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1、第五章第五章 金属材料金属材料学习目标：学习目标： 1 1、了解合金元素在钢中的作用；、了解合金元素在钢中的作用； 2 2、重点掌握常用碳钢、合金钢种类、牌号、重点掌握常用碳钢、合金钢种类、牌号、性能与应用；性能与应用； 3 3、掌握铸铁与非铁合金材料的种类、牌、掌握铸铁与非铁合金材料的种类、牌号、性能与应用。号、性能与应用。第五章第五章 金属材料金属材料5.1.1 5.1.1 金属材料的分类金属材料的分类: :工业用钢工业用钢铸铁铸铁非铁金属材料非铁金属材料1 1、钢的分类、钢的分类（1 1）按传统分类法：）按传统分类法：A A、按钢的、按钢的用途用途: : 碳素结构钢碳素结构钢：用于制造工
2、程结构：用于制造工程结构( (如桥如桥梁、船舶、建筑、梁、船舶、建筑、 高压容器等高压容器等) )和机械零件和机械零件( (如如齿轮、轴、螺钉、螺母、连杆等齿轮、轴、螺钉、螺母、连杆等) )， 这类钢一这类钢一般为低、中碳钢。般为低、中碳钢。碳素工具钢碳素工具钢：用于制造各种工具：用于制造各种工具( (如刃具、如刃具、模具和量具等模具和量具等) )，这类钢一般为高碳钢。，这类钢一般为高碳钢。B B、按钢的、按钢的含碳量含碳量可分为：可分为：低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量0.25%0.25%中碳钢：含碳量（中碳钢：含碳量（0.250.250.60.6）% %。高碳钢：含碳量高碳钢：含碳量0.6%0
3、.6%。C C、按钢的、按钢的质量质量可分为：根据钢中有害杂质可分为：根据钢中有害杂质S S、P P的的多少来分多少来分普通钢：普通钢：S0.055%S0.055%，P0.045%P0.045%优质钢：优质钢：S S、P P均均0.04%0.04%高级优质钢：高级优质钢：S S、P P均均0.03%0.03%、合金钢按钢中、合金钢按钢中合金元素的总质量分数合金元素的总质量分数 低合金钢（低合金钢（） 中合金钢（中合金钢（） 高合金钢（高合金钢（）；）；（2 2）我国实施新的钢分类方法）我国实施新的钢分类方法按国家标准按国家标准GB/T13304-91GB/T13304-91钢分类钢分类是参照国
4、际标准制定的。是参照国际标准制定的。按照化学成分、主要质量等级和主要性能及使用按照化学成分、主要质量等级和主要性能及使用特性，将钢进行分类的；特性，将钢进行分类的； 2 2、铸铁的分类：根据碳在铸铁中、铸铁的分类：根据碳在铸铁中存在的形态不存在的形态不同同进行分类的；进行分类的； (1) (1) 白口铸铁白口铸铁碳全部以碳化物形式存碳全部以碳化物形式存在，其断口呈亮白色。硬度高、脆性大，主要用在，其断口呈亮白色。硬度高、脆性大，主要用作炼钢原料或可锻铸铁的毛坯；作炼钢原料或可锻铸铁的毛坯； (2)(2)灰铸铁灰铸铁碳主要以片状石墨形式存碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色。应用广泛；在，断口呈
5、灰色。应用广泛； (3)(3)可锻铸铁可锻铸铁是由一定成分的白口铸是由一定成分的白口铸铁铸件经过较长时间的高温可锻化退火、使白口铸铁铸件经过较长时间的高温可锻化退火、使白口铸铁中的渗碳体大部分或全部分解成团絮状石墨。这铁中的渗碳体大部分或全部分解成团絮状石墨。这种铸铁并不可锻，但强度、塑性、韧性比灰铁好；种铸铁并不可锻，但强度、塑性、韧性比灰铁好； (4)(4)球墨铸铁球墨铸铁铁水经球化处理后浇注，铁水经球化处理后浇注，铸铁中的碳大部分或全部以球状石墨形式存在，用铸铁中的碳大部分或全部以球状石墨形式存在，用于力学性能要求高的铸件；于力学性能要求高的铸件； (5)(5)蠕墨铸铁蠕墨铸铁碳主要以蠕
6、虫状石墨形碳主要以蠕虫状石墨形式存在，石墨形态介于片状和球状之间；式存在，石墨形态介于片状和球状之间；灰口铸铁灰口铸铁球墨铸铁球墨铸铁可锻铸铁可锻铸铁3 3、非铁金属材料的分类、非铁金属材料的分类铝及铝合金、铝及铝合金、铜及铜合金、铜及铜合金、轴承合金、轴承合金、硬质合金、硬质合金、钛合金、钛合金、镁合金镁合金 (1)(1)铝合金铝合金 铝中加入铝中加入SiSi、CuCu、ZnZn、MnMn等等元素制成的合金。元素制成的合金。依据其成分和工艺性可分为：变形铝合金和铸造依据其成分和工艺性可分为：变形铝合金和铸造铝合金铝合金变形铝合金塑性优良，适于压力加工变形铝合金塑性优良，适于压力加工铸造铝合金
7、塑性低，更适于铸造成形铸造铝合金塑性低，更适于铸造成形 (2)(2)铜合金铜合金 铜中加入铜中加入ZnZn、SnSn、NiNi、AlAl、SiSi等元素制成的合金。主要成分黄铜、青铜、白等元素制成的合金。主要成分黄铜、青铜、白铜铜以以ZnZn为主要合金元素的为黄铜为主要合金元素的为黄铜以以NiNi为主要合金元素的为白铜为主要合金元素的为白铜其他的习惯上称为青铜其他的习惯上称为青铜5.1.2 5.1.2 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1、主要常存元素在非合金钢中的作用：、主要常存元素在非合金钢中的作用：SiSi、MnMn、S S、P P一般作为杂质看待；一般作为杂质看待； （1 1
8、）MnMn的作用：是钢中的有益元素；的作用：是钢中的有益元素；W WMnMn=0.25=0.250.8%0.8% a a、是脱氧剂，在炼钢时用锰脱氧而残留在钢、是脱氧剂，在炼钢时用锰脱氧而残留在钢中的，它与中的，它与FeOFeO反应还原铁，改善钢的质量；反应还原铁，改善钢的质量； b b、溶入铁素体，使铁素体强化；、溶入铁素体，使铁素体强化； c c、溶入渗碳体形成合金渗碳体起强化作用；、溶入渗碳体形成合金渗碳体起强化作用； d d、与、与S S生成生成MnSMnS，起除，起除S S作用；作用； e e、能增加并细化珠光体，提高钢的强度、硬、能增加并细化珠光体，提高钢的强度、硬度度（2 2）S
9、iSi的作用：是钢中的有益元素，一般的作用：是钢中的有益元素，一般WSiWSi=0.1=0.10.4%0.4% a a、是脱氧剂，它可使、是脱氧剂，它可使FeOFeO生成炉渣；它的生成炉渣；它的脱氧能力比脱氧能力比MnMn强；强； b b、溶入铁素体，使铁素体强化；、溶入铁素体，使铁素体强化；（3 3）S S的作用的作用: :是冶炼时由矿石和燃料中带入的有是冶炼时由矿石和燃料中带入的有害杂质，炼钢时难以除尽；害杂质，炼钢时难以除尽； a a、以、以FeSFeS的形式存在于钢中，其与铁形成的形式存在于钢中，其与铁形成低熔点（低熔点（985985）共晶体分布在晶界上。钢加热到）共晶体分布在晶界上。
10、钢加热到1000100012001200进行锻压或轧制时，易晶界熔化，使进行锻压或轧制时，易晶界熔化，使钢在晶界处开裂，引起热脆；钢在晶界处开裂，引起热脆； b b、对钢的焊接性能不利，易引起焊缝热、对钢的焊接性能不利，易引起焊缝热裂；裂；（4 4）P P的作用：也是有害元素，应严格控制；的作用：也是有害元素，应严格控制； 一般溶于一般溶于F F体中体中, ,使钢使钢bb、HBSHBS升高升高,、kk下降。下降。 在低温时会使材料塑性和韧性显著降低在低温时会使材料塑性和韧性显著降低冷脆；冷脆；2 2、合金元素对钢基本相的影响、合金元素对钢基本相的影响基本相主要是固溶体和化合物，如基本相主要是固
11、溶体和化合物，如F F和碳化物等；和碳化物等； （1 1）形成碳化物）形成碳化物 与碳的亲和力越强，形成的碳化物就越稳定，硬度就与碳的亲和力越强，形成的碳化物就越稳定，硬度就越高。其类型是不同的：越高。其类型是不同的： A A、溶入渗碳体中、溶入渗碳体中，可形成，可形成合金渗碳体合金渗碳体，如（，如（FeFe，MnMn）3 3C C、（、（FeFe，CrCr）3 3C C等；等； B B、形成合金碳化物、形成合金碳化物，如，如CrCr7 7C C3 3、FeFe3 3W W3 3C C等；等； C C、形成特殊碳化物、形成特殊碳化物，如，如WCWC、MoCMoC、VCVC、TiCTiC等；等；
12、从合金渗碳体到特殊碳化物，稳定性及硬度依次升高从合金渗碳体到特殊碳化物，稳定性及硬度依次升高随着钢中碳化物的增加，钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降；随着钢中碳化物的增加，钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降； FeFe、MnMn、CrCr、MoMo、W W、V V、NbNb、ZrZr 、 TiTi弱弱强强 （2 2）强化）强化F F大多数的合金元素都能溶于大多数的合金元素都能溶于F F，产生固溶强，产生固溶强化，使化，使F F的强度、硬度升高，塑性韧性下降；的强度、硬度升高，塑性韧性下降；（3 3）非碳化物形成元素）非碳化物形成元素：NiNi、SiSi、AlAl、CoCo、CuCu等与碳亲和力
13、等与碳亲和力很弱，不形成碳化物很弱，不形成碳化物 合金元素对合金元素对A A相区的影响：相区的影响：（1 1）NiNi、MnMn、CuCu以及以及C C、N N使单相使单相A A区扩大，即使区扩大，即使A A1 1线、线、A A3 3线下降。若线下降。若其含量足够高时，可在常温下保持其含量足够高时，可在常温下保持稳定的单相稳定的单相A A组织；组织；利用合金元素扩大奥氏体相区的作利用合金元素扩大奥氏体相区的作用生产奥氏体钢用生产奥氏体钢3 3、合金元素对、合金元素对Fe- FeFe- Fe3 3C C相图的影响相图的影响（2 2）CrCr、MoMo、TiTi、SiSi、AlAl等使单相等使单相
14、A A区缩小，即使区缩小，即使A1A1线、线、A3A3线升高，当其含量足够高时，可使钢在高温与常温均线升高，当其含量足够高时，可使钢在高温与常温均保持保持F F组织，这类钢称为组织，这类钢称为F F体钢；体钢； 合金元素对合金元素对S S、E E点的影响点的影响合金元素都使合金元素都使S S、E E点点左移，左移，即使钢的共析含碳量和即使钢的共析含碳量和A A对碳的最大固溶度降低。若合金对碳的最大固溶度降低。若合金元素含量足够高，可以在元素含量足够高，可以在WcWc=0.4%=0.4%的钢中产生过共析组织，在的钢中产生过共析组织，在WcWc=1.0%=1.0%的钢中产生莱氏体。例如，在高速钢（
15、的钢中产生莱氏体。例如，在高速钢（WcWc=0.7=0.70.8%0.8%）的）的铸态组织中就有莱氏体，故可称之为莱氏体钢。铸态组织中就有莱氏体，故可称之为莱氏体钢。4 4、合金元素对钢热处理的影响、合金元素对钢热处理的影响（1 1）对奥氏体化过程的影响）对奥氏体化过程的影响 加入碳化物形成元素加入碳化物形成元素, ,是是A A体化速度下降体化速度下降,A,A体化体化温度上升温度上升, ,因此因此A A体化需要体化需要更高的加热温度更高的加热温度和和更长的保更长的保温时间。温时间。 除除P,MnP,Mn外外, ,所有合金元素（所有合金元素（MeMe）均阻止）均阻止A A体晶体晶粒长大，所以合金
16、钢粒长大，所以合金钢A A体化温度高，保温时间长，但体化温度高，保温时间长，但不使不使A A体晶粒长大。体晶粒长大。（2 2）冷却时对过冷）冷却时对过冷A A转变的影响转变的影响 除了除了CoCo，大多数合金元素都使钢的过冷大多数合金元素都使钢的过冷A A的稳定性提高，从而使钢的淬透性提高；的稳定性提高，从而使钢的淬透性提高； 除除CoCo、AlAl外，大多数合金元素都使外，大多数合金元素都使MsMs点下点下降，并增加残余降，并增加残余A A量；量；（3 3）对回火转变的影响）对回火转变的影响 A.A.合金元素提高钢的合金元素提高钢的耐回火性耐回火性指的是淬火钢在回火时抵抗强度、指的是淬火钢在
17、回火时抵抗强度、硬度下降的能力；硬度下降的能力；B.B.在高合金钢中的在高合金钢中的二次硬化二次硬化现象现象在高合金钢中的在高合金钢中的W W、MoMo、V V等强碳等强碳化物形成元素在化物形成元素在500500600600回火时，回火时，会形成细小弥散的特殊碳化物，使会形成细小弥散的特殊碳化物，使钢回火后硬度有所升高；同时，淬钢回火后硬度有所升高；同时，淬火后残余火后残余A A在回火冷却过程中转变在回火冷却过程中转变为为M M，使硬度升高的现象；，使硬度升高的现象；C.C.钢的热硬性：钢的热硬性：指合金钢在较高温度时仍能保持高硬度的性指合金钢在较高温度时仍能保持高硬度的性能（能（60HRC6
18、0HRC）；）；D.D.回火脆性回火脆性主要指第二类回火脆性，在含主要指第二类回火脆性，在含CrCr、NiNi、MnMn、SiSi的的调质钢中出现，加入调质钢中出现，加入MoMo、W W可降低这种回火脆性。可降低这种回火脆性。5.2 5.2 非合金钢非合金钢 碳素结构钢碳素结构钢 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 碳素工具钢碳素工具钢 易切削结构钢易切削结构钢 工程用铸造碳钢工程用铸造碳钢5.2.1 5.2.1 碳素结构钢碳素结构钢 一般不经热处理，在热轧态下使用。一般不经热处理，在热轧态下使用。1 1、牌号：、牌号：Q195Q195275275 Q 235 A FQ 235 A F脱氧方法脱氧方
19、法质量等级质量等级ss =235 MPa235 MPa屈服强度屈服强度脱氧方法：脱氧方法：F-F-沸腾钢；沸腾钢；bb半镇静钢；半镇静钢；ZZ镇静钢；镇静钢；TZTZ特殊镇静钢；特殊镇静钢；其中其中Z Z、TZTZ可省略可省略 2 2、化学成分及用途、化学成分及用途WcWc=0.06=0.060.38% Ws0.05% Wp0.045%0.38% Ws0.05% Wp0.045%Q195Q195、Q215Q215薄板、钢筋等，轻载连接件如铆钉、地脚薄板、钢筋等，轻载连接件如铆钉、地脚螺栓等；螺栓等；Q235Q235、Q255Q255不太重要的零件及焊接结构件，小轴、螺不太重要的零件及焊接结构件
20、，小轴、螺栓、螺纹钢、槽钢等栓、螺纹钢、槽钢等; ;Q275Q275可部分代替优质碳素结构钢用可部分代替优质碳素结构钢用, ,连杆、转轴、心轴连杆、转轴、心轴等；等；碳素结构钢的应用碳素结构钢的应用钢筋钢筋螺纹接头螺纹接头5.2.2.5.2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢1 1、牌号、牌号：05F05F8080，用两位数字表示，表示，用两位数字表示，表示钢中平均碳质量分数的钢中平均碳质量分数的万分之几万分之几。* * 45 - Wc = 0.45%45 - Wc = 0.45%* * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn - Wc = 0.45% ; 45M
21、n - Wc = 0.45% ; W WMnMn = 0.7% = 0.7%1.0%1.0%2 2、化学成分及用途、化学成分及用途如：如：0808薄板类零件；薄板类零件；1515螺栓、螺钉类；螺栓、螺钉类；2525渗碳件、渗碳件、4040、4545轴类；轴类；6060、6565等等弹簧类；弹簧类；优质碳素结构钢的应用优质碳素结构钢的应用5.2.3 5.2.3 碳素工具钢碳素工具钢1 1、牌号、牌号：T7T7T13T13、WcWc=0.7=0.71.35%,1.35%,其字母后的数字其字母后的数字表示钢的平均碳的质量分数为表示钢的平均碳的质量分数为千分之几千分之几；T 12 AT 12 A高级优
22、质高级优质 Wc = 1.2%Wc = 1.2%碳素工具钢碳素工具钢 若钢的末尾标若钢的末尾标A A，表示该钢为高级优表示该钢为高级优质钢质钢 2 2、热处理：、热处理：加工前加工前球化退火球化退火，组织，组织 P P基体基体+ +细小均匀分布粒状渗碳体细小均匀分布粒状渗碳体最终热处理最终热处理淬火淬火+ +低温回火低温回火，组织，组织M M回回+ +粒状渗碳体粒状渗碳体+ +少量少量AA锉锉 刀刀手手 锤锤3 3、用途：热硬性差。可用作低速、手动刀具及常温、用途：热硬性差。可用作低速、手动刀具及常温下使用的工具、模具、量具等。下使用的工具、模具、量具等。5.2.4 5.2.4 易切削结构钢易
23、切削结构钢 是钢中加入一种或几种元素，如是钢中加入一种或几种元素，如S S、P P、PbPb、CaCa等，利用其本身或与其它元素形成一种对切削加工等，利用其本身或与其它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。有利的夹杂物，来改善钢材的切削加工性。1 1、牌号：是在同类结构钢牌号前冠以、牌号：是在同类结构钢牌号前冠以“Y”Y”，以，以区别其它结构钢；区别其它结构钢；如如Y15PbY15PbWWS S=0.23=0.230.33%0.33%、W WP P=0.05=0.050.10%0.10%、W WPbPb=0.15=0.150.35%0.35%；5.2.5 5.2.5 工程
24、用铸造碳钢工程用铸造碳钢 用铸造的手段生产的碳钢；用铸造的手段生产的碳钢；WcWc=0.15=0.150.6%,0.6%,若碳含若碳含量过高量过高, ,塑性变差塑性变差, ,易产生冷裂纹；易产生冷裂纹；1 1、牌号：、牌号：ZG200-400ZG200-400表示表示S S=200Mpa=200Mpa；b b=400Mpa=400Mpa；ZG 200 - 400ZG 200 - 400b b = 400MPa = 400MPas s= 200MPa= 200MPa铸钢铸钢 2 2、用途：高强度的箱体、阀体等；、用途：高强度的箱体、阀体等；工程用铸造碳钢的应用工程用铸造碳钢的应用阀门阀门水泵水泵
25、 5.3 5.3 合金结构钢合金结构钢 普通低合金钢普通低合金钢合金渗碳钢合金渗碳钢 合金调质钢合金调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢工具钢和高速钢工具钢和高速钢特殊性能钢特殊性能钢 5.3.15.3.1普通低合金钢普通低合金钢不经热处理，一般在热轧或不经热处理，一般在热轧或正火条件下使用正火条件下使用 1 1、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢：Q295Q295Q460Q460共五种，共五种，Wc0.2%Wc0.2%，加入少量的合金元素，如，加入少量的合金元素，如MnMn、V V、TiTi、NbNb、AlAl、CrCr、NiNi等提高钢的性能，等提高钢的性能，MnMn固溶强化固溶强化
26、F F，增加并细化，增加并细化P P的作用；的作用；V V、TiTi、NbNb细化晶粒；细化晶粒；CrCr、NiNi提高钢的冲击韧度、改善钢的热处理性能、提提高钢的冲击韧度、改善钢的热处理性能、提高钢的强度；高钢的强度；AlAl、CrCr、NiNi提高钢的耐蚀性能。提高钢的耐蚀性能。2.2.牌号牌号: : Q 345 CQ 345 C 质量等级质量等级ss =345 MPa345 MPa屈服强度屈服强度Q460Q460钢含钢含MoMo、B B，正火组织正火组织 为为B B，强度高强度高，用于石化中温，用于石化中温 高压容器高压容器。压力容压力容器器南京长江大南京长江大桥桥 Q345Q345钢钢
27、(16Mn)(16Mn)综合性能好综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。型钢结构。 Q390Q390钢含钢含V V、TiTi、NbNb，强度强度 高高，用于中等压力的容器。，用于中等压力的容器。万吨万吨远洋轮远洋轮5.3.2.15.3.2.1合金渗碳钢合金渗碳钢 指经渗碳淬火、低温回火后使用的合金指经渗碳淬火、低温回火后使用的合金钢。钢。1 1、成分、成分：WcWc=0.10=0.100.25%0.25%，加入加入CrCr、MnMn、TiTi、V V、B B、W W等合等合金元素，金元素，2 2、热处理、热处理: :渗碳渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回
28、火3 3、组织及性能、组织及性能: :表层表层高碳回火高碳回火M+M+碳化物碳化物, ,硬度为硬度为585864HRC64HRC；高强度、硬；高强度、硬度和耐磨性；度和耐磨性；心心 部部低碳回火低碳回火M M或或P+FP+F组织组织等，硬度为等，硬度为303040HRC40HRC；良好；良好的塑性和韧性；的塑性和韧性；4 4、用途：主要用于制造承受强烈、用途：主要用于制造承受强烈冲击载荷和摩擦磨损冲击载荷和摩擦磨损的机械的机械零件。如汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴、零件。如汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴、活塞销等；活塞销等；5 5、合金渗碳钢的牌号、合金渗碳钢的牌号20
29、 Cr 20 Cr MnMn Ti A Ti A等级等级: :高级优质高级优质 含含钛量钛量W WTiTi1.51.5% %含锰量含锰量W WMnMn 1.5 % %含铬量含铬量W Wcrcr 1.5 1.5 % %含碳量含碳量W WC C 0.0.20 %20 %6 6、典型合金渗碳钢种介绍、典型合金渗碳钢种介绍 低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 %3 % 15Cr 15Cr、20Cr20Cr、20Mn220Mn2。用用 于受力小的耐磨件，如柴于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢
30、钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %4 %左左 右。右。20 CrMn20 CrMn、20CrMnTi20CrMnTi、 20Mn2TiB20Mn2TiB。用于中等载荷用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销( 20Cr )( 20Cr )高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在 4 %4 % 6 %6 %。18Cr2NiWA18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A等。用于大载荷等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴柴油机曲轴 20 CrMn
31、Ti 20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线钢制造齿轮的热处理工艺曲线Wc 0.25Wc 0.25 % %Wc = 0.15Wc = 0.150.250.25 % %合金元素合金元素: :CrCr、MnMn、 NiNi、等。等。表层表层:M:M回回+Fe+Fe3 3C+AC+A残残心心部部:F+P:F+P表层表层:M:M回回+Cm+A+Cm+A残残心部心部: :低碳回火低碳回火M M或或P+FP+F组织组织碳素碳素渗碳钢渗碳钢2020合金渗碳钢合金渗碳钢20CrMnTi20CrMnTi化化学学成成分分热热处处理理后后的的组组织织5.3.2.25.3.2.2合金调质钢合金调质钢指经调质后
32、使用的钢。指经调质后使用的钢。1 1、成分：、成分：WcWc=0.25=0.250.5%0.5%，主加合金：，主加合金：CrCr、NiNi、MnMn、SiSi、MoMo、B B、W W、V V等；等；2 2、牌号：、牌号：40Cr40Cr、38CrMoAl38CrMoAl、40CrMn40CrMn等；等；3 3、热处理：、热处理：调质处理调质处理（淬火（淬火+ +高温回火）；高温回火）； 若要求表若要求表 面有良好的耐磨性的，则可在调质后进行表面面有良好的耐磨性的，则可在调质后进行表面淬火或渗氮处理。淬火或渗氮处理。4 4、组织及性能：调质后获、组织及性能：调质后获回火索氏体回火索氏体，具有较
33、高的强度、塑性，具有较高的强度、塑性 和韧性（良好的综合力学性能）；和韧性（良好的综合力学性能）；表面淬火表面淬火后可获表面后可获表面中碳回火中碳回火M+M+心部回火索氏体心部回火索氏体组织，具有表面高硬度、耐磨性，心部有良好组织，具有表面高硬度、耐磨性，心部有良好的综合力学性能；的综合力学性能；5 5、用途：主要用于、用途：主要用于重载荷重载荷下同时以下同时以受冲击载荷受冲击载荷作用的一些重要作用的一些重要 零件，如机床上的齿轮、轴类件等；零件，如机床上的齿轮、轴类件等；6.6.典型合金调质钢种介绍典型合金调质钢种介绍 低淬透性调质钢低淬透性调质钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 %3 %
34、。40Cr40Cr、40MnB40MnB等。等。 中淬透性调质钢中淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %4 %左右。左右。38 CrSi38 CrSi、35 CrMo35 CrMo 等。等。圆圆锥锥齿齿轮轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴常用于制造较小的齿轮、常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。轴、螺栓等零件。 高淬透性调质钢高淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %4 % 10 %10 %。 制造大截面重载荷零件，如制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的零件等曲轴等用高淬透性的零件等 。38CrMoAlA38CrMoAlA、40CrMnMo40CrMnMo、25C
35、r2Ni4WA25Cr2Ni4WA等。等。40Cr40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线W Wc = 0.25c = 0.250.6 %0.6 %W Wc = 0.25c = 0.250.5 %0.5 %合金元素合金元素: : CrCr、等。、等。表层表层: S: S回回碳素碳素调质钢调质钢4545合金调质钢合金调质钢40Cr40Cr化化学学成成分分热热处处理理后后的的组组织织心心部部: P + F: P + F表层表层: S: S回回心部心部: S: S回回5.3.2.35.3.2.3合金弹簧钢合金弹簧钢是专用结构钢，主是专用结构钢，主要用于制造弹簧等弹性元件。
36、要用于制造弹簧等弹性元件。1 1、成分：、成分：WcWc=0.5=0.50.7%0.7%；主加合金：主加合金：SiSi、MnMn、CrCr、W W、V V等；等；2 2、牌号：、牌号：55Si2Mn55Si2Mn、60Si2Mn 60Si2Mn 、 65Mn65MnWcWc=O.6%,Wsi=2%, =O.6%,Wsi=2%, WMnWMn1.5%;1.5%;3 3、热处理、热处理: :淬火淬火+ +中温回火中温回火；4 4、组织及性能、组织及性能: :回火托氏体回火托氏体，具有较高的弹性极，具有较高的弹性极限和屈强比（限和屈强比（s/bs/b），一定的疲劳强度和韧性；），一定的疲劳强度和韧性
37、；30305050HRCHRC5 5、用途：弹簧等弹性元件、用途：弹簧等弹性元件 汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧热卷大弹簧热卷大弹簧簧弹丝簧弹丝碳素碳素弹簧钢弹簧钢6060合金弹簧钢合金弹簧钢60Si2Mn60Si2Mn化化学学成成分分热热处处理理后后的的组组织织Wc = 0.6Wc = 0.60.90.9 % %Wc = 0.5Wc = 0.50.7 %0.7 %合金元素合金元素: Si: Si、MnMn、CrCr、V V、W W、MoMo等。等。T T回回制造尺寸小于制造尺寸小于8815mm15mm的的小型弹簧。小型弹簧。T T回回制造尺寸在制造尺寸在20202525mmmm左右
38、的弹簧。左右的弹簧。5.3.2.45.3.2.4滚动轴承钢滚动轴承钢1.1.性能要求性能要求: :v高的高的硬度强度和耐磨性硬度强度和耐磨性; ;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度; ;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性; ;v高的纯净度高的纯净度; ;滚珠轴滚珠轴承承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承2.2.化学成分特点化学成分特点: :高高碳碳, , WcWc = 0.9 = 0.91.1%1.1%。主加主加CrCr, , 0.40.41.65 %1.65 % 辅加辅加SiSi、MnMn。优质钢材。优质钢材。3.3.常用的牌号：常用的牌号：GCr9GCr9、GCr9SiMnGCr9SiM
39、n、GCr15GCr15、GCr15SiMnGCr15SiMn4.4.热处理特点热处理特点: :球化球化退火退火+ + 淬火淬火+ + 低温回火低温回火极细极细回火马氏体回火马氏体+ +细粒状碳化物细粒状碳化物+ +少量残余奥氏体少量残余奥氏体5 5、组织及性能、组织及性能: :回火回火M+M+碳化物碳化物+ +残残A A；61656165HRCHRC；具有高而均匀；具有高而均匀的硬度和耐磨性，高的接触疲劳强度、足够的的硬度和耐磨性，高的接触疲劳强度、足够的韧性和对大气等的耐蚀能力。韧性和对大气等的耐蚀能力。6.6.滚动轴承钢的牌号滚动轴承钢的牌号G Cr9 Si Mn G Cr9 Si Mn
40、 含含MnMn量量1.51.5 % % 含含SiSi量量1.5 %1.5 % 含含CrCr量量 0.9 %0.9 % 滚动轴承钢滚动轴承钢5.3.3 5.3.3 合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢主要有量具刃具钢、工、模具钢和高速钢主要有量具刃具钢、工、模具钢和高速钢合金刃具合金刃具合金量具合金量具合金模具钢合金模具钢量量 具具刃刃 具具模模 具具5.3.3.1.合金刃具钢合金刃具钢种类种类 : 低合金刃具钢低合金刃具钢 ; 高速钢。高速钢。牌号牌号 :合金元素及含量合金元素及含量千千分之几的含碳量分之几的含碳量9 Si Cr低合金刃具钢合金刃具钢1.1.性能要求性能要求: :高硬度
41、、高耐磨性、有一高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性定的红硬性、强度和韧性, ,工作温度不超过工作温度不超过300300。2.2.化学成分特点化学成分特点: :* *高碳高碳 WcWc=0.8-1.5%=0.8-1.5%* *加入加入CrCr、MnMn、SiSi、 W W、V V 等合金元素等合金元素。3.3.热处理特点热处理特点: :球化球化退火退火 淬火淬火 + + 低温回火低温回火 9 9 SiCrSiCr 钣牙钣牙丝锥丝锥低合金刃具钢的应用低合金刃具钢的应用高高 速速 钢钢W18Cr4VW18Cr4V(1) (1) 性能要求性能要求: :高硬度、高耐磨性、高的红硬性高硬度、高耐
42、磨性、高的红硬性(600(600时时, 63, 63HRCHRC以上以上) ) 、有一定的、有一定的强度和韧性。强度和韧性。高速钢高速钢 - - 锋钢、风钢锋钢、风钢 ; 18 4 1 ; 18 4 1 钢钢车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头(2) (2) 化学成分特点化学成分特点: :v高高碳碳 0.70.71.5%:1.5%:v钨钨 18%:18%:v钼钼 5%:5%:v铬铬 4%:4%:v钒钒1.5%: 1.5%: 保证高硬度保证高硬度退火状态下形成特殊碳化物退火状态下形成特殊碳化物, ,在在560560左右回火时左右回火时, , 弥散析弥散析出出W2C, W2C, 造成二次硬化造成二次硬化, ,
43、 提高提高钢的红硬性。钢的红硬性。1%Mo1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W2%W。形成形成Cr23C6Cr23C6碳化物碳化物; ;提高钢的提高钢的淬透性。淬透性。形成形成VC, VC, 硬度极高硬度极高, , 提高钢的提高钢的硬度和耐磨性硬度和耐磨性, , 产生二次硬化。产生二次硬化。(3) (3) W18Cr4VW18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点钢的生产工艺及热处理特点铸造铸造 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火+ +三次三次570570回火回火 磨削加工磨削加工 铸造铸造: : 高速钢属于高速钢属于莱氏体钢莱氏体钢, ,铸态组织中含有铸态组织中含有大量大量呈鱼骨
44、状分布的粗大共晶碳化物呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6CM6C, ,钢的韧性大钢的韧性大幅下降。幅下降。 W18Cr4VW18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织 W18Cr4VW18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织锻造锻造: :鱼骨状碳化物不能用热处理来消除鱼骨状碳化物不能用热处理来消除, ,只能只能依靠反复多次锻打来击碎。依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织锻造组织 210 W18Cr4VW18Cr4V钢的钢的热处理过程示意图热处理过程示意图三次三次570570回火回火* *淬火后淬火后A A残约残约202025 %25 %。* *第一次回火后第一次回火后A A残约剩残约剩15151
45、8 %18 %。* *第二次回火后第二次回火后A A残约剩残约剩3 35 %5 %。* *第三次回火后第三次回火后A A残约剩残约剩1 12 %2 %。回火后的组织回火后的组织: : M M回回 + Cm + A+ Cm + A残残 ( 1( 1 2 % )2 % )组织硬度为组织硬度为65HRC65HRC以上。以上。5.3.3.25.3.3.2合金量具钢合金量具钢1.1.性能要求性能要求: :高的硬度高的硬度, HRC62;, HRC62;高的耐磨性高的耐磨性; ;高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性; ;足够高的心部韧性足够高的心部韧性; ;热处理变形小热处理变形小; ; 尺寸稳定尺寸稳定; ;良
46、好的耐蚀性良好的耐蚀性; ;卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺3.3.热处理特点热处理特点: :4.4.热处理后的组织热处理后的组织: : M M回回 + + CmCm淬火淬火 冷处理冷处理 ( - 70 - 80 ) 低温回火低温回火 时效处理时效处理 ( 120130,几十小时几十小时 ) 5.5.牌号牌号: CrWMn: CrWMn、4Cr134Cr13、GCr15GCr15、 9SiCr9SiCr、T12AT12A、6060等。等。2.2.化学成分特点化学成分特点: :高碳高碳 0.90.91.5 %;1.5 %;合金元素合金元素: :Cr,Cr, MnMn、W W。 CrWMnCrWM
47、n钢制造块规退火后的热处理工艺钢制造块规退火后的热处理工艺650820840油冷油冷3h-70-80 冷处理冷处理1401603h11012036h时效处理时效处理精磨精磨3h研磨研磨温度时间5.3.3.35.3.3.3模具钢模具钢冷作模具钢冷作模具钢热作模具钢热作模具钢塑料模具钢塑料模具钢1 1、 冷作模钢冷作模钢1.1.性能要求性能要求: :高的硬度高的硬度,HRC62;,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性; ;足够高的韧性与疲劳抗力足够高的韧性与疲劳抗力; ;热处理变形小热处理变形小; ;2.2.化学成分特点化学成分特点: :高碳高碳 1 12 %;2 %;合金元素合金元素:Cr, Mo:
48、Cr, Mo、W W、V V。汽车冲压模具汽车冲压模具3.3.牌号：牌号：9Mn2V9Mn2V尺寸较小的冷作模具；尺寸较小的冷作模具；Cr12Cr12大型冷作模具（大型冷作模具（WcWc=2.0=2.02.3%2.3%、WcrWcr=12%=12%）4.4.热处理及性能热处理及性能: :淬火淬火+ +低温回火，低温回火，626264HRC64HRC，具有高硬度、耐磨性，具有高硬度、耐磨性，足够的强度和韧性；足够的强度和韧性；5.5.用途：冷作模、冷冲模等；用途：冷作模、冷冲模等；2 2、 热作模钢热作模钢 1.1.性能要求性能要求: :高的热高的热硬性、高温耐磨性硬性、高温耐磨性; ;高的抗氧
49、化能力高的抗氧化能力; ;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性; ;高的热疲劳抗力高的热疲劳抗力( ( 防止龟裂防止龟裂 ););高的淬透性和导热性高的淬透性和导热性; ; 2.2.化学成分特点化学成分特点: :中中碳碳 0.30.30.6 %;0.6 %;合金元素合金元素: :CrCr、NiNi、MnMn、 SiSi、MoMo、W W、V V。曲轴模具曲轴模具3.3.热处理特点热处理特点: : * *热锻模钢热锻模钢: 5 CrMnMo : 5 CrMnMo 热处理工艺热处理工艺: : 淬火淬火 + + 高温回火高温回火 中温中温 热处理后的组织热处理后的组织: : S S回或回
50、或T T回回 40HRC40HRC 5.3.4 5.3.4 特殊性能钢特殊性能钢 指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，因而能在特殊的环境、工作条件下使用的钢。常因而能在特殊的环境、工作条件下使用的钢。常用的有不锈钢、耐热钢、耐磨钢和超高强度钢等用的有不锈钢、耐热钢、耐磨钢和超高强度钢等不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢5.3.4.15.3.4.1不锈钢不锈钢1.1.定义定义: : 在腐蚀介质中具有很高的抗腐在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。蚀能力的钢。2.2.概念概念:*:*在在空气空气中的年腐蚀量为中的年腐蚀量为0.01mm0.01mm 以内的
51、钢以内的钢, , 称为在空气中使用的称为在空气中使用的 不锈钢。不锈钢。 * *在在强酸、强碱强酸、强碱介质中的年腐蚀介质中的年腐蚀 量为量为0.1mm0.1mm以内的钢以内的钢, ,称为在强称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。酸、强碱介质中使用的不锈钢。3 3金属腐蚀的机理金属腐蚀的机理. .金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类: :1)1)化学腐蚀化学腐蚀: : 金属与介质金属与介质 ( ( 干燥气体和干燥气体和 非电解质溶液非电解质溶液 ) ) 发生化学发生化学 反应而产生的腐蚀。反应而产生的腐蚀。 例如例如: :高温氧化、脱碳等。高温氧化、脱碳等。2)2)电化学腐蚀电化学腐蚀: :金属与介质
52、金属与介质 ( ( 电解质溶电解质溶 液液, ,即酸、碱、盐溶液即酸、碱、盐溶液 ) ) 发生电化学反应而产生发生电化学反应而产生 的腐蚀。的腐蚀。4.4.金属的防腐措施金属的防腐措施: :1)1)覆盖层保护覆盖层保护: : 涂漆、电镀、发蓝、磷涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。化等工艺。2)2)形成氧化层形成氧化层: : 加入合金元素加入合金元素CrCr、AlAl、SiSi 等等, ,形成形成Cr2O3Cr2O3、SiO2SiO2、Al2O3Al2O3等等氧化氧化膜。膜。 3)3)提高金属的电极电位提高金属的电极电位: : 加入合金元素加入合金元素CrCr、NiNi、SiSi等等, ,提高金属基
53、体的电极电位。提高金属基体的电极电位。4)4)使钢在室温下呈单相组织使钢在室温下呈单相组织: :加入合金元素加入合金元素 MnMn、NiNi、CoCo等能等能扩大扩大 区区, ,可在室温获得可在室温获得奥氏体钢奥氏体钢。加入合金元素加入合金元素 CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi、 Si Si 等等能扩大能扩大区区, ,可在室温获得可在室温获得铁素体铁素体 钢。钢。5.5.化学成分特点化学成分特点: : * * 低碳低碳: :耐蚀性要求愈高耐蚀性要求愈高, ,碳含量愈低。碳含量愈低。 * * 合金元素合金元素: :主加主加CrCr。 辅加辅加NiNi、MoMo、CuCu、TiTi、N
54、bNb、Mn Mn 等。等。6.6.常用的不锈钢常用的不锈钢: : * *马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 * *铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 * *奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢1)1)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 - Cr13- Cr13型钢型钢化学成分特点化学成分特点: : W Wc = 0.1 c = 0.1 0.4 %0.4 % W WCrCr = 13 % = 13 %热处理特点热处理特点: :正火正火后的组织是后的组织是马氏体马氏体。牌号牌号: : 1Cr131Cr134Cr134Cr13用途用途: : 医疗器械医疗器械医用医用镊子镊子2)2)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢化学成分特点化
55、学成分特点: : W Wc = 0.1 %c = 0.1 %左右左右 W WCrCr = 17 % = 17 %热处理特点热处理特点: : 不能进行热处理强化。不能进行热处理强化。牌号牌号: : 1Cr171Cr17、1Cr17Ti1Cr17Ti、1Cr281Cr28等。等。用途用途: :化工设备中要求耐蚀性高、塑化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。性好、强度低的容器、管道等。铁素体型不锈钢的用途铁素体型不锈钢的用途硝酸生产装置硝酸生产装置合成氨生产装置合成氨生产装置3)3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢-18 8-18 8型钢型钢化学成分特点化学成分特点: : W Wc =
56、 0.08 c = 0.08 0.14 %0.14 % W WCrCr = 17 = 1719 %19 % W WNiNi = 8 = 811 %11 % Cu Cu、TiTi、MoMo等。等。加工特点加工特点: :不能进行热处理强化不能进行热处理强化, ,只能只能 冷塑性变形强化。冷塑性变形强化。热处理特点热处理特点: :固溶处理固溶处理; ;稳定化处理稳定化处理; ; 消除应力退火。消除应力退火。牌号牌号: : 0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti用途用途: : 化工容器、管
57、道等。化工容器、管道等。大型化工储罐大型化工储罐(304)(304)管板换热器管板换热器 ( 304 )( 304 )耐磨钢耐磨钢2.2.性能要求性能要求: :高硬度、耐磨性、韧性。高硬度、耐磨性、韧性。 3.3.化学成分特点化学成分特点: :高高碳碳 W Wc = 1c = 11.3 %1.3 %高高 锰锰 W WMn = 11Mn = 1114 % 14 % 4.4.热处理特点热处理特点: :水韧水韧处理处理。5.5.室温组织室温组织: :过饱和单相奥氏体。过饱和单相奥氏体。5.5.牌号牌号ZG Mn13 - 1ZG Mn13 - 1一号一号铸造高锰钢铸造高锰钢锰含量锰含量W WMn Mn
58、 13 %13 %铸钢铸钢铁路道岔铁路道岔履带履带球磨机衬板球磨机衬板挖挖掘掘机机铲铲齿齿 高锰钢广泛用于既要高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。求耐磨又要求耐冲击的零件。如如拖拉机的履带板拖拉机的履带板、球磨机的球磨机的衬板衬板、破碎机的牙板破碎机的牙板、挖掘机挖掘机的铲齿的铲齿和和铁路的道岔铁路的道岔等。等。钢钢 号号钢钢 种种合金元素的主要作用合金元素的主要作用热处理特点热处理特点使用状态下组织使用状态下组织Q345Q345低合金高强低合金高强度结构钢度结构钢MnMn: :强化强化F F，增加增加P P量，降量，降低冷脆转变温度低冷脆转变温度热轧空冷热轧空冷F+PF+P65Mn6
59、5Mn弹簧钢弹簧钢Mn:Mn:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F F淬火淬火+ +中温回火中温回火T T回回ZGMn13ZGMn13耐磨钢耐磨钢Mn:Mn:获得单相获得单相A A组织组织水韧处理水韧处理表表:M+:M+碳化物碳化物 心心:A:A20Cr20Cr渗碳钢渗碳钢Cr:Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F F渗碳渗碳+ +淬火淬火+ +低低温回火温回火表表: M: M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+A心心: M: M回回+F+F40Cr40Cr调质钢调质钢Cr:Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F F调质处理调质处理S S回回9SiCr9SiCr低合金工具钢低合金工具钢
60、Cr:Cr:提高淬透性提高淬透性淬火淬火+ +低温回火低温回火M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A +A ( (少量少量) )GCr15GCr15滚动轴承钢滚动轴承钢Cr:Cr:提高淬透性，耐磨性、提高淬透性，耐磨性、耐蚀性耐蚀性淬火淬火+ +低温回火低温回火M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A +A ( (少量少量) )1Cr131Cr13马氏体不锈钢马氏体不锈钢Cr:Cr:提高耐蚀性提高耐蚀性淬火淬火+ +高温回火高温回火M M回回5CrNiMo5CrNiMo热作模具钢热作模具钢CrCr、Ni:Ni:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F F淬火淬火+ +高温回火高温回火S S
61、回回Mo:Mo:防止高温回火脆性防止高温回火脆性Cr12MoVCr12MoV冷作模具钢冷作模具钢Mo:Mo:细化晶粒，提高耐磨性细化晶粒，提高耐磨性淬火淬火+ +低温回火低温回火M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A +A ( (少量少量) )W18Cr4VW18Cr4V高速钢高速钢V:V:提高耐磨性、热硬性提高耐磨性、热硬性淬火淬火+ +低温回火低温回火M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A +A ( (少量少量) )1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈奥氏体不锈钢钢Ti:Ti:防止晶间腐蚀防止晶间腐蚀固溶处理固溶处理A A5.4 5.4 铸铸 铁铁5 54 41
62、1 铸铁的石墨化铸铁的石墨化1.1.铸铁中的碳存在形式：铸铁中的碳存在形式：一是碳化物状态，如渗碳体及其它碳化物；一是碳化物状态，如渗碳体及其它碳化物；二是游离状态，即石墨。二是游离状态，即石墨。铸铁中的石墨与碳化物铸铁中的石墨与碳化物3.3.铸铁的石墨化方式：一种是直接从液态合金和奥铸铁的石墨化方式：一种是直接从液态合金和奥氏体中析出，另一种是渗碳体在一定条件下分解出；氏体中析出，另一种是渗碳体在一定条件下分解出；2.2.石墨为六方晶格如右图。基面石墨为六方晶格如右图。基面上原子以共价键结合，基面之间上原子以共价键结合，基面之间原子以范氏键结合，因此铸铁的原子以范氏键结合，因此铸铁的强度、硬
63、度、塑性及韧性极低。强度、硬度、塑性及韧性极低。 4.4.影响石墨化的主要因素：影响石墨化的主要因素：化学成分和冷却速度化学成分和冷却速度；A.A.化学成分：化学成分： C C、SiSi是强烈促进石墨化的元素；是强烈促进石墨化的元素； S S是强烈阻碍石墨化的元素；易使碳以渗碳体是强烈阻碍石墨化的元素；易使碳以渗碳体的形式出现，促使铸铁白口化；同时降低铁水的流动的形式出现，促使铸铁白口化；同时降低铁水的流动性性; ; MnMn是阻碍石墨化的元素，但它能与是阻碍石墨化的元素，但它能与S S形成形成MnSMnS，削弱，削弱S S的不利影响，因此一般的不利影响，因此一般W WMnMn=0.6=0.6
64、1.3%1.3%； P P对石墨化的影响不大，它能提高铁水的对石墨化的影响不大，它能提高铁水的流动性，但同时增加铸铁冷裂的倾向，一般流动性，但同时增加铸铁冷裂的倾向，一般WpWp0.3%0.3%；B.B.冷却速度冷却速度：冷却速度越慢，越有利于石墨化的进行；：冷却速度越慢，越有利于石墨化的进行；主要取决于：铸型材料、铸造方法和铸件壁厚；主要取决于：铸型材料、铸造方法和铸件壁厚；1.1.石墨石墨的数量、大小、形状及分布的数量、大小、形状及分布 （1 1）数量：）数量：石墨石墨破坏基体连续性，减小承载面积，是应破坏基体连续性，减小承载面积，是应力集中和裂纹源，故力集中和裂纹源，故石墨石墨越多，抗拉
65、强度、塑性及越多，抗拉强度、塑性及韧性越低韧性越低（2 2）大小：越粗，局部承载面积越小，越细，应力集中）大小：越粗，局部承载面积越小，越细，应力集中越大，均使性能下降，故有适合尺寸（长度越大，均使性能下降，故有适合尺寸（长度0.030.030.25mm0.25mm）；）；（3 3）分布：越均匀，性能越好；）分布：越均匀，性能越好；（4 4）由片状至球状，强度、塑性及韧性均提高。）由片状至球状，强度、塑性及韧性均提高。 2.2.基体基体F F基体塑性和韧性好，基体塑性和韧性好，P P基体强度、硬度及耐磨性高。基体强度、硬度及耐磨性高。石墨与基体对铸铁性能的影响石墨与基体对铸铁性能的影响 5 5
66、4 42 2 常用铸铁常用铸铁分类：（按碳的存在形式进行分类）分类：（按碳的存在形式进行分类）（1 1）白口铸铁）白口铸铁碳以碳化物形式出现，断口呈白色，硬碳以碳化物形式出现，断口呈白色，硬度高，脆性大，难以切削加工，主要用作炼钢原料、可度高，脆性大，难以切削加工，主要用作炼钢原料、可锻铸铁的毛坯等；锻铸铁的毛坯等；（2 2）灰口铸铁）灰口铸铁碳主要以石墨形态出现，断口呈灰色碳主要以石墨形态出现，断口呈灰色 灰铸铁灰铸铁石墨呈片状；石墨呈片状； 球墨铸铁球墨铸铁石墨呈球状；石墨呈球状； 可锻铸铁可锻铸铁石墨呈团絮状；石墨呈团絮状； 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状；石墨呈蠕虫状； （3 3）麻口铸
67、铁）麻口铸铁碳部分以渗碳体，部分以石墨的形式碳部分以渗碳体，部分以石墨的形式存在，断口呈灰、白相间，硬脆性较大，工业上很少使存在，断口呈灰、白相间，硬脆性较大，工业上很少使用用（4 4）合金铸铁）合金铸铁为使铸铁获得具有耐磨、耐蚀、耐热等为使铸铁获得具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能，在铸铁中加入一些合金元素所形成的铸铁。特殊性能，在铸铁中加入一些合金元素所形成的铸铁。灰铸铁灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁可锻铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁1 1、灰铸铁：、灰铸铁：灰铸铁的化学成分、组织和性能灰铸铁的化学成分、组织和性能A A、化学成分、化学成分：WcWc=2.5=2.53.6%3.6%、WSiWSi=1.0
68、=1.02.5%2.5%、Wp0.3%Wp0.3%、WMnWMn=0.5=0.51.3%1.3%、Ws0.15%Ws0.15%；B B、组织、组织：钢的基体上分布着片状石墨；：钢的基体上分布着片状石墨；三种基体组织：三种基体组织：F F、F+PF+P、P PC C、性能、性能力学性能力学性能石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能了许多钢所不及的优良性能 优良的性能：优良的性能：良好的铸造性能良好的铸造性能 良好的减摩性良好的减摩性良好的减震性良好的减震性较低的缺口敏感性较低的缺口敏感性良好的切削加工性良好的切削加
69、工性良好的抗压性能良好的抗压性能类类 别别牌号牌号用用 途途 举举 例例铁素体铁素体灰铸铁灰铸铁HTl00HTl00低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等支架等铁索体铁索体珠珠光体灰铸铁光体灰铸铁HT150HT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工作承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件零件珠光体珠光体灰铸铁灰铸铁HT200HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等齿轮、机座、床身、活塞
70、、齿轮箱、油缸等HT250HT250孕育铸铁孕育铸铁HT300HT300床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等轴、汽缸体、汽缸盖等HT350HT350 D D、灰铸铁的牌号及用途：、灰铸铁的牌号及用途：“HT”+HT”+数字；如数字；如HT200HT200指灰铸铁的最小抗拉强度值为指灰铸铁的最小抗拉强度值为200Mpa200Mpa； 灰铸铁件灰铸铁件（3 3）灰铸铁的）灰铸铁的孕育处理孕
71、育处理： 即在浇注前向铁水中加入少量孕育剂（如即在浇注前向铁水中加入少量孕育剂（如硅铁、硅钙合金硅铁、硅钙合金等），改变铁水的结晶条件，等），改变铁水的结晶条件，从而得到从而得到细小均匀分布的片状细小均匀分布的片状G G和和细小细小P P组织。组织。性能：强度有较大的提高，塑性和韧性也有性能：强度有较大的提高，塑性和韧性也有改善；改善；（4 4）灰铸铁的热处理）灰铸铁的热处理：只能改变基体组织，而不能改变石：只能改变基体组织，而不能改变石墨的形状、数量和大小、分布；墨的形状、数量和大小、分布； 目的：消除铸件的内应力和白口组织、稳定尺寸、提高工目的：消除铸件的内应力和白口组织、稳定尺寸、提高工
72、件表面的硬度和耐磨性等；件表面的硬度和耐磨性等；A A、去应力退火：加热至、去应力退火：加热至500500600600保温保温随炉缓冷至随炉缓冷至200200出炉空冷；出炉空冷；B B、消除白口组织的退火：加热至、消除白口组织的退火：加热至850850950950保温保温2 25h5h随炉缓冷至随炉缓冷至400400500500出炉空冷；出炉空冷；C C、表面淬火：用高、中频表面淬火或接触电阻加热表面淬、表面淬火：用高、中频表面淬火或接触电阻加热表面淬火等方法，来提高铸件表面硬度和耐磨性，获得表面细火等方法，来提高铸件表面硬度和耐磨性，获得表面细M M基基体体+ +石墨组织；石墨组织；6.2.
73、2 6.2.2 球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁 是是2020世纪世纪5050年代发展起来的一种新型铸铁，它年代发展起来的一种新型铸铁，它是经过球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出是经过球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后、浇注前加入一定量的炉后、浇注前加入一定量的球化剂球化剂( (稀土镁合金稀土镁合金Re-MgRe-Mg等等) )和孕育剂，使石墨呈球状析出。和孕育剂，使石墨呈球状析出。 A.A.化学成分化学成分：WcWc=3.8=3.84.0%4.0%、W WSiSi=2.0=2.02.8%2.8%、Wp0.1%Wp0.1%、W WMnMn=0.6=0.6.8%.8%、Ws=
74、0.04%Ws=0.04%、W WMgMg=0.03=0.030.05%0.05%、W WReRe=0.03=0.030.05%0.05%；B B、组织：有四种基体组织、组织：有四种基体组织FF、P P、F+PF+P、B B；C C、性能、性能：由于球状石墨对基体组织的割裂作用和应力：由于球状石墨对基体组织的割裂作用和应力集中作用小，所以球铁的力学性能远高于灰铸铁，集中作用小，所以球铁的力学性能远高于灰铸铁，强度与钢接近，但塑性和韧性仍不如钢，但同时还强度与钢接近，但塑性和韧性仍不如钢，但同时还具有灰铸铁的减振性、耐磨性、低的缺口敏感性和具有灰铸铁的减振性、耐磨性、低的缺口敏感性和优良的铸造性
75、能和切削加工性；优良的铸造性能和切削加工性；D D、缺点、缺点：对原材料及熔炼的工艺要求高；：对原材料及熔炼的工艺要求高；E E、球铁的热处理：、球铁的热处理：退火：去应力退火、低温退火和高温退火等；退火：去应力退火、低温退火和高温退火等；目的：消除内应力、获得目的：消除内应力、获得F F基体，提高韧性和塑性；基体，提高韧性和塑性；正火：可增加正火：可增加P P的数量，提高其弥散度，提高强度和耐磨的数量，提高其弥散度，提高强度和耐磨性；性；调质处理：淬火调质处理：淬火+ +高温回火，获得回火索氏体，具有较好高温回火，获得回火索氏体，具有较好的综合力学性能；的综合力学性能；等温淬火：获得等温淬火
76、：获得B B下基体，具有高硬度、高强度和较好的下基体，具有高硬度、高强度和较好的韧性；韧性；基体类型基体类型牌号牌号用途举例用途举例铁素体铁素体QT400-15QT400-15QT400-10QT400-10承受冲击、振动的零件，如阀体承受冲击、振动的零件，如阀体汽车、内燃机车零件，机床零汽车、内燃机车零件，机床零件，减速器壳件，减速器壳铁素体铁素体+ +珠光体珠光体QT500-7QT500-7机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦珠光体珠光体QT700-2QT700-2QT800-2QT800-2载荷大，复杂零件，柴油机曲轴、载荷大，复杂零件，柴油机曲轴、凸轮轴汽缸体、缸套，活
77、塞凸轮轴汽缸体、缸套，活塞环，部分磨床、铣床、车床的环，部分磨床、铣床、车床的主轴等主轴等下贝氏体下贝氏体QT900-2QT900-2汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速齿轮柴油机凸轮轴齿轮柴油机凸轮轴F F、球铁的牌号、球铁的牌号：QT6003QT6003表示表示b600Mpab600Mpa；3%3%；球墨铸铁件球墨铸铁件6.2.4 6.2.4 可锻铸铁可锻铸铁 可锻铸铁俗称玛钢、马铁。蠕墨铸铁的生产过程是：可锻铸铁俗称玛钢、马铁。蠕墨铸铁的生产过程是：首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化退首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石
78、墨）而获得可锻铸铁件。火使渗碳体分解为团絮状石墨）而获得可锻铸铁件。6.2.4 6.2.4 可锻铸铁可锻铸铁1 1可锻铸铁的化学成分、组织和性能可锻铸铁的化学成分、组织和性能1 1）可锻铸铁的化学成分是）可锻铸铁的化学成分是: : w wC C=2.2%=2.2%2.8%2.8%，w wSiSi=1.0%=1.0%1.8%1.8%，w wMnMn=0.3%=0.3%0.8%0.8%，w wS0.2%S0.2%，w wP0.1%P0.1%。 2 2）可锻铸铁的组织有二种类型：）可锻铸铁的组织有二种类型：铁素体铁素体(F)+(F)+团絮状状石墨团絮状状石墨(G)-KTH(G)-KTH；珠光体珠光体
79、(P)+(P)+团絮状石墨团絮状石墨(G)-KTZ(G)-KTZ。 类类 别别牌号牌号应用举例应用举例黑心可黑心可锻铸铁锻铸铁KTH300-06KTH300-06KTH330-08KTH330-08KTH35010KTH35010KTH37012KTH37012汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等，机床上用的构、弹簧钢板支座等，机床上用的扳手，低压阀门，管接头，铁道扣扳手，低压阀门，管接头，铁道扣板和农具等板和农具等珠光体珠光体可锻铸可锻铸铁铁KTZ550-04KTZ550-04KTZ700-02KTZ700-02曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，曲轴，
80、连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，活塞环等活塞环等 3 3）牌号：）牌号：KTH37012KTH37012表示表示b370Mpab370Mpa；12%12%的黑心可锻铸铁；的黑心可锻铸铁；4 4）用途：主要用于形状复杂、要求强度和韧性较高的薄壁）用途：主要用于形状复杂、要求强度和韧性较高的薄壁铸件；铸件； 缺点：生产过程较为复杂，退火时间长，因而生产率低，缺点：生产过程较为复杂，退火时间长，因而生产率低，能耗大，成本较高；能耗大，成本较高；5 5）热处理：）热处理：可锻铸铁的退火可锻铸铁的退火： 第一阶段的石墨化温度第一阶段的石墨化温度950950长时间保温长时间保温渗碳渗碳体分解体分解团絮状石墨团絮
81、状石墨+P+P基体基体KTZKTZ； 第二阶段石墨化退火后：共析转变中第二阶段石墨化退火后：共析转变中AF+GAF+G（共（共析），则形成析），则形成F F基体的黑心可锻铸铁基体的黑心可锻铸铁KTHKTH；可锻铸铁件可锻铸铁件4 4、蠕墨铸铁、蠕墨铸铁：是在一定成分的铁水中加入适量的：是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂蠕化剂（稀土以（稀土以及稀土镁加稀土钙和稀土镁加钛铁），获得形态介于片状与球状及稀土镁加稀土钙和稀土镁加钛铁），获得形态介于片状与球状之间，形似蠕虫状石墨的铸铁；之间，形似蠕虫状石墨的铸铁； 石墨形态：成虫状，长厚比为石墨形态：成虫状，长厚比为2 21010，而片状，而片状G
82、G的长厚比为的长厚比为5050以上以上 1 1） 性能：介于灰铸铁和球铁之间，有良好的铸造工艺性，良好性能：介于灰铸铁和球铁之间，有良好的铸造工艺性，良好的热导性，较低的热膨胀系数等；的热导性，较低的热膨胀系数等； 2 2）牌号：）牌号：RuT340RuT340表示表示b340Mpab340Mpa； 3 3）用途：玻璃模具、钢锭模、气缸盖等；）用途：玻璃模具、钢锭模、气缸盖等；蠕墨铸铁的铸件蠕墨铸铁的铸件破碎机上的锤头衬破碎机上的锤头衬锤头连接件锤头连接件5.5.1 5.5.1 铝及铝合金铝及铝合金1.1.铝的性能特点铝的性能特点: : 密度小密度小; ;导电及导热导电及导热 性能好性能好;
83、;抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好; ;塑性高塑性高; ;强强 度低度低; ;无磁性无磁性; ;无打击火花无打击火花; ;加工工艺加工工艺 性好等。性好等。2.2.纯铝的分类纯铝的分类高纯高纯铝铝 L01L010404工业高纯铝工业高纯铝 L0L0、L00L00工业纯铝工业纯铝 L1L14 4 3 3、用途：电线、电缆、管、棒、线、型材及配制合金；、用途：电线、电缆、管、棒、线、型材及配制合金； 4 4、牌号：国际四位牌号法、牌号：国际四位牌号法 1 1 “1” “1”表示纯铝，表示纯铝，表示纯铝的含量的小数点后的两位数表示纯铝的含量的小数点后的两位数表示原始纯铝的改型情况表示原始纯铝的改型情况
84、工业纯铝：工业纯铝：WAlWAl=99.00=99.0099.80%99.80%铝合金铝合金的分类的分类变形铝合金变形铝合金铸造铝合金铸造铝合金不能热处理不能热处理强化铝合金强化铝合金能热处理能热处理强化铝合金强化铝合金5.5.铝合金的分类铝合金的分类 1 1）铸造铝合金的牌号：）铸造铝合金的牌号：“Z”+Z”+元素符号元素符号+ +数字数字例如：例如：Z ZAlSiAlSi1212表示含硅量为表示含硅量为12%12%的铸造铝硅合金；的铸造铝硅合金；主加合金元素符号主加合金元素符号基体金属元素符号基体金属元素符号 2 2）变形铝合金采用国际四位数字（或符号）体系）变形铝合金采用国际四位数字（或
85、符号）体系牌号命名方法：牌号命名方法：第一位第一位：11纯铝、纯铝、22铝铜合金、铝铜合金、33铝锰合金铝锰合金44铝硅合金、铝硅合金、55铝铝镁合金、镁合金、66铝镁硅合金、铝镁硅合金、77铝锌合金；铝锌合金；第二位第二位：数字或字母表示改型情况，：数字或字母表示改型情况，0 0或或A A表示原始合金，表示原始合金，其余表示改型合金；其余表示改型合金；第三、四位第三、四位：用以标识同一组中不同的铝合金；：用以标识同一组中不同的铝合金；例如：例如：5A02“5”5A02“5”表示铝镁合金，表示铝镁合金，“A”A”为原始合金为原始合金，“02”02”为组别；为组别；6 6、铝合金的强化途径、铝合
86、金的强化途径(1)(1)不可热处理强化变形铝合金不可热处理强化变形铝合金冷变形冷变形，如冷轧、压延等工，如冷轧、压延等工艺；艺；(2)(2)可热处理强化变形铝合金可热处理强化变形铝合金固溶处理固溶处理+ +时效时效 固溶处理（俗称淬火），固溶处理（俗称淬火），即将铝合金加热到即将铝合金加热到单相区内单相区内某一温度，使其第二相溶入某一温度，使其第二相溶入中形成均匀的中形成均匀的单相固溶体组织单相固溶体组织，然后，然后在水中快冷，使第二相来不及重新析出而形成过饱和在水中快冷，使第二相来不及重新析出而形成过饱和固溶体单相固溶体单相组织；组织； 时效：时效：将固溶处理后的铝合金在常温下放置一段时间后
87、，将固溶处理后的铝合金在常温下放置一段时间后，其其强度、硬度上升强度、硬度上升，塑性韧性下降的效果才逐步产生，这种合金的，塑性韧性下降的效果才逐步产生，这种合金的性能随着时间而变化的现象称为时效；性能随着时间而变化的现象称为时效； 自然时效：自然时效：在在室温室温进行的时效处理称为；进行的时效处理称为； 人工时效：人工时效：在在加热加热的条件下进行人工时效处理的则称为的条件下进行人工时效处理的则称为(3)(3)铸造铝合金：铸造铝合金： 由于在组织中有一定比例的共晶体，熔由于在组织中有一定比例的共晶体，熔点低，流动性好，可制造形状复杂的零件，点低，流动性好，可制造形状复杂的零件，但共晶体比较粗大
88、且韧性差，因此铸造铝合但共晶体比较粗大且韧性差，因此铸造铝合金强度低、塑性、韧性差；若采用金强度低、塑性、韧性差；若采用变质处理变质处理就能使共晶体细化，并在一定程度上使铸造就能使共晶体细化，并在一定程度上使铸造铝合金强化、韧化。铝合金强化、韧化。 1) 1) 变形铝合金变形铝合金1.1.防锈铝合金防锈铝合金 ( ( LFLF ) : ) : Al Mn Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( ( 比纯铝好比纯铝好 ) )。 例如例如:LF21:LF21。 Al MgAl Mg 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强
89、度和抗蚀性 ( ( 比纯铝轻比纯铝轻 ) )。 例如例如:LF2:LF2、LF6LF6等。等。 飞机翼梁飞机翼梁( (腹板为硬铝合金腹板为硬铝合金) )2.2.硬铝合金硬铝合金 ( ( LY LY ) :) : Al Cu Mg Al Cu Mg 通过通过时效强化时效强化提铝合金强度提铝合金强度, ,但但耐蚀性不高耐蚀性不高。LY1LY1、LY11LY11、LY12LY12。3.3.超硬铝合金超硬铝合金 ( ( LCLC ) :) : Al Zn Mg Cu Al Zn Mg Cu 通过通过时效强化和形成的强化相时效强化和形成的强化相, ,使铝合金达到使铝合金达到最高的硬度和最高的硬度和强度强
90、度。但。但耐蚀性较差耐蚀性较差。LC4LC4、LC9LC9。 飞机主起落架飞机主起落架4.4.锻铝合金锻铝合金 ( ( LD LD ) :) : Al Mg Si Cu Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性具有良好的热塑性, , 通过固溶处理和人工时效通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。来提高铝合金的力学性能。 LD5LD5、LD6LD6、LD10LD10。压气机叶片压气机叶片2) 2) 铸造铝合金铸造铝合金铸造铝铸造铝 硅合金硅合金铸造铝铸造铝 铜合金铜合金铸造铝铸造铝 镁合金镁合金铸造铝铸造铝 锌合金锌合金1.1.铸造铝铸造铝 硅合金硅合金 ( ZL101( ZL101ZL
91、111 ) :ZL111 ) :活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) ) ZL102合金铸造组织 ( 化染 ) 552.2.铸造铝铸造铝 铜合金铜合金 ( ZL201( ZL201ZL203 ) :ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性有较高的强度、塑性及耐热性, ,但铸但铸 造性能和耐蚀性较差。造性能和耐蚀性较差。 铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210汽缸头汽缸头3.3.铸造铝铸造铝 镁合金镁合金 ( ZL301( ZL301、ZL302 ) :ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性有较高的强度、韧性及耐蚀性, ,但铸但铸 造性能和耐热性较差。造性能和耐热性较差。
92、铝镁合金铸造组织 (化染) 150鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL102)及及航空架件航空架件(ZL301)(ZL301)4.4.铸造铝铸造铝 锌合金锌合金 ( ZL401( ZL401、ZL402 ) :ZL402 ) : 具有良好的铸造性具有良好的铸造性, ,经变质处理和时效处理后经变质处理和时效处理后, ,强度高强度高, ,但耐蚀性差。但耐蚀性差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)5.5.2 5.5.2 铜及铜合金铜及铜合金一、纯铜（紫铜）一、纯铜（紫铜） （1 1）特征：呈紫红色，又称紫铜，密度为）特征：呈紫红色，又称紫铜，密度为8.96g/cm3
93、,8.96g/cm3,熔点熔点10831083，面心立方晶格，无同素异晶转变。，面心立方晶格，无同素异晶转变。 （2 2）性能：良好的导电、导热性、耐蚀性和塑性，易于热、）性能：良好的导电、导热性、耐蚀性和塑性，易于热、冷压力加工，但强度、硬度低。冷压力加工，但强度、硬度低。 （3 3）牌号：）牌号：T1T1、T2T2、T3T3、T4T4四种，序号越大，纯度越低，纯四种，序号越大，纯度越低，纯度为度为99.95%99.95%（T1T1）99.5%99.5%（T4T4）；）； （4 4）用途：制造电线、电缆、电子元件及导热器件。）用途：制造电线、电缆、电子元件及导热器件。 纯纯铜铜组织金相图组织
94、金相图二二. .铜合金的分类铜合金的分类黄铜黄铜 : Cu Zn: Cu Zn合合金金 白铜白铜 : Cu Ni: Cu Ni合金合金 青铜青铜 : : 除黄铜和白铜外的所有除黄铜和白铜外的所有 铜合金。铜合金。1 1、黄铜：以、黄铜：以ZnZn为主要添加元素，对海水和大气有优良的耐蚀性，为主要添加元素，对海水和大气有优良的耐蚀性，力学性能和含力学性能和含ZnZn量有关；量有关；当当WZnWZn39%39%时，时，ZnZn能完全溶于铜内，形成面心立方晶格的能完全溶于铜内，形成面心立方晶格的固溶体，塑性好，随着固溶体，塑性好，随着ZnZn量的增加，其强度和塑性都上升，量的增加，其强度和塑性都上升
95、，适于冷热变形加工；适于冷热变形加工；当当WZnWZn39%39%时，黄铜组织由时，黄铜组织由固溶体和固溶体和相（硬脆相）组成，相（硬脆相）组成，强度升高，而塑性急剧下降；强度升高，而塑性急剧下降；当当WZnWZn45%45%时，黄铜组织由全部时，黄铜组织由全部相（硬脆相）组成，己无相（硬脆相）组成，己无使用价值；使用价值；典型合金：典型合金：H68H68WCuWCu=68%=68%，其余为，其余为ZnZn，主要用于作子弹壳、，主要用于作子弹壳、散热器外壳等；散热器外壳等； H62H62WCuWCu=62%=62%，其余为，其余为ZnZn，主要用于作散热器等；，主要用于作散热器等；普通黄铜普通
96、黄铜1.1.黄铜的牌号黄铜的牌号( Z ) H 90( Z ) H 90含铜含铜量量 W WCuCu = 90% = 90%黄铜黄铜铸造铸造2.常用的黄铜常用的黄铜v金奖黄铜金奖黄铜 - H90- H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 )- H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 )- H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管二二) ) 特殊黄铜特殊黄铜1.1.定义定义: :在黄铜中加入在黄铜中加入AlAl、FeFe、SiSi、CrCr、 NiNi、SnSn、Mn Mn 等元素所形成的合金。等元素所形成的合金。2.2.牌号牌号: :H A
97、l 59 - 3H Al 59 - 3含铝量含铝量W WAlAl = 3% = 3%含铜量含铜量W WCu Cu = 59%= 59%4.4.黄铜的自裂与脱锌黄铜的自裂与脱锌: :v自裂自裂 - - 应力腐蚀应力腐蚀 : : 黄铜在塑性变形后产黄铜在塑性变形后产 生较大应力生较大应力, ,在潮湿空气中或在微在潮湿空气中或在微 量氨的气份中发生应力腐蚀。含量氨的气份中发生应力腐蚀。含 锌量越高锌量越高, , 应力腐蚀倾向越大。应力腐蚀倾向越大。v脱锌脱锌 - - 锌的电极电位远低于铜锌的电极电位远低于铜 , , 所以在所以在 盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。5.5.黄
98、铜的热处理黄铜的热处理 : :去去应力退火应力退火 : : 在在200200300300左右退左右退 火火, ,提高塑性和弹性极提高塑性和弹性极 限限, ,消除应力腐蚀。消除应力腐蚀。再结晶退火再结晶退火 : : 在在500500700700左右退左右退 火火, ,消除加工硬化消除加工硬化, ,恢复恢复 塑性。塑性。二.青铜普通青铜普通青铜 ( ( 锡青铜锡青铜 ) )特殊青铜特殊青铜 ( ( 无锡青铜无锡青铜 ) ) 青铜牌号的表示方法青铜牌号的表示方法Z Q Sn10 1 Z Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量为素含量为1%1%主主加元素锡其含加元素锡其含量为量为W WSnSn
99、= 10% = 10%青铜青铜铸造铸造（1 1）锡青铜：是以锡为主要元素的铜合金，其力学性能取）锡青铜：是以锡为主要元素的铜合金，其力学性能取决于锡的含量。决于锡的含量。 1 1、组织及性能：、组织及性能： 当当WSnWSn7%7%时，时，SnSn完全溶入完全溶入CuCu形成面心立方晶格的形成面心立方晶格的固溶体，固溶体，WSnWSn，强度，强度，塑性，塑性；主要用于压力加工；主要用于压力加工 当当WSnWSn7%7%时，出现脆性相时，出现脆性相，强度，强度，而塑性急，而塑性急剧下降剧下降 当当 WSn20%WSn20%时，由于脆性相时，由于脆性相过多，导致强度、过多，导致强度、塑性都下降塑性
100、都下降 2 2、 应用：工业上使用锡青铜一般应用：工业上使用锡青铜一般WSnWSn=3=314%14%； 当当WSnWSn7%7%时具有良好的塑性和一定强度，适用于时具有良好的塑性和一定强度，适用于压力加工；用于制造耐磨、耐蚀零件及弹性零件；压力加工；用于制造耐磨、耐蚀零件及弹性零件； 当当WSnWSn10%10%，一般只适用于铸造；用于致密性要，一般只适用于铸造；用于致密性要求不高、尺寸要求严格的耐磨、耐蚀铸件；如做轴瓦、轴求不高、尺寸要求严格的耐磨、耐蚀铸件；如做轴瓦、轴套等；套等； （2 2）铝青铜：强度、耐磨性较高，耐蚀性和耐热性比黄）铝青铜：强度、耐磨性较高，耐蚀性和耐热性比黄铜和锡
101、青铜要高，且价格低，还可热处理强化；铜和锡青铜要高，且价格低，还可热处理强化； 1 1、组织及性能：、组织及性能： 当当WAl5%WAl5%时，强度很低，塑性高时，强度很低，塑性高 当当WAl12%WAl12%时，塑性很差，加工困难。时，塑性很差，加工困难。 2 2、应用：、应用：WAlWAl=5%=5%10%10%当当WAlWAl=5%=5%7%7%时，塑性好，时，塑性好，适用于冷变形加工；当适用于冷变形加工；当WAlWAl=9%=9%10%10%左右时强度高，常以左右时强度高，常以铸态使用铸态使用3 3、缺点：焊接性能较差，对过热蒸汽不稳定；、缺点：焊接性能较差，对过热蒸汽不稳定；一一.
102、.性能要求性能要求 : :1.1.在工作温度下在工作温度下, ,应具有足应具有足够的抗压强度、疲劳强度够的抗压强度、疲劳强度和高的耐磨性。和高的耐磨性。2.2.具有足够的塑性与韧性。具有足够的塑性与韧性。3.3.具有较小的摩擦系数。具有较小的摩擦系数。4.4.具有良好的磨合性。具有良好的磨合性。5.5.具有良好的抗蚀性。具有良好的抗蚀性。6.6.具有良好的导热性。具有良好的导热性。7.7.具有较小的膨胀系数。具有较小的膨胀系数。8.8.具有良好的抗咬合性。具有良好的抗咬合性。各类型轴瓦各类型轴瓦5 55 53 3 滑动轴承合金滑动轴承合金滑动轴承合金：滑动轴承合金：制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的
103、合金制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的合金；二二. .组织要求组织要求: :1.1.在高速中、低载荷情况下在高速中、低载荷情况下, ,用用软基体软基体 上上分布分布硬质点组织硬质点组织的材料。的材料。润滑油空间润滑油空间轴轴硬硬质点质点软基体软基体轴瓦轴瓦锡锑锡锑轴承合金轴承合金 ( ( 锡基巴氏合金锡基巴氏合金 ) )Z Z SnSn Sb11 6 Sb11 6 其它元素的其它元素的含量为含量为6%6%主主加元素锑其加元素锑其含量为含量为11%11%基本元素锡基本元素锡铸造铸造巴氏合金轴瓦巴氏合金轴瓦内燃机轴瓦内燃机轴瓦5.5.4 5.5.4 粉末冶金材料粉末冶金材料 将金属或非金属粉末混合后压制
104、成形，并在低于金将金属或非金属粉末混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合的过程被称为粉末冶金工艺，其制品被称为粉末冶结合的过程被称为粉末冶金工艺，其制品被称为粉末冶金材料。用粉末冶金法可以制造如各种衬套、齿轮、凸金材料。用粉末冶金法可以制造如各种衬套、齿轮、凸轮、含油轴承、摩擦片等机械零件。轮、含油轴承、摩擦片等机械零件。一、粉末冶金的特点一、粉末冶金的特点（1 1）生产具有特殊性能的材料和制品；如难熔金属化合）生产具有特殊性能的材料和制品；如难熔金属化合物和金属组成的硬质合金；金属和非金属组成的摩擦材料；
105、物和金属组成的硬质合金；金属和非金属组成的摩擦材料；多孔材料（含油轴承材料）；难熔金属材料（钨基合金）；多孔材料（含油轴承材料）；难熔金属材料（钨基合金）；金属陶瓷；电接触材料；磁性材料等。金属陶瓷；电接触材料；磁性材料等。（2 2）提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金）提高材料性能。用特殊方法制取的细小金属或合金粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织粉末，凝固速度极快、晶粒细小均匀，保证了材料的组织均匀，性能稳定，以及良好的热、冷加工性能，且粉末颗均匀，性能稳定，以及良好的热、冷加工性能，且粉末颗粒不受合金元素和含量的限制，可提高强化下含量，从而粒不受合金元素和含量的限制
106、，可提高强化下含量，从而发展新的材料体系。发展新的材料体系。（3 3）少（无）切屑精密加工）少（无）切屑精密加工 具有省材料、省工时、减具有省材料、省工时、减少设备、降低成本等优点。少设备、降低成本等优点。二、粉末冶金生产的二、粉末冶金生产的工艺过程工艺过程（1 1）粉末制备粉末制备 采用机械粉碎法、还原法、雾化法、阴极沉积法等制采用机械粉碎法、还原法、雾化法、阴极沉积法等制取金属粉末。制备的方法决定着粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化取金属粉末。制备的方法决定着粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧结性等。学成分、压制性、烧结性等。（2 2）粉末配料粉末配料 采用一种或两种以上
107、粉末，掺入添加剂改善粉末被压采用一种或两种以上粉末，掺入添加剂改善粉末被压制时的流动性、降低磨具的磨损，将不同粉末配制的材料混合均匀。制时的流动性、降低磨具的磨损，将不同粉末配制的材料混合均匀。（3 3）压制成形压制成形 将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。通过成将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。通过成形，松散的粉末被压实成具有一定形状、尺寸和强度的坯件。常用的成形，松散的粉末被压实成具有一定形状、尺寸和强度的坯件。常用的成形方法有模压、等静压、轧制、粉浆浇注、挤压、松装烧结成形和爆炸形方法有模压、等静压、轧制、粉浆浇注、挤压、松装烧结成形和爆炸成形等。成形等。（4 4）烧结烧结 是
108、粉末冶金的关键工序。在保护性气氛（是粉末冶金的关键工序。在保护性气氛（H2H2、N2N2、天然气、天然气等）的烧结炉中进行，使坯件孔隙度减小，得到较致密的、具有一定物等）的烧结炉中进行，使坯件孔隙度减小，得到较致密的、具有一定物理性能和力学性能的制品。理性能和力学性能的制品。（5 5） 烧结后处理烧结后处理 烧结后的制品，一般可作为零件使用。根据产品不烧结后的制品，一般可作为零件使用。根据产品不同的要求，还可在烧结后进行整形、浸油、熔渗低熔点合金、机加工、同的要求，还可在烧结后进行整形、浸油、熔渗低熔点合金、机加工、热处理等。热处理等。三、硬质合金三、硬质合金 硬质合金是指以一种或几种难熔碳化
109、物硬质合金是指以一种或几种难熔碳化物（如碳化钨、碳化钛等）的粉末为主要成份，加入（如碳化钨、碳化钛等）的粉末为主要成份，加入起粘结作用的金属钴粉末，用粉末冶金法制得的材起粘结作用的金属钴粉末，用粉末冶金法制得的材料。由硬质基体（质量分数为料。由硬质基体（质量分数为70%70%97%97%）和粘接金）和粘接金属两部分组成。属两部分组成。（一）（一） 硬质合金的性能特点：硬质合金的性能特点： 硬度高（硬度高（868693HRA93HRA），热硬性好（可达），热硬性好（可达90090010001000，保持，保持60HRC60HRC），耐磨性好。硬质合金），耐磨性好。硬质合金的刀具比高速钢刀具切削速
110、度高的刀具比高速钢刀具切削速度高4 47 7倍，刀具寿命倍，刀具寿命高高5 58080倍。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高倍。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高2020150150倍。可切削倍。可切削50HRC50HRC左右的硬质材料。但硬质左右的硬质材料。但硬质合金脆性大，不能进行切削加工制成形状复杂的整合金脆性大，不能进行切削加工制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接、体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接、粘接、机械夹持等方法安装在刀体或模具上使用。粘接、机械夹持等方法安装在刀体或模具上使用。硬质合金刀具硬质合金刀具（二）（二） 常用硬质合金的种类、牌号、性能及
111、用途常用硬质合金的种类、牌号、性能及用途1 1、钨钴类钨钴类硬质合金硬质合金 主要成分是碳化钨（主要成分是碳化钨（WCWC）和粘结剂）和粘结剂CoCo。其牌号由。其牌号由“YG”YG”和平均含钴量的百分数组成。如和平均含钴量的百分数组成。如YG8YG8表示表示WCoWCo =8% =8%其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。由于合金中碳化钨含量高，粘结剂含量较低时，其硬由于合金中碳化钨含量高，粘结剂含量较低时，其硬度较高，抗弯强度则较低；反之，则硬度较低，抗弯强度较高，抗弯强度则较低；反之，则硬度较低，抗弯强度较高。因而，度较高。因而，YG15YG15能承受较大的冲击载荷
112、，适用于粗能承受较大的冲击载荷，适用于粗加工；而加工；而YG3YG3则适用于精加工。则适用于精加工。2 2、钨钛钴类钨钛钴类硬质合金硬质合金 主要成分是碳化钨（主要成分是碳化钨（WCWC）、碳化钛（）、碳化钛（TiCTiC）及钴。）及钴。其牌号由其牌号由“YT”YT”和碳化钛的平均含量组成。如和碳化钛的平均含量组成。如YT15YT15表表示平均示平均W WTicTic =15% =15%，其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类，其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类硬质合金。硬质合金。 由于合金加入了碳化钛，提高了硬度和耐由于合金加入了碳化钛，提高了硬度和耐热性。含碳化钛越多，钴越少，则合金的硬度、耐磨热性。
113、含碳化钛越多，钴越少，则合金的硬度、耐磨性和耐热性越好，而抗弯强度就越差。因此含碳化钛性和耐热性越好，而抗弯强度就越差。因此含碳化钛量较少的量较少的YT5YT5适用于粗加工，而碳化钛量较高的适用于粗加工，而碳化钛量较高的YT30YT30只能用于精加工。只能用于精加工。3 3、钨钛钽铌类钨钛钽铌类硬质合金硬质合金 又称又称通用硬质合金通用硬质合金。 主要成分是碳化钨（主要成分是碳化钨（WCWC）、碳化钛（）、碳化钛（TiCTiC）、碳化钽或）、碳化钽或碳化铌及钴。其牌号由碳化铌及钴。其牌号由“YW”YW”加顺序号组成。如加顺序号组成。如YW1YW1，因加，因加入碳化钽，显著提高了合金的硬度、耐磨
114、性、耐热性及抗入碳化钽，显著提高了合金的硬度、耐磨性、耐热性及抗氧化的能力。可用来加工铸铁、耐热钢、高锰钢、高级合氧化的能力。可用来加工铸铁、耐热钢、高锰钢、高级合金钢等难加工的材料和有色金属。金钢等难加工的材料和有色金属。四、钢结硬质合金四、钢结硬质合金 性能介于高速钢和硬质合金之间。它是以一种性能介于高速钢和硬质合金之间。它是以一种或几种碳化物为硬化相，以碳钢或合金钢（如高速或几种碳化物为硬化相，以碳钢或合金钢（如高速钢、铬钼钢等）粉末为粘结剂，经配料、混料、压钢、铬钼钢等）粉末为粘结剂，经配料、混料、压制和烧结而成的粉末冶金材料。制和烧结而成的粉末冶金材料。 它具有钢材的加工性，经退火处理后可进行它具有钢材的加工性，经退火处理后可进行切削加工，也可进行锻造和焊接，经淬火与回火后，切削加工，也可进行锻造和焊接，经淬火与回火后，具有相当于硬质合金的高硬度和高的耐磨性，适于具有相当于硬质合金的高硬度和高的耐磨性，适于制造各种各样形状的刀具，如麻花钻头、铣刀等，制造各种各样形状的刀具，如麻花钻头、铣刀等，也可制造较高温度下工作的模具和耐磨零件。也可制造较高温度下工作的模具和耐磨零件。
