機械基礎(chǔ)——第二節(jié)黑色金屬

1、復(fù)習(xí)提問復(fù)習(xí)提問1 1、看圖說明純、看圖說明純鐵是如何同素鐵是如何同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？復(fù)習(xí)提問復(fù)習(xí)提問1 1、純鐵是如何同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？、純鐵是如何同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？2 2、鐵和碳形成的基本組織有哪幾種？鐵和碳形成的基本組織有哪幾種？鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。3 3、指出鐵碳相圖中指定點、線的含義、指出鐵碳相圖中指定點、線的含義復(fù)習(xí)提問復(fù)習(xí)提問1 1、純鐵是如何同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？、純鐵是如何同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？2 2、鐵和碳形成的基本組織有哪幾種？鐵和碳形成的基本組織有哪幾種？3 3、鐵碳相圖中各點、線的含義、鐵碳相圖中各點、線的含義4、分

2、別指出以下三類鐵碳合金的含碳量。分別指出以下三類鐵碳合金的含碳量。工業(yè)純鐵：工業(yè)純鐵：鋼：鋼：白口鑄鐵：白口鑄鐵：小于小于0.02%0.02%0.02%2.11%0.02%2.11%2.11%6.69%2.11%6.69%復(fù)習(xí)提問復(fù)習(xí)提問1 1、純鐵是如何同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？、純鐵是如何同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的？2 2、鐵和碳形成的基本組織有哪幾種？鐵和碳形成的基本組織有哪幾種？3 3、鐵碳相圖中各點、線的含義、鐵碳相圖中各點、線的含義4、分別指出以下三類鐵碳合金的含碳量。分別指出以下三類鐵碳合金的含碳量。5、隨著鋼中含碳量的增加，鋼的力學(xué)性能有何隨著鋼中含碳量的增加，鋼的力學(xué)性能有何變化？變化？ 當鋼中的

3、碳質(zhì)量分數(shù)低于當鋼中的碳質(zhì)量分數(shù)低于0.77%時，其碳的時，其碳的質(zhì)量分數(shù)越高，鋼的強度和硬度也越高，而塑質(zhì)量分數(shù)越高，鋼的強度和硬度也越高，而塑性和韌性越低。當超過性和韌性越低。當超過1.0%以后，鋼的硬度仍以后，鋼的硬度仍將升高，但鋼的強度、塑性和韌性都將顯著下將升高，但鋼的強度、塑性和韌性都將顯著下降，脆性也增大。降，脆性也增大。（五）碳素鋼的分類及應(yīng)用（五）碳素鋼的分類及應(yīng)用 按鋼的化學(xué)成分可分為按鋼的化學(xué)成分可分為碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼 碳素鋼的分類碳素鋼的分類1 1）根據(jù)碳的質(zhì)量分數(shù)分類）根據(jù)碳的質(zhì)量分數(shù)分類 低碳鋼低碳鋼 wc wc0.25%0.25%，它的強度較低，塑性和焊接

4、性能較好。，它的強度較低，塑性和焊接性能較好。中碳鋼中碳鋼 0.25% wc 0.25% wc0.60%0.60%，它具有較高的強度，塑性，它具有較高的強度，塑性 和焊接性能較差。和焊接性能較差。高碳鋼高碳鋼 0.60% wc 0.60% wc0.0.8585%，它的塑性和焊接性能較差，它的塑性和焊接性能較差， 但熱處理后有很高的強度和硬度。但熱處理后有很高的強度和硬度。2 2、根據(jù)鋼中有害元素硫、磷的質(zhì)量分數(shù)分、根據(jù)鋼中有害元素硫、磷的質(zhì)量分數(shù)分普普 通通 鋼鋼 w wS S0.050%0.050%，w wP P0.045%0.045%。優(yōu)優(yōu) 質(zhì)質(zhì) 鋼鋼 w wS S0.035%0.035%

5、，w wP P0.035%0.035%。高級優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼 w wS S0.025%0.025%，w wP P0.025%0.025%。特級優(yōu)質(zhì)鋼特級優(yōu)質(zhì)鋼 w wS S0.015%0.015%，w wP P0.015%0.015%。 3 3、根據(jù)鋼的用途分、根據(jù)鋼的用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 主要用于各種工程構(gòu)件和機械零件的制造，主要用于各種工程構(gòu)件和機械零件的制造， 其其w wc c0.70%0.70%。碳素工具鋼碳素工具鋼 主要用于各種刃具、模具和量具的制造，主要用于各種刃具、模具和量具的制造， 其其w wc c0.70%0.70%；特殊性能特殊性能鋼鋼 主要用于制作主要用于制作能在特

6、殊的環(huán)境、工作條件下能在特殊的環(huán)境、工作條件下 使用的鋼使用的鋼件。件。 碳素鋼的分類碳素鋼的分類1 1、普通普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服點：用字母屈服點：用字母QQ表示。表示。屈服點數(shù)值：用屈服點數(shù)值：用3 3位阿拉伯數(shù)字表示位阿拉伯數(shù)字表示屈服強度值。屈服強度值。質(zhì)量等級：用質(zhì)量等級：用A A、B B、C C、DD、E E表示，表示，A A級質(zhì)量最差，級質(zhì)量最差， E E級最好級最好脫氧方法：脫氧方法： 用符號用符號F F、b b、Z Z表示表示編號組成編號組成規(guī)定牌號有：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275碳素鋼的編號碳素鋼的編號例如 Q235A、F：屈服強度為235MPa的

7、A級沸騰鋼。 簡稱普通碳鋼，因其價格便宜，能滿足一般工程構(gòu)件的簡稱普通碳鋼，因其價格便宜，能滿足一般工程構(gòu)件的性能要求，工藝性能也較好，所以應(yīng)用廣泛。性能要求，工藝性能也較好，所以應(yīng)用廣泛。2 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、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：兩位數(shù)字或數(shù)字優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號：兩位數(shù)字或數(shù)字+ +特征符號表示特征符號表示。 兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分數(shù)。例如 45鋼：表示碳的平均質(zhì)量分數(shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼 08鋼：表示碳的平均質(zhì)量分數(shù)為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。 高級優(yōu)質(zhì)鋼在數(shù)字后面加“A”；特級優(yōu)質(zhì)鋼在數(shù)字后面加“E”如鋼中錳的質(zhì)量分數(shù)較高，在數(shù)字后面附以符號“Mn”

8、，如65Mn。 碳含量為碳含量為0.05%0.9%0.05%0.9%，有害雜質(zhì)含量少，塑性和韌性較好，有害雜質(zhì)含量少，塑性和韌性較好，一般需進行熱處理以提高力學(xué)性能。其性能比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼好，一般需進行熱處理以提高力學(xué)性能。其性能比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼好，主要用于制造較重要的機械零件，比如汽車中的大部分零件。主要用于制造較重要的機械零件，比如汽車中的大部分零件。 按碳的質(zhì)量分數(shù)又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。按碳的質(zhì)量分數(shù)又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。 低碳鋼強度低，塑性、韌性好，在汽車上制造駕駛室、車門等。 中碳鋼強度、塑性和韌性也較好，一般需進行正火或調(diào)質(zhì)處理后使用，主要用制造齒輪、連桿、軸類、絲

9、杠等。 高碳鋼熱處理后，有較高的彈性極限、足夠的韌性和一定的強度，常用來制造彈性零件和易磨損零件，如彈簧墊圈、鎖片等。3 3、碳素工具鋼、碳素工具鋼碳素工具鋼可分為優(yōu)質(zhì)和高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，其編號：碳素工具鋼可分為優(yōu)質(zhì)和高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，其編號：“T”+“T”+數(shù)字數(shù)字（表示鋼的平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)）。（表示鋼的平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)）。 如T9：表示碳的平均質(zhì)量分數(shù)為0.9%的碳素工具鋼 。若牌號末尾加“A”，則表示為高級優(yōu)質(zhì)鋼，如T8A、T12A等。 碳的質(zhì)量分數(shù)為碳的質(zhì)量分數(shù)為0.65%1.35%0.65%1.35%，需經(jīng)熱處理后使用。具，需經(jīng)熱處理后使用。具有較高的硬度和耐磨性

10、，主要用于制作低速切削刃具和對熱處有較高的硬度和耐磨性，主要用于制作低速切削刃具和對熱處理變形要求低的一般模具。理變形要求低的一般模具。三、三、合金鋼合金鋼 就是在碳鋼基礎(chǔ)上，為改善鋼的性能，在冶煉就是在碳鋼基礎(chǔ)上，為改善鋼的性能，在冶煉時有目的地加入一種或幾種合金元素所形成的鋼。時有目的地加入一種或幾種合金元素所形成的鋼。 合金鋼按合金元素的質(zhì)量分數(shù)可分為低合金鋼、合金鋼按合金元素的質(zhì)量分數(shù)可分為低合金鋼、合金鋼；按用途又可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性合金鋼；按用途又可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。能鋼。（一）合金結(jié)構(gòu)鋼（一）合金結(jié)構(gòu)鋼 包括低合金結(jié)構(gòu)鋼（合金元素總量小于包括低合金結(jié)構(gòu)鋼（合

11、金元素總量小于3%3%）和）和較高合金元素的合金結(jié)構(gòu)鋼兩類。較高合金元素的合金結(jié)構(gòu)鋼兩類。（一）合金結(jié)構(gòu)鋼（一）合金結(jié)構(gòu)鋼牌號：牌號：兩位數(shù)字兩位數(shù)字+合金元素合金元素+數(shù)字數(shù)字 前面的兩位數(shù)字表示鋼中碳平均含量的萬分數(shù)，前面的兩位數(shù)字表示鋼中碳平均含量的萬分數(shù)，后面的數(shù)字表示該元素平均含量的百分數(shù)，當平均后面的數(shù)字表示該元素平均含量的百分數(shù)，當平均含量低于含量低于1.5%1.5%時，只標元素符號，而不標其含量。時，只標元素符號，而不標其含量。如：如：20Cr20Cr、60Si2Mn60Si2Mn（一）合金結(jié)構(gòu)鋼（一）合金結(jié)構(gòu)鋼1 1、低合金結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼 一般是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，加入少

12、量合金元素一般是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，加入少量合金元素（合金元素總量小于（合金元素總量小于3%3%）而形成的合金鋼。）而形成的合金鋼。2 2、較高合金元素的合金結(jié)構(gòu)鋼、較高合金元素的合金結(jié)構(gòu)鋼 根據(jù)使用不同又分為：根據(jù)使用不同又分為：（1 1）合金調(diào)質(zhì)鋼）合金調(diào)質(zhì)鋼 在中碳鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素，經(jīng)調(diào)質(zhì)處在中碳鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用。理后使用。（2 2）合金滲碳鋼）合金滲碳鋼 在低碳鋼中加入一些合金元素。在低碳鋼中加入一些合金元素。（3 3）合金彈簧鋼）合金彈簧鋼 在中高碳鋼中加入硅、錳為主的合金元素。在中高碳鋼中加入硅、錳為主的合金元素。 （4 4）滾動軸承鋼）滾動軸承

13、鋼 一般為高碳含鉻的合金鋼。這種鋼具有高強度、一般為高碳含鉻的合金鋼。這種鋼具有高強度、高硬度、高的耐磨性和疲勞強度，并有一定的抗蝕性。高硬度、高的耐磨性和疲勞強度，并有一定的抗蝕性。用于制造滾動軸承。用于制造滾動軸承。 牌號編號方法：牌號編號方法： G+ G+合金元素符號合金元素符號+ +表示該元素平均含量的表示該元素平均含量的千分數(shù)千分數(shù)。如：GCr15、GCr15NiMn（二）合金工具鋼（二）合金工具鋼 是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素制成的。是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素制成的。編號方法：編號方法： 與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相似，不同的是質(zhì)量分數(shù)的表與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相似，不同的是質(zhì)量分數(shù)

14、的表示方法，平均含碳量質(zhì)量分數(shù)示方法，平均含碳量質(zhì)量分數(shù)1%1%時不標，時不標，1%1%時，用時，用一位數(shù)字一位數(shù)字表示，表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千表示，表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)。分數(shù)。 如CrWMn 表示碳的質(zhì)量分數(shù)大于1%，Cr、W、Mn的質(zhì)量分數(shù)小于1.5%的合金鋼； 又如9Mn2V 表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)為0.9%、錳的質(zhì)量分數(shù)為2%、釩的質(zhì)量分數(shù)小于1.5%的合金鋼。四、特殊性能鋼四、特殊性能鋼 指具有某些特殊的物理、化學(xué)或力學(xué)性能，因而能在特殊的環(huán)境、工作條件下使用的鋼。（一）不銹鋼（一）不銹鋼 指在空氣、水、酸、堿等介質(zhì)中具有較強抗腐指在空氣、水、酸、堿等介質(zhì)中具有較強抗腐蝕能力

15、的合金鋼。不銹鋼的主要合金是鉻和鎳。蝕能力的合金鋼。不銹鋼的主要合金是鉻和鎳。 這些鋼牌號前面的數(shù)字表示碳的質(zhì)量分數(shù)的千這些鋼牌號前面的數(shù)字表示碳的質(zhì)量分數(shù)的千分之幾。分之幾。 如如3Cr13鋼，表示平均碳含量為鋼，表示平均碳含量為0.3%，平均鉻，平均鉻的含量為的含量為13% 。（二）耐熱鋼（二）耐熱鋼 指在高溫下不發(fā)生氧化并具有較高強度的鋼。指在高溫下不發(fā)生氧化并具有較高強度的鋼。 牌號意義同不銹鋼。牌號意義同不銹鋼。（三）鑄鋼（三）鑄鋼 常用的一種是高錳鋼，牌號是ZGMn13?！癦G”表示鑄鋼，“13”表示錳的質(zhì)量分數(shù)的百分數(shù)。五、五、 鑄鐵鑄鐵 鑄鐵是含碳量大于鑄鐵是含碳量大于2.11

16、%2.11%并含并含有較多硅、錳、硫、磷等元素有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。的多元鐵基合金。 鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。 例如，機床例如，機床床身、內(nèi)燃床身、內(nèi)燃機的汽缸體機的汽缸體、缸套、活塞缸套、活塞環(huán)及軸瓦、環(huán)及軸瓦、曲軸等都可曲軸等都可用鑄鐵制造用鑄鐵制造.鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸內(nèi)燃機汽缸內(nèi)燃機汽缸 根據(jù)鑄鐵中的碳在結(jié)晶過程中析出形態(tài)以及凝根據(jù)鑄鐵中的碳在結(jié)晶過程中析出形態(tài)以及凝固后其斷口顏色的不同，鑄鐵可分為固后其斷口顏色的不同，鑄鐵可分為以下幾種以

17、下幾種： （一一）白口鑄鐵）白口鑄鐵碳除少量溶于鐵素體外，其余全部以化合態(tài)的滲碳體析出，凝固后斷口呈白亮的顏色，故稱為白口鑄鐵。 由于有大量的硬而脆的滲碳體，故其硬度高、脆性大，極難切削加工。一般不用來制造機械零件，而主要用作煉鋼原料。（二二）灰口鑄鐵）灰口鑄鐵碳在鑄鐵組織中以片狀石墨形碳在鑄鐵組織中以片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色，故稱為灰口鑄鐵。式存在，斷口呈暗灰色，故稱為灰口鑄鐵?；诣T鐵的牌號表示方法：灰鑄鐵的牌號表示方法：HT 表示最小抗拉強度的數(shù)字表示最小抗拉強度的數(shù)字如如HT300（三三）可鍛鑄鐵）可鍛鑄鐵碳在鑄鐵組織中以團絮狀石墨碳在鑄鐵組織中以團絮狀石墨形式存在，它是由一定成分

18、的白口鑄鐵經(jīng)過較長的形式存在，它是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)過較長的高溫退火而得到的鑄鐵。高溫退火而得到的鑄鐵?？慑戣T鐵的牌號表示方法：可鍛鑄鐵的牌號表示方法：KT 最小抗拉強度值最小抗拉強度值 最小伸長率最小伸長率如如KT30006有時在有時在KTKT后還會用后還會用“H”“H”、“Z”“Z”表示鑄鐵組織情況，表示鑄鐵組織情況，“H”“H”表示黑表示黑心（即鐵素體）、心（即鐵素體）、“Z”“Z”表示珠光體。如表示珠光體。如KTZ550-04KTZ550-04（四四）球墨鑄鐵）球墨鑄鐵碳在鑄鐵組織中以球狀石墨形碳在鑄鐵組織中以球狀石墨形式存在。式存在。球墨鑄鐵的牌號表示方法：球墨鑄鐵的牌號表示方法

19、：QT 最小抗拉強度值最小抗拉強度值 最小伸長率最小伸長率如如QT40018（五五）合金鑄鐵）合金鑄鐵 在灰鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素在灰鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素。 1、耐熱鑄鐵：、耐熱鑄鐵： 為了提高鑄鐵的耐熱性，向鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等元素，可在鑄件表面形成一層致密的氧化物，如SiO2 ,Al2O3 ,Cr2O3 等,保護內(nèi)層不再繼續(xù)氧化。從而使鑄件在高溫下具有抗氧化性。 2、耐磨鑄鐵：耐磨鑄鐵： 在鑄鐵中加入少量的P、Cu、Ti、Mn、Mo等合金元素，可大提高鑄鐵的耐磨性，獲得耐磨鑄鐵。課堂小結(jié)課堂小結(jié)各種鋼、鑄鐵牌號各種鋼、鑄鐵牌號普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼： Q+屈服強度屈服強度+質(zhì)量等級符號質(zhì)量等級符號+脫氧符號脫氧符號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 兩位數(shù)兩位數(shù)+（元素符號）（元素符號）碳素工具鋼：碳素工具鋼： T+數(shù)字數(shù)字+（A）數(shù)字為碳含量萬分數(shù)。如數(shù)字為碳含量萬分數(shù)。如45、65Mn數(shù)字