3第三章金属材料综述

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1、第三章第三章 金属材料金属材料( (Metal material)Metal material)教教学学目目的的：通过本章的教学和实验，要求学生掌握碳钢、合金钢的分类牌号、性能和主要用途；能够知道碳钢中的常存杂质元素及其作用以及合金元素在钢中的作用；了解铸铁、有色金属、粉末冶金材料等常见金属材料。教学重点：教学重点：碳钢、合金钢的分类牌号、性能和主要用途。教学难点：教学难点：合金钢教学时数：教学时数：4学时教学形式与方法教学形式与方法：以课堂理论讲授为主 教学内容：教学内容：第一节第一节 碳钢碳钢碳钢：Wc1.4% 应用广泛； 1.4% Wc2.1% 力学性能较差；一、常存杂质元素及其作用一、

2、常存杂质元素及其作用常存元素：Fe、C、Mn、Si、S、P等1、铁基体元素2、碳：Wc1.4% Wc0.9%，Wc增加，Fe3C增多，强度下降、硬度增大3、硅、锰： 有益元素，MnS造成“硫脆”4、硫、磷： 有害元素，Fe2P造成“冷脆”；FeS造成“热脆”5、氮、氢、氧： 有害元素 造成“气孔”二、碳钢的分类、牌号和用途二、碳钢的分类、牌号和用途（一）碳钢的分类1、含碳量：（1）低碳钢：0.08%0.25% 20（2）中碳钢：0.25%0.60% 45（3）高碳钢：0.60% 1.4% 60 2、质量：Ws；Wp（1）普通钢：（2）优质钢：（3）高级优质钢：3、用途：（1）碳素结构钢：工程结

3、构；机械零件（2）碳素工具钢：刀具；量具；模具（3）专用钢：锅炉钢；易切钢；特种钢4、脱氧程度：（1）沸腾钢（F）：性能较差（2）镇静钢（Z）：性能较好（3）半镇静钢（b）：性能一般（二）碳钢的牌号、性能和主要用途1、碳素结构钢：（1）应用：工程结构；机械零件（2）牌号：举例：Q235-AF（3）用途：Q215；Q235；Q2552、优质碳素结构钢：（1）应用：重要零件（2）牌号：举例：08；45；20g等 Wc为万分数（3）用途：按照含碳量来介绍（4）分类： 低锰钢： WMn0.8%；16Mn 高锰钢： 0.8%WMn1.2%；45Mn3、碳素工具钢：（1）应用：刀具；量具；模具 0.65%

4、 Wc1.4%（2）牌号：举例：T8；T12 Wc为千分数（3）用途：T7T9；T10T13 4、铸钢：（1）应用：0.15% Wc0.60%（2）牌号：举例：ZG200400（3）用途： 形状复杂，难于成形；但是又有强度、韧性要求； Wc低可满足可铸性（4）分类： 质量分级：高级（）；优质（）； 普通（）第二节第二节 合金钢合金钢引语：合金钢定义：一、合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的作用1、强化：固溶强化；细晶强化；碳化物强化2、细化晶粒、稳定组织： 合金元素溶入F;A,会提高稳定性； 合金元素一般会抑制奥氏体的长大3、提高淬透性：除Co外4、提高耐蚀性：二、合金钢的分类二、合金钢的

5、分类1、合金元素含量：（1）低合金钢：WMe10%2、合金元素种类：3、主要用途：（1）合金结构钢：（2）合金工具钢：（3）特殊性能钢：4、金相组织：（1）珠光体钢：12Cr1MoV（2）铁素体钢：1Cr17s（3）马氏体钢：1Cr13（4）奥氏体钢：!Cr18Ni9Ti（5）其他：贝氏体钢；碳化物钢；双相钢三、合金钢的牌号、性能和主要用途三、合金钢的牌号、性能和主要用途（一）合金结构钢1、牌号：举例20Cr；40Cr；60Si2Mn2、低合金结构钢：（1）定义：WMe2.1% 铸铁分类：石墨的形态 一、铸铁的石墨化一、铸铁的石墨化1、定义：2、石墨的作用及存在形态：（1）碳在铸铁中有三种存在

6、形式； 渗碳体、固溶体（F、A）、游离的石墨（2）游离的石墨的作用： 润滑作用-减摩性；可切削性； 吸震作用-减震性（3）石墨的存在形态：千奇百态3、影响因素：（1）化学成分： C和Si促进石墨化的元素； S和Mn阻碍石墨化的元素二、铸铁的分类、牌号和用途二、铸铁的分类、牌号和用途（一）白口铸铁：1、C存在形式：渗渗碳碳体体；断口亮白色，又称“冷硬铸铁”2、性能：硬而脆3、用途：炉料、坯料炉料、坯料；很少用（二）灰铸铁：1、C存在形式：片片状状的石墨；断口灰灰暗暗；C、Si、Mn为主加元素2、牌号：HT+b3、性能： （1）机械性能： 一般b=100250，HB=140240,游离的石墨； 加

7、入孕育剂（Si铁；SiCa合金）， b=250400，HB=170270， 又称“孕育铸铁” 机械性能得到提高 （2）工艺性能：可铸性好：铁水流动性好，不缩孔可切削性好：石墨起到断屑作用，润滑、减摩性可焊性差：Wc 、Wmn增加，淬透性好，但凝固脆裂可热处理性差：很少通过热处理改善性能， 有去应力退火、软化退火等4、用途：广泛（三）“可锻”铸铁：1、C存在形式： 团絮状团絮状的石墨，减弱了石墨对基体的割裂程度， 所以塑性好。2、牌号：KT+b+3、性能：强度大；塑性、韧性有所改善；并不并不“可锻可锻”4、用途：形状复杂、重要部位的薄壁小件薄壁小件5、分类：黑心可锻铸铁；白心可锻铸铁； 珠光体可

8、锻铸铁；铁素体可锻铸铁；（四）球墨铸铁：1、C存在形式：球状球状的石墨； 铁水“球化处理”加“孕育处理”而成； 球化剂：镁；稀土； 孕育剂：Si铁；SiCa合金2、牌号：QT+b+3、性能：硬度高；塑性、韧性好4、用途：大载荷、受冲击、耐磨损大载荷、受冲击、耐磨损的零件（五）蠕磨铸铁：（新型铸铁）1、C存在形式：蠕虫状蠕虫状的石墨；铁水“变质处理”加“孕育处理”而成；变质剂：稀土合金 孕育剂：Si铁；SiCa合金2、牌号：RuT+b3、性能：兼有HT和QT的性能；综合性能好综合性能好4、用途：（六）合金铸铁： 1、合金化； 2、分类：（1）耐磨铸铁(M T)：Mn、Cu、Mo为主加元素（2）耐

9、热铸铁(R T)：Cr、Mo、W为主加元素（3）耐蚀铸铁(S T)：Cr、Si 、Al为主加元素 (七)、麻口铸铁：1、工艺： 白口铸铁采用表面激冷表面激冷工艺，形成麻口， 表面白口+心部灰口2、性能及用途： 冷、硬、脆，不太常用第四节第四节 有色金属有色金属金属分类：黑色金属：Fe、Cr、Mn三种有色金属：Cu、Al、Ti、Mg有色金属分类：重金属：密度3.5, Cu、Ni、Co、Zn等轻金属：密度3.5, Al 、Mg、Na等贵金属：金、银、铂等半导体：硅、锗、硼等稀有金属：钛、钨、钼等放射性元素：铀、镭等 例：犯罪、学生、丢失一、铜及铜合金一、铜及铜合金引语：一 工业纯铜1、简介：WCu

10、=99.599.95%；玫瑰红； Fcc、无同素异晶转变 紫铜-表面氧化膜； 铜绿-CO2潮湿空气中，表面碱性碳酸盐的绿 色薄膜；CuCO3Cu(OH)2 特性：抗磁性好：仪器导电性、导热性好：电工导体塑性好：打击的铜棒、压力加工黄铜化学稳定性好： 因为生成保护膜，耐大气、水、蒸汽等， 不耐浓酸、海水，例：黄铜的“季裂”热稳定性差：冷脆、热脆“加工硬化”现象：2、牌号： T1、T2、T3；序号大，纯度低序号大，纯度低二、铜合金二、铜合金1、黄铜：、黄铜：CuZn（1）分类： 成形方法：压力加工黄铜；铸造青铜 化学成分：普通黄铜；特种黄铜（2）牌号： 合金元素：Pb、Al、Sn、Mn为主加元素；

11、 H+WCu% 举例：H70（三七黄铜）； H+Me+ WCu%+ WMe% 举例：HPb63-3（铅黄铜）；（3）性能： WZn%不同，H70（三七黄铜）； H68（弹壳黄铜）； H62（商业黄铜、两相黄铜）（4）黄铜的季裂：2 2、青铜：、青铜：CuSnCuSn 周礼考工记记载： “六分其金而锡居其一，谓之钟鼎之齐”（1）牌号： Q+Me+ WMe% + W其他Me% 举例：QSn4s-3（锡青铜）；（2）性能： 锡青铜：耐磨件 铝青铜：减摩件、弹性件、抗磁零件 铍青铜：昂贵，用于精密仪器 铅青铜：高压、高速3 3、白铜：、白铜：CuNiCuNi（1）牌号： B+其它Me+ WNi% +

12、W其他Me% 举例：BMn43-0.5（锰白铜）（2）分类及性能： B30-简单白铜； BMn43-0.5-“考铜” 热电偶、变阻器等 BMn40-1.5-“康铜” 精密仪器二、铝及铝合金二、铝及铝合金（一）（一） 纯铝纯铝1、简介：银白色；Fcc；无同素异晶转变；轻2、特性：“钝化现象钝化现象”；导电性；导热性；“加工硬化”现象3、工业纯铝牌号：L1、L2、T3；序号大，纯度低，高纯铝牌号：LG15；序号大，纯度高，（二）铝合金合金化：主加元素：Si、Cu、Mg、Zn等；辅加元素：Cr、Ti、Ca、Ni等强化方式：“加工硬化”、时效强化、合金强化1、铸造铝合金：（1）定义：（2）牌号：ZL+

13、三位数字（3）分类、性能及用途：AlSi系；AlCu系；AlMg系；AlZn系见表格3.4常用的AlSi系称为铝硅明，用于形状复杂的零件2、形变铝合金：（1）定义：（2）牌号：L+F（3）分类、性能及用途：a、防锈铝LF：AlMn系和AlMg系铝合金；管道b、硬铝LY：AlCuMg系铝合金；强度大c、超硬铝LC ： AlCuMgZn系铝合金；重量轻、承载大d、锻铝LD： AlCuSiMg系铝合金、 AlCuMgNiFe系铝合金；三、滑动轴承合金三、滑动轴承合金滑动轴承合金的定义：滑动轴承合金的性能要求：软基体硬质点：锡基轴承合金；铅基轴承合金硬基体软质点：铜基轴承合金；铝基轴承合金常用的轴承合

14、金介绍：（一）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）：1、定义： Sn为主加元素；Cu、Sb为辅加元素 软基体：Sn溶有Sb固溶体；硬质点：金属化合物2牌号：ZCh+基础元素+主加元素+主加元素% 举例：ZChSnSb11-63、性能及用途：高速重载；蒸汽机、汽轮机和大型机床的主轴常用的锡基巴氏合金：1号；2号；3号；4号（二）铅基轴承合金（铅基巴氏合金）：1定义： Pb为主加元素；Sn、Cu、Sb为辅加元素 软基体：Pb溶有Sb的固溶体；硬质点：金属化合物2牌号：ZCh+基础元素+主加元素+主加元素% 举例：ZCh Pb Sb166-23、性能及用途：中速中载；电动机、压缩机、破碎机的主轴常用的锡基巴

15、氏合金：1号；2号；3号；4号；5号三）铜基轴承合金1、锡青铜轴承合金：软基体硬质点； 高速中载；电动机的轴承2、铅青铜轴承合金：硬基体软质点； 高速重载；发动机、柴油机的轴承（四）铝基轴承合金1高锡铝基轴承合金：硬基体软质点； 高速重载；汽车、拖拉机的轴承2、铝锑镁基轴承合金：软基体硬质点；轻载；3、铝石墨系轴承合金：恶劣环境下，活塞、机床主轴的轴瓦（五）其他：1、灰铸铁轴承合金：低速、轻载、冲击2、多层轴承合金：复合减摩材料3、粉末冶金含油轴承： 油的“毛细作用”，具有“自润滑性能”四、钛及钛合金四、钛及钛合金1、特点：轻；新型结构材料， 用于航空、航天、化工、船舶等重工业 抗蚀性好；“钝

16、化现象”2、分类：型、型、+型第五节第五节 粉末冶金材料粉末冶金材料粉末冶金的定义：粉末冶金材料的定义：一、粉末冶金及其特点一、粉末冶金及其特点1、粉末冶金的基本工艺：（1）金属粉末的制取：机械制取；物理方法（2）压制成形：（3）高温烧结：（4）后处理：2、粉末冶金的特点：二、常用粉末冶金材料二、常用粉末冶金材料（一）硬质合金：1、定义： 粉末：难熔碳化物；粘结剂：金属粉末2、硬质合金的特点：硬度大，红硬性高3、常用的硬质合金：表格3.5（1）钨钴类硬质合金： 成分为WC、Co；牌号：YG+WCo%（2）钨钴钛类硬质合金： 成分为WC、TiC、Co；牌号：YT+WTiC%（3）钨钛钽类硬质合金

17、： 成分为WC、TiC、TaC、NbC、Co； 牌号：YW+WCo%硬质合金的应用：刀具、模具、量具（二）含油轴承材料：1、含油轴承材料的定义：2、含油轴承材料的原理：3、含油轴承材料的分类及性能： 铁基含油轴承材料： 铜基含油轴承材料： 轻载中速（三）铁基结构材料：1、定义：2、性能：3、用途：复习思考题复习思考题: : P58 125P58 125专题专题 选材应用举例选材应用举例一、一般原则：一、一般原则：1、机械性能：2、工艺性能：3、经济性：4、价值工程：二、减速器零件的选材：二、减速器零件的选材：1、轴类：高速轴：1500r/min，45钢，调质处理中、低速轴：45钢，正火处理2、齿轮：冲击大、高速重载：20CrMnTi，渗碳，淬火，低温回火40Cr调质处理，表面淬火中间齿轮：45钢，正火处理大齿轮：ZG55，退火处理3、箱体：HT150，去应力退火4、其他零件：轴套、透视帽、油针、视孔盖、油针帽：Q235，不热处理轴承端盖：HT150，去应力退火铭牌：LF2，保证耐蚀性