常 用 钢 材 化 学 成 分 与 力 学 性 能PDF

常⽤钢材的型号、化学成分、⽤途及性能轴承钢1. 概述轴承钢是主要⽤来制造滚动轴承的零件。

如滚珠、滚柱和轴承套圈等。

它们在⼯作时承受着⾼的集中交变载荷，由于滚珠与轴承套圈之间的接触⾯积⼩，在⾼速转动的同时还有滑动，会产⽣很⼤的摩擦。

因此滚动轴承钢应具有⾼的硬度、耐磨性和疲劳强度，对钢的⾦相组织、化学成分要求是⼗分严格的，否则会显著缩短轴承的使⽤寿命。

⼀般滚动轴承钢的含碳量较⾼，在0.95～1.1%范围内，并加⼊某些合⾦元素，如铬、锰等。

多以球化退⽕交货，在使⽤前需进⾏淬⽕(约840℃)和低温回⽕(150℃)。

(1)⽣产制造⽅法：对轴承钢的冶炼质量要求很⾼，需要严格控制硫、磷和⾮⾦属夹杂物的含量和分布，因为⾮⾦属夹杂物的含量和分布对轴承钢的寿命影响很⼤。

夹杂物量愈⾼，寿命就越短。

为了改善冶炼质量，近来已采⽤电炉冶炼并经电渣重熔，亦可采⽤真空冶炼，真空⾃耗精炼等新⼯艺来提⾼轴承钢的质量。

(2)⽤途：除做滚珠、轴承套圈等外，有时也⽤来制造⼯具，如冲模、量具、丝锥等。

2. 主要⽣产⼚及输往国家、地区我国⼤连钢⼚、⼤冶钢⼚是⽣产轴承钢的主要产地。

⽬前主要输往⾹港和东南亚地区。

3. 进⼝主要⽣产国家我国主要从⽇本、德国进⼝轴承钢。

4. 种类我国⽬前已⽣产⾼碳铬不锈轴承钢，主要钢号有9CR18；渗碳轴承钢，主要钢号有G20CrMo；铬轴承钢，主要钢号有GCr15。

5. 规格和外观质量规格主要有圆钢、扁钢、钢丝等。

钢材表⾯应加⼯良好。

不得有裂纹、折叠、结疤和夹杂。

冷拉钢表⾯还应光滑、⼲净、⽆氧化⽪。

6. 化学成分国标、冶标、⽇本标准中主要钢号的化学成分见表6—7—24。

表6-7-24 有关标准中主要钢号的化学成分指标注：上述钢号Cu%均⼩于0.25。

7. 物理性能轴承钢的物理性能主要以检查显微组织、脱碳层、⾮⾦属夹杂物、低倍组织为主。

⼀般情况下均以热轧退⽕、冷拉退⽕交货。

交货状态应在合同中注明。

钢材的低倍组织必须⽆缩孔、⽪下⽓泡、⽩点及显微孔隙。

滚动轴承钢的分类,特性⽤途,性能和化学成分滚动轴承钢滚动轴承钢按使⽤特点可分为：⾼碳铬轴承钢（全淬透型轴承钢）、渗碳轴钢（表⾯硬化型轴承钢）、不锈轴承钢和⾼温轴承钢四⼤类。

⼀、⾼碳铬轴承钢1．⾼碳铬轴承钢的牌号、特性及及⽤途⾼碳铬轴承钢具有⾼的接触疲劳强度和耐磨性能，许多牌号属全淬透型钢，如GCr15GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo。

但由于有的轴承需要⼼部具有良好韧性⽽表⾯需要⾼硬度，因⽽⼜发展出限制淬透性轴承钢，如GCr4。

①GCr15（全淬透型钢）GCr15是⾼碳铬轴承钢的典型钢种，在淬⽕、回⽕后有⾼的硬度、耐磨性和接触疲劳强度。

其热加⼯性能和可加⼯性良有好，淬透性适中，但焊接性差。

GCr15的⽩点敏感性⼤，但当采⽤真空脱⽓精炼的轴承⾥，此缺陷可消除。

⽤于制造壁厚≤12mm、处径≤250mm的滚动轴承套圈，或制造直径≤22mm的圆锥、圆柱、球⾯滚⼦及全部尺⼨的滚针。

也可⽤于制造模具、量具和⽊⼯⼑具及⾼弹性极限、⾼疲劳强度的机械零件。

②GCr15SiMn（⾼淬透型钢）在GCr15钢的基础上提⾼硅、锰含量，因⽽淬透性、弹性极限、耐磨性均⽐GCr15好。

由其制作的滚动轴承件的使⽤温度不宜超过180℃。

⽤于制造壁厚>12mm、外径>120mm的滚动轴承套圈、直径>50mm的钢球及直径>22mm的圆锥、圆柱、球⾯滚⼦及全部尺⼨的滚针。

其他⽤途与GCr15相同。

③GCr15SiMo（⾼淬透型钢）在GCr15基础上增加含硅量，添加了钼。

其淬透性⾼，耐磨性好，疲劳强度⾼、综合性能良好。

适于制造⼤尺⼨范围的滚动轴承套圈及钢球、滚柱等。

④GCr18Mo（⾼淬透型钢）在GCr15基础上加⼊质量分数0.15%~0.25%的钼，并提⾼了含各量，因⽽淬透性、耐磨性均提⾼警惕。

可进⾏下贝⽒体等温淬⽕，达到与马⽒体淬⽕相近的硬度和耐磨性，⽽且钢的冲击、断裂韧度和抗弯强度都得到提⾼，因⽽提⾼了钢的综合⼒学性能和寿命。

第31卷　第2期太　原　理　工　大　学　学　报V ol.31　N o.2 2000年3月J O U RN A L O F T A IY U AN U N IV ERSIT Y O F T EC HNO L O GY M a r.2000 文章编号:1007-9432(2000)02-0218-03钢丝的力学性能与化学成分及金相组织的关系韩晋民,王莉英,陈维毅,戴少度(太原理工大学文理学院)摘　要:对5个厂家生产的钢丝的力学性能与其化学成分及金相组织之间的关系进行了实验分析。

结果表明,在所测钢丝的化学成分含量相差不大的情况下,其延伸率及极限应力与化学成分含量关系不大;钢丝的延伸率及极限应力与其金相组织密切相关。

关键词:钢丝绳;力学特性;化学成分;金相组织中图分类号:T D532 文献标识码:A 钢丝绳是金属制品工业中的重要产品之一,尽管其正式使用只有一百多年的历史,但大多数的工业、农业、林业、渔业、交通运输业、旅游业都直接或间接的使用它。

弄清钢丝绳的化学成分、金相组织与其力学性能的关系,正确掌握钢丝绳的生产技术标准,确保生产出高质量的钢丝绳产品,对钢丝绳的安全使用有重要的实际意义。

钢丝绳是以热扎线材为原料的冷拉钢丝经过进一步加工制成的,它是将若干根钢丝按一定规则捻制成一个致密并具有强大拉断力而又柔软的螺旋状钢丝束。

钢丝在钢丝绳中起承载作用,钢丝的力学性能会对整个钢丝绳的力学性能产生决定性的影响。

对钢丝绳用钢丝化学成分各国都有标准,国际标准ISO2020—84(飞机操纵用挠性钢丝绳)中也对绳用钢丝的制作及化学成分做了规定,以此来保证绳用钢丝的力学性能。

尽管这样,我们钢丝绳检验站的工作人员在钢丝绳检验中,仍发现实际绳用钢丝的化学成分有一定的变化范围,其金相组织也有一定的差别。

为了弄清钢丝的化学成分及金相组织对其力学性能的影响,笔者对不同厂家生产的钢丝的化学成分、金相组织及力学性能进行了测定,结果表明:当化学成分变化不大时,钢丝的延伸率及强度与其化学成分的含量并不相关;结合金相照片可以发现钢丝的机械性能与其金相组织密切相关,细密的金相组织可使钢丝具有更高的延伸率与强度。

一一一金属材料SPCC 一般用钢板，表面需电镀或涂装处理SECC 镀锌钢板，表面已做烙酸盐处理及防指纹处理SUS 301 弹性不锈钢SUS304 不锈钢镀锌钢板表面的化学组成------基材（钢铁），镀锌层或镀镍锌合金层，烙酸盐层和有机化学薄膜层.有机化学薄膜层能表面抗指纹和白锈，抗腐蚀及有较佳的烤漆性.SECC的镀锌方法热浸镀锌法:连续镀锌法（成卷的钢板连续浸在溶解有锌的镀槽中板片镀锌法(剪切好的钢板浸在镀槽中，镀好后会有锌花.电镀法: 电化学电镀，镀槽中有硫酸锌溶液，以锌为阳极，原材质钢板为阴极.1-2产品种类介绍1.品名介绍材料规格后处理镀层厚度S A B C＊D＊ES for SteelA:EG （Electro Galvanized Steel）电气镀锌钢板---电镀锌一般通称JIS镀纯锌EG SECC（1）铅和镍合金合金EG SECC（2）GI (Galvanized Steel) 溶融镀锌钢板------热浸镀锌非合金化GI，LG SGCC（3）铅和镍合金GA，ALLOY SGCC （4）裸露处耐蚀性2>3>4>1熔接性2>4>1>3涂漆性4>2>1>3加工性1>2>3>4B: 所使用的底材C (Cold rolled) : 冷轧H(Hot rolled):热轧C:底材的种类C:一般用D:抽模用E:深抽用H:一般硬质用D:后处理M: 无处理C:普通烙酸处理---耐蚀性良好，颜色白色化D:厚烙酸处理---耐蚀性更好，颜色黄色化P:磷酸处理---涂装性良好U:有机耐指纹树脂处理(普通烙酸处理)--- ---耐蚀性良好，颜色白色化，耐指纹性很好A:有机耐指纹树脂处理(厚烙酸处理)---颜色黄色化，耐蚀性更好FX:无机耐指纹树脂处理---导电性FS:润滑性树脂处理---免用冲床油E:镀层厚1-4物理特性膜厚---含镀锌层，烙酸盐层及有机化学薄膜层，最小之膜厚需0.00356mm以上. 测试方法有磁性测试(ASTM B499), 电量分析(ASTM B504), 显微镜观察（ASTM B487）表面抗电阻---一般应该小于0.1欧姆/平方公分.1-5盐雾试验----试片尺寸100mmX150mmX1.2mm, 试片需冲整捆或整叠铁材中取下，必须在镀烙酸盐后24小时，但不可超过72小时才可以用于测试，使用5%的盐水，用含盐的水汽充满箱子，试片垂直倒挂在箱子中48小时。

钢的化学成分‎及机械性能表‎表1 中钢规格—冷打或冷锻用‎极低碳钢与中‎碳合金钢化学‎成分表表2 中钢规格—碳素硼钢及铬‎钒合金硼钢化‎学成分表表3 中钢规格—免铅浴韧化线‎材化学成分表‎表4 JIS G3104 铆钉用钢化学‎成分表注:上表之含碳量‎可由买卖双方‎协议,由原规定之成‎分范围上、下限各缩窄0‎.01%.表14 JIS G4104 铬合金钢化学‎成分表表9 JIS G3507冷‎打或冷锻用碳‎钢化学成分表‎0.20%,Ni+Cr 0.30%,其余种类之不‎纯物不得超过‎C u 0.30%,Ni 0.20%,Cr 0.20%,Ni+Cr 0.35%。

表16 JIS G4106达‎式机械构造用锰‎钢及锰铬合金‎钢化学成分表‎不得超0‎.35%.不得‎超过0.25%,双锰钢料中之‎C r含量不得‎超过0.35%。

1、铅(Lead)—为改良车削性‎，可在普通碳钢‎中加入0.15~0.35之铅,而在代号的第‎二位与第三位‎中间加“L ”，如10L45‎、10L12。

2、硼(Boron)——在细晶净静钢‎{Fine Grain ,Killed ‎ Steel}中,加入0.0005~0.0030%的硼,可增进硬化能‎,而在代号的第‎二位与第三位‎中间加“B ”，职10B21‎、10B38。

3、矽{Silico ‎n }——条钢及半成品‎，当矽有要求时‎，其范围如下：0.10%以下\0.10~0.20%,0.15~0.35%,0.20~0.40%,0.30~0.60。

——线材，当矽有要求时‎，其范围如下：0.10以下,0.07~0.15%,0.10~0.20%,0.15~0.35%,0.20~0.40%,0.30~0.60%。

4、某些品质、产品之磷、硫可降低成分‎上限要求。

表22 SAE/AISI 保证硬化能(淬火性)之碳钢及硼钢‎化学成分表表23 SAE/AISI 保证硬化能(淬火性)之合金钢化学‎成分表残留元素Cu‎:0.35%以下,Ni:0.25%以下,Cr:0.20%以下,Mo:0.06%以下.1、除表列元素外‎，其它刻意增加‎的元素也必须‎报列。

二级造价工程师《建设工程计量与计价实务》（土木建筑工程）课程内容第二节常用建筑材料的分类、基本性能及用途一、结构材料（一）钢材钢材具有品质稳定、强度高、塑性和韧性好、可焊接和铆接、能承受冲击和振动荷载等优异性能。

常用的钢材品种有普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强结构钢。

1.钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢主要是通过热轧、热处理、冷轧及冷拔加工等生产的钢筋、钢丝和钢绞线等。

表示钢筋性能的参数：屈服强度、抗拉强度和断后伸长率。

常用的钢筋名称、类别与特性及应用范围如下表名称类别与特性适用性热轧钢筋光圆①HPB300②屈服强度较低，塑性性能较好各种非预应力常规钢筋混凝土钢筋。

带肋①HRB400、HRB500、HRB600HRB400E、HRB500E②强度相对高，相对节省钢筋，锚固性好，预应力稳定①HRB400：各种非预应力常规钢筋混凝土钢筋。

②HRB400、HRB500、HRB600：预应力钢筋混凝土钢筋，如预应力钢筋混凝土预制梁、预应力混凝土板、吊车梁等构件。

冷轧带肋钢筋①CRB550、CRB650、CRB800、CRB600H、CRB680H、CRB800H②强度高，相对节省钢筋，握裏力强，质量稳定①CRB550、CRB600H和CRB680H：普通钢筋混凝土。

②CRB650、CRB800和CRB800H：预应力混凝土用钢筋。

冷拔低碳钢丝甲级、乙级①甲级用于预应力混凝土结构构件中。

②乙级用于非预应力混凝土结构构件中。

热处理钢筋（带肋钢筋）强度高，用材省，锚固性好，预应力稳定主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可以用于预应力混凝土板、吊车梁等构件。

预应力混凝土用钢丝强度高，柔性好适用于大跨度屋架、薄腹梁、吊车梁等大型构件的预应力结构。

钢绞线强度高，柔性好，与混凝土结合性能好多用于大型屋架、薄腹梁、吊车梁及大跨度桥梁等大负荷的预应力混凝土结构1.结构材料（钢材、水泥、混凝土）2.砌筑材料（砖、砌块、石材）3.装饰材料（饰面材料、玻璃、涂料、木材）【小结】钢材适用性汇总预应力非预应力HRB400、HRB500、HRB600HPB300、HRB400CRB650、CRB800、CRB800H CRB550、CRB600H、CRB680H甲级乙级热处理钢筋、钢丝、钢绞线---【例题1·多选】可用于预应力钢筋混凝土的钢筋有（）。

钢材特性数据AISI：American Iron and Steel Institute 美国钢铁学会；ASTM：American Society of Testing Materials, 美国材料实验协会；AISI 1040：碳钢；AISI 4130：低合金钢；AISI 4140：低合金钢；AISI 8630：低合金钢；ASTM A487Grade 4 Class C:低合金钢；ASTM A487 Grade 4 Class D:低合金钢；AISI 316 Stainless Steel：奥氏体不锈钢；AISI 410：马氏体不锈钢；ASTM A182 Grade F6NM:马氏体不锈钢；17-4 Stainless:沉淀硬化不锈钢；Duplex 2205 Stainless steel:奥氏体和铁素体；ASTM A487 Grade CA15 Class D: 马氏体不锈钢；ASTM A487 Grade CA6NM Class B:马氏体不锈钢；ASTM A351 Grade CF8M : 奥氏体不锈钢；Alloy 825：镍基合金, 铁/镍/铬抗腐蚀合金；Alloy 625:镍基抗腐蚀合金；Alloy 718:镍基抗腐蚀合金；钢材概览这篇文章讨论Cameron产品常用钢材的一些特性。

普通碳钢（碳素钢）钢，一般是指碳元素含量小于2%的铁合金。

普通碳钢是指满足该基本定义并含有其他合金元素的钢，但不含锰和硅。

普通碳钢可能包含残余铬，镍和其他的合金元素。

残余合金元素含量非常少，是本身残余而非有意添加的。

低碳钢低碳钢含碳小于0.30%，锰小于1.0%，如表格1所示。

这些钢是一些普通结构的钢，如ASTM A36。

低碳钢一般用于非承压元件，如基座。

因含碳量很低且缺乏合金元素，低碳钢的硬度非常低。

即使在相对较薄的切面上，淬火时，低碳钢也能形成数量可观的马氏体。

因为淬火对增加低碳钢的硬度作用很小，低碳钢一般是正火钢或退火钢。

碳素结构钢化学成分和力学性能根据GB 70O 一881 牌号和化学成分1.1 钢的牌号和化学成分(熔炼分析)应符合表1规定。

表1化学成分，%SiSP牌号.等级C Mn不大于脱氧方法Q1950.06～O.120.25～O.50O.300.0500.045F 、b 、Z A 0.050Q215B O.09～0.150.25～O.550.300.045O.045F 、b 、Z A O.14～O.22O.30～O.65l’0.050B O.12～0.200.30～O.701’O.045O.045F 、b 、Z C ≤0.】80.0400.040Z Q235D ≤0.170.35～O.800.300.0350.035TZ A 0.050Q255B O.】8～0.280.40～0.70O.300.0450.045F 、b 、Z Q2750.28～O.380.50～0.80O.350.050O.045b 、Z注：1)Q235A 、B 级沸腾钢锰含量上限为0.60％。

1.1.1 沸腾钢硅含量不大于0.07％；半镇静钢硅含量不大于0.17％；镇静钢硅含量下限值为0.12%1.1.2 D 级钢应含有足够的形成细晶粒结构的元素，例如钢中酸溶铝含量不小于0.015％或全铝含量不小于0.020％。

1.1.3 钢中残余元素铬、镍、铜含量应各不大于0.30％，氧气转炉钢的氮含量应不大于0.008％。

如供方能保证，均可不做分析。

经需方同意.A 级钢的铜含量。

可不大于0.35％。

此时.供方应做铜含量的分析.并在质量证明书中注明其含量。

1.1.4 钢中砷的残余含量应不大于0.080％。

用含砷矿冶炼生铁所冶炼的钢。

砷含量由供需双方协议规定。

如原料中没有含砷.对钢中的砷含量可以不做分析。

1.1.5在保证钢材力学性能符合本标准规定情况下，各牌号A 级钢的碳、碓锰含量和各牌号其他等级钢碳、锰含量下限可以不作为交货条件，但其含量(熔炼分析)应在质量证明书中注明。

12第二章 材 料一、教学目标及基本要求熟悉各种钢材的力学性能，并能根据金属结构设计对材料的要求做出正确的选择。

二、教学内容的重点及难点重点：了解机械装备金属结构使用钢材的力学特性及影响因素，材料的类别和特征以及相关国家和行业标准。

理解普通结构钢和低合金钢的特点及适用场合，环境温度、工作级别对材料的影响度，设计组合截面时配置材料的原则。

难点：掌握材料的选用原则、依据和规定材料的标准表示方法及考虑影响脆性破坏因素评价的钢材质量组别选择方法三、教学方式与手段课堂讲授，启发式教学。

四、教学内容的深化与拓宽推荐与相关现代结构设计方法相关的参考书。

第一节 钢材的力学特性及影响因素一、钢材的力学性能1． 静强度特性（1）比例极限p σ（2）屈服点s σ（3）抗拉强度b σ 疲劳强度特性疲劳破坏——钢材在连续变化载荷作用下，开始是其组织发生晶粒间的滑移使材料强度降低而丧失继续抵抗外载荷的能力，继而转变为个别晶粒的撕裂而出现裂纹，在连续变化载荷继续作用下，钢材的裂纹扩展加速直至断裂。

疲劳强度——钢材疲劳破坏之前所能承受的最大应力，即在钢材的标准试件上施加一定循环特性的等幅（交变r = -1或脉动r = 0）应力，由实验得到经过N 次循环后不发生疲劳破坏的最大应力。

σ -N 曲线——根据一定循环特性实验得到的不同疲劳强度σ与相应循环次数N 而绘制的相关曲线，称为材料的疲劳特性σ -N 曲线（图2-2）。

当循环次数N ≤103时，相应于σ -N 曲线的AB段，极限应力s σ基本不变，因此可按静强度计算。

当循环次数N=103∼104时，相应于σ -N 曲线的BC段，由于材料试件破坏时已伴随着塑性变形，此阶段的疲劳现象称为应变疲劳。

因该阶段循环次数较少又称为低周疲劳。

当循环次数N ≥104时，相应于σ -N 曲线的CD 段图2-1碳素结构钢材受拉的σ-ε曲线图2-2 钢材的疲劳特性σ -N 曲线13和D 点以下的曲线所代表的疲劳，统称为高周疲劳，并分为无有限寿命区和限寿命区。

钢材基础知识钢材基础知识船板基础知识⼀、⼀般强度船体结构⽤钢⼀般强度船体结构⽤钢分为A、B、C、D4个等级，这4个等级的钢材的屈服强度（不⼩于235N/mm^2）和抗拉强度（400～520N/mm^2）⼀样，只是不同温度下的冲击功不⼀样⽽已；⾼强度船体结构⽤钢按其最⼩屈服强度划分强度等级，每⼀强度等级⼜按其冲击韧性的不同分为A、D、E、F4级。

A32、D32、E32、F32的屈服强度不⼩于315N/mm^2，抗拉强度440～570N/mm^2，A、D、E、F分别表⽰其各⾃可分别在0°、-20°、-40°、-60°的情况下所能达到的冲击韧性；A36、D36、E36、F36的屈服强度不⼩于355N/mm^2，抗拉强度490～620N/mm^2，A、D、E、F分别表⽰其各⾃可分别在0°、-20°、-40°、-60°的情况下所能达到的冲击韧性；A40、D40、E40、F40的屈服强度不⼩于390N/mm^2，抗拉强度510～660N/mm^2，A、D、E、F分别表⽰其各⾃可分别在0°、-20°、-40°、-60°的情况下所能达到的冲击韧性。

还有，焊接结构⽤⾼强度淬⽕回⽕钢：A420、D420、E420、F420；A460、D460、E460、F460；A500、D500、E500、F500；A550、D550、E550、F550；A620、D620、E620、F620；A690、D690、E690、F690；锅炉与受压容器⽤钢：360A、360B；410A、410B；460A、460B；490A、490B；1Cr0.5Mo、2.25Cr1Mo机械结构⽤钢：⼀般可选⽤上述钢材；低温韧性钢：0.5NiA、0.5NiB、1.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni；奥⽒体不锈钢：00Cr18Ni10、00Cr18Ni10N、00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Ni13Mo2N、00Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni13Mo3N、0Cr18Ni11Nb；双相不锈钢：00Cr22Ni5Mo3N、00Cr25Ni6Mo3Cu、00Cr25Ni7Mo4N3。

ZG270—500钢化学成分与力学性能的统计分析一(}8I管理对企业生存与发展的重要性.如果企业内各部门之间信息不灵,就不能对变化的市场和迅速发展的新技术及时作出反应,就不能提高其管理水平,保证其产品质量,在激烈的市场竞争中获得效益和发展.铸造业是传统产业,铸造厂在用高新技术改造其传统工艺时,若同时采用现代管理理论建立先进的企业管理体系,必将给企业带来巨大效益.建立MIS,-正是铸造厂实施科学管理的基础,也是使企业进入国家正在花巨资建设的信息①高速公路和国际互联网络,充分利用国内外信息的基础.参考文献1姚宝报.现代管理技术是制造业的必由之路.国际电子报,1994年1月10日2经济参考根t1994年8月10日3殷树勋.管理信息系统的分析与设计.北京:清华大学出版社4成都晚报.1994年5月26日5编辑部.M1S开发工具产品集.中国计算机用户,1996(8)(编辑:朱文高)ZG270—500钢化学成分与力学性能的统计分析耋嚣妻210018210033导tl7南京炼油厂(南京)刘琏''A【提要】对ZG270—500钢生产数据的多元回归统计分析表明,按照数量冶金学进行调整,控制化学成分工艺参数和组织结构,可使ZG270—500钢的力学性能达到ZG310—570钢的标准.从而也表明,对钢种的有关标准有必要进一步的研讨和调整.关键词:佳坐厦坦兰丝蘸ZG270—500钢ZG310-570钢ZG270-5O0钢是常用的优质碳索结构铸锕,可进行退火,正火和调质等热处理,其金相组织为铁索体和珠光体,具有一定的强度和韧性,用于铸造车辆车钩,蒸气锤汽缸,汽轮机及轧钢机的机身等铸件.我国各生产厂和使用单位都已积累了丰富的经验,但从数量冶金学的角度出发,仍有必要对其有关规律进行分析研究,以便进一步提高材料质量,降低生产成本.为此,首先分析其化学成分与力学性能之间的关系一,ZG270—500钢的生产条件及数据收集ZG270—500钢的分析数据取自某铸钢厂,这一钢种是在变压器容量为2200KV A的3吨电弧炉中以氧化法熔炼,浇注成铸钢件.铸钢件可进行退火或正火热处理,本文收集的数据是正火状态下每炉次所测定的化学成分和力学性能,共统计152炉,其数据统计范围如表1所示.表1ZG270一goo钢数据统计范围CMnSisIP(MPa)(MPa)fx)031■¨49一u79u2一m65】一.D5l】04l4.5—61{}∞一3_Ji4二,数据的统计分析处理1.成分统计统计样本容量(N;152)的数据中与标准对照,其化学成分不符合标准的百分率列于表21996年5月11日收到初稿;1996午8月i0日收到修稿《铸造》1996.10铸嗣表2化学成分超标的统计衰化学成分IcMrlSilSlP炉敦I2Oll4l%l1.32OD.662.63O66炉数ro2超F限101.320I—l一由表2知,由于化学成分不符合标准的占样本容量为6.592.力学性能统计统计容量数据与标准对照,抗拉强度未符合标准的占2.63,屈服强度不符合标准的占7.24,延伸率不符合标准的占10.5.进一步统计表明,Oh~570MPa的占43.4,>3IOMPa的占23.0,8>15的占97.3.3.数据的统计分析数据处理时以化学成分为自变量,力学性能为因变量,按多元线型回归统计分析进行,所建立的多元线型回归模型如下:一337.7392+385.0552C+87.1749Mn+43.3185Si一39.783IS+682.8671P;d,一235.4429+114.3168C+23.3014Mn+88.9446Si一493.524S+516.0741P;占一33.865O一21.7239C一4.2741Mn+3.0912$i5O.1981S一60.2865P.三,统计模型的分析以化学成分中限对回归模型分析可得出各成分的变化率对力学性能的影响值.如表3所示,其中限值0.35C,0.35Si,0.725Mn0.03S和0.03P.按回归模型计算力学性能数值为,一570.16MPa,一324.15MPa,8—20.9.这些数值表明,力学性能巳达到ZG310—570的标准,且塑性指标优于ZG310—570钢的水平.衰3成分变化串对力学性能的影响化学成分o.1c01MnO1sL0.01S0.01OPdb(M)+3.8505+8.7174+4.3324—0.3977+68287os(MPa)+1.1432+2.329+8.8944—0.493251607a()一m2l2一O.船4+0.3091—0.502--06028当优选成分后,取化学成分为0.39C,0.8Mn,0.45Si…003%s和0.03P进行计算得到的力学性能为O"b=595MPa,一340MPa,a一20.将化学成分控制在0.35～0.4C,0.7～0.9Mn,0.35～O.45Si,s≤0.03和P≤O.03的范围内,其计算值的区间如表4所示.衰4成分控制范围内的力学性能(MPs)d.(MPa)a568～609324～32821～19.5由表4的力学性能值表明,在化学成分控制范围内ZG270—500钢的力学性能可以达到ZG310-570的性能水平,且塑性指标更高于标准.由样本容量中数据分析,3个力学性能的频率分布来看,绝大部分炉次的试样数据达到ZG270—500钢的标准水平,其中3项力学性能全部达到ZG310—570标准的占9.2,由此,按数量冶金学中提出的普遍规律——材料使用性能极限的学科体系循环规律来看在生产中控制成分,组织结构和工艺参数,使之最佳组合,是完全可以提高ZG270—500钢的力学性能水平.按表4所给出的成分范围,在生产条件下的实例如表5所示.裹5化学成分与力学性能的实倒化学戚分()力学性能炉号CMnsjSP,h(MPa)(Mpa)8()4—450.360.720390O220.023******** 4—160380.730.320.0210.03460831222 5—230390790350.02003597312165—24040O.70.350.017002159130623从表5看出,在成分范围内的力学性能虽有提高,但仍有波动,其含碳量增加,强度并不一定也增加,从而说明影响力学性能的因索是综合性的,除化学成分外还有工艺参数,组织结构,缺陷和夹杂物等因素.四,讨论从表3中比较各自变量的影响,对的影响次序是C,Si,Mn;对的影响次序是C,Mn,Si;对8的影响是Mn,C,Si.从含碳量对钢强韧性的影响来看是与冶金的理论和经验相符合,即含碳量增加.,增加,8有所下降,其影响程度还需从理论进一步研究.合金元素比例适当配合,调整到最佳化可改进材料的质量水平.Mn可固溶于铁素体和奥氏体,起到固溶强化作48用,也可进入渗碳体,降低临界转变温度,细化珠光体,提高淬透性,故采用成分上限可提高强度,而塑性降低不多.si也是固溶于铁素体和奥氏体的元素,同样可起到提高强度的作用,适当提高硅含量除可增加淬透性外,还可提高屈服强度,因而在ZG270—500罅钢中可控制Si,Mn含量在上限.S,P的含量从数家生产厂的资料来看一般都低于标准要求.力学性能是随机变量,具有波动范围,显微结构与缺陷等也是引起波动的原因. 这就涉及到晶粒度,金相组织(包括相比例及珠光体的片间距等),偏析及夹杂物.统计分析中的金相组织观察也有证明,如炉号2—69试样,0.31C,0.64Mn,0.35Si,[).02S,0.035P,金相组织为细密的铁索体+珠光体,氧化物与硫化物的分布较均匀.其O"b为654MPa,为310MPa,a为24}而炉号为3—45试样,0.32C,0.7OMn,0.35Si,0.038S,0.023P,金相组织为网状珠光体割开铁索体(热处理工艺原因),其为508MPa,8为22(%未测).这次统计分析中厂家没测定冲击韧性,故a值未得出统计分析结果,但塑性和韧性都是对变形和断裂的综合描述,韧性的变化虽不与塑性完全一致,但也有一定的关系,即韧性的大小决定于塑性变形量的多少,又受到加工硬化率的影响".ZG270—500钢的正火处理的性能是完全可以达到ZG310—570钢的性能标准的,若按成分上限控制也可达到35Mn钢的标准(=570MPa,一340MPa,8一l8%)另外,作者对其他钢种的统计分析与试验也表明,从"数量冶金学"着手进行质量控制,可以提高该钢种的质量水平,如40Cr钢的性能可达到40CrNiMo钢的性能水平等由此,也提出了一个问题,即目前钢种的国家标准和国际标准有必要进行进一步的研究和修改.从"数量冶金学"提出的材料使用性能极限的学科体系循环规律来看,研究化学成分,组织结构,工艺参数与使用条件等问题,可在不增加生产成本条件下提高材料的质量水平,从而有必要研究钢种的标准,进行归并与简化,以利于钢种的管理与应用.五,结束语(1)应用"数量冶金学"对ZG270～500铸钢生产数据统计分析,初步研究表明,可使ZG270—500钢的力学陛能提高.其力学性能可达到ZG310—570钢的性能水平.(2)若进一步按材料使用性能极限的学科体系循环规律工作,可使ZG270—500钢的性能进一步提高并向其极限逼近,从而表明,在材料质量控制方面,"数量冶金学"具有指导意义.参考文献1俞德刚,谈育.啊.锯的组蛆强度学.上悔:上海科学拄术出版}t.1983 (编辑:王惠愚)《铸造1996.10。

工程材料力学性能第一章退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为如下五个阶段：1、弹性变形；2、不均匀屈服塑性变形（屈服阶段）3、均匀塑性变形阶段；4、不均匀集中塑性变形；5、断裂。

弹性变形：是一种可逆变形，实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。

弹性变形物理本质：原子间距几何参数随外力的可逆变化。

弹性模量：弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。

物理意义：表征金属材料对弹性变形的抗力，其值大小反映了金属弹性变形的难易程度。

其值越大，表示在相同应力下产生的弹性变形就越小。

影响因素——主要取决于金属原子本性和晶格类型（原子间作用力）。

金属的弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理（显微组织）、冷塑性变形对E值影响不大。

弹性比功：又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力（即材料吸收变形功而不发生永久变形的能力，是一个韧度指标。

）。

物理意义：试样或实际机器零件的体积越大，则可吸收的弹性功越多，可储备的弹性能越多。

滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。

循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫做金属的内耗、消振性。

包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，弹性极限和屈服强度就会升高；如果反向加载，弹性极限和屈服强度都下降，这种现象叫做包申格效应。

包申格效应的消除：预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力之前使金属材料于回复或再结晶温度下退火。

塑性变形：外力移去后不能恢复的变形。

金属材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生。

滑移系越多，塑性越好，但滑移系的数量不是决定塑性的唯一因素。

如fcc金属滑移系比bcc 金属少，但因前者晶格阻力低，位错容易运动，故塑性却优于后者。

塑性变形具有一些特点：1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性：（a）材料表面优先（b）与切应力取向最佳的滑移系优先2．各晶粒变形的相互协调性：（a）晶粒间塑性变形的相互制约（b）晶粒间塑性变形的相互协调（c）晶粒内不同滑移系滑移的相互协调屈服现象与下述三个因素有关:①材料在变形前可动位错密度很小(或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错被杂质原子或第二相质点所订扎)；②随塑性变形发生，位错能快速增殖；③位错运动速率与外加应力有强烈依存关系。

金属材料的性能材料的性能使用性能工艺性能力学性能物理性能化学性能铸造性能锻压性能热处理性能焊接性能物理性能物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义,而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。

（一）密度（二）热学性能⒈熔点；⒉热容；⒊热膨胀；⒋热传导（三）电学性能⒈电阻率ρ；⒉电阻温度系数；⒊介电性（四）磁学性能⒈磁导率μ；⒉饱和磁化强度M s和磁矫顽力Ｈc介电性在外电场作用下，不导电的物体，即电介质，在紧靠带电体的一端会出现异号的过剩电荷，另一端则出现同号的过剩电荷，这种现象称为电介质的极化。

如果将某一均匀的电介质作为电容器的介质而置于其两极之间，则由于电介质的极化，将使电容器的电容量比真空为介质时的电容量增加若干倍。

物体的这一性质称为介电性，其使电容量增加的倍数即为该物体的介电常数，用以表示物体介电性的大小。

磁导率表征磁介质磁性的物理量。

常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率。

μ等于磁介质中磁感应强度B 与磁场强度H 之比，即μ=B/H通常使用的是磁介质的相对磁导率μr ，其定义为磁导率μ与真空磁导率μ0之比，即μr =μ/μ03.1 热性能当我们加热一根金属棒时，在金属棒上就会发生三种热效应：（1）金属棒吸热；（2）金属棒热膨胀；（3）金属棒传热。

我们可以用三个参数分别描述这三个过程：用热容Cp 描述吸热；用热膨胀系数α描述热膨胀；用导热系数k描述热的传导。

¾热容（heat capacity）¾热膨胀（thermal expansion）¾热传导（thermal conduction）61 热容——单位量的物质升高1K所需要的热量 定压热容C p晶体材料较高温度下：=3R=24.9 J⋅mol-1⋅K-1。

Cp极低温度下：C p∝T3定容热容C VChapter3 Properties of Materials7Chapter3 Properties of Materials 9膨胀系数α：温度变化1K 时材料尺度的相对变化量。