第四章机械工程材料.docVIP

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§1-1 钢 铁 材 料 钢铁材料是钢和铸铁的统称。 钢是以铁为主要元素,含碳量般在2% 以下,并含有其他元素的材料。 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳量2%通常是钢和铸铁的分界线。 根据化学成分,钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢。 一、非合金钢(碳素钢) 非合金钢也称碳素钢或碳钢,是碳含量小于2% 的铁碳合金。它还含有少量的硫、磷、锰、硅等杂质,其中硫、磷是炼钢时由原料进入钢中,炼钢时难于除尽的有害杂质。硫有热脆性,磷有冷脆性。锰、硅是在炼钢加入脱氧剂时带入钢中的,是有益元素。 1. 碳素钢的分类 碳素钢有多种分类方法,常用的分类方法有三种: (1) 按钢的含碳量分类 低碳钢:含碳量≤0.25%。 中碳钢:含碳量 0.25%~0.6%。 高碳钢:含碳量≥0.6%。 (2) 按钢的质量分类 碳钢质最的高低,主要根据钢中杂质硫的质量分数和磷的质量分数来划分。可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢。 普通钢:≤0.035%,≤0.035%。 优质制:≤0.030%,≤0.030%。 高级优质钢:≤0.020%,≤0.025%。 (3) 按用途分类 碳素结构钢:用于制造金属结构、零件。 碳素工具钢:,用于制造刃具、量具和模具。 钢还可以从其他角度来分类,如按脱氧方法不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。 2.碳素结构钢 凡用于制造机械零件和各种工程结构件的钢都称为结构钢。根据质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。 (1) 普通碳素结构钢 普通碳素结构钢冶炼容易,不消耗贵重的合金元素,价格低廉,性能能满足一般工程结构、日常生活用品和普通机械零件的要求,所以是各类钢中用量最大的一类。 这类钢的牌号是由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四个部分顺序组成。例如Q235—A·F,其中“Q”代表屈服点,数值235表示在一定拉伸试验条件下的屈服点值小于235MP,“A”表示质量等级为A级,“F”表示脱氧方法即为沸腾钢。表1-1列出了这类钢的等级、化学成分和脱氧方法。表中F、b、Z、TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。在牌号组成表示方法中,“Z”与“TZ”符号予以省略。表1-2列出常用普通碳素结构钢在拉伸和冲击试验条件下的力学性能。 2.Q235A、B级沸腾钢锰含量上限为0.60% 这类钢主要用于焊接、铆接、栓接构件。这些构件在常温有冲击载荷条件下工作,可选用相应牌号的B级钢;在低温有冲击载荷条件下工作或重要的焊接构件可选用C、D级钢。在各牌号钢中,Q235应用最多。 (2) 优质碳素结构钢 这类钢中有害杂质元素S、P较少,质量优良。大多数用于制造机械零件,可以进行热处理以改善和提高其力学性能,它的牌号是以0.01%为单位,用两位数字表示钢中平均含碳量的万分数。例如45,表示平均含碳量为0 .45%的钢,称为45钢。如果优质碳素结构钢中含锰量较高(含锰量在0.7% ~1.0%范围内),还应在表明含碳量的两位数字后面,附以汉字“锰”或Mn的元素符号,如20Mn表示平均含碳量为0.20%的较高含锰量钢,称为20锰钢。表1-3给出了常用优质碳素结构钢的力学性能和用途。 3. 碳素工具钢 碳素工具钢是用于制造刃具、模具、量具。这些工具都要求高硬度和高耐磨性。工具钢的碳含量都在0.7%以上,都是优质的或高级优质高碳钢。其牌号是拼音字母“T”加数字表示,其中T表示碳素工具钢,数字表示平均含碳量的千分数,如T8,表示平均碳含量为0.8%碳素工具钢。若为高级优质碳钢则在牌号后加“A”,如T10A,表示平均碳含量为1.0%的高级优质碳素工具钢。 合金钢 随着工业生产和科学技术的不断发展,对钢材的某些性能提出了更高的要求。如对大型重要的结构零件,要求具有更高的综合力学性能;对切削速度较高的刀具要求更高的硬度、耐磨性和红硬性(即在高温时仍能保持高硬度和高耐磨性);大型电站设备、化工设备等不仅要求高的力学性能,而且还要求具有耐蚀、耐热、抗氧化等特殊物理、化学性能。碳钢不能满足这些要求,于是产生各种合金钢,以适应对钢材更高的要求。 合金钢就是在碳钢的基础上加入其他元素的钢,加入的其他元素就叫做合金元素。常用的合金元素有硅(si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(w)、钼(Mo)、钒(V)、钛(Ti)、铝( Al)、硼(B)及稀土元素( Re)等。合金元素在钢中的作用,是通过与钢中的铁和碳发生作用、合金元素之间的相互作用提高了钢的力学性能,改善了钢的热处理工艺性能。 1. 合金钢的分类和牌号 (1) 合金钢的分类 合金钢的分类方法很多,按主要用途一般分为: 合金结构钢:主要用于制造重要的机械零件和工程结构。 合金工具钢:主要用于制造最重要的刃具、量具.和模具。 特殊性能钢:具有特殊的物理、化

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