商品學(xué)概論ch11-鋼材課件

1、第十一章 鋼材第一節(jié) 鋼的分類第二節(jié) 鋼的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分第三節(jié) 鋼的熱處理第四節(jié) 鋼的基本性能【案例：馬口鐵】馬口鐵口鐵起源于波希米亞（今捷克和斯洛伐克境內(nèi)）。該地自古就盛產(chǎn)金屬，工藝先進，且懂得利用水力從事機器制造，從14世紀起就開始生產(chǎn)馬口鐵。后為第一次世界大戰(zhàn)，各國軍隊制成大量鐵制容器（罐頭）而延用到今。馬口鐵是表面鍍有一層錫的鐵皮，它不易生銹，又叫鍍錫鐵。這種鍍層鋼板在中國很長時間稱為“馬口鐵”，有人認為由于當(dāng)時制造罐頭用的鍍錫薄板是從澳門進口的，而澳門的英文名Macao可讀作馬口，所以叫“馬口鐵”。也有其他說法，如中國過去用這種鍍錫薄板制造煤油燈的燈頭，形如馬口，所以叫“馬口鐵”

2、。“馬口鐵”這個名稱不確切，因此，1973年中國鍍錫薄板會議時已正名為鍍錫薄板，正式文件不再使用“馬口鐵”這個名稱。馬口鐵包裝由于其良好的密封性、保藏性、避光性、堅固性和特有的金屬裝飾魅力，決定了其在包裝容器業(yè)內(nèi)具有廣泛的涵蓋面，是國際上通用的包裝品種。因其抗氧化性強，且款式多樣、印刷精美，馬口鐵包裝容器深受廣大客戶喜愛，廣泛應(yīng)用于食品包裝、醫(yī)藥品包裝、日用品包裝、儀器儀表包裝、工業(yè)品包裝等方面。如今全世界每年產(chǎn)錫約25萬噸，三分之一以上用來制造馬口鐵，其中大部分用于罐頭食品業(yè)。第一節(jié) 鋼的分類一、鋼的分類二、我國鋼鐵產(chǎn)品的牌號表示方法一、鋼的分類1、按冶煉方法分類2、按化學(xué)成份分類3按冶金質(zhì)

3、量分類4、按金相組織分類5、按加工方法分類6、按用途分類 按冶金方法分類（1）按爐別分類 平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼（2）按脫氧程度分類 沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼。半鎮(zhèn)靜鋼。按化學(xué)成份分類根據(jù)國家標準GB/T13304.1-2008，用化學(xué)成分作為分類標志可以把鋼分為碳素鋼和合金鋼。（1）碳素鋼（2）合金鋼按冶金質(zhì)量分類按冶金質(zhì)量鋼可以分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼。高級優(yōu)質(zhì)鋼又分為四個質(zhì)量等級。 按金相組織分類 按鋼的金相組織不同可分為退火狀態(tài)的鋼正火狀態(tài)的鋼無相變或部分相變等按加工方法分類壓力加工用鋼壓力加工用鋼是供用戶經(jīng)塑性變形制作冷件和產(chǎn)品用的鋼。按加工前鋼是否經(jīng)過加熱，又分為熱壓力加工用鋼和冷壓力

4、加工用鋼。切削加工用鋼切削加工用鋼是供切削機床（如車、銑、刨、磨等）在常溫下切削加工成零件用的鋼。冷頂鍛用鋼冷頂鍛用鋼是將鋼材在常溫下進行鍛粗，做成零件或零件毛坯，如鉚釘、螺栓及帶凸緣的毛坯等，這種鋼也稱為冷鍛鋼。 按用途分類 按照用途不同鋼又分為建筑及工程用鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼和專業(yè)用鋼二、我國鋼牌號表示方法鋼鐵產(chǎn)品牌號是一種標記符號，通常簡稱鋼號。 我國現(xiàn)行鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法有兩種：鋼鐵產(chǎn)品牌號表示法（GB/T221-2008）鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系（GB/T17616-2013）鋼鐵產(chǎn)品牌號的表示通常采用大寫漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的形式表示。為了

5、便于國際交流和貿(mào)易的需要，也可以采用大寫英文字母或國際慣例表示符號。 碳素結(jié)構(gòu)鋼國標（GB）鋼的牌號表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼牌號表示方法及示例優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼牌號表示方法及示例易切削鋼車輛車軸及機車用鋼 車輛車軸及機車用鋼合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼工具鋼軸承鋼軸承鋼不銹鋼和耐熱鋼焊接用鋼第二節(jié) 鋼的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分一、鋼的組織結(jié)構(gòu)二、鋼的化學(xué)成分一、鋼的組織結(jié)構(gòu)鋼的組織結(jié)構(gòu)是指其內(nèi)部構(gòu)造。組織是用肉眼或光學(xué)儀器觀察到的金屬內(nèi)部構(gòu)造，通常又分為宏觀組織和顯微組織。宏觀組織又叫低倍組織，是用肉眼或幾倍至幾十倍的放大鏡所看到的組織，如金屬內(nèi)部的夾雜物等。顯微組織又叫金

6、相組織，是利用金相顯微鏡（放大1000倍至2000倍）或電子顯微鏡（放大幾千倍至幾十萬倍）觀察到的組織。 1鋼的晶體結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系（1）晶體結(jié)構(gòu)的一般知識晶體是由許多有規(guī)則排列起來的原子所構(gòu)成的 反映晶體原子排列的空間格子，叫晶格 能夠完全反映晶格特征的、最小的單位叫做晶胞 （2）金屬健和金屬特性 在金屬晶體中作有規(guī)則排列的實際上不是中性原子，而是正離子，金屬晶體則是依靠正離子與共有化的自由電子之間的相互吸引而結(jié)合起來的。這種結(jié)合方式叫做金屬健。 （3）金屬材料的晶格類型 金屬材料中最常見的晶格類型有體心立方、面心立方和密排六方三種 體心立方晶格的晶胞是一個立方體（正六面體），立方體中心有一

7、個原子，八個頂角各有一個原子 面心立方晶格也是一個立方體，立方體六個面的中心各有一個原子，八個頂角又各有一個原子 密排六方晶格是一個八面體，上下兩個面呈六角形，六個側(cè)面呈長方形。在上下兩個面的中心及棱角各有一個原子，在六方柱體中心還有三個原子 多晶體的性能特點 絕大所屬金屬材料都是多晶體，即由許多小晶體所組成的。這些小晶體叫晶粒。晶粒是由晶胞組成的，每顆晶粒內(nèi)部許許多多晶胞的位向是一致的，但是不同晶粒的位向，則各不相同。 相鄰晶粒之間的交界叫做晶界 晶粒大小與性能的關(guān)系 對于鋼和大多數(shù)金屬材料來說，晶粒愈細，強度、硬度、塑性及常溫、低溫下的韌性愈高，脆性轉(zhuǎn)變溫度愈低。晶粒愈細，金屬材料的塑性、

8、韌性就愈好常對金屬材料，尤其是沖壓用板材和帶材的晶粒大小做出定量的規(guī)定。 晶粒度等級相對比較示意圖 2鋼合金相的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 （1）合金中的相與性能特點 合金中具有同一成分、同一晶體結(jié)構(gòu)的均勻部分叫做相，不同的相具有不同的性能。 合金中不同元素的原子在液態(tài)時一般是可以相互向溶解而構(gòu)成液溶體的，而在固態(tài)時則由于它們彼此間作用的不同，可能出現(xiàn)三種情況：各元素的原子在合金凝固后形成各自的晶粒；各元素的原子在合金凝固后形成固溶體；各元素的原子在合金凝固后形成化合物。 固溶體固溶體的化學(xué)成分是不固定的，在固溶體的晶格中溶質(zhì)原子和溶劑原子之比不是固定不變的對于大多數(shù)固溶體，溶質(zhì)元素只能有限地溶于固溶體

9、中，其溶解度大小隨溫度的變化而變化。固溶體按溶質(zhì)在溶劑中溶解的形式不同，即按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所處的位置不同可分為兩類：置換固溶體間隙固溶體 置換固溶體示意圖間隙固溶體示意圖置換固溶體為溶劑晶粒結(jié)點上的原子被溶質(zhì)的原子所置換的固溶體間隙固溶體是溶劑晶粒原子的間隙處嵌入溶質(zhì)原子的固溶體形成固溶體時，或者由于不同元素的原子體積大小不同，或者由于不同原子間的作用力發(fā)生變化，總會造成晶格畸變，如圖所示?；衔锖辖鹬械幕衔锸遣煌亻g發(fā)生化學(xué)作用而形成的，晶格類型與性能都完全不同于其組成元素的、具有金屬性質(zhì)的固態(tài)相，叫金屬化合物。金屬化合物也是鐵碳合金或鋼中的重要固態(tài)相。例如，當(dāng)含碳量超過-Fe和-

10、Fe溶碳能力時，其余的碳就和鐵結(jié)合成為碳化鐵Fe3C，F(xiàn)e3C在冶金學(xué)或材料學(xué)中常叫做滲碳體。滲碳體中鐵原子約占75%，碳原子約占25%，是一種具有非常復(fù)雜晶格的金屬化合物。滲碳體的硬度很高，但脆性也很高。因此當(dāng)其出現(xiàn)在鋼中時，鋼的性能變化一般符合如下規(guī)律：強度、硬度和耐磨性升高，而塑性、韌性降低。（2）鐵碳合金平衡組織與性能合金在緩慢冷卻或加熱條件下所具有的組織，稱為平衡組織。鐵碳合金的平衡組織因合金含碳量的不同和溫度不同而不同。它們的組織組成物主要有下列幾種：鐵素體奧氏體滲碳體珠光體萊氏體二、鋼的化學(xué)成分1鋼的合金元素含量和規(guī)定界限值根據(jù)GB/T1330491鋼分類的規(guī)定，鋼按化學(xué)成分進行

11、分類可分為非合金鋼，低合金鋼，合金鋼三大類。2合金成分對鋼性能的影響根據(jù)合金元素與碳之間相互作用的不同，可將合金分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素：碳化物形成元素碳化物形成元素是在鋼中能形成碳化物的合金元素，除鐵外還有猛、鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯等。按合金元素形成碳化物能力的不同，常把鐵、錳稱為弱碳化物形成元素；鉻、鎢、鉬稱為中碳化物形成元素；釩、鈦、鈮、鋯等稱為強碳化物形成元素。3常存元素對鋼性能的影響（1）硫的影響（2）磷的影響（3）氫的影響（4）氧的影響（5）錳的影響（6）氮的影響第三節(jié) 鋼的熱處理一、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變二、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變?nèi)摰臒崽幚硪?、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變1奧氏體的形

12、成圖11-9 冷卻曲線 2奧氏體晶粒的大小3鋼加熱時可能產(chǎn)生的缺陷二、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1奧氏體在等溫冷卻時的轉(zhuǎn)變2奧氏體連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變3馬氏體的組織形態(tài)和性能時間baAx1溫度三、鋼的熱處理分類：普通熱處理：退火，正火，淬火，回火表面熱處理：表面淬火（火焰加熱，感應(yīng)加熱）；化學(xué)熱處理（滲碳，氮化，碳氮共滲）鋼的退火與正火鋼的退火與正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理工藝，目的在于消除冶金及熱加工過程中產(chǎn)生的某此缺陷，改善組織和工藝性能，為以后的機加工及最終熱處理做好組織與性能準備。對于某些性能要求不高的機械零件，經(jīng)退火或正火后可直接使用。此時，退火或正火也就成為最終熱處理。退火退火 將鋼加熱到適當(dāng)溫度

13、，保溫一定時間，再緩慢冷卻的熱處理工藝。完全退火、球化退火（不完全退火）、擴散退火（均勻化退火）、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火 目的：（1）降低鋼的硬度，改善切削加工性；（2）提高鋼的塑韌性，便于成形加工；（3）細化晶粒（4）消除工件內(nèi)的殘余應(yīng)力。鋼的正火正火：將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，然后在空氣中冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組型的操作，稱為正火。正火最明顯的特點是“在空氣中冷卻”。目的：（1）細化晶粒，消除缺陷（2）調(diào)整鋼的硬度（3 ）消除內(nèi)應(yīng)力既可做為中間熱處理，也可用作最終熱處理。鋼的淬火 淬火：把鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋匾欢螘r間后，用水、油等淬火劑快速冷卻，這種操作叫做淬火。對于不同的鋼，淬火的

14、目的也不相同。馬氏體淬火貝氏體淬火固溶處理表面淬火利用快速加熱，使鋼件表面很快的達到淬火溫度，在熱量還來不及傳到工件中心時，就立即冷卻，這種淬火方法叫做表面淬火。表面淬火僅是對工件一定深度的表面層進行淬火，而不改變心部未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火能夠使工件表面具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持足夠的塑性和韌性，還能顯著提高工件的抗疲勞性能?；瘜W(xué)熱處理將工件加熱到一定溫度，并在此溫度下使碳、氮或金屬元素滲入鋼件表面，改變其表面層化學(xué)化學(xué)成分，從而使其表面層具有與心部不同的成分和性能，這種操作叫做化學(xué)熱處理。改變鋼件化學(xué)成分是化學(xué)熱處理與普通熱處理的根本區(qū)別。按照滲入的元素不同，化學(xué)熱

15、處理可分為：滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬第四節(jié) 鋼的基本性能一、物理性能二、化學(xué)性能三、機械性能四、工藝性能一、物理性能鋼的物理性能包括密度熔點熱膨脹性導(dǎo)熱性磁性密度鋼的密度是 7.85克/立方厘米在流通中常利用鋼的密度值計算鋼材的理論重量：其基本公式為：W （千克或噸） = F （斷面積 ） L （長度 ）（密 度）熔點鋼由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時的溫度叫做熔點，由液態(tài)凝固成固態(tài)時的溫度叫做凝固點。從理論上說，同一種鋼的熔點和凝固點是相同的，但不同的鋼由于含碳量和合金元素含量的不同不盡相同。 熱膨脹性隨溫度的升高，鋼或鋼質(zhì)零件會發(fā)生明顯的膨脹。經(jīng)測定，鋼材的熱膨脹系數(shù)隨鋼的成分不同在152510-6之間。在

16、一定程度上限制了鋼的應(yīng)用例如普通鋼材不適合精密儀器和標準量具的制造就是一例。鋼的熱膨脹系數(shù)和水泥一致又是其極為有利的一面，據(jù)此人們發(fā)明了鋼筋混凝土導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性通常用熱導(dǎo)率來衡量。熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性就越好。在制造散熱器、熱交換器時要選用熱導(dǎo)率較高的材料。鋼的熱導(dǎo)率一般，遠低于銀和銅，也低于鋁，但價格低廉。磁性可將金屬分為三類：在外加磁場中能被強烈磁化的金屬叫做鐵磁性金屬僅能微弱磁化的叫做順磁性金屬能抗拒或削弱外加磁場磁化作用的叫逆磁性金屬，鋼是鐵磁性材料。鋼的這一特點使鋼在電機電器制造方面具有非常廣泛的用途。由于鋼在外外加磁場中能被強烈磁化，因而也在一些方面限制了它的應(yīng)用。鐵磁性材料當(dāng)溫度升高到一定數(shù)值時，就會變成順磁體，轉(zhuǎn)變溫度成為居里點，鋼的居里點約為770。二、化學(xué)性能鋼及其制品由于空氣中的氧、水分及其它雜質(zhì)引起的腐蝕或變色稱為生