教学重点与难点.doc

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  教学重点与难点
1．重点
非合金钢的分类和应用
2．难点
应用
教学方法与教学手段
1．利用挂图等教具。
2．分析典型非合金的性能与应用，以点带面，触类旁通。

教学组织
1.复习提问10分钟
2.讲解75分钟
3.小结5分钟
教学内容

第三章 非合金钢

♦钢是指以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%以下并含有其他元素的材料。
钢按化学成分可分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类。
实际生产中使用的非合金钢除含有碳元素之外，还含有少量的硅、锰、硫、磷、氢等元素，它们通称为杂质元素。

第一节 杂质元素对钢性能的影响

一、硅的影响
硅是作为脱氧剂带进钢中的。硅的脱氧作用比锰要强，可以防止形成FeO，有利于改善钢的质量；硅能溶于铁素体中，并使铁素体强化，从而提高钢的强度、硬度和弹性，但降低钢的塑性和韧性。总的来讲，钢中的硅是有益元素。
二、锰的影响
锰是炼钢时用锰铁脱氧后残留在钢中的杂质元素。锰具有一定的脱氧能力，能把钢中的FeO还原成铁，改善钢的质量；锰还可以与硫化合成MnS，以减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能；锰能大部分溶解于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。总的来讲，锰也是一个有益的元素。
三、硫的影响
硫是在炼钢时由矿石和燃料带进钢中的，而且在炼钢时难以除尽。总的来讲，硫是有害杂质元素。在固态下硫不溶于铁，而以FeS的形式存在。FeS与Fe能形成低熔点的共晶体(Fe＋FeS)，其熔点为985℃，且分布在晶界上。当钢材在1000℃～1200℃ 进行热压力加工时，由于共晶体熔化，从而导致钢在热加工时开裂。这种金属在高温时出现脆裂的现象，称为“热脆”。
四、磷的影响
磷是由矿石带入钢中的。一般来讲，磷在钢中能全部溶于铁素体中，提高铁素体的强度和硬度。但在室温下使钢的塑性和韧性急剧下降，产生低温脆性，这种现象称为冷脆。磷是有害元素，钢中磷的质量分数即使只有千分之几，也会因析出脆性化合物Fe3P而使钢的脆性增加，特别是在低温时更为显著，因此，要限制磷的质量分数。

第二节 非合金钢的分类

非合金钢分类方法有多种，常用的分类方法有以下几种：
一、按非合金钢的碳的质量分数分类
1.低碳钢
♦低碳钢是指碳的质量分数WC<0.25%的铁碳合金；
2.中碳钢
♦中碳钢是指碳的质量分数WC=0.25%～0.60%的铁碳合金。
3.高碳钢
♦高碳钢是指碳的质量分数WC>0.60%的铁碳合金。
二、按非合金钢主要质量等级和主要性能或使用特性分类
非合金钢按主要质量等级可分为：普通质量、优质和特殊质量非合金钢。
1．普通质量非合金钢
♦普通质量非合金钢是指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途的非合金钢。
2．优质非合金钢
♦优质非合金钢是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢。
3．特殊质量非合金钢
♦特殊质量非合金钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能(例如，控制淬透性和纯洁度)的非合金钢。
三、按非合金钢的用途分类
1.碳素结构钢
碳素结构钢主要用于制造各种机械零件和工程结构件，其碳的质量分数一般都小于0.70%。此类钢常用于制造齿轮、轴、螺母、弹簧等机械零件，用于制作桥梁、船舶、建筑等工程结构件。
2.碳素工具钢
碳素工具钢主要用于制造工具，如制作刃具、模具、量具等，其碳的质量分数一般都大于0.70%。
此外，钢材还可以从其它角度进行分类，例如，按专业分类有:锅炉用钢、桥梁用钢、矿用钢等；按冶炼方法等进行分类有:氧气转炉钢、电弧炉钢等。

第三节 非合金钢的牌号及用途
一、普通质量非合金钢
普通质量非合金钢是指对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途非合金钢。其中碳素结构钢的牌号是由屈服点字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成，其质量等级分A、B、C、D四级，从左至右质量依次提高。屈服点的字母以“屈”字汉语拼音字首“Ｑ”表示；脱氧方法用F、b、Z、TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。在牌号中“Z”可以省略。例如，Ｑ235－A·F，表示屈服点大于235N/mm2，质量为A级的沸腾碳素结构钢。
镇静钢是脱氧完全的钢。这类钢锭化学成分均匀，内部组织致密，质量较高；沸腾钢是指脱氧不完全的钢。这类钢化学成分不均匀，组织不够致密，存在部分小汽泡，质量较差；半镇静钢的脱氧程度和性能状况介于镇静钢和沸腾钢之间；特殊镇静钢脱氧质量优于镇静钢，其内部材质均匀，非金属夹杂物含量少，可以满足特殊需要。 
二、优质非合金钢
优质非合金钢是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的非合金钢。其中优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均碳的质量分数的万分之几(以0.01%为单位)。例如45钢，表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢；08表示平均碳的质量分数为0.08%的优质碳素结构钢。
08、10钢碳的质量分数低，塑性好，强度低焊接性能好，主要用于制作薄板，用于制造冷冲压零件、容器和焊接件，属于冷冲压钢。
15、20、25钢属于渗碳钢。这类钢强度较低，但塑性、韧性较高，冷冲压性能和焊接性能很好，可以制造各种受力不大但要求高韧性零件，如焊接容器、螺钉、杆件、轴套、齿轮、活塞销等，还可用作冷冲压件和焊接件。这类钢经渗碳淬火后，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，可用于制造要求表面硬度高、耐磨，并承受冲击载荷的零件。
30、35、40、45、50、55钢属于调质钢，经过热处理后具有良好的综合力学性能。主要用于制作要求强度、塑性、韧性都较高的零件，如齿轮、套筒、轴类、连杆、键等零件。这类钢在机械制造中应用非常广泛，特别是40、45号钢在机械零件中应用更广泛。
60、65、70、75、80、85钢属于弹簧钢，经热处理后可获得较高的弹性极限，主要用于制造尺寸较小的弹簧、弹性零件及耐磨零件，如机车车辆及汽车上的螺旋弹簧、板弹簧、气门弹簧、弹簧发条等。
三、其它专用优质非合金钢
在优质碳素结构钢的基础上发展了一些专门用途的钢，如易切削结构钢、锅炉用钢、矿用钢、钢轨钢、桥梁钢等，这些专用钢在钢号的首部或尾部标明用途的符号。例如，25MnK即表示在25Mn钢的基础上发展起来的矿用钢，钢中平均碳的质量分数为0.25%，锰的质量分数较高。
1.易切削结构钢
易切削结构钢是钢中加入一种或几种元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的夹杂物，来改善钢材的切削加工性。目前在易切削结构钢中常用加入的元素是：硫（S）、磷（P）、铅（Pb）、钙（Ca）、硒（Se）、碲（Te）等。
2.锅炉用钢
锅炉用钢是在优质碳素结构钢的基础上发展起来的专门用于制作锅炉构件的钢种，如20g、22g、16Mng等。此类钢要求其化学成分与力学性能均匀，经过冷成形后在长期存放和使用过程中，仍能保证足够高的韧性。
3.工程用铸造碳钢
工程用铸造碳钢广泛用于制造重型机械的某些零件，如箱体、曲轴、连杆、轧钢机机架、水压机横梁、锻锤砧座等。
工程用铸造碳钢碳的质量分数一般在0.20%～0.60%之间，若碳的质量分数过高，则钢的塑性差，且铸造时易产生裂纹。
工程用铸造碳钢的牌号是用“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度最低值，第二组数字代表抗拉强度最低值。例如，ZG200－400表示屈服强度为200N/mm2，抗拉强度不小于400N/mm2的工程用铸钢。工程用铸造碳钢的牌号、化学成分及力学性能见表3－6。
四、特殊质量非合金钢
特殊质量非合金钢中的碳素工具钢是用于制造刀具、模具和量具的钢。
碳素工具钢的牌号以“T”(碳的大写汉语拼音字首)开头，其后的数字表示平均碳的质量分数的千分数。例如，T8表示平均碳的质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标以字母A，如T12A表示平均碳的质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢。
小结与作业

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