《汽車材料》第二章黑色金屬1

第二章黑色金屬

〔鋼鐵資料〕§2.6合金鋼 1.合金鋼分類 〔1)按用途分類 ①合金構(gòu)造鋼合金構(gòu)造鋼用于制造各種機(jī)械零件和工程構(gòu)造件。 ②合金工具鋼合金工具鋼用于制造各種工具。 ③特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有一些特殊性能的鋼 〔2〕按合金元素總含量分類 ①低合金鋼低合金鋼的合金元素總含量ωMe<5%。 ②中合金鋼中合金鋼合金元素總含量ωMe=5%~10% ③高合金鋼高合金鋼合金元素總含量ωMe>10%一、合金鋼的分類及編號(hào)一、合金鋼的分類及編號(hào)〔1〕低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的牌號(hào)是用代表屈服強(qiáng)度的漢語字母“Q〞、屈服強(qiáng)度值〔單位MPa〕、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)〔A、B、C、D、E〕三個(gè)部分按順序陳列?！?〕合金構(gòu)造鋼除了低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼外，其它合金構(gòu)造鋼的牌號(hào)由三部分組成，即兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字。〔3〕合金工具鋼合金工具鋼中的平均含碳量<1%時(shí)，用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，當(dāng)平均含碳量>1%時(shí)，不標(biāo)注含碳量?！?〕滾動(dòng)軸承鋼高碳鉻軸承鋼，在牌前冠以“G〞符號(hào)。當(dāng)含碳量小于1%時(shí)，在“G〞符號(hào)前用一位數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)；當(dāng)含碳量大于１%時(shí)，不標(biāo)注含碳量。含鉻量用千分?jǐn)?shù)表示〔兩位數(shù)〕。

§2.6合金鋼 1、合金元素在鋼中存在方式 〔1〕強(qiáng)化鐵素體合金元素溶入鐵素體后，引起鐵素體晶格畸變，另外合金元素還易分布在晶體缺陷處，使位錯(cuò)挪動(dòng)困難，從而提高了鋼的塑性變形抗力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，但塑性、韌性都有下降趨勢(shì)?！?〕構(gòu)成合金碳化物鋼中構(gòu)成的合金碳化物的類型主要有：合金滲碳體和特殊碳化物。二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 2、合金元素在鋼中的作用 合金元素在鋼中可以兩種方式存在：一是溶解于碳鋼原有的相中，另一種是構(gòu)成某些碳鋼中所沒有的新相。在普通的合金化實(shí)際中，按與碳親合力的大小，可將合金元素分為碳化物構(gòu)成元素與非碳化物構(gòu)成元素兩大類。常用的合金元素有以下幾種：非碳化物構(gòu)成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；碳化物構(gòu)成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。此外，還有稀土元素，普通用符號(hào)Re表示。二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 3、合金元素對(duì)鋼的熱處置影響〔1〕合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)轉(zhuǎn)變影響〔2〕合金元素對(duì)鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響〔3〕合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 4、合金元素對(duì)鋼的機(jī)械和工藝性能的影響〔1〕合金元素對(duì)強(qiáng)度的影響強(qiáng)度是金屬資料最重要的性能目的之一，使金屬資料的強(qiáng)度提高的過程稱為強(qiáng)化。強(qiáng)化是研制構(gòu)造資料的主要目的。金屬的強(qiáng)度普通是指金屬對(duì)塑性變形的抗力。金屬強(qiáng)化普通有以下幾種方式：①固溶強(qiáng)化②細(xì)晶強(qiáng)化③彌散強(qiáng)化〔2〕合金元素對(duì)塑性和韌性的影響〔3〕合金元素對(duì)鋼的工藝性能的影響①合金元素對(duì)鑄造性能的影響②合金元素對(duì)鍛造性能的影響③合金元素對(duì)焊接性能的影響④合金元素對(duì)切削性能的影響二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 1、低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼是結(jié)合我國資源條件開展起來的鋼種，是在碳素構(gòu)造鋼的根底上，參與少量的合金元素開展起來的，原稱普通低合金鋼。它是低碳構(gòu)造鋼，合金元素總量在3％以下，以Mn為主要元素。與碳素構(gòu)造鋼相比有較高強(qiáng)度，足夠的塑性、韌性，良好的焊接工藝性能，較好的耐腐蝕性和低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼可按屈服極限分295、345、390、420、460N/mm2五個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，其中295–390N/mm2級(jí)的運(yùn)用最廣。三、合金構(gòu)造鋼三、合金構(gòu)造鋼§2.6合金鋼 2、合金滲碳鋼合金滲碳鋼主要用來制造任務(wù)中接受較劇烈的沖擊作用和磨損條件下的滲碳零件。例如，制造接受動(dòng)載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪、汽車后橋齒輪和內(nèi)燃機(jī)里的凸輪軸、活塞銷等。這類鋼經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后外表具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和足夠韌性的零件。合金滲碳鋼可按淬透性分為低淬透性、中淬透性及高淬透性鋼三類。三、合金構(gòu)造鋼§2.6合金鋼 3、合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼指調(diào)質(zhì)處置后運(yùn)用的合金構(gòu)造鋼，其根本性能是具有良好的綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、遷延機(jī)、機(jī)床和其他機(jī)器上如齒輪、軸類件、連桿、高強(qiáng)螺栓等重要零件。大多接受多種和較復(fù)雜的任務(wù)載荷，要求具有高程度的綜合力學(xué)性能。性能上要求：①高的屈服強(qiáng)度及疲勞極限和良好的韌性塑性，即要求綜合的力學(xué)性能。②部分外表要求一定的耐磨性。③好的淬透性。三、合金構(gòu)造鋼§2.6合金鋼 3、合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼的合金化閱歷了一個(gè)由單一元素到多元素復(fù)合參與開展過程，從40→40Mn→40CrMn→40CrMnMo或40→40Cr→40CrNi→40CrNiMo開展，合金元素主要作用是：①提高淬透性②固溶強(qiáng)化③防止第二類回火脆性④細(xì)化晶粒 我國常用調(diào)質(zhì)鋼按照淬透性的高低，大致分為三類： ①低淬透性調(diào)質(zhì)鋼 ②中淬透性調(diào)質(zhì)鋼 ③高淬透性調(diào)質(zhì)鋼三、合金構(gòu)造鋼§2.6合金鋼 4、合金彈簧鋼彈簧是機(jī)器、車輛和儀表及生活中的重要零件，主要在沖擊、振動(dòng)、周期性改動(dòng)和彎曲等交變應(yīng)力下任務(wù)，彈簧任務(wù)時(shí)不允許產(chǎn)生塑性變形，因此要求制造彈簧的資料具有較高的強(qiáng)度。5、滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼是制造各種滾動(dòng)軸承的滾珠、滾柱、滾針的公用鋼，也可做其他用途，如外形復(fù)雜的工具、冷沖模具、精細(xì)量具以及要求硬度高、耐磨性高的構(gòu)造零件。

三、合金構(gòu)造鋼§2.6合金鋼 合金工具鋼按用途分為合金刃具鋼、合金模具鋼、合金量具鋼。1、合金刃具鋼刃具鋼是用來制造各種切削刀具的鋼，如車刀、銑刀、鉆頭等，合金工具鋼需具備如下性能：高的硬度、高耐磨性、高的紅硬性〔紅硬性是指鋼在高溫下堅(jiān)持高硬度的才干〕、一定的韌性和塑性?！?〕低合金刃具鋼〔2〕高速鋼2、合金模具鋼〔1〕冷作模具鋼〔2〕熱作模具鋼3、合金量具鋼

四、合金工具鋼§2.6合金鋼特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼。其種類較多，常用的特殊性能鋼有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。1、不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)中具有抗腐蝕才干的鋼，普通稱為不銹鋼。2、耐熱鋼耐熱鋼是抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼的總稱。3、耐磨鋼耐磨鋼是指在沖擊和磨損條件下運(yùn)用的高錳鋼。五、特殊性能鋼復(fù)習(xí)與練習(xí)7一、填空題1.高速工具鋼經(jīng)高溫淬火加多次回火后，具有很高的和較好的。2.不銹鋼按其金相顯微組織不同，常用的有以下三類：、、奧氏體型不銹鋼。3.高速鋼刀具在切削溫度達(dá)600℃時(shí)仍能堅(jiān)持和。4.合金鋼按主要質(zhì)量等級(jí)分為鋼和鋼。復(fù)習(xí)與練習(xí)7二、判別題1.高錳鋼加熱到1000-1100℃,淬火后可獲得單相馬氏體組織。2.1Cr18Ni9鋼是一種馬氏體不銹鋼。3.5CrNiMo鋼是合金構(gòu)造鋼。5.20CrMnTi鋼是合金調(diào)質(zhì)鋼。6.GCr15是公用的合金工具鋼。7.高速鋼回火后硬度會(huì)添加。8.W18Cr4V鋼是不銹鋼。復(fù)習(xí)與練習(xí)7三、簡(jiǎn)答題1.指出以下牌號(hào)是哪種鋼？其含碳量約多少？ 20、9siCr、40Cr、5CrMnMo2.試闡明以下合金鋼的稱號(hào)及其主要用途。 W18Cr4V、5CrNiMo3.指出以下牌號(hào)是哪類鋼？其含碳量約多少？ T9A、GCr15、30、20Cr4.合金元素在鋼中主要作用有哪些？5.試闡明以下牌號(hào)的稱號(hào)。 1Cr18Ni9、2Cr13、ZGMn13-1、4Cr9si12含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。鑄鐵與鋼的主要區(qū)別是鑄鐵的含碳硅量較高，雜質(zhì)元素S、P含量較多，在加工手段上鑄鐵制成零件毛坯只能用鑄造方法，不能用鍛造或軋制方法。鑄鐵的機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性)較低，但是由于鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能、可切削加工性、耐磨性、吸振性、消費(fèi)工藝簡(jiǎn)單、本錢低廉等特點(diǎn)，因此被廣泛地運(yùn)用于機(jī)械制造、冶金、礦山、石油化工、交通運(yùn)輸、建筑和國防消費(fèi)部門，典型的運(yùn)用是制造機(jī)床的床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸、汽缸套、曲軸等?！?.7鑄鐵§2.7鑄鐵 1、鑄鐵的特點(diǎn)〔1〕成分與組織的特點(diǎn)鑄鐵與碳鋼相比較，除了有較高的碳、硅含量外，還有較高含量的雜質(zhì)硫和磷。由于鑄鐵中的碳主要是以石墨的形狀存在，所以鑄鐵的組織是由金屬基體和石墨所組成的。一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵 1、鑄鐵的特點(diǎn)〔2〕鑄鐵的性能特點(diǎn)鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都要比碳鋼低。普通說來，石墨的數(shù)量越少，分布越分散，外形越接近球形，那么鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性越高。一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵 1、鑄鐵的特點(diǎn)〔2〕鑄鐵的性能特點(diǎn)雖然鑄鐵的機(jī)械性能不如鋼，但由于石墨的存在，卻賦予鑄鐵許多為鋼所不及的特殊性能： ①石墨呵斥脆性切削，鑄鐵的切削加工性能優(yōu)良。 ②鑄鐵的鑄造性能良好，鑄件凝固時(shí)構(gòu)成石墨產(chǎn)生的膨脹，減少鑄件體積的收縮，降低鑄件中的內(nèi)應(yīng)力。 ③石墨有良好的光滑作用，并能儲(chǔ)存光滑油，使鑄件有很好的耐磨性能。 ④石墨對(duì)振動(dòng)的傳送起減弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。 ⑤大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對(duì)缺口不敏感。一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵 2、鑄鐵的分類 根據(jù)鑄鐵中的碳在結(jié)晶過程中的析出形狀以及凝固后斷面顏色的不同，鑄鐵可分為以下幾類：〔1〕白口鑄鐵〔2〕灰鑄鐵〔3〕球墨鑄鐵〔4〕蠕墨鑄鐵〔5〕可鍛鑄鐵〔6〕特殊性能鑄鐵一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵1、灰鑄鐵的片狀石墨形狀§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵2、灰鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵3、灰鑄鐵的牌號(hào)§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵3、灰鑄鐵的牌號(hào)§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵4、灰鑄鐵的性能〔1〕灰鑄鐵的組織對(duì)性能的影響通常灰鑄鐵鑄態(tài)的基體組織都是珠光體＋鐵素體組織。灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都低于碳素鋼，特別是塑性、韌性幾乎為零。〔2〕灰鑄鐵的性能 灰鑄鐵的性能與普通碳鋼相比，具有如下特點(diǎn)：①力學(xué)性能低②耐磨性與消振性好③工藝性能好§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵4、灰鑄鐵的性能〔1〕灰鑄鐵的組織對(duì)性能的影響通常灰鑄鐵鑄態(tài)的基體組織都是珠光體＋鐵素體組織?；诣T鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都低于碳素鋼，特別是塑性、韌性幾乎為零?！?〕灰鑄鐵的性能 灰鑄鐵的性能與普通碳鋼相比，具有如下特點(diǎn)：①力學(xué)性能低②耐磨性與消振性好③工藝性能好§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵5、灰鑄鐵的孕育處置灰鑄鐵的孕育處置是指在液態(tài)鐵中參與孕育劑，以促進(jìn)晶核的構(gòu)成或激發(fā)本身晶核的產(chǎn)生，增大晶核數(shù)量，使石墨的析出能在比較小的過冷度下開場(chǎng)進(jìn)展。其結(jié)果是提高石墨析出的傾向，并得到均勻分布的細(xì)小的石墨，從而使鑄鐵具有良好的力學(xué)性能和加工性能。把經(jīng)過孕育處置的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。6、灰鑄鐵的熱處置〔1〕消除內(nèi)應(yīng)力退火〔2〕消除鑄件白口組織、降低硬度的退火〔3〕正火〔4〕外表淬火

§2.7鑄鐵三、球墨鑄鐵球狀石墨對(duì)金屬基體的損壞、減小有效承載面積以及引起應(yīng)力集中等危害作用均比片狀石墨的灰鑄鐵小得多。因此，具有比灰鑄鐵高得多的強(qiáng)度、塑性和韌性，并堅(jiān)持有耐磨、減振、缺口不敏感等灰鑄鐵的特性。1、球墨鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征

§2.7鑄鐵三、球墨鑄鐵2、球墨鑄鐵的球化處置與孕育處置〔1〕球化處置〔2〕孕育處置球墨鑄鐵消費(fèi)中，鐵液在臨澆注前參與一定量的球化劑，以促使石墨結(jié)晶時(shí)生長(zhǎng)為球狀的操作工藝稱為球化處置。在球化處置的同時(shí)必需進(jìn)展孕育處置(也稱為石墨化處置)，以促使石墨生長(zhǎng)成球徑小、數(shù)量多、圓整度好、分布均勻的球狀石墨，從而改善球墨鑄鐵的力學(xué)性能?！?.7鑄鐵三、球墨鑄鐵3、球墨鑄鐵的牌號(hào)、性能與用途〔1〕牌號(hào)球墨鑄鐵的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途見表8-3。牌號(hào)中的“QT〞是“球鐵〞兩字漢語拼音的大寫字母，在“QT〞后面兩組的數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度(MPa)和最低伸長(zhǎng)率(%)?！?〕性能與用途與灰口鑄鐵相比，球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞極限，也具有相當(dāng)良好的塑性及韌性。球鐵在一定條件下替代鑄鋼、鍛鋼等，用以制造受力復(fù)雜、負(fù)荷較大和要求耐磨的鑄件。如具有高強(qiáng)度與耐磨性的珠光體球鐵常用來制造內(nèi)燃機(jī)曲軸、凸輪軸、軋鋼機(jī)軋輥等；具有高韌性和塑性的鐵素體球鐵常用來制造閥門、汽車后橋殼、犁鏵等?！?.7鑄鐵三、球墨鑄鐵4、球墨鑄鐵的熱處置〔1〕退火獲得單一的鐵素體基體，提高鑄件塑性，從而改善球墨鑄鐵的切削加工性能，消除鑄造應(yīng)力。 〔2〕正火球墨鑄鐵高溫正火的目的是添加基體組織中的珠光體量，提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，同時(shí)還可以消除游離滲碳體?！?〕調(diào)質(zhì)處置對(duì)于受力比較復(fù)雜，要求綜合力學(xué)性能較高的球墨鑄鐵件，可采用淬火加高溫回火，即調(diào)質(zhì)處置。〔4〕等溫淬火§2.7鑄鐵四、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火而獲得的一種高強(qiáng)度鑄鐵。白口鑄鐵中的游離滲碳體在退火過程中分解出團(tuán)絮狀石墨，由于團(tuán)絮狀石墨對(duì)鑄鐵金屬基體的割裂和引起的應(yīng)力集中作用比灰鑄鐵小得多，與灰鑄鐵相比，可鍛鑄鐵的強(qiáng)度和韌性有明顯提高，并且有一定的塑性變形才干，因此稱為可鍛鑄鐵(或展性鑄鐵，又稱為馬口鑄鐵)。§2.7鑄鐵四、可鍛鑄鐵1、可鍛鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征§2.7鑄鐵2、可鍛鑄鐵的牌號(hào)、性能特點(diǎn)及用途§2.7鑄鐵五、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能介于一樣基體組織的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，它的抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、疲勞強(qiáng)度均優(yōu)于灰鑄鐵，接近于鐵素體球墨鑄鐵；而鑄造性能、減震才干、導(dǎo)熱性、切削加工性均優(yōu)于球墨鑄鐵，與灰鑄鐵相近。蠕墨鑄鐵是將蠕化劑〔稀土鎂鈦合金、稀土鎂鈣合金、鎂鈣合金等〕，置于澆包內(nèi)的一側(cè)。另一側(cè)沖入鐵液，蠕化劑熔化而成的?！?.7鑄鐵五、蠕墨鑄鐵1、蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀石墨和球狀石墨之間的中間形狀，在光學(xué)顯微鏡下為互不相連的短片，與灰口鑄鐵的片狀石墨類似。所不同的是，其石墨片的長(zhǎng)厚比較小，端部較圓(形似蠕蟲)，所以可以以為，蠕蟲狀石墨是一種過渡型石墨?！?.7鑄鐵五、蠕墨鑄鐵2、蠕墨鑄鐵的牌號(hào)、性能特點(diǎn)及用途§2.7鑄鐵六、特殊性能鑄鐵工業(yè)上除了要求鑄鐵有一定的力學(xué)性能外，有時(shí)還要求它具有較高的耐磨性以及耐熱性、耐蝕性。為此，在普通鑄鐵的根底上參與一定量的合金元素，制成特殊性能鑄鐵，主要包括耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵。1、耐磨鑄鐵2、耐熱鑄鐵3、耐蝕鑄鐵復(fù)習(xí)與練習(xí)8一、名詞解釋石墨化、孕育(蛻變)處置、球化退火、可鍛化退火、石墨化退火二、填空題1．白口鑄鐵中碳主要以的方式存在．灰口鑄鐵中碳主要以的方式存在。2．普通灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵中石墨的形狀分別為、和。3．鑄鐵的基體有、和三種。4．QT500—05牌號(hào)中，QT表示，數(shù)字500表示。5．HT250是鑄鐵，250表示。6．促進(jìn)石墨化的元素有，妨礙石墨化的元素有。7．鑄鐵的石墨化過程分為三個(gè)階段，分別為、