项目六碳素钢和合金钢.pptx

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1、 2023/3/2项目六 碳素钢和合金钢学习目标：学习目标：1 1、了了解解钢钢的的分分类类方方法法、编编号号及及用用途途，学学会会选选择材料择材料2 2、了解、了解杂质元素对钢性能的影响杂质元素对钢性能的影响钢的分类钢是以含碳量在2.11%以下的铁碳合金。铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。思考：钢中除了铁和碳之外，还有其他什么元素？一、钢的分类按化学成分分类非合金钢（碳素钢）低合金钢合金钢锰硫硫硅硅磷磷学习任务一 碳及杂质元素对碳素钢性能的影响钢钢铁铁五五大大元元素素碳碳锰（Mn）的作用有益作用有害影响来源：炼钢时加入的脱氧剂 （有益元素）能与硫（S）化合形成硫化锰（MnS），FeS+M

2、n=Fe+MnS，减轻硫（S）的有害影响；少量能溶入铁素体（F）中起固溶强化作用。含量过高会造成钢的塑性下降。一般不要超过0.8.硅（Si）的作用有益作用有害影响来源：炼钢时加入的脱氧剂（有益元素）能消除氧化铁夹杂对钢的不良影响2FeO+Si=2Fe+SiO2少量能溶入铁素体（F）中起固溶强化作用，提高钢的强度、硬度及弹性。过多会造成塑性下降，冲击性能变差。含量一般不超过0.4.磷（P）的作用有益作用有害影响来源：炼钢矿石、生铁原料和燃料（有害元素）少量能溶入铁素体（F）中，使强度、硬度显著提高。引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆性。含量 0.045硫（S）来源

3、：炼钢矿石原料和燃料（有害元素）有害影响在钢中形成FeS,FeS与Fe形成低熔点（985）共晶体分布在晶界上，使得对钢进行热加工时容易脆化开裂，这种现象称为热脆性。含量0.05氮（N）、氧（O）、氢（H）来源：炼钢原料和燃料（有害元素有害元素）有害影响 造成时效脆化、氢脆、白点等缺陷非 金 属 夹 杂 物来源：炉料（有害元素有害元素）有害影响 破坏金属基体的连续性，加大了组织的不均匀性，严重影响金属的各种性能。杂质元素总结MnPC 总结总结SiS元素有益与有害是相对的：硅锰虽有益，但元素有益与有害是相对的：硅锰虽有益，但也不是多多益善；硫磷虽有害，但炼铁过程也不是多多益善；硫磷虽有害，但炼铁过

4、程中又不可避免其存在，因此应严格控制其含中又不可避免其存在，因此应严格控制其含量量学习任务二学习任务二 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用钢在冶炼时，为满足某种要求而加入的一些元素称为合金元素。能够影响钢的质量而又无法完全去除的元素称为杂质元素。为了改善或提高钢的性能，在碳钢的基础上，有意添加某些合金元素所冶炼而成的钢称为低合金钢和合金钢。一、合金元素在钢中的存在形式一、合金元素在钢中的存在形式1形成合金铁素体形成合金铁素体大多数合金元素都可或多或少地溶入铁素体中，形成合金铁素体。2形成合金碳化物合金元素可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两类。碳化物形成元素，按它们与碳原子结合的能力

5、又分为弱碳化物形成元素，如锰等；中强碳化物形成元素，如铬、钼、钨等；以及强碳化物形成元素，如钒、铌、钛、锆等。钢中合金碳化物的类型主要有合金渗碳体和特殊碳化物两种。合金渗碳体是合金元素溶入渗碳体中所形成的碳化物，它仍具有渗碳体的复杂晶格。特殊碳化物是一种与渗碳体晶格类型完全不同的合金碳化物，通常是由中强或强碳化物形成元素所构成的碳化物。二、合金元素对铁碳相图的影响合金元素铬、钨、钼、钒、钛、铝、硅等，将使奥氏体相区缩小，A3和A1温度升高，S和E点向左上方移动，如图6-3所示。随着这类合金元素在钢中的质量分数增多，奥氏体相区逐渐缩小并消失，此时，钢在室温下的平衡组织就是单相的铁素体，这种钢称为

6、铁素体钢。二、合金元素对铁碳相图的影响合金元素铬、钨、钼、钒、钛、铝、硅等，将使奥氏体相区缩小，A3和A1温度升高，S和E点向左上方移动，如图6-3所示。随着这类合金元素在钢中的质量分数增多，奥氏体相区逐渐缩小并消失，此时，钢在室温下的平衡组织就是单相的铁素体，这种钢称为铁素体钢。合金元素镍、锰、氮、钴等，将使奥氏体相区扩大，A3和A1温度下降，S和E点向左下方移动，如图6-4所示。随着这类合金元素在钢中的质量分数增多，奥氏体相区逐渐扩大并一直延展到室温以下，此时，钢在室温下的平衡组织就是稳定的单相奥氏体，这种钢称为奥氏体钢。三、合金元素对钢的热处理的影响1合金元素对钢加热转变的影响合金钢的奥

7、氏体化过程与碳钢的基本相同，但大多数合金元素（除镍、钴外）均减缓奥氏体化过程，并且合金元素（除锰外）都能阻止奥氏体晶粒的长大。故合金钢，特别是含有强碳化物形成元素的合金钢，在热处理时为了得到比较均匀且含有足够数量合金元素的奥氏体，充分发挥合金元素的有益作用，就需要更高的加热温度与较长的保温时间，而不易过热。这有利于提高钢的淬透性；有利于在淬火后获得细小马氏体、提高钢的力学性能；有利于减小淬火时的变形与开裂倾向。2合金元素对钢冷却转变的影响合金元素（除钴外）在溶入奥氏体中后，能降低原子的扩散速度，使奥氏体的稳定性增加，从而使C曲线的位置向右移动，特别是碳化物形成元素不仅使C曲线的位置右移，还改变

8、了C曲线的形状，如图6-5所示。由于合金元素使C曲线位置右移，故降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。多种合金元素同时加入对提高淬透性的作用更为明显。合金钢的淬透性好，这在实际生产中具有很大意义。3合金元素对淬火钢回火转变的影响合金钢在淬火后，由于马氏体中含有合金元素，使原子的扩散速度减慢，因而在回火过程中，马氏体不易分解，碳化物不易析出，析出后的碳化物聚集长大困难，所以合金钢在相同温度回火后强度、硬度下降的比碳钢少。这种淬火钢在回火时抵抗软化的能力，称为耐回火性（或回火稳定性）。合金钢的耐回火性高，在实际生产中是有利的。有些合金元素如钨、钼、钒、钛等，使淬火钢在回火时出现硬度回升的现象，

9、称为二次硬化。这主要是由于含有强碳化物形成元素的钢淬火后，在回火时会从马氏体中析出高硬度的特殊碳化物造成的。二次硬化现象对需要高热硬性的工具钢具有重要意义。3合金元素对淬火钢回火转变的影响合金钢在淬火后，由于马氏体中含有合金元素，使原子的扩散速度减慢，因而在回火过程中，马氏体不易分解，碳化物不易析出，析出后的碳化物聚集长大困难，所以合金钢在相同温度回火后强度、硬度下降的比碳钢少。这种淬火钢在回火时抵抗软化的能力，称为耐回火性（或回火稳定性）。合金钢的耐回火性高，在实际生产中是有利的。有些合金元素如钨、钼、钒、钛等，使淬火钢在回火时出现硬度回升的现象，称为二次硬化。这主要是由于含有强碳化物形成元

10、素的钢淬火后，在回火时会从马氏体中析出高硬度的特殊碳化物造成的。二次硬化现象对需要高热硬性的工具钢具有重要意义。学习任务三 钢的分类与编号按外形分类外形型材管材金属制品板材按钢的用途分类碳素钢碳素钢结构钢结构钢工具钢工具钢刃具钢，模具钢，量具钢工程结构钢，机械结构钢 特殊特殊 性能钢性能钢不锈钢 耐热钢 耐磨钢按钢的含碳量分类碳素钢碳素钢C0.60%0.25%C 0.60%低碳钢低碳钢 高碳钢高碳钢中碳钢中碳钢C0.25%C代表含碳量，含碳量越高，硬度越高，塑性越差。按钢的质量分类碳素钢碳素钢0.020%s0.030%0.025%p0.030%s0.035%p0.035%普通质普通质量钢量钢

11、高级优高级优质钢质钢优质钢优质钢s代表含硫量，p代表含磷量。特级优特级优质钢质钢0.035%s0.050%0.035%p0.045%s0.015%p0.025%按冶炼时的脱氧程度不同分类碳素钢碳素钢脱氧程度脱氧程度比镇静钢比镇静钢更彻底更彻底TZ质量最好质量最好脱氧程度介脱氧程度介于沸腾钢和于沸腾钢和镇静钢之间镇静钢之间的钢的钢b沸腾钢沸腾钢 特殊特殊 镇静钢镇静钢半镇静半镇静钢钢脱氧程度不脱氧程度不完全的钢完全的钢F脱氧程度脱氧程度完全的钢完全的钢Z 镇静钢镇静钢碳素钢的分类按含碳按含碳量量按质量按质量按用途按用途按脱氧按脱氧程度程度低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢 普通质量钢普通质量钢

12、优质钢优质钢高级优质钢高级优质钢特级优质钢特级优质钢结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢沸腾钢沸腾钢镇静钢镇静钢半镇静钢半镇静钢特殊镇静钢特殊镇静钢二、钢的编号碳素结构钢牌号及用途应用应用各种钢板和型材如各种钢板和型材如:厂房厂房,桥桥梁梁,船舶船舶,和受力不大的机械和受力不大的机械零件零件,如如:铆钉铆钉,螺钉螺钉,螺母螺母.成分成分含碳量一般含碳量一般0.30%,且含杂质且含杂质和非金属夹杂物较多和非金属夹杂物较多(冶炼较冶炼较容易容易,价格便宜价格便宜.)性能性能能满足一般工程结构能满足一般工程结构及普通零件的要求及普通零件的要求1（普通）碳素结构钢（普通）碳素结构钢普通碳素结构

13、钢的牌号(Q215AF)Q:Q:屈服强度屈服强度215:215:屈服强度（屈服点）的屈服强度（屈服点）的数值数值A A、质量等级，除此还有，、质量等级，除此还有，B C D B C D 级级,D,D级最高级最高F:F:脱氧方法符号脱氧方法符号.F.F为沸腾钢为沸腾钢,除此还有除此还有b,Z,TZb,Z,TZ如如:Q235DTZ:Q235DTZ表示表示屈服强度为为235MPa235MPa的的D D级特殊级特殊镇静钢镇静钢 普通碳素结构钢的应用应用应用Q185Q225Q235一般桥梁、建筑结构，一般桥梁、建筑结构，普通机械零件，如螺普通机械零件，如螺钉、螺母等。钉、螺母等。Q255Q275可用于受

14、力较大的可用于受力较大的机械零件，如链轮、机械零件，如链轮、拉杆等。拉杆等。应用应用其中最为典型和常用的牌号为其中最为典型和常用的牌号为Q235，屈服强度介于高低之，屈服强度介于高低之间，能满足较广的需要，且冶炼容易，价格便宜。间，能满足较广的需要，且冶炼容易，价格便宜。2 优质碳素结构钢成分成分含碳量一般含碳量一般0.90%,含杂质含杂质和非金属夹杂物较和非金属夹杂物较少。少。牌号牌号用两位数表示，这两位数表用两位数表示，这两位数表示该钢中含碳量的万分数，示该钢中含碳量的万分数，应用应用制造重要的机械制造重要的机械零件零件优质碳素结构钢牌号：优质碳素结构钢牌号：用两位数字表示钢中平均碳的用两

15、位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数。质量分数的万分数。例：例：45 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。08F 表示表示Wc为为0.08%的的优质碳素结构钢，属沸腾钢。优质碳素结构钢，属沸腾钢。65Mn 表示表示Wc为为0.65%、含锰量较高的优质碳素结构钢。含锰量较高的优质碳素结构钢。成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号Wc=0.05-0.85%Wc=0.05-0.85%，多数为，多数为低中碳成分，少数高碳。低中碳成分，少数高碳。一般使用时必须进行热处理一般使用时必须进行热处理。较高强度，较好塑性与韧性。较高强度，较好塑性

16、与韧性。性能变化范围较大。性能变化范围较大。4545优质碳素结构钢的性能及应用优质碳素结构钢的性能及应用1025钢属于低碳钢低碳钢，具有良好的塑性，优良的锻造、冲压、焊接性能。通常轧制成薄板或钢带；常用来制作受力不大，而塑性与韧性要求较高的机械零件，如容器、普通垫圈、螺钉、螺母和冲压件、焊接件等。也常用作渗碳用钢。经渗碳、淬火及低温回火后制作表面要求耐磨并承受一定冲击载荷的机械零件，如凸轮，齿轮等。1025#钢的应用法兰盘法兰盘销子销子垫圈垫圈螺钉螺钉30、35、40、45、50、55钢属中碳钢中碳钢，经调质处理（淬火+高温回火）后，可获得良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性

17、。主要用于制造齿轮、轴类齿轮、轴类等零件。例如40、45钢常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、一般机床齿轮和其它受力不大的轴类零件。其中由于45钢的强度和塑性配合得好，因此成为机械制造业中应用最广泛的钢种。3055#钢的应用连杆连杆曲轴曲轴齿轮齿轮联轴器联轴器60、65、70、75、80钢属高碳钢高碳钢，经热处理（淬火+中温回火）后具有高的弹性极限。常用于制作负荷不大、尺寸较小（截面尺寸小于1215mm）的弹簧弹簧，如调压弹簧、调速弹簧、测力弹簧、冷卷弹簧，和钢丝绳钢丝绳等。60#以上钢的应用弹簧弹簧板簧板簧弹簧垫圈弹簧垫圈3 碳素工具钢含碳量一般含碳量一般0.70%,（高碳（高碳钢）钢）含杂

18、质和非金属夹杂物较含杂质和非金属夹杂物较少少,(均为均为优质钢和高级优质钢优质钢和高级优质钢)牌号方法牌号方法“T”开头，后面的数字代表开头，后面的数字代表钢中平均含碳的千分数，若钢中平均含碳的千分数，若后面的大写字母为后面的大写字母为A代表等代表等级为级为高级优质高级优质性能性能高硬度，高耐磨性高硬度，高耐磨性碳素工具钢牌号：碳素工具钢牌号：T（“碳碳”）+两位数字两位数字（表示钢中平均碳的质量分数的千分数）。（表示钢中平均碳的质量分数的千分数）。例：例：T8 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。的碳素工具钢。T12A 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为1.

19、20%的高级优质碳素工具的高级优质碳素工具钢。钢。成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号Wc=0.70-1.30%Wc=0.70-1.30%，高碳钢，高碳钢必须经淬火回火处理。必须经淬火回火处理。高的硬度、强度，良好的耐磨性，一定高的硬度、强度，良好的耐磨性，一定的塑性与韧性。的塑性与韧性。T8 T8、T10T10、T12AT12A用途：各类手动工具和要求不高的量具和模具用途：各类手动工具和要求不高的量具和模具,低速切削工具。低速切削工具。T7T7、T8T8 T10T10 T12T12、T13AT13A承受振动、冲承受振动、冲击的工具，如击的工具，如冲头、大锤、冲头、大锤、木工工

20、具。木工工具。用于需要较高耐磨用于需要较高耐磨性和一定韧性的工性和一定韧性的工具，如手工锯条、具，如手工锯条、剪金属用剪刀剪金属用剪刀。不受振动和冲击的不受振动和冲击的耐磨工具，如丝锥、耐磨工具，如丝锥、锉刀、绞刀、板牙、锉刀、绞刀、板牙、量具等。量具等。应应 用用 T8 T10 T12 錾子 锯条 锉刀4 铸造碳钢成分成分含碳量一般含碳量一般0.20%0.60,含含杂质和非金属夹杂物较少杂质和非金属夹杂物较少,(多为优质钢和高级优质钢多为优质钢和高级优质钢.)牌号方法牌号方法由铸钢二字的汉语拼音由铸钢二字的汉语拼音字母字头字母字头ZG加两组数字组成加两组数字组成制造形状复杂、力学性制造形状复

21、杂、力学性能要求较高的机械零件能要求较高的机械零件应用应用碳素铸钢符号碳素铸钢符号 ZG+两组数字两组数字（分别表示（分别表示最小屈服强度和最小屈服强度和最小抗拉最小抗拉强度）。强度）。例：例：ZG310-570 表示表示最小屈服强度为最小屈服强度为310MPa、最、最小抗拉强度为小抗拉强度为570MPa的铸造碳钢。的铸造碳钢。成 分热 处 理性 能典型牌号Wc=0.20-0.60%，低中碳铸造成形，经热处理后使用。较高的硬度、强度和塑性、韧性，即综合力学性能较好。ZG200-4004 铸造碳钢ZG200-400ZG200-400、ZG270-500ZG270-500、ZG310-570ZG3

22、10-570用于受力不大，要用于受力不大，要求良好塑性和焊接求良好塑性和焊接性的零件，如机座、性的零件，如机座、变速箱壳体。变速箱壳体。用于受力较大的复用于受力较大的复杂零件，如轧钢机杂零件，如轧钢机机架、轴承座、连机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体。杆、曲轴、缸体。强度和耐磨性较好，强度和耐磨性较好，但韧性、焊接性降但韧性、焊接性降低。用于重载齿轮、低。用于重载齿轮、制动轮。制动轮。应应 用用ZG200-400钻床变速箱体ZG230-450台式虎钳轴承盖ZG270-500轧钢机机架轴承座ZG370-570制动轮辊子5 合金钢 随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温

23、、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能的要求。碳钢已不能完全满足要求。碳钢的不足：(1)淬透性低碳钢水淬的最大淬透直径只有1020mm（2）强度较低普通碳钢Q235的屈服强度为235MPa低合金结构钢Q345(16Mn）的屈服强度则为345MPa56为了改善钢的力学性能、工艺性能或理化性能，有意往钢中加入一些合金元素，这种钢称为合金钢合金钢。常加入的合金元素：常加入的合金元素：SiSi、MnMn、CrCr、NiNi、W W、MoMo、CoCo、V V、TiTi、B B、N N等。等。合金钢合金钢 合金钢的特点：合金钢的特点：（a）具有较高的强度、塑性和冲击韧性，特别是低温冲击韧性

24、。（b）具有良好淬透性。（c）具有较高的抗腐蚀性。合金钢的分类合金钢的分类低合金钢：合金元素总含量10%按合金元素含量：合金钢分类按用途：合金结构钢牌号合金结构钢牌号 合合金金结结构构钢钢是是优优质质钢钢，其其的的牌牌号号表表示示方方法法：二位数字二位数字+元素符号元素符号+数字数字 2525 Cr2Cr2 Ni4Ni4 W W （万分之几）（万分之几）与优质结与优质结构钢相同构钢相同元素符号及含量元素符号及含量（百分之几，（百分之几，2 2代表代表CrCr含量含量1.5%-2.5%1.5%-2.5%）含量含量1.5%1.5%不标数字不标数字合金工具钢牌号合金工具钢牌号合金工具钢都属于高级优质

25、钢，其牌号合金工具钢都属于高级优质钢，其牌号方法：一位数字方法：一位数字+元素符号元素符号+数字数字 9 9Mn2V Cr12MoV含碳量标千分之几含碳量标千分之几（含碳量含碳量0.9%）含碳量含碳量 1%时，时，碳碳不标出不标出元素符号及含量元素符号及含量（百分之几，（百分之几，1212代表代表CrCr含量含量11.5%-11.5%-12.5%12.5%）（1 1）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢n成分：Wc0.2%，主加元素Mnn常见牌号：Q345，Q420n性能：较高的强度、塑性和韧性 良好的焊接性和冷塑性加工性（低碳）含有耐大气和海水腐蚀的元素（Cu、P）n用途：桥梁、船舶、车辆、

26、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。（2 2）渗碳钢渗碳钢用途：制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件。常见牌号：20、20Cr、20CrMnTi性能：表层高硬度（58HRC）和高耐磨性；心部良好强韧性；高的淬透性以保证渗碳件的心部性能，以便于渗碳后直接淬火。（3）调质钢定义采用调质处理，即淬火加高温回火后使用的合金结构钢。常见牌号：45、40CrNi、40CrNiMoA主加元素：Cr、Ni、Mn、Si、Al等，具有优良的综合力学性能，既强又韧。用途：制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件，如发动机连杆、曲轴、机床主轴等。（4）弹簧钢用途：汽车钢板弹簧或螺旋弹簧常

27、见牌号：65Mn、60Si2Mn合金元素 主加元素为Si、Mn等特点：弹簧钢具有高的弹性极限、高的疲劳强度和足够的韧性塑性。汽车板簧火车螺旋弹簧7 滚动轴承钢常见牌号：高碳铬轴承钢：GCr15、GCr15SiMn高碳无铬轴承钢：GSiMnMoV滚动轴承钢用于制作滚动轴承的内外套圈，滚动体。用途用途：制造各种滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱）和内外套圈的专用钢种，也可用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杆及油泵油嘴的精密偶件如针阀体、柱塞等耐磨件。性能性能：高的硬度强度硬度强度和耐磨性耐磨性;高的接触疲劳强度接触疲劳强度;足够的韧性和耐蚀性韧性和耐蚀性。用于制造刃具、模具、量具的合金钢，称为合金工具钢。

28、8 合金工具钢 刃具钢 模具钢 量具钢按用途分合金工具钢的分类（1）合金刃具钢性能要求 高的硬度（6066HRC）和耐磨性。高的热硬性，即钢在高温下（500600）保持高硬度（60HRC左右）的能力，这是高速切削加工刀具必备的性能。（2）低合金工具钢常见牌号：9SiCr、CrWMn性能：低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好，但不具备热硬性特点，刀具刃部的工作温度一般不超过250，否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能力，因此这类钢属于低速切削刃具钢。如：丝锥、板牙板牙丝锥（3）高速工具钢高速钢是一种高合金钢，俗称白钢、锋钢、风钢等。其强度、冲击韧度、工艺性很好，是制造复杂形状刀具的主要材料。

29、如：成形车刀、麻花钻头、铣刀、齿轮刀具等。碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下有很高的硬度，但当温度高于200时，硬度便急剧下降，在500完全丧失了切削金属的能力。而高速钢高速切削产生高热情况下(约500)仍能保持高的硬度，可以用来制作高速切削工具。（4）合金量具钢性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。应用应用 简单量具简单量具 T10A T10A、T12A T12A 等。等。高精度量具高精度量具 GCr15 GCr15、9SiCr9SiCr、CrWMn CrWMn 千分尺9 特殊性能钢特殊性能钢特殊性能的钢是指具有特殊的物理、化学性能的

30、钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。1、不锈钢：不锈钢通常是不锈钢（耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质腐蚀的钢）和耐酸钢（耐酸、碱、盐等强腐蚀介质腐蚀的钢）的总称。2、耐热钢：是指在高温下具有高的化学稳定性和热强性的特殊钢。不锈钢与耐热钢的牌号表示方法与合金工具钢的基本相同，只是当碳的质量分数0.08%及0.03%时，在牌号前分别冠以“0”及“00”，如0Cr21Ni5Ti、00Cr30Mo2等。工业上，凡用于制造各种工程结构及各种机械零件的钢都称为结构钢。工程结构用结构钢主要用于各种工程结构和建筑结构，它们大多是碳素结构钢和低合金高强度结构钢，冶炼工艺简单，价格较便宜，使用时一般不进行热处理。机械零件

31、用结构钢大多是优质结构钢和高级优质结构钢，包括优质碳素结构钢、合金结构钢、合金弹簧钢及滚动轴承钢等，使用时一般都要进行热处理。任务四任务四 结构钢结构钢一、工程结构用结构钢1碳素结构钢碳素结构钢中的杂质和非金属夹杂物较多，但由于冶炼容易，工艺性能好，价格便宜，能满足一般工程结构和普通零件的性能要求，因而应用普遍。碳素结构钢通常轧制成钢板或各种型材供应使用，有时根据需要可在使用前对其进行热加工或热处理。这类钢的牌号、力学性能及用途举例见表6.1。牌号质量等级脱氧方法ReL/MPaRm/MPaA（%）特点及用途举例Q195F、b、Z19531543033具有一定的强度、硬度和良好的塑性，用于制造受

32、力不大的零件，如螺钉、螺母、垫圈等，也可用于冲压件、焊接件及建筑结构件Q215A、B21533545031Q235A、BF、b、Z23537550026C、DZ、TZQ255A、BZ25541055024具有较高的强度，用于制造承受中等载荷作用的零件，如农机具零件、销钉、小型轴类零件等Q27527549063020一、工程结构用结构钢2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢中碳的质量分数一般在0.16%0.20%范围内。所含合金元素主要有锰、硅、钒、钛、铌、磷、铜等，其作用是强化铁素体、细化晶粒。因此，同碳素结构钢相比，低合金高强度结构钢具有较高的强度，良好的塑性、韧性和焊接性能，有一定的耐腐蚀

33、性。常用低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及用途举例见表6.2。牌号ReL/MPaRm/MPaA（%）特点及用途举例Q29529539057023具有良好的塑性、韧性和加工成形性能，用于制造低压锅炉、容器、油罐、桥梁、车辆及金属结构等Q34534547063021具有良好的综合力学性能和焊接性能，用于制造船舶、桥梁、车辆、大型容器、大型钢结构等Q39039049065019具有良好的综合力学性能和焊接性能，冲击韧度较高，用于制造建筑结构、船舶、化工容器、电站设备等Q42042052068018具有良好的综合力学性能和焊接性能，加工成形性能和低温韧性好，用于制造桥梁、高压容器、电站设备、大型船舶

34、及其他大型焊接结构件等Q46046055072017一、工程结构用结构钢3低合金耐候钢耐候钢是指耐大气腐蚀的钢，它是在低碳钢的基础上加入少量铜、磷、铬、镍、钼、钛、钒等合金元素形成的。目前，我国使用的耐候钢又分为焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢两类。焊接结构用耐候钢具有良好的焊接性能，适于桥梁、建筑及其它要求耐候性的工程结构；高耐候性结构钢的耐候性好，适于车辆、建筑、塔架和其它要求高耐候性的工程结构。一、工程结构用结构钢4低合金专业用钢为了适应某些专业的特殊需要，在低合金高强度结构钢的基础上，通过调整化学成分和工艺方法，形成了一些低合金专业用钢，如汽车用低合金钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、

35、矿用低合金钢等。低合金专业用钢的牌号与合金结构钢牌号的表示方法相同，但增加了表示用途的符号，如表6.3所示。名称汉字符号位置 名称汉字符号位置易切削结构钢易Y牌号头 压力容器用钢容R牌号尾耐候钢耐候NH牌号尾 焊接用钢焊H牌号头钢轨钢轨U牌号头 桥梁用钢桥q牌号尾铆螺钢铆螺ML牌号头 锅炉用钢锅g牌号尾汽车大梁用钢梁L牌号尾 矿用钢矿K牌号尾二、机械零件用结构钢1优质碳素结构钢08、10钢碳的质量分数低，塑性好，焊接性能好，主要是制作薄板，冷冲压件和焊接件。15、20、25钢属于渗碳钢，强度较低，但塑性、韧性较高，冷冲压性能和焊接性能良好，可以制造螺钉、垫圈、活塞销、冷冲压件和焊接件。3055

36、钢属于调质钢，经淬火和高温回火后，具有较高的综合力学性能。主要用于制造要求高强度、高塑性、高韧性的重要零件，如齿轮、轴类零件等。其中45钢在机械制造中应用最广泛。6085钢属于弹簧钢，经淬火和中温回火后，具有较高的弹性极限、疲劳极限和韧性。主要用于制造尺寸较小的弹簧、弹性零件或耐磨零件。二、机械零件用结构钢2合金结构钢合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入合金元素形成的，主要用于制造重要的机械零件。按其用途和热处理特点可分为合金渗碳钢、合金调质钢和合金弹簧钢等。（1）合金渗碳钢合金渗碳钢中碳的质量分数一般在0.10%0.25%范围内，以保证心部有足够的韧性。加入铬、锰、镍、硼等合金元素以提高

37、钢的淬透性，并在保持良好韧性的条件下提高其强度。加入钼、钨、钒、钛等合金元素以细化晶粒、提高渗碳层的耐磨性。二、机械零件用结构钢（1）合金渗碳钢对于低、中淬透性渗碳钢，一般以正火作为预备热处理，来改善其切削加工性能；而高淬透性渗碳钢，一般在锻造后空冷，再经650的高温回火，以形成回火索氏体来改善切削加工性能。渗碳钢的最终热处理通常是渗碳、淬火和低温（180200）回火，表面硬度可达5864HRC。常用渗碳钢的牌号、热处理、力学性能及用途举例见表6.4。二、机械零件用结构钢（2）合金调质钢合金调质钢主要用于制造受力复杂的重要零件，如机床的主轴、柴油机的连杆等。合金调质钢中碳的质量分数一般在0.2

38、5%0.50%范围内。碳的质量分数过低，强度与硬度不足；碳的质量分数过高，则韧性不足。加入锰、硅、铬、镍、硼等合金元素以提高钢的淬透性，并强化铁素体、改善韧性。加入钼、钨、钒、钛等合金元素以细化晶粒、提高耐回火性并进一步改善钢的性能。二、机械零件用结构钢（2）合金调质钢调质钢通常也按淬透性大小分为三类。常用调质钢的牌号、热处理、力学性能及用途举例见表6.5。类别牌号热处理/力学性能用途举例淬火回火ReL/MPaRm/MPaA（%）Z（%）KU/J低淬透性40840水510空270540173624齿轮、心轴、杆、轴等45840水510空290580153520轧辊、齿轮、轴、曲轴、螺栓、螺母等

39、40Cr850油520水油78598094547轴、齿轮、连杆、螺栓等40MnB850油500水油785980104547代替40Cr制造转向节、半轴、花键轴等40MnVB850油520水油785980104547中淬透性42CrMo850油560水油9301080124563连杆、大齿轮、摇臂等30CrMnSi880油520水油8851080104539砂轮轴、联轴器、离合器等38CrMoAlA940油640水油835980145071镗床镗杆、蜗杆、高压阀门、主轴等高淬透性40CrNiMoA850油600水油835980125578锻床偏心轴、压力机曲轴、耐磨齿轮等40CrMnMo850油

40、600水油785980104563高强度耐磨齿轮、主轴等二、机械零件用结构钢（3）合金弹簧钢弹簧在工作时依靠其产生大量的弹性变形，在各种机械中起缓和冲击、吸收振动和贮存能量的作用。因此，制造弹簧的材料应具有高的弹性极限和疲劳极限、高的屈强比及一定的塑性与韧性。碳素弹簧钢中碳的质量分数一般在0.6%0.9%范围内，而合金弹簧钢中碳的质量分数一般在0.45%0.7%范围内，以保证得到高的弹性极限和疲劳极限。加入锰、硅、铬等合金元素以提高钢的淬透性、屈强比、耐回火性及强化铁素体。加入钼、钨、钒等合金元素以细化晶粒，防止过热并进一步改善钢的性能。二、机械零件用结构钢（3）合金弹簧钢根据弹簧尺寸的不同，

41、成形和热处理方法也不同。常用弹簧钢的牌号、热处理、力学性能及用途举例见表6.6。牌号热处理/力学性能用途举例淬火回火ReL/MPaRm/MPaA（%）Z（%）KU/J65840油500785980935截面小于15mm的小弹簧等65Mn830油540785980830截面小于20mm的弹簧、阀簧等60Si2Mn870油4801175127552520截面为2530mm的弹簧，如机车板弹簧、测力弹簧等60Si2CrVA850油4101665186562024截面小于50mm的弹簧，如重型板簧等50CrVA850油50011301275104024截面为3050mm的弹簧及耐热弹簧等二、机械零件用

42、结构钢3滚动轴承钢滚动轴承钢主要用于制造各种滚动轴承的内外套圈及滚动体，也可用于制造各种工具和耐磨零件。应用最广的滚动轴承钢是高碳铬钢。滚动轴承钢对硫、磷等杂质元素的质量分数限制极高，一般规定硫的质量分数应在0.020%以下；磷的质量分数在0.027%以下。我国目前应用最多的是GCr15和GCr15SiMn。前者用于制造中、小型滚动轴承；后者用于制造较大型滚动轴承。对于承受很大冲击或特大型滚动轴承常用合金渗碳钢制造；而要求耐腐蚀的滚动轴承常用不锈钢制造。二、机械零件用结构钢3滚动轴承钢滚动轴承钢的预备热处理为球化退火；最终热处理为淬火和低温回火，硬度可达6165HRC。常用滚动轴承钢的牌号、热

43、处理、力学性能及用途举例见表6.7。牌 号热处理/回火后硬度HRC用 途 举 例淬火回火GCr6800820水油1501706264直径小于10mm的滚珠、滚柱及滚针GCr9810830水油1501706266直径小于20mm的滚珠、滚柱及滚针GCr9SiMn810830水油1501606264直径为2550mm的滚珠、小于22mm的滚柱，壁厚小于12mm、外径小于250mm的套圈GCr15820840油1501606266GCr15SiMn820840油1502006165直径大于50mm的滚珠或大于22mm的滚柱，壁厚大于12mm、外径大于250mm的套圈GSiMnMoV（RE）78082

44、0油1601806264代替GCr15SiMn制造汽车、拖拉机、轧钢机上的大型轴承三、其它结构钢1易切削结构钢易切削结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入一种或几种能改善切削加工性能的合金元素而形成的。这类钢具有良好的切削加工性能，适合在自动机床上进行高速切削来制造机械零件。2铸造碳钢在生产中有许多形状复杂的大型零件，如水压机的横梁、轧钢机的机架、大型齿轮、锻锤砧座等，用锻压加工方法成形很困难，用铸铁制造又无法满足力学性能要求，此时可采用铸造碳钢以铸造成形的方法来获得，称为铸钢件。3超高强度钢超高强度钢是指抗拉强度在1500MPa以上的合金结构钢，它是在合金调质钢的基础上，加入多种合金元素进行复

45、合强化形成的，主要用于航空和航天工业。制造各种刃具、模具、量具的钢称为工具钢，相应地称为刃具钢、模具钢、量具钢。工具钢与结构钢的主要区别在于，工具钢（除热作模具钢外）大多属于过共析钢；所含合金元素除提高淬透性外，主要是为了提高钢的硬度和耐磨性，故常采用碳化物形成元素。工具钢的最终热处理一般多采用淬火和低温回火，以保证高硬度与高耐磨性。另外，由于工具钢中碳的质量分数较高，性能较脆，为了改善其塑性和减少淬火变形、开裂倾向，工具钢的质量要求比结构钢更严。任务任务五五 工具钢工具钢一、刃具钢制造刃具的刃具钢有碳素工具钢、低合金刃具钢和高速工具钢三类。1碳素工具钢碳素工具钢是碳的质量分数在0.65%1.

46、35%范围内的优质或高级优质高碳钢。表6.8列出了常用碳素工具钢的牌号及用途。任务任务五五 工具钢工具钢1碳素工具钢牌号硬度（退火状态）HBW硬度（淬火状态）HRC用 途 举 例T7T7A187800820水62用于制造承受冲击，要求韧性较好，硬度适当的工具，如扁铲、手钳、大锤、旋具、木工工具等T8T8A187780800水62用于制造承受冲击，要求硬度较高的工具，如冲头、压缩空气工具、木工工具等，T8Mn和T8MnA淬透性较好，可用于制造截面尺寸较大的工具T8MnT8MnA187780800水62T9T9A192760780水62用于制造硬度要求高，韧性适中的工具，如冲头、木工工具、凿岩工具

47、等T10T10A197760780水62用于制造不受剧烈冲击，硬度和耐磨性要求高的工具，如车刀、刨刀、冲头、丝锥、钻头、手锯条、小型冷冲模具等T11T11A207760780水62T12T12A207760780水62用于制造不受冲击，要求高硬度和高耐磨性的工具，如锉刀、刮刀、精车刀、丝锥、量具等，T13和T13A可用于制造耐磨性要求更高的工具，如刮刀、剃刀等T13T13A217760780水622低合金刃具钢低合金刃具钢中碳的质量分数在0.75%1.45%范围内，以保证钢在淬火后具有高硬度，并能形成适当数量的合金碳化物，以增加耐磨性。牌号热处理及热处理后的硬度用 途 举 例淬火/硬度HRC回

48、火/硬度HRCCr2830860油621301506265用于制造车刀、插刀、铰刀、冷轧辊、样板、量规等9SiCr820860油621802006062用于制造耐磨性要求高、切削不剧烈的刀具，如板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铣刀、拉刀等，还可用于制造冷冲模具、冷轧辊等CrWMn800830油621401606265用于制造要求淬火变形小、形状复杂的刀具，如拉刀、长丝锥等，还可用于制造量规、冷冲模具、精密丝杠等9Mn2V780810油621502006062用于制造小型冷作模具及要求变形小、耐磨性高的量具、样板、精密丝杠、磨床主轴等，也可用于制造丝锥、板牙、铰刀等3高速工具钢高速工具钢中碳的质量分

49、数一般在0.70%1.65%范围内，加入的合金元素主要有钨、钼、铬、钒等，合金元素的质量分数在10%以上。常用高速工具钢中W18Cr4V钢的热硬性较高，过热敏感性较小，磨削性能好，但热塑性较差，热加工废品率较高，故适于制造一般的切削刃具，不适合制造薄刃刃具。W6Mo5Cr4V2钢中的碳化物细小均匀，热塑性好，便于压力加工，并且热处理后的韧性与耐磨性较高，但热硬性稍差，加热时易脱碳与过热，故适于制造耐磨性与韧性需要较好配合的刃具，更适宜制造通过扭制、轧制等热加工成形的薄刃刃具，如齿轮铣刀、插齿刀、麻花钻等。二、模具钢根据工作条件的不同，模具钢又分为冷作模具钢和热作模具钢两类。1冷作模具钢冷作模具

50、钢主要用于制造使金属在冷态下成形的模具，如冲裁模、弯曲模、拉深模、冷挤压模等。对于形状简单、尺寸较小、工作载荷不大的冷作模具可用碳素工具钢制造，如T8A、T10A、T12A等。而形状较复杂、尺寸较大，工作载荷较重、精度要求较高的冷作模具一般用低合金刃具钢来制造，如9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr2等。对于工作载荷重、耐磨性要求高、淬火变形要求小的冷作模具一般用Cr12型合金工具钢制造，如Cr12、Cr12MoV等。2热作模具钢热作模具钢主要用于制造使金属在热态下成形的模具。使加热的固态金属在压力下成形的模具称为热锻模具（包括热挤压模具）；使液态金属在压力下成形的模具称为压铸模具。热作模