材料科学常用的材料

第二章常用材料1、钢中常存杂质对钢性能的影响2、碳素钢的分类、钢号和主要用途一、碳素钢二、合金钢1、合金元素在钢中的作用2、合金钢的分类与编号3、合金结构钢4、特殊性能钢1精选ppt1、钢中常存杂质对钢性能的影响一、碳素钢〔1〕Mn的影响钢中常在杂质有：Si、Mn、S、P和氧、氢、氮等气体。Mn是炼钢时用锰铁给钢液脱氧后而剩余在钢中的元素。2精选ppt锰有较强的脱氧能力，锰大局部溶于F，使钢强化，锰对钢有益。锰能降低S对钢的危害。〔1〕Mn的影响一般碳素钢中把锰控制在0.25%~0.8%范围内。1、钢中常存杂质对钢性能的影响3精选ppt1、钢中常存杂质对钢性能的影响

〔2〕Si的影响Si主要来自原料生铁和硅铁脱氧剂。Si比锰脱氧能力强，硅溶于F，提高钢的强度和硬度，但会使塑性和韧性降低。硅促进Fe3C分解成石墨，假设钢中出现石墨会使钢的韧性严重下降，产生所谓的“黑脆〞。硅在碳素钢中一般控制在0.17~0.37%范围内4精选ppt1、钢中常存杂质对钢性能的影响

〔3〕S的影响S可使钢的“热脆〞性增加。〔S不溶于α-Fe，而以化合物FeS的形式存在，其熔点为1190℃，而FeS又能于Fe形成共晶体分布于晶界上，其熔点仅为985℃。S对钢的焊接性能也有不良影响，容易导致焊缝热裂。所以，S在钢中是有害杂质，其含量一般要求不大于0.05%。但是，S能改善钢材的切削性能。5精选ppt1、钢中常存杂质对钢性能的影响

〔4〕P的影响P会引起钢的“冷脆〞。〔P在钢中全部溶于α-Fe中，使钢的强度和硬度增高，同时，塑性和韧性显著降低。当钢中含P量达0.3%时，钢完全变脆，这种脆性现象在低温时更为严重。〕P还降低钢的焊接性能。所以，P在钢中是有害杂质，其含量一般要求≦0.045%。但是，S能改善钢材的切削性能和耐腐蚀性能。6精选ppt氧会降低钢的力学性能，尤其是疲劳强度。对钢无益，越少越好。1、钢中常存杂质对钢性能的影响

〔5〕气体的影响N会以氮化物的形式析出，增加钢的强度和硬度，但会降低钢的塑性和韧性，使钢变脆。H会使钢的脆性显著增加，称为“氢脆〞。H会使钢中产生裂纹，称为“白点〞。7精选ppt1)按钢中含碳量分2、碳素钢的分类、钢号和主要用途

〔1〕碳素钢的分类低碳钢WC≦0.25%中碳钢0.25%<WC≦0.6%高碳钢WC>0.6%2)按钢的质量分普通钢WS≦0.05%WP≦0.045%优质钢WS≦0.035%WP≦0.035%高级优质钢WS≦0.02%WP≦0.03%8精选ppt3)按钢的用途分2、碳素钢的分类、钢号和主要用途

〔1〕碳素钢的分类碳素结构钢碳素工具钢一般工程用铸造碳素钢件〔铸钢〕4)按炼钢时的脱氧程度分沸腾钢〔F〕脱氧不彻底镇静钢〔Z〕脱氧彻底半镇静钢〔b〕脱氧程度介于F和Z之间特殊镇静钢〔TZ〕进行特殊脱氧9精选ppt1〕普通碳素结构钢主要用途：各类工程。通常热轧后空冷供货，用户一般不需进行热处理而直接使用。这类钢共分五个强度等级。〔2〕碳素钢的钢号命名方法和主要用途命名：标志符号Q+最小σS值—等级符号+脱氧程度符号如：Q235-A.F等级符号：A、B、C、D〔D级到达了优质钢水平〕10精选ppt2〕优质碳素结构钢〔2〕碳素钢的钢号命名方法和主要用途主要用途：重要机件。可以通过热处理调整零件的力学性能。出厂状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火等状态。随用户需要而定。命名：用两位数字表示，两位数字表示钢中含碳量的万分之几。如：45钢WC=0.45%常用牌号：08F、15、45、60、60Mn等。11精选ppt3〕碳素工具钢〔WC=0.65%~1.35%属高碳钢〕〔2〕碳素钢的钢号命名方法和主要用途主要用途：制作各种小型工具。可进行淬火、低温回火处理获得高硬度高耐磨性。分为优质级和高级优质级两大类。命名：标志符号T+含碳量的1000倍。如：T10WC=1.0%高级优质级在钢号尾部加A，如T10A12精选ppt4〕一般工程用铸造碳素钢件〔铸钢〕主要用途：难用锻压等方法成型的复杂零件且力学性能要求较高；命名：标志符号ZG+最低σS值—最低σb值如：ZG340-640〔2〕碳素钢的钢号命名方法和主要用途13精选ppt二、合金钢碳素钢：生产简单，价格低廉，种类齐全，但碳素钢的强度较低，淬透性差，热硬性、耐磨、耐蚀、耐热性差。合金钢：为了改善碳素钢的力学性能、工艺性能或某些特殊物理、化学性能，有选择地参加一些合金元素，这类钢称为合金钢。14精选ppt1、合金元素在钢中的作用2、合金钢的分类与编号3、合金结构钢4、特殊性能钢二、合金钢15精选ppt1、合金元素在钢中的作用铁素体和渗碳体是钢中的两个根本相。合金元素溶入铁素体形成合金铁素体，产生固溶强化效果，但这个效果是极为有限的。形成合金渗碳体和合金碳化物，主要以第二相强化的方式来提高材料的力学性能，特别是一些高熔点、高硬度的碳化物〔如VC、Ti〕将对钢的性能产生重要的影响。16精选ppt〔1〕固溶强化铁素体钢中参加固溶于α-Fe的合金元素能使铁素体得到强化，即强度提高。如16Mn。1、合金元素在钢中的作用〔2〕弥散强化铁素体

合金碳化物能以极小的质点〔或薄片〕析出，并呈弥散状分布于铁素体上，可阻止F在塑性变形时沿滑移面移动，从而增加了对外力作用的抵抗力，故强度得以提高。如：15MnTi17精选ppt1、合金元素在钢中的作用〔3〕细化晶粒Ti、V、B、Mo、Cr等大多数金属元素能与碳结合成碳化物，热处理参加时可以阻止奥氏体晶粒变粗，冷却后可细化晶粒，故强度、韧性提高。〔4〕改善钢的热处理性能除钴〔Co〕、硫外，大多数合金元素如Mn、Cr、Al、Si、Ni、B、P等都可降低钢的临界冷却速度，得到马氏体。提高淬透性。18精选ppt1〕按合金元素的含量分2合金钢的分类与编号

〔1〕合金钢分类①低合金钢合金元素总含量小于等于5%；②中合金钢合金元素总含量在5%~10%之间；③高合金钢合金元素总含量大于等于10%；2〕按合金元素的种类分有铬钢、锰钢、铬镍钢、硅锰钼钒钢等。19精选ppt3〕按主要用途分1〕结构钢①建筑及工程用结构钢②机械制造用结构钢2〕工具钢3〕特殊性能钢2合金钢的分类与编号

〔1〕合金钢分类20精选ppt合金金牌号的一般命名原那么合金钢的含碳量、合金元素的种类、合金元素的含量均应在牌号中表达出来。2、合金钢的分类与编号

〔2〕合金钢的牌号①合金结构钢前面数字表示平均含碳量的万分数，后面数字表示合金元素的含量，〈1.5%不标出,≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%时分别标出2、3、4。以次类推。如40Cr为0.37%-0.45%C0.8%-1.1%Cr。21精选ppt2合金钢的分类与编号

〔2〕合金钢的牌号

②合金工具钢

含碳量小于1%时：前面数字表示平均含碳量的千分数，后面数字表示合金元素的含量，〈1.5%不标出,≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%时分别标出2、3、4。以次类推。如9SiCr平均含碳量为0.9%，Si、Cr均小于1.5%。22精选ppt

②合金工具钢2合金钢的分类与编号

〔1〕合金钢分类

含碳量大于1%时：前面不标数字，后面数字表示合金元素的含量，＜1.5出,≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%时分别标出2、3、4。以次类推。

如：Cr12MoV表示平均含碳量＞1%、Cr平均含量为12%Mo、V均<1.5%23精选ppt3、合金结构钢

〔1〕低合金结构钢①性能特点较高的强度，足够的塑性和韧性、良好的焊接性能。应用于建筑、桥梁等。②化学成分特点低碳钢〔含碳量＜0.2%)；主要合金元素为Mn(含量为1.25~1.5%)。③热处理特点一般不进行热处理。④常用钢种16Mn、15MnTi等。24精选ppt3、合金结构钢

〔2〕合金渗碳钢①性能特点用于制造外表硬而耐磨，心部韧性好而耐冲击的零件，如齿轮、凸轮等。〔具有良好的渗碳能力和淬透性〕②化学成分特点低碳钢〔含碳量0.1~0.25%)；主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作用是提高淬透性和防止过热。25精选ppt③热处理特点预先热处理为正火、渗碳后为淬火加低温回火。以20CrMnTi为例生产汽车变速箱齿轮为例，其工艺路线如下：锻造正火加工齿形局部镀铜渗碳预冷淬火、低温回火喷丸磨齿3、合金结构钢

〔2〕合金渗碳钢④常用钢种20Cr、20CrMnTi26精选ppt3、合金结构钢

〔3〕合金调质钢①性能特点调质处理后具有高强度与很好塑性及韧性的配合，即具有良好的综合力学性能。②化学成分特点中碳钢〔0.3~0.5%),合金元素主要有Cr、Mn、Ti、Mo等，主要作用是提高淬透性、细化晶粒和防止过热。③热处理特点预先热处理为退火或正火，最终热处理为淬火+高温回火。27精选ppt3、合金结构钢

〔3〕合金调质钢④常用钢种

40Cr、40CrMn等。以40Cr制作拖拉机连杆螺栓的生产工艺路线如下：锻造正火粗加工调质精加工装配

28精选ppt3、合金结构钢

〔4〕合金弹簧钢①性能特点制造各种弹性元件如常圈簧、板簧等。要求具有高的弹性极限、高的屈强比、高的疲劳强度以及足够的韧性。②化学成分特点含碳量〔0.5~0.7%),合金元素主要有Mn、Si、Cr、V、Mo等，主要作用是提高淬透性和回火稳定性，防止回火脆性。29精选ppt③热处理特点热成型弹簧〔尺寸≥8mm的大型弹簧〕下料加热〔Ac3+~100℃〕成型余热淬火中温回火〔~430℃〕产品冷成型弹簧〔尺寸≤8mm小型弹簧〕下料冷拨钢丝冷卷成型低温退火产品④常用钢种60Si2Mn65Mn3、合金结构钢

〔4〕合金弹簧钢30精选ppt①性能特点要求具有很高的强度和硬度、很高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，很高的耐磨性，而且还应有一定的抗腐蚀能力。②化学成分特点高碳〔0.95%<Wc<1.1%〕；参加的合金元素主要是Cr,以提高其淬透性和耐磨性。3、合金结构钢

〔5〕滚动轴承钢31精选ppt3、合金结构钢

〔5〕滚动轴承钢③热处理特点预先热处理为球化退火，最终热处理为淬火+低温回火。生产工艺如下：轧制、锻造球化退火机械加工淬火加低温回火磨削加工成品金相组织为：回M+粒状碳化物+少量A残④常用钢种GCr15、GCr15SiMn〔注意C的含量一般在0.95-1.1℅〕32精选ppt4、特殊性能钢〔1〕不锈钢〔2〕耐热钢〔3〕耐磨钢33精选ppt4、特殊性能钢

〔1〕不锈钢1)金属腐蚀的种类电化学腐蚀——金属在电解质中微电池腐蚀称为电化学腐蚀。化学腐蚀——金属外表与周围介质直接发生纯化学作用而引起的腐蚀称为化学腐蚀。如钢在加热时产生的氧化皮。34精选ppt〔1〕不锈钢

2〕电化学腐蚀根本原理图iFeCuNaCl水溶液Fe－2e→Fe++Fe+++2Cl-→FeCl2铁的电极电位低为负极铜的电极电位高为正极35精选ppt〔1〕不锈钢

3〕提高金属抗腐蚀能力的主要措施①尽量使金属获得单相组织；②参加合金元素使各相间的电极电位差减小；③参加合金元素，使金属外表腐蚀后形成一层致密的氧化膜。36精选ppt

①马氏体不锈钢

含碳量：0.08~0.45%;

Cr含量：~13%；牌号有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13；性能：通过热处理可得到回M，具有较高的强度和硬度，但耐蚀性能较差；应用：各种阀、机泵和工具等；〔1〕不锈钢

4〕常用钢种37精选ppt②铁素体不锈钢

含C量：~0.1%；含Cr量：12~32%；常用牌号：0Cr13、1Cr17、1Cr28等；性能：耐蚀性、塑性、焊接性好，但硬度和强度较低；应用：用于耐蚀零件，如硝酸和氮肥工业；〔1〕不锈钢

4〕常用钢种38精选ppt〔1〕不锈钢

4〕常用钢种③奥氏体不锈钢

含C量：＜0.15%；

含Cr量：18%；

含Ni量：8~11%；常用钢种：0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti；性能：耐蚀性能、冷热加工性能、焊接性能都很好。应用：广泛应用于化工设备及管道等。39精选ppt本节重点碳素钢的分类牌号用途1、碳素钢的分类(1)按钢中含碳量分(2)按钢的质量分(3)按钢的用途分低碳钢WC≦0.25%中碳钢0.25%<WC≦0.6%高碳钢WC>0.6%普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢碳素结构钢碳素工具钢一般工程用铸钢40精选ppt本节重点碳素钢的分类牌号用途2、碳素钢的牌号、用途普通碳素结构钢〔工程零件〕标志符号Q+最小σS