机械结构钢
q345钢板
q345钢板简介q345钢板是中国常用的一种钢材，也是中国国内非常重要的一种结构钢板。
它具有优良的可塑性、强度和焊接性能，广泛应用于建筑、机械制造、船舶制造、桥梁建设等行业。
物理和化学特性物理特性q345钢板具有以下物理特性：•密度：7.85g/cm³•熔点：1420-1460°C•热导率：46.1-52.2W/(m·K)•导电率：7.74-8.01×10^6S/m•线膨胀系数：12.2-12.6×10-6K-1化学成分q345钢板的化学成分通常符合以下标准：元素 C Si Mn P S含量(%) ≤0.20≤0.50≤1.70≤0.035≤0.035此外，根据需要，可以对q345钢板的化学成分进行调整以满足特定的要求。
机械性能q345钢板的机械性能在不同的标准中有所不同，以下是一些典型的机械性能指标：标准屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(%) 冲击值(J)GB/T 1591-94 ≥345≥470≥21≥34GB 700-88 ≥345≥470≥21-特点和应用q345钢板具有以下特点：1.优良的可塑性：q345钢板可以通过冷弯、热弯等加工方式塑性变形，适应各种形状的需求。
2.较高的强度：q345钢板具有较高的屈服强度和抗拉强度，适用于需要承受较大载荷的结构。
3.优秀的焊接性能：q345钢板易于焊接，可以通过不同的焊接方法进行连接，提高结构的稳定性和可靠性。
4.广泛的应用领域：q345钢板广泛应用于建筑、机械制造、船舶制造、桥梁建设等行业，如制造建筑结构、船体、桥梁梁体、塔吊和起重设备等。
使用注意事项•在使用q345钢板进行焊接时，需要按照相应的工艺参数和操作规范进行，以确保焊接质量和强度。
•在贮存和运输过程中，需要注意避免与酸、碱等化学物质接触，以防发生腐蚀和损坏。
•在使用q345钢板进行冷弯或热弯加工时，要选择合适的工艺和设备，以防止产生过大的应力和变形。
普通及机械结构用钢板GB与JIS对照
普通及机械结构用钢板GB与JIS对照1、日本钢材(JIS系列)的牌号中普通结构钢主要由三部分组成第一部分表示材质，如：S（Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如P(Plate)表示板，T（Tube）表示管，K(Kogu)表示工具，U—特殊用途，W—线材、丝，C—铸件，F—锻件；第三部分采用数字，表示钢类或钢材的序号或强度值下限。
有的牌号在数字序号后还附加后缀A、B、C等字母，表示不同的质量等级、种类或厚度。
如：SS400——第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢。
在牌号主体结构（第一、二、三部分）之后，根据需要，可附加钢材形状、制造方法及热处理的后缀符号。
2、主要牌号说明：SPHC——首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热Heat的缩写，C商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。
SPHD——表示冲压用热轧钢板及钢带。
SPHE——表示深冲用热轧钢板及钢带。
SPCC——表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-215A牌号。
其中第三个字母C为冷Cold的缩写。
需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。
SPCD——表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（13237）优质碳素结构钢。
SPCE——表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（5213）深冲钢。
需保证非时效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。
冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号：退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4硬为4，1/2硬为2，硬为1。
表面加工代号：无光泽精轧为D，光亮精轧为B。
如SPCC-SD表示标准调质、无光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。
再如SPCCT-SB 表示标准调质、光亮加工，要求保证机械性能的冷轧碳素薄板。
低合金高强度结构钢牌号
低合金高强度结构钢牌号低合金高强度结构钢是一种具有优异力学性能的钢材，广泛应用于建筑、桥梁、船舶、机械制造、石油和化工等领域。
以下是关于低合金高强度结构钢常用牌号及其特性的相关参考内容。
1. Q345B钢Q345B钢是一种用途广泛的低合金高强度结构钢，主要用于各种建筑和工程设备的构件制造。
其强度优于普通碳素结构钢，并具有良好的可焊性和韧性。
Q345B钢常用于制造大跨度的桥梁、高层建筑、机械设备等。
2. Q390钢Q390钢是一种低合金高强度结构钢，具有较高的屈服强度和抗拉强度。
Q390钢常用于制造桥梁、船舶、锅炉、压力容器、石油管道和化工设备等重要设施。
其优异的力学性能和良好的可焊性使其成为一种理想的结构材料。
3. Q420钢Q420钢是一种低合金高强度结构钢，具有良好的强度和塑性。
Q420钢主要用于制造高层建筑、压力容器、锅炉、矿山机械等。
该钢材具有良好的焊接性能和冷弯成形性能，适用于各种复杂形状的构件。
4. Q460钢Q460钢属于一种高强度低合金结构钢，具有较高的屈服强度和抗拉强度。
Q460钢广泛应用于建筑工程、桥梁工程、矿山设备和石油化工设备等领域。
该钢材具有优异的耐久性和抗震性能，适用于要求抗震和耐久性能的工程。
5. Q550钢Q550钢是一种中碳低合金高强度结构钢，具有优良的强度和韧性。
Q550钢广泛应用于桥梁、高层建筑、船舶和石油化工设备等制造领域。
该钢材具有良好的可焊性和可加工性，适用于复杂形状的构件制造。
6. Q690钢Q690钢是一种高强度低合金结构钢，具有较高的屈服强度和抗拉强度。
Q690钢常用于制造大型机械设备、航天器、石油和化工设备等。
该钢材具有良好的焊接性能和冷弯成形性能，适用于各种复杂形状的构件制造。
总之，低合金高强度结构钢牌号包括Q345B、Q390、Q420、Q460、Q550和Q690等。
这些牌号的钢材具有优异的力学性能和工艺性能，广泛应用于各个工程领域。
它们的使用可以确保结构的强度和稳定性，同时提高工程的耐久性和抗震性能。
45钢剪切模量
45钢剪切模量什么是45钢？45钢是一种碳素结构钢，含碳量约为0.42%至0.50%，是一种常用的机械结构钢材。
其强度高、韧性好、可焊接性好等特点，使其被广泛应用于制造各种机械零件和工具。
什么是剪切模量？剪切模量是指在剪切应力作用下，材料单位厚度内的变形与应力之比。
它通常用于描述材料在扭转、剪切等方向上的变形特性。
45钢的剪切模量45钢的剪切模量通常为77.2 GPa（吉帕斯卡尔），这个数值可以根据不同研究或实验得到不同的结果。
例如，在一项研究中，45钢的平均剪切模量为77.3 GPa，标准偏差为1.5 GPa。
影响45钢剪切模量的因素1. 温度：温度对于材料的物理性质有很大影响，包括其弹性模量、塑性变形和断裂韧性等。
随着温度升高，45钢的剪切模量会逐渐降低。
2. 成分：45钢的成分对其剪切模量也有影响。
例如，添加其他元素或合金可以改变45钢的化学成分，进而影响其剪切模量。
3. 加工方式：不同的加工方式会对材料的结构和性能产生影响。
45钢的剪切模量也可能因此而发生变化。
4. 应力状态：在不同的应力状态下，材料的剪切模量也会发生变化。
例如，在压缩状态下，45钢的剪切模量可能会比在拉伸状态下更高。
应用45钢的高强度和韧性使其被广泛应用于各种机械零件和工具中，如轴承、齿轮、螺丝等。
同时，由于其可焊接性好，还可以用于制造焊接结构件。
在一些特殊场合中，需要考虑45钢的剪切模量等物理特性以确保产品质量和安全性。
总结综上所述，45钢是一种常见的碳素结构钢材，在机械制造领域得到广泛应用。
其剪切模量通常为77.2 GPa，并受到多种因素（如温度、成分、加工方式和应力状态等）的影响。
了解45钢的剪切模量等物理特性，有助于更好地应用和设计机械零件和工具。
优质碳素结构钢各牌号的主要用途
优质碳素结构钢各牌号的主要用途
1.45号钢：45号钢主要用于制造机械零件，如轴承、传动轴、齿轮、销钉等，因其具有较高的强度和耐磨性，能够满足复杂的工作条件下的要求。
2.10号钢：10号钢是一种普通碳素结构钢，适用于一些要求不高的
结构件，如螺钉、螺母、螺栓等。
由于其价格相对实惠，广泛应用于建筑、汽车、机械等领域。
3.20号钢：20号钢是一种低碳钢，适用于制造焊接结构零件，如桥梁、建筑支架等。
由于其具有良好的可焊性和冷变形性能，能够满足焊接
工艺的要求。
4.35号钢：35号钢具有较高的强度和耐磨性，适用于制造高负荷的
齿轮、轴承和其他机械零件。
由于其具有优异的热处理性能，可以通过热
处理进一步提高其硬度和耐磨性能。
5.40Cr钢：40Cr钢是一种合金结构钢，适用于制造机械零件，如连杆、减速器、各种机械传动轴等。
由于其合理的化学成分和热处理工艺，
能够提供较高的强度、韧性和耐磨性。
6.50Mn钢：50Mn钢是一种高锰结构钢，适用于制造重载部件，如风
力发电塔、铁路车辆轴承等。
由于其高强度和良好的耐腐蚀性，能够满足
复杂工作条件下的要求。
7.65Mn钢：65Mn钢是一种弹簧钢，适用于制造弹簧和弹性件等。
由
于其具有良好的弹性和疲劳强度，能够满足弹性零件对工作环境的要求。
综上所述，优质碳素结构钢的各个牌号根据其化学成分和力学性能的不同，具有各自特定的用途。
不同牌号的钢材所制造的零件在机械、建筑和制造等行业中起到了至关重要的作用，为各种工程的安全性和可靠性提供了保障。
机械结构用碳素钢钢管
也可以根据交易当事人间的协定来规定伸长率。
2．D 表示为钢管的外径。
3. 1 N/mm2=1Mpa
5
G 3445:2006
表 4 厚度不满 8mm 钢管的 12 号试验片（纵向方向）及 5 号试验片（横向方向）的伸长率
最小值
单位：％
不同厚度对应的伸长率
类别
类别记号
试验片 类别
小于 1mm
大于 1mm 但 小于
—
STKM12A
0.35 以下
—
STKM12B 0.20 以下
0.60 以下
0.040 以下 0.040 以下
STKM12C
STKM13A
0.35 以下
STKM13B 0.25 以下
0.30～0.09 0.040 以下 0.040 以下
—
STKM13C
STKM14A
0.35 以下
—
STKM14B 0.30 以下
STKM15A 5 号试片
6
A
15 类
12 号试片
12
C STKM15C 5 号试片
-
12 号试片
2
8
10
11
12
14
16
17
13
14
16
18
19
20
22
-
-
1
2
4
6
7
3
4
6
8
9
10
12
A STKM16A 5 号试片
4
12 号试片
10
16 类
C STKM16C 5 号试片
-
12 号试片
2
6
8
55钢用途
55钢用途
55钢是一种结构钢，也称为55#钢，属于碳素结构钢。
其化学成分含有较高的碳、锰、硅等元素，常用的化学成分标准为GB/T 699-1999。
55钢具有较高的强度和硬度，同时具备良好的可焊性和韧性，并且在经过淬火和回火处理后可以获得更高的机械性能。
由于这些优良的特性，55钢在多种工业领域得到了广泛的应用。
下面是55钢的主要用途：
1. 机械结构零件
55钢作为一种结构钢，可以用于制造各种机械结构零件，如机床、汽车等各种机械设备的零部件。
由于55钢具有良好的强度和韧性，并且易于加工和焊接，因此可以满足各种机械零件对材料性能和加工性能的要求。
2. 建筑结构用钢
55钢可以用于制造建筑工程中的各种结构用钢，如钢梁、钢柱等。
这种钢材的使用可以提高建筑结构的强度和稳定性，并且有助于减轻建筑自重，使得建筑更加安全和耐久。
3. 壳体结构
根据55钢的高强度和硬度，可以用于制造各种壳体结构，如容器、管道等。
这种钢材的使用可以保证壳体的强度和稳定性，同时还能够抵抗高压、高温等恶劣环境。
总之，55钢是一种高强度、高硬度的结构钢，在机械制造、建筑工程、壳体制造等多个领域都有广泛的应用。
10种机械设计常用材料
1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。
主要特征:最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。
应用举例:主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。
轴、齿轮、齿条、蜗杆等。
焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。
2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。
主要特征:具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。
应用举例:广泛用于一般要求的零件和焊接结构。
如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。
3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。
主要特征:经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。
应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。
4、HT150——灰铸铁应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等5、35——各种标准件、紧固件的常用材料主要特征:强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。
冷态下可局部镦粗和拉丝。
淬透性低，正火或调质后使用应用举例:适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件6、65Mn——常用的弹簧钢应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。
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3、性能要求
针对以上分析的主要失效形式，对机械制造用钢 的最基本要求：
在零件整个截面上具有足够高的屈服强度和抗拉强 度，以防止过载变形和断裂；
具有高的疲劳强度以防止交变负荷下的疲劳断裂；
在零件整个截面上具有足够的塑性和韧性，以防止 冲击或过载下的突然断裂；
思考题： 1、工程结构钢的合金化思想是什么？ 2、评价工程结构钢热影响区硬化倾向的碳 当量的概念是什么？ 3、应变时效现象？机理是什么？
第二节 机械制造结构钢
定义: 机械制造结构钢是用来制造各种机械零 件的钢种;
常见的机械零件是汽车、拖拉机、机床、电站 设备、矿山机械、轧机等机器上的轴类、齿轮、 连杆、弹簧、齿轮轴、紧固件等。
②金属材料的屈服强度σs与断裂强度σf
a.这两个性能指标是金属材料的基本性能特征；
b.当金属材料的屈服强度低于断裂强度时，垂直于力 作用方向的平面上产生的应力先达到屈服强度，就 会发生塑性变形;
c.如果金属材料的屈服强度等于或高于断裂强度，垂 直于力作用方向的平面上产生的应力先达到断裂应 力，就会发生脆性断构钢的强度与脆性 上面所述，机械零件的主要失效形式是变形和断裂。 为保证机械零件正常运转，传统设计只考虑钢的弹 性和塑性；
弹性设计：有的根据弹性来设计，在弹性范围内工 作，根据比例极限σp来计算； 有些零件只允许少量塑性变形，可根据屈服强度σs 或σ0.2来塑性设计（实际中在许用应力与以上应力之间 加上一个安全系数）, 实际也是从强度出发。 上述两种情况都是只考虑了强度的强度设计。 对于结构件，只考虑强度是很危险的。
③韧性设计：
a. 冲击韧性:只反映钢材脆断的趋势，不能用于直 接设计计算，根据经验总结，提出了在低温下 冲击韧性值的临界值；
b. 韧-脆转化温度:要求钢材的韧-脆转化温度比实 际零件的工作温度低若干度。
c. 断裂韧性(K1c):是从金属材料中总有在生产工序 中造成的钢材缺陷和裂纹出发，研究这些裂纹 在什么条件下突然失稳而开始扩展的能力。
强度指标：
σe ━弹性极限 σb ━抗拉强度 σf ━断裂强度 σ0.01━规定弹性极限，塑性变形量
为0.01％ σ0.2 ━规定屈服强度，塑性变形
量为0.2％
范性指标：
伸长率 δ=[(Lf-L0)/L0]×100%
面缩率 ψ=[(A0-Af)/A0]×100%
①强度与塑性的配合
对于塑性指标δ、ψ及综合反映了强度和塑性的韧 性指标（如冲击韧性），在设计时并不用于工程计 算，只是根据经验提出要求；
以是单向的反复的；在加载上可以是逐渐的或是骤然 的。
2）工作环境：温度一般是-50℃--100℃之间；介质是： 大气、自然水、润滑油及其它介质的腐蚀作用。
2、失效形式 规定用来制造某种零件的钢材的性能要求时，必须从 零件在工作条件下损坏的情况出发。因此，必须了解 零件的失效形式。
（1）过载变形和断裂 特别是承受动载荷的情况下，由于不正常的超负荷，
塑性、韧性指标是考虑到零件的安全性，避免发 生突然事故、过载断裂而提出的。
为什么对于机械结构钢要强调强度与塑性的配合？
a. 多年来，人们为了减轻零件重量，在追求提高钢 的强度方面取得了很大的进展，使钢的强度达到很 高的水平：
举例： 中碳回火索氏体钢、低碳马氏体钢：
σb :1200—1400MPa; 中碳低合金马氏体钢：
σb: 1400—2000MPa; b. 这样高的强度取得是综合运用了加工强化、细晶强 化、固溶强化、沉淀强化和马氏体相变强化等方法的结 果（通过化学成分设计、冶炼工艺和热处理等）； c. 但是钢的屈服强度增高后，其塑性变形的能力就下 降(晶粒细化除外)，因而增大了发生脆性断裂的倾向。 d. 在生产、加工过程中可以给钢材带来这样或那样的 缺陷，有不少情况这种缺陷并不影响钢的屈服强度，却 降低钢的断裂强度。
当应力超过构件的屈服强度时，构件就要发生变形； 当应力超过该材料的断裂强度时，构件就要发生断裂。 （2）疲劳破坏
承受交变载荷的构件，若在高于一定的应力水平下长 期工作，就容易发生疲劳断裂。
疲劳裂纹
疲劳裂纹
疲劳断口
裂纹源在一个氧化铝夹杂物处，以夹杂物为疲劳源，周 围是光滑细微的疲劳源区，由此，向四周呈放射状快速 扩展断裂
断裂韧性代表材料抵抗裂纹突然扩展的能力; 钢材的断裂强度σf与平面应变断裂韧性K1C之间
的关系可用下式表示：
Impact Energy /J
300 250 200 150 100
d.脆性断裂：材料没有发生宏观塑性变形或仅仅发生 少量塑性变形的断裂；
e.塑性断裂：经过较大量的塑性变形后的断裂。 塑性断口
沿晶脆性断口
解理 脆性断口
f. 温度对金属材料σs和σf的影响 降低温度，σs迅速增高，而σf略有降低，发生脆断； 较高温度，σf>σs，塑性断裂（位错易动）。
机械结构钢：强度和塑性的配合 在强度设计的同时，要进行塑性的设计！！
汽车车体和各种悬挂件用各种合金结构钢
电站用特殊合金钢
新型超级奥氏体和马 氏体型耐热钢
1、服役条件 1）受力分析 形式：机械零件在工作时将承受拉伸、压缩、弯曲、
剪切、扭转、冲击、震动、摩擦等力的作用，或几种 力的同时作用；
性质：在机械零件的截面上产生张、压、切等应力。 方式：这些应力可以是恒定的或变化的；在方向上可
Al2O3
由Al2O3产生的表面裂纹劈开 金属表面向下扩展
浅表面裂纹与表面裂纹已经 连接，即将产生剥落
疲劳剥落的产生过程
剥落坑
浅表面裂纹与表面裂纹已经 连接，即将产生剥落
剥落坑的俯视图，在坑中或 边有Al2O3铝酸钙等夹杂物
疲劳剥落的产生过程
（3）脆性断裂
如果钢材的塑性和韧性不足，在承受突然冲击或 过载的情况下，由于钢件不能发生相应的塑性变 形，以吸收部分冲击能量而松弛钢件所受的应力， 钢件就会在只发生小量形变或甚至不发生形变的 情况下突然脆断。 （4）腐蚀破坏 钢件与腐蚀介质长期接触，特别是有应力作用的 情况下，逐渐被腐蚀而损坏。