鋼鐵的物理特性、機械性能、處理工藝等技術(shù)名詞解釋

一、鐵鋼的分類

1.共析鋼

    碳溶解在鐵的晶格中形成固溶體，碳溶解到α——鐵中的固溶體叫鐵素體，溶解到γ——鐵中的固溶體叫奧氏體。鐵素體與奧氏體都具有良好的塑性。當鐵碳合金中的碳不能全部溶入鐵素體或奧氏體中時，剩余出來的碳將與鐵形成化合物——碳化鐵（Fe3C）這種化合物的晶體組織叫滲碳體，它的硬度極高，塑性幾乎為零。  

    從反映鋼的組織結(jié)構(gòu)與鋼的含碳量和鋼的溫度之間關(guān)系的鐵碳平衡狀態(tài)圖上可見，當碳的含量正好等于0.77%時，即相當于合金中滲碳體（碳化鐵）約占12%，鐵素體約占88%時，該合金的相變是在恒溫下實現(xiàn)的。即在這種特定比例下的滲碳體和鐵素體，在發(fā)生相變時，如果消失兩者同時消失（加熱時），如果出現(xiàn)則兩者又同時出現(xiàn)，在這一點上這種組織與純金屬的相變類似?；谶@個原因，人們就把這種由特定比例構(gòu)成的兩相組織當作一種組織來看待，并且命名為珠光體，這種鋼就叫做共析鋼。即含碳量正好是0.77%的鋼就叫做共析鋼，它的組織是珠光體。

    2.亞共析鋼  

    常用的結(jié)構(gòu)鋼含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于0.77%，所以組織中的滲碳體量也少于12%，于是鐵素體除去一部分要與滲碳體形成珠光體外，還會有多余的出現(xiàn)，所以這種鋼的組織是鐵素體+珠光體。碳含量越少，鋼組織中珠光體比例也越小，鋼的強度也越低，但塑性越好，這類鋼統(tǒng)稱為亞共析鋼。

    3.過共析鋼 

    工具用鋼的含碳量往往超過0.77%，這種鋼組織中滲碳體的比例超過12%，所以除與鐵素體形成珠光體外，還有多余的滲碳體，于是這類鋼的組織是珠光體+滲碳體。這類鋼統(tǒng)稱為過共析鋼。

    二、有關(guān)鋼材機械性能的名詞  

    1.屈服點（σs）  

    鋼材或試樣在拉伸時，當應(yīng)力超過彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的小應(yīng)力值即為屈服點。 設(shè)Ps為屈服點s處的外力，F(xiàn)o為試樣斷面積，則屈服點σs =Ps/Fo(MPa)，MPa稱為兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2） 

    2.屈服強度（σ0.2） 

    有的金屬材料的屈服點極不明顯，在測量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規(guī)定產(chǎn)生殘余塑性變形等于一定值（一般為原長度的0.2%）時的應(yīng)力，稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度σ0.2 。

    3.抗拉強度（σb） 

    材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時所達到的大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應(yīng)的還有抗壓強度、抗彎強度等。設(shè)Pb為材料被拉斷前達到的大拉力，F(xiàn)o為試樣截面面積，則抗拉強度σb= Pb/Fo （MPa）。

    4.伸長率（δs） 

    材料在拉斷后，其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率。  

    5.屈強比（σs/σb）  

    鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱為屈強比。屈強比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86。 

    6.硬度 

    硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。 

    ⑴布氏硬度（HB） 以一定的載荷（一般3000kg）把一定大?。ㄖ睆揭话銥?0mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB），單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。 

    ⑵洛氏硬度（HR） 當HB>450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：  

    HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料（如硬質(zhì)合金等）。 

    HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。
  
    HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。 

    ⑶維氏硬度（HV） 以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV）

    [4]里氏硬度(HL)      里氏硬度的概念是由瑞士Dr.Dietmar Leeb博士提出來的，它是一種動態(tài)硬度試驗法。硬度傳感器的沖擊體在與被測工件沖擊過程中，距工件表面1mm時的反彈速度與沖擊速度的比值乘以1000，定義為里氏硬度值，以HL表示里氏硬度計算公式如下：HL=Vb/Va×1000（ Vb:表示反彈速度 Va:表示沖擊速度）。參照國際標準，機械工業(yè)部已頒布了"里氏硬度儀技術(shù)條件ZBN7l 010-90"，質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局已頒布"金屬里氏硬度試驗方法 GB/T 17394-1998"。
        里氏硬度儀的特點：
A、肖氏（HSD）及里氏硬度均屬動載測試法，但肖氏考察的是沖擊體反彈的垂直高度，因此決定了肖氏硬度儀要垂直向下使用，這勢必在實際使用中造成很大的局限性；而里氏就不同了，里氏考察的是沖擊體反彈與沖擊的速度，通過速度修正，可在任意方向上使用，極大地方便了使用者。
B、通常使用的布、洛、維氏硬度計．由于體積龐大，不便于在現(xiàn)場使用，特別是需測試大、重型工件時。由于硬度計工作臺無法容納，所以根本無法檢測。而里氏硬度儀無需工作臺，其硬度傳感器小如一只筆，可用手直接操作，無論是大、重型工件還是幾何尺寸復雜的工件都能容易地檢測。
        里氏硬度與其它硬度的轉(zhuǎn)換：
里氏硬度值與其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之間有對應(yīng)關(guān)系．因此可將里氏值(HL)轉(zhuǎn)換成其它硬度值．里氏硬度儀可通過機內(nèi)微電腦進行自動轉(zhuǎn)換。
 *有關(guān)“硬度”的更詳細資料請點擊：《洛氏硬度（HRC）、布氏硬度（HB）等硬度對照區(qū)別和換算 》《里氏硬度計測試技術(shù)概述（時代TH140/TH160/HLN-11A便攜式硬度計） 》*
    三、有關(guān)鋼的熱處理的名詞  

    1.鋼的退火 將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間，然后使它慢慢冷卻，稱為退火。鋼的退火是將鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度，經(jīng)過保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的，是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細化晶粒，提高鋼的力學性能，減少殘余應(yīng)力；同時可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。所以退火既為了消除和改善前道工序**的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力，又為后續(xù)工序作好準備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱預先熱處理。  

    2.鋼的正火 正火是將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。它能消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，對于亞共析鋼正火可細化晶格，提高綜合力學性能，對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟的。 

    3.鋼的淬火 淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后很快放入淬火劑中，使其溫度驟然降低，以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻，而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能增加鋼的強度和硬度，但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有：水、油、堿水和鹽類溶液等。 

    4.鋼的回火 將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱為回火。其目的是消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性，以取得預期的力學性能。回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類?；鼗鸲嗯c淬火、正火配合使用。 

    ⑴調(diào)質(zhì)處理：淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能，材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，其強度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機械性能。 

    ⑵時效處理：為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250℃）精加工前，把工件重新加熱到100-150℃，保持5-20小時，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì)量的處理，稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構(gòu)件進行時效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要。 

    5.鋼的表面熱處理  

    ⑴表面淬火：是將鋼件的表面通過快速加熱到臨界溫度以上，但熱量還未來得及傳到心部之前迅速冷卻，這樣就可以把表面層被淬在馬氏體組織，而心部沒有發(fā)生相變，這就實現(xiàn)了表面淬硬而心部不變的目的。適用于中碳鋼。  

    ⑵化學熱處理：是指將化學元素的原子，借助高溫時原子擴散的能力，把它滲入到工件的表面層去，來改變工件表面層的化學成分和結(jié)構(gòu)，從而達到使鋼的表面層具有特定要求的組織和性能的一種熱處理工藝。按照滲入元素的種類不同，化學熱處理可分為滲碳、滲氮、氰化和滲金屬法等四種。 

    滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。 

    滲氮：又稱氮化，是指向鋼的表面層滲入氮原子的過程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強度、抗腐蝕性等。目前生產(chǎn)中多采用氣體滲氮法。  

    氰化：又稱碳氮共滲，是指在鋼中同時滲入碳原子與氮原子的過程。它使鋼表面具有滲碳與滲氮的特性。 
    滲金屬：是指以金屬原子滲入鋼的表面層的過程。它是使鋼的表面層合金化，以使工件表面具有某些合金鋼、特殊鋼的特性，如耐熱、耐磨、抗氧化、耐腐蝕等。生產(chǎn)中常用的有滲鋁、滲鉻、滲硼、滲硅等。