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第五章 机械工程材料 ; 工程材料按照行业分可分为机械工程材料、土建工程材料、电工材料等；按化学成分分可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等；按用途分可分为结构材料、功能材料等。本章主要介绍机械工程材料中的金属材料。 金属材料一般分为黑色金属材料和有色金属材料。通常把以铁和碳元素为主要化学成分的合金称为黑色金属材料，把其余金属如Mg、Al、Cu等及其合金通称为有色合金。 ;一、钢的分类 二、钢中残存元素和合金元素在钢中的作用 三、非合金钢 四、低合金钢 五、合金钢 ;一、钢的分类 国家标准GB/T13304-2008《钢分类》规定，钢 “按化学成分分类”和“按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”。 ; 非合金钢 低合金钢 合 金 钢;2、按主要质量等级分类;二、钢中残存元素和合金元素在钢中的作用 钢中基本元素为：铁 、碳 钢中残存元素主要有：硅、锰、硫、磷、氢、氮、氧等。 钢中常用的合金元素主要有：铬、锰、硅、镍、钼、钨、钒、钛、铝、铜、硼、稀土等。;（一）钢中残存元素在钢中的作用 钢中残存元素主要有：硅、锰、硫、磷、氢、氮、氧等。 1、锰的作用 锰在非合金钢中的含量一般为ωMn=0.25%~0.8%。 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。因此锰在钢中是有益的元素。 ;2、硅的作用 硅在非合金钢中的含量一般为C钢中 ωsi≤0.37%。 有很强的固溶强化作用,能脱氧。因此硅在钢中也是有益的元素。 ;3、硫的作用 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 )。 4、磷的作用 有很强的固溶强化作用,低温 韧性差 ( 冷脆 )。;5、氢、氮、氧的作用; 钢的合金化：为了获得所需要的组织结构、物理、化学性能和力学性能，以满足使用上的需要，必须在碳钢中有意识地加入一定量的元素，这些元素就称为合金元素。 ; 1.对钢的基本相的影响 （1）溶入、强化铁素体 总的趋势：随着合金元素的增加，强度硬度上升，塑性韧性下降。; 1.对钢的基本相的影响 （2）溶入渗碳体或形成特殊碳化物 ①形成合金渗碳体，如（Fe、Me）C等。 ②形成复杂碳化物，如Mn3C、Cr23C6等。 ③形成简单特殊碳化物，如TiC、VC等。 以上三类碳化物比渗碳体稳定性高，熔点和硬度也更高。如经热处理，使碳化物呈颗粒状，强度硬度上升，而冲击韧性不下降。; 2.对Fe-Fe3C相图的影响 （1）使奥氏体区扩大，如 Mn、Ni、Co、Cu等。其中Mn13、Ni9的室温组织为单一的奥氏体组织。 （2）使奥氏体区缩小，如 Cr、Mo、W、V、Ti、Si等。其中Cr17的室温组织为单一的铁素体组织。 （3）使S点、E点左移，如 W18（W18%、C0.7～0.8%）高速工具钢，铸态组织中有莱氏体组织。; 3.对热处理的影响 （1）细化晶粒：除Mn、P外，几乎所有的合金元素都不同程度地阻碍奥氏体晶粒的长大，其中尤以Ti、Zr、Nb、V等最为强烈。 （2）提高淬透性：除Co以外，所有的合金元素都使 C 曲线右移。;三、常用非合金钢;三、常用非合金钢;三、常用非合金钢; 2、优质碳素结构钢 （1）化学成分：Wc=0.05%～0.75% Wsi=0.03%～0.37% WMn=0.25%～1.2% Ws、p≤0.035% 　 （2）牌号表示方法 两位数字+符号表示 数字表示含碳量万分之几，符号如果是F则表示是沸腾钢。例：08F 15F　 ; 2、优质碳素结构钢 （3）分类： ①低碳钢 （a）化学成分：WC≤0.25% （b）组织：退火状态下，组织为较多的F和较少P （c）性能：强度硬度低，塑性韧性好，焊接性好。 （d）用途:08F、10F、15F，冷变形加工成型件，如机壳、容器等。10～25钢，制作各种标准件、轴套、容器等。; ②中碳钢 （a）化学成分：WC=0.30%～0.6% （b）组织：F+P （c）性能：强度、硬度比低碳钢略高，而塑性韧性略低。具有良好的综合力学性能，切削加工性好，但焊接性不高。 （d）用途：用于制作要求不太高的齿数、主轴及连杆等零件。 ; ③高碳钢 （a）化学成分：WC＞0.60% （b）组织：T回 （淬火+中温回火） （c）性能：在淬火+中温回火后，具有较高的强度和良好弹性，也叫弹簧钢。 （d）用途：主要用于制作弹簧和易磨损的零件。 ;