非合金钢(碳钢)(精品).ppt

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。例如，历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。一种新型材料的研制成功，可以引起人类文化和生活的新的变化。本章学习目标：1、了解工程材料的定义及分类。2、了解各种工程材料的性能特点。3、了解常用工程材料的应用范围。常用工程材料的分类按特性分金属材料非金属材料按组成特点分金属材料有机高分子材料无机非金属材料复合材料按使用特性分结构材料功能材料结构材料：利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等高新技术领域。二、钢的分类二、钢的分类按化学成分分类非合金钢（碳素钢）非合金钢（碳素钢）低合金钢低合金钢合金钢合金钢Wc2.11%的铁碳合金合金元素的含量合金元素的含量（5%）在非合金钢的基础在非合金钢的基础上加入某些合金元上加入某些合金元素素钢中的元素杂质元素：钢中除钢中除Fe、C两种主要组成元素外。两种主要组成元素外。合金元素：因冶炼等原因，钢中不因冶炼等原因，钢中不 可避免地存在的一些元素。可避免地存在的一些元素。为改善钢的性能，冶炼为改善钢的性能，冶炼 时有目的地加入钢中的元素。时有目的地加入钢中的元素。钢中的常存杂质元素来 源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。炼钢时加入的脱氧剂。能消除能消除FeO夹杂对钢的不夹杂对钢的不良影响，少量能溶入良影响，少量能溶入F中起中起固溶强化作用，提高钢的固溶强化作用，提高钢的强度、硬度及弹性。强度、硬度及弹性。过多会造成塑性下降，冲过多会造成塑性下降，冲击性能变差。击性能变差。有益元素来 源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。炼钢时加入的脱氧剂。能与能与S化合形成化合形成MnS，减轻，减轻S的有害影响；少量能溶入的有害影响；少量能溶入F 中起固溶强化作用。中起固溶强化作用。过多会造成塑性下降。过多会造成塑性下降。有益元素来 源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。炼钢原料和燃料。在钢中形成在钢中形成FeS,FeS与与Fe形成低熔点（形成低熔点（985）共晶共晶体体 分布在晶界上，使得对分布在晶界上，使得对钢进行热加工时容易脆化钢进行热加工时容易脆化开裂，这种现象称为热脆。开裂，这种现象称为热脆。有害元素来 源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。炼钢原料和燃料。引起钢的塑性和韧性急剧引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆。更大，这种现象称为冷脆。有害元素少量能溶入少量能溶入F中，使强度、中，使强度、硬度显著提高。硬度显著提高。按碳含按碳含量量Wc低碳钢：低碳钢：0.60%按质量按质量普通质量碳钢：普通质量碳钢：优质碳钢：优质碳钢：特殊质量碳钢：特殊质量碳钢：按用途按用途非合金钢分类碳素结构钢：碳素结构钢：碳素工具钢：碳素工具钢：碳素铸钢：碳素铸钢：按质量按质量普通质量低合金钢普通质量低合金钢优质低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢特殊质量低合金钢按主按主要性要性能及能及特性特性可焊接的低合金高强可焊接的低合金高强度结构钢度结构钢低合金耐热钢低合金耐热钢低合金钢筋钢低合金钢筋钢低合金钢分类铁道用低合金钢，等铁道用低合金钢，等按质量按质量优质合金钢优质合金钢特殊质量合金钢特殊质量合金钢按主按主要性要性能及能及特性特性工程结构用合金钢工程结构用合金钢机械结构用合金钢机械结构用合金钢不锈、耐蚀和耐热钢不锈、耐蚀和耐热钢合金钢分类工具钢工具钢轴承钢轴承钢特殊性能钢特殊性能钢三、碳三、碳素结构钢：素结构钢：QAF屈服点屈服点屈服点屈服点 s的值的值质量等级：质量等级：A、B、C、D、E脱氧脱氧方法方法沸腾钢沸腾钢F半镇静钢半镇静钢b镇静钢镇静钢Z特殊镇静钢特殊镇静钢TZ例：例：Q235AF 表示屈服点为表示屈服点为235MPa、质量为质量为A级的碳素结构钢，是沸级的碳素结构钢，是沸腾钢。腾钢。Q285B 表示屈服点为表示屈服点为285MPa、质量为质量为B级的碳素结构钢，是镇级的碳素结构钢，是镇静钢，省略静钢，省略Z。成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号含碳量较低，含碳量较低，WcWc0.30%0.30%正火，使用时不进行热处理正火，使用时不进行热处理。较高的强度，良好的塑性与较高的强度，良好的塑性与韧性；并具有良好的焊接性韧性；并具有良好的焊接性。Q235Q235如表如表2-42-4（P40P40）Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、275275一般桥梁、建筑结一般桥梁、建筑结构，普通机械零件，构，普通机械零件，如螺钉、螺母等。如螺钉、螺母等。可用于受力较可用于受力较大的机械零件，大的机械零件，如链轮、拉杆如链轮、拉杆等。等。应应 用用四、优质碳素结构钢：四、优质碳素结构钢：用两位数字表示钢中平均碳的用两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%的优的优质碳素结构钢，属沸腾钢。质碳素结构钢，属沸腾钢。65Mn 表示表示Wc为为0.65%、含、含锰量较高（锰量较高（WMn=0.91.2%)的优质的优质碳素结构钢。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WcWc=0.05-0.85%=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，较好塑性与韧性。性能变化范围较大。性能变化范围较大。4545如表如表2-52-5（P40P40）08F08F、2020、4545、6565冷冲压件，冷冲压件，如汽车和如汽车和仪表外壳、仪表外壳、容器、罩容器、罩子等。子等。冷冲压件、冷冲压件、焊接件和焊接件和标准件、标准件、渗碳件等渗碳件等零件。零件。调质件：机调质件：机床齿轮、机床齿轮、机床主轴、曲床主轴、曲轴、连杆等轴、连杆等重要零件。重要零件。弹性件和弹性件和耐磨件：耐磨件：小尺寸弹小尺寸弹簧、低速簧、低速车轮等车轮等应应 用用五、碳素工具钢：五、碳素工具钢：T（“碳碳”）+两位数字两位数字（表示（表示钢中平均碳的质量分数的千分数）。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0.8%的碳素工具钢。的碳素工具钢。T12A 表示平均碳质量分数表示平均碳质量分数为为1.20%的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号WcWc=0.70-1.30%=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，良好的耐高的硬度、强度，良好的耐磨性，一定的塑性与韧性。磨性，一定的塑性与韧性。T8T8、T10T10、T12AT12A各类各类手工工具和低速工具。手工工具和低速工具。如表如表2-62-6（P41P41）T7T7、T8T8、T10T10、T12T12、T13AT13A承受振动、承受振动、冲击的工冲击的工具，如冲具，如冲头、大锤、头、大锤、木工工具。木工工具。用于需要较高用于需要较高耐磨性和一定耐磨性和一定韧性的工具，韧性的工具，如手工锯条、如手工锯条、剪金属用剪刀。剪金属用剪刀。不受振动和冲不受振动和冲击的耐磨工具，击的耐磨工具，如丝锥、锉刀、如丝锥、锉刀、乔刀、板牙、乔刀、板牙、量具等。量具等。应应 用用六、铸造碳钢：六、铸造碳钢：ZG+两组数字两组数字（分别表示最小（分别表示最小屈服点和最小抗拉强度）。屈服点和最小抗拉强度）。例：例：ZG310-570 表示最小屈服表示最小屈服点为点为310MPa、最小抗拉强度为、最小抗拉强度为570MPa的铸造碳钢。的铸造碳钢。成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号WcWc=0.20-0.60%=0.20-0.60%，低中碳，低中碳铸造成形，经热处理后使用。铸造成形，经热处理后使用。较高的硬度、强度和塑性、较高的硬度、强度和塑性、韧性，即综合力学性能较好。韧性，即综合力学性能较好。ZG200-400ZG200-400如表如表2-72-7（P42P42）ZG200-400ZG200-400、ZG270-500ZG270-500、ZG310-570ZG310-570用于受力不大，用于受力不大，要求良好塑性要求良好塑性和焊接性的零和焊接性的零件，如机座、件，如机座、变速箱壳体。变速箱壳体。用于受力较大用于受力较大的复杂零件，的复杂零件，如轧钢机机架、如轧钢机机架、轴承座、连杆、轴承座、连杆、曲轴、缸体。曲轴、缸体。强度和耐磨性强度和耐磨性较好，但韧性、较好，但韧性、焊接性降低。焊接性降低。用于重载齿轮、用于重载齿轮、制动轮。制动轮。应应 用用