金属材料基础知识
发布时间： 2022-08-04 点击:796次
提高金属材料的强度有什么实际意义？
答：强度是一切结构和部件安全设计的重要指标，其强度的重要意义是金属材料决不能在承受超过强度极限的载荷条件下工作，因为这样会导致破坏。 强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的金属材料可减小构件或零件的尺寸，从而减小其自重。因此，提高强度是材料学中的重要课题—材料的强化。
钢分为哪几类？
答：钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两大类。
普通碳钢，钢中S、P含量分别≤0.050%和≤0.045%；
碳素工具钢的含碳量在0.65%-1.35%之间，故属于高碳钢范畴。碳素工具钢的加工性能好，热处理后硬度可达60HRC以上，有较好的耐磨性。但由于碳素工具钢的热硬性差（刃部温度达到250℃以上时，硬度及耐磨性迅速降低），淬透性低，淬火时易变形开裂。因而该工具钢多用于制造手工用工具、刀具、量具、模具和其他各种工具等。这些工具一般都要求具有高的强度、硬度和耐磨性，就材料本身是不具备这样的性能的，因此使用前必须进行淬火+低温回火热处理。
对于专门用途的特殊钢，常用拼音字母或汉字表示钢的用途，如滚动轴承钢，其牌号以“Cr”表示，不标含碳量，Cr的平均含量用千分之几表示。例如，GCr15，表示含Cr量为1.5%的滚动轴承钢。
什么是不锈钢？分为哪几种？
答：不锈钢属于特殊性能钢之一。在大气或水蒸气中具有高的抗腐蚀能力的钢称为不锈钢；在酸、碱、盐溶液等化学介质中具有高的抗腐蚀性能的钢称为耐酸钢；习惯上常将这两种钢统称为不锈钢。腐蚀在金属制件中经常发生，金属腐蚀有两种形式，即化学腐蚀和电化腐蚀。化学腐蚀是金属和周围介质直接发生化学作用，如金属加热时生成的氧化皮等；电化学腐蚀是金属在电解质溶液中由于原电池（通常是微电池）作用而引起的腐蚀，大部分金属腐蚀属于电化学腐蚀。产生电化腐蚀必须满足以下三个条件。 一是金属各部分（或不同金属间）存在的电极电位差。 二是有电解液。 三是各部分金属之间接触。 为防止金属的腐蚀，主要途径有以下几条。 一使金属表面形成一层保护膜，如使金属易于钝化，形成致密的钝化膜。 二依靠合金元素提高金属的电极电位。 三使金属呈均匀的单项组织（如铁素体或奥氏体），并提高金属的纯净度，避免形成微电池的两个电极。 不锈钢不易生锈是与其成分有很大关系，不锈钢中含有大量的Cr、Ni等，有的还含有Mo、Cu等元素，Cr是提高金属抗蚀能力的基本元素。当Cr量均在12%以上，Cr除了提高基体的电极电位外，在钢表面能形成一层具有保护性的Cr 2O3薄膜，而且能使碳含量很低的钢成为单项F体组织，因而可以有效防止钢的腐蚀，而且提高钢的塑性和韧性，改善钢的焊接性能。铬不锈钢和镍铬不锈钢中加Cu，可以提高金属耐硫酸的腐蚀作用；加Mo能提高抗盐酸、醋酸等的腐蚀作用。碳在不锈钢中对提高抗腐蚀作用来说是不利的，但能提高钢的强度和硬度。 当钢的的内部结构越均匀，各种组成成分就联系得越紧密，腐蚀物入侵就越困难，同时表面又附着一层氧化物保护膜，自然就不容易生锈了。 常用的不锈钢根据其组织特点，可分为M体、F体和A体不锈钢、A体－F体不锈钢及沉淀硬化型不锈钢；若按成分分类可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。 （1）马氏体（M体）不锈钢 M体不锈钢，含Cr 12%-18%、含C0.1-0.45%，淬火后得M体组织。M体不锈钢的主要特点是除含Cr量较高外，还有较高的含C量，因此它具有较高的强度、硬度和耐磨性，由于含C量高。碳化物也多，固溶体中含Cr量就降低，耐腐蚀性就差。为了保证M体不锈钢的耐蚀性，钢中含C量一般不超过0.4%。 常用的M体不锈钢有1Cr13、2Cr13等，可采用淬火+高温（600-700℃）回火，得到回火S体组织，具有较高的强度和韧性。这类钢的淬透性好、焊接性不好。常用于制作既能承受载荷又需要耐蚀性的各种阀、机泵等零件以及一些不锈工具等。 （2）铁素体（F体）不锈钢 F体不锈钢，含Cr 17%－30%、含C小于0.2%，典型牌号有0 Cr 13、1 Cr 17、1 Cr 28等。由于Cr是缩小A体相区元素，所以这种钢从室温加热到高温（960-1100℃），其显微组织始终是单相F体组织，F体不锈钢耐蚀性、塑性、焊接性均优于M体不锈钢，其抗高温（小于100℃）氧化性介质腐蚀的能力较强，随含Cr量增加，耐蚀性又进一步提高。 F体钢加热时不发生相变；因此不能用淬火的方法使其强化，通常是在退火或正火状态下使用，强度低、塑性好，可用形变强化提高强度。主要用于耐蚀性要求高而强度要求不高的构件，广泛用于硝酸和氮肥工业中，也可用于家庭餐具、建筑装饰件等。 （3）奥氏体（A体）不锈钢 A体不锈钢含C量很低，一般在0.1%左右，含Cr量在12%-30%，含Ni6－20%，有的含Mn及N（用它们代Ni）。常用钢号有12Cr18Ni9(1Cr18Ni9)、o6Cr18Ni10Ti等。这类钢最典型的钢种是含17-19% Cr和8-11%Ni的铬镍不锈钢，常称为18-8不锈钢。由于加入大量Cr和Ni元素，使钢得到稳定的单相A组织，并在钢的表面形成致密的钝化薄膜，使钢耐热性进一步提高。它比铬不锈钢具有更高的化学稳定性，是目前应用最多的一类不锈钢。A体不锈钢占不锈钢总产量的2/3。A体不锈钢进行固溶热处理可使钢的耐蚀性得到很大改善。 A体不锈钢还有一定的耐热性，可在500℃-700℃范围内工作。但易产生晶间腐蚀、即在晶介析出Cr23C6,使晶界及其附近的含Cr量降低，电极电位降低，耐蚀性下降，结果使腐蚀沿晶界的贫Cr区发生，形成晶间腐蚀。为了防止晶间腐蚀的发生，通常采用降低含C量（C≤0.08%）使碳化物减少。另外，还可在钢中加入Ti和Nb等强化元素，它们与C的亲和力比Cr与C的亲和力大。使C优先与Ti、Nb形成TiC和NbC，而不形成Cr23C6,即不因晶界贫Cr产生晶腐蚀，提高了耐腐蚀性能。A体不锈钢比M体不锈钢耐蚀性高，它不仅能抵抗大气、海水和蒸汽的腐蚀，还可以抵抗硝酸、硫酸和盐酸的腐蚀，而且还有良好的耐热性、焊接性和冷热加工性等。该钢广泛用于制造工业中要求耐蚀的某些设备及管道、建筑及生活用品等。我国常用的A体不锈钢有：OCr9Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti等钢。
