钢铁材料的使用知识及现场鉴别方法

钢铁材料是钢和铸铁的总称,它们都是以铁和碳为主要成分的铁碳合金。工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。生产上应用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁等。

1.常用钢铁材料的种类及牌号

钢铁材料具有优良的加工性能和使用性能,其来源丰富,是机械工程中应用最广的材料,常用来制造机械设备、工具、模具,并广泛应用于工程结构中。

1)碳素钢:含碳量小于2.11%且含有硅、锰等有益元素和硫、磷等有害杂质的铁碳合金称为碳素钢,简称碳钢。碳钢的价格低廉,工艺性能良好,在机械制造中被广泛应用。碳素钢的分类见表1-1。

表1-1 碳素钢的分类

常用碳素钢的牌号及应用见表1-2。

表1-2 常用碳素钢的牌号及应用

2)合金钢:为了改善和提高钢的性能,在碳钢的基础上加入一些合金元素的钢称为合金钢。常用的合金元素有硅、锰、镍、铬、铜、钒、钛、稀土等。合金钢还具有耐低温、耐腐蚀、高磁性、高耐磨性等良好的特殊性能,在工具、力学性能和工艺性能要求高且形状复杂的大型截面零件和有特殊性能要求的零件方面,得到了广泛的应用。工业上常按用途把合金钢分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢,常用合金钢的牌号种类及用途见表1-3。

表1-3 常用合金钢的牌号、种类和用途

3)铸铁:含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。由于铸铁含有的碳和杂质较多,其力学性能比钢差,不能锻造。但铸铁具有优良的铸造性、减振性、耐磨性等特点,加之价格低廉,生产设备和加工工艺简单,是机械制造中应用最多的金属材料。资料表明,铸铁件占机器总量的45%以上。常用铸铁的牌号、用途见表1-4。

表1-4 铸铁的牌号、应用及说明

在金工实训中,主要用的是钢铁材料。

2.钢铁材料的管理和鉴别

(1)常用钢材的种类与规格见表1-5。

表1-5 常用钢材的种类与规格

(2)钢铁材料现场鉴别方法。在生产中,为了区分钢铁材料的类别、质量等级等,通常采用一些方法对材料进行现场鉴别。

1)色标鉴别。为鉴别金属材料的型号、规格等,通常在材料上做有一定的标记。常用的标记方法有涂色、打印、挂牌等。金属材料的涂色标记是以表示钢种、钢号的颜色涂在材料的一端的端面或外侧。成捆交货的钢应涂在同一端的端面上,盘条则涂在卷的外侧。具体的涂色方法在有关标准中做了详细的规定,生产中可以根据材料的色标对钢铁材料进行鉴别。

2)断口鉴别。金属材料或零部件因受某些物理、化学或机械因素的影响而导致破断形成的自然表面称为断口。生产线上常根据断口的自然形态来判定材料的韧脆性,亦可据此判定相同热处理状态的材料含碳量的高低。若断口呈纤维状、无金属光泽、颜色发暗、无结晶颗粒且断口边缘有明显的塑性变形特征,则表明钢材具有良好的塑性和韧性,含碳量较低;若材料断口齐平呈银灰色、具有明显的金属光泽和结晶颗粒,则表明材料金属脆性断裂;而过共析钢或合金钢经淬火及低温回火后,断口常呈亮灰色,具有绸缎光泽,类似于细瓷断口的特征。

3)火花鉴别。火花鉴别是将钢或铸铁材料轻轻压在旋转的砂轮上打磨,根据手感和观察迸射出的火花颜色和形状,来判断钢铁材料成分范围的方法。

碳素钢的含碳量越高,则材料硬度越高,火花鉴别时手感硬,流线多,火花多且火花束短,亮度高。

铸铁在火花鉴别时手感较软,火花束较粗,火花较多,流线多且尾部较粗,下垂呈弧形,颜色多为橙红带橘红。

除上述现场鉴别材料的方法外,有时还采用较简单的敲击辨音来区别钢材和铸铁材料。钢材被敲击时声音较清脆,而铸铁的减振性较好,被敲击时声音较低沉。但对不同牌号的同类材料,采用此法难以准确鉴别。若要准确地鉴别金属材料,在以上几种生产现场鉴别的基础上,一般还可采用化学分析、金相检验、硬度实验等分析手段对材料做进一步的鉴别。