航空工程材料教案碳素钢的认识

1、项目 （任务）学习子情境：碳素钢的认识授课班级授课教师地 点课时/累计审批/日期多媒体教室2/24授课周次课程类型理论课教学方法举例教学目标知 识 目 标能力（技能）目标1、掌握碳素钢的种类、牌号、性能及用途。2、理解钢中碳与杂质对性能的影响会识别碳素钢的牌号、成分重难点及解决方法重点：碳素钢的种类、牌号、性能及用途。难点：钢中碳与杂质对性能的影响解决方法：多媒体演示、举例能力训练任务及案例20钢、45钢、T8钢、T12钢教学回顾回顾前面所学的铁碳合金的相结构与组织，含碳量对钢的力学性能的影响。教学过程设计：1.复习上节课的内容。2.讲解航空金属材料的种类，3.讲解碳素钢的种类、牌号、性能及用

2、途。§学习子情境： 碳素钢的认识碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。由于碳钢具有较好的机械性能和工艺性能，并且产量大、价格较低，因此它是机械工程上应用十分广泛的金属材料。但碳钢也有某些不足之处，如淬透性较低、回火抗力较差、屈强比低。碳钢的强度潜力虽经热处理仍不能充分的发挥。为了满足现代工业和科学技术的不断发展，因而发展了合金钢。一、钢中碳与杂质对性能的影响在工业用钢中除铁、碳之外，还含有其它元素。分常存元素；偶存元素；隐存元素和合金元素。常存元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地不同（有与铁共存的共生矿混入）及以废钢为原料，在冶炼及工艺操作时

3、带入钢中，如铜、钛、钒、稀土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元素，如氧、氢等。合金元素是指为改变成分特别添加的元素，如铬、镍、钨、钼、钒等。1、碳：（1）对组织的影响：（结合铁碳相图讲解）随C%，平衡组织发生从PFPPFe3C的变化，且随C%，P%，F%，当C%0.77%时全部为P。当C%0.77%时出现Fe3C，且呈网状分布在P周围。（2）对性能的影响：硬度基本上随C%呈直线上升，塑韧性下降；强度在C%1.0%时也是一直直线上升，但当C%1.0%时由于Fe3C的增多使脆性增加而使强度明显下降。2、硅、锰、硫、磷：钢中的常存元素锰、硅、硫、磷是炼铁、炼钢过程中，由于矿石和焦炭含杂质以及

4、脱氧等原因而带入，对钢的性能有一定的影响。常见的常存元素有硅、锰、硫、磷四种。一般认为锰（0.50.8%）和硅（0.170.37%）是有益元素，它们能溶于铁素体中，具有固溶强化效果，可提高钢的强度和硬度。锰能溶于Fe3C中，形成合金（Fe、Mn）3C,使钢的强度和硬度提高。锰还能与硫化合成MnS，减轻了硫的有害作用。另外，锰具有一定的脱氧能力，使钢中的FeO还原，降低了钢的脆性。硫和磷是钢中的有害杂质。硫在钢中以FeS的形式存在，使钢变脆，尤其是FeS和Fe能形成低溶点（985）的共晶体（FeS+ Fe），当钢在10001200进行轧制时，分布在奥氏体晶界上的共晶体（FeS+ Fe）处于溶化状

5、态而使钢材被轧裂，这种现象称为钢的“热脆性”。磷使钢脆化，降低钢的塑性和韧性，产生“冷脆性”，使钢的冷加工性能和焊接性能变坏。磷不仅降低塑性，同时还提高钢的脆性转化温度，给钢材在低温下使用造成潜在的威胁。但硫和磷有时也有有利的一面。例如MnS对断屑有利，而且起润滑作用，降低刀具磨损，所以在自动切削车床上用的易切削钢，其硫含量高达0.15%，用以改善钢的切削加工性，提高加工光洁度。在炮弹钢中，含磷量高，其目的在于提高钢的脆性，增加弹片的碎化程度，提高炮弹的杀伤力。二、碳素钢的分类1、按化学成分分类：碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢（C%0.25%）、中碳钢（C%=0.25%0.60%）和高碳钢（C

6、%>0.6%）三类。 2、按冶金质量分类：按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为普通钢、优质钢和高级优质钢三类。此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。3、按用途分类：按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊钢三大类。结构钢又分为工程构件用钢和机器零件用钢两部分。工程构件用钢包括建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、车辆工程用钢。机器用钢包括调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、渗碳和渗氮钢、耐磨钢等。这类钢一般属于低、中碳钢和低、中合金钢。工具钢分为刃具钢、量具钢、模具钢。主要用于制造各种刃具、模具和量具，这类钢一般属于高碳、高合金钢。特殊性能

7、钢分为不锈钢、耐热钢等。这类钢主要用于各种特殊要求的场合，如化学工业用的不锈耐酸钢、核电站用的耐热钢等。4、按金相组织分类：按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。在给钢的产品命名时，往往把成分、质量和用途几种分类方法结合起来。如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢等三、碳素钢的牌号和用途为了管理和使用的方便，每一种合金钢都应该有一个简明的编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有两条：（1）根据编号可以大致看出该钢的成分。（2）根据编号

8、可大致看出该钢的用途。 我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并用的原则。即钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表示。如Si、Mn、Cr、W、等。其中只有稀土元素，由于其含量不多，种类不少 ，不易一一分析出来，因此用“Re”表示其总含量 。而产品名称、用途和浇铸方法等则采用汉语拼音字母表示。具体的编号方法如下： 1、普通碳素结构钢：普通碳素结构钢的牌号以“Q数字字母字母”表示。其中，“Q”字是钢材的屈服强度“屈”字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例如：Q235AF即表示屈服强度值为235MPa的A级沸腾钢。牌号中规定了A、B、C、D四种质

9、量等级，A级质量最差，D级质量最好。按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加“F”，半镇静钢在钢号后加 “b”， 镇静钢则不加任何字母。2、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢与合金结构钢编号的方法是相同的，都是以“两位数字元素数字”的方法表示。钢号的前两位数字表示平均含碳量的万分之几，沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出。如为高级优质钢，则在其钢号后加“高”或“A”。钢中的Mn含量较高时，数字后加“Mn”符号。注意数字不足两位的前面要补零。3、碳素工具钢碳素工具钢的牌号以“T数字字母”表示。钢号前面的“碳”或“T”表示碳素工具钢，其后的数字表示含碳量的千分之几。如平均含碳量为0.8%的碳素工具钢，其钢号为“碳8”或“T8”。含锰量较高者，