第三章金属材料及热处理
金属材料是现代机械工业使用最广泛的材料，品类繁多，性能各不相同，合理选用金属材料和正确运用热处理方法，可以充分发挥金属材料的机械性能，提高产品的质量。金属可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要是指钢和铸铁，以铁和碳为基本组成元素形成铁碳合金，即碳素钢。在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如铬、锰、镍、钴等成为合金钢。有色金属是指非铁金属及其合金，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。
一、碳素钢的分类、编号和用途
碳素钢简称碳钢，是含碳量小于 2．11％的铁碳合金，具有较好的机械性能、良好的锻压性能、焊接性能和切削加]：性能，价格比合金钢低，在机械工业中得到广泛使用。
(一)碳素钢的分类
1．按钢的含碳量分类
低碳钢——含碳量≤0．25％；
中碳钢——含碳量：0．30％-0．55％；
高碳钢——含碳量≥0．60％。
2．按钢的质量分类
普通碳素钢：硫、磷含量分别≤O．055％和 O．045％
优质碳素钢：硫、磷含量均≤0．040％；
高级优质碳素钢：S、P含量 0．030％-0．035％。
3．按钢的用途分类
碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器件，这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。
碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具，这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。
(二)碳素钢牌号和用途
1．普通碳素结构钢
甲类钢：这类钢出厂时按保证机械性能供应，除硫、磷外不保征化学成分。甲类钢的牌号以“甲”或“A”字加上阿拉伯序数表示，共 1-7级，即甲 l、甲 2、…、甲 7(或 A1、A2、…、A7)，数字越大，强度越高，塑性越差，主要用来制造钢板、角钢、圆钢和工字钢等。
乙类钢：这类钢出厂时按化学成分供应，不保证机械性能。乙类钢的牌号用“乙”或“旷
加上阿拉伯数字表示，也分为 1-7级，即乙 1、乙 1、…、乙 7(或 Dl、u2、…、B7)，数字越大，含碳量越高，主要用于制造不重要的零件，一般须经热处理。
2．优质碳素结构钢
优质碳素结构钢既要保证钢的化学成分，还要保证机械性能
其机械性能，用于制造比较重要的零什。
般都需经过热处理以提高
优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，以 o．01％为单位，含义是钢中平均含碳量的万分之二，如果钢中含锰量较高，在钢号后面加“Mn"：
含碳量较低的 08、lO、15、20、25等钢强度低，塑性好，可焊性也好，主要用来制造
各种容器、冲压什或焊接件。
含碳量中等的 30、35、40、45、50等钢强度高，韧性和加工性也较好轮等，以 40、45钢应
用最广泛，通常须经淬火、回火等热处理后使用。
含碳量较高的 55、65、?O等钢，淬火后有较高的强度、硬度和弹性和钢丝绳。
3．碳素工具钢
碳素工具含碳量为 0．7％～1．35％，其牌号用“碳”或“T”的后面附以数字表示，
数字表示钢中的平均含碳量，以 0．10％为单位，如 T8、T12表示含碳量为 0．80％和 1．2
％的碳素工具钢。
碳素工具钢淬火和低温回火后有很高的硬度和耐磨性，主要用于制造各种量具、刃具、
模具等。
二、合金钢的分类，编号和用途
合金钢是在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如 Cr、Mn、Ni等，改变合金的组织
结构，使其具有特殊的机械性能或特殊的使用要求。
(一)合金钢的分类
合金钢的分类方法很多，通常按用途进行分类：
(1)合金结构钢——用于制造工程构件和重要零件；
(2)合金工具钢——用于制造工具；
(3)特殊性能钢——用于制造特殊性能的构件和零件。
(二)合金钢的编号和用途
1．合金钢的编号
(1)采用数字加元素符号加数字的方法，前面的数字表示钢的平均含碳量，以万分之几
表示，合金元素用化学符号表示，后面的数字表示合金元素的含量，以平均含量的百分之几
表示。若合金元素含量低于 1．5％时，编号中只标明元素，不标明含量，如 60Si2Mn，表
示含碳含量在
0．60％左右，硅含量为 2％左右，锰含量在 1．5％以下。
(2)钢号末尾加“A”，表示该钢为高级优质钢。如 60Si2MnA。
(3)若表示钢的特殊用途，在钢号前面加特殊字母，如 GCrl5中的“G”表示滚动轴承用
钢。
(4)合金钢中的含碳量，以平均含碳量的万分之几表示，如 40Cr表示平均含碳量为 o．4 ％。合金工具钢的含碳量，以千分之几表示，若超过 1％时，钢号中不标出其含碳量。如 9Mn2 √，表示含碳是为 0．9％，CrWMn表示碳含量大于 1％，高速钢中的含碳量一般不标出。
不锈钢的含碳量也是以千分之几表示，如 2Crl3，含碳量为 0．02％。
2．合金结构钢
(1)普通低合金钢：该钢是一种低碳结构用钢，合金元素含量较少，一般在 3％以下，这
类钢的强度显著高于相同碳量的碳素钢，同时还具有较好的韧性和塑性以及良好的焊接性和
耐蚀性，常用于制造锅炉、高压容器、船舶、桥梁等。常用的低合金钢有 09Mil2、16Mn、
15Mn√等。
(2)渗碳钢：渗碳钢的含碳量都较低，大约介于 o．1％-0．25％之间，属于低碳钢，这
类钢一般须经渗碳处理，提高其机械性能。合金渗碳钢中所含的合金元素有铬、镍、锰、硼
等，这些元素可提高钢的淬透性和高渗碳层的机械性能。常用的渗碳钢有 15Cr、20Cr、
20CrMn、20CrMnTi、20CrMo等。
(3)调质钢：调质钢大多属于碳钢，含碳量在 O．27％-0．50％之间，经调质处理后，具
有高
