机械制造基础常用工程材料
工程材料及机械制造基础
工程材料及机械制造基础工程材料及机械制造基础随着工业化进程的加快，机械制造产业成为了产业结构调整和经济转型的重要部分。
而机械制造又离不开工程材料的选用和应用，因此，熟悉工程材料及机械制造基础知识，对机械制造从业者至关重要。
一、工程材料1. 金属材料金属材料是指以金属元素或其合金为主要成分和基体组成的材料。
金属材料具有导电性好、热导率高、强度高、耐磨损、耐腐蚀等特点，因此在机械制造中被广泛应用。
常用金属材料有钢、铜、铝、镁、锌等。
2. 非金属材料非金属材料是指一类不含金属或含金属量较低的材料。
常用的有陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
其中，陶瓷材料通常用于高温炉具和电子产品；高分子材料适用于制作塑料制品、橡胶制品和纺织品等；复合材料在航空、航天、汽车等领域有广泛应用。
二、机械制造基础1. 机械制造方法常见的机械制造方法有车、铣、钻、刨、磨、冲压、焊接、锻造等。
各种机械制造方法的应用根据具体工艺之间的关系进行设计和选择。
2. 机械制造技术机械制造技术是指制造加工过程中使用的各种技术和方法，包括材料加工技术、生产加工技术、制造技术等。
其中，材料加工技术包括金属材料的锻造、挤压、模锻等方法，非金属材料的成型、压缩、挤压、拉伸等方法；生产加工技术包括车床加工、铣床加工、磨床加工等；制造技术则包括设计、加工、质量控制等。
3. 机械制造质量控制机械制造质量控制是保证机械制造品质的关键要素。
质量控制主要通过检测、检验等方式实现。
检测是检查组件、零件尺寸、外形、材料、硬度等，以记录分析；检验是通过材料检验、件检验、总体检验等方式，按照规定质量要求，分析原因，以实现优质机械制造。
三、结语工程材料和机械制造基础是机械制造产业不可或缺的组成部分，掌握了这些基础知识，能够实现从材料的选择、到机械制造过程中的技术选择、生产、质量控制，以及最终出厂的检查等各个环节的全掌控。
因此，各个从业者在实践中深入理解和应用这些知识，是非常必要的。
机械制造基础工程材料铸造
机械制造基础工程材料铸造1. 概述铸造是一种常见的制造工艺，用于生产各种复杂形状的零件。
在机械制造行业中，铸造被广泛应用于生产各种机床、汽车、航空航天和电子设备等零部件。
铸造工艺可以制造各种不同材料的零件，其中，工程材料在机械制造中扮演着重要的角色。
2. 工程材料的分类在铸造中，常见的工程材料包括铁、钢、铜、铝等。
这些工程材料具有不同的特性和用途，可以满足不同行业的需求。
•铁: 铁是一种常见的工程材料，具有优良的机械性能和导热性能。
铁可以进一步细分为生铁和钢铁，其在机械制造中广泛应用于制造车床、机床床身等零件。
•钢: 钢是一种由铁和碳组成的合金，具有优异的强度和韧性。
钢在机械制造中经常用于制造齿轮、轴承和弹簧等零部件。
•铜: 铜具有良好的导电性和导热性，因此在电子设备和通信领域有广泛的应用。
铜在铸造中常用于制造导线、电缆和散热器等零件。
•铝: 铝是一种轻质金属，具有良好的可塑性和耐腐蚀性。
铝材常用于制造汽车发动机缸盖、飞机零件以及各种物体的外壳。
3. 铸造工艺铸造是一种将熔化金属或合金注入到模具中，冷却后得到所需形状的工艺。
在铸造过程中，主要包括模具制备、熔炼、浇注和冷却四个步骤。
•模具制备: 模具是铸造过程中最关键的工具。
模具可以制成各种形状，以便在铸造过程中得到所需的零件。
模具制备的材料一般为石膏、砂状物或金属材料。
•熔炼: 熔炼是将金属或合金加热至其熔点以上的操作。
常见的熔炼设备包括电炉、感应炉和火焰炉等。
在熔炼过程中，根据所需材料的不同，可以添加适量的合金元素以改善材料的性能。
•浇注: 浇注是将熔化的金属或合金倒入模具中的操作。
在浇注过程中，需要控制好浇注温度和速度，以确保熔化的金属或合金填充整个模具。
•冷却: 冷却是指将浇注后的熔化金属或合金冷却至室温的过程。
冷却速度会影响材料的结晶形态和性能。
通常，通过在冷却过程中控制冷却速度，可以获得所需的材料性能。
4. 铸造材料的性能测试铸造材料的性能测试是保证产品质量和性能的重要环节。
机械设计基础中的工程材料概述
机械设计基础中的工程材料概述工程材料在机械设计中扮演着重要的角色，它们是构建可靠机械系统的基础。
本文将从材料的选择和应用角度，对机械设计基础中的工程材料进行概述。
首先，我们将介绍几种常见的工程材料，包括金属材料、聚合物材料和复合材料。
然后，我们将讨论这些材料的物理和力学性质，以及它们在机械设计中的应用。
最后，我们将探讨未来工程材料的发展趋势。
一、金属材料的概述金属材料是一类常见的工程材料，其特点是具有优良的导电性和导热性，同时还具有较高的强度和韧性。
金属材料可以分为两大类：非铁基金属和铁基金属。
常见的非铁基金属材料包括铜、铝、镁等，而铁基金属材料则主要包括铁、钢和铸铁。
金属材料在机械设计中广泛应用于结构件、轴承、齿轮等部件的制造上。
二、聚合物材料的概述聚合物材料是一类具有高分子结构的工程材料，具有较低的密度、良好的耐化学性和电绝缘性。
聚合物材料可以分为两大类：热塑性聚合物和热固性聚合物。
常见的热塑性聚合物包括聚乙烯、聚丙烯等，而热固性聚合物则主要包括环氧树脂、不饱和聚酯等。
聚合物材料在机械设计中常用于制造轻量化部件、密封件、绝缘件等。
三、复合材料的概述复合材料是由两个或两个以上的不同材料组合而成的工程材料，结合了各种材料的优点。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层合板材料等。
纤维增强复合材料由纤维和基体组成，具有较高的强度和刚度，常用于制造航空航天器和高性能汽车等。
颗粒增强复合材料由颗粒和基体组成，常用于制造摩擦材料和摩擦密封材料等。
层合板材料由多个薄板层叠而成，具有较高的抗弯刚度和抗冲击性能。
四、工程材料的物理和力学性质工程材料的物理和力学性质对其在机械设计中的应用具有重要影响。
物理性质包括密度、热导率、导电率等，力学性质包括强度、韧性、硬度等。
这些性质可以通过实验测试和理论计算来确定，以满足设计要求。
例如，在选择材料时，需要考虑到其强度、刚度和耐磨性等方面的要求，以确保系统的可靠性和耐久性。
机械制造基础常用工程材料
机械制造基础常用工程材料引言在机械制造领域，选择适当的工程材料对产品的质量、性能以及寿命有着至关重要的影响。
机械制造基础常用工程材料包括金属材料、非金属材料以及复合材料等。
本文将对这些常用工程材料进行介绍和分析。
金属材料金属材料是机械制造领域最常用的材料之一。
金属材料通常具有良好的导电性、导热性、可塑性和机械强度等优点。
根据金属材料的组成和性质，可以进一步分为以下几类：1.铁基合金：如铸铁、钢等。
铁基合金具有高强度、耐磨损和耐腐蚀等特点，广泛应用于机械制造中的零件制造和结构件。
2.非铁基合金：如铜合金、铝合金等。
非铁基合金具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性能，适用于需要较高导电性和导热性能的部件制造。
3.非晶态合金：非晶态合金是一种非晶态结构的金属材料。
非晶态合金具有优异的力学性能和化学稳定性，适用于高强度和高稳定性要求的机械部件。
非金属材料除金属材料外，机械制造中还广泛使用了各种非金属材料。
非金属材料具有一些金属材料所不具备的特点，如较低的密度、较高的绝缘性能等。
常见的非金属材料包括：1.塑料：塑料是一种具有可塑性的高分子材料，具有良好的耐磨损性、耐化学腐蚀性和绝缘性能等特点。
塑料在机械制造中被广泛应用于制造零件和外壳等。
2.橡胶：橡胶是一种弹性体材料，具有良好的弹性和抗老化性能。
橡胶常用于制造密封件和减震件等。
3.陶瓷：陶瓷是一种脆性材料，具有优异的耐高温和耐磨损性能。
陶瓷常用于制造高温零件和耐磨件等。
复合材料复合材料是由两种或多种不同性质的材料组合而成的新材料。
复合材料具有金属材料、非金属材料和复合材料的优点，并弥补了各种材料的不足之处。
常见的复合材料包括：1.碳纤维复合材料：碳纤维复合材料具有高强度、低密度和良好的抗腐蚀性能，适用于制造高强度和轻量化的结构件。
2.玻璃纤维复合材料：玻璃纤维复合材料具有良好的电绝缘性和机械性能，广泛应用于电器领域和机械制造中。
3.金属基复合材料：金属基复合材料由金属基体和增强相组成，具有高强度、高刚性和良好的耐磨损性，适用于制造高负荷和高速运动零件。
机械工程材料
机械工程材料机械工程材料是指用于机械制造和工程结构中的材料，它们具有特定的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能。
机械工程材料的选择对于机械设计和制造具有至关重要的意义，它直接影响着机械产品的性能、质量和使用寿命。
在机械工程中，常用的材料包括金属材料、塑料材料、陶瓷材料和复合材料等。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一，它具有优良的导热性、导电性和可塑性，适用于制造各种零部件和结构件。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铁等。
钢是一种铁碳合金，具有较高的强度和硬度，广泛应用于制造机械零部件和工程结构。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和散热器等。
铁是一种重要的结构材料，广泛应用于桥梁、建筑和机械设备中。
塑料材料是一类轻质、耐腐蚀、绝缘性能良好的材料，适用于制造各种零部件和外壳。
常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
聚乙烯具有良好的耐磨性和耐冲击性，适用于制造容器和管道等。
聚丙烯具有良好的耐腐蚀性和耐热性，适用于制造化工设备和食品包装等。
聚氯乙烯具有良好的绝缘性能和耐候性，适用于制造电线电缆和建筑材料等。
聚苯乙烯具有良好的隔热性和吸音性，适用于制造保温材料和包装材料等。
陶瓷材料是一类硬度高、耐磨性好、耐高温的材料，适用于制造耐磨零部件和耐火结构。
常见的陶瓷材料包括氧化铝、氮化硅、碳化硅等。
氧化铝具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，适用于制造磨料和耐火材料等。
氮化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造刀具和轴承等。
碳化硅具有优良的耐磨性和高温强度，适用于制造耐磨零部件和陶瓷刀具等。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优良的综合性能，适用于制造高性能的结构件和零部件。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、金属基复合材料等。
玻璃钢具有优良的耐腐蚀性和抗冲击性，适用于制造化工设备和船舶等。
碳纤维复合材料具有优良的强度和刚度，适用于制造航空器和汽车等轻型结构。
机械制造基础常用工程材料
•优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为两组： •普通锰(Mn＝0.25%～0.80%) •较高锰的(Mn=0.70%～1.20%)钢。 • 较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加“Mn”，如
45Mn。
•2020/7/17
•
3）碳素工具钢的编号方法
•其牌号以“T”开头，后面的数字表示平均碳的质量分数的千倍
法同一般的合金结构钢。滚动轴承钢都是高级优质钢，但牌号后不 加“A”。
•例如GCr15钢，就是平均铬的质量分数Cr＝
1.5％的滚动轴承钢。
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•
④ 合金工具钢
•当c＜1％时，用一位数字表示碳的质量分数的千倍 •当碳的质量分数≥1%时，则不予标出
• 合金元素的标注与合金结构钢相同
•高速工具钢例外，其平均碳的质量分数无论多少均不标出。因合金
•一般的轴承用钢是高碳低铬钢，其碳的质量分数为c＝0.95％～1.15
％，属过共析钢。铬的含量为Cr＝0.4％～1.65％ 。
•滚动轴承钢的热处理包括预先热处理(球化退火)和最终热处理(淬火与
低温回火)
•常用滚动轴承钢牌号有GCr9G、GCr15、GCr15SiMn。
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⑥低合金刃具钢
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④合金弹簧钢
•合金弹簧钢的碳的质量分数一般为c＝0.5％～0.7％，碳的质量分数 •过高时，塑性和韧性差，疲劳强度下降。常加入以硅、锰为主的提高 •淬透性的元素。硅、锰合金元素溶入铁素体中，使铁素体得到强化。
•常用合金弹簧钢牌号有60Si2Mn、60Si2CrVA和50CrVA。合金弹簧
钢主要用于制造各种弹性元件，如在汽车、拖拉机、坦克、机车车辆上 制作减震板簧和螺旋弹簧，大炮的缓冲弹簧，钟表的发条等。
机械制造基础 原材料资料
机械制造基础第一部分工程材料与热处理1.工程材料一般可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料2.金属材料的性能包括：1、物理性能2、化学性能：3、机械性能：4、工艺性能3．机械性能：强度；硬度；塑性；韧性；疲劳强度。
4．工艺性能：铸造性能；锻压性能；焊接性能；切削加工及热处理等方面的性能。
性能。
第一章材料的力学性能根据载荷性质零件受力情况可分为：静载荷——是指逐渐而缓慢地作用在工件上的力。
动载荷——包括冲击载荷和交变载荷等。
材料在外力作用下引起形状和尺寸的改变，称变形。
变形又分弹性变形和塑性变形强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
以静载荷下抗拉强度作为判别金属材料强度高低的基本指标。
金属发生塑性变形但不破坏的能力，称为塑性硬度是指金属表面抵抗塑性变形和破坏的能力P9硬度测定的方法：压入法，它用一定的静载荷（压力）将压头压在金属表面上，然后通过测定压痕的面积或深度来确定其硬度。
常用的硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度、和维氏硬度三种。
布氏硬度的表示方法如：150HBS10/10000/30常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。
洛氏硬度：HRA、HRB、HRC维氏硬度 HV硬度HRC：测量钢球：可以测试软、硬金属，尤其是可测试极薄零件的硬度和渗碳层、渗氮层的硬度冲击载荷是指加载速度很快而作用时间很短的突发载荷。
金属抵抗冲击载荷而不破的能力，称为冲击韧度，也称冲击韧度，或冲击韧性机械零件在各种交变载荷作用下经过长时间工作也会发生破坏，通常这种破坏现象称为金属的疲劳。
第二章金属的组织结构第一节金属的晶体结构与结晶常见金属的晶体结构：1、体心立方晶格；2、面心立方晶格；3、密排立方晶格金属的结晶过程就是由晶核的形成和晶粒的长大两个基本过程组成的。
晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。
在不同的温度区间，金属的晶体结构具有不同的晶格类型，称为同素异晶转变同素异晶转变，是金属的一个重要性能。
(完整版)常用机械工程材料基础
850 1080
用于表面强度高，心部韧性高的场合，渗 碳、淬火后可获得很高的表面硬度。耐磨 性高。如制造万向节、精密传动螺纹轴等。
用于重载、高强度、大尺寸、高耐磨场合。 可氮化处理。
500 用于高低温、强腐蚀性条件。如船舶等。
轴类零件实例之悬吊型DXR之球馆旋转轴：
球馆组件
伸缩桶
束光器
球馆旋转主轴系统组件 （锥齿轮传动、电磁离合器、 伺服电机、圆周定点定位）
值齿轮、 齿条属于 渐开线的 一种。
涡轮蜗杆
传动比大，传动平稳，结 多用于中、小负荷和间歇
构小，在一定的压力角下 传动场合。医疗设备中的 可以自锁。但传动效率低。电动推杆多数为涡轮蜗杆
传动。
这里主要 指阿基米 德和渐开 线形式。
锥齿轮
锥齿轮分直齿和斜齿等。 直齿锥齿轮制造较斜齿容 易，成本低。但传动噪声 大，没有斜齿平稳，传动 速度小。斜齿锥齿轮经磨 齿后速度可达5m/s.
45~50
206 强度和弹性均优于碳素弹簧钢丝。用于重 要的弹簧。
45~50
206 强度和弹性与 65Mn相当，耐温性优于前 者。可用于对温度要求不高的场合。
45~50
206 强度高，性能好。热处理后，可获得极好 的疲劳极限。高温性能稳定，可用于发动 机阀门弹簧等。
--==
190 弹性和强度均低于以上碳钢类弹簧。但具
常用轴类材料特性
材料
热处理
20
正火
35
正火
45
调质
40Cr
调质
20Cr
渗碳、淬火
38CrMo
1Cr18Ni 9Ti
调质 淬火
抗拉强度 （Mpa）
用途 小载荷，不重要的轴，定心、定位等。
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按用途分类： ➢（碳素）结构钢 ➢（碳素）工具钢
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
(2)碳素钢的编号 1）碳素结构钢的编号方法
碳素结构钢牌号表示方法由四个部分按顺序组成：
屈服点屈字的拼音字母Q＋屈服极限数值＋质量等级符号＋脱氧方法符号
•A、B、C、D表示质量等级，它反映了碳素钢结构中有害杂质（S、P
）含量的多少；
•F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一
般情况下符号Z与TZ在牌号表示中可省略。
例如Q235AF，即表示屈服点为235N／mm2、A质 量等级的沸腾钢。
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
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牌号后加“A”的属高级优质(s≤0.020％，p≤0.030％）
•此类钢在机械加工前一般进行球化退火，作为刃具，最终热处理为淬
火(加热温度一般为760～780℃)十低温回火(180℃)，组织为回火马氏 体十粒状渗碳体十少量残余奥氏体。其硬度可达60～65HRC；
•碳素工具钢的缺点是红硬性差，当刃部温度高于250℃时，其硬度和
则在数字后加“Mn”，如T8Mn、T8MnA等。
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
4）铸造碳钢 （简称铸钢）的编号方法
其牌号用“ZG”代表铸钢二字汉语拼音首位字母，后面第一组数字为 屈服强度(单位N/mm2)，第二组数字为抗拉强度(单位N/mm2)。
例如ZG200-400， 表示屈服强度σs(或σ0.2≥200N/mm2 ) ， 抗拉强度σb≥400N/mm2的铸造碳钢件。
（6）铸造碳钢的用途
铸造碳钢一般用于制造形状复杂、机械性能要求比铸铁高的零件， 例如水压机横梁、轧钢机机架、重载大齿轮等。
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铸造碳钢中碳的质量分数一般为c＝0.15％～0.60％。
•ZG200-400 有良好的塑性、韧性和焊接性能。用于制作承受载荷不
大，要求韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素 硫、磷的质量分数分：
➢ 普通（碳素）钢 (p ≤ 0.045%， s ≤ 0.050%) ➢ 优质（碳素）钢 (p ≤ 0.040%， s ≤ 0.040%) ➢ 高级优质（碳素）钢 (p ≤ 0.035%， s ≤ 0.030%)
2）优质碳素结构钢的编号方法
其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。
例如45钢，表示平均c =0.45%； 08钢，表示平均c =0.08%。
优质碳素结构钢按锰的质量分数不同，分为两组：
•普通锰(Mn＝0.25%～0.80%) •较高锰的(Mn=0.70%～1.20%)钢。
较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加“Mn”，如
有良好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械 零件，如轴类零件。
•60、65、70钢属于弹簧钢，经淬火十中温回火后可获得高的规定非
比例伸长应力，主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
(5）碳素工具钢的用途
这与高类级钢优的质碳碳的素质工量具分钢数两为类c。＝0.65％～1.35％，分优质碳素工具钢
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
(3）碳素结构钢的用途
碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好， 价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结 构件的要求，因此用量很大。
•Q195钢的碳的质量分数很低，塑性好。常用作螺钉、螺母及各种薄板，
也可用来代替优质碳素结构钢08或10钢，制造冲压件、焊接结构件。
•Q275钢强度较高，可代替30钢、40钢用于制造较重要的某些零件，以
降低原材料成本。
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
(4）优质碳素结构钢的用途
优质碳素结构钢S、P含量较低，非金属夹杂物也较少，因此机械 性能比碳素结构钢优良，被广泛用于制造机械产品中较重要的结 构钢零件。
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•08F、10F钢的碳的质量分数低，塑性好，焊接性能好，主要用于制
造冲压件和焊接件。
•15、20、25钢属于渗碳钢 ，经渗碳、淬火十低温回火后，表面硬度
可达60HRC以上，耐磨性好，而心部具有一定的强度和韧性，可用来 制作要求表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。
•30、35、40、45、50、55钢属于调质钢，经淬火十高温回火后，具
机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
第一章 常用工程材料
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
第一节 常用工程材料
一、钢
1．非合金钢（简称碳素钢、碳钢）
（1）碳钢的分类 按碳的质量分数： ➢低碳钢 (c＜0.25%) ➢中碳钢 (c＝0.25％～0.60％) ➢高碳钢 (c＞0.60％)
45Mn。
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料
3）碳素工具钢的编号方法
其牌号以“T”开头，后面的数字表示平均碳的质量分数的千倍
•碳素工具钢分优质和高级优质两类。若为高级优质钢，则
在数字后面加“A”字。
例如T8A钢，表示平均c =0.8%的高级优质碳素工具钢 。
•对含较高锰的(Mn＝0.40％～0.60%)的碳素工具钢，
•ZG230-450 有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切
削加工性尚可。用于制作承受载荷不大，要求韧性的各种机械零件， 如砧座、外壳、轴承盖、底板、阀体、犁柱等。
•ZG270-500 有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能
尚好，切削加工性佳，用途广泛，用于制作轧钢机机架、轴承座、连 杆、箱体、缸体等。
耐磨性会显著降低。钢的淬透性也低，并容易产生淬火变形和开裂。
•碳素工具钢大多用于制造刃部受热程度较低的手用工具和低速、小进
给量的机用工具，亦可制作尺寸较小的模具和量具。
•常用碳素工具钢牌号有：T7、T7A、T8、T8A、T8Mn、T10、
T10A等。
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机械制造基础—上篇 第一章 常用工程材料