钢铁知识大汇总：共析钢、亚共析钢、过共析钢的详细解释

钢铁相关的名词解释知识汇总

一、共析钢、亚共析钢、过共析钢

1.共析钢

碳元素嵌入铁的晶体结构，进而构成固溶体；在α-铁中，这种固溶体被称为铁素体；而在γ-铁中，则称为奥氏体。这两种固溶体均展现出优异的塑性。然而，当铁碳合金中的碳无法完全融入铁素体或奥氏体时，多余的碳将与铁结合，生成一种名为碳化铁（Fe3C）的化合物。这种化合物的晶体结构被称为渗碳体，其硬度极高，而塑性却几乎为零。

在铁碳平衡状态图中，我们可以观察到钢的组织结构、含碳量以及温度三者之间的关系。具体来说，当碳含量恰好为0.77%时，这意味着合金中的渗碳体（碳化铁）大约占12%，而铁素体则占88%。值得注意的是，在这个特定的碳含量下，该合金的相变过程是在恒定温度下完成的。在这种特定的比例关系中，渗碳体与铁素体在相变过程中，若一方消逝，另一方亦随之消失（尤其是在加热过程中）；若一方出现，另一方亦同步显现，这一特性使得这种组织与纯金属的相变过程相似。正因如此，人们将这种由特定比例组合而成的两相组织视为一个整体，并赋予其“珠光体”这一名称，而由这种组织构成的钢材则被称为共析钢。这种钢的碳含量恰好为0.77%，被称为共析钢，其内部结构呈现为珠光体形态。

2.亚共析钢

常见的结构用钢，其碳含量普遍在0.5%以下，具体而言，低于0.77%的含碳量导致组织中的渗碳体含量不足12%。因此，在铁素体中，除了部分与渗碳体结合形成珠光体外，还会出现多余的渗碳体。鉴于此，该类钢的组织结构为铁素体与珠光体的组合。随着碳含量的减少，钢中珠光体的比例也随之降低，导致钢的强度减弱，然而其塑性却有所提高。此类钢种被统称为亚共析钢。

3.过共析钢

这类工具钢的碳含量通常高于0.77%，其内部渗碳体的含量更是超过了12%。因此，在钢的组织结构中，除了与铁素体结合形成珠光体外，还额外存在多余的渗碳体。基于此，这类钢的组织结构可以描述为珠光体与渗碳体的混合。这类钢被统称为过共析钢。

二、有关钢材机械性能的名词

1.屈服点（σs）

在拉伸过程中，若钢材或试样所承受的应力超越了弹性范围，即便应力不再上升，该材料或样品却依然持续出现显著的塑性形变，这种现象我们称之为屈服；而在此屈服现象出现时，所对应的最小应力值，便是所谓的屈服点。Ps代表屈服点s位置所承受的外力，Fo表示试样的横截面积，因此屈服点σs的计算公式为Ps除以Fo，单位为MPa，即兆帕。兆帕等同于每平方毫米牛顿（N/mm2），其中1MPa等于10^6帕斯卡（Pa），帕斯卡是每平方米牛顿（N/m2）的度量单位。

2.屈服强度（σ0.2）

某些金属材料的屈服点非常不明显，导致测量过程充满挑战。鉴于此，为了准确评估材料的屈服特性，我们设定了一个标准：当材料产生与原长度0.2%相等的永久塑性变形时，所对应的应力值，即条件屈服强度，也被称作屈服强度σ0.2。

3.抗拉强度（σb）

在材料被拉伸至断裂的过程中，所测得的最大应力值标志着其承受断裂的极限。这一指标反映了钢材抵御断裂的强度。除了抗拉强度，还有抗压强度、抗弯强度等类似指标。若以Pb代表材料断裂前的最大拉力，Fo表示试样的横截面积，那么抗拉强度σb的计算公式为Pb除以Fo，单位为兆帕斯卡（MPa）。

4.伸长率（δs）

试样在断裂状态下，其塑性变形的伸长量相对于原始试样长度的比例，被称为伸长率，亦称作延伸率。

5.屈强比（σs/σb）

钢材的屈服强度与抗拉强度的比例被称作屈强比。此比值越高，结构零件的可靠性也随之增强。通常情况下，碳素钢的屈强比介于0.6至0.65之间，而低合金结构钢的屈强比则在0.65至0.75之间，至于合金结构钢，其屈强比通常在0.84至0.86的范围内。

6.硬度

材料抵抗外部硬物侵入其表面的能力被称为硬度。这一特性是衡量金属材料性能的关键指标之一。通常情况下，硬度值越高，其耐磨性能也就越强。布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度是评估硬度时常用的几种指标。

布氏硬度测试是通过施加一定重量（通常为3000公斤）的载荷，将直径通常为10毫米的淬硬钢球压入材料表面，并维持一定时间后卸载，随后计算负荷与压痕面积的比例，该比例即为布氏硬度值（HB），其单位为公斤力每平方毫米（牛顿每平方毫米）。

洛氏硬度（HR）测试适用于HB值超过450或试样尺寸较小时的情况，此时不宜使用布氏硬度试验，而应改用洛氏硬度测试。该测试方法涉及使用一个顶角为120°的金刚石圆锥体，或者直径分别为1.59mm和3.18mm的钢球，在特定载荷作用下压入被测材料的表面。通过测量压痕的深度，可以计算出材料的硬度值。根据试验材料硬度的不同，洛氏硬度测试采用三种不同的标度来表示硬度。

HRA硬度是通过施加60公斤的载荷并使用钻石锥形压入器测得的，适用于测量硬度极高的材料，例如硬质合金等。

HRB硬度是通过使用100公斤的载荷以及直径为1.58毫米的淬火钢球进行测试得到的，适用于测量硬度相对较低的材料，例如退火钢和铸铁等。

HRC硬度是通过施加150公斤的载荷并使用钻石锥压入器测量得到的，适用于硬度极高的材料，例如淬火钢材等。

采用维氏硬度测试方法，通过施加不超过120kg的力，并使用顶角为136°的金刚石方形锥形压头，将其压入待测材料的表面。随后，计算材料表面因压痕形成的凹坑面积，并将其除以所施加的载荷，从而得到维氏硬度值（HV）。

三、有关钢的热处理的名词

1.钢的退火

将钢材加热至特定温度，并保持该温度一段时间，随后让其逐渐降温，这一过程称作退火。退火涉及将钢材加热至引发相变或部分相变的温度，保温一段时间后，再缓慢降温的热处理过程。退火的主要目的是消除组织中的缺陷，优化组织结构，实现成分的均匀分布，细化晶粒，增强钢材的力学性能，降低残余应力；此外，退火还能降低硬度，提升塑性和韧性，改善钢材的切削加工性能。因此，退火不仅旨在消除和优化前一道工序遗留下来的结构瑕疵和内部应力，同时也为后续工序的进行奠定了基础。鉴于此，退火被视为一种半成品的热处理过程，亦称作预热处理。

2.钢的正火

正火工艺涉及将钢材加热至超过其临界温度，确保钢材完全转化为均匀的奥氏体组织，随后在空气中自然冷却。此方法能够消除过共析钢中的网状渗碳体，对于亚共析钢而言，正火处理能够细化晶粒结构，进而提升其综合力学性能。在零件对性能要求不高的情况下，采用正火工艺替代退火工艺，不仅经济实惠，而且效果显著。

3.钢的淬火

淬火过程涉及将钢材加热至超过临界温度，维持一定时间后迅速浸入冷却介质，从而实现快速降温，这种冷却速度超过临界值的方法，旨在形成以马氏体为主的非平衡组织结构。此方法可提升钢材的强度与硬度，然而却会降低其塑性。在淬火过程中，常用的冷却介质包括水、油、碱性水以及盐溶液等。

4.钢的回火

将经过淬火的钢材加热至特定温度，随后采用特定方式使其冷却，这一过程被称为回火。这一步骤旨在缓解淬火过程中产生的内部应力，减轻其硬度和脆性，从而实现理想的力学特性。回火工艺可分为高温、中温和低温三种类型。通常，回火会与淬火和正火工艺相结合使用。

调质处理，即淬火后进行的高温回火工艺。这种处理方式是在500至650摄氏度范围内进行的。通过调质处理，钢材的性能和材质能够得到显著改善，其强度、塑性和韧性均得到提升，从而具备了优异的综合机械性能。

在长期使用过程中，精密量具、模具或零件可能会出现尺寸和形状的变化。为了解决这个问题，通常在低温回火（回火温度介于150至250摄氏度之间）之后，以及精加工之前，会将工件重新加热至100至150摄氏度，并维持该温度5至20小时。这种旨在确保精密制件质量稳定的处理方法，被称为时效处理。在低温或受到动态载荷作用的环境中，对钢材构件实施时效处理显得尤为关键，这样做可以消除构件中的残余应力，同时确保钢材的组织结构稳定，以及保持其尺寸的恒定。

5.钢的表面热处理

表面淬火工艺涉及将钢材表面快速加热至临界温度以上，确保热量未及深入内部，随即迅速冷却，以此将表面淬硬至马氏体组织，而内部则保持原有相态，从而实现表面硬化而内部保持原状的效果。此方法特别适用于中碳钢材质。

化学热处理技术，通过高温作用使原子扩散，将特定化学元素融入工件表层，以此改变其化学成分和结构，实现钢材表层特定组织和性能的优化。依据渗入元素的不同，此工艺分为渗碳、渗氮、氰化以及渗金属等四种方法。

渗碳工艺，即碳原子深入至钢材表层的过程，这一过程使得原本低碳的钢材工件表面层能够具备高碳钢的特性。随后，工件需经历淬火及低温回火处理，从而赋予表层高硬度和优良的耐磨性能。与此同时，工件内部仍保持低碳钢的优良韧性及塑性。

氮化，亦称渗氮，这一工艺涉及将氮原子渗透至钢材表层。这一操作旨在增强表层的硬度、耐磨性，并提升其疲劳抗力和抗腐蚀能力。在当前的生产实践中，气体渗氮法被广泛运用。

氰化技术，亦称作碳氮共渗法，指的是将碳原子和氮原子同时引入到钢内部的过程。这种工艺赋予钢表面渗碳和渗氮的双重特性。

渗金属，即金属原子渗透至钢材表面的过程。这一过程旨在使钢材表面层实现合金化，从而赋予工件表面类似合金钢或特殊钢的某些特性，例如耐高温、耐磨性、抗氧化和耐腐蚀性。在生产实践中，常用的渗金属方法包括渗铝、渗铬、渗硼和渗硅等。