钢铁材料的分类、力学性能及热处理

钢铁材料的分类、力学性能及热处理一、分类及力学性能1碳素钢按含碳量的多少可分为低碳钢（含碳量小于025）、中碳钢（含碳量在02505）和高碳钢（含碳量大于05）。随着含碳量的增加，钢的机械强度提高，但使它的塑性和韧性下降。（1）普通碳素钢它的化学成分不准确，因而不宜进行热处理。普通碳素钢的牌号标记如Q235（国标），表示屈服点MPAS235。（2）优质碳素钢力学性能优于普通碳素钢，采用适当的热处理方法可以获得很高的内部机械强度和表面硬度。低碳钢塑性高，焊接性好，适用于冲压、焊接零件。采用渗碳淬火处理可提高零件表面硬度；中碳钢具有综合性能好的特点，它的机械强度、塑性和韧性均较好，可进行调质、表面淬火处理；高碳钢具有高的机械强度和良好的韧性和弹性，常制成弹性零件。优质碳素钢的牌号如15、35、45（国标），表示含碳量平均值各为015、035、045。2合金钢合金钢是在优质碳素钢中加入某些合金元素而形成的。它具有良好的力学性能和热处理性能，随着所加合金元素的不同，还可获得不同的特殊性能。合金钢的牌号如35MN2、40CR（国标），表示含碳量平均值为035和040，而含合金元素MN2及CR小于15。3铸钢铸钢的含碳量一般在015060范围内，含碳量较高，塑性很差，容易产生龟裂，故不能锻造。铸钢的强度显著高于铸铁，但铸造性则比较差，收缩率较大。铸钢的牌号如ZG500270，前组数字表示抗拉强度MPAB500，后组数字表示屈服点MPAS270。4铸铁铸铁是含碳量大于2的铁碳合金。铸铁因含碳量高，故它的抗拉强度、塑性和韧性都较差，不能锻造，焊接性能也差。但它有较高的抗压强度，良好的减摩性和切削性能，吸振性好，价格又较低廉。常用的铸铁有灰铸铁（如HT150，抗拉强度MPAB150）、可锻铸铁（如KT3006，抗拉强度MPAB300，最低伸长率为6）和球墨铸铁（如QT5007，抗拉强度MPAB500，最低伸长率为7）。二、材料热处理1退火退火是将钢件加热到临界温度以上3050，在热处理炉内保温一段时间，然后随炉冷却到室温止。退火的目的在于使钢的晶粒细化，消除内应力和降低硬度，改善切削性能，提高韧性和塑性，有利于焊接和碾压工艺。2正火正火是将钢件加热到临界温度以上3080，保温一段时间，随后工件从炉内取出，在空气中冷却。由于正火的冷却速度比退火的快，故钢的强度和硬度比退火的高，但消除内应力不如退火的好。3淬火淬火是将钢件加热到临界温度以上3050，然后快速将工件在水中或油中冷却至室温。淬火后的钢的硬度急剧增加。但将有较大的内应力，也容易产生变形及裂纹。为了降低内应力和脆性，淬火后要进行回火处理。4回火回火是将钢件淬火后，再加热到临界温度以下，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温。回火分为低温回火、中温回火和高温回火。（1）低温回火（加热温度小于250）主要为了减少钢中的残余应力和降低脆性，且可保持高的强度、硬度和耐磨性能。（2）中温回火（加热温度350500）主要为获得一定的韧性，又有较高的弹性、屈服强度和硬度。（3）高温回火（加热温度500650）主要为获得适当的强度和硬度，足够的塑性和弹性，较小的内应力相结合的较好的力学性能。淬火后再高温回火的处理方法又称为调质处理。5表面淬火表面淬火是将零件的表面快速加热到临界温度以上80150，经十几秒后，立即喷射水液冷却，使零件表层硬化。由于加热快、冷却快，使零件表面组织细化，表面硬度很高，耐磨性好，零件的变形较小；且又保持内部韧性。为了降低残余应力，零件应进行低温回火。6渗碳渗碳是将零件在900950的炉内，通入含碳的气体或置固体碳中，保持较长的时间，在零件表面渗入碳，零件表层起化学反应，形成含碳量较高的表层。然后，再进行表面淬火及回火处理，零件能获得比表面淬火更好的外硬内韧的力学性能。7渗氮渗氮是将零件在炉温500560是环境下，通入氨气，氨气分解出活性氮原子，被零件表面吸收，并向内层扩散形成渗氮层。渗氮的过程十分缓慢，所以渗氮层很薄，零件的渗碳层表面有很高的硬度和耐磨性能，因处理温度不高，故零件的变形量小。8碳氮共渗碳氮共渗（又称为氰化）是将零件在炉温850的环境下，通入含有碳和氮的气体，被零件表面吸收，并扩散形成氰化层。零件经过碳氮共渗的表面有很高的硬度