机械制造基础第二章6

2.5.5 工具钢----合金工具钢 工具钢----合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。 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 还具有更高的红硬性。 和耐磨性 还具有更高的红硬性。
1、合金刃具钢
用途： 用途：主要用于制造各种 金属切削刀具，如车刀、铣刀、 金属切削刀具，如车刀、铣刀、 钻头等。 钻头等。
用途： 齿轮、主轴等。 用途：用作各种较重要的机器零件 如：齿轮、主轴等。
3）碳素工具钢 ） 牌号： 加数字表示， 牌号 ： 用 “ T”加数字表示， 该数字表示钢中平均含 加数字表示 碳量的千分之几。 碳量的千分之几。 如： T8， T9等。 ， 等 T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 ：表示碳的平均含碳量为 的碳素工具钢。 的碳素工具钢 用途：用来制作各种刀具、 用途：用来制作各种刀具、量具和模 具。 4）合金结构钢 ） 数字+化学元素符号 数字 数字 化学元素符号+数字，前面数字表示钢的平均含 化学元素符号 数字， 碳量，以万分之几表示， 碳量，以万分之几表示，后面数字表示该合金元素的平均 含量，以百分之几表示，但低于1.5%时不标。若为高级优 时不标。 含量，以百分之几表示，但低于 时不标 质 钢 在 最 后 加 “ A” 字 ， 如 60Si2Mn ， 滚 动 轴 承 钢 ， GCr15SiMn。 。
5）合金工具钢 ） 合金工具钢牌号为数字 化学元素符号 数字。 合金工具钢牌号为数字+化学元素符号 数字。前面数字表 数字 化学元素符号+数字 示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但高于1.0%时不标， 时不标， 示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但高于 时不标 高速钢例外，其低于1.0%时也不标，其余同合金结构钢，如 时也不标， 高速钢例外，其低于 时也不标 其余同合金结构钢， 5CrMnMo。 。
2.5.3 合金元素在钢中的作用 1.分布 分布 四种存在形式 2.作用 作用 细化晶粒 提高淬透性 提高回火稳定性 改变焊接性
2.5.3 结构钢 1. 普通碳素结构钢 2. 合金结构钢 1）低合金高强度结构钢 低碳，合金含量小于3%。主加元素为Mn其强化了铁素体， 低碳，合金含量小于3%。主加元素为Mn其强化了铁素体， 3% Mn其强化了铁素体 提高了强度； Ti等元素使晶粒细化 使韧性提高。 等元素使晶粒细化， 提高了强度；V，Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。 建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛 中应用广泛。 16Mn为最广 为最广。 在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn为最广。 2）合金渗碳钢 ） 含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性， 含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合金 0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性 小于3% Cr、 提高了淬透性， 含量小于3%。主加元素为Cr Mn、 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。 使晶粒细化，耐磨性提高 Q235
不锈钢在石油化工、 不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生 活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵， 活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵， 医疗手术器械，防锈刃具和量具等。 医疗手术器械，防锈刃具和量具等。 根据不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种: 根据不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种: 不锈钢室温下组织的不同
2.钢的编号 钢的编号 1）普通碳素结构钢 含碳量在0 06% 磷含量较高， 含碳量在0.06%∼0.38%之间，硫、磷含量较高，在供应 38%之间， 状态下使用，不需热处理。常用于一般工程结构及普通零件。 状态下使用，不需热处理。常用于一般工程结构及普通零件。 其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母Q 屈服点的数值、 其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、 质量等级符号(A (A、 D)和脱氧方法符号(F、 和脱氧方法符号(F 质量等级符号(A、B、C、D)和脱氧方法符号(F、b、Z、TZ) 组成。 235-- F 表示其屈服点为235MPa，质量等级为A --A 235MPa 组成。如Q235--A·F，表示其屈服点为235MPa，质量等级为A 沸腾钢。 级，沸腾钢。 用途：薄板，铁丝， 小轴，螺栓等。 用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。 2）优质碳素结构钢 按化学成分和力学性能供应，杂质含量少，表面质量、 按化学成分和力学性能供应，杂质含量少，表面质量、 组织结构的均匀性较好，需经热处理，用于重要的零件。 组织结构的均匀性较好，需经热处理，用于重要的零件。其 牌号采用两位数字来表示， 牌号采用两位数字来表示，表示该钢号的平均含碳量的万分 之几。 根据含锰量不同分为普通含锰量（ 25% 之几 。 根据含锰量不同分为普通含锰量 （ 0.25%∼0.8% ） 和 较高含锰量（ 75% 两种，后者加“Mn”， 20钢为 较高含锰量（0.75%∼1.2%）两种，后者加“Mn ，如20钢为 含碳0 65Mn为含碳0 65% 较高含锰量。 Mn为含碳 含碳0.2%，65Mn为含碳0.65%，较高含锰量。
铣 刀
性能： 性能： （1）高硬度，60HRC以上； 高硬度，60HRC以上； 以上 （2）高的耐磨性； 高的耐磨性； （3）高热硬性 ； 英制模板刀 （4）足够的塑性和韧性 。
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。 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
变 主要用于表面要 求硬而耐磨， 求硬而耐磨，心部具 有足够强度和韧性的 零件， 零件，如：汽车变速 箱的齿轮等。 箱的齿轮等。 以20Cr、20CrTiMn 0Cr、 为最广。 为最广。 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 含碳量为0.25%--0.5%,主加元素为Cr、Mn、Si、Ni等以提 0.25%--0.5%,主加元素为Cr 高淬透性和强化铁素体.调质钢具有良好的综合力学性能。 高淬透性和强化铁素体.调质钢具有良好的综合力学性能。
2.5 碳素钢及合金钢
钢的分类及牌号 2.5.1 钢的分类及牌号
1.分类 分类 1）按化学成分分类
0.04% < wc ≤ 0.25% 低碳钢
碳素钢
பைடு நூலகம்
低合金钢 中合金钢 高合金钢
0.25 % < wc ≤ 0.6% 中碳钢 合金钢 0.6% < wc < 2.11 % 高碳钢
2）按钢的质量分类：有害杂质硫、磷的含量 按钢的质量分类：有害杂质硫、 普通碳素钢
游 标 卡 尺
千 分 尺
性能要求： 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； 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。 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。
3、合金模具钢 、
合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。 合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。 冷作模具钢 两大类 冷作模具钢 用途： 用途：冷模具用于制造 各种冷冲模、冷镦模、 各种冷冲模、冷镦模、冷挤 压模和拉丝模等， 压模和拉丝模等，工作温度 不超过200 ℃～ ℃。 不超过200 ℃～300 ℃。
马氏体型不锈钢
铁素体型不锈钢
奥氏体型不锈钢 奥氏体型不锈钢
马氏体型不锈钢
如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13 1Cr13、2Cr13、3Cr13、
含碳为0.1%--0.4%,含铬为12%--13%.主要用于力学性能要求不高, 含碳为0.1%--0.4%,含铬为12%--13%.主要用于力学性能要求不高, 0.1%--0.4%,含铬为12%--13%.主要用于力学性能要求不高 耐蚀性要求较低的零件. 耐蚀性要求较低的零件.如:
不锈钢船用螺旋桨
不锈钢剪刀
铁素体型不锈钢
1Cr17、 如：1Cr17、1Cr17Ti等
这类钢的铬质量分数为17%～30%，碳质量分数低于0.15%.主要用 这类钢的铬质量分数为17%～30%，碳质量分数低于0.15%.主要用 17% 0.15%. 作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道 容器和管道等 作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道等。
如：9Mn2V、CrWMn 9Mn2V、
热作模具钢 用途： 用途：热作模具钢用于制造各 种热锻模、热压模、 种热锻模、热压模、热挤压模和压 铸模等， 铸模等，工作时型腔表面温度可达 ℃以上 以上。 600 ℃以上。 性能要求： 性能要求： 高硬度，58～ ① 高硬度，58～62 HRC; 高耐磨性; ② 高耐磨性; ③ 足够的韧性和疲劳抗力
如：5CrMnMo、5CrNiMo 5CrMnMo、
2.5.6 特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢. 特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢.它主要 包括不锈钢 耐磨钢等 不锈钢, 包括不锈钢,耐磨钢等. 1、不锈钢 能抵抗大气, 能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢。 咸或其它介质腐蚀的钢
w p ≤ 0.045%, ws ≤ 0.050%
优质碳素钢 w p ≤ 0.035%, ws ≤ 0.035% 高级优质碳素钢 w p ≤ 0.035%, ws ≤ 0.030%
3）按用途分为： 按用途分为： 结构钢： 制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、 结构钢： 制造各种机器零件及工程构件 ， 大都是低碳钢 、 中碳钢和低合金钢 中合金钢。 低合金钢、 中碳钢和低合金钢、中合金钢。 工具钢： 制造各种刃具、 量具和模具等， 大都是高碳钢， 工具钢： 制造各种刃具 、 量具和模具等 ， 大都是高碳钢 ， 属优质钢或高级优质钢。 属优质钢或高级优质钢。 4）按冶炼时脱氧程度的不同分类 沸腾钢：不脱氧的钢； 沸腾钢：不脱氧的钢； 镇静钢：完全脱氧钢； 镇静钢：完全脱氧钢； 半镇静钢：半脱氧钢。 半镇静钢：半脱氧钢。 5）按金相组织分 ） 亚共析钢、共析钢、过共析钢。 亚共析钢、共析钢、过共析钢。
2.5.2 钢中杂质对钢性能的影响
1、硅和锰的影响： 、硅和锰的影响： 有益元素。不但可以溶于F中 产生强化作用， 有益元素。 不但可以溶于 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。 能消除硫对钢的危害。 强度和硬度提高；而且 能消除硫对钢的危害 2、磷的影响： 、磷的影响： 有害元素，使钢产生冷脆性。 有害元素，使钢产生冷脆性。 3、硫的影响： 、硫的影响： 有害元素，使钢产生热脆性。 有害元素，使钢产生热脆性。
离合器弹簧
拉力弹簧
5）滚动轴承钢
如：GCr15
主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、 主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚 滚动体 针）、内外套圈等，属专用结构钢。 ）、内外套圈等，属专用结构钢。 内外套圈等 碳质量分数一般为0.95%--1.10% 0.95%--1.10%， 碳质量分数一般为0.95%--1.10%，以保证其高硬 高耐磨性和高强度。 度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素 ，铬含量 0.40%--1.65%。高碳低铬。 --1.65% 为0.40%--1.65%。高碳低铬。
曲轴
连杆
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、 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， 齿轮、轴类件、连杆等 器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆等。
4）合金弹簧钢
它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-弹性 0.5% 0.7%,主加元素为Cr、Mn、Si等以提高淬透性和弹性极限 主加元素为Cr 等以提高淬透性和弹性极限。 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， 专用结构钢，主要用于 制造各种弹簧 弹簧和弹性元 制造各种弹簧和弹性元 件。