钢铁材料及有色金属材料.docx

合金钢:
钢的合金化概论
目前常用的合金元素有:硅、锰、烙、镍、钨、钼、钒、钛、铌、锆、铝、铜、钴、氮、硼、稀土等
(一)、钢中的合金元素
钢是以铁为基础的合金,其点阵结构是由铁决定的。由于冶炼时所用的原材料冶炼方法和工艺操作等的影响,使其还有十多种或更多种元素。钢中除了碳可能还有其他元素【硅、锰、硫、磷、铜、镍等它一般作为杂质或残余元素对待,而不认为是合金元素】
锰可有生铁带入钢中,锰与硅还可以以脱氧剂的形式加入。残余元素的存在有时可以起到一定有益的作用(如镍、烙可以提高钢的淬透性),但在大多数情况下会产生不利的影响(残留的镍、烙、铜存在会对钢的焊接性冷变形加工形产生不利的影响),所以对于优质碳素钢都规定了残余元素的最高许可量。
在冶炼过程中,钢液不可避免的隐含微量的气体—氧、氮、氢。这些元素在钢中的含量虽然过少,但在一定的条件下或超过一定的含量后,都会对钢的性能显示重要影响,因此不能不加以考虑。
PS:【碳素钢】压力加工较方便,价格低,其机械性能可以满足多方面的要求,尤其是经过热处理后,性能有很大的改善,因此碳素钢的产量占90%以上。
【碳素钢局限】不锈、耐酸、耐磨物理性能、工艺性能、大尺寸、
高强度。
PS:【硫:降低韧性,可以用于易切钢中】
【合金钢高低的判别】合金元素小于或等于5%时低合金钢,5-10%中合金钢,大于10%高合金钢。
二、钢的分类
(一)、按用途分类:冶炼方法和设备的不同,工业钢分:平炉钢、转炉钢、电炉钢三大类,每一类还可以根据炉衬材料的不同分为:碱性和酸性。电炉钢还可以分为电弧炉钢、感应炉钢、真空感应炉钢、电渣炉钢等
(二)、按结构分类:
1、结构钢
(1)、建筑及工程用钢或者构建用钢。用作钢架、桥梁、钢轨、车辆、船舶等,属于这类钢的有普通碳素钢和部分普通低合金钢,这类钢很大一部分做成钢板或型材。
(2)、机器制造用钢,用作各种制造零件,包括轴承、弹簧等。
2、工具钢
(1)、量具刃具钢
(2)、冷模具钢
(3)、热模具钢
(4)、耐冲击工具用钢
3、特殊性钢
(1)、耐热钢,包括抗氧化钢和热强钢
(2)、不锈耐酸钢,电工用钢等
(三)、按金相组织
1、按平衡状态或退火状态的组织分类:亚共析钢、共析钢、过共析钢和菜氏体钢
2、按正火组织分类:珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢。但由于正火空冷的冷却速度随钢材尺寸的不同而不同,所以这种分类不是绝对的。
3、按加热冷却时有无相变和室温时的金属组织
(1)、铁素体钢,加热和冷却时始终保持铁素体
(2)、奥氏体钢,加热和冷却时始终保持奥氏体
(3)、复相钢,如半铁素体或半奥氏体
四、普通低合金结构钢
要求:(一)、良好的综合机械性能。采用普通低碳合金结构钢的主要目的是减轻金属结构的重量,提高其可靠性。所以要有【高的屈服强度和良好的机械性能】
(二)、普通低碳合金钢的屈服极限:300、350、450、500、550-650MN/m2,其中300-400常用。钢的屈服极限主要取决于其显微组织,目前普通低合金结构钢所打到的强度和组织关系:1、铁素体-珠光体(300-350)2、低碳贝氏体组织(450-650)3、低碳索氏体,这类钢经过调制处理(650-800)
(三)、良好的工艺性能
(四)、良好的耐腐蚀性
合金元素在普通低碳合金钢中的作用
(一):合金元素对钢的机械性能的影响
目前工业上普遍采用的普通低碳合金钢很大一部分具有【铁素体-珠光体组织】在扎或者正火后得到最后的性能。其组织接近钢的平衡组织。
提高碳含量及增加珠光体数量,【碳的含量对钢的影响】:影响焊接性能、冷脆性,冲压性等,%以下。在碳受限的情况下,要通过加入合金元素来提高钢的强度,总加入量不超过5%,一般在3%多为1-2%。
对于具有铁素体-珠光体的普通合金钢,合金元素对其强度的影响主要方式:(1)、铁素体的固溶化(2)、增加珠光体的相对量(3)、控制晶粒大小(4)、影响珠光体的分散度(5)、沉淀硬化
【低碳索氏体、低碳贝氏体(硼)、低碳马氏体】
【PS】提高普通碳素钢的另一途径:采用低碳合金钢淬火获得低碳马氏体,然后进行高温回火,或的低碳索氏体组织,从而得到良好的机械性能和焊接性能。
(二)、合金元素对焊接性能的影响
良好的焊接性能只要指:焊缝区在焊接冷却后不生成马氏体或其他介稳组织。一般钢结构焊接后的冷却速度是30-50/s。【在钢中加入钛、钒,由于能使晶粒细化能与碳结合成稳定的碳化物,而使淬透性降低,从而有利于得到良好的焊接性能】
【说明】焊接时,焊缝区由于温度的作用会引起晶粒增大,从而
增加焊后开裂的倾向,。钢中加入细化晶粒或阻碍晶