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鋼材的有關常識

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:147时间:2019-11-09

一、共析鋼、亞共析鋼、過共析鋼  1.共析鋼  碳溶解在鐵的晶格中形成固溶體,碳溶解到α——鐵中的固溶體叫鐵素體,溶解到γ——鐵中的固溶體叫奧氏體。鐵素體與奧氏體都具有良好的塑性。當鐵碳合金中的碳不能全部溶進鐵素體或奧氏體中時,剩餘出來的碳將與鐵形成化合物——碳化鐵(Fe3C)這類化合物的晶體組織叫滲碳體,它的硬度極高,塑性幾乎為零。  從反映鋼的組織結構與鋼的含碳量和鋼的溫度之間關係的鐵碳平衡狀況圖上可見,當碳的含量正好即是0.77%時,即相當於合金中滲碳體(碳化鐵)約占12%,鐵素體約占88%時,該合金的相變是在恒溫下實現的。即在這類特定比例下的滲碳體和鐵素體,在發生相變時,假如消失兩者同時消失(加熱時),假如出現則兩者又同時出現,在這一點上這類組織與純金屬的相變類似。基於這個啟事,人們就把這類由特定比例構成的兩相組織當作一種組織來看待,並且命名為珠光體,這類鋼就叫做共析鋼。即含碳量正好是0.77%的鋼就叫做共析鋼 ,它的組織是珠光體。  2.亞共析鋼  常用的結構鋼含碳量大都在0.5%以下,由於含碳量低於0.77%,所以組織中的滲碳體量也少於12% ,因而鐵素體除往一部分要與滲碳體形成珠光體外,還會有多餘的出現,所以這類鋼的組織是鐵素體+珠光體。碳含量越少,鋼組織中珠光體比例也越小,鋼的強度也越低,但塑性越好,這類鋼統稱為亞共析鋼。  3.過共析鋼  工具用鋼的含碳量往往超過0.77%,這類鋼組織中滲碳體的比例超過12%,所以除與鐵素體形成珠光體外,還有多餘的滲碳體,因而這類鋼的組織是珠光體+滲碳體。這類鋼統稱為過共析鋼。  二、有關鋼材機械性能的名詞  1.屈服點(σs)  鋼材或試樣在拉伸時,當應力超過彈性極限,即使應力不再增加,而鋼材或試樣仍繼續發生明顯的塑性變形,稱此現象為屈服,而產生屈服現象時的最小應力值即為屈服點。設Ps為屈服點s處的外力,Fo為試樣斷麵積 ,則屈服點σs=Ps/Fo(MPa),MPa稱為兆帕即是N(牛頓)/mm2,(MPa=106Pa ,Pa:帕斯卡=N/m2)  2.屈服強度(σ0.2)  有的金屬材料的屈服點極不明顯,在丈量上有困難,是以為了衡量材料的屈服特性,規定產生永久殘餘塑性變形即是一定值(一般為原長度的0.2%)時的應力,稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度σ0.2。  3.抗拉強度(σb)  材料在拉伸過程中,從開始到發生斷裂時所達到的最大應力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應的還有抗壓強度、抗彎強度等。設Pb為材料被拉斷前達到的最大拉力,Fo為試樣截麵麵積,則抗拉強度σb=Pb/Fo(MPa)。  4.伸長率(δs)  材料在拉斷後,其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率。  5.屈強比(σs/σb)  鋼材的屈服點(屈服強度)與抗拉強度的比值,稱為屈強比 。屈強比越大,結構零件的可靠性越高,一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65,低合金結構鋼為0.65-0.75合金結構鋼為0.84-0.86 。  6.硬度  硬度表示材料抵抗硬物體壓進其表麵的能力。它是金屬材料的首要性能指標之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。  ⑴布氏硬度(HB)以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓進材料表麵,保持一段時間,往載後,負荷與其壓痕麵積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2(N/mm2)。  ⑵洛氏硬度(HR)當HB>450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59 、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓進被測材料表麵,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同 ,分三種不同的標度來表示:  HRA:是采用60kg載荷和鑽石錐壓進器求得的硬度,用於硬度極高的材料(如硬質合金等)。  HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用於硬度較低的材料(如退火鋼 、鑄鐵等)。  HRC:是采用150kg載荷和鑽石錐壓進器求得的硬度,用於硬度很高的材料(如淬火鋼等)。  ⑶維氏硬度(HV)以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓進器壓進材料表麵,用材料壓痕凹坑的表麵積除以載荷值 ,即為維氏硬度值(HV)  三、有關鋼的熱處理的名詞  1.鋼的退火將鋼加熱到一定溫度並保溫一段時間,然後使它慢慢冷卻,稱為退火 。鋼的退火是將鋼加熱到發生相變或部分相變的溫度,經過保溫後緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的,是為了消除組織缺陷,改善組織使成分均勻化和細化晶粒 ,進步鋼的力學性能,減少殘餘應力;同時可降低硬度,進步塑性和韌性,改善切削加工性能 。所以退火既為了消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內應力,又為後續工序作好籌辦 ,故退火是屬於半成品熱處理,又稱預先熱處理。  2.鋼的正火正火是將鋼加熱到臨界溫度以上,使鋼全部改變為均勻的奧氏體,然後在空氣中自然冷卻的熱處理方法。它能消除過共析鋼的網狀滲碳體,對於亞共析鋼正火可細化晶格,進步綜協力學性能 ,對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經濟的。  3.鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上,保溫一段時間,然後很快放進淬火劑中,使其溫度忽然降低,以大於臨界冷卻速度的速度急速冷卻,而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能增加鋼的強度和硬度,但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有:水、油、堿水和鹽類溶液等。  4.鋼的回火將已淬火的鋼從頭加熱到一定溫度,再用一定方法冷卻稱為回火。其目的是消除淬火產生的內應力,降低硬度和脆性 ,以取得預期的力學性能。回火分高溫回火 、中溫回火和低溫回火三類 。回火多與淬火、正火配合使用。  ⑴調質處理:淬火後高溫回火的熱處理方法稱為調質處理。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調質可以使鋼的性能,材質得到很大程度的調整,其強度、塑性和韌性都較好 ,具有良好的綜合機械性能。  ⑵時效處理:為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、外形發生變化,常在低溫回火後(低溫回火溫度150-250℃)精加工前,把工件從頭加熱到100-150℃,保持5-20小時,這類為穩定精密製件質量的處理,稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理,以消除殘餘應力,穩定鋼材組織和尺寸,尤其首要。  5.鋼的表麵熱處理  ⑴表麵淬火:是將鋼件的表麵通過快速加熱到臨界溫度以上,但熱量還未來得及傳到心部之前迅速冷卻,如許就可以把表麵層被淬在馬氏體組織,而心部沒有發生相變,這就實現了表麵淬硬而心部不變的目的。適用於中碳鋼。  ⑵化學熱處理:是指將化學元素的原子,借助高溫時原子擴散的能力 ,把它滲透到工件的表麵層往,來改變工件表麵層的化學成分和結構,從而達到使鋼的表麵層具有特定要求的組織和性能的一種熱處理工藝。按照滲透元素的種類不同 ,化學熱處理可分為滲碳、滲氮、氰化和滲金屬法等四種。  滲碳:滲碳是指使碳原子滲透到鋼表麵層的過程 。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表麵層,再經過淬火和低溫回火,使工件的表麵層具有高硬度和耐磨性,而工件的中間部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。  滲氮:又稱氮化,是指向鋼的表麵層滲透氮原子的過程。其目的是進步表麵層的硬度與耐磨性和進步疲憊強度、抗腐蝕性等。目前生產中多采用氣體滲氮法。  氰化:又稱碳氮共滲,是指在鋼中同時滲透碳原子與氮原子的過程。它使鋼表麵具有滲碳與滲氮的特性 。  滲金屬:是指以金屬原子滲透鋼的表麵層的過程。它是使鋼的表麵層合金化,以使工件表麵具有某些合金鋼、特殊鋼的特性,如耐熱、耐磨、抗氧化、耐腐蝕等 。生產中常用的有滲鋁、滲鉻、滲硼、滲矽等。

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