金属材料之碳钢
一、金属材料分类:黑金属和有色金属两大类。
黑色金属:铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金)。
有色金属:除黑色金属以外的所有金属及其合金。
二、碳钢(比合金钢相比,碳钢冶炼简单,加工容易,价格便宜。)
铁碳合金中,碳质量分数大于0.02%、小于2.11%的合金称为钢。常用的碳钢的质量分数一般都小于1.3%,其强度和韧性均较好。
碳钢中的五大元素:C、Mn、Si、P、S。
Mn、Si称为有益元素,也称为合金元素。对钢具有强化作用,Mn能减轻S的有害作用,与S形成高熔点(1620℃)的MnS。
P、S、H、O为钢中有害元素,直接影响钢的性能。
P、S常被称为钢铁中的杂质元素。S在钢中以FeS(塑性很差)形式存在,使钢具有热脆性;P使钢具有冷脆性,这都是有害的。
热脆性:S在钢中以FeS(塑性很差)形式存在,使钢变脆,尤其FeS与Fe形成低熔点(985℃)共晶体,当钢在1000~1200℃温度下进行轧制时,共晶体熔化,钢材变脆。
冷脆性:P在钢中全部溶于铁素体,导致钢在室温时的塑性、韧性急剧降低。
H(含量甚微):溶入钢中后引起“氢脆”,使钢的塑性下降,脆性增大,且钢的强度越高,氢脆也越敏感。引起大量的微裂纹,使钢的延伸率显著下降,尤其是端面收缩率和冲击韧性降低更多。
O:以氧化物杂质形式存在,使钢的性能下降。
三、碳钢分类:
碳钢一般有以下四种分类方法:
1)按碳质量分数分类:
(1)低碳钢:Wc≤0.25%;
(2)中碳钢:0.25%<Wc≤0.6%;
(3)高碳钢:Wc>0.6%。
2)按钢的质量分类:
(1)普通碳素钢:Ws≤0.055%;Wp≤0.045%;
(2)优质碳素钢:Ws≤0.040%;Wp≤0.040%;
(3)高级优质碳素钢:Ws≤0.030%;Wp≤0.035%;
3)按钢的用途分类:
(1)碳素结构钢:用于制造各种工程构件如桥梁、船舶、建筑构件,以及机器零件如齿轮、轴、连杆等;
(2)碳素工具钢:用于制造各种工具如刃具、量具、模具等;
4)按钢的冶炼方法分类:
分为平炉钢、转炉钢和电炉钢等。
四、碳钢牌号
1、普通碳素结构钢:含碳量为0.06%~0.38%。通常以热轧钢板、钢管、型钢、棒钢、盘圆等形式供应,一般不进行热处理而直接供应状态下使用。
GB/T700-1988对普通碳素结构钢的牌号表示方法及符号做了规定:钢的牌号由代表屈服点(屈服强度)的字母,屈服点数值(MPa)、质量等级符号和脱氧方法符号等四个部分组成。
例如:Q235-A*F(表示屈服点西格玛s≥235MPa的A级沸腾钢):
Q-为钢材屈服点“屈”字汉语拼音首字母;
235-屈服点数值MPa;
A-质量等级,分A、B、C、D四个等级,并逐级升高;
F-脱氧方法:F为沸腾钢、b为半镇静钢、Z-镇静钢、TZ为特殊镇静钢;
沸腾钢为脱氧不完全的钢;
镇静钢为完全脱氧的钢;
半镇静钢为脱氧较完全的钢;
注:牌号组成方法中“Z”和“TZ”符号,按规定予以省略。Q235A、B级沸腾钢含锰量上限为WMn≤0.60%。
普通碳素结构钢按屈服点数值(MPa)可分为5种牌号:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。
Q195、Q215含碳量低,强度较低,但塑性高,焊接性能及可冲压性良好。主要用于制造强度要求不高的普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈等。
Q235强度和塑性居中,主要用于桥梁、建筑等钢结构,也可制造强度要求一般的普通零件,如螺钉、螺母、螺栓等标准件及销轴、拉杆等。C、D级钢可制造较为重要的焊接件。
Q255、Q275含碳量较高,强度也较高,可用于制造强度要求高一些的普通零件,如农业机械零件中的转轴、挂钩、摇杆等,还常轧制成各种型钢和异型钢。
这类钢主要保证的是力学性能。
2、优质碳素结构钢:钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示。
例如钢号“45”表示碳质量分数为0.45%(万分之四十五)的优质碳素结构钢。若钢中锰质量分数较高,则在这类钢号后附加符号Mn,例如:15Mn、45Mn等。
这类钢必须同时保证钢的化学成分和力学性能,主要牌号有:08F、10F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65。
由于所含S、P量较少(不大于0.040%),纯洁度、均匀性及表面质量都比较好,故优质碳素结构钢的塑性和韧性都较高。
优质碳素结构钢主要用于制造机械零件,故又称为机械零件用钢。
应用举例:
08F塑性好,可制造冷冲压零件,如仪表外壳、汽车和拖拉机驾驶室的蒙皮等;
10、20钢冷冲压性于焊接性良好,可用做冲压件及焊接件,经热处理(如渗碳)也可以制造轴、销等零件;
30、40、45、50钢经热处理(调质等)后,可获得良好的力学性能,用来制造齿轮、连杆、轴类、套筒等零件;
60、65钢属于高碳钢,其强度和硬度高,经热处理后可具有较高的弹性和一定的韧性,主要用来制造弹簧、车轮、钢轨等。
优质碳素结构钢使用前一般都进行热处理。
3、碳素工具钢:这类钢的编号原则是在“碳”或“T”字的后面附以数字来表示,数字是以千分数表示的碳质量分数。
例如:钢号T8、T12,分别表示平均碳质量分数为0.80%和1.20%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢,则在钢号末端附以“高”或“A”字,如T12A等。
碳素工具钢用于制造各种刃具、模具、量具等。
应用举例:
T7、T7A用做受振动、冲击,要求硬度较高、韧性较好的工具,如模垫、铆钉模、顶尖、剪刀、铁锤、小尺寸冷冲模等;
T8、T8A、T8Mn、T8MnA用于需要足够韧性和较高硬度的工具,如木工工具、锉刀、冲头、锯条、剪刀、钻凿工具等;
T9、T9A用于略具韧性但要求高硬度的工具,如各种冷冲模、冲头、木工工具等;
T10、T10A用于制造不受突然冲击的锋利工具、刀具,如锉刀、刮刀、要求不高的丝锥等。T11、T11A除与T10相同外,还可做刻锉刀纹的凿子、钻岩石的钻头等;
T12、T12A、T13、T13A用做高硬度、耐磨的工具,如刮刀、低速切削的丝锥、钟表工具、剃刀、低精度量具、外科医疗工具等。
长按下方二维码关注本公众号: