机械制造基础教案1、2资料
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吉林工业职业技术学院教师教案用纸
1
第一次课 碳钢；合金结构钢；碳钢的金相组织观察
项目一 非合金钢（碳钢）
钢在自然界中储量较多，冶炼方便，加工容易，价格低廉，力学性能较优良，因此，应用最广，用量最大。尽管其应用领域已部分被有色金属、陶瓷、塑料及复合材料所取代，但它仍将占主导地位，占钢产量80～90%，所以选材应首先考虑碳钢。
一、碳素钢的分类
1、按碳的质量分数分类
（1）低碳钢：Wc<0.25％。
（2）中碳钢：0.25％≤Wc≤0.6％。
（3）高碳钢：Wc>0.6％。
2、按钢的用途分类
（1）碳素结构钢
用于机械零件（桥梁、锅炉等）和工程构件（轴、螺钉、螺母、曲轴和连杆等），多为低、中碳钢。
（2）碳素工具钢
制作刀具、量具和模具，为高碳钢。
3、按质量等级分类
（1）普通碳素钢
它在生产过程中不需要特别控制质量的钢种，主要包括碳素结构钢、碳素钢筋钢等。
（2）优质碳素钢
它在生产过程中需要特别控制质量的钢种，如磷、硫含量，晶粒度等，主要有压力容器用钢。
（3）特殊质量碳素钢
需特别严格控制质量和性能，常用的有铁道特殊碳钢、碳素弹簧钢、碳素工具钢等。
二、碳素钢的牌号、性能和用途
（一）碳素结构钢
1.牌号
牌号表示方法：Q+σS数值+质量等级符号+脱氧方法符号。
例如，Q235–A·F，表示σs≥235Mpa,质量等级为A、（A、B、C、D）级（A级质量最差），脱氧方法为沸腾钢（F、b、Z）的碳素结构钢。
2.成分特点
Wc=0.06%～0.38%。
3.性能特点
强度低，塑性好，焊接性、冷成形性优良。
3.用途
通过热轧成各种型材（如圆钢、方钢、钢板等），不经热处理而直接使用。
Q195、Q215常轧制成薄板、钢筋供应市场；如Q235C、D级可用作焊接用材，又如铆钉。
（二）、优质碳素结构钢
优质碳素结构钢所含硫、磷及非金属夹杂物都比碳素结构钢少，碳的质量分数波动范围也小，力学性能比较均匀，塑韧性比较好。
1.牌号
牌号表示方法：两位数字。数字为Wc的万分数，或数字+元素符号。
导言
引入课题
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2 常见牌号有15、20、35、45、55、65、65Mn。
（1）根据化学成分不同，部分优质碳素结构钢又分为正常锰含量和较高锰含量优质碳素结构钢两类。如20钢，20Mn钢（WMn=0.7%～1.0%），60Mn钢（WMn=0.9%～1.2%）。
（2）高级优质：Ws、WP分别≤0.030%，牌号后加“A”，如45A。
（3）特级优质Ws≤0.020%，（WP≤0.025%，牌号后加“E”，如45E。
2.成分特点
Wc=0.08%～0.65%。
3.性能特点与用途
（1）08、10钢
属极软低碳钢，强硬度很低，塑韧性很好，具有优良的冲压、拉伸和焊接性能，淬透性、淬硬性差，难切削加工。
用于制造冷冲压零件和各种容器、仪表板、机器罩等，如扎制薄板、薄带冷变形材料、各种容器、车身、垫圈等。
（2）15、20钢
也有良好的冷冲压性能和可焊接性能。
常用来制造受力不大、韧性要求较高的中小结构件或零件。如焊接容器、螺钉、螺母、轴套等。如经过渗碳处理，可制造凸轮、齿轮等。
（3）35、40、45、50钢
强度较高，综合力学性能良好，淬透性低，水淬易产生裂纹，小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火。
主要用来制造齿轮、连杆、轴类等。
（4）60、70钢
强硬度高，但塑韧性较差。
经适当的热处理后，常用来制造弹簧、弹簧垫圈、钢丝、低速车轮圈和扎辊等。
（三）、碳素工具钢
1.牌号
牌号表示方法：T+数字。
数字为Wc的千分数。如T8、T10、T12。如果含锰量较高，则加Mn，如T8Mn。高级优质碳素工具钢则附加“A”，如T12A，T8MnA。
2. 成分特点
Wc=0.65%～1.35%。
3.性能特点
成本低，加工性能优良，强硬度较高，耐磨性好，但韧性较差，热硬性差，淬透性低，淬火时易变形开裂。
4.用途
适用于制造各种低速刀具、量具。此类钢一般以退火状态供应市场，使用时再进行适当的热处理。如大锤、钻头、冲子、斧子、锯条、锉刀、丝锥、车刀、铣刀刻刀等。
项目二 合金结构钢
由于碳钢在某些方面不能满足性能要求，因而人们研制并开发了合金钢。在碳钢的基础上有目的加入一种或几种元素而获得的钢就称为合金钢。
一、钢的分类
GB/T13304－1991《钢分类》：非合金钢、低合金钢、合金钢。
1、低合金钢
低合金钢——合金元素的种类和含量低于国标规定范围的钢。
导言
引入课题
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3 ↗普通质量低合金钢
按质量等级低合金钢可分为→优质低合金钢
↘特殊质量低合金钢
2、合金钢
↗低合金钢（WMe<5％）
按合金元素总量→中合金钢（WMe＝5％～10％）
↘高合金钢（WMe>10％）
按合金元素种类：铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等
按用途：合金结构钢、合金工具钢、不锈钢及耐热钢（特殊性能钢）、合金专用钢等。
按退火组织分类：亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢。
按正火组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。
二、合金钢的牌号表示方法
牌号：数字＋元素符号＋数字＋拼音字母。
以60Si2Mn为例：Wc＝60/10000＝0.6％，
Wsi＝2％，
WMn<1.5％。
1Cr13：Wc＝1/1000，
WCr＝13％
特例：GCr15（Wcr＝1.5％），
0Cr18Ni9(Wc<0.08％)，
00Cr12（(Wc<0.03％)。
合金结构钢——用于制造机械零件和工程结构的合金钢。
三、低合金高强度结构钢
1、低合金高强度结构钢的化学成分
（1）低碳 Wc＜0.20%,WMe＜3％。
（2）主加合金元素 Mn、Si、Ti、Nb、V等。
2、低合金高强度结构钢的牌号、性能、及用途
（1）牌号
Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。
（2）性能
高的强度，良好的塑性、韧性，良好的焊接性、耐蚀性和冷成形性。
（3）用途
桥梁、车辆、船舶、压力容器。
四、合金渗碳钢
1、合金渗碳钢的化学成分
（1）低碳 Wc＝0.10％－0.25％。
（2）主加合金元素 Cr、Ni、Mn、Si、B（提高淬透性）W、Mo、V、Ti（碳化物强化相）。
2、常用合金渗碳钢
牌号：20 Cr、20 CrMnTi、20 Cr2Ni4
性能：外硬内韧。
用途：用于承受冲击的耐磨零件，如汽车变速齿轮轴、活塞销等。
3、合金渗碳钢的
正火（预处理）→渗碳→淬火→低温回火。
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4 五、合金调质钢
1、合金调质钢的化学成分
（1）中碳 Wc＝0.25％－0.5％。
（2）主加合金元素 Cr、Ni、Mn、Si、B（提高淬透性）W、Mo、V、Ti（碳化物强化相）。
2、常用合金调质钢
牌号：40Cr、35CrMo、38CrMoAI、40CrNiMoA等
性能：良好的综合力学性能。
用途：用于制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击）下工作，受力比较复杂，要求具有良好综合力学性能的重要零件。
3、调质钢的热处理
（1）正火或退火→淬火→高温回火。
（2）正火→调质处理→表面淬火→低温回火。
项目三 铁碳合金平衡组织观察
【实验目的】
1．观察和识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2．分析不同成分的铁碳合金显微组织特征，加深理解其成分、室温平衡组织与力学性能之间的关系。
3．了解金相显微镜的使用方法。
【实验设备与试样】
1．台式金相显微镜（附图）。
附图4XA金相显微镜外形结构图
2．铁碳合金金相试样一套。
3．铁碳合金金相照片挂图一套。
附表 金相试样材料、状态、组织及侵蚀剂
序号 试样材料名称 状态 室温显微组织 侵蚀剂
1 工业纯铁 退火 F 4%硝酸酒精
2 20钢 退火 F+P 4%硝酸酒精
3 45钢 退火 F+P 4%硝酸酒精
4 T8 退火 P 4%硝酸酒精
5 T12 退火 P+Fe3CⅡ 4%硝酸酒精
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