机械工程材料：碳钢

大学机械工程材料碳钢章节自用提纲，参考书籍：《机械工程材料》沈莲。

碳钢

• 钢中杂质对钢性能影响
  • 硅 锰
    • 好处：溶于铁素体产生固溶强化
    • 坏处：SiO2， MnS对钢性能不利
    • 规定：wSi<0. 5%，wMn<0.8%使大部分溶于铁素体，产生固溶强化
  • 硫 磷
    • 有害元素
    • S
      • 危害：S不溶于Fe 但会形成FeS 热脆
    • P
      • 危害：P全部固溶于Fe中，固溶强化，但剧烈降低钢的塑性韧性，特别是低温韧性 冷脆
    • S P均会降低钢的焊接性能
    • 规定：普通碳钢wS wP小于0.035% 优质钢＜0.030% 高级优质钢wS＜0.020% wP<0.030%
  • 气体
    • H
      • 含量甚微，危害极大
      • 氢脆：塑性韧性显著下降，使零件在使用过程中突然断裂
      • 对焊接性能不利，在焊接处产生裂纹
    • N
      • 坏处：应变时效
      • 好处：Al V Ti Nb会与N形成细小氮化物 ，细晶强化
• 钢锭的组织和缺陷
  • 钢锭的分类
    • 依据：浇注前钢液的脱氧程度不同
    • 镇静钢锭
      • 组织
        • 表层细晶粒区
        • 柱状晶区
        • 中心等轴晶区
      • 缺陷
        • 缩孔和疏松
        • 区域偏析
        • 气泡
    • 半镇静钢锭
    • 沸腾钢锭
• 碳钢的分类
  • 碳含量
    • 低碳钢
      • wc<=0.25%
    • 中碳钢
      • 0.3~0.6%
    • 高碳钢
      • >0.6%
  • 质量（S P的含量）
    • 普通碳素钢
      • wSP<0.035%
    • 优质碳素钢
      • <0.030
    • 高级优质碳素钢
      • wS<0.020 wP<0.030
  • 用途
    • 碳素结构钢
    • 碳素工具钢
      • 一般为高碳钢，优质钢，高级优质钢
• 碳钢的牌号
  • 普通碳素结构钢
    • Q
      • 数字
        • A B C D
          • F b Z TZ
          • F：沸腾钢 b：半镇静钢 (Z：镇静钢 TZ：特殊镇静钢)
        • 表示钢材质量等级（从A到D硫磷的含量逐渐减少，钢材质量逐渐提高）
      • 数字表示屈服强度
    • Q表示屈服强度
  • 优质碳素结构钢
    • XX钢
      • XX写钢的平均碳含量的万分数
        • 例如：20钢 wc=0.20%
  • 碳素工具钢
    • TXX（A）
      • XX写钢的平均碳含量的千分数
        • 例如：T12A wc=1.2%
      • 若后面加A则表示高级碳素工具钢
• Fe-Fe3C相图
  • 杠杆定律
  • 相图及结晶过程分析
  • 碳对铁碳合金平衡组织与性能的影响
    • 随碳的质量分数变化，碳的形态变化
      • 三次渗碳体
        • 沿铁素体晶界分布的薄片状
      • 共析渗碳体
        • 分布在铁素体内的层片状
      • 二次渗碳体
        • 沿奥氏体晶界分布的网状
      • 共晶渗碳体
        • 为奥氏体的基体
      • 一次渗碳体
        • 分布在莱氏体上的粗大片状
      • 渗碳体以网状、粗大片状、作为基体 ：脆性增加;细小层片状、球状：强化作用
  • 相图的实际应用
    • 选材
      • 塑性韧性好
        • 低碳钢wc0.10-0.25%
          • 建筑结构和容器
      • 强度 塑性韧性都好
        • 中碳钢wc0.25-0.60%
          • 轴
      • 硬度高 耐磨性好
        • 高碳钢wc0.6-1.3%
          • 工具
      • 耐磨而不受冲击
        • 白口铸铁wc>2.11（不是钢）
          • 拔丝馍 轧辊
    • 制定热加工工艺
      • 铸造
        • 相图上液相线固相线距离越近，铸造性能越好
          • 纯铁，共晶成分，接近共晶成分
      • 锻造
        • 单相奥氏体区
          • 亚共析钢稍高于A3
          • 过共析钢稍高于Acm
      • 焊接
      • 热处理
        • 第三章
• 铁碳合金的相和组织组成物
  • 铁和碳的相互作用
    • 铁和碳形成固溶体
      • 铁素体
        • 碳溶于α-Fe中间隙固溶体
      • 奥氏体
        • 碳溶于γ-Fe中间隙固溶体
    • 铁和碳形成化合物
      • 渗碳体
  • 3相和5组织组成物
    • 相
      • 铁素体
      • 奥氏体
      • 渗碳体
    • 组织组成物
      • 铁素体
      • 奥氏体
      • 渗碳体
      • 珠光体
        • 铁素体和渗碳体组成的机械混合物
      • 莱氏体
        • 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物
          • 变态莱氏体：P+Fe3C
• 纯铁的组织和性能
  • 结晶
    • 名词解释
      • 结晶
      • 平衡结晶温度
      • 过冷现象
      • 过冷度
      • 结晶潜热
      • 结晶过程
        • 形核
        • 长大
  • 晶体结构
    • 体心结构 面心 密排六方
  • 晶体缺陷
    • 点
      • 空位、间隙原子、置换原子
        • 为热处理做基础
    • 线
      • 位错
        • 位错会使晶体强度变高
    • 面
      • 晶界、亚晶界
        • 晶粒越细，晶界越多，强度越高
  • 工业纯铁的组织和性能
• 三次渗碳体 共析渗碳体 有强化作用
• 奥氏体强度低 塑性高，便于塑性变形
• 机械混合物：两种或以上互不相溶晶体结构机械的混合形成的显微组织
• 其中Z TZ一般省略不写
• 浇注过程中变质处理，可以使其全部由均匀细晶粒组成 浇注过程中定向散热，可以使其全部由柱状晶组成
• MnS会使钢横向塑性韧性显著低于纵向
• 加Mn使其形成MnS避免热脆