机械的拼音

学设计方案9-10

教学课

题

第一章——常用工程材料

第一节金属材料：钢--碳素钢与合金钢

所属学

科

机械基础授课班级

授课形

式

讲授多媒体演示讨论授课人

教材

《机械基础》主编栾学钢王诚吴建蓉

高等教育出版社

课时9-10

学情分

析

从上学期的各方面情况来看，班风积极健康向上，学生思维较

活跃，学生已经学习了《机械制图》，有了一定的读图识图能力，

大部分学生已经逐渐养成良好的学习习惯，但是仍不排除少数一些

自控力较差的学生。应进一步培养学生良好的学习习惯，进一步为

机电技术应用专业的学习打下基础。

教学目

标

知识目标

1.了解碳素钢和合金钢常见的分类形式；

2.熟悉碳素钢和合金钢的牌号、性能和用途。

能力目标1.掌握碳素钢和合金刚的性能和用途。

素养目标培养严谨细致的学习作风和职业素养。

教学重

点

1.碳素钢的分类；

2.碳素钢的性能和用途。

教学难

点

碳素钢的牌号和性能。

教学方

法

讲授启发举例分析讨论整理

教学资

源

1.课件

:///sve

教学过

程

课

前

准

备

激情导入

观察下列物品，它们都是由什么材料构成？

材料是机器的物质基础。材料种类繁多，在机械工程上常

用的材料有：钢铁材料、有色金属和非金属材料。各种材料的

性能不同，用途也不同。因此为了正确的选择和使用材料，必

须掌握和了解材料的分类、牌号、性能、应用范围及热处理等

有关基本知识。

教

学

实

施

钢的种类繁多，有多种分类方法。根据化学成分，钢可分

为非合金钢（碳素钢）和合金钢。为了正确选择和使用钢，必

须了解钢的分类、牌号、性能、用途和热处理等有关知识。本

课主要认识碳素钢。

一、碳素钢

（一）碳素钢的定义和分类

碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称

为碳素钢。

碳素钢的分类

（1）按钢的含碳质量分数分类

低碳钢含碳质量分数Wc≤0.25%；

中碳钢含碳质量分Wc=0.25~0.60%；

高碳钢含碳质量分数Wc≥0.6%；

（2）按钢的质量分类

钢的质量是以磷、硫的含量来划分的，分为普通钢、优质

钢、高级优质钢和特级优质钢。根据现行标准，各质量等级钢

的磷、硫含量如下

普通碳素钢Ws≤0.035%，Wp≤0.035%；

优质钢Ws≤0.030%，Wp≤0.030%

高级优质钢Ws≤0.020%，Wp≤0.025%

按用途分类

碳素结构钢指含碳量wc＜0.70%，主要用于制造齿轮、轴等

各种机械零件和制作桥梁、建筑等工程结构件用钢。

普通碳素结构钢用于制造各种机械零件和工程结构件。

这类钢一般属于低碳、中碳钢。

优质碳素结构钢用于制造各种刀具、量具和模具。这类

钢一般属于高碳钢。

（4）按脱氧方法分类

沸腾钢：不完全脱氧；

镇静钢：完全脱氧；

半镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间。

在实际使用中，钢厂在给钢的产品命名时，往往将成分、

质量和用途三种分类方法结合起来，如将钢称为优质碳素结

构钢、高级优质碳素工具钢等。

（二）碳素结构钢

定义：凡用于制造机械零件和各种工程结构件的钢都称为

结构钢。

分类：

根据质量可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢；

1.普通碳素结构钢

（1）特点：

冶炼容易、价格低廉、性能能满足一般工程结构、日常生

活用品和普通机械零件的要求。

（2）用途：

主要用于焊接、铆接、栓接构件。Q235应用最多

（3）牌号：

普通碳素结构钢的牌号由“Q”（表示屈服点的汉语拼音

字首）、一组数据（表示屈服强度，单位MPa）、质量等级符

号（质量分A、B、C、D四个等级）和脱氧方法符号（F—沸腾

钢、b—半镇静钢、Z—镇静钢、TZ—特殊镇静钢，通常Z、TZ

可省略）四个部分按顺序组成。

例：Q235-A.F，“Q”代表屈服点，数值235表示在一定拉

伸试验条件下的屈服点值不小于235MPa，“A”表示质量等级为

A级，“F”表示脱氧方法即沸腾钢。

（4）应用：

碳素结构钢Q195、Q215、Q235塑性好、焊接性好、强度较

低，主要用于工程结构和制造受力不大的机器零件；Q255、Q275

的强度较高，可用于制作受力中等的普通零件。

2.优质碳素结构钢

（1）特点：

这类钢中有害杂质元素S、P较少，质量优良，可以进行热

处理以改善和提高其力学性能。

（2）牌号：

以0.01%为单位，用两位数字表示钢中平均含碳量的万分

数。例：45表示平均含碳量为0.45%的钢，称45钢；08表示平

均含碳量为0.08%的钢，称08钢。如果优质碳素结构钢中含锰

量较高，还应在表明含碳量的两位数字后面，附加汉字“锰”

或Mn的元素符号，如：20Mn表示平均含碳量为0.20%的较高含

锰量钢，称20锰钢。

（3）用途

用于制造各种机械零件。

优质碳素结构钢用途举例

08、10钢

属于软钢、冷冲压钢，强度高、塑性好，用于制造冷压钢

板、深冲压件。

15、20、25钢

属于低碳钢、渗碳钢，强度低、塑性好、焊接性好，用于

制造各种受力不大但要求高韧性的零件，如焊接容器、螺钉、

杆件、轴套等。如经渗碳淬火后，可提高表面硬度和耐磨性，

用于高速、重载、受冲击件。

30、35、45、55钢

属于中碳钢、调质钢，调质后具有良好的力学性能，用于

受力较大的重要件。如再表面淬火，可提高表面硬度和耐磨性，

用作高速重载重要件，如齿轮类、套筒、轴类零件。

60、65钢

属于高碳钢、弹簧钢，经淬火，中、低温回火，弹性或耐

磨性高，用作弹性件或耐磨件，如弹簧、板簧等

（三）碳素工具钢

观察这些工具，分析它们的用途及材料组成?

定义：

碳素工具钢是用于制造刃具、模具、量具以及其他工具的

钢。

特点：

这类工具钢都要求高硬度和高耐磨性，含碳量都在0.7﹪以

上，都是优质的或高级优质高碳钢。

3、牌号：

拼音字母“T”加数字表示，其中“T”碳素工具钢，数字

表示平均含碳量的千分数，若为高级优质碳钢则在牌号后加

“A”。

例：T8，表示平均含碳量为0.8﹪碳素工具钢，T10A，表示

平均含碳量为1.0﹪的高级优质碳素工具钢。

4、用途

T7、T7A、T8、T8A主要用于凿子、模具、锤子、木工工具

及钳工装配工具等不受大的冲击、需较高硬度和耐磨性的工具。

T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A主要用于刨刀、冲模、

丝锥、手工锯条、卡尺等不受较大冲击的工具和耐磨机件。

T12、T12A、T13、T13A主要用于钻头、锉刀、刮刀等不受

冲击而要求极高硬度的工具和耐磨机件。

二、合金钢

（一）合金钢的定义与分类

1.定义

合金钢就是在碳钢的基础上加上其他元素的钢，加入的其他元

素就叫做合金元素。

常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钨、钒、钴、铅、钛和稀

土金属等。

2.分类

（二）合金结构钢

1.定义

合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入５％以下的一种或

几种元素．钢中加入合金元素，首先是提高了钢的淬透性，保

证钢经过热处理后获得良好的综合机械性能，具有高的强度和

足够的韧性。

这类钢,由于具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微

组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高

的抗拉强度和屈强比（一般在0.85左右），较高的韧性和疲劳

强度，和较低的韧性－脆性转变温度，可用于制造截面尺寸较

大的机器零件

2.合金结构钢牌号表示方法

合金结构钢的牌号采用两位数字（表示平均含碳质量分数万分

之几）+元素符号（表示钢中含有主要合金元素）+数字（表示

合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%时不标出；如果平均含

量为1.5～2.5%时，则标为2；如果平均含量为2.5～3.5%时标

为3；以此类推）。

举例：60Si2Mn表示平均碳含量为0.6%，含硅量约为2%，含锰

量小于1.5%。

举例：9SiCr表示平均碳含量为0.9%，Si、Cr的含量都小于1.5%。

3.低合金结构钢

低合金结构钢虽然是一种低碳、低合金的钢，但具有高的屈服

强度和良好的塑性和韧性，具有良好的焊接性和一定的耐蚀性，

因此广泛用于桥梁、船舶、车辆等领域。

4.机械制造用钢

（1）合金渗碳钢：指用于制造渗碳零件的钢

合金渗碳钢的含碳质量分数WC=0.10～0.25%，加入合金元素主

要有铬（WCr＜2%）、镍（WNi＜4%）、锰（WMn＜2%）等，经过

渗碳后，再进行淬火+低温回火，从而达到表面高硬度、高耐磨

性和心部高强度并有足够韧性。20CrMnTi是应用最广泛的合金

渗碳钢。

（2）合金调质钢

定义：一般指经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的合金结

构钢，合金调质钢的基本性能是具有良好的综合力学性能。合

金调质钢的含碳质量分数一般在0.25~0.50%之间，主加合金元

素有铬、镍、锰、硅等，以增加淬透性，同时还能起固溶强化

作用。

用途：用于制造重载作用下同时承受冲击载荷作用的一些重要

零件。一般的热处理方法是淬火后高温回火，如果除要求材料

具有良好的综合力学性能外还要求表面层有良好的耐磨性，对

调质处理零件还要进行表面淬火及低温回火处理。

（3）合金弹簧钢

定义；合金弹簧钢是用于制造各种弹簧的专用合金结构钢。

特性：具有高的弹簧极限、高疲劳强度，足够的塑性和韧性，

良好的表面质量。

合金弹簧钢的含碳质量分数一般在0.5%~0.7%之间。

用途：合金弹簧钢主要适用于各种机构和仪表、弹性元件。

热处理方法：

淬火后进行中温回火处理。

（三）滚动轴承钢

1.定义：

滚动轴承钢是制造各种滚动轴承的滚动体和内外套圈的专用

钢。

2.基本特性：

具有高的接触疲劳强度、高硬度和高耐磨性，高的弹性极限和

一定的冲击韧性，并有一定的抗蚀性。

3.用途：

常用于制造刃具、冷冲模具、量具以及性能要求与滚动轴承相

似的零件。

4.热处理方法：

球化退火、淬火和低温回火。

5.牌号：

为表示钢的用途在钢号前冠以汉语拼音，而不标出含碳质量分

数，铬的含量用千分之几表示，其余元素含量仍与其他合金结

构钢表示方法相同。

举例：GCr15

表示为含铬质量分数为1.5%的滚动轴承钢。

（四）合金工具钢

1.定义：

合金工具钢是在碳素工具钢的基础上，为改善性能，再加入适

量的合金元素的钢。

性能：

比碳素工具钢具有更高硬度、耐磨性、更好的淬透性、红硬性

和回火稳定性等。

分类：

合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。

2.刃具钢

（1）低合金刃具钢

特性：

硬度、耐磨性、强度、淬透性均比碳素工具钢好，但其红硬性

略高于碳素工具钢。

应用：

主要用于制造丝锥、板牙、绞刀等，如9CrSi和CrWMn。

（2）高速钢

特性：

经过适当热处理后，具有高的硬度、红硬性和耐磨性，具有较

高的淬透性。

应用：

主要用于制造切削速度较高的刃具和形状复杂、负荷较重的成

形刀具，还可用于制造冷冲模、冷挤压模以及某些耐磨零件．如

W18Gr4V。

模具钢

模具钢是指用于制造冲压、热锻、压铸等成形模具的钢．冷变

形模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具，如冷冲模、

冷压模等．热变形模具钢是用来制造使金属在高温下成形的模

具，如热锻模、压铸模等。

3.量具钢

合金量具钢是用于制造测量工具的钢，测量尺寸的工具即量具，

如千分尺等．它们的工作部分要求高硬度、高耐磨性和高的尺

寸稳定性，一般采用微变形合金工具钢制造，如CrWMn、GCr15。

（五）特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。

1.不锈耐酸钢

不锈耐酸钢是指在腐蚀介质中具有高的抗腐蚀能力的钢，又称

为不锈钢。常用的不锈钢主要有铬不锈钢和铬镍不锈钢。

（1）铬不锈钢

用途：

铬不锈钢主要用于制造在海水、蒸气、酸性环境下工作的零件。

举例：

1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13，常称为Cr13型不锈钢。

（2）铬镍不锈钢

用途：

主要用于制造在强腐蚀介质（硝酸、磷酸、有机酸及碱水溶液

等）中工作的设备。适于制造吸收塔、贮槽、管道及容器等。

举例：

0Cr18Ni9、1Cr18；

2.耐热钢

钢的耐热性是高温抗氧化性和高温强度的总称。耐热钢通常分

为抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢主要用于如加热炉底板、渗

碳箱等的零件，常用牌号有4Cr9Si2、1Cr13SiAl。热强钢主要

适用于高温强度的汽油机、柴油机的排气阀、汽轮机叶片、转

子等。常见牌号有15CrMo、4Cr14Ni4WMo。

3.耐磨钢

耐磨钢是指在强烈冲击载荷下发生冲击硬化，从而获得很高的

耐磨性的高锰钢。

这种钢基本上都是铸造成型的。因而钢号写成ZGMn13即铸造高

锰钢。

用途：

主要用于制造铁路道岔、坦克覆带、挖土机铲齿等。

体验发现

结合日常生活实例，说说碳素钢的用途。

课堂小结

1．碳素钢的分类。

2．碳素结构钢用于制造机械零件和各种工程结构件；碳素结构

钢按质量分：普通碳素结构钢和优质碳素结构钢；普通碳素结

构钢、优质碳素结构钢的特点、牌号、用途。

3．碳素工具钢的牌号：“T”加数字。

4．碳素工具钢的用途：刃具、模具、量具。

布置作业

1．简述碳素钢是如何分类的？

2.简述合金钢是如何分类及用途。

课

后

拓

展

铸钢

铸钢的含碳量为0.15%~0.6%，若含碳量太高，塑性变形会

差，容易产生冷裂纹。铸钢牌号用“铸”和“钢”两个字的汉

语拼音字首“ZG”表示。

按化学成分

1.铸造碳钢。以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的

铸钢。铸造碳钢又可以分为铸造低碳钢、铸造中碳钢和铸造高

碳钢。铸造低碳钢的含碳量小于0.25%，铸造中碳钢的含碳量在

0.25%～0.60%之间，铸造高碳钢的含碳量在0.6%~3.0%之间。铸

造碳钢的强度、硬度随含碳量的增加而提高。

铸造碳钢具有以下几个优点：生产成本较低、强度较高、

韧性较好和塑性较强。

铸造碳钢可应用于制造承受大负荷的零件，比如重型机械

中的轧钢机机架、水压机底座等。其也可用于制造受力大又承

受冲击的零件，比如铁路车辆上的车轮、车钩、摇枕和侧架等。

2.铸造合金钢。铸造合金钢可以分为铸造低合金钢（合金

元素总量小于等于5%）、铸造中合金钢（合金元素总量在5%~10%）

和铸造高合金钢（合金元素总量在大于等于10%）。

按使用特性

1.铸造工具钢。铸造工具钢又可以分为铸造刀具钢和铸造

模具钢。

2.铸造特殊钢。铸造特殊钢可以分为铸造不锈钢、铸造耐

热钢、铸造耐磨钢、铸造镍基合金等。

3.工程与结构用铸钢。工程与结构用铸钢可以分为铸造碳

素结构钢和铸造合金结构钢。

4.铸造合金钢。其可以分为铸造低合金钢、铸造中合金钢

和铸造高合金钢。

板书设

计

第一章——常用工程材料

第一节金属材料：钢--碳素钢与合金钢

一、碳素钢

（一）碳素钢的定义和分类

碳素钢的分类

（1）按钢的含碳质量分数分类

（2）按钢的质量分类

（3）按用途分类

（4）按脱氧方法分类

（二）碳素结构钢

1.普通碳素结构钢

（1）特点：

（2）用途：

（3）牌号：

（4）应用：

2.优质碳素结构钢

（1）特点：

（2）牌号：

（3）用途

（三）碳素工具钢

1.定义：

2.特点：

3.牌号：

4.用途

二、合金钢

（一）合金钢的定义与分类

1.定义

2.分类

（二）合金结构钢

1.定义

2.机械制造用钢

（1）合金渗碳钢：指用于制造渗碳零件的钢

（2）合金调质钢

（3）合金弹簧钢

（三）滚动轴承钢

1.定义：

2.用途：

3.热处理方法：

球化退火、淬火和低温回火。

4.牌号：

（四）合金工具钢

1.定义：

2.刃具钢

3.量具钢

（五）特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。

1.不锈耐酸钢

（1）铬不锈钢

（2）铬镍不锈钢

2.耐热钢

3.耐磨钢

布置作业

1．简述碳素钢是如何分类的？

2.简述合金钢是如何分类及用途。

教学反

思

机械的组成来揭开了机械基础的神秘面纱，如何在讲解时深入

浅出、如何让学生感兴趣是重点。课本中的不少内容在机械识图中

已经讲解。