1、 第一章 金屬材料的定義及其分類一、 什么是金屬？所謂金屬，就是指具有光澤、不透明、高的塑性、良好的導(dǎo)電性以及固定熔點特征的結(jié)晶物質(zhì)。二、 金屬的分類目前，在地球上天然存在的人工造成的金屬材料約86種。天然存在的金屬都以各種形式存在于礦石之中，經(jīng)開采、冶煉而成為純金屬和合金。1、 純金屬 具有金屬特征的、單一的、基本上下不含任何雜物的物質(zhì)，如：鐵（Fe）、銅（Cu）、鋁（A1）、銀（Ag）等都叫做純金屬。2、 合金由兩種或兩種以上的純金屬，或者由純金屬與非金屬組成的新物質(zhì)叫做合金。如銅和鋅（Zn）組成的黃銅；鐵和碳組成的鋼等。黃銅和鋼均屬于合金。不具備金屬特征的礦物質(zhì)，如：碳（C）硅（Si）、

2、硫（S）、磷（P）等均屬于非金屬。從金屬的表露顏色的不同，還可分為黑色金屬如：鐵、錳（Mn）、鉻（Cr）等和有色金屬如：銅、鋁、鉛等兩大類。第一節(jié) 金屬的性能各種純金屬都具有各自不同的獨特性能，它們所表現(xiàn)出來的物理的、化學(xué)的、機械的、和工藝的性能也不相同。一、 物理性能金屬的物理性能主要包括：比重、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性和磁性等。1、 比重以1立方厘米作為金屬的單位體積時的重量叫做該金屬的比重，符號以r表示，其單位為克/立方厘米（或g/cm3）。也可用金屬的重量與同體積水的重量的比值作為該金屬的比重（無計算單位）。如：鐵的比重為7.89；銅為8.96；鋁為2.7等。比重小于或等于5的金

3、屬叫輕金屬，比重大于5的叫重金屬。2、 熔點固體金屬加熱過程中，開始轉(zhuǎn)變成液體狀態(tài)時的最高溫度叫熔點，其符號以t熔表示，單位為。如：鐵的熔點為1537；銅為1083；鋁為660.1；鉛為327.3。3、 導(dǎo)電性能傳導(dǎo)電流的性能叫導(dǎo)電性，一般以導(dǎo)電系數(shù)或?qū)щ娐首鳛橹笜?，其符號以表示，單位為?歐姆平方毫米（或mm/mm2）。如：鐵的導(dǎo)電率為0.1；銅為0.59；鋁為0.37；銀為0.66。4、導(dǎo)熱性金屬受熱后，能將熱量向四周冷金屬方向傳導(dǎo)的性能叫金屬的導(dǎo)熱性，一般以導(dǎo)熱系數(shù)作為指標，其符號以表示，單位為焦/厘米秒度（J/cms）。如：鐵的導(dǎo)熱系數(shù)為0.75；銅為3.94；鋁為2.22；銀為4.1

4、9。5、 熱膨脹性金屬在加熱過程中發(fā)生體積增大的性能叫熱膨脹性，通常以線膨脹系數(shù)做為指標，其符號為表示，單位為1/度（或1/）。如：鐵的膨脹系數(shù)為11.76，銅為17.0；鋁為23.6；銀為19.7.6、 導(dǎo)磁性能傳導(dǎo)磁的性質(zhì)叫導(dǎo)磁性，通常以導(dǎo)磁率作為指標，其符號以表示，單位為特斯拉/安（培）每米（或T/m/A）。不同的金屬，它們的導(dǎo)磁性的強弱也有所不同。如：鐵、鎳（Ni）等屬于鐵磁性材料，其它大多數(shù)金屬都屬于弱磁性或逆磁性材料。二、 機械性能金屬在外界機械力的作用下所反應(yīng)出來的各種性能叫做機械性能，或叫力學(xué)性能。根據(jù)金屬材料受力的狀態(tài)的不同，可分為靜載荷受力和動載受力兩類。如：拉抻、壓縮、剪

5、切、扭曲彎折等均屬靜載荷，而沖擊則屬于動載荷。縱觀來看，金屬的機械性能主要包括強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞等等。它們都是通過各種不同試驗手段來反映金屬抵抗外力的能力。1、 強度金屬材料在外力的作用下，抵抗金屬本身變形和被破壞的能力叫強度。其代表符號為b單位為兆帕（或MPa）。金屬的強度包括抗拉強度、抗彎強度、抗扭強度等。常見的為抗拉強度（或抗拉強度極限）。如：鐵的抗拉強度b=250MPa.抗拉強度值是通過萬能試驗機對特制試樣（見圖2-1a）進行拉伸試驗取得的。其過程是：（1） 彈性變形過程試樣開始受拉抻載荷而變形。當外力消失后，試樣本身能自行恢復(fù)原來的形狀和尺寸。這種性能叫做彈性，這種變形

6、現(xiàn)象叫彈性變形（見圖2-2的0-a直線部分）當金屬受拉達到圖2-2的b點時，試點稱為彈性極限（以e）表示。（2） 塑性變形過程如繼續(xù)拉伸，雖外力消除，但試樣不能恢復(fù)原來的形狀和尺寸，這種現(xiàn)象稱為塑性變形（如圖2-2的b-e段）。但其中仍保留一定的彈性。（3） 屈服過程當試樣受力達到C點時，雖然不再增強載荷，但試樣仍繼續(xù)發(fā)生變形，這種現(xiàn)象稱為屈服（即圖2-2的C-D段），D點即為該金屬的屈服極限（以s）表示。（4） 斷裂過程對試樣繼續(xù)增加載荷，達到B點時，試樣的長度方向內(nèi)出現(xiàn)局部直徑變細，這種現(xiàn)象稱為縮頸。雖然外力不再增強，但縮勁部分仍繼續(xù)變細，直至試樣由該處被拉斷止（風(fēng)圖2-1B及圖2-2的B

7、K段）。B點就是該金屬的最大抗拉強度（即抗拉強度極限或極限強度）。K點為試樣被拉斷點。2、 塑性金屬承受外力發(fā)生永久變形（即塑性變形）而不斷裂的性質(zhì)叫塑性。一般以金屬的延伸率和斷面收縮率作為衡量金屬塑性的指標。（1） 延伸率試樣被拉斷后，其變形后的長度（L1）與原標定長度（L0）之差，再被原標定長度除，所得的商值叫延伸率（見圖2-1b）。其符號以表示，單位為%，計算公式為：=（ L1- L0）/ L0100%式中-延伸率（%） L0- 試樣原標定長度（ mm） L1-試樣被拉斷后的長度（mm） 通常右下角加5（即5），表示標距長度為5倍直徑的延伸率。（2） 斷面收縮率試樣被拉斷后，試樣原來的截

8、面積（F0）與被拉斷后所收縮的最小截面積（F1）之差，再被原截面積除，所得的商值叫斷面收縮率（見圖2-1b）。其符號以表示，單位為%，計算公式為：=（ F1- F0）/ F0100%式中-斷面收縮率（100%） F0-試樣原截面積（mm2） F1-試樣被拉斷后的最小截面積（mm2）3、 硬度金屬材料表面在外界硬物的作用下（靜載荷）壓成一個凹坑，以此壓痕的深淺顯示出金屬本身抵抗外力的能力叫硬度。一般根據(jù)硬度試驗設(shè)備及所配備的壓頭形狀，尺寸和載荷大小的不同，可分為布氏硬度（HB）、洛氏硬度(HR)等。常用的為布氏硬度。布氏硬度的測試方法是：用一個直徑D的淬硬鋼球在規(guī)定的載荷下壓入被測金屬表面，根據(jù)

9、壓痕的球形表面積計算，即可得出該金屬的布氏硬度值。其單位為牛頓/平方毫米（或N/mm2）計算公式為：HB=P/F（2-3）式中 HB-布氏硬度（N/mm2）P-加給鋼球的載荷（N）F-金屬表面上的壓痕表面積（mm2）布氏硬度值習(xí)慣上不標注單位，例如20號低碳鋼的布氏硬度值HB=156N/mm2即可寫成HB156.錘擊式布氏硬度計（見圖2-3）是現(xiàn)場常用的一種檢測金屬硬度的工具，它是利用手錘擊打沖頭（6），鋼球（2）同時作用在標準試棒（4）和金屬表面上，根據(jù)這兩個表面壓痕直徑查表，即可得出該金屬的硬度值。由于這種硬度計的測量誤差較大，試驗重復(fù)性較差，故目前已被數(shù)字顯示便攜里氏硬度計所取代。4、

10、沖擊韌性金屬材料隨沖擊載荷（即動載荷）時的抵抗能力叫沖擊韌性。擺錘沖斷試樣時所做的功叫沖擊功，其符號以AK表示，單位為焦耳（J）。試樣單位截面積所吸收的沖擊功叫沖擊值。其符號以ak表示，單位為焦/平方厘米（或J/cm2），計算公式為：ak=AK/F式中 ak-沖擊值（J/cm2）AK-沖擊功（J）F-試樣斷面積（cm2）圖2-4為擺錘式?jīng)_擊試驗機，它的工作原理是：將擺錘（1）提升到位置處，將特制的標準試樣（5）放在位置處，松開擺錘，利用擺刃擊斷試樣，指針（2）移向標尺（4）的某一個位置，指出的讀數(shù)便是沖擊功值，沖擊功值被試樣缺口的橫截面積除，所得的商值便是被測金屬的沖擊韌性值。5、 疲勞金屬材

11、料長時間承受變交載荷（往返幅度相同）下所表現(xiàn)出來的抵抗能力叫耐疲勞性。經(jīng)過若干次交變載荷作用下，金屬發(fā)生破壞性斷裂時稱為金屬的疲勞破壞，這種現(xiàn)象就叫做金屬的疲勞。在規(guī)定的返復(fù)次數(shù)而不斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。三、工藝性能金屬的工藝性能主要包括鑄造性、可鍛造性、焊接性、淬透性和切削加工性等。1、 鑄造性金屬在熔化、燒鑄過程中，液態(tài)金屬能否充滿鑄模；冷凝時金屬體積收縮量的大小和鑄件內(nèi)部化學(xué)成分分布的是否均勻等的性能叫能鑄造性。2、 可鍛造性金屬材料在承受外力鍛打加工時而不斷裂的抵抗能力叫可鍛造性。鋼鐵為塑性材料，故其可鍛造性良好。而鑄鐵為脆性材料，擊打易裂，故其不可鍛造。3、 焊接性金屬工件焊接

12、時，在工藝上的難易程度，或者說，焊后容易與否出現(xiàn)裂紋等缺陷的性能叫金屬的焊接性。如低碳鋼具有良好的焊接性，而高碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的焊接性就差。4、 淬透性金屬制品接受淬火工藝的難易程度叫淬硬性。如高碳鋼易于接受淬火工藝，故有良好的淬硬性；而低碳鋼則淬硬性較差，不易淬火。易于淬火的金屬在接受淬火工藝后，其淬火層的深淺叫淬透性。不同金屬，不同規(guī)范，不同的淬火工藝，其淬火層的濃度也不同。5、 切削加工性金屬接受機械切削加工的能力叫做金屬的切削加工性。如低碳鋼易于切削，故切削加工性能良好；而高碳鋼硬、不銹鋼粘，都屬于不易切削加工的金屬材料。四、化學(xué)性能金屬材料對各種腐蝕物質(zhì)（如大氣、水蒸汽、有害氣

13、體、酸、堿、鹽類等）所表現(xiàn)出來的抵抗能力叫化學(xué)性能。如鐵的化學(xué)性能不穩(wěn)定，與氧氣的結(jié)合力較強，故耐腐蝕性就差。而不銹鋼的化學(xué)性能較穩(wěn)定，故耐腐蝕性就高。第二節(jié) 碳素鋼一、 什么叫碳素鋼？純鐵與碳所組成的新物質(zhì)叫碳素鋼。純鐵雖然有其一定的良好性能，但與鋼的機械性能相比較，就顯得低很多。例如純鐵的b=250MPa;布氏硬度為HB80。當純鐵中加入0.17-0.22%的碳而形成的20低碳鋼時，這種鋼的b值可達410MPa，布氏硬度提高到HB156。顯然，鋼的硬度和強度均高于純鐵。同時，鋼的價格比純鐵要低，故在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的極為廣泛。二、 鋼的化學(xué)成分及其影響以鐵為基體的碳素鋼內(nèi)除含有一定量的碳成分

14、外，還含有硅、錳、硫、磷等多種成分，這些成分無論是有意加入的，或是殘留于鋼中的，對鋼材的性能都有一定的影響。1、 碳（C）的影響鋼的強度和硬度是隨著鋼的含量增強而提高，如含碳量為0.42-0.50的45號鋼，其b值為610MPa；布氏硬度值為HB241.假若含碳量超過0.9%，鋼材的性能就會變脆，沖擊韌性也隨之降低，易于斷裂。故鋼的含碳量一般控制在0.9%以下。2、 錳（Mn）的影響鋼在冶煉時，為了脫除鋼水中的氧氣和其它有害物質(zhì)而有意加入的一種化學(xué)成分。錳在鋼中也能起到提高鋼的強度和硬度的作用。但錳含量如果超過1.6%時，便成為合金系列的鋼種。故在碳素鋼中，其含錳量一般均小于或等于0.8%。3

15、、 硅（Si）的影響硅是一種良好的脫氧劑，它是在鋼的冶煉過程中有意加入的一種化學(xué)成分。硅在鋼中也能提高鋼的強度和硬度。但硅的含量不宜過多，否則對鋼的某些性能變差。因此，硅在碳素鋼中不應(yīng)超過0.5%。4、 硫（S）的影響硫在鋼中是一種有害雜質(zhì)，它是在鋼的冶煉過程隨著礦石帶入鋼液中，冷凝后未能脫除而殘留在鋼中。如進行熱加工時，極易使鋼在熱狀態(tài)下引起裂紋缺陷，這種現(xiàn)象稱之為由硫引起的熱脆性。故鋼中硫的含量一般均限制在0.05%以下。5、 磷（P）的影響磷在鋼中也是一種有害雜質(zhì)。冶煉時帶入鋼中而未能除掉的一種成分。磷在室溫或低溫下易使鋼產(chǎn)生裂紋，這種現(xiàn)象稱為由磷引起的冷脆性。一般鋼中的含磷量不就超過0

16、.05%。三、 碳素鋼的分類1、 按鋼的含碳量為：（1） 低碳鋼：含碳量0.25%；（2） 中碳鋼：含碳量0.25-0.6%的鋼；（3） 高碳鋼：含碳量0.6%的鋼。2、 按用途分（1） 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為普通結(jié)構(gòu)和優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼兩種。a) 普通結(jié)構(gòu)鋼分為：甲類鋼（或A類鋼）：只保證機械性能。如A3、A5等；乙類鋼（或B類鋼）：只保證化學(xué)成分。如B3、B5等。丙類鋼（或C類特類鋼）：既保證機械性能，又保證化學(xué)成分，如C3、C5等。b) 優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼：保證機械性能，又保證化學(xué)成分，而且鋼中的含硫、磷量也較低。如08號鋼、10號鋼、20號鋼等。（2） 碳素工具鋼用以制作各種手用工具、器具的鋼。（

17、3）專用碳素鋼如制造鍋爐汽包、電焊條等用鋼。四、 碳素鋼的編號方法1、 普通結(jié)構(gòu)鋼目前的均按國際標準化組織ISO0630結(jié)構(gòu)鋼標準確定鋼的牌號，其表示方法主要由代表屈服強度的字母、屈服強度值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號四部分組成。第一部分為一般結(jié)構(gòu)鋼和工程用鋼系列的總符號 ，即以鋼材的屈服點的“屈”字漢語拼音首位字母“Q”表示。第二部分為鋼材的屈服強度值（s），如s=195、215、235、255、275（MPa）等。第三部分為鋼材質(zhì)量等級，一般分為A、B、C、D四相等級，主要以鋼中含硫、磷量區(qū)分。第四部分為鋼材脫氧方法來分，如沸騰鋼（F）鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特鎮(zhèn)靜鋼（TZ）和半鎮(zhèn)靜鋼（b）等。一般

18、“Z”與“TZ”在鋼號中可省略。其形式是：2、 優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼均以負中所含的碳量進行編號，即按鋼中含碳量的平均值的萬分之幾來表示鋼號。如：含碳量為0.07-0.14%的鋼，其平均含碳量為0.1%，經(jīng)折算后為10，故該鋼號即為10號鋼。3、 碳素工具鋼一般在鋼號的前面加一“T”字予以表示，如T7、T9等。4、 專用碳素鋼通常在鋼號的前面或后面加一漢語拼音字母。如20g表示20號鍋爐鋼；H08表示碳平均含量為0.08%的焊條用鋼。有時在鋼號的尾部加一“A”字，則表示高級優(yōu)質(zhì)的意思。第三節(jié) 普通低合金鋼 一、 什么叫普通低合金鋼？普通低合金鋼簡稱為普低鋼，它是低碳鋼的基礎(chǔ)上加了少量的錳、硅、釩（V）、鈦

19、（Ti）、銅等合金成分而組成的一種新型鋼種。由于加入的合金成分總量不超過3%，故稱之為普低鋼。前面已經(jīng)提到，兩種或兩種以上的金屬，或者金屬與非金屬組成的新物質(zhì)叫做合金。雖然鋼是由純鐵與碳組成的合金，但不能稱之為合金鋼，只能稱之為碳素鋼。如果為了提高或改善鋼的性能有意加入較多量的其它化學(xué)成分時，就形成了合金鋼。由于普低鋼含有的合金成分量少，故以此名與合金鋼加以區(qū)別。二、 普低鋼的分類根據(jù)普低鋼中加入的合金成分及其含量，一般分為強度鋼、耐熱鋼、低溫鋼和耐蝕鋼四類。其中以強度鋼應(yīng)用較為廣泛，故作為重點介紹。普低鋼（系指強度鋼系列）所含的化學(xué)成分主要以錳為主，其含量一般均超過0.7%，故稱之為錳鋼。按

20、規(guī)定：鋼中錳含量1.6%的錳鋼，其錳字的右下角不加數(shù)字。如果含錳量1.6%時，錳字的右下角就加一“2”字數(shù)碼。例如16錳（或16Mn）鋼，其含錳量為1.2-1.6%，而25錳2釩（25Mn2V）鋼，其含錳量則為1.8-2.1%。三、 普低鋼的編號方法鋼號的前面數(shù)字表示這種鋼的平均含碳量為萬分之幾。后面的漢字或化學(xué)符號表示普低鋼的合金成分及其含量。四、 普低鋼的強度等級劃分普低（強度）鋼的強度等級一般按屈服或強度劃分為300、350、400、450、500、550、MPa等六個等級，級別越大，屈服強度也越高。16Mn鋼即屬于350MPa等級的普低鋼。第四節(jié) 特殊鋼一、 什么叫特殊用鋼？具有特殊物

21、理和化學(xué)性能的鋼稱為特殊鋼。在熱力設(shè)備中，主要使用不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。本節(jié)只討論不銹鋼和耐熱鋼。1、 不銹耐酸金鋼不銹耐酸鋼（亦稱不銹鋼）是指在空氣、水、鹽的水溶液以及其它腐蝕性介質(zhì)中具有抵抗腐蝕能力的鋼。嚴格區(qū)分，把能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼；把能抵抗某些化學(xué)介質(zhì)（如酸類等）腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。耐酸鋼一定是不銹鋼，而不銹鋼不一定能耐酸。根據(jù)不銹鋼基體組織不同，分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。（1） 馬氏體型不銹鋼常用的馬氏體型不銹鋼是Cr13型不銹鋼，平均含Cr量為13%，含C量在0.08-0.45%范圍，室溫組織為馬氏體。常用的鋼號有1Cr13、2Cr13、3Cr13、

22、4Cr13等，前兩者主要為耐蝕結(jié)構(gòu)鋼，后兩者主要為耐蝕工具鋼。（2） 鐵素體型不銹鋼熱力設(shè)備中常用的是1Cr17和1Cr25Ti鐵素體不銹鋼，室溫下為單相鐵素體組織，耐蝕性優(yōu)于馬氏體型不銹鋼。這類鋼的強度低、塑性好、但高溫下晶粒長大傾向較嚴重，脆性較大。主要用于機械性能要求不高的耐蝕構(gòu)件（如鍋爐燃燒室，高溫過熱區(qū)的吹灰器，吊架等）上。（3） 奧氏體型不銹鋼 是生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，主要合金元素為鉻、鎳，典型的是18-8型（如1Cr18Ni9Ti）不銹鋼，平均含碳量很低（0.14%），含鉻量為17-19%，含鎳量為8-12%。這類鋼除具有很高的耐蝕性外，還具有高的塑性、韌性和良好的焊接性。由

23、于基本組織為單相奧氏體，而奧氏體品體的致密度和再結(jié)晶溫度均高于高鐵素體，故該類還可以作為溫度在550以上的耐熱鋼使用。鎳是比較稀缺的元素，為節(jié)省用鎳，國內(nèi)外的奧氏體不銹鋼中采用Mn、N取代Ni，并已研制出節(jié)Ni的奧氏體鋼或奧氏體鐵素體復(fù)相鋼，如Cr13Mn8Ni5N、1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13M02N等。2、 耐熱鋼高溫下工作的鋼稱為耐熱鋼。電站鍋爐、汽輪機的零部件廣泛采用耐熱鋼。隨著火力發(fā)電廠機組溫度、壓力參數(shù)的不斷升高，這類鋼具有良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和高溫強度。高溫化學(xué)穩(wěn)定性是指鋼在高溫下工作不致因介質(zhì)侵蝕而破壞的能力，具有這種性能的鋼稱為熱穩(wěn)定鋼（又稱抗氧化金鋼

24、或不起皮鋼）。高溫強度是指鋼在高溫下具有足夠的強度而不致大量變形或斷裂的性能，具有這種性能的鋼稱為熱強鋼。顯然，熱強鋼既具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性，又有足夠的高溫強度?？寡趸摰臒釓婁摻y(tǒng)稱為耐熱鋼。鋼中加入Cr、A1、Re等合金元素，能提高鋼的抗氧化性：加入Si、Cr、Ni、W、V、Ti、Nb、B、Re（稀土）等合金元素，可提高鋼的熱強性和組織穩(wěn)定性。電站常用的耐熱鋼主要有如下幾種：（1） 珠光體耐熱鋼該類鋼在正火狀態(tài)下，顯微組織由細片狀珠光體和鐵素體組成，加入的合金元素主要為鉻、鉬、釩等。在熱力設(shè)備中，合金元素含量較低的CrMo鋼（如12CrMo、15CrMo）主要好用于500-510以下的蒸汽管道

25、、集箱等零件及540-550以下的鍋爐受熱面管子；合金元素含量較高的低碳CrMo和Cr-MoV鋼（如12CrMoV、10CrMo9101等）主要用于540以下的蒸汽管道、集箱及580以下的鍋爐受熱面管子，隨著機組參數(shù)的提高，我國研制的12Cr2MoWVB（鋼102）、12Cr3MoSiTiB等新鋼種適應(yīng)于580甚至600以上溫度的使用要求。（2） 馬氏體耐熱鋼這類鋼在正火狀態(tài)下的組織為馬氏體或馬氏體加鐵素體。應(yīng)用最多的馬氏體耐熱鋼有1Cr13、2Cr13等，該類鋼具有較高的耐蝕性和一定的熱強性。既可作為不銹鋼，又可作為耐熱鋼。但Cr13鋼的最高工作溫度僅為470，為提高Cr13型鋼的熱強性，根

26、據(jù)耐熱鋼的合金化原理，在這類鋼的基礎(chǔ)上添加Mo、V、W、Nb、B等元素，以提高馬氏體耐熱鋼的熱強性。馬氏體耐熱剛一般在回火索氏體狀態(tài)下使用，主要用于制造汽輪機和燃汽輪機葉片、圍帶等。使用溫度較珠光體耐熱鋼高，如12Cr1MoV鋼的工作溫度為540-550，而1CrMoMV和1Cr12MoNbB鋼分另為580-600。P91、T91鋼用于主蒸汽，再熱熱段以及高溫過熱器和高溫再熱器等。（3） 奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼是從奧氏體不銹鋼發(fā)展而來的。奧氏體耐熱鋼不僅熱強性高，而且還有較高的塑性、韌性和良好的焊接性能，由于含Cr、Ni量較多，有優(yōu)良的抗氧化性和耐蝕性能。 奧氏體耐熱鋼的種類很多，熱力設(shè)備常

27、用的有：1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Mo、4Cr14Ni14W2Mo、1Cr15Ni36W3Ti等。1Cr18Ni9Ti是應(yīng)用于廣泛的奧氏體耐熱鋼，抗氧化工作溫度可達700-900，在600左右時，有足夠的熱強性，可用于610以下的鍋爐過熱器管、主蒸汽管以及汽輪機導(dǎo)管、閥體等。4CrNi14W2Mo鋼有更高的熱強性和組織穩(wěn)定性，常用于650以下的超高參數(shù)鍋爐、汽輪機、熱熱器管、主蒸汽管及其它重要零件。（4） 鐵素體耐熱鋼鋼中加入相當數(shù)量的Cr、A1、Si等鐵元素體形成元素，使鋼具有單相鐵素體組織的鋼稱為鐵素體耐熱鋼。這類鋼的抗氧化和耐腐蝕性能優(yōu)良，但熱強性差，實際上是抗氧化鋼（如1C

28、r18Si2、1Cr25Si2等）。這類鋼不宜用作受沖擊載荷的零件，只家用于受力不大的鍋爐構(gòu)件（如熱器吊架、熱交換器等）。第五節(jié) 中國鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法的基本原則一、 碳素鋼的分類碳素鋼是含碳量小于2.11%的鐵碳合金，其中含有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)，總量不超過1.5%。由于碳素鋼的價格較低，工藝性能好，因而在各個工業(yè)部門得到了廣泛地應(yīng)用。碳素鋼有以下幾種主要的分類方法。1、 按鋼的含碳量分（1）低碳鋼 含碳量在0.25%以下的鋼。低碳鋼強度、硬度較低，塑性、沖擊韌性好。壓力加工的焊接性能好。因此低碳鋼廣泛應(yīng)用于機械、建筑、橋梁、船舶的各種焊接結(jié)構(gòu)和各種化工設(shè)備上。（2）中碳鋼 含碳量在0

29、.25-0.6%之間的碳。這類鋼具有較高的強度，而塑性和焊接性稍差，但在熱處理后機械性能可顯著提高，常用于制造各種機械零件。（3）高碳鋼 含碳量大于0.6%的鋼。這類鋼具有較高的強度和硬度，但塑性和焊接性能差，熱處理后有很高的硬度和耐磨性，常用于制造各種工具、刃具、模具及要求耐磨損的零件等。2按鋼的質(zhì)量分類 鋼的質(zhì)量主要是根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)硫、磷的含量多少來區(qū)分的，可分為普通、優(yōu)質(zhì)及高級優(yōu)質(zhì)三類。(1)普通碳素鋼 鋼中硫、磷含量分別不得大于0.055%和0.045%,此鋼夾雜物較多，質(zhì)量較差，價格較低，可用作一般的焊接結(jié)構(gòu)和機器零件。普通碳素鋼根據(jù)供貨的保證條件不同，又可分成甲類、乙類及特類三種

30、。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼、鋼中硫、磷含量分別不大于0.04%，此鋼雜物較少，質(zhì)量較好，價格較高，常用于制造重要的焊接結(jié)構(gòu)和機器零件。 （3）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼 鋼中硫、磷含量分別不大于0.03%和0.035%，此鋼雜質(zhì)最少，質(zhì)量最好，價格也最高，用于制造工具，如刀具、量具等。3、按鋼的用途分 主要分有用于制造結(jié)構(gòu)及工具兩類（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 用于制造各種工程構(gòu)件和機器零件。碳素結(jié)構(gòu)鋼的一般含碳量0.6%，最常用結(jié)構(gòu)鋼含碳量0.35%。 （2）碳素工具鋼 主要用于制造各種工具，刃具、量具、模具等。碳素工具鋼的含碳量0.6%。4、按供貨的保證條件分類 普通碳素鋼可以分為甲、乙、特三類。（1）甲類鋼（又稱A類

31、鋼）這類鋼按照機械性能供貨，保證抗拉強度和延伸率，化學(xué)成分除硫、磷外，其它成分僅供參考，不作供貨條件。 甲類鋼多軋制成棒材、板材、條材和型材，直接供車輛、橋梁、船舶、化工、建筑等各方面使用，使用過程一般不再進行鍛壓和熱處理。其中A3是一般鋼結(jié)構(gòu)所采用的標準鋼材。（2）乙類鋼（又稱B類鋼） 這類鋼是按照保證化學(xué)成分供貨。乙類鋼主要用來制造對機械性能要求不高的機器零件，使用時往往要進行鍛壓和熱處理。（3）特類鋼（又稱C類鋼）這類鋼供貨時既保證機械性能又保證化學(xué)成分。特類鋼可以滿足某些特定的要求，以供專門的應(yīng)用，其機械性能與化學(xué)成分和對應(yīng)牌號的甲類、乙類的鋼相同。5、 按煉鋼方法分類（1） 轉(zhuǎn)爐鋼

32、用轉(zhuǎn)爐煉出來的鋼。它按爐襯材料可分類酸性轉(zhuǎn)爐鋼和堿性轉(zhuǎn)爐鋼，按送風(fēng)方法又可分為底吹轉(zhuǎn)爐鋼，側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼和純氧頂吹轉(zhuǎn)爐鋼。(2)平爐鋼 用平爐煉出來的鋼。按爐襯材料也分為酸性平爐鋼和堿性平爐鋼。（3）電爐鋼 用電爐煉出來的鋼。按爐襯材料也可分為酸性電爐鋼和堿性電爐鋼。6、按脫氧程度分類 鋼還可按冶煉時脫氧程度的不同，分為鎮(zhèn)靜金鋼、沸騰鋼及半鎮(zhèn)靜鋼。（1）鎮(zhèn)靜鋼 這類鋼脫氧完全，澆鋼錠時沒有嚴重的翻滾現(xiàn)象，形態(tài)“鎮(zhèn)靜”，故名為鎮(zhèn)靜鋼。（2）沸騰鋼 這類鋼脫氧不安全，澆注鋼錠時有CO析出，產(chǎn)生嚴重的翻滾現(xiàn)象，猶如“沸騰”,故名為沸騰鋼。鋼錠內(nèi)部有許多分散的小氣泡，但是鋼錠外層仍是堅實的，在軋制時可以被

33、壓合消除掉。它的優(yōu)點是生產(chǎn)率高，成本較低，同時仍能保證鋼材的強度和堅固性，缺點是成分和性能的不均勻性較嚴重，強度沖擊韌性較低，不適宜在低溫和沖擊載荷條件下使用，當用來制造重要焊接結(jié)構(gòu)時要采用適當?shù)拇胧?。?）半鎮(zhèn)靜鋼 這類鋼的脫氧程度和性能介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間。四、合金鋼的分類隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對鋼材各種性能的要求越來越高，碳素鋼雖然便宜，但性能已滿足不了各種特殊性能的要求。為了改善鋼的性能，滿足使用上的要求。常在冶煉時有目的加入一定量的合金元素（如錳、硅、釩、鉻、鎳、鎢等），這類鋼稱為合金鋼。合金鋼的種類繁多，按含金屬元素含量分為高、中、低三類，按用途來劃分，又可分為合金結(jié)構(gòu)鋼

34、、合金工具和特殊合金鋼三類。下面進行分別敘述。1、 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一種或數(shù)種合金鋼元素而構(gòu)成的鋼種，常用的合金元素有鉻、錳、硅、鎳、鉬、鎢、釩、鈦等。加入這些元素，可以提高強度、增加淬透性，使零件能獲得優(yōu)良的機械性能。合金結(jié)構(gòu)鋼，根據(jù)用途不同又可分為普通低合金結(jié)構(gòu)鋼及機械制造結(jié)構(gòu)鋼兩類。2、 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼 普通低合金鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量錳、硅、銅等元素（合金元素總量不超過3%）所組成的鋼種。它與含碳量相同的普通碳素鋼相比，具有較高的強度和耐磨性、良好的焊接性和加工工藝性能以及較高的耐大氣、海水腐蝕的能力。普通低合金結(jié)構(gòu)鋼多熱軋成型材、板材和棒材，主

35、要應(yīng)用于是車輛、橋梁、船舶、壓力容器、起重設(shè)備以及代替碳素結(jié)構(gòu)鋼，制作其它焊接結(jié)構(gòu)。例如采用16Mn鋼代替A3鋼制作成球形罐，可以減少鋼材用量20%，降低自重系數(shù)，提高結(jié)構(gòu)的強度，延長使用壽命等，故普通低合金結(jié)構(gòu)鋼在生產(chǎn)中的應(yīng)用已日益廣泛，也是我們焊接的主要對象。3、 機械制造結(jié)構(gòu)鋼 可分為合金滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾珠軸承鋼四類。（1） 合金滲碳鋼，是針對碳素鋼的缺點，在碳素滲碳鋼的基礎(chǔ)上加入一種或數(shù)種合金元素的滲碳鋼。常用的合金滲碳鋼有20Cr、20CrMn、202Mn2、20CrMnTi等。合金滲碳鋼經(jīng)一般表面滲碳、淬火及低溫回火后使用，表面硬而內(nèi)部韌。（2） 合金調(diào)質(zhì)鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼是

36、在碳素調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上加入一種或數(shù)種合金元素的鋼材。常加入的合金元素有錳、硅、鉬、釩、鈦和硼等。加入這些元素的主要目的是提高淬透性和回火穩(wěn)定性，使調(diào)質(zhì)后的鋼材具有很好的強度、硬度及韌性。常用的合金調(diào)質(zhì)鋼有40Cr、45Mn2、50Mn2、35CrMn、30CrMnTi等。如內(nèi)燃、電力機車上的電動機轉(zhuǎn)子，車軸上的牽引動齒輪等零件，都是用這類鋼制造的。（3） 合金彈簧鋼 合金彈簧鋼是針對碳素彈簧鋼的缺點，在含碳量為0.45-0.07%的優(yōu)質(zhì)和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼中加入錳、硅、鉻、釩等元素組成的鋼種，其中以錳、硅用得最廣、這些元素可以提高鋼的彈性極限和淬透性。合金彈簧鋼使用時，一般淬火及中溫火處理。常用的合

37、金彈簧鋼有55Si2Mn,60Si2Mn,50CrVA等。（4） 滾珠軸承鋼 此鋼的含碳量約為0.95-1.1%,，并具還含有一定的合金元素，如鉻、錳、硅等。滾珠軸承鋼經(jīng)熱處理后具有高的抗壓強度、疲勞強度、硬度和耐磨性，足夠的沖擊韌性和淬透性，同時還有一定的耐蝕能力，常用的有GCr9、GCr15等。機械制造結(jié)構(gòu)鋼的含碳量較高，并含有一定的合金元素量，所以焊接性較差，一般制造過程中很少采用焊接方法，但常用堆焊補焊等方法進行保養(yǎng)機械零件。4、 合金工具鋼 合金工具鋼根據(jù)用途不同，可以分為刃具鋼、量具鋼和模具鋼。（1） 刃具鋼 刃具鋼用來制造切削金屬的刀具。為了滿足切削金屬的要求，刃具鋼應(yīng)有高的硬度

38、、耐磨性、紅硬性以及足夠的強度和韌性。根據(jù)合金元素含量多少的不同，刃具鋼可分為低合金工具鋼和高速鋼。低合金工具鋼所加入的合金元素有鉻、鎢、釩、等，總重量不超地3-5%，其淬透性及回火穩(wěn)定性較高，可用來制造絲錐、板牙、鉸刀等工具。常用的工具鋼有9Mn2V、9SiCr、CrMn、CrWMn、CrW5等。高速鋼是一種高合金工具鋼，熱處理后具有高的紅硬性和足夠的強度，以及高的硬度和耐磨性，可在較高的切削速度下進行切削加工，溫度高達600時，硬度仍不下降，用來制造鉆頭、車刀、刨刀等切削工具。常用的高速鋼有W18Cr4V、W6M05Cr4V2等。（2） 量具鋼 量具鋼是用來制造量具用的鋼。量具是用來度量和

39、檢驗成品尺寸的工具，因此對它的要求是精度高，并在熱處理和工作過程中尺寸穩(wěn)定，同時要求工作部分有高的硬度和耐磨性。常用的量具鋼有CrMn、SiMn等。（3） 模具鋼 用來制作冷熱加工的各種模具用，要求具有高的硬度、耐磨性和一定的韌性，對熱作模具，還要求具有高的高溫強度和熱疲勞性。常用的有9Mn2V、9SiCr、5CrMnMo、5CrNiTi等。合金工具鋼的含碳量及合金量較高，焊接性差，一般不采用焊接方法加工。5、 特殊合金鋼 特殊合金鋼是具有特殊性能的合金鋼材，如抗蝕性、耐熱性、抗磨性等。特殊合金鋼的特點是合金元素含量較高，同時焊接性較好，是制造焊接結(jié)構(gòu)的重要材料。（1） 不銹鋼 不銹鋼具有抵抗

40、空氣、水、酸、堿等腐蝕作用的能力。不銹鋼成分的特點是有較高的Cr和Ni,含碳量低。常用的有鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩類。鉻不銹鋼主要有1Cr13、2Cr13、3Cr13等。它們可以用來制造醫(yī)療工具、量具、閥門等。鉻鎳不銹鋼主要有0CR18Ni9、1CR18Ni9、2CR18Ni9。這類鋼抗蝕能力強，耐酸性好，可制造盛酸容器和管材，也稱為耐酸鋼。 不銹鋼是化工生產(chǎn)中的主要材料，應(yīng)用極為廣泛。（2）耐熱鋼 耐熱鋼適應(yīng)于高溫條件下工作，即在高溫條件下仍具有高的強度和不被氧化的性能。耐熱鋼也含有較高的鉻、鎳，另外還有鎢、鉬、釩等。常用的耐熱鋼有4Cr9Si2、15CrMo、4Cr10Si2Mo等。（3）抗

41、磨鋼 抗磨鋼可以在嚴重磨擦及強烈撞擊條件下工作，目前使用的抗磨鋼主要是Mn13。這種鋼含錳量在13%左右，它具有高強度、高韌性、高抗磨能力。第二章 金屬學(xué)及熱處理基本知識一、金屬晶體結(jié)構(gòu)的一般知識眾所周知，世界上的物質(zhì)都是由化學(xué)元素組成的，這些化學(xué)元素按性質(zhì)可分成兩大類：第一大類是金屬，化學(xué)元素中有83種是金屬元素。固態(tài)金屬具有不透明、有光澤、有延展性、有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等特性，并且隨著溫度的升高，金屬的導(dǎo)電性降低，電阻率增大，這是金屬獨具的一個特點。常見的金屬元素有鐵、鋁、銅、鉻、鎳、鎢等。第二大類是非金屬，化學(xué)元素中有22種，非金屬元素不具備金屬元素的特征。而且與金屬相反，隨著溫度的升

42、高，非金屬的電阻率減小，導(dǎo)電性提高。常見的非金屬元素有碳、氧、氫、氮、硫、磷等。我們所焊接的材料主要是金屬，尤其是鋼材，鋼材的性能不僅取決于鋼材的化學(xué)成分，而且取決于鋼材的組織，為了了解鋼材的組織及對性能的影響，我們必須先從晶體結(jié)構(gòu)講起。(一)晶體的特點對于晶體，大家并不生疏。食鹽、水結(jié)成的冰，都是晶體。一般的固態(tài)金屬及合金也都是晶體。并非所有固態(tài)物質(zhì)都是晶體。如玻璃、松香之類就不是晶體，而屬于非晶體。晶體與非晶體的區(qū)別不在外形，而在內(nèi)部的原子排列。在晶體中，原子按一定規(guī)律排列得很整齊。而在非晶體中，原子則是散亂分布著，至多有些局部的短程規(guī)則排列。由于晶體與非晶體中原子排列不同，因此性能也不相

43、同。(二)典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬的原子按一定方式有規(guī)則地排列成一定空間幾何形狀的結(jié)晶格子，稱為晶格。金屬的晶格常見的有體心立方晶格和面心立方晶格，如圖14所示。體心立方晶格的立方體的中心和八個頂點各有一個鐵原子，而面心立方晶格的立方體的八個頂點和六個面的中心各有一個鐵原子。圖14 典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)(a)體心立方晶格(b)面心立方晶格鐵屬于立方晶格，隨著溫度的變化，鐵可以由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格。這種晶格的轉(zhuǎn)變，稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。純鐵在常溫下是體心立方晶格(稱為-Fe)；當溫度升高到910時，純鐵的晶格由體心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?稱為-Fe)；再升溫到1390時，面心立方晶格又重新轉(zhuǎn)變

44、為體心立方晶格(稱為-Fe)，然后一直保持到純鐵的熔化溫度。純鐵的這種特性非常重要，是鋼材所以能通過各種熱處理方法來改變其內(nèi)部組織，從而改善性能的內(nèi)在因素之一，也是焊接熱影響區(qū)中各個區(qū)域與母材相比，具有不同組織和性能的原因之一。二、合金的組織、結(jié)構(gòu)及鐵碳合金的基本知識(一)合金的組織兩種或兩種以上的元素(其中至少一種是金屬元素)，組合成的金屬，叫做合金。根據(jù)兩種元素相互作用的關(guān)系，以及形成晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織的特點可將合金的組織分為三類：(1)固溶體 固溶體是一種物質(zhì)的原子均勻地溶解在另一種物質(zhì)的晶格內(nèi)，形成單相晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)原子在晶格上分布的形式，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。某一元素晶

45、格上的原子部分地被另一元素的原子所取代，稱為置換固溶體；如果另一元素的原子擠入某元素晶格原子之間的空隙中，稱為間隙固溶體，見圖15所示。 圖15 固溶體示意圖(a)置換固溶體；(b)間隙固溶體兩種元素的原子大小差別愈大，形成固溶體后所引起的晶格扭曲程度越大。扭曲的晶格增加了金屬塑性變形的阻力，所以固溶體比純金屬硬度高、強度大。(2)化合物 兩種元素的原子按一定比例相結(jié)合，具有新的晶體結(jié)構(gòu)，在晶格中各元素原子的相互位置是固定的，叫化合物。通常化合物具有較高的硬度，低的塑性，脆性也較大。(3)機械混合物 固溶體和化合物均為單相的合金，若合金是由兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)彼此機械混合組成，稱為機械混合物。它

46、往往比單一的固溶體合金有更高的強度、硬度和耐磨性；塑性和壓力加工性能則較差。(二)鋼中常見的顯微組織(1)鐵素體(F)：鐵素體是少量的碳和其它合金元素固溶于-鐵中的固溶體。-鐵為體心立方晶格，碳原子以填隙狀態(tài)存在，合金元素以置換狀態(tài)存在。鐵素體溶解碳的能力很差，在723時為002，室溫時僅0006。鐵素體的強度和硬度低，但塑性和韌性很好，所以含鐵素體多的鋼(如低碳鋼)就表現(xiàn)出軟而韌的性能。(2)滲碳體(Fe3C) 滲碳體是鐵與碳的化合物，分子式是Fe3C，其性能與鐵素體相反，硬而脆，隨著鋼中含碳量的增加，鋼中滲碳體的量也增多，鋼的硬度、強度也增加，而塑性、韌性則下降。(3)珠光體(P) 珠光體

47、是鐵素體和滲碳體的機械混合物，含碳量為08左右，只有溫度低于723時才存在。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間。(4)奧氏體(A) 奧氏體是碳和其它合金元素在-鐵中的固溶體。在一般鋼材中，只有高溫時存在。當含有一定量擴大區(qū)的合金元素時，則可能在室溫下存在，如鉻鎳奧氏體不銹鋼則在室溫時的組織為奧氏體。奧氏體為面心立方晶格，奧氏體的強度和硬度不高，塑性和韌性很好。奧氏體的另一特點是沒有磁性。(5)馬氏體(M) 馬氏體是碳在-鐵中的過飽和固溶體，一般可分為低碳馬氏體和高碳馬氏體。馬氏體的體積比相同重量的奧氏體的體積大，因此，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時體積要膨脹，局部體積膨脹后引起的內(nèi)應(yīng)力往往導(dǎo)致零件變形

48、、開裂。高碳淬火馬氏體具有很高的硬度和強度，但很脆，延展性很低，幾乎不能承受沖擊載荷。低碳回火馬氏體則具有相當高的強度和良好的塑性和韌性相結(jié)合的特點。(6)魏氏組織 魏氏組織是一種過熱組織，是由彼此交叉約60的鐵素體針嵌入基體的顯微組織。碳鋼過熱，晶粒長大后，高溫下晶粒粗大的奧氏體以一定速度冷卻時，很容易形成魏氏組織。粗大的魏氏組織使鋼材的塑性和韌性下降，使鋼變脆。(二)鐵碳合金平衡狀態(tài)圖鋼和鑄鐵都是鐵碳合金。含碳量低于211的鐵碳合金稱為鋼，含碳量211667的鐵碳合金稱為鑄鐵。為了全面了解鐵碳合金在不同含碳量和不同溫度下所處的狀態(tài)及所具有的組織結(jié)構(gòu)，可用Fe-C合金平衡狀態(tài)圖來表示這種關(guān)系

49、，見圖16。圖上縱座標表示溫度，橫座標表示鐵碳合金中碳的百分含量。例如，在橫座標左端，含碳量為零，即為純鐵；在右端，含碳量為667，全部為滲碳體(Fe3C)。圖16 Fe-C平衡狀態(tài)圖圖中ACD線為液相線，在ACD線以上的合金呈液態(tài)。這條線說明純鐵在1535凝固，隨碳含量的增加，合金凝固點降低。C點合金的凝固點最低，為1147。當含碳量大于43以后，隨含碳量的增加，凝固點增高。AHJEF線為固相線。在AHJEF線以下的合金呈固態(tài)。在液相線和固相線之間的區(qū)域為兩相(液相和固相)共存。GS線表示含碳量低于08的鋼在緩慢冷卻時由奧氏體開始析出鐵素體的溫度。ECF水平線，1147，為共晶反應(yīng)線。液體合

50、金緩慢冷卻至該溫度時，發(fā)生共晶反應(yīng)，生成萊氏體組織。PSK水平線，723，為共析反應(yīng)線，表示鐵碳合金在緩慢冷卻時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的溫度。為了使用方便，PSK線又稱為A1線，GS線稱為A3線，ES線為Acm線。E點是碳在奧氏體中最大溶解度點，也是區(qū)分鋼與鑄鐵的分界點，其溫度為1147，含碳量為211。S點為共析點，溫度為723，含碳量為08。S點成分的鋼是共析鋼，其室溫組織全部為珠光體。S點左邊的鋼為亞共析鋼，室溫組織為鐵素體+珠光體；S點右邊的鋼為過共析鋼，其室溫組織為滲碳體+珠光體。C點為共晶點，溫度為1147，含碳量為43。C點成分的合金為共晶鑄鐵，組織為萊氏體。含碳量在21143之間

51、的合金為亞共晶鑄鐵，組織為萊氏體+珠光體+滲碳體；含碳量在43667之間的合金為過共晶鑄鐵，組織為萊氏體+滲碳體。萊氏體組織在常溫下是珠光體+滲碳體的機械混合物，其性硬而脆?，F(xiàn)以含碳02的低碳鋼為例，說明從液態(tài)冷卻到室溫過程中的組織變化。當液態(tài)鋼冷卻至AC線時，開始凝固，從鋼液中生成奧氏體晶核，并不斷長大；當溫度下降到AE線時，鋼液全部凝固為奧氏體；當溫度下降到GS(A3)線時，從奧氏體中開始析出鐵素體晶核，并隨溫度的下降，晶核不斷長大；當溫度下降到PSK(A1)線時，剩余未經(jīng)轉(zhuǎn)變的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；從A1下降至室溫，其組織為鐵素體+珠光體，不再變化，見圖17。圖17 低碳鋼由高溫冷卻下來的

52、組織變化示意圖FeC合金平衡狀態(tài)圖對于熱加工具有重要的指導(dǎo)意義，尤其對焊接，可根據(jù)狀態(tài)圖來分析焊縫及熱影響區(qū)的組織變化，選擇焊后熱處理工藝等。三、鋼的熱處理將金屬加熱到一定溫度，并保持一定時間，然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫，這個過程稱為熱處理。常用的熱處理工藝方法有以下幾種：(一)淬火將鋼(高碳鋼和中碳鋼等)加熱到A1(對過共析鋼)或A3(對亞共析鋼)以上3070，在此溫度下保持一段時間，使鋼的組織全部變成奧氏體，然后快速冷卻(水冷或油冷)，使奧氏體來不及分解和合金元素的擴散而形成馬氏體組織，稱為淬火。淬火后可以提高鋼的硬度及耐磨性。在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變

53、硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。(二)回火淬火后進行回火，可以在保持一定強度的基礎(chǔ)上恢復(fù)鋼的韌性?；鼗饻囟仍贏1以下。按回火溫度的不同可分為低溫回火(150250)、中溫回火(350450)、高溫回火(500650)。低溫回火后得到回火馬氏體組織，硬度稍有降低，韌性有所提高。中溫回火后得到回火屈氏體組織，提高了鋼的彈性極限和屈服強度，同時也有較好的韌性。高溫回火后得到回火索氏體組織，可消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的強度和硬度，提高鋼的塑性和韌性。鋼在淬火后再進行高溫回火，這一復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)能得到韌性和強度最好的配合，獲得良好的綜合力學(xué)性能。(三)正火將鋼加熱到A3或Acm以

54、上5070，保溫后，在空氣中冷卻，稱為正火。許多碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)正火后，各項力學(xué)性能均較好，可以細化晶粒，常用來作為最終熱處理。對于焊接結(jié)構(gòu)，經(jīng)正火后，能改善焊接接頭性能，可消除粗晶組織及組織不均勻等。(四)退火將鋼加熱到A3以上或A1左右一定范圍的溫度，保溫一段時間后，隨爐緩慢而均勻地冷卻，稱為退火。退火可降低硬度，使材料便于切削加工，能消除內(nèi)應(yīng)力等。焊接結(jié)構(gòu)焊接以后會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，容易導(dǎo)致產(chǎn)生延遲裂紋，因此重要的焊接結(jié)構(gòu)焊后應(yīng)該進行消除應(yīng)力退火處理。消除應(yīng)力退火屬于低溫退火，加熱溫度在A1以下，一般采用600650，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻。亦稱焊后熱處理。第三章 安全用電的基本知識在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用的各種焊接方法，除少數(shù)幾種，絕大部分是直接應(yīng)用電能，或是以電為動力實行焊接，所以焊工在焊接時經(jīng)常接觸電源和電氣設(shè)備，可能因設(shè)備故障或操作失誤等原因造成觸電事故和火災(zāi)等，所以焊接時的安全用電直接關(guān)系到個人生命和國