第五章 碳钢(非合金钢)

《金属材料与热处理》教材习题答案

第五章 合金钢

1. 什么是合金钢?

答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。

2. 合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?

答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。

3. 合金钢是如何分类的?

答：合金钢最常用下面两种分类方法。一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量＜5％）、中合金钢（合金元素总含量5％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。

4. 合金钢的牌号编制有何特点？

答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。另外，特殊性能钢的表示方法和合金工具钢基本相同。

非合金钢，碳钢，合金钢，铸铁，焊接工艺解析

Fe-Fe3C相图

第一章：非合金钢（碳钢） 铁碳合金：是以铁和碳为基本组元组成的合金，是钢和铸铁的统称 一、非合金钢:含碳量小于2.11%，并含有少量的锰、硅、磷、硫、等杂志元素的铁碳合金。 碳钢的分类： 1、 按含碳量分类： 2、 1）、低碳钢（Wc<0.25%） 2）、中碳钢（Wc =0.25~0.60%） 3）、高碳钢（Wc >0.60%） 2、按质量分类 1）普通质量碳钢（Ws≥0.045%、Wp≥0.045%） 2）优质碳钢 3）特殊质量碳钢（Ws≤0.020%、Wp≤0.020%） 3、按用途分类 1）碳素结构钢 2）优质碳素结构钢 3）碳素工具钢 4）碳素碳钢 按脱氧方式不同：  沸腾钢 （F）脱氧不完全的钢  镇静钢 （Z）完全脱氧的钢  半镇静钢 （b）  特殊镇静钢（TZ）

通常Z和TZ可省略，如：Q235-A·F表示≥235MPa，质量等级为A级。 脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。

3普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能(摘自GB/T700-1988) 牌号 质量等级 C（0.06~0.38%） 脱氧方法 性能特点 用途举例

Q195 0.06~0.12 F，b,Z 塑性好，有一定的强度 应用载荷较小的钢丝，垫圈，开口销，拉杆，地脚螺栓，冲压件，焊接件等

Q215 A 0.09~0.15 F，b,Z 塑性好，焊接性好 用于钢丝，垫圈，拉杆，短轴，金属结构件，渗碳件，焊接件等 B

Q235 A 0.14~0.22 F,b,Z 有一定强度，塑性，韧性，焊接性好，易于冲压，可满足钢结构的要求，应用广泛 应用广泛，用于制作薄板，中板，钢筋，各种型材，一般工程构件，受力不大的机器零件，C/D级用于较重要的焊接件 B 0.12~0.20 C ≤0.18 Z D ≤0.17 TZ

Q255 A 0.18~0.28 Z 强度不高，塑性焊接性好尚好，应用不如Q235广泛 可用于制作承受中等载荷的普通机械零件，如链轮，拉杆，心轴，螺栓等 B

非合金钢（碳钢）

铁碳合金系列知识 目录

第一节 铁碳合金的基本组织

第二节 Fe-Fe3C 相图

第三节 非合金钢（碳钢）第三节 非合金钢（碳钢）

[钢]：是指以铁为主要元素，碳的质量分数Wc<2.11%并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。根据国家标准GB/T13304-1991规定，钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类。

[非合金钢]：是指钢中各元素含量低于规定值的铁碳合金。（碳钢）不仅价格低廉，容易加工，而且能满足一般工程结构和机械零件的使用性能要求，是最广泛应用的材料。

一、杂质元素对钢性能的影响

钢中常存杂质元素是钢冶炼时进入的，它们对钢的性能有一定的影响。

1、锰的影响

锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（锰铁）中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般约为0.25%~0.80%。锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性，与硫化合成MnS，可以减轻硫的有害作用。锰还能溶于铁素体形成置换固溶体，产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。锰在钢中是一种有益元素。

2、硅的影响

硅是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（硅铁）中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般约为0.10%~0.40%，硅的脱氧能力比锰强，与钢液中的FeO生成炉渣，清除FeO对钢质量的不良影响，也能溶于铁素体中产生固溶强化，提高钢的强度和硬度，硅在钢中也是一种有益元素。

3、硫的影响

硫是在炼铁时由矿石和燃料带进的，它不溶于铁，而是以化合物FeS的形式存在。FeS与Fe形成低熔点共晶体（熔点为985℃），分布在奥氏体的晶界上。当钢在1000~1250℃进行热加工时，由于晶界处共晶体熔化，将导致钢变脆而开裂，这种现象称为热脆。因此，硫在钢中是一种有害元素，必须严格控制。

4、磷的影响

磷是炼铁时由矿石带进的，在常温下能溶入铁素体，使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。尤其在低温下会使钢的塑性、韧性急剧下降，脆性转化温度升高。这种现象称为冷脆。在一般钢中，磷是有害元素，应严格控制。

1 粤教九下《第6章 金属》单元测试

第一节 金属与金属矿物

知识归纳

1．熔点最高的金属是 ，熔点最低的金属是 ，硬度最大的金属是 ，地壳中含量最多的金属是 ，人类冶炼最多的金属是 ，导热、导电性最好的金属是 ，人体内最多的金属元素是 。

2．根据金属铝的下列用途，说说它们各利用铝的什么性质：用铝制成各种炊具，是利用它的 ；铝箔用于食品包装，是利用它的 ；铝可以制成电线，是利用它的

。

3．日常生活中，家用热水瓶内胆壁的银色金属是 ，温度计中填充的金属是 ，灯泡里做灯丝的金属是 。

4．铁能被轧成薄片是利用了铁的 ( )

A．导电性 B．延展性 C．导热性 D．磁性

5．家用铁制的锅铲尾部加一木柄，这说明铁具有的性质是 ( )

①导电性 ②熔点低 ③延展性 ④导热性 ⑤不易导电 ⑥有光泽

A．①②⑤ B．③④⑥ C．②④⑤ D．②⑤⑥

方法研习

1．世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一，铝的下列应用必须加以控制的是 ( )

A．用铝合金制门窗 B．用铝合金做飞机材料

C．用铝制装碳酸饮料的易拉罐 D．用金属铝制导线

2．下列化学方程式，正确的是 ( )

A．2Fe＋6HCl＝2FeCl3＋3H2 B．Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑

C．2Fe＋6HCl＝2FeO D．2Fe＋3CuSO4＝3Cu＋Fe2(SO4)3

3．下列四种物质中有一种在适当条件下能与其他三种反应，这种物质是 ( )

A．氧气 B．铁 C．硫酸 D．硫酸铜