué)家羅伯茨奧斯汀奧氏體塑性很好，強(qiáng)度較低，具有一定韌性，不具有鐵磁性。奧氏體因?yàn)槭敲嫘牧⒎?，四面體間隙較大，可以容納更多的碳。 滲碳體：滲碳體的分子式為 Fe3C ，它是一種具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。它的含碳量為6.69%；熔點(diǎn)為1227左右；不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變；但有磁性轉(zhuǎn)變，它在230以下具有弱鐵磁性，而在230以上則失去鐵磁性；其硬度很高（相當(dāng)于HB800），而塑性和沖擊韌性幾乎等于零，脆性極大。3材料性能與組織(zzh)的關(guān)系鐵

9、碳合金的強(qiáng)度對(duì)組織形態(tài)(xngti)較為敏感。當(dāng)鋼鐵中的碳含量較小時(shí)（小于0.9），強(qiáng)化相滲碳體均勻分布在基體相鐵素體中，隨著碳含量的增加(zngji)，合金的強(qiáng)度逐漸增加。但當(dāng)鋼中碳含量較大時(shí)(大于0.9%)，滲碳體呈網(wǎng)狀分布于鐵素體晶界，鐵碳合金的強(qiáng)度隨碳含量的增加而逐漸降低，同時(shí)脆性也增加。所以，為了保證工業(yè)用鋼具有足夠的強(qiáng)度，碳含量一般不超過1.3%-1.4%。參考文獻(xiàn)：P38工程材料(cilio) 周繼烈 倪益華 徐志農(nóng) 主編 浙江大學(xué)出版社 2013.6P125-126 工程材料及成型(chngxng)基礎(chǔ)呂廣庶 張友明主編 高等教育出版社2011.6P153 機(jī)械工程材料張鐵樹(tish)主編 北京大學(xué)出版社2011.2P140工程材料傅宇東 崔秀芳 高玉芳 方雙全 主編主審 北京工業(yè)出版社2014.8P22工程材料及其熱處理孫齊磊 鄧化棱主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2014.8P22工程材料及其熱處理孫齊磊 鄧化棱主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2014.8P84機(jī)械工程材料（第2版）戈曉嵐 招玉春主編北京大學(xué)出版社2006.8P59工程材料及成型基礎(chǔ)李鎮(zhèn)江 張淼主編 北京工業(yè)出版社 2013.7內(nèi)容總結(jié)（1）材料的性能