3-2 钢铁材料（1）《机械基础》安徽省（分类招生和对口招生）装备制造类 知识点讲解

安徽省装备制造大类对口高考机械基础复习讲义 模块3 机械工程材料 3-2 钢铁材料（1） 考点14 碳素钢（理解） 【考纲要求】 （1）识记非合金钢（碳素钢）的分类。 （2）理解并能说出非合金钢（碳素钢）牌号的表示方法。 （3）理解常用非合金钢的性能，熟悉常用牌号及其用途。 【知识网络】 【知识和技能要点】 钢铁材料是钢和铸铁的总称。 钢以铁为主要元素，碳的质量分数在2.11%以下。 铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。 钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢与合金钢三大类。 一、非合金钢（碳素钢） 平均碳的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢称为非合金钢，也称碳素钢。 非合金钢主要成分是铁和碳，还含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质元素。 硫、磷是炼钢时由原材料带入的，是有害元素，其中硫有热脆性，磷有冷脆性。 硅、锰是在炼钢加入脱氧剂时带入的，能提高钢的强度和硬度，是有益元素。 1.非合金钢的分类 分类方式 类别 化学成分 说 明 按碳的质量分数分类 低碳钢 Wc＜0.25% 中碳钢 Wc = 0.25%～0.6% 高碳钢 Wc＞0.6% 按主要质量等级分类 普通质量非合金钢 Ws≤0.040% Wp≤0.040% 主要包括一般用途的碳素结构钢、碳素钢筋钢和铁道用钢等 优质非合金钢 Ws≤0.030% Wp≤0.030% 主要包括机械结构用优质碳素结构钢、工程结构用碳素结构钢、其他专用优质非合金钢等 特殊质量非合金钢 Ws≤0.025% Wp≤0.025% 主要包括非合金工具钢、保证淬透性钢、核压力容器用非合金钢、碳素弹簧钢等 按用途分类 碳素结构钢 Wc＜0.7% 主要用于制造各种机械零件和金属结构 非合金工具钢（碳素工具钢） Wc＞0.7% 主要用于制造各种刀具、量具和模具 按专业分类 锅炉用钢、矿用钢、钢轨钢、压力容器用钢等 按脱氧方法分类 沸腾钢、镇静钢、特殊镇静钢 2.非合金钢牌号的表示方法 采用汉语拼音、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的原则。 类别 牌 号 表 示 方 法 示 例 碳素结构钢 牌号由四部分组成： ① 屈服强度“屈”字的汉语拼音首字母Q+下屈服强度最低值，如Q195。 ② 钢的质量等级符号A、B、C、D（从左到右质量等级依次提高），如Q215B、Q275B、Q275D。 ③ 脱氧方法符号：F-沸腾钢，Z-镇静钢，TZ-特殊镇静钢，Z和TZ可以省略，如Q235AF。 ④ 必要时，牌号尾部可加产品用途、特性和工艺方法表示符号。 Q235AF表示下屈服强度最低值为235MPa（记为ReL≥235MPa），质量等级为A级的沸腾碳素结构钢； Q275B表示下屈服强度最低值为275MPa（记为ReL≥275MPa），质量等级为B级的碳素结构钢。 优质碳素结构钢 牌号由五部分组成： ① 用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数，如45。 ② 如果锰的质量分数较高，在两位数字后面加“Mn”，表示锰钢，如40Mn。 ③高级优质钢、特级优质钢的牌号后分别加“A”、“E”，如50A。 ④ 沸腾钢的牌号后面加“F”，如08F。 ⑤ 必要时，牌号尾部可加产品用途、特性和工艺方法表示符号。 08F表示平均碳的质量分数为0.08%的优质碳素结构钢，沸腾钢； 45表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢； 40Mn表示平均碳的质量分数为0.40%，锰的质量分数较高的优质碳素结构钢（锰钢）。 非合金工具钢 牌号由四部分组成： ① “碳”字的汉语拼音第一个字母T。 ② 阿拉伯数字表示钢中平均碳的质量分数的千分数，如T7、T10。 ③锰钢在阿拉伯数字后面加“Mn”，如T8 Mn。 ④高级优质非合金钢的牌号后加“A”，如T12A。 T10表示平均碳的质量分数为1.0%的非合金工具钢； T12A表示平均碳的质量分数为1.2%的高级优质非合金工具钢。 易切削钢 牌号由三部分组成： ① “易”字的汉语拼音第一个字母Y。 ② 用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数，如Y12。 ③ 易切削元素符号，如锰、钙、铅等，分别加上对应的化学元素符号Mn、Ca、Pb，如Y40Mn、Y08Pb。 如Y40Mn表示平均碳的质量分数为0.40%，锰的质量分数较高的易切削钢。 铸造碳钢 牌号由四部分组成： ①“铸钢”两个字的汉语拼音第一个字母ZG。 ② 第一组数字表示下屈服强度最低值。 ③ 第二组数字表示抗拉强度最低值。 ④ 两组数字用“-”隔开。 ZG200-400表示下屈服强度最低值为200MPa（ReL≥200MPa），抗拉强度最低值为400MPa（Rm≥400MPa）的铸造碳钢。 3.常用非合金钢的性能和用途 （1）碳素结构钢 凡用于制造机械零件和各种工程结构件的钢都称为结构钢。 根据质量分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。 碳素结构钢属于普通质量非合金钢，Ws≤0.040%，Wp≤0.040%。通常轧制成板材或各种型材。是各类钢中用量最大的一类。 随着牌号中数值的增大，钢中碳的质量分数增大，强度、硬度提高，塑性、韧性降低。 碳素结构钢一般在热轧空冷状态下使用,不再进行热处理，主要用于焊接、铆接构件。这些构件在常温、有冲击载荷条件下工作可选用相应的B级钢，在低温、有冲击载荷条件下工作或重要的焊接件可选用C、D级钢。 碳素结构钢的性能和用途 钢号 性能 用 途 图 例 Q195 Q215 塑性、韧性、焊接性好，但强度低 常用于制造工程结构和受力不大的零件，如薄板、焊接钢管、铁丝、铆钉、垫圈、铁钉、冲压件等。 Q235 应用较多，塑性、韧性、焊接性、冲压性能良好，并具有一定的强度 常用于制造薄板、型钢、钢筋、钢管、螺栓、桥梁与建筑结构件、焊接结构件等。 Q275 具有较高的强度、较好的塑性和可加工性 常用于制造强度要求较高的齿轮、连杆、键、轴及销等。 (2)优质碳素结构钢 优质碳素结构钢属于优质非合金钢，Ws≤0.030%，Wp≤0.030%。大多数用于制造机械零件，可以进行热处理以改善和提高其力学性能。 碳的质量分数越大，钢的塑性、韧性越差，而强度、硬度越高。强度在碳的质量分数为0.9%时达到最高值。 优质碳素结构钢的性能和用途 钢号 性能 用 途 图 例 08、10 冷冲压钢 强度、硬度低，塑性、韧性高，焊接性好。 常用于制造薄板、铁丝、冲压件和焊接件等。 15、20 25 渗碳钢 强度较低，塑性、韧性较好，冷冲压性能和焊接性很好 可制造焊接容器、螺钉、起重钩、指甲钳等受力不大、要求韧性较高的零件,还可用于制造冷冲压件和焊接件 30、35 40、45 50、55 调质钢 经过热处理后具有良好的综合力学性能。 主要用于制造要求强度、塑性、韧性都较高的机械零件，如齿轮、轴类等较重要的运动零件。其中40和45应用最广泛。 60、65 70、75 80、85 弹簧钢 经过热处理后可获得较高弹性 主要用于制造尺寸较小的弹簧、板簧等弹性零件及耐磨零件。80钢的强度较高，常用来制造承受巨大拉力的钢丝绳。 (3)非合金工具钢 用于制造刃具、模具、量具及其他工具，它们要求高硬度和高耐磨性，碳的质量分数都在0.7%以上，属于高碳钢。有害杂质元素S、P含量较少，属于优质钢和高级优质钢。 非合金工具钢的性能和用途 钢号 用 途 图 例 T7、T7A T8、T8A 用于制造凿子、模具、斧头、木工工具及钳工装配工具等不受大的冲击、需较高硬度和耐磨性的工具。 T9、T9A T10、T10A T11、T11A 用于制造刨刀、冲头、冲模、丝锥、手工锯条及卡尺等不受较大冲击的工具和耐磨机件。 12、T12A T13、T13A 用于制造丝锥、铰刀、钻头、锉刀、刮刀等不受冲击而要求极高硬度的工具和耐磨机件。 （4）其他专用优质非合金钢 是在优质碳素结构钢的基础上发展出来的专门用途的钢，如锅炉用钢、钢轨钢、易切削钢、工程用铸造碳钢和桥梁用钢等。 名 称 采用字母 位置 名 称 采用字母 位置 锅炉用钢(管) 锅G 尾 易切削钢 易Y 头 压力容器用钢 容R 尾 钢轨钢 U 头 汽车大梁用钢 梁L 尾 焊接用钢 焊H 头 桥梁用钢 桥Q 尾 铸造用生铁 铸Z 头 耐候钢 耐候NH 尾 焊接气瓶用钢 焊瓶HP 头 矿用钢 矿K 尾 机车车辆用钢 机JZ 头 低温压力容器用钢 低容DR 尾 管线用钢 L 头 其他专用优质非合金钢的性能和用途 类 别 典型钢号 性 能 应 用 锅炉用钢 20G、22G、16MnG 化学成分均匀，经过冷态变形后在长时间放置和使用过程中仍能保持良好的韧性 在优质碳素结构钢的基础上发展起来的、专门用于制造锅炉构件的钢 易切削钢 Y12、Y20、Y35、Y40Mn 在钢中加入较高含量的硫、铅、锡、钙等易切削元素，以改善其切削加工性能 主要用于制造受力较小、不太重要且大批生产的标准件，如螺母、螺钉、垫片、垫圈、计算机和仪表中的零件；还用于制造炮弹的弹头、弹壳等,以便在爆炸时碎裂成更多的弹片 铸造碳钢 ZG200-400 当零件的形状较复杂，强度要求较高,采用铸铁又不能满足要求时，一般选用铸造碳钢。其碳的质量分数为0.20% ～0.60%，广泛用于制造重型机械的零件，如水压机横梁、轧钢机机架等。 ZG340-640 【练习题】 一、单项选择题 1.钢铁行业是我国国民经济的支柱性产业，是关系国计民生的基础性行业，在我国工业现代化进程中发挥了不可替代的作用。生铁与钢的本质不同在于（ ）。 A．用途不同 B．含碳量不同 C．颜色不同 D．市场需求量不同 2.碳的质量分数( )的钢为低碳钢。 A.≤0.25％ B.≤0.50％ C.≤0.60％ D.≤0.10％ 3.按碳的质量分数分类，45钢属于( )。 A．低碳钢 B．中碳钢 C．高碳钢 D．合金钢 4.碳素钢质量的高低主要根据( )来划分。 A．钢的碳含量 B．用途 C．钢中杂质S、P的含量 D．脱氧是否完全 5.普通质量非合金钢、优质非合金钢、特殊质量非合金钢的分类依据是 ( )。 A.碳的质量分数 B.主要质量等级 C.使用特性 D.脱氧方法 6.下列碳素结构钢的杂质含量范围，正确的是（ ）。 A.WC=0.25% ~0.6% B. WS<0.04%  C. WP=0.025% ~0.030% D. WS<0.025%  7.碳素结构钢中碳的质量分数越低则（ ）。 A.材料的强度越高，塑性越低 B. 材料的强度越低，塑性越高 C.材料的强度越高，塑性不变 D. 材料的强度变化不大，而塑性越低  8.一般情况下，碳素钢中碳的质量分数增大，则钢的硬度就提高，强度也越高，塑性、可加工性、焊接性越（ ）。 A．高 B．不影响 C．降低 D．不变 9.下列选项中关于Q235BF的说法，错误的是（ ）。 A.是一种普通质量的碳素钢 B.是一种沸腾钢，同时是低碳钢 C.在热轧空冷状态下使用，不再进行热处理 D.不能在常温有冲击载荷的条件下工作  10.下列材料中,制造冷冲压件应选用( )钢。 A．08F B．45 C．65Mn D．T12A 11.下列材料中,制造冷冲压件应选用( )。 A．05F B．45 C．65Mn D．T12A 12. 08F 钢中的平均含碳量为 。（ ） A．0.08% B.0.8% C.8% D.以上都不对 13.制造便携式小轿车备用油箱的材料通常选用( )。 A.50 B.08 C.12Cr18Ni9 D、T12 14.下列材料中,制造渗碳零件应选用( )。 A．15 B．45 C．65Mn D．T12A 15.45钢中碳的质量分数为( )。 A.0.045%  B.0.45%  C.4.5%  D.以上都不对 16.下列牌号钢材中，适合制作弹簧的是（ ）。 A.Q275 B.50A C.Y12 D.60 17.工具钢的碳含量都在( )以上。 A．0.25％ B．0.60％ C．0.70％ D．0.80％ 18.T9是( )。 A.碳素工具钢 B.特殊质量碳素工具钢 C.碳素结构钢 D.优质碳素结构钢 19.锉刀应选用( )钢制造。 A．T8 B．T10A C．Q235 D．T12A 20.选择材料：丝锥( )，铆钉( )，冷冲压件( )，齿轮( )。 A.Q215 B.45 C.08F D.T12 21.比较下列钢的特性：( )的硬度最高，( )的弹性最好，( )的塑性最好。 A.65Mn B.25 C.45 D.T11 22.锉刀应选用( )钢制造。 A．T8 B．T10A C．Q235 D．T12A 23.用于制造刀具、量具和模具的钢,一般选用( )。 A．低碳钢 B．中碳钢 C．高碳钢 D．铸铁 24.用于制造丝锥、钻头等不受冲击而要求极高硬度的工具的材料是（ ）。 A．T7A B．T8A C．T10A D．T12A 25.在下面四种钢中，( )钢的塑性最好。 A.08F  B.20  C.T9 D.T12 26.下列材料中( )的硬度最高。 A．20F B．Q235 C．45 D．T7 27.在易切削钢中常加入的元素是( )。 A.S B.P C.Mn D. Si 28.形状复杂、力学性能要求较高,而且难以用压力加工方法成形的机架、箱体等零件,应采用( )来制造。 A．碳素工具钢 B．碳素结构钢 C．铸钢 D．铸铁 二、多项选择题 1.钢所含的杂质元素中,有益元素是( )。 A．P B．S C．Mn D．Si 2.下列属于优质碳素结构钢的是( )。 A．20Mn B．9SiCr C．08 D．20CrMnTi 3.下列牌号中属于优质碳结构钢的有（ ）。 A．T8A B.08F C.45 D.40Mn 4.主要用于制造要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件的材料为（ ）。 A．30 B.40 C.45 D.08F 5.用于制造刨刀、冲头、手工锯条等不受较大冲击的工具的材料是 （ ）。 A．T8A B．T10 C．T10A D．T12A 6.在易切削钢中常加入的易切削元素有（ ）。 A．S B．Pb C．Sn D．Ca 三、填空题 1.机械工程中常用的材料有 、 、 。 2.钢铁材料是 和 的统称。 3.钢按化学成分可分为 、 与 三大类。 4.碳的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢称为 ，也称 。 5.非合金钢含有少量的杂质,其中 是有益元素，能提高钢的 ； 是有害元素。 6.硫在非合金钢中有 性，磷有 性。 7.碳素钢的分类方法很多，按钢中碳的质量分数可分为 、 和 ，按钢的质量等级分可分为 、 和 。 8.钢中碳的质量分数分类范围：低碳钢WC ，中碳钢WC ，高碳钢WC 。 9.碳钢质量的高低，主要根据钢中杂质 、 的质量分数来划分。 10.碳素结构钢的Wc ，主要用于制造各种 和 。 11.非合金工具钢用于制造各种 、 及 ，Wc ，属于高碳钢，有害杂质元素含量较少，属于 和 。 12.碳素结构钢牌号的含义：“Q”表示 ，数字表示 ；A、B、C、D 表示 ；牌号末尾的“F”表示 ，Z表示 。 13.Q235A-F钢为 ，235表示 ，A 表示 ,F表示 。 14.优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示碳的质量分数的 。 15.50A的平均碳的质量分数为 ，按碳的质量分数属于 钢，按主要质量等级分类属于 钢，按用途分类属于 钢。 16.T12A钢的平均碳的质量分数为 ，按碳的质量分数分类属于 钢，按主要质量等级分类属于 钢，按用途分类属于 钢。 四、简述题 1.非合金钢常用的分类方法有哪些?它是如何进行分类的? 2.平均碳的质量分数对钢的强度、塑性和韧性有何影响？ 3.说明下列牌号属于何类钢,其数字和符号各表示什么。 Q235 A·F 45 T12A ZG200—400 4.国家体育场(鸟巢)是2008年北京奥运会的主体育场,它采用我国自主研制的Q460钢。请问：Q460钢属于什么钢？说明钢号的含义。 【答案】 一、单项选择题 1. B 2. A 3. B 4．C 5. B 6. C 7. B 8.C 9.D 10. A 11.A 12.A 13.B 14.A 15.B 16.B 17.C 18.A 19.D 20.DACB 21. DAB 22. D 23. C 24．D 25. A 26. D 27. A 28.C 二、多项选择题 1. CD 2. AC 3. BCD 4.ABC 5.BC 6.ABCD 三、填空题 1. 钢铁材料 非铁金属 非金属材料 2. 钢 铸铁 3. 非合金钢 低合金钢 合金钢 4. 非合金钢 碳素钢 5. 硅、锰 强度和硬度 硫、磷 6. 热脆 冷脆 7. 低碳钢 中碳钢 高碳钢 普通质量非合金钢 优质非合金钢 特殊质量非合金钢 8. ≤0.25％ ＝0.25％~0.6％ ≥0.6％ 9. 硫 磷 10.＜0.7% 机械零件 金属结构 11.刀具 量具 模具 ＞0.7% 优质非合金钢 高级优质非合金钢 12.“屈”字汉语拼音首字母 下屈服强度 钢的质量等级 沸腾钢 镇静钢 13.普通碳素结构钢 下屈服强度最低值为235MPa 质量等级为 A 级 脱氧方法为沸腾钢 14. 万分数 15. 0.5% 中碳 优质非合金 碳素结构 16. 1.2% 高碳 高级优质非合金 非合金工具 四、简述题 1.答：非合金钢有多种分类方法： (1)按碳的质量分数分类，可分为 ①低碳钢:Wc≤0.25%； ②中碳钢: Wc =0.25～0.60%； ③高碳钢: Wc≥0.6%。 (2)按主要质量等级分类，可分为 ①普通质量非合金钢，生产过程中不需要特别控制质量的一般用途的非合金钢，WS≤0.035%，WP≤0.035%； ②优质非合金钢，除普通非合金钢和特殊质量非合金钢之外的非合金钢，在生产过程中需特别控制质量，如控制晶粒度，降低硫和磷的质量分数等，但要求没有特殊质量非合金钢严，WS≤0.030%，WP≤0.030%； ③特殊质量非合金钢，生产过程中需严格控制质量和性能的非合金钢，WS≤0.025%，WP≤0.025%。 (3) 按用途分类，可分为 ①碳素结构钢，一般Wc＜0.7%；主要用于制造各种机械零件和金属结构； ②碳素工具钢，一般Wc＞0.7%；主要用于制造各种刀具、量具和模具。 非合金钢还可以按其他方法进行分类，例如，按专业分类，可分为锅炉用钢、矿用钢、钢轨钢、压力容器用钢等；按脱氧方法分类，可分为沸腾钢、镇静钢、特殊镇静钢。 2.答: 当Wc＜0.9%时，随着碳的质量分数增大，钢的强度、硬度不断升高，而塑性、韧性不断降低。当Wc＞0.9%时，随着碳的质量分数增大，虽然钢的硬度还在升高，但是强度下降，而塑性、韧性继续降低。 3.答：Q235：普通碳素结构钢，Q 代表屈服点，235表示最低屈服强度ReL≥235Mpa，质量等级为 A 级，脱氧方式为沸腾的普通碳素结构钢； 45：优质碳素结构钢，45表示平均碳的质量分数，WC＝0.45％； T12A：高级优质碳素工具钢，WC＝1.2％，A 表示硫、磷含量较少。 ZG200—400：铸造碳钢，200表示最低屈服强度为 200 MPa，400表示最低抗拉强度为 400 MPa 。 4.答：Q460钢属于低合金高强度结构钢, 最低屈服强度ReL≥460MPa。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $