鋼材料的基礎(chǔ)知識(shí)詳述-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 彈性極限σeMPa金屬能保持彈性變形的最大應(yīng)力，稱為彈性極限（4）比例極限σpMPa在彈性變形階段，金屬材料所承受的和應(yīng)變能保持正比的最大應(yīng)力，稱為比例極限σpPp/F0式中 Pp規(guī)定比例極限負(fù)荷（N）Fo試樣原橫截面積（mm2）所謂塑性是指金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致破裂的能力（1）伸長(zhǎng)率δ%金屬材料在拉伸時(shí)，試樣拉斷后，其標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。δ查標(biāo)距為5倍直徑時(shí)的伸長(zhǎng)率，δ10是標(biāo)距為10倍直徑時(shí)的伸長(zhǎng)率（2）斷面收縮率ψ%金屬試樣拉斷后，其縮頸處橫載面積的最大縮減量與原橫截面積的百分比（3）泊松比181。對(duì)于各向同性的材料，泊松比表示：試樣在單向拉伸時(shí)，橫向相對(duì)收縮量與軸向相對(duì)伸長(zhǎng)量之比181。=E/2G1式中 E彈性模量（GPa）G切變模量（GPa）所謂韌性是指金屬材料在沖擊力（動(dòng)力載荷）的作用下而不破壞的能力（1）沖擊韌度αkv或αkvJ/cm2沖擊切度是評(píng)定金屬材料于動(dòng)載荷下受沖擊抗力的力學(xué)性能指標(biāo)，通常都是以大能量的一次沖擊值（αkv或αkv）作為標(biāo)準(zhǔn)的。它是采用一定尺寸和形狀的標(biāo)準(zhǔn)試樣，在擺錘式一次沖擊試驗(yàn)機(jī)上來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果，以沖斷試樣上所消耗的功（Aku或Akv）與斷面處橫截面積（F）之比值大小來(lái)衡量（2）沖擊吸收功Aku或AkvJ由于αk值的大小，不僅取決于材料本身，同時(shí)還隨試樣尺寸、形狀的改變及試驗(yàn)溫度的不同而變化，困而αk值只是一個(gè)相對(duì)指標(biāo)。目前國(guó)際上許多國(guó)家直接采用沖擊吸收功Ak作為沖擊韌度的指標(biāo)αku=Aku/F；αkv=Akv/F式中：αku夏比U形缺口試樣沖擊值（J/cm2）αkv夏比V形缺口試樣沖擊值（J/cm2）Aku夏比U形缺口試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功（J）Akv夏比V形缺口試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功（J）F試樣缺口處的橫截面積（cm2）金屬材料在極限強(qiáng)度以下，長(zhǎng)期承受交變負(fù)荷（即大小、方向反復(fù)變化的載荷）的作用，在不發(fā)生顯著塑性變形的情況下而突然斷裂的現(xiàn)象。稱為疲勞（1）疵勞極限σ1MPa金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)周次（N）的應(yīng)力循環(huán)仍不發(fā)生斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力稱為疲勞極限（2）疲勞強(qiáng)度σNMPa金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下，循環(huán)一定周次（N）后斷裂時(shí)所能受的最大應(yīng)力，叫作疲勞強(qiáng)度。此時(shí)，N稱為材料的疲勞壽命。某些金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下，沒(méi)有明顯的疲勞極限，常用疲勞強(qiáng)度表示7.減摩、耐摩性硬度就是指金屬抵抗更硬物體壓入其表面的能力。硬度不是一個(gè)單純的物理量，而是反映彈性、強(qiáng)度、塑性等的一個(gè)綜合性能指標(biāo)（1）布氏硬度HBSHBW用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)遠(yuǎn)的保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)表面壓痕直徑計(jì)算的硬度值。使用鋼球測(cè)定硬度小于等于450HBS；使用硬質(zhì)合金球測(cè)定硬度大于450HBW（2）洛氏硬度HRAHRBHRCHRDHREHRFHRGHRHHRK用金剛石圓錐或鋼球壓頭以初始試驗(yàn)力和總試驗(yàn)力作用下，壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，測(cè)殘余壓痕深度增量計(jì)算的硬度值。洛氏硬度試驗(yàn)分A、B、C、D、E、F、G、H標(biāo)尺（3）維氏硬度H，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)算的硬度值（4）肖氏硬度HSCHSD用金剛石或鋼球沖頭從一定高度落到試樣表面，測(cè)沖頭回跳高度計(jì)算硬度值。用目測(cè)型硬度計(jì)的硬度符號(hào)為HSC，指示型硬度計(jì)的硬度符號(hào)為HSD（1）摩擦因數(shù)181。相互接觸的物體，當(dāng)作相對(duì)移動(dòng)時(shí)就會(huì)引起摩擦，引起摩擦的阻力稱為摩擦力。根據(jù)摩擦定律，通常把摩擦力（F）與施加在摩擦部位上的垂直載荷（N）的比值，稱為摩擦因素181。F/N式中 F——摩擦力（N）N—施加在摩擦部件上的垂直載荷 （N）（2）磨耗量WVgcm3試樣在規(guī)定試驗(yàn)條件下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間或一定距離摩擦之后，以試樣被磨去的重量（g）或體積（cm3）之量，稱為磨耗量（或磨損量），以磨去重量表示者稱為重量磨耗W，用磨去體積表示者稱為體積磨耗（3）相對(duì)耐磨系數(shù)ε在模擬耐磨試驗(yàn)機(jī)上，采用65Mn（52~53HRC）作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，在相同條件下，標(biāo)準(zhǔn)試樣的絕對(duì)磨耗量與被測(cè)定材料的絕對(duì)磨耗量之比，稱為被測(cè)材料的相對(duì)耐磨系數(shù)第三節(jié) 化學(xué)性能 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1－2－3　鋼鐵材料的化學(xué)性能名稱 量的符號(hào) 單位符號(hào) 含義1.耐腐蝕性耐腐蝕性是指金屬材料抵抗周圍介質(zhì)（大氣、水蒸氣、有害氣體、酸、堿、鹽等）腐蝕作用的能力。金屬的耐磨蝕性與許多因素有關(guān)，如金屬的化學(xué)成分、加工性質(zhì)、熱處理?xiàng)l件、組織狀態(tài)以及介質(zhì)和溫度等（1）化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)直接起化學(xué)作用的結(jié)果。它包括氣體腐蝕和金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕兩種形式。其特點(diǎn)是：腐蝕過(guò)程不產(chǎn)生電流；且腐蝕產(chǎn)物沉積在金屬表面（2）電化學(xué)腐蝕金屬與酸、堿、鹽等電解質(zhì)溶液接處時(shí)發(fā)生作用而引起的腐蝕，稱為電化學(xué)腐蝕。它的特點(diǎn)是腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，其腐蝕產(chǎn)物（鐵銹）不覆蓋在作為陽(yáng)極的金屬上表面上，而是在距離陽(yáng)極金屬的一定距離處（3）一般腐蝕這種腐蝕是均勻地分布在整個(gè)金屬內(nèi)外表面上，使截面不斷減小，最終使受力破壞（4）晶間腐蝕 這種腐蝕在金屬內(nèi)部沿晶粒邊緣進(jìn)行，通常不引起金屬外形的任何變化，往往使設(shè)備或機(jī)件突然破壞（5）點(diǎn)腐蝕 這種腐蝕集中在金屬表面不大的區(qū)域內(nèi)并迅速向深處發(fā)展，最后穿透金屬，是一種危害較大的腐蝕破壞（6）應(yīng)力腐蝕是指在靜應(yīng)力（金屬的內(nèi)外應(yīng)力）作用下，金屬在腐蝕介質(zhì)中所引起的破壞，這種腐蝕一般穿過(guò)晶粒，即所謂穿晶腐蝕（7）腐蝕疲勞 指在交變應(yīng)力作用下，金屬在腐蝕介質(zhì)中所引起的破壞。它也是一種穿晶腐蝕（8）腐蝕速度g（）單位面積的金屬材料在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)腐蝕之后的失重，稱為腐蝕速度（9）腐蝕率 Rmm/a金屬材料在單位時(shí)間內(nèi)腐蝕掉的材料深度稱為腐蝕率2.抗氧化性g/（）或mm/a金屬材料在室溫或高溫下抵抗氧化的能力。金屬的氧化過(guò)程實(shí)際上是屬于化學(xué)腐蝕的一種形式。它可直接用一定時(shí) 內(nèi)，金屬表面經(jīng)腐蝕之后重量損失的大小即用金屬減重的速度表示 系指金屬材料的耐腐蝕性的抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性叫做熱穩(wěn)定性第三章合金元素對(duì)鋼的性能影響 第一節(jié) 主要合金元素對(duì)鋼的性能影響元素名稱 強(qiáng)度彈性沖擊韌度屈服點(diǎn)硬度伸長(zhǎng)率斷面收縮率低溫韌性高溫強(qiáng)度耐磨性被切削性鍛壓性滲碳性能滲氮性能抗氧化性耐蝕性冷卻速度Mn①++0++00+0+000?Mn②+??+++0+????Cr+++++++?++?+++++++Ni①+?0++00+++???Ni②+?+++++++++++++???++Si +++++++??+0+Cu +?0+++00?+?0??0+?Mo +?++?+++++++++++?Co +?++?+++++0???++V ++++00+++++?++++++W +?0+++++++++++?Al +?++?+????+++??Ti ++++++++S ???????+++????P+?++???++?????注：“+”表示提高，“”表示降低，“0”表示沒(méi)有影響，“?”表示影響情況尚不清楚，多個(gè)“+”或“”表示提高或降低的強(qiáng)烈程度。①表示在珠光體鋼中；②表示在奧氏體鋼中。第二節(jié) 主要合金元素對(duì)鋼性能影響的在關(guān)說(shuō)明　　　　　　　　　　　　　表132 主要合金元素對(duì)鋼性能影響的在關(guān)說(shuō)明 元素名稱對(duì)性能主要影響Al 主要作用為細(xì)化晶粒和脫氧，在滲氮鋼中能促成滲氮層，含量高時(shí)，能提高高 溫抗氧化性，耐H2S氣體的腐蝕作用，固溶強(qiáng)化作用大，提高耐熱合金的熱強(qiáng)性，有促使石墨化傾向B 微時(shí)硼能提高鋼的淬透性，但隨鋼中碳含量增加，淬透性的提高逐漸減弱以至完全消失C 含量增加，鋼的硬度和強(qiáng)度也提高，但塑性和韌性隨之下降Co有固溶強(qiáng)化作用，使鋼具有紅硬性，提高高溫性能、抗氧化和耐腐蝕性，為高溫合金及超硬高速鋼的重要合金元素，提高鋼的Ms點(diǎn)，降低鋼的淬透性Cr 提高鋼的淬透性，并有二次硬化作用，增加高碳鋼的耐磨性，含量超過(guò)12%時(shí)，使鋼具有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕作用，提高鋼的熱強(qiáng)性，是不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素，但含量高時(shí)易產(chǎn)生脆性Cu 含量低時(shí)，作用和鎳相似，含量較高時(shí)，對(duì)熱變形加工不利，%時(shí)，在熱變形加工時(shí)導(dǎo)致高溫銅脆現(xiàn)象，%時(shí)，經(jīng)固溶處理和時(shí)效后可產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。在低碳合金鋼中，特別是與磷同時(shí)存在，可提高鋼的抗大氣腐蝕性，2%~3%的銅在不銹鋼中可提高對(duì)硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對(duì)應(yīng)力腐蝕的穩(wěn)定性Mn 降低鋼的下臨界點(diǎn)，增加奧氏體冷卻時(shí)的過(guò)冷度，細(xì)化珠光體組織以改善其力學(xué)性能，為低合金鋼和重要合金元素，能明顯提高鋼的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向Mo 提高鋼的淬透性，%時(shí)，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度，含量2%~3%時(shí)，提高抗有機(jī)酸及還原性介質(zhì)腐蝕能力N 有不明顯的固溶強(qiáng)化及提高淬透性的作用，提高蠕變強(qiáng)度，與鋼中其它元素化合，有沉淀硬化作用，表面滲氮，提高硬度及耐磨性，增加抗蝕性，在低碳鋼中，殘余氮會(huì)導(dǎo)致時(shí)效脆性Al 固溶強(qiáng)化作用很明顯，提高鋼的淬透性（溶于奧氏體時(shí)），增加回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用，提高鋼的強(qiáng)度、沖擊韌性，當(dāng)含量高時(shí)（大于碳含量8倍），使鋼具有良好的抗氧性能，并提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能（蠕變強(qiáng)度等）Ni 提高塑性及韌性，（提高低溫韌性更明顯），改善耐蝕性能，與鉻、鉬聯(lián)合使用，提高熱強(qiáng)性，是熱強(qiáng)鋼及不銹耐酸鋼的主要合金元素之一P 固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用很好，與銅聯(lián)合使用，提高低合金高強(qiáng)度鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能，與硫、錳聯(lián)合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性Pb改善切削加工性RE 包括鑭系元素及釔和鈧等17個(gè)元素，有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質(zhì)作用，改善鋼的鑄態(tài)組織，%的含量可提高抗氧化性、高溫強(qiáng)度及蠕變強(qiáng)度，增加耐蝕性S 改善切削性。產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，惡化鋼的質(zhì)量，硫含量高，對(duì)焊接性產(chǎn)生不好影響Si 常用的脫氧劑，有固熔強(qiáng)化作用，提高電陰率，降低磁滯損耗，改善磁導(dǎo)率，提高淬透性，抗回火性，對(duì)改善綜合力學(xué)性能有利，提高彈性極限，增加自然條件下的耐蝕性。含量較高時(shí)，降低焊接性，且易導(dǎo)致冷脆。中碳鋼和高碳鋼易于在回火時(shí)產(chǎn)生石墨化Ti 固溶強(qiáng)化作用強(qiáng)，但降低固溶體的韌性，固溶于奧氏體中提高鋼的淬透性，但化合鈦卻降低鋼的淬透性。改善固火穩(wěn)定性，并有二次硬化作用，提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性，如蠕變的持久強(qiáng)度，且改善鋼的焊接性V固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性，但化合狀態(tài)存在的釩，會(huì)降低鋼的淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性，并有很強(qiáng)的二次硬化作用，固溶于鐵素體中有極強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。細(xì)化晶粒以提高低溫沖擊韌性，碳化釩是最硬耐磨性最好的金屬碳化物，明顯提高工具鋼的壽命，提高鋼的蠕變和持久強(qiáng)度，釩、可大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕能力，但會(huì)稍微降低高溫抗氧化性Zr鋯在鋼中作用與鈮、鈦、釩相似，含量小時(shí)，有脫氧、凈化和細(xì)化晶粒的作用，提高鋼的低溫韌性，消除時(shí)效現(xiàn)象，提高鋼的沖壓性能第四章　鋼產(chǎn)品有關(guān)術(shù)語(yǔ)第一節(jié) 常用鋼產(chǎn)品術(shù)語(yǔ) 表141 常用鋼產(chǎn)品術(shù)語(yǔ)序號(hào)名稱 說(shuō)明1碳鋼碳鋼也叫碳素鋼，是含碳量ωc小于2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有少量的硅、錳、硫、磷 按用途可以把碳鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和易切削結(jié)構(gòu)鋼三類。碳素結(jié)構(gòu)鋼又可分為建筑結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼兩種按含碳量可以把碳鋼分為低碳鋼（ωc≤%），中碳鋼（%%）和高碳鋼（ωc%）按磷、硫合量可以把碳素鋼分為普通碳素鋼（含磷、硫較高）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（含磷、硫較低）和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（含磷、