第二节工程用钢及其应用

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1、第二节第二节 工程用钢及其应用工程用钢及其应用n概述概述n工程结构用钢工程结构用钢n机械结构用钢机械结构用钢n滚动轴承钢滚动轴承钢n工具钢工具钢n特殊性能钢特殊性能钢编辑课件一、一、 概述概述碳钢碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力 差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。合金钢合金钢 ：在：在C C钢中加入某些合金元素而成钢中加入某些合金元素而成1 1、钢的分类、钢的分类 按按化学成分化学成分分：分：低低C C wC 0.25%中中C C wC=0.250.6%高高C C wC 0.6%低合金低合金 wMe 5%中合

2、金中合金 wMe=510%高合金高合金 wMe 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢编辑课件按按质量质量分：分：普通质量、优质、特殊质量钢。普通质量、优质、特殊质量钢。S，P含量低则质量高。含量低则质量高。按按用途用途分：分：结构钢、工具钢、特殊性能钢等。结构钢、工具钢、特殊性能钢等。汽车曲轴汽车曲轴医疗器械医疗器械编辑课件2 2、钢的牌号（编号）、钢的牌号（编号）2 2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢 如如, ,45钢，钢，wC=0.45%1 1）碳素结构钢和低合金高强度钢碳素结构钢和低合金高强度钢例：例：Q235AF表示表示: :s235MPa （碳素钢：（碳素钢：Q235Q235275275）质

3、量等级：质量等级：A（分（分AE，A级最差，级最差，P P、S S含量最高）含量最高）脱氧方法：沸腾钢脱氧方法：沸腾钢3 3）非合金易切钢非合金易切钢 如如Y20，wC=0.2%，易切削结构钢。，易切削结构钢。编辑课件4 4、碳素工具钢碳素工具钢如如, ,T12A，wC=1.2%，A表示高级优质。表示高级优质。5 5、合金钢合金钢结构钢结构钢 如如60Si2Mn（wC=0.6%，wSi=2%，wMn1.5%）工具钢、特殊性能钢工具钢、特殊性能钢如如9SiCr（wC=0.9%，wSi、wCr均均1.5%）；）；CrWMn（wC1.0%）专用钢专用钢 如如滚滚动轴承钢动轴承钢GCr15（wC=1.

4、0%，wCr=1.5%）。）。编辑课件3 3、钢中的杂质元素及合金元素、钢中的杂质元素及合金元素1 1）杂质元素对钢的性能的影响）杂质元素对钢的性能的影响锰锰（0.25-0.80%）：有益）：有益 脱氧剂；降低脱氧剂；降低FeO脆性；脆性； Mn+SMnS（降低（降低S的有害作用）的有害作用）热加工性能；热加工性能；固溶强化固溶强化磷磷：有害：有害 Fe3P 在在 100时脆性大时脆性大冷脆冷脆硫硫：有害：有害 985 时形成（时形成（Fe+FeS）热脆热脆硅硅：有益：有益 脱氧脱氧脆性；脆性；固溶强化固溶强化氧、氮、氢氧、氮、氢： 有害有害 强度、塑性、韧性强度、塑性、韧性编辑课件2 2）合

5、金元素在钢中的作用）合金元素在钢中的作用存在形式存在形式形成形成固溶体固溶体在在和和中无限固溶中无限固溶形成形成碳化物碳化物间隙相间隙相MC与间隙与间隙MC 形成形成非金属夹杂物非金属夹杂物Al2O3、SiO2、AlN等等 形成形成金属间化合物金属间化合物FeSi、FeCr、Fe2W 以以游离态游离态形式存在形式存在Cu、Ni编辑课件对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响强化铁素体强化铁素体 形成合金形成合金F，产生固溶强化。，产生固溶强化。编辑课件形成碳化物形成碳化物稳定性，熔点、硬度比稳定性，熔点、硬度比Fe3C高得多。高得多。类类 型型特特 征征举举 例例特特 点点特殊碳化物特殊碳化物rC

6、/rM0.59(Fe, Mn)3C熔点较低，稳定性较差，熔点较低，稳定性较差，对相变影响较大对相变影响较大编辑课件对对Fe-C相图的影响相图的影响研究合金元素对研究合金元素对奥氏体奥氏体的影响的影响编辑课件二、工程结构用钢二、工程结构用钢1 1、概述、概述特点特点：低：低C C，塑性好，热轧或正火态使用。，塑性好，热轧或正火态使用。用途用途：建筑、桥梁、车船等构件。：建筑、桥梁、车船等构件。建筑构件建筑构件钢桥梁钢桥梁编辑课件2 2、碳素结构钢、碳素结构钢碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌号牌号等级等级化学成分化学成分

7、脱氧方脱氧方法法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.300.050/0.0450.045F,b,ZQ235A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,ZC 0.180.35-0.800.300.0400.040ZD 0.170.35-0.800.300.0350.035TZQ255A/B0.18-0.280.40-0.700.

8、300.050/0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045ZwC = 0.060.38% ，S、P含量较高，力学性能一般。含量较高，力学性能一般。编辑课件碳素结构钢的机械性能碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌牌号号等等级级拉拉 伸伸 试试 验验冲击试验冲击试验屈服点屈服点 s，MPaMPa抗拉抗拉强度强度 b b / /MPa伸长率伸长率 s , , %温度温度V V型冲型冲击功击功( (纵向纵向) )J钢材厚度钢材厚度( (直径直径) )，mmmm钢材厚度钢材厚度( (直径直径), mm), mm

9、 164060100150150 164060100150150不小于不小于不小于不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615编辑课件GB/T700-1988 GB/T700-1988 标准标准 GB700-79 GB700-79 标准标准化学成分和力学性能均须保证化学成分和

10、力学性能均须保证 A A 类钢类钢 保证力学性能，保证力学性能， B B 类钢类钢 保证化学成分，保证化学成分， C C 类钢类钢 保证化学成分及力学性能。保证化学成分及力学性能。Q195 Q195 A1A1；B1B1Q215 Q215 A2A2；C2C2Q235 Q235 A3A3；C3C3Q255 Q255 A4A4；C4C4Q275 Q275 C5C5碳素结构钢碳素结构钢 新、老标准钢号对照新、老标准钢号对照编辑课件用途用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 角钢角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢编辑课件3 3、低合金高强度结构

11、钢、低合金高强度结构钢牌号牌号旧钢号旧钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分，% %机械性能机械性能CMnSi， s，MPa b，MPa 5，%Q29509MnNb12Mn 0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi 0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN 0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb 0.201.001.700.5546072017低合金高强度结构钢的牌号

12、、成分、性能低合金高强度结构钢的牌号、成分、性能成分成分 wC0.2% ，wMe 5% ，主加元素，主加元素Mn，附加，附加V、Ti、Nb。性能性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。( (摘自摘自GB/T1591-1994)GB/T1591-1994)编辑课件应用应用高压容器高压容器桥梁桥梁船舶船舶车辆车辆编辑课件4 4、工程用铸造碳钢、工程用铸造碳钢力学性能优于铸铁力学性能优于铸铁 ，但铸造流动性差，收缩率大。，但铸造流动性差，收缩率大。牌牌号号主主 要要 化化 学学 成成 分分，% %机械性能机械性能C Mn Si s，MPa b，MPa ，%ZG200

13、-4000.200.800.5020040025ZG230-4500.300.900.5023045022ZG270-5000.400.900.5027050018ZG310-5700.500.900.6031057015ZG340-6400.600.900.6034064010工程用铸造碳钢的牌号、成分、性能工程用铸造碳钢的牌号、成分、性能( (摘自摘自GB/T11352-1989)GB/T11352-1989)编辑课件用途用途轧辊轧辊外壳外壳形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件。形状复杂，需一定强度、塑韧性的零件。编辑课件三、机械结构用钢三、机械结构用钢1 1、概述、概述特点特点：S S、P

14、 P含量较低，强韧性好，热处理后使用。含量较低，强韧性好，热处理后使用。用途用途：机械零件、构件。：机械零件、构件。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴编辑课件2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢成分成分 ：w wC C = 0.05= 0.050.90%0.90%，w wMn Mn = 0.25= 0.251.2%1.2% 。优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能牌牌号号化学成分，化学成分，% s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060850.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.5

15、7-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.80 0.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035175205245315335355375400420( (摘自摘自GB/

16、T699-1999)GB/T699-1999)编辑课件用途用途较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 汽车曲轴汽车曲轴热处理：渗碳、淬火、回火等。热处理：渗碳、淬火、回火等。编辑课件3 3渗碳钢渗碳钢成分成分wC=0.10.25%，合金元素提高淬透性，细化晶粒。，合金元素提高淬透性，细化晶粒。性能性能渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。渗渗C钢钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T3077-1999）（）（渗渗C C:930，回火：，回火：200）主主要要化化学学成成分分, ,%预备处理预备处

17、理淬火淬火, , CMnCr，Ni0.170.240.170.240.500.801.301.600.701.00880800水水, , 油油880水水, , 油油0.170.230.170.230.901.200.801.100.901.201.001.30850油油880870油油钢号钢号20Cr20MnV20CrMn20CrMnTi淬淬透透性性低低中中高高18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4A0.130.190.170.23W0.81.20.300.601.351.654.04.51.251.653.253.75950850空空880780油油机械性能机械性能 bMPa sMPa8353

18、5785540 05909301080735835118011808351080aKU2J475547557863编辑课件最终热处理最终热处理应用应用 耐磨件耐磨件渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火活塞销活塞销活塞销活塞销20Cr20Cr汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮20CrMnTi柴油机曲轴柴油机曲轴18Cr2Ni4WA编辑课件4 4调质钢调质钢成分：成分：wC=0.250.50%，提高淬透性，细化晶粒，强化，提高淬透性，细化晶粒，强化F性能：综合力学性能高性能：综合力学性能高调质钢调质钢的牌号（摘自的牌号（摘自GB/T30771999）淬淬透透性性钢号钢号主主 要要 成成 分分, ,%淬火淬火

19、回火回火CMnSiCr低低450.420.500.500.800.170.37830840水水580640空空40Cr0.370.450.500.80Cr0.81.10850油油500水，油水，油中中高高35CrMo0.320.400.400.70Cr0.81.10850油油550水，油水，油38CrMoAlA0.350.42Al0.71.1Cr1.351.65940水，油水，油640水，油水，油40CrMnMo0.370.450.901.20Cr0.91.20850油油600水，油水，油机械性能机械性能 bMPa sMPaaKU2J 600 3553553940MnB0.370.441.10

20、1.400.200.40850油油500水，油水，油9807854798078547980835639808357198078563编辑课件热处理热处理组织组织 回火回火S S应用应用 40Cr40Cr：齿轮、主轴。：齿轮、主轴。 35CrMo35CrMo：曲轴、连杆。：曲轴、连杆。调质，可附加表面淬火。调质，可附加表面淬火。 汽车曲轴汽车曲轴连杆连杆编辑课件5 5弹簧钢弹簧钢成分成分wC=0.450.90%，主加，主加Si，Mn等，提高等，提高e性能性能e、s、屈强比和疲劳强度高。、屈强比和疲劳强度高。钢号钢号主主 要要 成成 分分, ,%淬火淬火 油油 回火回火机械性能机械性能 CMnSi

21、,Cr bMPa sMPa 10%akkJ/m2650.620.700.500.800.170.37840油油50010008009450850.820.900.500.800.170.37820油油48011501000660065Mn0.620.700.901.200.170.37830油油5401000800880060Si2Mn0.560.640.600.901.502.00870油油48013001200580050CrVA0.460.540.500.80Cr0.81.10850油油50013001150 59800（摘自（摘自GB/T12221985）编辑课件汽车板簧汽车板簧火车螺

22、旋弹簧火车螺旋弹簧组织组织：回火：回火T应用：应用：65Mn、60Si2Mn：汽车、机车的板簧，螺旋弹簧。：汽车、机车的板簧，螺旋弹簧。热处理热处理热轧弹簧：热成型热轧弹簧：热成型 淬火淬火 + 中温回火中温回火冷轧弹簧：淬火冷轧弹簧：淬火 + 中温回火中温回火 冷成型冷成型 去应力退火去应力退火编辑课件四、滚动轴承钢四、滚动轴承钢成分：成分： w wC C= 0.95= 0.951.10%1.10%，主加，主加CrCr，形成细小的碳化物。，形成细小的碳化物。性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。性能：高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。热处理：热处理： 球化退火球

23、化退火 + + 淬火淬火 + + 低温回火低温回火应用：应用：GCr15GCr15中小型轴承，冷冲模，中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。量具，丝锥。编辑课件五、工具钢五、工具钢刃具、模具、量具钢刃具、模具、量具钢编辑课件1 1、刃具钢、刃具钢性能要求：硬度、耐磨性、热硬性高，塑、韧性较好。性能要求：硬度、耐磨性、热硬性高，塑、韧性较好。1）碳素工具钢）碳素工具钢（淬火（淬火 + 低温回火）低温回火）钢号钢号C,%Mn,%Si,%S,% P,% 退火后退火后HBS, 水冷淬火水冷淬火温度，温度，T7T8T8MnT9T10MnT10T12T130.65-0.740.75-0.840.80-0.900

24、.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1.35 0.40 0.400.40-0.60 0.400.40-0.60 0.40 0.40 0.40 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.350.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03518718718719219207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780化学成分、热处理、

25、性能（淬火后化学成分、热处理、性能（淬火后HRC62) )( (摘自摘自GB/T1298-1986)GB/T1298-1986)编辑课件用途用途冲头、凿子、锉刀、量规等。冲头、凿子、锉刀、量规等。 螺纹量规螺纹量规编辑课件2）合金量具刃具钢）合金量具刃具钢wC=0.751.5%，wMe5%，工作温度，工作温度300。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w/%热处理及性能热处理及性能CMnSiCr淬火淬火回火回火回火后回火后HRCHRC9SiCr0.850.950.300.601.201.600.951.25860880油油1802006062CrWMn0.901.050.801.10W1.21

26、.600.901.20820840油油1401606265（摘自（摘自GB/T12992000）化学成分、热处理、性能（淬火后化学成分、热处理、性能（淬火后HRC62) )编辑课件板牙板牙丝锥丝锥应用应用电子卡尺电子卡尺编辑课件3）高速钢）高速钢 wC=0.751.65%，wMe10%，工作温度，工作温度600。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w，%热处理及性能热处理及性能CWVCrMo淬火淬火回火回火回火后回火后HRCW18Cr4V0.700.8017.519.01.001.403.804.4012701285油油550570三次三次63W6Mo5Cr4V20.800.905.506.7

27、51.752.203.804.404.755.5012101230油油540560三次三次63编辑课件应用应用高速车刀、钻头、铣刀等。高速车刀、钻头、铣刀等。编辑课件2 2、模具钢、模具钢冷、热作模具，塑料模具钢等。冷、热作模具，塑料模具钢等。1 1）冷模具钢）冷模具钢 冷冲压、冷镦、冷挤压模等。冷冲压、冷镦、冷挤压模等。汽车冲压模具汽车冲压模具性能性能 高硬度高硬度 耐磨性耐磨性 足够的韧性足够的韧性 疲劳抗力。疲劳抗力。最终热处理最终热处理 淬火淬火+ + 低温回火低温回火编辑课件. . 热模具钢热模具钢热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。曲轴模具曲轴模具曲轴模具曲轴模具热模锻

28、曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯性能性能: : 耐热性、热疲劳抗力高。耐热性、热疲劳抗力高。最终热处理最终热处理: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火编辑课件六、特殊性能钢六、特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。1 1、不锈钢、不锈钢抗腐蚀途径抗腐蚀途径：加加 Cr Cr、NiNi，形成单相组织。，形成单相组织。加加 Cr Cr，降低两相的电极电位差。，降低两相的电极电位差。加加 Cr Cr、AlAl、SiSi，生成致密的表面氧化膜，生成致密的表面氧化膜 。编辑课件不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分, ,%淬火淬火回火

29、回火CCrNiTi类类别别机械性能机械性能 b bMPa s sMPa 5 5%HRCHB1Cr13 0.1512149501000水水, ,油油7007504Cr130.360.45121410501100油油200300M型型540345680400254159501Cr17 0.121618780850正火正火0Cr18Ni9 0.07171981210101150水水F型型A型型A-F型型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti 0.121719912 0.50.89201150水水520205401871Cr21Ni5Ti0.090.1420224.85.8

30、0.350.89501100水水, ,空空60035020编辑课件用途用途M M不锈钢不锈钢 船用螺旋桨船用螺旋桨 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9TiA A不锈钢表带不锈钢表带F F不锈钢容器不锈钢容器编辑课件2 2、耐热钢、耐热钢抗氧化性抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力：金属在高温下的抗氧化能力热强性热强性：热强性是指钢在高温下的强度：热强性是指钢在高温下的强度用途用途：锅炉、燃气轮机等：锅炉、燃气轮机等类类别别钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分, ,%淬火淬火回火回火CCrNiTiM型型1Cr13 0.1512149501000油油7007501Cr11MoV0.110.1

31、81011.5Mo0.50.710501100空空720740A型型1Cr18Ni9Ti 0.121719811 0.50.89201150水水机械性能机械性能 b bMPa s sMPa540345490685520205 5 5%2040HB159159187编辑课件3 3、耐磨钢、耐磨钢ZGMn13ZGMn13成分成分： w wC C = 0.9= 0.91.5%1.5%， w wMn Mn = 11= 1114%14% 。热处理热处理：1000100011001100，保温，水冷，保温，水冷AA，硬度低，韧性高。，硬度低，韧性高。性能性能：工件工作时受冲击变形，表层产生加工硬化，及工件

32、工作时受冲击变形，表层产生加工硬化，及M M相变相变硬化，心部保持高韧性。硬化，心部保持高韧性。用途用途：履带、铁道岔道：履带、铁道岔道编辑课件钢钢 号号钢钢 种种合金元素的主要作用合金元素的主要作用热处理特点热处理特点使用状态下组织使用状态下组织Q345低合金高强低合金高强度结构钢度结构钢Mn:强化强化F，增加，增加P量，降量，降低冷脆转变温度低冷脆转变温度热轧空冷热轧空冷F+P65Mn弹簧钢弹簧钢Mn:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+中温回火中温回火T回回ZGMn13耐磨钢耐磨钢Mn:获得单相获得单相A组织组织水韧处理水韧处理表表:M+碳化物碳化物 心心:A20Cr渗碳钢渗碳钢

33、Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F渗碳渗碳+淬火淬火+低低温回火温回火表表: M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A心心: M回回+F40Cr调质钢调质钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F调质处理调质处理S回回9SiCr低合金工具钢低合金工具钢Cr:提高淬透性提高淬透性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)GCr15滚动轴承钢滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、提高淬透性，耐磨性、耐蚀性耐蚀性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)1Cr13马氏体不锈钢马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性提高耐蚀性淬火淬火+高温回火高

34、温回火S回回5CrNiMo热作模具钢热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+高温回火高温回火S回回Mo:防止高温回火脆性防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性细化晶粒，提高耐磨性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)W18Cr4V高速钢高速钢V:提高耐磨性、热硬性提高耐磨性、热硬性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)1Cr18Ni9Ti不锈钢不锈钢Ti:防止晶间腐蚀防止晶间腐蚀固溶处理固溶处理A编辑课件本本节节主主要要介介绍绍合合金金元元素素在在钢钢中中的的作作用用以以及及低低合合金钢与合金钢的分类、性能和应用的等内容金钢与合金钢的分类、性能和应用的等内容小结：小结：1.正确认识合金钢与碳素钢的关系和区别；正确认识合金钢与碳素钢的关系和区别；2.2.注意理解合金钢的分类、性能、热处理方法和注意理解合金钢的分类、性能、热处理方法和应用之间的关系，并且总结典型材料、零件、热应用之间的关系，并且总结典型材料、零件、热处理方法和应用之间的感性知识。处理方法和应用之间的感性知识。编辑课件