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机械制造基础 绪论 一 为什么要学机械制造基础 机械工程材料工艺学 机械制造基础是传授有关制造机械零件工艺方法的一门综合性专业基础课 它主要讲授以下几个方面的内容 1 各种工艺方法的规律性及其在机械制造中的应用和相互关系 2 金属零件的加工工艺过程和结构工艺性 3 常用金属材料性能对加工工艺的影响 4 工艺方法的综合比较 1 研究的对象 常用的工程材料 材料的各种加工处理工艺 例如 钢铁 铝合金 铜合金 塑料等材料及热处理工艺 焊接工艺 铸造工艺 切削加工工艺等加工处理工艺 举例 常用主轴材料 45 技术要求 调质处理 箱体材料 ht200 技术要求 退火 国家工业发展的三大支柱 材料 信息 微机 2 研究本课程的意义 现代工业和日常生活都离不开工程材料的使用 研究材料最终是为人类的文明进步而服务 3 本课程在本专业的位置 基础课 桥梁 专业课机械工程材料工艺学是一门专业基础课 在专业课和基础课中起着桥梁的作用 二 本课程有什么特点 1 本课程同实践紧密相联系 是一门实践性很强的学科 2 通过生产实践才能融会贯通地学习掌握本课程的内容 安排了钳工 金工实习 3 为了弥补实践方面的不足 部分采用录像教学 通过师生的相互努力来学好这门功课 三 怎样才能学好本课程 1 注意各章节的联系 同时做好课堂笔记 2 做课前预习 课后复习 3 掌握本课程的主要内容 金属材料及热处理基本知识 铸造 锻造 焊接 切削加工基本常识 总之 机械制造基础 是一门实践性强 知识面宽 服务对象广的技术基础课 其目标是赋以学生切削原理 切削方法 切削加工工艺过程 切削过程的质量控制与检验 切削加工工艺装备的设计以及现代制造技术的基本概念 基本知识 并使学生初步具备切削要素的选择 加工方法选择与控制 一般零件工艺过程的设计 加工质量检验与控制以及工艺装备设计的能力 能够综合运用所学知识 解决机械加工工艺过程中一般的生产技术问题 可见 它不仅是机械工程及自动化专业的学科基础 同时也是该学科知识结构的脊梁 第一章工程材料 第一节金属材料的力学性能 机械性能 材料的性能 使用性能 物理性能 化学性能 力学性能 机械性能 工艺性能 热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能 力学性能的定义 材料在外力 静载荷 动载荷 交变载荷 作用下 表现出的性能 强度 塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度等 一 强度与塑性1 强度 定义 金属材料在外力作用下抵抗永久变形 塑性变形 和断裂的能力称为强度 强度是衡量零件本身承载能力 即抵抗失效能力 的重要指标 强度是机械零部件首先应满足的基本要求 衡量指标 屈服强度 抗拉强度 概念 一 载荷 机械设计中通常指施加于机械或结构上的外力 动力机械中通常指完成工作所需的功率 电机工程中则指电气装置或元件从电源所接受的功率 另外 有时也把某种能引起机械结构内力的非力学因素称为载荷 载荷可以从不同的角度进行分类 根据大小 方向和作用点是否随时间变化可以分为静载荷和动载荷 其中 静载荷包括不随时间变化的恒载 如自重 和加载变化缓慢以至可以略去惯性力作用的准静载 如锅炉压力 动载荷包括短时间快速作用的冲击载荷 如空气锤 随时间作周期性变化的周期载荷 如空气压缩机曲轴 和非周期变化的随机载荷 如汽车发动机曲轴 根据载荷分布情况可分为集中载荷和分布载荷 其中分布载荷又可分为体载荷 面载荷和线载荷3种 根据载荷对杆件变形的作用可分为轴向拉伸或压缩载荷 弯曲载荷和扭转载荷等 二 应力 当材料在外力作用下不能产生位移时 它的几何形状和尺寸将发生变化 这种形变就称为应变 材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力 把分布内力在一点的集度称为应力 即单位面积上的内力 录像 拉伸试验 1 屈服强度 定义 发生屈服现象时的应力 公式 s fs ao mpa fs 材料发生屈服现象时的最大载荷 so 材料的原始横截面面积 注 条件屈服强度 屈服点 规定 r0 2 f0 2 ao 工程上规定以式样产生0 2 塑性变形时的内力作为该材料的屈服点用 r0 2表示 2 抗拉强度 定义 最大应力值 公式 b fb aofb 最大的载荷 so 材料的原始截面面积 注 由于机械零件工作时不允许发生塑性变形 因此多以 s作为强度设计的依据 而塑性材料无屈服点 因此在强度设计时以 b为依据 因此 s b屈强比 越小 材料的可靠性越高 越大 材料的可靠性越低 2 塑性 定义 发生塑性 永久性 变形 不破坏的能力 衡量指标 伸长率 断面收缩率 1 伸长率 定义 公式 l1 l0 l0 100 l1 拉断后的长度 l0 原来的试样长度 注意 长 短试样测出的 值不相等 比较大小 要同样的试样 l0 5d0 5l0 10d0 10 5 5 塑性材料 5 5 脆性材料 45 5 18 7 1 5 2 断面收缩率 定义 公式 a0 a1 a0 100 s0 原截面面积 s1 断口处断面面积 5 10 值越大 塑性越好 总结 越大 塑性越好 越易变形但不会断裂 二 硬度硬度 定义 抵抗更硬物体压入的能力 是衡量金属材料软硬程度的一个指标 分类 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度等 测量方法 压入法 刻划法1 布氏硬度 hb测定原理 布氏硬度的测定原理是用一定大小的试验力f n 把直径为d mm 的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面 图1 保持规定时间后卸除试验力 用读数显微镜测出压痕平均直径d mm 然后按公式求出布氏硬度hb值 或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出hb值 注 1n 0 102kgf 新标准中试验力单位用牛顿 在计算公式中的力是以n为单位的 如果是以公斤为单位就不用加了 hb 450淬火钢球 hbs 450 650硬质合金钢球 hbw 举例 钢球直径 10mm 载荷 30kn f 30d2 时间 规定10 s 材料 压痕直径 d0 3 92mm查表 hbs 239 1 应用范围 铸铁 有色金属 非金属材料 2 优缺点 精确 方便 材料限制 非成品检验和薄片 2 洛氏硬度 hr hra hrb hrc 洛氏硬全洛氏硬度机度 hr 测试当被测样品过小或者布氏硬度 hb 大于650时 就改用洛氏硬度计量 试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1 59mm 3 18mm的钢球 在一定载荷下压入被测材料表面 由压痕深度求出材料的硬度 根据实验材料硬度的不同 可分为三种不同标度来表示 hra是采用60kg载荷和钻石锥压入器求的硬度 用于硬度极高的材料 例如 硬质合金 hrb是采用100kg载荷和直径1 58mm淬硬的钢球求得的硬度 用于硬度较低的材料 例如 退火钢 铸铁等 hrc是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度 用于硬度很高的材料 例如 淬火钢等 1 应用范围 钢及合金钢 2 计算公式 hr k h 0 002其中 k 0 2mm 金刚石圆锥压头 k 0 26 钢球压头 0 002洛氏硬度单位 3 优缺点 测成品 薄的工件 无材料限制 但不精确 3 维氏硬度 自学 试验 gb83 一定锥形的金刚石 在规定的载荷 时间后 hv 0 1891f d2 1 应用范围 测薄片和镀层 2 优缺点 数值精确 但操作麻烦 三 韧性冲击韧度 定义 抵抗冲击载荷而不破坏的能力 衡量指标 k ak s j cm2 ak 冲击吸收功s 缺口截面积 k 冲击韧性 k和式样形式 表面粗糙度 内部组织及环境温度有关 温度越低 k越小 低温易冲断 脆性临界转变温度 四 疲劳强度疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限 实际上 金属材料并不可能作无限多次交变载荷试验 一般试验时规定 钢在经受107次 非铁 有色 金属材料经受108次交变载荷作用时不产生断裂时的最大应力称为疲劳强度 当施加的交变应力是对称循环应力时 所得的疲劳强度用 1表示 许多机械零件 如轴 齿轮 轴承 叶片 弹簧等 在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化 这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力 也称循环应力 在交变应力的作用下 虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点 但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳 疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一 据统计 在机械零件失效中大约有80 以上属于疲劳破坏 而且疲劳破坏前没有明显的变形 所以疲劳破坏经常造成重大事故 所以对于轴 齿轮 轴承 叶片 弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造 提高构件疲劳强度的措施 1 减缓应力集中如用大的过渡圆角 采用破口焊接 2 降低表面粗糙度精加工 避免表面损伤及化学腐蚀 3 增加表面强度如淬火 碳氮共渗 喷丸 滚压等 第二节金属材料的物理 化学及工艺性能 金属的性能 物理性能 化学性能 一 物理性能 1 比重 单位体积内物体的重量 密度 单位体积内物体的质量 铁 7 8克 厘米3 铜 8 9克 厘米3 铝 2 7克 厘米3 钛 4 51克 厘米3 5g cm3 重金属 应用 飞机制造业 子弹头 检验材料 炼铁 炼钢 铅球等 2 熔点 固体 液体的温度点 凝固点 液体 固体的温度点 铁 1538 铜 1083 铝 660 钛 1660 应用 耐高温材料 飞机 导弹 航天 防火安全阀 熔断器 保险丝 等 3 热涨性 一般而言 金属材料具有热胀冷缩的性能 材料不同 热胀冷缩的大小也不同 应用 电线的形态 桥梁的架设 钢轨的铺设 精密的测量工具 电冰箱 电饭锅等 4 导热性 金属具有传导热能的性质 导热材料的顺序 银 铜 铝等 金属材料的杂质越多 导热性越差 高速钢导热性差 加热要缓慢 以防开裂 应用 陶瓷 水壶的水垢等 5 导电性 金属具有传递电流的性质 导电材料的顺序 银 铜 铝等 应用 电火花加工 下册p 78 80 电解加工 电子束加工及制造电线 电缆等 6 磁性 金属材料在磁场的情况下磁化 例如 铁 镍 钴等 应用 手表材料 磨床的磨削加工等 二 化学性能 1 耐蚀性 耐酸碱性 金属材料抵抗腐蚀的性能 例如 钢铁生铁锈 铜生铜绿 应用 食品行业 饮料行业 医药行业 化工行业等 2 抗氧化性 高温时抵抗氧化的能力 应用 锻打 电焊 热处理等 3 化学稳定性 在常温下 化学稳定的性能 应用 耐热设备 高温锅炉等 三 工艺性能 是指是否易于进行冷 热加工的性能 包括 热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能 以上各种工艺性能将在以后有关章节中分别介绍 第二章铁碳合金 钢和铸铁 第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变一 金属的结晶结晶 液态金属凝结成固态金属的现象 概念 理论结晶温度 金属在无限缓冷冷却下结晶得到的结晶温度to 计算出来的 实际结晶温度 金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度tn 实际测量出来的 平时浇注的温度 二 金属结晶的过冷现象 过冷现象 物质从液体转变为晶体的过程叫做结晶 每一种物质都有一定的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度 但实际上 液体温度达到理论结晶温度时并不能进行结晶 而必须在它温度以下的某一温度 称为实际开始结晶温度 才开始结晶 在实际结晶过程中 实际结晶温度总是低于理论结晶温度的 这种现象成为过冷现象 两者的温度差值被称为过冷度 过冷度的大小与冷却速度密切相关 冷却速度越快 实际结晶温度就越低过冷度就越大 反之冷却速度越慢 实际结晶温度就更接近理论结晶温度 过冷度就越小 金属结晶时实际结晶温度与低于平衡结晶温度之差称为过冷度 过冷度愈大 结晶速度愈快 冷却速度愈慢 则过冷度愈小 实际结晶温度 理论结晶温度 t0 tn 温度 时间 金属的结晶过程 1 在ab段 金属均呈现液体 2 在bc段 液体中某些原子结成晶核 自发晶核 晶坯 晶核不断长大形成枝晶直到晶粒 3 在cd段 每一个晶核形成一个晶粒 从而形成含有多晶体的金属固体 晶核 枝晶 晶粒 多晶体 晶核 枝晶 晶粒晶界 晶粒 晶粒越多 晶界也越多 则晶粒移动所受的阻力越大 宏观来看 材料越不容易发生变形 即材料的硬度越高 强度越好 总结 晶粒越小 则材料的力学性能越好 改变材料的力学性能的主要途径是 晶核数目越多 晶粒越多 晶粒越细小 从而提高材料的力学性能 1 提高过冷度 107 s非晶态金属 实验测出 冷却速度越大 生核速率越大 长大速率 2 变质处理 孕育处理 在液态金属中 加入一些细小的金属粉末 变质剂 孕育剂 形成非自发晶核 使晶核数目增多 晶粒变细小 3 机械振动 使枝晶破碎成为几个晶核 使晶核数目增多 超生波振动等 概念 晶粒 多晶体材料内以晶界分开的晶体学位向相同的晶体 晶界 晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面 在晶界面上 原子排列从一个取向过渡到另一个取向 故晶界处原子排列处于过渡状态 晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界 晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体 晶体有三个特征 1 晶体有整齐规则的几何外形 2 晶体有固定的熔点 在熔化过程中 温度始终保持不变 3 晶体有各向异性 材料在各方向的力学和物理性能呈现差异的特性 的特点 晶体缺陷 各种偏离晶体结构中质点周期重复排列的因素 可分为点缺陷 线缺陷 面缺陷 三 纯金属的晶体结构 p2 致密度 晶胞中原子占有的体积与晶胞体积之比 纯金属的晶格类型 1 体心立方晶胞例如 纯铁 fe 912 w mo v cr ti 882 立方体 a b c 90 原子数 8 1 8 1 2致密度 0 68原子的晶格结构不同 则性能不同 即使原子的晶格结构相同 但由于原子的质量不同 性能也不同 2 面心立方晶格立方体a b c 90 原子数 8 1 8 6 1 2 4致密度 0 74举例 铜 a b c 3 608 108 铜原子m 63 54 1 67 10 24g铜原子的直径 d 2 5505 计算铜的密度 纯铁 fe 912 1394 al cu ag mn等 3 密排六方结构 p3 四 纯铁的同素异晶转变 举列钻石和石墨 纯铁 fe 912 fe 1394 fe 1538 l二次结晶或重结晶 第二节铁碳合金的基本组织复习旧课 细化金属材料晶粒的方法及纯铁的结构 一 合金 定义 金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的新材料 金属特性 导电性 导热性 塑性 光泽 例如 钢铁合金 fe c mn si 铝合金 al mg mn al ze mn 铜合金 cu zn cu sn cu ni 等 产生具有优良的使用性能和工艺性能方面的新材料 特出的物理 化学性能 组元 定义 合金中的最小单元 合金系 合金中百分含量不同的组元构成的一系列合金 铝合金 al mg mn 铝合金 al 99 97 95 mg 0 5 2 2 mn 0 5 1 3 二元合金系 三元合金系 四元合金系 二 金属的相结构 相 具有同一化学成分 同一聚集状态 且有明显界面分开的独立均匀部分 例如 液 单相 固相 单相 液 固 两相 1 固溶体 当一种组元 加到另一种组元 中形成的固体其结构仍保留为组元 的结构时 这种固体称为固溶体 组元称为溶剂 组元称为溶质 组元 可以是元素 可以是化合物 固溶体分成置换式固溶体和间隙式固溶体两大类 置换式固溶体溶质原子处于溶剂原子的位置上 即置换了溶剂原子 如 黄铜中 锌置换了铜原子 间隙式固溶体是溶质原子处于溶剂原子的间隙处 如 铁中 碳原子处在铁原子排列的间隙处 固溶体的分类按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体 1 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体 当溶剂和溶质原子直径相差不大 一般在15 以内时 易于形成置换固溶体 铜镍二元合金即形成置换固溶体 镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子 2 间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体 间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属 而溶质是直径很小的碳 氢等非金属元素 其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0 59 如铁碳合金中 铁和碳所形成的固溶体 铁素体和奥氏体 皆为间隙固溶体 常见的固溶体铁碳合金 1 铁素体f c fe中形成的固溶体 单相 层片状 体心立方晶格 20 0 0008 c 工业纯铁 727 0 0218 c 机械性能 30 50 70 80 ku 160 200j cm2 b 180 280mpa hbs50 80 770 磁性 应用简略提一下 饱和的盐水凝固点 21 其沸点108 饱和naoh溶液沸点314 2 奥氏体a c fe中形成的固溶体 单相 层片状 面心立方晶格 727 0 77 c 1148 2 11 c 机械性能 40 60 b 400 50mpa hbs 170 220 抗磁性 2 金属化合物合金组元件发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物 金属化合物的组成一般可用化学式表示 金属化合物的晶格类型不同于任一组元 一般具有复杂的晶格结构 其性能特点是熔点高 硬度高 脆性大 当合金中出现金属化合物时 通常能提高合金的硬度和耐磨性 但塑性和韧性会降低 金属化合物是许多合金的重要组成相 形成 温度降低时析出的一种新材料 当合金中出现金属化合物时 hrc ku 常见的金属化合物铁碳合金渗碳体c f c层片相间叠加 硬度极高 而塑性 韧性极低 3 机械混合物定义 由纯金属 固溶体 金属化合物这些合金的基本相按照固定比例构成的组织称为机械混合物 可以直接观察到有不同状态的物质共存的混合物 固溶体 固溶体 金属化合物 金属化合物例如 钢铁 铝合金 铜合金 钛合金等 常见的机械混合物珠光体p f fe3c两相 机械混合物 0 77 c 机械性能 20 25 b 800 850mpa hbs 280 260 强度高 硬度较高 2 莱氏体ld ld 两相机械混合物 含碳量 4 3 c ld a c727 1148 高温莱氏体 ld p c20 727 低温莱氏体 机械性能 hb 560 600 4 5 性能与渗碳体相近 应用较少 总结 硬度最高的是渗碳体 强度最好的是珠光体 高温下奥氏体塑性最好 常温下铁素体塑性最好 莱氏体硬度较高 第三节铁碳合金状态图 纵标表示温度 横标表示成分 一 铁碳合金状态图的建立 1 配制不同成分的铁碳合金 用热分析法测定各合金的冷却曲线 2 从各冷却曲线上找出临界点 并将各临界点分别画到成分 温度坐标中 3 将意义相同的临界点连接起来 二 fe fe3c合金状态图的分析 1 点 特性点 a1538 100 fe的熔点 d1227 100 fe3c的熔点 g912 100 fe的同素异晶转变点 重结晶温度点 c1148 4 3 c共晶点l ld a c 共晶反应 f1148 6 69 c虚点 p727 100 fe虚点 k727 6 69 c虚点 e1148 2 11 c碳在 fe中的最大固溶量 s727 0 77 c碳在 fe中的最小固溶量 共析点a p共析反应 2 线 特性线 1 ac线 液相线开始结晶出奥氏体 l l a dc线 液相线开始结晶出渗碳体 l l c 2 ae线 固相线奥氏体结晶终了线 l a a ecf线 固相线 共晶线 共晶反应l ld 3 gs线 a3线 从奥氏体中开始析出铁素体线 4 es线 acm线 从奥氏体中开始析出渗碳体线 碳在奥氏体中的固溶线 5 psk线 a1线 共析线 共析反应a p f c 共晶体 6 pq线 碳在铁素体中的溶解度曲线 这种由铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体 3 分类 含碳量分类 工业纯铁 c 0 0218 c钢 0 0218 0 77 p c 共晶白口铁分类 共晶白口铁 4 3 cld 亚共晶白口铁 c4 3 cld c三 钢在结晶过程中的组织转变 见p10 铁碳合金的组织和性能 工业纯铁 f塑性好 亚共析钢 f p取决于f p的含量 共析钢 p强度高 过共析钢 p c取决于p c的含量 c为网状的二次渗碳体 脆 不合格 正确选材 c 0 25 低碳钢 塑性好 韧性好 0 25 c 0 60 中碳钢 综合机械性能好 0 60 c 1 4 高碳钢 硬度高 耐磨性好 制定工艺性能 铸造方面 共晶成分的铁碳合金铸造时 组织致密 不易偏析 锻造方面 钢加热到固相线ae以下200 及a3线上170 之间 利用奥氏体塑性好 焊接方面 热处理方面课堂讨论 碳对铁碳合金组织和性能的影响 第四节工业用钢简介一 钢的分类碳钢的分类 编号和用途 分类 低碳钢 0 25 c 亚共析钢 0 008 0 77 c 中碳钢 0 25 c 0 60 共析钢 0 77 c 高碳钢 0 60 c 1 4 过共析钢 0 77 2 11 质量 普通碳素钢 s 0 05 p 0 045 优质碳素钢 s 0 04 p 0 04 和国际不接轨 高级优质碳素钢 s 0 03 p 0 035 用途 碳素结构钢 碳素工具钢 冶炼 平炉钢 逐渐淘汰 转炉钢 使用 电弧炉钢 酸碱性 酸性钢 碱性钢 中性钢 钢的分类 碳素钢和合金钢 二 碳素钢 牌号的意义 根据gb t221 优质碳素结构钢的牌号采用阿位伯数字或阿拉伯数字加符号的表示方法 阿拉伯数字表示钢的碳含量 以万分之几计 半镇静钢在牌号尾部加 b 沸腾钢在牌号尾部加 f 较高锰含量在牌号尾部加 mn 铝镇静钢在牌号尾部加 al 高级优质钢在牌号尾部加 a 特级优质钢在牌号尾部加 e 其他有关的部分符号如表3 2 1所示 钢中杂质含量对其性能的影响1 锰mn 0 25 0 8 mn 有益元素 脱氧剂 提高钢的强度和硬度 特别是降低钢的的脆性 2 硅si 0 4 si 有益元素 脱氧剂 提高钢的强度 3 硫s 0 050 有害元素 热脆 红脆性 fes fe 为共晶体 985 为液体 硫的含量越高 热脆性越严重 4 磷p 0 0045 有害元素 冷脆 使钢常温下其塑性和韧性急剧下降 脆性转变温度升高 在低温时 这种现象更加严重 5 氢h 0 0001 有害元素 氢脆 白点 过多的氢分子会导致钢的开裂 总之 杂质元素对钢材的性能与质量影响很大 必须严格控制在所规定的范围内 碳素钢分如下三类 1 普通碳素结构钢 新 q235a f b z s 235mpa 旧 甲类钢 a1 a2 a3 a7满足机械性能要求的 乙类钢 b1 b2 b3 b7满足化学性能要求的 特类钢 c2 c3 c5满足机械和化学性能要求的 通常用于制造型材 螺钉 铁钉 铁丝 建筑材料等 2 优质碳素结构钢 普通含锰量钢 0 25 0 8 mn 较高含锰量钢 0 70 1 20 mn 举例 45 0 45 c左右 0 50 0 80 mn左右 45mn 0 45 c左右 0 70 1 00 mn左右 常用于齿轮 主轴 连杆 45 弹簧 板簧 发条 65 65mn 3 碳素工具钢 优质碳素工具钢 t 数字 高级优质碳素工具钢 t 数字 a 举例 t7 t8 t9 t14 含义 0 7 0 80 0 9 1 4 t7a t8a t9a t14a 主要用于剪刀 斧头 锯子 锉刀等 合金钢 1 定义 合金钢钢里除铁 碳外 加入其他的元素 就叫合金钢 在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金 根据添加元素的不同 并采取适当的加工工艺 可获得高强度 高韧性 耐磨 耐腐蚀 耐低温 耐高温 无磁性等特殊性能 2 分类 合金钢种类很多 通常按合金元素含量多少分为低合金钢 含量 5 中合金钢 含量5 10 高合金钢 含量 10 按质量分为优质合金钢 特质合金钢 按特性和用途又分为合金结构钢 不锈钢 耐酸钢 耐磨钢 耐热钢 合金工具钢 滚动轴承钢 合金弹簧钢和特殊性能钢 如软磁钢 永磁钢 无磁钢 等 合金钢 低合金钢 合金钢 常见的合金钢及其应用 1 调质钢1 中碳型合金钢 合金元素含量较低 2 强度较高 3 用于高温螺栓 螺母材料等 2 弹簧钢1含碳量比调质钢高 2经调质处理 强度较高抗疲劳强度较高 3用于弹簧材料 3 滚动轴承钢1高碳型合金钢 合金含量较高 2具有高而均匀的硬度和耐磨性 3用于滚动轴承 4 合金工具钢量具钢1高碳型合金钢 合金元素含量较低 2具有高的硬度和耐磨性 机加工性能好 稳定性好 3用于量具材料 5 特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢 2抗腐蚀性好 3用于抗腐蚀 部分可做耐热材料 6 耐热钢1低碳高合金钢 2耐热性能好 3用于耐热材料 部分可做抗腐蚀材料 7 低温钢1低碳合金钢 根据耐低温程度合金元素有高有低 2抗低温性好 3用于低温材料 专用钢为镍钢 合金钢合金元素在钢中的作用1 碳 c 钢中含碳量增加 屈服点和抗拉强度升高 但塑性和冲击性降低 当碳量0 23 超过时 钢的焊接性能变坏 因此用于焊接的低合金结构钢 含碳量一般不超过0 20 碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力 在露天料场的高碳钢就易锈蚀 此外 碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性 2 硅 si 在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂 所以镇静钢含有0 15 0 30 的硅 如果钢中含硅量超过0 50 0 60 硅就算合金元素 硅能显著提高钢的弹性极限 屈服点和抗拉强度 故广泛用于作弹簧钢 在调质结构钢中加入1 0 1 2 的硅 强度可提高15 20 硅和钼 钨 铬等结合 有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用 可制造耐热钢 含硅1 4 的低碳钢 具有极高的导磁率 用于电器工业做矽钢片 硅量增加 会降低钢的焊接性能 3 锰 mn 在炼钢过程中 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂 一般钢中含锰0 30 0 50 在碳素钢中加入0 70 以上时就算 锰钢 较一般钢量的钢不但有足够的韧性 且有较高的强度和硬度 提高钢的淬性 改善钢的热加工性能 如16mn钢比a3屈服点高40 含锰11 14 的钢有极高的耐磨性 用于挖土机铲斗 球磨机衬板等 锰量增高 减弱钢的抗腐蚀能力 降低焊接性能 4 磷 p 在一般情况下 磷是钢中有害元素 增加钢的冷脆性 使焊接性能变坏 降低塑性 使冷弯性能变坏 因此通常要求钢中含磷量小于0 045 优质钢要求更低些 5 硫 s 硫在通常情况下也是有害元素 使钢产生热脆性 降低钢的延展性和韧性 在锻造和轧制时造成裂纹 硫对焊接性能也不利 降低耐腐蚀性 所以通常要求硫含量小于0 055 优质钢要求小于0 04