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碳素钢分类及其应用

碳素钢(简称碳钢)是C的质量分数在0.2%~2.06%之间并含有少量Si、Mn、P、S等杂质的铁碳合金。

一、普通碳素结构钢

按GB700-88的规定,碳素结构钢的牌号以钢材的最低屈服强度表示。这类钢虽然含有有害杂质及非金属夹杂物较多,但其冶炼方法简单,工艺性好,价格低廉,而且在性能上也能满足一般工程结构件及普通零件的要求,因此,用量很大,约占钢材总量的80%。

钢的牌号是由代表屈服点的“屈”字的汉语拼音首位字母“Q”,屈服点值(数字),质量等级符号A、B、C、D,脱氧方法等的符号(用脱氧方法等名称的汉语拼音首位字母表示,如沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(Z)、特殊镇静钢(TZ))组成。其中“Z”与“TZ”符号可以省略。例如,Q235—A·F代表碳素结构钢,屈服点值为235MPa,并为A级沸腾钢。

二、优质碳素结构钢

优质碳素结构钢含有害杂质P、S的量及非金属夹杂物较少,其均匀性及表面质量都比较好,且必须同时保证钢的化学成分和力学性能。这类钢的产量较大,价格便宜,力学性能较好,广泛用于制造种机械零件和结构件。这些零件通常都要经过热处理后使用。

1、优质碳素结构钢的编号及成分特点

优质碳素结构钢的牌号是用两位数表示钢中的C的质量分数,以万分之几表示。例如,“40钢”表示平均C的质量分数为0.40%的优质碳素结构钢。不足两位数时,前面补0。从10钢开始,以数字“5”为变化幅度上升一个钢号。若数字后带“F”(如08F),则表示为

=0.35%~0.8%)和较高含锰沸腾钢。优质碳素结构钢按含锰不同,分为普通含锰量(ω

Mn

=0.7%~1.2%)两组。较高含锰量的一组,在钢号后加“Mn”,如15 Mn、20 Mn 量(ω

Mn

等。

2、常用的优质碳素结构钢的热处理及应用

常用的优质碳素结构钢的性质及应用范围如下。

08钢、10钢的含碳量很低,其强度低而塑性好,且有较好的焊接性能和压延性能,通常扎制成薄板或钢带。主要用于制造冷冲压零件,如各种仪表板、容器及垫圈等零件。

15钢、20钢、25钢也具有较好的焊接性和压延性能,常用于制造受力不大、韧度较高的结构件和零件,如焊接容器、制造螺母、螺钉等,以及制造强度要求不太高的渗碳零件,如凸轮、齿轮等。渗碳零件的热处理一般是在渗碳后再进行一次淬火(840~920℃)及低温回火。

35钢、40钢、45钢、50钢、55钢属于调质钢,可用来制造性能要求较高的零件,如齿轮、连杆、轴类等。调质钢一般要进行调质处理,以得到强度与韧度良好配合的综合力学性能。对综合力学性能要求不高或截面尺寸很大、淬火效果差的工件可采用正火代替调质。

60钢、65钢、70钢、75钢、80钢、85钢属于弹簧钢,经适当热处理后,可用来制造要求弹性好、强度较高的零件,如弹簧、弹簧热圈等,也可用于制造耐磨零件。冷成形弹簧一般只进行低温去应力处理。热成形弹簧一般要进行淬火(~850℃)及低温回火(200~250℃)处理。

三、碳素工具钢

在机械制造业中,用于制造各种刃具、模具及量具的钢称为工具钢。由于工具要求高硬度和高耐磨性且多数刃具还要热硬性,所以工具钢的含碳量均较高。工具钢通常采用淬火+

低温回火的热处理工艺,以保证高硬度和耐磨性。

碳素工具钢的C的质量分数为0.65%~1.35%。根据其S、P的含量不同,碳素工具钢又可分为优质工具钢和高级优质工具钢两类。

1、碳素工具钢的编号及成分特点

碳素工具钢的钢号以“碳”字汉语拼音字头“T”表示,其后面加上顺序数字,数字表示钢的C的平均质量分数,以千分之几表示,如为高级优质碳素工具钢,则在数字后再加“A”字。如T8钢表示C的质量分数平均为0.8%的优质碳素工具钢。T12A钢表示C的质量分数平均为1.2%的高级优质碳素工具钢。含锰量较高者,在钢号后标以“Mn”,如T8Mn。碳素工具钢的优点是容易锻造、加工性能良好,而且价格便宜,生产量纸占全部工具钢的60%左右。缺点是淬透性低,Si、Mn含量略有改变,就会对淬透性产生较大的影响。因此,对碳素工具钢还容易产生淬火变形和淬裂,尤以形状复杂的工具为甚,同时它的回火抗力也较差。为了提高碳素工具钢的可段性及减少其淬裂倾向,其硫、磷含量应比优质碳素结构钢限制更严格。

2、碳素工具钢的热处理与应用

工具钢的毛坯一般为段造成形,再由毛坯机加工成工具产品。碳素工具钢段造后,因硬度高,不易进行切削加工,有较大应力,组织又不符合淬火要求,故应进行球化退火,以改善切削加工性,并为最后淬火作组织准备,退火后的组织应为球状珠光体,其硬度一般小于217HBS。

淬火加热温度要根据钢钟来确定,同时也要考虑性能要求,工件形状、大小及冷却介质等。淬火冷却时由于其淬透性较低,为了得到马氏体组织,除形状复杂、有效厚度或直径小于5mm的小刃具在油中冷却外,一般都选用冷却能力较强的冷却介质(如水、盐水、碱水等)。还应指出,淬火时,较强的冷却介质会使淬火应力变大,故可能引起较大的变形甚至开裂,这是碳素工具钢一个显著弱点。

四、铸钢

一些形状复杂、综合力学性能要求较高的大型零件,由于在工艺上难于用锻造方法成形,在性能上又不能用力学性能低的铸铁制造,因而需要采用铸钢件。目前铸钢在重型机械制造、运输机械、国防工业等部门应用较多,如轧钢机机架、水压机横梁与气缸、机车车架、铁道车辆转向架上的摇枕、汽车与拖拉机具轮拨叉、起重行车车轮、大型齿轮等。

工程上用的碳素铸钢的C的质量分数为0.2%~0.6%,含碳量过高,则塑性不好,凝固时易产生裂纹。

要提高碳素铸钢的力学性能,则可通过加入合金元素来形成合金铸钢。

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