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1、【课题】黑色金属材料【教材版本】【教学目标】.理解常用黑色金属材料的分类、牌号。1 . 了解常用黑色金属材料的性能和应用。【教学重点、难点】教学重点：1 .常用黑色金属材料的分类、牌号。教学难点：L常用黑色金属材料的牌号。【教学媒体及教学方法】借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨论，师生充分互 动，采用大量联系实际的案例，调动学生的学习积极性，培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生 在合作学习中都能有所收获。【课时安排】2课时（45分钟X2）【教学建议】教学中应交替使用教材、实物和图片。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反响，使用不同的教 学方
2、法，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。【教学过程】任务导入（5分钟）图3-1-1东方之冠201。年5月1日，上海世博会盛大开幕。世博会中国馆“东方之冠”的建造宏伟壮观，如图3-1-1所示, 它的主体结构为四根巨型钢筋混凝土制成的垓心筒。这种巨型钢筋属于什么材料呢？试一试使用铿刀铿削材料分别为45钢和Q235的工件，感受两种材料锂削性的差异。想一想哪种材料的锂削性更好？为什么？新课讲授（75分钟）金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属材料是指以铁或以它为主而形成的物质，如钢和铸 铁。1.钢合金量具钢合金量具钢指用于制造各种测量工具（如游标卡尺、千分尺、量规和塞规等）的钢。
3、这类钢的工作局部 一般要求高的硬度和耐磨性、足够的韧性和高的尺寸稳定性，经热处理后不易变形，而且要有良好的加工工 艺性。量具的制造没有专用钢种，碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢都可以制造一般要求的量具，但精度 要求较高的量具，一般采用微变形合金工具钢制造。表3-1T2是常用量具钢的选用举例。图3T-12是合金 量具钢的应用。a.量规图3-1-12合金量具钢的应用表3T-12常用量具钢的选用举例量具名称牌号平样板、卡板15、 20、 50、 55、 60、 60Mn 65Mn一般量规或块规T10A、 T12A、 9SiCr高精度量规或块规Crl2、 GCrl5高精度、形状复杂的量规或块规CrW
4、Mn合金模具钢合金模具钢主要用来制造各种金属成型用的工具、模具。根据使用要求可分为热作模具钢和冷作模具钢。 图3-1-13是合金模具钢的应用。a.压铸模b.冷冲模c.注塑模图3-1-13合金模具钢的应用热作模具钢是用来制造金属在高温下成型的模具，如热锻模、压铸模等。因此应具有高的热强性和红硬 性、高温耐磨性和高的抗氧化性、以及较高的抗热疲劳损坏的能力。常用的制作热锻模的有5CrNiMo和 5CrMnMo,制作挤压模和压铸模的有3Cr2W8Vo冷作模具钢是用来制造金属在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷挤压模和冷模等。因此应具有高的硬度、 耐磨性、一定的韧性和抗疲劳性，并要求热处理变形小，大型模具还
5、要求有良好的淬透性。小型冷模具可用 碳素工具钢和低合金工具钢来制造，如T10A、T12、9SiCr. CrWMn 9Mn2V等，大型冷模具一般采用Crl2、 Crl2MoV等高碳高格钢制造。（3）特殊性能钢用来制造在特殊工作条件或特殊环境下工作、具有特殊物理、化学性能要求的机械零件的钢称为特殊性 能钢。这类钢种类很多，在机械制造业中常用的有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。不锈钢不锈钢主要用于制造在各种腐蚀介质中工作且能抵抗腐蚀的零件，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。不锈钢中的主要合金元素是铭和银。因为锚与氧化合，在钢外表形成了 一层致密的氧化膜，保护钢免受进一步氧
6、化。一般含格量不低于12%才具有良好的耐腐蚀性能。常用的铭不锈钢的牌号有1013、2Crl3 3Crl3 4Crl3等，通称Crl3型不锈钢。这类钢有良好的耐蚀 性和适当的强度，但随着钢中含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，韧性那么下降，耐蚀性下降。常用的铝银不锈钢的牌号有lCrl8Nil9Ti、lCrl8Ni9Nb等。这类钢含碳量低，含银量高，经热处理后， 呈单相奥氏体组织，无磁性，其耐蚀性、塑性和韧性都比Crl3型不锈钢好。主要用于制造强腐蚀介质(硝 酸、磷酸、有机酸及碱水溶液等)中工作地设备，如吸收塔、贮槽、管道等。图3-1-14是不锈钢的应用。a.不锈钢餐具b.不锈钢锅c.不锈钢水龙头图
7、3-1-14不锈钢的应用耐热钢耐热钢是指在高温下具有高的抗氧化性和高温强度的钢。常用的耐热钢可分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢是在高温下有较高抗氧化能力，并具有一定强度的钢。主要用于制造长期在高温下工作，但强 度要求不高的零件，如各种加热炉的炉底板、渗碳处理用的渗碳箱等，常用的抗氧化钢的牌号有4Cr9Si2. !Crl3SiAl 等。热强钢是在高温下具有良好抗氧化能力，并具有较高高温强度的钢。主要用于制造锅炉、汽轮机叶片、 大型发动机排气阀等，常用的热强钢的牌号有15CrMo、4Crl4Nil4W2Mo等。耐磨钢耐磨钢是指在强烈冲击和严重磨损的条件下具有良好韧性和高耐磨性的钢，主要指高钵钢。
8、这类钢机械 加工困难，而且焊接性也差，大多铸造成形。它具有在强烈冲击下抵抗磨损的性能，主要用于制造在强力冲 击载荷和严重磨损下工作的机械零件，如坦克和拖拉机履带、推土机挡板，挖掘机齿轮等。常用的高锦钢的 牌号有ZGMnl3o 2.铸铁铸铁是含碳量大于2. 11%的铁碳合金。在实际应用中，含碳量一般为2.5Q4.0%的范围内，此外还有硅、 镒、硫、磷等元素。铸铁与钢相比，虽然力学性能较低，但是它熔炼简便，本钱低廉，具有良好的铸造性和耐磨耐压性、吸 振性、切削加工性等优点，所以获得广泛的应用，在机器零件材料中占有很大的比重，广泛地用来制作各种 机架、底座、箱体、缸套等形状复杂的零件，应用于内燃机、
9、汽车、机床、矿山机械和石油化工设备等。 2.1铸铁的分类铸铁中的碳主要以渗碳体和石墨两种形式存在，根据铸铁中碳和石墨不同的存在形态进行分类，见表 3-l-13o表3-1-13铸铁的分类分类方法类型分类标准按碳的存在形态分白口铸铁碳主要以渗碳体(Fe3C)的形式存在，它的断口呈亮白色，故称为白口铸铁。 这类铸铁硬而脆，很难进行切削加工，所以很少直接用来制造机器零件。灰铸铁碳大局部或全部以石墨的形式存在，断口呈灰色，故称为灰铸铁。它是目前 工业生产中应用最广泛的一种铸铁。2.2铸铁的牌号麻口铸铁碳大局部以渗碳体形式存在，少局部以石墨形式存在，断口呈灰白色。这类 铸铁具有较大的脆性，工业上很少使用。
10、按石墨的存在形态分灰铸铁石墨以片状存在。可锻铸铁石墨以团絮状存在。球墨铸铁石墨以球状存在。蠕墨铸铁石墨以蠕虫状存在。铸铁的牌号如表3-1-14所示。表3-1-14铸铁的牌号2. 3铸铁的性能和应用分类牌号举例灰铸铁其牌号由I1T和数字组成，HT是“灰铁”两字汉语拼音的 第一个字母，数字表示其最低的抗拉强度。HT150,表示最低抗拉强度为150Mpa的 灰铸铁。球墨铸铁其牌号由QT和两组数字组成，QT是“球铁”两字汉语拼 音的第一个字母，两组数字分别表示其最低抗拉强度和最 低伸长率。QT400 15,表示最低抗拉强度为400MPa,最低伸长率为15%的球墨铸铁。可锻铸铁其牌号用三个汉语拼音字母和
11、两组数字来表示。前两个字 母“KT”是“可铁”两字的汉语拼音的第一个字母，第三 个字母代表可锻铸铁的类别，其中H, Z和B分别表示黑心 可锻铸铁、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁，后面两组数 字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。KTH35010,表示最低抗拉强度为 350MPa,最低伸长率为10%的黑心可锻 铸铁。蠕墨铸铁其牌号用RUT和数字组成，RUT是“蠕铁”两字汉语拼音 的第一个字母，数字表示其最低抗拉强度。RUT420,表示最低抗拉强度为420MPa 的蠕墨铸铁。下面介绍常用铸铁的牌号、性能和应用。2. 3. 1白口铸铁白口铸铁中的渗碳体具有硬而脆的特性，使得白口铸铁变得非常脆硬，很难进行
12、切削加工。工业上很少 直接用它来制造机器零件，而主要作为炼钢的原料。2. 3. 2灰铸铁灰铸铁是一种价格廉价的结构材料，在铸铁生产中，灰铸铁产量约占80%以上。灰铸铁熔点低，流动性好，具有良好的铸造性；由于石墨的润滑作用和断屑作用，使灰铸铁具有良好的 切削加工性、耐磨性、抗振性和低的缺口敏感性；灰铸铁还有良好的耐蚀性和抗氧化性。表3-1-15是灰铸 铁的用途。图3-1-15是灰铸铁的应用。表3-1T5灰铸铁的用途牌号最低抗拉强度/MPa用途HT100100适用于负载小，对摩擦、磨损无特殊要求的零件，如盖、外罩、重锤、 油盘、支架、手轮等HT150150适用于承受中等负荷的零件，如机床支柱、底座
13、、刀架、齿轮箱、轴承 座等HT200200适用于承受较大负荷和较重要的零件，如机床床身、立柱、汽车缸体、 缸盖、轮毂、联轴器、油缸、齿轮、飞轮等HT250250HT300300适用于承受高负荷的重要零件，如齿轮、凸轮、大型发动机曲轴、缸体、 缸套、缸盖、高压油缸、阀体、泵体等a.阀体b.皮带轮c.床身图3-1-15灰铸铁的应用2. 3. 3球墨铸铁球墨铸铁具有良好的力学性能和工艺性能，并能通过热处理使其力学性能在较大范围内变化，其强度， 塑性和韧性等机械性能远远超过灰铸铁而接近于普通碳素钢，同时又具有灰铸铁的一系列优良性能，如良好 的铸造性、耐磨性、切削性加工性和低的缺口敏感性等。因此球墨铸铁
14、常用于制造一些受力复杂，强度、硬 度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如内燃机曲轴、连杆、减速箱齿轮等。但球墨铸铁的过冷倾向大，易产 生白口组织，而且铸件也容易产生疏松等缺陷。表3-1-16是球墨铸铁的用途。图3T-16是球墨铸铁的应用。表3TT6球墨铸铁的用途牌号用途QT400-18汽车轮毂、驱动桥壳体、差速器壳体、离合器壳、拨叉、阀体、阀盖QT400-15QT450-10QT500-7内燃机的机油泵齿轮、铁路车辆轴瓦、飞轮QT600-3柴油机曲轴，轻型柴油机凸轮轴，连杆，汽缸套，进排气门座；磨床、铳床、车床主轴，矿车 车轮QT700-2QT800-2QT900-2汽车锥齿轮、转向节、传动轴，内
15、燃机曲轴、凸轮轴QT800-2QT900-2 汽车锥齿轮、转向节、传动轴，内燃机曲轴、凸轮轴a.管件b.模板c.曲轴图3TT6球墨铸铁的应用2. 3. 4可锻铸铁可锻铸铁俗称玛钢、马铁。它是白口铸铁通过石墨化退火，使渗碳体分解得到团絮状石墨的铸铁。由于 石墨呈团絮状，减轻了石墨对金属基体的割裂作用和应力集中，因而与灰铸铁相比，可锻铸铁具有较高的强 度，塑性和韧性也有很大的提高。由于其具有一定塑性变形的能力，故得名可锻铸铁，实际上可锻铸铁并不 能锻造。表3-1-17是可锻铸铁的用途。图3-1-17是可锻铸铁的应用。表3-1-17黑心可锻铸铁的用途注：牌号B为过渡性牌号牌号用途ABKTH300-6
16、适用于动载和静载且要求气密性好的零件，如管道配件、中低压阀门KTH330-08适用于承受中等动载和静载的零件，如扳手、车轮壳、钢丝绳接头KTH350-10适用于承受较高的冲击、振动及扭转负荷下工作的零件，如汽车轮壳、 差速器壳、制动器KTH370-12KTZ450-06适用于承受较高载荷、耐磨损且要求有一定韧性的重要零件，如曲轴、 凸轮轴、连杆、齿轮、活塞环、摇臂KTZ550-04KTZ650-02KTZ700-02a.转向节壳b.阀件c.弯管接头图3-1-17可锻铸铁的应用2. 3. 5蠕墨铸铁蠕墨铸铁是在高碳、低硫、低磷的铁水中加入蠕化剂，经过蠕化处理后，使石墨变成短蠕虫状的高强度 铸铁。
17、主要应用于承受循环荷载、要求组织致密、强度要求高、形状复杂的零件，如气缸盖、进排气管、液 压件等。图3-1-18是可锻铸铁的应用。a.发动机缸体b.排气管c.刹车毂图3-1-18蠕墨铸铁的应用讲解过程中，以学生讨论、分析得出相关结论，突破难点；并结合学生板演，不断巩固所学知识。学习评价及作业（10分钟）1、学习评价充分表达学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反思，清晰地认识 自我、自我总结的一个过程；通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团结协作、互相学习，加强团队意 识；通过教师评价，表达教师在教学中的另一主体地位，引导教学的方向和进程，指导学生掌握学习方法，
18、学会探索、发现规律，同时，培养能力强的学生积极思考，主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参 与，以提高教学效果。2、课堂小结简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点睛并指出需要注意的问题）。3、布置作业：感谢您的支持与使用如果内容侵权请联系删除仅供教学交流使用钢是含碳量大于0. 0218%小于2. 11%的铁碳合金。按钢中有无合金元素可将钢分为碳素钢和合金钢。1.1 碳素钢碳素钢简称碳钢，指含碳量大于0.0218%小于2.11%,且不含有特意加入合金元素的铁碳合金。碳素钢 冶炼方法简单，容易加工，价格廉价，具有较好的力学性能和工艺性能，故在机械制造、交通运输、工程建 筑等许多部门中得到广泛
19、的应用。1.1.1 碳素钢的分类碳素钢的种类很多，按照不同的分类方法有不同的类型见表3-l-lo表3T-1碳素钢的分类分类方法类型分类标准按含碳量分低碳钢含碳量0. 25%中碳钢0. 25%W含碳量W0. 6%高碳钢含碳量0. 6%按钢的口口质 分普通碳素钢含硫量W0. 055%,含磷量W0. 045%优质碳素钢含硫量W0. 0496,含磷量W0.04%高级优质碳素钢含硫量W0.03%,含磷量W0. 035%按用途分碳素结构钢主要用于船舶、机器零件、桥梁等碳素工具钢主要用于刀具、量具、模具等1.1.2 L2碳素钢的牌号钢的种类繁多，为了便于管理和使用，每一种钢都有一个简明的编号，可以反映钢的化
20、学成分和钢的用 途。碳素钢的牌号如表3-1-2所示。表3-1-2碳素钢的牌号碳素钢的性能和应用分类牌号说明举例普通碳素结构钢由代表屈服点的汉语 拼音字母、屈服 点数值、质量等级符 号、脱氧方法符号四个 局部按顺序组成。质量等级按硫、磷含量的多少分为A, B, C, D表 示，其中A级的硫、磷含量最高，D级的硫、磷含 量最低。脱氧方法符号用F, b, Z, TZ表示，F 是沸腾钢；b是半镇静钢；Z是镇静；TZ是特殊镇 静钢。标注时Z和TZ可以省略。Q235AF,表示屈 服点为235MPa的 A级沸腾钢。优质碳素结构钢其牌号用两位数字表 示，这两位数字表示钢 中平均含碳量的万分 之几。含碳量后面加
21、“A”表示高级优质钢，加“F”表 示沸腾钢；含锌量较高时那么在含碳量后面加锦元 素符号“Mn” o45钢，表示平均 含碳量为0.45% 的优质碳素结构 钢。碳素工具钢其牌号用汉字“碳”的 汉语拼音字母字头“T” 及后面的阿拉伯数字 表示，后面的数字表示 钢中平均含碳量的千 分之几。含碳量后面加注，表示高级优质钢；假设为含 镒量较高的碳素工具钢，那么在牌号后加锦元素符 号 “Mn” 。T10A,表示平均 含碳量为1%的优 质碳素工具钢。铸造碳钢其牌号由“铸钢”两字 的汉语拼音字母字头 “ZG”后面加两组数字 组成，第一组数字代表 屈服强度值，第二组数 字代表最低抗拉强度 值二ZG230-450,
22、表示 屈服强度为 230MPa,最低抗 拉强度为450MPa 的铸造碳钢。下面简要介绍几种常用的碳素钢。（1）普通碳素结构钢普通碳素结构钢的强度和硬度不高，但冶炼方便，产量大，价格廉价，且具有良好的塑性和焊接性，通 常轧制成钢板、钢带和各种型钢、棒钢等，能满足一般工程结构和普通零件的性能要求。普通碳素结构钢一 般以热轧空冷状态供应，适用于一般工程结构、桥梁、船舶和厂房等建筑结构或一些受力不大的机械零件。表3-1-3是常用普通碳素结构钢的用途。图3-1-2是普通碳素结构钢的应用。表3-1-3常用普通碳素结构钢的用途a.普通螺栓b.板材图3-1-2普通碳素结构钢的应用牌号用途Q195用于制作开口销
23、、钾钉、垫片及轻载荷的冲压件Q215Q235用于制作后桥壳盖、内燃机支架、制动器底板、发电机机架等不太重要的零件Q255用于制作拉杆、心轴、转轴、小齿轮、销、键Q275a.普通螺栓b.板材图3-1-2普通碳素结构钢的应用c.角钢货架（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢是一种应用极为广泛的机械制造用钢，这类钢的化学成分和力学性能均有较严格的控 制，硫、磷含量均少于0.035%,有害元素含量少，因此质量较高，常用来制造各种重要的机械零件，这些零 件通常都要经过热处理后使用。图3-1-3是优质碳素结构钢的应用。优质碳素结构钢根据含碳量又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。08-25钢的含碳量低，属低碳钢。这
24、类钢含碳量很低，因此强度和硬度较低，而塑性、韧性和焊接性良 好。主要用于制造冲压件、焊接结构件及强度要求不太高的机械零件及渗碳件，如冲压件、小轴、销子、法 兰盘、螺钉、垫圈和焊接件等。30-55钢属中碳钢。这类钢具有较高的强度和硬度，塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低，切削性能 良好。这类钢经调质后，能获得较好的综合力学性能，主要用来制造受力较大的机械零件，如齿轮、丝杠、 连杆和各种轴类零件等。60钢以上的牌号属高碳钢。这类钢由于含碳量高，具有较高的强度、硬度和弹性，但切削加工性、锻造 性和焊接性差，主要用于制造具有较高强度、耐磨性和弹性的零件，如各种弹簧、弹簧垫圈等弹性元件及耐 磨件。a.气
25、门弹簧b.圆钢c.轴图3-1-3优质碳素结构钢的应用（3）碳素工具钢碳素工具钢是用于制造刀具、模具和量具的钢。由于大多数工具都要求高硬度和高耐磨性，故碳素工具 钢含碳量在0.7%以上，属于高碳钢，都是优质钢或高级优质钢。这类钢的含碳量范围可保证淬火后有足够的硬度。虽然各种牌号的碳素工具钢淬火后的硬度相差不大，但随着含碳量的增加，未溶渗碳体增加，钢的硬 度、耐磨性增加，而韧性下降，因此不同牌号的工具钢用于制造不同情况下使用的工具。高级优质碳素工具 钢淬裂倾向小，宜制造形状复杂的刀具。表3-1-4是碳素工具钢的用途。图3T-4是碳素工具钢的应用。表3-1-4碳素工具钢的用途牌号用途T7适用于承受冲
26、击、要求较高硬度和耐磨性的工具，如木工工具、冲头、钻头、锤头、 模具等。T8T8MnT9适用于承受中等冲击、要求高硬度和耐磨性的工具，如车刀、刨刀、丝锥、钻头、 手工锯条、卡尺等。T10THT12适用于不受冲击而要求极高硬度和耐磨性的工具，如钻头、锂刀、精车刀、刮刀、 量具等。T13a.手工锯条b.锤子c.锂刀图3-1-4碳素工具钢的应用(4)铸造碳钢铸造碳钢是将钢水直接浇注成零件毛坯的碳钢。铸造碳钢的含碳量一般在0. 2%-0. 6%之间，如果含碳量过 高，那么塑性变差，而铸造时易产生裂纹。铸造碳钢一般用于制造形状复杂、力学性能要求较高的机械零件。 这些零件形状复杂，很难用锻造或机械加工的方
27、法制造，又由于力学性能要求较高，不能用铸铁来铸造。铸 造碳钢广泛用于制造重型机械的某些零件。表3-1-5是铸造碳钢的用途。图3-1-5是铸造碳钢的应用。表3-1-5铸造碳钢的用途注：适用于壁厚10nmi以下的铸件。牌号用途ZG200-400机座和减、变速箱体ZG230-450砧座、轴承盖、阀体、外壳、底板ZG270-500轧钢机机架、连杆、箱体、缸体、曲轴、轴承座、飞轮ZG310-570大齿轮、制动轮、转子、汽缸体、轮毂ZG340-640齿轮、联轴器、棘轮a.轴承盖b.阀体c.叶轮图3-1-5铸造碳钢的应用1.2 合金钢合金钢是在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时特意加入一种或数种合金
28、元素的钢。这类钢 中除含有硅、钵、硫、磷外，还根据钢种要求向钢中加入一定数量的合金元素，如铭、银、铝、鸨、钻、硼、 铝、钛等合金元素。1.3 . 1合金钢的分类合金钢的种类很多，按照不同的分类方法有不同的类型见表3-l-6o表3T-6合金钢的分类分类方法类型分类标准按钢的化学成分分低合金钢合金元素总含量低于5%中合金钢合金兀素总含量为5% 10%高合金钢合金元素总含量高于10%按用途分合金结构钢用于制造机械零件和工程结构的钢合金工具钢用于制造各种工具的钢特殊性能钢具有某种特殊性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等1.2.2 合金钢的牌号合金钢的牌号如表3-1-7所示。表3-1-7合金钢的牌号分类
29、牌号说明举例合金结构钢其牌号采用“两位数字+合金元素符号 +数字”表示。前面的两位数字表示钢 中平均含碳量的万分之几；合金元素 符号表示钢中含有的主要合金元素； 合金元素符号后的数字表示该元素含 量的百分之几，假设合金元素的平均含 量1.5%时，一般不标明含量；当平均 含量在1. 5%2. 5%, 2. 5%3. 5%,时， 那么相应地用2、3、表示。有一些特殊专用钢，为表示钢的用途，在 钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而 不标含碳量，合金元素含量的标注也和上 述有所不同。例如滚动轴承钢是制造滚动 轴承的专用钢，牌号中“G”为“滚”字 汉语拼音字首，铭元素符号后的数字表示 平均含铭量的千分数
30、。60Si2Mn,表示 碳的平均含量 为0. 6%、含硅量 为2%、含锌量 1.5%的合金结 构钢。GCrl5,表示含 倍量为1.5%的 滚动轴承钢。合金工具钢其牌号采用“一位数字+合金元素符号 +数字”表示。前面的一位数字表示钢 中平均含碳量的千分之几，当平均含 碳量超过1%时，一般不标出含碳量数 字，合金元素及其含量的标注方法与 合金结构钢相同。高速钢牌号的表示方法略有不同，其含碳 量不予标出，合金元素及其含量的标注与 合金结构钢相同，如W18Cr4V。9SiCr,表示平 均含碳量为 0. 9%,含硅、铭 量均1.5%的合 金工具钢。特殊性能钢其牌号表示法与合金工具钢原那么相 同。前面一位
31、数表示平均含碳量的千 分之几。假设平均含碳量0. 1%时用“0” 表示，平均含碳量W0. 03%时用“00” 表小。2Crl3 0Crl3 和 00Crl8Nil0,分 别表示其平均 含碳量均应为 0. 2%、0. 1%、 W0. 03%o1.2.3 合金钢的性能和应用下面介绍几种常用的合金钢。（1）合金结构钢合金结构钢广泛用于机械制造、交通运输、石油化工及工程建筑等领域。这类钢是在优质碳素结构钢的 基础上加入一些合金元素而形成的。按照用途的不同，合金结构钢可以分为低合金结构钢和机械制造用钢两 类。低合金结构钢低合金结构钢的含碳量较低，加入的主要合金元素是锦、硅、钗、铝和钛等。由于合金元素的强
32、化作用, 这类钢的强度（尤其是屈服点），显著高于同等含碳量的碳素结构钢，而且具有良好的塑性、韧性、耐蚀性 和焊接性。主要用于制造各种结构件，可减轻重量，提高构件的可靠性及延长构件的使用寿命。因此，低合 金结构钢广泛用于制造桥梁、建筑、船舶、车辆、起重运输机械和高压容器等。表3-1-8是常用低合金结构 钢的用途。图3T-6是低合金结构钢的应用。表3T-8常用低合金结构钢的用途牌号用途09MnV车辆部门的冲压件、螺旋焊管、冷型钢、建筑金属构件09MnNb机车车辆、桥梁16Mn桥梁、管道、船舶、车辆、压力容器、锅炉、建筑结构16MnCu桥梁、船舶、车辆、压力容器、建筑结构、耐蚀性较好15MnV高中压
33、容器、车辆、船舶、桥梁、起重机、锅炉汽包15MnTi造船钢板、压力容器、电站设备、桥梁、船舶15MnVN大型焊接结构、大型桥梁、车、船舶、滚氨罐14MnMoVBNb石油装置、电站装置、高压容器14CrMnMoVB中温锅炉、高压容器a.鸟巢b.压力容器c.桥梁图3-1-6低合金结构钢的应用机械制造用钢机械制造用钢通常是优质或高级优质的合金结构钢，主要用于制造各种机械零件，如轴类零件、齿轮、 弹簧和轴承等，通常在热处理后使用。机械制造用钢按照用途和热处理方法可分为合金渗碳钢、合金调质钢、 合金弹簧钢和滚动轴承钢等几种。1）合金渗碳钢合金渗碳钢主要用来制造既要有优良的耐磨性、耐疲劳性，又能承受冲击载
34、荷作用，并且具有高的韧性 和足够高强度的零件，如内燃机上的凸轮轴、活塞销、汽车和拖拉机中的变速齿轮等机器零件。合金渗碳钢的含碳量在0.1%-0.25%之间，可保证心部有足够的塑形和韧性；加入一定量的铭、银、镒、 硅、硼等合金元素以提高钢的淬透性，保证零件在热处理后，表层和心部均得到强化；加入钢、钛等合金元 素，主要是为了防止在高温长时间渗碳过程中的晶粒长大。合金渗碳钢的热处理，一般式渗碳后淬火、低温 回火。表3-1-9是合金渗碳钢的用途。图3-1-7是合金渗碳钢的应用。表3-1-9常用合金渗碳钢的用途牌号用途20Cr齿轮、齿轮轴、凸轮、活塞销20Mn2B齿轮、轴套、气阀挺杆、离合器20MnVB
35、重型机床的齿轮和轴、汽车后桥齿轮20CrMnTi汽车、拖拉机上变速齿轮、传动轴12CrNi3重负荷下工作的齿轮、轴、凸轮轴20Cr2Ni4大型齿轮和轴，也可用作调质件a.活塞销b.凸轮轴c.花键轴套图3-1-7合金渗碳钢的应用2）合金调质钢合金调质钢经过调质热处理后具有高的强度和良好的塑性、韧性，即具有良好的力学性能，主要用于制 造一些受力复杂的重要零件，广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其他机器上的各种重要零件，如齿轮、连 杆和高强螺栓等。合金调质钢中常加入少量倍、镐、硅、银、硼等合金元素以增加钢的淬透性，使铁素体强化并提高韧性。 加入少量铝、钢、铝、钛等碳化物形成元素，可阻止奥氏体晶粒长大和
36、提高钢的回火稳定性，以进一步改善 钢的性能。合金调质钢的热处理工艺是调质（淬火后高温回火），处理后获得回火索氏体组织，使零件具有 良好的综合力学性能。假设要求零件外表有很高的耐磨性，可在调质后再进行外表淬火或化学热处理。表3T-10 是合金调质钢的用途。图3T-8是合金调质钢的应用。表3-10常用合金调质钢的用途牌号用途40Cr齿轮、花键轴、后半轴、连杆、主轴45Mn2齿轮、齿轮轴、连杆盖、螺栓35CrMo大型电动机轴、锤杆、连杆、轧钢机、曲轴30CrMnSi飞机起落架、螺栓40MnVB汽车和机床上轴、齿轮30CrMnTi汽车主动锥齿轮、后主齿轮、齿轮轴38CrMoAlA磨床主轴、精密丝杠、量
37、规、样板a.偏心轴b.齿轮轴c.齿轮图3-1-8合金调质钢的应用3）合金弹簧钢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。因此，合金弹簧钢应具有高的强度、 高的弹性极限、高的疲劳极限和足够的塑性和韧性等。此外，还应具有较好的淬透性，不易脱碳和过热，容 易绕卷成形等。图3T-9是合金弹簧钢的应用。合金弹簧钢含碳量一般为0. 45%-0. 7%。含碳量过高，塑性和韧性降低，疲劳极限也下降。可加入的合金 元素有锦、硅、铭、钮和铝等。加入硅、铢主要是提高钢的淬透性，同时也提高钢的弹性极限，其中硅的作 用更为突出。但硅元素的含量过高易使钢在加热时脱碳，锌元素的含量过高那么钢易于过热，因此
38、，重要用途 的弹簧钢必须加入格、机、鸨等。它们不仅使钢材有更高的淬透性，不易过热，而且有更高的高温强度和韧 性。根据加工方法不同，弹簧可分为两类：a.热成形弹簧钢一般用于大型弹簧或形状复杂的弹簧。弹簧热成形后进行淬火和中温回火，获得回火 托氏体组织，以到达弹簧工作时要求的性能。硬度在40-45HRC。热处理后的弹簧往往还要进行喷丸处理，使 外表产生硬化层，并形成剩余压应力，以提高弹簧的抗疲劳性能，从而提高弹簧的寿命。通过喷丸处理还能 消除或减轻弹簧外表的裂纹、划痕、氧化、脱碳等缺陷的有害影响。b.冷成形弹簧冷成形弹簧采用冷拉弹簧钢丝冷绕成形，一般用于小型弹簧。由于弹簧钢丝在生产过程 中（冷拉或
39、铅浴淬火）已具备很好的性能，所以冷绕成形后，不再淬火，只须作250-300C的去应力退火， 以消除在冷绕过程中产生的应力，并使弹簧定型。IHaa.卷簧b.弹簧c.板簧图3-1-9合金弹簧钢的应用4）滚动轴承钢滚动轴承钢用来制造滚动轴承的内外套圈及滚动体（滚珠、滚柱、滚针），也可用来制造各种工具和耐 磨机件，如冷冲模、机床丝杠等。因此，滚动轴承钢必须具有高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳 强度、足够的韧性和一定的耐蚀性。图3TT0是滚动轴承钢的应用。应用最广的轴承钢是高碳格钢，其含碳量0.95%-1. 15%,含铭量0. 4%-L 65%。加入合金元素格是可提高 淬透性，并在热处理后形成细
40、小均匀分布的碳化物，以提高钢的硬度、接触疲劳强度和耐磨性。制造大型轴 承时，为了进一步提高淬透性，还可以加入硅、镒等元素。a.球轴承b.圆锥滚子轴承c.机床丝杠图3-1-10滚动轴承钢的应用（2）合金工具钢合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。合金刃具钢合金刃具钢主要用于制造车刀、铳刀、钻头等各种金属切削刀具，因此要求有高硬度、高红硬性、高耐 磨性、足够的强度以及良好的塑性和韧性。合金刃具钢通常分低合金刃具钢和高速钢。图3-1-11是合金刃 具钢的应用。a.钻头b,板牙与丝锥c.铳刀图3TT1合金刃具钢的应用低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。主要加入铭、镐、硅等合
41、金元素，以提 高钢的强度和淬透性；硅还能提高钢的回火稳定性；加入鸽、钮合金元素，以提高钢的硬度、耐磨性和红硬 性。由于合金元素的加入，低合金工具钢的淬透性、硬度和耐磨性均比碳素工具钢有较大提高。但由于合金 元素加入量不大，一般工作温度不超过30。常用的低合金刃具钢有9SiCr、CrWMn和9Mn2V等，它们性能 良好，不仅适用于制造刀具，还常用于制造冷冲模和量具。9SiCr适用于制造形状复杂、变形小的低速刀具, 如丝锥、板牙、钱刀等。CrWMn适用于制造较精密的低速刀具，如长较刀、拉刀等。9Mn2V适用于制造要求 变形小的刀具、冷作模具和精密量具，也可制造重要结构件，如磨床主轴、精密丝杠等。高
42、速钢是指用于制造较高速度切削工具的钢，是一种含铛、铝、钢等多种合金元素的高合金工具钢。由 于高速钢在空气中冷却也能淬硬，故又称风钢；由于它可以刃磨得很锋利，很白亮，故又称为锋钢和白钢。 高速钢具有高的红硬性、耐磨性和足够的强度，因此用于制造切削速度较高的刀具，如车刀、铳刀、钻头等; 形状复杂、载荷较重的成型刀具，如齿轮铳刀、拉刀等；此外还应用于冷冲模、冷挤压模及某些耐磨零件。 常用的高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V等。表3-171是常用高速钢的用途。表3-1-11常用高速钢的用途牌号用途W18Cr4VW9Cr4V2制造一般高速切削刀具，如车刀、铳刀、钻头、拉刀、钱刀、丝锥、板牙等W6Mo5Cr4V2制造耐磨性和韧性很好配合的高速切削刀具，如丝锥、钻头等W6Mo5Cr4V3制造耐磨性、韧性和红硬性较局，形状复杂的刀具，如铳刀、车刀等