【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溶解度較小。在727℃%，在20℃%。鐵素體的性能與純鐵相似，即塑性、韌性較好，強(qiáng)度、硬度較低。低碳鋼中含有較多的鐵素體，故具有較好的塑性。（二） 奧氏體奧氏體是碳固溶于γFe中形成的間隙固溶體，用符號(hào)A表示。它仍保持γFe的面心立方晶格。由于面心立方晶格原子間的間隙比體心立方晶格大，因此碳在γFe中的溶解度要大，在1148℃時(shí)ωc=%,在727℃時(shí)ωc=%。奧氏體一般在高溫時(shí)存在，具有很好的塑性，很適合于鍛造。所以絕大多數(shù)鋼材鍛造前都要加熱到奧氏體狀態(tài)。（三）滲碳體滲碳體是具有復(fù)雜晶格的間隙化合物，用符號(hào)Fe3C表示。其ωc=%,熔點(diǎn)為1227℃。滲碳體具有很高的硬度，約為800HBW，而韌性很差、極脆。滲碳體是鋼中的主要強(qiáng)化相。滲碳體在鋼和鑄鐵中的存在形式有：球狀、粒狀、網(wǎng)狀和片狀，它的數(shù)量、形狀、大小和分布情況對(duì)鋼和鑄鐵的性能影響很大。（四）珠光體鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱(chēng)為珠光體，用符號(hào)P表示。其ωc=%，它的性能介于鐵素體和滲碳體之間，緩冷時(shí)硬度約為180～200HBS。（五）萊氏體%的鐵碳合金液，冷卻到1148℃時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的共晶體，該共晶體稱(chēng)為高溫萊氏體。用符號(hào)Ld表示。在727℃以下由珠光體和滲碳體所組成的萊氏體，稱(chēng)為低溫萊氏體。用符號(hào)Lˊd表示，萊氏體硬而脆，是白口鑄鐵的基本組織。二、鐵碳合金相圖分析（一） 簡(jiǎn)化的鐵碳合金相圖圖126簡(jiǎn)化后的Fe – Fe3C相圖二、Fe Fe3C 相圖的分析（一）圖中主要的特性點(diǎn)和線及其意義 五個(gè)重要的成份點(diǎn)：P─表示碳在α Fe中的最大溶解度； S─共析點(diǎn) 727℃，ωc=%； E─碳在γFe中的最大溶解度； C─共晶點(diǎn)，1148℃，ωc=%； K─滲碳體的成分。四條重要的線：EF─共晶線； ES─碳在γ161。170。Fe中的溶解度曲線； GS─奧氏體和鐵素體的相互轉(zhuǎn)變線； PK─共析線。 兩個(gè)重要轉(zhuǎn)變：共晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式、共析轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。二個(gè)重要溫度：1148 ℃ 、727 ℃ 。（二）鐵碳合金的分類(lèi) 在鐵碳合金相圖中，各種不同成分的鐵碳合金，根據(jù)其組織和性能的特點(diǎn)以及在相圖中位置，可以分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三大類(lèi)。1）工業(yè)純鐵 成分在P點(diǎn)左面，% 的鐵碳合金。2）鋼 成分在P 點(diǎn)與E點(diǎn)之間，%～%的鐵碳合金，根據(jù)其室溫組織的特點(diǎn)，又可以S點(diǎn)為界分為三類(lèi)：共析鋼：ωc=%。 亞共析鋼：ωc=%～%。 過(guò)共析鋼：ωc=%～%.3）白口鑄鐵 成分在E點(diǎn)和F點(diǎn)之間，%～%的鐵碳合金。白口鑄鐵組織的特點(diǎn)，也可以C點(diǎn)為界分為三類(lèi)：共晶白口鑄鐵： ωc=%。 亞共晶白口鑄鐵： ωc=%～%。 過(guò)共晶白口鑄鐵： ωc=%～%.三、鋼的結(jié)晶過(guò)程（一）共析鋼 ( Wc = % ) L→L+A→A→P（二）亞共析鋼 ( Wc = % )L→L+A→A→A+F→P+F（三）過(guò)共析鋼 ( Wc = % )L→L+A→A→A+Fe3C→P+ Fe3C四、鐵碳合金成分、組織、性能之間的關(guān)系及應(yīng)用（一）碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)平衡組織的影響（二）碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能的影響圖1—31 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)緩冷鋼力學(xué)性能的影響（三）鐵碳合金相圖的應(yīng)用1．選擇材料方面的應(yīng)用工程設(shè)計(jì)中，對(duì)金屬材料有不同的要求：─如金屬構(gòu)件用的鋼材，可選用碳含量較低的鋼；─各種機(jī)器零件，可選用碳含量適中的鋼；─各種工具，則選擇碳含量較高的鋼。2．在制定工藝規(guī)范方面的應(yīng)用 在鑄造工藝方面的應(yīng)用。根據(jù)相圖可以確定合適的澆注溫度；在鍛造工藝方面的應(yīng)用。奧氏體的強(qiáng)度很低，塑性較好，便于塑性變形。3．在焊接工藝方面的應(yīng)用焊接時(shí),由焊縫到母材各區(qū)域加熱溫度不同,隨后的冷卻也就可能出現(xiàn)不同的組織與性能,這就需要在焊接后采用熱處理方法加以改善。4．在熱處理工藝、正火、淬火的溫度選擇都需要參照鐵碳合金相圖.第四節(jié) 鋼的普通熱處理工藝引言：1．熱處理的概念 將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織與性能的工藝。2．熱處理的目的 （1）提高鋼的力學(xué)性能 （2）改善鋼的工藝性能 一、鋼的熱處理工藝（一）分類(lèi)根據(jù)工藝類(lèi)型、工藝名稱(chēng)和實(shí)現(xiàn)工藝的加熱將熱處理分為：1．整體熱處理 退火、正火、淬火、回火。2．表面熱處理 表面淬火、氣相沉積。3．化學(xué)熱處理 滲碳、氮化、碳氮共滲。本節(jié)主要介紹鋼的整體熱處理。（二）鋼的普通熱處理工藝1．鋼的退火 （1）退火：將鋼件加熱到A3（對(duì)亞共析鋼）或 A1 （對(duì)過(guò)共析鋼）線以上某一溫度范圍，保溫一段時(shí)間后，在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中，使其緩慢冷卻的熱處理方法 （2）退火的目的： 1）降低硬度，以利于切削加工 ； 2）細(xì)化晶粒，改善組織，提高力學(xué)性能； 3）消除內(nèi)應(yīng)力（加熱到A1線以下即可）。 2．鋼的正火（1）正火：正火是將鋼加熱到A3或Acm線以上某一溫度范圍，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理方法。正火是置于空氣中冷卻。晶粒變細(xì)，韌性可顯著提高。（2）正火的目的： 1）對(duì)低碳鋼，可細(xì)化晶粒，提高硬度，改善加工性能； 2）對(duì)中碳鋼，可提高硬度和強(qiáng)度，作為最終熱處理； 3）對(duì)高碳鋼，可為球化退火作準(zhǔn)備 。 另外，正火是爐外冷卻，不占用設(shè)備，生產(chǎn)效率高，所以正火工藝應(yīng)用廣泛。 鑄、鍛件切削加工前一般進(jìn)行退火或正火。3．鋼的淬火（1）淬火：將鋼加熱到A3或A1線以上某一溫度范圍，保溫一段時(shí)間，在水中或油中急劇冷卻的熱處理方法 淬火可使鋼獲得馬氏體組織。馬氏體是鋼的基體組 織中強(qiáng)度與硬度最高的組織。 （2）淬火的目的： 1）對(duì)于工具或耐磨零件來(lái)說(shuō)，是提高硬度和耐磨性； 2）對(duì)于一般結(jié)構(gòu)零件來(lái)說(shuō)，能使強(qiáng)度和韌性得到良好的配合，以適應(yīng)不同工作條件的需要。 4．鋼的回火（1）回火：將淬火后鋼件再加熱到Ac1以下的某一溫度，保 溫一定時(shí)間后，然后冷卻到室溫的熱處理工藝 。（2）回火的目的： 1）是為了消除因淬火冷卻速度過(guò)快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開(kāi)裂，并減小脆性； 2）回火可使淬火組織趨于穩(wěn)定，使工件獲得適當(dāng)?shù)挠捕?、穩(wěn)定的尺寸和較好的綜合力學(xué)性能等，故回火總是伴隨在淬火后進(jìn)行。 （3）回火的種類(lèi)按回火溫度的不同，回火可分以下三種：1）低溫回火（150~250）186。C 目的：保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性，降低淬火應(yīng)力, 減少鋼的脆性。硬度為5864HRC。 主要用于：刃具、量具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳淬火件和表面淬火件。2）中溫回火（350~500）186。C 目的：獲得高的彈性極限、屈服點(diǎn)和較好的韌性。又稱(chēng)彈性處理。硬度為3545HRC. 主要用于：彈性零件及熱鍛模具等。3）高溫回火（500~650）186。C 目的：獲得良好的綜合力學(xué)性能。又稱(chēng)調(diào)質(zhì)處理。硬度為2535HRC. 主要用于：各種重要結(jié)構(gòu)零件如螺栓、齒輪及軸承。 5．鋼的表面熱處理1）表面淬火：表面淬火是將工件的表面層淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火方法。它主要是改變零件的表面層組織。常用的表面淬火方法有： ⑴ 火焰表面淬火 ； ⑵ 感應(yīng)加熱表面淬火。2）鋼的化學(xué)熱處理：化學(xué)熱處理是將鋼件放在某種化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫、使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表面，以改變表面層的化學(xué)成分和組 織，從而改變工件表面層性能的熱處理方法。常見(jiàn)的化學(xué)熱處理有：滲碳、滲氮、滲鋁和滲鉻等，其中，以滲碳和滲氮應(yīng)用最多。課題三 船舶用鋼目的與要求：一般理解與掌握雜質(zhì)元素和合金元素在鋼中的作用；一般理解與掌握船體結(jié)構(gòu)鋼分類(lèi)、化學(xué)成分、力學(xué)性能；特殊性能鋼；深刻理解與熟練掌握鋼的分類(lèi)和牌號(hào)；深刻理解與熟練掌握船體結(jié)構(gòu)鋼的性能要求。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：鋼的分類(lèi)和牌號(hào)；船體結(jié)構(gòu)鋼的性能要求；船用結(jié)構(gòu)鋼的選用與代用。課堂組織：多媒體講授。教學(xué)時(shí)數(shù)：7學(xué)時(shí)。 第一節(jié) 鋼的分類(lèi)和牌號(hào) 船用金屬材料主要以鋼為主。船舶用鋼為工業(yè)用鋼中的一種專(zhuān)用鋼。由于船體結(jié)構(gòu)的要求，船舶用鋼主要采用低碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼，在特定的使用條件下，可采用特殊性能鋼種，并按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的表示鋼號(hào)。一、鋼的分類(lèi) (一) 傳統(tǒng)的分類(lèi)方法 1．按鋼的用途 可分為建筑及工程用鋼、機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼、專(zhuān)業(yè)用鋼（如橋梁鋼、鍋爐用鋼）等，每一大類(lèi)又可分為許多小類(lèi)。 2．按鋼的冶金質(zhì)量（有害雜質(zhì)硫、磷含量） 可分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。 按冶煉方法 可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼；根據(jù)煉鋼時(shí)所用脫氧方法，可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。 4．按鋼中含碳量 可分為低碳鋼（ωC≤%）、中碳鋼（ ωC=%～%）、高碳鋼（ ωC＞%）。 5．合金鋼按鋼中合金元素總含量 可分為低合金鋼（ωMe≤5%）、中合金鋼（ ωMe=5%～10%）、高合金鋼（ ωMe＞10%）。6．根據(jù)鋼中合金元素的種類(lèi)可分為錳鋼、鉻鋼、硼鋼、硅錳鋼、鉻鎳鋼等。7．按合金在空氣中冷卻后所得到的組織 可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼等。 8．工業(yè)用鋼材按最終加工方法 可分為熱軋材或冷軋材、拉拔材、鍛材、擠壓材、鑄件等。 （二）新的鋼分類(lèi)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13304─91《鋼分類(lèi)》是參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的鋼的分類(lèi)分為“按化學(xué)成分分類(lèi)” 、“按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能及使用特性分類(lèi)”兩部分。 1．按化學(xué)成分分類(lèi) 根據(jù)各種合金元素規(guī)定含量界限值，將鋼分為非合鋼、低合鋼、合金鋼三大類(lèi)。 2．按主要質(zhì)量等級(jí)、主要性能及使用特性分類(lèi)(包括非合金鋼、低合金鋼、合金鋼)。 （1）普通質(zhì)量鋼 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中控制質(zhì)量無(wú)特殊規(guī)定 （2）優(yōu)質(zhì)鋼 在生產(chǎn)過(guò)程中需要按規(guī)定控制質(zhì)量 （3）特殊質(zhì)量鋼 在生產(chǎn)過(guò)程中需要嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能 (二)工業(yè)用鋼牌號(hào)表示方法按GB/T221─2000的規(guī)定，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)品采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符號(hào)與阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的原則表示鋼的牌號(hào)。 1．非合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào)用“Q+數(shù)字”表示，其中“Q”為“屈”字的漢語(yǔ)拼音字頭，數(shù)字表示屈服強(qiáng)度值。若牌號(hào)后面標(biāo)注A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，其中A級(jí)最低，D級(jí)最高。若在牌號(hào)后標(biāo)注字母F(沸騰鋼)、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）。 例如：Q235AoF表示屈服強(qiáng)度為235MPa的A級(jí)沸騰鋼 用途：薄板，鐵絲，釘，小軸，螺栓等。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào)開(kāi)頭的兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以平均含碳量100表示，Mn含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼數(shù)字后面應(yīng)標(biāo)出“Mn”。例如：%且MnMn含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 用途：用作各種較重要的機(jī)器零件，如：齒輪、主軸等。（3）易切削結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào)冠以“Y”，以區(qū)別優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；%的易切削結(jié)構(gòu)鋼。用途：主要用在自動(dòng)機(jī)床上加工大批量的零件，如螺釘，螺母等。（4）碳素工具鋼 牌號(hào)冠以“T”，后面的數(shù)字表示平均含碳量10； 例如T8，表示平均ωC=%的碳素工具鋼。Mn含量較高者在鋼號(hào)的數(shù)字后標(biāo)出“Mn”，高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼鋼號(hào)后加注“A”。 用途：用來(lái)制作各種刀具、量具和模 具。 2．合金鋼的牌號(hào)一般牌號(hào)的首部是表示碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字；對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼，以平均含碳量10表示，對(duì)于工具鋼以平均含碳量100表示。當(dāng)鋼中某合金元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωMe＜，牌號(hào)中只標(biāo)出元素符號(hào)，不標(biāo)明含量；當(dāng)ωMe=～、～……時(shí)，在該元素后面相應(yīng)地用整數(shù)……注出其近似含量。（1）合金結(jié)構(gòu)鋼 兩位數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字 前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)倍，后面數(shù)字表示合金元素的百倍。如：60Si2Mn,40Cr等。鋼中釩、鈦、鋁、硼、稀土等均屬為微量合金元素，雖然含量很低，但仍應(yīng)在鋼號(hào)中標(biāo)出，例如：40MnVB、25MnTiBRE等。 （2）合金工具鋼的牌號(hào)其牌號(hào)表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼類(lèi)似，但其平均 Wc1%時(shí)不標(biāo)出；當(dāng)Wc1%前面數(shù)字表示含碳量的千倍。如：9SiCr, C5CrMnMo等。 但高速鋼不標(biāo)含碳量，只寫(xiě)出合金元素符號(hào)及其含量。 如：W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2（3）特殊性能鋼 表示方法與合金工具鋼相同。％時(shí)，用“0”表示，含碳≤％時(shí)，用“00”表示，例如：0Cr19Ni00Cr30Mo2等。3．鑄鋼的牌號(hào)（1）工程用鑄造碳鋼 牌號(hào)前面是ZG（“鑄鋼”二字漢語(yǔ)拼音字首），后面第一組數(shù)字表示屈服點(diǎn)，第二組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度，若牌號(hào)末尾標(biāo)字母H（焊）表示該鋼是焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼，例如：ZG230─450表示屈服強(qiáng)度為260MPa、抗拉強(qiáng)度為450MPa的工程用鑄鋼。（2）GB/T5613─1995《鑄鋼牌號(hào)表示方法》規(guī)定以化學(xué)成分表示的鑄鋼牌號(hào)中“ZG”后面一組數(shù)字表示鑄鋼的名義萬(wàn)分碳含量，其后排列各主要