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1、第六章第六章 金属材料金属材料6.1 6.1 工业用钢概述工业用钢概述6.2 6.2 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用6.3 6.3 结构钢结构钢6.4 6.4 工具钢工具钢6.5 6.5 特殊性能钢特殊性能钢6.6 6.6 铸铁铸铁6.7 6.7 铝及其合金铝及其合金6.8 6.8 铜及其合金铜及其合金6.9 6.9 轴承合金轴承合金6.10 6.10 新型金属材料新型金属材料本章小结本章小结6.1工业用钢概述工业用钢概述611钢中杂质钢中杂质612钢的分类与编号钢的分类与编号第六章第六章 金属材料金属材料6.1.1 钢中常存杂质钢中常存杂质常存杂质常存杂质 对对钢的钢的影响影响 M
2、n脱氧残留在钢中脱氧残留在钢中,室温下形成置换固溶体室温下形成置换固溶体,产生固溶强化产生固溶强化;与硫化合成与硫化合成MnS,减轻热脆现象减轻热脆现象.是有利元素是有利元素. Si脱氧残留在钢中脱氧残留在钢中,脱氧能力比脱氧能力比Mn强强.能产生固溶强化能产生固溶强化.是是有利元素有利元素. S由由矿石和燃料残留钢中矿石和燃料残留钢中.固态下固态下S不溶入不溶入Fe,形成形成FeS,FeS与与Fe形成低熔点的形成低熔点的(985)共晶体共晶体(Fe+FeS),并分布在晶并分布在晶界上界上,热加工时共晶体熔化热加工时共晶体熔化,产生热脆产生热脆.Mn与与S能形成熔点为能形成熔点为1620的的M
3、nS,它在高温时塑性好它在高温时塑性好.是有害元素是有害元素. P由由矿石残留在钢中矿石残留在钢中,溶入铁素体后溶入铁素体后,会产生冷脆现象会产生冷脆现象.是是有害元素有害元素.第六章第六章 金属材料金属材料6.1.2 钢的分类与编号钢的分类与编号1.钢的分类钢的分类 碳碳 低碳钢低碳钢(WC0.25%) 素素 中碳钢中碳钢 (WC=0.3%0.6%) 按按 钢钢 高碳钢高碳钢(WC0.6%) 化化 锰钢锰钢 学学 铬钢铬钢(1)成成 按合金元素种类分按合金元素种类分 硼钢硼钢 分分 合合 铬镍钢铬镍钢 分分 金金 硅锰钢硅锰钢 钢钢 低合金钢低合金钢(5%) 按合金元素含量分按合金元素含量分
4、 中合金钢中合金钢(5%10%) 高合金钢高合金钢(10%)第六章第六章 金属材料金属材料(2)按冶金质量分按冶金质量分普通钢普通钢(WS 0.05%、WP 0.045%优质钢（优质钢（WS 0.030%、 WP 0.035%) 高级优质钢（高级优质钢（WS 0.020%、WP 0.030%)特级优质钢（特级优质钢（WS 0.015%、WP 0.025%)第六章第六章 金属材料金属材料(3)按用途分按用途分 建筑工程用钢建筑工程用钢 工程用钢工程用钢 桥梁工程用钢桥梁工程用钢 船舶工程用钢船舶工程用钢 结构钢结构钢 车辆工程用钢车辆工程用钢 调质钢调质钢 机器用钢机器用钢 渗碳钢渗碳钢 弹簧钢
5、弹簧钢 轴承钢轴承钢 刃具钢刃具钢 工具钢工具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 不锈钢不锈钢 特殊钢特殊钢 奶热钢奶热钢 耐磨钢耐磨钢第六章第六章 金属材料金属材料碳碳钢的编号方法钢的编号方法 分类分类 编号方法编号方法 说明说明 举例举例Q235AF碳素结构钢碳素结构钢Q-字母。字母字母。字母数字数字表示表示S优质碳素结构钢优质碳素结构钢，或，或Mn数字数字表示含碳量的万分之表示含碳量的万分之几，几，Mn表示含表示含Mn量较高量较高45，40Mn碳素工具钢碳素工具钢T，或或TA数字表示含碳量的千分之几数字表示含碳量的千分之几A表示高级优质表示高级优质T8，T10A一般工程用铸造碳钢一般工程用铸
6、造碳钢ZG-数字分别表示数字分别表示S和和bZG200-400第六章第六章 金属材料金属材料合金钢的编号方法合金钢的编号方法 分类分类 编号方法编号方法 举例举例 低合金高强低合金高强度结构钢度结构钢Q-字母字母表示表示S，字母表示质量等级字母表示质量等级 Q345-A合金结构钢合金结构钢+化学符号化学符号+ 前面的前面的表示含碳表示含碳量的万分之几，后面的量的万分之几，后面的表示合金元素表示合金元素的百分之几。的百分之几。15%时不标。滚动轴承时不标。滚动轴承钢以钢以G开头，含铬量用千分数表示。开头，含铬量用千分数表示。60Si2MnGCr15合金工具钢合金工具钢前面前面表示含碳量的千分之几
7、，表示含碳量的千分之几，10%不标，（高速钢例外）不标，（高速钢例外）5CrMnMoCrWMnW18Cr4V特殊性能钢特殊性能钢前面前面表示碳含量的千分之几，当含碳表示碳含量的千分之几，当含碳量量003%或或008%时，钢号前冠以时，钢号前冠以00或或0表示。表示。2Cr130Cr18Ni9Ti第六章第六章 金属材料金属材料62合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用621合金元素对钢中基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响622合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响623合金元素对热处理及性能的影响合金元素对热处理及性能的影响第六章第六章 金属材料金属材料6.2.1 合金元素对钢中
8、基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响常用的合金元素常用的合金元素:Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Ni、RE等等非碳化物形成元素非碳化物形成元素:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等等碳化物形成元素碳化物形成元素:Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等等 合金的基本相是固溶体和化合物合金的基本相是固溶体和化合物,具体在钢中就是铁素体和渗碳体具体在钢中就是铁素体和渗碳体1.形成合金铁素体形成合金铁素体 产生固溶强化（即强度、硬度提高，塑性、韧性下降）产生固溶强化（即强度、硬度提高，塑性、韧性下降）如图所示如图所示；提高铁素体的再结晶温度和高温强度；提高铁素体的化学性能
9、（如提高铁素体的再结晶温度和高温强度；提高铁素体的化学性能（如耐蚀性、磁性等）。耐蚀性、磁性等）。2.形成碳化物形成碳化物 (1)形成合金渗碳体形成合金渗碳体 弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素Mn大部分溶入铁素体中大部分溶入铁素体中,少少部分溶入部分溶入Fe3C中中,形成合金渗碳体形成合金渗碳体(Fe、Mn)3C,其稳定性高于其稳定性高于Fe3C (2)形成特殊化合物形成特殊化合物 包括稳定性较高的特殊化合物包括稳定性较高的特殊化合物Cr7C3、Cr23C6、和和稳定性更高的间隙相稳定性更高的间隙相WC、MoC、VC、TiC、W2C等等 第六章第六章 金属材料金属材料合金元素对铁素体的影响合金
10、元素对铁素体的影响 对硬度的影响对硬度的影响 对韧性的影响对韧性的影响第六章第六章 金属材料金属材料6.2.2 合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响Mn、Cr对铁碳合金相图的影响对铁碳合金相图的影响第六章第六章 金属材料金属材料623合金元素对热处理及性能的影响合金元素对热处理及性能的影响1、对、对钢在钢在加热时奥氏体化的影响加热时奥氏体化的影响 除除Co、Ni加速奥氏体的形成外，其他元素减慢；加速奥氏体的形成外，其他元素减慢； 除除P、Mn促进奥氏体晶粒长大外，其他细化。促进奥氏体晶粒长大外，其他细化。 2、对过冷奥氏体分解的影响、对过冷奥氏体分解的影响 除除Co外，其他溶入奥氏
11、体中的合金元素减慢奥氏外，其他溶入奥氏体中的合金元素减慢奥氏 体的分解，使体的分解，使C曲线向右移或改变曲线向右移或改变C曲线的形状；曲线的形状； 除除Co、Al外，其他元素使外，其他元素使MS下降，增加下降，增加A残残%。 3、对回火转变的影响、对回火转变的影响1) 提高耐回火性提高耐回火性2) 产生二次硬化产生二次硬化3) 回火脆性回火脆性第六章第六章 金属材料金属材料产生二次硬化产生二次硬化钼钼含量对含量对0.35%C的碳素钢回火硬度的影响的碳素钢回火硬度的影响第六章第六章 金属材料金属材料回火脆性回火脆性钢的钢的韧性与回火温度的关系韧性与回火温度的关系第六章第六章 金属材料金属材料63
12、结构钢结构钢631普通结构钢普通结构钢 碳素结构钢（如碳素结构钢（如Q235Q235） 低合金高强钢（如低合金高强钢（如Q345Q345） 成分特点、性能特点、热处理特点、应用成分特点、性能特点、热处理特点、应用632632优质结构钢优质结构钢 渗碳钢（如渗碳钢（如1515、2020CrCr） 调质钢（如调质钢（如4545、4040CrCr） 弹簧钢（如弹簧钢（如7575、6060Si2MnSi2Mn） 滚动轴承钢（如滚动轴承钢（如GCr15GCr15） 成分特点、性能特点、热处理特点、应用成分特点、性能特点、热处理特点、应用 第六章第六章 金属材料金属材料64工具钢工具钢641 性能要求性能
13、要求 高硬度和高耐磨性、高热硬性（红硬性）、足够的韧性高硬度和高耐磨性、高热硬性（红硬性）、足够的韧性 和塑性、和塑性、 其他其他642 成分特点成分特点 含碳量、合金元素含碳量、合金元素643 锻造及热处理特点锻造及热处理特点644 应用应用第六章第六章 金属材料金属材料工具钢的种类工具钢的种类1刃具钢（如刃具钢（如T10、9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2） 成分特点、锻造特点、成分特点、锻造特点、热处理特点热处理特点、应用、应用2模具钢模具钢 热作模具钢（如热作模具钢（如5CrMnMo、5CrNiMo） 冷作模具钢（如冷作模具钢（如3Cr2W8V） 成分特点、锻造特点、热处
14、理特点、应用成分特点、锻造特点、热处理特点、应用3量具钢量具钢 第六章第六章 金属材料金属材料高速钢的锻造及热处理特点高速钢的锻造及热处理特点1锻造目的锻造目的2锻后热处理锻后热处理 球化退火球化退火 加热温度为加热温度为860880，保温后冷至，保温后冷至500600 出炉，硬度为出炉，硬度为207255HBS。 淬火淬火 加热温度加热温度1280， 回火回火 回火温度回火温度56033组织组织4后续的表面处理后续的表面处理 渗氮、蒸气处理渗氮、蒸气处理第六章第六章 金属材料金属材料淬火加热温度对奥氏体成分的影响淬火加热温度对奥氏体成分的影响第六章第六章 金属材料金属材料二次淬火二次淬火W1
15、8Cr4V钢与回火温度的关系钢与回火温度的关系第六章第六章 金属材料金属材料65特殊性能钢特殊性能钢651 不锈钢不锈钢 马氏体型不锈钢（如马氏体型不锈钢（如1Cr13） 铁素体型不锈钢（如铁素体型不锈钢（如1Cr17） 奥氏体型不锈钢（如奥氏体型不锈钢（如1Cr18Ni9Ti） 成分特点、性能特点、热处理特点、应用成分特点、性能特点、热处理特点、应用652 耐热钢耐热钢 金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面。金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面。 珠光体型耐热钢（如珠光体型耐热钢（如12CrMoV） 马氏体型耐热钢（如马氏体型耐热钢（如1Cr13） 奥氏体型耐热钢（如
16、奥氏体型耐热钢（如1Cr18Ni9Ti） 铁素体型耐热钢（如铁素体型耐热钢（如1Cr17） 成分特点、性能特点、热处理特点、应用成分特点、性能特点、热处理特点、应用 653 耐磨钢（如耐磨钢（如ZGMn13） 成分特点、性能特点、热处理特点、应用成分特点、性能特点、热处理特点、应用第六章第六章 金属材料金属材料66铸铁铸铁661 铸铁的石墨化铸铁的石墨化662 常用铸铁常用铸铁663 合金铸铁合金铸铁第六章第六章 金属材料金属材料661铸铁的石墨化铸铁的石墨化石墨化过程：石墨化过程：冷却时的石墨化冷却时的石墨化加热时的石墨化加热时的石墨化Fe3C 3Fe+CFe-Fe3C与与Fe-C双重相图双
17、重相图第六章第六章 金属材料金属材料662常用铸铁常用铸铁1铸铁的组织、分类和牌号铸铁的组织、分类和牌号2成分特点成分特点3性能特点性能特点 力学性能低、耐磨性及消振性好、力学性能低、耐磨性及消振性好、 工艺性能好工艺性能好4热处理特点热处理特点 退火、正火、调质处理、等温淬火、退火、正火、调质处理、等温淬火、 表面淬火表面淬火5铸铁的应用铸铁的应用第六章第六章 金属材料金属材料铸铁的分类及牌号表示方法铸铁的分类及牌号表示方法 分分 类类 石墨石墨 形态形态 铸铁基体铸铁基体 组织组织 铸铁牌号及表示方法铸铁牌号及表示方法灰铸铁灰铸铁片状片状F或或F+P或或PHT（如（如HT150）蠕墨铸铁蠕
18、墨铸铁蠕虫状蠕虫状F或或F+P或或PRuT可锻铸铁可锻铸铁团絮状团絮状F或或PKTH（Z）球墨铸铁球墨铸铁球状球状F或或F+P或或PQT第六章第六章 金属材料金属材料 灰铸铁灰铸铁(片状石墨片状石墨)第六章第六章 金属材料金属材料球墨铸铁球墨铸铁(球状石墨球状石墨)第六章第六章 金属材料金属材料蠕墨铸铁蠕墨铸铁(蠕虫状石墨蠕虫状石墨)第六章第六章 金属材料金属材料可锻铸铁可锻铸铁(团絮状石墨团絮状石墨)第六章第六章 金属材料金属材料铸铁的成分范围铸铁的成分范围 分类分类 化学成分化学成分/ % C Si Mn S P灰铸铁灰铸铁2.44.51.03.00.251.00.020.200.050.
19、5蠕墨铸铁蠕墨铸铁3.53.92.22.80.40.80.10.1可锻铸铁可锻铸铁2.42.80.41.40.50.70.20.1球墨铸铁球墨铸铁3.63.92.02.80.60.8 0.070.1第六章第六章 金属材料金属材料663合金铸铁合金铸铁1 耐磨铸铁耐磨铸铁 减磨铸铁：在珠光体灰铸铁的基础上提高减磨铸铁：在珠光体灰铸铁的基础上提高P 的含量，并加入的含量，并加入Cr、Mo、W、V、Ti等。等。 抗磨铸铁：普通白口铸铁、高铬高碳白口铸铁抗磨铸铁：普通白口铸铁、高铬高碳白口铸铁2 耐热铸铁耐热铸铁 在铁素体基体的球墨铸铁的基础上加入在铁素体基体的球墨铸铁的基础上加入Cr、 Si、Al等
20、合金元素提高耐热性。等合金元素提高耐热性。3 耐蚀铸铁耐蚀铸铁 加入加入Cr、Si、Al、Cu等合金元素等合金元素第六章第六章 金属材料金属材料67铝及其合金铝及其合金 671纯铝纯铝 物理性能、化学性能、物理性能、化学性能、 力学性能、编号（铸力学性能、编号（铸 造纯铝、变形铝）造纯铝、变形铝） 672铝合金的分类铝合金的分类 1形变铝合金形变铝合金 类别、牌号、性能及用途类别、牌号、性能及用途 2铸造铝合金铸造铝合金 类别、牌号、性能及用途类别、牌号、性能及用途 Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金(相图相图) 铸态组织铸态组织、变质处理变质处理、第六章第六章 金属材料金属材料铝合金相图的一
21、般类型铝合金相图的一般类型第六章第六章 金属材料金属材料常见形变铝合金的牌号及用途常见形变铝合金的牌号及用途类别类别牌号牌号 力学性能力学性能 用途用途b HBS防锈防锈铝合金铝合金3A05 280 20 70焊接油箱、油管、焊条、铆钉等焊接油箱、油管、焊条、铆钉等3A21 130 20 30 同上同上硬铝硬铝合金合金2A01 300 24 70工作温度工作温度100的铆钉的铆钉2A12 470 17 105工作温度工作温度150的航空模锻件的航空模锻件超超硬硬铝合金铝合金7A04 600 12 150飞机大梁、珩架等飞机大梁、珩架等7A06 680 7 190飞机大梁、珩架、起落架等飞机大梁
22、、珩架、起落架等锻铝锻铝合金合金2A05 420 13 105形状复杂、中等强度的锻件等形状复杂、中等强度的锻件等2A10 480 19 135重重载荷的锻件载荷的锻件第六章第六章 金属材料金属材料Al-Si合金相图合金相图第六章第六章 金属材料金属材料ZL102ZL102变质前铸态组织变质前铸态组织第六章第六章 金属材料金属材料ZL102ZL102变质后铸态组织变质后铸态组织第六章第六章 金属材料金属材料68铜及其合金铜及其合金681纯铜纯铜 物理性能、化学性能、力学性能、牌号（物理性能、化学性能、力学性能、牌号（T1、T2、T3、T4）682黄铜黄铜 成分特点、牌号成分特点、牌号、683青
23、铜青铜 1锡青铜锡青铜 2铝青铜铝青铜 3铍青铜铍青铜 青铜的牌号、性能及用途青铜的牌号、性能及用途 黄铜含锌量与力学性能的关系黄铜含锌量与力学性能的关系第六章第六章 金属材料金属材料黄铜的牌号、性能及用途黄铜的牌号、性能及用途 类别类别 牌号牌号 力学性能力学性能 用途用途b HBS普通普通黄铜黄铜H706603150制造弹壳、冷凝器管等制造弹壳、冷凝器管等H5965010103热轧、热压零件热轧、热压零件特殊特殊黄铜黄铜HPb59-165016140销子、螺钉等冲压件销子、螺钉等冲压件HAl59-3-265015150高强度的耐蚀件高强度的耐蚀件铸造铸造黄铜黄铜ZCuZn382953059
24、0机械、热压轧制零件机械、热压轧制零件ZCuZn16Si434515885轴承、轴套轴承、轴套第六章第六章 金属材料金属材料含锡量对青铜性能的影响含锡量对青铜性能的影响第六章第六章 金属材料金属材料含锡量对青铜性能的影响含锡量对青铜性能的影响第六章第六章 金属材料金属材料青铜的牌号、性能及用途青铜的牌号、性能及用途 类类 别别 牌号牌号 力学性能力学性能 用途用途bHBS 锡锡 青青 铜铜ZCuSnPb5-Zn520013590耐磨轴承、耐磨零件耐磨轴承、耐磨零件ZCuSn10Pb519510685ZCuSn10Zn524012685阀阀泵壳泵壳齿轮齿轮蜗蜗轮等轮等 铝铝 青铜青铜ZCuAl1
25、9Mn239020835弹性零件弹性零件ZCuAl10Fe3Mn2 490151080耐磨耐磨耐蚀零件耐蚀零件 铍铍青铜青铜 QBe250035100重要弹簧重要弹簧高速齿轮高速齿轮轴承等轴承等 QBe174405085HV第六章第六章 金属材料金属材料69轴承合金轴承合金性能要求：性能要求：一定的强度和疲劳抗力，以承受较高的交变载荷；一定的强度和疲劳抗力，以承受较高的交变载荷； 足够的塑性和韧性，以抵抗冲击与振动并保证与轴的良好足够的塑性和韧性，以抵抗冲击与振动并保证与轴的良好 配合；配合；较小的摩擦系数和良好的磨合能力，并能储油；较小的摩擦系数和良好的磨合能力，并能储油； 良好的导热性、抗
26、蚀性和低的膨胀系数，以防升温导致与轴良好的导热性、抗蚀性和低的膨胀系数，以防升温导致与轴 的咬合。的咬合。组织要求：软的基体组织要求：软的基体+均匀分布的硬质点均匀分布的硬质点 硬的基体硬的基体+均匀分布的软质点均匀分布的软质点691锡基轴承合金锡基轴承合金 合金组成、合金组成、组织组织、性能、性能692铅基轴承合金铅基轴承合金 轴承合金的牌号、性能及用途轴承合金的牌号、性能及用途第六章第六章 金属材料金属材料ZChSnSb11-6ZChSnSb11-6显微组织显微组织第六章第六章 金属材料金属材料轴承合金的牌号性能及用途轴承合金的牌号性能及用途 类类 别别 牌号牌号 力学性能力学性能 用途用
27、途b HBS 锡锡 基基ZCnSnSb11-696630汽轮机汽轮机内燃机轴承内燃机轴承ZChSnSb8-48010624大型机械轴承、轴套大型机械轴承、轴套 铅铅 基基ZCnPbSb16-16-2780230轻载荷的轴承轻载荷的轴承ZCnPbSb15-5-332车辆、拖拉机轴承车辆、拖拉机轴承 铜铜 基基ZCuPb3060425航空发动机轴承航空发动机轴承ZCuSn10P1250590高速高载柴油机轴承高速高载柴油机轴承第六章第六章 金属材料金属材料610新型金属材料新型金属材料1、形状记忆合金、形状记忆合金2、减振合金、减振合金3、功能梯度材料、功能梯度材料4、智能材料、智能材料5、超导材料、超导材料6、纳米材料、纳米材料7、非晶态材料、非晶态材料8、磁性材料、磁性材料第六章第六章 金属材料金属材料本章小结本章小结 本章介绍了常见的金属类工程材料，包括合金结构钢、合金本章介绍了常见的金属类工程材料，包括合金结构钢、合金工具钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、铸铁、铝合金、铜合金、工具钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、铸铁、铝合金、铜合金、轴承合金等。其中重点是结构钢和工具钢。应掌握常见的结构轴承合金等。其中重点是结构钢和工具钢。应掌握常见的结构钢和工具钢的牌号、成分特点、组织、热处理特点、性能及用钢和工具钢的牌号、成分特点、组织、热处理特点、性能及用途。途。第六章第六章 金属材料金属材料
