第19节 常用钢铁材料《机械基础》浙江省（单独招生考试）机械类 知识点讲解

浙江省机械类（单独招生考试）机械基础 复习讲义 第十九节 常用钢铁材料 【考纲要求】 （1） 掌握常用钢铁材料的分类、成分、性能、牌号及工程应用。 （2） 熟悉碳钢、合金钢、铸铁的特点与选用。 【知识网络】 【知识和技能要点】 考点1 掌握常用钢铁材料的分类、成分、性能、牌号及工程应用(识记） 一、钢铁材料概述 钢铁材料是以铁和碳为主要元素的合金，又称黑色金属，是机械工业中应用最广、用量最大的工程材料。 二、碳素钢（碳钢） 定义：含碳量0.0218%～2.11%，并含有少量 Si、Mn、S、P 杂质的铁碳合金。 分类 按含碳量： 低碳钢：Wc≤0.25% 中碳钢：0.25%＜Wc≤0.6% 高碳钢：Wc＞0.6% 按质量等级：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢 碳素结构钢 牌号示例：Q235（Q 表示屈服强度，235 表示 σₛ=235MPa） 性能：塑性、韧性好，焊接性优良 应用：钢板、型钢、钢筋、支架、螺栓等一般构件 优质碳素结构钢 牌号示例：45（表示平均含碳量 0.45%） 性能：综合力学性能良好 应用：轴类、齿轮、连杆、螺栓等重要零件 碳素工具钢 牌号示例：T8、T10（T 表示碳，数字表示含碳量） 性能：高硬度、高耐磨性 应用：刀具、量具、模具 三、合金钢 定义：在碳钢基础上，特意加入一种或多种合金元素（Cr、Ni、Mn、Si、Mo、V 等）的钢。 优点：强度更高、淬透性更好、耐磨、耐蚀、耐热。 分类 合金结构钢：40Cr、20CrMnTi 合金工具钢：Cr12、W18Cr4V 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢 典型牌号及应用 40Cr：轴类、齿轮、螺栓 20CrMnTi：渗碳齿轮、轴套 W18 Cr4V：高速切削刀具 四、铸铁 定义：含碳量 ＞2.11%，并含有较多 Si、Mn、S、P 的铁碳合金。 特点：成本低、铸造性好、切削性好、耐压、耐磨，但塑性韧性差。 分类 灰铸铁：牌号 HT200，应用：机床床身、箱体、泵体 球墨铸铁：牌号 QT500-7，应用：曲轴、齿轮、凸轮轴 可锻铸铁：牌号 KTH300-06，应用：管件、阀门 蠕墨铸铁：应用：气缸盖、活塞 五、钢铁材料的杂质影响 硫（S）：有害元素，引起热脆 磷（P）：有害元素，引起冷脆 硅、锰：有益元素，脱氧、强化 【练习题】 1、 单项选择题 1. 钢铁材料属于（） A. 有色金属 B. 黑色金属 C. 陶瓷 D. 高分子材料 2. 碳钢的含碳量范围是（） A. 0.0218%～2.11% B. ＞2.11% C. ＜0.0218% D. ＞5% 3. 低碳钢的含碳量为（） A. ≤0.25% B. 0.25%～0.6% C. ＞0.6% D. ＞2.11% 4. 45 钢属于（） A. 低碳钢 B. 中碳钢 C. 高碳钢 D. 铸铁 5. Q235 中的 235 表示（） A. 含碳量 B. 抗拉强度 C. 屈服强度 D. 疲劳强度 6. 碳素工具钢的牌号以（）开头 A. Q B. T C. HT D. QT 7. 合金钢中特意加入的元素不包括（） A. Cr B. Ni C. S D. Mn 8. 40Cr 是典型的（） A. 碳素结构钢 B. 合金结构钢 C. 碳素工具钢 D. 不锈钢 9. 高速钢 W18Cr4V 主要用于制造（） A. 床身 B. 刀具 C. 钢筋 D. 螺栓 10. 铸铁的含碳量一般（） A. ＜0.25% B. 0.25%～0.6% C. ＞0.6% D. ＞2.11% 11. 灰铸铁的牌号是（） A. QT B. HT C. KTH D. RT 12. 机床床身常用材料是（） A. 45 钢 B. HT200 C. Q235 D. 20 钢 13. 球墨铸铁 QT500-7 可用于制造（） A. 刀具 B. 曲轴 C. 钢板 D. 钢筋 14. 硫元素对钢的主要危害是导致（） A. 冷脆 B. 热脆 C. 强度下降 D. 硬度下降 15. 磷元素对钢的主要危害是导致（） A. 热脆 B. 冷脆 C. 塑性上升 D. 韧性上升 16. 下列材料焊接性能最好的是（） A. 高碳钢 B. 低碳钢 C. 铸铁 D. 高速钢 17. 优质碳素结构钢的牌号用（）表示 A. 屈服强度 B. 含碳量万分数 C. 合金含量 D. 硬度 18. 下列属于合金工具钢的是（） A. Q235 B. 45 C. Cr12 D. HT250 19. 碳钢中属于有益元素的是（） A. S B. P C. Pb D. Mn 20. 工程中用量最大、应用最广的材料是（） A. 铝合金 B. 铜合金 C. 钢铁材料 D. 钛合金 2、 多项选择题 1. 钢铁材料的主要组成元素是（） A. 铁 B. 碳 C. 铜 D. 铝 2. 碳钢按含碳量可分为（） A. 低碳钢 B. 中碳钢 C. 高碳钢 D. 合金钢 3. 碳素钢按用途可分为（） A. 结构钢 B. 工具钢 C. 不锈钢 D. 耐热钢 4. 下列属于优质碳素结构钢的有（） A. 20 钢 B. 45 钢 C. T8 D. Q235 5. Q235 的特点有（） A. 塑性好 B. 韧性好 C. 焊接性好 D. 强度极高 6. 合金钢的优点包括（） A. 强度高 B. 淬透性好 C. 耐磨 D. 耐热 7. 下列属于合金结构钢的有（） A. 40Cr B. 20CrMnTi C. HT200 D. QT500-7 8. 铸铁的特点有（） A. 铸造性好 B. 切削性好 C. 耐压耐磨 D. 塑性好 9. 铸铁的常见种类有（） A. 灰铸铁 B. 球墨铸铁 C. 可锻铸铁 D. 蠕墨铸铁 10. 下列零件可用球墨铸铁的有（） A. 曲轴 B. 齿轮 C. 凸轮轴 D. 刀具 11. 钢中的有害杂质元素有（） A. S B. P C. Mn D. Si 12. 钢中的有益元素有（） A. Mn B. Si C. S D. P 13. 碳素工具钢常用于制造（） A. 刀具 B. 量具 C. 模具 D. 床身 14. 下列材料适合制造齿轮的有（） A. 45 钢 B. 40Cr C. QT500-7 D. Q235 15. 常用钢铁材料包括（） A. 碳钢 B. 合金钢 C. 铸铁 D. 铜合金 3、 填空题 1. 钢铁材料是以________和________为主要元素的合金。 2. 碳钢按含碳量分为低碳钢、________钢、________钢。 3. Q235 中 Q 代表________，235 代表________。 4. 45 钢表示平均含碳量为________。 5. 碳素工具钢牌号以字母________开头。 6. 合金钢是在碳钢基础上加入________元素。 7. 40Cr 属于________钢。 8. 铸铁的含碳量大于________。 9. 灰铸铁牌号为________，球墨铸铁牌号为________。 10. 硫会导致钢________脆，磷会导致钢________脆。 11. 机床床身常用材料是________。 12. 钢铁材料又称为________金属。 13. 优质碳素结构钢按________万分数编号。 14. 球墨铸铁可用于制造________、________等重要零件。 15. 机械工业中应用最广、用量最大的材料是________。 四、简答题 1. 什么是碳素钢？按含碳量分为哪几类？ 2. 说明 Q235 和 45 钢的牌号含义、性能及应用。 3. 什么是合金钢？相比碳钢有哪些优点？ 4. 什么是铸铁？分为哪几类？各举一例应用。 5. 简述硫、磷、锰、硅对钢性能的影响。 【答案】 1、 单项选择题 1.B 2.A 3.A 4.B 5.C6.B 7.C 8.B 9.B 10.D11.B 12.B 13.B 14.B 15.B16.B 17.B 18.C 19.D 20.C 2、 多项选择题 1.AB 2.ABC 3.AB 4.AB 5.ABC6.ABCD 7.AB 8.ABC 9.ABCD 10.ABC11.AB 12.AB 13.ABC 14.ABC 15.ABC 三、填空题 1. 铁；碳 2. 中碳；高碳 3. 屈服强度；屈服强度值 235MPa 4. 0.45% 5. T 6. 合金 7. 合金结构 8. 2.11% 9. HT；QT 10. 热；冷 11. 灰铸铁（HT200） 12. 黑色 13. 含碳量 14. 曲轴；齿轮 15. 钢铁材料 四、简答题 1. 答：含碳量 0.0218%～2.11%，含少量杂质的铁碳合金。按含碳量分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。 2. 答：Q235 为碳素结构钢，屈服强度 235MPa，塑性韧性焊接性好，用于一般构件；45 钢为中碳优质碳素结构钢，综合性能好，用于轴、齿轮等。 3. 答：在碳钢基础上加入合金元素的钢。优点：强度高、淬透性好、耐磨、耐热、耐蚀。 4. 答：含碳量＞2.11% 的铁碳合金。分为灰铸铁（床身）、球墨铸铁（曲轴）、可锻铸铁（管件）、蠕墨铸铁（气缸盖）。 5. 答：硫引起热脆，磷引起冷脆；锰、硅是有益元素，起脱氧、强化作用。 考点2 熟悉碳钢、合金钢、铸铁的特点与选用（识记） 一、碳钢（碳素钢） 1. 定义 含碳量0.0218%～2.11%，以铁、碳为主，含少量 Si、Mn、S、P 杂质的铁碳合金。 2. 分类及特点 低碳钢（Wc≤0.25%）特点：塑性、韧性极好，焊接性优良，强度较低。选用：用于钢板、型钢、支架、螺栓、焊接结构件。 中碳钢（0.25%＜Wc≤0.6%）特点：综合力学性能好，可调质处理（淬火 + 高温回火）。选用：用于轴类、齿轮、连杆、键、销等重要受力零件。 高碳钢（Wc＞0.6%）特点：硬度高、耐磨性好，塑性、韧性差。选用：用于刀具、量具、模具、弹簧等。 3. 常用牌号 碳素结构钢：Q235（Q 为屈服强度，235 为 σₛ=235MPa） 优质碳素结构钢：45 钢（平均含碳量 0.45%） 碳素工具钢：T8、T10（T 代表碳，数字为含碳量） 二、合金钢 1. 定义 在碳钢基础上，特意加入一种或多种合金元素（Cr、Ni、Mn、Si、Mo、V、W 等）的钢。 2. 核心特点 强度、硬度、韧性更高 淬透性更好，易实现整体强化 耐磨、耐热、耐蚀、耐疲劳性能更优 可满足重载、高速、高温、腐蚀等复杂工况 3. 分类与选用 合金结构钢：40Cr、20CrMnTi选用：重要轴类、重载齿轮、高强度螺栓。 合金工具钢：Cr12、W18Cr4V（高速钢）选用：模具、高速切削刀具、量具。 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢选用：耐蚀、耐高温零件。 三、铸铁 1. 定义 含碳量 ＞2.11%，含较多 Si、Mn、S、P 的铁碳合金。 2. 共同特点 优点：铸造性极好，切削加工性好，耐压、耐磨、吸震，成本低。 缺点：塑性、韧性极差，不能锻造、冲压，焊接性差。 3. 常用铸铁及选用 灰铸铁（HT）：如 HT200特点：成本最低、铸造与切削性最好。选用：机床床身、箱体、底座、泵体、阀体。 球墨铸铁（QT）：如 QT500-7特点：强度、韧性远高于灰铸铁，接近碳钢。选用：曲轴、齿轮、凸轮轴、连杆。 可锻铸铁（KTH）特点：韧性较好。选用：管件、阀门、小壳体。 蠕墨铸铁特点：耐热疲劳性好。选用：气缸盖、活塞、模具。 四、选用基本原则 受力简单、要求不高 → 选碳钢（Q235、45 钢），成本低、易加工。 重载、高速、高精度、耐磨耐热 → 选合金钢。 受压、复杂形状、需吸震、不受冲击 → 选铸铁。 需焊接 → 优先低碳钢；需耐磨 → 优先高碳钢、工具钢。 【练习题】 1、 单项选择题 1. 制造普通螺栓、型钢、焊接构件应选用（） A. Q235 B. 45 钢 C. T8 D. HT200 2. 要求综合力学性能好，用于轴类、齿轮的材料是（） A. 低碳钢 B. 中碳钢 C. 高碳钢 D. 灰铸铁 3. 制造刀具、量具、模具应选用的材料是（） A. 碳素结构钢 B. 碳素工具钢 C. 铸铁 D. 纯铁 4. 焊接性能最优的钢铁材料是（） A. 低碳钢 B. 中碳钢 C. 高碳钢 D. 铸铁 5. 淬透性更高、强度与耐磨性优于碳钢的是（） A. 合金钢 B. 纯铁 C. 可锻铸铁 D. 灰铸铁 6. 机床床身、箱体、泵体优先选用（） A. 40Cr B. HT200 C. Q235 D. 20 钢 7. 40Cr 属于以下哪种材料（） A. 合金结构钢 B. 碳素工具钢 C. 灰铸铁 D. 低碳钢 8. 球墨铸铁比灰铸铁更突出的优势是（） A. 塑性与韧性 B. 铸造性 C. 切削性 D. 耐压性 9. 高碳钢最核心的使用特点是（） A. 焊接性好 B. 硬度高、耐磨性好 C. 塑性好 D. 韧性好 10. 塑性极差、无法进行锻造加工的是（） A. 低碳钢 B. 铸铁 C. 中碳钢 D. 合金钢 11. 汽车重载齿轮、渗碳零件应选用（） A. Q235 B. 20CrMnTi C. HT250 D. T10 12. 优质碳素结构钢的牌号主要依据是（） A. 含碳量 B. 硬度 C. 冲击韧度 D. 疲劳强度 13. 铸铁最突出的工艺优点是（） A. 韧性好 B. 铸造性好、成本低 C. 塑性好 D. 可焊接 14. 高速切削刀具应选用的材料是（） A. 45 钢 B. W18Cr4V C. QT500-7 D. Q275 15. 不重要的薄板、支架、框架常用（） A. 高碳钢 B. Q235 C. 合金工具钢 D. 球墨铸铁 16. 强度、韧性、耐磨性要求高的重要零件选（） A. 碳钢 B. 合金钢 C. 灰铸铁 D. 可锻铸铁 17. 碳素工具钢的典型应用是（） A. 建筑结构 B. 刀具、模具 C. 床身 D. 管道 18. 曲轴、凸轮轴承受冲击与交变载荷常用（） A. HT200 B. QT500-7 C. T8 D. 20 钢 19. 碳钢中成本最低、应用范围最广的是（） A. 碳素结构钢 B. 合金结构钢 C. 高速钢 D. 不锈钢 20. 切削加工性能最好的材料是（） A. 高碳钢 B. 合金钢 C. 铸铁 D. 纯铁 2、 多项选择题 1. 低碳钢的特点与适用场景有（） A. 塑性好 B. 焊接性好 C. 用于一般构件 D. 硬度高 2. 中碳钢（45 钢）的特点包括（） A. 综合力学性能好 B. 可调质处理 C. 用于轴、齿轮 D. 焊接性最优 3. 高碳钢的特点与用途（） A. 硬度高 B. 耐磨性好 C. 用于工具 D. 塑性好 4. 合金钢相比碳钢的优势（） A. 强度高 B. 淬透性好 C. 耐磨耐热 D. 价格低 5. 铸铁的共同特点有（） A. 铸造性好 B. 切削性好 C. 耐压耐磨 D. 塑性韧性差 6. 灰铸铁适用的零件有（） A. 床身 B. 箱体 C. 泵体 D. 曲轴 7. 球墨铸铁适用的零件有（） A. 曲轴 B. 齿轮 C. 凸轮轴 D. 刀具 8. 合金结构钢常用于（） A. 重要轴类 B. 重载齿轮 C. 高强度螺栓 D. 床身 9. 碳素结构钢（Q235）常用于（） A. 钢板 B. 型钢 C. 支架 D. 刀具 10. 选用材料时主要依据（） A. 受力情况 B. 性能要求 C. 加工工艺 D. 成本 11. 下列适合焊接的材料有（） A. 低碳钢 B. Q235 C. 铸铁 D. 高碳钢 12. 下列属于工具类选材的是（） A. T8 B. T10 C. Cr12 D. 45 钢 13. 碳钢按用途可选用为（） A. 结构件 B. 工具 C. 耐磨件 D. 高温件 14. 铸铁不适合用于（） A. 承受冲击 B. 承受拉力大 C. 受压 D. 复杂铸件 15. 重要机械零件常选用合金钢是因为（） A. 综合性能好 B. 承载能力高 C. 使用寿命长 D. 易铸造 3、 填空题 1. 低碳钢_______好、_______好，适用于一般焊接构件。 2. 中碳钢综合_______性能好，常用于_______、齿轮。 3. 高碳钢硬度高、 好，主要用于制造 。 4. 合金钢_______性更高，力学性能优于碳钢。 5. 铸铁_______性好，成本低，适合制造复杂铸件。 6. 灰铸铁常用于_______、箱体等受压零件。 7. 球墨铸铁_______和_______比灰铸铁高，可做曲轴。 8. 制造普通结构件优先选用_______钢。 9. 制造重要轴类优先选用_______或合金结构钢。 10. 制造刀具、量具选用_______钢或合金工具钢。 11. 材料选用原则：满足_______、工艺性好、_______低。 12. _______钢焊接性能最好，_______基本不能焊接。 13. 40Cr 属于_______钢，适用于_______零件。 14. 受力复杂、承载大的重要零件选用_______。 15. 铸铁适合承受_______力，不适合承受大_______力和冲击。 四、简答题 1. 简述低碳钢、中碳钢、高碳钢的特点与选用。 2. 合金钢相比碳钢有哪些优势？主要用于哪些零件？ 3. 铸铁有哪些共同特点？分为哪几类？ 4. 灰铸铁和球墨铸铁的特点区别及选用。 5. 机械零件选材的基本原则是什么？举例说明。 【答案】 1、 单项选择题 1.A 2.B 3.B 4.A 5.A6.B 7.A 8.A 9.B 10.B11.B 12.A 13.B 14.B 15.B16.B 17.B 18.B 19.A 20.C 2、 多项选择题 1.ABC 2.ABC 3.ABC 4.ABC 5.ABCD6.ABC 7.ABC 8.ABC 9.ABC 10.ABCD11.AB 12.ABC 13.ABC 14.AB 15.ABC 三、填空题 1. 塑性；焊接性 2. 力学；轴类 3. 耐磨性；刀具 / 量具 / 模具 4. 淬透 5. 铸造 6. 机床床身 7. 强度；韧性 8. 碳素结构（Q235） 9. 45 钢 10. 碳素工具 11. 使用要求；成本 12. 低碳；铸铁 13. 合金结构；重要轴类 14. 合金钢 15. 压；拉 四、简答题 1. 答：低碳钢塑性、焊接性好，用于一般构件；中碳钢综合力学性能好，用于轴、齿轮；高碳钢硬度高、耐磨，用于刀具、量具。 2. 答：合金钢强度高、淬透性好、耐磨耐热耐腐蚀，用于重要轴、重载齿轮、高速刀具等。 3. 答：铸铁铸造性、切削性、耐磨性好，成本低，塑性韧性差；分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁。 4. 答：灰铸铁铸造性好，用于床身、箱体；球墨铸铁强度、韧性更高，用于曲轴、齿轮、凸轮轴。 5. 答：原则为满足使用性能、工艺性能好、经济性好；如受力小选 Q235，受力大选 40Cr，受压铸件选 HT200。 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 $