钢的基础知识.doc

目录1、 钢铁，钢，黑色金属，有色金属的基本概念二、钢的分类三、钢的牌号表示方法四、钢的性能一、钢铁，钢，黑色金属，有色金属的基本概念 1、钢铁是钢和生铁的统称。钢和铁都是以铁和碳为主要元素组成的合金。钢铁材料是工业中应用最广、用量最大的金属材料。钢铁材料分为生铁、铸铁和钢三类。2、生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。碳的质量分数大于2%的铁碳合金称为生铁。按用途可将生铁分为炼钢生铁和铸造生铁 把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。3、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。4、钢国标中：以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下并含有其他元素的材料称为钢。严格来说钢的含碳量在0.0218%-2.11%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。5、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，其中钨、钛等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属，此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀等。二、钢的分类钢的分类方法多种多样，其主要方法如下： 1、按品质分类 (1) 普通钢（p0.045%，s0.050%） (2) 优质钢（p、s均0.035%） (3) 高级优质钢（p0.035%，s0.030%） 2.按化学成份分类 (1) 碳素钢：a.低碳钢（c0.25%）好处硬度低，强度较低，塑性好易于冲压加工，焊接性好。常见的 Q235，Q345；b.中碳钢（c0.250.60%）热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，常见45#钢；c.高碳钢（c0.60%1.7%）热处理后可以得到高的硬度和较好的耐磨性。原材料易得，生产成本低。热硬性差，当刀具工作温度大于200时，其硬度和耐磨性急剧下降。如：T8, T9。(2) 合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量5%）；b.中合金钢（合金元素总含量510%）；c.高合金钢（合金元素总含量10%）。 3.按外形分类(1).型材、(2).板材、(3).管材、(4)金属制品四大类。(1) 型材：大型型钢：普通钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边和不等边角钢及螺纹钢等。工字钢也称为钢梁，是截面为工字形状的长条钢材。工字钢分普通工字钢和轻型工字钢，H型钢三种。是截面形状为槽形的型钢。普通工字钢和轻型工字钢的翼缘由根部向边上逐渐变薄的，有一定的角度， 普通工字钢和轻型工字钢的型号是用其腰高厘米数的阿拉伯数字来表示，腹板、翼缘厚度和翼缘宽度不同其规格以腰高( h)腿宽(b)腰厚(d)的毫数表示，如“普工160886”，即表示腰高为160毫米，腿宽为88毫米，腰厚为6毫米的普通工字钢。/“轻工160815”，即表示腰高为160毫米，腿宽为81毫米，腰厚为5毫米的轻型工字钢。普通工字钢的规格也可用型号表示，型号表示腰高的厘米数，如普工16#。腰高相同的工字钢，如有几种不同的腿宽和腰厚，需在型号右边加a b c 予以区别，如普工32#a、32#b、32#c等普通工字钢，轻型工字钢，由于截面尺寸均相对较高、较窄范围上有着很大的局限H型钢是由工字型钢优化发展而成的一种断面力学性能更为优良的经济型断面钢材，尤其断面与英文字母“H”相同而得名翼缘宽，侧向刚度大。抗弯能力强，翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便。槽钢是截面为凹槽形的长条状钢材。槽钢属建造用和机械用碳素结构钢，是复杂断面的型钢钢材，其断面形状为槽形。在使用中要求其具有较好的焊接、铆接性能及综合机械性能，其规格以腰高(h)*腿宽(b)*腰厚(d)的毫米数表示，如100*48*5.3表示腰高为100毫米，腿宽为48毫米，腰厚为5.3毫米的槽钢，或称10#槽钢。腰高相同的槽钢，如有几种不同的腿宽和腰厚也需在型号右边加abc予以区别，如25#a25#b25#c等(2)板材；薄钢板，厚度等于和小于4毫米的钢板厚钢板，厚度大于4毫米的钢板。可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）钢带，也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板在实际工作中，常将厚度=20毫米的钢板称为中板，厚度在20-60毫米之间的厚板，特厚板，统称为中厚钢板。宽度比较小，长度很长的钢板，称为钢带，列为一个独立的品种。从加工工艺上，钢板又分为开平板和原平板。钢板从钢厂出来的时候是成卷的,这些钢板被机器开平后的平板就叫做开平板，钢厂出来就是平板的叫原平板，它们可以从板面颜色上来区分。由开平板原为带钢，是卷制而成故其氧化皮较少，同样时开平板和原平板放置时间后其颜色不同，原平板发红，而开平板发蓝，原平板一般都是四切边，开平板是钢厂原来出厂时为钢带，厚度一定，按照用户要求轧成的厚度和宽度一定的钢板。原平板在钢厂出厂时就被轧成国标要求的尺寸。一般原平板尺寸严格，性能较好，价格较高。开平板相对便宜，尺寸稍有出入。平开板厚度在1.5-20mm，(3)管材：无缝钢管，是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢,规格表示方法用公称直径*壁厚有缝管，将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管，市面常见的规格都用英寸来区分：4分管，6分管，半寸，一寸，两寸，1为英制寸，每英寸=25.4毫米(4)金属制品包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等我国钢号表示方法的分类说明： 1碳素结构钢由Q+数字+质量等级符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是mpa例如Q235表示屈服点（s）为235 mpa的碳素结构钢。 必要时钢号后面可标出表示质量等级。质量等级符号分别为a、b、c、d。例如Q235，A指不做冲击，B20度以上，C0度以上，D-20度以上、E-40度以上，A到E所不同的，指的是它们性能中冲击温度的不同。A、B、C、D硫含量依次递减；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少。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。 2优质碳素结构钢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“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。 锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50mn。 3碳素工具钢钢号冠以“t”，以免与其他钢类相混。钢号中的数字表示碳含量，碳素工具钢中碳的质量分数在0.651.35%范围，以平均碳含量的千分之几表示。例如“t8”表示平均碳含量为0.8%。锰含量较高者，在钢号最后标出“mn”，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“a”，以示区别，例如“t8mna”。 4.合金结构钢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，如40cr。钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量1.5%时，钢号中一般只标出元素符号。钢的性能钢列属于金属材料，金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能(或称为力学性能)。金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性（表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应力时对折断的抵抗，）、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。强度强度是指金属材料在静荷作用下抵抗变形和抵抗破坏(过量塑性变形或断裂)的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。塑性塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形(永久变形)而不破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指针，一般硬度越高，耐磨性越好，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。钢中加入元素的作用碳：存在于所有钢材之中，是最重要的硬化元素，有助于增加钢材的强度。铬：增强耐磨性，硬度，最重要的就是耐腐蚀性（不锈钢含铬13%以上）。锰：增加坚固性以及耐磨性。硅：增加强度。磷：有害元素，降低钢的塑性，韧性，出现冷脆性。提升钢的强度，提高了大气腐蚀的稳定性，含量应在0.05%以下。硫：有害元素，出现热脆性。物理性能金属的物理性能主要考虑：（1）熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。（2热膨胀性随着温度变化，材料的体积也发生变化（膨胀或收缩）的现象称为热膨胀，亦即温度变化1时，材料长度的增减量与其0时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。在实际应用中还要考虑比容（材料受温度等外界影响时，单位重量的材料其容积的增减，即容积与质量之比），特别是对于在高温环境下工作，或者在冷、热交替环境中工作的金属零件，必须考虑其膨胀性能的影响。工艺性能金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面：切削加工性能：反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。可锻性：反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度。可铸性：反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度， 可焊性：反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），从而使结合部位牢固地结合在一起而成为整体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特性、塑性以及与接缝部位和附近用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。焊接接头，指两个或两个以上零件要用焊接组合的接点。或指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头，包括焊缝、熔合区和热影响区。焊缝区接头金属及填充金属（焊接过程中的各种填充金属及为了提高焊接质量而附加的保护物质）熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成。由于焊接熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，因此，焊缝金属的性能问题不大，可以满足性能要求，特别是强度容易达到。熔合区。熔化区和非熔化区之间的过渡部分。熔合区化学成分不均匀，往往是过热；淬硬。其性能常常是焊接接头中最差的。是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。热影响区被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域。焊接材料手工电弧焊的焊条，和气体保护焊等用的焊丝，熔化后成为焊缝金属的组成部分，直