【正文】 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 機(jī)械制造 林承全 嚴(yán)義章 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 祝大家學(xué)習(xí)進(jìn)步！ 為學(xué)須用畢生力 攀高貴在少年時(shí) 愿知識(shí)之泉， 經(jīng)書籍之渠而奔流進(jìn)你的心田！ 國(guó)家級(jí)“十二五”規(guī)劃教材 基于工作過程的項(xiàng)目教材 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 2 頁(yè) 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 3 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 [鋼 ]： 是指以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) Wc%并含有少量硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T133041991規(guī)定，鋼按化學(xué)成分分為非合金鋼、低合金鋼、合金鋼三類。 鋼是通過冶煉獲得的。其過程如下： （ 1）鐵礦石、焦炭、和溶劑等原材料經(jīng)高爐冶煉得到生鐵。 （ 2）生鐵在高溫的煉鋼爐中，通過氧化作用降低生鐵中的含碳 量和雜質(zhì)含量而煉成鋼。 [非合金鋼 ]： 是指鋼中各元素含量低于規(guī)定值的鐵碳合金，又稱為碳鋼，不僅價(jià)格低廉，工藝性能好、容易加工，而且能滿足一般工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的使用性能要求，是工業(yè)生產(chǎn)中最廣泛應(yīng)用的材料。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 4 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 非合金鋼中的常存雜質(zhì)元素及其影響 煉鋼時(shí)有一些雜質(zhì)元素?zé)o法除盡，如錳、硅、硫、磷等。其中硫和磷對(duì)鋼的韌性影響很大，必須嚴(yán)格控制其含量。根據(jù)鋼中硫和磷的含量不同，鋼可以分為普通優(yōu)質(zhì)鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 5 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 ? 錳是由煉鐵原料鐵礦石及煉鋼時(shí)加脫氧劑（錳鐵）中帶入的，非合金鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般約為 %~%。（ 27② ）錳的脫氧能力較好，能清除鋼中的 FeO，降低鋼的脆性，與硫化合成MnS，可以減輕硫的有害作用。錳還能溶于鐵素體形成置換固溶體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化 ,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。錳在鋼中是一種有益元素。 ? 硅是由煉鐵原料鐵礦石及煉鋼時(shí)加脫氧劑（硅鐵）中帶入的，非合金鋼中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般約為 %~%，硅的脫氧能力比錳強(qiáng)，與鋼液中的 FeO生成爐渣，清除 FeO對(duì)鋼質(zhì)量的不良影響，也能溶于鐵素體中產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，硅在鋼中也是一種有益元素。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 6 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 ? 硫是在煉鐵時(shí)由礦石和燃料帶進(jìn)的，它不溶于鐵，而是以化合物 FeS的形式存在。 FeS與 Fe形成低熔點(diǎn)共晶體（熔點(diǎn)為985℃ ），分布在奧氏體的晶界上。 當(dāng)鋼在 1000~1250℃ 進(jìn)行熱加工時(shí)，由于晶界處共晶體熔化，將導(dǎo)致鋼變脆而開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。 因此，硫在鋼中是一種有害元素，必須嚴(yán)格控制。 ? 磷是煉鐵時(shí)由礦石帶進(jìn)的，在常溫下能溶入鐵素體，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但使塑性和韌性降低。尤其 在低溫下會(huì)使鋼的塑性、韌性急劇下降，導(dǎo)致鋼嚴(yán)重變脆。這種現(xiàn)象稱為冷脆。 在一般鋼中，磷是有害元素，應(yīng)嚴(yán)格控制。 ? 硫和磷雖是鋼中的有害元素，但適當(dāng)提高它在鋼中的含量（一般 Ws=％ ~%、 Wp=%~%），并適當(dāng)提高鋼中含錳量（ %~%），使其結(jié)合成 MnS，可以改善鋼的切銷性能，降價(jià)低工件表面粗糙度。（ P37④ ） 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 7 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 鋼的分類 按化學(xué)成分分：非合金（碳素）鋼、合金鋼兩大類。 按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼三類。 按質(zhì)量分：普通鋼，優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼三類。 按脫氧程度分：鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼等。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 8 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 非合金鋼的分類、編號(hào)和用途 一、非合金鋼的分類 非合金鋼的種類很多，常按以下方法分類。 低碳鋼（ Wc%） 中碳鋼（ ≤Wc≤%） 高碳鋼（ Wc%） 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 9 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 ? 碳素結(jié)構(gòu)鋼 主要用于制作機(jī)械零件，工程結(jié)構(gòu)件，一般為低、中碳鋼。 碳素工具鋼 主要用于制作刀具、量具和模具。一般屬于高碳鋼。 ? 按鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量分為： 普通鋼 :Ws=%～ % Wp=%～ % 優(yōu)質(zhì)鋼 : Ws、 Wp均 ≤% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 : Ws=%～ % Wp=%～ % 特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 : Ws≤%Wp≤% ? 此外，鋼按冶煉方法不同；可分為轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼；鋼按冶煉時(shí)脫氧程度的不同，可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼等。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 10 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 二、非合金鋼的編號(hào) （ 1） 碳素結(jié)構(gòu)鋼 :牌號(hào)以 “ Q+數(shù)字 +字母 +字母”表示。 其中，“ Q”字是屈服點(diǎn)“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示屈服點(diǎn)值。數(shù)字后標(biāo)注的第一個(gè)字母 A、 B、 C、 D，表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，從 A到 D含磷、硫量的依次降低，A級(jí)質(zhì)量最差， D級(jí)質(zhì)量最好。 若為沸騰鋼在鋼號(hào)后加“ F”；半鎮(zhèn)靜鋼在鋼號(hào)后加“ b”；鎮(zhèn)靜鋼則不加任何字母或加字母 Z； TZ表示特種鎮(zhèn)靜鋼。例如： Q235AF即表示屈服點(diǎn)值為 235MPa的 A級(jí)沸騰鋼。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 11 頁(yè) （ P29① ） 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 12 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 ? 用途 ? 鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、建筑等構(gòu)件。 建筑構(gòu)件 鋼橋梁 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 13 頁(yè) 不大于 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 14 頁(yè) 屈服點(diǎn) 斷后伸長(zhǎng)率 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 15 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 :牌號(hào)是采用兩位數(shù)字表示鋼中平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍。例如 45鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC為 %； 08鋼表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) WC為%。 這類鋼按含錳量不同，分為普通含錳量（ %）和較高含錳量 (%)兩組。含錳量較高的一組，在鋼號(hào)后加“ Mn”。若為沸騰鋼，則在數(shù)字后加“ F”，如 08F為含碳量為 ％的沸騰鋼。 這類鋼隨鋼號(hào)的數(shù)字增加，含碳量增加，組織中的珠光體量增加，鐵素體量減少。因此，鋼的強(qiáng)度硬度也隨之增加，而塑性指標(biāo)隨之降低。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 16 頁(yè) 特性：與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，夾雜物較少，質(zhì)量較好。力學(xué)性能根據(jù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同有較差異。 應(yīng)用：主要用于機(jī)械零件，一般都要經(jīng)過熱處理后使用。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 17 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 典型優(yōu)質(zhì)碳素鋼的應(yīng)用： 08F鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，塑性好，強(qiáng)度低，軋成薄板， 主 要 用于冷沖壓件如家電、汽車和儀表外殼 ； 20鋼，冷塑性變形和焊接性好可用于強(qiáng)度要求不高的零件及滲碳零件，例如機(jī)罩、焊接容器，小軸、螺母、墊圈及滲碳齒輪等； 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后可獲得良好的綜合力學(xué)性能， 中碳鋼主要用于受力較大的機(jī)械零件 ，如 齒輪 、 連桿 、 軸等； 65鋼（ 65Mn）鋼具有較高的強(qiáng)度； 可用于制造各種彈簧、 機(jī)車輪緣、低速車輪等。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 18 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 用途：較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。 汽車曲軸 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 19 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 ? 牌號(hào)表示方法： 用“碳”字漢語(yǔ)拼音字母字首“ T”加上數(shù)字表示。數(shù)字表示鋼平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。例如 T12鋼表示 Wc=%的碳素工具鋼。如果牌號(hào)未尾處寫上“ A”，則表示鋼中含硫、磷量較少，為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，如末尾處加上“ Mn”,則表示含錳量較高。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 20 頁(yè) 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 21 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 特性： 碳素工具鋼（非合金工具鋼）的Wc=%~%，特點(diǎn)是生產(chǎn)成本低，加工性能優(yōu)良、強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性好，但塑韌性較差。 應(yīng)用： 適用于各種手用工具。此類鋼一般以退火狀態(tài)供應(yīng)市場(chǎng)。使用時(shí)再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼? 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 22 頁(yè) 碳素工具鋼的化學(xué)成分和性能（淬火后 HRC≥62) 鋼號(hào) C, % Mn, % Si, % S, % ? P, % ? 退火后 HBS, ? 水冷淬火 溫度， ℃ T7 T8 T8Mn T9 T10Mn T10 T12 T13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 187 187 187 192 19 207 207 217 800820 780800 780800 760780 760780 760780 760780 760780 表 碳素工具鋼的化學(xué)成分和性能（淬火后 HRC≥62) 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 23 頁(yè) ? 應(yīng)用（書上 37頁(yè)表 ） 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 24 頁(yè) 用途 沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。 螺紋量規(guī) 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 25 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 牌號(hào)表示方法： 用“鑄”和“鋼”兩字漢語(yǔ)拼音字母字首“ ZG”后加兩組數(shù)字表示，第一組數(shù)字表示屈服點(diǎn)的最低值，第二組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度的最低值。例如 ZG200400，表示 σs≥200MPa， σb≥400MPa的鑄鋼。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 26 頁(yè) 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 27 頁(yè) 合金鋼和非合金鋼 ? 特性： 鑄鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為 %~%。鑄鋼的鑄造性能比鑄鐵差，但力學(xué)性能比鑄鐵好 ? 應(yīng)用： 鑄鋼主要用于制造形狀復(fù)雜，力學(xué)性能要求高，而在工藝上又很難用鍛壓等方法成形的比較重要的機(jī)械零件，例如汽車的變速箱殼，機(jī)車車輛的車鉤和聯(lián)軸器等。 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 28 頁(yè) 工程用鑄造碳鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及應(yīng)用舉例（摘自 GB/T 113521995） 牌號(hào) 化學(xué)成分 /％ 室溫力學(xué)性能（不小于） 用途舉例 C Si Mn P、S σs(） ／ MPa σb ／MPa δ /% ψ /% AKV ／J 不大于 不小于 ZG200－400 0 0.50 200 400 25 40 30 良好的塑性、韌性和焊接性，用于受力不大的機(jī)械零件，如機(jī)座、變速箱殼等 ZG230－450 0 0.50 230 450 22 32 25 一定的強(qiáng)度和好的塑性韌性焊接性。用于受力不大、韌性好的機(jī)械零件，如外殼、軸承蓋等 ZG270－500 0 0.50 270 500 18 25 22 較高的強(qiáng)度和較好的塑性，鑄造性良好，焊接性尚好，切削性好。用于軋鋼機(jī)機(jī)架、箱體等 ZG310－570 0 0.60 310 570 15 21 15 強(qiáng)度和切削性良好，塑性、韌性較低。用于載荷較高的大齒輪、缸體等 ZG340－640 0 0.60 340 640 10 18 10 有高的強(qiáng)度和耐磨性，切削性好，焊接性較差，流動(dòng)性好，裂紋敏感性較大。用作齒輪、棘輪等 項(xiàng)目 2 工程材料及熱處理 第 29 頁(yè) 常用合金鋼 隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在機(jī)械制造中，對(duì)