鋼鐵的物理特性、機(jī)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(dāng)鐵碳合金中的碳不能全部溶入鐵素體或奧氏體中時(shí)，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(dāng)碳的含量正好等于0.77%時(shí)，即相當(dāng)于合金中滲碳體（碳化鐵）約占12%，鐵素體約占88%時(shí)，該合金的相變是在恒溫下實(shí)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(shí)，如果消失兩者同時(shí)消失（加熱時(shí)），如果出現(xiàn)則兩者又同時(shí)出現(xiàn)，在這一點(diǎn)上這種組織與純金屬的相變類似。基于這個(gè)原因，人們就把這種由特定比例構(gòu)成的兩相組織當(dāng)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(huì)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(qiáng)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(jī)械性能的名詞  

    1.屈服點(diǎn)（σs）  

    鋼材或試樣在拉伸時(shí)，當(dāng)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(shí)的小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。 設(shè)Ps為屈服點(diǎn)s處的外力，F(xiàn)o為試樣斷面積，則屈服點(diǎn)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(qiáng)度（σ0.2） 

    有的金屬材料的屈服點(diǎn)極不明顯，在測(cè)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(shí)的應(yīng)力，稱為條件屈服強(qiáng)度或簡稱屈服強(qiáng)度σ0.2 。

    3.抗拉強(qiáng)度（σb） 

    材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時(shí)所達(dá)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(qiáng)度相應(yīng)的還有抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。設(shè)Pb為材料被拉斷前達(dá)到的大拉力，F(xiàn)o為試樣截面面積，則抗拉強(qiáng)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(qiáng)比（σs/σb）  

    鋼材的屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）與抗拉強(qiáng)度的比值，稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強(qiáng)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(biāo)。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)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）把一定大小（直徑一般為10mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)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(dāng)HB>450或者試樣過小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)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(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)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(dòng)態(tài)硬度試驗(yàn)法。硬度傳感器的沖擊體在與被測(cè)工件沖擊過程中，距工件表面1mm時(shí)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)，機(jī)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(yàn)方法 GB/T 17394-1998"。
        里氏硬度儀的特點(diǎn)：
A、肖氏（HSD）及里氏硬度均屬動(dòng)載測(cè)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(shì)必在實(shí)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(jì)．由于體積龐大，不便于在現(xiàn)場使用，特別是需測(cè)試大、重型工件時(shí)。由于硬度計(jì)工作臺(tái)無法容納，所以根本無法檢測(cè)。而里氏硬度儀無需工作臺(tái)，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(fù)雜的工件都能容易地檢測(cè)。
        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(duì)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(jī)內(nèi)微電腦進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
 *有關(guān)“硬度”的更詳細(xì)資料請(qǐng)點(diǎn)擊：《洛氏硬度（HRC）、布氏硬度（HB）等硬度對(duì)照區(qū)別和換算 》《里氏硬度計(jì)測(cè)試技術(shù)概述（時(shí)代TH140/TH160/HLN-11A便攜式硬度計(jì)） 》*
    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(shí)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(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能，減少殘余應(yīng)力；同時(shí)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(zhǔn)備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱預(yù)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(duì)于亞共析鋼正火可細(xì)化晶格，提高綜合力學(xué)性能，對(duì)要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟(jì)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(shí)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(qiáng)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(yù)期的力學(xué)性能。回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類。回火多與淬火、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(jìn)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(qiáng)度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機(jī)械性能。 

    ⑵時(shí)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(shí)，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì)量的處理，稱為時(shí)效。對(duì)在低溫或動(dòng)載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時(shí)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(shí)現(xiàn)了表面淬硬而心部不變的目的。適用于中碳鋼。  

    ⑵化學(xué)熱處理：是指將化學(xué)元素的原子，借助高溫時(shí)原子擴(kuò)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(xué)成分和結(jié)構(gòu)，從而達(dá)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(xué)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(qiáng)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(shí)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。