材料科学教学课件PPT碳钢.ppt

3.3 碳 钢 碳素钢（碳钢）是指wc2.11%，并含有少量锰、硅、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。由于碳钢具有一定的力学性能，良好的工艺性能，且价格低廉，因此碳钢是工业中应用最广泛的金属材料，它主要用于建筑、交通运输及机械制造工业中。,普通碳素结构钢,用途,厂房,普通碳素结构钢,螺钉,普通碳素结构钢,套环,优质碳素结构钢,钢轨 u71mn、45mn,优质碳素结构钢,用途,法兰盘,优质碳素结构钢,曲轴,优质碳素结构钢,弹簧,碳素工具钢,用途,模具,碳素工具钢,丝锥,碳素工具钢,锉刀,铸造碳钢,机座,铸造碳钢,连杆,铸造碳钢,大齿轮,3.3.1 碳钢中杂质元素 碳钢中，碳是决定钢性能的主要元素。但是钢中还含有少量的锰、硅、硫、磷等常见杂质元素，它们对钢的性能也有一定的影响。 1、锰硅的影响 锰是炼钢时加入锰铁脱氧而残留在钢中的。锰的脱氧能力较好，能清除钢中的feo，降低钢的脆性；锰还能与硫形成mns,以减轻硫的有害作用。所以锰是一种有益元素。但是，作为杂质存在时，其含量（wmn）一般小于0.250.8%，对钢的性能影响不大。 硅是炼钢时加入硅铁脱氧而残留在钢中的。硅的脱氧能力比锰强，在室温下硅能溶入铁素体，提高钢的强度和硬度。因此，硅也是有益元素。但作为杂质存在时，其含量（wsi）一般小于0.5%，对钢的性能影响不大。,2、其它杂质的影响 （1）硫的影响 硫是炼钢时由矿石和燃料带入钢中的。主要以fes形态存在于钢中，与铁则形成低熔点（985）的共晶体分布在奥氏体晶界上。当钢材加热到1100-1200进行锻压加工时，晶界上的共晶体已熔化，造成钢在锻压过程中开裂，这种现象称为“热脆”。在钢中加入锰，可以形成高熔点（1620）的mns，mns呈晶粒状分布在晶粒内，且在高温下有一定的塑性，从而避免热脆。因此，硫是有害元素，其含量（ws）一般应严格控制在0.03%0.05%以下。 （2）磷的影响 磷是炼钢时由矿石带入钢中的。磷可全部溶于铁素体，产生强烈的固溶强化，使钢的强度和硬度增加，但塑性韧性显著下降。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为“冷脆”。磷在结晶时还容易偏析。从而在局部发生冷脆。因此，磷也是有害元素，其含量必须严格控制在0.035%-0.045%以下。 但是，在硫磷含量较多时，由于脆性较大，切削容易脆断而形成断裂切屑，改善钢的切削加工性。这是硫、磷有利的一面。,（3）氧、氢、氮的影响 在炼钢过程中，少量的炉渣、耐火材料及反映产物可能进入钢液，形成非金属夹杂物。如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。它们都会降低钢的力学性能，有时还会引响热处理的质量。因此，重要用途的钢材要检查非金属的夹杂物。,3.3.2 碳钢的分类 碳钢的品种很多，为了便于生产、管理、选用和研究，国家标准对碳钢进行了统一的分类和编号。 1、碳钢分类方法,（1）按钢中的含碳量分 低碳钢（wc0.25%）、中碳钢（ wc 0.25%0.60%）、高碳钢（ wc0.60%）。 （2）按钢的质量分 按钢中杂质硫、磷的多少，分为普通质量钢（ws0.050%， wp0.045%）；优质钢（ws0.035%，wp0.035%）；高级优质钢（ ws0.020%，wp0.030%） （3）按钢的用途分 主要分为两种，碳素结构钢和碳素工具钢。 （4）按冶炼方法分 转炉、电炉、平炉钢，沸腾钢、镇静钢和半镇静钢等。,3.3.3 碳钢的牌号及用途 国标中碳钢牌号的命名是以钢的质量和用途为基础进行的，一般分为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢。,1、普通碳素结构钢 普通碳素结构钢的牌号是由q（汉语拼音字首）、屈服点参数、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。其中质量等级有a、b、c、d四级。脱氧方法符号由汉语拼音字首f（沸腾钢）、b （半镇静钢）、z（镇静钢）、tz（特殊镇静钢），通常钢号中z、tz符号可省略。 如q235af,表示qs235mpa，质量等及为a级的沸腾钢。 普通碳素结构钢一般以热轧状态供应。 普通碳素结构钢的牌号、化学成分和力学性能如表32.,表32普通碳素结构钢的牌号、成分、性能与应用,碳素结构钢的屈服点,碳素结构钢的特性和应用,2、优质碳素结构钢 这类钢有害杂质元素p、s含量受到严格控制，非金属夹杂物较少，塑性和韧性较好，常用来制造各种重要的机械零件。 该类钢的钢号用“两位数字或元素符号mn”表示，其中两位数字表示钢中碳的平均含量，单位为万分之一； mn表示含锰量较高的钢，须将锰元素标出，一般锰的含量为0.251.2%，如：20mn 、40mn等。如：钢号45，表示平均含碳量为0.45%的钢，这是正常含锰量（按杂质含量）的优质碳素结构钢；钢号20mn表示碳的平均含量为0.20%、mn表示锰的含量为0.701.0%的钢；钢号25mn，表示平均含碳量为0.25%而含锰量为0.71.0%的钢。 沸腾钢，半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出，如15g，即平均含碳量为0.15%的锅炉钢；08f表示含碳量为0.08%的沸腾钢。,根据优质碳素结构钢中的含碳量不同，可用来制造各种不同性能的零件。如08f钢碳的质量分数低，塑性好，强度低。钢厂一般轧成钢板或钢带供应。主要用来作冷冲压拉深件，如外壳、容器、罩子等。 10 25钢 具有良好的冷塑性变形能力和焊接性，常用来制造受力不大、韧性要求较高的冲压件和焊接件；经渗碳、淬回火后，表面硬度较高，心部韧性较好，可用于制作凸轮、齿轮、销、摩擦片等。 3055钢及40mn、50mn钢等 经调质处理，具有良好的综合力学性能，主要用来制造齿轮、连杆、轴类等零件。 6085钢及60mn、65mn、75mn钢 热处理后，可得到较高的弹性极限、足够的韧性和一定的强度，制作弹性元件和易磨损零件，如弹簧、弹簧垫圈等。,3、铸钢 铸钢中的含碳量=0.15%0.60%，主要用于制作形状复杂、难以进行锻造或切削加工，且要求承受冲击载荷的零件。 工程用铸钢牌号前冠以“zg”拼音字母， “zg”后在的两组数字分别表示屈服点和抗拉强度mpa。,4、碳素工具钢 碳素工具钢，c的质量分数=0.651.35%，一般需要热处理后使用。热处理后具有较高的硬度和耐磨性，用于制造低速切削的刀具、刃具，量具、模具用钢等。 根据钢中有害杂质s、p含量，碳素工具钢分为优质碳素