2.2.1 碳钢 (课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（人民邮电版）

2.2 铁碳合金 2.2.1 碳钢 2.1.2 铸铁 碳钢和铸铁是汽车工业中应用最广泛的金属材料之一，由于它们的基本组成元素是铁和碳，所以称为铁碳合金 铁碳合金的三种基本组织 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体和渗碳体三种。 溶解在α-Fe中形成固溶体，称为“铁素体”。因碳在α-Fe中溶解量少，碳的强化作用很小。所以铁素体的力学性能近似纯铁，即韧塑性好、强度和硬度低。 铁碳合金的三种基本组织 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体和渗碳体三种。 碳溶解在γ-Fe中形成固溶体，称为“奥氏体”。奥氏体中的铁原子仍保持面心立方晶格，但是其对的碳溶解能力强于α-Fe，且随着温度的升高其对的碳溶解能力增加。奥氏体具有很好的塑性，δ可达40%～50%；有较低的变形抗力，是绝大多数钢种在压力加工时所需的组织。 铁碳合金的三种基本组织 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体和渗碳体三种。 铁与碳形成化合物（Fe3C）称为“渗碳体”。渗碳体的含碳量为6.69%，硬度很高，约为HBW800左右。但强度很低，σb=35MPa,韧塑性几乎为零。渗碳体在钢中主要起强化作用，它的数量、形状、大小及分布对钢的性能影响很大。 2.2.1 碳钢 1．常存杂质对钢性能的影响 碳素钢（简称碳钢）就是含碳量小于2.11%的铁碳合金，实际使用的含碳量小于1.5%，其中还含有少量Si、Mn、P、S等杂质。 （1）锰。锰是钢中的有益元素，是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中，锰有很好的脱氧能力，还可以与硫形成MnS，从而消除了硫的有害作用。锰作为杂质含量一般应不超过0.8%。 锰钢是一种高强度的抗磨钢，主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。比如压力容器常用钢：主要指16MnR钢（16锰容低合金钢，一种钢的型号），用于制造ASME规范的压力容器。 2.2.1 碳钢 1．常存杂质对钢性能的影响 碳素钢（简称碳钢）就是含碳量小于2.11%的铁碳合金，实际使用的含碳量小于1.5%，其中还含有少量Si、Mn、P、S等杂质。 （2）硅。硅也是钢中的有益元素，也是作为脱氧剂而进入钢的，硅的脱氧能力比锰还强，还能提高钢的强度及质量。硅作为杂质含量一般不应超过0.4%。 加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效 2.2.1 碳钢 1．常存杂质对钢性能的影响 碳素钢（简称碳钢）就是含碳量小于2.11%的铁碳合金，实际使用的含碳量小于1.5%，其中还含有少量Si、Mn、P、S等杂质 （3）硫。硫是钢中有害元素，常以FeS形式存在，FeS与Fe形成低熔点的共晶体，熔点为985℃，分布在晶界，当钢材在1000℃～1200℃进行压力加工时，共晶体熔化，使钢材变脆，这种现象称为热脆性。为了避免热脆，钢中含硫量必须严格控制，通常应使S的含量小于0.05%。 2.2.1 碳钢 1．常存杂质对钢性能的影响 碳素钢（简称碳钢）就是含碳量小于2.11%的铁碳合金，实际使用的含碳量小于1.5%，其中还含有少量Si、Mn、P、S等杂质 （4）磷。磷也是钢中的有害元素，它使钢在低温时变脆，这种现象称为冷脆性。因此，钢中含磷量也要严格控制，通常应使P的含量小于0.045%。 （5）氢。钢中氢能造成氢脆、白点等缺陷，是有害元素。 2．碳钢的分类 碳钢的分类方法有以下三种。 （1）按钢的含碳量分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。其中，低碳钢的含碳量≤0.25%；中碳钠的含碳量为（0.25～0.6）%；高碳钢的含碳量＞0.6%。 （2）按钢的质量分。根据钢中有害杂质S、P的多少分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢中S的含量小于等于0.055%，P的含量小于等于0.045%；优质钢中S、P的含量小于等于0.04%；高级优质钢中S、P的含量小于等于0.03%。 （3）按用途可分为碳素结构钢和碳素工具钢。 （2）优质碳素结构钢。其牌号用他的平均含碳量万分数表示。这类钢与碳素结构钢相比，钢中的S、P及其他有害杂质含量较少，纯洁度、均匀性及表面质量均较好。因而强度较高，塑性和韧性较好。通常还经过热处理来进一步调整和改善其性能，因此适用于制造各种机器零件，在机械工业中应用最为广泛。优质碳素结构钢在出厂时，既保证力学性能，又保证化学成分，一般都在热处理后使用。 2．碳钢的分类 优质碳素结构钢性能比较 （3）碳素工具钢 碳素工具钢是碳的质量分数在0.65%～1.35%的优质或高级优质高碳钢。其牌号是以“碳”或“T”字后面附加数字来表示的。数字表示钢中的平均含碳量，以0.1%为单位。例如，T8（或碳8）、T12（或碳12）分别表示平均含碳量为0.8%和1.2%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号末尾再加“A”或“高”字，如T12A或碳12高等。 $