【文章內(nèi)容簡介】 碳素鋼 。 提高了強(qiáng)度和硬度 ， 可軋制成鋼材 。 鐵碳合金 含碳量小于 2％ 時(shí) ， 其組織是 在鐵素體中散布著滲碳體 ， 是碳素鋼 。 含碳量大于 2％ 時(shí) ， 部分碳可分解為 游離石墨 +鐵 ， 稱鑄鐵 。 抗拉強(qiáng)度和塑性都比碳鋼低 。 但鑄鐵具有一定消震能力 。 鐵碳合金中 含碳量 ﹥ 2%時(shí)，部分碳以石墨形式存在 于其中，即所謂 鑄鐵 。 組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn) —— 性能特點(diǎn)： 石墨性軟、強(qiáng)度極低，相當(dāng)于鑄鐵中存在許多孔洞。 （ 4）珠光體 (P) 鐵素體與滲碳體 的機(jī)械混合物 。 力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間 ，即 其強(qiáng)度 、 硬度比鐵素體顯著提高；塑性 、 韌性比鐵素體差 ， 但比滲碳體要好得多 。 （ 5）萊氏體 (L) 珠光體和初次滲碳體 的共晶混合物 。 具有較高的硬度 ， 是一種較粗而硬的金相組織 ， 存在于白口鑄鐵 、 高碳鋼中 。 （ 6）馬氏體 (M) 鋼和鐵從高溫急冷下來的組織 ， 是 碳原子在 aFe中過飽和的固溶體 。 具有很高的硬度 ， 但很脆 ， 延伸性低 ，幾乎不能承受沖擊載荷 。 鐵碳合金狀態(tài)圖 略 碳鋼 常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響 （ 1） 硫 FeS和 Fe形成低熔點(diǎn) (985℃ )化合物 。 鋼材熱加工 1150～ 1200℃ ， 過早熔化而導(dǎo)致工件開裂 ， 稱 “ 熱脆 ” 。 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼： S＜ %～ %； 優(yōu)質(zhì)鋼： S＜ %～ %； 普通鋼： S＜ %～ %以下 。 有害元素 ！ （ 2）磷 雖能使強(qiáng)度 、 硬度增高 ， 但 塑性 、 沖擊韌性顯著降低 。 特別是在低溫時(shí) ， 使鋼材顯著變脆 ， 稱“ 冷脆 ” 。 使冷加工及焊接性變壞 ， 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼： P＜ %； 優(yōu)質(zhì)鋼： P＜ %； 普通鋼： P＜ %。 有害元素 ！ （ 3）錳 形成 MnS(1600℃) ，部分消除硫的有害作用。 錳具有很好的脫氧能力，與 FeO成為 MnO進(jìn)入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是 降低脆性，提高強(qiáng)度和硬度 。 在 %～ %以下時(shí) ， 看成是常存雜質(zhì) 。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中 ， 正常含錳量是%～ %；高錳結(jié)構(gòu)鋼可達(dá) %～%。 有益元素 ！ （ 4）硅 脫氧劑 ,硅與 FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去 。 硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi) 使強(qiáng)度 、 硬度增加 ， 塑性 、 韌性降低 。 鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量常在 %～ %，沸騰鋼中只含有 %～ %。 由于鋼中硅含量一般不超過 %， 對鋼性能影響不大 。 有益元素 ！ （ 5）氧 在煉鋼末期要加入錳 、 硅 、 鐵和鋁進(jìn)行脫氧 ， 但不可能除盡 。 FeO、 MnO、 SiO Al2O3， 使強(qiáng)度 、 塑性降低 。 尤其是對疲勞強(qiáng)度 、 沖擊韌性等有嚴(yán)重影響 。 有害元素 ！ （ 6）氮 長時(shí)間放置或在 200～ 300℃ 加熱氮 以氮化物形式的析出 ， 硬度 、 強(qiáng)度提高 ， 塑性下降 ， 發(fā)生時(shí)效 (即氮化物析出 ） 。 鋼液中加入 Al、 Ti或 V進(jìn)行固氮處理 ，使氮固定在 AlN、 TiN或 VN中 ， 可消除時(shí)效傾向 。 有害元素！ （ 7）氫 來源 ——鋼由 高溫 奧氏體 冷至常溫時(shí)，氫的溶解度降低 ，來不及到鋼的表面逸出而 積聚，并產(chǎn)生高壓力 ，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“ 白點(diǎn) ” 。 “ 白點(diǎn) ” ——裂紋源 有害元素！ 鋼的熱處理 鋼 、 鐵固態(tài)下加熱 、 保溫和不同的冷卻方式 ， 改變金相組織以滿足所要求的物理 、化學(xué)與力學(xué)性能 ， 稱為熱處理 。 熱處理工藝實(shí)例： ※ 縫紉用鋼針在火上燒，再慢慢冷下來后變軟； ※ 建筑用鐵線用火燒軟； ※ 泵軸調(diào)質(zhì) — 內(nèi)韌外硬； ※ 扁鏟淬火 — 提高硬度和韌性 ； ※ 容器焊后退火 — 消除內(nèi)應(yīng)力 ； …… 熱處理工藝曲線： （ 1）常用熱處理工藝 退火： 緩慢加熱到臨界點(diǎn)以上的某一溫度 ， 保溫一段時(shí)間 ， 隨爐緩慢冷卻 。 目的：細(xì)化晶粒 ， 提高力學(xué)性能；降低硬度 、提高塑性 、 便于冷加工；消除部分內(nèi)應(yīng)力 ，防止工件變形 。 正火 :置于空氣中冷卻 ， 晶粒變細(xì) ， 韌性可顯著提高 。 鑄 、 鍛件切削加工前一般進(jìn)行退火或正火 。 緩慢加熱，保溫一定時(shí)間后 。 隨爐冷卻（曲線 1） ?? 退火； 。 空氣中冷卻（曲線 2） ??正火 ； 作用：①降低硬度，增加塑性，改 善機(jī)械性能； ②使組織均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力。 【注】加熱溫度為臨界點(diǎn)（鋼的內(nèi)部 組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度 ) 以上 30～50℃ 。 淬火 是 加熱至 淬火溫度 (臨界點(diǎn)以上30℃ ～ 50℃ )， 并保溫一段時(shí)間 ， 后 投入淬火劑中冷卻 。 淬火后得到的組織是 馬氏體 。 增加硬度 、強(qiáng)度和耐磨性 。 淬火劑有空氣 、 油 、 水 、 鹽水 ， 冷卻能力遞增 。 碳鋼在水和鹽水中淬火 ， 合金鋼在油中淬火 。 緩慢加熱，保溫一定時(shí)間 淬火劑 中冷卻（曲線 3）； 淬火劑 : 水，鹽水 ???用于 碳鋼； 油 ???用于合金鋼。 作用：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性。 淬火 回火 是 淬火后進(jìn)行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝 。 回火可以降低或消除零件淬火后的內(nèi)應(yīng)力 ， 提高韌性 。 在 150℃ ～ 250℃ 范圍內(nèi)的回火稱 “ 低溫回火 ” 。 回火馬氏體有較高的硬度和耐磨性 ， 內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低 。 刃具 、 量具 ， 要進(jìn)行低溫回火處理 。 回火 中溫回火 溫度是 300℃ ～ 450℃ 。 有一定的彈性和韌性 ， 并有較高硬度 。 軸類 、 刀桿 、 軸套等進(jìn)行中溫回火 。 高溫回火 溫度為 500℃ ～ 680℃ 。 綜合性能：強(qiáng)度 、 韌性 、 塑性等都較好 淬火加高溫回火習(xí)慣上稱為 “ 調(diào)質(zhì)處理 ” 。 用于各種軸類零件 、 連桿 、 齒輪 、 受力螺栓等 。 化學(xué)熱處理 有 滲碳 、 滲氮 (氮化 )、 滲鉻 、 滲硅 、 滲鋁 、 氰化 (碳與氮共滲 )等 。 滲碳 、 氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 滲鋁可提高耐熱 、 抗氧化性； 氮化與滲鉻的零件 ， 表面比較硬 ， 可顯著提高耐磨和耐腐蝕性； 滲硅可提高耐酸性等 。 碳鋼的分類 （ 1） .普通碳鋼 ? 含 P、 S等 有害雜質(zhì)較多 （ S≤% P≤%) 化工壓力容器用鋼一般選用鎮(zhèn)靜鋼 。 普通碳素鋼有 Q19 Q21 Q23 Q255及 Q275五個(gè)鋼種 。 式中 Q—普通碳鋼， “ 屈服 ” 的拼音首位字母。 235——材料屈服點(diǎn)（ MPa) A,B,C,D——鋼材質(zhì)量等級(jí)，越后越高。 F——沸騰鋼 （ 2） .優(yōu)質(zhì)碳素鋼 特點(diǎn)： 含硫 、 磷等雜質(zhì)較少 ，均 ??.?4?， 雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量好。 常用有： ?8,10,15,20,20g,2?R,30Mn,40Mn等。 式中 數(shù)字 含 c量的萬分?jǐn)?shù) 。 g 鍋爐鋼； R 容器鋼； Mn 含錳元素約 1%。 （ 3） .高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 磷硫雜質(zhì)極少 P,s含量 ≤% 。 表示法：如 2?A 鑄鐵 含碳量 2%以上 ， 含有 S、 P、 Si、 Mn等雜質(zhì) 。 脆性 材料 ， 抗拉強(qiáng)度較低 ， 但 有良好鑄造性 、耐磨性 、 減振性及切削加工性 。 在一些介質(zhì) (濃硫酸 、 醋酸 、 鹽溶液 、 有機(jī)溶劑等 )中有相當(dāng)好的耐腐蝕性能 。 鑄鐵可分為灰鑄鐵 、 可鍛鑄鐵 、 球墨鑄鐵 、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等 。 灰鑄鐵 %～ %， 片狀石墨形式 ， 斷面暗灰色 。 有優(yōu)良的鑄造性 、 減振性能 ， 支架 、 閥體 、 泵體 (機(jī)座 、管路附件等 )。 在化工生產(chǎn)中可做燒堿生產(chǎn)中的熬堿鍋 、 聯(lián)堿生產(chǎn)中的碳化塔及淡鹽水泵等 。 HT和抗拉強(qiáng)度 sb值表示 ， 如 HT100， 其中 100表示 sb＝100MPa。 常用灰鑄鐵牌號(hào)有 HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。 球墨鑄鐵 簡稱球鐵 。 在強(qiáng)度 、 塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵 ， 甚至接近鋼材 。 用 QT、 抗拉強(qiáng)度值 、 延伸率表示 ， 如QT40018， 其中 400表示 sb＝ 400MPa，18表示 ?=18%。 高硅鑄鐵 有高的耐蝕性能 ， 含硅量增加耐蝕性增加 。 特點(diǎn)： ※ 耐腐蝕性好； ※ 質(zhì)硬、脆，較難機(jī)加工，一般采用鑄造； ※ 導(dǎo)熱性能差，膨脹系數(shù)大，受熱易裂。 常用于各種耐酸泵 、 冷卻排管和熱交換器 牌號(hào)有： STSi11Cu2CrR、 STSi15R、 STSi15Mo3R等 。 式中 ST高硅耐蝕鑄鐵， Si15含硅 15%左右， Cu2含銅 2%左右 R 混合稀土元素（ ≤%） 性能指標(biāo) 材料 sb (MPa) ss (MPa) ? ??? ak () HBS (MPa) 45(正火） 610 360 16 50 ≤ 球墨鑄鐵 400～900 250～600 2 ～18 15～ 30 13～ 36 灰鑄鐵 150～400 —— —— —— 14～ 27 45號(hào)鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵的機(jī)械性能比較 合金鋼 在碳鋼中添加適量的一種或多種合金元素，得到或改善某些性能。 按合金元素總含量分： 合金含量 5%，低合金鋼 合金含量 5%10%，中合金鋼 合金含量 10%，高合金鋼 表示方法： 一種是 漢字牌號(hào) ， 如 35鉻鉬； 另一種是用 國際化學(xué)符號(hào) ， 如 35CrMo。 表示含碳量平均為萬分之三十五 (或%)， 含 Cr、 Mo在 1%左右 。 當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥ %、 ≥ %，≥ %時(shí) ， 在元素符號(hào)后面應(yīng)標(biāo)明含量 ， 可相應(yīng)表示為 4。 如36Mn2Si。 合金元素對鋼的影響 ——為改善鋼材性能特意加入合金元素 ，以改變鋼材性質(zhì) 。 目前常用的合金元素有：鉻 (Cr)， 錳(Mn)， 鎳 (Ni)， 硅 (Si)， 硼 (B)， 鎢(W)， 鉬 (Mo)， 釩 (V)， 鈦 (Ti)和稀土元素 (Re)等 。 鉻 提高耐腐蝕性能和抗氧化性能 。 含量達(dá)到 13％ 時(shí) ， 能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高 ， 并增加鋼的熱強(qiáng)性 。 提高鋼的淬透性 ， 顯著提高鋼的強(qiáng)度 、硬度和耐磨性 ， 但使塑性和韌性降低 。 錳 提高強(qiáng)度和提高低溫沖擊韌性 。 鎳 提高淬透性 ， 有很高的強(qiáng)度 ， 而又保持良好的塑性和韌性 。 提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性 。 鎳基合金具有更高的熱強(qiáng)性能 。 鎳被廣泛應(yīng)用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中 。 硅 提高強(qiáng)度 、 高溫疲勞強(qiáng)度 、 耐熱性及耐H2S等介質(zhì)的腐蝕