金属材料学课件_2.

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1、Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 1.3 合金钢的分类、牌号 一、合金钢的分类（1 -按化学成分分类） 1按化学成分分类 按钢中所含合金元素的种类，合金钢分为： 锰钢、铬钢、硅钢、硅锰钢、铬锰钛钢等。 按钢中合金元素总质量分数，合金钢分为： l低合金钢（Me总质量分数小于5%） l中合金钢（ Me总质量分数在5%10%） l高合金钢（ Me总质量分数大于10%） 环境 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 2按钢的用途分类 合金结构钢 合金结构钢还可分为工程构件 用钢（低合金高强度结构钢）和机械制造用钢 （合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚 动轴承钢和超高强

2、度钢）。 合金工具钢 合金工具钢还可分为刃具钢（ 低合金刃具钢和高速钢）、量具钢和模具钢（ 冷作模具钢和热作模具钢）。 特殊性能钢 特殊性能钢还可分为不锈钢、 耐热钢、耐磨钢和磁钢。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 3按冶金质量分类 普通低合金钢：wS0.05%，wP0.045% 优质低合金钢：wS0.035%， wP0.035% 高级优质合金钢：wS0.02% wP0.03% 特高级优质合金钢：wS0.015%， wP0.025%。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 u专用工程构件结构钢还在牌号的头部（或 尾部）标注出代表产品用途的符号，例如 l表示压力

3、容器用钢牌号表示为“Q345R”； l焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”； l锅炉用钢牌号表示为“Q390g”； l桥梁用钢表示为“Q420q”等等。 二、合金钢的牌号 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 机器零件制造用钢（合金渗碳钢、合金调质钢、 合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢等）。 u牌号由三部分组成，即由“二位数字+元素符号+数 字”组成。前面的两位数字表示钢的碳的质量分数的 万倍，元素符号表示所含合金元素，后面的数字表示 合金元素含量的百倍。凡合金元素质量分数小于1.5% 时，编号中只标明元素符号，一般不标含量；如果合 金元素平均质量分数等于或大于1.5%、2.

4、5%、 3.5%，则在元素符号后相应标出2、3、4。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 合金结构钢中的Nb、Ti、B等元素，虽然含 量很低，但属有意加入，故在钢的牌号中仍应表 示出来。如40B，其平均碳的质量分数为0.4%， 硼的质量分数仅为0.0005% 0.0035%。 合金结构钢都是优质钢、高级优质钢（牌 号后加“A”字）或特级优质钢（牌号后加“E”字 ）。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号“G”，但 不标碳含量。铬含量以千分之几计，其他合金元 素按合金结构钢的合金含量表示。例如：平均含 铬量为1.50%的轴承钢，其牌号

5、表示为“GCr15” 。 专用机器零件制造用钢也要在牌号的头部 （或尾部）加上代表产品用途的符号，例如铆螺 钢“ML30CrMnSi”，高级优质渗碳轴承钢 “G20CrNiMoA”等 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 2合金工具钢 合金工具钢分为刃具钢（低合金刃具钢和 高速钢）、量具钢和模具钢（冷作模具钢和热 作模具钢）。 牌号表示方法与机器零件制造用结构钢相 似，但当其平均碳的质量分数大于1%时，含碳 量不标出，当其平均碳的质量分数小于1%时， 则牌号前的数字表示平均碳的质量分数的千倍 。合金元素的表示方法与合金结构钢相同。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学

6、院 合金工具钢都属于高级优质钢，故不再在 牌号后标出“A”字。如 9SiCr表示平均碳的质量分数为0.9%左右 ，铬、硅各为1%左右； Cr12表示平均碳的质量分数大于1%，含 铬为12%左右。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 必须指出的有三点： 第一，高速工具钢与一般合金工具钢略 有不同，不论碳的平均质量分数为多少均不 予标出。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等， 当合金成分不相同时，对高碳者牌号前 冠以“C”字。如CW6Mo5Cr4V2等。 W6Mo5Cr4V2wC=0.80%0.90% CW6Mo5Cr4V2wC=0.95%1.05% Chapter 1 金属材

7、料的合金化原理 材料学院 第二，低铬（平均铬含量小于1%）的合金 工具钢，在铬含量（以千分之几计）前加数字 “0”。如：平均含铬量为0.60%的合金工具钢， 其牌号表示为“Cr06”。 第三、塑料模具钢在牌号头部加“SM”，牌 号表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢相 同。例如：SM45、SM3Cr2Mo。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 3特殊性能钢 特殊性能钢可分为不锈钢、耐热钢、耐磨 钢和磁钢。 不锈钢及耐热钢牌号前的数字表示平均碳 的质量分数的千倍，合金元素的表示方法与其 它合金钢相同。 当碳的质量分数小于或等于0.03%时，在 牌号前冠以“00”， 当碳的质量分数

8、小于或等于0.08%时，在 牌号前冠以“0”。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 如 不锈钢3Cr13的平均wC=0.3%、wCr13% ； 不锈钢0Cr19Ni9的平均wC0.08%、wCr19% 、wNi9%； 不锈钢00Cr19Ni11钢的平均wC0.03%、 wCr19%、wNi11%。 当wSi1.5%、wMn2%时，牌号中不予标出。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌号前 或后附以字母。 铸造合金钢的牌号是在一般合金钢的牌号 前加“ZG”，常用的铸造合金钢有：ZGMn2、 ZG35SiMn、ZG37SiMn2MoV

9、、ZG40CrMnMo 、ZGMn13（高锰钢或耐磨钢）、ZG1Cr18Ni9 （铸造不锈钢）等。 易切削钢Y15、Y40Mn、Y15Pb（ GB/T8731-1988），易切削非调质机械结构钢 YF35V和热锻用非调质机械结构钢F45V（ GB/T15712-1995）等。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理 一、有色金属材料的分类及特点 1有色金属材料的分类 按其密度、熔点、在地壳中的储量、被发现 和利用的早晚、价格等因素可分为： l轻有色金属 l重有色金属 l难熔金属 l稀有金属 l稀土金属 l贵金属 Chapter 1 金属材料的

10、合金化原理 材料学院 按基体金属的主要成分可分为： l铝合金 l镁合金 l钛合金 l铜合金 l镍基合金 l钴基合金 l锌合金 l铅或锡合金 l锆或铪合金 l钽合金 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 作为结构材料使用的有色金属合金按合金 相图或成形方法可分为： l变形加工合金 l铸造合金 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 按有色金属的特性可分为： l如铝、镁、钛等金属及其合金，具有相对密 度小、比强度高的特点，为轻质高强结构材料 ； l银、铜、铝等金属及其合金，具有优良的导 电、导热性能，是电气工业和仪表工业不可缺 少的材料，为导电材料； Chapter 1

11、金属材料的合金化原理 材料学院 铜、钛及其合金具有良好的抗腐蚀性能 ，是石油化工和航海工业所必须的优良耐蚀 材料； 锆及其合金是反应堆燃料元件包壳及堆 芯结构用必须的材料，核材料； 钨、钼、钽、铌及其合金是制造在 1300以上使用的高温零件及电真空元件的 理想材料。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 2有色金属材料的特点 要求合金材料具有更高的强度，更高的韧 性和更低的密度。 提高合金材料的耐热性是发展航空、航天 及其它许多工业技术领域的要求。 提高合金材料的耐腐蚀性能也一直是有色 金属结构材料在使用中遇到的基本问题之一。 此外，对于结构合金材料，要制造成零件 或成品，还与其

12、工艺性能（铸造性能、压力加工 性能、焊接性能、热处理性能和切削性能等）密 切相关。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 1铝合金的合金化特点 Al合金的强化是以Al与合金元素间形成的金 属间化合物在固溶体中的溶解度变化为基础的 。 在Al中有高的溶解度和能起显著强化作用的 元素有Zn、Mg、Cu、Si四种（表1-6）； Ag、Ge、Li的极限溶解度虽很大，但由于 它们是稀贵金属，作Al合金的主要合金元素而大 量加入是有困难的。 二、铝合金的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 主要合金元素与Al组成的

13、二元（CuAl2、 Mg2Si、MgZn2）和三元化合物（Al2CuMg、 Al2Mg3Zn3），在Al中的溶解度能随温度的降低 而强烈地减小，故可通过热处理的办法来提高 强度。能形成这种化合物或强化相的合金有Al- Cu、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg和Al-Zn -Mg-Cu系，可称之为“热处理强化型Al合金”。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 有些合金如Al-Mg、Al-Si和Al-Mn等， 加入 的合金元素虽然也有明显的溶解度变化 ，但热处理强化效果不大，只能以退火或冷 作硬化状态应用，放称之为“非热处理强化型 ”或“热处理不强化型”Al 合金

14、 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 有些合金元素如Cr、Mn、Zr等在Al中的溶 解度虽然很小（表1-6），但对合金强度和抗蚀 性的改善作用却很明显。因为这些过渡元素能 明显地抑制再结晶和细化晶粒，有再结晶抑制 剂或晶粒细化剂之称。 还有些元素，它们的极限溶解度虽很低， 但加入极微量（0.0050.15）也能显著改变 从合金的形核和沉淀过程，因而能显著地提高 时效硬化效应

15、。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 2铝合金的时效与组织结构变化 铝合金的时效硬化现象：Cu含量位于 0.15.65间的Al-Cu合金于500的相区进行 固溶处理和淬火，则会得到均匀的过饱和固溶 体。这种热力学不稳定的固溶体在某一温度加热 ，则会发生分解和析出CuAl2（相），而引起强 度明显升高。这种现象叫做时效硬化现象。 Chapter 1 金属材料的合金化原理 材料学院 合金系沉淀的序列平衡沉淀相 Al-Cu G.P.区(圆盘圆盘 )(圆盘圆盘 ) (CuAl2) Al-Mg-Si G.P.区(棒状) (Mg2Si) Al-Zn-Mg G.P.区(球形)M(片状)MgZn2 Al-Mg-Cu G.P.区(棒或球)S S(Al2CuMg ) Al-Ag G.P.区(球形) (片状)(Ag2Al) A