工程材料网络课程 3 金属材料 3.1 钢的分类及用途

金属材料是最常用的工程和机器制造材料。它广泛地应用于现代工农业生产、交通运输及国防建设各部门中。

金属材料分为黑色金属及有色金属两大类，黑色金属是指钢和生铁。在现代机械制造业中．纯金属应用得很少，大量应用的是合金。合金是由一种金属元素与另外一种或多种金属元素(或非金属元素)组成的物质。钢和生铁都是合金(铁碳合金)。

下面我们就对金属材料作简单介绍：

一、钢的分类及用途

机器制造业中应用的材料种类很多．但主要的材料是钢铁。钢和生铁都是铁碳合金，生铁的含碳量在2％以上．而钢的含碳量则在2％以下。钢的种类很多，有多种分类方法。

按化学成分分，有碳素钢和合金钢。按含碳量分，有低碳钢、中碳钢和高碳钢：按质量分(主要是根据钢中有害杂质硫、磷含量的商低)．有普通钢、优质钢和高级优质钢：按冶炼方法分，有转炉钢、平炉钢和电铲钢；按挠注前脱氧程度分，有镇静钥、沸腾钢和半镇静钢；按用途分，有结构钢、工具钢和特殊用途钢。

(一)结构钢

结构钢作建筑结构及机械零件用。优质碳素结构钢及合金结构钢几种。

普通碳素结构钢含有较多的杂质元素，质量不如优质以素结构铜，但后者的价格比前考高30％一扔％。在一般工程用钢中。由于普通碳家结构钢，已能满足一定的机械性能的要

求，故在生产中广泛应用。普通碳素钢通常轧制成棒材、板材、条材和型材(圆、方、扁、角、工字型、槽型等)，供建筑、桥梁、船舶、车辆、农机等各方面使用。常用普通碳素结构钢的牌号见下表。

普通碳素结构钢

普通碳素结构钢的牌号用“Q”表示，后边的数字代表屈服极限值。

优质碳素结构钢在出厂时，既保证钢的化学成分又保证钢的机械性能，同时钢中的有害杂质硫、磷)含量较低、多用做重要的机械零件。按含锰量的高低，优质碳家结构钢又分为两组，第一组为普通含锰量钢，其含锰量在0．8％以下，第二组为较高含锰量钢，锰的含量为0．7％一1．2％。

优质碳京结构钢的牌号是以两位数字表示的，该数字表示钢中平均含碳量的万分数。如45号钢．其平均含碳量为万分之四十五，即0．45％。所以知道了钢的牌号，就可以大致

估计出它的含碳量，从而可大致判定它的机械性能。

随着含碳量的不同，优质碳素结构钢的应用场合也不同，现分述如下：

合碳量很低的低碳钢，如08F、10、15号钢，塑性好、焊接性好，但强度较低．可用来轧成薄钢板．制造容器、冲压件及焊接构件等。

含碳量在0．15％一0．25％的钢(15、20、25号)，称为渗碳钢，对于一些强度要求不太高，但要承受冲击，又需要耐磨的零件，如小轴、齿轮、G塞销等，这种钢通过渗碳或氰化处理，以提高其表面硬度和保证中心部分有足够的韧件。例如C620—l车床摩擦离合器的摩擦片，就是用15号钢经渗碳处理后制成的。

中碳钢(30一55号)的硬度、强度、塑性、韧性都较好，具有优良的综合机械件能，经过热处理后的机械性能更高，因此应用时，常经过调质处理(淬火后向温回火)，故称为调质钢。这类钢被广泛地应用到各种机械零件卜，如轴、齿轮、齿条、键以及重要的销子、螺母、螺栓等。机床上大部分零件都可用45号钢制成。当零件表面需要耐磨时(如齿轮)，则可进行表面淬火。由于中碳钢的淬透性差，所以不宜制造大截面的重要零件。

高碳钢(60一75号)在应用时，多进行淬火后中温回火。经过这样的热处理后．高碳钢即具有较高的韵性，常用来制造轧辊及各种弹簧，如螺旋弹簧、板弹簧、弹簧垫圈、弹簧钢丝等，故称为弹簧钢。

第二组为较高含锰量的优质碳素结构图，它们的一般性能利用途与第一组各相应的钢号类似，但具有较高的强度、硬度和耐磨性。

在碳素钢的基础上，为了达到某些特定的性能要求，在冶炼时，有目的的加入一种或几种合金元素，即构成合金钢。合金结构钢具有优良的