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1、项目一环境工程设备常用材质与基本项目一环境工程设备常用材质与基本传动方式的应用调查传动方式的应用调查任务一任务一 环境工程常用材料及附件的应用调查环境工程常用材料及附件的应用调查单元二单元二 材料的分类与用途材料的分类与用途一、一、材料的性能材料的性能1、力学性能、力学性能 材料在外力材料在外力(或外加能量或外加能量)作用下抵抗外力所表现作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。超过允许的变形或不被破坏的能力。强强度度塑塑性性刚刚度度硬硬度度韧韧性性常温拉应力下塑性材料常温拉应力下塑性材料-退火低
2、碳钢的拉抻试验退火低碳钢的拉抻试验 l0=10d0l0=5d0或或比例强度比例强度pp 在弹性变形阶段，应力和应变关系完全符合虎克定律，极限应在弹性变形阶段，应力和应变关系完全符合虎克定律，极限应力即为比例强度，亦称比例极限。力即为比例强度，亦称比例极限。弹性强度弹性强度ee 在完全卸载后不出现任何明显的微量塑性变形的极限应力值即在完全卸载后不出现任何明显的微量塑性变形的极限应力值即为弹性强度，亦称弹性极限。当应力为弹性强度，亦称弹性极限。当应力e时，应变和应力之间可时，应变和应力之间可能已丧失了严格的比例关系，但变形基本上可恢复或微量残余变能已丧失了严格的比例关系，但变形基本上可恢复或微量残
3、余变形不明显。形不明显。1）强强度度：固固体体材材料料在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗产产生生塑塑性性变变形和断裂的特性。形和断裂的特性。从开始加载到发生断裂所能从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗达到的最大应力值，叫做抗拉强度。拉强度。开始出现塑性变形时的应开始出现塑性变形时的应力，称为力，称为“屈服点屈服点”s ss s sb金属材料承受载金属材料承受载荷作用，当载荷荷作用，当载荷不再增加或缓慢不再增加或缓慢增加时，仍继续增加时，仍继续发生明显的塑性发生明显的塑性变形，这种现象变形，这种现象就称为屈服。就称为屈服。在外力作用下，在外力作用下，材料产生屈服现材料产生屈服现象的应力
4、值即为象的应力值即为屈服强度，也叫屈服强度，也叫屈服极限。屈服极限。持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n脆性材料，国标规定以残余应变量达到脆性材料，国标规定以残余应变量达到0.2%时的应力值来表征材时的应力值来表征材料的微量塑性变形的能力，称为条件料的微量塑性变形的能力，称为条件屈服强度，屈服强度，0.2持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n金属在拉伸条金属在拉伸条件下，从开始件下，从开始加载到发生断加载到发生断裂所能承受的裂所能承受的最大应力值，最大应力值，叫作抗拉强
5、度。叫作抗拉强度。持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n材料在高温下，在材料在高温下，在一定的应力下，抵一定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变抗发生缓慢塑性变形的能力。形的能力。材料在高温下，抵抗材料在高温下，抵抗发生断裂的能力。发生断裂的能力。持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n材料在材料在交变载荷交变载荷作用下，作用下，会在远低于材料本身的屈会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把）种现象就是疲劳。我们把）经过经过10610
6、8次次循环试验循环试验而不发生断裂的最大应力，而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。作为疲劳强度。持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n 弹性变形量过大，则工件也不能正常工作，由此引弹性变形量过大，则工件也不能正常工作，由此引出的材料对弹性变形的抵抗能力出的材料对弹性变形的抵抗能力刚度或刚性指刚度或刚性指标。如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚标。如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度则保证了材料不发生过量弹性变至断裂的话，刚度则保证了材料不发生过量弹性变形。形。在在-曲线的弹性变形阶段，应力和应变关系完全符曲
7、线的弹性变形阶段，应力和应变关系完全符合虎克定律，即合虎克定律，即=E=E则则 E=/E=/把比例常数即应力与应变的比值把比例常数即应力与应变的比值E E称为材料的弹性模量，称为材料的弹性模量，在数值上也等于该直线的斜率即在数值上也等于该直线的斜率即tantan，可见，可见E E值越值越大，材料越不容易产生弹性变形，因此用弹性模量大，材料越不容易产生弹性变形，因此用弹性模量E E表示材料的刚度。表示材料的刚度。2 2）刚度：弹性模量）刚度：弹性模量E E表示材料的刚度表示材料的刚度3）塑性塑性：塑性是指材料在外力作用下产塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，即材料在断生塑性变形而
8、不破坏的能力，即材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。裂前发生不可逆永久变形的能力。主要有两个塑性指标：主要有两个塑性指标：延伸率延伸率断面收缩率断面收缩率 4）硬度硬度：金属材料抵抗比它更硬的物体压入时所引起的金属材料抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形的能力。塑性变形的能力。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗 弹性变形、塑性变形或破断的能力。弹性变形、塑性变形或破断的能力。布布氏氏硬硬度度HB（一一般般在在HB450以以上上就就不不能能使使用用)、洛洛氏氏硬硬度度HR(可可以以用用于于硬硬度度很很高高的的材材料料)、维维氏氏硬硬度度HV(比比洛洛氏
9、氏硬硬度度更更适适合合于于测测定极薄试样的硬度定极薄试样的硬度)，显微硬度。，显微硬度。（1）、布氏硬度、布氏硬度 测定定原原理理：用用直直径径为D D的的淬淬火火钢球球或或硬硬质合合金金球球做做压头，在在试验力力F F的的作作用用下下压入入被被测金金属属表表面面，保保持持规定定的的时间后后卸卸除除试验力力，则在在金金属属表表面面留留下下一一压坑坑(压痕痕)，用用读数数显微微镜测量量其其压痕痕直直径径d d，求求出出压痕痕表表面面积，用用试验力力F F除除以以压痕痕表表面面积所所得得的的商商作作为被被测金属的布氏硬度金属的布氏硬度值，用符号，用符号HBHB表示。表示。试验规范：由于金属材料有硬
10、有范：由于金属材料有硬有软，有厚有薄，有厚有薄，如果只采用一种如果只采用一种标准的准的试验力力F F和和压头直径直径D D，就会出，就会出现若若对硬的材料适合，而硬的材料适合，而对软的材料会的材料会发生生压头陷入金属陷入金属内的内的现象；若象；若对厚的工件适合厚的工件适合，而，而对薄的工件就会薄的工件就会产生生压穿的穿的现象。因此，在象。因此，在进行布氏硬度行布氏硬度试验时，要求能使，要求能使用不同大小的用不同大小的试验力和不同直径的力和不同直径的压头。适用范适用范围：用淬火：用淬火钢球作球作压头测得的硬度用符得的硬度用符号号HBSHBS表示，适合于表示，适合于测量布氏硬度量布氏硬度值小于小于
11、450450的材料。用的材料。用硬硬质合金球作合金球作压头测得的硬度用符号得的硬度用符号HBWHBW表示，适合于表示，适合于测量布氏硬度量布氏硬度值为450450650650的材料。的材料。标注方法：在硬度标注时，硬度值写在硬度符号的后面，标注方法：在硬度标注时，硬度值写在硬度符号的后面，例如例如HBS120HBS120，表示用淬火钢球作压头测得材料的布氏硬度，表示用淬火钢球作压头测得材料的布氏硬度值为值为120120。应应用用：我我国国目目前前布布氏氏硬硬度度计计的的压压头头主主要要是是淬淬火火钢钢球球，故故主主要要用用来来测测定定灰灰铸铸铁铁、有有色色金金属属以以及及经经退退火火、正正火火
12、和和调调质质处处理的钢材等。理的钢材等。（2）洛氏硬度洛氏硬度 与与布布氏氏硬硬度度试验一一样，洛洛氏氏硬硬度度也也是是一一种种压入入硬硬度度试验，但但它它不不是是测量量压痕痕面面积，而而是是测量量压痕痕的的深深度，以深度大小表示材料的硬度度，以深度大小表示材料的硬度值。测定原理测定原理 用用顶角角为120120的的金金刚石石圆锥，588.4N588.4N时，HRAHRA，HRAHRA 75-8075-80，直直径径为1.588mm1.588mm的的淬淬火火钢球球作作压头，980.7N980.7N时，HRBHRB，HRBHRB 20-10020-100，顶角角为120120的的金金刚石石圆锥1
13、471N1471N，HRC,HRC,HRCHRC 20-70,20-70,先先加加初初载荷荷，再再加加主主载荷荷，将将压头压入入金金属属表表面面，保保持持一一定定时间后后卸卸除除主主载荷，根据荷，根据压痕深痕深 度确定硬度度确定硬度值。用符号。用符号HRHR表示表示。硬度硬度硬度硬度标标注注注注 为了能在同一洛氏硬度了能在同一洛氏硬度计上上测定从定从软到硬的材料硬度，采到硬的材料硬度，采用了由不同的用了由不同的压头和和载荷荷组成的几种不同的洛氏硬度成的几种不同的洛氏硬度标尺，并用尺，并用字母在字母在HRHR后加以注明，常用的洛氏硬度是后加以注明，常用的洛氏硬度是HRAHRA、HRBHRB和和H
14、RCHRC三种。三种。洛氏硬度表示洛氏硬度表示时，硬度，硬度值写在硬度符号的后面。例如，写在硬度符号的后面。例如，HRC50HRC50表示用表示用标尺尺C C测得的洛氏硬度得的洛氏硬度值为5050。应用用 洛洛氏氏硬硬度度试验操操作作简便便迅迅速速，可可直直接接从从硬硬度度计表表盘上上读出出硬硬度度值。压痕痕小小，可可直直接接测量量成成品品或或较薄薄工工作作的的硬硬度度。但但由由于于压痕痕较小小，测得得的的数数据据不不够准准确确，通通常常应在在试样不不同同部部位位测定定三三点点取取其其算算术平均平均值。（3)3)维氏硬度氏硬度 维氏氏硬硬度度试验原原理理基基本本上上与与布布氏氏硬硬度度相相同同
15、，也也是是根根据据压痕痕单位表面位表面积上的上的载荷大小来荷大小来计算硬度算硬度值。测试原原理理：采采用用相相对面面夹角角为136136的的正正四四棱棱锥体体金金刚石石作作压头，用用选定定的的载荷荷F F将将压头压入入试样表表面面，保保持持规定定时间后后卸卸除除载荷荷，在在试样表表面面压出出一一 个个四四方方锥形形压痕痕，测量量压痕痕两两 对角角线长度度，计算算出出压痕痕表表面面积，以以压痕痕单位位表表面面积上上所所承承 受受的的载荷荷大大小小表表示示维氏氏硬度硬度值，用符号用符号HVHV表示。表示。标注：与布氏硬度一样，维氏硬度值可根据标注：与布氏硬度一样，维氏硬度值可根据d的大小查表得的大
16、小查表得到。在表示硬度时，习惯上不标出单位，硬度值在硬度符号到。在表示硬度时，习惯上不标出单位，硬度值在硬度符号HV后，例如后，例如640HV。应用：维氏硬度适用范围宽应用：维氏硬度适用范围宽,可以测量从极软到极硬材料的可以测量从极软到极硬材料的硬度，尤其适用于极薄工件及表面薄硬层的硬度测量硬度，尤其适用于极薄工件及表面薄硬层的硬度测量(如化学如化学热处理的渗碳层、渗氮层等热处理的渗碳层、渗氮层等)，其结果精确可靠。缺点是测量，其结果精确可靠。缺点是测量较麻烦，工作效率不如测洛氏硬度高。较麻烦，工作效率不如测洛氏硬度高。5 5）冲击韧性）冲击韧性 （1）韧性韧性韧性韧性：材料的韧性是指材料在塑
17、性变形和断裂的全材料的韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综合表现。过程中吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综合表现。评定材料韧性一般用冲击韧性。评定材料韧性一般用冲击韧性。金属材料在冲金属材料在冲击载荷荷作用下抵抗破坏的能力称作用下抵抗破坏的能力称为冲冲击韧性。性。冲冲击载荷：指以很快的速度作用于零件上的荷：指以很快的速度作用于零件上的载荷。材料荷。材料的冲的冲击韧度度值通常采用通常采用摆锤式一次冲式一次冲击试验进行行测定。定。（2 2）标准冲准冲击试样：根据：根据GB229-84GB229-84和和GB2106-80GB2106-80规定，冲定，冲击试验
18、标准准试样有夏比有夏比U U型缺口型缺口试样和夏比和夏比V V型缺口型缺口试样两两种种。（3 3）试验原理：将原理：将带有缺口的有缺口的标准冲准冲击试样安放在冲安放在冲击试验机的支座上，机的支座上，试样缺口背向缺口背向摆锤冲冲击方向。把方向。把质量量为m m的的摆锤从一定高度从一定高度h h落下，将落下，将试样冲断，冲断冲断，冲断试样后，后，摆锤继续摆升到升到h h的高度。的高度。摆锤冲断冲断试样所消耗的能量称所消耗的能量称为冲冲击吸收功，吸收功，用符号用符号kk表示。表示。(4)冲击韧度：冲击吸收功可从冲击试验机的刻度盘上直接读出。冲击韧度：冲击吸收功可从冲击试验机的刻度盘上直接读出。将冲击
19、吸收功除以试样缺口底部横截面积，即得到冲击韧度值，将冲击吸收功除以试样缺口底部横截面积，即得到冲击韧度值，用符号用符号ak表示。冲击韧度值表示。冲击韧度值ak愈大，表明材料韧性愈好。愈大，表明材料韧性愈好。注意！韧性是材料在外加动载荷注意！韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。韧性高的材料，一般变形的能力。韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载荷下能其所以如此，就是因为静载荷下能够缓慢塑性变形的材料在动载荷够缓慢塑性
20、变形的材料在动载荷下不一定能迅速塑性变形。下不一定能迅速塑性变形。6)6)疲劳强度疲劳强度 (1)1)概概念念：零零件件在在交交变应力力作作用用下下长时间工工作作，虽然然应力力通通常常低低于于材材料料的的屈屈服服强度度，也也会会发生生断断裂裂，这种种现象称象称为疲疲劳断裂。断裂。(2)(2)特特点点：疲疲劳断断裂裂突突然然发生生的的，事事先先没没有有明明显的的塑塑性性变形形，很很难事事先先觉察察到到，因因此此具具有有很很大大的的危危险性，常常造成性，常常造成严重的事故。重的事故。(3)(3)疲疲劳曲曲线：材料抵抗疲：材料抵抗疲劳断裂的能力可通断裂的能力可通过疲疲劳试验测定。通定。通过试验可可测
21、得材料所承受的交得材料所承受的交变应力力与断裂前的与断裂前的应力循力循环次数次数N N之之间的关系曲的关系曲线，该曲曲线称称为疲疲劳曲曲线。(4)4)疲疲劳强度：我度：我们把材料把材料经受无数次受无数次应力循力循环不破坏的不破坏的最大最大应力称力称为疲疲劳强度。度。对称循称循环应力的疲力的疲劳强度用度用-1-1表示。表示。(5)(5)疲疲劳断裂的断裂的过程：往往是在零件的表面，有程：往往是在零件的表面，有时也可能也可能在零件的内部某一薄弱部位在零件的内部某一薄弱部位产生裂生裂纹，在交，在交变应力作用下，裂力作用下，裂纹不断不断扩展，使材料的有效承展，使材料的有效承载截面不断减小，最后截面不断减
22、小，最后产生突然生突然断裂。断裂。(6)6)提高疲提高疲劳强度的方法：如度的方法：如设计时，尽量避免尖，尽量避免尖角、缺口和截面突角、缺口和截面突变，可避免，可避免应力集中引起的疲力集中引起的疲劳裂裂纹；还可以通可以通过降低表面粗糙度降低表面粗糙度值和采用表面和采用表面强化的方法化的方法(如表面淬火、如表面淬火、喷丸丸处理、表面理、表面滚压等等)来提高疲来提高疲劳强度。度。7)7)泊桑比泊桑比泊桑比是拉伸试验中试件泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸单位横向收缩与单位纵向伸长之比长之比，以以表示。对于各种钢材它近乎为一个常数，表示。对于各种钢材它近乎为一个常数，即即0.30.3。8
23、8）磨损）磨损 任何一部机器在运转时，各机件之间总要发生相对运动。任何一部机器在运转时，各机件之间总要发生相对运动。由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。磨损。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用。因此引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用。因此磨损是一个复杂的过程。磨损是一个复杂的过程。二、金属材料的分类及牌号二、金属材料的分类及牌号1、分类、分类1）、金属的分类）、金属的分类铸造生铁铸造生铁金属金属黑色金属黑色金属
24、有色金属有色金属生铁生铁钢钢炼钢生铁炼钢生铁合金生铁合金生铁铜及其合金铜及其合金轻金属及其合金轻金属及其合金其它有色及其合金其它有色及其合金纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）铜锡合金（锡青铜）无锡合金（铝青铜等）无锡合金（铝青铜等）铝及铝合金铝及铝合金钛及钛合金钛及钛合金镁及镁合金镁及镁合金铅、锡及其合金铅、锡及其合金锌及其合金锌及其合金镍、钴及其合金镍、钴及其合金2）钢的分类）钢的分类2、碳、碳钢 钢主要是由钢主要是由铁和碳铁和碳元素组成的合金。元素组成的合金。合金合金是指一种或是指一种或几种金属元素或非金属元素几种金属元素或非金属元素组成的具有金组成
25、的具有金属特性的物质。属特性的物质。组成合金的最基本的、独立的单元组元，简称元，金属中组成合金的最基本的、独立的单元组元，简称元，金属中的元素可以是化学元素，也可以是化合物。的元素可以是化学元素，也可以是化合物。普通碳钢和铸铁都是由铁和碳元素组成的二元合金中，含普通碳钢和铸铁都是由铁和碳元素组成的二元合金中，含碳量小于碳量小于0.02%的铁碳合金为工业纯铁，碳的质量分数小于的铁碳合金为工业纯铁，碳的质量分数小于0.02%2.11%铁碳合金为钢，含碳量铁碳合金为钢，含碳量2.116.69%的铁碳合金为的铁碳合金为铸铁。铸铁。碳的碳的质量分数小于量分数小于2.11%2.11%，并且含有少量的，并且
26、含有少量的锰、硅、硅、硫、磷等硫、磷等杂质元素的元素的铁碳合金称碳合金称为碳素碳素钢，简称称碳碳钢。为了提高某些性能，在碳钢的基础上加入一些元素，为了提高某些性能，在碳钢的基础上加入一些元素，就成为合金钢，加入的元素称为合金元素。就成为合金钢，加入的元素称为合金元素。其中，硅和其中，硅和锰是有益元素，而硫和磷是有害元素。是有益元素，而硫和磷是有害元素。1）碳）碳钢的分的分类 （1）根据）根据钢中碳的中碳的质量分数不同可分量分数不同可分为：低碳：低碳钢、中碳中碳钢和高碳和高碳钢三三类。低碳低碳钢：碳的：碳的质量分数小于或等于量分数小于或等于0.25%；大于；大于0.02%中碳中碳钢：碳的：碳的质
27、量分数量分数为0.250.60%；高碳高碳钢：碳的：碳的质量分数大于量分数大于0.60%，小于，小于2.11%。（2）根据钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数的多少可分）根据钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数的多少可分为三类：为三类：普通质量钢；普通质量钢；优质钢；优质钢；高级优质钢。高级优质钢。2）结构钢）结构钢 结构钢按其主要用途一般分为结构钢按其主要用途一般分为工程结构用钢和机械制造用工程结构用钢和机械制造用钢钢（或机械结构用钢）两大类。（或机械结构用钢）两大类。工程结构用钢工程结构用钢主要用于各种工程结构（如建筑、桥梁、船舶、主要用于各种工程结构（如建筑、桥梁、船舶、石油化工、压力容器等）和
28、机械产品中要求不高的结构零件，他石油化工、压力容器等）和机械产品中要求不高的结构零件，他们大多数是普通质量钢，其冶炼较简单，成本低廉、工艺性能优们大多数是普通质量钢，其冶炼较简单，成本低廉、工艺性能优良、可满足工程结构用钢量大的需要。良、可满足工程结构用钢量大的需要。机械制造用钢机械制造用钢主要用于制造各种机械零件（如轴、齿轮、主要用于制造各种机械零件（如轴、齿轮、弹簧、轴承等），他们通常是优质钢或高级优质钢，性能要求一弹簧、轴承等），他们通常是优质钢或高级优质钢，性能要求一般比工程结构钢高，通常需经热处理后使用。此类钢按其主要用般比工程结构钢高，通常需经热处理后使用。此类钢按其主要用途、热处
29、理和性能特点不同，可分为表面硬化钢、调质钢、滚动途、热处理和性能特点不同，可分为表面硬化钢、调质钢、滚动轴承钢和超高强度钢等。轴承钢和超高强度钢等。调质钢调质钢.性能要求性能要求：根据一般：根据一般调质零件的工件条件，零件的工件条件，调质钢应具有良好的具有良好的综合力学性能。此外，合力学性能。此外，还应具有良好的淬透性，以保具有良好的淬透性，以保证零件整个截面上性能零件整个截面上性能均匀一致。均匀一致。.成成分分特特点点：一一般般碳碳的的质量量分分数数为0.250.50%。主主加加元元素素有有Mn、Cr、Ni、B等等，主主要要用用于于提提高高钢的的淬淬透透性性；辅加加元元素素有有W、Mo、V、
30、Ti等等，主主要要用于用于细化晶粒和提高化晶粒和提高钢的耐回火性。的耐回火性。淬淬透透性性：指指在在规规定定条条件件下下，决决定定钢钢材材淬淬硬硬深深度度和和硬硬度度分分布布的的特特性性。即即钢钢淬淬火火时时得得到到淬淬硬硬层层深深度度大大小小的能力，它表示钢接受淬火的能力。的能力，它表示钢接受淬火的能力。.常用常用钢号：号：40Cr、40MnVB、30CrMnSi、40CrNiMo等。等。.应用用举例：合金例：合金调质钢常用于制造各常用于制造各类齿轮件、件、轴类件、杆件、杆类件等重要的机械零件。例如：件等重要的机械零件。例如：40Cr钢常用于制造汽常用于制造汽车半半轴。弹簧钢弹簧钢.概念：概
31、念：弹簧是各种机械和簧是各种机械和仪表的重要零件，表的重要零件，是利用是利用弹性性变形来形来贮存能量和减存能量和减缓冲冲击与振与振动的，主要在冲的，主要在冲击、震、震动或周期弯曲、扭或周期弯曲、扭转等交等交变应力下工作。力下工作。.性能要求：有良好的性能要求：有良好的弹性、高的屈服性、高的屈服强度和度和疲疲劳极限、足极限、足够的塑性与的塑性与韧性。性。.成分特点：碳的成分特点：碳的质量分数量分数为0.450.450.7%0.7%，常，常加入的合金元素有加入的合金元素有SiSi、MnMn、CrCr、V V、W W等，而以等，而以SiSi、MnMn应用最多。用最多。这些元素不些元素不仅能提高淬透性
32、，能提高淬透性，强化化铁素体，素体，还可以可以细化晶粒，提高耐回火性。化晶粒，提高耐回火性。SiSi常常与与MnMn配合使用，以防止配合使用，以防止钢在加在加热时脱碳。脱碳。弹簧簧钢均均为优质或高或高级优质钢。.常用常用钢号：号：55Si2Mn、60Si2Mn、50CrVA。.应用用举例：例：55Si2Mn和和60Si2Mn常用于制常用于制造汽造汽车的板的板弹簧。簧。普通碳素普通碳素结构构钢：碳素碳素结构构钢的牌号由代表的牌号由代表钢材屈材屈服点的字母、屈服点数服点的字母、屈服点数值、质量等量等级符号、脱氧方符号、脱氧方法符号四部分按法符号四部分按顺序序组成。其中成。其中质量等量等级共有四共有
33、四级，分分别用用A、B、C、D表示。表示。“F”表示沸表示沸腾钢；“b”表示半表示半镇静静钢；“Z”表示表示镇静静钢；“TZ”表表示特殊示特殊镇静静钢，在，在钢号中号中“Z”和和“TZ”符号可省略。符号可省略。例如：例如：Q235-AF，牌号中，牌号中“Q”代表屈服极限代表屈服极限“屈屈”字的字的汉语拼音首位字母，拼音首位字母，“235”表示屈服表示屈服极限极限S235MPa，“A”表示表示质量等量等级为A级，“F”表表示沸示沸腾钢(冶冶炼时脱氧不完全脱氧不完全)。（1）碳素结构钢）碳素结构钢 常用钢及应用：Q195、Q215、Q235属低碳钢，有良好的塑性和焊接性能，并具有一定的强度，通常轧
34、制成型材、板材和焊接钢管等用于桥梁、建筑工程结构，在机械制造中用作受力不大的零件，如螺钉、螺帽、垫圈、地脚螺钉、法兰以及不太重要的轴、拉杆等，其中以Q235应用最广。Q255、Q275强度较高，可用作受力较大的机械零件。碳素结构钢一般不进行热处理，以供应状态直接使用。但也可根据需要进行热加工和热处理。优质碳碳素素结构构钢：其其牌牌号号用用两两位位数数字字表表示示，表表示示钢中中平平均均碳碳的的质量量分分数数的的万万倍倍数数。例例如如45钢，表表示示钢中中平平均均碳碳的的质量量分分数数为0.45%。若钢中锰的含量较高，则在两位数字后面加锰元素的符号“Mn”。例如65Mn钢，表示钢中平均碳的质量分
35、数为0.65%，含锰量较高(为0.91.2%)。若为沸腾钢，在两位数字后面加符号“F”，例如08F钢。08F钢：是一种含碳量很低的沸腾钢，强度很低，塑性很好。一般由钢厂轧成薄钢板或钢带供应。主要用于制造冷冲压件，如外壳、容器、罩子等。1025钢：属低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好，并具有良好的冷冲压性能和焊接性能。常用于制造冷冲压件和焊接构件，以及受力不大、韧性要求高的机械零件，如螺栓、螺钉、螺母、轴套、法兰盘、焊接容器等。还可用作尺寸不大，形状简单的渗碳件。3055钢：属中碳钢，经调质处理后，具有良好的综合力学性能，主要用于制造齿轮、连杆、轴类零件等，其中以45钢应用最广。60、65钢：属
36、高碳钢，经适当热处理后，有较高的强度和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件，如弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。（2）低合金结构钢）低合金结构钢 低合金结构钢是在普通碳素结构钢的基础上添加合金低合金结构钢是在普通碳素结构钢的基础上添加合金元素而得到的，合金元素总量不超过元素而得到的，合金元素总量不超过5%，添加的合金元，添加的合金元素主要有锰，辅加合金元素为钒、钛、铝等。素主要有锰，辅加合金元素为钒、钛、铝等。其牌号也体现了力学性能，如其牌号也体现了力学性能，如Q420表示其屈服强度为表示其屈服强度为420MPa。低合金结构钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆、。低合金结构钢主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉
37、、高压容器、输油输气管道、大型结构等。锅炉、高压容器、输油输气管道、大型结构等。（3）合金结构钢）合金结构钢 合金结构钢主要用于制造各种机械零件，其质量等级都属于合金结构钢主要用于制造各种机械零件，其质量等级都属于特殊质量等级。特殊质量等级。合金钢的牌号合金钢的牌号是按照含碳量及所含合金元素的种类（元素符是按照含碳量及所含合金元素的种类（元素符号）和含量来编制。号）和含量来编制。一般牌号的首位数字表示碳的平均质量分数，对于结构钢，一般牌号的首位数字表示碳的平均质量分数，对于结构钢，以万分数计以万分数计，对于工具钢，以千分数计对于工具钢，以千分数计。当钢中某种合金元素的平均当钢中某种合金元素的平
38、均质量分数小于质量分数小于1.5%时，牌号中时，牌号中只标出元素符号，不标明含量：当元素含量为只标出元素符号，不标明含量：当元素含量为1.5%2.5%、2.5%3.5%、时，当元素后用整数时，当元素后用整数2、3、标出其近似含量标出其近似含量（如合金弹簧钢（如合金弹簧钢60Si2Mn）。）。滚动轴承承钢的牌号的牌号表示：用表示：用“+Cr+数字数字”表示，其中数字表示，其中数字为合金元素合金元素Cr的的质量千分量千分数数，其它合金元素的表示方法与合金，其它合金元素的表示方法与合金结构构钢相同，例如：相同，例如：Cr15、Cr9SiMn等。等。常用常用钢及及应用：用：GCr15、GCr15SiM
39、n、GCr9、GCr9SiMn等。等。轴承承钢除用于制造除用于制造滚动轴承承外，也常用于制造刃具、冷冲模、量具以及外，也常用于制造刃具、冷冲模、量具以及性能要求与性能要求与轴承相似的耐磨零件。承相似的耐磨零件。（2）工具）工具钢：工具钢是用于制造刃具、模具、量具和合金工具钢是用于制造刃具、模具、量具和合金工具钢两大类。合金工具钢可适用于截面尺寸大、工具钢两大类。合金工具钢可适用于截面尺寸大、形状复杂、承载能力高且要求热稳定性好的工具。形状复杂、承载能力高且要求热稳定性好的工具。按工具的使用性质和主要用途可分为按工具的使用性质和主要用途可分为刃具钢、模刃具钢、模具钢、量具钢三类具钢、量具钢三类，
40、但这种分类的界限并不严格，但这种分类的界限并不严格，因为某些工具钢（如低合金工具钢因为某些工具钢（如低合金工具钢CrWMn）即）即可做刃具、又可作模具和量具。可做刃具、又可作模具和量具。碳素工具碳素工具钢的的牌号冠以牌号冠以“碳碳”的的汉语拼音字母拼音字母“T”，后，后面加数字表示面加数字表示钢中平均碳的中平均碳的质量分数的千倍数，量分数的千倍数，如如为高高级优质碳碳素工具素工具钢，则在后面再加上在后面再加上“A”。例如。例如T8钢表示平均碳的表示平均碳的质量量分数分数为0.8%的的优质碳素工具碳素工具钢。T10A钢表示平均碳的表示平均碳的质量分数量分数为1.0%的高的高级优质碳素工具碳素工具
41、钢。T7、T8钢适于制造承受一定冲适于制造承受一定冲击而要求而要求韧性性较高的工高的工具，如大具，如大锤、冲、冲头、凿子、木工工具、剪刀等。子、木工工具、剪刀等。T9、T10、T11钢用于制造冲用于制造冲击较小而要求高硬度和小而要求高硬度和较高耐高耐磨性的工具，如磨性的工具，如丝锥、板牙、小、板牙、小钻头、冷冲模、手工、冷冲模、手工锯条等。条等。T12、T13钢的硬度和耐磨性很高，的硬度和耐磨性很高，韧性性较差，用于制造不差，用于制造不受冲受冲击的工具，如的工具，如锉刀、刮刀、剃刀、量具等。刀、刮刀、剃刀、量具等。1、碳素工具钢、碳素工具钢2.2.合金工具合金工具钢 当平均含量当平均含量1.0
42、%时，牌号以一位数字开，牌号以一位数字开头，表，表示其平均碳的示其平均碳的质量千分数量千分数；当平均含碳量当平均含碳量1.0%时，牌号中不，牌号中不标明含碳量明含碳量；后面的元素符号及数后面的元素符号及数字表示合金元素的平均质量分数。字表示合金元素的平均质量分数。高速工具高速工具钢的的牌号中不牌号中不标明含碳量明含碳量。合金工具。合金工具钢都属于高都属于高级优质钢，故不，故不标出出“A”。合金元素的表示方法与。合金元素的表示方法与结构用合金构用合金钢相同。例如：相同。例如：9SiCr、CrWMn、W6Mo5Cr4V2等。等。刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、钻头等切削工具。刃具钢主要用于制造车刀、
43、铣刀、钻头等切削工具。刃具钢由高的硬度、高的耐磨性、高的热应性及足够的刃具钢由高的硬度、高的耐磨性、高的热应性及足够的韧性与塑性。其中有韧性与塑性。其中有低合金工具钢和高速工具钢低合金工具钢和高速工具钢。低合金工具钢低合金工具钢最高工作温度不超过最高工作温度不超过300，主要用于，主要用于低速切削工具。其化学成分含碳量低速切削工具。其化学成分含碳量0.8%1.5%，常加入，常加入的合金元素有铬、锰、硅、钨、钒等。常用的牌号有的合金元素有铬、锰、硅、钨、钒等。常用的牌号有9Mn2V、9SiCr、Cr06、CrWMn等。主要用于冲模、冷等。主要用于冲模、冷压模、丝锥、板牙、铰刀、拉刀、钻头、冷轧辊
44、、量规压模、丝锥、板牙、铰刀、拉刀、钻头、冷轧辊、量规及量具等。及量具等。1）刃具钢）刃具钢高速工具高速工具钢.概念：高速工具概念：高速工具钢简称高速称高速钢，是一种高合金工具，是一种高合金工具钢，主要用于切削速度，主要用于切削速度较高的刃具。高的刃具。这种种钢的的热硬性硬性高，当刀刃温度达高，当刀刃温度达600时，硬度仍无明，硬度仍无明显下降，适合下降，适合较高速度的切削，故称高速高速度的切削，故称高速钢。.性能要求：性能要求：*很高的硬度和耐磨性很高的硬度和耐磨性*高的高的热硬性硬性*足足够的的强度和度和韧性性.成分特点：成分特点：Wc为0.701.5%，以，以满足高硬度、高足高硬度、高耐
45、磨性及耐磨性及热硬性的要求。主加元素有硬性的要求。主加元素有W、Mo、Cr、V等，其中等，其中W、Mo含量含量较高，主要用于提高高，主要用于提高钢的的热硬性硬性和耐回火性，而和耐回火性，而Cr主要用于提高主要用于提高钢的淬透性，的淬透性，V则起起着着细化晶粒和提高耐磨性的作用。化晶粒和提高耐磨性的作用。.常用常用钢及及应用：用：常用的高速常用的高速钢有有W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2等，等，其中其中W18Cr4V广泛用于制造一般的高广泛用于制造一般的高速切削刃具和重速切削刃具和重载的冷模具。的冷模具。.概概念念：用用于于在在冷冷态下下使使金金属属变形形的
46、的模模具具，包包括括冷冷冲冲模模、冷冷挤压模等。用于制造冷作模具的模等。用于制造冷作模具的钢称称为冷作模具冷作模具钢。.性性能能要要求求：冷冷作作模模具具在在工工作作过程程中中受受到到很很大大压力力、摩摩擦擦或或冲冲击，主主要要因因过度度磨磨损而而失失效效，有有时也也因因脆脆断断、崩崩刃刃而而报废。因因此此，要要求求冷冷作作模模具具钢具具有有高高的的硬硬度度和和耐耐磨磨性、足性、足够的的强度和度和韧性、以及性、以及较高的淬透性。高的淬透性。2）、模具钢）、模具钢 模具钢是用来制造使金属塑性变形所用磨具的钢材。根据模具钢是用来制造使金属塑性变形所用磨具的钢材。根据条件的不同，分为条件的不同，分为
47、冷作模具钢和热作模具钢冷作模具钢和热作模具钢 冷作模具钢冷作模具钢.常常用用钢号号：Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9Mn2V、T10A、Cr4W2MoV等。等。.应用用：T10A等等碳碳素素工工具具钢只只适适合合于于制制造造形形状状简单的的小小型型模模具具，9SiCr、CrWMn等等低低合合金金刃刃具具钢常常用用于于制制造造尺尺寸寸较大大的的轻载模模具具。对于于截截面面尺尺寸寸较大大的的重重载模模具具或或形形状状复复杂的的高高精精度度模模具具，则一一般般采采用用Cr12型型钢或高速或高速钢W18Cr4V制造。制造。.概概念念：热作作模模具具是是用用来来制制造造使使加加热金金属属(或或液
48、液态金金属属)获得得所所需需形形状状的的模模具具，通通常常又又分分为热锻模模、热挤压模模和和压铸模模等等。用用于于制制造造热作作模模具具的的钢称称为热作作模模具具钢。.性性能能要要求求：热作作模模具具工工作作时，以以很很大大的的冲冲击力力作作用用于于坯坯件件，使使坯坯件件发生生塑塑性性变形形。因因此此，要要求求热作作模模具具钢具具有有足足够的的高高温温强度度和和冲冲击韧性性，一一定定的的硬硬度度和和耐磨性，良好的耐耐磨性，良好的耐热疲疲劳性和淬透性。性和淬透性。热作模具钢热作模具钢.成成分分特特点点：热作作模模具具钢含含碳碳为0.300.60%，以以保保证具具有有足足够的的强度度、韧性性和和一
49、一定定的的硬硬度度。主主要要的的合合金金元元素素有有Cr、Ni、Mn、Mo、W、V等等，主主要要用用以以提提高高钢的的强度、硬度、淬透性和耐回火性。度、硬度、淬透性和耐回火性。.常常用用钢及及应用用：典典型型热作作模模具具钢有有5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V等等。其其中中5CrMnMo适适于于制制造造中中小小型型热锻模模；5CrNiMo因因其其淬淬透透性性和和韧性性较好好，适适于于制制造造大大型型热锻模模；3Cr2W8V适适于于制制造造工工作作中中承承受受的的冲冲击力力较小小、主主要要用用于于要要求求高高温温强度度和和热硬硬性性的的热挤压模和模和压铸模。模。量具钢在使用过程中与
50、被测工件接触，受到磨损和碰撞，量具钢在使用过程中与被测工件接触，受到磨损和碰撞，一般不承受大的载荷。一般不承受大的载荷。该钢种要有该钢种要有高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性，以保证在使用过程中不会，以保证在使用过程中不会很快磨损，有高的尺寸稳定性，以保证在使用和存放过程中形很快磨损，有高的尺寸稳定性，以保证在使用和存放过程中形状和尺寸不发生变化，保持其精确性；有一定的韧性，以免在状和尺寸不发生变化，保持其精确性；有一定的韧性，以免在使用过程中受到冲击和损害。使用过程中受到冲击和损害。量具钢的含碳量在量具钢的含碳量在0.90%1.50%之间，常加入的合金元素之间，常加入的合金元素有有铬、锰、钨铬