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(3)高级优质碳素钢:
wS≤0.02%,wP≤0.03%
(4)特级优质碳素钢:
wS≤0.015%,wP≤0.025%
3.按钢的用途分类,碳钢可分为
(1)普通碳素结构钢:
主要用于各种工程构件,如桥梁、船舶、建筑构件等。
也可用于不太重要的机件。
(2)优质碳素结构钢:
主要用于制造各种机器零件,如轴、齿轮、弹簧、连杆等。
(3)碳素工具钢:
主要用于制造各种工具,如刃具、模具、量具等。
(4)铸造碳素钢:
主要用于制造形状复杂且需一定强度、塑性和韧性零件。
4.按钢冶炼时的脱氧程度分类,可分为
(1)沸腾钢:
是指脱氧不彻底的钢,代号为F。
(2)镇静钢:
是指脱氧彻底的钢,代号为Z。
(3)半镇静钢:
是指脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,代号为b。
(4)特殊镇静钢:
是指进行特殊脱氧的钢,代号为TZ。
合金钢分类
按钢中合金元素总质量分数,合金钢分为:
低合金钢(Me总质量分数小于5%)
中合金钢(Me总质量分数在5%~10%)
高合金钢(Me总质量分数大于10%)
间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加,即按B,C,N,O,H的顺序而增加。
合金元素对相区影响
(1)γ相稳定化元素γ相稳定化元素使A3降低,A4升高,促使奥氏体形成。
1启γ相区(无限扩大γ相区)Mn、Ni、Co,与γ-Fe无限固溶
2扩展γ相区(有限扩大γ相区)C、N、Cu、Zn、Au,与γ-Fe有限固溶
(2)α相稳定化元素A4降低,A3升高,促使铁素体形成。
1闭γ相区(无限扩大α相区)Si、Al和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti及P、Be等。
含Cr量小于7%时,A3下降;
含Cr量大于7%时,A3才上升。
2缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)B、Nb、Zr、Ta等。
合金元素对碳的扩散的影响
强碳化物形成元素阻碍碳的扩散,降低碳原子的扩散速度;
弱碳化物形成元素Mn以及大多数非碳化物形成元素则无此作用,甚至某些元素如Co还有增大碳原子扩散的作用。
●普通碳素结构钢牌号中数字代表屈服点数值;
●优质碳素结构钢中两位数字代表钢中平均碳的质量分数的万倍;
●碳素工具钢中数字表示碳的质量分数的千倍。
层错能越低,钢的加工硬化趋势增大。
高Ni钢易于变形加工,Ni、Cu和C等元素使奥氏体层错能提高。
高Mn钢则难于变形加工,Mn、Cr、Ru和Ir则降低奥氏体的层错能。
Me对共析转变温度的影响扩大γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度下降;
缩小γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度上升。
Me对共析点(S)和共晶点(E)成分的影响几乎所有合金元素都使共析点碳含量降低;
共晶点也有类似的规律,尤其以强碳化物:
a.较高的强度与韧性
工程结构钢主要是承受各种载荷,要求有较高的强度与韧性。
工程结构钢一般在-50~100℃范围内使用,需具有较高的低温韧性。
低温韧性的指标是韧-脆转化温度FATT50(℃)。
b.良好的焊接性和成形工艺性。
c.良好的耐腐蚀性。
影响钢的冲击韧性和韧-脆转化温度的因素有含碳量,晶粒尺寸,固溶元素,弥散析出相和非金属夹杂物等。
焊接要求:
焊缝与母材有牢固的结合,强度不低于母材,焊缝周围有较高的韧性,没有焊接裂纹。
焊接裂纹产生的原因:
焊接是一次热处理过程,电弧移走以后,焊缝的热量被周围的母材迅速吸收,使焊缝的冷却速度很大,发生局部淬火,产生相变,产生很大的内应力。
热影响区由于温度高而引起晶粒粗化。
这些都促使焊接裂纹产生。
合金元素对工程结构钢焊接性的影响
合金元素增加钢的淬透性,焊后冷却时发生马氏体相变,升高内应力;
钢中的碳增高马氏体的比容和硬度,引起内应力增加;
降低Ms点,使马氏体转变温度降低,导致塑性变差;
钢中含氢量高将使钢的塑性下降,引起氢脆。
碳当量:
把合金元素对焊接性的影响折合成碳的作用。
用碳当量判断焊接性的好坏。
铜和磷共同作用对抗大气腐蚀最为有效。
控制轧制、控制冷却工艺的最终目的是:
细化晶粒。
与相同含碳量的铁素体-珠光体组织相比,经贝氏体相变强化低碳贝氏体钢有更高的强度和良好的韧性,屈服强度490~780MPa。
显著推迟先共析铁素体和珠光体转变,而较少推迟贝氏体的转变的主要合金元素是:
钼和硼。
与上贝氏体相比,下贝氏体有更高的强度和低的多的FATT50(℃)。
双相钢组成:
20~30%马氏体,80~70%铁素体
减少硫化物的方式:
a-减少钢液中的含硫量;
b-钢液中加入稀土金属,反应吸收S元素,形成难变形的稀土硫氧化物RE2O2S、稀土硫化物RE2S3,呈小颗粒的圆形或椭圆形。
再结晶控制轧制工艺以TiN为奥氏体晶粒粗化的阻碍物,以V(C,N)为沉淀强化相。
在弹性范围内,根据比例极限σp来计算,称为弹性设计。
若允许少量塑性变形,根据屈服强度σs来计算,称为塑性设计。
在应力远低于屈服强度下还会发生变形和断裂。
因此脆性也非常重要,要进行韧性设计。
临界直径尺寸:
淬火后,圆棒达到中心50%马氏体的直径长度。
适用于淬火高温回火工艺的结构钢称为调质钢,具有良好的综合机械性能。
调质钢显微组织:
回火屈氏体或回火索氏体
产生高温回火脆性的直接因素是:
高温时发生杂质偏聚。
低温回火钢的显微组织:
回火马氏体
马氏体时效钢空冷即可得马氏体。
马氏体时效钢的强化作用分类:
固溶强化,马氏体相变冷作硬化和沉淀强化(作用效果依次增强)
对轴承钢的基本质量要求是纯净和组织均匀。
渗碳钢都是低碳钢。
坦克履带板的材料是:
高锰钢。
碳化物的均匀分布程度是考核高速钢的主要技术指标之一。
不均匀碳化物的影响:
a-淬火加热时,碳化物稀少区奥氏体晶粒易粗化,淬火开裂倾向大;
碳化物密集区脆性大,易引起崩刃。
b-粗大碳化物在淬火加热时溶解少,使附近奥氏体合金度低,热处理后刃具的硬度、热硬性和耐磨性都降低,抗弯强度,韧性因碳化物不均匀而降低。
碳化物是高速钢的主要合金相。
钨和钼是高速钢获得热硬性的主要元素。
在腐蚀过程中,阳极和阴极均产生极化作用。
阳极极化引起阳极电位由负向正方向升高,主要是由于阳极表面形成保护膜,阻碍阳极金属离子进入溶液,降低了阳极表面电荷密度。
阴极极化是由于消耗电子的阴极过程的速度低于阳极流来的电子,造成阴极电子堆积,阴极表面电荷密度升高,导致阴极电位降低。
阳极和阴极极化曲线的交点相当于短路状态,即阳极与阴极间电阻趋于零,此时阳极与阴极间的最大电流Imax,就是腐蚀电流。
阳极极化曲线有三个电化学区:
活化区(A),钝化区(P),过钝化区(T)
纯铁在浓硝酸中就会处于钝化状态
铬是提高钢钝化膜稳定性的必要元素。
镍:
提高铁的耐蚀性,特别是在非氧化性的硫酸中。
锰:
也能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性,而且比Ni更有效。
钼能防止氯离子对膜的破坏,抵抗点腐蚀。
不锈钢受张应力时,在某些介质中很快就会发生破坏。
氯离子Cl-对应力腐蚀危害最大。
只要含25×
10-6质量浓度的Cl-,甚至浓度更低,都会引起应力腐蚀。
耐热钢和耐热合金钢的基本要求:
良好的高温强度、塑性和足够高的化学稳定性
高温强度高温强度三种指标:
蠕变强度,持久强度和持久寿命。
当FeO出现时,钢的氧化速度剧增
铬是提高抗氧化的主要元素
镍基耐热合金采用金属间化合物作为沉淀强化相,主要采用的是γ’-Ni3(TiAl)相。
硼:
偏聚于晶界,提高低熔点合金在晶界的扩散激活能。
铸铁是Fe、C、Si元素为主的铁基材料
白口铸铁-渗碳体灰口铸铁-片状石墨灰口铸铁-渗碳体+游离态石墨蠕墨铸铁-蠕虫状石墨
球墨铸铁-球状石墨可锻铸铁-絮状石墨灰口铸铁-片状石墨
展性铸铁由含碳和硅不高的白口铸铁经石墨化退火而成。
铝合金分类:
铝合金分为铸造铝合金与变形铝合金两大类。
变形铝合金按照性能特点和用途分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝四种。
防锈铝属于不能热处理强化的铝合金。
硬铝、超硬铝、锻铝属于可热处理强化的铝合金。
铸造铝硅合金一般需要采用变质处理,达到细化晶粒的目的。
常用的变质剂为钠盐。
镁合金是一种轻合金,镁是最轻的工程金属。
铜是人类最早使用的金属。
工业中广泛应用的铜和铜合金有:
工业纯铜(紫铜)、黄铜、青铜和白铜。
电工白铜包括:
康铜,考铜和B0.6白铜。
目前,生产金属钛都采用钛的氯化物热还原法。
铝是最常见的、最有效的α强化元素。
能有效提高低温和高温(550℃以下)的强度,同时铝的密度小,因此铝是钛合金中的一个基本合金元素。
铁,钴和镍是室温下具有强磁性的单质。
材料具有超导性,是因为其中的传导电子借助于与晶格的交互作用,形成了较低能量的电子对。
只有温度T,承载的电流密度j及所处的磁场H均不超过临界值,材料才处于超导态。
超导两大特性:
完全抗磁性和电阻为零。
银,铜和铝是导电率最好的三种金属。
目前人们所发现的形状记忆合金,多数发生热弹性马氏体相变。
金属钯分离氢效率最高。
简答题;
合金元素对铁素体-珠光体钢的强化作用:
(1)固溶强化
加入合金元素形成固溶体,提高强度。
常用的合金元素有Mn、Si、Cu、P、C。
合金元素在提高强度的同时降低韧性。
(2)细晶强化
晶粒细化可以提高强度和韧性。
细化晶粒的重要途径是用铝脱氧、合金化。
用铝脱氧生成细小弥散的AlN颗粒,用钛、铌、钒的合金化可以生成弥散的碳化物、氮化物、碳氮化物。
这些弥散相都能钉扎晶界,阻碍奥氏体晶粒长大,转变后细化铁素体-珠光体晶粒。
(3)弥散强化(沉淀强化)铌、钛、钒的合金化,使过冷奥氏体发生相间沉淀,并从铁素体中析出碳化物、氮化物、碳氮化物,钉扎晶粒移动,起弥散强化作用。
氮化物最稳定,一般在奥氏体中沉淀。
碳化物、碳氮化物一般在奥氏体转变中产生相间沉淀和从铁素体中析出。
沉淀强化相的尺寸2~10nm。
微合金元素在控制轧制和控制冷却工艺过程中,对微合金钢的组织和性能有很大的影响:
(1)抑制奥氏体形变再结晶
在热加工过程中,通过应变诱导析出Nb、Ti、V的氮化物,沉淀在晶界、位错上,起钉扎作用,有效的阻止奥氏体再结晶时晶界和位错的运动,抑制再结晶过程的进行。
(2)阻止奥氏体晶粒长大在锻造和轧制过程中,会发生晶粒长大现象
TiN或Nb(C,N)高温的稳定性好,其弥散分布对控制高温下的晶粒有强烈的抑制作用
(3)沉淀强化
微合金钢中的沉淀强化相主要是低温下析出的Nb(C、N)和VC。
(4)改变钢的显微组织
在轧制加热过程中,溶于奥氏体的微合金元素提高了过冷奥氏体的稳定性,降低了发生先共析铁素体和珠光体的温度范围,低温下形成的先共析铁素体和珠光体组织更细小,并使相间沉淀Nb(C、N)和V(C、N)的粒子更细小。
针状铁素体钢与低碳贝氏体钢的异同点:
相同点:
a-组织是贝氏体
b-微合金元素Nb、Ti、V起细化晶粒与沉淀强化作用
c-加入钼、锰推迟铁素体和珠光体转变。
不同点:
a-碳含量<
0.1%,为了改善韧性。
b-显微组织为针状铁素体,具有高位错密度。
c-更好的低温韧性,更好的焊接性。
典型钢种Mn-Mo-Nb钢,成分w(C)≤0.1%,w(Mn)=0.6~2.0%,w(Mo)=0
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