會計學1X工業用鋼工藝學工程材料工藝學-鋼鐵2教學基本要求1.熟練掌握工業用鋼的分類與編號表示方法；

2.熟悉鋼鐵中合金元素的含量與作用與相應組織。

3.了解鑄鐵的石墨化過程特點與影響；

4.熟悉鑄鐵的分類、牌號、性能特點并基本會選。

5.了解工程材料新發展簡介第1頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵3§1工業用鋼簡介

一、鋼：以鐵為主元素，含C％＜2％以下，并含有其它元素的材料。可形變加工的鐵碳合金。

1.工業用鋼(按成分)包括非合金鋼、低合金鋼、合金鋼三類。(必須掌握的內容-考試啊!)

⑴按碳質量分數高低劃分為低碳鋼(wc<0.25％)

中碳鋼(wc在0.25％～0.60％間)

高碳鋼(wc>0.60％)等均為非合金鋼。第2頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵4

非合金鋼加入少量合金元素形成低合金鋼。⑵按質量分按鋼的質量等級分,分為普通質量鋼、優質鋼、高級優質鋼、特殊優質鋼,其中的磷和硫質量分數如表4-1所示。

⑶按鋼的主要性能及使用特性分分工程結構用鋼,機械結構用鋼,工具鋼,不銹鋼,耐蝕,耐熱鋼,軸承鋼,特殊物理性能等鋼。第3頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵5

2.鋼鐵產品牌號表示方法鋼材牌號采用“數字加字母”表示。力學性能和元素含量用數字表示，化學元素采用國際化學元素符號表示。

產品名稱、用途、冶煉和澆注方法等用漢語拼音字母表示。

表4-2(p57)不同類型鋼及牌號表示方法。第4頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵6

3.鋼鐵及合金統一數字代號體系

GB/T17616-1998對鋼鐵及合金產品牌號規定了統一數字代號，與現行的GB/T221-2000鋼鐵產品牌號表示方法等同時并用。統一數字代號有利于現代化數據處理設備進行存儲和檢索，便于生產和使用。數字代號由固定6位符號組成,左邊第1位大寫拉丁字母作前綴(“I”和“0”除外),后接5位阿數字。第5頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵7

每個統一數字只適用于一個產品牌號。例如：U20202，表示20(非合金鋼)優質碳結鋼鋼；A73402表示合金調質鋼中的40MnVB。

非合金鋼，(俗說：碳素結構鋼)簡稱：碳鋼

由于價格低廉、易于獲取，通過碳含量的控制和熱處理可使其性能得到改善，能滿足生產的基本需求，因而應用廣泛。

二、常存元素對碳鋼性能的影響(了解)第6頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵8

1.碳(C)作用碳對碳鋼的組織和性能影響很大。如圖示總趨勢是：狀態圖中自左向右,含碳量增加,Fe3C增加,硬度直線上升,塑韌性急速下降,強度先升后降。

2.錳(Mn)作用脫氧,FeO還原Fe;與S作用→MnS降低熱脆性;提高強度、硬度。屬有益元素。

3.硅(Si)作用

第7頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵9

與鋼液中FeO生成爐渣,提高鋼質量;溶于F中，固溶強化。有益元素。

4.硫S作用：形成FeS(熔點1190℃）,在晶界處，在1100℃—1200℃時,壓力加工,產生脆裂,“熱脆”。有害元素。

5.磷P作用：全部溶于F中,固溶強化；Rm、HB↑↑,在低溫下引起脆斷—“冷脆”。有害元素。第8頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵10

三、非合金鋼(碳)鋼分類

1.碳素結構鋼

GB700-1988

牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數值、質量等級符號、脫氧方法四部分組成。其中質量等級分別用A、B、C、D表示。

A的S、P量高,D的S、P量最低,且質量最好。

如：Q235-A.FQ-“屈”字漢語拼音字首，讀“屈”。第9頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵11

235-Rm(σb)≥235MPaA-質量等級A級

F-脫氧方法，指“沸騰鋼”，一般不標。牌號：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五類.

用途：用于制作螺釘、螺栓、螺母、角鋼、墊圈、焊接鋼管等,詳見參考書P63表4－4。

2.優質碳素結構鋼

S、P含量較低，用于重要零件第10頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵12

GB：牌號用兩位數字表示，表示含碳量萬分之幾（十）。如：08F、10、15、20、25，為低碳鋼，塑性好，耐沖、好焊；

30、35、40、45、50、55，中碳鋼含P多，強硬適中，多做重要件；

60、65、70、75，高碳鋼。多需淬火＋回火，制作彈性耐磨件。

20Mn、65Mn等稱含錳量較高的優質碳素結構鋼。（詳見教參P68表4-13）第11頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵13

3.碳素工具鋼。牌號用“碳”字漢語拼音字首“T”+數字表示Wc的千分之幾。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10鋼WC=1%；T10A中的“A”表示為高級優質碳素工具鋼(適用各類高級優質鋼）。其中：

T7鋼（WC=0.7%）主要用于制造手鉗、剪刀、鑿子、手錘等；第12頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵14T10鋼（WC=1%）用于制作手用鋼鋸條、簡單冷作模具、（手工鉆頭）等；

T12鋼用于制作鉸刀、銼刀、量具等。（詳見教參P83表4-25）

四、合金鋼為提高鋼的力學,工藝,物理,化學性能、淬透性等,在碳鋼的基礎上加入某些合金元素,稱為合金鋼。按用途分

合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。第13頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵15

1.合金結構鋼鋼號:數字＋元素符號＋數字(平均百分數)

如20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、38CrMoAlA等；用于制造機械零件和工程構件。常說的16Mn應歸類于(低合金)高強度結構鋼,新號:Q345(GB/T1591-94)

低合金高強度結構鋼在碳鋼基礎上加少量錳、硅等合元制成。通常在熱軋、正火狀態下使用。第14頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵16

牌號表達同碳素結構鋼Q295、Q345、Q390、Q420、Q460.

低合金高強度結構鋼成本與碳素結構鋼相近，但性能有較大的提高,在工程結構中應用極為廣泛。(舊牌號:16Mn、09MnV2等)

2.合金工具鋼

用于制造刃具、模具、量具等工具.

如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等；

GCr15有專用名稱“滾動軸承鋼”,實為“名專用途廣”。第15頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵17

高速鋼又稱：鋒鋼、白鋼。特點是高熱硬性、耐磨性、淬透性，常用牌號：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，制造形狀復雜的高速切削工具，如：麻花鉆、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具。

3.特殊性能鋼

不銹鋼（不銹鋼又多為耐熱鋼！）

1)鉻不銹鋼馬氏體型不銹鋼,其牌號有：

12Cr13、20Cr13、30Cr13

第16頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵18

2)鉻鎳不銹鋼：奧氏體型不銹鋼，其牌號：

12Cr18Ni9（Ti）、06Cr18Ni9

3)鐵素體不銹鋼：10Cr17-容器,日用品。

耐磨鋼

GB5680-98又稱“高錳鋼”,強烈沖擊力作用下發生硬化現象如牌號：ZGMn13-1、ZGMn13-2等，應用鐵道叉、履帶板、顎板、鏟斗、保險箱等。磁鋼（略）第17頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵19§2鑄鐵

鑄鐵是在凝固過程中經歷共晶轉變，用于生產鑄件的鐵基合金的總稱。生產上應用的鑄鐵碳的質量分數常在2.5%～4%之間。鑄鐵抗拉強度較低,塑性和韌性差,不能進行鍛造,但有一系列優點,而在工業上應用廣泛。第18頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵20

1.鑄鐵石墨化

石墨化就是鑄鐵中的碳原子析出并形成石墨的過程。

在鑄鐵中的碳能以滲碳體和游離狀態的石墨形式存在。一般的石墨可以從液體中結晶出來，也能從A中析出，也可以由滲碳體分解得到。實踐證明，成分相同的合金在冷卻時，冷卻速度愈快，析出的滲碳體的可能性愈大；第19頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵21

冷卻速度愈慢，析出石墨的可能性愈大。故,在鐵碳合金結晶過程中存在兩種相圖,即Fe-Fe3C相圖(它說明了析出Fe3C的規律)和Fe-G(石墨)相圖(它說明了析出石墨的規律),為便于比較和應用,將上述兩種相圖重疊在一起稱為鐵碳雙重相圖，如圖4-9所示。按Fe-G(石墨)相圖分析過共晶成分的鐵液由高溫到室溫的冷卻過程，可將鑄鐵的石墨化過程分為幾個階段：第20頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵22

第一階段：液相至共晶階段。包括從過共晶成分的液相中直接結晶出一次石墨和共晶石墨。

中間階段：共晶至共析轉變的階段。此時從奧氏體中直接析出二次石墨。

第二階段：共析轉變階段。包括共析轉變時奧氏體轉變為鐵素體+石墨。當然，也可按Fe-Fe3C相圖進行上述三個階段的石墨化過程。不同的是，先析出Fe3C，然后Fe3C在高溫下分解出石墨。第21頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵23

石墨是碳的一種結晶體，具有六方晶格,見圖4-10.原子呈層狀排列,同一晶面上的碳原子間距為0.142×10-10m,相互間呈共價鍵結合,結合力強。層與層之間的距離為0.304×10-10m,原子間呈分子鍵結合，結合力較弱。因此，石墨結晶形態常易發展為片狀，強度Rm

、塑性A極低，硬度為3HBW;低的力學性能,及其數量、形狀、大小和分布使灰鐵基體上布滿了裂紋和孔洞.第22頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵24

由于G的存在

①減少了基體承載的有效面積；

②G的尖角割裂基體,造成嚴重的應力集中.

且G片越是粗大、分布不勻,其力學性能越差.

但是,灰鑄鐵的抗壓強度受G影響小。

灰鐵不能鍛造,不能沖壓;但是有如下優點：①良好的鑄造性(流動性好，收縮小)；②易切削;(？)③抗壓強度高；

第23頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵25

④減震和減摩性能好；⑤切口不敏感性；⑥制造容易、價格便宜。

2.鑄鐵的組織及影響因素灰鑄鐵按基體不同可分為;

P灰鑄鐵P+F灰鑄鐵F灰鑄鐵

要控制鑄鐵組織與成分，必須控制其石墨化程度，而影響石墨化的主要因素為：

1)化學成分

成分：Wc=2.5%~4%；Wsi=1~2.5%；WMn=0.6~1.2%;Wp≤0.3%；Ws≤0.15%.第24頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵26

隨C、Si增多，G核增多，析出G多而粗大；反之，G少；

S、Mn阻礙G，增加白口化，應嚴控，P增加冷脆性。

2)冷卻速度(V)

冷卻快，原子來不及急擴散，G化難以進行；易白口。

冷卻的慢，可得灰口。顯然，欲求灰口件合理選擇鑄件壁厚。

第25頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵27

冷卻速度與鑄型材料也直接關聯,如:金屬型比砂型的冷卻速度快，鑄件易白口.

3.灰鑄鐵的孕育處理直接向已熔煉出爐的低碳、硅含量鐵水中加入孕育劑（經過破碎又預熱的75＃硅鐵）.

灰鐵經孕育處理后G片細小均勻力學性能有明顯提高，故稱高強度鑄鐵

4.灰鑄鐵的牌號、用途第26頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵28

牌號:HT×××

Rm≥

×××MPa

讀作:“灰鐵”,漢語拼音字母首

有:HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350(見P100表4-33)

主用于床身、箱體、重錘、暖氣片等。

5.灰鑄鐵的生產特點

6.灰鑄鐵的熱處理

1)消除應力退火；第27頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵292)消除白口組織改善切削性能退火

3)表面淬火如機床導軌二、可鍛鑄鐵

又稱:馬鐵、韌性鑄鐵、展性鑄鐵、瑪鋼。

1.成分：Wc=2.2~2.8%,Wsi=1~1.8;碳、硅量低。

2.生產過程：

首先澆注成白口鑄鐵件，然后再經過可鍛化(石墨化)退火而得到團絮狀石墨的可鍛鑄鐵。因退火方法不同分：第28頁/共38頁工程材料工藝學-鋼鐵30

白心(B)可鍛鑄鐵；黑心(H)可鍛鑄鐵；珠光體(Z)可鍛鑄鐵等三種。

3.性能

Rm、A、ak比灰鑄鐵好,但不能鍛造.

4.牌號

GB9440-88KTH(或Z)×××－××－A＝××%Rm≥

×××Mpa