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碳钢 钢铁材料是钢和铸铁的统称 钢是以铁为主要元素 含碳量一般在2 11 以下 并含有其他元素的材料 铸铁是碳含量大于2 11 的铁碳合金 含碳量2 11 通常是钢和铸铁的分界线 根据化学成分 钢分为非合金钢 低合金钢和合金钢 一 碳钢的分类 高级优质 二 碳素结构钢牌号表示方法 由代表屈服点的字母Q 屈服点数值 质量等级符号 脱氧方法符号四部分顺序组成 质量等级有 A B C D脱氧方法有 F 沸腾钢 b 半镇静钢 Z 镇静钢 TZ 特殊镇静钢 通常Z和TZ可省略 例如 Q235 AF 1 普通碳素结构钢碳素结构钢牌号 性能特点及用途见下表 2 优质碳素结构钢 2 优质碳素结构钢 牌号表示法 用两位数字表示钢平均含碳量的万分数 如40钢 含锰量较高 WMn 0 7 1 2 的钢 在两位数字后面写 Mn 如60Mn钢 脱氧方法表示法同碳素结构钢 高级优质钢 在牌号后面加 A 特级优质钢 在牌号后面加 E 2 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢牌号 性能特点及用途见表 每种牌号的具体数值可查资料 这里仅按性能 用途类似的归纳作介绍 3 碳素工具钢 牌号表示法 用 碳 的汉语拼音字首 T 加数字 表示钢的平均Wc的千分数 表示 例如 T8A 这类钢Wc 0 65 1 35 一般均需热处理后使用 主要制作低速切削刃具 以及对热处理变形要求低的一般模具 低精度量具等 碳素工具钢牌号 性能特点及用途见表 二 碳钢的性能 材料是机器的物质基础 金属材料的性能是选择材料的主要依据 金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能 工艺性能是指金属材料从冶炼到成品的生产过程中 在各种加工条件下表现出来的性能 使用性能是指金属零件在使用条件下金属材料表现出来的性能 金属材料的使用性能决定了它的使用范围 使用性能包括物理性能 化学性能和力学性能 1 物理性能 1 密度金属的密度即是单位体积金属的质量 其单位为 3 根据密度的大小 金属材料可分为轻金属和重金属 密度小于4 5 3的金属叫做轻金属 如铝 钛等 2 熔点金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔点 熔点一般用摄氏温度 表示 各种金属都有其固定熔点 如铅的熔点为323 钢的熔点为 熔点对于冶炼 铸造 焊接和配制合金等都很重要 熔点低于 的金属称为低熔点金属 熔点在 的金属称为中熔点金属 熔点高于 的金属称为高熔点金属 3 导热性金属材料传导热量的能力称为导热性 一般用热导率 导热系数 表示金属材料导热性能的优劣 热导率大的金属材料的导热性好 在一般情况下 金属材料的导热性比非金属材料好 金属的导热性以银为最好 铜 铝次之 导热性好的金属散热也好 可用来制造散热器零件 如冰箱 空调的散热片 4 热膨胀性金属材料在受热时体积会增大 冷却时则收缩 这种现象称为热膨胀性 各种金属的热膨胀性能不同 在实际工作中有时必须考虑热膨胀的影响 例如 一些精密测量工具就要选用膨胀系数较小的金属材料来制造 铺设铁轨 架设桥梁 金属工件加工过程中测量尺寸等都要考虑到热膨胀的因素 5 导电性金属材料传导电流的性能称为导电性 但各种金属材料的导电性各不相同 其中以银为最好 铜 铝次之 工业上用铜 铝做导电的材料 导电性差的高电阻金属材料 如铁铬合金 镍铬铝 康铜和锰铜等用于制造仪表零件或电热元件 如电炉丝 6 磁性金属导磁的性能称为磁性 具有导磁能力的金属材料都能被磁铁吸引 铁 钴等为铁磁性材料 锰 铬 铜 锌为无磁性或顺磁性材料 但对某些金属来说 磁性也不是固定不变的 如铁在 以上就表现为没有磁性或顺磁性 铁磁性材料可用于制作变压器 电机的铁心和测量仪表零件等 无 顺 磁性材料可用做要求避免磁场干扰的零件 2 化学性能 金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能 1 耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧 水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力 称为耐腐蚀性 常见的钢铁生锈 就是腐蚀现象 2 抗氧化性金属材料抵抗氧化作用的能力 称为抗氧化性 金属材料在加热时 氧化作用加速 如钢材在锻造 热处理 焊接等加热作业时 会发生氧化和脱碳 造成材料的损耗和各种缺陷 因此 在加热坯件或材料时 常在其周围形成一种还原气体或保护气体 以避免金属材料的氧化 3 化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称 金属材料在高温下的化学稳定性叫做热稳定性 用于制造在高温下工作的零件的金属材料 要有良好的热稳定性 3 力学性能 力学性能又称为机械性能 是指材料在力作用下所显示的性能 主要有强度 塑性 硬度 韧性和疲劳强度等 1 强度强度是指金属抵抗永久变形 塑性变形 和断裂的能力 常用的强度判据是屈服点 旧称屈服强度 屈服极限 和抗拉强度 测定强度判据的方法是拉伸试验 2020 3 17 19 可编辑 拉伸曲线 拉伸力 F 和伸长量 l lo 的关系曲线 材料受外力作用后 导致材料内部之间产生的相互作用力称为内力 其大小和外力相等 方向相反 单位面积上的内力称为应力 用符号 表示 1 弹性极限试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力 式中Fe 试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉伸力 单位N Ao 试样原始横截面积 单位mm2 MPa 2 屈服点定义 是指试样在试验过程中力不增加还能继续伸长时的应力 式中Fs 试样产生屈服现象时的拉伸力 单位N Ao 试样原始横截面积 单位mm2条件屈服强度 MPa MPa 3 抗拉强度定义 是指试样拉断前所能承受的最大拉应力 式中Fb 试样拉断前所能承受的最大拉伸力 单位N Ao 试样原始横截面积 单位mm2屈强比 s b 工程上用的材料 除要求有较高的抗拉强度 还希望有一定的屈强比 s b 屈强比越小 零件可靠性越高 使用中超载不会立即断裂 但屈强比太小 则材料强度的有效利用率降低 MPa 2 塑性指断裂前材料发生不可逆永久变形的能力 塑性判据是断后伸长率和断面收缩率 1 断后伸长率断后伸长率是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比 2 塑性指断裂前材料发生不可逆永久变形的能力 塑性判据是断后伸长率和断面收缩率 2 断后收缩率断后收缩率是指试样拉断后 缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比 3 硬度 硬度是材料抵抗局部变形 特别是塑性变形 压痕或划痕的能力它衡量材料软硬的判据 目前最常用的硬度试验法是布氏硬度试验法 洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法 1 布氏硬度 kgf mm2 式中A压 压痕球形表面积 mm2 压头直径 mm2 压痕平均直径 mm kgf mm2 试验力F单位用kgf 可从资源中心下载拉伸试验视频资料演示 1 布氏硬度 布氏硬度的表示方法 140HBS10 10000 30500HBW5 7500一般在零件图或工艺文件上标柱材料要求的布氏硬度值时 不规定试验条件 只标出要求的硬度范围和硬度符号 例如200 230HBS HBS用于测试硬度值小于450的材料 HBW用于测量硬度值在450 650范围的材料 布氏硬度主要用来测定铸铁 有色金属 以及退火 正火和调质处理的钢材的硬度 如半成品和原材料 2 洛氏硬度 式中 C为常数 压头是金刚石圆锥时 C 100 压头为淬火钢球时 C 130 2 洛氏硬度 以淬火 低温回火GCr15钢为例 测量HRC值 从资源中心下载 2 洛氏硬度 洛氏硬度无单位 需标明硬度标尺符号 在符号前面写出硬度值 如60HRC 80HRA 90HRB 洛氏硬度各标尺之间没有对应关系 不能直接比较硬度值的高低 洛氏硬度试验操作简单 迅速 压痕小 主要用于测试热处理后硬度较高的成品零件及较薄的工件 对于组织和硬度不均匀的材料 硬度值波动较大 准确性不如布氏硬度值 3 维氏硬度 Kgf mm2 式中F 试验力 NAo 压痕面积 mm2d 压痕对角线的算术平均值 mm 以淬火 低温回火T8A钢为例 测量HV值 从资源中心下载相关视频资料 3 维氏硬度 维氏硬度值一般不标单位 在符号HV前写出硬度值 维氏硬度试验因试验力小 常用49 03N 压痕浅 轮廓清晰 数值准确 试验力选择范围大 49 03 980 7N 所以可测量从很软到很硬材料的硬度 维氏硬度值之间能直接进行比较 维氏硬度常用来测试薄片材料 金属镀层及零件表面硬化层的硬度 但试验麻烦 不宜用于成批生产的常规检验 特别说明 各种硬度试验法测得的硬度值不能进行直接比较 必须通过硬度换算表换算成一种硬度值后 方能比较硬度高低 4 韧性与疲劳强度 1 韧性 韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力 可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷能力 韧性的判据通过冲击试验来测定 注 可从资源中心下载相关视频资料 40Cr钢冲击吸收功测定试验 5 疲劳强度循环应力 应力的大小和方向随时间作周期性的变化 零件在循环应力作用下 常在远小于该材料的 b 甚至小于 S强度的情况下发生断裂的现象称为金属的疲劳