工程合金特种金属材料合金

1、第六章工程合金第一节黑色金属第二节有色合金第三节 精密合金（自学）第四节特种金属材料（自学）第一节黑色金属工程上将以铁为基的合金成为黑色金属；以其他金属为基的合金成为有色合金。铁及其合金（主要是钢）的产量占世界金属总和的90%左右；而有色合金中，贝0以铝、铜及其合金居多。钢的通常分类按用途分类:工程构件用钢 厂结构钢扌I机器零件用钢刃具钢钢V 工具钢 模具钢L壘具钢不锈钢J特殊性能钢耐热钢L耐磨钢-低碳钢(Wc0.25%)k碳素钢*中碳钢(Wc=0 J5%0 5*5%)1L高碳钢(Wc0.55%)低合金钢(Wftfe10%)普通钢(WpWno4%,w0jm)1优质钢(Wp5Wsft0.035%

2、)1-咼级优质铜（Wp5叽均 WQ.02%)1平炉钢 钢转炉钢I电炉钢按退火组织分类:按正火组织分类:J亚共析 共析钢、过共析 -珠光体钢贝氏体钢 马氏体钢 -奥氏体钢钢的编号我国钢材的编号是按碳含量、合金元素的种类和数 量以及质量级别来编号的。1. 普通碳素结构钢2. 优质碳素结构钢该类钢的牌号用钢中平均含碳量的两位数字表示,单位为万分之一。如钢号45,表示平均碳质量分数为0. 45%的钢。3. 碳素工具钢碳素工具钢是在牌号前加“碳”或“T”表示，其后跟以表示钢中平均含碳量的千分之几的数字。如T8或TIOAo其中“A”表示高级优质钢。4. 合金结构钢沿用苏联的编号系统，该类钢的牌号是由“数字

3、+元 素+数字”三部分组成。数字表示钢中平均含碳量的万分 之几，如36Mn2Si 和 18Cr2Ni4WAo5. 合金工具钢数字表示钢中平均含碳量的千分之几，如9Mn2V和 CrMn,特殊：W6Mo5Cr4V2o6. 滚动轴承钢该类钢在钢号前冠以“滚”或“G”，其后为辂(Cr) +数字来表示，数字表示珞含量平均值的千分之几。如GCrl5o7. 不锈钢及耐热钢这两类钢钢号前面的数字表示含碳量的千分之几, 如9Crl8和9Crl8Ni9。8. 铸钢如“ZG200400”表示其屈服点为20MPa,其抗拉强 度为400MPao碳钢碳钢又称碳素钢，其主要合金元素为碳。优质碳素结构傑这类钢一般需要热处理来

4、提高力学性能，如45#钢。低碳钢强度低,延性好，适于零件冲压、焊接、表面渗碳等。中碳钢属于调质钢,经过淬火和高温回火（又称调质处理）后具有较好的强韧性。含碳更高的60 钢主要用于制造弹簧。随碳含量的增加，碳素工具钢在热处理（通常为淬火+低温回火）后的硬度和耐磨性提高，而韧性则降低。 高韧性工具（如冲模、冲头等），宜选用低碳工具 钢（如T7、T8等）o高耐磨性工具（如量具、锂刀、剃刀等）,宜选用高碳工具钢（如T12、T13等）o碳钢的局限性1、具有一定的塑性和韧性，但强度难以超过690MPa；2、厚截面碳钢零件，淬火时通常不能淬透;3、耐蚀性和抗氧化性较差;4、中碳钢淬透时，易出现变形或开裂;5

5、、低温抗冲击能力差。措施:为解决上述缺点，通常向碳钢中加入合金元素（如合金钢与碳素钢相比，合金钢的强度大大提高，同时耐蚀性、抗氧化性和耐磨性均显著提高；但价格较高。16Mn是我国低合金高强钢中发展最早、使用最多、 产量最大的钢种。例如南京长江大桥、广州电视塔等。15MnVN是具有代表性的中等强度级别的钢种。较广泛用于制造大型桥梁、锅炉、船舶和焊接结构。不锈钢金属腐蚀的基本概念化学腐蚀： 金属与化学介质直接产生化学反应而造成的腐蚀。提高金属抗化学腐蚀的主要措施之一是加入Si、Cr.Al等能形成致密保护膜的合金元素进行合金化o电化学腐蚀:介质中由于形成原电池，阳 极失去电子。是指金属在腐提高抗电化

6、学腐蚀能力的措施:减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单相组织； 形成原电池时，减少两极的电极电位差，提高阳极的电极电位;（3）减少甚至阻断腐蚀电流，使金属“钝化”，在表面形成致密的、稳定的保护膜。不锈钢的性质1）良好的耐蚀性；2）良好的力学性能；3）良好的 工艺性能；4）价格低廉。合金元素对性能的影响蛊是不锈钢中最重要的合金元素。它能显著提高基体的电极电位，铅在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高。鏗为扩大奥氏体区元素，配合辂调整组织形式，当 Wcr18%, WNi8%时，获得单相奥氏体不锈钢。钛、規优先与碳形成碳化物,避免晶界贫悟，从而减轻钢的晶间腐蚀倾向。铝、

7、铜加入,可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀性。猛、氮的加入,是为了部分取代镰，以降低成本。碳含量对性能的影响不锈钢的Wc为0.08%1.0%,主加元素为Cr、CrNi, 辅加元素为Ti、Nb、Mo. Cu Mn、No碳的变化范围很大，一方面从耐蚀性的角度来看,碳含量越低越好。因为碳会与锯形成碳化物Cr23C6,沿晶界析出，使晶界周围基体严重贫辂，造成沿晶界发展的晶间 腐蚀。大多数的不锈钢的叫为0.1%0.2%。另一方面从力 学性能的角度来看,碳含量越高，钢的强度.硬度、耐磨 性会相应地提高。同时要相应提高辂含量，以保证形成碳 化物后基体含锯量仍Wcr 12%。铸铁一腋态金属，厂奥氏体，G石墨，A a

8、-铁素体，P-珠光体Fe-FesC和Fe-C双重相图铸铁是含 碳量大于2.11 % （般为2. 5 4.0%）的铁 碳合金，同时 还含较多数量 的Si、 Mn、 S、 P等元素。铸铁的石墨化过程 铸铁在冷却过程中即可以从液态中或奥氏体中直 接析出Fe3C； FesC在一定条件下也可以分解出石墨，即 Fe3C - 3Fe + G （石墨）。 可以直接析出石墨。铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化过程。可分为 两个阶段：第一阶段,从过共晶的铁液中直接析出的初生 （一次）石墨、在共晶转变过程中形成的共晶石墨及奥氏 体冷却析出的二次石墨；第二阶段,共析转变过程中形成的共析石墨。石墨化过程是一个原子扩散过

9、程。第_阶段的石墨 化温度较高，原子容易扩散，进行得完全；第二阶段石 墨化温度较低，扩散困难，进行不充分，只能部分进行。 冷却速度增大，第二阶段的石墨化便完全不能进行。 第二阶段石墨化进行充分时：铁素体+石墨: 第二阶段石墨化部分进行时：（铁素体+珠光体）基体+石墨; 第二阶段石墨化不能进行时：珠光体+石墨。 当冷速过快，两个阶段的石墨化均被抑制，会得到白 口铸铁。若第一阶段石墨化部分进行，得到麻口铸铁。nrj影响铸铁石墨化的因素冷却速度的影响:在化学成分相同的情况下，缓慢冷却有利于石墨化的 充分进行，易得到灰口铸铁;冷却速度加快，不利于石墨 化，甚至使石墨化来不及进行，得到白口铸铁。化学成分

10、的影响:碳和硅对铸铁的石墨化有决定性作用。含碳量越多越易形成石墨晶核,而硅促进石墨成核O综合考虑碳和硅对铸铁的影响，将硅量折合成相当的 碳量，把实际的含碳量与折合成的碳量之和称为礎当量。 根据碳当量不同确定其组织。铸铁的性能特点铸铁的性能取决于铸铁的成分和组织，即取决于铸铁中基体组织和石墨的数量、形态.大小以及分布。铸铁的力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均低于钢，但硬度和抗压性能与钢接近。另外，石墨的存在使 铸铁具有以下特殊性能:1、优良的铸造性；2、良好的切削加工性；3、优良的耐磨性与减震性;4、生产成本低廉。铸铁的分类白口铸铁碳以FesC的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，组织 硬而脆，难以

11、切削加工。很少直接用来制造机械零件，可 利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件（如轧辗等）。灰口铸铁碳全部或大部分以游离状态的石墨形式存在，断口 呈暗灰色，生产工艺简单，价格低廉，应用广泛。1）普通灰口铸铁石墨以片状存在,主要用于制造车辆气缸、摩擦片, 以及机床的床身、底座等。2）可锻铸铁（俗称马钢）将白口铸铁坯件经高温、常时间的石墨化退火后，使 渗碳体在固体下分解而获得具有团絮湛石墨的组织。可锻铸铁具有较高的强度、塑性和韧性，多用于制造 受震动、强度和韧性要求较高的小型零件。3）球磨钱铁球墨铸铁是石墨呈球状分布的灰口铸铁，简称球铁。与片状石墨和团絮状石墨相比，圆球状石墨对基体的割裂和应力集中作用

12、最小，球墨铸铁是各种铸铁中力学性能最好的一种。生产球墨铸铁要进行脱硫处理、球化处理（浇注前必 须先往铁液中加入能促使石墨结晶成球状的球化剂）和孕 育处理（球化处理后立即加入石墨化元素而进行的处理）。铸铁的牌号普通灰口铸铁:HT （灰铁）+数字（最低抗拉强度）HT100表示最低抗拉强度为100MP的普通灰口铸铁o可锻铸铁:KT（可锻）+数字（同上）一数字（延伸率百分数）KT300-06表示最低抗拉强度为300MP,延伸率为6 %的 可锻铸铁。球墨铸铁:QT（球铁）+数字（同上）一数字（同上）QT450-05表示最低抗拉强度为450MP,延伸率为5 %的球 磨铸铁。第二节有色合金铝、镁、钛、皱等轻

13、金属具有相对密度小、比强度 高等特点，广泛用于航空航天、汽车、船舶和军事领域; 银、铜、金（包括铝）等贵金属具有优良导电导热和耐 蚀性，是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料；银、鸽、钳、蝕及基合金是制造高温零件和电真空元器件的优良 材料；还有专用于原子能工业的铀、镭、披;用于石油 化工领域的钛、铜、镰等。1、2、3、4、铝及铝合金铝合金概述产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量8. 2%）； 密度低（2. 632. 85g/cm3）,比强度高； 导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于Ag、Cu、Au而 位居第四位，约为纯铜导电率的60%）；耐蚀性好（Al203膜的存在，只有在卤素离子及碱离子的强烈作

14、用下氧化膜才会遭到破坏）5、优良的工艺性能（极好的铸造性能，良好的可塑性）。工业纯铝物理性能：银白色光泽，密度小(27g/cm3),熔点低(660C),为非磁性材料。原子结构：固态铝具有面心立方晶体结构，无同素异构转 变。因此铝具有良好的塑性和韧性，在0253C之间塑性韧性不降低。分类：纯铝按其纯度分为高纯，工业高纯和工业纯铝，纯 度依次降低。应用：工业纯铝主要用作制备铝基合金；高纯铝用于科学 试验，化学工业和其他特殊领域。此外纯铝还用于制作电 线、铝箱、屏蔽壳体、反射器.包覆材料及化工容器等。Al F合金元素（）杠后不可热处理强化铠合金，=可热处理强化铝合金 戶=铸造铝合金，=变形铝合金图山

15、铝合金分类示意图变形铝合金变形铝合金是指合金元素含量较低,可以通过压力加工制成各种型材及成形零件的一类铝合金。防锈铝合金:LF （铝防）+顺序号（化学成分）如LF5是Mg含量为（485.5%）的防锈铝合金。这类合金主要有Al-Mg和Al-Mn系等，塑性好、耐腐蚀，可冷 变形强化，多用于制造受力小、质轻、耐腐蚀的冲压件和 焊接结构件等。硬铝合金:LY （铝硬）+顺序号（化学成分）这类合金主要有Al-Cu-Mg系合金，可通过淬火时效来显著提高强度，硬度和耐热性能都有所改善，但耐蚀性较差，多用于制造中等强度的飞机结构件等。超硬铝合金:LC （铝超）+顺序号（化学成分）这类合金主要有Al-Cu-Mg-

16、Zn系合金，淬火时效后强化效果优于硬铝合金，但耐蚀性同样较差，多用于制造质 轻、受力较大的结构件等。锻铝合金:LD （锻铝）+顺序号（化学成分）这类合金主要A1-Cu-Mg-Si系合金，淬火时效后机 械性能与硬铝相近，热塑性和耐蚀性较高，适于锻压成形 o多用于制造形状复杂、比强度要求高的受力结构件。铸造铝合金合金含量较高，适于铸造成形。牌号：ZL （铸铝）+三位数字说明：第一位数字表示合金系列；第二、三位数字表示合金序号（化学成分）o铝硅系铝锌系铸造 铝合金铝铜系铝镁系铜及铜合金纯铜（紫铜）物理性能：紫红色光泽，密度8. 9g/cm3,熔点1083C, fee结构，导电、导热性能良好，塑性好，

17、耐蚀，强度低。 应用：工业上利用铜制造电线、导电零件、油管等；同 时，还利用纯铜（逆磁性材料）不受磁场干扰的特性制备 磁性仪器和其他防磁器械等。纯铜通过合金化处理可以改善其机械性能，铜合金按 其色泽的不同可分为黄銅和責铜两大类。黄铜黄铜以锌为主加元素，其外观呈金黄色光泽。我国应用黄铜在宋代有明确记载。普通黄铜:H （黄）+数字（铜的百分含量）属于Cii-Zn二元合金，锌在铜中的溶解度较大，但锌含量超过39%,会出现硬脆第二相o低锌黄铜H95、H90、H85有良好的导电性、导热性和 耐蚀性，有适宜的强度和良好的塑性，大量用于冷凝器和散热器。三七黄铜H70、H68强度较高、塑性很好，用于深 特殊黄

18、铜:H（黄）+主加元素符号（锌除外）+数字（铜含 量）-数字（主加元素含量，其余为锌含量）冲零件，如散热器外壳、弹壳等。四六黄铜H62、H59可高温热加工，强度高,塑性较好，可制造导管、销钉等。又称多元黄铜,在Cu-Zn二元合金的基础上，加入Sn、Si、Pb、Fe等合金元素，改善和提高其性能。铝董铜利用铝的固溶强化，提高合金强度和硬度，同 时氧化铝膜可防腐蚀，HA177-2可制造海轮等，HA185-0. 5 色泽金黄，耐蚀，可作为金的代用品。铜锌铝合金具有形 状记忆功能，相变温度范围宽（10（TC）,可制造安全 阀，控温装置，断路器等。锡黄銅可提高耐蚀性，抑制脱 锌，并提高强度，HSn70-l

19、称为（海军黄铜）。青铜除了以锌或篠为主加元素的铜合金外，其余铜合金外 观多为棕绿色，通称为直铜。表示方法:Q （青）+主加元素符号+数字（主加元素含量） 数字（其他合金元素平均含量）普通青铜:普通青铜以锡为主加元素，又称锡青铜。它是人类历史上应用最早的合金，具有良好的耐蚀性、减磨性、抗磁 性和低温韧性，但耐酸性差。锡青铜铸件凝固时，含锡高的低熔点液相从中部向表面渗出，严重时表面出现灰白色斑点的“锡汪” O特殊青铜：特殊青铜是不含锡的青铜合金。铝責铜有良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性，应用最为广泛。皴壹铜有较高的弹性极限和疲劳强度，无磁，冲击无火化；强毒，限制生产。另外，还有硅青铜、铅青铜等。镁及镁合金纯镁物理性能：银白色光泽，密度1. 74g/cm3,熔点651C, hep结构，力学性能差，耐蚀性差。应用：纯镁在冶金工艺中脱氧剂、脱硫剂和配置镁合金, 还用作制造照明弹和烟火的原料。纯镁通过合金化处理可以改善其机械性能，镁合金可 分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。镁合金变形镁合金:MB （镁变）+顺序号（化学成分）铸造镁合金:ZM （铸镁