考点3 非合金钢、低合金钢和合金钢 《金属加工基础》 山东省（春季高考）机械制造类 知识讲解

山东省（春季高考）机械类 金属加工 复习讲义 1—3 非合金钢、低合金钢和合金钢 【考纲要求】 （1）了解钢的概念和分类。 （2）掌握非合金钢、低合金钢、合金钢的牌号、性能及应用。 【知识和技能要点】 考点1 钢概述 (1)钢是以铁为主要元素，含碳量 wc≤2.11%, 并含有其他元素的金属材料。 (2)杂质元素：在钢中含有硅、锰、硫、磷等杂质元素，其中：硅、锰为有益元素，硫、磷为有害 元素。 (3)钢按化学成分可以分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类。 考点2 非合金钢 1.概念 非合金钢是指以铁、碳为主要元素，碳的质量分数一般在2.11%以下，并含有少量硅、锰、 硫、磷等其他元素的铁碳合金材料。 2.分类 (1)按碳的质量分数分类。 ①低碳钢：wc<0.25%, 焊接性能好，塑性好。 ②中碳钢：0.25%≤wc<0.60% ,具有良好的综合力学性能。 ③高碳钢：wc>0.60%, 具有良好的耐磨性。 (2)按主要质量等级分类。 ①普通质量非合金钢：指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途的非合金钢。 ②优质非合金钢：指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢。 ③特殊质量非合金钢：指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的非合金钢。 (3)按用途分类。 ①碳素结构钢：主要用于制造各种机械零件和工程结构件。 ②碳素工具钢：主要用于制造工具。 (4)根据钢的质量分数和室温组织的不同分类。 ①亚共析钢：含碳量一般在0.0218%～0.77%之间。 ②共析钢：含碳量为0.77%。 ③过共析钢：含碳量一般在0.77%～2.11%之间。 (5)根据钢在冶炼时的脱氧方法不同分类。 ①沸腾钢F。② 镇静钢Z。③半镇静钢b。④特殊镇静钢TZ(Z 和 TZ 符号在牌号中可省略)。 (6)其他分类方法。 按专业分类，可分为锅炉用钢、桥梁用钢、矿山用钢等。 按冶炼方法进行分类，可分为转炉钢和电炉钢等。 3.牌号及用途 (1)普通质量碳素结构钢。 ①牌号。 由代表屈服强度的字母 Q、屈服强度最低值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。质量等 级用英文字母 A、B、C、D 表示，质量依次提高。如 Q235AF 表示屈服强度≥235 MPa (板材厚度 小于16 mm 时),质量等级为 A 级的沸腾碳素结构钢。 ②性能及用途。 Q195、Q215 系列性能：塑性好，焊接性能好。 应用：用于制造薄板、焊接钢管、线材、铁钉、铆钉、垫圈、地脚螺栓、冲压件、屋面板、烟囱等。 Q235 系列性能：有一定的强度、塑性、韧性，焊接性能好，应用广泛。 应用：制造薄板、中板、型钢、钢筋、钢管、铆钉、螺栓、连杆、小轴、法兰盘、机壳等。 Q255 系列性能：强度较高，塑性、焊接性能较好。 应用：用于制造轴、拉杆、吊钩、螺栓、键等机械零件。 Q275 系列性能：具有较高的强度、塑性，焊接性能差。 应用：用于制造强度要求较高的轴、拉杆、齿轮、键、金属构件、销钉等。 (2)优质碳素结构钢。 ①牌号。 用两位阿拉伯数字表示，数字表示该钢平均碳的质量分数的万分数。如45表示平均碳的质 量分数为0.45%的优质碳素结构钢。 ②性能及用途。 08F 钢、08钢、10钢、15钢(冷冲压钢)性能：塑性、韧性好，强度不高。 应用：用于制造冷轧薄扳、冷冲压件、焊接件等。 20钢、25钢(渗碳钢)性能：可以制造各种受力不大但要求高韧性的零件。 应用：用于制造焊接容器与焊接件、螺钉、杆件、轴套等。 30钢、35钢、40钢、45钢、50钢、55钢(调质钢)性能：强度、塑性、韧性好，具有良好的综合 力学性能。 应用：用于制造重要的齿轮、轴、连杆等零件。其中40钢、45钢应用广泛。 60钢、65钢、70钢(弹簧钢)性能：具有较高的弹性和屈服强度。 应用：用于制造机车车辆及汽车上的螺旋弹簧、板弹簧、气门弹簧、弹簧发条等。 (3)特殊质量非合金钢。 ①易切削钢。 牌号：由代表易切削钢的字母 Y 和代表平均含碳量万分数的数字组成。如Y12 表示平均碳 的质量分数为0. 12%的易切削钢。 性能：具有良好的切削加工性。 用途：易切削钢主要用于制造受力较小、不太重要的大批生产的标准件。如炮弹弹头、螺 钉、螺母、垫圈、垫片、缝纫机、计算机和仪表用零件等。 考点3 合金钢 1. 概念 含有一种或数种有意添加的合金元素的钢，称为合金钢。 2.分 类 (1)按钢的主要质量等级分类。 ①优质合金钢。 ②特殊质量合金钢。 (2)按钢的主要性能及使用特性分类。 ①合金结构钢。 ②高锰耐磨钢。 ③滚动轴承钢。 ④合金工具钢。 ⑤不锈钢。 ⑥耐热钢。 ⑦特殊物理性能钢。 3. 合金结构钢 (1)分类：分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢。 (2)牌号：由平均含碳量的万分数、化学元素符号、化学元素含量的百分数组成。如45Cr 表 示含碳量为0 .45%,含 Cr 量小于1.5%的合金调质钢。当合金钢中某合金元素的质量分数小于 1.5%时，牌号中仅标出合金元素符号，不标明其含量。 (3)性能及用途。 ①合金渗碳钢。 性能：表面有较高的硬度和耐磨性，心部有良好的塑性和韧性。 用途：汽车变速箱中的齿轮、汽车后桥齿轮、传动轴、高速齿轮。 热处理方法：渗碳、淬火、低温回火。 常用牌号：20Cr 、20CrMnMo。 ②合金调质钢。 性能：具有良好的综合力学性能。 用途：重要的齿轮、轴。 热处理方法：调质处理。 常用牌号：40Cr、35CrMo。 ③合金弹簧钢。 性能：具有较高的弹性极限和屈服强度。 用途：弹性元件，如卷簧、板簧等。 热处理方法：淬火、中温回火。 常用牌号：60Si2CrA 、60Si2Mn。 4.高锰耐磨钢 (1)定义：用于工作时承受很大压力、强烈冲击和严重磨损的机械零件，高锰耐磨钢的含碳 量 一般在1 . 0%～1 . 3% ,Mn 的质量分数为11%～14%。 (2)牌号：由代表铸钢的字母 ZG、代表平均含锰量百分数的数字组成。如 ZGMn13-1 表 示 含 Mn 量为13%,序号为1的高锰耐磨钢。 (3)性能及用途。 性能：使用时受到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面产生硬化，硬度和耐磨性大大提高。 心部仍然保持良好的韧性和塑性。 用途：坦克及拖拉机的履带板、铁路道岔、铲齿、球磨机衬板、破碎机牙板等。 热处理方法：水韧处理。 5.滚动轴承钢 (1)定义：其属于特殊质量合金钢，主要用于制造滚动轴承中的部件。滚动轴承钢的含碳量 一般在0 .95%～1 . 15% ,Cr 的质量分数为0 .4%～1 .65%。 (2)牌号：由代表滚动轴承钢的字母 G、代表平均含铬量千分数的数字组成。如 GCr15 表 示 含 Cr 量为1 .5%的滚动轴承钢。 (3)性能及用途。 性能：高硬度、高耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和耐磨性。 用途：滚动轴承的滚动体和内、外圈。 热处理方法：淬火、低温回火。 6.合金工具钢 (1)分类：分为刃具与量具钢、耐冲击工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、高速工具钢。 (2)牌号：由平均含碳量的千分数、化学元素符号及含量组成。当 wc≥1% 时，不标碳的质 量分数的数字。如9SiCr 表示含碳量为0 .9%,含 Si 量小于1 . 5%,含 Cr 量小于1 . 5%的合金工 具钢。CrWMn 表示 wc≥1% 、wcr<1.5% 、ww<1.5% 、WMn<1.5% 的合金工具钢。 知识模块3 ·第一章 金属材料 (3)性能及用途。 ①刃具与量具钢。 性能：具有较高的硬度、耐磨性，还有良好的冲击韧性。含碳量一般在0.8%～1.5%。 用途：低速切削刀具，如丝锥、板牙、铰刀、拉刀、圆锯等，也可制造各种量具和块规。 热处理方法：淬火、低温回火。 常用牌号：9SiCr 、CrWMn。 ②耐冲击工具钢。 性能：具有较高的硬度、耐磨性，还具有较好的冲击韧性。耐冲击工具钢的含碳量一般在 0.4%～0.6%。 用途：风动工具、金属冷剪刀片、铆钉冲头、冲孔冲头。 热处理方法：淬火、中温回火。 常用牌号：4CrW2Si 、5CrW2Si 、6CrW2Si。 ③冷作模具钢。 性能：具有较高的硬度、耐磨性，还有足够的冲击韧性和耐疲劳性。冷作模具钢的含碳量一 般 在 1 % ～ 2 % 。 用途：冷作模具，如冷冲模、剪切模、拉丝模具、冷挤压模、冷镦模等。 热处理方法：淬火、低温回火。 常用牌号：Cr12 、Cr12MoV。 ④热作模具钢。 性能：较高的强度、较好的韧性和耐磨性。良好的热导性、耐热疲劳性、淬透性。 用途：热作模具，如热锻模、压铸模、热挤压模。 热处理方法：淬火、中温回火。 常用牌号：5CrNiMo 、3Cr2W8V。 ⑤高速工具钢。 牌号：高速工具钢的含碳量一般在0.7%～1.65%。牌号中含碳量一律不标出。牌号由所含 化学元素符号及其含量的百分数组成。如 W18Cr4V 表示含 W 量为18%,含 Cr 量 为 4 % , 含 V 量小于1 .5%的高速工具钢。 性能：有高的硬度、耐磨性和热硬性。尤其是热硬性，在切削温度600～650℃时仍能进行切 削加工。 用途：高速切削车刀、铣刀、钻头、铰刀、插齿刀等。 热处理方法：淬火、多次高温回火。 常用牌号：W18Cr4V 、W6Mo5Cr4V2。 7.不锈钢 (1)定义：指以不锈、耐腐蚀为主要特性的特殊质量合金钢。平均铬的质量分数至少为 10.5%,平均碳的质量分数最大不超过1.2%。 (2)牌号：与碳素结构钢相似，不同的是当 wc≤0.03%时，推荐取三位小数。如 022Cr17Ni7N 表 示 wc=0.022%,wc=17%,UN;=7%,wn≤1.5%的不锈钢。 (3)性能及用途。 性能：有较强的耐腐蚀性，较高的强度和硬度。 用途：10Cr17 钢用于制造建筑装饰品、家用电器部件、食品用设备等。12Cr18Ni9 钢用于制 造装饰品、耐腐蚀部件，如储酸槽等。68Cr17 钢用于制造刃具、量具、轴承、医用手术刀片等。 常用牌号：10Cr17 、12Cr18Ni9 、68Cr17。 8.耐热钢 (1)定义：指在高温下具有良好的化学稳定性或较高强度的钢。 (2)牌号：同不锈钢。 (3)性能及用途。 性能：在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性。 用途：各种炉内构件、渗碳炉构件、汽轮机构件、发动机排气阀等。 9.特殊物理性能钢 (1)定义：指具有特殊磁性、电性、弹性、膨胀性等物理性能的钢，属于特殊质量合金钢。 (2)分类：分为永磁钢、软磁钢、无磁钢、特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢及其合金。 (3)性能及用途。 永磁钢：用于制造无线电器材和通信器材中的永久磁铁装置。 软磁钢：用于制造电动机的转子与定子、变压器、继电器等。 无磁钢：用于制造电机绑轧钢丝绳和护环、变压器盖板、电动仪表壳体与指针。 【练习题】 一、单项选择题 1．[2020年真题]下列材料牌号中属于优质碳素钢的是( )。 A.Q235 B.40Cr C.HT200 D.45 2.[2020年真题]60Si2Mn 中，碳的平均含量是( )。 A.60% B.6% C.0.6% D.0.06% 3.[2021年真题]应用于桥梁、船舶和车辆等领域的低合金高强度结构钢牌号是( )。 A.Q215 B.Q355 C.9SiCr D.40Cr13 4.[2021年真题]下列牌号表示的材料中，硬度最高的是( )。 A.65 B.20CrMnTi C.40Cr D.T12A 5.[2021年真题]下列合金钢中平均含Cr 的质量分数用千分数表示的是( )。 A.1Cr18Ni9 B.Cr12MoV C.GCr15 D.20Cr13 6.[2022年真题]可用于马路井盖的材料牌号是( )。 A.QT800-2 B.T10 C.08 D.W18Cr4V 7．常存杂质元素于钢中，使钢产生冷脆性的是( )。 A.硅 B.锰 C.硫 D.磷 8．某机械零件要求材料具有较高的强度和韧性，一般应选用( )来制造 。 A.低碳钢 B.中碳钢 C.高碳钢 D.以上都可以 9．用来制造轴、齿轮、表面淬火件可以选用 ( )。 A. Q235 B.45 C. T10 D. ZG200-400 10．碳素工具钢T12的平均含碳量约为 ( )。 A. 0.012% B. 0.12% C. 1.2% D. 12% 11．制造铆钉一般选用( )。 A. Q235 B. ZG230-450 C.45 D. T8 12．在下列材料中，制造冷冲压件宜选钢制造( )。 A. 08F B.45 C. 65Mn D. T12A 13．在下列材料中，锉刀宜选 ( )钢制造。 A. T8 B. T10A C.T12 D. Q235 14.08F牌号中，08F表示其平均含碳量为( )。 A. 0.08% B. 0.8% C. 1.8% D.8% 15．下列三种钢中，( )钢的弹性最好。 A. T10 B.20钢 C. 65Mn D. T10A 16．要求高硬度和耐磨性的工具，应选用( )的钢。 A.低碳成分 B.高碳成分 C.中碳成分 17.ZG200-400表示( )。 A．抗拉强度不小于200MPa，抗压强度不小于400Mpa B．抗压强度不小于200MPa，抗拉强度不小于400Mpa C．屈服点不小于200MPa，抗拉强度不小于400Mpa D．抗拉强度不小于200MPa，屈服点不小于400MPa 18.40Cr钢中，40表示( )。 A．平均含Cr为0.40％ B．平均含C为0.40％ C．平均含Cr为40％ D．平均含C为40％ 19．钳工用的丝锥、板牙常用钢为( )。 A. 9SiGr B. W18Cr4V C.60 D. T8 20．下列材料，适合制造挖土机铲齿的是( )。 A.合金调质钢 B.不锈钢 C.碳素工具钢 D.高锰耐磨钢 21．中速切削刃具及复杂刃具如车刀、铣刀应选用( )。 A.冷变形模具钢 B.低合金刃具钢 C.特殊性能钢 D.高速钢 22．下列合金牌号中，合金弹簧钢是( )。 A. 60Si2MnA B. ZGMn13 C. Cr12MoV D. 3Cr13 23．合金刃具钢9SiCr制造刃具比T9制造的刃具使用寿命 ( )。 A.短 B.长 C.一样长 D.不一定 24．下列材料的用途举例错误的是 ( )。 A. GCr15SiMn（滚动轴承内、外圈） B.T12（锉刀） C.QT600-3（内燃机曲轴） D.W18Cr4V（丝锥、板牙） 25.W6Mo5CrV2是 ( )。 A.合金工具钢 B.合金调质钢 C.高速钢 D.合金渗碳钢 26．滚动轴承钢的牌号“GCr15”中的15表示含铬量为( )。 A.15% B. 1.5% C. 0.015% D. 0.0015% 27．下列材料不是高级优质钢的是( )。 A. Q235A B. T10A C. 40CrA D. GCr15 28．下列牌号中的数字表示的意义不同的是 ( )。 A. Q235A B.ZG200-400中的200 C. HT200 D. Q460 29．下列材料中含碳量最高的是( )。 A. ZGMn13 B. T12 C. 1Cr13 D. QT600 30．磨床主轴一般选用( )。 A. 20CrMnTi B. 40Cr C. HT300 D.65Mn 31．下列关于牌号为CrWMn的合金工具钢的说法正确的是 ( )。 A．碳的质量分数为ωc<1.0％ B．铬的质量分数为ωcr<1.5％ C．钨的质量分数为ωw≥1.5％ D.2.5％≤锰的质量分数为ωMn<3.49％ 32．原用40Cr钢制造的零件，若因材料短缺，可以用钢来替代 ( )。 A. 20Cr B. Q345 C. Cr12 D. 45 33.适用于制作切削速度较高的精加工切削刀具和各种复杂形状的切削刀具( )。 A.高速工具钢 B.碳素工具钢 C.不锈钢 D.耐热钢 34．下列碳素钢中＿的硬度最高( )。 A.20 B. Q235-A C. 45 D. T12 35．下列金属材料牌号中，表示调质钢的是 ( )。A.15号钢 B.25号钢 C.35号钢 D.75号钢 36.ZG270-500中的270、500表示正确的是( )。 A．最高抗拉强度为500Mpa B．最低抗拉强度500Mpa C．最高屈服强度为270Mpa D．最低极限强度270Mpa 【答案】 一、单项选择题 1. D 2. C 3. B 4．C 5.A 6.D 7. D 8.B 9.B 10.C 11.A 12.A 13.C 14. A 15.C 16.B 17.C 18.B 19.A 20.D 21.D 22.A 23.B 24.D 25.C 26.B 27.D 28.C 29.D 30.A 31.B 32.D 33.A 34.D 35.C 36.B 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 $