常用金屬材料之鋼與鑄鐵

1、1.2常用金屬材料金屬材料來源豐富，并具有優(yōu)良的使用性能和加工性能，是機(jī)械工程中應(yīng)用 最普遍的材料，常用以制造機(jī)械設(shè)備、工具、模具，并廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中。 金屬材料大致可分為黑色金屬兩大類。黑色金屬通常指鋼和鑄鐵；有色金屬是指 黑色以外的金屬及其合金，如銅合金、鋁及鋁合金等。1.2.1 鋼鋼分為碳素鋼（簡稱碳鋼）和合金兩大類。碳鋼是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、錳、硫、磷雜質(zhì)的鐵碳合金。工 業(yè)用碳鋼的含碳量一般為0.05%1.35%。為了提高鋼的力學(xué)性能、工藝性能或某些特殊性能（如耐腐蝕性、耐熱性、 耐磨性等），冶煉中有目的地加入一些合金元素（如 Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、 V

2、、Ti等），這種鋼稱為合金鋼。（一）碳鋼1 碳鋼的分類碳鋼的分類方法有多種，常見的有以下三種。（1） 按鋼的含碳量多少分類分為三類：低碳鋼，含碳量：0.25%;中碳鋼，含碳量為0.25%0.60%;高碳鋼，含碳量060%。（2） 按鋼的質(zhì)量（即按鋼含有害元素 S、P的多少）分類 分為三類：普通碳素鋼，鋼中S、P含量分別W 0.055%和0.045%;優(yōu)質(zhì)碳素鋼，鋼中S、P含量均W 0.040%;高級(jí)碳素鋼，鋼中S、P含量分別W 0.030%和0.035%。(3) 按鋼的用途分類 分為兩類：碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種工程構(gòu)件和機(jī)械零件；碳素工具鋼，主要用于制造各種工具、量具和模具等。2. 碳鋼

3、牌號(hào)的表示方法(1) 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由屈服點(diǎn) 屈”字漢語拼音第一個(gè)字母 Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(A、B、C、D)及脫氧方法符號(hào)(F、b、Z) 等四部分按順序組成。其中質(zhì)量等級(jí)按 A、B、C、D順序依次增高，F(xiàn)代表沸騰 鋼，b代表鎮(zhèn)靜鋼，Z代表鎮(zhèn)靜鋼等。如Q235-A-F表示屈服強(qiáng)度為235Mpa的A 級(jí)沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。(2) 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字代表鋼中的平均含碳量的萬分之幾。例如45鋼，表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。08鋼，表示平均含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。(3) 碳素工具鋼 碳素工具鋼的牌號(hào)是用碳字漢語拼

4、音字頭 T和數(shù)字表示。其數(shù)字表示鋼的平均含碳量的千分之幾。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)，則在數(shù)字后面加“ A”例如，T12鋼，表示平均含碳量為1.2%的碳素工具鋼。T8鋼，表示平均含碳量 為0.8%的碳素工具鋼。T12A，表示平均含碳量為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。3. 碳鋼的用途舉例Q195、Q215,用于鉚釘、開口銷等及沖壓零件和焊接構(gòu)件。Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)件。Q275,用于強(qiáng)度較高轉(zhuǎn)軸、心軸、齒輪等。Q345，用于船舶、橋梁、車輛、大型鋼結(jié)構(gòu)。08鋼，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷沖壓零件。10、20鋼，常用于制造沖壓件和焊接件。也常用于制造滲碳件。35、

5、40、45、50鋼屬中碳鋼，經(jīng)熱處理后可獲得良好的綜合力學(xué)性能，主 要用制造齒輪、套筒、軸類零件等。這幾種鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用非常廣泛。T7、T8鋼，用于制造具有較高韌性的工具，如沖頭、鑿子等。T9、T10、T11鋼，用作要求中等韌性、高硬度的刃具，如鉆頭、絲錐、鋸 條等。T12、T13鋼，用于要求更高硬度、高耐磨性的銼刀、拉絲模具等。(二)合金鋼合金鋼的分類方法有多種，常見的有以下兩種。(1) 按用途分類 分為三類：合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造各種性能要求更高的機(jī)械零件和工程構(gòu)件；合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造各種性能要求更高的刃具、量具和模具；特殊性能鋼，具有特殊物理和化學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等

6、。(2) 銨合金元素總含量多少分類分為三類：低合金鋼，合金元素總含量小于 5%;中合金鋼，合金元素總含量為 5%10%;高合金鋼，合金元素總含量大于10%。2 合金鋼牌號(hào)的表示方法合金鋼是按鋼材的含碳量以及所含合金元素的種類和數(shù)量編號(hào)的。 鋼號(hào)首部是表示含碳量以及所含合金結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，以萬分 之一的碳作為單位，如首部數(shù)字為45,則表示平均含碳量為0.45%;合金工具鋼 以千分之一的碳作為單位，如首部數(shù)字為 5,則表示平均含碳量為0.5%。 在表示含碳量的數(shù)字后面，用元素的化學(xué)符號(hào)表示出所含的合金元素。合金元素的含量以百分之幾表示，當(dāng)平均含量小于1.5%時(shí)，只標(biāo)明元素符號(hào)，不標(biāo)含量。如

7、25Mn2V，表示平均含碳量為 0.25%,含錳量約為2%，含釩量小 于1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。又如9SiCr,表示平均含碳量為0.9%，含硅、鉻都少于 1.5%的合金工具鋼。 對(duì)于含碳量超過 1.0%的合金工具鋼，則在牌號(hào)中不表示含碳量。如 CrWMn鋼，表示含碳量大于1.0%并含有鉻、鎢、錳三種合金元素的合金工具鋼。 但也有特例，高速鋼的含碳量小于 1.0%，牌號(hào)中也不表示含碳量。如 W18Cr4V 鋼，其含碳量僅為0.7%0.8%。 特殊性能鋼牌號(hào)中也不表示方法基本上與合金工具鋼相同。如2Cr13,表示平均含碳量為0.2%，含鉻量約為13%的不銹鋼。 有些特殊用鋼，則用專門的表示方法，如滾

8、動(dòng)軸承鋼，其牌號(hào)以G表示, 不標(biāo)含碳量，鉻的平均含量用千分之幾表示。如 GCr15，表示含鉻量為1.5%的 滾動(dòng)軸承鋼。 對(duì)于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號(hào)末尾加一個(gè) “A字，如38CrMoAIA。3 合金鋼的用途舉例09MnNb、16Mn、15MnTi鋼屬低合金結(jié)構(gòu)鋼，用于制造橋梁、車輛、鍋爐、 油罐、建筑結(jié)構(gòu)和化工容器等。14MnVTiRe、14MnMoV、18MnNb、14CrMnMoVB 鋼用于制造大型船舶、 重要橋梁、電站設(shè)備及鍋爐、化工、石油等中高壓容器。20Cr、20MnV鋼，適于制造滲碳小齒輪、小軸、活塞銷等。20CrMnTi鋼，常用于制造汽車、拖拉機(jī)上的齒輪。18Cr2Ni4WA、15C

9、rMn2SiMo、20Cr2Ni4A鋼，常用于制造大型滲碳齒輪和 軸類件。40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo鋼，用于制造重要調(diào)質(zhì)件，如主軸、 曲軸、連連桿和齒輪等機(jī)械零件。65Mn、60Si2Mn鋼屬彈簧鋼，主要用于制造截面小于 25mm的彈簧，如車 箱板簧和機(jī)車板簧、扭桿 簧等。GCr15、GsiMnMoV鋼屬軸承鋼，主要用于制造滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈和滾 動(dòng)體，也可用于制造冷沖模、冷軋輥等。CrWMn、CrMn、9Mn2V鋼，用于制造測(cè)量工具，如卡尺、千分尺、量規(guī)、 塊規(guī)塞規(guī)等。W18Cr4V、W6MO5C4V2鋼，用于制造高速切削的刃具，如鉆頭、銑刀、 滾刀、拉刀、鉸刀車

10、刀等。5CrMnMo、3Cr2W8V鋼，屬熱模具鋼，用于制造熱鍛模、熱壓模、壓鑄模Cr12、Cr12MoV鋼，屬冷模具鋼，用于制造冷沖模具、冷切剪刀具等。1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13鋼，屬馬氏體不銹鋼，用于制造抗弱腐蝕性介質(zhì)并承受沖擊載荷的零件，還可用來制造具有較高硬度和耐磨性的醫(yī)療工具1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti鋼，屬奧氏體不銹鋼，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有 機(jī)酸及鹽、堿溶液腐蝕的設(shè)備零件。Mn 13鋼，屬耐磨鋼，用于制造拖拉機(jī)鏈軌板、挖掘機(jī)鏟齒、球磨機(jī)襯板、 鐵路道岔等。15CrMo、4Cr10Si2Mo鋼，屬耐熱鋼，用于制造在高溫下工作的零件或構(gòu)件。鑄鐵鑄鐵是

11、含碳量大于2.11%的鐵碳合金，它含有比碳鋼更多的硅、錳、硫、磷 等雜質(zhì)。工業(yè)上常用的鑄鐵含碳量為 2.5%4.0%。根據(jù)鑄鐵中碳的存在形式不同，鑄鐵可分為白口鑄鐵可分為白口鑄鐵和灰口 鑄鐵兩大類。（一）白口鑄鐵白口鑄鐵中的碳幾乎全部以Fe3形式存在，斷口呈銀白色，性能硬而脆，很 難進(jìn)行切削加工，工業(yè)上極少用來制造機(jī)械零件。主要用作煉鋼原料或用于可鍛 鑄鐵的毛坯。（二）灰口鑄鐵灰口鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態(tài)的石墨形式存在，斷口呈暗灰色。根據(jù)灰口鑄鐵中石墨存在形式不同， 它又可分為普通灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨 鑄鐵等。1. 普通灰口鑄鐵簡稱灰口鑄鐵，其石墨形態(tài)呈片狀。由于片狀石墨的存在，割

12、裂了金屬基體 組織，減少了承載的有效面積，因此其綜合力學(xué)性能較低，但其減振性、耐磨性、 鑄造性及切削加工性較好，主要用于制造承受壓力的床身、箱體、機(jī)座、導(dǎo)軌等 零件?；铱阼T鐵牌號(hào)的表示方法為 “ HT加數(shù)字，其中“ HT'是灰鐵兩字漢語拼音的 第一個(gè)字母，數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。常用的灰口鑄鐵牌號(hào)為 HT100、HT150、 HT200、HT250、HT300 等。2. 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火后而得到，其后墨形態(tài)呈團(tuán)絮狀。由于其石墨呈團(tuán)絮狀，對(duì)金屬基體的割裂作用減小，故其抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性都比 灰口鑄鐵高，主要用于制造一些形狀比較復(fù)雜而在工作中承受一定沖擊載荷的薄 壁小型零件，如管接頭、農(nóng)具等。可鍛鑄鐵的牌號(hào)由“KTH或“KTZ加兩組數(shù)字組成。其中“KT是可鐵兩字漢 語拼音第一個(gè)字母，后面的 “ H表示黑心可鍛鑄鐵，“Z表示珠光體可鍛鑄鐵。 其后面的兩組數(shù)字分別表示材料的最低抗拉強(qiáng)度數(shù)值和最小伸長率數(shù)值。其主要牌號(hào)有 KTH350-10、KTZ550-04 等。3 .球墨鑄鐵球墨鑄鐵中