金属材料基本知识部分.ppt

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1、增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,1.金属材料的力学（机械）性能,1）强 度 2）塑 性 3）硬 度 4）冲击韧性 5）疲劳 强 度,1）强 度 强度的概念 强度的测定拉伸实验 强度指标,A 金属材料基本知识,力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出（静载荷、动载荷、交变载荷）的性能,强度的概念,定义,指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形 或断裂的能力。,强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材 和设计 的主要依据。,应用,拉伸试样（GB6397-86）,力伸长曲线（以低碳钢试样为例）,脆性材料的拉伸曲线,强度的测定拉伸实验,强度的测定拉伸实验,（G

2、B6397-86）,长试样：L0=10d0,短试样：L0=5d0,图1 拉伸试样示意图,图2,强度的测定拉伸实验,力伸长曲线,拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。,拉伸实验录像,弹性变形阶段,屈服阶段,颈缩现象,强化阶段,图3 拉伸试样断裂示意图,图4 低碳钢拉伸曲线,关键词：,脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）,脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。,图4 低碳钢拉伸曲线,图5 脆性材料拉伸曲线,强度指标,屈服点,抗拉强度,在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力，用符号s表示。,材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号b表示。,脆性材料的屈服点：,试样卸除载荷后，其标

3、距部分的残余伸长率达到试样标距长度的0.2%时的应力，用符号0.2表示。,屈服点计算公式,应用：s和0.2常作为零件选材 和设计 的依据。,脆性材料的屈服点,L,F,0,F0.2,图6,抗拉强度计算公式,应用：脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。,图4 低碳钢拉伸曲线,衡量指标,2）塑 性,断面收缩率：,伸长率：,试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。,试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。,定义,金属材料断裂前发生永久变形（不可恢复）的能力。,伸长率（）,l1试样拉断后的标距,mm;,l0试样的原始标距,mm。,图7 伸长率计算示意图,断面收缩率（）

4、,S0试样原始横截面积,mm2；,S1颈缩处的横截面积,mm2。,图8 断面收缩率计算示意图,3）硬 度硬度的定义：抵抗更硬物体压入的能力。常用的硬度衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。硬度的其它衡量：肖氏硬度HS、锉氏硬度、显微 硬度HM硬度的数值越大，硬度越高。但相互之间不能比较，必须查表为同单位才行。,布氏硬度：HB,原理,图9,图10 布氏硬度计,布氏硬度：HB,试验：GB84。一定直径的钢球HBS（硬质合金HBW）规定的载荷及时间。HBF/S(N/mm2)650例：钢球直径：10mm，载荷：30KN（F30D2），时间：规定10（s）。材料：压痕直径：d03.92mm 查表：HBS

5、239,应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。测量范围:HBS450;HBW650.优缺点：压痕大，测量准确，但不能测量成品件。,试验（录像）,图11 布氏硬度法,洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）试验：GB83。一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度的大小。,图12 洛氏硬度计,洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）,原理：,加预载荷,加主载荷,卸除主载荷,读硬度值,图14 洛氏硬度测量原理图,图13 洛氏硬度测量示意图,测量录像,2067,1500N,120金刚石圆锥体,HRC,25100,1000N,1.588mm钢球,HRB,7085,600N,120金刚石圆锥体

6、,HRA,常用洛氏硬度标度的试验范围,洛氏硬度的应用范围:钢及合金钢。优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。,一般通常习惯用HRC。,4）冲击韧性 冲击试样,图15 冲击试样样件图,4）冲击韧性 冲击试验原理及方法,试验原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功（Ak）等于摆锤冲击试样前后的势能差。,试验过程如图所示,计算公式 Ak=GH1-GH2=G（H1-H2）,冲击韧度（a k）：冲击吸收功除以试样缺口处截面积。,图15 摆锤式冲击实验机,5）疲劳强度,图15 疲劳曲线,增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,2.金属材料的物理、化学及工艺性能,1）物理性能 密度 熔点 热

7、膨胀性 导热性 导电性 磁性,A 金属材料基本知识,2）化学性能 耐酸性 耐碱性 抗氧化性,3）工艺性能 铸造性 可锻性 焊接性 切削加工性,增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,3.金属的晶体结构,1）晶体的基本知识,A 金属材料基本知识,2）金属的晶体结构,3）实际金属的晶体结构,3.金属的晶体结构,1）晶体的基本知识,（1）晶体与非晶体 晶体 内部质点按一定的几何规律呈周期性规则排列的物质称为晶体。有固定的熔点（如铁为1538，铜为1083，铝为660）；一般具有规则的外形；在不同的方向上具有不同的性能，即表现出晶体的各向异性。非晶体及其特性 内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶

8、体。与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。晶体与非晶体在一定条件下可互相转化。,3.金属的晶体结构,1）晶体的基本知识,（2）晶格、晶胞和晶格常数,图16 晶体中原子排列示意图-原子对垛模型,3.金属的晶体结构,1）晶体的基本知识,（2）晶格、晶胞和晶格常数 晶格 假设原子为刚性小球，利用假想的几何线条连接起来构成一个空间格架，这种抽象的，用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架就叫晶格。,图17 晶体中原子排列示图-晶格,3.金属的晶体结构,1）晶体的基本知识,（2）晶格、晶胞和晶格常数 晶胞 最小的能够完全反映晶格特征的几何单元称为晶胞。晶格常数 如图，、，a、b、c为晶格常数。,

9、图19 晶格常数,图18 晶体中原子排列示图-晶胞,3.金属的晶体结构,1）晶体的基本知识,（2）晶格、晶胞和晶格常数 晶胞选取应满足下列条件：晶胞几何形状充分反映点阵对称性；平行六面体内相等的棱和角数目最多；当棱间呈直角时，直角数目应最多；满足上述条件，晶胞体积应最小。,3.金属的晶体结构,2）金属的晶体结构,（1）金属的特性和金属键 特性:良好的导电性、导热性、塑性，具有金属光泽，不透明，正的电阻温度系数。原因:这主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关。,3.金属的晶体结构,2）金属的晶体结构,（1）金属的特性和金属键金属键:当大量金属原子结合在一起，构成金属晶体时，金属原子失

10、去外层电子变成正离子；失去的外层电子成为自由电子，为整个金属所共有，构成电子云，金属正离子在其平衡位置作高频率的热振动；金属离子和自由电子之间的引力与离子间和电子间的斥力相平衡，从而构成稳定的金属晶体。这种结合方式称之为金属键。,3.金属的晶体结构,2）金属的晶体结构,金属特性的金属键理论解释:自由电子在电场的作用下定向运动形成电流，从而显示出良好的导电性。随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，因而，金属的电阻是随温度的升高而增加的，即具有正的电阻温度系数。自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能，因而使金属具有较好的导热性。,3.金属的晶体结构,2）金属的晶体

11、结构,金属特性的金属键理论解释(续）:当金属发生塑性变形后，正离子与自由离子间所能保持金属键的结合，使金属显示出良好的塑性。自由电子能吸收可见光的能量，故金属具有不透明性。吸收能量后跳到较高能级的电子，当它重新跳回到原来低能级时，就把所吸收的可见光的能量以电磁波的形式辐射出来，在宏观上就表示为金属的光泽。,2）金属的晶体结构,（2）金属中常见的晶格体心立方晶格：a=b=c=90 晶胞中实际原子数为:具有体心立方晶格的金属有：-Fe、Cr、W、Mo、V等。,图20 体心立方晶胞,2）金属的晶体结构,（2）金属中常见的晶格面心立方晶格：a=b=c=90 晶胞中实际原子数为:具有体心立方晶格的金属有

12、：-Fe、Al、Cu、Au、Ag、Pb、Ni等。,图21 面心立方晶胞,2）金属的晶体结构,（2）金属中常见的晶格密排六方晶格：a=b c=90=120 密排六方晶格中实际原子数为:具有密排六方晶格的金属有：Mg、Zn、Be、Cd等。,图22 密排六方晶胞,3.金属的晶体结构,3）晶体结构的致密度,致密度：是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。体心立方的致密度：,3.金属的晶体结构,3）晶体结构的致密度,面心立方与密排六方的致密度 计算同体心立方，均为0.74。致密度数值越大，则原子排列越紧密。,4）配位数的概念,配位数是指晶体结构中，与任一原于最近邻并且等距离的原子数。体心立方：8；面心立

13、方：12；密排六方：12 配位数的多少也可以反映原子排列的紧密程度。,3.金属的晶体结构,5）晶面与晶向,在晶体中，由一系列原子所构成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。不同的晶面和晶向上原子排列的疏密程度不同，原子间相互作用也就不同，因而不同晶面和晶向就显示不同的力学性能和理化性能。表述不同晶面和晶向的原子排列情况及其在空间的位向称为晶面指数和晶向指数。,3.金属的晶体结构,5）晶面与晶向,（1）晶向指数求法 设坐标 求截距 取倒数 化整数 列括号,图23 晶向指数求法示意图,3.金属的晶体结构,5）晶面与晶向,（1）晶面指数求法 设坐标 求坐标值 化整数 列括号,图24

14、 晶面指数求法示意图,3.金属的晶体结构,3）实际金属的晶体结构,（1）多晶体和亚组织 概念 单晶体把晶体看成是由原子按一定的几何规律作周期性排列而成的，即晶体内部的晶格位向是完全一致的晶体，这样的晶体称为单晶体。实际使用的工业金属材料，即使体积很小，其内部仍包含了许多颗粒状的小晶体，每个小晶体内部的晶格位向是一致的，而各个小晶体彼此间的位向都不同。,3.金属的晶体结构,3）实际金属的晶体结构,（1）多晶体和亚组织 概念 晶粒 外形不规则的小晶体。晶界 晶粒与晶粒之间的界面。多晶体 实际上由许多晶粒组成的晶体。显微组织或金相组织晶粒尺寸很小，如：钢铁材料的晶粒一般在10-110-3mm左右，故

15、只有在金相显微镜下才能观察到这种金属组织。,3.金属的晶体结构,3）实际金属的晶体结构,（1）晶体的各向异性 当晶体内部的晶格位向完全一致而形成理想状态下的单晶体时，该晶体必然具有各向异性的特征，但实际金属是多晶体，表现各向同性。晶粒亚组织在实际金属晶体的一个晶粒内部，其晶格也并不象理想晶体那样完全一致，而是存在着许多尺寸更小，位向差也很小的小晶块，它们相互镶嵌成一颗晶粒，这些小晶块称亚组织。亚晶界两相邻亚组织间的边界。,3.金属的晶体结构,3）实际金属的晶体结构,（2）晶体的缺陷 实际晶体中，原子排列不完整，偏离理想分布的结构区域称为晶体的缺陷。这种局部存在的晶体缺陷，对金属的性能影响很大。

16、晶体缺陷按尺寸可分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷,（2）晶体的缺陷 点缺陷 空位和间隙原子：位于点阵上的原子并非静的，而是以其平衡位置为中心作热振动，总有一些原子的能量大到足以克服周围原子对它的束缚作用，就可以脱离其原来的平衡位置，而迁移到别处结果，在原来的位置的上的出现了空结点，称为空位。,图25 晶体中的各种点缺陷,（2）晶体的缺陷 点缺陷 形成空位的同时，产生了间隙原子，这种不占有正常的晶格位置而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。点缺陷的产生使其产生了晶格畸变，晶格畸变将晶体性能发生改变，如强度，硬度和电阻增加。,图25 晶体中的各种点缺陷,（2）晶体的缺陷 线缺陷-位错 位错-晶体中，某

17、处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。刀刃位错：在晶体的某一水平面上，多出一个垂直原子面ABCD，这个多原子面像刀刃一样切入晶体，使晶体上、下两部分的原子发生了错排现象。,图26,（2）晶体的缺陷 线缺陷-位错 螺旋位错：原子平面被畸变成了螺旋面。位错密度：V-晶体的体积 S-体积为V的晶体中位错线的总长度。,图26,（2）晶体的缺陷 线缺陷-位错,图27,晶须,（2）晶体的缺陷 面缺陷 晶界：多晶体中两个相邻晶粒间的位向差大多在3040，原子排列成无规则的过渡层。亚晶界：是由一系列刃型位错所形成的小角晶界。亚组织越细，金属的屈服强度越高。,增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,4.

18、铁碳合金,A 金属材料基本知识,图28 纯金属的冷却曲线,图29 结晶过程示意图,增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,4.铁碳合金,图30 简单立方体的晶格与晶胞,图29 纯铁的晶体构造,回顾,增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,4.铁碳合金,图31 纯铁的同素异晶体转变,增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,4.铁碳合金,图32 铁碳合金固溶体示意图,图33 间隙固溶体的晶格畸变,增补章:金属材料与金属热处理工艺基本知识,4.铁碳合金,图34 显微组织下的几种状态图,(a)铁素体,(b)奥氏体,(c)珠光体,4.铁碳合金,图35 铁碳合金状态图,4.铁碳合金,图35 铁碳合金

19、状态图,铁碳合金 状态图的建立（1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。（2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成份-温度坐标中。（3）将意义相同的临界点连接起来。,4.铁碳合金,图35 铁碳合金状态图,1）铁碳合金中的组元,（1）纯铁：C%0.0218 性能：熔点：1538（一个大气压下）密度：7.87g/cm2 力学性能：强硬度低，塑韧性好（b=180-280MPa=40-50%,HB=50-80）,物理性能：磁导率高 同素异构转变：1394-1538-Fe 912-1394-Fe；912以下-Fe,（2）渗碳体（Fe3C）：性能：硬度高（HV950-105

20、0）强度低，塑韧性低（接近0），熔点：1227 组织特征：（4硝酸酒精）白亮色,（3）铁素体（F或）性能：强硬度低(b=180-280MPa)；塑韧性好（=30-50%,HB=50-80）；铁磁性 组织特征：（4硝酸酒精）白亮色（4）奥氏体（A）性能：强硬度低,塑韧性好，比容小，顺磁性 组织特征：（4硝酸酒精）白亮色,1）铁碳合金中的组元,（1）点（特性点）：A 1538 100Fe的熔点；D 1227 100Fe3C的熔点；G 912 100Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）；C 1148 4.3C 共晶点 LLd（AC）共晶反应（共晶转变点）；F 1148 6.69C 虚点；P 727

21、100Fe虚点；K 727 6.69C虚点；E 1148 2.11C 碳在Fe中的最大固溶量S 727 0.77C 碳在Fe中的最小固溶量 共析点AP 共析反应（共析转变点）。,2）FeFe3C合金 状态图的分析：,钢、铁分界点,（2）线（特性线）：（1）AC线：液相线 开始结晶出奥氏体：LLA。DC线：液相线 开始结晶出渗碳体：LL+C。（2）AE线：固相线 奥氏体结晶终了线：LAA。ECF线：固相线（共晶线）：共晶反应 LLd。（3）GS线A3线：从奥氏体中开始析出铁素体线。（4）ES线Acm线：从奥氏体中开始析出渗碳体线（碳在奥氏体中的固溶线）。（5）PSK线A1线：共析线；共析反应 A

22、P（FC）共晶体。（6）PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。这种由 铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体。,2）FeFe3C合金 状态图的分析：,4.铁碳合金,图35 铁碳合金状态图,3）铁碳合金分类,工业纯铁：C%0.0218 碳素钢：亚共析钢：0.0218-0.77C 共析钢：0.77C 过共析钢：0.77-2.11C,白口铁：亚共晶白口铁：2.11-30%C 共晶白口铁：4.30%C 过共晶白口铁：4.30%-6.69%C,图35 铁碳合金状态图的典型合金,图36 共析钢的结晶过程,（1）共析钢 结晶过程：12点：L0.770.773点：共析转变 P3点以下：P中的F析出 Fe3C（忽略）,4

23、.铁碳合金,4）典型合金 的 平衡结晶,图35 铁碳合金状态图的典型合金,图38 亚共析钢的结晶过程,（1）亚共析钢结晶过程：13点：L，L+，L45点：先共析5点：共析转变 P5点以下：先共析Fe3CP中的F析出Fe3C（忽略）,4.铁碳合金,4）典型合金 的 平衡结晶,图37 含碳0.2%的显微组织,图35 铁碳合金状态图的典型合金,图39 过共析钢的结晶过程,（1）过共析钢结晶过程：12点：L34点：Fe3C+4点：共析转变 P4点以下：P中的F析出Fe3C（忽略）,4.铁碳合金,4）典型合金 的 平衡结晶,4.铁碳合金,5）含碳量对铁碳合金组织和性能的影响,（1）C对平衡组织的影响 引

24、起相组成物中F、Fe3C相对量的变化：CF、Fe3C 引起组织组成物的变化 C室温组织由FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+LeLe Fe3C+Le Fe3C 引起组织形态的变化：例Fe3C：C不连续连续网状,6）含碳量对力学(机械)性能的影响,（1）原因：室温组织类型、相组成和组织组成物相对量不同 组织的形态与分布不同（尤其应注意Fe3C的分布）引起相组成物中F、Fe3C相对量的变化：CF、Fe3C（2）影响：对钢的影响：（如图示）C硬度，塑、韧性 强度：先升后降（当C1.0时，Fe3C呈连续网状）对白口铁的影响：脆性很大，强度很低,硬度、耐磨性很高,图40 碳对钢的力学性能的影响,（1）硅

25、 Si:脱氧剂，（且强化F,提高淬透性）但SiO2易成为非金属夹杂,（2）锰 Mn：有益元素，脱氧剂，除硫剂，（且强化F,提高淬透性），提高钢的强度。但MnO、MnS易成为非金属夹杂物,Mn，有益元素，脱氧剂;降低钢的的脆性。,7）钢中杂质元素对组织性能的影响,4.铁碳合金,（3）硫S:S0.050%.不利作用：有害元素，引起热热脆（红脆性）;原因:(FeSFe）为共晶体，985为液体。硫的含量越高，热脆性越严重。有利作用：提高切削加工性.(4)磷P:P 0.0045 不利作用：有害元素，冷脆。使钢常温下其塑性和韧性急剧下降，脆性转变温度升高，在低温时这种现象更加严重。（原因：固溶于F钢强硬度

26、，塑韧性）有利作用：提高切削加工性,使弹片易碎等,7）钢中杂质元素对组织性能的影响,4.铁碳合金,（5）氢 H：0.0001 有害元素，氢脆，白点。过多的氢分子会导钢的开裂,时效形成氮化物脆化。冶金时防止进入，去氢退火。（6）氮N、氧O：一般情况下均是有害元素 H 氢脆，白点塑韧性 O 形成氧化物 非金属夹杂 控制方法：N 加入AlAlN O 加脱氧剂 Si,Mn等 总之，杂质元素对钢材的性能与质量影响很大，必须严格控制在所规定的范围内。,7）钢中杂质元素对组织性能的影响,8）钢的分类,图41 钢的分类示意图,8）钢的分类,（1）碳素钢分如下三类：普通碳素结构钢：新：Q235A（F、b、Z）、

27、s235MPa。旧：甲类钢：A1、A2、A3、A7满足机械性 能要求的。乙类钢：B1、B2、B3、.B7满足化学性 能要求的。特类钢：C2、C3、.C5满足机械和化学性能要求的。通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。,8）钢的分类,（1）碳素钢分如下三类：优质碳素结构钢：普通含锰量钢：0.250.8Mn。较高含锰量钢：0.701.20Mn。举例：45：0.45C左右、0.500.80Mn左右。45Mn：0.45C左右、0.701.00Mn左右。常用于齿轮、主轴、连杆45。弹簧、板簧、发条65、65Mn。,8）钢的分类,（1）碳素钢分如下三类：碳素工具钢：优质碳素工具钢：T数字。高级优

28、质碳素工具钢：T数字A。举例：T7、T8、T9、.T14。含义：0.7、0.80、0.9.1.4。T7A、T8A、T9A、.T14A。主要用于剪刀、斧头、锯子、锉刀等。,8）钢的分类,（2）合金钢：低合金钢、合金钢。碳钢在200时，机械性能剧烈下降，而合金钢在650时，其机械性能才略为下降。按质量分：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。合金结构钢 起首两位数字表示平均含碳量的万分之几，其后的符号表示所含的主要元素；若元素含量1.5，不标数，元素含量1.5，其后的数表示其百分含量。最后标“A”则称为高级优质合金结构钢（滚动轴承钢除外）。例：12CrNi3：0.12C、Cr1.5、3Ni

29、20CrMnTi：0.20C、Cr、Mn、Ti1.5 15Cr、20Mn2B、55Si2MnA 等。,8）钢的分类,（2）合金钢：低合金钢、合金钢。合金工具钢 当含碳量1.0时，不标含碳量数当含碳量1.0时，起首数表示含碳量的千分之几。合金元素同上。例：9Mn2V：0.9C、2Mn、V1.5 CrWMn：C1.0、Cr、W、Mn1.5。W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、9SiCr 等。,8）钢的分类,（2）合金钢：低合金钢、合金钢。特殊性能钢 起首数表示含碳量的千分之几。若起首为“0”，则表示含碳量0.10；若起首数为“00”，则表示含碳量为0.03，合金元素同上。例：9Cr18：0.9C

30、、18Cr。1Cr18Ni9Ti：0.1C、18Cr、9Ni、Ti1.5。0Cr17Mn13Mo2V：C0.1、17Cr、13Mn、2Mo、N1.5。0Cr18Ni9Ti、1Cr13、1Cr28、0Cr17Ti 等。,思考题与习题(答题并自学参考答案),1、什么是碳钢?2、碳和杂质元素对钢的组织和性能有何影响?3、碳钢是怎样分类的?4、硬度的定义？5、布氏硬度、洛氏硬度的应用范围与优缺点？,1.什么是碳钢?通常将含碳量在002一211铁碳合金称为碳钢，又称碳素钢。实际使用的碳钢其含碳量一般不超过140，钢中的碳对钢的性能起着决定性的影响。碳钢的优点是冶炼和加工简便，有一定的机械性能和良好的工艺

31、性能，价格低廉，故在工业上使用极为广泛。,供自学-参考答案,供自学-参考答案,2.碳和杂质元素对钢的组织和性能有何影响?在碳钢中除铁和碳这两种元素外，还含有少量硫、磷、锰、硅等杂质元素。碳的影响碳的含量对碳钢(退火钢)力学性能的影响：含碳量低的纯铁，是由单相铁素体组成的，铁素体在200C以下时溶碳能力很低，故塑性好，而强度和硬度很低。亚共析钢的组织是由不同数量的铁素体和珠光体组成的。随着含碳量的增加，组织中的珠光体的数量相应地增加，钢的强度、硬度直线上升，而塑性指标相应地降低。共析钢是片状的珠光体组成，故其具有较高的强度和硬度，但塑性较低。过共析钢的组织是由珠光体与二次渗碳体(Fe3C1)组成

32、。含碳量增加使脆性的二次渗碳体数量逐渐增加并成网状分布，从而使钢的脆性能增加。因此，当钢中含碳量超过09时，钢的强度随含碳量的增加而下降。为了保证工业上使用的铁碳合金具有一定的强度和适当的塑性及韧性，合金中渗碳体的数量不应过多。对于碳素钢(包括普通低，中合金钢)其含碳量一般都不超过13。另外，含碳量高低对工艺性能(切削性能、焊接性能、可锻性及可铸性等)有一定影响。含碳量低可焊性好。所以火力发电厂锅炉管道都是用低碳(或低碳低合金)钢。,供自学-参考答案,2.碳和杂质元素对钢的组织和性能有何影响?磷的影响 磷也是冶炼时由矿石遗留下来的。通常磷都能溶入铁素体中。磷有强烈的固溶强化作用，即使少量的磷，

33、都能使钢的强度与硬度显著提高，但使钢的塑性与韧性大大降低，特别是使钢的脆性转化温度升高，提高了钢的冷脆性。一般认为钢中磷也是有害元素，要尽量除去。磷在钢中的含量也是评定钢材质量的指标之一。锰的影响 锰是在炼钢时作为脱氧除硫的元素加入钢中的。锰有较好的脱氧能力，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性。同时锰能取代FeS中的铁而与硫形成MnS，MnS的熔点较高(1620)，可消除硫在钢中产生的热脆性。锰能溶于铁素体中，又能溶人渗碳体中，使钢的强度与硬度得到提高。因此锰是有益元素，通常锰在钢中的含量为025080。硅的影响 硅也是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的。在钢中硅大多溶入铁素体中，使铁素体的强度与硬度提

34、高，因此硅也是有益元素。通常硅在钢中的含量是010-040。少数仅用锰铁脱氧的碳钢中只含硅00300070，在此情况下，硅对钢性能的影响并不显著。以上硫、磷、锰、硅四种元素，都是在冶炼过程中带入钢中的，含量不多，故称为常存杂质元素。,供自学-参考答案,3.碳钢是怎样分类的?碳钢的分类方法很多，通常用下列方法分类。(1)按钢中的含碳量分类 低碳钢：含碳量025的钢；中碳钢：含碳量在025060的钢；高碳钢：含碳量060的钢。(2)按钢的用途分类 碳素结构钢：用于制造各种工程结构件的机械零件的碳素钢，这类钢大多数属于低碳或中碳钢，也有高碳钢作为结构件如弹簧类结构件等。碳素工具钢：用于制造各种刀具、模具与量具的碳素钢，含碳量大多在070以上。4、硬度的定义？（见课件）5、布氏硬度、洛氏硬度的应用范围与优缺点？（见课件）,