钢铁材料及其用途60页PPT

详细描述
钢铁材料在自然界中广泛存在，且生产工艺成熟，因此成本 相对较低。此外，钢铁材料在汽车制造中具有广泛的应用历 史和经验，使得其供应链相对稳定，可获取性较高。这为汽 车工业的发展提供了有利的条件。
02
钢铁材料在汽车制造中 的应用
车身结构
车身结构是汽车的主要组成部分，需要承受各种载荷和力， 因此需要高强度和刚度的材料。钢铁材料具有优良的强度、 塑性和耐久性，是制造车身结构的理想材料。
底盘和悬挂系统
底盘和悬挂系统是汽车的重要部件，需要承受各种复杂载荷和力。钢铁材料具有 高强度和刚度，可以有效地提高汽车的操控性和稳定性。
钢铁材料广泛应用于底盘和悬挂系统的制造，如车架、转向节、减震器等部件。 这些部件对于汽车的行驶性能和安全性至关重要，钢铁材料的应用可以提高这些 部件的可靠性和耐久性。
钢铁材料的强度和硬度主要来源于其内部的晶体结构和化学成分。通过合理的 合金化和其他工艺处理，钢铁材料能够展现出卓越的力学性能，满足汽车制造 过程中的各种需求。
延展性和韧性
总结词
钢铁材料具有良好的延展性和韧性， 能够在受到冲击时发生形变而不断裂 ，提高汽车的抗碰撞能力。
详细描述
延展性和韧性是钢铁材料的重要特性 ，有助于吸收和分散外力，降低汽车 碰撞时的损伤程度。这种特性对于保 护乘客安全具有重要意义。
汽车中钢铁的回收再利用
在汽车中，许多钢铁部件都可以回收再利用。例如，汽车车身和底盘等部件可以通过重熔和轧制等工艺 进行再利用。同时，一些报废的汽车部件也可以通过拆解和清洗等方式进行再利用。
04
新型汽车材料的发展趋 势
高强度轻质材料
总结词
高强度轻质材料是现代汽车制造中重 要的新型材料，它们具有高强度和轻 质的特点，能够显著提高汽车的安全 性和燃油经济性。

一、 概述
1、钢的分类
碳素钢
按化学成分分：
合金钢
低C wC 0.25% 中C wC = 0.25~0.6% 高C wC 0.6%
低合金 wMe 5% 中合金 wMe =5~10% 高合金 wMe 10%
碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力 差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。
合金钢 ：在C钢中加入某些合金元素而成
旧钢号
09MnNb 12Mn 16Mn
16MnRe 16MnNb 15MnTi 14MnVTiRe 15MnVN 14MnMoV 18MnMoNb
主 要 化 学 成 分，%
C
Mn Si，
0.16
0.80 ~1.50
0.55
0.18 1.00 ~0.20 ~1.60
0.55
0.20
1.00 ~1.60
235
215
195
185
பைடு நூலகம்375-460 26
24
22
21
－/20 0/-20
－/27
Q255 A/B 255 235 215 205 410-510 24 22 20 19 －/20 －/27
Q275 － 275 255 235 225 490-610 20 18 16 15 －
－
碳素结构钢 新、老标准钢号对照
1'～2：Ld
共晶白口铸铁 结晶过程
2～2'： LdLd’
( AP )
2'点以下： Ld’
+
（P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ）
+
+
Ⅱ
Ⅱ
室温组织:
Ⅲ

(滚珠轴承钢)
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二、合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度 和耐磨性,还具有更高的红硬性。
1、合金刃具钢
用途：主要用于制造各种
铣
金属切削刀具，如车刀、铣刀、
刀
钻头等。
英制模板刀
性能： （1）高硬度，60HRC以上； （2）高的耐磨性； （3）高热硬性 ； （4）足够的塑性和韧性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金 钢.它主要包括不锈钢,耐磨钢等.
1、不锈钢 能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢。
不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生 活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵， 医疗手术器械，防锈刃具和量具等。
碳钢
1、常存杂质对碳钢性能影响
•
（3）硫的影响
杂质S几乎不溶于铁素体，而与Fe形成FeS存在于钢中或与Fe形成 共晶体。FeS及其共晶体溶点均低于热形变加工温度（1150～1250℃）， 使钢在热形变加工中产生“热脆性”。Mn使硫形成MnS，其熔点高达 1620℃，从而消除S引起的热脆性。
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前两位数字表示平均含碳量的万倍，后面数字表示合金元素的 百倍。如60Si2Mn,40Cr等。Wc=0.60%
(2)合金工具钢的牌号 其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均 Wc>1% 时不标出；当Wc<1%前面数字表示含碳量的千倍。 如：9SiCr, Cr12,5CrMnMo等。Wc=0.9% 但高速钢不标含碳量，只写出合金元素符号及其含量。
合金调质钢、合金轴承钢
合金钢
合金工具钢
合金刃具钢：低刃合具金钢刃、具高钢速、钢高合金 合金模具钢 ：冷作模具钢、热作模具钢

加工工艺
了解钢材的可加工性和工艺要求， 合理选择加工方法和工具。
焊接与连接
根据钢材的焊接性能和使用条件， 选择合适的焊接方法和工艺。
防腐与防护
根据使用环境和条件，采取适当 的防腐和防护措施，延长钢材的
使用寿命。
05
CATALOGUE
钢材的发展趋势与未来展望
新材料对传统钢材的挑战
高强度材料
随着科技的进步，高强度材料如钛合金、铝合金等逐 渐取代部分传统钢材，在航空、汽车等领域得到广泛 应用。
不锈耐酸钢
总结词
耐腐蚀、高强度
详细描述
不锈耐酸钢对酸、碱、盐等化学介质 具有优良的耐腐蚀性能，同时保持较 高的强度和韧性。广泛应用于化工、 石油、制药等工业领域。
耐热不起皮钢
总结词
耐高温、抗氧化
详细描述
耐热不起皮钢在高温下具有良好 的抗氧化和抗蠕变性能，适用于 长期在高温环境下工作的机械和 设备，如炉膛、热力管道等。
钢材的性能指标
总结词
钢材的性能指标包括力学性能、物理性 能和化学性能等，这些指标对钢材的应 用范围和使用寿命有着重要影响。
VS
详细描述
力学性能是指钢材在受力作用下的表现， 如强度、塑性、韧性等；物理性能是指钢 材在温度、磁场等物理因素作用下的表现， 如导热性、导磁性等；化学性能是指钢材 在化学介质作用下的表现，如耐腐蚀性、 抗氧化性等。这些性能指标对于选择和使 用钢材具有重要的指导意义。
复合材料
碳纤维、玻璃纤维等复合材料的出现，使得部分钢材 制品被替代，具有更高的强度和轻量化优势。
钢材行业的环保要求与绿色发展
节能减排
随着环保意识的提高，钢材行业面临严格的节能减排 要求，企业需采取措施降低能耗和减少污染物排放。

械加工和制造。
零部件
03
钢铁材料还可以作为各种机械设备的零部件，如轴承、齿轮等
，用于传递力和运动。
汽车工业领域的应用
汽车车身
钢铁材料广泛应用于汽车车身制造，如轿车、卡车等。
汽车零部件
钢铁材料还可以用于制造汽车发动机、底盘、悬挂等关键零部件 。
汽车附件
钢铁材料也用于制造汽车附件，如车轮、刹车片等，提高汽车的 安全性和性能。
钢铁材料的物理性能是指 材料在物理因素作用下的 表现，包括密度、热膨胀 系数、热导率等。
密度
指钢铁材料的物质含量， 通常用质量与体积的比值 来衡量。
热膨胀系数
指钢铁材料在温度升高时 膨胀的程度，通常用长度 或体积随温度变化的比率 来衡量。
热导率
指钢铁材料在热量传递时 的导热能力，通常用温度 梯度与热流密度的比值来 衡量。
01
02
可锻性
指钢铁材料在热锻或温锻过程中易于 变形而不破裂的能力。
03
可焊性
指钢铁材料在焊接过程中易于形成优 质接头的能力。
切削加工性
指钢铁材料在切削加工过程中易于切 削和磨削的能力，通常与材料的硬度 和韧性有关。
05
04
可铸性
指钢铁材料在铸造过程中易于充型、 凝固和清理的能力。
04
钢铁材料的腐蚀与防护
02
03
04
电镀
在金属表面覆盖耐腐蚀的金属 或合金，隔离金属与环境接触
。
涂层保护
在金属表面涂覆有机或无机涂 层，如油漆、塑料等，以隔离
金属与环境。
缓蚀剂
添加到环境中，通过化学作用 减缓金属腐蚀的物质。
合金化
通过改变金属的化学成分，提 高其耐腐蚀性。

3、硫的影响
硫是在炼钢时由矿石和燃料带进的, 在一般钢中是 有害杂质, 必须严格控制。
有害原因：
它不溶于铁, 以FeS的形式存在。并且与 Fe 形成低 熔点(985℃)的共晶体, 分布在晶界上;
当钢材在1000~1200℃进行热加工时, 它会熔化, 使 钢材变脆, 称为热脆现象。
有利：硫与锰形成的MnS在高温时塑性好, 利于钢的
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
钢中的合金元素按与碳的结合力大小可分为两类： 1、非碳化物形成元素：
Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等 2、碳化物形成元素：
Zr、Cr、Ti、V、W、Mo、Mn、Nb 等 它们对钢的相变、组织和性能的影响，主要取决于 与钢中的铁和碳的相互作用的情况。
一、合金元素在钢中的主要作用
• 1、合金元素在钢中的存在形式： (1) 固溶体：合金元素溶入铁素体、奥氏体
和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在。 • 作用：固溶强化 • (2) 化合物：主要是和碳之间形成的碳化物。 • 如：(Fe、Mn)3C, VC, TiC, WC, MoC等。 • 作用：弥散强化
如: 生产高热硬性的高速钢。
另外, 回火后在冷却过程中有部分残余 A 再转变为 M, 使硬度升高。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用

• 高强度钢具有较高的拉伸强度和抗疲劳性能，广泛应用于汽车、航空 和航天等领域。
• 工具钢是用于制作工具的高硬度和耐磨材料，适用于模具、刀具和钢 铁加工设备。
十大经典案例分析
1. 案例1 - 钢结构桥梁在地震中的作用及安全性分析 2. 案例2 - 硝酸铁生产过程中的材料选择和工艺优化 3. 案例3 - 煤气发电机组中涡轮叶片材料的选型和性能要求 4. 案例4 - 高速列车轮辐断裂分析及材料改进 5. 案例5 - 钢铁建筑结构的抗震设计与安全评估 6. 案例6 - 船舶耐腐蚀涂层的材料选择和性能测试 7. 案例7 - 高温炉窑耐火材料的选用和耐用性评估 8. 案例8 - 飞机发动机涡轮叶片材料的疲劳和高温性能研究 9. 案例9 - 建筑用钢材在火灾中的熔化和变形特性分析 10. 案例10 - 钢铁冶金中的材料能源和环境问题研究
《钢铁材料学》PPT课件
材料学概述
材料学是研究材料的性质、组成、制备和应用的科学，具有重要的学科地位。 钢铁作为重要的材料在各行各业中得到广泛应用，其特点包括高强度、可塑 性和耐腐蚀性。
钢铁生产过程
1
高炉炼铁
通过高炉将铁矿石还原为生铁，是生产钢铁的最重要步骤之一。
2
转炉炼钢
利用转炉进行氧化还原反应，调整生铁的成分，生产出符合要求的钢。
3
连铸技术
通过连铸技术将炼钢后的钢水快速凝固成坯料，为后续加工提供基础。
钢铁材料的性能与应用
1 强度和韧性
钢铁具有很高的强度和韧性，使其成为重要的结构材料，广泛应用于建筑和桥梁工程。
2 耐蚀性
钢铁材料具有良好的耐蚀性，在恶劣环境下长期使用，不易受到腐蚀和氧化的影响。
3 焊接性能
钢铁材料易于焊接，能够方便地进行加工和组装，适用于各种工业制造和修复领域。

2.金属、金属键
金属键的概念
金属（阳）离子间依靠自由电子而产生的强 的相互作用。 注意： 其中自由电子并不属于某个固定的金属阳 离子，而可以在整个金属中自由移动。 尽管金属键的概念中提到了离子、电子； 但是我们仍然说构成金属的微粒是原子。
2.金属、金属键
1.在金属中，自由移动的电子所属的微粒 （ ） A．与电子最近的金属阳离子 B．整块金属的所有金属阳离子 C．在电子附近的金属阳离子 D．与电子有吸引力的金属阳离子 2.组成金属晶体的微粒 （ A．金属原子 B．金属阳离子和电子 C．金属原子和电子 D．阳离子和阴离子 2.金属、金属键 ）
8.1应用广泛的金属材料
第1课时金属和金属键
打制石器
磨制石器
1.石器、青铜器、铁器
自然铜
1.石器、青铜器、铁器
赤铁矿石
1.石器、青铜器、铁器
红铜（纯铜） 青铜（铜锡合金）
熔点高 熔点低
硬度低 硬度高

纯铁 熔点高 硬度很低 生铁（含碳量2.1%~4.3%） 熔点较低 硬度较高 脆 钢（含碳量0.03%~2.11%） 熔点较低 硬度高 韧性好
2.金属、金属键
物质的性质决定了物质的用途，下面列出 了金属的几种性质：①导热性、②导电性、③ 还原性、④延展性、⑤具有金属光泽。请在下 面金属用途后的横线上填上金属性质对应的序 号。（每题只填最恰当的一项） （1）用铝定制成包装用的铝箔 ； （2）用铝制成的高压铝锅 ； （3）用铁粉回收照相业废液中的银 ； （4）电信业中大量使用的铜丝、金属电缆_____.
2.金属、金属键
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

含有铬等合金元素，具有良好的耐腐蚀性。
合金钢
添加了其他元素，具有特定的性能。
特殊钢
根据不同需求，设计和制造的特殊用途钢材。
钢的制造工艺
1
炼铁
从铁矿石中提取铁的过程。
2
活化炼钢
通过氧化与还原反应调控钢中元素含量。
3
连铸
将液态钢浇铸成坯料。
4
热轧
将钢坯加热至高温并通过轧制来改变形状。
5
冷加工
通过冷轧等工艺处理钢材。
钢的基础知识
钢由铁和其他元素组成，具有高强度、良好的韧性和可塑性。钢可以通过炼铁、炼钢和轧制等工艺制造。
钢的性能参数
强度
钢的抗拉强度指钢材在受力下发生塑性变形 和断裂前，所能吸收的能量。
抗腐蚀性
钢材对腐蚀介质的抵抗能力。
钢的分类
碳钢
主要由碳和铁组成，应用广泛。
不锈钢
2 新材料
钢铁材料的改良和新材料的应用将提升钢铁的性能和功能。
3 环保措施
钢铁工业将采取更多环保措施，减少对环境的影响。
结论
钢铁材料在现代工业中起着重要的作用，其前景将会随着科技的发展而不断 拓展。
参考文献
1. 《钢铁材料导论》 - 张成兴 2. 《钢铁材料科学与工程》 - 马晨 3. 《钢铁材料学》 - 王大钢
2
工业革命
随着工业革命的到来，钢铁成为主要建筑和制造材料。
3
现代发展
钢铁工业经过不断发展，成为现代工业的基础。
钢铁材料的种类
• 碳钢：含有较高碳含量，适用于机械制造。 • 合金钢：添加了其他元素，具有更高的强度和耐磨性。 • 不锈钢：含有铬等合金元素，具有良好的耐腐蚀性。 • 特殊钢：具有特殊用途和特殊性能的钢材。

广泛应用于石油化工、航空航天、海 洋工程等领域，用于制造关键设备和 部件，保障生产和运行的安全性和稳 定性。
如何选购合适的钢材
根据用途选择钢材
根据所需钢材的用途，如建筑、机械、汽车等，选择具有相应性 能的钢材。
考虑钢材的强度和韧性
在选购钢材时，应考虑其抗拉强度、屈服点和韧性等性能指标，以 确保其满足使用要求。
不锈钢
具有较好的耐腐蚀性能， 用于制造需要长期保持清 洁和耐腐蚀的设备和零件， 如医疗器械、厨具等。
03
各类钢材的特点与用途
碳素钢的特点与用途
特点
具有良好的塑性、韧性、焊接性 和耐腐蚀性，强度和硬度适中， 价格相对较低。
用途
广泛用于建筑、桥梁、车辆、船 舶、压力容器等结构和设备制造 。
合金钢的特点与用途
特点
具有高强度、高韧性、良好的耐腐蚀性和耐热性，部分合金钢还具有优良的耐 磨性和低磁性。
用途
广泛用于制造高强度结构件、耐磨件、耐腐蚀件、高温和低温环境下的设备和 部件等。
建筑用钢的特点与用途
特点
具有良好的塑性、韧性、可焊性和耐腐蚀性，能够满足建筑结构的安全性和稳定 性要求。
用途
主要用于建造房屋、桥梁、道路、隧道等建筑物和构筑物，以及建筑设备的制造 。
根据屈服强度可分为Q195、Q215、 Q235等。
优质非合金钢
高级优质非合金钢
根据屈服强度可分为Q420、Q460等。
根据屈服强度可分为Q345、Q390等。
按用途分类
01
02
03
结构钢
用于制造各种建筑结构和 机械零件，如桥梁、船舶、 车辆等。
工具钢
用于制造各种工具和量具， 如刀具、模具、夹具等。

项目
金属材料及应用
1
金属材料及应用
钢铁材料在人们的日常生活和生产活动中具有非常广泛的应用，从厨房的 锅碗瓢盆，到出行所乘的汽车、高铁，再到各种机械加工设备，都离不开钢 铁材料。
（a）餐具
（b）剪刀
（c）钢桥
（d）推土机
2
1.1 金属材料的晶体结构
固态物质按原子排列的特点可分为晶体与非晶体两类。凡原子按一定规 律排列的固态物质，称为晶体；原子在空间无规则排列的固态物质，称为非 晶体。
用于制造形状简单、尺寸小、 切削速度低、工作温度不高的 工具，如模具冲头、剪刀等
用于制造需要受力大并承受 冲击载荷的零部件，如轧钢机 底座、水压机底座、火车车轮 及车钩等
表4-5 常用碳素钢的牌号、性能及应用范围
11
1.2.3 工业用钢
为改善碳钢的机械性能，通常在炼钢时加入某些微量元素，如Mn，Si， Cr，Ni，Mo，W，V等，由此获得的钢材称为合金钢。
9Cr2
W6Mo5Cr4V2 W12Cr4v5Co5
60Si2Mn GCr15 06Cr18Ni9Cu3
性能特点
应用范围
具有高硬度、高耐磨性、高红硬性（红 适用 于 制 造各 类 低 速切 削
硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力） 的薄刃刀具，如板牙、丝锥、
及一定的韧性和塑性
铰刀等
分为冷作模具、热作模具和塑料模具三 适用 于 制 造各 种 锻 造、 冲
晶格类型 体心立方晶格
晶格类型 面心立方晶格
晶胞（质点模型、钢球模型） 晶胞（质点模型、钢球模型）
结构特点
常见金属
立方体的八个顶角上 α-Fe ， δ-Fe ， 各排列着一个原子，立 Cr ， V ， Mo ， W ， 方体的中心有一个原子 Nb