金属材料与热处理__ppt课件

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1、 金属材料与热处理金属材料与热处理一、金属材料的历史地位一、金属材料的历史地位 二、二、金属材料的分类金属材料的分类 三、金属结构材料的应用情况三、金属结构材料的应用情况 四、金属材料发展的历史四、金属材料发展的历史 五、金属材料的发展热点五、金属材料的发展热点 六、关于本课程六、关于本课程 绪绪 论论主要内容主要内容一、金属材料的历史地位一、金属材料的历史地位1.1.材料材料发展与社会进步有着密切关系发展与社会进步有着密切关系, ,它是衡量人它是衡量人 类类社会文明程度社会文明程度的标志之一，金属材料是现代文的标志之一，金属材料是现代文明的基础。明的基础。 石器时代石器时代青铜器时代青铜器时

2、代铁器时代铁器时代 2.2.目前，人目前，人类还处在金属器在金属器时期。期。虽然无机非金然无机非金 属属材料、高分子材料、高分子材料材料的使用量与日俱增，但在可预的使用量与日俱增，但在可预见的时期内，仍不会改变这种状况。见的时期内，仍不会改变这种状况。二、金属材料的分类二、金属材料的分类黑色黑色 金属金属有色有色 金属金属金属材料铸铁铸铁 钢钢 工程构件用钢工程构件用钢机器零件用钢机器零件用钢 工具钢工具钢 特殊性能用钢特殊性能用钢(不锈钢及耐热钢不锈钢及耐热钢)轻金属轻金属( (铝铝, ,镁镁, ,钛钛) ) 重金属重金属(铜铜,锌锌,铅铅,镍镍) 贵重金属贵重金属(金金,银银)稀有金属稀有

3、金属(钨钼钒铌钴钨钼钒铌钴) 放射金属放射金属(镭铀钍镭铀钍)结构金属材料结构金属材料 功能金属材料功能金属材料三、金属结构材料的应用情况三、金属结构材料的应用情况(1)(1)1.从总产量来看，从总产量来看，钢铁材料的产量占绝对优势，钢铁材料的产量占绝对优势，占世界金属总产量的占世界金属总产量的95，而且有许多良好的而且有许多良好的性能，能满足大多数条件下的应用，价格低廉。性能，能满足大多数条件下的应用，价格低廉。 2.在世界金属矿储量中，铁矿资源虽然比较丰富在世界金属矿储量中，铁矿资源虽然比较丰富和集中，但就世界地壳中金属矿产储量来讲，和集中，但就世界地壳中金属矿产储量来讲，则非铁金属矿储量

4、大于铁矿储量，如则非铁金属矿储量大于铁矿储量，如铁只占铁只占5.1，而非铁金属中铝为，而非铁金属中铝为8.8镁为镁为2.1，钛为钛为0.6。3. 非铁金属非铁金属冶炼较困难冶炼较困难，所需能源消耗大，因，所需能源消耗大，因而生产成本高，限制了生产总量的增长。而生产成本高，限制了生产总量的增长。 4.非铁金属所创造的价值高，并且它有钢铁所非铁金属所创造的价值高，并且它有钢铁所不具备的不具备的特殊性能特殊性能，例如比强度高，耐低温、，例如比强度高，耐低温、耐腐蚀等，因而非铁金属产量仍在迅速增长。耐腐蚀等，因而非铁金属产量仍在迅速增长。 三、金属结构材料的应用情况三、金属结构材料的应用情况(2)(2

5、)四、金属材料发展的历史四、金属材料发展的历史(1)1.公元前公元前3800年，年，出现人工冶炼的出现人工冶炼的铜器铜器，我国在，我国在公公元前元前3000年年出现出现锡青铜锡青铜甘肃东乡马家窑文化的甘肃东乡马家窑文化的青铜刀（含青铜刀（含610Sn）。商、周时期是中国）。商、周时期是中国青铜器的鼎盛时期。青铜器的鼎盛时期。 2.自自公元前公元前12世纪世纪起起铁器铁器在地中海东岸地区使用日在地中海东岸地区使用日广。到公元前广。到公元前10世纪，铁工具比青铜工具应用更世纪，铁工具比青铜工具应用更普遍。公元前普遍。公元前8世纪到公元前世纪到公元前7世纪，北非和欧洲世纪，北非和欧洲相继进入铁器时代

6、。相继进入铁器时代。3. 中国古代中国古代钢铁及非铁金属钢铁及非铁金属的生产技术和热的生产技术和热处理技术，在明末科学家宋应星所著处理技术，在明末科学家宋应星所著天天工开物工开物中有详细的阐述。中有详细的阐述。4.现代冶金技术现代冶金技术的发展自的发展自19世纪中叶世纪中叶的转炉的转炉炼钢和平炉炼钢开始。炼钢和平炉炼钢开始。19世纪末的电弧炉世纪末的电弧炉炼钢和炼钢和20世纪中叶的氧气顶吹转炉炼钢及世纪中叶的氧气顶吹转炉炼钢及炉外精炼技术，使炉外精炼技术，使钢铁钢铁工业实现了现代化。工业实现了现代化。四、金属材料发展的历史四、金属材料发展的历史(2)5.在在非铁金属冶金非铁金属冶金方面，方面，

7、19世纪世纪80年代年代发电发电机的发明，使电解法提纯铜的工业方法得机的发明，使电解法提纯铜的工业方法得以实现，开创了电冶金新领域；同时，用以实现，开创了电冶金新领域；同时，用熔盐电解法将氧化铝加入熔融冰晶石，电熔盐电解法将氧化铝加入熔融冰晶石，电解得到廉价的铝，使解得到廉价的铝，使铝铝成为仅次于铁的第成为仅次于铁的第二大金属；二大金属；20世纪世纪40年代，年代，用镁作还原剂用镁作还原剂从四氯化钛制得纯钛，并使真空熔炼加工从四氯化钛制得纯钛，并使真空熔炼加工等技术逐步成熟后，等技术逐步成熟后，钛及钛合金钛及钛合金的广泛应的广泛应用得以实现。同时，其他非铁金属也陆续用得以实现。同时，其他非铁金

8、属也陆续实现工业化生产。实现工业化生产。 四、金属材料发展的历史四、金属材料发展的历史(3)6. 19世纪末世纪末，出现了，出现了新型的合金钢如高速工新型的合金钢如高速工具钢、高锰钢、镍钢和铬不锈钢，具钢、高锰钢、镍钢和铬不锈钢，并在并在20世纪发展为门类众多的合金钢体系。与此世纪发展为门类众多的合金钢体系。与此同时，铝合合、镁合金、铜合金、钛合金同时，铝合合、镁合金、铜合金、钛合金和难熔金属及合金等也先后形成工业规模和难熔金属及合金等也先后形成工业规模生产。生产。 7. 20世纪中叶，新金属材料世纪中叶，新金属材料研究发展迅猛。研究发展迅猛。如如非晶态合金、金属基复合材料、金属间非晶态合金、

9、金属基复合材料、金属间化合物结构材料、金属纳米材料化合物结构材料、金属纳米材料等。等。四、金属材料发展的历史四、金属材料发展的历史(4)五、金属材料的发展热点五、金属材料的发展热点1继续重视高性能的新型金属材料继续重视高性能的新型金属材料 l具有高强度、高韧性、耐高、低温、抗腐蚀等性能。具有高强度、高韧性、耐高、低温、抗腐蚀等性能。 2非晶（亚稳态）材料日益受到重视非晶（亚稳态）材料日益受到重视 l非晶态或亚稳态合金材料、金属纳米材料。非晶态或亚稳态合金材料、金属纳米材料。 3特殊条件下应用的金属材料特殊条件下应用的金属材料 l低温、高压、高温、外场以及辐照条件材料的结构、组低温、高压、高温、

10、外场以及辐照条件材料的结构、组织和性能的研究。织和性能的研究。 4材料的设计及选用科学化材料的设计及选用科学化 l按照指定的性能对材料进行结构、成分的科学设计。按照指定的性能对材料进行结构、成分的科学设计。六、关于本课程六、关于本课程(1)1. 本课程的目的本课程的目的是讲授金属结构材料的物理冶是讲授金属结构材料的物理冶金问题，使学生掌握金属及合金中的化学成金问题，使学生掌握金属及合金中的化学成分、组织结构、生产过程、环境对金属材料分、组织结构、生产过程、环境对金属材料各种性能的影响的基本规律；各种性能的影响的基本规律； 掌握常用金属材料的化学成分设计、生产、掌握常用金属材料的化学成分设计、生

11、产、热处理和使用中的问题。热处理和使用中的问题。2.本课程的主要内容本课程的主要内容 金属材料的合金化基础理论金属材料的合金化基础理论碳钢、合金钢碳钢、合金钢铸铁铸铁有色金属及合金有色金属及合金六、关于本课程六、关于本课程(2)3. 学习要求学习要求掌握金属材料合金化原理、合金元素对钢相变、掌握金属材料合金化原理、合金元素对钢相变、组织、性能影响的一般规律。组织、性能影响的一般规律。 掌握常用钢、铸铁、高温合金、有色金属等材料掌握常用钢、铸铁、高温合金、有色金属等材料的牌号、成分、热处理规范、组织、力学性能和的牌号、成分、热处理规范、组织、力学性能和用途。用途。能够根据工程构件、机器零件（或工

12、具）的服役能够根据工程构件、机器零件（或工具）的服役条件，合理选用材料，确定热处理工艺等。条件，合理选用材料，确定热处理工艺等。能对产品质量作初步分析，提出消除或预防热处能对产品质量作初步分析，提出消除或预防热处理缺陷的措施。理缺陷的措施。六、关于本课程六、关于本课程(3)4.成绩考核方式成绩考核方式 期末试卷期末试卷 （80%）+ 平时综合（平时综合（20%）5.教材与参考书教材与参考书吴承建、陈国良、强文江编著。吴承建、陈国良、强文江编著。金属材金属材料学料学，北京：冶金工业出版社，北京：冶金工业出版社，2000。 王笑天主编。金属材料学，北京：机械工王笑天主编。金属材料学，北京：机械工业

13、出版社，业出版社，1987。 王晓敏主编。工程材料学，北京：机械工王晓敏主编。工程材料学，北京：机械工业出版社，业出版社，1999。六、关于本课程六、关于本课程(4)第一单元第一单元 金属材料与机械产品制造过程简介金属材料的基本概念金属材料的基本概念 金属材料是由金属元素或以金属元素金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的并具有金属特性的工程为主要材料构成的并具有金属特性的工程材料。材料。金属材料纯纯 金金 属属 合合 金金金属材料的分类金属材料的分类金属材料黑色黑色 金属金属有色有色 金属金属非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢 合金钢合金钢 铸铁铸铁滑动轴承合金滑动轴承合金 钛及钛合金

14、钛及钛合金其他非铁合金其他非铁合金 铜及铜及铜铜合金合金铝铝及及铝铝合金合金Steelmaking flowlines Steel Finishing flowlines 机械产品的制造过程机械产品的制造过程使用制 造设 计机械产品加工工艺铸造铸造压力加工压力加工 焊接焊接 粉末冶金粉末冶金切削加工切削加工特种加工特种加工熔焊熔焊压焊压焊钎焊钎焊金属材料的性能金属材料的性能力力学学性性能能物物理理性性能能化化学学性性能能化化学学性性能能第二单元金属材料的性能金属材料的性能力学性能力学性能 力学性能 指金属在力的作用指金属在力的作用下所显示出的与弹性和非弹性反下所显示出的与弹性和非弹性反应相关或

15、涉及应力应相关或涉及应力-应变关系的应变关系的性能，如弹性、强度、硬度、塑性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等性、韧性等强度与塑性强度与塑性材料的拉伸曲线材料的拉伸曲线1、oe段：段：直线、弹性变性直线、弹性变性2、es段：段：曲线、弹性变形曲线、弹性变形+塑性变形塑性变形3、s s段：段：水平线（略有波动）明显的塑水平线（略有波动）明显的塑 性变形屈服现象，作用的力基本不变，试性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。样连续伸长。4、sb曲线：曲线：弹性变形弹性变形+均匀塑性变形。均匀塑性变形。5、b点：点：出现缩颈现象，即试样局部截面出现缩颈现象，即试样局部截面 明显缩小试样承载能

16、力降低，拉伸力达到明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。最大值，试样即将断裂。强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。强度的指标强度的指标2 2、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。1 1、屈服点、屈服点Rm = F Fm m/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力R RR Rm m时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。Rm常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 符号：符号：

17、Re 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力R Re e= = F Fs s/S/S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm）塑性指标塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。后伸长率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率 A A2 2、断面收缩率、断面收缩率 Z Z指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项

18、处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。A=(L=(Lu u-Lo)/Lo x 100%-Lo)/Lo x 100%Lu:Lu:拉断拉伸试样对接后测出的标距长度拉断拉伸试样对接后测出的标距长度Lo:Lo:拉伸试样的原始标距拉伸试样的原始标距Z=(So-Su)/So x 100%Z=(So-Su)/So x 100%So: :拉伸试样原横截面积。拉伸试样原横截面积。S Su u: :拉伸试样断口处的横截面积拉伸试样断口处的横截面积硬度引言：引言：1 1、定义定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。：指材料局部表面抵抗塑性变

19、形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。有关。2 2、硬度的测试方法硬度的测试方法 布氏硬度布氏硬度 洛氏硬度洛氏硬度 维氏硬度维氏硬度 肖氏硬度肖氏硬度1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以

20、计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。示。 如：120HBS 500HBW4 4、测量范围测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. .布氏硬度布氏硬度布氏硬度布氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效率低测量费时，效率低1 1、

21、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料. .洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬

22、度3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用夹角为用夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度

23、表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、测量范围测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。维氏硬度维氏硬度维氏硬度维氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成品与薄件可测成品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。常用一次摆锤冲击弯曲，试验来测定金属材料的冲击韧性。u冲击试样u冲击试样的原理及方法：冲击韧度越大， 表示材料的冲击韧性越好。u小能量多次

24、冲击试验疲劳强度 疲劳概念：在交变应力作用下，零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形，断裂前没有预 兆，而是突然破坏；引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。疲劳破坏的特征疲劳曲线是指交变应力与循环次数的关系曲线。疲劳曲线和疲劳极限物理性能密度熔点导热性导电性热膨胀性磁性化学性能耐蚀性抗氧化性化学稳定性金属的工艺性能金属的工艺性能工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的应能力。金属（材料）及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。1、流动性：熔融金属的流

25、动能力称为流动性。主要受金属化学成份和浇注温度等的影响。2、收缩性：铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为引缩性。3、偏析倾向：金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。铸造性能：锻造性能：用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。铸铁不能锻压 。焊接性能：大量接性能是指金属材料对焊接加工的适应性。切削加性能：切削加工（性能）金属材料的难易程度称为切削加工性能。第三单元金属的晶体结构与结晶晶体与非晶体晶体与非晶体非晶体：非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状 况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、树脂等。晶体：晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质，金属的固态、金刚

26、石、明矾晶体等。性能：性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性，非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。一、金属材料的晶体结构晶格和晶胞：表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶格。能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为晶胞。晶面和晶向：在晶体中由一系列原子组成的平面，秋为晶面。通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的一定方向，称为晶向 晶体结构的概念体心立方晶格：它的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中心。如：铬（Cr）、钒（V）、钨（W）、钼（Mo）及-Fe面心立方晶格：它的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶角上和立方体六个面的中心。 如：铝（Al

27、）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及-Fe密排六方晶格：它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列在柱体的每个顶角上和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内。属于这种晶格类型的金属有镁（Mg）、铍（Be）、镉（Cd）、及锌（Zn）等。金属晶格的类型金属材料的实际晶体结构金属材料的实际晶体结构点缺陷点缺陷 晶体中呈点状的缺陷，即在三维晶体中呈点状的缺陷，即在三维空间上尺寸都很小的晶体缺陷空间上尺寸都很小的晶体缺陷线缺陷线缺陷 三维空间的两个方向上尺寸很小三维空间的两个方向上尺寸很小的晶体缺陷的晶体缺陷面缺陷面缺陷 在二维方向上尺寸很大，在第三在二维方向上尺寸很大，在第三个方向上尺寸很小，呈面状分

28、布的缺陷个方向上尺寸很小，呈面状分布的缺陷 金属由原子不规则排列的金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排液体转变为原子规则排列的固体的过程称为结列的固体的过程称为结晶。晶。纯金属的冷却曲线及过冷纯金属的冷却曲线及过冷度。度。用热分析法进行研究用热分析法进行研究 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线(理论理论) 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线(实际实际)二二、纯纯金金属属的的结结晶晶纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程结晶结晶结束结束晶核晶核长长 大大形形 核核 与与晶晶 核核 长长 大大形形 核核溶溶 液液u晶粒大小对金属材料力学性能的影响晶粒大小对金属材料力学性能的影响u控制晶粒大小的方法控制

29、晶粒大小的方法（1）加快液态金属材料的冷却速度；）加快液态金属材料的冷却速度；（2）变质处理）变质处理（3）采用机械振动、超声波振动和电）采用机械振动、超声波振动和电磁振动等；磁振动等；金属材料结晶后晶粒的控制金属材料结晶后晶粒的控制三、金属的同素异构转变三、金属的同素异构转变金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为象称为同素异构转变同素异构转变。具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用属的同素异构晶

30、体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母希腊字母，等表示等表示同素异构转变是由晶核的形成同素异构转变是由晶核的形成与晶核的长大两个基本过程完成，与晶核的长大两个基本过程完成，新晶核在原晶界处生成新晶核在原晶界处生成同素异构转变有过冷（过热）同素异构转变有过冷（过热）现象，并且转变时具有较大的过现象，并且转变时具有较大的过冷度冷度同素异构转变过程中，有相变同素异构转变过程中，有相变潜热产生，在冷却曲线上出现水潜热产生，在冷却曲线上出现水平线段，但这种转变在固态下进平线段，但这种转变在固态下进行的，它与液体结晶相比具有不行的，它与液体结晶相比具有不同之处同之处同素异构转变时常伴有金属材同素

31、异构转变时常伴有金属材料体积的变化料体积的变化四、合金的相结构四、合金的相结构u组元组元u合金系合金系u相相u组织组织基本概念基本概念合金的相结构合金的相结构固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体金属氧化物金属氧化物机械混合物机械混合物五、合金的结晶五、合金的结晶1.合金的结晶过程合金的结晶过程2.合金结晶冷却曲线合金结晶冷却曲线形成单相固溶体的结晶冷却曲线形成单相固溶体的结晶冷却曲线形成单相混合物或共晶体的结晶冷形成单相混合物或共晶体的结晶冷却曲线却曲线形成机械混合物的冷却曲线形成机械混合物的冷却曲线六、金属材料铸锭组织特征六、金属材料铸锭组织特征1.铸锭的组织结构铸锭的组织结

32、构表面细晶粒区表面细晶粒区柱状晶粒区柱状晶粒区等轴晶粒区等轴晶粒区2.定向结晶和单晶定向结晶和单晶七、金属材料塑性变形与再结晶七、金属材料塑性变形与再结晶金属材料塑性变形金属材料塑性变形塑性变形实质塑性变形实质冷变形强化冷变形强化回复回复再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大八、金属材料焊接接头组织八、金属材料焊接接头组织焊缝焊缝熔合区熔合区热影响区热影响区过热区过热区正火区正火区部分相变区部分相变区铁素体铁素体概念概念：碳溶解在：碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体中形成的间隙固溶体称为铁素体。称为铁素体。符号符号：F， 体心立方晶格体心立方晶格溶解能力溶解能力：溶解度很小，在：溶解度很小，在727时，时

33、，碳在碳在-Fe中的最大溶碳量为中的最大溶碳量为0.0218%，随温度的降低逐渐减小。随温度的降低逐渐减小。性能性能：由于铁素体的含碳量低，所以：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的性能与纯铁相似。即有良好铁素体的性能与纯铁相似。即有良好的塑性和韧性，强度和硬较低。的塑性和韧性，强度和硬较低。铁铁碳碳合合金金相相图图第第四四单单元元奥氏体奥氏体概念概念：碳溶解在：碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体称中形成的间隙固溶体称为奥氏体。为奥氏体。符号符号：A， 面心立方晶格面心立方晶格溶碳能力溶碳能力：较强。在：较强。在1148时时可溶可溶C 为为2.11%，在，在727时，时，可溶可溶C为为0.77%。性

34、能性能：强度、硬度不高，具有：强度、硬度不高，具有良好的塑性，是绝大多数钢在良好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造和扎制时所要求高温进行锻造和扎制时所要求的组织。的组织。珠光体珠光体概念概念：是铁素体与碳光体的混合物：是铁素体与碳光体的混合物符号符号： P ，是铁素体和渗碳体片层相间，交替排，是铁素体和渗碳体片层相间，交替排列。列。溶碳能力溶碳能力：在：在727时，时，C=0.77%性能特点性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。较高，硬度适中，具有一定的塑性。莱氏体莱氏体概念概念：是含碳量为：是含碳量为4.3%的液态铁碳合金

35、在的液态铁碳合金在11480C时从液体上中间结晶出的奥氏体和渗碳体时从液体上中间结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。的混合物。符号符号：Ld（高温莱氏体，温度（高温莱氏体，温度727）由于奥）由于奥氏体在氏体在727时转变为珠光体，所以在室温下的莱时转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成叫低温莱氏体。氏体由珠光体和渗碳体组成叫低温莱氏体。Ld表表示示溶碳能力溶碳能力：C=4.3%性能特点性能特点：硬度很高，塑性很差。：硬度很高，塑性很差。珠光体珠光体概念概念：是铁素体与碳光体的混合物：是铁素体与碳光体的混合物符号符号： P ，是铁素体和渗碳体片层相间，交替排，是铁素体和渗碳体片层相

36、间，交替排列。列。溶碳能力溶碳能力：在：在727时，时，C=0.77%性能特点性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度较：取决于铁素体和渗碳体的性能，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性高，硬度适中，具有一定的塑性 二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图铁碳合金的分类铁碳合金的分类 钢钢：0.0218%C2.11%的铁碳合的铁碳合金金亚共析钢：亚共析钢：0.0718%C0.77%共析钢：共析钢：C=0.77%过共析钢：过共析钢：0.77%C2.11%白口铸铁白口铸铁：2.11%C6.69%亚共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁：2.11%C4.3%共晶白口铸铁：共晶白口铸铁：C=4.3%过晶白口铸铁：过晶白

37、口铸铁：4.3%C6.69%四、铁碳合金相图的应用四、铁碳合金相图的应用选材方面选材方面铸造方面铸造方面压力加工方面压力加工方面热处理方面热处理方面焊接方面焊接方面第五单元第五单元非非合合金金钢钢一、硅一、硅1、来源：炼钢后期作脱氧剂带入；、来源：炼钢后期作脱氧剂带入；2、对钢的性能影响：提高钢的强度、硬度；、对钢的性能影响：提高钢的强度、硬度；3、是钢中的有益元素。、是钢中的有益元素。二、锰二、锰1、来源：炼钢脱氧剂。、来源：炼钢脱氧剂。2、对钢的性能影响：提高钢的强度与硬度。、对钢的性能影响：提高钢的强度与硬度。3、是钢中的有益元素、是钢中的有益元素 三、硫三、硫1、来源：生铁带入；、来源

38、：生铁带入；2、对钢的性能影响：对钢造成热脆性；、对钢的性能影响：对钢造成热脆性；3、是钢中的有害元素。、是钢中的有害元素。四、磷四、磷1、来源：生铁带入；、来源：生铁带入；2、对钢的性能影响，对钢造成冷脆性；、对钢的性能影响，对钢造成冷脆性；3、是钢中的有害元素。、是钢中的有害元素。二、非合金钢的分类二、非合金钢的分类按钢的含碳量分类：按钢的含碳量分类：1、低碳钢：、低碳钢：C0.25%2、 中碳钢：中碳钢：0.25%C0.6%3、高碳钢：、高碳钢：C0.6%二、按钢的质量分类：二、按钢的质量分类：1、普通钢：、普通钢：S0.05%，P0.045%2、优质钢：、优质钢：S0.035%，P0.

39、035%3、高级优质钢：、高级优质钢：S0.025%，P0.025%三、按钢的用途分类：三、按钢的用途分类：1、结构钢：主要用于制造各、结构钢：主要用于制造各种机械零件和工程构件。种机械零件和工程构件。C0.7%2、工具钢：主要用于制造各、工具钢：主要用于制造各种刀具、模具和量具。其含碳种刀具、模具和量具。其含碳量大于量大于0.70%三、非合金钢钢的牌号及用途三、非合金钢钢的牌号及用途牌号：牌号：Q屈服点数值，质量等屈服点数值，质量等级符号和脱氧方法符号；级符号和脱氧方法符号；性能：一般；性能：一般；应用：厂房、桥梁、船舶、铆应用：厂房、桥梁、船舶、铆钉、螺钉、螺母等。钉、螺钉、螺母等。例如：

40、例如：Q235-AF：表示屈服点为：表示屈服点为235Mpa的的A级沸腾钢级沸腾钢 一、优质碳素结构钢：一、优质碳素结构钢：牌号：用两位数字表示钢中平均含碳量的十分之几。牌号：用两位数字表示钢中平均含碳量的十分之几。分类：分类：1）、）、0825钢，属于低碳钢钢，属于低碳钢 性能：强度、硬度较低、塑性、韧性及焊接性良好；性能：强度、硬度较低、塑性、韧性及焊接性良好； 用途：冲压件、焊接结构件及渗碳件用途：冲压件、焊接结构件及渗碳件 如：深如：深冲器件、压力容器等。冲器件、压力容器等。2）、）、3055钢钢 属于中碳钢属于中碳钢 性能：较高的强度和硬度，是塑性和韧性随含性能：较高的强度和硬度，是

41、塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低。碳量的增加而逐步降低。 用途：制作受力较大的机械零件。用途：制作受力较大的机械零件。 如：连如：连杆、曲轴、齿轮等杆、曲轴、齿轮等3）、）、60钢以上钢以上 属于高碳钢。属于高碳钢。性能：有较高的强度、硬度和弹性；性能：有较高的强度、硬度和弹性；用途：制造较高强度、耐磨性和弹性的零件用途：制造较高强度、耐磨性和弹性的零件 如：气如：气门弹簧、弹簧垫圈等门弹簧、弹簧垫圈等碳素工具钢：碳素工具钢：牌号：牌号：T+数字（平均含碳数字（平均含碳量的千分数）量的千分数） 如：如：T12A：表示平均含碳：表示平均含碳量为量为1.2%的高效优质碳素工具的高效优质碳素工具钢

42、。钢。T7T8：钻头、模具等：钻头、模具等T9T10：丝锥、板牙等：丝锥、板牙等T11T13：锉刀、削刀等：锉刀、削刀等铸造碳钢：铸造碳钢：牌号：牌号：ZG+数字数字数字数字第一组数字：屈服点第一组数字：屈服点第二组数字：抗拉强度值第二组数字：抗拉强度值如：如：ZG270500，应用：制造形状复杂力学性能要应用：制造形状复杂力学性能要求较高的机械零件。求较高的机械零件。第六单元第六单元钢材的热处理钢材的热处理一、热处理：一、热处理：热处理热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。冷却以获得所需要

43、的组织结构与性能的工艺。热处理的目的：热处理的目的：提高零件的使用性能；提高零件的使用性能；充分发挥钢材的潜力；充分发挥钢材的潜力；延长零件的使用寿面；延长零件的使用寿面；改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。钢的热处理方法：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五钢的热处理方法：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。种。热处理使钢性能发生变化的原因：热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了由于铁有同素异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。组织与结构变化。二、钢在加热时

44、的组织转变二、钢在加热时的组织转变钢的奥氏体化钢的奥氏体化奥氏体晶核的形成及长大；奥氏体晶核的形成及长大；残余渗碳件的溶解；残余渗碳件的溶解；奥氏体的均匀化；奥氏体的均匀化；在热处理工艺中，钢保温的目的是：在热处理工艺中，钢保温的目的是：、为了使工件热透；、为了使工件热透；、使组织转变完全；、使组织转变完全；、使奥氏体成分均匀。、使奥氏体成分均匀。奥氏体晶粒的长大：奥氏体晶粒的长大：加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大三、钢材在冷却时的组织转变三、钢材在冷却时的组织转变过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变等温转变图的建立等温转变图的建立过冷奥

45、氏体等温转变产物的组织和性能过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能珠光体转变：珠光体转变：温度：温度：A15500C珠光体珠光体 HRCA16500C珠光体珠光体P 256500C6000C索氏体索氏体S 25356000C5500C屈氏体屈氏体T 3540贝氏体型转变：贝氏体型转变：5500CMs贝氏体贝氏体B 40455500C3500C上贝氏体上贝氏体B上上 3500CMs下贝氏体下贝氏体B下下 4555 马氏体转变马氏体转变碳在碳在Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号M表表示，体心正方晶格。示，体心正方晶格。马氏体转变的特点：马氏体转变的特点：转变温

46、度：转变温度：MsMf转变速度极快；转变速度极快；转变体积发生膨胀；转变体积发生膨胀；转变不彻底。转变不彻底。性能特点：针状马氏体：硬度高、脆性大；板条马氏体：性能特点：针状马氏体：硬度高、脆性大；板条马氏体：强度、韧性较好强度、韧性较好马氏体的硬度主要取决于含碳量。马氏体的硬度主要取决于含碳量。过冷奥氏体等温度转变图的应用。过冷奥氏体等温度转变图的应用。在等温转变图上估计连续冷却转变产物，确定马氏体临界在等温转变图上估计连续冷却转变产物，确定马氏体临界冷却速度冷却速度 四、退火与正火四、退火与正火退火退火概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓

47、慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。退火。退火的主要目的是：降低钢的硬度，提高塑性，退火的主要目的是：降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；细化晶粒，均匀以利于切削加工及冷变形加工；细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织上的准备；消除钢中的残余内应力，以理作组织上的准备；消除钢中的残余内应力，以防止变形帮开裂。防止变形帮开裂。退火的方法：退火的方法：完全退火：完全退火：完全退火是将钢加热到完全奥氏体（完全退火是将钢加热到完全奥氏体（Ac3以上以上30500C），）

48、，随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。应用：中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热应用：中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。轧型材等。球化退火：球化退火是将钢加热到球化退火：球化退火是将钢加热到AC1以上以上20300C，保温一定得时间，以不大于，保温一定得时间，以不大于500C/H得冷却速度随得冷却速度随炉冷却，使钢终碳化物呈球状得工艺方法。应用：适炉冷却，使钢终碳化物呈球状得工艺方法。应用：适用于共析钢及过共析钢。如碳素工具钢，合金工具钢用于共析钢及过共析钢。如碳素工具钢，合金工具钢、轴承钢等。、轴承钢等。去应

49、力退火：去应力退火是将钢加热到略低于去应力退火：去应力退火是将钢加热到略低于A1得温得温度，保温一定时间后缓慢冷却得工艺方法。应用：消度，保温一定时间后缓慢冷却得工艺方法。应用：消除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内应力。应力。正火正火1、正火概念：将钢加热到、正火概念：将钢加热到Ac3或或Accm以上以上30-500C，保温适当的时间，在空气中冷，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退火的目的基本相同，却的工艺方法。正火退火的目的基本相同，2、正火主要用于如下场合：、正火主要用于如下场合：善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；善低碳

50、钢和低碳合金钢的切削加工性；正火可细化晶粒；正火可细化晶粒；消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备；力学性能，并为球化退火作组织准备；代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。五、淬火五、淬火1、概念：将钢加热到、概念：将钢加热到Ac3或或Ac1以上某一温度，保温一定时间，以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下马贝氏组织的热处理然后以适当速度冷却，获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；工艺称为淬火；2、目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。、目的：主要获得马氏体，提高

51、钢的强度和硬度。工艺：工艺：一、淬火加热温度：一、淬火加热温度：亚共析钢的淬火加热：亚共析钢的淬火加热：Ac3以上以上30500C过共析钢的淬火加热：过共析钢的淬火加热：Ac1以上以上30500C二、淬火冷却介质：油、水、盐水、碱水等。二、淬火冷却介质：油、水、盐水、碱水等。三、淬火方法：三、淬火方法：单液淬火法：碳钢一般用水作冷却介质；合金钢用油作冷却单液淬火法：碳钢一般用水作冷却介质；合金钢用油作冷却介质。介质。双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。马氏体分液淬火；马氏体分液淬火；贝氏体等温淬火。贝氏体等温淬火。4 冷处理冷处理钢的淬透性和淬硬性钢的淬

52、透性和淬硬性淬火缺陷：淬火缺陷：氧化与脱碳氧化与脱碳过热和过烧过热和过烧变形与开裂变形与开裂硬度不定硬度不定六、回火六、回火回火的概念：回火的概念：将钢淬火后，再加热到将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。为回火。回火目的：回火目的：消除内应力；消除内应力；获得所需要的力学性能；获得所需要的力学性能；稳定组织和尺寸稳定组织和尺寸淬火钢在回火时组织与性能的变化淬火钢在回火时组织与性能的变化马氏体分解；马氏体分解；残余奥氏体分解残余奥氏体分解渗碳体的形成渗碳体的形成渗碳体的聚集长大。

53、渗碳体的聚集长大。其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。、硬度下降，而塑性、韧性提高。回火的分类及应用回火的分类及应用低温回火：低温回火： T1=1500C2500C组织：回火马氏体；组织：回火马氏体；性能：具有高硬度，高耐磨性和一定的韧性；性能：具有高硬度，高耐磨性和一定的韧性；应用：刀具、量具、冷冲压模具等应用：刀具、量具、冷冲压模具等中温回火：中温回火：T1=3500C5000C组织：回火托氏体；组织：回火托氏体；应用：刀具、量具、冷冲压模具等应用：刀具、量具、冷冲压模具等性能：具有高的弹性极限、屈服点；性能

54、：具有高的弹性极限、屈服点；应用：弹性零件。应用：弹性零件。高温回火：高温回火：T1=500C6500C组织：回火索氏体；组织：回火索氏体；性能：综合力学性能；性能：综合力学性能；应用：受力结构体。应用：受力结构体。调质：生产中常把淬火及高温回火的复合热处调质：生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。理工艺称为调质。七、表面热处理七、表面热处理 与化学热处理与化学热处理概述：概述：在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面必须在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面必须具

55、有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。这具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。这类零件要进行表面热处理类零件要进行表面热处理常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。表面淬火表面淬火对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火七、表面热处理七、表面热处理 与化学热处理与化学热处理二、化学热处理二、化学热处理分解分解吸收吸收扩散扩散钢的渗碳：钢的渗碳：渗碳件必须用低碳钢或低碳合金钢制造。渗碳件必须用低碳钢或低碳合金钢制造。渗碳件进行热

56、处理，常用淬火后低温回火。渗碳件进行热处理，常用淬火后低温回火。八、热处理新技术八、热处理新技术热处理新技术热处理新技术形变热处理形变热处理真空热处理真空热处理可控气氛热处理可控气氛热处理激光热处理激光热处理电子束淬火电子束淬火第七单元第七单元低合金钢与合金钢低合金钢与合金钢1、合金元素在钢材中的存在形式：合金铁素体、合金元素在钢材中的存在形式：合金铁素体合金碳合金碳化物。化物。2、合金元素对钢材热处理和力学性能的影响：合金元、合金元素对钢材热处理和力学性能的影响：合金元素对钢材的有利作用，主要是通过影响热处理工艺中的素对钢材的有利作用，主要是通过影响热处理工艺中的相变过程显示出来。相变过程显

57、示出来。（1）对钢材加热转变的影响。）对钢材加热转变的影响。（2）对钢材回火转变产生影响：提高钢材的耐回火性；）对钢材回火转变产生影响：提高钢材的耐回火性；产生二次硬化。产生二次硬化。1形成铁基固溶体形成铁基固溶体 （1）形成铁基置换固溶体形成铁基置换固溶体Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可与等元素可与Fe形成无限固溶体。形成无限固溶体。其中其中Ni、Co和和Mn形成以形成以-Fe为基的无限固溶体，为基的无限固溶体，Cr和和V形成以形成以-Fe为基的无限固溶体。为基的无限固溶体。 Mo和和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如只能形成较宽溶解度的有限固溶体。如-Fe(Mo)和和-Fe(W)等。等

58、。 Ti、Nb、Ta只能形成具有较窄溶解度的有限固溶体；只能形成具有较窄溶解度的有限固溶体；Zr、Hf、Pb在在Fe具有很小的溶解度。具有很小的溶解度。 一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（1 ） A 0 H A A A A A A He Li Be B C N O F Ne Na Mg B B B B B B B B Al Si P S Cl Ar K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Pb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf T

59、a W Re Os Ir Pt Au Hg Tl PbBi Po At Rn 元素周期表元素周期表（2）形成铁基间隙固溶体形成铁基间隙固溶体对对-Fe，间间隙隙原原子子优优先先占占据据的的位位置置是是八八面面体体间隙。间隙。 对对-Fe，间间隙隙原原子子优优先先占占据据的的位位置置是是八八面面体体或四面体间隙。或四面体间隙。 间间隙隙原原子子的的溶溶解解度度随随间间隙隙原原子子尺尺寸寸的的减减小小而而增加，即按增加，即按B、C、N、O、H的顺序而增加。的顺序而增加。一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（2 ） 2形成合金渗碳体形成合金渗碳体（1）合金渗碳体（碳化物）合金渗碳体（碳化物

60、） 、氮化物和碳、氮、氮化物和碳、氮化物间隙化合物相，是钢中的基本强化相。化物间隙化合物相，是钢中的基本强化相。 （2）过渡族金属与碳、氮的亲和力、碳化物和）过渡族金属与碳、氮的亲和力、碳化物和氮化物的强度（或稳定性）按下列规律递减：氮化物的强度（或稳定性）按下列规律递减： Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（3） 其中：其中： n、族金属的碳化物与氮化物具有族金属的碳化物与氮化物具有简单的简单的点阵结构点阵结构，如，如TiC、VC、TiN、TaC等；等； n、金属的碳化物与氮化物具有金属的碳化物与氮化物具有复复杂的点阵结

61、构杂的点阵结构，如，如Cr7C3、Cr23C6、W2C、Mo2C、(W、Mo、Fe)6C等。等。 n在钢中，铁的碳化物与合金碳化物相比，是在钢中，铁的碳化物与合金碳化物相比，是最不稳定的。渗碳体中最不稳定的。渗碳体中Fe的原子可以被若干的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如合金元素的原子所取代。如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)23C等。等。 一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（4） 3形成金属间化合物形成金属间化合物 （1）金属化合物的类型通常分为正常价化合物、）金属化合物的类型通常分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三类。金属间化合电子化合物及间隙化合物三类。金属间化合

62、物通常仅指电子化合物。物通常仅指电子化合物。 （2）在奥氏体不锈钢、马氏体时效钢及许多高）在奥氏体不锈钢、马氏体时效钢及许多高温合金中较为重要的金属间化合物是温合金中较为重要的金属间化合物是(Cr46Fe54)、(TiFe2)、(Cr21Mo17Fe62)、 (Co7Mo6)、 P(Cr18Ni40Mo42)、R(Cr18Co51Mo31)、 Ni3(Al,Ti)、Ni3(Al,Nb)、(TiAl3)、(TiAl)、 NiAl、NiTi、FeAl、2(Ti3Al)等。等。 一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（5） 4形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相形成非金属相（非碳化合物）及非

63、晶体相 （1）钢中的非金属相有：）钢中的非金属相有：FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgOAl2O3、MnOAl2O3、MnS、FeS、2MnOSiO2、CaOSiO2等。非金属等。非金属夹杂物一般都是有害的。夹杂物一般都是有害的。 （2）AlN和一些稀土氧化物弥散质点可用来强化钢和一些稀土氧化物弥散质点可用来强化钢或其它有色金属合金。或其它有色金属合金。 （3）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某些金属或合金形成非晶体相结构。钢中非晶体相些金属或合金形成非晶体相结构。钢中非晶体相的作用目前仍缺乏较详细的实验和理论依据。的作

64、用目前仍缺乏较详细的实验和理论依据。 一、合金元素的存在形式（一、合金元素的存在形式（6） 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（1 ）1合金元素与铁的相互作用合金元素与铁的相互作用 （1）相稳定化元素（奥氏体形成元素）相稳定化元素（奥氏体形成元素） 使使A3降低，降低，A4升高，在较宽的成分范围内，促使奥升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了氏体形成，即扩大了相区。根据相区。根据Fe-Me相图的不同，相图的不同，可分为：可分为： 开启开启相区相区(无限扩大无限扩大相区相区)； 扩展扩展相区相区(有限扩大有限扩大相区相区

65、)。 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（2）开启开启相区相区(无限扩大无限扩大相区相区)（图图1-1） 这类合金元素主要有这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果加入等。如果加入足够量的足够量的Ni或或Mn，可完全使体心立方的，可完全使体心立方的相从相相从相图上消失，图上消失，相保持到室温，故而由相保持到室温，故而由相区淬火到相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。中常用作获得奥氏体的元素。图图1-1 扩大扩大相区并与相区并与-Fe无限互溶的无限互

66、溶的Fe-Me相图相图(a)及及Fe-Ni相图相图(b)扩展扩展相区相区(有限扩大有限扩大相区相区)（图图1-2） 虽然虽然相区也随合金元素的加入而扩大，但由于相区也随合金元素的加入而扩大，但由于合金元素与合金元素与-Fe和和-Fe均形成有限固溶体，并且均形成有限固溶体，并且也使也使A3（GS线）降低，线）降低，A4（JN线）升高，但最线）升高，但最终不能使终不能使相区完全开启。相区完全开启。 这类合金元素主要有这类合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。等。相区借助相区借助C及及N而扩展，当而扩展，当C含量在含量在02.11%（重（重量）范围内，均可以获得均匀化的固溶体（奥氏量）范围内，均

67、可以获得均匀化的固溶体（奥氏体），这构成了钢的整个热处理的基础体），这构成了钢的整个热处理的基础。 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（3）图图1-2 扩大扩大相区并与相区并与-Fe有限互溶的有限互溶的Fe-Me相图相图(a)及及Fe-C相图相图(b)（2）相稳定化元素（铁素体形成元素）相稳定化元素（铁素体形成元素） 合合金金元元素素使使A4降降低低，A3升升高高，在在较较宽宽的的成成分分范范围围内内，促促使使铁铁素素体体形形成成，即即缩缩小小了了相相区区。根根据据Fe-Me相图的不同，可分为：相图的不同，可分为：封闭封闭相区相区

68、(无限扩大无限扩大相区相区)；缩小缩小相区相区(不能使不能使相区封闭相区封闭)。 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（4）二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（5）封闭封闭相区相区(无限扩大无限扩大相区相区)（图图1-3） 当合金元素达到某一含量时，当合金元素达到某一含量时，A3与与A4重合，其结果使重合，其结果使相相与与相区连成一片。当合金元素超过一定含量时，合金不相区连成一片。当合金元素超过一定含量时，合金不再有再有-相变，与相变，与-Fe形成无限固溶体（这类合金不

69、能用形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。正常的热处理制度）。 这类合金元素有：这类合金元素有：Si、Al 和强碳化物形成元素和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 、P及及Be 等。但应该指出，含等。但应该指出，含Cr 量小于量小于7%时，时，A3 下降；含下降；含Cr 量大于量大于7%时，时，A3 才上升。才上升。二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（6）缩小缩小相区相区(不能使不能使相区封闭相区封闭)合金元素使合金元素使A3 升高，升高，A4 下降，使相区缩小，下降，使相区缩小，但不能使其完全封闭。如图但不能使

70、其完全封闭。如图1-4。这类合金元素有：这类合金元素有：B、Nb、Zr、Ta 等。等。图图1-4 缩小缩小相区的相区的Fe-Me相图相图(a)及及Fe-Nb相图相图(b)2合金元素与碳的相互作用合金元素与碳的相互作用 （1）形成碳化物形成碳化物 l碳化物形成元素：碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。碳化物是钢中主要的强化相。碳等。碳化物是钢中主要的强化相。碳化物形成元素均位于化物形成元素均位于Fe的左侧。的左侧。 l非碳化物形成元素非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等，与碳不能形成碳化物，但可固溶于等，与碳不能形成碳化物，但可固溶于Fe形

71、形成固溶体，或形成其它化合物，如氮化物等。非成固溶体，或形成其它化合物，如氮化物等。非碳化物形成元素均处于周期表碳化物形成元素均处于周期表Fe的右侧。的右侧。二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（7）碳化物的晶体结构：碳化物的晶体结构：l当当rc/rMe 0.59时时，碳与合金元素形成一种复杂碳与合金元素形成一种复杂点阵结构的碳化物。点阵结构的碳化物。Cr、Mn、Fe属于这类元素，属于这类元素，它们形成下列形式的碳化物：它们形成下列形式的碳化物：Cr23C6、Cr7C3、Fe3C。 l当当rc/rMe 0.59时时，形成简单点阵的碳

72、化物（间形成简单点阵的碳化物（间隙相）。隙相）。Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr均属于此均属于此类元素，它们形成的碳化物是：类元素，它们形成的碳化物是：MeX型（型（WC、VC、TiC、NbC、TaC、ZrC）和）和Me2X型（型（W2C、Mo2C、Ta2C）。）。二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（8）碳化物的特性碳化物的特性 ：l硬度大、熔点高（可高达硬度大、熔点高（可高达3000），分解），分解温度高（可达温度高（可达1200）；）； l间隙相碳化物虽然含有间隙相碳化物虽然含有50% 60%的非金的非金属原子，但仍具有明

73、显的金属特性；属原子，但仍具有明显的金属特性； l可以溶入各类金属原子，呈缺位溶入固溶可以溶入各类金属原子，呈缺位溶入固溶体形式，在合金钢中常遇到这类碳化物。体形式，在合金钢中常遇到这类碳化物。如：如：Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C等。等。 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（9）（2）Me对固溶体中碳活度及固溶体中碳活度及扩散系数的影响散系数的影响 合金元素对碳在固溶体中活度的影响合金元素对碳在固溶体中活度的影响主要表主要表现在存在于固溶体中的合金元素，会改变金现在存在于固溶体中的合金元素，会改变金属原子与碳的结合力

74、或结合强度。属原子与碳的结合力或结合强度。 l碳化物形成元素碳化物形成元素增加固溶体中碳与合金元素增加固溶体中碳与合金元素之间的结合力，降低其活度。之间的结合力，降低其活度。 l非碳化物形成元素非碳化物形成元素，相反将，相反将“推开推开”碳原子，碳原子，提高其活动性，即增加碳的活度，同时将出提高其活动性，即增加碳的活度，同时将出现碳从固溶体中析出的倾向。（现碳从固溶体中析出的倾向。（图图1-5） 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（10）在研究碳化物、氮化在研究碳化物、氮化物和碳、氮化合物在物和碳、氮化合物在奥氏体中的溶解和冷奥氏

75、体中的溶解和冷却时它们从固溶体中却时它们从固溶体中的析出，以及热处理的析出，以及热处理过程中元素在各相间过程中元素在各相间的再分配这些问题时，的再分配这些问题时，合金元素对碳在奥氏合金元素对碳在奥氏体中的活度具有很重体中的活度具有很重大的意义。大的意义。 图1-5 合金元素的摩合金元素的摩尔尔原子原子浓度度对 1000时碳在奥氏体中的相碳在奥氏体中的相对活度系数的影响活度系数的影响 的影响的影响 Me对C在在A中的中的扩散激活能和散激活能和扩散系数的影响散系数的影响l碳化物形成元素：碳化物形成元素：如如Cr、Mo和和W等降低等降低C的的活度，即提高了活度，即提高了C在在A中中结合力，因而使合力

76、，因而使扩散散激活能升高激活能升高扩散系数下降。散系数下降。 l非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：如如Ni、Co等提高等提高C的活的活度，即降低了度，即降低了C在在A中的中的结合力，因而使合力，因而使扩散散激活能下降，激活能下降，扩散系数升高。散系数升高。二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（11）图图1-6 合金元素对合金元素对C在奥氏体中的扩散激活能和扩散系数的影响在奥氏体中的扩散激活能和扩散系数的影响 需要指出的是需要指出的是Si是个例外是个例外，它能升高扩，它能升高扩散激活能，降低扩散系数，造成这个例散激活能，降低扩散系数

77、，造成这个例外的原因，则是由于外的原因，则是由于Si虽提高虽提高C的活度，的活度，但同时降低了但同时降低了Fe原子的活动性，即增加原子的活动性，即增加了了Fe在固溶体中的结合能，因而得到与在固溶体中的结合能，因而得到与Ni、Co相反的结果。相反的结果。二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（12）总之，合金元素与碳的相互作用具有重总之，合金元素与碳的相互作用具有重大的实际意义大的实际意义: : 它关系到所形成的碳化物的种类、性质和在它关系到所形成的碳化物的种类、性质和在钢中的分布钢中的分布。而所有这些都会直接影响到钢。而所有这些都会直

78、接影响到钢的性能，如钢的强度、硬度、耐磨性、塑性、的性能，如钢的强度、硬度、耐磨性、塑性、韧性、红硬性和某些特殊性能。同时对钢的韧性、红硬性和某些特殊性能。同时对钢的热处理亦有较大的影响，如奥氏体化温度和热处理亦有较大的影响，如奥氏体化温度和时间，奥氏体晶粒的长大等。时间，奥氏体晶粒的长大等。 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（13）3合金元素对奥氏体层错能的影响合金元素对奥氏体层错能的影响 （1）层错能的概念）层错能的概念：晶体中形成层错时增加：晶体中形成层错时增加的能量。的能量。 （2）奥氏体层错能对钢的组织和性能的影响）奥

79、氏体层错能对钢的组织和性能的影响：一般认为层错能越低，越有利于位错扩展一般认为层错能越低，越有利于位错扩展和形成层错，使滑移困难，导致钢的加工和形成层错，使滑移困难，导致钢的加工硬化趋势增大。硬化趋势增大。二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（14）例如高例如高Mn钢和高钢和高Ni钢都是奥氏体型钢，钢都是奥氏体型钢，但加工硬化趋势相差很大。但加工硬化趋势相差很大。 l高高Ni钢易于变形加工，钢易于变形加工， Ni、Cu和和C等元等元素使奥氏体层错能提高。素使奥氏体层错能提高。 l高高Mn钢则难于变形加工，钢则难于变形加工， Mn、C

80、r、Ru和和Ir则降低奥氏体的层错能。则降低奥氏体的层错能。 二、合金元素与铁和碳的相互作用二、合金元素与铁和碳的相互作用及其对及其对层错能的影响（层错能的影响（15）三、合金元素对三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响（相图的影响（1）1合金元素对奥氏体、铁素体区存在范围的合金元素对奥氏体、铁素体区存在范围的影响影响 扩大扩大相区的合金元素相区的合金元素(如如Ni、Co、Mn等等)均均扩大铁碳相图中奥氏体存在的区域。扩大铁碳相图中奥氏体存在的区域。 l其中完全扩大其中完全扩大相区的合金元素相区的合金元素Ni或或Mn的含的含量较多时，可使钢在室温下得到单相奥氏体量较多时，可使钢在室温下得到单相

81、奥氏体组织，例如组织，例如1Cr18Ni9高镍奥氏体不锈钢和高镍奥氏体不锈钢和ZGMn13高锰耐磨钢等。高锰耐磨钢等。图图1-7 （a）合金元素）合金元素Mn对对Fe-Fe3C相图中奥氏体区的影响相图中奥氏体区的影响缩小缩小相区的合金元素相区的合金元素(如如Cr、W、Mo、V、Ti、Si等等)均缩小铁碳相图中奥氏体存在的区域。其均缩小铁碳相图中奥氏体存在的区域。其中完全封闭中完全封闭相区的合金元素（例如相区的合金元素（例如Cr、Ti、Si等）超过一定含量后，可使钢在包括室温在内等）超过一定含量后，可使钢在包括室温在内的广大范围内获得单相铁素体组织，例如的广大范围内获得单相铁素体组织，例如1Cr

82、17Ti高铬铁素体不锈钢等。高铬铁素体不锈钢等。 nCr对对Fe-Fe3C相图中相图中A区的影响如图区的影响如图1-7（b）。）。 三、合金元素对三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响（相图的影响（2）图图1-7 （b）合金元素合金元素Cr对对Fe-Fe3C相图中奥氏体区的影响相图中奥氏体区的影响2合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图共析点相图共析点S的影响的影响 Me对共析转变温度的影响对共析转变温度的影响三、合金元素对三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响（相图的影响（3）l扩大扩大相区的元素相区的元素使使铁碳合金相图的共析铁碳合金相图的共析转变温度下降；转变温度下降； l缩小缩小相区的

83、元素相区的元素使使铁碳合金相图的共析铁碳合金相图的共析转变温度上升。转变温度上升。图图1-8 合金元素对共析温度的影响合金元素对共析温度的影响 Me对共析点（对共析点（S）成分的影响）成分的影响 l几乎所有合金元几乎所有合金元素都使素都使S点（图点（图1-9） 降低，尤其降低，尤其以强碳化物形成以强碳化物形成元素的作用最为元素的作用最为强烈。强烈。共晶点共晶点E的的碳含量碳含量也随合金也随合金元素增加而降低。元素增加而降低。图图1-9 合金元素对共析含碳量的影响合金元素对共析含碳量的影响 三、合金元素对三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响（相图的影响（4）四、合金元素对钢的热处理的影响（四、

84、合金元素对钢的热处理的影响（1） 1Me对钢加热时奥氏体形成过程的影响对钢加热时奥氏体形成过程的影响 合金元素的加入改变了临界点的温度、合金元素的加入改变了临界点的温度、S点点的位置和碳在奥氏体中的溶解度，使奥氏体的位置和碳在奥氏体中的溶解度，使奥氏体形成的温度条件和碳浓度条件发生了变化；形成的温度条件和碳浓度条件发生了变化； 由于奥氏体的形成是一个扩散过程，合金元由于奥氏体的形成是一个扩散过程，合金元素原子不仅本身扩散困难，而且还将影响铁素原子不仅本身扩散困难，而且还将影响铁和碳原子的扩散，从而影响奥氏体化过程。和碳原子的扩散，从而影响奥氏体化过程。 奥氏体形成过程奥氏体形成过程奥氏体的形核

85、奥氏体的形核奥氏体的长大奥氏体的长大渗碳体的溶解渗碳体的溶解奥氏体成分均匀化奥氏体成分均匀化四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（2） （1）Me对奥氏体形成速度的影响对奥氏体形成速度的影响 奥氏体的形成速度取决于奥氏体的形成速度取决于奥氏体晶核的形成和长大奥氏体晶核的形成和长大，两者都与碳的扩散有关。两者都与碳的扩散有关。 l非碳化物形成元素非碳化物形成元素Co和和Ni等提高碳在奥氏体中的等提高碳在奥氏体中的扩散速度，增大奥氏体的形成速度。扩散速度，增大奥氏体的形成速度。Si、Al、Mn等对碳在奥氏体中的扩散速度影响较小，故对奥氏等对碳在奥氏体中的扩散速度影响较小，

86、故对奥氏体的形成速度影响不大。体的形成速度影响不大。 l强碳化物形成元素强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等与碳的亲和等与碳的亲和力较大，显著妨碍碳在奥氏体中的扩散，大大减慢力较大，显著妨碍碳在奥氏体中的扩散，大大减慢了奥氏体的形成速度。了奥氏体的形成速度。 四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（2） 碳化物的分解：碳化物的分解： 奥氏体形成后，还残留有一奥氏体形成后，还残留有一些稳定性各不相同的碳化物。些稳定性各不相同的碳化物。稳定性高的碳稳定性高的碳化物，要求其分解并溶入奥氏体中，必须提化物，要求其分解并溶入奥氏体中，必须提高加热温度高加热温度，甚至超过其平衡临界

87、点几十或，甚至超过其平衡临界点几十或几百度。几百度。 奥氏体的成分均匀化：奥氏体的成分均匀化： 由于碳化物的不断溶由于碳化物的不断溶入，不均匀程度更加严重。要使奥氏体成分入，不均匀程度更加严重。要使奥氏体成分均匀化，碳和合金元素均需扩散。均匀化，碳和合金元素均需扩散。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（3） l由于合金元素的扩散很缓慢，由于合金元素的扩散很缓慢，因此对合金因此对合金钢应采取较高的加热温度和较长的保温时间，钢应采取较高的加热温度和较长的保温时间，以得到比较均匀的奥氏体，从而充分发挥合以得到比较均匀的奥氏体，从而充分发挥合金元素的作用金元素的作用。 l但

88、对需要具有较多未溶碳化物的合金工具但对需要具有较多未溶碳化物的合金工具钢，则不应采用过高的加热温度和过长的保钢，则不应采用过高的加热温度和过长的保温时间温时间。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（4） 图图1-10 碳化物和氮化物在奥氏体中溶解度与温度的关系碳化物和氮化物在奥氏体中溶解度与温度的关系 （2）Me对奥氏体晶粒长大倾向的影响对奥氏体晶粒长大倾向的影响 合金元素形成的碳化物在高温下越稳定，合金元素形成的碳化物在高温下越稳定，越不易溶入奥氏体中，能阻碍晶界长大，越不易溶入奥氏体中，能阻碍晶界长大，显著细化晶粒。显著细化晶粒。按照对晶粒长大作用的影按照对晶粒长

89、大作用的影响，合金元素可分为：响，合金元素可分为： Ti、V、Zr、Nb等强烈阻止奥氏体晶粒长等强烈阻止奥氏体晶粒长大，大，Al在钢中易形成在钢中易形成高熔点高熔点AlN、Al2O3细细质点，也能强烈阻止晶粒长大；质点，也能强烈阻止晶粒长大； W、Mo、Cr等阻碍奥氏体晶粒长大的作等阻碍奥氏体晶粒长大的作用中等；用中等；四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（5） 图图1-11 AlN含量对奥氏体晶粒度的影响含量对奥氏体晶粒度的影响 图图1-12 MnNiMo钢中的钢中的AlN质点质点 （电解萃取碳复型）（电解萃取碳复型）Ni、Si、Cu、Co等阻碍奥氏体晶粒长大的等阻

90、碍奥氏体晶粒长大的作用轻微；作用轻微； Mn、P、B则有助于奥氏体的晶粒长大。则有助于奥氏体的晶粒长大。Mn钢有较强烈的过热倾向，其加热温度不钢有较强烈的过热倾向，其加热温度不应过高，保温时间应较短。应过高，保温时间应较短。 2Me对钢的过冷奥氏体分解转变的影响对钢的过冷奥氏体分解转变的影响 主要表现在合金元素可以使钢的主要表现在合金元素可以使钢的C曲线发生曲线发生显著变化。显著变化。具体可以分为以下几个方面：具体可以分为以下几个方面： （1）对高温转变（）对高温转变（珠光体转变珠光体转变）的影响；）的影响； （2）对中温转变（）对中温转变（贝氏体转变贝氏体转变）的影响；）的影响； （3）对低

91、温转变（）对低温转变（马氏体转变马氏体转变）的影响。）的影响。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（6） 图图1-13 合金元素对奥氏体恒温转变曲线的影响合金元素对奥氏体恒温转变曲线的影响 (a)强碳化物形成元素强碳化物形成元素 (b)中等及弱碳化物形成元素中等及弱碳化物形成元素 (c)非碳化物形成元素非碳化物形成元素 四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（7） （1）对高温转变）对高温转变（珠光体转变）（珠光体转变）的影响的影响 l除除Co外，几乎所有的合金元素使外，几乎所有的合金元素使C曲线右移曲线右移（即增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光

92、体（即增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体型的转变）。型的转变）。C曲线右移的结果，降低了钢曲线右移的结果，降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（8） lMe的加入对钢还有固溶强化的作用的加入对钢还有固溶强化的作用； l合金元素只有当淬火加热溶入奥氏体中合金元素只有当淬火加热溶入奥氏体中时，才能起到提高淬透性的作用时，才能起到提高淬透性的作用。 如果淬火加热温度不高，保温时间较短，如果淬火加热温度不高，保温时间较短，Cr、Mo、W、V等强碳化物未溶解时，等强碳化物未溶解时，非但不能提高淬透性，反

93、而会由于未溶非但不能提高淬透性，反而会由于未溶碳化物粒子能成为珠光体转变的核心，碳化物粒子能成为珠光体转变的核心，使淬透性下降。使淬透性下降。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（9） l两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响要比两单个元素影响的总和强得多，例如响要比两单个元素影响的总和强得多，例如铬锰钢、铬镍钢等。合金钢采用铬锰钢、铬镍钢等。合金钢采用多元少量合多元少量合金化原则金化原则，可最有效地发挥各种合金元素提，可最有效地发挥各种合金元素提高钢的淬透性的作用。高钢的淬透性的作用。 l合金元素的加入推迟珠光体型转变的同时还

94、合金元素的加入推迟珠光体型转变的同时还可在连续冷却过程中得到可在连续冷却过程中得到贝氏体型组织的钢贝氏体型组织的钢。 四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（10） （2）对中温转变（）对中温转变（贝氏体转变贝氏体转变）的影响）的影响 合金元素对贝氏体转变的作用是通过对合金元素对贝氏体转变的作用是通过对转变和碳原子的扩散的影响而起作用。转变和碳原子的扩散的影响而起作用。 l首先表现在对贝氏体转变上限温度首先表现在对贝氏体转变上限温度BS点的影点的影响响。碳、锰、镍、铬、钼、钒、钛等元素都碳、锰、镍、铬、钼、钒、钛等元素都降低降低BS点点，使得在贝氏体和珠光体转变温度，使

95、得在贝氏体和珠光体转变温度之间出现过冷奥氏体的中温稳定区，形成两之间出现过冷奥氏体的中温稳定区，形成两个转变的个转变的C曲线。曲线。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（11） l合金元素还改变贝氏体转变动力学过程合金元素还改变贝氏体转变动力学过程，增长转变孕育期，减慢长大速度增长转变孕育期，减慢长大速度。 l 碳、硅、锰、镍、铬的作用碳、硅、锰、镍、铬的作用较强，较强，钨、钨、钼钼、钒、钛的作用钒、钛的作用较小。较小。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（12 ） 四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（13） 图图

96、1-14 Mn和和Mo对贝氏体转变的影响对贝氏体转变的影响 （图中曲线旁的数字，分别表示（图中曲线旁的数字，分别表示Mn或或Mo的百分含量）的百分含量）（3）对低温转变（）对低温转变（马氏体转变马氏体转变）的影响）的影响 合金元素的作用表现在对马氏体点合金元素的作用表现在对马氏体点MsMf温温度的影响，并影响钢中残留奥氏体含量及马度的影响，并影响钢中残留奥氏体含量及马氏体的精细结构。氏体的精细结构。 l除除Co、Al以外，绝大多数合金元素都使以外，绝大多数合金元素都使Ms和和Mf下降下降（图（图1-15）。）。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（14） 图图1-15

97、 合金元素对合金元素对1.0%C碳钢的影响碳钢的影响 四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（15） lMs和和Mf点的下降，使点的下降，使得室温下将保留更多得室温下将保留更多的残留奥氏体量的残留奥氏体量（图（图1-16）。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（16） 图图1-16 合金元素对合金元素对1.0%C碳钢碳钢1150 淬火后残余奥氏体含量的影响淬火后残余奥氏体含量的影响 u合金钢中高的残余奥氏体含量对钢的性能合金钢中高的残余奥氏体含量对钢的性能产生很大影响产生很大影响残余奥氏体量过高（有时达残余奥氏体量过高（有时达30%-40%）时

98、，钢的硬度降低，疲劳抗力）时，钢的硬度降低，疲劳抗力下降。下降。 u对于奥氏体不锈钢，为了要在室温下或零对于奥氏体不锈钢，为了要在室温下或零温度下（温度下（ Ms点远低于室温或零下）获得稳点远低于室温或零下）获得稳定的单相奥氏体组织，必须加入大量奥氏体定的单相奥氏体组织，必须加入大量奥氏体形成元素。通常是加入镍、锰、铬、碳、氮形成元素。通常是加入镍、锰、铬、碳、氮等元素。等元素。 四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（17） u对于合金结构钢，为了降低残余奥氏体对于合金结构钢，为了降低残余奥氏体量，需要进行附加的处理量，需要进行附加的处理： 冷处理冷处理就是将淬火后的

99、钢件在负温下继续就是将淬火后的钢件在负温下继续冷却，使残余奥氏体转变为马氏体的工冷却，使残余奥氏体转变为马氏体的工艺。如生产上采用干冰与酒精混合可获艺。如生产上采用干冰与酒精混合可获得得-70的低温。的低温。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（18） 多次回火多次回火过程中残余奥氏体发生合金碳化过程中残余奥氏体发生合金碳化物的析出，降低了残余奥氏体中的合金成物的析出，降低了残余奥氏体中的合金成分，使残余奥氏体的分，使残余奥氏体的Ms、Mf点升高，而在点升高，而在回火后的冷却过程中，转变为马氏体或贝回火后的冷却过程中，转变为马氏体或贝氏体（称为二次淬火），从而使残余奥

100、氏氏体（称为二次淬火），从而使残余奥氏体量减少。体量减少。四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（19） l合金元素还影响马氏体的形态和马氏体的亚合金元素还影响马氏体的形态和马氏体的亚结构。结构。 u当当Ms点温度较高时点温度较高时，由于滑移的临界分切应，由于滑移的临界分切应力较低，在力较低，在Ms点以下形成位错结构的马氏体；点以下形成位错结构的马氏体； u在在Ms点温度较低时点温度较低时，孪生分切应力低于滑移，孪生分切应力低于滑移临界分切应力，则马氏体相变以孪生形成孪临界分切应力，则马氏体相变以孪生形成孪晶结构的马氏体。晶结构的马氏体。四、合金元素对钢的热处理的影响（

101、四、合金元素对钢的热处理的影响（2 0） 3合金元素合金元素对淬火钢的回火转变过程的影响对淬火钢的回火转变过程的影响 主要表现在主要表现在提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性，即，即钢对回火时钢对回火时发生软化过程的抵抗能力，使回火过程各个阶段发生软化过程的抵抗能力，使回火过程各个阶段的转变速度大大减慢，将其推向更高的温度的转变速度大大减慢，将其推向更高的温度。具。具体为体为 （1）Me对对马氏体分解马氏体分解的影响的影响 （2）Me对对残余奥氏体残余奥氏体转变的影响转变的影响 （3）Me对对碳化物的形成、聚集和长大碳化物的形成、聚集和长大的影响的影响 （4）Me对对铁素体回复再结晶铁素体回复

102、再结晶的影响的影响 （5）Me对对回火脆性回火脆性的影响的影响 四、合金元素对钢的热处理的影响（四、合金元素对钢的热处理的影响（21） 五、合金元素对钢性能的影响五、合金元素对钢性能的影响 （1 1）加入加入Me的主要目的：的主要目的：使钢具有更优异的使钢具有更优异的力学性能力学性能使用性能使用性能耐腐蚀性、耐热性耐腐蚀性、耐热性强强度度塑塑性性韧韧性性耐耐腐腐蚀蚀性性热热强强性性抗抗氧氧化化性性耐热性耐热性工艺性能工艺性能铸铸造造性性能能锻锻压压性性能能焊焊接接性性能能热热处处理理性性能能切切削削性性能能五、合金元素对钢的性能的影响五、合金元素对钢的性能的影响 （2）合金钢的分类与编号合金钢

103、的分类与编号 一、合金钢的分类一、合金钢的分类1按化学成分分类按化学成分分类（1）按钢中所含合金元素的种类分，）按钢中所含合金元素的种类分，可分为：可分为：锰钢、铬钢、硅钢、硅锰钢、锰钢、铬钢、硅钢、硅锰钢、铬锰钛钢等。铬锰钛钢等。（2）按钢中合金元素总质量分数分，）按钢中合金元素总质量分数分，可分为：可分为：低合金钢、中合金钢和高合金钢。低合金钢、中合金钢和高合金钢。2按钢的用途分类按钢的用途分类（1）合金结构钢：）合金结构钢： 工程构件用钢（低合金高强度工程构件用钢（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

104、和超高强度钢）。质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢）。（2）合金工具钢：）合金工具钢： 刃具钢（低合金刃具钢和高速刃具钢（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）、量具钢和模具钢（冷作模具钢和热作模具钢）。钢）。（3）特殊性能钢）特殊性能钢 ：抗氧化钢、不锈钢、耐热钢、：抗氧化钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢和易削钢等。耐磨钢和易削钢等。 3按金相组织分类按金相组织分类（1）按退火后的组织分：）按退火后的组织分：亚共析钢、共析亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢。钢、过共析钢、莱氏体钢。（2）按正火后的组织分：）按正火后的组织分：铁素体钢、珠光体钢、贝铁素体钢、珠光体钢

105、、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。4按冶金质量分类按冶金质量分类（1）普通低合金钢）普通低合金钢（2）优质低合金钢）优质低合金钢（3）优质低合金钢）优质低合金钢（4）高级优质合金钢）高级优质合金钢（5）特高级优质合金钢）特高级优质合金钢1合金结构钢合金结构钢（1）工程构件用钢（低合金高强度结构钢）工程构件用钢（低合金高强度结构钢） 由代表屈服点的汉语拼音字母（由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、）、屈服点数值、质量等级符号（质量等级符号（A、B、C、D、E）等三个部分按顺）等三个部分按顺序排列组成。如序排列组成。如Q390A。 专用工程构件结构钢：在牌号的头

106、部（或尾部）标注专用工程构件结构钢：在牌号的头部（或尾部）标注出代表产品用途的符号，例如表示压力容器用钢牌出代表产品用途的符号，例如表示压力容器用钢牌号表示为号表示为“Q345R”；焊接气瓶用钢牌号表示为；焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”；锅炉用钢牌号表示为；锅炉用钢牌号表示为“Q390g”；桥梁；桥梁用钢表示为用钢表示为“Q420q”等等。等等。二、合金钢的牌号二、合金钢的牌号（2）机器零件制造用钢）机器零件制造用钢由三部分组成，即由由三部分组成，即由“二位数字二位数字+元素符号元素符号+数字数字”组成。前面的两位数字表示钢的碳的质量分数组成。前面的两位数字表示钢的碳的质量分数的万倍，

107、元素符号表示所含合金元素，后面的数的万倍，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。字表示合金元素含量的百倍。凡合金元素质量分数小于凡合金元素质量分数小于1.5%时，编号中只标明时，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量分数等于或大于1.5%、2.5%、3.5%，则，则在元素符号后相应标出在元素符号后相应标出2、3、4。合金结构钢中的合金结构钢中的Nb、Ti、B 等元素，虽然含量很等元素，虽然含量很低，但属有意加入，故在钢的牌号中仍应表示出低，但属有意加入，故在钢的牌号中仍应表示出来。如来。如40B，

108、其平均碳的质量分数为，其平均碳的质量分数为0.4%，硼的，硼的质量分数仅为质量分数仅为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（牌号后加字）或特级优质钢（牌号后加“E”字）。字）。高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号“G”，但不标，但不标碳含量。铬含量以千分之几计，其他合金元素按碳含量。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：平均含铬量合金结构钢的合金含量表示。例如：平均含铬量为为1.50%的轴承钢，其牌号表示为的轴承钢，其牌号表示为“GCr15”。

109、其它专用机器零件制造用钢也要在牌号的头部其它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（或尾部）加上代表产品用途的符号，例如铆螺钢钢“ML30CrMnSi。2合金工具钢合金工具钢表示方法与机器零件制造用结构钢相似，但当其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平均碳的质量分数大于1%时，含碳量不标出；当时，含碳量不标出；当其平均碳的质量分数小于其平均碳的质量分数小于1%时，则牌号前的数字时，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。由于合金工具钢都属于方法与合

110、金结构钢相同。由于合金工具钢都属于高级优质钢，故不再在牌号后标出高级优质钢，故不再在牌号后标出“A”字。字。如如9SiCr 表示平均碳的质量分数为表示平均碳的质量分数为0.9%左右，铬、左右，铬、硅各为硅各为1%左右。左右。高速工具钢不论碳的平均质量分数为多少均不予高速工具钢不论碳的平均质量分数为多少均不予标出。如标出。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、CW6Mo5Cr4V2 等，但当合金成分不相同时，对等，但当合金成分不相同时，对高碳者牌号前冠以高碳者牌号前冠以“C”字。字。低铬（平均铬含量小于低铬（平均铬含量小于1%）的合金工具钢，在铬）的合金工具钢，在铬含量前加数字含量前加数字“0

111、”。例如：平均含铬量为。例如：平均含铬量为0.60%的合金工具钢，其牌号表示为的合金工具钢，其牌号表示为“Cr06”。塑料模具钢在牌号头部加塑料模具钢在牌号头部加“SM”，牌号表示方法，牌号表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢相同。例如：与优质碳素结构钢和合金工具钢相同。例如：SM45、SM3Cr2Mo。3特殊性能钢特殊性能钢不锈钢及耐热钢牌号前的数字表示平均碳的质量分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。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当碳的质量分数小于或等于0.03%时，在牌号前冠时，在牌号前冠以以

112、00”；当碳的质量分数小于或等于；当碳的质量分数小于或等于0.08%时，在时，在牌号前冠以牌号前冠以“0”。如不锈钢如不锈钢3Cr13 的平均的平均wC=0.3%、wCr13%；不；不锈钢锈钢0Cr19Ni9 的平均的平均wC0.08%、wCr19%、wNi9%；00Cr19Ni11钢的平均钢的平均wC0.3%、wCr19%、wNi11%。另外，当。另外，当wSi1.5%、wMn2%时，牌号中不予标出。时，牌号中不予标出。一些特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌一些特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌号前或后附以字母。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铸造合金钢的牌号是在一般合金钢

113、的牌号前加前加“ZG”，如，如ZGMn13、ZG1Cr18Ni9。易切削钢易切削钢Y15、Y40Mn、Y15Pb。易切削非调质机械结构钢易切削非调质机械结构钢YF35V。热锻用非调质机械结构钢热锻用非调质机械结构钢F45V合金钢的分类与牌号合金钢的分类与牌号一、合金钢的分类：一、合金钢的分类：合金钢的分类常用下面的两种分类。合金钢的分类常用下面的两种分类。提用途分类：合金结构钢；提用途分类：合金结构钢；合金工具钢；合金工具钢；特殊性能钢。特殊性能钢。按合金元素总含量分类：按合金元素总含量分类：低合金钢：低合金钢：5%中合金钢：中合金钢：5%10%高合金钢：高合金钢：10%合金结构钢的牌号：合金

114、结构钢的牌号：合金结构钢的牌号采用两位数字十元素，符号（或汉字）十数字表示。合金结构钢的牌号采用两位数字十元素，符号（或汉字）十数字表示。如：如：40Cr钢：表示平均含碳量为钢：表示平均含碳量为0.4，含铬约为，含铬约为1的合金结构钢。的合金结构钢。60Si2Mn：表示平均含碳量为：表示平均含碳量为0.6，含硅约为，含硅约为2，含锰约为，含锰约为1的合金结构钢的合金结构钢合金工具钢的牌号：合金工具钢的牌号： A、含碳量小于、含碳量小于1时，用一位数字表示含碳量的千分数。时，用一位数字表示含碳量的千分数。如：如：9 SiCr：表示平均含碳量为：表示平均含碳量为0.9，含硅约为，含硅约为1，含铬约

115、为，含铬约为1的合金工具钢。的合金工具钢。 B、含碳量大于、含碳量大于1时，在钢牌号前不用数字表示含碳量。时，在钢牌号前不用数字表示含碳量。如：如：Cr12MoV：表示平均含碳量大于：表示平均含碳量大于1，含铬约为，含铬约为12，含钼约为，含钼约为1，含钒约为，含钒约为1的合金工具钢。的合金工具钢。特殊性能钢：特殊性能钢：A、不锈钢：、不锈钢：2Cr13 C=0.2% Cr=13%C=0.03%0.10% 用用O，如：，如：Ocr18Ni9C0.03%时，用时，用OO 如：如：OOCr30Mo2B、专用钢：钢前用汉语拼音字母：、专用钢：钢前用汉语拼音字母：如：如：GCr15 GCr15SiMn

116、低合金结构钢低合金结构钢 一、低合金高强度结构钢：一、低合金高强度结构钢：性能：塑性、韧性、耐蚀性和焊接性均比同含碳素的性能：塑性、韧性、耐蚀性和焊接性均比同含碳素的碳钢高。碳钢高。应用：桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器起重和线应用：桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器起重和线等。等。牌号：牌号：Q295 各种容器、储油罐、低压锅炉造船；各种容器、储油罐、低压锅炉造船；Q345 锅炉、车辆等；锅炉、车辆等；Q390 起重机等；起重机等；Q420 高压容器、重型机械等。高压容器、重型机械等。低合金耐钢：车辆、塔架低合金耐钢：车辆、塔架低合金专业用钢低合金专业用钢合金钢合金钢 一、合金渗碳钢：一、合金

117、渗碳钢：20CrMnT：应用：制造变速齿轮、传动轴；应用：制造变速齿轮、传动轴；热处理：渗碳后淬火、低温回火。热处理：渗碳后淬火、低温回火。二、合金调质钢：二、合金调质钢：40Cr ：应用：制造齿轮、连杆、主轴；应用：制造齿轮、连杆、主轴；热处理：调质热处理：调质三、合金弹簧钢：三、合金弹簧钢：60Si2Mn：应用：制造弹簧；应用：制造弹簧；热处理：淬火、中温回火热处理：淬火、中温回火四、超高强度钢：四、超高强度钢：五、滚动轴承钢：五、滚动轴承钢： GCr15应用：制造滚动轴承的滚动体和内圈、外圈等应用：制造滚动轴承的滚动体和内圈、外圈等热处理：锻造后进行球化退火热处理：锻造后进行球化退火合金

118、工具钢与高速钢合金工具钢与高速钢合金工具钢分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。合金工具钢分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。一、合金刃具钢一、合金刃具钢合金刃具钢主要用来制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。合金刃具钢主要用来制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。低合金刃具钢低合金刃具钢低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。如：如：9 SiCr：制造丝锥、板牙、铰刀等。：制造丝锥、板牙、铰刀等。CrWMn：制造长铰刀、拉刀等。：制造长铰刀、拉刀等。低合金刃具钢的预备热处理是球化退火，最终热处理是淬火后低合金刃具钢的预

119、备热处理是球化退火，最终热处理是淬火后低温回火。低温回火。高速钢（高速钢（HSS）高速钢（高速钢（HSS）是一种具有高热硬性。高耐磨性的高合金工具）是一种具有高热硬性。高耐磨性的高合金工具钢。高速钢（钢。高速钢（HSS）的热硬性可达）的热硬性可达600度，又称为锋钢。度，又称为锋钢。牌号：牌号：W18Cr4V，W6Mo5 Cr4V2应用：制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和应用：制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂的成形刀具。形状复杂的成形刀具。热处理：淬火、低温回火。热处理：淬火、低温回火。二、合金模具钢二、合金模具钢冷作模具钢冷作模具钢热作模具钢热作模具钢三

120、、合金量具钢三、合金量具钢不锈钢与耐热钢不锈钢与耐热钢一、不锈钢一、不锈钢常用不锈钢的牌号有常用不锈钢的牌号有1 Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr17、00Cr30Mo2。含碳量较低的钢含碳量较低的钢1 Cr13、2 Cr13用于制造耐腐蚀、受冲击载荷的零件。用于制造耐腐蚀、受冲击载荷的零件。如汽轮机叶片、水压机阀门等零件。如汽轮机叶片、水压机阀门等零件。含碳量较高的钢含碳量较高的钢3 Cr13、3 Cr13 Mo 、7Cr13等用于制造弹簧、轴承、医疗等用于制造弹簧、轴承、医疗器械等器械等铬镍不锈钢铬镍不锈钢铬镍不锈钢常用牌号有铬镍不锈钢常用牌号有0 Cr19 Ni9、1 Cr18

121、Ni9等，通称为等，通称为188型不锈钢。型不锈钢。二、耐热钢二、耐热钢u抗氧化钢抗氧化钢u热强钢热强钢u气阀钢气阀钢特殊物理性能钢：特殊物理性能钢：永磁钢、软磁钢、无磁钢、永磁钢、软磁钢、无磁钢、高电阻钢、合金。高电阻钢、合金。低温钢：低温钢：是指用于制作温度在是指用于制作温度在0以下的零以下的零件盒结构件的钢种，广泛用于低温下工作的设件盒结构件的钢种，广泛用于低温下工作的设备。主要性能指标是低温冲击韧度和韧脆转变备。主要性能指标是低温冲击韧度和韧脆转变温度。温度。铸钢：铸钢：铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11的铁碳合金。的铁碳合金。一般合金钢的牌号前加一般合金钢的牌号前加“ZG”。一

122、般用于制造。一般用于制造高耐磨的坦克履带、挖土机掘斗等。高耐磨的坦克履带、挖土机掘斗等。第八单元第八单元 铸铁铸铁1、定义：铸铁是含碳量大于、定义：铸铁是含碳量大于2.11的铁碳的铁碳合金。合金。2、分类：、分类：根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁又可分根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁又可分为为白口铸铁：断口呈银白色；白口铸铁：断口呈银白色；灰铸铁灰铸铁 石墨以片状存在于铸铁中；石墨以片状存在于铸铁中；可锻铸铁可锻铸铁 石墨以团絮状存在于铸铁中；石墨以团絮状存在于铸铁中；球墨铸铁球墨铸铁 石墨以球状存在于铸铁中；石墨以球状存在于铸铁中；蠕墨铸铁蠕墨铸铁 石墨以蠕虫状存在于铸铁中；石墨以蠕虫状存在于铸

123、铁中；麻口铸铁麻口铸铁 断口呈灰白相间。断口呈灰白相间。一、一、灰口铸铁的牌号及用途灰口铸铁的牌号及用途 1、牌号：灰口铸铁的牌号由、牌号：灰口铸铁的牌号由“灰铁灰铁”汉语拼音字汉语拼音字母母 字头字头“HT”及后面的一组数字组成，数字表及后面的一组数字组成，数字表示最低抗拉强度。如：示最低抗拉强度。如：HT200：2、用途：用于制造承受较大负荷的零件，如机床、用途：用于制造承受较大负荷的零件，如机床的床身、立柱、汽车缸体、缸盖、轮毂、联轴器的床身、立柱、汽车缸体、缸盖、轮毂、联轴器等。等。二、灰口铸铁的热处理二、灰口铸铁的热处理u去内应力退火（时效处理）去内应力退火（时效处理）u软化退火软化

124、退火u正火正火u表面淬火表面淬火灰铸铁灰铸铁球墨铸铁的牌号及用途球墨铸铁的牌号及用途球墨铸铁的牌号是由球墨铸铁的牌号是由“球铁球铁”两字汉语拼两字汉语拼音的第一个字母音的第一个字母“QT”，及两组数字组成。，及两组数字组成。两组数字分别代表最低抗拉强度和伸长率的两组数字分别代表最低抗拉强度和伸长率的数值。数值。例如：例如：QT40018：表示球墨铸铁，起最低抗拉强度为表示球墨铸铁，起最低抗拉强度为400MPA，最低伸长率为最低伸长率为18。球墨铸铁球墨铸铁应用：汽车轮毂、离合器壳、拨叉等。应用：汽车轮毂、离合器壳、拨叉等。球墨铸铁的热处理球墨铸铁的热处理u退火退火u正火正火u调质调质u贝氏体等

125、温淬火贝氏体等温淬火蠕墨铸铁1、化学成分：、化学成分：一般属于含高碳硅的共晶合金或过共晶合金。2、牌号及用途、牌号及用途（1）牌号：RuT，是蠕铁两个字汉语拼音的字首，其后数字表示蠕墨铸铁的抗拉强度。（2）用途：常用于制造受热循环载荷、要求组织致密、强度较高、形状复杂的大型铸件，如机床的立柱、柴油机的气缸盖、缸套、排气管等。可锻铸铁的牌号及用途可锻铸铁的牌号及用途可锻铸铁俗称为玛铁、马铁。可锻铸铁俗称为玛铁、马铁。可锻铸铁牌号由三个字母及两组数字组成。前两个可锻铸铁牌号由三个字母及两组数字组成。前两个字母字母“KT”是是“可铁可铁”两字的汉语拼音的第一个字母，第三个两字的汉语拼音的第一个字母，

126、第三个字母代表可锻铸铁的类别。后面两组数字分别代字母代表可锻铸铁的类别。后面两组数字分别代表最低抗拉强度和伸长率的数值。例如：表最低抗拉强度和伸长率的数值。例如：KTH30006：表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为300MPA，最低伸长率为最低伸长率为6。应用：管道配件，低压阀门等。应用：管道配件，低压阀门等。可锻铸铁可锻铸铁合金铸铁1、抗磨铸铁：、抗磨铸铁：不易磨损的铸铁，通常通过激冷或向铸不易磨损的铸铁，通常通过激冷或向铸铁中加入铬、钨、钼等元素，可以分为：减磨铸铁、抗铁中加入铬、钨、钼等元素，可以分为：减磨铸铁、抗磨白口铸铁。牌号为：磨白口铸铁。牌号为：

127、KmTb.2、耐热铸铁：、耐热铸铁：可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长可以在高温下使用，其抗氧化或抗生长性能符合使用要求的铸铁。牌号：性能符合使用要求的铸铁。牌号：RT。主要用于制作工。主要用于制作工业加热炉附件如炉底板、烟道挡板、废气道、传递链构业加热炉附件如炉底板、烟道挡板、废气道、传递链构件等。件等。3、耐蚀铸铁：、耐蚀铸铁：能耐化学、电化学腐蚀的铸铁。牌号为：能耐化学、电化学腐蚀的铸铁。牌号为：ST，常用于化工机械如管道、阀门、耐酸泵、反应锅及，常用于化工机械如管道、阀门、耐酸泵、反应锅及容器等。容器等。第九单元第九单元非铁金属及其合金非铁金属及其合金非铁金属是除钢铁以外的其他金属材料

128、的总称。铝及铝合金铝及铝合金1、主要用于电气、汽车、车辆、化工等部门，还是航空航天工业 主要结构材料。2、纯铝：是铝的质量分数不低于99.00%时，是纯白色的轻金属。主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆、电器元件、换热器件及要求制作质轻、导热与导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电构件等。1、用途：在汽车制造、民用产品、用途：在汽车制造、民用产品、航空和航天工业中得到广泛应用。航空和航天工业中得到广泛应用。2、分类：、分类：变形铝合金变形铝合金铸造铝合金铸造铝合金热处理不可强化的铝合金热处理不可强化的铝合金防锈铝防锈铝铝合金铝合金热处理可强化的铝合金：硬铝、热处理可强化的铝合金：硬铝、超硬铝、锻铝

129、超硬铝、锻铝铝硅合金铝硅合金铝钢合金铝钢合金铝镁合金铝镁合金铝锌合金铝锌合金铜及铜合金铜及铜合金用途：用途：主要用于工业纯钢、黄钢、青钢及白钢。主要用于工业纯钢、黄钢、青钢及白钢。1.工业纯钢：呈玫瑰红色，表面形成氧化铜膜后，工业纯钢：呈玫瑰红色，表面形成氧化铜膜后，为紫红色，俗称紫铜。牌号：为紫红色，俗称紫铜。牌号：T2.铜合金的分类：黄铜、白铜、青铜。铜合金的分类：黄铜、白铜、青铜。3.压力加工黄铜：代号压力加工黄铜：代号“H”适合于冷变形加工。适合于冷变形加工。加入铅可以改善黄铜的切削加工性；加入硅可以加入铅可以改善黄铜的切削加工性；加入硅可以提高黄铜的强度和硬度，改善其铸造性能；加入提

130、高黄铜的强度和硬度，改善其铸造性能；加入锡能增加黄铜的强度和在海水中的能耐性，因此锡能增加黄铜的强度和在海水中的能耐性，因此，锡黄铜有，锡黄铜有海军黄铜之称海军黄铜之称。铜及铜合金铜及铜合金4.加工白铜：牌号加工白铜：牌号“B”，合金元素的加入是为了，合金元素的加入是为了改善白钢的力学性能、工艺性能和电热性能以及改善白钢的力学性能、工艺性能和电热性能以及获得某些特殊性能。获得某些特殊性能。5.加工青铜：牌号加工青铜：牌号“Q”，加入其它的元素可以形，加入其它的元素可以形成：锡青铜、铝青铜、硅青铜等。其中锡青铜主成：锡青铜、铝青铜、硅青铜等。其中锡青铜主要用于制造耐磨及与酸、碱、蒸汽等接触的零件

131、。要用于制造耐磨及与酸、碱、蒸汽等接触的零件。6.铸造铜合金：牌号铸造铜合金：牌号“ZCu”，以铜为基的铜合金，以铜为基的铜合金三、钛及钛合金1、钛已经成为航空、航天、化工、造船、机电产、钛已经成为航空、航天、化工、造船、机电产品、医疗卫生和国防等部门广泛使用的太铁金属品、医疗卫生和国防等部门广泛使用的太铁金属材料。材料。2、纯钛：纯钛：牌号牌号“TA”，在航空部门用于制造飞机，在航空部门用于制造飞机骨架、蒙皮、发动机部件；在化工部门用于制造骨架、蒙皮、发动机部件；在化工部门用于制造热交换器、泵体、搅拌器等；制造海水净化装置热交换器、泵体、搅拌器等；制造海水净化装置及舰船零部件。及舰船零部件。

132、3、钛合金：钛合金：牌号牌号“T”，钛及钛合金是一种很有，钛及钛合金是一种很有发展前途的新型金属材料，已经形成了较完整的发展前途的新型金属材料，已经形成了较完整的钛金属生产工业体系。钛金属生产工业体系。四、滑动轴承合金四、滑动轴承合金1、滑动轴承一般由轴承和轴瓦组成，轴瓦直接支承转、滑动轴承一般由轴承和轴瓦组成，轴瓦直接支承转动轴。广泛用于机床、汽车发动机、各类连杆、大型动轴。广泛用于机床、汽车发动机、各类连杆、大型机电等动力设备上。机电等动力设备上。2、对滑动轴承合金性能的要求：、对滑动轴承合金性能的要求：具有足够的强度、塑性、韧性和一定的耐磨性，以具有足够的强度、塑性、韧性和一定的耐磨性，

133、以抵抗冲击和振动；抵抗冲击和振动；具有较低的硬度；具有较低的硬度；具有较小的摩擦因素和良好的磨合性；具有较小的摩擦因素和良好的磨合性；良好的导热性和耐蚀性；良好的导热性和耐蚀性；抗咬合性好；抗咬合性好；具有良好的工艺性。具有良好的工艺性。四、滑动轴承合金四、滑动轴承合金3、滑动轴承合金理想的组织状态是：在软的基、滑动轴承合金理想的组织状态是：在软的基体上分布着硬质点，或是在硬的基体上分布着体上分布着硬质点，或是在硬的基体上分布着软质点。软质点。4、常用滑动轴承合金：、常用滑动轴承合金：锡基滑动轴承合金锡基滑动轴承合金铅基滑动轴承合金铅基滑动轴承合金铜基滑动轴承合金铜基滑动轴承合金铝基滑动轴承合

134、金。铝基滑动轴承合金。五、硬质合金1、硬质合金硬质合金是指由作为主要组元的一种或几种难是指由作为主要组元的一种或几种难溶金属碳化物和金属粘结剂相组成的烧结材料。溶金属碳化物和金属粘结剂相组成的烧结材料。2、用途：主要用于制造刀具、冷作模具、量具及、用途：主要用于制造刀具、冷作模具、量具及耐磨零件。耐磨零件。3、常用的硬质合金分三类：、常用的硬质合金分三类：钨钴类硬质合金：钨钴类硬质合金：“YG”加数字表示，数字表示加数字表示，数字表示钴的百分含量。例如：钴的百分含量。例如：YG8，钨钴钛类硬质合金：钨钴钛类硬质合金：“YT” 加数字表示，数字表加数字表示，数字表示碳化钛的百分含量。例如：示碳化

135、钛的百分含量。例如：YT5。通用硬质合金：通用硬质合金： “YW”加顺序号表示。例如：加顺序号表示。例如：YW1、YW2。金属材料的选择与分析金属材料的选择与分析一、金属材料的选用原则与程序一、金属材料的选用原则与程序（一）机械零件失效形式分析（一）机械零件失效形式分析1、失效：是指机械零件在使用过程中失去规定功能的现象。、失效：是指机械零件在使用过程中失去规定功能的现象。机械零件失效的具体表现是：完全破坏，不能工作；虽然能工机械零件失效的具体表现是：完全破坏，不能工作；虽然能工作，但达不到设计的规定功能；零件损坏严重，但继续工作，作，但达不到设计的规定功能；零件损坏严重，但继续工作，不能保证

136、安全性和可靠性。即过量弹性变形失效、断裂失效和不能保证安全性和可靠性。即过量弹性变形失效、断裂失效和表面损坏失效三大类。表面损坏失效三大类。2、应注意及时收集失效零件的残骸，了解失效的部位、特征、应注意及时收集失效零件的残骸，了解失效的部位、特征、特征、环境、时间等，并查阅有关原始资料和记录，进行综合特征、环境、时间等，并查阅有关原始资料和记录，进行综合分析，有些还需要利用各种测试手段或模拟实验进行辅助分析。分析，有些还需要利用各种测试手段或模拟实验进行辅助分析。（二）金属材料选用的一般原则：（二）金属材料选用的一般原则：金属材料的选用应考虑其使金属材料的选用应考虑其使用性能、工艺性能、经济性

137、三方面，对这方面进行综合权衡，用性能、工艺性能、经济性三方面，对这方面进行综合权衡，以金属材料满足使用性能为出发点，才能使金属材料发挥出最以金属材料满足使用性能为出发点，才能使金属材料发挥出最佳的社会效益和经济效益。佳的社会效益和经济效益。金属材料的选择与分析金属材料的选择与分析（三）金属材料选择的一般程序（三）金属材料选择的一般程序1、对零件的工作特性和使用条件进行周密分析，找出其失、对零件的工作特性和使用条件进行周密分析，找出其失效效 形式，从而合理地确定金属材料的主要力学性能要求；形式，从而合理地确定金属材料的主要力学性能要求；2、根据零件工作条件和使用环境，对零件的设计和制造提、根据零

138、件工作条件和使用环境，对零件的设计和制造提出相应的技术要求、加工工艺和加工成本等指标；出相应的技术要求、加工工艺和加工成本等指标；3、根据所提出的技术要求、加工工艺和加工成本等方面的、根据所提出的技术要求、加工工艺和加工成本等方面的指标，借助于各种金属材料选择手册，对金属材料进行预指标，借助于各种金属材料选择手册，对金属材料进行预选；选；4、对预选金属材料进行核算，以确定是否满足使用性能要、对预选金属材料进行核算，以确定是否满足使用性能要求；求；5、对金属材料进行二次选择，分析其工艺性能是否良好、对金属材料进行二次选择，分析其工艺性能是否良好,经济性是否合理；经济性是否合理；6、通过试验、试生

139、产和检验，最终确定合理的选材方案。、通过试验、试生产和检验，最终确定合理的选材方案。金属材料的合理使用金属材料的合理使用一、铸铁与钢的合理使用一、铸铁与钢的合理使用钢在强度、韧性和塑性等方面均优于铸铁；钢在强度、韧性和塑性等方面均优于铸铁；铸铁在耐磨性上优于钢，同时具有良好的工艺性。铸铁在耐磨性上优于钢，同时具有良好的工艺性。二、非合金钢、低合金钢和合金钢的合理使用二、非合金钢、低合金钢和合金钢的合理使用 实践证明非合金钢无法被合金钢取代，在以下场合可不用低实践证明非合金钢无法被合金钢取代，在以下场合可不用低合金钢或合金钢，而优先采用非合金钢：合金钢或合金钢，而优先采用非合金钢：小截面零件，因

140、易淬透，无需选用低合金钢或合金钢；小截面零件，因易淬透，无需选用低合金钢或合金钢；在退火或正火状态下使用的中碳合金钢，因合金元素未发挥作在退火或正火状态下使用的中碳合金钢，因合金元素未发挥作用，故用非合金钢也可满足使用要求；用，故用非合金钢也可满足使用要求；承受纯弯曲或纯扭转的零件，其表面应力最大心部应力最小。承受纯弯曲或纯扭转的零件，其表面应力最大心部应力最小。金属材料的合理使用金属材料的合理使用1、非铁金属具有多种特殊的性能如：、非铁金属具有多种特殊的性能如：铝及铝合金具有密度小，耐蚀性、导电、导热、工艺性能好等铝及铝合金具有密度小，耐蚀性、导电、导热、工艺性能好等优点，因此，用于制造汽车

141、用零件、摩托车发动机、散热器等；优点，因此，用于制造汽车用零件、摩托车发动机、散热器等；铜及铜合金具有良好的耐磨性、耐蚀性、导电、导热性能好，铜及铜合金具有良好的耐磨性、耐蚀性、导电、导热性能好，装饰性好等优点，用于制造电子元件、精密仪器的齿轮、弹性装饰性好等优点，用于制造电子元件、精密仪器的齿轮、弹性元件、滑动轴承、散热器件等，其在使用寿命、安全性、稳定元件、滑动轴承、散热器件等，其在使用寿命、安全性、稳定性等方面较其他金属高。性等方面较其他金属高。2、特殊环境和特殊性能要求对金属材料的选择应特殊、特殊环境和特殊性能要求对金属材料的选择应特殊对待。对待。典型零件金属材料选择实例典型零件金属材

142、料选择实例1、齿轮类零件的选材：调质钢、渗碳钢、齿轮类零件的选材：调质钢、渗碳钢2、轴类零件的选材：具有优良的综合力学性能，以防变形和断、轴类零件的选材：具有优良的综合力学性能，以防变形和断裂；具有较高的抗疲劳能力，以防疲劳断裂；具有良好的耐磨裂；具有较高的抗疲劳能力，以防疲劳断裂；具有良好的耐磨性。性。3、箱体类零件的选材：、箱体类零件的选材：对一些受力较大的，要求高强度、高韧性甚至在高温高压下工对一些受力较大的，要求高强度、高韧性甚至在高温高压下工作的箱体类零件；作的箱体类零件；对一些受冲击力不大，主要承受静压力箱体可选用灰铸铁；对一些受冲击力不大，主要承受静压力箱体可选用灰铸铁；对受力不大，要求自重轻活导热性良好箱体，选用铸造铝合金；对受力不大，要求自重轻活导热性良好箱体，选用铸造铝合金；对受力较大，但形状简单的箱体，可采用钢材焊接制作。对受力较大，但形状简单的箱体，可采用钢材焊接制作。4、常用工具的选材：主要是锉刀、手用锯条、刀具、常用五金、常用工具的选材：主要是锉刀、手用锯条、刀具、常用五金、工具等。工具等。谢谢观赏！谢谢观赏！