金属材料知识v97-2003.doc

金属材料与热处理1. 金属材料基础知识2. 金属材料热处理基础知识1.金属材料基本知识 1.1 金属材料分类 金属材料可分为钢铁（黑色金属）材料和有色金属材料灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁铸铁 抗磨铸铁、耐蚀铸铁耐热铸铁1.普通质量非合金钢按主要质量 2.优质非合金钢等级分类 3.特殊质量非合金钢1.以规定最高强度或硬度为主要特性的非合金钢非合金钢 2. 以规定最低强度为主要特（碳素钢） 性的非合金钢黑色金属材料 3. 以限制碳含量为主要（钢铁材料） 特性的非合金钢按主要性能 4. 非合金易切削钢及使用特性分类 5. 非合金工具钢6. 规定磁性能和电性能的非合金钢7. 其它非合金钢 1.普通质量的低合金钢按主要质量 2.优质低合金钢钢 等级分类 3.特殊质量低合金钢1.可焊接低合金高低合金钢 强度钢2.低合金耐候钢按主要性能及 3.低合金钢筋钢使用特性分类 4.铁道用低合金钢金属材料分类 5.矿用低合金钢6.其它低合金钢按主要质量 1.优质合金钢等级分类 2. 特殊质量合金钢1.工程结构用合金钢合金钢 2.机械结构用合金钢按主要性能及 3.不锈、耐蚀和耐热钢使用特性分类 4.合金工具和高速工具钢5.轴承钢 6.特殊物理性能钢 7.其它合金钢铜及铜合金 铝及铝合金 镍及镍合金 有色金属材料 镁及镁合金锌及锌合金钛及钛合金轴承合金：锡基轴承合金、铅基轴承合金其它有色合金1.2 常用它化学元素符号 氢（H） 锂(Li) 钠（Na） 钾（K） 铍 (Be) 镁 (Mg) 钙 (Ca) 锶(Sr) 钡 (Ba) 镭 (Ra) 钛 (Ti) 锆 (Zr) 钒 (V) 铌(Nb) 钽(Ta) 铬(Cr) 钼(Mo) 钨(W) 锰(Mn) 铁(Fe) 钴(Co) 铑(Rh) 镍(Ni) 铂(Pt) 钡(Ba) 铜(Cu) 银(Ag) 金(Au) 锌(Zn) 汞(Hg) 硼(B) 铝(Al) 碳(C) 硅(Si) 锡(Sn) 铅(Pb) 氮(N) 磷(p) 砷(As) 锑(Sb) 铀（U ） 钚（Pu）鉍（Bi） 铯（Cs） 镧(La) 铈(Ce) 钕(Nd) 钐(Sm) 锕(Ac) 氧(O)1.3 钢铁材料生产过程1.3.1 钢铁的定义 1.3.1.1 刚的定义钢铁是 Fe（铁）与 C（碳） 、Si （硅） 、Mn（锰） 、P （磷） 、S（硫）以及少量的其它元素所组成的合金。

其中除铁外，碳的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料除钢铁材料以外的其它金属材料，统称为非铁金属，如金、银、铜、铝、镁、锌、钛、锡、铅、铬、钼、钨等钢是含碳量为 0.0218%--2.11%的铁碳合金碳钢是最常用普通钢，冶炼方便，加工容易按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，常加入钢中的合金元素有硅（Si） 、钨（W ） 、锰（Mn ） 、铬（Cr） 、镍（Ni） 、钼（Mo） 、钒（V ） 、钛（Ti ）等1.3.1.2 生铁的定义1.4 钢铁生产工艺1.4.1 钢铁如何产生1.4.2 钢铁冶炼1.4.3 钢铁联合企业含碳量小于 0.0218%铁碳合金为工业纯铁，含碳量 2.11%以上的铁碳合金称为生铁生铁硬而脆，耐压耐磨分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁白口铸铁端口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁灰口铁，断口呈银灰色，易切削、易铸、耐磨球墨铸铁，其性能接近钢在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁铁矿石 烧结厂 铸钢件炼铁 炼钢 钢水 焦煤 焦化厂 钢坯 铸铁件 轧钢 各种钢材现代钢铁生产流程是将铁矿石加入高炉中冶炼成生铁，将铁水注入转炉或电炉冶炼成钢，再将钢水铸成连铸坯或钢锭，经轧制等塑性变性方法加工成各种用途的钢材。

钢铁联合企业一般包括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等生产环节，是一个复杂而庞大的生产体系我国的钢铁企业一般都是这样的全流程联合企业1.4.4 钢铁生产工艺流程▲▲ ▲▲▲ 型钢轧制 铁 球 烧 焦 石矿 团 结 炭 灰 石 矿 石 棒线材轧制 棒线材直接轧制铁水 ┊ 高炉废钢1.4.5 炼铁原料及工艺● 原料炼铁 轧钢 主要产品小方坯大方坯板坯钢轨钢板型钢棒材中厚板轧制 制中厚板热轧板卷轧制 热轧板卷 或薄板冷连轧机焊管 焊管无缝管轧制 无缝管 冷轧板卷或薄板铸钢件连铸炼钢加热炉电弧炉氧气转炉高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿） 、燃料（）焦炭与喷吹燃料、溶剂（石灰石和白云石等） 冶炼一顿生铁大概需要品位为 63%的铁矿石 1.60-1.65 吨，02-0.4 吨熔剂● 炼铁工艺● 炼铁过程1.4.6 炼钢原料与工艺● 炼钢的任务● 炼钢原理及原料高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。

它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方法高炉炼铁的主导地位预计在相当长时期之内不会改变高炉炼铁的本质是铁的还原过程，及焦炭作燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、 Fe3O4 •TiO2）还原为液态生铁冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内从下部风口吹入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期的从高炉中排出上升过程中煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高温煤气从炉顶排出1.脱碳；2.脱磷；3.脱硫；4.脱氧；5.脱氮、氢等；6.去除非金属夹杂物；7.合金化；8.升温；9.凝固成型炼钢过程是个氧化过程，其去除杂质的主要手段是向熔池吹入氧气并加入造渣熔剂形成熔渣出来脱碳反应是炼钢过程的主要手段，硅、锰、磷、硫等元素也通过氧化反应去除炼钢的原料有生铁、废钢、熔剂（石灰石） 、脱氧剂（硅铁、锰铁、铝合金等） 1.4.7 钢铁材料的基本组织 表 1 钢铁材料的基本组织序号 名 称 含 义1 晶粒和晶界金属结晶后形成的外形不一致、内部品格排列方向一致的小晶体，称为晶粒。

晶粒与晶粒之间的分界面，称为晶界2 相和相界在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并有界面相互隔开的均匀组成部分，称为相相与相之间的界面，称为相界3 固溶体在组成合金的一种金属元素的晶体中溶有另一种元素的原子形成的固态相，称为固溶体固溶体一般有较高的强度、良好的塑性、耐蚀性以及较高的电阻和磁性4 金属化合物合金中不同元素的原子相互作用形成的、晶格类型和性能完全不同于其组成元素的、具有金属特性的固态相，称为金属化合物5 奥氏体奥氏体是碳和其他元素溶解在 y-Fe 中的固溶体奥氏体具有面心立方晶体，塑性好，一般在高温下存在6 铁索体铁素体是碳和其他元素溶解于 a-Fe 中的固溶体铁素体具有体心立方晶格，含碳量极少，其性能与纯铁极为相似，也叫纯铁体7 渗碳体渗碳体是铁和碳的化合物，也称碳化三铁，含碳量6.69％，具有复杂的品格结构其性能硬而脆，几乎没有塑性8 珠光体珠光体是铁素体和渗碳体相间的片层状组织因其显微组织有指纹状的珍珠光泽而得名其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度、硬度适中，并具有良好的塑性和韧性9 索氏体亦称细珠光体，是奥氏体在低于珠光体形成温度分解而成的铁素体和渗碳体的混合物其层片比珠光体细，仅在高倍显微镜下才能辨别。

硬度、强度和冲击韧性均高于珠光体10 屈氏体亦称极细珠光体，由奥氏体在低于珠光体形成温度分解而成的铁素体和渗碳体的混合体其层片比索氏体更细其硬度和强度均高于索氏体11 贝氏体贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物贝氏体又分为上贝氏体和下贝氏体在较高温度形成的称“上贝氏体”，呈羽毛状；在较低温度形成的称“下贝氏体” ，呈针状或竹叶状下贝氏体与上贝氏体相比，其硬度和强度更高，并保持一定的韧性和塑性12 马氏体马氏体通常是指碳在 a-Fe 中的过饱和固溶体钢中马氏体的硬度随碳含量的增加而提高高碳马氏体硬度高而脆，低碳马氏体则有较高的韧性马氏体在奥氏体转变产物中硬度最高13 莱氏体莱氏体是铁碳合金中的一种共晶组织在高温时由奥氏体和渗碳体构成；在低温时(727℃以下)，由珠光体和渗碳体构成含碳量为 4.3％，组织中含有大量渗碳体，所以硬度高，塑性、韧性低14 断口检验断口组织是钢材质量标志之一将试样刻槽或折断后用肉眼或 lO 倍放大镜检查断口情况，称为断口检验从断口可以看出金属的缺陷15塔形车削发纹检验将钢材车成规定的塔形或阶梯形试样，然后用酸蚀或磁粉法检验发纹，简称塔形检验1.4.8 钢铁的力学性能表 1-2 钢铁材料的力学性能序号名 　称量的符号单位符号含　　　　义一 强度强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力1 抗拉强度 σb MPa金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样原横截面面积之比称为抗拉强度Pbσ b＝——Fo 式中 Pb——试样拉断前的最大负荷（N）Fo——试样原横截面积（mm 2）2 抗弯强度 σbb MPa试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断时，折断截面所承受的最大正压力8PL对圆试样：σ bb＝——πd 3 8PL对矩形试样：σ bb＝——2bh2 式中： P——试样所承受最大集中载荷（N）L——两支承点间的跨距(mm)d——圆试样截面之外径(mm)b——矩形截面试样之宽度(mm)h——矩形截面试样之宽度(mm) 3 抗压强度 σbc MPa材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正压力，称为抗压强度P bcσ bc＝——Fo 式中 Pbc——试样所受最大集中载。