常用金属材料与性能分析

①中、高碳（0.45～0.9%）；
②加Si→σe↑及（σs/σb）↑； ③加Mn、Si、或Cr→淬透性↑；
④加Mo、W、V细化晶粒（重要弹簧）。
•热处理：
淬火＋中温回火，回火屈氏体 42～48HRC。
•常用钢种： 65；65Mn；60Si2Mn；50CrV。
表5-8
5.2.4 其它结构钢 ⑴易切削钢：
②较多W与Mo（>10%）,产生W2C、Mo2C等细小弥散硬化， 保证热硬性。
③4%Cr，淬透性。
④加V，提高硬度、耐磨性。
•热 处 理：预先热处理；1200-1300℃ 高温淬火+3次 560℃回火,回火马氏体+碳化物,62～66HRC。
•典型钢种：W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V。
表5-6
(2)合金调质钢
•用途及性能特点：
高强度（承受较大负荷）及高韧性（防止断裂事故）的
重要零件（如机床主轴）具有良好的综合力学性能。
•合金化原则：
①中碳（0.30～0.5%），保证热处理后足够强度，又不致
太脆。
②加淬透性元素（Cr、Ni、Mn、Si、B），保证大截面均
一的性能。
③细化晶粒元素（V、W、Mo等）。
例3. 40Cr Wc=0.40%及Wcr=1%。 •记忆方式与技巧介绍。
表5-2
5.2 结构钢（structural steel）
•用于结构件 ①工程结构：如建筑物珩架、桥梁、车辆等。 ②机器零件：如齿轮、螺栓、轴等。
5.2.1 碳素结构钢（carbon structural steel） •保证力学性能：一般用途；以型材（棒、板、型钢）供
表5-4
5.2.2 优质碳素结构钢
• Ws、 Wp ≤0.035 % •性能特点： ①随Wc升高，强度和硬度提高，塑、韧性有所下降。 ②零件制造中若经过热处理，可大幅度提高性能(强度)。
•应用:
表5-5
08～25(15Mn)：低碳钢，塑性好，可焊性好，直接冲压
成形或作焊接件。
15～25：低碳钢，可作渗碳用钢。
火，60～64HRC。 •典 型 钢 种：GCr15（中小型轴承）;
G20Cr2Ni4（大型渗碳轴承）; 9Cr18（不锈轴承）。
表5-10
5.3.2 工具钢（tool steel）
⑴刃具钢 •用途、性能：
表5-11
表5-12
较高切削的刀具；高硬度、高耐磨性及高热硬性。
•合金化（高速钢）：
①高碳（ωc>0.8%）,以形成大量碳化物，保证高硬度、 高耐磨性。
图5-2
图5-3
表5-13
⑵模具钢 1)冷作模具钢：高碳（合金）钢。
•用途、性能：各种冷冲压、冷成型模具；高硬度高耐 磨性、足够整体强度与韧性。
应。 •组 织 状 态：轧后空冷、F+P；不再热处理。设计时注
意尺寸效应。 •典 型 牌 号：Q235。
表5-3
5.2.1 低合金高强度钢（HSLA）
•添加少量合金元素（Nb、V等）起各种强化作用。 •用于重要工程结构（桥梁、压力容器等），能减轻自 重、降低成本等。 •典型牌号：Q295、Q420等。
第5章 常用金属材料及性能
5.1 工业用钢分类与牌号 5.2 结构钢（structural steel） 5.3 滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢 5.4 铸铁（cast iron） 5.5 有色金属及其合金（non-ferrous alloy） 5.6 粉末冶金材料（自学）
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5.1 钢的分类与钢中的合金元素（alloy element）
•按用途、成分、性能和热处理特点（最实用）。
图5-1
(3)钢的牌号
Байду номын сангаас
•要 求：会识别、（图纸上）一看就明白。
•基本类型：两类
①主要以力学性能表示：如Q235－A·F（常简写成
Q235，不保证化学成分）。
②主要以化学成分表示：碳与合金元素含量。
例1. 45
Wc=0.45%的优质钢。
例2. 08F
Wc=0.08%的沸腾钢。
④加Mo，消除回火脆性。
•热处理：调质即淬火+高温回火（500～650℃） 。
•常用典型钢种：低淬透性:45、40Cr、40MnB；
中淬透性:35CrMo、30CrMnSi；
表5-7
高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo。
(3)合金弹簧钢
•用途、性能：
承受较大负荷的弹簧；高的σe、σ-1及σs/σb。 •合金化：
。 ②加提高淬透性元素，Cr、Mn、Ni、B等，保证心部良
好强韧性。 ③加V、Ti、W等，阻止渗碳时晶粒长大。
•热处理特点：一般渗碳后预冷、直接淬火＋低温回火 (≥55HRC)。
•常 用 钢 种：低淬透性15(20)、20Cr； 中淬透性20CrMnMo、20MnTiB； 高淬透性18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4。
加S、Pb、Ca、P等（减摩、易断屑等），提高切削加 工性，强度次要。 ⑵铸钢（铸钢件）： •特 点：直接铸造成零件的结构钢，用于形状复杂、
性能要求较高的场合。重型机械，矿山、工 程机械等。 •成 分：低、中碳。 •热处理：进行正火、退火，重要件进行淬火、回火。
表5-9
5.3 滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢
5.3.1 滚动轴承钢（rolling bearing steel） •用途、性能：
轴承零件；高抗压强度、疲劳强度、高硬度与耐磨性。 •合 金 化： ①高碳（0.95～1.15%），0.4～1.65%Cr，以及特殊要求
的成分。 ②S、P要求严，冶金质量高。 •热 处 理：球化退火（预先热处理）及淬火、低温回
5.1.1 工业用钢分类与牌号
(1) 我国现行钢分类与牌号的特点 •有统一国标，钢号直观、实用，并靠近国际标准。
(2) 钢的分类 •按Wc：低碳钢（≤0.25%）；
中碳钢（0.25～0.60%）; 高碳钢（≥0.60%）。
•按冶金质量：普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质
钢。
表5-1
•按脱氧程度：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。
30～55：中碳钢，经调质处理做较重要的机器零件。
≥60： 中高碳钢，淬火＋中高温回火，一般弹簧及较
高强度零件。
5.2.3 合金结构钢（alloy structural steel）
(1)合金渗碳钢 •用途及性能特点： 用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零 件(如换档齿轮等)。经渗碳及淬、回火后，表硬内韧。 •合金化原则： ①低碳(≤0.25%)，保证渗碳及热处理后表、里的良好配合