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鋼材專業名詞介紹 

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入鐵素體或奧氏體中時,剩余出來的碳將與鐵形成化合物——碳化鐵( Fe 3C )這種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系的鐵碳平衡狀態圖上可見,當碳的含量正好等于 0.77% 時,即相當于合金中滲碳體(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。即在這種特定比例下的滲碳體和鐵素體,在發生相變時,如果消失兩者同時消失(加熱時),如果出現則兩者又同時出現,在這一點上這種組織與純金屬的相變類似。基于這個原因,人們就把這種由特定比例構成的兩相組織當作一種組織來看待,并且命名為珠光體,這種鋼就叫做共析鋼。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,由于含碳量低于 0.77% ,所以組織中的滲碳體量也少于 12% ,于是鐵素體除去一部分要與滲碳體形成珠光體外,還會有多余的出現,所以這種鋼的組織是鐵素體 + 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% ,這種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,還有多余的滲碳體,于是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(σ s ) 

    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 為試樣斷面積,則屈服點σ s =Ps/Fo(MPa) , MPa 稱為兆帕等于 N (牛頓) /mm2 ,( MPa=106Pa , Pa :帕斯卡 =N/m2 )

2. 屈服強度(σ 0.2 ) 

    有的金屬材料的屈服點極不明顯,在測量上有困難,因此為了衡量材料的屈服特性,規定產生永久殘余塑性變形等于一定值(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σ 0.2 。 

3. 抗拉強度(σ b ) 

    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 為試樣截面面積,則抗拉強度σ b= Pb/Fo ( MPa )。

4. 伸長率(δ s )

    材料在拉斷后,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(σ s/ σ b )

    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入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。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 )的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負荷與其壓痕面積之比值,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,在一定載荷下壓入被測材料表面,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 載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(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,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。 

    HRC :是采用 150kg 載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。

⑶維氏硬度( HV )

    以 120kg 以內的載荷和頂角為 136 °的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,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并保溫一段時間,然后使它慢慢冷卻,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,經過保溫后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以及細化晶粒,提高鋼的力學性能,減少殘余應力;同時可降低硬度,提高塑性和韌性,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,又為后續工序作好準備,故退火是屬于半成品熱處理,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,使鋼全部轉變為均勻的奧氏體,然后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,對于亞共析鋼正火可細化晶格,提高綜合力學性能,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,然后很快放入淬火劑中,使其溫度驟然降低,以大于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

    將已經淬火的鋼重新加熱到一定溫度,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:淬火后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、形狀發生變化,常在低溫回火后(低溫回火溫度 150 -250 ℃ )精加工前,把工件重新加熱到 100 -150 ℃ ,保持 5-20 小時,這種為穩定精密制件質量的處理,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,以消除殘余應力,穩定鋼材組織和尺寸,尤為重要。

5. 鋼的表面熱處理

    ⑴表面淬火:是將鋼件的表面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,這樣就可以把表面層被淬火在馬氏體組織,而心部沒有發生相變,這就實現了表面淬硬而心部不變的目的。適用于中碳鋼。

    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,把它滲入到工件的表面層去,來改變工件表面層的化學成分和結構,從而達到使鋼的表面層具有特定要求的組織和性能的一種熱處理工藝。按照滲入元素的種類不同,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入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層,再經過淬火和低溫回火,使工件的表面層具有高硬度和耐磨性,而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

滲氮: 又稱氮化,是指向鋼的表面層滲入氮原子的過程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強度、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,是指在鋼中同時滲入碳原子與氮原子的過程。它使鋼表面具有滲碳與滲氮的特性。

滲金屬: 是指以金屬原子滲入鋼的表面層的過程。它是使鋼的表面層合金化,以使工件表面具有某些合金鋼、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、滲硅等。

四、鋼材的名詞解釋

“ 中板 ” 

    鋼板是一種寬厚比和表面積都很大的扁平鋼材。按厚度為為薄鋼板 ( 厚度 <= 4 毫米 ) 和厚鋼板 ( 厚度 > 4 毫米 ) 在實際工作中 ,常將厚度 <= 20 毫米 的鋼板稱為中板,厚度 >20 -60 毫米 的鋼板稱為厚板,厚度 > 60 毫米 的鋼板稱為特厚板,統稱為中厚鋼板。寬度比較小,長度很長的鋼板,稱為鋼帶,列為一個獨立的品種。 鋼板有很大的覆蓋和包容能力,可用作屋面板、苫蓋材料以及制造容器、儲油罐、包裝箱、火車車箱、汽車外殼、工業爐的殼體等:可按使用要求進行剪裁與組合,制成各種結構件和機械零件,還可制成焊接型鋼,進一步擴大鋼板的使用范圍;可以進行彎曲和沖壓成型,制成鍋爐、容器、沖制汽車外殼、民用器皿、器具、還可用作焊接鋼管、冷彎型鋼的坯料。由于上述特點,使鋼材總產量的 50% 以上。我國為適應大規模基本建設的需要,過去工業產品和高檔耐用消費品,對鋼板的要求急劇增長。為適應新形勢發展的需要,為些年我國鋼板的生產也有了很大發展,并建成了像武鋼等一批先進的鋼板生產骨干企業。 鋼板成張或成卷供應。成張鋼板的規格以厚度 * 寬度 * 長度的毫米數表示。熟悉板、帶材的規格,在寬度和長度上充分利用,對提高材料利用率,減少不適當的邊角余料、降低工時及產品成本,有十分重要的意義。在選購板、帶材時,應盡量選用為產品坯料整倍的規格。如果屬于定型產品,選用接近定尺的板、帶材時,可訂購定尺或倍尺的合理料,實行套材的下料方法,能顯著提高板、帶材的利用率。企業與企業間,行業與行業間邊角余料的多次利用,也是被實踐證明提高材料利用率,節約材料的有效方法。

“ 螺紋鋼 ” 

    鋼筋混凝土用鋼筋是指鋼筋混凝土配筋用的直條或盤條狀鋼材,其外形分為光圓鋼筋和變形鋼筋兩種,交貨狀態為直條 和 盤圓兩種。 光圓鋼筋實際上就是普通低碳鋼的小圓鋼和盤圓。變形鋼筋是表面帶肋的鋼筋,通常帶有 2 道縱肋和沿 長度 方向均勻分布的橫肋。橫肋的外形為螺旋形、人字形、月牙形 3 種。用公稱直徑的毫米數表示。變形鋼筋的公稱直 徑相當 于橫截面相等的光圓鋼筋的公稱直徑。鋼筋的公稱直徑為 8 -50 毫米 ,推薦采用的直徑為 8 、 12 、 16 、 20 、 25 、 32 、 40 毫 米。 鋼筋在混凝土中主要承受拉應力。變形鋼筋由于肋的作用,和混凝土有較大的粘結能力,因而能更好地 承受外力的 作用。鋼筋廣泛用于各種建筑結構、特別是大型、重型、輕型薄壁和高層建筑結構。

“ 工字鋼 ” 

    工字鋼也稱鋼梁,是截面為工字形的長條鋼材。其規格以腰高 ( h)* 腿寬 (b)* 腰厚 (d) 的毫數表示,如“工 160*88* 6 ” ,即表示腰高為 160 毫米 ,腿寬為 88 毫米 ,腰厚為 6 毫米 的工字鋼。工字鋼的規格也可用型號 表示,型號表示腰高的厘米數,如工 16# 。腰高相同的工字鋼,如有幾種不同的腿寬和腰厚,需在型號右邊加 a b c 予以區別,如 32a # 32b# 32c # 等。 工字鋼分普通工字鋼和輕型工字鋼,熱軋普通工字鋼的規格為 10-63# 。經供需雙方協議供應的熱軋普通工字鋼規格為 12-55# 。工字鋼廣泛用于各種建筑結構、橋梁、車輛、支架、機械等。

“ 槽鋼 ” 

    槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材。其規格表示方法,如 120*53*5 ,表示腰高為 120 毫米 ,腿寬為 53 毫米 的槽鋼,腰厚為 5 毫米 的槽鋼,或稱 12# 槽鋼。腰高相同的槽鋼,如有幾種不同的腿寬和腰厚也需在型號右邊加 a b c 予以區別,如 25a # 25b# 25c # 等。 槽鋼分普通槽鋼和輕型槽鋼。熱軋普通槽鋼的規格為 5-40# 。經供需雙方協議供應的熱軋變通槽鋼規格為 6.5-30# 。槽鋼主要用于建筑結構、車輛制造和其它工業結構,槽鋼還常常 和工字鋼配合使用。

“ 花紋板 ”

    花紋鋼板也稱網紋鋼板,是其表面具有菱形或突棱的鋼板。花紋鋼板由于其表面有突棱,有防 滑作用,可用作地板、廠房扶梯、工作架踏板、船舶甲板、汽車底板等。 花紋鋼板的規格以基本厚度 ( 突棱的厚度不計 ) 表示,有 2.5 -8 毫米 10 種規格。花紋板鋼板用 1- 3 號乙類普通碳素結構鋼軋制,化學成分符合 GB700 《普通碳素結構鋼技術條件》的規定。

五:鋼材種類

1. 低碳鋼 - 又稱軟鋼 , 含碳量從 0.10 %至 0.30% 低碳鋼易於接受各種加工如鍛造 , 焊接和切削 , 常用於制造鏈條 , 鉚釘 , 螺栓 , 軸等。

2. 中碳鋼 - 含碳量從 0.30% 至 0.60%, 用以制造重壓鍛件 , 車軸 , 鋼軌等。 

3. 高碳鋼 - 常稱工具鋼 , 含碳量從 0.60% 至 1.70%, 可以淬硬和回火。錘 , 撬棍等由含碳量 0.75% 的鋼制造 ; 切削工具如鉆頭 , 絲攻 , 鉸刀等由含碳量 0.90% 至 1.00% 的鋼制造。 

4. 合金鋼 - 鋼中加入其它金屬如鉻 , 鎳 , 鎢 , 釩等 , 使具有若干新的特性。 由於各種合金元素的摻入 , 合金鋼可具有防腐蝕 , 耐熱 , 耐磨 , 防震和抗疲乏等不同特性。

5. 高速鋼 - 含有各種成份和份量 , 如鎢 , 鉻 , 釩 , 鈷和鉬等。 高速鋼制成的切削工具 , 可用高的速度求切削硬材料 , 并能承擔強力的切削。 高速鋼切削工具在高的速度中仍能使刃口保持鋒利 , 其他鋼材則可能變鈍。

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