材料科學(xué)與工程學(xué)導(dǎo)論 2

碳鋼的分類1。按碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分：低碳鋼（C：≤0.25％）中碳鋼（C：0.25％≤C≤0.6％）高碳鋼（C：＞0.6％）2。按鋼的質(zhì)量分（主要是雜質(zhì)硫、磷的含量）：普通碳素鋼（S≤0.055％，P≤0.045％)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S≤0.040％，P≤0.040％)高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S≤0.030％，P≤0.035％)3。按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機(jī)器零件等碳素工具鋼：主要用于刀具、模具、量具等含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越大，但塑性降低碳鋼的牌號(hào)與用途普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。數(shù)字表示最低屈服強(qiáng)度。

Q195、Q215、Q235塑性好，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等。Q255、Q275可軋制成型鋼、鋼板等。用途優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：鋼號(hào)以碳的平均質(zhì)量萬分?jǐn)?shù)表示。如20＃、45＃等。20＃表示含C：0.20%（萬分之20）。用途主要用于制造各種機(jī)器零件碳鋼的牌號(hào)與用途碳素工具鋼：鋼號(hào)以碳的平均質(zhì)量千分?jǐn)?shù)表示，并在前冠以T。如T9、T12等。T9表示含C：0.9%（千分之9）。用途主要用于制造各種刀具、量具、模具等鑄鋼：鑄鋼牌號(hào)是在數(shù)字前冠以ZG，數(shù)字代表鋼中平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以萬分?jǐn)?shù)表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。用途主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。碳鋼的常規(guī)熱處理退火將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。正火完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火將鋼件加熱到AC3和Acm以上30－50度，保持適當(dāng)時(shí)間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。碳鋼的常規(guī)熱處理淬火將鋼件加熱到奧氏體化后，快速冷卻，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。所得的馬氏體的形態(tài)與鋼的成分、原始奧氏體晶粒的大小以及形成條件有密切關(guān)系。奧氏體晶粒越小，馬氏體越細(xì)?；鼗饘摷慊鸷?，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的性能，將其加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。合金鋼合金鋼分類鐵及鐵基合金在碳鋼中加入一種或多種合金元素，形成的鋼稱之為合金鋼。按所含合金元素的多少分：低合金鋼（總質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5％）、中合金鋼（總質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％－10％）、高合金鋼（總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于10％）。按主要合金元素種類分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼等。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼。合金元素的作用鐵及鐵基合金1。合金元素與鐵的作用：合金元素加入鋼中，首先溶于鐵形成固溶體，超過溶解度極限時(shí)與碳形成化合物。合金元素溶與鐵，形成合金鐵素體或合金奧氏體。合金元素溶于鐵素體會(huì)使鋼的室溫強(qiáng)度提高，這種作用稱為固溶強(qiáng)化。2。合金元素與碳的作用：對(duì)于與碳的親和力較弱的合金元素，不與碳發(fā)生作用，只溶于鐵素體或奧氏體中；對(duì)于與碳的親和力較強(qiáng)的合金元素，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，與鐵一起形成合金滲碳體，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，形成合金碳化物。不銹鋼鐵及鐵基合金能在大氣和一般腐蝕性介質(zhì)中具有很高耐蝕性的鋼種。用途主要用來制造在各種腐蝕性介質(zhì)中工作并具有較高抗腐蝕能力的零件或結(jié)構(gòu)件。廣泛用于石油、化工、原子能、海洋開發(fā)、國(guó)防和一些先端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。鐵及鐵基合金合金元素的作用1。耐腐蝕性要求越高，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)越低；2。加入主要的合金元素Cr。Cr能提高基體的電極電位。在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，形成致密的氧化膜，提高耐腐蝕性3。加入合金元素Ni?？色@得單項(xiàng)的奧氏體組織，顯著提高耐腐蝕性并改善鋼的塑性，通過熱處理還可以改善鋼的強(qiáng)度。鐵及鐵基合金合金元素的作用5。加入合金元素Ti、Nb等：能優(yōu)先同C形成穩(wěn)定的碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧Cr，提高鋼的耐腐蝕性。6。加入合金元素Mn、N等：部分替代Ni以獲得奧氏體組織，并能提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐腐蝕性。4。加入合金元素Mo、Cu等：提高鋼在非氧化性酸中的耐腐蝕能力。鑄鐵鐵及鐵基基合金碳的質(zhì)量量分?jǐn)?shù)大大于2.11%的鐵碳碳合金稱稱之為鑄鐵，，通常還還含有較較多的Si、Mn、S、P等元素。。用途鑄鐵時(shí)工工程上最最常用的的金屬材材料，廣廣泛應(yīng)用用在機(jī)械械制造、冶冶金、礦礦上、石石油化工工。交通通等領(lǐng)域域。例如如，鑄鐵在農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械械中占40－60％，，在汽車車拖拉機(jī)機(jī)中占50－70％，，在機(jī)床床制造中中占60－90％。鑄鑄鐵的生生產(chǎn)設(shè)備和工工藝簡(jiǎn)單單，價(jià)格格便宜。。鐵及鐵基基合金鐵碳合金金中碳的的存在形形式間隙固溶溶與鐵化合態(tài)的的滲碳體體游離態(tài)的的石墨亞穩(wěn)態(tài)，，在一定定條件下下分解為鐵和石石墨穩(wěn)定態(tài)，，可以從從鑄鐵溶溶液中析出，也也可以從從奧氏體體中析出出鐵及鐵基基合金鑄鐵的種種類根據(jù)石墨墨化程度度的不同同，鑄鐵鐵的類型型和組織織也不同同?；铱阼T鐵鐵白口鑄鐵鐵麻口鑄鐵鐵各種鑄鐵鐵的力學(xué)學(xué)性能見表3－－4，P43鐵及鐵基基合金鑄鐵性能能特點(diǎn)石墨的形形態(tài)對(duì)鑄鑄鐵的力力學(xué)性能能影響較較大?；铱阼T鐵鐵的抗拉拉前強(qiáng)度度和塑性性較低，，這是因?yàn)槭珜?duì)基基體的嚴(yán)嚴(yán)重割裂裂所造成成的。石墨相當(dāng)當(dāng)于鋼基基體中的的裂紋和和空洞，，它減小基體體的抗拉拉強(qiáng)度，，并引起起應(yīng)力集集中。石墨量量越多多，鑄鑄鐵的的抗拉拉強(qiáng)度度越低低。鐵及鐵鐵基合合金石墨的的存在在對(duì)鑄鑄鐵的的特殊殊作用用1。鑄鑄鐵的的切削削加工工性能能優(yōu)異異；2。鑄鑄鐵的的鑄造造性能能良好好；3。鑄鑄鐵具具有耐耐磨性性；4。鑄鑄鐵具具有良良好的的減振振性；；5。鑄鑄鐵對(duì)對(duì)缺口口不敏敏感；；對(duì)鑄鑄鐵的的作用用。非鐵及及其合合金鋁及鋁鋁合金金銅及銅銅合金金鈦及鈦鈦合金金鎂及鎂鎂合金金鋁及鋁鋁合金金鋁及鋁鋁合金金的特特點(diǎn)密度低低、比比強(qiáng)度度高。。純鋁鋁的密密度只只有2700kg/m3，僅為鐵鐵的1/4。優(yōu)良的的物理理、化化學(xué)性性能。。導(dǎo)電電性能能好、、磁化化率低低、耐腐蝕蝕等。。加工性性能好好。鑄鑄造性性能好好、易易于塑塑性變變形，，經(jīng)熱熱處理后還還具有有很高高的強(qiáng)強(qiáng)度。。鋁及鋁鋁合金金純鋁名稱純度用途高純鋁99.93%-99.99%科學(xué)研究、制作電器工業(yè)高純鋁98.85%-99.9%鋁箔、鋁合金原料工業(yè)純鋁98.0%-99.0%電線、電纜、配置合金純鋁中中含有有Fe、Si、、Zn等元元素時(shí)時(shí)，會(huì)會(huì)使性性能下下降純鋁的的強(qiáng)度度很低低，不不能用用作結(jié)結(jié)構(gòu)材材料鋁合金金鋁及鋁鋁合金金合金元元素的的作用用鋁中加加入合合金元元素后后，可可提高高合金金的強(qiáng)強(qiáng)度，，并保持持良好好的加加工性性能。。提高強(qiáng)強(qiáng)度的的方法法固溶強(qiáng)強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)強(qiáng)化彌散強(qiáng)強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)強(qiáng)化鋁及鋁鋁合金金鋁合金金的種種類變形鋁鋁合金金鑄造鋁鋁合金金用途途鋁絲、、鋁箔箔、鋁鋁合金金型材材等復(fù)雜形形狀的的鑄件件等銅及銅銅合金金銅及銅銅合金金的特特點(diǎn)優(yōu)良的的物理理、化化學(xué)性性能。。導(dǎo)電電、導(dǎo)導(dǎo)熱性性能好好、耐耐腐蝕等，，是抗抗磁材材料。。加工性性能好好。容容易冷冷熱成成形，，鑄造造銅合合金鑄鑄造性性能好好。具有某某些特特殊力力學(xué)性性能。。比如如優(yōu)良良的減減摩性性和耐耐摩性性高的彈彈性極極限和和疲勞勞強(qiáng)度度。色澤美美觀。。銅及銅銅合金金純銅純銅為為紫色色，又又稱紫紫銅。。主要要用于于制作作電導(dǎo)體體及配配制合合金。。工業(yè)業(yè)純銅銅分為為4種種：T1、、T2、T3、、T4。編編號(hào)越越大，，純度度越低低。純銅的的強(qiáng)度度低，，不宜宜用作作結(jié)構(gòu)構(gòu)材料料銅及銅銅合金金銅合金金種類類銅中加加入合合金元元素后后，可可提高高合金金的強(qiáng)強(qiáng)度，，并保持持良好好的加加工性性能。。銅合金金的種種類黃銅青銅白銅以Zn為主主要合合金元元素。。良好好的加加工性性能，，優(yōu)良的的鑄造造性能能，耐耐腐蝕蝕性能能也好好。以Sn為主主要合合金元元素。。用于于鑄造造形狀狀復(fù)雜雜的零件件?？箍垢g蝕性比比黃銅銅還好好。以Ni為主主要合合金元元素。。具有有較好好的強(qiáng)強(qiáng)度和和塑性，，能進(jìn)進(jìn)行冷冷加工工變形形，抗抗腐蝕蝕性能能也好好。鈦及鈦鈦合金金鈦及鈦鈦合金金的特特點(diǎn)密度低低、比比強(qiáng)度度高。。耐高溫溫、耐耐腐蝕蝕性能能、低低溫韌韌性好好等。。加工條條件復(fù)復(fù)雜，，成本本較高高。鈦及鈦鈦合金金純鈦鈦的密密度低低，熔熔點(diǎn)高高，線線膨脹脹系數(shù)數(shù)小。。導(dǎo)熱熱性差。。純鈦鈦塑性性好，，強(qiáng)度度高，，可以以加工工成細(xì)細(xì)絲和薄薄片。。鈦在在大氣氣、海海水及及酸堿堿中的的抗腐腐蝕性能能好。。純鈦的的晶體體結(jié)構(gòu)構(gòu)882.5度以上：密排六方結(jié)構(gòu)，稱為α－Ti882.5度以下：體心立方結(jié)構(gòu)，稱為β－Ti鈦及鈦鈦合金金鈦合金金的種種類α－鈦鈦合金金鈦中加加鋁、、硼等等α穩(wěn)穩(wěn)定元元素獲獲得αα－Ti合合金。。這種合合金的的室溫溫強(qiáng)度度較低低，但但高溫溫（500－600度））強(qiáng)度度很高高?？箍寡趸?、、抗蠕蠕變性性以及及焊接性性能良良好。。鈦中加加入鉬鉬、鉻鉻、釩釩等元元素后后可獲獲得ββ－Ti合金。。這種種合金金的強(qiáng)強(qiáng)度高高，沖沖壓性性能好好，并并可通過過淬火火和時(shí)時(shí)效獲獲得強(qiáng)強(qiáng)化。。這種合合金的的塑性性好，，容易易鍛造造、壓壓延和和沖壓壓，并可通通過固固溶和和時(shí)效效進(jìn)行行強(qiáng)化化。熱熱處理理后的的強(qiáng)度可可提高高50％－－100％％。α＋ββ－鈦鈦合金金β－鈦鈦合金金鎂及鎂鎂合金金純鎂的的特點(diǎn)點(diǎn)密度低低、比比強(qiáng)度度高。。純鎂鎂的密密度只只有1749kg/m3，僅為鐵鐵的1/4、鋁鋁的2/3。鎂的電電極電電位較較低，，抗腐腐蝕性性能差差。鎂屬于于密排排六方方結(jié)構(gòu)構(gòu)，因因此塑塑性變變形能能力差差。鎂及鎂鎂合金金鎂合金金的特特點(diǎn)低比重重：工工業(yè)用用材