金属材料基础知识汇编精选课件.ppt

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1、中国联合钢铁网中国联合钢铁网钢材市场一周行情分析报告钢材市场一周行情分析报告(2010.5.172010.5.24)关于金属材料基础知识汇编第一页，本课件共有40页黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。纯纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金刚石圆锥体的金刚石圆锥体或直径为

2、或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：的不同，分三种不同的标度来表示：HRA：是采用：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用：是采用100kg载荷和直径载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢

3、、铸铁等）。HRC：是采用：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。维氏硬度（维氏硬度（HV）以以120kg以内的载荷和顶角为以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（荷值，即为维氏硬度值（HV）第十二页，本课件共有40页金属材料机械性能基础知识金属材料机械性能基础知识12力学性能与可成形性及使用性能的关系力学性能与可成形性及使用性能的关系要使钢板获得所需的形状，必

4、须使其永久变形，所采取的工艺可以是局部或整体弯曲、深冲、张拉或要使钢板获得所需的形状，必须使其永久变形，所采取的工艺可以是局部或整体弯曲、深冲、张拉或这些成型方法的组合。这些成型方法的组合。（1）薄钢板的屈服强度表示出成形后的可成形性和强度，对普通碳素钢板的成形，屈服点值过高，常常有可能发生过）薄钢板的屈服强度表示出成形后的可成形性和强度，对普通碳素钢板的成形，屈服点值过高，常常有可能发生过大的回弹、成形时容易破断，磨具磨损快以及由于塑性不良而出现缺陷。然而材料的屈服点小于大的回弹、成形时容易破断，磨具磨损快以及由于塑性不良而出现缺陷。然而材料的屈服点小于140Mpa时，又可能时，又可能经受不

5、住成形过程中施加的应力，对用于较复杂或复杂成形加工或冲压加工的钢板，通常要求具有比较经受不住成形过程中施加的应力，对用于较复杂或复杂成形加工或冲压加工的钢板，通常要求具有比较低的屈服强度值，而且屈服比值愈小，由钢板的成形性能愈好。低的屈服强度值，而且屈服比值愈小，由钢板的成形性能愈好。（2）中厚板的冷态可成形性与材料的屈服强度和伸长率有直接关系。屈服强度值愈低，产生永久变形所需的）中厚板的冷态可成形性与材料的屈服强度和伸长率有直接关系。屈服强度值愈低，产生永久变形所需的应力愈小；伸长率值愈高，高的延展性可以允许承受大的变形量而不致断裂。应力愈小；伸长率值愈高，高的延展性可以允许承受大的变形量而

6、不致断裂。（3）对用于建筑结构、桥梁及机械结构件的钢板，为防止构件断裂，要求钢板材料具有特点的抗拉强度，而）对用于建筑结构、桥梁及机械结构件的钢板，为防止构件断裂，要求钢板材料具有特点的抗拉强度，而为防止构件变形，又要求钢板材料具有一定的屈服强度，因此对这类用途的钢材都要求规定抗拉强度、屈服强为防止构件变形，又要求钢板材料具有一定的屈服强度，因此对这类用途的钢材都要求规定抗拉强度、屈服强度的最小值或范围值。度的最小值或范围值。（4）对用于承受冲击负荷变形，例如船舶、桥梁、石油、天然气管线用钢板，为防止其使用中发生脆）对用于承受冲击负荷变形，例如船舶、桥梁、石油、天然气管线用钢板，为防止其使用中

7、发生脆性断裂，又要求其具有一定足够高的冲击韧性性断裂，又要求其具有一定足够高的冲击韧性-冲击功值。冲击功值。第十三页，本课件共有40页金属材料名称常用基础术语金属材料名称常用基础术语钢的分类基础知识钢的分类基础知识金属材料机械性能基础知识金属材料机械性能基础知识化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响常用金属材料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法常用原材料经验数据常用原材料经验数据2 23 34 45 51 16 6目 录金属材料基础知识第十四页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响1生铁：生铁：生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素

8、。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。碳（碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度

9、低，它的存在能增加生铁的铸造性能。铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。硅（硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。锰（锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂

10、质硫形成硫化锰，进入炉渣。性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。磷（磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。硫（硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性）：在生铁中是有害

11、元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。（车轮生铁除外）。2钢：钢：21元素在钢中的作用元素在钢中的作用211常存杂质元素对钢材性能的影响常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量锰钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅、硅(Si)、硫、硫(S)、磷、磷(P)、氧（、氧（O）、氮（）、氮（N）和氢（）和氢（H）等元素。这些元）等元素。这些元素并非为改善

12、钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。第十五页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响1）硫）硫硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，的形态存在于

13、钢中，FeS和和Fe形成低熔点形成低熔点(985)化合物。而钢材的热加工温度一般在化合物。而钢材的热加工温度一般在11501200以上，所以当钢材热加工时，由于以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：高级优质钢：S0.02%0.03%；优质钢：；优质钢：S0.03%0.045%；普通钢：；普通钢：S0.055%0.7%以下。以下。2）磷）磷磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有

14、害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称击韧性显著降低。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象称“冷脆冷脆”。冷脆使钢材的冷加工及焊。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢：接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量控制较严。高级优质钢：P0.025%；优质钢：；优质钢：P0.04%；普通钢：；普通钢：P0.085%。3）锰）锰锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高

15、熔点锰是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600)的的MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。，一定程度上消除了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的锰具有很好的脱氧能力，能够与钢中的FeO成为成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的强度和硬进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在0.5%0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，优质碳素结构钢中，正常含锰量

16、是规定，优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%0.8%；而较高含锰量的结构钢中，其量可达；而较高含锰量的结构钢中，其量可达0.7%1.2%。4）硅）硅硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的硅也是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量通常在在0.1%0.37%，沸腾钢中只含有，沸腾钢中只含有0.03%

17、0.07%。由于钢中硅含量一般不超过。由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。，对钢性能影响不大。第十六页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响5）氧）氧氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以进行脱氧，但不可能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。其是对疲劳强

18、度、冲击韧性等有严重影响。6）氮铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在）氮铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在200300加热就会发加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或或V进进行固氮处理，使氮固定在行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或或VN中，可消除时效倾向。中，可消除时效倾向。7）氢）氢钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形

19、或椭圆形钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，的白色斑点；在横断面上则是细长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度化工容器用钢，不允许有白点存在。氢产生白点冷裂的主要原因是因为高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子

20、状态的氢变成分子状急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及扩散到钢的表面而逸出，就在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白态的氢。氢分子在不能扩散的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白点。点。212为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分为了合金化而加入的合金元素，最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。别说明它们在钢中的作用。1）硅）硅提高钢中固溶体的强度和冷加工

21、硬化程度使钢的韧性和塑性降低；提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低；硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比；硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比；耐腐蚀性。硅的质量分数为耐腐蚀性。硅的质量分数为15一一20的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。缺点：使钢的焊接性能恶化。缺点：使钢的焊接性能恶化。第十七页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能

22、的影响2）锰）锰锰能提高钢的淬透性。锰能提高钢的淬透性。锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。锰对钢的高温瞬时强度有所提高。锰对钢的高温瞬时强度有所提高。缺点：缺点：含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：素如钼、钒、钛等来克服：当锰的质量分数超过当锰的质量分数超过1时，会使钢的焊接性能变坏，时，会

23、使钢的焊接性能变坏，3）铬在钢中的作用）铬在钢中的作用铬可提高钢的强度和硬度。铬可提高钢的强度和硬度。铬可提高钢的高温机械性能。铬可提高钢的高温机械性能。使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性阻止石墨化阻止石墨化提高淬透性。提高淬透性。缺点：缺点：铬是显著提高钢的脆性转变温度铬是显著提高钢的脆性转变温度铬能促进钢的回火脆性。铬能促进钢的回火脆性。4）镍在钢中的作用）镍在钢中的作用可提高钢的强度而不显著降低其韧性；可提高钢的强度而不显著降低其韧性；镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性；镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性；改善钢的加工性和可焊性；改善

24、钢的加工性和可焊性；镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。第十八页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响5）钼在钢中的作用）钼在钢中的作用钼对铁素体有固溶强化作用。钼对铁素体有固溶强化作用。提高钢热强性提高钢热强性抗氢侵蚀的作用。抗氢侵蚀的作用。提高钢的淬透性。提高钢的淬透性。缺点：缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6）钨在钢中的作用）钨在钢中的作用提高强度提高强度提高钢的高温强度。提高钢的高温强度

25、。提高钢的抗氢性能。提高钢的抗氢性能。是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。是使钢具有热硬性。因此钨是高速工具钢中的主要合金元素。7）钒在钢中的作用）钒在钢中的作用热强性。热强性。钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。8）钛在钢中的作用）钛在钢中的作用钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600以上，在珠光体低合金钢中，以上，在珠光体低合

26、金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。第十九页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响9）铌在钢中的作用）铌在钢中的作用铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性。的过热敏感性和回火脆性。有极好的抗氢性能。有极好的抗氢性能。铌能提高钢的热强性铌能提高钢的热强性

27、10）硼在钢中的作用）硼在钢中的作用；提高钢的淬透性。提高钢的淬透性。提高钢的高温强度。强化晶界的作用。提高钢的高温强度。强化晶界的作用。11）铝在钢中的作用）铝在钢中的作用用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4AI即可改变氧化皮的结构，加入即可改变氧化皮的结构，加入6A1可使钢可使钢在在980C以下具有抗

28、氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含铁50一一55、铬、铬30一一35、铝铝10一一15的合金，在的合金，在1400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，近年来，常把铝作为合金元素加入耐热钢中。钢中。此外，铝还能提高对硫化氢和此外，铝还能提高对硫化氢和V2O5，的抗腐蚀性。，的抗腐蚀性。缺点：缺点：脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。脱氧时如用铝量过多，将促进钢的石墨化倾向。当含铝较高时其高温

29、强度和韧性较低。当含铝较高时其高温强度和韧性较低。第二十页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响22合金元素对钢的主要工艺性能的影响：合金元素对钢的主要工艺性能的影响：钢的主要工艺性能有：冷态成型性、切削性、焊接性能、热处理工艺性、铸造性能等钢的主要工艺性能有：冷态成型性、切削性、焊接性能、热处理工艺性、铸造性能等221合金元素对钢的冷态成型性的影响合金元素对钢的冷态成型性的影响冷态成型性：冷态成型包括许多不同的冷成型工艺，如深冲、拉延成型和弯曲等。其冷态成型工艺性能优劣涉及被变形材料的成冷态成型性：冷态成型包括许多不同的冷成型工艺，如深冲、拉延成型和弯曲等

30、。其冷态成型工艺性能优劣涉及被变形材料的成分、组织和冷变形工艺参量（模具形状、变形量、变形速度、润滑条件等）。分、组织和冷变形工艺参量（模具形状、变形量、变形速度、润滑条件等）。与冷态成型性有关的材料性能参量有：与冷态成型性有关的材料性能参量有：低的屈服强度低的屈服强度高的延伸率高的延伸率高的均匀伸长率高的均匀伸长率高的加工硬化率（高的加工硬化率（n值），值），高的深冲性参量（高的深冲性参量（r值）值）适当而均匀的晶粒度；适当而均匀的晶粒度；控制夹杂物的形状和分布；控制夹杂物的形状和分布；游离渗碳体的数量和分布。游离渗碳体的数量和分布。1）冷轧薄钢板：）冷轧薄钢板：碳：碳含量增加会使拉延能力变

31、坏，因此绝大部分钢板都采用低碳钢。碳：碳含量增加会使拉延能力变坏，因此绝大部分钢板都采用低碳钢。锰：锰的影响和碳相似，但适当的含量可以减轻硫的不良作用。锰：锰的影响和碳相似，但适当的含量可以减轻硫的不良作用。磷、硅：磷和硅溶于铁素体引起强化并略影响塑性，降低拉延性能。磷、硅：磷和硅溶于铁素体引起强化并略影响塑性，降低拉延性能。2）热轧钢板）热轧钢板选用冲压用热轧钢板时，既要考虑强度要求，也要考虑冲压性能。选用冲压用热轧钢板时，既要考虑强度要求，也要考虑冲压性能。碳：碳是对热轧钢板冲压性能影响最大的元素。对于冲压用的热轧钢板，一般不宜以增加碳的办法来提高强度，碳：碳是对热轧钢板冲压性能影响最大的

32、元素。对于冲压用的热轧钢板，一般不宜以增加碳的办法来提高强度，应采用添加合金元素来提高钢的强度。应采用添加合金元素来提高钢的强度。硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，在轧制中拉长，分割金属基体降低塑性，影响冲压性能。硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，在轧制中拉长，分割金属基体降低塑性，影响冲压性能。第二十一页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响222合金元素对钢的切削加工性的影响合金元素对钢的切削加工性的影响非金属夹杂物是决定钢的切削性的主要因素。非金属夹杂物的类型、大小、形状、分布和体积百分数非金属夹杂物是决定钢的切削性的主要因素。非金属夹杂物的类型、大小、形状、分布

33、和体积百分数不同，对切削性的影响也不同。为了达到改善钢的切削性的目的，这些非金属夹杂物必须满足下列四个不同，对切削性的影响也不同。为了达到改善钢的切削性的目的，这些非金属夹杂物必须满足下列四个条件：条件：在切削运动平面上，夹杂物必须作为应力集中源，从而引起裂纹和脆化切屑的作用。在切削运动平面上，夹杂物必须作为应力集中源，从而引起裂纹和脆化切屑的作用。夹杂物必须具有一定的塑性，而不致切断金属的塑性流变，从而损害刃具的表面。夹杂物必须具有一定的塑性，而不致切断金属的塑性流变，从而损害刃具的表面。夹杂物必须在刃具的前面与切屑之间形成热量传播的障碍。夹杂物必须在刃具的前面与切屑之间形成热量传播的障碍。

34、夹杂物必须具有光滑的表面，而不能在刃具的侧面作为磨料。夹杂物必须具有光滑的表面，而不能在刃具的侧面作为磨料。钢的切削性的提高主要还是通过加入易削添加剂，例如钢的切削性的提高主要还是通过加入易削添加剂，例如S、P、Pb、Bi、Ca、Se(硒硒)、Te(碲碲)等。等。硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂。硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂。当钢中含足够量的当钢中含足够量的Mn时，时，S的加入将形成的加入将形成MnS夹杂物。加夹杂物。加S的碳钢可以提高切削速度的碳钢可以提高切削速度25或更高，它取决于钢的或更高，它取决于钢的成分和成分和S的加入量。约的加入量。约1体积份额的体积份额的MnS,可以使

35、高速钢刃具的磨损速率迅速下降。可以使高速钢刃具的磨损速率迅速下降。MnS夹杂物在切削剪切区作为应力夹杂物在切削剪切区作为应力集中源，可以起裂纹源的作用，并随后引起切屑断裂。因此，随着集中源，可以起裂纹源的作用，并随后引起切屑断裂。因此，随着MnS体积份额的增加，切屑破断能力得到改善。体积份额的增加，切屑破断能力得到改善。MnS夹杂物还可能在切屑刃具表面沉积为夹杂物还可能在切屑刃具表面沉积为MnS薄层，这种薄层可以降低刃具与切屑的摩擦，导致切削温度和切薄层，这种薄层可以降低刃具与切屑的摩擦，导致切削温度和切屑力的降低，并减少刃具的磨损或成为热量传播的障碍，从而延长刃具的使用寿命。屑力的降低，并减

36、少刃具的磨损或成为热量传播的障碍，从而延长刃具的使用寿命。Pb是仅次于是仅次于S的常用易削添加剂。的常用易削添加剂。Pb对切削加工性的有益效应，不取决于对切削加工性的有益效应，不取决于MnS的存在，因而可以加到低的存在，因而可以加到低S钢和加钢和加S钢中。在不添加钢中。在不添加S的钢中，的钢中，Pb以分散的质点形式分布于钢中。在加以分散的质点形式分布于钢中。在加S钢中，钢中，Pb首先与首先与MnS结合。与结合。与S相似，相似，Pb可以作为内部润滑剂降低摩擦可以作为内部润滑剂降低摩擦力，并转过来降低剪切抗力，并减小切屑与刃具的接触面积，从而降低刃具的磨损。力，并转过来降低剪切抗力，并减小切屑与刃

37、具的接触面积，从而降低刃具的磨损。第二十二页，本课件共有40页化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响近年来许多注意力已经转到通过近年来许多注意力已经转到通过Ca脱氧生产易削结构钢上。脱氧生产易削结构钢上。通过用通过用Ca-Si和和Si-Fe合金控制脱氧，可以形成特定的合金控制脱氧，可以形成特定的CaO-MnO-SiO2-Al2O3四元非金属夹杂物，它在机加工时，将在四元非金属夹杂物，它在机加工时，将在刃具磨损表面沉积为一个薄层（约刃具磨损表面沉积为一个薄层（约20m）。这种薄层是磨损的障碍，因而可延长碳化物刃具的使用寿命。）。这种薄层是磨损的障碍，因而可延长碳化物刃具的使用寿

38、命。223合金元素对钢的焊接性的影响合金元素对钢的焊接性的影响钢的焊接性是一个很复杂的工艺性能，因为它既与焊接裂纹的敏感性有关，又与服役条件和试验温度下所要求钢的焊接性是一个很复杂的工艺性能，因为它既与焊接裂纹的敏感性有关，又与服役条件和试验温度下所要求的韧性有密切联系。的韧性有密切联系。一般认为，高强度低合金钢的焊接性是良好的，并且随含碳量的降低，焊接性得到改善。一般认为，高强度低合金钢的焊接性是良好的，并且随含碳量的降低，焊接性得到改善。为此，国际焊接协会根据统计数据，采用碳当量为比较的基础，由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。为此，国际焊接协会根据统计数据，采用碳当量为比较的基础，

39、由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。其近似公式如下：其近似公式如下：碳当量碳当量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5式中：元素符号代表该元素重量百分比。式中：元素符号代表该元素重量百分比。碳当量越低，焊接性能越好。碳当量越低，焊接性能越好。碳当量碳当量0.35%，焊接性能良好；碳当量，焊接性能良好；碳当量0.4-0.5%，焊接就较困难。，焊接就较困难。第二十三页，本课件共有40页金属材料名称常用基础术语金属材料名称常用基础术语钢的分类基础知识钢的分类基础知识金属材料机械性能基础知识金属材料机械性能基础知识化学成分对金属材料性能的影响化学成分对金属材料性能的影响常用

40、金属材料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法常用原材料经验数据常用原材料经验数据2 23 34 45 51 16 6目 录金属材料基础知识第二十四页，本课件共有40页常用金属材料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法1生铁：生铁：11炼钢生铁（即白口铁）：炼钢生铁（即白口铁）：炼钢生铁按含硅（炼钢生铁按含硅（Si）量划分铁号）量划分铁号,按含锰（按含锰（Mn）量分组，按含磷（）量分组，按含磷（P）量分级，按含硫（）量分级，按含硫（S）量分类。）量分类。具体牌号和标准见下表（根据具体牌号和标准见下表（根据GB717-82）铁种铁种炼钢用生铁炼钢用生铁铁号铁号牌号牌号炼炼04炼炼08炼炼10代号代号

41、L04L08L10化学成分化学成分%Si0.450.45-0.850.85-1.25Mn一组一组0.30二组二组0.30-0.50三组三组0.50P一级一级0.15二级二级0.15-0.25三级三级0.25-0.40S特类特类0.02一类一类0.02-0.03二类二类0.03-0.05三类三类0.05-0.07第二十五页，本课件共有40页常用金属材料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法12铸造用生铁（即灰口铁）铸造用生铁（即灰口铁）铸造生铁硅含量为铸造生铁硅含量为1.25-3.6%。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色，质软易切削加工。主要用来生产各种铸铁件原料如床。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色，

42、质软易切削加工。主要用来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。铸造用生铁按含硅（身、箱体等。铸造用生铁按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（）量划分铁号，按含锰（Mn）、磷（）、磷（P）、硫（）、硫（S）分组、级、类。）分组、级、类。具体牌号和标准见下表（根据具体牌号和标准见下表（根据YB/T14-91）：）：铁种铁种炼钢用生铁炼钢用生铁铁号铁号牌号牌号铸铸34铸铸30铸铸26铸铸22铸铸18铸铸14代号代号Z34Z30Z26Z22Z18Z14化学成分化学成分%C3.3Si3.20-3.602.80-3.202.40-2.802.00-2.401.60-2.001.25-1.60Mn一组一组0.50二

43、组二组0.50-0.90三组三组0.90-1.30P一级一级0.06S一类一类0.03二类二类0.04第二十六页，本课件共有40页常用金属材料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法13球墨铸铁用生铁：球墨铸铁用生铁：球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生铁的机械球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。球墨用生铁也是按含硅（性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。球墨用生铁也是按含硅（Si）量划分铁号，按）量划分铁号，按含锰（含锰（Mn）、磷

44、（）、磷（P）、硫（）、硫（S）分组、级、类。）分组、级、类。具体牌号和标准见下表（根据具体牌号和标准见下表（根据GB1412-85）铁种铁种球墨铸铁用生铁球墨铸铁用生铁牌号牌号Q10Q12Q16化学成分化学成分%Si0.450.45-0.850.85-1.25Mn一组一组0.20二组二组0.200.50三组三组0.500.80P一级一级0.05二级二级0.050.06三级三级0.060.08S特类特类0.080.10一类一类0.02二类二类0.020.03三类三类0.030.04第二十七页，本课件共有40页常用金属材料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法第二十八页，本课件共有40页常用金属材

45、料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法2钢钢21我国钢材牌号表示方法概述：我国钢材牌号表示方法概述：钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称。我国的钢号表示方法，根据国家标准钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称。我国的钢号表示方法，根据国家标准钢铁产品牌号表示方法钢铁产品牌号表示方法（GB221-79）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即：）中规定，采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。即：1）钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如）钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr等。等。2）混合稀土元素用）

46、混合稀土元素用RE或或Xt表示；表示；3）钢中主要化学元素含量（）钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。）采用阿拉伯数字表示。22我国钢材牌号表示方法分类具体说明：我国钢材牌号表示方法分类具体说明：在此是以钢材的用途分类作为表示方法分类的基础：在此是以钢材的用途分类作为表示方法分类的基础：1）碳素结构钢：）碳素结构钢：表示方法：表示方法：Q+数字数字+（质量等级符号）（质量等级符号）+（脱氧方法符号）（脱氧方法符号）+（专门用途的符号）（专门用途的符号）钢号冠以钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点；，代表钢材的屈服点；“Q”后面的数字表示屈服点数值，单位是后面的数字表示屈服点数值，单位是M

47、Pa。例如。例如Q235表示屈服点（表示屈服点（s）为）为235MPa的碳素结构钢；的碳素结构钢；必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：脱氧方法符号：F表示沸腾钢；表示沸腾钢；b表示半镇静钢：表示半镇静钢：Z表示镇静钢；表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和和TZ都可不标。例如都可不标。例如Q235-AF表示表示A级沸腾钢。级沸腾钢。专门用途的碳素钢：例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最

48、后附加表专门用途的碳素钢：例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。示用途的字母。第二十九页，本课件共有40页常用金属材料牌号表示方法常用金属材料牌号表示方法2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢表示方法：数字表示方法：数字+（元素符号）（元素符号）+（脱氧方法符号）（脱氧方法符号）+（专门用途的符号）（专门用途的符号）钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成，它不是顺序

49、号，所以不能读成45号钢。号钢。锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为的半镇静钢，其钢号为10b。3）碳素工具钢）碳素工具钢表示方法：字母表示方法：字母T+数字数字+（元素符号）（元素符号）+（质量等级符号）（质量等级符号）钢号冠以钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。，以免与其他钢类相混。钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例

50、如钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为表示平均碳含量为0.8%。锰含量较高者，在钢号最后标出锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如，例如“T8Mn”。高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如，以示区别，例如“T8MnA”。4）易切削钢）易切削钢表示方法：字母表示方法：字母Y+数字数字+（元素符号）（元素符号）钢号冠以钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。，以区别于优质碳素结构钢。字母字母“Y”后的数字表示碳含量，以平