项目八 机械结构及零件用碳钢.doc

项目八 机械结构及零件用碳钢【内容简介】 碳钢是机械零件中常用的材料，这些材料有哪些，性能如何，如何选择。本项目将主要介绍硅， 锰、磷等杂质元素对钢性能的影响，碳钢、铸钢常用材料的性能、牌号、用途等内容，为零件选材奠定良好的基础。【学习目标】 (1) 了解钢中杂质元素对钢性能的影响； (2) 掌握钢的分类、牌号和用途。8.1 钢中杂质元素对钢性能的影响含碳量低于2.11%的铁碳合金称为钢。但工业用碳钢除碳外还含有其他元素，如硅、锰、硫、磷、氧、氮、氢等。少量的锰、硅、硫、磷及微量的氧、氢、氮等元素，它们会影响到钢的质量和性能。一、锰的影响 脱氧剂。 有益元素，碳钢中不超过0.8%，（1）固溶强化；（2）形成MnS，消除硫的有害影响。二、硅的影响 脱氧剂，硅增大钢液的流动性。可使热轧钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降。钢的收缩率和冲击韧性下降不明显。但是，当硅含量超过0.81.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性显著降低。三、硫的影响 一般来说，硫是有害元素，硫在铁中的溶解度很小。室温时，硫以FeS形态存在。FeS塑性差，强度低，和Fe能形成低熔点(985)的共晶体分布在奥氏体晶界上,当碳钢加热到985进行锻、轧等压力加工时，由于低熔点共晶体熔化而使钢在热加工过程中沿着晶界开裂，这种现象称为刚的”热脆”。改变硫的存在方式： 加入适当的Mn，Mn与S的化学亲和力大于Fe，优先形成MnS，MnS的熔点1600，高于热加工温度，可避免热脆的发生。 硫能提高钢材的切削加工性，这是硫的有益作用。在易削钢中，含硫0.080.2%，同时含0.501.20%Mn。在大多数情况下，由于硫的有害影响，同时也考虑到硫的偏析倾向很大，所以，一般对钢的含硫量限制甚严。在普通质量碳钢中，硫含量不大于0.055%，在优质钢中不大于0.045%，在高级优质钢中不大于0.02%。四、磷的影响 一般来说，磷是有害杂质元素。磷在纯铁中有相当大的溶解度。磷能提高钢的强度，但使塑性、韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧升高，使钢变脆，这种脆化现象在低温时更为严重，称为“冷脆”。 在炮弹钢中，含磷量高，其目的在于提高钢的脆性，增加弹片的碎化程度，提高炮弹的杀伤力。五、非金属夹杂物的影响在炼钢过程中，一些非金属物可能进入钢液，形成非金属夹杂物，如：氧化物、硫化物、硅酸盐等，它们都会降低钢的力学性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳强度。 另外，气体如：氮、氧、氢的混入，对钢的质量都会产生不良影响。8.2 碳钢的分类(1)按钢的碳质量分数分低碳钢Wc0.25%中碳钢Wc=0.250.6%高碳钢Wc0.6%(2)按钢的冶炼方法及设备分平炉钢转炉钢电炉钢(3)按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分沸腾钢镇静钢连铸钢半镇静钢(4)按碳钢质量分普通碳素钢Ws0.055%; WP 0.045%优质碳素钢Ws0.040%; WP 0.040%高级优质碳素钢Ws0.030%; WP 0.035%(5)按钢的用途分碳素结构钢：用于制造各种工程构件和机器零件等碳素工具钢：用于制造各种工具，如刀具、量具8.3 常用碳钢的牌号及性能一、普通碳素结构钢 这类碳钢中碳的质量分数一般为0.060.38%，铸造工艺性好，廉价，有害杂质较多，力学性能也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求。通常轧制成板材、带材及各种型材。该类钢牌号表示方法是用“Q+数字+符号”表示 ，其中Q代表屈服点的字母，数字表示屈服点数值（MPa），质量等级符号（A，B，C，D）及脱氧方法符号（F，b，Z，TZ）等四部分按顺序组成。如Q235-A.F，表示屈服强度数值为235MPa的A级沸腾钢。质量等级符号表示普碳钢中杂质硫磷含量的高低，C，D级的含量最低，质量好。脱氧方法符号从F起依次分别表示沸腾钢，半镇静钢， 镇静钢及特殊镇静钢，后两种钢牌号中的脱氧方法符号可省略。常用碳素结构钢 Q195、Q215、Q235A、Q235B 塑性较好，有一定得强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺母等。 Q235C、Q235D 可用于重要的焊接件 Q255、Q275 强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。二、优质碳素结构钢(0.06%0.70%)这类钢有害杂质较少，强度、塑性、韧性比普通碳素结构钢好，主要用于制造较重要的机械零件。该类钢的钢号用“两位数字或两位数字Mn”表示，其中两位数字表示钢中碳的平均含量，单位为万分之一； Mn表示对含锰量较高的钢，须将锰元素标出，一般锰的含量为0.701.2%，如：20、20Mn 、45、40Mn 。钢号45，表示平均含碳量为0.45%的钢，这是正常含锰量（0.350.8%）的优质碳素结构钢；钢号20Mn表示碳的平均含量为0.20%、Mn表示锰的含量为0.701.2%的钢。 沸腾钢，半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出，如15g，即平均含碳量为0.15%的锅炉钢；08F表示含碳量为0.08%的沸腾钢。常用优质碳素结构钢 08F 塑性好，可制造冷冲压零件； 10、20钢 冷冲压性欲焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经热处理(如渗碳)也可以制造轴、销等零件。 35、40、45、50钢 经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒类零件。 60、65钢 强度高、弹性极限高，主要用来制造弹簧。 优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。三、碳素铸钢(0.150.6%)铸钢主要用于制造形状复杂，又需要一定强度、塑性和韧性，铸铁满足不了性能要求的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械齿轮、轴，以