碳钢及合金钢硬度与强度核算值
碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定
680 677 680 682 690 695 700 700 700 700 700
835 835 796 760 750 721 743 － － － －
碳 素 工 具 钢
T7 T8 T10 T12 T13
回火时的加热、保温时间，应与回火温度结合起来考 虑。一般来说，低温回火时， 由于所得组织不稳定，内 应力消除不充分，为了稳定组织，消除内应力，使零件在 使用过程中性能与尺寸稳定，回火时间要长一些，一般不 少1.5～2小时。高温回火时间不宜过长，过长会使钢过分 软化，对有的钢种甚至造成严重的回火脆性，所以一般为 0.5～l小时。 3、冷却速度的影响 冷却是淬火的关键工序，一方面冷却速度耍大于临界 冷却速度，以保证得到马氏体，另一方面又希望冷却速度 不要太大，，以减小内应力，避免变形和开裂，为此，根 据c曲线考虑，淬火工件必须在过冷奥氏体最不稳定温度 范围(650~550℃)进行快冷，以超过临界冷却速度，而在 Ms(300～200℃)点以下，尽可能慢冷以减少内应力。为 保证淬火质量，应适当选用淬火介质和淬火方法。常用淬 火介质的特性见表6—2。
材料、材控专业
一、实验目的 1、了解碳钢的热处理操作； 2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对 碳钢性能的影响； 3、观察热处理后钢的组织及其变化； 4、了解硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度 计的使用。
二、概 述 （一）钢的热处理工艺 钢的热处理就是通过加热、保温和冷却三个步骤来 改变其内部组织，而获得所需性能的一种加工工艺。 普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。 钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却） 至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。奥 氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到先共析钢铁素体 （或渗碳体）加伪珠光体。过冷奥氏体快冷（大于临界 冷速）叫淬火，得到马氏体组织。淬火钢再加热到A1 以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火 马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。
碳钢与合金钢的比较
150~ 170 150~ 160 170~ 200
170±5
175~ 200
62~66 62~66 >62 ≥62 ≥62
滚动轴承钢
结构钢
¾ 热处理工艺： 球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理，时效（120～140℃,10～20h）：稳定尺寸，去应力。
¾ 组织 —— 回火M ＋细碳化物＋少量A'
－
Q215 A/B 215 195 175 165 335-410 31 29 27 26 －/20 －/27
Q235
A/B C/D
235
215
195
185 375-460 26
24
22
21
－/20 0/-20
－/27
Q255 A/B 255 235 215 205 410-510 24 22 20 19 －/20 －/27
钢号
主要化学成分，w / %
C
Cr
Si
Mn
热处理规范及性能 淬火℃ 回火℃ 回火后 HRC
GCr4 GCr15 GCr15SiMn GMnMoVRE GSiMoMnV
0.95~ 1.05
0.95~ 1.05
0.95~ 1.05
0.95~ 1.05
0.95~ 1.10
0.35~ 0.0
1.40~ 1.65
屈服点σs ，MPa
伸长率 δs , %
V型冲
牌 等 钢材厚度(直径)，mm 抗拉 钢材厚度(直径), mm
击功
号
级
≤ >40 >100 > 16 ~60 ~150 150
强度
σb / MPa
≤ 16
不锈钢与碳钢硬度 强度
不锈钢与碳钢硬度强度摘要：1.不锈钢和碳钢的定义及特点2.不锈钢和碳钢的硬度和强度比较3.影响不锈钢和碳钢硬度和强度的因素4.不锈钢和碳钢的应用领域正文：一、不锈钢和碳钢的定义及特点不锈钢是一种合金钢，主要成分是铁、铬、镍等元素，具有耐腐蚀、抗氧化、高温性能好、不易生锈等特点。
不锈钢根据铬元素含量的不同，分为低、中、高铬不锈钢，其中304、316 等不锈钢广泛应用于各个领域。
碳钢是一种含碳量在0.02%-2% 之间的铁碳合金，主要成分是铁、碳，根据含碳量的不同，分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。
碳钢具有成本低、强度高、硬度好、韧性好等特点，广泛应用于机械制造、建筑等领域。
二、不锈钢和碳钢的硬度和强度比较一般来说，碳钢的硬度和强度要高于不锈钢。
碳钢中的碳元素可以增加钢的硬度和强度，而不锈钢中的铬、镍等元素主要起到防腐蚀作用，对硬度和强度的影响较小。
但需要注意的是，不锈钢中的某些合金元素，如钴、钨等，也可以提高不锈钢的硬度和强度，使其超过碳钢。
三、影响不锈钢和碳钢硬度和强度的因素影响不锈钢和碳钢硬度和强度的因素主要有以下几点：1.含碳量：碳钢的含碳量越高，硬度和强度越大；而不锈钢的含碳量较低，硬度和强度相对较低。
2.合金元素：不锈钢中的铬、镍等合金元素可以提高其耐腐蚀性能，但对硬度和强度的影响较小；碳钢中的锰、硅等元素可以提高其强度和硬度。
3.热处理：热处理是通过加热、保温、冷却等过程改变金属的组织结构和性能，可以提高不锈钢和碳钢的硬度和强度。
四、不锈钢和碳钢的应用领域不锈钢由于具有良好的耐腐蚀性能，广泛应用于化工、医疗、食品、建筑等领域，如制作储罐、管道、医疗器械、厨房用具等。
碳钢由于成本低、强度高、硬度好，广泛应用于机械制造、建筑、石油、化工等领域，如制作齿轮、轴类零件、螺栓、螺母等。
合金钢主要成分
合金钢主要成分合金钢是一种通过添加其他元素来改善钢的性能的钢材。
它与普通碳素钢相比，具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
合金钢的主要成分包括以下几种：1. 碳：碳是合金钢中最重要的元素之一，它对钢的硬度和强度起着至关重要的作用。
碳含量在0.2%到2.1%之间不等，高碳含量可以提高钢的硬度和强度，但会降低其可塑性和韧性。
2. 铬：铬是一种常见的合金元素，在合金钢中占据着重要地位。
它可以提高钢材的耐腐蚀性和抗氧化能力，同时还能增加其硬度和强度。
铬含量在0.5%到20%之间不等。
3. 镍：镍可以提高合金钢的韧性、延展性和耐磨性。
它还能提高抗腐蚀能力，并增加对低温环境的适应能力。
镍含量在0.25%到5%之间不等。
4. 钼：钼是一种常用的合金元素，它可以提高合金钢的硬度、强度和耐磨性。
钼含量在0.25%到5%之间不等。
5. 锰：锰是一种强效的脱氧剂，可以有效地去除钢中的氧气和其他杂质。
它还能提高钢的硬度和强度，并增加其耐磨性。
锰含量在0.2%到1.5%之间不等。
6. 钛：钛是一种轻质、高强度的合金元素，可以提高合金钢的硬度、强度和抗腐蚀能力。
它还能减少钢中的碳化物形成，从而提高其可焊性和可加工性。
钛含量在0.05%到0.5%之间不等。
7. 铜：铜可以提高合金钢的耐腐蚀性、导电性和导热性。
它还能增加其硬度和强度，并改善其可塑性和韧性。
铜含量在0.2%到1.5%之间不等。
8. 磷：磷是一种重要的合金元素，可以提高合金钢的韧性、延展性和可塑性。
它还能减少钢中的杂质，并改善其可焊性和可加工性。
磷含量在0.03%到0.15%之间不等。
总之，合金钢的主要成分包括碳、铬、镍、钼、锰、钛、铜和磷等元素。
通过合理地控制这些元素的含量，可以生产出各种性能优异的合金钢，满足不同领域的需求。
钢的分类
钢的分类钢的分类方法很多，通常有以下几种分类方法。
一、按冶炼时脱氧程度分类1．沸腾钢。
炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，脱氧不完全。
这种钢液铸锭时，有大量的一氧化碳气体逸出，钢液呈沸腾状，故称为沸腾钢，代号为“F”。
沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。
但因其成本低、产量高，故被广泛用于一般工程。
2．镇静钢。
炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作为脱氧剂，脱氧完全。
这种钢液铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称为镇静钢，代号为“Z”。
镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，含硫量较少，性能稳定，故质量好。
适用于预应力混凝土等重要结构工程。
3．半镇静钢。
脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，故称为半镇静钢。
代号为“b”。
半镇静钢是质量较好的钢。
4．特殊镇静钢。
比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为“TZ”。
特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。
二、按化学成分分类1．碳素钢。
化学成分主要是铁，其次是碳，故也称碳钢或铁碳合金，其含碳量为0.02%～2.06%。
碳素钢除了铁、碳外还含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。
碳素钢按含碳量不同又可分为：（1）低碳钢：含碳量小于0.25%；（2）中碳钢：含碳量为0.25%～0.60%；（3）高碳钢：含碳量大于0.6%。
低碳钢在土木工程中应用最广泛。
2．合金钢。
合金钢是在炼钢过程中，为改善钢材的性能，特意加入某些合金元素而制得的一种钢。
常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。
按合金元素总含量不同，合金钢又可分为：（1）低合金钢：合金元素总含量小于5%；（2）中合金钢：合金元素总含量为5%～10%；（3）高合金钢：合金元素总含量大于10%。
低合金钢为土木工程中常用的主要钢种。
三、按有害杂质含量分类按钢中有害杂质磷（P）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类：1．普通钢：磷含量不大于0.045%，硫含量不大于0.050%；2．优质钢：磷含量不大于0.035%，硫含量不大于0.035%；3．高级优质钢：磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.025%；4．特级优质钢：磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.015%。
碳钢的热处理及硬度测试实验报告
碳钢的热处理及硬度测试实验报告一、实验目的本实验旨在探究碳钢热处理的原理及方法，并通过硬度测试来评估不同处理方式对碳钢硬度的影响。
二、实验原理1. 碳钢热处理碳钢是一种含有较高量碳元素的合金钢，其硬度和强度与碳含量成正比。
碳钢的热处理主要包括退火、正火、淬火和回火四个步骤。
2. 硬度测试硬度是材料抵抗划痕或压入的能力，通常用Vickers硬度测试法来评估材料硬度。
三、实验步骤1. 准备样品：选择不同直径和长度的碳钢棒作为样品。
2. 退火：将样品放入电炉中，加热至800℃左右保温1小时后慢冷至室温。
3. 正火：将样品放入电炉中，加热至900℃左右保温30分钟后冷却至室温。
4. 淬火：将样品放入水中快速冷却。
5. 回火：将淬火后的样品放入电炉中，加热至400℃左右保温2小时后冷却至室温。
6. 硬度测试：使用Vickers硬度测试仪对不同处理方式的样品进行硬度测试。
四、实验结果经过退火处理后，碳钢的硬度降低，表现出较好的韧性；正火处理能够提高碳钢的硬度和强度；淬火处理能够使碳钢达到最大的硬度和强度，但同时也会使其变得脆性增加；回火处理可以减轻淬火后碳钢的脆性，但会降低其硬度和强度。
通过Vickers硬度测试仪测量，退火后样品的硬度为150HV，正火后为200HV，淬火后为350HV，回火后为250HV。
五、实验分析通过本实验可知，不同热处理方式对碳钢的性质有着显著影响。
在实际应用中需要根据具体情况选择合适的热处理方式来满足需求。
六、实验结论1. 碳钢经过不同热处理方式后其性质有显著差异。
2. 淬火能够使碳钢达到最大的硬度和强度，但同时也会使其变得脆性增加。
3. 回火处理可以减轻淬火后碳钢的脆性，但会降低其硬度和强度。
4. 在实际应用中需要根据具体情况选择合适的热处理方式来满足需求。
七、实验注意事项1. 热处理时需要注意安全，避免烫伤或其他意外事故。
2. 硬度测试时需要保证测试仪器的准确性和稳定性。
3. 实验结束后需要及时清理实验器材和场地。
不锈钢与碳钢硬度 强度
不锈钢与碳钢硬度强度
摘要：
一、不锈钢与碳钢的定义与区别
二、不锈钢与碳钢的硬度比较
三、不锈钢与碳钢的强度比较
四、应用场景与选择
正文：
不锈钢与碳钢是两种常见的钢材类型，它们在硬度和强度方面有所不同。
不锈钢主要含有铬、镍等元素，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性；碳钢则主要含有碳元素，硬度相对较高。
一、不锈钢与碳钢的定义与区别
不锈钢是一种具有较高铬含量的合金钢，其铬含量一般在12%以上。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性、耐磨性等性能。
碳钢则是含碳量较高的钢，其碳含量一般在0.1%~2.0%之间。
碳钢的硬度较高，但耐腐蚀性和抗氧化性较差。
二、不锈钢与碳钢的硬度比较
不锈钢的硬度相对较低，一般在HV100左右；碳钢的硬度较高，一般在HV200以上。
因此，在硬度方面，碳钢优于不锈钢。
三、不锈钢与碳钢的强度比较
不锈钢的强度较高，通常在σb>1000 MPa；碳钢的强度较低，通常在
σb<500 MPa。
因此，在强度方面，不锈钢优于碳钢。
四、应用场景与选择
由于不锈钢和碳钢在硬度、强度等方面有所不同，因此在实际应用中需要根据具体需求进行选择。
例如，对于需要耐腐蚀性的场合，可以选择不锈钢；对于需要高硬度的场合，可以选择碳钢。
第三节 铁碳合金和合金钢概述2
热处理：热轧空冷
组织：S＋F 热连轧钢板
钢桥梁
建筑构件
多边型角钢
钢筋、螺纹钢
螺钉、铆钉
（2）优质碳素结构钢 分为普通锰含量钢和较高锰含量钢。 （a）普通锰含量钢： 碳含量用两位数字表示，以0.01％为单位， 如45钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。 （b）较高锰含量钢： 碳含量用两位数字表示，以0.01%为单位，后面 加汉字“锰”或化学符号“Mn”。 如45锰或45Mn钢。
钢牌号： 40钢 平均Wc0.40% 40Mn钢 WMn0.7 ~1.0% 平均Wc0.40%
较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 热处理：渗碳、淬火、回火等。
齿轮
弹簧 汽车曲轴
（3）碳素工具钢
牌号 : “碳”或T＋碳含量（千分之几表示)+ 符号 T10A钢
高级优质wS ≤ 0.020 % ，wP ≤ 0.030 %
钢中平均V含量Wv < 1.5％，Cr含量 WCr＝ 4％，W含量Ww＝18％ 含碳量未标，但平均Wc 为0.7 ~ 0.8％
另外， 还有W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）等
（3） 特殊性能合金钢 原则：钢中平均含碳量 Wc 以千分之几表示。 合金元素平均含量WMe以百分之几表示。
例1： 1Cr18Ni9Ti——奥氏体不锈钢
结构钢（主要用于工程构件、机器零件）
工具钢（主要用于刀具、量具、模具）
（二）钢的编号 1、碳钢的编号 (1)普通碳素结构钢 （a） 甲类钢：按力学性能供应 表示方法： 甲1（A1）、甲2（A2）……甲7（A7） 强度（s、b） 塑性（、） 升高 下降
注意：由于不保证化学成分，所以热处理时不能 依甲类钢来选材，应依乙类钢选，才能根据相图 制定热处理工艺。
钢筋钢材的化学成分及其对钢材性能的影响
钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材的化学成分及其对钢材性能的影响钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：1．碳。
碳是决定钢材性能的最重要元素。
碳对钢材性能的影响如图6-3所示：当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在 1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。
随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。
图6-3 含碳量对碳素钢性能的影响——抗拉强度；——冲击韧性；——伸长率；——断面收缩率；HB——硬度一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。
2．硅。
硅是作为脱氧剂而存在于钢中，是钢中的有益元素。
硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响。
3．锰。
锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素。
锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。
锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。
4．磷。
磷是钢中很有害的元素。
随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。
特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。
磷也使钢材的可焊性显著降低。
但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。
5．硫。
硫是钢中很有害的元素。
硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。
6．氧。
氧是钢中的有害元素。
随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。
钢的国标解读知识
钢的国标解读知识引言钢是一种重要的建筑材料，广泛应用于工业、建筑、航天等领域。
为了确保钢材的质量和性能，各国都制定了相应的国家标准。
本文将对钢的国标进行解读，介绍国际常用的钢的分类及其标准要求。
钢的分类钢可以根据不同的分类标准，分为许多不同的类型。
常见的钢的分类方式有以下几种：根据化学成分分类根据钢中的主要元素含量，钢可以分为碳钢、合金钢和不锈钢三类。
1.碳钢：主要成分是铁和碳，碳含量在0.08%~2.0%之间。
碳钢可以进一步分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
低碳钢韧性好、可焊性好，中碳钢硬度适中，高碳钢硬度高。
2.合金钢：除了铁和碳，合金钢中还含有其他元素（如锰、铬、钼等）。
合金钢具有更好的强度、硬度和耐磨性。
3.不锈钢：主要成分是铁、碳和铬。
不锈钢具有抗腐蚀性能，可用于制作装饰品、厨具等。
根据用途分类根据钢的用途，钢可以分为结构钢、工具钢、特殊钢等。
1.结构钢：结构钢用于建筑、桥梁、船舶等领域，要求具有良好的强度和韧性。
2.工具钢：工具钢用于制作各种工具和机械零件，要求具有良好的硬度和磨耗性能。
3.特殊钢：特殊钢用于特殊条件下的工作，如高温、低温、腐蚀等环境。
根据标准分类不同国家制定了不同的国家标准，用于对钢材进行分类和规范。
常见的国家标准有中国的国家标准（GB/T）、美国的ASTM标准、欧洲的EN 标准等。
国际常用的钢的国标解读中国的国家标准（GB/T）中国的钢材国家标准分为三个层次：基础标准、产品标准和有关特殊性能的标准。
基础标准规定了钢材的命名、分类、标志等基本要求；产品标准规定了钢材的具体要求和性能指标；有关特殊性能的标准规定了特殊类别的钢材的要求。
美国的ASTM标准美国的ASTM标准是一个非常全面的国际标准体系，对不同类型的钢材都进行了详细的分类和要求。
ASTM标准涉及到了机械性能、化学成分、加工性能等方面的要求。
欧洲的EN标准欧洲的EN标准也是一个细分比较详细的标准体系，它采用了一个命名体系，以字母和数字的组合表示钢材的不同特性和性能。