课题一 碳钢

一、碳钢概念

碳素钢（简称碳钢）：碳含量小于2.11%的铁碳合金，实际使用的碳含量小于1.5%，其中含少量的Si、Mn、P、S等杂质。

其特点：治炼方便，价格低廉，产量大，且具有优良的锻造性能、焊按性能和切削加工性能。

二、认识碳钢

碳钢分类（主要）

按用途（两种）：碳素结构钢、碳素工具钢

按碳含量（三种）

低碳钢（w_C<0.25\%）\\[5pt] 中碳钢(w_C=0.25\%-0.6\%) \\[5pt] 高碳钢(w_C≥0.6\%)

按质量（三种）：

普通质量钢（w_S≤0.050\%，w_P≤0.045\%）\\[5pt] 优质钢(w_S≤0.035\%，w_P≤0.035\%) \\[5pt] 特殊质量钢(w_S≤0.025\%，w_P≤0.025\%)

应用实例

碳素结构钢：销、轴、齿轮等结构件

碳素工具钢：锉刀、锤子🔨、锯条等工具

常见搭配

Q195：螺栓、螺钉；

45钢：机床主轴；

T12：锉刀；

ZG230-460：飞轮

三、常见碳钢的特征、牌号、化学成分及用途

1. 碳素结构钢

特征：

用于制造受力不大的机械零件，在工程中应用最多，其产量占钢总产量的70%-80%。

牌号（四部分）：

国家标准 GB/T 700-2006 规定，其牌号由“屈”字汉语拼音首字母Q、屈服强度数值（单位MPa）、质量等级符号（分为A、B、C、D四级，自A到D质量依次提高【即D质量最高】）、脱氧方法（F：沸腾钢，Z：镇静钢，TZ：特殊镇静钢）四部分组成。

如 Q235AF 指屈服强度为 235MPa 的 A级沸腾碳素结构钢。‌ 其中的“Q235”表示这种钢的屈服强度不低于235MPa，而“A”表示质量等级，“F”表示这种钢是沸腾钢‌

牌号	等级	化学成分（质量分数）/%					用途
牌号	等级	w_c	w_Si	w_Mn	w_P	w_S	用途
Q195	—	0.12	0.30	0.50	0.035	0.040	承载较小的零件，如钢丝、钢圈、开口销、拉杆、冲压件以及焊接件等
Q215	A	0.15	0.35	1.20	0.045	0.050	拉杆、套圈、垫圈、渗碳零件及焊接件等
Q215	B	0.15	0.35	1.20	0.045	0.045	拉杆、套圈、垫圈、渗碳零件及焊接件等
Q235	A	0.22	0.35	1.40	0.045		金属结构件、心部强度要求不高的渗碳件和碳氮共渗件、拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓、螺母、套筒、轴及连接件等
	B	0.20*			0.045		金属结构件、心部强度要求不高的渗碳件和碳氮共渗件、拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓、螺母、套筒、轴及连接件等
	C	0.17			0.040		重要的焊接件等
	D	0.17			0.035		重要的焊接件等

2. 优质碳素结构钢

特征：

其有害杂质少，化学成分稳定，塑性、韧性较好，用于制造较重要的机械零件。

牌号：

国家标准 GB/T 699-2015 规定，其牌号由两位阿拉伯数字表示，数字表示该钢的平均碳含量的白分数（以0.01%为单位）

含碳量‌：牌号的第一部分是两位阿拉伯数字，表示平均含碳量（万分数）。例如，牌号“45”表示平均含碳量为0.45%‌1。
含锰量‌：如果钢材中含有较高的锰量，牌号中会加上锰元素符号“Mn”来表示‌。
‌质量等级‌：牌号的第三部分可以表示钢材的质量等级，如高级优质钢加字幕“A”，特级优质钢加字幕“E”，普通优质钢则不加字母‌。脱氧方式‌：牌号的第四部分可以表示脱氧方式，与普通碳素钢相同‌。
‌产品用途和特性‌：牌号的第五部分可以表示产品的用途和特性，如用于特定机械结构件或具有特殊性能的钢材‌。

如 45 表示平均含碳量为 0.45% 的优质碳素结构钢

牌号	化学成分（质量分数）/%					用途
牌号	w_c	w_Si	w_Mn	w_S	w_P	用途
08	0.05~0.11	0.17~0.37	0.35~0.65	≤0.035	≤0.035	薄板、薄带、冷变形材料、冷拉钢丝等，冲压件、压延件，各类不承受载荷的覆盖件、套筒、管、垫片、仪表板、心部强度要求不高的渗碳件和碳氮共渗件等
20	0.17~0.23		0.35~0.65			用于制造受力不大但有较高韧性要求的各种机械零件，如杠杆、螺钉、起重钩等,也用于制造在6MPa、450℃以下及非腐蚀性介质中使用的管子导管等
40	0.37~0.44		0.50~0.80			用于制造机器的运动零件,如辊子、曲轴、传动轴、活塞杆、连杆、链轮、齿轮等
45	0.42~0.50					用于制造强度高的运动零件,如蒸汽透平机叶轮、压缩机活塞轴人齿轮、齿条、蜗杆等
60	0.57~0.65					用于制造轧辊、轴、偏心辊、轮毂、离合器、凸轮弹簧圈、减振弹簧等
20Mn	0.17~0.23		0.7~1.00			用于制造齿轮、曲柄轴、支架、铰链、螺钉、螺母铆焊结构件、油罐等
65Mn	0.62~0.70		0.90~1.20			用于制造小尺寸的扁、圆弹簧及弹簧发条,也可用于制造弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹餐及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧

3. 碳素工具钢

特征：

其具有较高的硬度和耐磨性属于特殊质量钢,其碳含量为 0.7%~1.3% ，主要用于制造刀具、量具和模具。

牌号：

用“碳”字汉语拼音首字母“T”加数字表示，数字表示用平均碳含量的千分数，若为高级优质碳素工具钢，则在其牌号后加字母“A”。

如 T10 表示碳的质量分数为 1.0% ；T12 表示碳的质量分数为 1.2%

牌号	主要特征	应用举例
T7	较好的强度和塑性，切削能力较差	用于制造有较大塑性和一定硬度但切削能力要求不太高的工具,如凿子、冲子、车床顶尖、钻头等
T8	强度较高，塑性较差，热处理后有较高的硬度及耐磨性	用于制造工作时不易变热的工具,如斧头、凿子、冲头及手用锯、圆锯片、压缩空气工具等
T10、T10A	较好的耐磨性，韧性较差	用于制造受热不大的手工锯、麻花钻、丝锥、板牙、铣刀
T12 、T12A	耐磨性较好，硬度较高，韧性差	用于制造加工速度不高、刃口不易变热的车刀、铣刀钻头、铰刀、扩孔钻等,以及丝锥、板牙、刮刀、金属锯条量规及断面尺寸小的冷切边模、冲孔模等

4. 铸钢

特征：

铸造成形的碳钢,主要用于制造受冲击载荷作用的复杂形状件,如轧钢机机架、重载大型齿轮、飞轮等零件。这些零件形状复杂,很难用锻压等方法成形,用铸铁又难以满足性能要求,这时常选用铸钢件。

牌号：

由“铸钢”汉语拼音首字母ZG、屈服强度（单位MPa）、抗拉强度 三部分组成。

如 ZG340 - 640 表示屈服强度不低于 340MPa ，抗拉强度不低于 640MPa 的铸造碳钢‌

参考教材： 《 数控加工机械基础 (第3版）》
本文链接： https://www.yfhxya.cn/archives/ke-ti-yi-tan-gang