资源简介

材料科学与工程学院教案用纸
课程章节名称 项目四 碳钢
教学目的、要求 ●掌握钢中常存元素的作用。 ●掌握碳素钢的分类。 ●掌握碳素钢的牌号、性能以及应用。
重点 难点 1.钢中常存元素的作用 2.碳素钢的牌号 3.碳素钢的应用
教学环节时间分配 3课时
教学手段、教学方法和实施步骤 多媒体
授课内容: 钢中常存元素的作用： 1)、锰的影响： 锰来自于作为炼钢原料的生铁及脱氧剂。锰有很好的脱氧能力，还能与硫形成MnS，用以消除硫的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣而被除去，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。此外，在室温下锰能溶于铁素体，对钢有一定强化作用。锰也能溶于渗碳体中，形成合金渗碳体。 2)、硅的影响： 硅也来自生铁与脱氧剂。在室温下硅能溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。但硅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响也不显著。所以，硅也是一种有益元素，碳钢中硅的质量分数一般均小于0.5%。 3)、硫的影响： 硫是在炼铁时由矿石和燃料带到钢中的有害元素。它在钢中与铁生成化合物FeS，FeS与铁形成共晶体（Fe+FeS），它的熔点低（985 ℃）。当钢材加热到1000～1200 ℃进行轧制或锻造时，沿晶界分布的Fe-FeS共晶体已经熔化，各晶粒间的连接被破坏，导致钢材开裂，这种现象称为热脆性。 4)、磷的影响： 一般说来磷是有害的杂质元素，它是矿石和生铁等炼钢原料带入的。由于磷具有很强的固溶强化作用，形成脆性很大的化合物（Fe3P），这种化合物使钢的强度、硬度都显著提高，但剧烈的降低钢的韧性，尤其是低温韧性，成为冷脆。 5)、氮的影响： 钢中的氮是有害元素，但是氮作为钢中的合金元素，其作用已日益受到重视。氮的有害作用主要是通过淬火时效和应变时效造成的，它降低了钢的塑性和韧性。 6)、氢的影响： 氢的危害是很大的。一是引起氢脆，即在低于钢材强度极限的应力作用下，经一定的时间后，在无任何预兆的情况下，突然断裂。钢的强度越高，对氢脆的敏感性越大。二是导致钢内产生大量细微裂纹缺陷—白点。白点使钢材的延伸率显著下降，尤其是断面收缩率和冲击韧性降低的更多，有时接近于零。 7)、氧的影响： 氧在钢中的溶解度很小，几乎全部以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等氧化物形式存在，而且往往形成复合氧化物及硅酸盐。这些非金属夹杂物的存在，降低了钢的疲劳强度，使钢的性能下降，其影响程度与夹杂物的大小数量、分布有关。 8)、非金属夹杂物的影响： 非金属夹杂物是钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留在钢中形成的夹杂物。 碳钢的分类： 碳钢的分类方法很多，常用的分类方法有按碳的质量分数分类、按有害元素硫。磷的质量分数分类、按冶炼时脱氧程度的不同分类、按用途分类等。 三、碳素钢的牌号、主要性能及用途： 1)、普通碳素结构钢： 质量等级符号用A、B、C、D表示，其中A级硫、磷的质量分数最高，D级的硫、磷的质量分数最低。 Q195、Q215、Q235，塑性较好，焊接性好，强度不高，一般轧制成为各种型钢和板带材，不仅被用作工程结构上，比如桥梁、高压线塔、建筑构架和金属构件等，而且被用作制造受力不大的机器零件，例如铆钉、螺钉、螺母、轴套和某些农机零件等。Q255、Q275的强度比较高，可用于制造例如链轮、拉杆、小轴活塞销和轻轨鱼尾板等受力中等的零件。 2)、优质碳素结构钢： 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢中平均碳质量分数的万分之几。如45表示平均wc=0.45%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢根据钢中锰的质量分数的不同分为普通含锰质量分数的钢（ωMn=0.35%～0.80%）和较高含锰质量分数的钢（Mn=0.7%～1.2%）。含锰质量分数较高的钢在牌号后标出元素符号“Mn”。如50Mn表示平均wc=0.5%的含锰质量分数较高的优质碳素结构钢。沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出，如“20锅”或“20g”，即平均碳的质量分数为0.20%的锅炉钢。 3)、碳素工具钢： 用“铸钢”两汉字的汉语拼音字母字头“ZG”加两组数字，第一组数字代表屈服点，第二组数字代表抗拉强度值。如ZG270—500表示屈服点不小于270 MPa，抗拉强度不小于500 MPa的铸造碳钢。 广泛用于制造重型机械的某些零件。如:轧钢机机架、水压机横梁、锻锤、砧座等。
课堂讨论 碳素钢的牌号及应用
课外思考、练 习及作业题 课后习题

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