常用金属材料碳钢及合金钢的分类

1、补充: 钢材及其生产过程,一、钢铁材料的生产过程 铁矿石 生铁 钢锭 型材,铸铁,轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法,1、生铁的冶炼 原料：铁矿石 燃料：焦炭 熔剂：石灰石 设备：高炉,2、钢的冶炼 原料：生铁、废钢 燃料：焦炭 熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂 设备：电弧炉,钢板、型钢、钢管,模块四 常用金属材料,磁铁矿Fe3O4 赤铁矿Fe2O3,高炉,模块四 常用金属材料,电弧炉,模块四 常用金属材料,生铁一般指含碳量在24.3%的铁的合金。又称铸铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰及少量的硫、磷等，它可铸不可锻。根据生铁里碳存在形态的不同，又可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。 炼钢生

2、铁里的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。 铸造生铁中的碳以片状的石墨形态存在，它的断口为灰色，通常又叫灰口铁。由于石墨质软，具有润滑作用，因而铸造生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能。但它的抗位强度不够，故不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造各种机床床座、铁管等。 球墨铸铁里的碳以球形石墨的形态存在，其机械性能远胜于灰口铁而接近于钢，它具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，有一定的弹性，广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及多种机械零件。此外还有含硅、锰、镍或其它元素量特别高的生铁，叫合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用做炼钢的原料

3、。在炼钢时加入某些合金生铁，可以改善钢的性能。,课题一 钢的分类、编号及选用,一、钢的分类,模块四 常用金属材料,模块四 常用金属材料,根据GB/T13304-91可将钢根据不同的性质划分为不同的种类： （一）按化学成分分： 碳素钢与合金钢 （二）按含碳量与合金含量分： 低碳钢 0.25%、中碳钢 Wc = 0.250.6%、高碳钢 Wc 0.6%； 低合金钢 合金含量5%、中合金钢510%、高合金钢10% （三）按质量分： 普通钢、优质钢、高级优质钢 （四）按用途分： 结构钢、工具钢、特殊性能钢,按用途分,二、 杂质及合金元素对钢性能的影响,1、硅和锰的影响： 有益元素，不但可以溶于F中，产

4、生强化作用，使钢的强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。 2、硫的影响： 有害元素，不溶于铁，以FeS形式存在，高温时使钢产生热脆性。 3、磷的影响： 有害元素，常温溶于F，使钢的强度、硬度提高，但塑性、韧性降低；低温时使钢产生冷脆性。 4、合金元素的影响： 有益元素，固溶强化、形成化合物、细化粒晶、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性等。,模块四 常用金属材料,中国钢号所采用的缩写字母及其涵义,中国钢号所采用的缩写字母及其涵义（续表）,三、常用碳素钢的分类、牌号及其应用,模块四 常用金属材料,1.普通碳素结构钢 *含碳量小于0.38，常用小于0.25，即以低碳钢为主。 *牌号： Q +

5、屈服点数值+质量等级（ A、B、C、D ）+脱氧方法（F、b、Z、TZ） 例：Q215AF *常见的牌号： Q195A、 Q195B；Q215A 、Q215B；Q235A 、 Q235B 、Q235C 、Q235D；Q255A 、Q255B；Q275 *应用： Q235（A3）是用途最广，通常经热轧成钢板、型钢、钢管、棒材等，塑性和韧性优良，常用于建筑构件，不重要的轴类、螺钉、螺母,、冲压件、焊接件、锻件等。 *Q235C 及Q235D还可用于重要的焊接件。 钢铁产品牌号表示法（GB/T221-2000）”和“钢铁及合金牌号统一数字代号体系（GB/T17616-1998）”，这两种表示方法在现

6、行国家标准和行业标准中并列使用，两者均有效。,模块四 常用金属材料,2.优质碳素结构钢 *含硫S、磷P量较低，主要用来制造较重要的机件。 *牌号： 用二位数字表示（不足两位前面补0，表示碳含量的万分数，高锰的在后加上Mn) 例：20表示含碳量为0.2 ；10F表示含碳量为0.1，沸腾钢 *常见的牌号： 08、08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、15Mn、20Mn、30Mn、40Mn、50Mn、65Mn等。 *应用： 08、10、15、20、25等牌号属低碳钢，其塑性好易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接，其中20钢用途最广,常用于制造螺钉、螺母、垫

7、圈、小轴、冲压件、焊接件等。 30、35、40、45、50、55等牌号属于中碳钢，强度硬度提高，其中45钢的综合性能优良，应用最广，常用于制造轴，丝杠，齿轮，重要的螺钉，螺母等。 60、65、70、75等牌号属高碳钢，强度硬度高，弹性优良，常用于制造小弹簧，钢丝绳、轧辊等。,模块四 常用金属材料,3. 碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量为0.651.35，淬火后有高的硬度（60HRC）良好的耐磨性。工作温度250，否则，硬度将迅速下降。 *牌号： T + 一或二位数字表示，（数字表示碳含量的千分数，若是高级，后加A） 例T7A *常见的牌号： T8、T10、T10A、T12等。 *应用： T8属共

8、析钢，上述牌号中韧性最好，多用于制造受冲击的工具，例如錾子、锻工工具； T10,T10A硬度较高，且有一定的韧性，常用来制造锯条，小冲模等； T12 硬度最高耐磨性好，但脆性大，适于制造不受冲击的耐磨工具，如，钢锉，刮刀等。,模块四 常用金属材料,4. 铸钢 生产中形状复杂而力学性能要求高难以用锻造或切削加工的方法制造的零件，通常采用铸钢，Wc%一般在0.2%0.6%。 *牌号： ZG + 两组数字表示，（第一组表示屈服点，第二组表示抗拉强度） *常见的牌号： ZG230-450（ZG25）、ZG270-500（ZG35）等。 *应用： 用于重型机械、矿山、冶金、机车车辆上的零件和构件，如车辆

9、摇枕、侧架、车钩、机车构架等。,课题二 合金钢,1、合金元素对钢性能的影响,引言,（1）提高了钢的力学性能,（2）提高了钢的淬透性,（3）使钢具有某些特殊性能,钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细 化了晶粒，也提高了塑性与韧性。,铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入提高钢的淬透性。,铬、锰、钨等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、耐磨、不生锈等特殊性能。,模块四 常用金属材料,2、合金钢的分类与牌号,合金钢,合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢：,机械用结构钢 ：,工程用结构钢 ：,低合金高强度结构钢,不锈钢 、耐热钢、耐磨钢、耐候钢,刃具钢：,弹簧钢、渗碳钢 调质钢、轴承钢,模具钢

10、：,量具钢：,低合金刃具钢、高速钢、硬质合金钢,冷作模具钢、热作模具钢,模块四 常用金属材料,低合金刃具钢,3、合金钢的牌号,(1)合金结构钢的牌号,(2)合金工具钢的牌号,数字+元素符号+数字,其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均 Wc1%（两位数）时不标出；当Wc1%前面数字表示含碳量的千分数。 如：9SiCr, Cr12,5CrMnMo等。,但高速钢不标含碳量，只写出合金元素符号及其含量。,如:W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2,模块四 常用金属材料,合金元素的平均含量的百分数， 小于1.5时，不标数字。,钢的含碳量的万分数(两位）； 千分数（一位：工具钢）,一、合金结构钢,1、

11、普通低合金结构钢,低碳，合金含量小于3%。主加元素为Mn固溶强化，提高了强度；V，Ti等元素使晶粒细化，弥散强化，使韧性提高。 牌号与普通碳素结构钢相同；主要有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460 在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn（Q345-D）为最广。,船舶,桥梁,模块四 常用金属材料,2、渗碳钢,含碳量为0.1%-0.25%（低碳钢），以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、Ni、B，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。,主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性的零件，如：汽车变速箱的齿轮、传动轴等。 以20Cr、20CrTiM

12、n、20Cr2Ni4为最广（截面尺寸小、中、大）。,变速齿轮,拨叉,模块四 常用金属材料,3、调质钢,含碳量为0.25%-0.5%（中碳钢）,主加元素为Cr、Mn、Si、Ni等以提高淬透性和强化铁素体。调质钢具有良好的综合力学性能。,常用牌号有：40Cr、35CrMo、38CrMoAl、40CrNiMoA、42CrMo 调质钢广泛用于制造机床、汽车、拖拉机和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、高强度螺栓等。,曲轴,连杆,模块四 常用金属材料,4、弹簧钢,它具有高的弹性、疲劳强度及冲击韧度。含碳量为0.5%-0.7%（中、高碳钢）,主加元素为Cr、Mn、Si等以提高淬透性和弹性极限。

13、,主要牌号有：60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA 合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。,拉力弹簧,离合器弹簧,模块四 常用金属材料,5、滚动轴承钢,牌号：G+Cr+数字（数字表示Cr含量的千分数） 主要牌号有：GCr4、GGr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo 主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。,碳质量分数一般为0.95%-1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素 ，铬含量为0.40%-1.65%。高碳低铬。,(滚珠轴承钢),模块四 常用金属材料,二、合金工具钢,合金

14、工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度和耐磨性,还具有更高的红硬性。,1、合金刃具钢,用途：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。,性能： （1）高硬度，60HRC以上； （2）高的耐磨性； （3）高热硬性 ； （4）足够的塑性和韧性 。,铣刀,英制模板刀,模块四 常用金属材料,合金工具钢的种类及牌号,(1) 低合金刃具钢,(2) 高速钢,最高工作温度不超过300 。 高碳：碳质量分数为0.7%-1.5%，以保证高硬度和高耐磨性。 Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si还能提高钢的回火稳定性； W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。用于制造

15、低速切削刀具，如丝锥、铰刀、圆板牙等,高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性(红硬性），高速切削中刃部温度达600 时，其硬度无明显下降。 高碳：碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右， 加入Cr、W、Mo、V等合金元素：Cr 提高淬透性；W、Mo 保证高的热硬性；V 提高耐磨性、硬度、红硬性、细化晶粒。用于制造高速切削刀具，如车刀、铣刀、钻头。形状复杂载荷大的成型刀具如齿轮铣刀、拉刀等还可用来制造冷冲模、冷挤压模及某些耐磨零件。,（如：9SiCr 、Cr2、CrWMn）,（如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 、W9Mo3Cr4V）,模块四 常用金属材料,(3) 硬质合金钢,刀

16、具刃部工作温度大于600 时，需要用硬质合金制造刀具。硬质合金属于粉末冶金材料，将WC、TiC、TaC等难熔的高硬度碳化物粉末和Co,Ni等金属经混合、压制成型，再在高温下烧结制成。 1.硬质合金的性能特点：硬度高 8693HRA，红硬性高9001000 ，耐磨性好。但抗弯强度低，韧性差. 2.常用硬质合金 钨钴类 YG 主要成分为碳化钨及钴，其牌号用“YG+数字”表示，数字以百分之几表示钴的含量。适用于加工脆性材料（铸铁）、有色金属及非金属材料。数字大用于粗加工，数字小用于精加工。 钨钴钛类 YT 主要成分为碳化钨、碳化钛及钴，其牌号用“YT+数字”表示，数字以百分之几表示碳化钛的含量。适用

17、于加工塑性材料（钢类）。数字大用于精加工，数字小用于粗加工。 通用硬质合金 它以碳化钽或碳化铌取代YT类中的一部分碳化钛而制成。 其牌号用“YW+顺序号”表示。适用于加工不锈钢、耐热钢、高锰高等难加工的材料。 称为“万能硬质合金”。YW1用于精加工；YW2用于粗加工。,2、合金量具钢（如：9SiCr 、CrWMn）,用途：量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。,性能要求：(1) 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； (2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。,螺纹规,游标卡尺,千分尺,模块四 常用金属材料,3、合金模具钢,合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模

18、具钢两大类。,冷作模具钢,用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200 300 。,热作模具钢,如：Cr12、Cr12MoV（大型模具）,用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600 以上。,如：5CrMnMo（中小型）、5CrNiMo （大、中型）,性能要求： 高硬度，5862 HRC; 高耐磨性; 足够的韧性和疲劳抗力,模块四 常用金属材料,量具用钢的选用举例,模块四 常用金属材料,三、特殊性能钢,特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢.它主要包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢（耐候钢09CuPCrNi-A)等.,1、不锈钢,能抵抗大气、酸、碱或其它介质腐蚀的钢。,不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。,根据不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种:,马氏体型不锈钢,铁素体型不锈钢,奥氏体型不锈钢,模块四 常用金属材料,马氏体型不锈钢,如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13,不锈钢船用螺旋桨,不锈钢剪刀,含碳为0.1%-0.4%,含铬为13%以上。主要用于力学性能