黄科院金属材料及热处理课件项目8 机械结构及零件用碳钢

第三篇常用金属材料及其使用黄河科技学院材料成型教研室项目八机械结构及零件用碳钢黄河科技学院材料成型教研室

【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。黄河科技学院材料成型教研室含碳量低于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0.8~1.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性显著降低。§8.1钢中杂质元素对钢性能的影响黄河科技学院材料成型教研室三、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0.08~0.2%，同时含0.50~1.20%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%。黄河科技学院材料成型教研室四、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。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。五、非金属夹杂物的影响黄河科技学院材料成型教研室(1)按钢的碳质量分数分低碳钢Wc≤0.25%中碳钢Wc=0.25~0.6%高碳钢Wc>0.6%(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Ws≤0.055%;WP≤0.045%优质碳素钢Ws≤0.040%;WP≤0.040%高级优质碳素钢Ws≤0.030%;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§8.2碳钢的分类黄河科技学院材料成型教研室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。§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0.06~0.38%，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。黄河科技学院材料成型教研室常用碳素结构钢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。钢板、钢筋建筑构件钢桥梁黄河科技学院材料成型教研室二、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0.70～1.2%，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（0.35~0.8%）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0.70～1.2%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。黄河科技学院材料成型教研室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。常用优质碳素结构钢黄河科技学院材料成型教研室三、碳素铸钢(0.15~0.6%)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、