机械工程材料

大连理工大学 齐民

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 材料与材料科学
    • 1.2 工程材料的分类及应用
    • 1.3 工程材料课程的目的、性质和学习要求
  • 2 材料的性能
    • 2.1 材料的力学性质
    • 2.2 材料的物理和化学性能
    • 2.3 材料的工艺性能
  • 3 金属的晶体结构
    • 3.1 原子的结合方式
    • 3.2 晶体结构的基本概念
    • 3.3 金属的结构
  • 4 金属的结晶、二元合金相图、铁碳合金相图
    • 4.1 纯金属的结晶
    • 4.2 合金的结晶、二元合金相图
    • 4.3 铁碳合金相图
    • 4.4 凝固组织及其控制
  • 5 钢的热处理
    • 5.1 概述
    • 5.2 钢在加热时的转变
    • 5.3 钢在冷却时的转变
    • 5.4 钢的退火与正火
    • 5.5 钢的淬火与回火
  • 6 碳素钢及合金钢
    • 6.1 钢的分类与编号
    • 6.2 钢中杂质与合金元素
    • 6.3 结构钢
    • 6.4 工具钢
    • 6.5 特殊性能钢
  • 7 铸铁
    • 7.1 概述
    • 7.2 常用铸铁
  • 8 有色金属及其合金
    • 8.1 铝及铝合金
    • 8.2 铜及铜合金
    • 8.3 钛及钛合金
    • 8.4 轴承合金
  • 9 陶瓷材料
    • 9.1 常用工业陶瓷
    • 9.2 概述
  • 10 高分子材料
    • 10.1 概述
    • 10.2 高分子工程材料
    • 10.3 高分子功能材料
  • 11 复合材料
    • 11.1 绪论
    • 11.2 复合材料的成型工艺
    • 11.3 典型工程复合材料
  • 12 机械零件的选材与工艺分析
    • 12.1 选材的一般原则
    • 12.2 零件的失效
    • 12.3 典型零件的选材及应用实例
钢的分类与编号

一、钢的分类

钢的种类繁多,为了便于生产、使用、管理,可按以下几种方法分类:

1、按化学成分分

按化学成分可将钢分为碳素钢和合金钢。碳素钢根据含碳量分为低碳钢(含碳量£0.25%)、中碳钢(含碳量为0.25~0.6%)和高碳钢(含碳量>0.6%C)。合金钢根据合金元素总量分为低合金钢(合金元素总量<5%)、中合金钢(合金元素总量为5~10%)和高合金钢(合金元素总量>10%)。

2、按质量分

钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。根据磷、硫的含量可将钢分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据现行标准,将各质量等级钢的磷、硫含量列于表6-1

6-1  各质量等级钢的磷、硫含量                            %

钢  类

碳  素  钢

合  金  钢

P

S

P

S

普通质量钢

0.045

0.050

0.045

0.045

优  质  钢

0.040

0.040

0.035

0.035

高级优质钢

0.030

0.030

0.025

0.025

特级优质钢

0.025

0.020

0.025

0.015

3、按冶炼方法分

根据冶炼所用炼钢炉不同,可将钢分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。根据冶炼时的脱氧程度不同又可将钢分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。沸腾钢在冶炼时脱氧不充分,浇注时碳与氧反应发生沸腾。这类钢一般为低碳钢,其塑性好、成本低、成材率高,但不致密,主要用于制造用量大的冷冲压零件,如汽车外壳、仪器仪表外壳等。镇静钢脱氧充分,组织致密,但成材率低。半镇静钢介于前两者之间。

4、按金相组织分

按退火组织可将钢分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。而按正火组织可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢和莱氏体钢等。

5、按用途分

    按用途可将钢分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢包括工程用钢和机器用钢,工程用钢用于建筑、桥梁、船舶、车辆等,而机器用钢包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢和耐磨钢。工具钢包括模具钢、刃具钢和量具钢。特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢等。

二、钢的编号

 钢铁产品牌号表示方法

我国钢的牌号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方法表示。

采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时,一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。采用汉语拼音字母,原则上只取一个,一般不超过两个。常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号见表6-2

6-2  常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号(GB/T 2212000

名  称

采用的汉字及汉语拼音

采用

符号

牌号中的位置

名  称

采用的汉字及

汉语拼音

采用

符号

牌号中的位置

碳素结构钢

(Qu)

Q

船用钢


国际符号


低合金高强度钢

(Qu)

Q

汽车大梁用钢

(Liang)

L

耐侯钢

耐侯(Nai Hou)

NH

矿用钢

(Kuang)

K

保证淬透性钢


H

压力容器用钢

(Rong)

R

易切削非调质钢

易非(Yi Fei)

YF

桥梁用钢

(Qiao)

q

热锻用非调质钢

(Fei)

F

锅炉用钢

(Guo)

g

易切削钢

(Yi)

Y

焊接气瓶用钢

焊瓶(Han Ping)

HP

碳素工具钢

(Tan)

T

车辆车轴用钢

辆轴(Liang Zhou)

LZ

塑料模具钢

塑模(Su Mo)

SM

机车车轴用钢

机轴(ji Zhou)

JZ

(滚珠)轴承钢

(Gun)

G

管线用钢


S

焊接用钢

(Han)

H

沸腾钢

(Fei)

F

钢轨钢

轨(Gui

U

半镇静钢

(Ban)

b

铆螺钢

铆螺(Mao Luo)

ML

镇静钢

(Zhen)

Z

锚链钢

(Mao)

M

特殊镇静钢

特镇(Te Zhen)

TZ

地质钻探钢管用钢

地质(Di Zhi)

DZ

质量等级


A.B.C.D.E

1、碳素结构钢和低合金结构钢

这两类钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”,屈服点数值(单位为MPa)和表6-2中规定的质量等级、脱氧方法等符号表示,按顺序组成牌号。例如碳素结构钢牌号表示为Q235AFQ235BZ等;低合金高强度结构钢牌号表示为Q345CQ345D等。

质量等级由AE,磷、硫含量降低,质量提高。碳素结构钢牌号中表示镇静钢的符号“Z”和表示特殊镇静钢的符号“TZ”可以省略,低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢,其牌号中没有表示脱氧方法的符号。

根据需要,低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(表示平均含碳量的万分之几)和化学元素符号,按顺序表示,如16Mn等。

2、优质碳素结构钢

优质碳素结构钢的牌号以两位数字表示。这两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。

沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部分别加符号“F”和“b”。如平均含碳量为0.08%的沸腾钢,其牌号表示为“08F”,平均含碳量为0.10%的半镇静钢,其牌号表示为“10b”。镇静钢一般不标符号,如平均含碳量为0.45%的镇静钢,其牌号表示为“45”。

钢的含锰量为0.70~1.00%时,在牌号后加锰元素符号,如“50Mn”。高级优质钢在牌号后加字母“A”。特级优质钢在牌号后加字母“E”,如“45E”。

3、合金结构钢和合金弹簧钢

合金结构钢和合金弹簧钢牌号由两位数字(表示平均含碳量的万分之几)加上其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。当合金元素的平均含量小于1.50%时,只标元素符号,不标含量;当合金元素的平均含量为1.50~2.49%2.50~3.49%3.50~4.49%4.50~5.49%、……时,在相应的合金元素符号后标2345……等数字。如30CrMnSi20CrNi3等。

高级优质钢在牌号后加字母“A”,如30CrMnSiA60Si2MnA等。特级优质钢在牌号后加字母“E”,如30CrMnSiE等。

4、工具钢

⑴ 碳素工具钢

碳素工具钢的牌号由字母“T”与其后的数字组成,如“T9”。高级优质钢在牌号后加字母“A”,如“T10A”。

⑵ 合金工具钢和高速工具钢

合金工具钢和高速工具钢牌号的表示方法与合金结构钢基本相同,但一般不标明含碳量数字,如“Cr12MoV”(平均含碳量为1.60%)、“W6Mo5Cr4V2”(平均含碳量为0.85%)。当合金工具钢的含碳量小于1.00%时,含碳量用一位数字标明,这一位数字表示平均含碳量的千分之几,如“8MnSi”。

平均含铬量小于1%的合金工具钢,在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”,如“Cr06”。

5、轴承钢

高碳铬轴承钢的牌号以字母“G”打头,牌号中不标明含碳量,铬含量以千分之一为单位,如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同,仅在牌号头部加字母“G”,如“G20CrNiMo”。

6、不锈钢和耐热钢

不锈钢和耐热钢的牌号由表示平均含碳量的数字(以千分之一为单位)与其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。合金元素含量表示方法同合金结构钢。含碳量的表示方法为:当平均含碳量1.00%时,用两位数字表示,如“11Cr17”(平均含碳量为1.10%);当1.00%>平均含碳量≥0.1%时,用一位数字表示,如“2Cr13”(平均含碳量为0.20%);当含碳量上限<0.1%时,以“0”表示,如“0Cr18Ni9”(含碳量上限为0.08%);当0.03%≥含碳量上限>0.01%时(超低碳),以“03”表示,如“03Cr19Ni10”(含碳量上限为0.03%);当含碳量上限0.01%时(极低碳),以“01”表示,如“01Cr19Ni11”(含碳量上限为0.01%)。

7、铸钢

以强度为主要特征的铸钢牌号为“ZG”(表示“铸钢”二字)加上两组数字,第一组数字表示最低屈服强度值,第二组数字表示最低抗拉强度值,单位均为MPa,如“ZG200-400”。

以化学成分为主要特征的铸钢牌号为“ZG”加上两位数字,这两位数字表示平均含碳量的万分之几。合金铸钢牌号在两位数字后再加上带有百分含量数字的元素符号。当合金元素平均含量为0.9~1.4%时,除锰只标符号不标含量外,其它元素需在符号后标注数字1;当合金元素平均含量大于1.5%时,标注方法同合金结构钢,如“ZG15Cr1Mo1V”、“ZG20Cr13”。

 钢铁及合金牌号统一数字代号体系

我国国家标准GB/T1761561998对钢铁及合金产品牌号规定了统一数字代号,与现行的GB/T2212000《钢铁产品牌号表示方法》等同时并用。统一数字代号有利于现代化的数据处理设备进行存储和检索,便于生产和使用。

统一数字代号由固定的6位符号组成,左边第一位用大写的拉丁字母作前缀(“I”和“O”除外),后接5位阿拉伯数字。每个统一数字代号只适用于一个产品牌号。

统一数字代号的结构形式如下:


钢铁及合金的类型及每个类型产品牌号统一数字代号如表6-3所示。各类型钢铁及合金的细分类和主要编组及其产品牌号统一数字代号详见国标GB/T1761561998