【正文】 加工工藝性能 構(gòu)件用鋼通常以棒材、板材、型材、管材、帶材等形狀使用，需進行變形、焊接、鉚接等。鋼材的變形通常在常溫下進行，因此要求具有良好的 冷變形性能 和 焊接性能 。一、冷變形性能 變形抗力 ：隨 C、合金元素含量增高和晶粒細化而增大；構(gòu)件鋼一般塑性變形抗力不高，不會對變形造成很大困難。變形開裂 ： 加工中經(jīng)常遇到的弊病。局部變形 → 產(chǎn)生縮頸 → 塑性失穩(wěn)。 需較大變形量的鋼要求 σs/σb≤，使變形時不易失穩(wěn)。[碳 ]含量增高，鋼中 P量增多，塑變抗力增高，塑性降低，變形時開裂 傾向也增大。[硫 ]含硫量增高，鋼中硫化錳夾雜物增多，也使鋼材變形開裂的傾向增 大，并使軋制鋼板縱向及橫向的塑性不同，鋼材較易于沿著呈條狀分布的硫化物夾雜發(fā)生開裂或分層。[磷 ]磷有強烈的偏析傾向，含磷較高的鋼材，帶狀組織比較嚴重，其性 能也有明顯的方向性。[表面質(zhì)量 ]表面缺陷（裂紋、結(jié)疤、劃痕、折疊等）常成為變形開裂源。變形后變化 ：應(yīng)變時效，塑性降低可能成為斷裂源。二、焊接性能 構(gòu)件鋼的焊接在使用中十分普遍。焊接后存在焊縫區(qū)、半熔化區(qū)、熱影響區(qū)，且熱循環(huán)和組織變化產(chǎn)生焊接應(yīng)力，還可能存在未焊透、氣泡、夾雜和裂紋 → 直接影響構(gòu)件承載和壽命。焊接后成分和組織變化而導(dǎo)致焊接構(gòu)件脆斷趨勢增大的現(xiàn)象稱 焊接脆性 。 焊接構(gòu)件的質(zhì)量取決于：構(gòu)件結(jié)構(gòu)、焊接工藝、材料自身焊接性能。構(gòu)件鋼焊接脆性及防止措施 ：1.M轉(zhuǎn)變脆性：焊接時熱影響區(qū)溫度超過鋼的臨界點 (Ac3)，且使 A晶粒顯著 ↑，其它區(qū)域未被加熱，造成熱影響激冷，發(fā)生 M轉(zhuǎn)變 → 硬度 ↑，塑、韌性 ↓，同時產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，使熱影響區(qū)常出現(xiàn)裂紋，稱謂 冷裂紋 。這種開裂傾向性大小反應(yīng)了鋼焊接性能優(yōu)劣，取決于鋼淬透性和淬硬性。碳、錳、鉻、銅、硅等元素顯著提高碳當量，降低鋼的焊接性；鋼中加入細化晶粒和阻礙 A晶粒長大的元素如鉬、鈦、釩和用鋁脫氧時，有利于改善焊接性能；總之，為了保證構(gòu)件的焊接性能，構(gòu)件用鋼應(yīng)是低碳、低合金元素。2.凝固脆性：指焊肉及熔合線金屬由于熔化和凝固過程引起成分和結(jié)構(gòu)變化，而形成裂紋的傾向性。一般是以熱裂紋的形式表現(xiàn)出來。其原因是熔池結(jié)晶凝固過程中，在通過液相 — 固相線的溫度范圍時，首先結(jié)晶的晶體純度較高，而使合金元素及雜質(zhì)逐漸富集到殘存的液體中去，因而在收縮應(yīng)力的作用下便沿著柱狀晶界產(chǎn)生裂紋。S、 P、 Si↑之； Ti、 Zr、 Ce形成球狀硫化物， ↓之。3.熱影響區(qū)的時效脆性 ：在熱影響區(qū)，因焊接熱的作用可能產(chǎn)生 淬火時效現(xiàn)象 ；另一方面又可能因焊接應(yīng)力的作用在焊腳附近產(chǎn)生微量塑性變形，而引起 應(yīng)變時效現(xiàn)象 。這種時效脆性也常成為低碳鋼構(gòu)件在使用過程中開裂的起源，也必須充分注意。加入 Al、 V、 Ti、 Nb可抑制之。4.焊后加熱開裂 (脆性 )：焊后為了松馳焊接應(yīng)力，常需在較高溫度下加熱，對 A不銹鋼、某些低合金鋼 (主要是含 V鋼種 )可能出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，稱 焊后加熱開裂 或 應(yīng)力松馳開裂 。 裂紋主要是在熔合線附近粗大的晶粒區(qū)，有時在焊肉的粗大組織內(nèi)出現(xiàn)，沿 A晶界發(fā)展，裂紋出現(xiàn)敏感性最大的溫度約為 600℃ 。所以屬熱裂紋。原因： 晶界脆化，其機理與回火脆性相類似。防止 :減少 Sn、 Ce、 As、 P等雜質(zhì)含量；控制 C含量，提高松弛處理溫度降低殘余應(yīng)力。5.過燒脆性和過熱脆性：在緊靠熔合線的熱影響區(qū)附近，可在 A晶界處富集 S，而引起過燒脆性。防止 :減少 S含量；加入稀土元素，形成高熔點的稀土硫化物。第四節(jié) 碳素構(gòu)件用鋼一、成分、牌號、性能特點、用途又稱 碳素結(jié)構(gòu)鋼 ，簡稱 普碳鋼 。冶煉容易，常以熱軋狀態(tài)供貨，一般不經(jīng)熱處理強化，價格低。產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的 70% ～ 80% 。成分 ： W C＜ % 。注意常含的雜質(zhì)和 S、 P含量。用途 ：大多用于中型結(jié)構(gòu)件（很少量用作要求低的機器零件）。應(yīng)用很廣，品種有熱軋鋼板，鋼帶，鋼管，槽鋼、角鋼，扁鋼，圓鋼，鋼軌，鋼筋，鋼絲等。牌號 ： 分為 Q19 Q21 Q23 Q255及 Q275等五類。 注意符號和數(shù)字 。 性能特點 ：除前面講到的， 注意 σb 、 σs 、 δ 大致范圍及不同牌號的區(qū)別 。二、專業(yè)鋼種1.Q235派生出的專業(yè)用鋼（了解）成分和工藝作了微小調(diào)整，規(guī)定某些特殊性能和質(zhì)檢項目，使之適于某些專業(yè)應(yīng)用。注意其牌號。（注意牌號變化）● 用途：主要用于制造厚度在 4mm以下的各種冷沖壓構(gòu)件，如車身、駕駛室、各種儀表及機器的外殼等?！?要求a.對強度要求不高，要求良好的冷沖壓性能。b.采用優(yōu)質(zhì)低碳鋼，降低 Si、 P、 S含量 → 提高塑性，保證冷沖壓性能。c.對沖壓性能要求高且外觀要求較嚴的構(gòu)件，不宜用沸騰鋼，而選用 Al脫氧的鎮(zhèn)靜鋼冷軋板 (如 08A1)。d.要求有細小而均勻的 F晶粒 (67級 )。如果晶粒過粗 (1—4 級 )沖壓中易在變形量較大的部位開裂，且沖壓后表面粗糙 (桔皮狀 )；但晶粒過細 (8級以上 )又使鋼板的塑變抗力增高，沖壓性能惡化， 容易磨損沖模。e.要求晶粒均勻， 防止 大晶粒實際變形量大 ，造成提前開裂?！?工藝通常在熱軋與冷軋之間進行一次重結(jié)晶退火 (加熱到 Ac3以上 )，以利隨后的冷軋。在冷軋中，如果減縮率小于 20％，則在軋后要采用 950℃ 正火來細化晶粒，提高塑性；如采用低溫退火，會引起嚴重的晶粒長大現(xiàn)象；如果減縮率大于 20％，軋后采用再結(jié)晶退火 (650—750 ℃ )。第五節(jié) 低合金構(gòu)件用鋼簡介又稱 低合金結(jié)構(gòu)鋼 ，簡稱 普低鋼 ，國外稱 低合金高強度鋼 （ HSLA鋼）。低碳 、 低合金元素 的鋼種。為了適應(yīng) 大型工程結(jié)構(gòu) (如大型橋梁、大型壓力容器及船舶等 )減輕結(jié)構(gòu)重量，提高使用 可靠性 及 節(jié)約鋼材 的需要發(fā)展起來的。其強度，尤其是屈服點大大高于碳含量相同的普碳鋼。牌號 :能夠識別，并知道各符號的意義，如 09MnV、 15MnTi、 09Mn2性能要求 ● 力學(xué)性能要求a熱軋狀態(tài)具有高 σS→ 減輕結(jié)構(gòu)自重（熱軋狀態(tài)或正火狀態(tài)供貨）b熱軋狀態(tài)具有高 σb→ σs／ σb比 ～ （避免塑性失穩(wěn)）c塑性與韌性 :δ18％ 20％， ψK50％；室溫縱向 αK80J/cm2，橫向 αK60J/cm2；40℃ 或經(jīng)時效處理后 ,αK值下降不得低于室溫值的 50％。d時效敏感性要小碳、氮、硅、銅等 ↑時效敏感性，鋁、釩、鈦、鈮等 ↓時效敏感性?！?工藝性能要求具有良好的冷變形性能和焊接性能。一般保證碳當量＜ 0． 35％。控制氫、磷、硫和砷等元素含量?！?耐大氣腐蝕性要求加入銅、磷、鉻、鎳等元素，以提高耐腐蝕性?！?經(jīng)濟要求普低鋼用量也很大，在加入合金元素時應(yīng)考慮國內(nèi)資源。一般認為其合金化特點是多組元微量合金化。4.化學(xué)成分特點● 低碳低合金元素基本上不加鉻和鎳，控制成本?！?主加合金元素是錳Mn是復(fù)雜立方，點陣類型、原子半徑與 αFe相差大，固溶強化效果好， 價格低。控制在 2％以下?！?輔加合金元素鋁、釩、鈦、鈮等細化晶粒、沉淀強化，提高強韌性。應(yīng)注意控制軋制溫度，以免溫度太 高使沉淀相溶解，晶粒粗化， Tk升高?！? 加入銅和磷 → 改善鋼的耐大氣腐蝕性?！?加入微量稀土元素 → 脫硫去氣，凈化鋼材，并改善夾雜物的形態(tài)與分布， → 改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能。★ 綜上所述，普低鋼合金化總的概念是：低碳，合金化時以錳為基礎(chǔ)，適當加入鋁、釩、鈦、鈮、銅、磷及稀土等元素。發(fā)展方向是多組元微量合金化5.進一步提高普低鋼性能的途徑（自學(xué)）習(xí)題與思考題1.什么叫構(gòu)件鋼？2.什么是金屬材料塑脆轉(zhuǎn)變溫度？影響鋼塑脆性轉(zhuǎn)變溫度的因素有哪些 ?3.什么是鋼的鈍化？簡述提高構(gòu)件用鋼耐大氣腐蝕的途徑。4.為何會產(chǎn)生焊接脆性？防止構(gòu)件鋼焊接脆性有那些途徑？5.構(gòu)件鋼的應(yīng)變時效、淬火時效？藍脆？6.簡述普低鋼化學(xué)成分和組織特點。7.為什么說微合金化必須與控制扎制 ,控制冷卻相結(jié)合 ,才能發(fā)揮其強韌化 作用？8.要求能夠判斷構(gòu)件鋼的牌號。第 4章 機器零件用鋼● 機器零件用鋼？用來制作各種機器零件的鋼。如：機器上的軸類，齒輪、彈簧、軸承、緊固件等等。種類多，用量大。● 受力、工作環(huán)境特點？十分復(fù)雜，性能要求高 ；且 不同零件 受力、工作環(huán)境不同， 性能要求也不同 ：有可能受拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、振動和摩擦等中的一種或多種；受力或恒定、或變化，或單向或反復(fù)，加載或逐漸或驟然；工作環(huán)境或高溫或低溫，有的還在腐蝕介質(zhì)中使用?！?性能要求？216。高強韌 、耐磨損、耐疲勞、高彈性等 ；216。將 不同碳、合金元素 的鋼 淬火 成 M后再 回火 形成不同的組織狀態(tài)是機器零 件用鋼 制備的基本思路 216。為了充分 M化，所用鋼還需有較高的 淬透性 。第 1節(jié) 機器零件用鋼的強韌化一、性能要求機器零件失效形式：過量變形、表面損傷、脆性斷裂等?！?性能要求：塑性變形抗力、韌性、抗疲勞、抗沖擊、抗接觸疲勞和耐磨等 最基本要求 是 在具有盡可能高的強度的同時具有足夠的韌性 ?！?措施： M相變＋回火轉(zhuǎn)變 → 回火 M→ 固溶強化、沉淀強化、相變強化（細 化、過飽和） → 高強韌二、合金元素的作用● 鋼的 淬透性 是指 A化后的鋼在淬火時獲得 M的能力，其大小用鋼在一定條 件下淬火獲得的淬透層的深度表示?！?試驗結(jié)果表明 ,不同成分的機器零件用鋼完全淬透再回火到相同的硬度時 ,其各種常規(guī)力學(xué)性能（強度、塑性）都大致相同 ,此規(guī)律稱為 淬火回火鋼 力學(xué)性能相似性 。說明機器零件用鋼中的合金元素并不是直接賦予鋼某項力學(xué)性能，而是保證鋼有盡可能高的淬透性，使鋼在一定的淬火條件下獲得足夠的 M，而 M量的多少對鋼的綜合力學(xué)性能有重要影響?！?一般，機器零件用鋼要求較高的淬透性，在同樣條件下得到更多的 M,回 火后得到較好的綜合力學(xué)性能。（一）機器零件用鋼的淬透性淬透性是否淬透－－對鋼性能的影響：● 完全與未完全淬透的鋼，熱處理至相同的 σb時，前者 σS高（ 屈強比 ）；● 處理至相同硬度，未完全淬透的鋼 疲勞強度 低；● 回火至相似硬度，淬透的鋼 沖擊韌性 高， TK低。（二）合金元素對鋼淬透性的作用● 鎳、硅、鉻、鉬、錳、硼● 多合金元素綜合作用不是簡單的疊加，而是強烈得多?！?注意：只有溶入 A合金元素才起作用；以碳化物的形態(tài)存在反而 ↓淬透性。增強（三）合金元素對機器零件用鋼的其它作用硅鉻鉬鎢釩鈦推遲回火轉(zhuǎn)變↑ 回火穩(wěn)定性回火 ： M過飽和度 ↓，消除應(yīng)力，殘余 A分解， ↑塑韌性。除錳外，所有常用的合金元素均能細化 A晶粒，使鋼在熱處理后獲得較高的綜合力學(xué)性能。強碳化物形成元素細化晶粒的作用較強。許多機器零件用鋼中都加入了少量釩、鈦等元素。在鋼中未形成碳化物而 溶入固溶體 的合金元素 強化 F， 提高回火 M的力學(xué)性能 。合金元素偏聚于晶界。鎢、鉬阻止偏聚，減弱或抑制第二類回火脆性的發(fā)展。在鋼中加入一定量的硫、鈣、碲、鉛、硒等元素，或同時加入其中的某幾個元素，能改善鋼的被切削加工性能。這些元素常被稱為 易切削元素 。易切削鋼： 加入易切削元素，改善切削性能的鋼。