(3 ) 第一章 机械工程材料及热处理

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三．杂质对钢性能的影响
（1）、硅和锰的影响：
有益元素。不但可以溶于F中，产生强化作用，使钢 的强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。
（2）、磷的影响：
有害元素，使钢产生冷脆性。
（3）、硫的影响：
有害元素，使钢产生热脆性。
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第三节
（1）提高了钢的力学性能
合金钢
一 概述 1、合金元素对钢性能的影响
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2、合金量具钢
用途：量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。 螺 纹 规
游 标 卡 尺
千 分 尺
性能要求：(1) 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； (2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。
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量具用钢的选用举例
量 平样板或卡板 一般量规与块规 高精度量规与块规 高精度且形状复杂的量规与块规 具 钢 号
（常用渗碳钢）
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变 速 齿 轮
拨 叉
3、合金调质钢
含碳量为0.25%--0.5%,主加元素为Cr、Mn、Si、Ni等以提 高淬透性和强化铁素体.调质钢具有良好的综合力学性能。
曲轴
连杆
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机 器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆等。
（常用调质钢）
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4、合金弹簧钢
第一章 机械工程材料及热处理
本章要点 １．常用金属材料的性能、牌号及应用 ２．常用非金属材料 ３．钢的热处理原理、方法及应用
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第一节 金属材料的性能
引言： 1.金属材料的性能
使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、
物理性能（）和化学性能（耐酸、碱性，抗氧化性等）。
指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加 工艺性能： 工和热处理的性能 包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、 切削加工性能和热处理工艺性能等。
它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-0.7%,主加元素为Cr、Mn、Si等以提高淬透性和弹性极限。 合金弹簧钢是一种专 用结构钢，主要用于制造 各种弹簧和弹性元件。
离合器弹簧
拉力弹簧
（常用弹簧钢） 26
5、滚动轴承钢
如：GCr15
表示铬含量 的千倍
主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚 针）、内外套圈等，属专用结构钢。 碳质量分数一般为0.95%--1.10%，以保证其高硬 度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素 ，铬含量 为0.40%--1.65%。高碳低铬。
中碳钢 0.25 % <C< 0.6%
高碳钢 0.6% <C<2.11%
碳素钢
碳素结构钢 优质碳素结构钢 （2）按质量和用途分 碳素工具钢 易切削结构钢 铸钢
钢
合金钢:
(按合金元素总量分)
低合金钢（<5%） 中合金钢（5~10%） 高合金钢（>10%）
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２、钢的牌号及其应用
（1）、碳素结构钢：
牌号：Q+屈服点数值＋质量等级符号＋脱氧方法符号 例如： Q195， Q 275等。
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2、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保证心部具有足够的韧性，合 金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透 性，使晶粒细化，耐磨性提高。
主要用于表面要 求硬而耐磨，心部具 有足够强度和韧性的 零件，如：汽车变速 箱的齿轮等。 常用的牌号有20Cr、 20CrTiMn、18Cr2Ni4WA。
(滚珠轴承钢)
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三、合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度 和耐磨性,还具有更高的红硬性。
1、合金刃具钢
用途：主要用于制造各种 金属切削刀具，如车刀、铣刀、 丝锥、钻头等。
铣 刀
性能： （1）高硬度，60HRC以上； （2）高的耐磨性； （3）高热硬性 ； 英制模板刀 （4）足够的塑性和韧性 。
一般淬火钢件
HRB 软钢、退火钢、铜合金
HRA 硬质合金、表面淬火钢
(3)、优缺点
①试验简单、方便、迅速 ②压痕小，可测成品，薄件
③数据不够准确，应测三点取平均值 ④不应测组织不均匀材料，如铸铁。
(4)、测量范围
用于测量淬火钢、硬质合金等材料.
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3、维氏硬度
(1)、维氏硬度试验
原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F （49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d，进而算出压痕 表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力。
σ
b=
Fb/S0
当材料的内应力
σ ＞σ
b时，材料将产生断裂。
σ
b常用作脆性材料的选材和设计的依据。
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§1-1 强度与塑性 ３、塑性指标
塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定 指标是断后伸长率和断面收缩率。
（1）、断后伸长率
指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
δ=(L1-L)/L x 100%
原料：铁矿石 燃料：焦炭 熔剂：石灰石 设备：高炉
钢
型材
（钢板、型 钢、钢管） 轧制、挤压、拉 拔、锻造等压力 加工方法
2、钢的冶炼
原料：生铁、废钢
燃料：焦炭 熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂 设备：电弧炉
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电弧炉
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二．钢的分类与编号
１、钢的分类
（1）按含碳量分 低碳钢 0.0218 % <C< 0.25%
例如：60Si2Mn , 09Mn2,40Cr等。 2 合金工具钢 特殊钢 一位数字 + 元素符号 + 数字
合金元素含量的百分数
<1.5%不注，1.5-2.5%注 2，…
平均含碳量的千分数 （≥1%时不注，高速钢不注）
例如： 9SiCr, Cr12,5CrMnMo
高速钢：W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2
布氏硬度计
布氏硬度试验原理图
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（2）、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均 压力表示。 如：120HBS 500HBW
（3）、优缺点
①.测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁） ②.可测的硬度值不高
③.不测试成品与薄件
④.测量费时，效率低
(4)、测量范围
用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
合金钢 合金工具钢
低合金刃具钢、高合金 合金刃具钢： 刃具钢、高速钢
合金模具钢 ： 冷作模具钢、热作模具钢 合金量具钢：没有专用钢种.
特殊性能钢： 不锈钢 、耐热钢、耐磨钢
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3、合金钢的牌号
1 合金结构钢：两位数字 +合金元素符号 + 数字
平均含碳量的万分数 合金元素含量的百分数
（<1.5%不注，1.5-2.5%注2，…）
(2) 高速钢
（如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 ）
高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度 达600 ℃时，其硬度无明显下降。 ① 高碳：碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右， ② 加入Cr、W、Mo、V等合金元素： Cr 提高淬透性。 W、Mo 保证高的热硬性。 V 提高耐磨性，细化晶粒。 常用合金刃具钢和高速钢
用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。 （2）、优质碳素结构钢： 牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的 万倍。 例如： 08F，20，45，60等。 用途：用作各种较重要的机器零件 如：齿轮、主轴等。
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（3）、碳素工具钢 牌号：用“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含 碳量的千倍。 如： T8， T9等。 T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 用途：用来制作各种刀具、量具和模具。 （4）、易切削用钢：主要用在自动机床上加工大批量的零件， 如螺钉，螺母等。其牌号如：Y20,表示易切削结构钢，其 平均含碳量为0.2%。 （5）、铸钢：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁， 同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和 韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其牌号如： ZG230-450。 牌号意义：ZG屈服点－抗拉强度
钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细 化了晶粒，也提高了塑性与韧性。
（2）提高了钢的淬透性
铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入提高钢的淬透性。
（3）使钢具有某些特殊性能
铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、 耐磨、不生锈等特殊性能。
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2、合金钢的分类与牌号
合金结构钢
普通低合金结构钢 工程合金结构钢 ： 合金弹簧钢、合金渗碳钢 机器合金结构钢 ： 合金调质钢、合金轴承钢
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合金刃具钢的种类及牌号
(1) 低合金刃具钢 （如：9SiCr 、9Mn2V） 最高工作温度不超过300 ℃。 ① 高碳：碳质量分数为0.9%--1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。 ② Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si还能提高钢的回火稳定性； W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。
(2)、维氏硬度值
用压痕表面积上的平均压力表示。如：640HV。
(3)、优缺点
① 测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬） ②可测成品与 薄件 ③试样表面要求高，费工。
(4)、测量范围
常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。
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第二节
一、钢铁材料的生产过程 铁矿石 生铁 钢锭 铸铁
1、生铁的冶炼
2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 HBS或HBW （2）洛氏硬度 HR （3）维氏硬度 HV
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１、布氏硬度
（1）、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力 压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。