任务二 工程材料

教学内容教学内容

1.金属材料的分类

2.碳钢、合金钢分类、牌号及应用

3.非铁金属材料的牌号，应用

学习要求学习要求

1.掌握钢、铸铁的牌号及性能

2.理解非铁金属材料的牌号、性能及应用

3.了解钢杂质的影响，陶瓷、复合材料

能力要求 能力要求

初步具有选材的能力

课前案例分析

箱体

底座齿轮

传动轴

为满足减速器的设计要求，各组成零件应选择什么样的材料，为什么？

工程材料分为哪几种？

有什么样的特点？性能？

怎样合理的选择材料？

2.1 碳钢

一 . 杂质元素对碳钢性能的影响

硅 （ Si） 有很强的固溶强化作用，脱氧作用

锰 （Mn） 脱氧、去硫 , 提高钢的强度和硬度

硫 （ S） 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 ) 。

磷 （ P） 有很强的固溶强化作用，低温韧性差 ( 冷裂 ) 。

二、碳钢的分类

按含碳量低碳钢 ωc≤0.25%

中碳钢 ωc=0.25%~0.60%

高碳钢 ωc ＞ 0.6%

按质量普通碳素钢 ωs≤0.055% ， ωp≤0.045%

优质碳素钢 ωs 、 ωp≤0.035%~0.040%

高级优质碳素钢 ωs≤0.02%~0.03% ， ωp≤0.03%~0.035%

按用途碳素结构钢

碳素工具钢

三、碳钢的牌号和用途

1.普通碳素结构钢

Q 235 — A · F沸腾钢

A 等级

235 MPa

屈服强度

2.优质碳素结构钢

两位数字45— 表示含碳量为 0.45%若钢中含锰量较高，将锰元素标出。

45Mn— Wc = 0.45% ; WMn = 0.7% ～ 1.0%

3.碳素工具钢

T 12 A高级优质

Wc = 1.2%

碳素工具钢

4.碳素铸钢

ZG 200 - 400

σb ≥ 400MPa

σs≥ 200MPa

铸钢

四、合金钢

1.合金元素在钢中的作用

合金元素的存在形式

溶于 F 中形成合金 F, 固溶强化溶于渗碳体中，形成合金渗碳体单独形成特殊碳化物， TiC 、 VC 等

Fe 、 Mn 、 Cr 、 Mo 、 W 、 V 、 Ti 、 Nb 、 Zr

弱 强

弱碳化物元素 : Fe、 Mn中强碳化物元素 : Cr、 Mo、 W强碳化物元素 : V、 Ti、 Nb、 Zr

2.合金钢的分类与牌号

按合金总的含量

低合金钢 ωe ＜ 4%~5%

中合金钢 ωe =5%~10%

高合金钢 ωe ＞ 10%

按用途合金结构钢

合金工具钢

特殊性能钢

3.合金钢牌号

60 Si 2 Mn

两位数字表示含碳量万倍 Wc=0.6%

化学元素符号

表示含 Si 量 2%

化学元素符号 表示含锰量≤ 1.5%

合金结构钢

合金工具钢

9 Si Cr

Wc=0.9%

Wsi≤1.5%

Wcr≤1.5%

W18 Cr4 V 表示 Wc=0.7%~0.8%,Ww=18% 、 WCr=4% 、 Wv≤1.5%

特殊性能钢特殊性能钢含碳量的表示方法与合金工具钢相同，即含碳量大于 1.0% 时不标出，小于 1.0% 时以千分数表示，而合金含量用百分数表示。

当含碳量小于 0.08% 时，在钢的牌号前加“ 0”表示 0Cr18Ni11Ti

当含碳量小于 0.03% 时，在钢的牌号前加“ 00” 表示 00Cr18Ni10

五、合金钢的应用

合金结构钢

低合金高强度结构钢

合金渗碳钢

合金调质钢

合金弹簧钢

滚动轴承钢

低合金高强度结构钢

1 、化学成分 碳素结构钢 + 合金元素 主加合金元素 : Mn 1.8 % 以内

辅加合金元素 :V 、 Ti 、 Nb 、 B 2 、牌号

Q 345 C

质量等级

345 MPa

屈服强度

Q460 钢含 Mo 、 B ，正火组织 为 B，强度高，用于石化中温 高压容器。

压力容器

南京长江大桥

Q345 钢 (16Mn) 综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。

Q390 钢含 V 、 Ti 、 Nb ，强度 高，用于中等压力的容器。

万吨远洋轮

合金渗碳钢（ Wc=0.1%~0.25% ）

性能：渗碳层具有优异的耐磨性、抗疲劳性，未渗碳的心部具有足够的强度和优良的韧性。热处理：渗碳 + 淬火 + 低温回火

碳素渗碳钢 合金渗碳钢

化学成分 Wc ≤ 0.25 %

Wc=0.1%～ 0.25%合金元

素 :Cr、 Mn、 Ni、 B 、 V 、 W 、Mo、 Ti等。

热处理后组织表层：回马+Fe3C+A

心部： F+P

表层：回马 + 合金渗碳体 +A心部：低碳回马

应用：用来制造性能要求较高或截面尺寸较大，且在承受较强烈的冲击作用下和磨损条件下工作的渗碳零件。

低淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量＜ 3 % 15Cr、 20Cr、 20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。 活塞销 ( 20Cr )中淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在 4 %左右。 20CrMn、 20CrMnTi 、 20Mn2TiB。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。

柴油机凸轮轴

高淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在 4 %～ 6 % 。 18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴

合金调质钢

合金调质钢是经过调质后使用的合金钢。含碳量为Wc=0.25%~0.50% 。Cr 、 Ni 、 Mn 、 Si 、 B 增加淬透性Cr 、 Ni 、 Mn 、 Si 、 固溶强化

碳素调质钢 合金调质钢化学成分 Wc=0.25～ 0.6% Wc=0.25～ 0.6%合金元

素 Cr、 Ni、 B 、 Si、 V 、Ti

热处理后的组织 表层： S心部： P

表层： S心部： S

合金调质钢具有良好的综合力学性能，主要用来制造一些重要的零件。

低淬透性调质钢钢含合金元素总量＜ 3 %。

40Cr、 40MnB等。

中淬透性调质钢钢含合金元素总量在 4 %左右。38 CrSi 、 35 CrMo

等。

圆锥齿轮

柴油机凸轮轴

高淬透性调质钢钢含合金元素总量在 4 %～ 10 %

制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的零件等 。38 Cr Mo Al A、 40 Cr Mn Mo、25 Cr2 Ni4 W A等。

常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。

1.实习车间的齿轮、轴、螺栓、手锯、游标卡尺是用什么材料的制造的？

2. 为什么比较重要的大截面的结构零件，如重型运输机械和矿山机械的轴类必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优缺点？

3.试根据所学知识，确定减速器壳体、底座，齿轮和轴的材料。