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机械工程材料（碳素钢）钢铁材料是钢和铸铁的统称。钢是以铁为主要元素，含碳量Wc2.11%，并含有少量硅、锰、硫、磷、氢等杂质元素的铁碳合金。一、杂质元素对碳钢性能的影响1．硅：消除FeO对钢的不良影响；产生固溶强化；是钢中有益元素，Wsi＜0.4％时，对钢性能影响不大。2．锰：改善钢的质量；产生固溶强化；形成合金渗碳体，起强化作用；减少硫对钢的有害作用；是钢中有益元素，WMn＝0.25%～0.80%时，对钢性能影响不大。3．硫：使钢变脆（热脆）；易引起焊缝热裂；是钢中有害元素，应严格控制硫含量。4．磷：使钢低温时脆性严重（冷脆）；是钢中有害元素，应严格控制磷含量。5、氢：氢对钢材的危害很大，它使钢材变脆，也会使钢材产生微裂纹，使钢材容易脆断。机械工程材料（碳素钢）二、碳素钢的分类机械工程材料（碳素钢）钢（按质量用途和化学成分综合分类）普通碳素结构钢：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。优质碳素结构钢：08F、45、55、65等碳素工具钢：T7A、T8、T10等三、碳钢的牌号、性能及用途机械工程材料（碳素钢）1、普通碳素结构钢1）牌号表示方法：牌号表示方法：由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。质量等级有：A、B、C、D脱氧方法有：F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）。通常Z和TZ可省略。例如：Q235A、Q275B、Q215等。Q235A表示屈服强度不低于235MPa、质量为A级的普通碳素结构钢。2）用途：主要用于焊接、铆接和栓接构件。2、优质碳素结构钢机械工程材料（碳素钢）1）牌号表示方法：用两位数字表示含碳万分数。例如：08F、45、60、85等。45表示平均含碳45%的优质碳素结构钢。08F表示平均含碳0.08%，脱氧方式为沸腾钢的优质碳素结构钢。2）用途：广泛地用于制造各种机械零件。例如齿轮、轴和弹簧等。3、碳素工具钢1）牌号表示方法:T加数字表示，数字表示平均含碳千分数。例如：T7、T8、T10A等。T10A表示平均含碳1.0%，质量为高级优质的碳素工具钢。2）用途：广泛地用于制造刃、模、量具。机械工程材料(合金钢)一、合金钢的概述1、概念：为了改善钢的性能，在碳钢的基础上加入合金元素得到的钢。2、常用的合金元素有哪些？硅、锰、、铬、镍、钨、钼、钫、钛、铝、硼及稀土元素。3、合金钢的分类（按用途分）合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。机械工程材料(合金钢)1、合金结构钢的牌号牌号表示方法：由两位数字、合金元素符号、数字组成。两位数字：平均含碳质量分数万分数（与优质碳素结构钢相同）。合金元素符号：所有加入的合金元素符号。数字：合金元素后面的数字表示该种合金元素质量百分数。用四舍五入的方法标注。1.5%，不标；1.5～2.5%，标2；2.5～3.5%，标3；以此类推。例如：25MnVB、38CrMoAlA、40Mn2B、12Cr等。机械工程材料(合金钢)2、合金工具钢的牌号：牌号表示方法：一位数字(或者无)、合金元素符号、数字。一位数字：平均含碳质量分数千分数（与碳素工具钢相同）。合金元素符号：所有加入的合金元素符号。数字：合金元素后面的数字表示该种合金元素质量百分数。用四舍五入的方法标注。1.5%，不标；1.5～2.5%，标2；2.5～3.5%，标3；以此类推。例如：9CrSi、W6Mo5Cr4V2、Cr12、3Si2W8V等。3、其它特殊情况：1)W18Cr4V、W18Cr4V2Co8中的碳含量的标注。2)GCr15、GCr15SiMn中Cr的含量。3）不锈钢中当含碳量小于0.03%时，用3位数表示含碳量，如：10Cr17Mn9Ni4N、022Cr17Ni7N等。铸铁一、铸铁的概述铸铁是含碳量2.11%以上的铁碳合金。在凝固过程经历共晶转变，用于生产铸件的铁基合金的总称。铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减震性、切削加工性等，且制造容易、价格便宜。根据碳在铸铁中存在的形态不同可分为：铸铁蠕墨铸铁（蠕虫状石墨）渗碳体（Fe3C）石墨（G）球墨铸铁（球状石墨））可锻铸铁（团絮状石墨片状石墨灰铸铁白口铸铁)()(3CFe钢的热处理热处理的定义：采用适当的方式将钢或钢制工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理的目的：不仅能充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能和使用寿命，而且还可以改善工件的加工性能。热处理方法很多，根据加热和冷却方法不同，将热处理工艺分为两类。普通热处理：包括退火、正火、淬火和回火（四把火）。表面热处理：包括表面淬火、化学表面热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗等）。钢的热处理(退火)退火的定义：将工件加热到适当温度并保温一定时间，然后再缓慢冷却的热处理工艺。退火的分类：根据钢的成分和退火目的不同应采用不同的退火方法，常用的退火方法有：完全退火（普通退火）；球化退火（不完全退火）；去应力退火（低温退火）等。退火的目的：降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性，消除内应力。钢的热处理(正火)正火的定义：将工件加热到适当温度并保温一定时间后出炉空冷的热处理工艺。正火的目的：细化晶粒。提高硬度——低碳钢——改善切削加工性能；提高强度硬度——中碳钢——代替调质；消除网状碳化物——高碳钢——为后续热处理做组织准备。在可能的条件下往往用正火代替退火。（为什么？？）正火冷却速度快，得到的组织强度硬度高，晶粒细小。操作简单，成本低。钢的热处理(淬火)淬火的定义：将工件加热到适当温度并保温一定时间，然后快速冷却的热处理工艺。目的：两个容易混淆的概念：淬硬性：淬火后能达到的最高硬度。取决于碳含量。淬透性：淬火后获得淬硬层深度的能力。取决于化学成分和淬火冷却方式。（合金钢优于碳素钢）钢的热处理(回火)将淬火钢重新加热到低于727℃的某一温度，保温一定时间，然后空冷到室温的热处理工艺。减少或消除淬火应力，防止钢件变形与开裂；稳定组织和尺寸；获得所需要的组织和性能。①淬火钢不经过回火一般不能直接使用。②淬火钢的回火转变：马氏体分解和残余奥氏体的分解。回火种类及应用：（1）低温回火（150—250℃），目的是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。如刃具、模具、量具和要求硬而耐磨的零件等。（2）中温回火（350—500℃），目的是使钢获得高弹性，并保持较高硬度、屈服极限和一定的韧性。如弹簧、锻模等。（3）高温回火（调质处理）（500—650℃）目的是获得较好的综合力学性能。如螺栓、连杆、曲轴、齿轮等重要的结构件。调质。钢的热处理(回火)钢的表面热处理有些零件，采用表面热处理可以获得表面高硬度和心部高韧性。一、表面淬火表面淬火的特点是快速加热，使工件要求淬硬的表面迅速升至淬火温度，而心部仍保持较低温度，再迅速冷却，结果工件表面层被淬硬为马氏体组织，心部仍为原来的组织，保持了良好的韧性。再经过适当的低温回火，就能获得要求的性能。1．火焰加热表面淬火法淬深为2～6mm需凭经验难以把握。2．感应加热表面淬火法利用电流的集肤效应对工件表面迅速加热，而心部则几乎未被加热。钢的表面热处理化学热处理是把工件置于适当的活性介质中加热、保温、冷却的方法，使一种或几种元素渗入钢件表面，以改变表层成份、组织和性能的热处理工艺。使用工件表面与心部具有不同的机械性能或特殊的物理、化学性能。常用的化学热处理方法有：1．钢的表面吸收碳原子的过程，称为渗碳。2．使工件表面渗入氮原子。3．把碳和氮同时渗入零件表层的过程称为氰化。4．(1)渗铝目的：是使钢的表面具有高的抗氧化性能。(2)渗铬目的：是增加零件抗蚀性能，还可提高碳钢的硬度和耐磨性。气体渗碳固体渗碳