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学习情境一认识铁碳合金的组织和性能学习情境一认识铁碳合金的组织和性能1.1任务描述任务描述在机械工业中，应用最广泛的材料是金属，根据不同的使用目的和工作条件，对金属材料在性能上提出了不同的要求。为了在机械制造中能够合理的选择金属材料，正确的制定各种加工工艺过程，充分发挥金属材料的性能潜力，达到既节约金属材料又保证产品质量的目的，就必须掌握金属材料的性能。金属材料包括钢铁材料、有色金属及其合金。由于金属材料具有良好的力学性能、物理性能、化学性能及工艺性能，能采用比较简便和经济的工艺方法来做成零件，因此金属材料是目前应用最广泛的材料。普通碳钢和铸铁又是应用最广泛的金属材料，本情境中对其中的普通碳钢的组织和性能进行深入研究。【知识点知识点】金属的强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。金属和合金、晶体、晶格、同素异晶转变。铁素体、渗碳体、珠光体、奥氏体、莱氏体。Fe-Fe3C相图，钢的组织对性能的影响。常见金属材料。【技能点技能点】掌握金属的机械性能及其性能指标。掌握金属的结晶及同素异晶转变。掌握铁碳合金的基本组织和性能。了解铁碳合金的平衡结晶过程及其获得组织。掌握Fe-Fe3C相图及其应用。1.2任务分析任务分析在工程技术上，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、锡、镍、铬、锰等。但是用得更多的是它们的合金。普通碳钢和铸铁是铁碳合金，合金钢和合金铸铁实际上是加入合金元素的铁碳合金。各种金属及合金的性能均不相同，对某种金属或合金来说还可以用热处理方法来改变它的性服以满足工程技术的需要。这种性能上的差异及能够改变的原因，就在于它的结构。因为，不论金属还是合金，它们的性能都取决于其结构与组织。深入研究铁碳合金的内部组织和结构，进而进一步的了解常用普通碳钢的性能，为机械制造中合理的选择金属材料以及进一步提高金属材料的性能做准备。1.3工艺基础工艺基础一、一、金属的性能金属的性能金属的性能，主要分为使用性能和工艺性能两方面。所谓使用性能，是指材料在使用时所表现出来的性质和适应能力，如物理性能、化学性能和机械性能等。所谓工艺性能，是指金属在加工时所表现出来的适应能力和难易程度。按加工的方法可分为铸造性能、压力加工性能，焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。1.金属的物理性能所谓物理性能，是指金属材料在固态下所表现出来的一系列物理现象。它们对金属材料的使用和加工，存在着一定的影响。具体有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等。2.金属的化学性能金属抵抗外界化学介质侵蚀的能力称金属的化学性能主要包括耐蚀性，抗氧化性等。3.金属的机械性能任何机器零件工作时都会受到外力(载荷)的作用。如行车吊运重物，钢丝绳会受到重物拉力的作用。在外力作用下，材料所表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力称机械性能，也称材料的力学性能。按外力的作用形式，常分为静载荷、冲击载荷和交变载荷等。材料的机械性能也分为强度、塑性、硬度。冲击韧性和疲劳强度等。1）强度金属材料的强度，是指金属在外力(载荷)作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。材料的强度越高，所能承受的外力也越大。强度用应力(抗力)表示，其符号为，单位为N/mm2。金属的强度因外力作用的性质不同，常分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度和扭转强度等。工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服点和抗拉强度。不同的金属，其抵抗外力作用的能力是不同的，因此其强度值差别很大。金属材料的屈服点和抗拉强度是通过拉伸试验测定的。图1-1拉伸试样图1-2低碳钢的拉伸曲线金属材料受外力作用时，其内部也产生了抵抗力，单位横截面上的抵抗力就称为应力。以表示：式中 应力，MPa;F 外力，N;S 横截面积，mm2 （MPa）2）塑性金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。金属材料常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率。式中L0试样的原始标距长度，mmL1试样拉断后的标距长度，mmS0试样的原始截面积，mm2S1试样拉断后断口处的截面积，mm23）硬度硬度也是金属材料在静载荷作用下的机械性能指标之一。通常是指金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力，是金属抵抗表面局部变形和破坏的抗力。硬度是通过硬度试验测得的。测定硬度的方法很多，常用的有布氏硬度(Brinellhardness)、洛氏硬度(Rockwellhardness)和维氏硬度(Vickershardness)试验方法。（1）布氏硬度布氏硬度的测定是在布氏硬度机上进行的，其测量原理如图1-3所示。用符号HBS表示。图1-3布氏硬度测量原理（2）洛氏硬度洛氏硬度的测定在洛氏硬度机上进行。与布氏硬度试验一样，洛氏硬度也是一种压入硬度试验,但它不是测量压痕面积，而是测量压痕的深度，以深度大小表示材料的硬度值。用顶角为120的金刚石圆锥或直径为1.588mm的淬火钢球作压头，先加初载荷，再加主载荷，将压头压入金属表面，保持一定时间后卸除主载荷，根据压痕的残余深度确定硬度值。硬度值，用符号HR表示。为了能在同一洛氏硬度机上测定从软到硬的材料硬度，采用了由不同的压头和载荷组成的几种不同的洛氏硬度标尺，并用字母在HR后加以注明，常用的洛氏硬度是HRA、HRB和HRC三种,其中HRC应用最为广泛。三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围见表1-1。硬度标尺压头类型总试验力(N)硬度值有效范围应用举例HRC120金刚石圆锥体1471.02067HRC一般淬火钢件HRB1/16钢球980.725-1OOHRB软钢、退火钢、铜合金等HRA120金刚石圆锥体588.46085HRA硬质合金、表面淬火钢等（3）维氏硬度维氏硬度试验原理基本上与布氏硬度相同，也是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值。所不同的是采用相对面夹角为136的正四棱锥体金刚石作压头。试验时，用选定的载荷F将压头压入试样表面，保持规定时间后卸除载荷，在试样表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕两对角线长度，求其算术平均值，用以计算出压痕表面积，以压痕单位表面积上所承受的载荷大小表示维氏硬度值，用符号HV表示。4）冲击韧性前面讲到的性能，被测金属所受到的载荷都是从零开始逐渐增大的，这种载荷，称静载荷。但许多零件或工具在实际使用时，除受到静载荷作用外，还会受到突然施加的外力在这种外力的作用下，零件和工具容易遭到破坏。这种突然作用的外力称为冲击裁荷。金属材料抵抗冲击载荷而不致被破坏的能力称冲击韧性。冲击韧性指标是以材料受冲击断裂时单位面积上所消耗的能量来表示的。通常用一次性摆锤弯曲冲击实验来测定材料的冲击韧性，其原理如图1-4所示。将带有缺口的标准冲击试样安放在冲击试验机的支座上，冲击试样的横截面尺寸为10mm10mm，长度为55mm，试样中部开有U形或V形缺口，试样缺口背向摆锤冲击方向。把质量为m的摆锤从一定高度H1落下，将试样冲断，冲断度样后，摆锤继续升到H2的高度。摆锤冲断试样所消耗的能量称为冲击吸收功，用符号AKU（AKv）表示。冲击吸收功Aku（AKv）可从冲击试验机刻度盘上直接读出。将冲击吸收功除以试样缺口底部横截面积，即得到冲击韧度值，冲击韧度用符号ku（ku）表示，其冲击韧度值用符号ku（ku）来表示，单位为Jcm2。ku（ku）=Aku（AKv）/S0式中Aku消耗在试样上的冲击功（J）S0试样断口横截面积（cm2）冲击值的大小，反映出金属材料韧性的好环。k愈大，表示材料的韧性愈好，抵抗冲击载荷而不被破坏的能力愈大。所以，工厂中对于长期在冲击力作用下工作的零件，在制造中要进行冲击韧性试验，如汽锤的锤杆，冲床的曲轴、发电机的转子等。图1-4冲击试验示意图5）疲劳强度高速旋转的传动轴常会发生突然断裂，使用频繁的弹簧会脆断，内燃机汽缸盖上的螺栓会断裂，汽车变速齿轮会产生崩齿现象。诸如此类的现象常是由于金属疲劳所引起的。虽然这些零件工作时受到的应力常小于材料的b，甚至小于s，但应力的大小和方向是变化的(称交变应力)。在交变应力作用下，表面的缺陷处(如刀痕、沟槽)将产生极微小的裂纹，并随应力不断作用而扩展，使有效截面减小，在偶然发生的振动作用下脆断，这种因疲劳引起的脆断现象，称金属的疲劳现象。所谓疲劳强度，是指金属材料经多次重复的交变载荷作用而仍不致引起疲劳断裂的最大交变应力。用符号-1表示，单位为Nmm2。金属的疲劳强度是通过疲劳试验来测定的，常用的是弯曲疲劳试验试验时规定钢铁材料应力交变的次数为106107次，有色金属为107108次。在上述多次交变应力的作用下，仍不致引起材料断裂的最大应力，称为金属材料的疲劳强度。4.金属的工艺性能是指将金属制成具有一定形状和良好性能的零件或零件毛坯的可能性以及难易程度。由金属材料到制成零件成品，需要经过多道加工工序，其中又分为冷、热加工。具体有铸造、压力加工(锻造、轧制、冲压、拉拔等)、焊接、热处理、切削加工等。按金属适应各种加工的可能和难易程度，常分为铸造性能、压力加工性能和切削加工性能。1）、金属的铸造性能，是指能否将金属材料用铸造方法制成优良铸件的性能它取决于铸造金属的流动性和收缩性。铸造是将熔化的金属或合金，注入铸型型腔内以获得相应铸件的工艺方法。2）、压力加工性能，是指能否用压力加工方法将金属加工成优良工件的性能。金属压力加工性能的好环，主要取决于金属本身塑性的好坏和变形抗力的大小。3）、焊接性能是指能否将金属用一定的焊接方法，焊成优良接头的性能它可以通过焊接试验来评定，其主要标准是产生裂缝的可能性和裂纹的多少，以及有无气孔产生。4）金属的切削加工性能是指能否将金属用刀具切削成具有一定的精度和表面粗糙度的零件的性能。金属切削性能的好环，主要与金属材料的硬度、韧性、化学成分和加工硬化程度等有关。一般比较理想的切削加工硬度为l80HBS260HBS。硬度太低材料韧性太强，切削时容易”粘刀”；硬度太高，切削时容易磨损刀具：表面抗力大，则切削量太小。但是，不同的切削方法有不同的具体要求如磨削要求金属的硬度要高些，铣齿又要求材料硬度、韧性不能太好。二、二、金属和合金的构造金属和合金的构造1、纯金属的构造1）晶体与非晶体 材料的晶体性质材料的晶体性质晶体晶体非晶体非晶体构成晶体的原子、分子或原子集团构成晶体的原子、分子或原子集团在空间是按一定的几何规律规则排在空间是按一定的几何规律规则排列的，因而晶体具有一定的熔点，列的，因而晶体具有一定的熔点，且具有各向异性的特点。绝大多数且具有各向异性的特点。绝大多数的工程材料，如金属及其合金、陶的工程材料，如金属及其合金、陶瓷等，天然的岩石、矿物都是晶体。瓷等，天然的岩石、矿物都是晶体。非晶体中的质点是无规排列的，如非晶体中的质点是无规排列的，如多数的玻璃和聚合物。多数的玻璃和聚合物。2）晶格及常见晶格类型）晶格及常见晶格类型为了便于理解和描述晶体中原子排列的情况（图15a），常用一些假想的几何线条将晶体中各原子的振动中心连接起来所构成的空间格子称为晶格，如图15b所示。一种晶格反映出一定的排列规律。为便于研究，通常是取晶格的一个基本单元晶胞（图15c）来描述晶体的结晶构造。图15晶体、晶格和晶胞的示意图 三种典型晶体结构体心立方体心立方面心立方面心立方密排六方密排六方体心立方晶格具有该种具有该种晶体结构晶体结构的金属有的金属有CrCr、V V、MoMo、W W和和-Fe-Fe等等3030多种多种 体心立方晶格参数晶胞原子数：面心立方晶格具有该种晶体结构的金属有Al、Cu、Ni和-Fe等约20种 密排六方晶格具有该种晶体结构的金属有Mg、Zn、Cd、Be等20多种 3）金属的结晶金属从液体状态转变成晶体状态（固态）的过程称为结晶。从原子排列的情况来看，结晶就是原子从不规则状态（液态）过渡到规则状态（固态）的过程。实验证明，结晶过程分为两个阶段，即晶核（结晶核心）的形成和晶核的成长。当晶核开始出现后，液态金属的原子就以它为中心，按一定的几何形状不断地排列起来，形成晶体。在晶体成长的同时，在液体中又产生新的晶核，并逐渐长大，直到液体完全消失为止。4）同素异晶转变金属的晶格类型并非一成不变。某些金属，例如铁、锰、锡、钛等，凝固后随温度的变化，还会发生晶格类型的改变。这种因温度变化而发生晶格改变的现象，称为同素异晶转变。如纯铁液体在冷却到1538时，凝固成具有体心立方晶格的固体。这种具有体心立方立格的固体称为Fe。当冷却到1394时，即发生晶格的转变，由体心立方晶格转变为而面心立方晶格。这种具有面心立方易格的固体称Fe。当继续冷却到912时，又将发生由面心立方晶格转变成体心立方晶格，这种具有体心立方晶格的固体称Fe；以上两次晶格转变过程称为同素异晶转变。同素异晶转变是可逆的，它是材料能否进行热处理的重要依据之一。纯铁的同素异晶转变过程，可用下列转变式表示：图1-7纯铁的冷却曲线2、合金的构造合金是由两种或两种以上的金属元素或非全属与非金属元素构成的具有金属特性的物质。例如钢和生铁就是铁和碳的合金，黄铜就是铜和锌的合金。合金的结构比纯金属复杂得多。由于构成合金的元素相互作用不同，合金的构造常可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种。1）固溶体固溶体是以一种金属元素的晶格为溶剂其他元素的原子为溶质，溶质原子溶入溶剂晶格而形成的均匀固体。2）金属化合物金属化合物是构成合金的元素相互化合而生成的新物质。3）机械混合物机械混合物是两种或两种以上的金属晶体相互混合而成的组织。3、铁碳合金的基本组织和性能1）、钢的基本组织和性能钢是铁和碳的合金。铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体等五种。其中当钢液以极其缓慢的速度冷却时，在室温下生成的组织，称为平衡状态组织。钢在平衡状态下的基本组织，有铁素体、渗碳体和珠光体三种。1.4任务实施任务实施一、一、Fe-Fe3C相图相图通过对铁碳合金系中不同成分的合金进行实验，观察在极其缓慢加热和冷却过程中内部组织的变化，并绘制成相应的图形。这种表示在平衡条件下合金成分、温度、组织状态之间关系的图形称为铁碳合金相图。它是研究钢和铸铁的组织和性能的基础，是选择钢铁材料的依据，对制定铸、锻、焊、热处理等热加工工艺有重要的指导意义。铁碳相图 铁碳合金的组元和基本相钢铁材料按含碳量分类2）亚共析钢0.02180.77%C3）共析钢0.77%C4）过共析钢0.772.11%C5）亚共晶白口铁2.114.3%C6）共晶白口铁4.3%C7）过共晶白口铁4.36.69%C1）工业纯铁0.0218%C纯铁钢铸铁铁碳相图 钢钢铸铁铸铁纯铁纯铁1).相图中的点 1、Fe-Fe3相图分析1、Fe-Fe3相图分析符号符号 温度温度()WWC C（%）含义含义符号符号 温度温度()()WWC C（%）含义含义A A153815380 0纯铁熔点纯铁熔点K K7277276.696.69渗碳体成分渗碳体成分B B149514950.530.53包晶转变时包晶转变时液态金属成分液态金属成分J J149514950.170.17包晶点包晶点C C114811484.34.3共晶点共晶点MM7707700 0纯铁磁性转变点纯铁磁性转变点D D122712276.696.69渗碳体熔点渗碳体熔点N N139413940 0转变温度转变温度E E114811482.112.11碳在碳在-FeFe中中最大溶解度最大溶解度P P7277270.02180.0218碳在碳在-FeFe中中最大溶解度最大溶解度G G9129120 0转变温度转变温度S S7277270.770.77共析点共析点H H149514950.090.09碳在碳在-FeFe中中Q Q6006000.0060.006该温度下碳在该温度下碳在1).相图中的点 五个单相区：ABCD以上液相区LAHNA固溶体区（）NJESGN奥氏体区（或A）GPQG铁素体区（或F）DFKL渗碳体区（Fe3C）七个两相区：L+，L+，L+Fe3C，+，+，+Fe3C，+Fe3C2).相图中的区相图中的区1、Fe-Fe3相图分析1）HJB包晶线2）EFC共晶线转变产物为A与Fe3C的机械混合无，称为莱氏体（Ld）。3）PSK共析线转变产物为F与Fe3C的机械混合无，称为珠光体（P）3 3).).三条水平线三条水平线 1、Fe-Fe3相图分析1）GS线为A析出F的起始温度，或F全部转变为A的终了温度，又称A3线2）ES线为碳在A中的溶解度曲线，当温度低于此曲线时，就从A中析出Fe3C，称为二次渗碳体（记为Fe3CII）。ES线也叫Acm线。3）PQ线为碳在F中的固溶度曲线，当温度低于此曲线时，从F中析出Fe3C，称为三次渗碳体（记为Fe3CIII）。4 4).).三条固态转变线三条固态转变线 1、Fe-Fe3相图分析2.碳钢在平衡条件下的固态相变及组织铁碳相图 1).共析钢共析钢为含碳量0.77%C的铁碳合金。在S点以上为单相奥氏体（A），在S点发生共析反应：，生成的片状F与Fe3C相间的组织，称为珠光体（P）。在S点以下共析钢为珠光体P。2.碳钢在平衡条件下的固态相变及组织共析钢结晶组织示意图奥氏体珠光体2、碳钢在平衡条件下的固态相变及组织2).亚共析钢（以0.40%C为例）亚共析钢为含碳量在0.0218-0.77%C之间的铁碳合金。在亚共析钢平衡冷却过程中发生下列过程：12点：匀晶转变2点：包晶转变23点：匀晶转变34点：单相奥氏体A4点：开始从A析出F，由于析出了含碳量极低的F，使未转变的A含碳量增加，随着温度的降低，A与F的含碳量分别沿GS和GP线变化。5点：剩余A发生共析转变2、碳钢在平衡条件下的固态相变及组织亚共析钢结晶过程组织示意图 L1点以上L 12L 2点L 2334455点以下点以下2、碳钢在平衡条件下的固态相变及组织亚共析钢结晶过程显微组织 2、碳钢在平衡条件下的固态相变及组织3).过共析钢（含碳量大于0.77%C）过共析钢结晶过程显微组织 2、碳钢在平衡条件下的固态相变及组织2、碳钢在平衡条件下的固态相变及组织4).铸铁（含碳量2.116.69%C）3、含碳量对钢平衡组织及性能的影响+Fe3C+Fe3C+PP+Fe3CPLd+Fe3C+LdFe3C+LdLd+Fe3C+LdFe3C+Ld1).按组织组成物标注的Fe-Fe3C相图FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+L+F ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CA+Fe3C+LeLeLe+Fe3CLe+Fe3CLeP+Fe3C+LeP+Fe3CP+FPF+Fe3CC%温温度度2).含碳量对平衡组织的影响 3、含碳量对钢平衡组织及性能的影响2).含碳量对平衡组织的影响 3、含碳量对钢平衡组织及性能的影响钢钢铁素体铁素体 亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁共析钢共析钢白白 口口 铸铸 铁铁二次渗碳体二次渗碳体工工业业纯纯铁铁珠光体珠光体莱氏体莱氏体一次渗碳体一次渗碳体Fe3C钢钢 铁铁分分 类类组织组组织组成物相成物相对量对量%相组成相组成物相对物相对量量%含碳量含碳量%00.0218 0.772.114.36.6910010000三次渗碳体三次渗碳体3、含碳量对钢平衡组织及性能的影响 铁素体是软韧相，渗碳体是硬脆相。珠光体由铁素体和渗碳体组成，渗碳体以细片状分散地分布在铁素体的基体上，起了强化作用。与铁素体相比，珠光体具有较高的强度和硬度，但塑性较差。工程上应保证所使用的铁碳合金具有适当的塑性和韧性，对碳素钢和普通低中合金钢，含碳量一般不超过1.3%。3).含碳量对钢力学性能的影响3、含碳量对钢平衡组织及性能的影响 1）对切削加工性能的影响低碳钢中铁素体较多，塑韧性好，但易粘刀，切屑不易断。高碳钢中渗碳体多，硬度高，严重磨损刀具。中碳钢硬度和塑性适中，切削加工性能较好。2）对可锻性的影响金属的可锻性是指金属在压力加工时能改变形状而不产生裂纹的性能。低碳钢可锻性较好，随着含碳量增加，可锻性逐渐变差。白口铸铁无论在低温还是在高温，可锻性都很差。3）对铸造性能的影响金属的铸造性包括金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。钢液的流动性随含碳量的提高而提高，浇注温度越高，流动性越好。当浇注温度一定时，过热度越大，流动性越好。铸铁液相线温度比钢低，流动性总比钢好。共晶铸铁结晶温度最低，同时又在恒温下凝固，所以流动性最好。4).含碳量对钢工艺性能的影响1.5知识链接知识链接一、常用金属材料一、常用金属材料中碳钢0.250.6%C高碳钢高碳钢0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢1、按化学成分分、按化学成分分 钢钢 类类碳碳 素素 钢钢合合 金金 钢钢PSPS普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0450.045优优 质质 钢钢0.0350.0350.0350.035高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0250.025特级优质钢特级优质钢0.0250.0200.0250.0152、按质量分、按质量分钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢分为普通质量钢、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：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：3、按冶炼方法分、按冶炼方法分转炉炼钢平炉炼钢平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢 按按 炉炉 别别 分分沸腾钢：沸腾钢：脱氧不充分，浇注时脱氧不充分，浇注时C C与与OO反应发反应发镇静钢：镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低脱氧充分，组织致密，成材率低。半镇静钢：半镇静钢：介于前两者之间。介于前两者之间。生生沸腾。这种钢成材率高，但不致密。沸腾。这种钢成材率高，但不致密。按脱氧程度分按脱氧程度分特殊镇静钢特殊镇静钢4、按金相组织分、按金相组织分珠光体钢珠光体钢贝氏体钢贝氏体钢马氏体钢马氏体钢铁素体钢铁素体钢奥氏体钢奥氏体钢莱氏体钢莱氏体钢 按正火组织分按正火组织分亚共析钢亚共析钢共共 析析 钢钢过共析钢过共析钢 按退火组织分按退火组织分电弧炉炼钢5、按用途分、按用途分工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特特 殊殊 性性能能 钢钢挤压模具挤压模具钢铁产品牌号是一种标记符号，一个牌号代表具钢铁产品牌号是一种标记符号，一个牌号代表具有相同特征的一类产品，牌号加上品种（型材、有相同特征的一类产品，牌号加上品种（型材、板材、带材、管材、线材等）、规格（长、宽、板材、带材、管材、线材等）、规格（长、宽、厚、直径等）、状态（软态、硬态等）和执行标厚、直径等）、状态（软态、硬态等）和执行标准号等就能准确地为某一个产品定位。钢铁产品准号等就能准确地为某一个产品定位。钢铁产品牌号表示方法实际上是沟通生产者、经销者和使牌号表示方法实际上是沟通生产者、经销者和使用者的一种共同语言。用者的一种共同语言。我国现行有两种钢铁产品牌号表示方法，即我国现行有两种钢铁产品牌号表示方法，即“钢钢铁产品牌号表示法（铁产品牌号表示法（GB/T221-2000）”和和“钢铁及钢铁及合金牌号统一数字代号体系（合金牌号统一数字代号体系（GB/T17616-1998）”，这两种表示方法在现行国家标准和行，这两种表示方法在现行国家标准和行业标准中并列使用，两者均有效。业标准中并列使用，两者均有效。标准规定凡列入国家标准和行业标准的钢铁产品，标准规定凡列入国家标准和行业标准的钢铁产品，均应按标准规定的牌号表示方法编写牌号。产品牌号的均应按标准规定的牌号表示方法编写牌号。产品牌号的表示一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数表示一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的形式表示。字相结合的形式表示。数字：一般表示某组成元素的含量（用整数），表示方法根据数字：一般表示某组成元素的含量（用整数），表示方法根据材料不同；材料不同；国际化学符号：材料组成（一般指除基本元素以外的合金元素）国际化学符号：材料组成（一般指除基本元素以外的合金元素），如，如Ni，Co，Cr，W，Mn，Si等；等；汉语拼音：用于说明材料产品名称、用途、冶炼和浇铸方法等。汉语拼音：用于说明材料产品名称、用途、冶炼和浇铸方法等。GB/T221-2000标准中钢铁产品牌号表示方法中国钢号所采用的缩写字母及其涵义采用的采用的缩写字母缩写字母在钢号在钢号中位置中位置涵义涵义缩写字母来源缩写字母来源汉字拼音A尾质量等级符号B尾质量等级符号b尾半镇静钢半BanC尾尾1)船用钢(旧钢号)2)质量等级符号船ChuanD尾质量等级符号d尾低淬透性钢低DiDG头电讯用取向高磁感应硅钢电高DianGaoDZ头地质钻探管用钢地质DiZhiE尾质量等级符号-G头滚动轴承钢滚GunGH头高温变形合金高合GaoHeg尾锅炉用钢锅GuoHT头灰铸铁灰铁HuiTie中国钢号所采用的缩写字母及其涵义（续表）采用的采用的缩写字母缩写字母在钢号在钢号中位置中位置涵义涵义缩写字母来源缩写字母来源汉字拼音Q头中头1)屈服点(碳素结构钢、低合金钢）2）电工用冷扎取向硅钢3）球墨铸铁用生铁屈取球QuQuQiuq尾桥梁用钢桥QiaoQT头球墨铸铁球铁QiuTieR尾压力容器用钢容RongR头耐热铸铁热铁ReTieT头碳素工具钢碳TanTZ尾特殊镇静钢特镇TeZhenU头钢轨钢轨GuiY头易切削钢易YiYF头易切削非调质钢易非YiFeiZ尾头1）镇静钢2）铸造用生铁镇铸ZhenZhu6.1.2钢的编号1.碳素结构钢：碳素结构钢：原称普通碳素结构钢（普碳钢），过去钢号按照原称普通碳素结构钢（普碳钢），过去钢号按照GB221-1979标准分为甲、乙、特三类钢，现在改为以钢材屈服点命名。标准分为甲、乙、特三类钢，现在改为以钢材屈服点命名。在在GB/T700-1988标准中碳素结构钢的钢号由代表屈服点的拼音标准中碳素结构钢的钢号由代表屈服点的拼音字母字母Q、屈服强度数值（单位为屈服强度数值（单位为MPa）、）、钢材的质量等级符号钢材的质量等级符号（A、B、C、D）以及钢的冶炼脱氧方法（以及钢的冶炼脱氧方法（F、b、Z、TZ）等等四部分按顺序组成。四部分按顺序组成。Q O质量等级和脱氧方法以钢材屈服点命名屈服点值/MPa例：例：Q235-A.F 表示该材料的屈服强度为表示该材料的屈服强度为235MPa，质量等级质量等级A，为沸腾钢为沸腾钢在在1994年标准（年标准（GB/T1591-1994）中，这类钢称为低合金）中，这类钢称为低合金高强度结构钢，其钢号按照国际标准采用以屈服点命名。高强度结构钢，其钢号按照国际标准采用以屈服点命名。1）钢号冠以）钢号冠以Q和碳素结构钢统一，后面的数字表示和碳素结构钢统一，后面的数字表示s值，值，分为分为5个强度等级；个强度等级；2）在强度等级系列中又有）在强度等级系列中又有A、B、C、D、E五个质量等级。五个质量等级。3）在低合金高强度结构钢的钢号中没有表示脱氧方法的符）在低合金高强度结构钢的钢号中没有表示脱氧方法的符号；号；2.低合金高度结构钢（普通低合金结构钢）：低合金高度结构钢（普通低合金结构钢）：这类钢在这类钢在1998年标准年标准GB1591-1988中称为普通低合金结构钢中称为普通低合金结构钢（普低钢），其钢号表示方法与合金钢基本相同，由（普低钢），其钢号表示方法与合金钢基本相同，由“数字数字a+（元素符号元素符号+数字数字b）+（元素符号元素符号+数字数字c）+”组成。组成。1）数字）数字a：为两位整数，表示钢材含炭量的万分数为两位整数，表示钢材含炭量的万分数2）数字）数字b，c：为一位或两位整数，表示钢材含有合金元为一位或两位整数，表示钢材含有合金元素的百分数。素的百分数。2.低合金高度结构钢（普通低合金结构钢）：低合金高度结构钢（普通低合金结构钢）：新旧钢号比较旧钢号旧钢号新钢号新钢号16MnQ345-D15MnTiQ39016MnqQ345q3.优质碳素结构钢：优质碳素结构钢：1）钢钢号号开开头头两两位位数数字字表表示示钢钢的的碳碳含含量量（质质量量分分数数），以以平平均碳含量均碳含量100%表示。例：表示。例：“45”钢中碳含量为钢中碳含量为0.45%。2）锰锰含含量量较较高高（WMn=(0.71)%）的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢，应应标标出出“Mn”，例例如如，50Mn；用用铝铝脱脱氧氧的的镇镇静静钢钢应应标标出出“Al”，例如，例如08Al。3）镇镇静静钢钢不不加加“Z”，沸沸腾腾钢钢、半半镇镇静静钢钢及及专专门门用用途途的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢应应在在钢钢号号最最后后特特别别标标出出。例例如如10b表表示示碳碳含量为含量为0.10%的半镇静钢。的半镇静钢。4）高高级级优优质质碳碳素素结结构构钢钢在在钢钢号号后后加加“A”，特特级级优优质质碳碳素素结构钢在钢号后加结构钢在钢号后加“E”，例如，例如45E。5）特特殊殊用用途途的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢应应在在钢钢号号后后附附加加表表示示用用途途的的字母，例如字母，例如20g表示碳含量为表示碳含量为0.2%的锅炉用钢。的锅炉用钢。4.碳素工具钢碳素工具钢1）钢号冠以）钢号冠以“T”，后面的数字为平均碳含量，后面的数字为平均碳含量10（千分数）（千分数）例如例如T8;T10;2）锰含量较高（）锰含量较高（WMn=(0.40.6)%）的碳素工具钢，应在钢）的碳素工具钢，应在钢号的数字后标出号的数字后标出“Mn”，例如，例如，T8Mn；3）高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母素工具钢低，在钢号最后加注字母“A A”，以示区别，以示区别，例如例如“T8MnAT8MnA”。T 8 Mn A质量等级A平均碳含量（千分之八）含锰量较高碳素工具钢5.合金工具钢与高速工具钢合金工具钢与高速工具钢1 1）合金工具钢钢号的平均碳含量）合金工具钢钢号的平均碳含量1.0%1.0%时，不标出碳含量；当时，不标出碳含量；当平均碳含量平均碳含量1.0%1.0%时，以千分之几表示。例如时，以千分之几表示。例如Cr12Cr12、CrWMnCrWMn、9SiCr9SiCr、3Cr2W8V3Cr2W8V。2 2）钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。）钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表示，并在表示含量的数字前加示，并在表示含量的数字前加“0 0”，以便把它和一般元素，以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06Cr06。3 3）高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素）高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4VW18Cr4V”。钢号冠以字母。钢号冠以字母“C C”者，表示其碳含量高于未者，表示其碳含量高于未冠冠“C C”的通用钢号，例如的通用钢号，例如CW6Mo5Cr4V2CW6Mo5Cr4V2和和W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2。6.轴承钢轴承钢轴承钢现行标准分为四类：轴承钢现行标准分为四类：1 1）高碳铬轴承钢，钢号冠以）高碳铬轴承钢，钢号冠以“G G”，碳含量不标出，铬含量以，碳含量不标出，铬含量以千分数表示，例如千分数表示，例如GCr15GCr15表示表示平均铬含量为表示表示平均铬含量为1.5%1.5%的轴承的轴承钢。钢。2 2）渗碳轴承钢，钢号与合金结构钢基本相同，但钢号冠以）渗碳轴承钢，钢号与合金结构钢基本相同，但钢号冠以“G G”，例如，例如G20CrNiMoAG20CrNiMoA为渗碳轴承钢，其成分：为渗碳轴承钢，其成分：0.2%0.2%C,0.35C,0.350.65%Cr,0.40.65%Cr,0.40.7%Ni,0.100.7%Ni,0.100.35%Mo0.35%Mo。A A表示高表示高级优质。级优质。3 3）碳含铬不锈轴承钢，钢号与不锈钢相同，例如）碳含铬不锈轴承钢，钢号与不锈钢相同，例如9Cr18Mo9Cr18Mo。4 4）高温轴承钢，钢号与耐热钢相同，例如）高温轴承钢，钢号与耐热钢相同，例如10Cr14Mo4 10Cr14Mo4。7.不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢1 1）不锈钢和耐热钢钢号由合金元素符号和数字组成，）不锈钢和耐热钢钢号由合金元素符号和数字组成，2 2）钢号中碳含量一般用平均碳含量的千分之几表示，当碳含）钢号中碳含量一般用平均碳含量的千分之几表示，当碳含量上限小于量上限小于0.1%0.1%时，则以时，则以“0 0”表示。钢中主要合金元素表示。钢中主要合金元素的含量以百分之几表示。例如的含量以百分之几表示。例如2Cr132Cr13为碳含量为碳含量0.2%0.2%、CrCr含含量为量为13%13%的不锈钢；的不锈钢；0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti。3 3）当钢中平均碳含量）当钢中平均碳含量1%1%时时,采用两位数字表示；当碳含量采用两位数字表示；当碳含量0.03%W0.03%WC C%0.01%0.01%时时,以以“0303”表示表示(超低碳超低碳)；当碳含量；当碳含量0.01%W0.01%WC C%时时,以以“0101”表示（极低碳）。例如表示（极低碳）。例如03Cr19Ni1003Cr19Ni10表示平均碳含量为表示平均碳含量为0.03%0.03%、平均铬含量为、平均铬含量为19%19%、镍含量为镍含量为10%10%的超低碳不锈钢。的超低碳不锈钢。8.铸铁铸铁：含碳量大于2.11%的Fe-C基合金。主要特征：vC2.54%,Si13%,Mn0.51.4%,P0.010.5%,S0.020.2%v工艺性能好，铸造性能、切削价共性能优良v生产工艺简单，成本低廉v耐磨减摩性好，缺口敏感性低。机械性能较好主要应用及分类：v按碳在铸铁中的存在形式及石墨形态分类：v铸铁主要应用：白口铁、灰口铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁机床构件、内燃机气缸和活塞等，农用机械等1)灰口铸铁性能特点：(与普通钢材相比）机械性能低：片状石墨的片状特征决定的v石墨=20MPa，HB=35，=0优异的耐磨性和消震性工艺性能好成份特点：2.54.0%C,13%Si,0.251%Mn,0.020.2%S,0.050.5%P组织特征：片状石墨+钢基体钢基体根据石墨化程度的不同，钢基体可为F，F+P，P灰铁牌号：HT2002).可锻铸铁性能特点：(与普通钢材相比）机械性能：较灰铁大大提高，团絮状石墨应力敏感性小优异的耐磨性和消震性工艺性能好成份特点：2.42.7%C,1.41.8%Si,0.50.7%Mn,0.025%S,0.008%P。另应加入B、Al、Bi等孕育剂，促进石墨化组织特征：团絮状石墨+钢基体钢基体根据石墨化程度的不同，钢基体可为F，F+P，P可铁牌号：KTH300-06;KTZ700-02可铁热处理：可铁石墨化都是在固态下完成的石墨化工艺：三阶段石墨化退火3).球墨铸铁性能特点：(与普通钢材相比）机械性能：较可铁又大大提高，球状石墨应力敏感性进一步小。性能接近于某些钢材保持灰铁好的耐磨，消震性较灰铁降低较多工艺性能好。还可进行强化热处理！成份特点：3.84.0%C,2.02.8%Si,0.60.8%Mn,0.04%S,0.01%P。常用Mg、RE及稀土镁作为铸铁孕育剂组织特征：球状石墨+钢基体钢基体根据石墨化程度的不同，钢基体可为F，F+P，P球铁牌号：QT420-10球铁热处理：球铁的性能是由相应钢基体性能决定的石墨化退火工艺；去应力退火工艺钢基体的热处理：正火、淬火回火、等温及表面淬火学习情境二学习情境二端盖的铸造成型端盖的铸造成型2.1任
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