『壹』 工業中使用的金屬材料分為那三類
普通鋼板： 熱板、熱卷、冷板、冷卷、酸洗板、酸洗卷、熱連軋鋼板、碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板、碳素結構鋼和低合金結構熱軋薄鋼板、碳素結構鋼和低合金結構冷軋薄鋼板、優質碳素結構鋼熱軋薄鋼板、優質碳素結構鋼熱軋薄弱鋼板、優質碳素結構鋼冷軋薄弱鋼板、合金結構鋼熱軋厚鋼板、合金結構鋼薄鋼板、高強度結構鋼熱處理和控軋鋼板. 專用鋼板： 彈簧鋼熱軋薄鋼板、碳素工具鋼熱軋鋼板、高速工具鋼鋼板、耐熱鋼板、銅鋼復合鋼板、厚度方向性能鋼板、花紋鋼板、深沖壓用冷軋薄鋼板、汽車製造用優質碳素結構熱軋鋼板、汽車大梁用熱軋鋼板、犁壁用熱軋三層鋼板、鍋爐用鋼板、鍋爐用碳素鋼和低合金鋼板、壓力容器用碳素鋼和低合金鋼厚鋼板、低溫壓力容器用低合金鋼鋼板、低溫壓力容器用低合金厚鋼板、焊接氣瓶用鋼板、壓縮機閥片用熱軋薄鋼板、塑料模具用熱軋厚鋼板、日用搪瓷用冷軋薄鋼板、200L油桶用熱軋碳素結構鋼薄鋼板、200L油桶用冷軋薄鋼板和熱鍍鋅薄鋼板、多層壓力容器用低合金鋼板、焊接結構用耐候鋼板、高耐候結構鋼板、船體用結構鋼板、電磁純鐵熱軋厚板、冷彎波形鋼板、壓焊鋼格柵板、建築用壓型鋼板、電工用熱軋硅鋼薄鋼板、冷軋電工鋼帶、電磁純鐵冷軋薄板、鈦—鋼復合板、鎳-鋼復合鋼板. 鋼帶（帶鋼）： 熱軋鋼帶、冷軋鋼帶、熱連軋鋼帶、碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋鋼帶、碳素結構鋼和低合金結構熱軋和冷軋鋼帶、優質碳素結構鋼熱軋寬鋼帶、優質碳素結構鋼熱軋鋼帶、優質碳素結構鋼冷軋鋼帶、高強度結構鋼熱處理和控軋鋼帶、深沖壓用冷軋鋼帶、汽車製造用優質碳素結構熱軋鋼帶、犁壁用熱軋寬鋼帶、日用搪瓷用冷軋鋼帶、晶粒取向硅鋼（片）薄鋼帶、碳素結構鋼冷軋鋼帶；碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋鋼帶；優質碳素結構鋼熱軋鋼帶；優質碳素結構鋼冷軋鋼帶；低碳鋼冷軋鋼帶；熱處理彈簧鋼帶；彈簧鋼、工具鋼冷軋鋼帶；壓力容器用熱軋鋼帶；自行車鏈條用冷軋鋼帶；自行車用熱軋碳素鋼和低合金鋼寬頻及鋼板；自行車用冷軋碳素寬鋼帶和鋼板；自行車用熱軋鋼帶；自行車用冷軋鋼帶；手錶用碳素工具鋼冷軋鋼帶；刮臉刀片用冷軋鋼帶；工業鏈條用冷軋鋼帶；鋸條用冷軋鋼帶；機器鋸條用高速工具鋼熱軋鋼帶；鎧裝電纜用冷軋鋼帶；鎧裝電纜用鋼帶；燈頭用冷軋鋼帶；金屬軟管用碳素鋼冷軋鋼帶；包裝用鋼帶、焊接鋼管用鋼帶. 普通型鋼： 工字鋼、槽鋼、角鋼（角鐵）、圓鋼和方鋼、扁鋼、六角鋼和八角鋼、L型鋼、H型鋼和T型鋼、異型鋼. 專用型鋼： 結構鋼、工具鋼、軸承鋼、重軌及重軌配件、輕軌、起重機鋼軌、電梯導軌、球扁鋼、礦用工字鋼、農用復合鋼、銀亮鋼、鋼樁鋼、支撐鋼、中空鋼、模具鋼、氣瓶料、工業純鐵、成品釺鋼、標准件用鋼、履帶板用型鋼、拖拉機大梁用槽鋼、船用錨鏈圓鋼、齒輪鋼、電工鋼、合金圓鋼、輪網鋼、復合扁鋼、冷彎型鋼、冷拉型鋼、U形C形Z形型鋼、耐熱耐候耐腐蝕鋼. 線材： 螺紋鋼、鍍鋅線、普線、高線、鐵線、彈簧鋼絲、盤圓（條）、焊線、優線、硬線、普碳圓鋼、冷拉帶肋鋼筋、冷拉扭鋼筋、直條、鐵絲、冷拔絲. 不銹鋼： 不銹型材、不銹線材、不銹鋼板、不銹卷板、不銹鋼管、不銹無縫管、不銹焊管、不銹帶鋼、不銹鋼絲、不銹鋼絲繩、不銹鋼坯、不銹鋼金屬製品、不銹直條、不銹彎頭、不銹薄壁鋼管、不銹鋼復合鋼板、不銹鋼棒、不銹鋼熱軋鋼帶、不銹鋼和耐熱鋼冷軋鋼帶、彈簧用不銹鋼冷軋鋼帶、磁頭用不銹鋼冷軋鋼帶、彩色顯像管彈簧用不銹鋼冷軋鋼帶、手錶用不銹鋼冷軋鋼帶； 無縫鋼管： 普通無縫鋼管、方形管、矩形管、結構用無縫鋼管、輸送流體用無縫管、冷拔或冷軋精密無縫管、冷拔無縫異型鋼管、汽車半軸套管用無縫管、船舶用碳鋼和碳錳鋼無縫鋼管、柴油機用高壓無縫管、低中壓鍋爐用無縫管、液壓和氣動缸筒用精密內徑無縫管、高壓鍋爐用無縫管、化肥設備用高壓無縫管、石油裂化用無縫管、金剛石岩芯鑽探用無縫管、液壓支柱用熱軋無縫管； -------------------------------------------------------------------- 1.普通質量碳素結構鋼C% 0.06一0.38% C(Me)3% C% 0.1%一0.2%,以Mn0.8一1.8%為主加元素 2.低合金結構鋼 加入,N後,得的N化物,細化晶粒,又有彌散析出強化作用 F+P組織〈=500MPa,而低C貝氏體>=500MPa方法加入Cr,Mo,Mn,B.阻礙A轉變,使珠光體區的C曲線右移的同時而貝氏體區不變,有利於空冷得到貝氏體. 在熱軋與空冷狀態下使用,不需要熱處理,改善焊接性,可正火. 機械結構鋼 3.調質鋼0.3一0.5%大的軸件>0.4%,連桿<0.4% C(Me)3%一7%主加Si,Mn,Cr,Ni,B目的為捉高淬透性 只有淬透了的鋼在回火後得回火S 加W,Mo,,Ti等碳化物形成元素細化A,進而細化回火S 常用調質鋼的分類與鋼號 1.低淬透性調質鋼,油淬30一40mm調質 40一45,40Cr,40MnB 2.中淬透性調質 油淬40一60mm 30CrMnSi,35CrMoSi 3.高淬透性 D>60mm 40CrNi,40CrMnMo 工具鋼:高硬度與高耐磨性 1.性能的要求 對高速切削的刃具還要有紅硬性 冷模具:冷變形時變形抗力大,還有一定的韌性 熱模具:表面反復加熱與冷卻要有高的韌性與耐熱疲勞性能 2.工具鋼的化學成分C% 0.6%一1.35% 常以碳化物形成元素Cr,Mo,W,為主加元素,有時也加—些Mn和Si,其目的主要是減 少工具鋼在熱處理時的變形,並增加淬透性與回火穩定性(與結構鋼相區別,結構鋼的C%較低,如調質鋼C%小於0.5%,並以Cr,Ni,Mn,Si,B為主加元素,起提高淬透性的作用,而碳化物形成元素只起細化晶粒的作用) 3.工具鋼的熱處理 工具鋼C%較高,為了使碳化物顆粒細小且均勻分布,起到耐磨作用,因而用球化退火為預備熱處理,也有利於切削加工,並對最終熱處理十分有利 最終熱處理:淬火加冷處理加回火,冷處理為了減小殘余A的量,淬火溫下組織為A十殘余碳化物,有利於提高鋼的耐磨性 刃具鋼 碳素工具鋼,低合金刃具鋼,高速鋼 1.碳素工具鋼 C% 0.65%一1.35% T7,T8等 優點:硬度相當高,在切削熱不大時有較好的耐磨性,缺點:淬透性低10一12mm刃具僅表面淬硬 2.低合金刃具鋼 加入Cr,Mn,Si,W,在碳素鋼的基礎上 C%0.75%一1.5%,C(Me)%<5%,合金元素作用為提高淬透性,回火穩定性及細化晶粒,此鋼的紅硬性差,但優於碳素工具鋼,工作溫度250一300度 主要有9SiCr,Cr2,Cr06,9Mn2,CrWMn 3.高速鋼,含大量W.Mo,Cr,Co,,有很高的紅硬性,工作溫度500一600度,HRC在60以上,高速鋼有很高的淬透性,中小型刃具空冷也能淬透 1.化學成分 C% 0.70%一1.5%,目的時是為了與碳化物形成Cr,W,Mo,形成碳化物,並保證得到強硬的馬氏體基體. W,Mo,主要提高紅硬性,因為含大量這些元素的馬氏體在500一600時彌散析出W2C,Mo2C,C等特殊碳化物,硬度很高,產生二次硬化,Cr提高淬透性,非碳化物形成元素Co也可延緩回火碳化物的析出與聚集,對提高紅硬性有利. 2.鑄態組織與鍛造高速鋼的含碳量雖然小於2.11%,但由於大量的合金元素,相圖形狀改變,使鑄態組織中出現大量萊氏體鋼,由於共晶碳化物粗大,呈魚骨狀,用熱處理方法難以消失,可用反復鍛造將粗大碳化物打碎後再進行球化退火,為淬火作準備,退火後組織為S基體十粒狀的碳化物 3.淬火與回火以W18Cr4 熱處理工藝為800一840預熱,從1270一1280度分級淬火,分級溫度為580一620,然後再560度進行三次回火,回火時保溫1小時. 高速鋼含大量的合金元素:塑性差,導熱性差,在快速加熱時的熱應力使之變形開裂,所以要在加熱到淬火溫度1270一1280度在800一840預熱,對形狀復雜者,還應在500一650增加一次預熱.,W等起主要起提高紅硬性的元素要很高的溫度下才溶解,但過高的溫度又會使晶粒粗大,且W等合金元素都縮小A區,使得共析與共晶溫度提高,因而選擇1270一1280度.採用直接空冷,會析析出二次碳化物,從而降低鋼的紅硬性. 淬火後的組織為M十碳化物十殘余A(多達30%)在550一570度回火析出WC等引起二次硬化,A分解,析C,降低合金元素含量,使Ms上升,從而造成二次淬火,一次回火,還有15%的殘余A,二次回火殘余A3%一5%, 三次回火,只有1%一2%,最終得回火組織M十碳化物十極少量殘余A. 3.模具鋼 冷模具 碳含量較高,C%>1%,有時高達2%,以碳化物形成元素,Cr,W,Mo,主加元素. Cr12,C(Me)較高而使鑄態為菜氏體Cr12,Cr12Mo高碳高鉻鋼. Cr12熱處理方法1.低溫淬火980一1030度十低溫回火,晶粒細心,強度與韌性好,變形小,此法為一次碳化法 2.1100一1150度十高溫回火2一3次,此方法為二次碳化法,有較好的紅硬性與耐磨性. 熱模具鋼 C% 0.3一0.6%,加入Cr,Mn,Si,Mo,W,,以提高鋼的淬透性,回火穩定性,耐磨性,並抑制第二類回火脆性,Cr,W,Si提高抗疲勞強度,Mo可細化晶粒,減小回火脆性耐熱傾向. 5CrMnMo或5CrNiMo 淬火(830一860)十高溫回火(500一600)取上限得回火S,取下限得回火T. 4.量具 C% 0.9%一1.5%,Cr,W,Mn提高淬透性 得高硬度 可用淬火十低溫回火 組織穩定性 1.降低淬火加熱溫度,以減小應力及殘余A 2.保證硬度的條件下,又可用上限回火溫度並有足夠的回火時間 3.採用時效處理,如淬火後,在120一150度等溫時效幾小時或幾十個小時 4.在淬火後在一70度經過2一3小時冷處理,使殘余A徹底轉變,得穩定的組織與尺寸. 特殊性能鋼 不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、超高強度鋼、磁鋼等五種鋼 特殊性能鋼 不誘鋼:總稱不誘耐酸鋼 能抗大氣腐蝕與弱介質腐蝕的鋼為不銹鋼 能抗強腐蝕介質的鋼為耐酸鋼 化學腐蝕是在大氣中或非電解質中發生氧化的過程 特點是金屬與周圍的介質直接進行化學作用而不產生電流,腐蝕的產物沉澱在金屬表面. 電化學腐蝕是金屬與酸鹼鹽等電解質溶液間接發生作用而引起的腐蝕,有電流產生. 電化學腐蝕可能產生的條件 1.不同種金屬構成微原電池的兩極,其中低電位為陽極. 2.在同中金屬中,如鋼中的F與Fe3C兩相,F的電位低,兩者之間存在電解質時,F成為陽極而被腐蝕. 3.金屬中存在化學成分與組織不均,以及物理狀態不均,如基體與第二相,基體與夾雜物,晶界與晶內,不同取向的晶粒,化學成分與組織的偏析,內應力大小不同的區域,均可引起電位差 防止金屬腐蝕的方法: 1.形成鈍化膜,如Cr2O3就是一種穩定緻密的氧化膜 2.獲得單相組織,如F,A單相組織,如合金元素Ni,Mn,N可得單相鐵素體組織. 3.提高固溶體的電位Cr含量在12.5%時達n/8的第一值,因而一般鋼中的Cr含量在13%以上. A不銹鋼中加入適當的Ni與Nb,防止晶間的腐蝕. 不銹鋼的熱處理 1.M不銹鋼,Cr%12%一一18% C% 0.1%一一1% 含C量低的韌性與耐蝕性好,淬透性差,不可用於焊接 為改善切削加工性,應在軋制深拉的過程中進行退火 退火應為880一900度保溫1一3小時 2.F不銹鋼,Cr% 13%一一30% C%<0.15% 加入Mo,Ti,Nb提高抗蝕性能,耐酸性好,抗氧化介質的能力強,可用高溫抗氧化材料. 加入1.6%一2.0%的Mn後,可提高抗非氧化介質如醋酸的腐蝕. F不銹鋼的脆性大,韌性低,主要有以下三種原因引起 1.晶粒粗大2.475度脆性,析出高Cr(80%Cr,20%Fe)化合物,同時產生共格應力3.σ相脆性,在550一820度加熱時從F中析出沿晶界分布的σ相,同時伴隨體積的變化,使鋼變脆,可通過880一980度加熱,使σ相溶入F中後再快冷消除 3.A不銹鋼 鋼在450一850時出現晶界腐蝕,因為沿晶界處析出Cr23C6,使Cr%下降到12.5%以下. 1.降低含碳量如0Cr18Ni9 2.加入強碳化物形成元素,使之優先與C形成碳化物,而防止Cr與C反應得碳化物 耐熱鋼 抗氧化性與熱強性的總稱 金屬材料1.高溫下塑性形變時伴著加工硬化 2.在發生再結晶的過程中伴隨軟化,形變是通過位錯的攀移造成的. 耐熱鋼按其組織可分為F型,P型,M型,A型 P型的耐熱鋼為抗氧化性,加入Cr,Si,Al等合金,形成緻密的氧化保護膜,便鋼不再繼續氧化,但Si,Al加入使鋼變脆,因此耐熱鋼以Cr為主加元素,Si,Al為輔助元素.堤高鋼的熱穩選定性:1.加入Cr,Mo或W等,以提高再結晶溫度,以提高熱強性.2.採用面心立方鋼,原子密度大,活動空間小,再結晶溫度高,如加入Ni,Mn,N擴大A區 3.晶粒粗大,晶界少,可防止一般的高溫時沿晶界破壞4鋼中加入合金元素形成彌散強化,如Ni3Al 耐磨鋼 典型為高錳鋼ZGMn13 C% 1一1.4%,Mn使Ms降到0%以下,高錳鋼為奧氏體鋼 耐磨鋼在工作中受強沖擊,壓縮等時會發生形變而產生加工硬化 ,並由於形變而誘發馬氏體相變,表面有高的耐磨性,又由於其心部是奧氏體組織,因而抗沖擊力很強,當表面磨損後,又有新的馬氏體表層因加工硬化而代替. 高錳鋼在鑄態,鍛造,熱機狀態,均有碳化物沿A晶界析出,使鋼的耐磨性下降,應當進行水韌處理.方法:把鋼加熱到臨界溫度以上1000一1100,使碳化物全部溶入A中,然後在水中激冷,以得到均勻的A組織,其HRG180一120韌性高,水韌處理的溫度不應過高,否則會使A晶粒長大,降低力學性能. 鑄鐵的分類解析 1.由碳的存在形式和斷口狀態 灰口鑄鐵:大部分或全部以游離態的石墨存在於鑄鐵中,斷口為暗灰色. 白口鑄鐵:少量碳溶於F中,其餘全部以Fe3C的形式存在於鑄鐵中,斷口為銀白色,此白口鑄鐵組織中有共晶萊氏體,質硬而脆,白口鑄鐵很少用於機械零件. 麻口鑄鐵:一部分C以石墨的形式存在,另一部分以Fe3C形式存在,斷口夾雜白亮與喑灰色夾雜 按石墨的形態 灰口鑄鐵:石墨為片狀 可鍛鑄鐵:石墨為團絮狀 球墨鑄鐵:石墨為球狀 蠕墨鑄鐵:石墨為蠕蟲狀 石墨同層原子間距0.142nm,層與層之間 0.34nm 合金元素對石墨化的影響 Si 1%的Si使相應的共晶點的含C量下降0.3% 碳當量:若鑄鐵中實際含C量為3.2%,含Si量為1.8%,則碳當量=3.2%+0.3x1.8%=3.8% 磷在鑄鐵中主要形成磷共晶,石墨強烈阻礙石墨化的元素,含0.01%的硫就抵消0.15%Si的石墨化作用,Mn本身阻礙石墨化,它使Fe3C更穩定.在鑄鐵中含S時,Mn優先與硫形成MnS,減弱硫對石墨化的阻礙作用 促進石墨化Al C Si Ti Ni Cu P Co Zr減弱 Nb 阻礙W Mn Mo S Cr Te Mg Ce B增強 距Nb越遠,元素作用越強烈 Si與Fe原子結合力較強,溶於鐵水與F,不僅使共晶成分共析成分的C%降低,共晶與共析的溫度提高,有利於石墨的析出. 冷卻溫度對石墨化的影響 厚壁處為灰口鑄鐵,薄壁處為白口鐵,緩慢冷卻有利於石墨化充分進行,易得灰口鑄鐵,冷速過快,不利於石墨化. 石墨化的二階段1.一次石墨,共晶石墨,二次石墨.2.共析轉變為第二階段 石墨化是一個原子擴散的過程,石墨化溫度越高,C原子越易擴散,故容易完全 第二階段溫度低冷速稍大,第二階段只能部分進行,再大些,第二階段的石墨化使完全不能進行. 二階段的石墨化充分進行,得到的組織為F基體+石墨,部分進行得(F+P)基體+分布的石墨,二階段的石墨化不進行,則得P+石墨. 若冷速過快,第一階段石墨化部分進行,可得麻口鑄鐵. 常用鑄鐵 HT250 表灰鑄鐵的最低抗拉強度為250MPa 灰鑄鐵的化學成分范圍2.5一4.0% 1.0一1.3% Si 0.905一1.3w%Mn <=0.3%P,<=0.15%S 低溫共析得F,F+P,P 鑄鐵的抗拉強度與塑性低於鋼:1.石墨本身的強度與塑性幾乎為0石墨可看成金屬基體中的孔與裂縫,可將鑄鐵看成是有大量裂紋的鋼,石墨的存在相當於減小了有效承載面積.2.石墨割斷了金屬基體的連續性,石墨本身可看成裂紋,外力作用下造成應力集中. 灰鑄鐵的硬度和抗壓強度與鋼差不多,是抗拉力的3一5倍,在壓力載荷下,石墨產生的裂紋是閉合的. 石墨軟,對振動有削減作用,鑄鐵的消振性能遠大於鋼,灰鑄鐵的減振效果最好,在干磨擦的情況下,石墨本身是潤滑劑,起減摩作用.在有潤滑的情況下,石墨脫落,小空隙可吸附和儲存潤滑油,使工件表面保持良好的潤滑條件. P基體的HT,強度與硬度耐磨性優於F基體的HT,孕育鑄鐵HT300,HT350是力學性能中的佼佼者,在孕育鑄鐵澆注前,在鐵水中加入硅鐵,硅鈣粉等孕育劑,得細片狀石墨灰鑄鐵. 灰鑄鐵的熱處理用來消除內應力,穩定尺寸,消除白口組織以改善切削加工性. 鑄鐵表面及底面較薄部位由冷卻速度大,易出現白口組織,使硬度變高,難以切削,必須進行消除白口組織的石墨化退火. 通常加熱至850一950度,保溫1一4h,使Fe3C分解,然後隨爐冷或保溫至400一500度出爐空冷,得到的組織為F或F十P的灰鑄鐵. 850一950度保溫,Fe3C分解的石墨和以後冷卻時自A中析出的石墨依附在原有的石墨片上成長. 可鍛鑄鐵KT,可鍛鑄鐵並不是真正可鍛 復雜件如減速器外殼,用鋼太貴,且鑄造性差,用灰鑄鐵,韌性不足 可用鑄鐵先鑄成白口鑄鐵鑄件,再進行石墨化退火,將Fe3C分解成團絮狀的石墨,即可獲得可鍛鑄鐵,團絮狀石墨對金屬基體的割裂作用大為減弱 化學成分:如鑄態組織得片狀石墨,則白口鐵退火時Fe3C分解為石墨依附在片狀成長,得不到團絮狀的石墨,為此C,Si等促進石墨化的元素含量應適當降低,不過不能太低,否則在退火時石墨化困難C,Si含量為2.0%一2.6%與1.1一1.6% KTH300一06黑心可鍛鑄鐵 KTZ 700一02珠光體可鍛鑄鐵 KTH300一06表示最低抗拉強度300MPa,最低延伸率6% 石墨化退火 第一階段:從共晶滲碳體的分解以及隨後A中析出二次石薹 石墨化退火前為亞共晶白口鐵,不存在一次Fe3C,共析得F+C 第二次低溫低火,如果兩階段進行完全,得F+團絮狀的可鍛鑄鐵. 如果在完成第一階段,以較大的速度冷卻,使第二階段不能進行,將得P可鍛鑄鐵. 鐵素體可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性,且比鋼的鑄造性好,珠光體可鍛鑄鐵的強度和耐磨性比F可鍛鑄鐵高,可用來製造強度和耐磨性要求較高的零件.