第三章 钳工理论基

第三章钳工理论基础知识金属材料等金属材料的分类一.黑色金属铸铁钢白口铸铁灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁合金铸铁碳素钢合金钢普通碳素钢优质碳素钢碳素工具钢合金结构钢合金工具钢特殊合金钢二.有色金属铜及铜合金铝及铝合金轴承合金纯铜黄铜青铜纯铝硬铝防锈铝铸铝锻铝锡基轴承合金铅基轴承合金铝基轴承合金含油轴承合金钢和铁有什么区别？钢和铁的区别●钢和铁都是以铁和碳为主要元素的组成的合金！●碳的质量含量在2％以上的铁碳合金称为生铁！●碳的质量含量在2％以下的铁碳合金称为钢！一.黑色金属1.铸铁生铁：铁矿石在高炉中炼出来的。炼铁工艺，分铸造生铁和炼钢生铁两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材，此过程称炼钢steel—making。白口铸铁碳以碳化物（Fe3C)形式出现。其断面呈银白色，硬而脆，很难进行机械加工；很少直接用于零件.主要用来制造冲击力小于耐磨的工件。如：轧辊、冷硬车轮、犁铧等灰口铁碳以石墨形式出现，工业用途最广，其断面呈暗灰色。按石墨的形状不同，又分为：灰铸铁——片状石墨球墨铸铁——球状石墨可锻铸铁——团絮状石墨蠕墨铸铁——蠕虫状石墨白口灰口麻口成分：C=2.6%~3.5%；SI=1.1~3%Mn=0.6~1.3%组织：（1）Fe+片状C；（2）Fe+P+片状C；（3）P+片C性能：力学性能：σ压高；σb低；δ、ak较差；其他性能：铸造性好；减振性好；减摩性好；切削加工性好；低的缺口敏感性灰铸铁新牌号旧牌号用途举例HT100HT10～26HT150HT200HT250HT300HT350盖、油盘、手轮、手柄、支架或简单加工就可以使用的一般零件。HT15～33HT20～40HT25～47HT300～54HT35～61立柱、底座、齿轮箱、平板及铸造齿轮、低速皮带轮等。发动机汽缸、齿轮、床身、夹具体、内燃机、活塞、和汽缸盖等重要零件；承压6MPa的油泵、阀体及速度较高的皮带轮。剪板机、压力机、重型机床床身、机座、机架等重要零件及大型曲轴，汽缸体、缸盖等，也可制成高压泵的阀体、泵体及冲压机模体。热处理性能：▲消除应力退火▲消除白口组织改善切削加工性能退火▲表面淬火如：车床导轨麻口铸铁碳以Fe3C+石墨形式出现。断口：白色与灰色之间；此类铸铁脆性很大，很少使用。另：合金铸铁（向铸铁中加入合金元素，改善性能）。球墨铸铁成分：在金属液中加入球化剂稀土镁合金——球化处理使C变为球状。组织：（基体是（Fe，Fe+P，P）+球状石墨c性能：较高的σb、σ-1，但δ、ak比钢差。球墨铸铁的金相组织球墨铸造：用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。球墨生铁见下表所示：牌号Q10Q12Q16球墨铸铁（GB1412-85）可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一种经过石墨化处理的白口铸铁。可锻铸铁可锻铸铁的金相组织可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类；一类是黑心可锻铸铁和珠光可锻铸铁。黑心可锻铸铁组织主要是铁素体：（Fe）基本+团絮状石墨；珠光体：可锻铸铁组织主要是珠光体（P）基体+团絮状石墨。另一类是白心可锻铸铁，白心可锻铸铁组织决定于断面尺寸，小断面的以铁素体为基体，大断面的表面区域为铁素体、心部为珠光体和退火碳。可锻铸铁牌号、性能（根据GB9440-88）见下两表：成分：c=2.2~2.8%,si=1~1.8;含碳、硅量低；性能：σ、δ、ak比灰铸铁好，但不能锻造。牌号：KTH（或Z）□□□—□□可锻铸铁（可铁）黑心（铁素体）珠光体σb≥MPaδ=%KTH300—06；用：湾头、三通管件、阀门。KTZ550—04；用于；载荷较高的耐磨损、凸轮轴，齿轮等。见P133表5—17。GB9440—88KTH300—06；用：湾头、三通管件、阀门。KTZ550—04；用于；载荷较高的耐磨损、凸轮轴，齿轮等。标准：GB9440—88可锻铸铁用途2.钢钢是含碳量在0.04%~2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种：2.1按品质分类：按照钢中硫（S）和磷(P)的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。(1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.055%）(2)优质钢（P、S均≤0.035%）(3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2.2按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）2.3按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。2.4按用途分类:1)建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。2)结构钢：a.机械制造用钢;b.弹簧钢;c.轴承钢3)工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。4)特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。5)专业用钢:如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。2.5按金相组织分类：2.6综合分类：(1)普通钢a.碳素结构钢：Q195；Q215(A、B)；Q235(A、B、C)；Q255(A、B)；Q275。b.低合金结构c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。2.7按脱氧程度和浇注制度分：a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。钢号表示方法概述:根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB221-79）中规定，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。即：①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si、Mn、Cr……等。混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示。③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。钢号表示方法的分类说明：碳素结构钢:①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是Mpa。例如：Q235表示屈服点（ss）235MPa的碳素结构钢。②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。③专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。优质碳素结构钢①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。序号牌号牌号牌号序号序号12345678910111208F10F15F0.81015202530354045131415161718192021222324505560657075808515Mn20Mn25Mn30Mn25262728293031323334353635Mn40Mn45Mn50Mn60Mn65Mn70Mn优质碳素结构钢牌号碳素工具钢①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如：“T8”表示平均碳含量为0.8%。③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。碳素工具钢用途广泛。其中T7、（T7A）、T8、（T8A）钢因韧性较好，主要用作承受震动与冲击载荷的工具，如凿子、打铁用模、各种锤子、木工具等；T9（T9A）由于含碳量较高，故硬度、耐磨性较高、韧性较差，有一定韧性用作不受剧烈震动冲击的工具。如冲模、冲头、木工切削工具、凿岩凿子等到；T10、（T10A）、T11、（T11A）韧性尚可，耐磨、较硬、应用较广、制作要求较高且不受突然和剧烈冲击和震动而需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、板牙、铣刀、刀锯锯条及简单量具；T12（T12A）、T13（T13A）钢则用于制造不受震动，要求极高硬度的工具，如钻头、丝锥、锉刀、刮刀等。易切削钢①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。合金结构钢①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如：40Cr。②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量＜1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4~0.6%，后者为0.9~1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%⋯⋯时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒0.07~0.12%，硼为0.001~0.005%。④高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。⑤专门用途的合金结构钢10，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。低合金高强度钢（工人不讲）①钢号的表示方法，基本上和合金结构钢相同。低合金钢是指在钢中加入少量合金元素，由于合金元素的强化作用，低合金结构钢的屈服点比普通碳素钢高25~150%，加之大多低碳，而具有良好的塑性韧性和焊接性能，有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性，因此，低合金钢是一类很有发展前途的钢，在钢的生产中比例越来越大。低合金钢按质量和用途分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢。②对专业用低合金高强度钢，应在钢号最后标明。例如16Mn钢，用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”，汽车大梁的专用钢种为“16MnL”，压力容器的专用钢种为“16MnR”。弹簧钢弹簧钢是用生产各种板簧和螺旋弹簧或类似零件（如轧辊等）。弹簧是一种能产生大量弹性变形的结构零件，通过弹簧的弹性变形，可以吸收冲击能量、缓和冲击和震动的作用，因此对弹簧钢的要求必须有高的强度，特别是高的屈服强度和疲劳强度；要不易脱碳，有良好的表面质量，具有一定的淬透性和良好的工艺性能。有的弹簧还要求耐热、耐腐蚀等。因此弹簧钢含碳较高，弹簧钢有合金和非合金。弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类，其钢号表示方法，前者基本上与优质碳素结构钢相同，后者基本上与合金结钢相同。滚动轴承钢:滚动轴承钢也叫轴承钢。主要用来制造滚动轴承内外套圈、滚珠、滚粒、保持架等，但在量具、冷作模具、低合金刀具、柴油机高压油泵件等方面也有广泛应用。轴承钢种类较