内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书

0内蒙古科技大学课程论文题 目：结构钢的韧性及影响因素学生姓名：学 号：专 业：金属材料工程班 级：指导教师： 教授内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）I结构钢的韧性及影响因素摘 要结构钢是用来制造各种工程结构和各种机器零件的钢种。用于制造工程结构的钢又称为工程用钢或构件用钢。这类钢主要承受各种静载荷，要求有较高的屈服强度，良好的塑形和韧性，以保证工程结构的可靠性。本文结合 Me 在结构钢种对韧性的影响，并提出进一步需要研究的基本问题。研究了不同含量的 Si，Mn， Ni，Co ，Cr 几种低合金结构钢的韧性分析，Si 的含量在不低于 0.4时以固溶态存在于铁素体中，能显著提高钢的弹性极限:Mn 可使钢的调质组织均匀，细化珠光体，提高了钢的韧性;含 Ni 钢的含碳量可适当降低，因而可使韧性和塑性有所改善；Co 是非碳化物形成元素，Co 在退火或正火状态的碳素钢中能提高综合力学性能，使其具有超强韧性。合金元素对材料韧性的影响是通过对组织的影响而起到作用的。改变组织晶粒度，细化晶粒，细化第二相粒子，使其弥散减小间距和控制碳化物的尺寸，数量，形状及分布。结构钢的韧性还取决于 C 在钢中的分布形式和碳化物形态等。钢的强度随碳含量的增加而增加，塑形和韧性随碳含量的增加而减小。关键词：结构钢；韧性；影响因素内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）IIThe toughness of the steel and its influence factorsAbstractStructural steel is used to making all kinds of engineering structures and steel grade of various kinds of machine parts. Used in the manufacture of engineering structure of the steel is also known as steel or steel components. This kind of steel under various static load, require a higher yield strength, good shape and toughness, to ensure the reliability of engineering structures.This article, combined with the structural steel grade Me influence on toughness, basic problems and further research are put forward. Studied the different content of Si, Mn, Ni, Co, Cr, several kinds of low alloy structural steel toughness analysis when the content of Si in no less than 0.4% in solid solution state exists in ferrite, can significantly increase the elastic limit of steel: Mn can make steel conditioning organization even, refine pearlite, improve the toughness of steel; Containing Ni the carbon content of steel can be appropriately reduced, thus can make the toughness and plasticity improved; Co is carbide forming elements, Co in the state of annealing or normalizing carbon steel can improve the comprehensive mechanical properties, make its have strong toughness. The influence of alloy elements on the material toughness is through the impact on the organization and play a role. Change organizational grain size, refine the grain, refine the second phase particles, reduce the dispersion spacing and control the size of the carbide, number, shape and distribution. The toughness of steel still depends on the C in the form of the distribution of steel and carbide morphology, etc. The strength of the steel increases with the increase of carbon content, shaping and toughness decreases with the increase of carbon content. 内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）IIIKey words: Structural Steel，tenacity，The influence factors of resilience内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）IV目 录摘 要 .IAbstract .II第一章 结构钢的性能要求 .11.1 主要结构钢材的 分类 .11.1.1 各种结构钢牌号 .11.1.2 各结构钢特点及主要用途（主要以碳素结构钢为例） .21.1.3 结构钢的工作环境及韧性要求分析 .3第二章 影响结构钢韧性的因素 .42.1 不同碳量和回火温度对结构钢断裂韧性的影响 .42.1.1 试样制备 .42.1.2 实验过程 .42.1.3 实验分析 .52.1.4 结论 .52.2 组织和成分因素对结构钢断裂韧性的影响 .52.2.1 试验方法 .52.2.2 实验结果 .62.2.3 分析与讨论 .72.2.4 结论 .72.3 显微组织对热处理低合金结构钢强度与韧性影响 .82.3.1 试验方法 .82.3.2 实验结果机分析 .82.3.3 结论 .92.4 结构钢氮碳共渗后韧性下降的原因 .102.4.1 试验方法 .102.4.2 试验结果与分析 .102.4.3 结论 .11第三章 结论 .12参考文献 .13内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）0第一章 结构钢的性能要求1.1 主要结构钢材的分类结构钢是用来制造各种工程结构和各种机器零件的钢种。用于制造工程结构的钢有称为工程用钢或构件用钢，包括碳素工程结构钢（原国家标准的甲类钢，乙类钢，特类钢）和高强度低合金钢，这类钢按用途分可分为通用钢和专用钢；按使用状态下的显微组织，可分为铁素体钢-珠光体钢，低碳贝氏体钢，低碳马氏体钢和双相钢。机器零件用钢是指用于制造各种机器零件所用的钢种，也称机器制造用钢。机器零件制造用结构钢通常包括碳素结构钢，合金结构钢。低合金高强度钢，弹簧钢和滚动轴承钢等。1.1.1 各种结构钢牌号（1）通用结构钢：采用代表屈服点的拼音字母 Q，屈服点数值(单位为 MPa),质量等级，脱氧方法等符号表示，按顺序组成牌号。例如：碳素结构钢牌号表示为Q235AF，Q235BZ。（2）专用结构钢。一般用代表钢屈服点的符号 Q 屈服点数值和代表产品用途的符号等表示，例如压力容器用钢表示为 Q354R。（3）沸腾钢和半镇静钢：在牌号尾部分别加符号 F 和 b。例如：平均含碳量为0.08的沸腾钢其牌号表示为 08F。（4）合金结构钢的牌号由三部分组成，即数字+元素+数字。前面的俩位数字表示平均含碳量的万分之几，合金元素以国际化元素符号表示。（5）非调质机械结构钢牌号的头部符号 YF，F 表示易切削非调质结构钢和热锻用非调质机械结构钢，牌号表示方法均与合金结构钢相同。（6）高碳铬轴承钢：在牌号头部加符号 G，但不标明含碳量，铬含量以千分之几，其他合金元素按合金结构钢的合金含量表示，例如，平均含铬量为 1.5的轴承钢，其牌号表示为 GC15。（7）焊接用钢包括焊接用碳素钢，焊接用合金钢和焊接用不锈钢等，其牌号表示方法是在各类焊接用钢牌号头部加符号 H。例如，H08，H08Mn2Si 等各结构钢化学成分（主要以碳素结构钢为例）规定化学成分是为了达到一定的性能要求。新标准中 5 个牌号用途不同,划分质量内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）1等级不同,对成分的要求也不同。Q235 的 A、B、C、D 级钢,含 C 量上限分别为0.22,0.20,0.18,0.17;含 Mn 上限分别为 0.65,0.70,0.80;P、S 含量分别不超过0.045、0.050,0、045、0“5,0.以 0、0.040,0.035、0.035(%)。这样的分档,分级,使钢材的生产管理、品质保证及应用选材都更为合理。1.1.2 各结构钢特点及主要用途（主要以碳素结构钢为例）（1）Q195。含碳，锰量低，强度不高，塑形好，韧性高，具有良好的工艺性能和焊接性能，广泛用于轻工，机械，运输车辆，建筑等一般结构件，自行车，农机配件，五金制品，输送水，煤气等用管，烟筒，屋面板，拉杆，支架及机械用一般结构零件。（2）Q215。含碳，锰量较低，强度较 Q195 稍高，塑形好，具有良好的韧性，焊接性能和工艺性能。用于厂房，桥梁等大型结构件，建筑桁架，铁塔，井架及车船制造结构件，轻工，农业等机械零件，五金工具，金属制品等。（3）Q235。含碳量适中，具有良好高的塑性，韧性，焊接性能，冷加工性以及一定的强度。大量生产钢板，型钢，钢筋，用以建造厂房房架，高压输电塔，桥梁，型钢，车辆等。其他 C,D 级钢含硫，鳞量低，相当于优质碳素结构钢，质量好，适于制造对可焊接性及韧性要求较高的工程结构机械零部件，如机座，支架，受力不大的拉杆，连杆，销，轴，螺钉，套圈等。（4）Q255。具有较好的强度，塑形和韧性，较好的焊接性能和冷热压力加工性能。用途不如 Q235 钢广泛，主要用作铆接与栓接结构件和要求强度不太高的零件，如螺栓，键，拉杆，轴，摇杆等。（5）Q275。碳及硅锰含量高一些，具有高的强度较好的塑形，较高的硬度和耐磨性，一定的焊接性能，和较好的切削加工性能，完全淬火后，硬度可达 HBS270400。用于制造心轴，齿轮销轴，链轮，螺栓，垫圈，刹车杆，鱼尾板，垫板，耙齿，播种机开沟器架，输送链条等。1.1.3 结构钢的工作环境及韧性要求分析一般来说 ，构件的工作特点是不做相对运动，长期承受静载荷作用，有一定的使用温度要求。如锅炉使用温度可达到 250以上，而有的构件在北方寒冷条件下工作长期经受低温作用，桥梁或船舶则与大气和海水接触，承受大气和海水的侵蚀，而力学性能要求：构件用钢弹性模量大，以保证构件有较好的刚度；有足够的抗塑形变形及抗破断的能力，缺口敏感性及冷脆倾向较小等。内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）2内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）3第二章 影响结构钢韧性的因素2.1 不同碳量和回火温度对结构钢断裂韧性的影响2.1.1 试样制备（1）试验材料选用 15CrMo、20CrMo、30CrMo 和 35CrMo 四种不同碳含量的低合金结构钢。小 50 的棒材经锻造、正火、机加工成拉伸试样和断裂韧性试样。（2）各钢种的试样都分别在六个不同的温度回火:200 、280、320、400、500和 620。各温度的回火保温时间均 1 小时,回火后空冷。2.1.2 实验过程对每个试验钢种的各回火态进行拉伸试验。拉伸试样的名义尺寸为直径 6mm,标长60mm。图 1 表示了四个试验钢种的屈服强度与回火温度的关系。对每个试验钢种的各回火态进行断裂韧性试验。低温回火态测定 Kl。,高温回火态测定J 积分。20CrMo 在 320;35CrMo 在 320同时测定 K1c 和 J 积分。K1c 试验按YBg47一 78规定的标准进行,试样名义尺寸为 20x40x190mm(跨距 160mm),试样裂纹面取向是 L 一 T。J 积分试验按利用 JR 阻力曲线确定金属材料延性断裂韧性 J 积分值的试验方法(审定稿)规定的标准进行,试样名义尺寸为 20x24x110mm(跨距 96mm),试样裂内蒙古科技大学课程设计说明书（毕业论文）4纹面取向是 L 一 T。断裂韧性测试结果示于图 2。2.1.3 实验分析从试验结果整理得到同碳含量的 Cr-Mo。结构钢在各相同强度下断裂韧性的优劣。屈服强度在 110130kg/mm 范围时,200回火的低碳 Cr 一 M。结构钢具有较高的断裂韧性;当屈服强度为 100、7okg/mm2“时,550以上回火的中碳 Cr-Mo。结构钢的断裂韧性有偏高的趋势。上述结果可作为断裂设计,选材和制定热处理工艺的参考依据。当屈服强度为 150、110kg/mm时,碳含量对结构钢的断裂韧性的影响较明显,表现为碳含量偏低的断裂韧性较高。当屈服强度为 10070kg/mm2 时,碳含量对结构钢的断裂韧性的影响不明显,然而,在此强度范围,碳含量偏高的结构钢,其断裂韧性有稍微偏高的趋势2.1.4 结论从强度