3.2.1碳素钢

§3.2铁金属材料

§3.2.1 碳素钢

一、填空题：

1、铁金属材料是指以、为主要成分的合金，即和材料，

俗称黑色金属材料

2、刚根据化学成分可分为和。

3、铸铁是含碳量的铁碳合金，含碳量%

2通常是钢和的分解线。

4、碳钢中的磷具有冷脆性，即使钢的和下降，特别是在低温

下和急剧下降。

5、机械工程上常用的材料有、和。

6、非合金钢也称碳素钢或碳钢，是的铁碳合金。

7、按照钢的碳量比，碳钢可分为、和，

其中中碳钢的碳量比为。

8、按照钢的质量，碳钢可分为、和。

9、碳钢质量的高低主要是根据钢中的、的含量来划分。

10、按照用途，碳钢可分为、和。

11、按照脱氧方法不同，碳钢可分为、和。

12、用于制造机械零件和各种工程构构件的钢都称为。

13、按照质量，碳素结构钢可分为和。

14、普通碳素结构钢按质量属于，按成分属于按照用途

属于。

15、普通碳素结构钢的牌号由、、

和四部分组成。

16、普通碳素结构钢一般以状态供货，这类钢主要用于、和

构件，当这些构件在下工作时，可选用相应牌

号的B级钢；在下工作或焊接构件可选用C、D级。

17、在普通碳素结构钢中应用最广的是。

18、由碳素工具钢制造出的工具都要求和。

二、判断题：

1、铁金属材料是指以铁为主要成分的合金，即钢和铸铁材料，俗称黑色金属材料。（）

2、碳素钢也称碳钢，是碳量比大于%

.2的铁碳合金。（）

3、碳钢中的硫杂质具有热脆性，可与铁形成低熔点的共晶体，当钢材加热到一定温度进行热

压力加工时会导致钢的开裂。（）

4、按照用途，碳素钢可分为普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。（）

5、碳钢中的杂质均为有害杂质，如锰、硅等。（）

6、普通碳素结构钢按质量属于普通钢，按成分属于碳素钢，按用途属于结构钢。（）

7、Q235中的235表示在一定拉伸条件下的抗拉强度值不小于2

235mm

N。（）

8、普通碳素结构钢一般以热轧状态供货。（）

9、45钢表示平均碳量比为45%。（）

10、碳素工具钢是用于制造刃具、模具、量具以及其它工具的钢，这些工具只要硬度足够高就

行了。（）

三、选择题：

1、下列各项中均属于碳素钢中含有的有益杂质的是：（）

A、硫（S）、磷（P）

B、磷（P）、锰（Mn）

C、硅（Si）、锰（Mn）

D、磷（P）、硅（Si）

2、含碳量为%

7.0的碳素钢属于：（）

A、低碳钢

B、中碳钢

C、高碳钢

D、不缺定

3、下列不属于按脱氧方法分类的碳素钢是：（）

A、沸腾钢

B、镇静钢

C、高级优质钢

D、半镇静钢

4、高级优质碳素结构钢的命名是按照：（）

A 、质量和成分

B 、成分和用途

C 、成分和碳量比

D 、质量和用途 5、各类钢中用量最大的是：（） A 、普通碳素结构钢 B 、优质碳素结构钢

C 、碳素工具钢

D 、无法确定那种钢的用量最大 6、F A Q ?-235属于：（）

A 、按用途分类的碳素结构钢

B 、按成分分类的中碳钢

C 、按用途分类的碳素工具钢

D 、按质量分类的优质钢 7、关于08钢说法正确的是：（）

A 、属于普通碳素结构钢

B 、强度低、塑性好

C 、属于高碳钢

D 、塑性、焊接性好 8、A T 10表示（）

A 、碳素工具钢，含碳量为10%

B 、碳素结构钢，含碳量为1.0%

C 、碳素工具钢，含碳量为1.0%

D 、碳素结构钢，含碳量为10%

9、冶炼容易，不消耗贵重的合金元素，价格低廉，性能能满足一般工程结构、日常生活用品和普通机械零件的要求，这类钢是：（）

A 、普通碳素结构钢

B 、优质碳素结构钢

C 、碳素工具钢

D 、没有满足上述要求的钢四、简答题：

1、碳素钢中的杂质硫、磷对碳素钢分别有哪些影响？

2、普通碳素结构钢的特点。

3、普通碳素结构钢牌号的由哪些部分组成？

4、F A Q ?-235的含义。

5、为什么普通碳素结构钢是各类钢中用量最大的一类？

剪切力的计算方法

第3章剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m -假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的力Q F (图3-1c)的作用。Q F 称为剪力，根据平衡方程∑=0Y ，可求得F F Q =。剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部力，而只是给出了主要的受力和力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q =

碳素结构钢的定义与分类

碳素结构钢的定义与分类 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

碳素结构钢的定义与分类碳素结构钢钢中除含有主要为了脱氧而加入的硅、锰元素外，不含其他有意加入的合金元素。钢中硫、磷杂质含量较高，一般来说普通质量碳素结构钢的硫的质量分数不大于%、磷的质量分数不大于%；优质碳素结构钢硫和磷的质量分数不大于%。这类钢通常以热轧状态交货和使用，主要用于工程结构。一、我国标准的规定根据国家标准GB/T 13304-1991《钢分类》，碳素结构钢属于非合金钢，是非合金钢中的一种。非合金钢还包括优质碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、易切削碳素钢，以及其他一些具有特殊性能和用途的钢。（一）按化学成分非合金钢各元素规定含量的界限值如表1-1-1所示。对钢规定的任一元素的规定含量符合表中所列相应元素的界限范围时，这些钢不非合金钢。表1－1－1

（1）钢为非合金化的（符合对非合金钢的合金元素规定含量界限值的规定）；（2）不规定热处理（退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理）；（3）如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件：碳的质量分数最高值≥ %；硫或磷的质量分数最高值≥ %；氮的质量分数最高值≥ %；抗拉强度最低值≤ 690MPa；屈服点或屈服强度最低值≤ 360MPa；伸长率最低值（Lo= Fo ）≤ 33%；弯心直径最低值≥ *试件厚度；冲击功最低值（20℃，V型，纵向标准试样）≤ 27J；洛氏硬度最高值（HRB）≥ 60。注：力学性能的规定值是指用厚度为316mm钢料纵向或横向试样测定的性能。（4）未规定其他质量要求。优质非合金钢是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。在生产过程中需要特别控制质量（例如控制晶粒度，降低硫、磷含量，改善表面质量或增加工艺控制等），以达到比普通质量非合金钢特殊的质量要求（例如良好的抗脆断性能，良好的冷成形性能等），但这种钢的生产控制不如特殊质量非合金钢严格（如不控制淬透性）。特殊质量非合金钢是指生产过程中需要特别严格控制质量的性能（例如控制淬透性和纯洁度）的非合金钢，应符合下列条件。（1）钢材要经热处理并至少具有下列一种特殊要求的非合金钢（包括易切钢和工具钢）： ①要求淬火和回火，或模拟表面硬化状态下的冲击性能； ②要求淬火或淬火和回火后的淬硬层深度或表面硬度； ③要求限制表面缺限，比冷镦和冷挤压用钢的规定更严格； ④要求限制非金属夹杂物含量和（或）要求内部材质均匀性。 (2) 钢材不进行热处理并至少应具有下述一种特殊要求的非合金钢： ①要求限制非金属夹杂物含量和（或）内部材质均匀性，例如钢板抗层状撕裂性能。 ②要求限制磷含量和（或）硫含量最高值，并符合如下规定：熔炼分析值≤ %；成品分析值≤ %。 ③要求残余元素的含量同时作如下限制：铜熔炼分析最高质量分数≤ %；钴熔炼分析最高质量分数≤ %；钒熔炼分析最高质量分数≤ %。 ④表面质量的要求比冷镦和冷挤压用钢的规定更严格。

优质碳素结构钢(GB／T699—1999)

(1)牌号和化学成分见表3-6、表3-7。 (2)力学性能见表3—8。 (3)用途见表3-9。表3—6优质碳素结构钢的牌号和化学成分

表3-8优质碳素结构钢的力学性能

注：1．对于直径或厚度小于25mm的钢材，热处理是在与成品截面尺寸相同的试样毛坯上进行。 2．表中所列正火推荐保温时间不少于30min，空冷；淬火推荐保温时间不少于30min，70、80和85钢油冷，其余钢水冷；回火推荐保温时间不少于1h。表3-9优质碳素结构钢的特性和应用

常用的优质碳素结构钢牌号及用途

无缝钢管硬度检测方法不锈钢的硬度检测要考虑到它的力学性能，这关系到以不锈钢为原料而进行的变形、冲压、切削等加工的性能和质量。因此，所有的无缝钢管要进行力学性能测试。力学性能测试方法主要分两类，一类是拉伸试验，一类是硬度试验。拉伸试验是将无缝钢管制成试样，在拉伸试验机上将试样拉至断裂，然后测定一项或几项力学性能，通常仅测定抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和断面收缩率。拉伸试验是金属材料最基本的力学性能试验方法，几乎所有的金属材料，只要对力学性能有要求，都规定了拉伸试验。特别是那些形状不便于进行硬度试验的材料，拉伸试验成为唯一的力学性能检测手段。硬度试验是将一个硬质压头按规定条件缓慢压入试样表面、然后测试压痕深度或尺寸，以此确定材料硬度的大小。硬度试验是材料力学性能试验中最简单、最迅速、最易于实施的方法。硬度试验是非破坏性的，材料硬度值与抗拉强度值之间有近似的换算关系。材料的硬度值可以换算成抗拉强度值，这一点具有很大的实用意义。由于拉伸试验不便于测试，并且由硬度换算到强度很方便，因此人们越来越多地只测试材料硬度而较少测试其强度。特别是由于硬度计制造技术的不断进步和推陈出新，一些原来无法直接测试硬度的材料，如无缝钢管、不锈钢板和不锈钢带等，现在都已经可能直接测试硬度了。所以，存在一个硬度试验逐渐代替拉伸试验的趋势。在不锈钢材料的国家标准中大多数都同时规定了拉伸试验和硬度试验。对于那些不便于进行硬度试验的材料，例如无缝钢管就只规定了拉伸试验。在不锈钢标准中，一般都规定了布、洛、维三种硬度试验方法，测定HB、HRB(或HRC)和HV硬度值，规定三种硬度值只测其一即可。最新研制的便携式表面洛氏硬度计、管材洛氏硬度计，可以对薄至0.05mm的不锈钢板、不锈钢带以及细至4.8mm的无缝钢管进行快速、准确的硬度检测，使得过去在国内难以解决的问题迎刃而解。无缝钢管硬度检测工具无缝钢管的内径在6.0mm以上，壁厚在13mm以下的退火无缝钢管材，可以采用W-B75型韦氏硬度计，它测试非常快速、简便，适于对无缝钢管材做快速无损的合格检验。无缝钢管内径大于30mm，壁厚大于1.2mm的无缝钢管，采用洛氏硬度计，测试HRB、HRC硬度。无缝钢管内径大于30mm，壁厚小于1.2mm的无缝钢管，采用表面洛氏硬度计，测试HRT 或HRN硬度。内径小于0mm，大于4.8mm的无缝钢管，采用管材专用洛氏硬度计，测试HR15T硬度。当无缝钢管内径大于26mm时，还可以用洛氏或表面洛氏硬度计测试管材内壁。

剪切力的计算方法

第3章剪切和挤压的实用计算 3.1剪切的概念在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用（图3-1a），构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面（m - n面）发生相对错动（图3- 1b）。图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面m-n假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力F Q （图3-1C）的作用。F Q称为剪力，根据平衡方程',=0，可求得F Q二F。剪切破坏时，构件将沿剪切面（如图3-la所示的m-n面）被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a所示情况即为单剪切。受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。

3.2剪切和挤压的强度计算3.2.1剪切强度计算

剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图试验装置的简图，试件的受力情况如图 3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷 F b 时，试件在剪切面 m - m 及n - n 处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图 3-2c 可求得剪切面上的剪力为 F Q 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中, 假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以 A 表示销钉横截面面积，则应力为 F Q A ?与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。当F 达到F b 时的切应力称剪切极限应力，记为-b 。对于上述剪切试验，剪切极限应力为 _ Fb ■b - 2A 3-2a 为一种剪切 (3-1) bj

优质碳素结构钢牌号国内外对照表

优质碳素结构钢牌号国内外对照表项目中国日本德国美国英国法国前苏联国际GB,YB JIS DIN(W- Nr.) ASTM AISI SAE BS NF ГОС Т ISO 普通含锰组05F 1005 1005 015A03 05kn 08F 1006 1006 1006 040A04 08kn 8 S09CK( S9CK) C10(1. 0301), 1008 1008 1008 050A04 8 CK10(1 .1121) 10F 1010 1010 1010 040A10 10kn 10 S10C CK10(1 .1121) 1010 1010 1010 040A10 , XC10 10 050A10 , 060A10 S12C 1012 1012 1012 040A12 , XC12 050A12 , 060A12 15F 040A15 15kn 15 S15C, C15(1. 0401), 1015 1015 1015 040A15 , 15 CK15(1 .1141) , 050A15 , S15CK Cm15(1 .1140) 060A15 S17C 1017 1017 1017 040A17 , XC18 050A17 , 060A17 20F 040A20 20kn 20 S20C, 1020 1020 1020 050A20 , 20 S20CK 060A20

S22C C22(1. 0402), 1023 1023 1023 040A22 , CK22(1 .1151) 050A22 , 060A22 25 S25C 1025, 1025, 1025, 060A25 , XC25 25 R683/I C25e 1026 1026 1026 080A25 S28C 1029 1029 1029 060A27 , 080A27 30 S30C 1030 1030 1030 060A30 , XC32 30 R683/I C30e 080A30 , 080M30 S33C 1035 1035 1035 060A32 , 080A32 35 S35C C35(1. 0501), 1035, 1035, 1035, 060A35 , XC35 35 R683/I C35e CK35(1 .1181) , 1037 1037 1037 080A35 Cm35(1 .1180) S38C 1038 1038 1038 060A37 , XC38 080A37 40 S40C 1040, 1040, 1040, 060A40 , 40 R683/I C40e 1039 1039 1039 080A40 , 080M40 S43C 1042, 1042, 1042, 060A42 , XC42 1043 1043 1043 080A42 45 S45C C45(1. 0503), 1045, 1045, 1045, 060A47 , XC45 45 R683/I C45e CK45(1 .1191) , 1046 1046 1046 080A47 , Cm45(1080M46

优质碳素结构钢性能成分汇总

优质碳素结构钢性能成分汇总优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少，机械性能较为优良。

注：1．表中所列牌号为优质钢。如果是高级优质钢，在牌号后面加“A”(统一数字代号最后一位数字改为“3”)；如果是特级优质钢，在牌号后面加“E’’(统一数字代号最后一-位数字改为“6”)；对于沸腾钢，牌号后面为“F”(统一数字代号最后一位数字为“0”)；对于半镇静钢，牌号后面为“b”(统一数字代号最后一位数字为“1”)。 2．使用废钢冶炼的钢允许含铜量不大于0．30％。 3．热压力加工用钢的铜含量应不大于0．20％。 4．铅浴淬火(派登脱)钢丝用的35．85钢的锰含量为0．30％～0．60％；铬含量不大于0．10％，镍含量不大于O．15％，铜含量不大于0．20％；硫、磷含量应符合钢丝标准要求。 5．08钢用铝脱氧冶炼镇静钢，锰含量下限为0．25％，硅含量不大于0．03％，铝含量为0．02％一0．07％。此时钢的牌号为08A1。 6．冷冲压用沸腾钢含硅量不大于0．03％。 7．氧气转炉冶炼的钢其含氮量应不大于0．008％。供方能保证合格时，可不做分析。 8．经供需双方协议，08～25钢可供应硅含量不大于0．17％的半镇静钢，其牌号为08b～25b。 9．上述各成分含量皆指质量分数。钢中除含有碳（C）元素和为脱氧而含有一定量硅（Si）（一般不超过0.40%）、锰（Mn）（一般不超过0.80%，较高可到1.20%）合金元素外，不含其他合金元素（残余元素除外）。此类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其硫（S）、磷（P）杂质元素含量一般控制在0.035%以下。若控制在0.030%以下者叫高级优质钢，其牌号后面应加“A”，例如20A；若P控制在0.025%以下、S控制在0.020%以下时，称特级优质钢，其牌号后面应加“E”以示区别。对于由原料带进钢中的其他残余合金元素，如铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）等的含量一般控制在Cr≤0.25%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%。有的牌号锰（Mn）含量达到1.40%，称为锰钢。此类钢是依靠调整含碳（C）量来改善钢的力学性能，因此，根据含碳量的高低，此类钢又可分为：低碳钢--含碳量一般小于0.25%，如10、20钢等；中碳钢--含碳量一般在0.25～0.60%之间，如35、45钢等；高碳钢--含碳量一般大于0.60%。此类钢一般不用于制造钢管。

材料力学-切应力计算

第四章弹性杆横截面上的切应力分析 § 4-3梁横力弯曲时横截面上的切应力梁受横弯曲时，虽然横截面上既有正应力，又有切应力。但一般情况下，切应力对梁的强度和变形的影响属于次要因素，因此对由剪力引起的切应力，不再用变形、物理和静力关系进行推导，而是在承认正应力公式（6-2）仍然适用的基础上，假定剪应力在横截面上的分布规律，然后根据平衡条件导出剪应力的计算公式。 1.矩形截面梁对于图4-15所示的矩形截面梁，横截面上作用剪力F Q。现分析距中性轴z为y的横线aa1 上的剪应力分布情况。根据剪应力成对定理，横线aa1两端的剪应力必与截面两侧边相切，即与剪力F Q的方向一致。由于对称的关系，横线aa i中点处的剪应力也必与F Q的方向相同。根据这三点剪应力的方向，可以设想aa i线上各点切应力的方向皆平行于剪力F Q。又因截面高度h大于宽度b,切应力的数值沿横线aa i不可能有太大变化，可以认为是均匀分布的。基于上述分析，可作如下假设： 1）横截面上任一点处的切应力方向均平行于剪hj力F Q。 2）切应力沿截面宽度均匀分布。图4-15 图4-16 基于上述假定得到的解，与精确解相比有足够的精确度。从图4-16a的横弯梁中截出dx 微段，其左右截面上的内力如图4-16b所示。梁的横截面尺寸如图4-16c所示，现欲求距中性轴z为y的横线aa1处的切应力。过aa1用平行于中性层的纵截面aa2C1自dx微段中截出一微块（图4-16d）。根据切应力成对定理，微块的纵截面上存在均匀分布的剪应力。微块左右侧面上正应力的合力分别为N1和N2，其中

y 1dA 。 A * 由微块沿x 方向的平衡条件这样，式（4-32）可写成 N 1 I dA A * My 1 dA Ms ； z A * I z (4-29) N 2 II dA (M dM)y 1dA A * A * I z (M dM)。 * ^n^Sz (4-30) 式中，A 为微块的侧面面积，（ii ）为面积 A 中距中性轴为 y i 处的正应力，将式 N 1 N 2 （4-29）和式（4-30）代入式 dM * nr S z bdx 0 4-31)，得 bdx 0 dM S ； dx bI z (4-31) 因 F Q , dx ，故求得横截面上距中性轴为 y 处横线上各点的剪应力 * F Q S Z bn (4-32) 式（4-32）也适用于其它截面形式的梁。式中， F Q 为截面上的剪力; I z 为整个截面对中性轴z 的惯性矩；b 为横截面在所求应力点处的宽度; S y 为面积A *对中性轴的静矩。对于矩形截面梁（图4-17），可取dA bdy i ，于是 * S z y i dA A 2(h y 2) 电( h! y 2) 上式表明，沿截面高度剪应力 4-17 ）。按抛物线规律变化（图在截面上、下边缘处，y= ± h , =0；在中性轴上，y=0， 2 切应力值最大，其值为 ■ 1 1 r 尸蛰 T *17 A" y 图 4-17 * S z 0,得

Q235碳素钢与35#、45#优质碳素钢的区别

Q235-A 含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量用用建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。 35钢，用于制作热锻和热冲压的机械零件，冷拉和冷顶锻钢材，无缝钢管、机械制造中零件、铸件、重型和中型机械制造中的锻制机轴、压缩机汽缸、减速器轴，也可用来铸造汽轮机机身、飞轮和均衡器等。 45钢，用以制造蒸汽透平机、压缩机、泵的运动零件；还可代替渗碳钢制造齿轮、轴、活塞销等零件(零件需经高频或火焰表面淬火)；并可用作铸件。 Q235焊接性能良好,一般都是用做焊接件的,35#焊接性能一般,45#焊接性能较差,主要用做淬火使用. Q235钢和45号钢的区别: Q235中的Q是屈服强度的意思，235是屈服强度，单位是千克力每平方米。这是应用得很广泛得一种钢材，平时能听到有人称之为烂污钢，例如普通的钢管材料基本就是Q235。一般做型材、棒材等，以前叫A3钢。 45#是中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。45＃钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好，其硬度适合做轴类零件、螺栓、联轴器等零部件。不过很多螺栓属于低碳合金钢，要根据工程详细情况选择材质。45#如果需要表面硬度，又希望发挥45＃钢优越的机械性能，常将45＃钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。主要区别如下：首先，用途不同，Q235是普通结构钢，属工程用钢，主要用作钢构件，如角钢、槽钢、工字钢、钢板等；45号钢是优质碳素结构钢，属机械用钢，主要用作机械零件，如轴类、齿轮、高强度螺栓等。再者，钢号表示方法不同，Q235钢号表示的是钢的力学性能-强度（屈服强度不低235MPa）；45号钢好表示钢的化学成分（钢的含碳量为0.45%左右）。还有钢的性能也不同，Q235属于低碳钢，其塑性较高，但强度较低，适合于拉伸、压延加工，如制作型材、板材等；45号钢属于中碳钢，可进行淬火处理，其热处理后强度和硬度高，故适合于制作机械零件，

剪切应力计算

拉伸、压缩与剪切 1 基本概念及知识要点 1.1 基本概念轴力、拉（压）应力、力学性能、强度失效、拉压变形、胡克定律、应变、变形能、静不定问题、剪切、挤压。以上概念是进行轴向拉压及剪切变形分析的基础，应准确掌握和理解这些基本概念。 1.2 轴向拉压的内力、应力及变形 1．横截面上的内力：由截面法求得横截面上内力的合力沿杆的轴线方向，故定义为轴力 F N ，符号规定：拉力为正，压力为负。工程上常以轴力图表示杆件轴力沿杆长的变化。 2．轴力在横截面上均匀分布，引起了正应力，其值为 F A σ= N 正应力的符号规定：拉应力为正，压应力为负。常用的单位为MPa 、Pa 。 3．强度条件强度计算是材料力学研究的主要问题之一。轴向拉压时，构件的强度条件是 []F A σσ= ≤N 可解决三个方面的工程问题，即强度校核、设计截面尺寸及确定许用载荷。 4．胡克定律线弹性范围内，杆的变形量与杆截面上的轴力F N 、杆的长度l 成正比，与截面尺寸A 成反比；或描述为线弹性范围内，应力应变成正比，即 F l l E E A σε?= =N 式中的E 称为材料的弹性模量，EA 称为抗拉压刚度。胡克定律揭示在比例极限内，应力和应变成正比，是材料力学最基本的定律之一，一定要熟练掌握。 1.3 材料在拉压时的力学性能材料的力学性能的研究是解决强度和刚度问题的一个重要方面。材料力学性能的研究一般是通过实验方法实现的，其中拉压试验是最主要、最基本的一种试验，由它所测定的材料性能指标有： E —材料抵抗弹性变形能力的指标；b s σσ,—材料的强度指标； ψδ, —材料的塑性指标。低碳钢的拉伸试验是一个典型的试验。

碳素钢的定义及钢中五元素

1、碳素钢的定义及钢中五元素含碳2%以下的铁碳合金称为钢。碳素钢中的五元素是指化学成份中的主要组成物，即 C、Si、Mn、S、P（碳、硅、锰、硫、磷）。其次是在炼钢过程中不可避免地会混入气体，含O、H、N（氧、氢、氮）。此外，用铝—硅脱氧镇静工艺中，必然在钢水中含有 Al，当Als（酸溶铝）≥0。020%时，还有细化晶粒的作用。 2、钢铁是怎样炼成的？炼钢的主要任务是按所炼钢种的质量要求，调整钢中碳和合金元素含量到规定范围之内，并使P、S、H、O、N等杂质的含量降至允许限量之下。炼钢过程实质上是一个氧化过程，炉料中过剩的碳被氧化，燃烧成CO气体逸出，其它Si、P、Mn 等氧化后进入炉渣中。S部份进入炼渣中，部份则生成SO2排出。当钢水成份和温度达到工艺要求后，即可出钢。为了除去钢中过剩的氧及调整化学成份，可以添加脱氧剂和铁合金或合金元素。 3、转炉炼钢简介从鱼雷车运来的铁水经过脱硫、挡渣等处理后即可倒入转炉中作为主要炉料，另加10% 以下的废钢。然后，向转炉内吹氧燃烧，铁水中的过量碳被氧化并放出大量热量，当探头测得达到预定的低碳含量时，即停止吹氧并出钢。一般在钢包中需进行脱氧及调整成份操作；然后在钢液表面抛上碳化稻壳防止钢水被氧化，即可送往连铸或模铸工区。对要求高的钢种可增加底吹氩、RH真空处理、喷粉处理（喷SI—CA粉及变性石灰）可以有效降低钢中的气体与夹杂，并有进一步降碳及降硫的作用。在这些炉外精炼措施后还可以最终微调成份，满足优质钢材的需求。 4、初轧模铸钢锭采取热装、热送新工艺，进入均热炉加热，然后通过初轧机及钢坯连轧机轧成板坯、管坯、小方坯等初轧产品，经过切头、切尾、表面清理，（火焰清理、打磨）高品质产品则还需对初轧坯进行扒皮和探伤，检验合格后入库。目前初轧厂的产品有初轧板坯、轧制方坯、氧气瓶用钢坯、齿轮用圆管坯、铁路车辆用车轴坯及塑模用钢等。初轧板坯主要供应热轧厂作为原料；轧制方坯除部份外供，主要送往高速线材轧机作原料。由于连铸板坯的先进性，初轧板坯的需求量大为削减，因此转向上述其它产品了。 5、热连轧用连铸板坯或初轧板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机，粗轧料经切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制，终轧后即经过层流冷却（计算机控制冷却速率）和卷取机卷取、成为直发卷。直发卷的头、尾往往呈舌状及鱼尾状，厚度、宽度精度较差，边部常存在浪形、折边、塔形等缺陷。其卷重较重、钢卷内径为760mm。(一般

碳素钢的分类

碳素钢的分类含碳量小于 2.11％的铁碳合金称为碳素钢，又称碳钢。碳素钢的分类方法很多，一般可按含碳量、品质、用途和工艺进行分类。按钢的含碳量分类，可分为：低碳钢，其含碳量小于0.25％；中碳钢，其含碳量等于0.25％～0.60％；高碳钢，其含碳量大于0.60％。按钢的品质分类，钢的品质是由钢中含有害杂质硫(S)、磷(P)的多少来区分的。当钢中含硫量不超过0.050％，含磷量不超过0.045％时为普通碳素钢；当钢中的含硫量、含磷量均小于0.040％时为优质碳素钢；当钢中的含硫量小于0.030％，含磷量小于0.035％时为高级优质碳素钢。按钢的用途分类，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程构件。碳素工具钢主要用来制造刀具、量具和模具，这类钢一般属于高碳钢，其含碳量在0.65％～1.35％的范围内。按工艺分类，可分为热轧钢、冷拔钢、锻造钢和铸造钢等。 (一)普通碳素结构钢普通碳素结构钢中含有害杂质(硫、磷)和非金属夹杂物较多，但其机械性能可以满足一般工程结构件及普通机械零件的要求，所以应用较广。通常为轧制成的钢板或各种型材(圆钢、方钢、角钢等)。 1988年颁布的国家标准(GB700—88)中，普通碳素结构钢的牌号是由代表其屈服点(屈服极限)的字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、b、Z、TZ)等四部分组成。其中质量等级符号表示钢中含有害杂质的多少，A级硫、磷含量分别不大于0.050％和0.045％；B级硫、磷含量均不大于0.045％；C级硫、磷含量均不大于0.040％；D级硫、磷含量均不大于0.035％。

优质碳素结构钢牌号和性能

优质碳素结构钢牌号和性能 (1)牌号和化学成分见表3-6、表3-7。 (2)力学性能见表3—8。 (3)用途见表3-9。表3—6优质碳素结构钢的牌号和化学成分

剪切力的计算方法

第3章剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件 m-面)发生相对错动(图3-1b)。的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m-假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力Q F(图3-1c)的作用。Q F称为剪力，根据平衡方程∑=0 F Q=。 Y，可求得F 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la所示的n m-面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a所示情况即为单剪切。受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算

剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q = 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以A 表示销钉横截面面积，则应力为 A F Q =τ (3-1) τ与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。当F 达到b F 时的切应力称剪切极限应力，记为b τ。对于上述剪切试验，剪切极限应力为 A F b b 2= τ

2020年剪切力的计算方法-剪力强度公式

作者：旧在几作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13 第3章剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面m-面)发生相对错动(图3-1b)。 (n 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m-假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力 F(图3-1c)的作用。Q F称为剪力， Q 根据平衡方程∑=0 F Q=。 Y，可求得F 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la所示的n m-面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a所示情况即为单剪切。受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。

3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2F F Q = 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以A 表示销钉横截面面积，则应力为 A F Q =τ (3-1) τ与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。当F 达到b F 时的切应力称剪切极限应力，记为b τ。对于上述剪切试验，剪切极限应力为

碳钢的成分和分类

碳钢的成分和分类 1.碳钢的成分碳钢指的是w(C)≤2.11%的铁碳合金，其组成元素除了铁和碳主要元素外，还有杂质元素Mn、Si（起固溶强化和脱氧的作用），S →热脆，P →冷脆，O、N、H →使得强度、塑性、韧性↓。 2．碳钢的分类 ⑴按C含量分低C钢w(C) ≤0.25% 中C钢0.25% ＜w(C) ≤0.6% 高C钢w(C) ＞0.6% ⑵按钢质量分（S、P含量）普通碳素钢：W s<0.055% ，W p<0.045% 优质碳素钢：W p、W s<0.040% 高级优质碳素钢：W s<0.030%，W p<0.035% ⑶按用途分——碳素结构钢、碳素工具钢。碳素结构钢用来制造各种工程构件和机器零件，碳素工具钢用来制造各种刀具、量具、模具。 ⑷按冶炼方法分为平炉钢、转炉钢。碳钢的牌号及用途碳素结构钢表示方法为Q+最低屈服强度值+质量等级符号，Q表示“屈服强度”；数字表示屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。典型代号有Q195，Q215，Q235，Q255，Q275。牌号——如Q215B，表示ss ≥215 MPa（厚度≤16mm），B级质量。 Q195，Q215，Q235A，Q235B塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板用作桥梁建筑用料，也可作普通螺钉，铆钉。 Q235C，Q235D可用作重要的焊接件 Q255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。 2、优质碳素结构钢钢号用平均碳质量分数的万分数表示，如20钢为碳质量分数为0.02%。如钢中Mn质量分数较高，则在钢号后附加Mn，如16Mn。可作重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。其中08F材料塑性好，常用来制作冷冲压零件。一般需要热处理。 3、碳素工具钢碳素工具钢钢号按平均碳质量分数的千分数数字表示，数字之间冠以T，如T9。其平均含碳量为千分之九(0.9%C)。可用作制造各种刃具、量具、模具。如图1

40号优质碳素结构钢

40号优质碳素结构钢本标准规定了优质碳素结构钢特厚钢板尺寸、外形、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书等。本标准适用于厚度＞60mm―200mm的钢板。尺寸、外形、重量及允许偏差钢板的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T709的规定，不平度按1米测量。交货状态钢板以热处理（正火、回火、正火+回火、退火）状态交货。热处理类别应在合同中注明，未注明者，由供方确定。化学成分力学性能

当钢板以热轧交货状态时，各牌号的伸长率值允许比表格中规定值降低2%（绝对值）。当钢板以回火、正火+回火或退火状态交货时，各牌号的抗拉强度值允许比表格中规定值降低20Mpa. 表面质量钢板的表面质量应符合GB/T711的规定。检验规则钢板应成批提交验收，每批应由同一牌号、同一炉号、同一厚度、同一交货状态的钢板组成。每批重量不得超过60吨。复验钢板初检不合格时，应采用GB/T17505中“8.3.4.3复验”的相应规定。具体内容如下：如果不合格的结果不是由平均值计算出的，而是从试验中测得的，仅规定单个值（例如拉伸试验、弯曲试验或末端淬透性）时，应采用下列方法：a）试验单元是单件产品，应对不合格项目做相同类型的双倍试验，双倍试验应全部合格，否则，产品应为不合格。 b）如果试验单元不是单件产品组成，例如由同一炉批、或同一热处理状态组成，除非另有协议，供方可以将抽样产品从试验单元中挑出，也可不挑出。 1）如果抽样产品从试验单元中挑出，检验代表应随机从同一试验单元中选出另外两个抽样产品，然后从两个抽样产品中分别制取的试样，在与第一次试验相同的条件下再做一次同类型的试验，其试验结果应全部合格。 2）如果抽样产品保留在试验单元中，应按1）的规定步骤进行。但是重取的试样必须有一个是从保留在试验单元中的抽样产品上切取的，其试验结果应全部合格。

剪切计算公式

2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。 []s F A ττ= ≤ (5-6) 这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。 []n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系：对塑性材料： []0.60.8[]τσ= 对脆性材料： []0.8 1.0[]τσ= (2) 剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。牵引力F=15kN 。试校核销钉的剪切强度。图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和 n-n 两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出： 2s F F = 销钉横截面上的剪应力为： 332151023.9MPa<[] 2(2010)4s F A ττπ-?===?? 故销钉满足剪切强度要求。例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。

碳钢的分类、牌号及用途

碳钢的分类、牌号及用途一、碳钢的分类 1、按碳的质量百分数分：低碳钢（C：≤0.25％）又称软钢，低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用于制造链条，铆钉，螺栓，轴等。中碳钢（C：0.25％＜C ≤0.6％）有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰（0.70%～1.20%）。按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为HB538，抗拉强度σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。高碳钢（C：＞0.6％）常称工具钢，含碳量从大于0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。锤，撬棍等由含碳量0.75%的钢制造；切削工具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低（另外，含碳量2.1%～4.5％铁碳合金一般称为铸铁。） 2、按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）：普通碳素钢（S ≤0.055％，P ≤0.045％) 优质碳素钢（S ≤0.040％，P ≤0.040％) 高级优质碳素钢（S ≤0.030％，P ≤0.035％) 3、按用途分：碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等二、碳钢的牌号与用途 1、普通碳素结构钢：碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 。每个牌号由于质量不同分为A、B、C、D等级，Q195、Q215、Q235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等；Q255、Q275可轧制成型钢、钢板等。 2、优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示。如20＃、45＃等。20＃表示含C：0.20%（万分之20）。用途：主要用于制造各种机器零件 3、碳素工具钢：钢号以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以T。如T9、T12等。T9表示含C：0.9%（千分之9）。用途：主要用于制造各种刀具、量具、模具等 4、铸钢：铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。用途：主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性的零件，如齿轮、联轴器等。