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时间：2019-08-10
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1、第7章钢铁材料举置 工业用钢及铸铁工业用钢钢铁钢铁及铸铁是自然界中储藏量最多的金属元素之一，其储蓄量仅次于铝。以铁为基的各种钢铁材料,由于其具有不可替代的优良性能而成为工业领域中的支柱材料之一。根据统计，在机械制造产品中，钢铁材料占95％。并极大推动了机械化、电气化工业的进程。随着近代科学技术的发展，钢铁材料也在迅猛发展，钢铁材料在可预见的未来仍将占据工程式材料领域的主导地位。铸铁具有优良的铸造性能、
2、切削加工性能、减磨性与消震性，而且熔炼的工艺与设备简单、成本低。目前，铸铁仍然是工业生产中最重要的工程材料之一。若按整机质量百分比计算，在各类机械中，铸铁件约占40％～70％；在机床和重型机械中，则可达70％～90％。本章沿着“用途→性能要求→成分特点→热处理特点→常用钢种→新材料及其发展方向”的思路对常用钢铁材料加以介绍，旨在使读者对工业用钢及铸铁有较为系统的了解，为合理化选材、用材打下基础。第一节钢中常存元素与合金元素7.1钢7.1.1概述（合金元素在钢中的作用、钢的分类与编号）1.钢中常存元素对钢性能的影响在钢中，除了以铁为主要元素和一般碳的含量（质量
3、分数）在2%以下以外，主加元素是FeC及合金元素，除此还有由炼钢原料带入及炼钢过程中产残留下来的常存元素，对合金钢而言，都会对钢的性能产生极大的影响。一、钢中常存元素对钢性能的影响（1）．锰（Mn）锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的，锰也经常作为合金元素而特意加入钢中。锰的脱氧能力较好，能很大程度上减少钢中的FeO,还能与硫化合成MnS,减轻硫的有害作用。在室温下锰可以大部分溶入铁素体中形成固溶体，产生一定的强化作用。所以，锰在钢中是一种有益元素。在非合金钢中，锰作为常存元素时，其含量（质量分数）一般值规定为<＜1.00%。.2．（2）硅（Si）硅是炼钢时用
4、硅铁脱氧而残留在钢中的，也可作为合金元素特意加入钢中。硅的脱氧能力比锰强，可有效清除Feo.。硅在室温下大部分溶入铁素体，产生强化作用。作为常存元素时进，其含量（质量分数值一般），规定值为＜<0.50%。.（3）3．硫（S）硫是在冶炼时由矿石和燃料中带入的有害杂质，炼钢时难以除尽。硫在钢中常以FeS的形式存在，FeS与Fe形成低熔点的共晶体，分布在奥氏体的晶界上，当钢材进行热加工时，共晶体过热甚至熔化，减弱了晶粒间联系，使钢材强度降低，韧性下降，这种现象称为热脆。常加入锰来降低硫的有害作用。4．（4）磷（P）磷是在冶炼时由矿石带入的有害杂质，炼钢时很难除尽。
5、磷能溶于a-Fe中，但当钢中有碳存在时，磷在a-Fe中的溶解度急剧下降，磷的偏析倾向十分严重即使只有千分之几的磷存在，也会在组织中析出脆性很大的化合物Fe3P，并且特别容易偏聚于晶界上，使钢的脆性增加，冷脆转化温度升高，即发生冷脆。此外，炼钢过程中，少量炉渣、耐火材料及冶炼中反应物可能进入钢液，形成非金属夹杂物。它们都会降低钢的力学性能，在冶金过程中应加以控制。钢在冶炼时还会吸收和溶解一部分气体，如氧、氢、氮等，给钢的性能带来有害的影响。尤其是氢，它使钢变脆（称为氢脆），也可使钢中产生微裂纹（称为白点）。二2.钢中合金元素的作用（1）（一）合金元素与铁的相互
6、作用合金元素可以溶入铁素体中形成合金铁素体，产生固溶强化作用。合金元素溶入铁素体对其性能的影响如图76-1所示。不同的合金元素与铁的相互作用的结果，也会对Fe-Fe3C相图产生不同的影响。按照影响规律的不同可分为两大类：一类是缩小奥氏体相区的元素，包括Cr、MO、WωW、Ti、Si、Al、B等，如图76-2a;另一类是扩大奥氏体相区的元素，包括Ni、Mn、Co、Cu、Zn、N等，如图76-2b所示，B同时，大部分的合金元素还能使Fe-Fe3C相图中的S、E左移，既降低了共析点的含碳量及碳在奥氏体中的最大溶解度，从而使含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的组织。（
7、2）（二）合金元素与碳的相互作用钢中碳常与铁形成Fe3C,而合金元素存在于钢中时，也会与碳发生反应。元素周期表中处于Fe左边的元素，比Fe具有更强的亲碳能力，它们在钢中将优先形成碳化物，从强到弱顺序依次为：Hf→Zr→Ti→Ta→Nb→Vw→Mo→Cr→Mn→Fe,它们称为碳化物形成元素。而处于Fe右边的元素由于其夺碳能力比Fe差而无法形成碳化物，只能固溶于Fe中，称为非碳化物形成元素，如Ni、Al等。当碳化物形成元素的含量较高时，可形成复杂碳化物，如Cr7C3、Cr23C6。其中的中强或弱强碳化物形成元素则多形成简单而稳定的碳化物，如V(VC)、Nb(Nb
8、C)、Ti(TiC)等，这些碳化物熔点及硬度很高。图
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