第六章 常用工程材料工业中应用最广泛的金属材料是钢铁。本章主要介绍常用金属材料的分类、牌号、化学成分、力学性能和应用范围。第一节 非合金钢新的钢分类中已经用“非合金钢”一词取代“碳素钢”，但由于许多技术标准是在新的《钢分类》标准实施之前制订的，所以，为便于衔接和过渡，非合金钢的介绍仍按原常规分类进行。非合金钢价格低廉、工艺性能好、力学性能能满足一般工程和机械制造的使用要求，是工业生产中用量最大的工程材料。一、非合金钢中的常存杂质元素及其影响实际使用的非合金钢并不是单纯的铁碳合金，由于冶炼时所用原料以及冶炼工艺方法等影响，钢中总不免有少量其他元素存在，如硅、锰、硫、磷、铜、铬、镍等，这些并非有意加入或保留的元素一般作为杂质看待。它们的存在对钢的性能有较大的影响。1、锰（Mn） 钢中的锰来自炼钢生铁及脱氧剂锰铁。一般认为锰在钢中是一种有益的元素。在碳钢中含锰量通常＜0.80%；在含锰合金钢中，含锰量一般控制在 1.0～1.2%范围内。锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化；另一部分锰溶于渗碳体中，形成合金渗碳体，提高钢的硬度；锰与硫化合成 MnS，能减轻硫的有害作用。当锰含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不明显。2、硅（Si） 也是来自炼钢生铁和脱氧剂硅铁，在碳钢中含硅量通常＜0.35%，硅和锰一样能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。因此，硅也是碳钢中的有益元素。3、硫（S） 硫是生铁中带来的而在炼钢时又未能除尽的有害元素。硫不溶于铁，而以FeS 形成存在，FeS 会与 Fe 形成低熔点（985℃）的共晶体（FeS-Fe），并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在 1000℃～1200℃压力加工时，晶界处的 FeS-Fe 共晶体已经熔化，并使晶粒脱开，钢材将沿晶界处开裂，这种现象称为“热脆”。为了避免热脆，钢中含硫量必须严格控制，普通钢含硫量应≤0.055%，优质钢含硫量应≤0.040%，高级优质钢含硫量应≤0.030%。在钢中增加含锰量，可消除硫的有害作用，锰能与硫形成熔点为 1620℃的 MnS，而且MnS 在高温时具有塑性，这样避免了热脆现象。4、磷（P） 也是生铁中带来的而在炼钢时又未能除尽的有害元素。磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低 ，在低温时表现尤其突出。这种在低温时由磷导致钢严重变脆的现象称为“冷脆”。磷...
