工程材料與機械制造基礎(chǔ)-6-常用金屬材料課件

工程材料與機械制造根底海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院賈非DalianUniversityofTechnology第六章

常用金屬材料*

主要內(nèi)容工業(yè)用鋼

碳素鋼

合金鋼

鑄鐵

鑄鐵的石墨化

常用鑄鐵有色金屬及其合金鋁及其合金

銅及其合金

鈦及鈦合金

軸承合金*工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指含碳量低于2.11%的鐵碳合金。合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼根底上有意參加一定量合金元素所獲得的鐵基合金。工業(yè)用鋼鋼的分類及編號一、鋼的分類1、按化學(xué)成分分

中碳鋼

0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量

5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量

10%碳素鋼合金鋼工業(yè)用鋼鋼類碳素鋼合金鋼PSPS普通質(zhì)量鋼≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045優(yōu)質(zhì)鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級優(yōu)質(zhì)鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級優(yōu)質(zhì)鋼≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0152、按質(zhì)量分鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼.根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級鋼的磷、硫含量如下：鋼的分類3、按冶煉方法分轉(zhuǎn)爐煉鋼平爐煉鋼平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼

按爐別分沸騰鋼：脫氧不充分，澆注時C與O反應(yīng)發(fā)鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，組織致密，成材率低。半鎮(zhèn)靜鋼：介于前兩者之間。生沸騰。這種鋼成材率高，但不致密。按脫氧程度分特殊鎮(zhèn)靜鋼鋼的分類4、按金相組織分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼按正火組織分亞共析鋼共析鋼過共析鋼

按退火組織分電弧爐煉鋼鋼的分類5、按用途分

工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機器用鋼結(jié)構(gòu)鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼擠壓模具鋼的分類齒輪刀具二、鋼的編號我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個字母.工業(yè)用鋼常用鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號〔GB/T221—2000〕名稱符號位置名稱符號位置碳素結(jié)構(gòu)鋼Q頭橋梁用鋼q尾低合金高強度鋼Q頭鍋爐用鋼g尾易切削鋼Y頭焊接氣瓶用鋼HP尾碳素工具鋼T頭車輛車軸用鋼LZ頭(滾珠)軸承鋼G頭機車車軸用鋼JZ頭焊接用鋼H頭沸騰鋼F尾鉚螺鋼ML頭半鎮(zhèn)靜鋼b尾船用鋼國際符號鎮(zhèn)靜鋼Z尾汽車大梁用鋼L尾特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ尾壓力容器用鋼R尾質(zhì)量等級A.B.C.D.E尾1、碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度鋼Q+最低屈服強度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號Q表示“屈服強度〞；屈服強度值單位是MPa；質(zhì)量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號:沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。鋼板鋼的編號低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。如Q345C。根據(jù)需要，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字〔表示平均含碳量的萬分之幾〕和化學(xué)元素符號，按順序表示，如16Mn。*說明：通常情況下，屈服強度值小300MPa時為碳素結(jié)構(gòu)鋼，大于300MPa時為低合金高強度鋼。熱連軋鋼板鋼的編號齒輪加工方鋼2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。如45鋼—平均含碳量為萬分之四十五〔即0.45%〕的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼的編號鋼帶*說明：①含Mn量為0.7~1.0%時，在兩位數(shù)字后加元素符號“Mn〞，如40Mn。②對于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在鋼號后分別加字母F和b，如08F、10b。③高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加字母A，如20A。鋼的編號鋼管3、合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼兩位數(shù)字〔表示平均含碳量的萬分之幾〕+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字+……當(dāng)合金元素的平均含量小于1.50%時，只標(biāo)元素符號，不標(biāo)含量；鋼的編號當(dāng)合金元素的平均含量為1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……時，在相應(yīng)的合金元素符號后標(biāo)2、3、4、5……等數(shù)字。如20CrNi3。高級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號后加字母A，如60Si2MnA。特級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號后加字母E，如30CrMnSiE。不銹鋼制管板式換熱器所有合金鋼的合金元素量標(biāo)法相同鋼的編號4、工具鋼⑴碳素工具鋼T+數(shù)字T表示“碳素工具鋼〞；數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾.如T8—其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。*說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加“A〞，如T8A。絲錐銼刀鋼的編號⑵合金工具鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……當(dāng)含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含碳量大于1.00%時，不標(biāo)含碳量。*高速鋼不標(biāo)含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).**含鉻量小于1%時，在含鉻量(以千分之一為單位)前加數(shù)字“0〞，如Cr06。銑刀鋼的編號5、軸承鋼G+Cr+鉻含量(不標(biāo)含碳量)“G〞表示“滾動軸承鋼〞。*鉻含量以千分之一為單位.如“GCr15〞的平均含鉻量為1.5%。滲碳軸承鋼牌號的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同，僅在牌號頭部加字母“G〞，如“G20CrNiMo〞。鋼的編號6、不銹鋼和耐熱鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……含碳量以千分之一為單位。含碳量的表示方法為：①當(dāng)平均含碳量≥1.00%時，用兩位數(shù)字表示，如11Cr17(平均含碳量為1.10%)；渦輪葉片鋼的編號②當(dāng)1.0%>平均含碳量≥0.1%時，用一位數(shù)字表示,如2Cr13〔平均含碳量為0.20%〕③當(dāng)0.1%>含碳量上限>0.03%時，以“0〞表示，如0Cr18Ni9〔含碳量上限為0.08%〕④當(dāng)0.03%≥含碳量上限>0.01%時〔超低碳〕，以“03〞表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限為0.03%〕⑤當(dāng)含碳量上限≤0.01%時(極低碳)，以“01〞表示，如01Cr19Ni11〔含碳量上限為0.01%〕。汽輪機葉片鋼的編號*珠光體耐熱鋼含碳量的標(biāo)注同結(jié)構(gòu)鋼。如15CrMo注：舊標(biāo)準(zhǔn)含碳量表示方法為：當(dāng)含碳量≤0.08%時，以“0〞表示，如0Cr18.當(dāng)含碳量≤0.03%時，以“00〞表示，如00Cr18Ni10.不銹鋼法蘭不銹鋼型材鋼的編號7、鑄鋼ZG+兩位數(shù)字ZG表示“鑄鋼〞；兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾,如ZG25.鑄鋼件2.5噸大齒輪鑄件鋼的編號鋼中的雜質(zhì)及合金元素1、Mn:

0.8%時為雜質(zhì),是有益元素。作用為：①強化鐵素體；②消除硫的有害作用。一、雜質(zhì)元素對性能的影響鋼中的雜質(zhì)一般是指Mn、Si、P、S。是由原料帶入或脫氧殘留的元素。工程用鋼①強化鐵素體；②增加鋼液流動性。3、S：是有害元素。常以FeS形式存在。易與Fe在晶界上形成低熔點共晶(985℃)，熱加工時(1150~1200℃)，由于其熔化而導(dǎo)致開裂，稱熱脆性.鋼中的硫應(yīng)控制在0.045%以下.2、Si：

0.5%時為雜質(zhì)，是有益元素。作用為：

合金晶界的低熔點硫化物共晶雜質(zhì)元素對性能的影響Mn可消除硫的有害作用,FeS+Mn→Fe+MnS，MnS熔點高(1600℃)。4、P：也是有害元素。能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，稱冷脆性。P一般控制在0.045%以下.鋼中的MnS夾雜比利時阿爾伯特運河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆性于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中雜質(zhì)元素對性能的影響5、氣體元素①N：室溫下N在鐵素體中溶解度很低，鋼中過飽和N在常溫放置過程中以FeN、Fe4N形式析出使鋼變脆,稱時效脆化.加Ti、V、Al等元素可使N固定，消除時效傾向。②O：氧在鋼中以氧化物的形式存在，其與基體結(jié)合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源.鋼中TiN夾雜鋼中氧化物夾雜雜質(zhì)元素對性能的影響③H：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當(dāng)氫在鋼中以原子態(tài)溶解時，降低韌性，引起氫脆。當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白點或發(fā)裂。鋼中白點鋼的氫脆斷口雜質(zhì)元素對性能的影響㈠對鋼中根本相的影響1、溶于鐵素體,起固溶強化作用非碳化物形成元素及過剩的碳化物形成元素都溶于鐵素體，形成合金鐵素體.Si、Mn對強度、硬度提高顯著。Cr、Ni在適當(dāng)范圍內(nèi)提高韌性。二、合金元素在鋼中的作用對鐵素體沖擊韌性影響鋼中的雜質(zhì)和合金元素2、形成碳化物，起強化相作用合金元素與碳的親和力從大到小的順序為：

Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。⑴Ti、Nb、V為強碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。

鋼中碳化物合金元素在鋼中的作用⑵W、Mo、Cr為中碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性較高，如W2C等。⑶Mn、Fe為弱碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性較低，如Fe3C等。合金元素在鋼中的作用當(dāng)Mn

13%或Ni

9%時，S點降到0℃以下，室溫下為單相奧氏體組織，稱奧氏體鋼。錳對奧氏體相區(qū)的影響㈡對Fe-Fe3C相圖的影響1、對奧氏體相區(qū)的影響⑴Ni、Mn、Co、C、N等是擴大奧氏體相區(qū)的元素，使A1、A3點下降。合金元素在鋼中的作用⑵Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是縮小奧氏體相區(qū)的元素，使A1、A3點上升，A4點下降。當(dāng)Cr

13%時，奧氏體相區(qū)消失，室溫下為單相鐵素體組織，稱鐵素體鋼.鉻對奧氏體相區(qū)的影響合金元素在鋼中的作用2、對E點和S點位置的影響所有合金元素均使E點和S點左移，即這兩點的含碳量下降，使碳含量比較低的鋼出現(xiàn)過共析組織〔如4Cr13〕或共晶組織〔如W18Cr4V〕。合金元素在鋼中的作用㈢對鋼中相變過程的影響1、對奧氏體化的影響⑴對奧氏體形成速度的影響：除Ni、Co外，都減緩奧氏體化過程。⑵對奧氏體晶粒長大傾向的影響：碳、氮化物形成元素阻礙奧氏體晶粒長大。Mn、P促進長大。合金元素在鋼中的作用2、對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響⑴對C曲線和淬透性的影響：除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素均使C曲線右移，淬透性提高。常用提高淬透性的元素為Mn、Si、Cr、Ni、B。⑵

對Ms、Mf點的影響：除Co、Al外,所有元素都使Ms、Mf點下降。合金元素對鋼淬透性的影響合金元素在鋼中的作用淬火碳鋼回火時的硬度變化3、對回火轉(zhuǎn)變的影響⑴提高耐回火性：淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力稱耐回火性。合金元素能阻礙馬氏體分解及碳化物的析出與聚集。當(dāng)回火硬度相同時，合金鋼比同含碳量碳鋼回火溫度高。如果同溫度回火，合金鋼硬度比碳鋼高。合金元素在鋼中的作用⑵

產(chǎn)生二次硬化含高W、Mo、Cr、V鋼淬火后回火時，由于析出細小彌散的特殊碳化物及回火冷卻時A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸回,使硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象稱二次硬化。⑶

防止第二類回火脆性加W、Mo可防止第二類回火脆性。高速鋼合金元素在鋼中的作用結(jié)構(gòu)鋼對結(jié)構(gòu)鋼的性能要求為：使用性能以強韌性為主。工藝性能以可焊性、淬透性為主。合金結(jié)構(gòu)鋼除少量為中高合金鋼外，都是低合金鋼.銅陵長江公路大橋工業(yè)用鋼1、成分：<0.4%C,P、S量及非金屬夾雜較多.2、性能：可焊性、塑性好。3、熱處理：不進行專門熱處理，熱軋空冷態(tài)下使用。4、使用狀態(tài)下組織：F+P一、碳素結(jié)構(gòu)鋼螺紋鋼圓鋼結(jié)構(gòu)鋼5、用途常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量約占鋼材總量的70%。用于建筑結(jié)構(gòu)，適合焊接、鉚接、栓接等。熱軋鋼板螺紋鋼黃河小浪底樞紐工程碳素結(jié)構(gòu)鋼1、性能要求⑴高強度及足夠韌性。⑵良好的焊接性能。⑶良好的耐蝕性及低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。2、成分特點⑴低碳：≤0.2%C.⑵合金元素：主要是Mn，還有少量V、Ti、Nb等。二、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼3、熱處理：大多數(shù)熱軋空冷后使用。少數(shù)可用正火+高溫回火處理。4、使用狀態(tài)下組織：F+P低合金高強鋼合金元素細化晶粒作用①Mn的作用是強化鐵素體；增加珠光體的量。②V、Ti、Nb等起細化晶粒和彌散強化作用。③另外加Cu、P可提高耐蝕性；加RE可提高韌性、疲勞極限，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼5、用途：Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高,用于石化中溫高壓容器.南京長江大橋低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼制造滲碳零件的鋼種。1、性能要求⑴外表具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌。⑵良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。三、滲碳鋼滲碳爐滲碳件—傳動齒輪結(jié)構(gòu)鋼2、成分特點⑴低碳：0.1~0.25%C⑵合金元素作用：①

提高淬透性：

Cr、Mn、Ni、B②

強化鐵素體：

Cr、Mn、Ni③

細化晶粒：

W、Mo、Ti、V滲碳件高精密獨立導(dǎo)柱滲碳鋼3、熱處理特點滲碳件的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火+低溫回火正火目的為調(diào)整硬度，便于切削加工。淬火溫度一般為

Ac1+30-50℃。4、使用狀態(tài)下組織心部：M回+F表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)；滲碳淬火后的表層組織滲碳鋼5、常用鋼號及用途低淬透性鋼：20、20Cr。柴油機凸輪軸活塞銷(20Cr)用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。滲碳鋼中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA.用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。增壓柴油機曲軸汽車變速箱齒輪滲碳鋼調(diào)質(zhì)件（螺桿）調(diào)質(zhì)后使用的鋼種。1、性能要求⑴良好的綜合力學(xué)性能.⑵良好的淬透性。四、調(diào)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)鋼2、成分特點⑴中碳：0.3~0.5%C⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②強化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni③細化晶粒:Ti、V④防止第二類回火脆性:W、Mo調(diào)質(zhì)件（冷卻輪）破碎機主軸調(diào)質(zhì)鋼3、熱處理及組織特點調(diào)質(zhì)件的加工工藝路線為：下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→裝配調(diào)質(zhì)目的：獲得良好綜合力學(xué)性能使用狀態(tài)下的組織為：S回為提高外表耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進行外表淬火或氮化?；鼗鹚魇象w調(diào)質(zhì)處理車間調(diào)質(zhì)鋼柴油機凸輪軸4、常用鋼號及用途低淬透性鋼：

D0油<30~40mm,常用45、40Cr,用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。中淬透性鋼：

D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。調(diào)質(zhì)鋼高淬透性鋼：D0油>60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重載荷零件，如曲軸等。合金結(jié)構(gòu)鋼曲軸單缸汽車曲軸調(diào)質(zhì)鋼制造彈簧或類似性能零件的鋼種。1、性能要求彈簧是利用彈性變形儲存能量或緩和沖擊的零件。⑴高的σs，σs/σb；高的σ-1；足夠的韌性⑵高的淬透性。五、彈簧鋼結(jié)構(gòu)鋼2、成分特點⑴中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C合金彈簧鋼為0.45~0.7%C⑵合金元素作用：①提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si、Cr②

提高

s/

b：Si③

細化晶粒：V汽車彈簧彈簧絲彈簧鋼3、熱處理及組織特點⑴冷成型彈簧：冷拔→冷成型→定型處理(250~300℃)。用于<φ10mm彈簧。⑵熱成型彈簧：

熱成型→淬火+中溫回火使用狀態(tài)下的組織：T回用于大截面彈簧(>φ10mm)汽車板簧淬火線冷卷螺旋壓縮彈簧彈簧鋼4、彈簧的外表質(zhì)量彈簧的外表質(zhì)量對其壽命影響很大。提高外表質(zhì)量的方法:①防止外表脫碳；②防止外表缺陷；③進行噴丸處理，使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。板簧噴丸處理示意圖彈簧鋼5、常用鋼號及用途Si、Mn彈簧鋼，如65Mn、60Si2Mn，用于制造較大截面彈簧。Cr、V彈簧鋼，如50CrV，用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧。大型熱卷彈簧汽車板簧彈簧鋼

載荷(頻率達數(shù)萬次/分)和摩擦。⑴高而均勻的硬度和耐磨性。⑵高的

b和接觸疲勞強度。⑶足夠的韌性、淬透性和耐蝕性.六、滾動軸承鋼用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。1、性能要求軸承工作時,承受接觸應(yīng)力(達3000~3500MPa)、周期性交變圓柱滾子軸承自動調(diào)心球軸承結(jié)構(gòu)鋼2、成分特點⑴高碳：0.95~1.10%C⑵合金元素：以Cr為主,參加Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性。推力球軸承滾針軸承Cr還提高耐磨性〔形成合金滲碳體〕和耐蝕性。當(dāng)>1.65%Cr時,會因A’增加而使硬度和穩(wěn)定性下降。滾動軸承鋼3、熱處理和組織特點滾動軸承鋼是過共析鋼。⑴熱處理：

球化退火+淬火+低溫回火⑵組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)淬火后進行冷處理(-60~-80℃),可以減少A’、穩(wěn)定尺寸.軸承生產(chǎn)車間滾動軸承鋼滾針軸承滾柱軸承滾珠軸承大型軸承4、常用鋼號及用途應(yīng)用最廣的是GCr15，大量用于大中型軸承；大型軸承用GCr15SiMn。這類鋼還可用于制造模具、量具等.向心球軸承滾動軸承鋼是指在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼.只有ZGMn13一個鋼號.1、成分特點⑴高碳：1.0~1.3%C

以保持高耐磨性。⑵高錳：11~14%Mn以保證形成奧氏體組織.七、耐磨鋼高錳鋼鑄件高錳鋼結(jié)構(gòu)鋼2、熱處理及組織鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物,性能硬而脆.熱處理采用水韌處理。即將鋼加熱到1100℃，使碳化物溶入奧氏體，并進行水淬。室溫組織為過飽和單相奧氏體。高錳鋼水韌處理組織澆鑄高錳鋼件耐磨鋼3、使用及用途水韌處理后，韌性高，硬度低.使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。在壓力及沖擊作用下，外表奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使外表硬度提高到HB500~550，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織,具有高耐沖擊能力。顎式破碎機挖掘機耐磨鋼高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、球磨機襯板、破碎機牙板、挖掘機鏟齒和鐵路轍岔等.

履帶球磨機襯板挖掘機鏟齒鐵路轍岔破碎機牙板耐磨鋼工具鋼按用途分為:刃具鋼模具鋼量具鋼模具刃具量具工業(yè)用鋼用來制造各種切削刀具的鋼種。一、刃具鋼切削加工工具鋼㈠性能要求1、高硬度(≥HRC60),主要取決于含碳量。2、高耐磨性靠高硬度和析出細小均勻硬碳化物來到達。3、高熱硬性即高溫下保持高硬度的能力。4、足夠的韌性以防止脆斷和崩刃。切削加工的基本形式刃具鋼㈡碳素工具鋼共有七個牌號：T7~T13

1、成分特點：高碳(0.65~1.35%C)

隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。碳素工具鋼帶碳素工具鋼材料工具鋼2、熱處理及組織⑴熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的：①降低硬度,便于加工;②為淬火作組織準(zhǔn)備。⑵使用狀態(tài)下的組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

球狀珠光體T12鋼正常淬火組織工具鋼3、用途由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。T7~T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。木工鑿手錘木工鉆工具鋼T10~T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。絲錐銼刀手鋸條鉆頭工具鋼1、成分特點：⑴高碳：0.75~1.5%C⑵合金元素作用①提高淬透性:Cr、Mn、Si②

提高耐回火性：Si③提高耐磨性、細化晶粒:

W、V

㈢低合金工具鋼由碳素工具鋼根底上參加少量合金元素(≤3~5)形成。低合金工具鋼制品工具鋼2、熱處理及組織同碳素工具鋼，只是淬火介質(zhì)為油(碳素工具鋼為水)。使用狀態(tài)下的組織為：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)3、常用鋼號及用途應(yīng)用最多的是9SiCr。用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等.

絲錐板牙低合金工具鋼扳手低合金工具鋼1、性能特點:高熱硬性(600℃)、高淬透性2、成分特點⑴高碳:0.70~1.5%C⑵合金元素作用①

提高淬透性：Cr②

提高熱硬性、耐磨性:W、Mo、V㈣高速鋼〔俗稱風(fēng)鋼〕制造高速切削刃具用鋼。高速鋼冷軋鋼帶高速鋼形材工具鋼W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織3、加工與熱處理加工工藝路線：下料→鍛造→退火→機加工→淬火→回火→磨削高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚骨狀萊氏體與樹枝狀M+T組成，脆性大且無法熱處理改善。高速鋼⑵

退火目的：降低硬度，便于切加工；為淬火作組織準(zhǔn)備。退火后組織：

S+顆粒狀碳化物⑴鍛造目的：打碎粗大的魚骨狀碳化物，使其均勻分布于基體中。W18Cr4V鋼的退火組織高速鋼⑶淬火目的:獲得高合金元素含量的馬氏體。因此淬火溫度高(>1200℃)。淬火后組織：

M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V鋼的淬火組織Fe77W18Cr4V1—C相圖高速鋼

的碳化物，產(chǎn)生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms點上升，回火冷卻時，A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸。每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火。⑷

回火目的：主要為減少A’。消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織。常用560℃三次回火.回火時的組織變化：①析出W、Mo、V高速鋼硬度與回火溫度關(guān)系高速鋼W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織4、使用狀態(tài)下組織M回+顆粒狀碳化物+A’〔少量〕高速鋼不同狀態(tài)下W18Cr4V的組織鑄態(tài)淬火回火態(tài)淬火態(tài)退火態(tài)5、常用鋼號及用途常用鋼號為W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。車刀銑刀高速鋼銑刀鉆頭銑刀高速鋼汽車沖壓模具用以制造冷熱模具的鋼種.㈠冷作模具鋼制造金屬冷成型模具鋼種.1、性能要求⑴高硬度和耐磨性。⑵足夠的強度和韌性。⑶良好的工藝性能〔淬透性、切削加工性等〕二、模具鋼工具鋼2、常用鋼種⑴小尺寸、形狀簡單、受力不大的模具,可用碳素工具鋼和低合金工具鋼制造。⑵截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具鋼制造.①成分特點：高碳(1.4~2.3%C)；高鉻(11.5~13%Cr)合金元素作用：

Cr提高淬透性；

Mo、V提高耐磨性，細化晶粒。Cr12鋼冷沖壓件冷作模具鋼②加工及熱處理：Cr12型模具鋼也是萊氏體鋼，需進行鍛造、退火,目的同高速鋼.③常用鋼號：Cr12和Cr12MoV。用于制造冷沖模、擠壓模等。最終熱處理為:

淬火+低溫回火使用狀態(tài)下的組織:M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)汽車外板冷沖模沖壓模具冷作模具鋼㈡熱作模具鋼制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具鋼種.1、性能要求⑴高溫下良好的綜合力學(xué)性能。⑵抗熱疲勞性能。⑶高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性。曲軸模具熱模鍛曲軸毛坯模具鋼熱鐓模凸緣模2、常用鋼種⑴熱鍛模鋼

5CrNiMo、5CrMnMo前者用于大型熱鍛模，后者用于中小型熱鍛模.成分特點、合金元素作用及熱處理同調(diào)質(zhì)鋼。使用狀態(tài)下的組織:S回?zé)嶙髂＞咪摙茐鸿T模鋼典型鋼號是3Cr2W8V,為過共析鋼.中碳(0.3~0.4%C),合金元素作用同高速鋼。W、Cr提高抗熱疲勞性能.淬火+回火后組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)型板壓鑄模壓鑄工藝壓鑄模具熱作模具鋼汽車四缸壓鑄模熱作模具鋼制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。三、量具鋼卡尺塞規(guī)千分尺工具鋼1、性能要求量具在使用過程中與被測零件接觸，承受摩擦和沖擊。⑴高硬度和耐磨性。⑵高的尺寸穩(wěn)定性。⑶足夠的韌性。漸開線花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)矩形花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)光面量規(guī)量具鋼2、量具用鋼⑴低碳鋼滲碳、中碳鋼外表淬火⑵碳素工具鋼、低合金工具鋼兩者用于尺寸小、形狀簡單、精度要求不高的量具。⑶滾動軸承鋼、冷作模具鋼。用于制造精密量具.⑷不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質(zhì)的量具。量塊電子卡尺量具鋼3、量具鋼的熱處理特點⑴淬火前預(yù)備熱處理采用球化退火或調(diào)質(zhì)處理。⑵下限溫度淬火及冷處理。目的是減少A’。⑶長時間低溫時效，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低馬氏體的正方度。量規(guī)量具鋼特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。本節(jié)只介紹不銹鋼和耐熱鋼。工業(yè)用鋼化工管道的腐蝕裂解管內(nèi)壁的高溫腐蝕減薄化學(xué)腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。一、不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。㈠金屬的腐蝕金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

特殊性能鋼不同組織、成分、應(yīng)力區(qū)域之間都可構(gòu)成微電池。金屬的腐蝕防止電化學(xué)腐蝕的措施：①獲得均勻的單相組織。②提高合金的電極電位。③使外表形成致密的鈍化膜。工業(yè)興旺國家每年金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失占GNP的4%左右。中國每年腐蝕的損失至少到400億元以上.ZnZnZn-Cu原電池示意圖珠光體腐蝕示意圖電解液金屬的腐蝕㈡不銹鋼中合金元素的作用1、低碳：碳高，那么降低耐蝕性。2、Cr：是提高耐蝕性的主要元素①形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%時，形成單相鐵素體組織。③提高基體電極電位(n/8規(guī)律)3、Ni：獲得單相奧氏體組織。4、Mo：耐有機酸腐蝕。5、Ti,Nb:防止奧氏體鋼晶間腐蝕.不銹鋼晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介質(zhì)作用下發(fā)生強烈腐蝕。加Ti、Nb那么先于Cr與C形成不易溶于奧氏體的碳化物,防止晶界貧Cr。奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕不銹鋼晶間腐蝕破壞304不銹鋼消火栓齒輪架不銹鋼㈢常用不銹鋼1、馬氏體不銹鋼主要是Cr13型不銹鋼鋼號為1Cr13~4Cr13隨含碳量提高，強度、硬度提高，耐蝕性下降.⑴1Cr13、2Cr13熱處理:淬火+高溫回火使用狀態(tài)下的組織:S回不銹鋼棒不銹鋼1Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學(xué)性能。用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機葉片等.汽輪機葉片透平轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼⑵3Cr13、4Cr13熱處理：淬火+低溫回火。使用狀態(tài)下的組織：M回。具有較高強度、硬度。用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械不銹鋼刀馬氏體不銹鋼1Cr17削片刀鐵素體不銹鋼水加熱器2、鐵素體不銹鋼典型鋼號如0Cr13、1Cr17等。⑴成分：高鉻低碳⑵無α?γ相變，不能進行熱處理強化。⑶組織：單相鐵素體不銹鋼鋼中σ相⑷性能特點耐酸蝕，抗氧化能力強，塑性好。但有脆化傾向：①

475℃脆化：加熱到450~550℃停留，產(chǎn)生脆化.

再加熱到600℃快冷可消除。②

相脆化：

在600~800℃長期加熱時，析出硬而脆的

相。鐵素體不銹鋼⑸用途廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。合成氨廠硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不銹鋼制品鐵素體不銹鋼3、奧氏體不銹鋼主要是18-8〔18Cr-8Ni〕型不銹鋼。⑴性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及

可焊性。高的塑韌性,

無磁性。⑵熱處理：采用固溶處理。即加熱到1100℃使碳化物溶解后水冷。組織為單相奧氏體。不銹鋼帶不銹鋼⑶常用鋼種為1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti廣泛用于化工設(shè)備及管道.反應(yīng)釜(316L)大型化工儲罐(304)熱交換器(316L)奧氏體不銹鋼⑷應(yīng)力腐蝕奧氏體不銹鋼易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。即在特定合金-環(huán)境體系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。應(yīng)力腐蝕易在含Clˉ的介質(zhì)中發(fā)生，裂紋為樹枝狀。

發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕裂紋奧氏體不銹鋼㈠性能要求1、高的抗氧化性：指鋼在高溫下對氧化作用的抗力。鋼中參加Cr、Si、Al可形成致密穩(wěn)定的氧化膜，阻礙氧進一步擴散，提高抗氧化性。二、耐熱鋼氣輪機葉片特殊性能鋼飛機發(fā)動機過熱器2、高的熱強性熱強性是指金屬在高溫下的強度.指標(biāo)為蠕變強度和持久強度。蠕變指金屬在高溫低于σs的應(yīng)力下所發(fā)生的極其緩慢的塑性變形.耐熱鋼提高高溫強度的途徑:①固溶強化；②析出強化；③晶界強化(參加B、Zr等降低晶界能量)高溫合金中的‘析出相高溫合金中的彎曲晶界裂紋中止于晶界顆粒狀析出物耐熱鋼渦輪機機殼鋼制法蘭㈡常用耐熱鋼1、珠光體耐熱鋼常用鋼號為15CrMo、12Cr1MoV，是低合金鋼。⑴合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高熱強性(T再);V彌散強化。耐熱鋼⑵熱處理：正火+高溫回火⑶組織:F+P⑷用途：600℃以下的鍋爐零件,壓力容器，熱交換器等。煙管式鍋爐鍋爐管耐熱鋼2、馬氏體耐熱鋼常用鋼號為1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2⑴合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高熱強性(T再);V彌散強化。⑵熱處理：調(diào)質(zhì)。⑶組織：S回。汽輪機葉片耐熱鋼⑷用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽輪機葉片；4Cr9Si2是汽車閥門用鋼。汽車閥門鍋爐安全泄壓閥(2Cr13)馬氏體耐熱鋼過熱器管排過熱器集箱3、奧氏體耐熱鋼最典型鋼號是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是獲得單相奧氏體;Ti的作用是彌散強化。熱處理采用固溶處理組織為單相A。主要用于過熱器管道等。耐熱鋼鋼號鋼種合金元素的主要作用熱處理特點使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Mn:強化F，增加P量，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調(diào)質(zhì)鋼Cr:提高淬透性，強化F調(diào)質(zhì)處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蝕性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr13馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性淬火+高溫回火S回5CrNiMo熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強化F淬火+高溫回火S回Mo:防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼Mo:細化晶粒，提高耐磨性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)W18Cr4V高速鋼V:提高耐磨性、熱硬性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr18Ni9Ti不銹鋼Ti:防止晶間腐蝕固溶處理A鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、本錢低廉等優(yōu)點，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。常用金屬材料例如，機床床身、內(nèi)燃機的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都可用鑄鐵制造.鑄鐵曲軸內(nèi)燃機汽缸鑄鐵一、鑄鐵的石墨化過程1、Fe-Fe3C和Fe-G(石墨)雙重相圖Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C〔石墨〕共晶白口鑄鐵F基體球墨鑄鐵概述鑄鐵石墨是碳的單質(zhì)之一，其強度、塑性、韌性幾乎為零。鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨(G)兩種形式存在。鑄鐵存在兩個鐵碳相圖：Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C鑄鐵2、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱時分解得到。臺車式石墨化退火爐鑄鐵石墨化分兩個階段：在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。包括結(jié)晶時一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解.P’鑄鐵的石墨化在P’S’K’線以下發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化。包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解。石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。P’鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系

〔以共晶鑄鐵為例〕石墨化進行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段石墨化第二階段石墨化

完全進行完全進行F+G

灰口鑄鐵部分進行F+P+G未進行P+G部分進行未進行Le’+P+G麻口鑄鐵未進行未進行Le’白口鑄鐵鑄鐵的石墨化3、影響石墨化的因素⑴化學(xué)成分的影響碳和硅是強烈促進石墨化的元素。碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學(xué)性能和鑄造性能變差。碳、硅含量過高,會使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能.SiC白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵共晶碳、硅含量對鑄鐵石墨化的影響鑄鐵的石墨化碳、硅量控制范圍：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素對石墨化有促進作用。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻礙石墨化。鑄鐵中的磷共晶磷雖然可促進石墨化,但其含量高時易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高(達0.3%以上)。鑄鐵的石墨化⑵冷卻速度的影響鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分擴散，結(jié)晶將按Fe-G相圖進行，因而促進石墨化。WC+Wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響

快冷時由于過冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進行,不利于石墨化.鑄鐵的石墨化二、鑄鐵的特點及分類工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。1、鑄鐵的組織特點鋼的基體+G〔石墨〕基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。F+GF+P+GP+G鑄鐵⑵耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。⑷鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。2、鑄鐵的性能特點⑴力學(xué)性能低。由于石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。鑄鐵與鑄鋼的強度比較鑄鐵3、鑄鐵的分類與牌號表示方法

鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例

灰鑄鐵片狀FHT+一組數(shù)字數(shù)字表示最低抗拉強度值，單位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號。

HT100F+PHT150PHT200

可鍛鑄鐵團絮狀FKTH+兩組數(shù)字KTB+兩組數(shù)字KTZ+兩組數(shù)字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號；第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長率值，%

鑄鐵鑄鐵的分類與牌號表示方法〔續(xù)〕鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例球墨鑄鐵球狀FQT+兩組數(shù)字

第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長率值，%?！癚T”表示球墨鑄鐵代號QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨鑄鐵蠕蟲狀FRuT+一組數(shù)字數(shù)字表示最低抗拉強度值,MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代號

RuT260F+PRuT300PRuT420鑄鐵鑄鐵的分類工業(yè)鑄鐵的成分范圍與組織工業(yè)鑄鐵的成分范圍溫度快冷中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷緩冷快冷白口鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵石墨化退火中速冷卻緩冷珠光體蠕墨鑄鐵鐵素體蠕墨鑄鐵Si/Mg/Ce常用鑄鐵一、灰鑄鐵灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上。1、組織灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時通過石墨化過程形成的，其基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種?；诣T鐵齒輪箱鑄鐵灰鑄鐵的顯微組織

鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌常對灰鑄鐵進行孕育處理，以細化片狀石墨。常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。

孕育處理前孕育處理后硅鐵硅鈣灰鑄鐵2、熱處理熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)?；诣T鐵強度只有碳鋼的30~50%，熱處理強化效果不大。灰鑄鐵常用的熱處理有：①消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時效)②消除白口組織退火③外表淬火灰鑄鐵件汽缸套活塞環(huán)灰鑄鐵3、用途制造承受壓力和震動的零件,如機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機汽缸體(HT-300)重型機床床身(HT-250)變速箱體灰鑄鐵可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

二、可鍛鑄鐵石墨呈團絮狀的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的。1、組織：

基體(F、P)＋團絮狀G鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。2、性能：強度為碳鋼的４0~７0%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實不可鍛。鑄鐵

可鍛鑄鐵的顯微組織

黑心可鍛鑄鐵

珠光體可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的石墨化退火可鍛鑄鐵3、用途用于制造形狀復(fù)雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等。可鍛鑄鐵管件可鍛鑄鐵三、球墨鑄鐵石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到.1、組織：基體〔F、F+P、P〕+球狀G球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。硅鐵硅鈣稀土鎂為防止白口，并使石墨細小均勻，在球化處理同時還進行孕育處理。常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。鑄鐵球墨鑄鐵的顯微組織

鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的石墨球球墨鑄鐵2、性能與熱處理強度是碳鋼的70~90%。球墨鑄鐵的突出特點是屈強比(

0.2/

b)高,約為0.7~0.8,而鋼一般只有0.3~0.5。球墨鑄鐵可進行各種熱處理,如退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。球墨鑄鐵球墨鑄鐵的熱處理特點是：①奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高;②淬透性比碳鋼高;③奧氏體中碳含量可控。制品(軋輥與輥環(huán))組織貝氏體基球墨鑄鐵球墨鑄鐵3、用途承受震動、載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。核燃料貯存運輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸球墨鑄鐵四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代開展起來的一種新型鑄鐵.蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的.蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。蠕墨鑄鐵的組織：基體〔F、F+P、P〕+蠕蟲狀G蠕墨鑄鐵中的石墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體鐵素體基體蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的強度、塑性和等力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。灰鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機汽缸、汽缸蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。玻璃模具制動鼓蠕墨鑄鐵有色金屬及其合金

在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。常用金屬材料有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強度(強度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進汽車中占的重量百分比有色金屬及其合金鑄造有色金屬及其合金牌號表示方法統(tǒng)一如下:①鑄造有色純金屬的牌號為Z+該金屬元素符號+純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號)。如ZAl99.5和ZTi-1。變形有色金屬及其合金的牌號表示方法還不統(tǒng)一。鋁錠有色金屬及其合金②鑄造有色合金的牌號為Z+基體元素符號+主要合金元素符號及其名義百分含量數(shù)字+其他合金元素符號及其百分含量數(shù)字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等?；旌舷⊥猎胤栍肦E表示。優(yōu)質(zhì)合金在牌號后標(biāo)注字母“A〞。有色金屬種類很多，本章僅對機械、儀表等工業(yè)中廣泛使用的鋁、銅、鈦及軸承合金作簡要介紹。有色金屬及其合金鋁及鋁合金

一、鋁及鋁合金性能特點

純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72g/cm3)，熔點低(660.4℃),導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，易于加工成形。具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。鋁合金制造的機翼有色金屬及其合金鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常參加的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。鋁合金型材鋁鑄件鋁及鋁合金可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類.鋁合金分類示意圖二、鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。鋁及鋁合金三、鋁合金的熱處理

并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理?？蔁崽幚韽娀冃武X合金的熱處理方法：固溶處理+時效。固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫加熱固溶淬火過飽和時效析出鋁及鋁合金在室溫下進行的時效稱自然時效；在加熱條件下進行的時效稱人工時效。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強度下降，為過時效。隨時效溫度提高，峰值強度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。含4%Cu鋁合金的時效曲線時效時間/d鋁及鋁合金時效時間屈服強度時效峰過時效亞時效鋁合金的熱處理四、鋁合金的牌號、性能及用途

1、變形鋁合金⑴變形鋁及鋁合金牌號表示方法根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。全世界鋁的用量百萬噸一次生產(chǎn)量二次回收量總用量鋁及鋁合金GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為:

防銹鋁合金：LF+序號

硬鋁合金：LY+序號

超硬鋁合金：LC+序號

鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬鋁及鋁合金⑵常用變形鋁合金①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是衛(wèi)星天線（LF2）

提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。鋁及鋁合金汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21〔3A21〕，其抗蝕性和強度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5〔5A05〕，其密度比純

鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。防銹鋁合金②硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)鋁及鋁合金③超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件,如飛機大梁、起落架等.飛機主起落架鋁及鋁合金④鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等.壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。鋁及鋁合金美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼鋁及鋁合金2、鑄造鋁合金包括：Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號⑴Al-Si系鑄造鋁合金又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明.577℃12.7%鋁及鋁合金在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和

固溶體組成，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，得到細小均勻的共晶體加一次

固溶體組織，以提高性能。未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織

Al-Ai系鑄造鋁合金參加其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能?；钊?裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風(fēng)機葉片、發(fā)動機活塞等。

Al-Ai系鑄造鋁合金⑵Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。鑄造鋁合金⑶Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度?。坏T造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機密封件等(ZL102、301)鑄造鋁合金⑷Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。鑄造鋁合金銅及銅合金

一、銅及銅合金性能特點純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。熱軋銅合金有色金屬及其合金銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性.銅管銅與黃銅帶銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅及銅合金二、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。黃銅鑄件黃銅棒銅及銅合金1、普通黃銅銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。加工普通黃銅的牌號為：H(黃)+表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有

和

+

’兩種組織,分別稱單相黃銅和兩相黃銅。黃銅普通黃銅的顯微組織

單相黃銅兩相黃銅黃銅單相黃銅塑性好。常用牌號有H80、H70、

H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好,強度高.常用牌號有H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。冷凝器管汽車機油泵襯套黃銅2、特殊黃銅在普通黃銅的根底上參加Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。加工特殊黃銅的牌號為：H(黃)+主加元素符號(Zn除外)+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。黃銅制品黃銅棒黃銅常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。黃銅三、青銅除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。加工青銅的牌號為：Q+主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。

青銅制品銅及銅合金1、錫青銅是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為3~14%。錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小。錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。錫青銅錠Cu-Sn相圖青銅常用牌號有QSn4-3、、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。錫青銅管船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)錫青銅2、鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為5~11%。強度、硬度、耐大型水力發(fā)電設(shè)備中的抗磨環(huán)

磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。常用牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。青銅3、鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴.鈹青銅制品常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件.青銅普通白銅是Cu-Ni二元合金，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。普通白銅牌號：B+鎳的平均百分含量，如B5。常用牌號有B5、B19等。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機械,儀表零件及冷凝器,蒸餾器,熱交換器等.

白銅件四、白銅以鎳為主要合金元素的銅合金稱白銅。分普通白銅和特殊白銅。銅及銅合金特殊白銅是在普通白銅根底上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。其耐蝕性、強度和塑性高，本錢低。常用牌號如BMn40-1.5(康銅)、BMn43-0.5(考銅)。用于制造精密機械、儀表零件及醫(yī)療器械等?？点~熱偶白銅型材銅及銅合金鈦及鈦合金

一、工業(yè)純鈦

純鈦密度小，熔點高。882.5℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

-Ti?

-Ti,由體心立方

-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕?/p>

-Ti.純鈦比強度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好。美F-22戰(zhàn)機約36%重量的零件用鈦合金制造有色金屬及其合金純鈦主要用于350℃以下工作、強度要求不高的零件，如石油化工用熱交換器、反響器，海水凈化裝置及艦船零部件。鈦鋼復(fù)合反應(yīng)釜鈦管換熱器鈦制蒸餾塔鈦及鈦合金二、鈦合金純鈦參加合金元素形成鈦合金。鈦合金幾乎都含有鋁。鋁能提高鈦合金的強度、比強度和再結(jié)晶溫度.按退火組織，鈦合金可分為

型鈦合金、

型鈦合金和

+

型鈦合金三類，它們的牌號分別用TA、TB、TC加順序號表示。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0~TA3為工業(yè)純鈦。鈦合金泵鈦及鈦合金1、

型鈦合金主加元素為鋁，還有錫、硼等。不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用,組織為單相

固溶體.強度低于另兩類鈦合金，但高溫強度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越.鈦合金氫泵誘導(dǎo)輪鈦合金氫泵殼體鈦合金常用牌號有TA5、TA7等主要用于制造500℃以下工作的零件，如飛機壓氣機葉片、導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機的蝸輪機匣及飛船上的高壓低溫容器等。

鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵-Ti合金組織

型鈦合金2、型鈦合金參加的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。經(jīng)淬火加時效處理后，組織為相基體上分布著細小的相粒子。這類合金強度高，但冶煉工藝復(fù)雜，難于焊接,應(yīng)用受到限制。鈦合金管鈦合金管應(yīng)用鈦合金

型鈦合金有TB2、TB3、TB4三個牌號。主要用于350℃以下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件,如飛機壓氣機葉片、軸、彈簧、輪盤等。鈦合金棒β鈦合金眼鏡架鈦離心泵

型鈦合金3、+型鈦合金參加的合金元素有鋁、釩、鉬、鉻等?？蛇M行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、耐蝕性和低溫韌性。鈦合金列管式換熱器鈦合金

+

型鈦合金共有九個牌號，其中以TC4應(yīng)用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時效處理后，組織為

+

+時效析出的針狀

。α+β鈦合金組織α+β鈦合金組織（電鏡）

+型鈦合金

+

型鈦合金主要用于制造400℃以下工作的飛機壓氣機葉片、火箭發(fā)動機外殼、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等.

生物醫(yī)用材料飛機壓氣機葉片

+型鈦合金軸承合金

制造滑動軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為軸承合金?；瑒虞S承是許多機器設(shè)備中對旋轉(zhuǎn)軸起支撐作用的重要部件，由軸承體和軸瓦兩局部組成。與滾動軸承相比滑動軸承具有承載面積大，工作平穩(wěn)，無噪音及拆裝方便等優(yōu)點。有色金屬及其合金一、組織性能要求當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時，軸瓦與軸頸發(fā)生強烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。對軸承合金的性能要求：⑴足夠的強韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷.⑵較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合。⑶較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合。軸承合金為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應(yīng)是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點.當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，軟的基體〔或質(zhì)點〕被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲存潤滑油和軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點(基體)那么支撐著軸頸，起承載和耐磨作用.軟基體(或質(zhì)點)還能起嵌藏外來硬雜質(zhì)顆粒的作用,以防止擦傷軸頸。軸承合金1