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1、4.1 碳钢与合金钢l工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。l碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。l合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。 4.1.1 碳钢1、碳钢的分类（1）按冶炼方法平炉钢按 炉 别沸腾钢镇静钢半镇静钢按脱氧方法特殊镇静钢转炉钢电炉钢（2）按碳的质量分数中碳钢 0.250.6%C低碳钢 0.25%C碳素钢高碳钢 0.6%C钢类SP 普通钢0.050%0.045% 优质钢0.035%0.035% 高级优质钢0.020%0.030% 特级优质钢0.015%0.025%（3）按质量4.1.1 碳钢（4）按用途分类碳素结构钢 用
2、于制造各种工程构件，如桥梁、船 舶、建筑构件等，及机器零件(如齿轮、轴、连 杆、螺母等)。 碳素工具钢 用于制造各种刀具、量具、模具等， 一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质 钢。4.1.1 碳钢2、碳钢的牌号 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号lQ表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；l质量等级符号为A、B、C、D。由A到D，其P、S含量依次下降，质量提高。l脱氧方法符号: 沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ。l如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。1）碳素结构钢 4.1.1 碳钢成分特点： 杂质和非金属夹杂物较多性能特点：冶炼容易，工艺性好，价
3、格便宜，产量大4.1.1 碳钢1）碳素结构钢 厂房 铆钉套环钢轨 4.1.1 碳钢牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。*说明：高级优质钢在钢号后加字母A，如20A，特级优质钢加E。含Mn量为0.71.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。对于沸腾钢和半镇静钢, 在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。2）优质碳素结构钢 2）优质碳素结构钢 4.1.1 碳钢成分特点:含硫，磷及非金属夹杂物量较少性能特点：低碳钢强度，硬度较低，塑性，韧性及焊接性良好；中碳钢较高的强度，硬度，其塑性和韧性随含碳
4、量的增加而逐步降低高碳钢较高的强度，硬度和弹性，但焊接性不好曲轴螺栓35、40、45、50钢，良好的综合机械性 能，用来制造齿轮、轴类、套筒等60、65钢主要用来制造弹簧3）碳素工具钢 T + 数字T表示“碳素工具钢” ；数字表示平均含碳量的千分之几.如T8其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。*说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。 锉刀4.1.1 碳钢量规钻头锉刀T7、T8 硬度较高、韧性较高，可制造承受冲击的 工具如冲头、凿子、锤子等。 T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制造钻头、 刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。 T12、T13 硬度很高
5、，韧性较低，可制作耐磨工具 如锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。木工凿手锤手锤分类 牌号 主要用途 普通碳素结 构钢 Q235-A.F厂房、船舶、桥梁建筑结构或受 力不大零件 优质碳素结 构钢 45 08重要机械零件如法兰盘,齿轮等碳素工具钢 T10 T12制造刀具,量具,模具等4.1.2 合金钢n碳钢的不足：淬透性低 15mm20mm强度和屈强度比较低 Q235与16Mn回火稳定性差不能满足特殊性能的要求 n为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素 所获得的钢，称为合金钢。 4.1.2 合金钢（1）合金元素能提高钢的力学性能 1) 产生固溶强化Cr, Ni, Mn，Si等合金元素固溶
6、于铁素体中，形成合 金铁素体。1、合金元素在钢中的作用Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围 内提高韧性。4.1.2 合金钢合金元素对铁素体性能的影响(退火状态) (a)对硬度的影响 (b)对韧性的影响 4.1.2 合金钢2) 产生第二相强化合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。l Ti、V为强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。 l W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。l Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。
7、4.1.2 合金钢（1）合金元素能提高钢的力学性能 3) 产生细晶强化Ti, V, Nb, Zr, Al 等合金元素形成C化物、N化物，阻 止奥氏体晶粒长大，从而细化热处理后的组织，提高钢的 强度、韧性1、合金元素在钢中的分作用4.1.2 合金钢（2）改善钢的热处理工艺性能1) 提高钢的淬透性除Co 以外，其他合金元素都能使钢”C” 曲线向右移动2) 提高钢的回火稳定性合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集。3) 能使钢获得特殊的性能向钢中加入一定量的某些合金元素时，钢的组织和性能能发生 某些特殊的变化，获得具有某些特殊性能的合金钢4.1.2 合金钢结 构 钢工 具 钢特殊性能钢合金调质
8、钢合金渗碳钢合金弹簧钢合金钢合金刃具钢合金模具钢量具钢不锈钢耐热钢耐磨钢u按用途：结构钢、工具钢和特殊性能钢4.1.2 合金钢编号原则：数字+元素符号+数字合金钢的编号例：16Mn40Cr60Si2Mn 9SiCrCr2Ni4WA 碳质量分数： 结构钢以万分之一为单位的两位数字； 工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的 一位数字； 工具钢的碳含量大于1时不标出。钢中主要合金元素合金元素的质量分数，百分之几；质量分数1.0%,个别达2.0% b）合金元素：高Cr (11.513%Cr) 、Mo、 W、 V（3）成分特点（4）钢种和牌号Crl2型钢热处理变形很小，适合于制造重载和形状复杂的大型模具
9、Crl2MoV用于制造冷冲模、冷镦模、冷挤压模等。4.1.2 合金钢特殊性能钢不锈钢 耐热钢 耐磨钢4.1.2 合金钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。u不锈钢用途：制造在各种腐蚀介质中工作的零件或结构 性能要求：耐蚀性；工具高硬度、高耐磨性；重要结构零件高强度。 按空冷状态的组织分：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢 、奥氏体不锈钢、奥氏体和铁素体双相不锈钢4.1.2 合金钢u耐热钢高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢（1）用途及性能要求高温装置：加热炉、锅炉、燃气轮机等 抗氧化性 金属氧化膜的结构与性能 热强性热强性是指钢在高温下的强度。在高温下钢的强度较低，当受一定的应力作用时，发生变形量随时
10、间而逐渐增大的过程，这种过程叫蠕变 。4.1.2 合金钢u耐磨钢（1）用途及性能要求车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板和铁轨分道叉等，承 受严重磨损和强烈冲击。 性能要求：很高的耐磨性和韧性 高锰钢履带铁轨分道叉4.1.2 合金钢u耐磨钢常用的只有ZGMn13一个钢号.1、成分特点 高碳：1.01.3%C以保持高耐磨性。 高锰：1114%Mn 以保证形成奥氏体组织.4.1.2 合金钢钢 号钢 种合金元素的主要作用热处理特点使用状态下组织Q345低合金高强 度结构钢Mn:强化F，增加P量，降 低冷脆转变温度热轧空冷F+P65Mn弹簧钢Mn:提高淬透性，强化F淬火+中温回火T回ZGMn13耐磨钢Mn
11、:获得单相A组织水韧处理表:M+碳化物 心:A20Cr渗碳钢Cr:提高淬透性，强化F渗碳+淬火+低 温回火表: M回+颗粒状碳化物+A 心: M回+F40Cr调质钢Cr:提高淬透性，强化F调质处理S回9SiCr低合金工具钢Cr:提高淬透性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A (少量)GCr15滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性 、耐蚀性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A (少量)1Cr13马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性淬火+高温回火S回5CrNiMo热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强化F淬火+高温回火S回Mo:防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性淬火+低温回火M
12、回+颗粒状碳化物+A (少量)W18Cr4V高速钢V:提高耐磨性、热硬性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A (少量)1Cr18Ni9Ti不锈钢Ti:防止晶间腐蚀固溶处理A 铸钢铸钢铸钢是将冶炼的钢水直接铸造成形为零件而不需锻轧成形 的钢种。铸钢是重要的金属结构材料之一，其工艺设备简单、 生产效率高、成本低，因而应用广泛。铸钢主要用于制造形状 复杂，综合力学性能要求较高，其他加工方法成形困难的零件 ，例如机车车轮、船舶锚链、重型机械齿轮、轴、轧钢机机架 、轴承座、电站汽轮机缸体、阀体等。1铸钢的分类与编号ZG 200 - 400s 200MPa铸钢b 400MPa平均含碳量的万分之数铸钢ZG
13、25以强度为主 要验收依据以化学成分为 主要验收依据 铸钢铸钢2碳素铸钢的化学成分与力学性能 碳是影响铸造碳钢件性能的主要元素。铸钢牌号化学成分（质量分数）%力学性能（）应用举例CSiMnP、Sb/ MPas/ MPa5/ %K/ J/cm2ZG230-4500.30.500.900.044502302245轧钢机架 、车辆摇 枕ZG270-5000.45002701835飞轮、汽 缸、齿轮 、轴承箱ZG310-5700.50.605703101530联轴器、 重载机架 铸钢铸钢3铸钢的组织与热处理可通过退火、正火和调质等热处理工艺来改善铸 件的组织，消除偏析和内应力。经退火或正火处 理后的铸造碳钢件组织由细小的铁素体和珠光体 组成，使力学性能提高。 铸钢铸钢
