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第三章金属材料及热处理

金属材料是现代机械工业使用最广泛的材料，品类繁多，性能各不相同，合理选用金属材料和正确运用热处理方法，可以充分发挥金属材料的机械性能，提高产品的质量。金属可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要是指钢和铸铁，以铁和碳为基本组成元素形成铁碳合金，即碳素钢。在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如铬、锰、镍、钴等成为合金钢。有色金属是指非铁金属及其合金，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。

一、碳素钢的分类、编号和用途

碳素钢简称碳钢，是含碳量小于2．11％的铁碳合金，具有较好的机械性能、良好的锻

压性能、焊接性能和切削加]：性能，价格比合金钢低，在机械工业中得到广泛使用。

(一)碳素钢的分类

1．按钢的含碳量分类

低碳钢——含碳量≤0．25％；

中碳钢——含碳量：0．30％-0．55％；

高碳钢——含碳量≥0．60％。

2．按钢的质量分类

普通碳素钢：硫、磷含量分别≤O．055％和O．045％

优质碳素钢：硫、磷含量均≤0．040％；

高级优质碳素钢：S、P含量0．030％-0．035％。

3．按钢的用途分类

碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器件，这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。

碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具，这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。

(二)碳素钢牌号和用途

1．普通碳素结构钢

甲类钢：这类钢出厂时按保证机械性能供应，除硫、磷外不保征化学成分。甲类钢的牌号以“甲”或“A”字加上阿拉伯序数表示，共1-7级，即甲l、甲2、…、甲7(或A1、A2、…、

A7)，数字越大，强度越高，塑性越差，主要用来制造钢板、角钢、圆钢和工字钢等。

乙类钢：这类钢出厂时按化学成分供应，不保证机械性能。乙类钢的牌号用“乙”或“旷

加上阿拉伯数字表示，也分为1-7级，即乙1、乙1、…、乙7(或Dl、u2、…、B7)，数字

越大，含碳量越高，主要用于制造不重要的零件，一般须经热处理。

2．优质碳素结构钢

优质碳素结构钢既要保证钢的化学成分，还要保证机械性能

其机械性能，用于制造比较重要的零什。

般都需经过热处理以提高

优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，以o．01％为单位，含义是钢中平均含碳量的

万分之二，如果钢中含锰量较高，在钢号后面加“Mn"：

含碳量较低的08、lO、15、20、25等钢强度低，塑性好，可焊性也好，主要用来制造

各种容器、冲压什或焊接件。

含碳量中等的30、35、40、45、50等钢强度高，韧性和加工性也较好轮等，以40、45钢应

用最广泛，通常须经淬火、回火等热处理后使用。

含碳量较高的55、65、?O等钢，淬火后有较高的强度、硬度和弹性和钢丝绳。

3．碳素工具钢

碳素工具含碳量为0．7％～1．35％，其牌号用“碳”或“T”的后面附以数字表示，

数字表示钢中的平均含碳量，以0．10％为单位，如T8、T12表示含碳量为0．80％和1．2

％的碳素工具钢。

碳素工具钢淬火和低温回火后有很高的硬度和耐磨性，主要用于制造各种量具、刃具、

模具等。

二、合金钢的分类，编号和用途

合金钢是在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如Cr、Mn、Ni等，改变合金的组织

结构，使其具有特殊的机械性能或特殊的使用要求。

(一)合金钢的分类

合金钢的分类方法很多，通常按用途进行分类：

(1)合金结构钢——用于制造工程构件和重要零件；

(2)合金工具钢——用于制造工具；

(3)特殊性能钢——用于制造特殊性能的构件和零件。

(二)合金钢的编号和用途

1．合金钢的编号

(1)采用数字加元素符号加数字的方法，前面的数字表示钢的平均含碳量，以万分之几

表示，合金元素用化学符号表示，后面的数字表示合金元素的含量，以平均含量的百分之几

表示。若合金元素含量低于1．5％时，编号中只标明元素，不标明含量，如60Si2Mn，表

示含碳含量在

0．60％左右，硅含量为2％左右，锰含量在1．5％以下。

(2)钢号末尾加“A”，表示该钢为高级优质钢。如60Si2MnA。

(3)若表示钢的特殊用途，在钢号前面加特殊字母，如GCrl5中的“G”表示滚动轴承用

钢。

(4)合金钢中的含碳量，以平均含碳量的万分之几表示，如40Cr表示平均含碳量为o．4 ％。合金工具钢的含碳量，以千分之几表示，若超过1％时，钢号中不标出其含碳量。如 9Mn2 √，表示含碳是为0．9％，CrWMn表示碳含量大于1％，高速钢中的含碳量一般不标出。

不锈钢的含碳量也是以千分之几表示，如2Crl3，含碳量为0．02％。

2．合金结构钢

(1)普通低合金钢：该钢是一种低碳结构用钢，合金元素含量较少，一般在3％以下，这

类钢的强度显著高于相同碳量的碳素钢，同时还具有较好的韧性和塑性以及良好的焊接性和

耐蚀性，常用于制造锅炉、高压容器、船舶、桥梁等。常用的低合金钢有09Mil2、16Mn、

15Mn√等。

(2)渗碳钢：渗碳钢的含碳量都较低，大约介于o．1％-0．25％之间，属于低碳钢，这

类钢一般须经渗碳处理，提高其机械性能。合金渗碳钢中所含的合金元素有铬、镍、锰、硼等，这些元素可提高钢的淬透性和高渗碳层的机械性能。常用的渗碳钢有15Cr、20Cr、

20CrMn、20CrMnTi、20CrMo等。

(3)调质钢：调质钢大多属于碳钢，含碳量在O．27％-0．50％之间，经调质处理后，具

有高