工程材料与机械制造基础第六章常用金属材料PPT课件
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常用金属材料ppt课件
表1-3 碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能
化学成分(质量分数,%)
力学性能
牌号
质量 等级
C
Si
S
P
Mn
σsห้องสมุดไป่ตู้
σb δ(%)
不大于
/MPa /MPa
Q195
——
0.06~0 .12
0.25~ 0.50
0.03
0.050
0.0 45
195
315~ 430
33
Q215
A
0.09~0 0.25~ .15 0.55
(1)白口铸铁
白口铸铁：碳以游离碳化物的 形式析出的铸铁，断口呈白色。 白口铸铁硬而脆，难以加工， 很少用来制造零件，有时利用 其硬而耐磨的特点制造某些耐 磨零件，如球磨机的衬板、磨 球等。
耐热性能的钢称作耐热钢。
3.钢的牌号和应用
(1)非合金钢
1)普通碳素结构钢（p28） 牌号： 例如 Q235F
“Q” 表示屈服点， “235” 表示屈服点值为235MPa, “F” 表示脱氧方法（沸腾钢）。 用途 ： 碳素结构钢w(C)为0.06%~0.38%。 主要用来制造一般工程结构和普通机床零件， 通常轧制成各种型材、板材和线材等。
如钻头、绞刀、量块和冲模等。
(4)铸钢
将熔炼好的钢液直接铸成零件毛坯，不再进行锻造的钢件称 铸钢件。 性能特点：铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁， 用途：主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的构件。 如锻锤机架、齿轮、轧辊等。 在各类铸造合金中， 铸钢的应用仅次于铸铁。
主要分为：铸造碳钢和 铸造合金钢。
铁素体 +石墨
铸铁组织
铁素体 +珠光体 +石墨
常用金属材料的一般知识PPT课件
5
一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
力学性能：金属材料受外部负荷时，从开始受力 直到材料破坏的全部过程中所呈现的力学特征，称为 力学性能。
它是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性 能主要包括强度、塑性、硬度和韧性等。
1、强度
金属材料的强度性能表示金属材料对变形和断裂的抗 力，它用单位截面上所受的力（称为应力）来表示。 常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度等。
钢材的名称、用途、冶炼和浇注方法等，则用汉语 拼音字母表示，如沸腾钢用“F”(沸)，锅炉钢用“g”( 锅)，容器用钢用“R”(容)，焊接用钢用“H”(焊)，高级 优质钢用“A”，特级优质碳素钢用“E”等。
18
二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
1．碳素钢的编号
(1)碳素结构钢
一般结构钢和工程用热轧钢板、型钢均属此类。按 照GB700—88的规定，钢的牌号由代表屈服强度的字 母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法符号等四 部分按顺序组成，如Q235—A．F，Q235—B等。
6
一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
（1）屈服强度 钢材在拉伸过程中，当拉应力达到某一数
值而不再增大时，其变形却继续增加，这个拉 应力值称为屈服强度。 （2）抗拉强度
金属材料在破坏前所承受的最大拉应力。
7
一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
2、塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示 金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
2．合金结构钢的编号
合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。 前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或 化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分 含量。当元素的平均含量<1．5％时，则钢号中只标出元素符号 而不标注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3 ．5％……时，则在元素后面相应标出2、3、4、……如 “16Mn”钢，从钢号可知：其平均含碳量为0．16％，平均含锰 量为<1．5％。
一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
力学性能：金属材料受外部负荷时，从开始受力 直到材料破坏的全部过程中所呈现的力学特征，称为 力学性能。
它是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性 能主要包括强度、塑性、硬度和韧性等。
1、强度
金属材料的强度性能表示金属材料对变形和断裂的抗 力，它用单位截面上所受的力（称为应力）来表示。 常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度等。
钢材的名称、用途、冶炼和浇注方法等，则用汉语 拼音字母表示，如沸腾钢用“F”(沸)，锅炉钢用“g”( 锅)，容器用钢用“R”(容)，焊接用钢用“H”(焊)，高级 优质钢用“A”，特级优质碳素钢用“E”等。
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二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
1．碳素钢的编号
(1)碳素结构钢
一般结构钢和工程用热轧钢板、型钢均属此类。按 照GB700—88的规定，钢的牌号由代表屈服强度的字 母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法符号等四 部分按顺序组成，如Q235—A．F，Q235—B等。
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一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
（1）屈服强度 钢材在拉伸过程中，当拉应力达到某一数
值而不再增大时，其变形却继续增加，这个拉 应力值称为屈服强度。 （2）抗拉强度
金属材料在破坏前所承受的最大拉应力。
7
一、金属材料的性能
（二）金属材料的力学性能
2、塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示 金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
二、钢材和有色金属的分类、 编号及性能
(二)钢材的编号
2．合金结构钢的编号
合金结构钢的钢号由三部分组成：数字+化学元素符号+数字。 前面的两位数字表示平均碳含量的万分之几，合金元素以汉字或 化学元素符号表示，合金元素后面的数字，表示合金元素的百分 含量。当元素的平均含量<1．5％时，则钢号中只标出元素符号 而不标注含量；其合金元素的平均含量≥1．5％、≥2．5％、≥3 ．5％……时，则在元素后面相应标出2、3、4、……如 “16Mn”钢，从钢号可知：其平均含碳量为0．16％，平均含锰 量为<1．5％。
金属材料第六章优秀课件
Ø 晶界沉淀强化：如在晶界上形成Cr23C6钉扎晶界的运动 Ø 减少晶界数量：晶粒度在2~4级比较好
第六章 耐热钢
第三节 热强钢
一、珠光体热强钢
在650 C以下有较好的热强性，而且工艺性能好，价格便宜 1. 低碳珠光体耐热钢（锅炉管子用钢）
加或减少的数值表示，单位为g/m2。 v 质量增加常用于冷却后氧化物仍然紧密附着在金属表面上的材
料，如高合金钢的氧化。 v 质量减少常用于碳钢、低合金钢或氧化物容易剥落的材料。 v 减小质量或增加质量的程度越小，钢的稳定性越高。
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
v提高钢热稳定性的合金化原理 Ø含碳量：在0.1~0.2%左右，碳过高会形成Cr23C6等碳化物， 妨碍钢表面氧化膜的连续性 Ø主加元素：Cr, Ni, Mn，目的是形成单相组织，提高基体电 极电位，形成钝化膜，其中Cr是最主要的提高钢抗氧化性的 元素 Ø辅加元素：Al, Si等，形成Al2O3, SiO2等钝化膜，但含量不能 太高，否则会增加钢的脆性
（3）Cr-Mn-N型，如Cr20Mn9Ni2Si2N v 特点：工艺性能好，抗氧化性好，承载能力均较好 v 使用温度8 金属的热强性
热强性：钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和 破坏的能力。
一、高温下金属材料的力学性能
热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。
ü 加入强碳化物形成元素：Cr, W, Mo, Nb, Ti等 ü 加入形成金属间化合物的元素：Al, Ni, Ti等 v 增加晶界滑动阻力
Ø 净化晶界：S, P等在晶界偏聚使晶界弱化，应尽量降低其含量 （如何降低？）加入B、稀土等元素，形成高熔点稳定化合物，作为晶核，
使易熔杂质从晶界转入晶内。
Ø 填补晶界上的空位：主要是加入B元素可填充晶界空位，阻碍 晶界原子扩散
第六章 耐热钢
第三节 热强钢
一、珠光体热强钢
在650 C以下有较好的热强性，而且工艺性能好，价格便宜 1. 低碳珠光体耐热钢（锅炉管子用钢）
加或减少的数值表示，单位为g/m2。 v 质量增加常用于冷却后氧化物仍然紧密附着在金属表面上的材
料，如高合金钢的氧化。 v 质量减少常用于碳钢、低合金钢或氧化物容易剥落的材料。 v 减小质量或增加质量的程度越小，钢的稳定性越高。
第六章 耐热钢
第一节 钢的热稳定性和热稳定钢
v提高钢热稳定性的合金化原理 Ø含碳量：在0.1~0.2%左右，碳过高会形成Cr23C6等碳化物， 妨碍钢表面氧化膜的连续性 Ø主加元素：Cr, Ni, Mn，目的是形成单相组织，提高基体电 极电位，形成钝化膜，其中Cr是最主要的提高钢抗氧化性的 元素 Ø辅加元素：Al, Si等，形成Al2O3, SiO2等钝化膜，但含量不能 太高，否则会增加钢的脆性
（3）Cr-Mn-N型，如Cr20Mn9Ni2Si2N v 特点：工艺性能好，抗氧化性好，承载能力均较好 v 使用温度8 金属的热强性
热强性：钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和 破坏的能力。
一、高温下金属材料的力学性能
热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。
ü 加入强碳化物形成元素：Cr, W, Mo, Nb, Ti等 ü 加入形成金属间化合物的元素：Al, Ni, Ti等 v 增加晶界滑动阻力
Ø 净化晶界：S, P等在晶界偏聚使晶界弱化，应尽量降低其含量 （如何降低？）加入B、稀土等元素，形成高熔点稳定化合物，作为晶核，
使易熔杂质从晶界转入晶内。
Ø 填补晶界上的空位：主要是加入B元素可填充晶界空位，阻碍 晶界原子扩散
工程材料与机械制造基础-6-常用金属材料课件
头
焊接用钢
H 头 沸腾钢
F
尾
铆螺钢
ML 头 半镇静钢
b
尾
船用钢
国际符号
镇静钢
Z
尾
汽车大梁用钢
L
尾 特殊镇静钢
TZ 尾
压力容器用钢
R 尾 质量等级
A.B.C.D.E 尾
钢的编号
• 1、碳素结构钢和低合金高强度钢 • Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 • Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； • 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、
合金元素在钢中的作用
• 3、对回火转变的影响
• ⑴ 提高耐回火性：淬 火钢在回火过程中抵 抗硬度下降的能力称 耐回火性。
• 合金元素能阻碍马氏 体分解及碳化物的析 出与聚集。
淬火碳钢 回火 时的 硬度变化
当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温 度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。
合金元素在钢中的作用
• 1、Mn: 0.8%时为杂质, 是有益元素。作用为：
• ① 强化铁素体； • ② 消除硫的有害作用。
杂质元素对性能的影响
2、Si：0.5%时为杂质， 是有益元素。作用为：
• ① 强化铁素体； • ② 增加钢液流动性。 • 3、S：是有害元素。 • 常以FeS形式存在。易与Fe在晶
界上形成低熔点共晶(985℃)， 热加工时(1150~1200℃)，由于 其熔化而导致开裂，称热脆性. • 钢中的硫应控制在0.045%以下.
素符号+该元素百分含量数字+…… • 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符
号，不标含量；
钢管
工程材料及机械制造基础 PPT课件
21
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
22
三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
23
思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
19
HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
5
1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。
金属材料课件ppt
详细描述
THANK YOU.
谢谢您的观看
通过高能机械球磨和长时间低温退火处理，制备具有纳米级晶粒和优异性能的金属材料。
金属材料的加工工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却凝固后获得所需形状和尺寸的金属零件。
铸造工艺
通过施加外力，使金属坯料变形，获得所需形状和尺寸的金属零件。
锻造工艺
通过熔融或压接金属零件，使它们连接在一起，形成完整的金属结构。
2023
金属材料课件ppt
目录
contents
金属材料概述金属材料的制备与加工常见金属材料及其性能特点金属材料的应用与前景金属材料的发展趋势与挑战案例分析与实践应用
金属材料概述
01
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
定义
金属材料包括纯金属、合金、金属间化合物、特种金属材料等。
功能金属材料是指具有特殊功能和用途的金属材料，如形状记忆合金、超导合金等，具有高灵敏度、高韧性等特点，广泛应用于医疗、能源等领域。
简介
功能金属材料包括形状记忆合金、超导合金、磁性合金等。
分类
功能金属材料的特殊功能和用途决定了其独特的性能特点，如形状记忆合金具有形状记忆效应，超导合金具有零电阻和强磁性等。
性能特点
功能金属材料及其性能特点
金属材料的应用与前景
04
航空航天领域的应用
航空航天领域是金属材料的重要应用领域，包括铝合金、钛合金、钢等金属材料。
钛合金在航空航天领域的应用也越来越广泛，如喷气发动机的叶片、火箭发动机等。
铝合金在航空航天领域应用广泛，如飞机机身、机翼、起落架等。
钢在航空航天领域的应用也十分重要，如飞机起落架、火箭壳体等。
案例三：不锈钢在建筑领域的应用
THANK YOU.
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通过高能机械球磨和长时间低温退火处理，制备具有纳米级晶粒和优异性能的金属材料。
金属材料的加工工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却凝固后获得所需形状和尺寸的金属零件。
铸造工艺
通过施加外力，使金属坯料变形，获得所需形状和尺寸的金属零件。
锻造工艺
通过熔融或压接金属零件，使它们连接在一起，形成完整的金属结构。
2023
金属材料课件ppt
目录
contents
金属材料概述金属材料的制备与加工常见金属材料及其性能特点金属材料的应用与前景金属材料的发展趋势与挑战案例分析与实践应用
金属材料概述
01
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
定义
金属材料包括纯金属、合金、金属间化合物、特种金属材料等。
功能金属材料是指具有特殊功能和用途的金属材料，如形状记忆合金、超导合金等，具有高灵敏度、高韧性等特点，广泛应用于医疗、能源等领域。
简介
功能金属材料包括形状记忆合金、超导合金、磁性合金等。
分类
功能金属材料的特殊功能和用途决定了其独特的性能特点，如形状记忆合金具有形状记忆效应，超导合金具有零电阻和强磁性等。
性能特点
功能金属材料及其性能特点
金属材料的应用与前景
04
航空航天领域的应用
航空航天领域是金属材料的重要应用领域，包括铝合金、钛合金、钢等金属材料。
钛合金在航空航天领域的应用也越来越广泛，如喷气发动机的叶片、火箭发动机等。
铝合金在航空航天领域应用广泛，如飞机机身、机翼、起落架等。
钢在航空航天领域的应用也十分重要，如飞机起落架、火箭壳体等。
案例三：不锈钢在建筑领域的应用
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Z、TZ）四部分顺序组成。 (A、B、C、D ，由A到D，其P、S含量依次下降，质量依
次提高）
如:Q235AF
11
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
1）普通碳素结构钢
成分：<0.4%C，P、S 量较多。 性能：可焊性、塑性好。 热处理：一般热轧状态供货，大多不热处理使用。 使用状态下组织：F+P
Q255
A B
0.18～ 0.28
0.40～ 0.70
0.30
0.050
F、b、
0.045 0.045 Z
10
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
我国钢的编号方法:汉语拼音字母、化学元素符号和 阿拉伯数字相结合的方法。
1）普通碳素结构钢
牌号：Q+屈服强度值+质量等级+脱氧方法（F、b、
质量 牌号 等级
化学成分（质量分数）%
C
Mn
Si S
P
不大于
脱氧 方法
Q235
A B
0.14～ 0.22
0.14～ 0.20
0.30～ 0.65
0.30～ 0.70
0.035
0.045
0.045
F、b、 Z
C ≤0.18 0.35～ D ≤0.17 0.80
0.045 0.040 Z 0.035 TZ
钉、螺母、垫圈
等，焊接件、冲
375460
压件及桥梁建设 26 等金属结构件。
A Q255
B Q275
0.180.28
0.280.38
0.400.70
0.3
0.50.8
0.4
0.05 0.045
0.035
0.045 255 0.045 275
410510
24
用于制造承受中 等载荷的零件，
如小轴、销子、
会产生冷脆（常温下塑性降低，并使得钢的焊接性能下
降）。应严格控制[P]。
5
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 2、碳钢的分类
（1）按钢的含碳量分类
碳素钢
低碳钢 0.25%C 中碳钢 0.25~0.6%C 高碳钢 0.6%C（通常<1.4%）
6
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
2、碳钢的分类
(2）按钢的质量分 (以磷、硫的含量划分)
490610
20 连杆、农机零件
等。
13
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
2）优质碳素结构钢
牌号：为两位数字, 表示钢平均含碳量的万分之几。 如：45钢 (平均含碳量0.45%C)
若Mn含量较高（0.7%-1.2%）时,牌号后加Mn。 如：20Mn、65Mn等。
14
§6-1 工业用钢
8
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 (4)按冶炼方法分
按炉别分
转炉钢 电炉钢
转炉炼钢
按脱氧程度分
沸腾钢：脱氧不充分，浇注时C与O反应发生
(F) 沸腾。这种钢成材率高，但不致密。
镇静钢:脱氧充分，组织致密，成材率低。
(b)
半镇静钢：介于前两者之间。
(Z)
9
一、 碳素钢 3、碳钢的牌号和用途
§6-1 工业用钢
1、常存杂质元素对钢的性能的影响
(3) 硫（S）:有害元素。生铁和燃料带来。不能除净。
பைடு நூலகம்
会产生热脆（使钢在高温时沿着晶界开裂）。
避免热脆方法:1)控制[S] 。2)增加[Mn],Mn+S--MnS 熔点高(1620℃),颗粒状分布在晶粒内,高温下有一定塑 性,避免发生热脆。
(4) 磷（P）:有害元素。生铁和燃料带来。不能除净。
1、常存杂质元素对钢的性能的影响
（1）锰（Mn）：钢中有益元素,来源于炼钢原料。 作用：脱氧、去硫、固溶强化 含量：一般Mn0.25-0.80%。
（2）硅（ Si ）:钢中有益元素,来源于炼钢原料。 作用：固溶强化、脱氧。 含量：一般Si＜0.4%。
4
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 （含碳量低于2.11%的铁碳合金）
普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。
根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
钢类
普通质量钢 优质钢 高级优质钢 特级优质钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.035 ≤0.030
≤0.045 ≤0.035 ≤0.030
≤0.025 ≤0.020
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.035 ≤0.025
热轧钢板
用途：常以热轧型材使用,约占钢材总量的70%。
用于建筑结构，适合焊接、 铆接、栓接等。
12
普通碳素结构钢的性能与用途
化学成分/%
牌号
等 级C
Si Mn
≤
力学性能
S
P бs/ бb/M δ 应用举例
Mpa pa /%
Q195
0.060.12
0.250.50
0.3
0.05
0.045 195
315390
工程材料与机械制造基础
1
第6章 常用金属材料
§6-1 工 业 用 钢
一、碳素钢 二、合金钢
一、概述
§6-2 铸 铁
二、铸铁的石墨化及其影响因素 三、常用铸铁
一、铝及其合金
§6-3 有色金属及其合金
二、铜及其合金
2
§6-1 工业用钢
工业用钢分类
（按化学成分类）
碳素钢 合金钢
3
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 （含碳量低于2.11%的铁碳合金）
≤0.045 ≤0.035 ≤0.025
≤0.025 ≤0.0157
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 2、碳钢的分类
(3)按用途分类
● 碳素结构钢( 一般为含碳量<0.7%的低、中碳钢) 用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件及机器 零件(如齿轮、轴、连杆、螺母等)等。 ●碳素工具钢 ( 一般为含碳量>0.7%的高碳钢) 用于制造各种刀具、量具、模具等，在质量上都是优质钢 或高级优质钢。
轮、钢丝绳等 15
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
3）碳素工具钢
0.65%-1.35%C，属高级优质高碳钢。
牌号：T+数字+质量级别，
数字-平均含碳量的千分之几;
如：T8A(平均含碳量0.8%C的高级优质碳素工具钢)
一、 碳素钢 3、碳钢的牌号和用途 2）优质碳素结构钢
牌号
08F、 10
常用优质碳素结构的性能与用途
性能
用途
塑性好、强度低
薄钢板、冷冲压 件、容器
15、20、钢渗碳后，表面可获得高硬度、 齿轮、连杆、轴
25
高耐磨性，心部良好塑韧性
类零件
55、60 适当热处理后有高耐磨性、弹性 弹簧、钢轨、车
以上钢 极限和强度
33
A
Q215
B
0.090.15
A
0.140.22
0.30.65
B Q235
0.120.20
0.30.70
C ≤0.18 0.3-
D ≤0.17 0.80
0.3 0.05 0.045
0.05
0.03 0.045 5
0.04 0.035
0.045
0.045 235
0.04
31
用于制造受力不
大的零件，如螺
次提高）
如:Q235AF
11
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
1）普通碳素结构钢
成分：<0.4%C，P、S 量较多。 性能：可焊性、塑性好。 热处理：一般热轧状态供货，大多不热处理使用。 使用状态下组织：F+P
Q255
A B
0.18～ 0.28
0.40～ 0.70
0.30
0.050
F、b、
0.045 0.045 Z
10
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
我国钢的编号方法:汉语拼音字母、化学元素符号和 阿拉伯数字相结合的方法。
1）普通碳素结构钢
牌号：Q+屈服强度值+质量等级+脱氧方法（F、b、
质量 牌号 等级
化学成分（质量分数）%
C
Mn
Si S
P
不大于
脱氧 方法
Q235
A B
0.14～ 0.22
0.14～ 0.20
0.30～ 0.65
0.30～ 0.70
0.035
0.045
0.045
F、b、 Z
C ≤0.18 0.35～ D ≤0.17 0.80
0.045 0.040 Z 0.035 TZ
钉、螺母、垫圈
等，焊接件、冲
375460
压件及桥梁建设 26 等金属结构件。
A Q255
B Q275
0.180.28
0.280.38
0.400.70
0.3
0.50.8
0.4
0.05 0.045
0.035
0.045 255 0.045 275
410510
24
用于制造承受中 等载荷的零件，
如小轴、销子、
会产生冷脆（常温下塑性降低，并使得钢的焊接性能下
降）。应严格控制[P]。
5
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 2、碳钢的分类
（1）按钢的含碳量分类
碳素钢
低碳钢 0.25%C 中碳钢 0.25~0.6%C 高碳钢 0.6%C（通常<1.4%）
6
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
2、碳钢的分类
(2）按钢的质量分 (以磷、硫的含量划分)
490610
20 连杆、农机零件
等。
13
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
2）优质碳素结构钢
牌号：为两位数字, 表示钢平均含碳量的万分之几。 如：45钢 (平均含碳量0.45%C)
若Mn含量较高（0.7%-1.2%）时,牌号后加Mn。 如：20Mn、65Mn等。
14
§6-1 工业用钢
8
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 (4)按冶炼方法分
按炉别分
转炉钢 电炉钢
转炉炼钢
按脱氧程度分
沸腾钢：脱氧不充分，浇注时C与O反应发生
(F) 沸腾。这种钢成材率高，但不致密。
镇静钢:脱氧充分，组织致密，成材率低。
(b)
半镇静钢：介于前两者之间。
(Z)
9
一、 碳素钢 3、碳钢的牌号和用途
§6-1 工业用钢
1、常存杂质元素对钢的性能的影响
(3) 硫（S）:有害元素。生铁和燃料带来。不能除净。
பைடு நூலகம்
会产生热脆（使钢在高温时沿着晶界开裂）。
避免热脆方法:1)控制[S] 。2)增加[Mn],Mn+S--MnS 熔点高(1620℃),颗粒状分布在晶粒内,高温下有一定塑 性,避免发生热脆。
(4) 磷（P）:有害元素。生铁和燃料带来。不能除净。
1、常存杂质元素对钢的性能的影响
（1）锰（Mn）：钢中有益元素,来源于炼钢原料。 作用：脱氧、去硫、固溶强化 含量：一般Mn0.25-0.80%。
（2）硅（ Si ）:钢中有益元素,来源于炼钢原料。 作用：固溶强化、脱氧。 含量：一般Si＜0.4%。
4
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 （含碳量低于2.11%的铁碳合金）
普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。
根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
钢类
普通质量钢 优质钢 高级优质钢 特级优质钢
碳素钢
P
S
≤0.045 ≤0.035 ≤0.030
≤0.045 ≤0.035 ≤0.030
≤0.025 ≤0.020
合金钢
P
S
≤0.045 ≤0.035 ≤0.025
热轧钢板
用途：常以热轧型材使用,约占钢材总量的70%。
用于建筑结构，适合焊接、 铆接、栓接等。
12
普通碳素结构钢的性能与用途
化学成分/%
牌号
等 级C
Si Mn
≤
力学性能
S
P бs/ бb/M δ 应用举例
Mpa pa /%
Q195
0.060.12
0.250.50
0.3
0.05
0.045 195
315390
工程材料与机械制造基础
1
第6章 常用金属材料
§6-1 工 业 用 钢
一、碳素钢 二、合金钢
一、概述
§6-2 铸 铁
二、铸铁的石墨化及其影响因素 三、常用铸铁
一、铝及其合金
§6-3 有色金属及其合金
二、铜及其合金
2
§6-1 工业用钢
工业用钢分类
（按化学成分类）
碳素钢 合金钢
3
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 （含碳量低于2.11%的铁碳合金）
≤0.045 ≤0.035 ≤0.025
≤0.025 ≤0.0157
§6-1 工业用钢
一、 碳素钢 2、碳钢的分类
(3)按用途分类
● 碳素结构钢( 一般为含碳量<0.7%的低、中碳钢) 用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件及机器 零件(如齿轮、轴、连杆、螺母等)等。 ●碳素工具钢 ( 一般为含碳量>0.7%的高碳钢) 用于制造各种刀具、量具、模具等，在质量上都是优质钢 或高级优质钢。
轮、钢丝绳等 15
一、 碳素钢
§6-1 工业用钢
3、碳钢的牌号和用途
3）碳素工具钢
0.65%-1.35%C，属高级优质高碳钢。
牌号：T+数字+质量级别，
数字-平均含碳量的千分之几;
如：T8A(平均含碳量0.8%C的高级优质碳素工具钢)
一、 碳素钢 3、碳钢的牌号和用途 2）优质碳素结构钢
牌号
08F、 10
常用优质碳素结构的性能与用途
性能
用途
塑性好、强度低
薄钢板、冷冲压 件、容器
15、20、钢渗碳后，表面可获得高硬度、 齿轮、连杆、轴
25
高耐磨性，心部良好塑韧性
类零件
55、60 适当热处理后有高耐磨性、弹性 弹簧、钢轨、车
以上钢 极限和强度
33
A
Q215
B
0.090.15
A
0.140.22
0.30.65
B Q235
0.120.20
0.30.70
C ≤0.18 0.3-
D ≤0.17 0.80
0.3 0.05 0.045
0.05
0.03 0.045 5
0.04 0.035
0.045
0.045 235
0.04
31
用于制造受力不
大的零件，如螺