机械制造基础常用工程材料

机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四1第一章常用工程材料机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四21．非合金钢（简称碳素钢、碳钢）（1）碳钢的分类按碳的质量分数：低碳钢(c＜0.25%)中碳钢(c＝0.25％～0.60％)高碳钢(c＞0.60％)一、钢第一节常用工程材料机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四3按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数分：普通（碳素）钢(p≤0.045%，s≤0.050%)优质（碳素）钢(p≤0.040%，s≤0.040%)高级优质（碳素）钢(p≤0.035%，s≤0.030%)机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四4按用途分类：（碳素）结构钢（碳素）工具钢机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四5(2)碳素钢的编号1）碳素结构钢的编号方法屈服点屈字的拼音字母Q＋屈服极限数值＋质量等级符号＋脱氧方法符号•A、B、C、D表示质量等级，它反映了碳素钢结构中有害杂质（S、P）含量的多少；•F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般情况下符号Z与TZ在牌号表示中可省略。例如Q235AF，即表示屈服点为235N／mm2、A质量等级的沸腾钢。碳素结构钢牌号表示方法由四个部分按顺序组成：机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四62）优质碳素结构钢的编号方法其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。例如45钢，表示平均c=0.45%；08钢，表示平均c=0.08%。优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为两组：•普通锰(Mn＝0.25%～0.80%)•较高锰的(Mn=0.70%～1.20%)钢。较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加“Mn”，如45Mn。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四73）碳素工具钢的编号方法其牌号以“T”开头，后面的数字表示平均碳的质量分数的千倍•碳素工具钢分优质和高级优质两类。若为高级优质钢，则在数字后面加“A”字。例如T8A钢，表示平均c=0.8%的高级优质碳素工具钢。•对含较高锰的(Mn＝0.40％～0.60%)的碳素工具钢，则在数字后加“Mn”，如T8Mn、T8MnA等。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四84）铸造碳钢（简称铸钢）的编号方法其牌号用“ZG”代表铸钢二字汉语拼音首位字母，后面第一组数字为屈服强度(单位N/mm2)，第二组数字为抗拉强度(单位N/mm2)。例如ZG200-400，表示屈服强度σs(或σ0.2≥200N/mm2)，抗拉强度σb≥400N/mm2的铸造碳钢件。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四9(3）碳素结构钢的用途•Q195钢的碳的质量分数很低，塑性好。常用作螺钉、螺母及各种薄板，也可用来代替优质碳素结构钢08或10钢，制造冲压件、焊接结构件。•Q275钢强度较高，可代替30钢、40钢用于制造较重要的某些零件，以降低原材料成本。碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好，价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此用量很大。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四10(4）优质碳素结构钢的用途优质碳素结构钢S、P含量较低，非金属夹杂物也较少，因此机械性能比碳素结构钢优良，被广泛用于制造机械产品中较重要的结构钢零件。•08F、10F钢的碳的质量分数低，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲压件和焊接件。•15、20、25钢属于渗碳钢，经渗碳、淬火十低温回火后，表面硬度可达60HRC以上，耐磨性好，而心部具有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。•30、35、40、45、50、55钢属于调质钢，经淬火十高温回火后，具有良好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如轴类零件。•60、65、70钢属于弹簧钢，经淬火十中温回火后可获得高的规定非比例伸长应力，主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四11(5）碳素工具钢的用途这类钢的碳的质量分数为c＝0.65％～1.35％，分优质碳素工具钢与高级优质碳素工具钢两类。牌号后加“A”的属高级优质(s≤0.020％，p≤0.030％）•此类钢在机械加工前一般进行球化退火，作为刃具，最终热处理为淬火(加热温度一般为760～780℃)十低温回火(180℃)，组织为回火马氏体十粒状渗碳体十少量残余奥氏体。其硬度可达60～65HRC；•碳素工具钢的缺点是红硬性差，当刃部温度高于250℃时，其硬度和耐磨性会显著降低。钢的淬透性也低，并容易产生淬火变形和开裂。•碳素工具钢大多用于制造刃部受热程度较低的手用工具和低速、小进给量的机用工具，亦可制作尺寸较小的模具和量具。•常用碳素工具钢牌号有：T7、T7A、T8、T8A、T8Mn、T10、T10A等。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四12（6）铸造碳钢的用途铸造碳钢一般用于制造形状复杂、机械性能要求比铸铁高的零件，例如水压机横梁、轧钢机机架、重载大齿轮等。铸造碳钢中碳的质量分数一般为c＝0.15％～0.60％。•ZG200-400有良好的塑性、韧性和焊接性能。用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。•ZG230-450有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削加工性尚可。用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件，如砧座、外壳、轴承盖、底板、阀体、犁柱等。•ZG270-500有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚好，切削加工性佳，用途广泛，用于制作轧钢机机架、轴承座、连杆、箱体、缸体等。•ZG310-570强度和切削加工性良好，塑性和韧性较低，用于制作承受载荷较高的各种机械零件，如大齿轮、缸体、制动轮、辊子等。•ZG340-640有高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大，可用制作齿轮、棘轮等。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四131）合金钢的分类•按合金元素总的含量可分为–低合金钢(Me＜5％)–中合金钢(Me＝5%～10%)–高合金钢(Me＞10％)另外，按钢中主要合金元素种类不同，又可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。2.合金钢机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四142）合金钢的编号方法①低合金高强度结构钢其牌号由代表屈服点的字母Q＋屈服极限数值＋质量等级符号•质量等级符号（A、B，C、D、E）例如Q390A，表示屈服强度σs＝390N/mm2、质量等级A的低合金高强度结构钢机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四15②合金结构钢其牌号由“两位数字十元素符号+数字”三部分组成。•前面两位数字代表钢中平均碳质量分数的万倍；•元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号后面数字表示该元素的平均质量分数的百倍。•如果是高级优质钢，则在牌号的末尾加“A”。例如：40Cr，其平均碳的质量分数c=0.4％，平均铬的质量分数Cr＜1.5％。又如：38CrMoAlA钢，则属于高级优质合金结构钢。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四16③滚动轴承钢在牌号前面加“G”，后面数字表示铬的质量分数的千倍，其碳的质量分数不标出。例如GCr15钢，就是平均铬的质量分数Cr＝1.5％的滚动轴承钢。•铬轴承钢中若含有除铬外的其它合金元素时，这些元素的表示方法同一般的合金结构钢。滚动轴承钢都是高级优质钢，但牌号后不加“A”。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四17④合金工具钢•当c＜1％时，用一位数字表示碳的质量分数的千倍•当碳的质量分数≥1%时，则不予标出合金元素的标注与合金结构钢相同例如Cr12MoV钢，其平均碳的质量分数为c=1.45％～1.70%，所以不标出；Cr的平均质量分数为12％，Mo和V的质量分数都是小于1.5%。又如9SiCr钢，其平均c=0.9％，平均Cr＜1.5％。•高速工具钢例外，其平均碳的质量分数无论多少均不标出。因合金工具钢及高速工具钢都是高级优质钢，所以它的牌号后面也不必再标“A”。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四18⑤不锈钢与耐热钢钢牌号前面数字表示碳质量分数的千倍，其它元素标注与合金结构钢相同例如3Crl3钢，表示平均c＝0.3％，平均Cr＝13％。•当碳的质量分数c≤0.03％及c≤0.08％时，则在牌号前面分别冠以“00”及“0”表示。例如00Cr17Ni14Mo2，OCr19Ni9钢等。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四193）合金结构钢的用途①低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢可按屈服极限分295、345、390、420、460N/mm2五个强度等级，其中295～390N/mm2级的应用最广。•Q345钢的应用最广泛。我国的南京长江大桥、内燃机车车体、万吨巨轮及压力容器、载重汽车大梁等都采用Q345钢制造。低合金高强度结构钢有较高强度，足够的塑性、韧性，良好的焊接工艺性能，较好的耐腐蚀性和低的冷脆转变温度。锰为主加元素，并辅加钒、钛、铌、硅、铝、铬、镍等。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四20②合金渗碳钢合金渗碳钢主要用来制造工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件。制作承受动载荷和重载荷的汽车变速箱齿轮、汽车后桥齿轮和内燃机里的凸轮轴、活塞销等。合金渗碳钢经渗碳、淬火和低温回火后表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有较高的强度和足够韧性的零件。•20Cr、20Mn2，这类钢淬透性低，只适于制造承受载荷不大的小型耐磨零件，如活塞销、凸轮轴、滑块等。•20CrMnTi、20SiMnVB等，这类钢淬透性好，力学性能较高，可用来制造承受中等载荷的受磨零件，如汽车变速齿轮、花键轴套、气门座等。•20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等，这类钢淬透性高，主要用来制造承受重载荷及强烈磨损的重要大型零件，如内燃机车的主要索引齿轮，柴油机的曲轴和连杆等。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四21③合金调质钢合金调质钢指调质处理后使用的合金结构钢，其基本性能是具有良好的综合力学性能。合金调质钢广泛用于制造一些重要零件，如机床的主轴、汽车底盘的半轴、柴油机连杆螺栓等。合金调质钢在锻造后为了改善切削加工性能应采用完全退火作为预先热处理。最终热处理采用淬火后进行500～650℃的高温回火，以获得回火索氏体，使钢件具有高的综合力学性能。•40Cr、40MnB、40MnVB，这类钢油淬临界淬透直径为20～40mm，调质后强度比碳钢高，常用作中等截面、要求力学性能比碳钢高的工件。•42CrMo、40CrMn、30CrMnSi、38CrMoAlA，这类钢油淬临界淬透直径为40～60mm，调质后强度很高，韧性也较好，可作截面积大、承受较重载荷的工件。如内燃机曲轴、连杆变速箱主动的轴等。•40CrNiMoA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA，这类钢油淬临界淬透直径为60～100mm，调质后强度最高，韧性也很好，可用作大截面、承受更大载荷的重要调质件。如汽轮机主轴、叶轮等。机械制造基础—上篇第一章常用工程材料2019年8月8日星期四22④合金弹簧钢合金弹簧钢的碳的质量分数一般为c＝0.5％～0.7％，碳的质量分数过高时，塑性和韧性差，疲劳强度下降。常加入以硅、锰为主的提高淬透性的元素。硅、锰合金元素溶入铁素体中，使铁素体得到强化。•常用合金弹簧钢牌号有60Si2Mn、60Si2CrVA和50CrVA。合金弹簧钢主要用于制造各种弹性元件，如在汽车、拖拉机、坦克、机车车辆上制作减震板