機(jī)械工程材料課件 學(xué)習(xí)情境六 工業(yè)用鋼

10一月20256.1碳素鋼

6.1.1常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響

6.1.2碳鋼的分類(lèi)6.1.3碳鋼的牌號(hào)、性能和用途1.錳

6.1.1常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響2.硅3.硫——熱脆4.磷——冷脆10一月2025

低碳鋼WC

≤0.25%1）按碳含量分中碳鋼WC=0.25%~0.6%高碳鋼WC

＞0.6%

普通碳素鋼2）按質(zhì)量分（S、P含量）優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼3）按用途分碳素工具鋼

碳素鑄鋼

6.1.2碳鋼的分類(lèi)10一月2025

6.1.3碳鋼的牌號(hào)、性能和用途1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

3.碳素工具鋼

4.碳素鑄鋼10一月2025

Q195Q215Q235Q255Q275—A、BA、B、C、DA、B—Q×××-A（B、C、D）·F（b）屈服強(qiáng)度值屈服強(qiáng)度代號(hào)質(zhì)量等級(jí)脫氧方式牌號(hào)：

6.1.3碳鋼的牌號(hào)、性能和用途——普通碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025成分特點(diǎn)：低C，高S、P性能特點(diǎn)：冶煉容易、冶金質(zhì)量差、力學(xué)性能低

可焊性、塑性好、工藝性好使用狀態(tài)：供應(yīng)狀態(tài)——熱軋空冷S＋F用途：工程結(jié)構(gòu)件（鋼板、鋼筋、型鋼等）普通機(jī)械零件（少）

Wc

低時(shí)可用作焊接、鉚接件等；重要零件用Q235C、Q235D1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025牌號(hào)——由兩位數(shù)字構(gòu)成，數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分之幾。如45鋼，含碳量為45/10000=0.45%。65Mn，表示含Mn量較高的碳素結(jié)構(gòu)鋼。08F，表示沸騰鋼。2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025常用牌號(hào)：

08F、10、15、20、……、75、80、85成分特點(diǎn)：

Wc：0.05%～0.85%C，S、P≯0.04%性能特點(diǎn)：冶金質(zhì)量較好、塑性韌性高、淬透性及回火穩(wěn)定性差使用狀態(tài)：使用前一般都要經(jīng)過(guò)熱處理（滲碳、淬火、回火等）用途：比較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025如車(chē)身外殼、儀表板等（08F、10）；用途低碳鋼：薄板沖壓件、焊接件和強(qiáng)度要求不高的零件。車(chē)身外殼儀表板2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025中碳鋼：綜合力學(xué)性能較好，受力較大的汽車(chē)零件。如：連桿、曲軸、齒輪等受力復(fù)雜件（35、45、50）2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025高碳鋼：各種彈性件。

氣門(mén)彈簧活塞銷(xiāo)卡簧彈簧墊圈離合器壓盤(pán)彈簧2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和性能鋼號(hào)化學(xué)成分，%

s

，MPa≥CMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.80

0.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.37<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.0351752052453153353553754004202.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10一月2025牌號(hào)——由“T”與后面的一位或兩位數(shù)字構(gòu)成，數(shù)字表示鋼中平均WC的千分之幾。如T12A鋼，含碳量為12/1000=1.2%，A表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)。牌號(hào)化學(xué)成分（%）硬度用途舉例CSiMn供應(yīng)狀態(tài)HBW≤淬火后HRC≥T8T8A0.75~0.84≤0.35≤0.4018762承受沖擊，要求較高硬度的工具，如沖頭、壓縮空氣工具、木工工具等T10T10A0.95~1.0419762不受劇烈沖擊，要求高硬度、高耐磨性的工具，如車(chē)刀、刨刀、絲錐、鉆頭、手鋸條等T12T12A1.15~1.2420762不受沖擊，要求高硬度、高耐磨性的工具，如銼刀、刮刀、精車(chē)刀、螺釘旋具、量具等T13T13A1.25~1.3521762同上。要求更耐磨的工具，如刮刀、剃刀等常用碳素工具鋼牌號(hào)、化學(xué)成分及用途

3.碳素工具鋼10一月2025用途——適于作低速切削刀具及低精度的工模具。

T8：鑿子、沖頭、大錘、手鉗等

鑿子沖頭錘子3.碳素工具鋼10一月2025T10A：最常用。量具、鋸條等。

3.碳素工具鋼10一月2025T12A：手用絲錐、板牙、量規(guī)、銼刀。

螺紋量規(guī)3.碳素工具鋼10一月2025汽車(chē)的變速箱殼，機(jī)車(chē)車(chē)輛的車(chē)鉤和聯(lián)軸器等。

形狀復(fù)雜、受力較大的結(jié)構(gòu)件，選鑄鋼材料鑄造成型。牌號(hào)——用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，并冠以（ZG）表示。

如：ZG270-500

表示屈服強(qiáng)度為270MPa

，抗拉強(qiáng)度為500MPa的碳素鑄鋼。

4.碳素鑄鋼10一月20256.2合金鋼6.2.4合金工具鋼6.2.5特殊性能鋼6.2.3合金結(jié)構(gòu)鋼6.2.2合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào)6.2.1合金元素在鋼中的作用10一月2025碳鋼與合金鋼的比較

碳鋼的特點(diǎn)冶煉加工容易成本低,應(yīng)用廣回火穩(wěn)定性差淬透性差基本相強(qiáng)度低,韌性差不能滿(mǎn)足特殊性能要求

合金鋼的特點(diǎn)冶煉加工困難成本高回火穩(wěn)定性高淬透性高基本相強(qiáng)度高,韌性好能滿(mǎn)足特殊性能要求10一月2025

2.合金元素對(duì)Fe-FeC3相圖的影響

3.合金元素對(duì)鋼熱處理的影響1.合金元素對(duì)鋼中基本相的影響鐵素體

滲碳體對(duì)S、E點(diǎn)位置的影響對(duì)A相區(qū)大小的影響6.2.1合金元素在鋼中的作用對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響對(duì)鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響對(duì)鋼回火轉(zhuǎn)變的影響10一月20256.2.2合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào)（1）按用途分類(lèi)

1)金結(jié)構(gòu)鋼——制造各種重要機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。2)合金工具鋼——制造各種重要的加工工具，如刃具、量具和模具等。3)特殊性能鋼——制造具有特殊性能要求的結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件。1)低合金鋼——合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%。2)中合金鋼——合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~10%。3)高合金鋼——合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%。（2）按合金元素的含量分類(lèi)——合金鋼的分類(lèi)

（3）按合金元素的種類(lèi)分（4）按正火、鑄態(tài)組織分10一月2025特例：滾動(dòng)軸承鋼中：

①碳含量不標(biāo)出；

②

“Cr”用其“千”分之幾表示。如：GCr15中，15表示平均Cr含量為1.5%Wc的“萬(wàn)”分之幾合金結(jié)構(gòu)鋼××＋Me＋數(shù)字（＋Me＋數(shù)字＋……）＋A(E)所加合金元素合金元素百分含量例：16Mn20CrMnTi38CrMoAlA40Cr60Si2Mn高級(jí)優(yōu)質(zhì)或特級(jí)優(yōu)質(zhì)數(shù)字

+元素符號(hào)

+數(shù)字

+……+A（E）6.2.2合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào)——合金鋼的牌號(hào)

10一月2025例：9SiCr5CrMnMo3Cr2W8VCrWMnCr12MoV特殊情況：高速鋼中，Wc＜1%有時(shí)也不標(biāo)出

如：W18Cr4V數(shù)字＋Me＋數(shù)字（＋Me＋數(shù)字＋……）合金工具鋼Wc＜1%

“千”分之幾Wc≥1%不標(biāo)所加合金元素合金元素百分含量6.2.2合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào)——合金鋼的牌號(hào)

10一月2025例：1Cr172Cr131Cr18Ni9Ti數(shù)字＋Me＋數(shù)字（＋Me＋數(shù)字＋……）Wc

“千”分之幾

Wc≤0.08%，以“0”表示

Wc≤0.03%，以“00”表示

特殊性能鋼

0Cr18Ni9Ti00Cr18Ni9Ti6.2.2合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào)——合金鋼的牌號(hào)

10一月20253.4.2合金結(jié)構(gòu)鋼1．低合金高強(qiáng)度鋼2．合金滲碳鋼3.合金調(diào)質(zhì)鋼4.合金彈簧鋼5.滾動(dòng)軸承鋼6.2.3合金鋼結(jié)構(gòu)鋼10一月2025成分特點(diǎn)：低合金(WMe

<3%)低C(Wc=0.12~0.25%)保證鋼的塑性、韌性，焊接性和冷成形性能Mn、V、Ti、Nb、Cu、P、Si、Re①

產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高F的強(qiáng)度(Mn、Si)②

產(chǎn)生彌散強(qiáng)化，細(xì)化晶粒(V、Ti、Nb)，提高σs、σb、ak③

增加P，并使之細(xì)化(Mn)④提高耐蝕性(Cu、P)⑤

脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能(Re)1.低合金高強(qiáng)度鋼10一月2025性能特點(diǎn)：

①

σ(σs)高、σs/σb高減重20%～30%②

具有良好的塑性和足夠的韌性③具有較高的冷加工成形性④具有良好的可焊性、耐蝕性⑤低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度

使用狀態(tài)：熱軋或正火，S＋F因碳和合金元素的共同作用，在承受相同載荷的前提下，合金鋼可以比碳鋼減輕20-30%的重量，有利于汽車(chē)的輕量化。

1.低合金高強(qiáng)度鋼10一月2025用途——用于強(qiáng)度較高的大型金屬結(jié)構(gòu)

如：橋梁、船舶、車(chē)輛、壓力容器1.低合金高強(qiáng)度鋼10一月2025用途載重汽車(chē)變速箱齒輪汽車(chē)、拖拉機(jī)的變速齒輪，汽車(chē)后橋齒輪，工程機(jī)械的傳動(dòng)齒輪、凸輪軸、活塞銷(xiāo)、氣門(mén)挺桿2.合金滲碳鋼汽車(chē)后橋齒輪凸輪軸氣門(mén)挺桿——用于制造滲碳零件的專(zhuān)用鋼種10一月2025低碳：0.10~0.25%C加入提高淬透性元素：Cr、Ni、Mn、B加入阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Ti、V、W、Mo

成分特點(diǎn)

熱處理①預(yù)先熱處理——正火：提高硬度，改善切削加工性；②最終熱處理——滲碳：提高表面含碳量（WC=0.85-1.05%）

淬火+低回：提高表面硬度和耐磨性，心部仍有較高的強(qiáng)韌性。獲得表面硬、心部韌的性能2.合金滲碳鋼10一月2025低淬透性合金滲碳鋼15Cr、20Cr、20MnV用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷(xiāo)中淬透性合金滲碳鋼20MnVB、20CrMnTi、20Mn2TiB用于中等載荷的耐磨件，如汽車(chē)變速箱齒輪。高淬透性合金滲碳鋼18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A

用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。

活塞銷(xiāo)(20Cr)變速箱齒輪

常用牌號(hào)及應(yīng)用柴油機(jī)曲軸2.合金滲碳鋼10一月2025用途——汽車(chē)、機(jī)床和某些機(jī)器上受力復(fù)雜的重要零件

如：汽車(chē)后橋半軸、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，機(jī)床齒輪、主軸，高強(qiáng)度螺栓等

奔馳連桿汽車(chē)后橋半軸機(jī)床齒輪機(jī)床主軸高強(qiáng)度螺栓3.合金調(diào)質(zhì)鋼10一月2025加工工藝路線：下料→鍛造→預(yù)備熱處理→粗加工→調(diào)質(zhì)

→精加工→最終熱處理→裝配調(diào)質(zhì)目的：

①獲得綜合力學(xué)性能好的回火索氏體②為表面淬火作組織準(zhǔn)備；正火或退火淬火+高溫回火表面淬火+低回回火索氏體3.合金調(diào)質(zhì)鋼10一月2025低淬透性（40Cr、40MnB）用于小尺寸的重要件，如齒輪、軸、螺栓中淬透性（40CrNi、35CrMo

）用于大中型重要件，如曲軸、連桿。高淬透性（40CrNiMo、38CrMoAlA)用于大截面重載零件，如汽輪機(jī)主軸和葉輪

常用牌號(hào)及應(yīng)用連桿螺栓汽車(chē)曲軸柴油機(jī)連桿破碎機(jī)主軸汽輪機(jī)主軸汽輪機(jī)葉輪螺桿機(jī)床齒輪3.合金調(diào)質(zhì)鋼10一月2025用途——制造機(jī)器和儀表中各種彈性元件。

如：汽車(chē)、火車(chē)上的減震板簧、螺旋彈簧；鐘表的發(fā)條；彈性擋圈

4.合金彈簧鋼

汽車(chē)板簧火車(chē)螺旋彈簧鐘表發(fā)條彈性擋圈重型汽車(chē)板簧10一月2025

成分特點(diǎn)①中高碳：（WC=0.40-0.70%），以保證足夠的彈性；②Me：Mn、Si、Cr——提高強(qiáng)度、彈性極限和淬透性；

Mo、W、V——細(xì)化晶粒，提高韌性。熱軋彈簧(>φ10mm大截面彈簧)：熱成型→淬火+中溫回火→噴丸冷軋彈簧(<φ10mm彈簧）：淬火+中溫回火→冷成型→去應(yīng)力→噴丸

熱處理特點(diǎn)大型熱卷彈簧冷卷螺旋壓縮彈簧獲得高彈性的T回4.合金彈簧鋼10一月2025

低淬透性（65Mn）用于氣門(mén)彈簧、制動(dòng)室復(fù)位彈簧、離合器壓緊彈簧等中淬透性（60Si2Mn)用于汽車(chē)鋼板彈簧、牽引鉤彈簧

常用牌號(hào)及應(yīng)用汽車(chē)板簧氣門(mén)彈簧離合器壓緊彈簧4.合金彈簧鋼10一月2025高而均勻的硬度和耐磨性高的Rm和接觸疲勞強(qiáng)度足夠的韌性、淬透性和耐蝕性工作條件承受高接觸應(yīng)力(達(dá)3000~3500MPa)周期性交變載荷(頻率達(dá)數(shù)萬(wàn)次/分)和摩擦

用途——用于制造軸承套和滾動(dòng)體的專(zhuān)用鋼種

汽車(chē)的油泵柱塞、噴油嘴、針閥等

向心球軸承滾針軸承圓柱滾子軸承性能要求5.滾動(dòng)軸承鋼10一月2025

成分特點(diǎn)高碳：0.95~1.10%C，以滿(mǎn)足高硬度，高耐磨性要求主加元素——Cr（0.4-1.65%），提高淬透性。輔加元素——Mn、Si，提高淬透性

熱處理特點(diǎn)球化退火+淬火+低溫回火冷處理(-60~-80℃)，時(shí)效（120～140℃,10～20h）減少A’、穩(wěn)定尺寸、去應(yīng)力5.滾動(dòng)軸承鋼10一月2025

常用牌號(hào)及應(yīng)用①GCr9、GCr15——用于中小型軸承、量具、絲錐等；②GCr15SiMn——用于大型、重載軸承。5.滾動(dòng)軸承鋼10一月2025

1．合金刃具鋼

2．合金模具鋼

3.合金量具鋼6.2.3合金鋼工具鋼10一月2025成分特點(diǎn)：低合金(WMe

<5%)高C(Wc=0.8-1.5%)保證鋼的硬度和耐磨性Cr、Mn、Si、W、V①

提高淬透性：Cr、Mn、Si

②提高回火穩(wěn)定性：Si、Cr

回火穩(wěn)定性提高，可使該鋼在200-300℃回火，仍能達(dá)到＞60HRC，保證具有一定的熱硬性（在300℃工作時(shí)仍很硬）③提高耐磨性：W、V

熱處理特點(diǎn)①預(yù)先熱處理——球化退火：降低硬度，改善切削加工性；②最終熱處理——淬火+低回：保證高硬度和耐磨1.合金刃具鋼——低合金刃具鋼10一月2025

常用低合金刃具鋼

9SiCr——具有較高的淬透性、硬度和耐磨性，應(yīng)用最廣。常用于制造絲錐、板牙、鉸刀等。CrWMn——微變形鋼，具有高的淬透性、更高的硬度和耐磨性。其硬度可達(dá)到64~66HRC。用于截面較大、耐磨、變形要求更小的刀具（長(zhǎng)絲錐、長(zhǎng)鉸刀等精密刀具）長(zhǎng)絲錐長(zhǎng)鉸刀1.合金刃具鋼——低合金刃具鋼10一月2025提高淬透性（Cr）提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo）高回火穩(wěn)定性（W、V）細(xì)化晶粒（V）

典型鋼種：

W18Cr4VW6Mo5Cr4V2

成分特點(diǎn)：

高碳（wC=0.70~1.65%）高合金（＞10%）

風(fēng)鋼鋒鋼1.合金刃具鋼——高速鋼10一月2025高的硬度（58-62HRC）、耐磨性足夠的韌性和疲勞強(qiáng)度良好的淬透性

由于在冷態(tài)成型，材料變形抗力較大，故刃口部分受強(qiáng)烈的摩擦擠壓受沖擊載荷

性能要求

工作條件2.合金模具鋼——冷作模具鋼10一月2025

常用鋼種（Cr12型）Cr12、Cr12MoV——大型、重載、復(fù)雜、高精度的模具汽車(chē)外板冷沖模Cr12鋼Cr12Mo1V1——代替Cr12MoV鋼制造大型復(fù)雜的冷作模具

2.合金模具鋼——冷作模具鋼10一月2025用途——使金屬在熱態(tài)（加熱或液態(tài)）下成型的模具。工作溫度＞600℃

如：熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模熱鍛壓鑄熱擠壓2.合金模具鋼——熱作模具鋼10一月20255CrMnMo、5CrNiMo——韌性高、熱硬性不太高的熱鍛模3Cr2W8V——熱擠壓?；驂鸿T模汽車(chē)四缸壓鑄模常用鋼種及應(yīng)用2.合金模具鋼——熱作模具鋼10一月2025

常用牌號(hào)及應(yīng)用3Cr2Mo（P20）——是我國(guó)自行研制的專(zhuān)用塑料模具鋼如：電視機(jī)的外殼、洗衣機(jī)面板蓋等大型塑料模具。

用途——主要用于中小型或大型復(fù)雜、精密塑料模電視機(jī)的外殼電視機(jī)的外殼塑料模具2.合金模具鋼——塑料模具鋼10一月2025

用途——形狀復(fù)雜、精度要求高的測(cè)量工具

卡尺、千分尺；塊規(guī)、塞規(guī)；量塊等

3.合金量具鋼

量具10一月2025高硬度（58-64HRC）

、高耐磨性一定的韌性高尺寸穩(wěn)定性性能要求

工作條件——受力小，但摩擦、磨損較大。

成分特點(diǎn)——同低合金刃具鋼（高C、低合金元素含量）

量具

熱處理——保證量具的精度和尺寸穩(wěn)定性。

穩(wěn)定化處理常用鋼種——CrWMn、9SiCr、GCr15

3.合金量具鋼

10一月20256.2.5特殊性能鋼

1．不銹鋼

2．耐熱鋼

3.耐磨鋼10一月2025電化學(xué)腐蝕過(guò)程示意圖(c)(b)(a)（2）電化學(xué)腐蝕——金屬在電解質(zhì)溶液中，伴有電流產(chǎn)生的腐蝕。1.不銹鋼——在腐蝕介質(zhì)中具有抗腐蝕能力的鋼

金屬腐蝕的概念腐蝕——指金屬表面受到周?chē)橘|(zhì)作用而逐漸破壞的現(xiàn)象（1）化學(xué)腐蝕——金屬在非電解質(zhì)溶液中與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生純化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕10一月2025

危害：零件性能變壞，精度降低，壽命變短，甚至報(bào)廢。

防止：A.鋼中加入Cr、Al、Si等合金元素，在金屬表面形成致密的、穩(wěn)定的鈍化膜

B.讓金屬在室溫下呈單相固溶體組織，使其形不成原電池。C.若是雙相，加入合金元素，提高基體的電極電位，力求使兩相電極電位接近，來(lái)提高其耐腐蝕性實(shí)踐證明：當(dāng)鋼中WCr＞13%時(shí)，可以鋼不生銹！D.覆蓋層保護(hù):涂漆、電鍍、發(fā)藍(lán)、磷化等工藝。電鍍SLR車(chē)模1.不銹鋼10一月2025馬氏體不銹鋼（Cr13型）

A.典型鋼種——1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13

B.成分——WC=0.1-0.4%，最高可達(dá)0.9%WCr=13%，最高可達(dá)18%C.性能——隨著含碳量的增加，強(qiáng)度、硬度增加，但耐腐蝕性降低。D.用于——抗腐蝕性不高，而強(qiáng)度、硬度要求高的件。3Cr13、4Cr13——醫(yī)療器具、量具、彈簧、軸承及日常用品；1Cr13、2Cr13——?dú)廨啓C(jī)葉片、各種閥門(mén)等

氣輪機(jī)葉片水壓機(jī)閥門(mén)1.不銹鋼10一月2025鐵素體不銹鋼（Cr17型）

A.典型鋼種——1Cr17、1Cr17Mo、1Cr28B.成分——WC≤0.12%

，

WCr=16-18%、最高30%（高Cr