第2章钢的分类及应用

碳钢：价格低，力学性能低，淬透性低，回火抗 力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。
合金钢：在碳钢中加入某些合金元素,改善组织 与性能。(硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛 、硼、铝、锆)
常见的合金元素及作用
Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe
强碳化物形成元素
弱碳化物 形成元素
与C的亲和力：强
2.3 钢的分类及应用
金属材料是现代机械制造应用的最主要材 料，种类很多，应用广泛，分为钢铁材料（如 碳素钢、合金钢、铸铁）及有色金属及其合金 等。
金属材料的分类
铸铁 —— 白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨
铸铁、蠕墨铸铁
碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素
钢
非合金钢 —— 工具钢、铸钢
铁
（碳钢）
钢
合金 结构钢
4.0~4.5
空
0.17~0.23 0.30~0.60 1.25~1.65 880／ 780 1180 1080
3.25~3.75
油
78 63
热处理：
渗碳 → 淬火 → 低温回火
组织 —— 表层：回火M +碳化物+ A′；
心部：低C的回火M（+T + F）。
应用 ——耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。
弱
合金元素对基本相的影响：
Co Ni Cu Si Al 非碳化物形成元素
非碳化物形成元素
溶入F
固溶强化
弱碳化物形成元素
形成合金 渗碳体
较硬，耐磨， 比Fe3C更稳定
强碳化物形成元素
形成特殊 碳化物
高熔点，硬， 耐磨，最稳定
1. 合金元素在钢中的作用
（1）合金元素可以提高钢的力学性能 （2）合金元素对钢的热处理产生影响 （3）合金元素对钢的工艺性能产生影响
专用钢—— 如滚动轴承钢 GCr15， w(C)=1.0% ，w(Cr)=1.5%。
高级优质钢 —— 如20Cr2Ni4A。
3.合金结构钢
（1）低合金高强度结构钢 （2）合金渗碳钢 （3）合金调质钢 （4）合金弹簧钢 （5）滚动轴承钢 （6）超高强度钢
（1）低合金高强度结构钢
成分 —— w(C)＜0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。 性能 —— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。
低合金结构钢、合金渗碳钢、合 金调质钢、滚动轴承钢、合金弹 簧钢、超高强度钢
金 属
合 金 钢
合金 工具钢
量具刃具钢 合金模具钢
冷作模具钢 热作模具钢
高速钢
特殊性能钢——不锈钢、易切削钢、耐热钢、耐磨钢
非铁金属—— 铜、铝、钛、锌、…，轴承合金，硬质合金
2.3.1 碳素钢
1.常见杂质元素对碳素钢性能的影响
合金渗碳钢的牌号
20 Mn2 Ti A
等级:高级优质 含钛量WTi≤1.5 % 含锰量WMn 2 % 含碳量WC 0.2 %
典型合金渗碳钢应用：
低淬透性合金渗碳钢： 钢含合金元素总量＜3%。
15Cr、20Cr、20Mn2。用于受 力小的耐磨件，如柴油机的 活塞销、凸轮轴等。
中淬透性合金渗碳钢： 钢含合金元素总量在4%
（1）普通碳素结构钢
牌号 —— 如 Q215B， 表示 s ≥ 215 MPa（厚度 ≤ 16mm），B级质量。
用途：
钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建 筑等构件。
用途： 钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
热处理： 热轧空冷
组织：S＋ F
多边型角钢
钢桥梁 钢筋、螺纹钢
建筑构件 螺钉、铆钉
（2）优质碳素结构钢
≤0.040
250
420
25
55
--
156
--
30
0.27~0.35
0.17~0.37
0.50~0.80
≤0.040
≤0.040
300
500
21
50
80
179
--
35
0.32~0.40
0.17~0.37
0.50~0.80
≤0.040
≤0.040
320
540
20
45
70
187
--
40
0.37~0.45
15、20钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活 塞销、摇臂等。
30~55钢:调质,综合机械性能好,制齿轮连杆轴类等。
60~70钢,淬火,中温回火,制造弹性元件,如汽车气门弹 簧。
（3）碳素工具钢
牌号—— 如 T12A 钢，含C量为 12/1000 =1.2% ， A表示高级优质，w(S) 0.020 % ，w(P) 0.030 % 。
碳素工具钢的化学成分和性能（淬火后HRC≥62)
钢号
C, %
Mn, %
Si, %
S, % P, % 退火后 水冷淬火


HBS, 温度，℃
T7 0.65-0.74 0.40
0.35 0.030 0.035 187
T8 0.75-0.84 0.40
0.35 0.030 0.035 187
T8Mn 0.80-0.90 0.40-0.60 0.35 0.030 0.035 187
用于石化中温高压容器。
（2）合金渗碳钢
成分 —— w(C)=0.1～0.25%, 韧性好。合金元 素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。Cr、Ni、 Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性，Ti细化晶粒。
性能 —— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心 部韧性高、强度大。
合金渗碳钢的牌号（渗碳:930℃，回火：200 ℃）
640
14
40
40
241
207
60
0.57~0.65
0.17~0.37
0.50~0.80
≤0.040
≤0.040
410
690
12
35
--
255
229
65
0.62~0.70
0.17~0.37
0.50~0.80
≤0.040
≤0.040
420
710
10
30
--
255
229
用途：
较重要的零件，如 齿轮、轴、连杆、弹簧 等。
基本元素：Fe、C 合金元素：为改善钢的性能而有意加入 杂质元素：无法去除的有害元素 残留元素：为去除杂质元素而加入的元素 非合金钢中的常存元素
来源
作用
Si
炼钢时残留
溶入F→ 固溶强化——有益
Mn
炼钢时残留
溶入F→ 固溶强化——有益
S
矿石中
热脆性——有害
P
矿石中
冷脆性——有害
２.碳素钢的分类
（1）按碳质量分数分
（3）合金元素对钢的工艺性能产生影响
合金元素的加入使钢的铸造、锻造性能、焊接、 切削加工性能都不同程度的降低；但可以明显的 改善热处理的工艺性能。
2. 合金钢的分类及编号
（1）合金钢的分类（按用途分类）
合金结构钢 —— 低合金结构钢、合金渗碳钢、 合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢、超高强度 钢等。
T13 1.25-1.35 0.40
0.35 0.030 0.035 217
800-820 780-800 780-800 760-780 760-780 760-780 760-780 760-780
用途：
冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。 热处理：淬火 + 低温回火 组织：回火M＋ 粒状Fe3C + A'
T9 0.85-0.94 0.40
0.35 0.030 0.035 192
T10Mn 0.95-1.04 0.40-0.60 0.35 0.030 0.035
19
T10 0.95-1.04 0.40
0.35 0.030 0.035 207
T12 1.15-1.24 0.40
0.35 0.030 0.035 207
螺纹量规
（4）铸钢
•W(c)=0.15~0.6% •应用:结构复杂零件,如曲轴、箱体轴 承座。 •牌号:如ZG340-640
两组数字分别表示屈服强度和抗 拉强度。
几种常用铸钢的性能和用途
牌号
主要性能
ZG200—400 良好的韧性、塑性和焊接性能
用途
用于受力不大，韧性好的机 械零件，如机座、变速器壳、 减速器壳体等
热处理： 渗碳、淬火、回火
等。
上海桑塔纳轿车发动机曲轴就是采用优 质50号中碳钢锻制而成，先正火后半精加工， 最后经中频淬火后再精加工。
汽车曲轴
常用钢号及其应用
08、10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊 接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪表 板、气缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等。
--
131
--
10F
0.07~0.14
≤0.07
0.25~0.50
≤0.040
≤0.040
190
320
33
55
--
137
--
10
0.07~0.14
0.17~0.37
0.35~0.65
≤0.035
≤0.040
210
340
31
55
--
137
--
20
0.17~0.24
0.17~0.37
0.ห้องสมุดไป่ตู้5~0.65
≤0.040
ZG230—450 较高的强度和较好的塑性、 韧性和焊接性能
用于受力不大，韧性好的机 械零件，如砧座、外壳、轴 承座、底板、箱体等