《《机械制造基础（上册）》-陈仪先 梅顺齐-电子教案 第3章 常用金属材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《机械制造基础（上册）》-陈仪先 梅顺齐-电子教案 第3章 常用金属材料（231页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 常用金属材料,3.1 碳素钢 3.2 合金钢 3.3 铸铁 3.4 有色金属及其合金,3.1 碳素钢,3.1.1 碳钢的分类 3.1.2 碳钢的牌号及其应用,3.1.1 碳钢的分类,3.1.2 碳钢的牌号及其应用,1普通碳素结构钢 2优质碳素结构钢 3碳素工具钢 4铸钢,1普通碳素结构钢,这类钢主要保证力学性能。 普通碳素结构钢的牌号以 “Q+数字+字母+字母” 表示。其中，“Q”字是屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服点值。 数字后标注字母A、B、C、D，表示钢材质量等级不同，从A到D含磷、硫量的依次降低，A级质量最差，D级质量最好。 若为沸腾钢在钢号后加“F”；半镇静钢在钢号
2、后加“b”；镇静钢则不加任何字母；TZ表示特种镇静钢。例如：Q235AF即表示屈服点值为235MPa的A级沸腾钢。表1.3-1及表1.3-2列出了普通碳素结构钢的牌号、力学性能及化学成分。,普通碳素结构钢一般在钢厂供应状态下（即热轧状态）直接使用。 Q195、Q214钢的含碳量低，焊接性能好，塑性、韧性好，易于加工，有一定强度，常用于制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件和轧制成薄板、钢筋等，用于桥梁、建筑、农业机械等结构。 Q255、Q275钢具有较高的强度，塑性、韧性较好，可进行焊接，并轧制成工字钢、槽钢、角钢、条钢和钢板及其它型钢作结构件以及制造简单的机械的连杆、齿轮、联轴节和销子等零件。 Q2
3、35既有较高的塑性 又有适中的强度，成为一种应用最广的普通碳素结构钢。即可用作较重要的建筑构件，又可用于制做一般的机器零件。,2优质碳素结构钢,这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其硫、磷的含量较低，均控制在0.01%以下。非金属夹杂物也较少，质量级别较高。 优质碳素结构钢的牌号是采用两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。例如45钢中平均碳的质量分数wC为0.45%；08钢表示钢中平均碳的质量分数wC为0.08%。 这类钢按含锰量不同，分为普通含锰量（0.35-0.8%）和较高含锰量(0.7-1.2%)两组。含锰量较高的一组，在钢号后加“Mn”。若为沸腾钢，则在数字后加“F”，如08F为含碳
4、量为0.08的沸腾钢。 这类钢随钢号的数字增加，含碳量增加，组织中的珠光体量增加，铁素体量减少。因此，钢的强度也随之增加，而塑性指标随之降低。,优质碳素结构钢一般都要经过热处理以提高力学性能 根据碳的含量不同，有不同的用途，主要用于制造机器零件 08、08F、10钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪器仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身、拖拉机驾驶室等 15、20、25钢属低碳钢，也有良好的冷冲压性和焊接性；常用来做冲压件和焊接件，也可以用来渗碳，经过渗碳和随后热处理，使得表面硬而耐磨，心部具有良好的韧性，从而可用于制造表面要求耐磨并能承受冲击载
5、荷的零件，如齿轮、活塞销、样板等,30、35、40、45、50钢属中碳钢，这几种钢经调质处理（淬火+高温回火）后，可获得良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，主要用于制造齿轮、轴类等零件。其中由于45钢的强度和塑性配合得好，因此成为机械制造业中应用最广泛的钢种。例如40、45钢常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、一般机床齿轮和其它受力不大的轴类零件 55、60、65钢热处理（淬火+中温回火）后具有高的弹性极限，常用于制作负荷不大、尺寸较小（截面尺寸小于1215mm）的弹簧，如调压、调速弹簧、测力弹簧、冷卷弹簧，和钢丝绳等。优质碳素结构钢的力学性能列于表1.3-3中,3碳素工具
6、钢,碳素工具钢含碳量为0.65-1.35， Si0.35，Mn0.4，硫、磷的含量是优质钢的含量范围(S0.03，P0.035)。 碳素工具钢的牌号以“T+数字+字母”表示，钢号前面的“T”表示碳素工具钢，其后的数字表示以千分数表示的碳的质量分数。如Wc=0.8%的碳素工具钢，其钢号为“T8”。,如为高级优质碳素工具钢，则在其钢号后加“A”，例如，“T10A”。 碳素工具钢经热处理（淬火+低温回火）后具有高硬度，用于制造尺寸较小，要求耐磨性好的量具、刃具、模具等。这类钢的钢号有T7、T7A、T8、T8A、T13A，共8个钢种、16个牌号。含碳量越高，则碳化物量越多，耐磨性就越高，但韧性越差。因
7、此受冲击的工具应选用含碳量低的。一般冲头，凿子要选用T7、T8等，车刀、钻头可选用T10，而精车刀、锉刀则选用T12、T13之类。常用碳素工具钢的牌号、成分、热处理和用途列于表 1.3-4中,4铸钢,有些机械零件。如轧钢机机架、水轮机转子、拖拉机履带板和重载大型齿轮等，因形状复杂，难以用锻压等方法成型，用铸铁又无法满足性能要求，此时可采用铸钢件 碳素铸钢的含碳量一般在0.150.60%范围内，含碳量过高则塑性差，易产生裂纹 碳素铸钢的牌号由“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”加两组数字表示。两组数字 分别表示材料的屈服强度和抗拉强度；若为焊接性能好的铸钢，则在第二组数字后加汉字“焊”的汉语拼音字
8、首“H ”。其牌号有ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-600。,碳素铸钢按质量可分为、三级。 级为高级质量的铸件，硫、磷含量均不大于0.04%； 级为优质铸件，硫、磷含量均不大于0.05%； 级为普通质量铸件，硫、磷含量均不大于0.06%。质量的级别应标注在铸钢牌号的后面，但级可以省略不注。 铸钢的化学成分和力学性能见表1.3-5。,3.2 合金钢,3.2.1 合金钢的分类 3.2.2 合金元素在钢中的作用 3.2.3 合金结构钢 3.2.4 合金工具钢 3.2.5 特殊性能钢,3.2.1 合金钢的分类,1按合金元素含量分 合金钢可分为
9、低合金钢（合金总含量wE10 %）。 2按正火或铸造状态的组织类型分 合金钢可分为珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢及莱氏体钢。 3按主要用途分,3.2.2 合金元素在钢中的作用,强化铁素体 形成合金渗碳体和特殊化合物 合金元素对FeFc3C相图的影响,1.强化铁素体,钢中与碳亲合力很弱的非碳化物形成元素，如Si、Mn、Ni、Al、Co等都能溶于铁素体而形成合金铁素体，引起铁素体晶格畸变，产生固溶强化，使铁素体的强度硬度提高、但塑性、韧性则呈下降趋势，如图31所示,（2） 形成合金渗碳体和特殊化合物,钢中与碳亲合力较强的碳化物形成元素，如Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等(按与碳亲和力
10、由弱到强的顺序排列) 在钢中能形成碳化物；也有少部分溶于铁素体 合金钢中的碳化物有合金渗碳体(如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等)、合金碳化物(如Mn3C、Cr7C、Fe3W3C等)、特殊碳化物(如WC、MoC、VC、TiC等) 合金碳化物的稳定性比合金渗碳体高，特殊碳化物的稳定性最高。稳定性愈高的碳化物愈难溶入奥氏体，也不易聚集长大，而且其溶点和硬度亦愈高。随着这些碳化物数量的增多能显著提高钢的强度、硬度、热硬性和耐磨性。,（3） 合金元素对FeFc3C相图的影响,合金元素加入钢中，使FeFe3C相图的相变温度及相变点的位置发生变化。Ni、Mn、Co、C、N、Cu等合金元素使A3线下
11、降，区范围扩大。当其含量足够高时，可使区域扩大至室温，即在室温下也保持为奥氏体组织，这类钢又称奥氏体钢，如n13、1Cr18Ni9等均为奥氏体钢。图32是锰对FeFe3C相图的影响。,Si、Cr、V、Ti、W、Mo等合金元素使 3线上升，即使区域范围缩小，区域范围 增大。当这些元素含量足够高时，可以在室温与高温下均保持为铁素体组织，这类钢又称为铁素体钢，如Cr 17、 Cr 25、Cr 28等不锈钢均属于铁素体钢 图33为铬对FeFe3C相图的影响,所有的合金元素都使FeFe3C相图中的点和点向左移 点和点左移，使共析和共晶成分中的含碳量减少，原来是亚共析碳钢的可能变成共析或过共析组织；含碳量
12、c2.11的钢中出现莱氏体，例如高速钢(c0.7一0.8)，但在铸态组织中就有莱氏体，故又称莱氏体钢,3.2.3 合金结构钢,1合金结构钢的编号 2普通低合金结构钢 3渗碳钢 4调质钢 5弹簧钢 6滚动轴承钢,合金结构钢按用途可分为工程用钢和机器用钢两大类 工程用钢主要是用于各种工程结构，它们大都是用普通低合金钢制造。这类钢冶炼简便、成本低，适用于工程用钢批量大的特点，这类钢使用时一般不进行热处理。 而机器制造用钢一般都经过热处理后使用，主要是用于制造机器零件，它们大都是合金结构钢制造。按其用途和热处理持点，又分为调质钢、渗碳钢、易切钢、弹簧钢、轴承钢、耐磨钢等,1合金结构钢的编号,我国规定合
13、金结构钢的编号方法为：基本组成为“两位数字+元素符号+数字+”，前两位数字表示平均碳质量分数的万倍（wC10000）；元素符号后面的数字为该元素平均质量分数的百倍（wE100），当其wE1.5%时，只标出元素符号，而不标明数字；当平均质量分数wE1.5%、2.5%、3.5%、4.5%时，相应标注为2、3、4、5如18Cr2Ni4W表示平均成分为：C0.18%，Cr2%，Ni4%，wW.1.5%；若S、P含量达到高级优质钢时，则在钢号后加“A”，如38CrMoAlA。,易切削钢在钢号前加“Y”字（“易”字声母），如Y12、Y40Mn，Y40CrSCa，其含碳量和合金元素含量均与结构钢编号一样，如
14、Y40CrSCa，表示易切削钢的成分为：wC=0.4%，wCr1.5%，S、Ca为易切削元素（wS=0.05%0.3%），一般情况下wCa0.015%。,滚动轴承钢的编号是在钢号前加“G”（“滚”字声母），其后数字为平均含Cr量，以千倍（wCr1000）表示，平均碳的质量分数wC1.0%时不标出，如GCr15、GCr9等钢中含铬的质量分数wCr分别为1.5%和0.9%,2普通低合金结构钢,普通低合金结构钢，也称普低钢，又称普通低合金高强度钢，它是在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素发展起来的。普通低合金结构钢的强度较高，具有较好的韧性和塑性以及良好的焊接性能和耐蚀性。由于强度高，所以1t普
15、通低合金钢可代替1.22.0 t普碳钢使用，从而可减轻构件重量。 为得到较好的塑性和焊接性，普通低合金结构钢大多是低碳钢，含碳量控制在0.2以下。普通低合金结构钢的主加元素是锰，其原因在于锰的资源丰富，以及锰强化铁素体的效果显著；锰能降低钢的冷脆温度；另外，加锰后还使组织中的珠光体含量增加，从而进一步提高钢的强度,常用的普通低合金结构钢按其屈服强度的高低分为6个级别，300、350、400、450、500、550一650（MPa）。 在350Mpa级中16Mn是个典型代表，它发展最早，用的最多、产量最大。与300MPa级的12Mn钢相比，由于C和Mn均稍有增加，所以强度指标也提高了。在这类钢中
16、，还有16Mn的派生钢种，16MnRe、16MnCu等。Re的主要作用是提高塑性和韧性，提高疲劳强度，降低冷脆转变温度，Cu的主要作用是通过钝化提高耐蚀性。这类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构,对400MPa级的15MnV、15MnTi等，其含碳量与16Mn相当，但由于加入钒、铌、钛等元素，能细化晶粒、产生第二相强化，使屈服强度提高。主要用于大型结构、中压容器等。 对450MPa级的15MnVN、14MnVTiRe等，由于钒、氮、钛等元素起细化晶粒和第二相强化作用，稀土又起净化晶界作用，提高塑、韧性，因此强化效果比15MnV、15MnTi还好。,300一450MPa级的普低纲均是在热轧状态下或在热轧后正火状态下使用。组织为铁素体十少量珠光体。 对500Mpa级的18MnMoNb、14MnMoVBRe等，钢中加入钼和微量硼，推迟奥氏体冷却时珠光体转变的铁素体析出，而对贝氏体转变则影响不大，因此在正火后得到贝
