碳钢基础知识
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材料受外力作用后，导致材料内部之间产生的相互作用 力称为内力，其大小和外力相等、方向相反。
单位面积上的内力称为应力，用符号σ表示。 1）弹性极限 试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力。
σ e
Fe Ao
MPa
式中Fe —试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉伸
力，单位N。
Ao—试样原始横截面积，单位mm2
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• (4)热膨胀性 金属材料在受热时体积会增大，冷却时则
收缩，这种现象称为热膨胀性。各种金属的 热膨胀性能不同。
在实际工作中有时必须考虑热膨胀的影响 。例如，一些精密测量工具就要选用膨胀系 数较小的金属材料来制造；铺设铁轨、架设 桥梁、金属工件加工过程中测量尺寸等都要 考虑到热膨胀的因素。
铁磁性材料可用于制作变压器、电机的铁心和测 量仪表零件等；无（顺）磁性材料可用做要求避免 磁场干扰的零件。
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2.化学性能
• 金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。 1 耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用 的能力，称为耐腐蚀 性。常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。
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二、碳钢的性能
• 材料是机器的物质基础。金属材料的性能是选择 材料的主要依据。金属材料的性能一般分为工艺 性能和使用性能。工艺性能是指金属材料从冶炼 到成品的生产过程中，在各种加工条件下表现出 来的性能；使用性能是指金属零件在使用条件下 金属材料表现出来的性能。金属材料的使用性能 决定了它的使用范围。使用性能包括物理性能、 化学性能和力学性能。
碳钢
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• 钢铁材料是钢和铸铁的统称。 • 钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2.11%
以下，并含有其他元素的材料。 • 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳
量2.11%通常是钢和铸铁的分界线。 • 根据化学成分，钢分为非合金钢、低合金
钢和合金钢。
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一、碳钢的分类
高级优质
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二、碳素结构钢 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：Q235－AF
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2）屈服点 定义：是指试样在试验过程中力不增加还能继续伸长时 的应力。
σ s
Fs Ao
MPa
式中 Fs —试样产生屈服现象时的拉伸力，单位N。 Ao—试样原始横截面积，单位mm2
条件屈服强度
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源自文库
2.优质碳素结构钢 优质碳素结构钢牌号、性能特点及用途见表（每种牌号的 具体数值可查资料，这里仅按性能、用途类似的归纳作介绍）
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3、碳素工具钢 牌号表示法：用“碳”的汉语拼音字首“T’加数字（表示 钢的平均Wc的千分数）表示，例如，T8A。 这类钢Wc＝0.65％～1.35％，一般均需热处理后使用，主 要制作低速切削刃具,以及对热处理变形要求低的一般模具、低 精度量具等。 碳素工具钢牌号、性能特点及用途见表
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3.力学性能
力学性能又称为机械性能，是指材料在力作用下所显示 的性能，主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
(1)强度 强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。 常用的强度判据是屈服点（旧称屈服强度、屈服极限）和抗 拉强度。 测定强度判据的方法是拉伸试验。
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拉伸曲线：拉伸力（F）和伸长量（l-lo）的关系曲线。
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1.物理性能 • (1) 密度
金属的密度即是单位体积金属的质量，其 单位为ｋｇ／ｍ3。
根据密度的大小，金属材料可分为轻金属 和重金属。密度小于4.5ｇ／ｃｍ3 的金属叫 做轻金属， 如铝，钛等。
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• (2)熔点 金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔点 。熔点一般用摄氏温度（℃）表示。各种金属都有 其固定熔点。如铅的熔点为323 ℃，钢的熔点为１ ５３８ ℃。熔点对于冶炼、铸造、焊接和配制合 金等都很重要。
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1.普通碳素结构钢 碳素结构钢牌号、性能特点及用途见下表
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2.优质碳素结构钢
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2.优质碳素结构钢
牌号表示法： 用两位数字表示钢平均含碳量的万分数，如40钢。 含锰量较高（WMn=0.7％～1.2％）的钢，在两位数字后面 写“Mn”，如 60Mn钢。 脱氧方法表示法同碳素结构钢。 高级优质钢，在牌号后面加“A”；特级优质钢，在牌号后 面加“E”。
熔点低于 １０００ ℃的金属称为低熔点金属， 熔点在１０００～２０００ ℃的金属称为中熔点 金属，熔点 高于２０００ ℃的金属称为高熔点 金属。
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• (3)导热性 金属材料传导热量的能力称为导热性。一般 用热导率（导热系数）λ表示金属材料导热 性能的优劣。 热导率大的金属材料的导热性 好。在一般情况下，金属材料的导热性比非 金属材料好。金属的导热性 以银为最好，铜 、铝次之。 导热性好的金属散热也好，可用来制造散热 器零件，如冰箱、空调的散热片。
• 2 抗氧化性 金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。 金属材料在加热时，氧化作用加速，如钢材在锻造、热处理 、焊接等加热作业时，会 发生氧化和脱碳，造成材料的损耗 和各种缺陷。因此，在加热坯件或材料时，常在其 周围形成 一种还原气体或保护气体，以避免金属材料的氧化。 3 化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属 材料在高温下的化学 稳定性叫做热稳定性。用于制造在高温 下工作的零件的金属材料，要有良好的热稳定性。
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• (5)导电性
• 金属材料传导电流的性能称为导电性。但各种金属 材料的导电性各不相同，其中以银为最好，铜、铝 次之，工业上用铜、铝做导电的材料。导电性差的 高电阻金属材料，如铁铬合金、镍铬铝、康铜和锰 铜等用于制造仪表零件或电热元件，如电炉丝。
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• (6)磁性
金属导磁的性能称为磁性。具有导磁能力的金 属材料都能被磁铁吸引。铁、钴等为铁磁性材料， 锰、铬、铜、锌为无磁性或顺磁性材料。但对某些 金属来说，磁性也不是固定不变的，如铁在７６８ ℃以上就表现为没有磁性或顺磁性。
材料受外力作用后，导致材料内部之间产生的相互作用 力称为内力，其大小和外力相等、方向相反。
单位面积上的内力称为应力，用符号σ表示。 1）弹性极限 试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力。
σ e
Fe Ao
MPa
式中Fe —试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉伸
力，单位N。
Ao—试样原始横截面积，单位mm2
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• (4)热膨胀性 金属材料在受热时体积会增大，冷却时则
收缩，这种现象称为热膨胀性。各种金属的 热膨胀性能不同。
在实际工作中有时必须考虑热膨胀的影响 。例如，一些精密测量工具就要选用膨胀系 数较小的金属材料来制造；铺设铁轨、架设 桥梁、金属工件加工过程中测量尺寸等都要 考虑到热膨胀的因素。
铁磁性材料可用于制作变压器、电机的铁心和测 量仪表零件等；无（顺）磁性材料可用做要求避免 磁场干扰的零件。
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2.化学性能
• 金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。 1 耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用 的能力，称为耐腐蚀 性。常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。
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二、碳钢的性能
• 材料是机器的物质基础。金属材料的性能是选择 材料的主要依据。金属材料的性能一般分为工艺 性能和使用性能。工艺性能是指金属材料从冶炼 到成品的生产过程中，在各种加工条件下表现出 来的性能；使用性能是指金属零件在使用条件下 金属材料表现出来的性能。金属材料的使用性能 决定了它的使用范围。使用性能包括物理性能、 化学性能和力学性能。
碳钢
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• 钢铁材料是钢和铸铁的统称。 • 钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2.11%
以下，并含有其他元素的材料。 • 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳
量2.11%通常是钢和铸铁的分界线。 • 根据化学成分，钢分为非合金钢、低合金
钢和合金钢。
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一、碳钢的分类
高级优质
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二、碳素结构钢 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：Q235－AF
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2）屈服点 定义：是指试样在试验过程中力不增加还能继续伸长时 的应力。
σ s
Fs Ao
MPa
式中 Fs —试样产生屈服现象时的拉伸力，单位N。 Ao—试样原始横截面积，单位mm2
条件屈服强度
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2.优质碳素结构钢 优质碳素结构钢牌号、性能特点及用途见表（每种牌号的 具体数值可查资料，这里仅按性能、用途类似的归纳作介绍）
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3、碳素工具钢 牌号表示法：用“碳”的汉语拼音字首“T’加数字（表示 钢的平均Wc的千分数）表示，例如，T8A。 这类钢Wc＝0.65％～1.35％，一般均需热处理后使用，主 要制作低速切削刃具,以及对热处理变形要求低的一般模具、低 精度量具等。 碳素工具钢牌号、性能特点及用途见表
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3.力学性能
力学性能又称为机械性能，是指材料在力作用下所显示 的性能，主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
(1)强度 强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。 常用的强度判据是屈服点（旧称屈服强度、屈服极限）和抗 拉强度。 测定强度判据的方法是拉伸试验。
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拉伸曲线：拉伸力（F）和伸长量（l-lo）的关系曲线。
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1.物理性能 • (1) 密度
金属的密度即是单位体积金属的质量，其 单位为ｋｇ／ｍ3。
根据密度的大小，金属材料可分为轻金属 和重金属。密度小于4.5ｇ／ｃｍ3 的金属叫 做轻金属， 如铝，钛等。
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• (2)熔点 金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔点 。熔点一般用摄氏温度（℃）表示。各种金属都有 其固定熔点。如铅的熔点为323 ℃，钢的熔点为１ ５３８ ℃。熔点对于冶炼、铸造、焊接和配制合 金等都很重要。
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1.普通碳素结构钢 碳素结构钢牌号、性能特点及用途见下表
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2.优质碳素结构钢
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2.优质碳素结构钢
牌号表示法： 用两位数字表示钢平均含碳量的万分数，如40钢。 含锰量较高（WMn=0.7％～1.2％）的钢，在两位数字后面 写“Mn”，如 60Mn钢。 脱氧方法表示法同碳素结构钢。 高级优质钢，在牌号后面加“A”；特级优质钢，在牌号后 面加“E”。
熔点低于 １０００ ℃的金属称为低熔点金属， 熔点在１０００～２０００ ℃的金属称为中熔点 金属，熔点 高于２０００ ℃的金属称为高熔点 金属。
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• (3)导热性 金属材料传导热量的能力称为导热性。一般 用热导率（导热系数）λ表示金属材料导热 性能的优劣。 热导率大的金属材料的导热性 好。在一般情况下，金属材料的导热性比非 金属材料好。金属的导热性 以银为最好，铜 、铝次之。 导热性好的金属散热也好，可用来制造散热 器零件，如冰箱、空调的散热片。
• 2 抗氧化性 金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。 金属材料在加热时，氧化作用加速，如钢材在锻造、热处理 、焊接等加热作业时，会 发生氧化和脱碳，造成材料的损耗 和各种缺陷。因此，在加热坯件或材料时，常在其 周围形成 一种还原气体或保护气体，以避免金属材料的氧化。 3 化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属 材料在高温下的化学 稳定性叫做热稳定性。用于制造在高温 下工作的零件的金属材料，要有良好的热稳定性。
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• (5)导电性
• 金属材料传导电流的性能称为导电性。但各种金属 材料的导电性各不相同，其中以银为最好，铜、铝 次之，工业上用铜、铝做导电的材料。导电性差的 高电阻金属材料，如铁铬合金、镍铬铝、康铜和锰 铜等用于制造仪表零件或电热元件，如电炉丝。
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• (6)磁性
金属导磁的性能称为磁性。具有导磁能力的金 属材料都能被磁铁吸引。铁、钴等为铁磁性材料， 锰、铬、铜、锌为无磁性或顺磁性材料。但对某些 金属来说，磁性也不是固定不变的，如铁在７６８ ℃以上就表现为没有磁性或顺磁性。