商品学概论ch11-钢材课件.ppt

1、第十一章第十一章 钢材钢材v第一节第一节 钢的分类钢的分类v第二节第二节 钢的组织结构和化学成分钢的组织结构和化学成分v第三节第三节 钢的热处理钢的热处理v第四节第四节 钢的基本性能钢的基本性能【案例：马口铁案例：马口铁】v马口铁口铁起源于波希米亚（今捷克和斯洛伐克境内）。该地自古就盛产金属，工艺先进，且懂得利用水力从事机器制造，从14世纪起就开始生产马口铁。后为第一次世界大战，各国军队制成大量铁制容器（罐头）而延用到今。v马口铁是表面镀有一层锡的铁皮，它不易生锈，又叫镀锡铁。这种镀层钢板在中国很长时间称为“马口铁”，有人认为由于当时制造罐头用的镀锡薄板是从澳门进口的，而澳门的英文名Macao

2、可读作马口，所以叫“马口铁”。也有其他说法，如中国过去用这种镀锡薄板制造煤油灯的灯头，形如马口，所以叫“马口铁”。“马口铁”这个名称不确切，因此，1973年中国镀锡薄板会议时已正名为镀锡薄板，正式文件不再使用“马口铁”这个名称。v马口铁包装由于其良好的密封性、保藏性、避光性、坚固性和特有的金属装饰魅力，决定了其在包装容器业内具有广泛的涵盖面，是国际上通用的包装品种。因其抗氧化性强，且款式多样、印刷精美，马口铁包装容器深受广大客户喜爱，广泛应用于食品包装、医药品包装、日用品包装、仪器仪表包装、工业品包装等方面。如今全世界每年产锡约25万吨，三分之一以上用来制造马口铁，其中大部分用于罐头食品业。第

3、一节第一节 钢的分类钢的分类v一、钢的分类一、钢的分类v二、我国钢铁产品的牌号表示方法二、我国钢铁产品的牌号表示方法一、钢的分类v1 1、按冶炼方法分类、按冶炼方法分类v2 2、按化学成份分类、按化学成份分类v3 3按冶金质量分类按冶金质量分类v4 4、按金相组织分类、按金相组织分类v5 5、按加工方法分类、按加工方法分类v6 6、按用途分类、按用途分类 按冶金方法分类按冶金方法分类v（1 1）按炉别分类）按炉别分类 平炉钢转炉钢电炉钢v（2 2）按脱氧程度分类）按脱氧程度分类 沸腾钢。镇静钢。半镇静钢。按化学成份分类v根据国家标准GB/T13304.1-2008，用化学成分作为分类标志可以把

4、钢分为碳素钢和合金钢。v（1）碳素钢v（2）合金钢按冶金质量分类按冶金质量分类v按冶金质量钢可以分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢。v高级优质钢又分为四个质量等级。按金相组织分类按金相组织分类 v按钢的金相组织不同可分为v退火状态的钢v正火状态的钢v无相变或部分相变等按加工方法分类按加工方法分类v压力加工用钢压力加工用钢是供用户经塑性变形制作冷件和产品用的钢。按加工前钢是否经过加热，又分为热压力加工用钢和冷压力加工用钢。v切削加工用钢切削加工用钢是供切削机床（如车、铣、刨、磨等）在常温下切削加工成零件用的钢。v冷顶锻用钢冷顶锻用钢是将钢材在常温下进行锻粗，做成零件或零件毛坯，如铆钉、螺栓及带凸

5、缘的毛坯等，这种钢也称为冷锻钢。按用途分类按用途分类 按照用途不同钢又分为建筑及工程用钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢和专业用钢二、我国钢牌号表示方法v钢铁产品牌号是一种标记符号，通常简称钢号。v我国现行钢铁产品牌号表示方法有两种：钢铁产品牌号表示法（GB/T221-2008）钢铁及合金牌号统一数字代号体系（GB/T17616-2013）v钢铁产品牌号的表示通常采用大写汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的形式表示。为了便于国际交流和贸易的需要，也可以采用大写英文字母或国际惯例表示符号。v。碳素结构钢碳素结构钢国标（国标（GB）钢的牌号表示方法）钢的牌号表示方法v碳素结构钢和低合金钢牌号

6、表示方法及示例碳素结构钢和低合金钢牌号表示方法及示例v优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号表示方法优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号表示方法及示例及示例v易切削钢易切削钢v车辆车轴及机车用钢车辆车轴及机车用钢 车辆车轴及机车用钢车辆车轴及机车用钢v合金结构钢和合金弹簧钢合金结构钢和合金弹簧钢v非调质机械结构钢非调质机械结构钢v工具钢工具钢v轴承钢轴承钢v轴承钢轴承钢v不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢v焊接用钢焊接用钢第二节第二节 钢的组织结构和化学成分钢的组织结构和化学成分v一、钢的组织结构一、钢的组织结构v二、钢的化学成分二、钢的化学成分一、钢的组织结构一、钢的组织结构v钢的组织结构是指其内部构造

7、。v组织是用肉眼或光学仪器观察到的金属内部构造，通常又分为宏观组织和显微组织。v宏观组织又叫低倍组织，是用肉眼或几倍至几十倍的放大镜所看到的组织，如金属内部的夹杂物等。v显微组织又叫金相组织，是利用金相显微镜（放大1000倍至2000倍）或电子显微镜（放大几千倍至几十万倍）观察到的组织。1 1钢的晶体结构与性能的关系钢的晶体结构与性能的关系v（1 1）晶体结构的一般知识）晶体结构的一般知识晶体是由许多有规则排列起来的原子所构成的 反映晶体原子排列的空间格子，叫晶格 能够完全反映晶格特征的、最小的单位叫做晶胞（2 2）金属健和金属特性）金属健和金属特性 v在金属晶体中作有规则排列的实际上不是中性

8、原子，而是正离子，金属晶体则是依靠正离子与共有化的自由电子之间的相互吸引而结合起来的。这种结合方式叫做金属健。（3 3）金属材料的晶格类型）金属材料的晶格类型 v金属材料中最常见的晶格类型有体心立方、面心立方和密排六方三种 体心立方晶格的晶胞是一个立方体（正六面体），立方体中心有一个原子，八个顶角各有一个原子 面心立方晶格也是一个立方体，立方体六个面的中心各有一个原子，八个顶角又各有一个原子 密排六方晶格是一个八面体，上下两个面呈六角形，六个侧面呈长方形。在上下两个面的中心及棱角各有一个原子，在六方柱体中心还有三个原子 多晶体的性能特点多晶体的性能特点 v绝大所属金属材料都是多晶体，即由许多小

9、晶体所组成的。这些小晶体叫晶粒。v晶粒是由晶胞组成的，每颗晶粒内部许许多多晶胞的位向是一致的，但是不同晶粒的位向，则各不相同。相邻晶粒之间的交界叫做晶界 晶粒大小与性能的关系 对于钢和大多数金属材料来说，晶粒愈细，强度、硬度、塑性及常温、低温下的韧性愈高，脆性转变温度愈低。晶粒愈细，金属材料的塑性、韧性就愈好 常对金属材料，尤其是冲压用板材和带材的晶粒大小做出定量的规定。晶粒度等级相对比较示意图 2 2钢合金相的结构与性能的关系钢合金相的结构与性能的关系（1 1）合金中的相与性能特点）合金中的相与性能特点 v合金中具有同一成分、同一晶体结构的均匀部分叫做相，不同的相具有不同的性能。v合金中不同

10、元素的原子在液态时一般是可以相互向溶解而构成液溶体的，而在固态时则由于它们彼此间作用的不同，可能出现三种情况：各元素的原子在合金凝固后形成各自的晶粒；各元素的原子在合金凝固后形成固溶体；各元素的原子在合金凝固后形成化合物。固溶体v固溶体的化学成分是不固定的，在固溶体的晶格中溶质原子和溶剂原子之比不是固定不变的v对于大多数固溶体，溶质元素只能有限地溶于固溶体中，其溶解度大小随温度的变化而变化。v固溶体按溶质在溶剂中溶解的形式不同，即按溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同可分为两类：置换固溶体间隙固溶体 置换固溶体示意图间隙固溶体示意图置换固溶体为溶剂晶粒结点上的原子被溶质的原子所置换的固溶体间隙固

11、溶体是溶剂晶粒原子的间隙处嵌入溶质原子的固溶体v形成固溶体时，或者由于不同元素的原子体积大小不同，或者由于不同原子间的作用力发生变化，总会造成晶格畸变，如图所示。化合物化合物v合金中的化合物是不同元素间发生化学作用而形成的，晶格类型与性能都完全不同于其组成元素的、具有金属性质的固态相，叫金属化合物。v金属化合物也是铁碳合金或钢中的重要固态相。例如，当含碳量超过-Fe和-Fe溶碳能力时，其余的碳就和铁结合成为碳化铁Fe3C，Fe3C在冶金学或材料学中常叫做渗碳体。v渗碳体中铁原子约占75%，碳原子约占25%，是一种具有非常复杂晶格的金属化合物。渗碳体的硬度很高，但脆性也很高。因此当其出现在钢中时

12、，钢的性能变化一般符合如下规律：强度、硬度和耐磨性升高，而塑性、韧性降低。（2 2）铁碳合金平衡组织与性能）铁碳合金平衡组织与性能v合金在缓慢冷却或加热条件下所具有的组织，称为平衡组织。v铁碳合金的平衡组织因合金含碳量的不同和温度不同而不同。它们的组织组成物主要有下列几种：铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体二、钢的化学成分二、钢的化学成分v1 1钢的合金元素含量和规定界限值钢的合金元素含量和规定界限值v根据GB/T1330491钢分类的规定，钢按化学成分进行分类可分为非合金钢，低合金钢，合金钢三大类。2 2合金成分对钢性能的影响合金成分对钢性能的影响v根据合金元素与碳之间相互作用的不同，可将合金分

13、为碳化物形成元素和非碳化物形成元素：v碳化物形成元素碳化物形成元素是在钢中能形成碳化物的合金元素，除铁外还有猛、铬、钼、钨、钒、钛、铌、锆等。v按合金元素形成碳化物能力的不同，常把铁、锰称为弱碳化物形成元素；铬、钨、钼称为中碳化物形成元素；钒、钛、铌、锆等称为强碳化物形成元素。3 3常存元素对钢性能的影响常存元素对钢性能的影响v（1 1）硫的影响）硫的影响v（2 2）磷的影响）磷的影响v（3 3）氢的影响）氢的影响v（4 4）氧的影响）氧的影响v（5 5）锰的影响）锰的影响v（6 6）氮的影响）氮的影响第三节第三节 钢的热处理钢的热处理v一、钢在加热时的转变一、钢在加热时的转变v二、钢在冷却时

14、的转变二、钢在冷却时的转变v三、钢的热处理三、钢的热处理一、钢在加热时的转变一、钢在加热时的转变v1 1奥氏体的形成奥氏体的形成图11-9 冷却曲线 2 2奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小3 3钢加热时可能产生的缺陷钢加热时可能产生的缺陷二、钢在冷却时的转变二、钢在冷却时的转变v1 1奥氏体在等温冷却时的转变奥氏体在等温冷却时的转变v2 2奥氏体连续冷却时的转变奥氏体连续冷却时的转变v3 3马氏体的组织形态和性能马氏体的组织形态和性能时间baAx1温度三、钢的热处理分类：v普通热处理：退火，正火，淬火，回火v表面热处理：表面淬火（火焰加热，感应加热）；v化学热处理（渗碳，氮化，碳氮共渗）钢的退

15、火与正火v钢的退火与正火是应用非常广泛的热处理工艺，目的在于消除冶金及热加工过程中产生的某此缺陷，改善组织和工艺性能，为以后的机加工及最终热处理做好组织与性能准备。v对于某些性能要求不高的机械零件，经退火或正火后可直接使用。此时，退火或正火也就成为最终热处理。退火v退火 将钢加热到适当温度，保温一定时间，再缓慢冷却的热处理工艺。v完全退火、球化退火（不完全退火）、扩散退火（均匀化退火）、再结晶退火、去应力退火 v目的：（1）降低钢的硬度，改善切削加工性；（2）提高钢的塑韧性，便于成形加工；（3）细化晶粒（4）消除工件内的残余应力。钢的正火v正火：将钢加热到适当的温度，然后在空气中冷却，使奥氏体

16、转变为珠光体型组型的操作，称为正火。v正火最明显的特点是“在空气中冷却”。v目的：（1）细化晶粒，消除缺陷（2）调整钢的硬度（3）消除内应力既可做为中间热处理，也可用作最终热处理。钢的淬火 v淬火：把钢加热到适当的温度，保温一段时间后，用水、油等淬火剂快速冷却，这种操作叫做淬火。v对于不同的钢，淬火的目的也不相同。v马氏体淬火v贝氏体淬火v固溶处理表面淬火表面淬火v利用快速加热，使钢件表面很快的达到淬火温度，在热量还来不及传到工件中心时，就立即冷却，这种淬火方法叫做表面淬火。v表面淬火仅是对工件一定深度的表面层进行淬火，而不改变心部未淬火状态的一种局部淬火的方法。v表面淬火能够使工件表面具有高

17、的硬度和耐磨性，而心部仍保持足够的塑性和韧性，还能显著提高工件的抗疲劳性能。化学热处理化学热处理v将工件加热到一定温度，并在此温度下使碳、氮或金属元素渗入钢件表面，改变其表面层化学化学成分，从而使其表面层具有与心部不同的成分和性能，这种操作叫做化学热处理。v改变钢件化学成分是化学热处理与普通热处理的根本区别。v按照渗入的元素不同，化学热处理可分为：渗碳渗氮碳氮共渗渗金属第四节第四节 钢的基本性能钢的基本性能v一、物理性能一、物理性能v二、化学性能二、化学性能v三、机械性能三、机械性能v四、工艺性能四、工艺性能一、物理性能一、物理性能v钢的物理性能包括v密度v熔点v热膨胀性v导热性v磁性密度密度

18、v钢的密度是 7.85克/立方厘米v在流通中常利用钢的密度值计算钢材的理论重量：v其基本公式为：W（千克或吨）=F（断面积 ）L（长度）（密 度）熔点熔点v钢由固态变为液态时的温度叫做熔点，由液态凝固成固态时的温度叫做凝固点。v从理论上说，同一种钢的熔点和凝固点是相同的，但不同的钢由于含碳量和合金元素含量的不同不尽相同。热膨胀性热膨胀性v随温度的升高，钢或钢质零件会发生明显的膨胀。v经测定，钢材的热膨胀系数随钢的成分不同在152510-6之间。v在一定程度上限制了钢的应用例如普通钢材不适合精密仪器和标准量具的制造就是一例。v钢的热膨胀系数和水泥一致又是其极为有利的一面，据此人们发明了钢筋混凝土

19、导热性v导热性通常用热导率来衡量。v热导率越大，导热性就越好。v在制造散热器、热交换器时要选用热导率较高的材料。v钢的热导率一般，远低于银和铜，也低于铝，但价格低廉。磁性磁性v可将金属分为三类：在外加磁场中能被强烈磁化的金属叫做铁磁性金属仅能微弱磁化的叫做顺磁性金属能抗拒或削弱外加磁场磁化作用的叫逆磁性金属，钢是铁磁性材料。v钢的这一特点使钢在电机电器制造方面具有非常广泛的用途。v由于钢在外外加磁场中能被强烈磁化，因而也在一些方面限制了它的应用。v铁磁性材料当温度升高到一定数值时，就会变成顺磁体，转变温度成为居里点，钢的居里点约为770。二、化学性能二、化学性能v钢及其制品由于空气中的氧、水分

20、及其它杂质引起的腐蚀或变色称为生锈或锈蚀；v钢及制品在高温气体中所受的侵蚀叫做氧化，氧化的产物叫做“氧化皮”；v在酸、碱等强腐蚀性化学介质中所发生的破坏叫腐蚀。化学性能化学性能v钢及制品的化学性能主要指其化学稳定性，即抵抗各种腐蚀的能力。v根据腐蚀的种类不同，钢及制品的化学性能也常分别叫做抗氧化性、耐酸性等。v为钢及制品穿上各种各样价格昂贵的“衣服”如涂漆、镀覆耐蚀金属以保护其免遭腐蚀，或者在钢中加入合金元素如铬、镍、钛等炼制成不锈钢、耐酸钢以满足特殊场合使用的要求。三、机械性能三、机械性能v弹性、塑性、强度和刚度弹性、塑性、强度和刚度v硬度硬度v韧性韧性v疲劳强度疲劳强度四、工艺性能四、工艺性能v铸造性铸造性v切削加工性切削加工性v冷弯性冷弯性v冲压性冲压性