机械制造技术基础hfut第234章机械工程材料基础2

1、第第3节节 铁碳合金铁碳合金2.3.1 铁碳合金的基本组织和性能铁碳合金的基本组织和性能pb-sn相图简介相图简介 组元：通常把组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物组元：通常把组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质称为组元。组元在大多数情况下是元素，例如质称为组元。组元在大多数情况下是元素，例如pb和和sn；但在；但在所研究的范围内既不分解也不发生化学反应的稳定化合物也可所研究的范围内既不分解也不发生化学反应的稳定化合物也可成为组元，如成为组元，如fe3c。 合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不合金系：由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称

2、为合金系，如同成分的合金，称为合金系，如pb-sn;fe- fe3c。 相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图，又称状态图或平衡图。图，又称状态图或平衡图。 相平衡：在合金系中，参与结晶或相变过程中的各相之间的相对相平衡：在合金系中，参与结晶或相变过程中的各相之间的相对重量和相的浓度不再改变时所达到的一种平衡。重量和相的浓度不再改变时所达到的一种平衡。 第第3节节 铁碳合金铁碳合金2.3.1 铁碳合金的基本组织和性能铁碳合金的基本组织和性能aeb为液相线；为液相线；amenb为固相线；为固相线；a为为pb的熔点；的熔点

3、；b为为sn的熔点。的熔点。固溶体是以固溶体是以pb为溶剂，以为溶剂，以sn为溶质，其溶解度曲线为为溶质，其溶解度曲线为fm；固溶固溶体是以体是以sn为溶剂，以为溶剂，以pb为溶质，其溶解度曲线是为溶质，其溶解度曲线是ng。第第3节节 铁碳合金铁碳合金fefefec912c1394c1538000 纯铁液体（体心立方晶格）（体心立方晶格）（面心立方晶格）（面心立方晶格）（体心立方晶格）（体心立方晶格）2.3.1 铁碳合金的基本组织和性能铁碳合金的基本组织和性能1. 铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶（构）转变。

4、金属的同素异构转变也是一种结晶过程，（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构转变如下所示。转变如下所示。 2. 2.铁素体（铁素体（f f） 碳溶于碳溶于 中的固溶体，它保持体心立方晶格结构。中的固溶体，它保持体心立方晶格结构。其显微组织其显微组织如图如图1-151-15，溶解度（溶解度（0.008%0.008% 0.02%0.02%），故性质接），故性质接近纯铁，强度、硬度低，塑性、韧性好。近纯

5、铁，强度、硬度低，塑性、韧性好。 fe图图1-15铁素体的显微组织铁素体的显微组织3.3.奥氏体（奥氏体（a a）碳溶于碳溶于 中的固溶体，保持中的固溶体，保持面心立方晶格结构。面心立方晶格结构。其显微组织其显微组织如图如图1-1-1 61 6 ， 溶 解 度， 溶 解 度（0.77%0.77% 2.11%2.11%），），其强度和硬度略高其强度和硬度略高于铁素体，塑性、于铁素体，塑性、韧性较好。韧性较好。 fe图图1-16奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织4.4.渗碳体（渗碳体（fefe3 3c c） 铁和碳组成的金属化合物，复杂斜方晶体结构。含碳量铁和碳组成的金属化合物，复杂斜方晶体结构。含

6、碳量为为6.69%6.69%，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在一定条件下分解为铁和石墨。在一定条件下分解为铁和石墨。 5. 5.珠光体珠光体p p 珠 光 体珠 光 体 是是铁素体和渗碳铁素体和渗碳体的机械混合体的机械混合物。其显微组物。其显微组织织如图如图1-171-17，珠光体强度较珠光体强度较高，塑性、韧高，塑性、韧性和硬度介于性和硬度介于渗碳体和铁素渗碳体和铁素体之间。体之间。 图图1-17 珠光体的显微组织珠光体的显微组织图图1-18莱氏体的显微组织莱氏体的显微组织6.6.莱氏体莱氏体ldld 莱氏体莱氏体在在7277270 0c

7、 c以上，以上，由奥氏体与渗碳体组成的由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，称为高温莱机械混合物，称为高温莱氏体氏体ldld；在；在7277270 0c c以下，以下，该组织转变为由珠光体与该组织转变为由珠光体与渗碳体组成的机械混合物，渗碳体组成的机械混合物，称为低温莱氏体称为低温莱氏体ldld。其显。其显微组织微组织如图如图1-181-18，其力学其力学性能与渗碳体相似，硬度性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。较高，脆性较大。 2.3.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 铁碳合金相图：铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合金的化学成表示在平衡状态下铁碳合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。利用它可以

8、研究钢和铸铁分、相、组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图，如图成的状态图，如图1-191-19所示。所示。 钢：钢：含碳量小于含碳量小于2.11%的铁碳合金；的铁碳合金； 铸铁：铸铁：含碳量大于含碳量大于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。 图图1-19 铁碳合金相图铁碳合金相图ll+

9、aaf+aff+ppp+fe3ciip+fe3cii+lda+fe3ciia+fe3cii+ldldldl+fe3cild+fe3cild+fe3ci 相图上的特性线和点如下：相图上的特性线和点如下： 2）aecfaecf线（固相线）线（固相线）。当合金冷却到此线时，金属液全。当合金冷却到此线时，金属液全部结晶为固相，在此线以下区域为固相。部结晶为固相，在此线以下区域为固相。 1）acdacd线（液相线）线（液相线）。当金属液冷却到此线时开始结晶，。当金属液冷却到此线时开始结晶，在此线以上区域为液相。在此线以上区域为液相。 由于图中左上角部分在实用中用处不大，故不予分析。由于图中左上角部分在实

10、用中用处不大，故不予分析。3）a a点点。纯铁的熔点（。纯铁的熔点（153815380 0c c）。）。4 4）d d点点。渗碳体的熔点（。渗碳体的熔点（122712270 0c c）。）。 5 5）c c点点。共晶点，温度。共晶点，温度114811480 0c c，成分，成分4.3%c4.3%c。6.69%c32.11%c4.3%cc11484.3%ccfealdl06 6）ecfecf线（共晶线）线（共晶线）。含碳量在。含碳量在2.11%2.11%6.69%6.69%的铁碳合金，的铁碳合金，冷却到此线时（冷却到此线时（11481148度），将发生共晶反应，同时结晶出度），将发生共晶反应，同

11、时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶混合物莱氏体。奥氏体和渗碳体的共晶混合物莱氏体。 7 7）eses线线。是碳在。是碳在 中的溶解度曲线，中的溶解度曲线，e e点表示在点表示在114811480 0c c时碳在时碳在 中的最大溶解度为中的最大溶解度为2.11%2.11%。随着温度降。随着温度降低，溶解度下降，即含碳量大于低，溶解度下降，即含碳量大于0.77%0.77%的奥氏体冷却过程的奥氏体冷却过程中都将从奥氏体中析出渗碳体（次生渗碳体），常称为中都将从奥氏体中析出渗碳体（次生渗碳体），常称为a acmcm线线fefe8 8）gsgs线线。 是冷却过程不同含碳量的奥氏体中析出铁素体的是冷却过程不同含

12、碳量的奥氏体中析出铁素体的转变线，常称为转变线，常称为a a3 3线。线。共晶：共晶：指合金在一定的条件指合金在一定的条件( (温度、成分温度、成分) )下，下，由液体合金中同时结晶出两种不同的晶体，由液体合金中同时结晶出两种不同的晶体，而形成一种特殊的共晶体组织的转变。而形成一种特殊的共晶体组织的转变。即即 1010）pskpsk线（共析线）。线（共析线）。 含碳量在含碳量在0.02%0.02%6.69%6.69%的铁碳合的铁碳合金，冷却到此线时（金，冷却到此线时（7277270 0c c），将发生共析反应，从奥氏），将发生共析反应，从奥氏体中同时结晶出铁素体和渗碳体的共析混合物珠光体。即体

13、中同时结晶出铁素体和渗碳体的共析混合物珠光体。即a a1 1线。线。 9 9）s s点。共析点，点。共析点，温度温度7277270 0c c，成分，成分0.77%0.77%。共析转变：共析转变：指合金在一定条件下，由一种固相转变成两指合金在一定条件下，由一种固相转变成两个固相的机械混合物的过程。个固相的机械混合物的过程。 即：即： 6.69%c30.02%c0.77%c7270.77%ccfefpa0 c口诀 纵标温度横成分 六点六线六组织 海平面上三燕飞 两两相加夹组织 海平面：psk线共析线 三燕飞：1）雄燕acd2）雌燕aecf、3）子燕gse六点特性点符特性点符号号温度温度/cc（%

14、%）含义含义a a153815380 0熔点：纯铁的熔点熔点：纯铁的熔点c c114811484.34.3共晶点：发生共晶转变共晶点：发生共晶转变l4.3l4.3ld(a2.11%+fe3cld(a2.11%+fe3c共晶共晶) )d d122712276.696.69熔点：渗碳体的熔点熔点：渗碳体的熔点e e114811482.112.11碳在碳在-fe-fe中的最大溶解度点中的最大溶解度点g g9129120 0同素异构转变点同素异构转变点s s7277270.770.77共析点：发生共析转变共析点：发生共析转变a0.77%a0.77%p(f0.0218%+fe3cp(f0.0218%+f

15、e3c共析共析) )p p7277270.02180.0218碳在碳在-fe-fe中的最大溶解度点中的最大溶解度点q q室温室温0.00080.0008室温下碳在室温下碳在-fe-fe中的溶解度中的溶解度六线主要特性线 （1）ac线 液体向奥氏体转变的开始线。即：la。（2）cd线 液体向渗碳体转变的开始线。即：lfe3c。 acd线统称为液相线，在此线之上合金全部处于液相状态，用符号l表示。（3）ae线 液体向奥氏体转变的终了线。（4）ecf水平线 共晶线。aecf线统称为固相线，液体合金冷却至此线全部结晶为固体，此线以下为固相区。（5）es线 又称acm线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线。即：

16、lfe3c。（6）gs线 又称a3线，（7）gp线 奥氏体向铁素体转变的终了线。（8）psk水平线 共析线（727），又称a1线。（9）pq线 碳在铁素体中的溶解度曲线。六组织 三个单相： 1）铁素体f 2）奥氏体a 3）渗碳体fe3c 二种机械混合物 1）珠光体（铁素体和渗碳体） 2）莱氏体（高温ld奥氏体和渗碳体：低温ld珠珠光体与渗碳体光体与渗碳体） 液相l钢中的杂质元素及合金元素 硅：有益元素，使钢硬度、强度、弹性均有提高，但塑性、韧性降低； 锰：有益元素，提高钢材的强度和硬度； 硫：有害杂质元素，钢的热脆性 磷：有害杂质元素，冷脆性； 氧、氢、氮：氧化物严重降低钢的疲劳强度；氢脆；氮

17、与铁素体作用的蓝脆现象。合金元素在钢中的作用 合金元素对钢中基本相的影响； 合金铁素体的固溶强化和合金碳化物的弥散强化； 合金元素对铁碳合金图的影响；合金元素一般使s点和e点左移，s点左移，使合金钢共析点的含碳量降低（wc0.77%)。e点左移，使e点的含碳量小于2.11%）。 合金元素对钢热处理的影响合金钢加热时晶粒一般不易长大，淬透性及回火稳定性显著提高。2.3.3 铁碳合金的组织转变铁碳合金的组织转变 工业纯铁工业纯铁 含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的铁碳合金，的铁碳合金， 钢钢 含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.11%2.11%的铁碳合金，的铁碳合金，

18、共析钢共析钢 含碳量等于含碳量等于0.77%0.77%， 亚共析钢亚共析钢 含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%， 过共析钢过共析钢 含碳量位于含碳量位于0.77%0.77%2.11%2.11%， 白口铸铁白口铸铁 含碳量在含碳量在2.11%6.69%的铁碳合金的铁碳合金 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 含碳量等于含碳量等于4.3% ， 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于2.11%4.3% 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于4.3%6.69% 图图1-19 铁碳合金相图铁碳合金相图fldll+aaf+af+ppp+fe3ciip+fe3cii+lda+fe3cii

19、a+fe3cii+ldldl+fe3cild+fe3cild+fe3ci1. 钢的结晶过程钢的结晶过程 为方便起见，按照铁碳合金的分类，为方便起见，按照铁碳合金的分类，把相图分为钢和白口铁两部分；如图把相图分为钢和白口铁两部分；如图1-20为经过简化的钢的铁碳合金相图。下面为经过简化的钢的铁碳合金相图。下面分析其结晶过程：分析其结晶过程：1）共析钢）共析钢（如图（如图i号合金）的结晶过程号合金）的结晶过程cfefpaall3727ttt0321c 其室温组织为其室温组织为珠光体珠光体，为层片状组，为层片状组织，具有较高的强度织，具有较高的强度 =800mpa，硬度，硬度hbs=230,塑性较低

20、塑性较低 =12%。b图图1-20 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11c%2）亚共析钢）亚共析钢（如图（如图ii号合金）的结晶过程号合金）的结晶过程faaall321tttcfefpf3727t04c 其室温组织为其室温组织为铁素体加珠光体铁素体加珠光体，其显，其显微组织微组织如图如图1-21a；其性能介于铁素体和珠；其性能介于铁素体和珠光体之间；随含碳量升高，珠光体量增多，光体之间；随含碳量升高，珠光体量增多，故强度硬度增加，塑性韧性下降。故强度硬度增加，塑性韧性下降。3）过共析钢）过共析钢（如图（如图iii号合金）的结晶过程号合金）的结晶过程ii3tttcfeaaall321

21、cfefpcfe3ii3727t04c其室温组织为其室温组织为渗碳体加珠光体渗碳体加珠光体，其显微组，其显微组织织如图如图1-21b；随含碳量升高，渗碳体量；随含碳量升高，渗碳体量增多，故硬度增加，韧性下降。增多，故硬度增加，韧性下降。图图1-20 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11c%图图1-21a 亚共析钢显微组织亚共析钢显微组织图图1-21b 过共析钢显微组织过共析钢显微组织 铸铁根据含碳量的不同可分为共晶白铸铁根据含碳量的不同可分为共晶白口铸铁（口铸铁（4.3%c）、亚共晶白口铸铁）、亚共晶白口铸铁（ 4.3%c）；其简化的铁碳合金相图如）；其简化的铁碳合金相图如图图1-

22、22所示，下面分别分析其结晶过程。所示，下面分别分析其结晶过程。2. 白口铸铁的结晶过程白口铸铁的结晶过程图图1-22 生铁的铁碳合金相图生铁的铁碳合金相图2.114.36.690c1）共晶白口铸铁）共晶白口铸铁（如图（如图v）的结晶过程）的结晶过程cfecfealdcfealdl3ii3tt3t211 cfecfepld3ii3727t02c其室温组织为其室温组织为莱氏体莱氏体。 其室温组织为珠光体加莱氏体。显其室温组织为珠光体加莱氏体。显微组织微组织如图如图1-23a。图图1-22 生铁的铁碳合金相图生铁的铁碳合金相图2.114.36.690c2）亚共晶白口铸铁）亚共晶白口铸铁（如图（如图

23、iv）的结晶过程的结晶过程cfealdaall3tt21cfecfealdcfea3ii3ii3tt32 cfecfepldcfep3ii3ii3t33）过共晶白口铸铁）过共晶白口铸铁（如图（如图iiv）的结晶过程）的结晶过程i33ti3tcfcfealdcfll21eei33ii3ttcfecfecfeald32 i33ii3tcfecfecfepld3 其室温组织为渗碳体加莱氏体。显其室温组织为渗碳体加莱氏体。显微组织微组织如图如图1-23b。图图1-23a 亚共晶白口生铁的亚共晶白口生铁的 室温组织室温组织图图1-23b 过共晶白口生铁的室温组织过共晶白口生铁的室温组织2.3.4 铁碳合

24、金相图的应用铁碳合金相图的应用 (1)(1)为选材提供成分依据（选材一般原则为选材提供成分依据（选材一般原则p43p43） fe- fe3c相图反映了铁碳合金组织和性能随成分的变化规律。这样，就可以根据零件的工作条件和性能要求来合理的选择材料。例如，桥梁、船舶、车辆及各种建筑材料，需要塑性、韧性好的材料，可选用低碳钢（c =0.1%0.25%）；对工作中承受冲击载荷和要求较高强度的各种机械零件，希望强度和韧性都比较好，可选用中碳钢（c =0.25%0.65%）；制造各种切削工具、模具及量具时，需要高的硬度、而耐磨性，可选用高碳钢（c =0.77%1.44%）。对于形状复杂的箱体、机器底座等，选

25、用熔点低、流动性好的铸铁材料。a a）在铸造生产上的应用）在铸造生产上的应用由由fe- fe3c相图可见，共晶成分的铁碳合金熔点相图可见，共晶成分的铁碳合金熔点低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。因此，在铸造生产中，经常选用接近共晶成分的因此，在铸造生产中，经常选用接近共晶成分的铸铁。铸铁。 根据相图可以知道各种成分的钢和铸铁的结晶温根据相图可以知道各种成分的钢和铸铁的结晶温度，可确定合金的浇注温度，知道合金的凝固温度，可确定合金的浇注温度，知道合金的凝固温度范围，判断流动性以及缩孔、缩松的倾向。共度范围，判断流动性以及缩孔、缩松的倾向。共晶成分

26、的合金，结晶温度较低，偏析较小，流动晶成分的合金，结晶温度较低，偏析较小，流动性好，因而铸造合金的成分常选用接近共晶成分。性好，因而铸造合金的成分常选用接近共晶成分。 2.3.4 铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用 2.3.4 铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用 b).b).在锻压生产上的应用在锻压生产上的应用 钢在室温时组织为两相混合物，塑性较差，变形困难。而奥氏体的强度较低，塑性较好，便于塑性变形。因此在进行锻压和热轧加工时，要把坯料加热到奥氏体状态。加热温度不宜过高，以免钢材氧化烧损严重，但变形的终止温度也不宜过低，过低的温度除了增加能量的消耗和设备的负担外，还会因塑性的降低而导致开

27、裂。所以，各种碳钢较合适的锻轧加热温度范围是：始锻轧温度为固相线以下100200；终锻轧温度为750850。对过共析钢，则选择在psk线以上某一温度，以便打碎网状二次渗碳体。 钢中有奥氏体组织时，塑性好，变形是抗力低，便于塑性变形，故常选择单相奥氏体区域的适当温度范围。 2.3.4 铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用 c c）. .在焊接生产上的应用在焊接生产上的应用 焊接时，由于局部区域（焊缝）被快速加热，所以从焊缝到母材各区域的温度是不同的，由fe- fe3c相图可知，温度不同，冷却后的组织性能就不同，为了获得均匀一致的组织和性能，就需要在焊接后采用热处理方法加以改善。 d).d).在热

28、处理方面的应用在热处理方面的应用 从fe- fe3c相图知，铁碳合金在固态加热或冷却过程中均有相的变化，所以钢和铸铁可以进行有相变的退火、正火、淬火和回火等热处理。此外，奥氏体有溶解碳和其它合金元素的能力，而且溶解度随温度的提高而增加，这就是钢可以进行渗碳和其它化学热处理的缘故。 相图反映了不同成分的合金在缓慢加热或冷却时，所发生的组织转变温度，是制订热处理工艺的依据。思考题：思考题：1.1.何谓奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体，它何谓奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体，它们的性能如何？们的性能如何？2.2.试简述铁碳合金状态图中试简述铁碳合金状态图中c c点、点、s s点、点、ec

29、fecf线、线、pskpsk线、线、eses线和线和gsgs线的物理含义。线的物理含义。3.3.试分析含碳试分析含碳0.4%c0.4%c、0.77%c0.77%c、1.0%c1.0%c、3.0%c3.0%c、4.3%c4.3%c和和5.0%c5.0%c的合金在极缓慢冷却时组织的转变过程，并指出其的合金在极缓慢冷却时组织的转变过程，并指出其室温组织。室温组织。 第第4节节 常用工程材料常用工程材料2.4.1 2.4.1 常用工程材料的分类常用工程材料的分类 工工程程 材材料料金属材料金属材料碳素钢碳素钢合金钢合金钢碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特

30、殊性能钢特殊性能钢铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁有色金属：铜合金、铝合金等有色金属：铜合金、铝合金等非金属材料非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、复合材料等高分子材料：塑料、橡胶、复合材料等陶瓷材料：普通瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶陶瓷材料：普通瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷瓷、氮化硼陶瓷钢钢2.4.2.1 2.4.2.1 碳素钢分类碳素钢分类和牌号和牌号1 1）按钢的含碳量分类：）按钢的含碳量分类： 低碳钢低碳钢 中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢 %25. 0%04. 0cw%6 . 0%25. 0cwcw%6 . 0

31、2 2）按钢的质量分类）按钢的质量分类：有害杂质硫、磷的含量：有害杂质硫、磷的含量普通碳素钢普通碳素钢 优质碳素钢优质碳素钢 高级优质碳素钢高级优质碳素钢 %050. 0 %,045. 0spww%035. 0 %,035. 0spww%030. 0 %,035. 0spww2.4.2 常用金属材料常用金属材料1.分类分类3 3）按用途分为：按用途分为： 碳素结构钢：碳素结构钢： 制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、中碳钢，属普通钢、中碳钢，属普通碳素钢或优质碳素钢。碳素钢或优质碳素钢。 碳素工具钢：碳素工具钢： 制造各种刃具、量具和模具等，大都是高

32、碳制造各种刃具、量具和模具等，大都是高碳钢，属优质钢或高级优质钢。钢，属优质钢或高级优质钢。4 4）按冶炼时脱氧程度的不同分类）按冶炼时脱氧程度的不同分类沸腾钢：不脱氧的钢；沸腾钢：不脱氧的钢；镇静钢：完全脱氧钢；镇静钢：完全脱氧钢；半镇静钢：半脱氧钢。半镇静钢：半脱氧钢。 5）按金相组织分）按金相组织分亚共析钢、共析钢、过共析钢。亚共析钢、共析钢、过共析钢。2.2.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 含碳量在含碳量在0.06%0.06% 0.38%0.38%之间，硫、磷含量较高，在供应之间，硫、磷含量较高，在供应状态下使用，不需热处理。常用于一般工程结构及普通零件。状态下使用，不需热处理。常用于一

33、般工程结构及普通零件。其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母q q、屈服点的数值、屈服点的数值、质量等级符号质量等级符号(a(a、b b、c c、d)d)和脱氧方法符号和脱氧方法符号(f(f、b b、z z、tz)tz)组成。如组成。如q235-aq235-af f，表示其屈服点为，表示其屈服点为235mpa235mpa，质量等级为，质量等级为a a级，沸腾钢。级，沸腾钢。3.3.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 按化学成分和力学性能供应，杂质含量少，表面质量、按化学成分和力学性能供应，杂质含量少，表面质量、组织结构的均匀性较好，需经热处理，用于重要的零件。其组织

34、结构的均匀性较好，需经热处理，用于重要的零件。其牌号采用两位数字来表示，表示该钢号的平均含碳量的万分牌号采用两位数字来表示，表示该钢号的平均含碳量的万分之几。根据含锰量不同分为普通含锰量（之几。根据含锰量不同分为普通含锰量（0.25%0.25% 0.8%0.8%）和）和较高含锰量（较高含锰量（0.75%0.75% 1.2%1.2%）两种，后者加）两种，后者加“mnmn”，如，如2020钢为钢为含碳含碳0.2%0.2%，65mn65mn为含碳为含碳0.65%0.65%，较高含锰量。，较高含锰量。2.4.2.2 2.4.2.2 合金钢分类和牌号合金钢分类和牌号 1. 分类分类合金结构钢合金结构钢合

35、金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢建筑及工程用钢或构件用钢建筑及工程用钢或构件用钢机器制造用钢机器制造用钢渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢磁钢磁钢1）按用途分）按用途分:2 2）按合金元素含量（质量分数）分：）按合金元素含量（质量分数）分：3 3）按所含合金元素种类分为：）按所含合金元素种类分为：铬钢、锰钢、镍钢、铬锰钢、铬钢、锰钢、镍钢、铬锰钢、硅锰钢等。硅锰钢等。4 4）按金相组织分为：）按金相组织分为：珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。氏体钢。 低合金

36、钢（合金元素总含量低合金钢（合金元素总含量10%）2 2. .合金合金结构结构钢钢1 1）低合金结构钢。）低合金结构钢。 q+q+ +质量等级符号，如质量等级符号，如q345cq345c；q q表示屈服点的表示屈服点的“屈屈”，345345表示屈服点数值，表示屈服点数值，c c表示质量表示质量等级，有等级，有a a、b b、c c、d d、e e五个等级。五个等级。 2 2）合金结构钢合金结构钢。 数字数字+ +化学元素符号化学元素符号+ +数字数字，前面数字，前面数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示，后面数字表示表示钢的平均含碳量，以万分之几表示，后面数字表示该合金元素的平均含量，以百分之

37、几表示，但低于该合金元素的平均含量，以百分之几表示，但低于1.5%1.5%时不标。若为高级优质钢在最后加时不标。若为高级优质钢在最后加“a a”字，字，如如60si2mn60si2mn，滚动轴承钢，滚动轴承钢，gcr15simngcr15simn。4 4. .特殊性能钢特殊性能钢 特殊性能钢特殊性能钢牌号为牌号为数字数字+ +化学元素符号化学元素符号+ +数字数字。前面数。前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但当平均含碳字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但当平均含碳量小于等于量小于等于0.03%0.03%时标为时标为0000，小于等于，小于等于0.08%0.08%时标为时标为0 0

38、，如如2cr132cr13。 3.3.合金工具钢合金工具钢 合金工具钢牌号为合金工具钢牌号为数字数字+ +化学元素符号化学元素符号+ +数字。前面数字。前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但高于数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但高于1.0%1.0%时不标，高速钢例外，其低于时不标，高速钢例外，其低于1.0%1.0%时也不标，其余时也不标，其余同合金结构钢，如同合金结构钢，如5crmnmo5crmnmo。 1. 1.铸铁铸铁 铸铁铸铁含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%的铁碳合金，一般含碳量的铁碳合金，一般含碳量2.5%2.5% 4.0%4.0%，含有较多的硅、锰、硫、磷等杂

39、质。，含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。 根据碳在铸铁中的存在形态可分为：根据碳在铸铁中的存在形态可分为： 1）白口铸铁。）白口铸铁。即生铁即生铁,碳除少量溶于铁素体外，绝大部分碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。特点是硬和脆，难以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。特点是硬和脆，难以加工，但耐磨。一般不直接用来制造机器零件，常用作以加工，但耐磨。一般不直接用来制造机器零件，常用作炼钢原料或制造可锻铸铁件。炼钢原料或制造可锻铸铁件。 2 2）灰铸铁。）灰铸铁。碳主要以自由状态的片状石墨碳主要以自由状态的片状石墨形态存在，如图形态存在，如图1-241-24，断口为暗灰色。强

40、，断口为暗灰色。强度低，塑性差，但易切削，减摩消振性好，度低，塑性差，但易切削，减摩消振性好，且铸造性能好，应用最广泛。且铸造性能好，应用最广泛。 图图1-24片状石墨片状石墨2.4.2.3 2.4.2.3 铸铁和铸钢铸铁和铸钢 3 3）可锻铸铁。）可锻铸铁。碳主要以团絮状石墨形态存碳主要以团絮状石墨形态存在，如图在，如图1-251-25，因而有较高的塑性和韧性。，因而有较高的塑性和韧性。用于受冲击和振动的薄壁小件。可锻铸铁用于受冲击和振动的薄壁小件。可锻铸铁由白口铸铁经高温退火处理获得。由白口铸铁经高温退火处理获得。 图图1-25 团絮状石墨团絮状石墨4 4）球墨铸铁。）球墨铸铁。 铁液在浇

41、注前经球化处理，铁液在浇注前经球化处理，碳大部分或全部以自由状态的球状石墨存碳大部分或全部以自由状态的球状石墨存在，如图在，如图1-261-26，有时出现少量团絮状。强，有时出现少量团絮状。强度、塑性均高于可锻铸铁，抗拉强度甚至度、塑性均高于可锻铸铁，抗拉强度甚至高于碳钢。高于碳钢。 图图1-26球状石墨球状石墨2.2.铸钢铸钢1 1）铸钢件。）铸钢件。将钢液直接铸成零件毛坯，以后不再进行锻造将钢液直接铸成零件毛坯，以后不再进行锻造的钢件。常用于要求较高而复杂的零件。的钢件。常用于要求较高而复杂的零件。 2 2）含碳量。）含碳量。 铸造碳钢的含碳量在铸造碳钢的含碳量在0.20%0.20% 0.

42、60%0.60%之间，含之间，含碳量太高则塑性差，易冷裂，硫、磷含量在碳量太高则塑性差，易冷裂，硫、磷含量在0.040%0.040%以下。以下。 3 3）牌号。）牌号。“zg+zg+两组数字两组数字”表示，数字分别表示最低屈服表示，数字分别表示最低屈服点和最低抗拉强度的值。如点和最低抗拉强度的值。如zg200-400zg200-400 。2.4.2.4 有色金属有色金属 纯铜的性能特点：纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银；化具有很高的导电导热性，仅次于银；化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好，但强度低。学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好，但强度低。 工业生产中通常称

43、铁和铁基合金为黑色金属，而把工业生产中通常称铁和铁基合金为黑色金属，而把铁和铁基合金以外的金属称为有色金属。铁和铁基合金以外的金属称为有色金属。1.铜及铜合金铜及铜合金 铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。用的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。 1）工业纯铜。）工业纯铜。 纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化物，俗称红色的氧化物，俗称紫铜，电解铜紫铜，电解铜。其熔点为。其熔点为108310830 0c c，密，密度为度为8.96g/cm8.96g/cm3 3，为面心立方晶

44、格。，为面心立方晶格。 牌号牌号：工业纯铜工业纯铜牌牌号为号为t+t+顺序号，顺序号，共有共有t1,t2, t3,t4t1,t2, t3,t4；序号越大，纯度越低。序号越大，纯度越低。 2 2）黄铜。）黄铜。 黄铜黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低，好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低，是重有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊黄是重有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。 压力加

45、工普通黄铜压力加工普通黄铜：也叫二元黄铜，是：也叫二元黄铜，是cu-zncu-zn二元合金。二元合金。根据含锌量分为（小于根据含锌量分为（小于39%39%）单相（）单相（ ）黄铜、（）黄铜、（39%-45%39%-45%）双相（双相（ ）黄铜；）黄铜； 相是锌溶于铜中的固溶体，溶解相是锌溶于铜中的固溶体，溶解度随温度的下降而增大，为面心立方晶格，塑性好，可冷度随温度的下降而增大，为面心立方晶格，塑性好，可冷热加工。热加工。 相是以电子化合物相是以电子化合物cuzncuzn为基的固溶体，室温下为基的固溶体，室温下较脆，但加热到较脆，但加热到4504500 0c c以上时，塑性良好。其性能随锌含量

46、以上时，塑性良好。其性能随锌含量增加，起初强度塑性提高，而后由于出现了增加，起初强度塑性提高，而后由于出现了 相，强度继相，强度继续升高，但塑性下降，直至全部为续升高，但塑性下降，直至全部为 相时，强度塑性急剧相时，强度塑性急剧下降，如图下降，如图1-27所示。其牌号为所示。其牌号为h+铜的名义质量分数，如铜的名义质量分数，如h62。而。而h70、h68又称为三七黄铜，因强度高，塑性好常又称为三七黄铜，因强度高，塑性好常用来制作枪弹壳和炮弹筒，有用来制作枪弹壳和炮弹筒，有“弹壳黄铜弹壳黄铜”之称。之称。 压力加工特殊黄铜压力加工特殊黄铜：在铜：在铜锌二元合金的基础上加入其它锌二元合金的基础上加

47、入其它合金元素组成的多元合金。常合金元素组成的多元合金。常加入硅、铅、铝、锰等，称为加入硅、铅、铝、锰等，称为硅黄铜、铅黄铜，铝黄铜。铅硅黄铜、铅黄铜，铝黄铜。铅能改善切削加工性能，提高耐能改善切削加工性能，提高耐磨性，故铅黄铜用于钟表零件，磨性，故铅黄铜用于钟表零件，硅能显著提高黄铜的机械性能、硅能显著提高黄铜的机械性能、耐蚀性，具良好铸造性能，用耐蚀性，具良好铸造性能，用于船舶及化工零件。其牌号为于船舶及化工零件。其牌号为h+主加元素符号主加元素符号+铜及各铜及各合金元素的名义质量分数，合金元素的名义质量分数，如如hpb59-1。b图图1-27 黄铜的机械性能与含锌量的关系黄铜的机械性能与

48、含锌量的关系 铸造黄铜：铸造黄铜：采用铸造方法来生产的黄铜。其代号为采用铸造方法来生产的黄铜。其代号为zcu+zcu+合金元素合金元素1 1的化学符号及其名义质量分数的化学符号及其名义质量分数+ +合金元素合金元素2 2级级其 名 义 质 量 分 数其 名 义 质 量 分 数 + + ， 如， 如 z c u z n 3 8z c u z n 3 8（zh62),zcuzn40pb2(zhpb59-1)zh62),zcuzn40pb2(zhpb59-1)。3）青铜）青铜。 除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜。工业上除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜。工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般

49、都有高的耐蚀性、常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为压力加工青铜压力加工青铜和铸造青铜和铸造青铜两类。前者的代号为两类。前者的代号为q+q+第一个主加元素的化学符第一个主加元素的化学符号及其名义质量分数号及其名义质量分数- -数字（其它合金元素的名义质量分数字（其它合金元素的名义质量分数），如数），如qsn4-3qsn4-3表示含锡表示含锡4%4%，含锌，含锌3%3%，后者的代号为，后者的代号为zcu+zcu+合合金元素金元素1 1的化学符号及其名义质量分数的化学符号及其名义质量分数+ +合金元素

50、合金元素2 2及其名义及其名义质量分数质量分数+ +如如zcusn10zn2.zcusn10zn2. 锡青铜：锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、耐以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、耐磨、强度高、弹性好，常用牌号有磨、强度高、弹性好，常用牌号有qsn4-3qsn4-3等，用于弹簧、等，用于弹簧、轴瓦、衬套等耐磨零件。轴瓦、衬套等耐磨零件。 铝青铜：铝青铜：以铝为主要合金元素的铜基合金。它有良好以铝为主要合金元素的铜基合金。它有良好的力学性能，耐蚀、耐磨，有良好的铸造性能，受冲击无的力学性能，耐蚀、耐磨，有良好的铸造性能，受冲击无火花。常用牌号有火花。常用牌号有qal9-4qal9-4

51、，qal5qal5等，用于轴套、齿轮、蜗等，用于轴套、齿轮、蜗轮、管路配件等。轮、管路配件等。 铍青铜：铍青铜：以铍为主要合金元素的铜基合金。有很高的以铍为主要合金元素的铜基合金。有很高的强度、硬度疲劳极限和弹性极限，耐蚀、耐热、无磁性、强度、硬度疲劳极限和弹性极限，耐蚀、耐热、无磁性、导电导热性好，受冲击无火花，冷热加工，铸造性能均好。导电导热性好，受冲击无火花，冷热加工，铸造性能均好。常用牌号有常用牌号有qbe2qbe2，主要用于制作高级精密的弹性元件，如，主要用于制作高级精密的弹性元件，如弹簧、膜片。特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条，弹簧、膜片。特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发

52、条，高速高温高压下的轴承、衬套。高速高温高压下的轴承、衬套。 2.2.铝及铝合金铝及铝合金 1 1）工业纯铝。）工业纯铝。 其熔点为其熔点为660.37660.370 0c c，密度为，密度为2.7g/cm2.7g/cm3 3，为面，为面心立方晶格，呈银白色。强度（心立方晶格，呈银白色。强度（=80=80100mpa100mpa）和硬度）和硬度(20hbs)(20hbs)很低，塑性很低，塑性(=80%)(=80%)很高，有良好的导热导电性。工很高，有良好的导热导电性。工业纯铝为业纯铝为l1-l7l1-l7，其顺序数越大，纯度越低。，其顺序数越大，纯度越低。2 2）铝合金铝合金。 由于纯铝的强度

53、低，不宜作承力结构材料，由于纯铝的强度低，不宜作承力结构材料，向纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等元素，通过固向纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等元素，通过固溶强化，沉淀硬化及组织强化，而得到的高强度合金。溶强化，沉淀硬化及组织强化，而得到的高强度合金。 铝合金的分类：铝合金的分类：根据铝合金的成分以及生产工艺特点，根据铝合金的成分以及生产工艺特点，铝合金可分为形变铝合金和铸造铝合金。铝合金的一般类铝合金可分为形变铝合金和铸造铝合金。铝合金的一般类型相图如图型相图如图1-281-28所示，在所示，在d d点以左的合金，在加热到点以左的合金，在加热到dfdf线以线以上时，得到单相固溶体组织，

54、塑性好，适于压力加工，故上时，得到单相固溶体组织，塑性好，适于压力加工，故称形变铝合金；成分在称形变铝合金；成分在f f点以左的合金，冷却时组织不随温点以左的合金，冷却时组织不随温度变化，故不能热处理强化，因而称为热处理不能强化铝度变化，故不能热处理强化，因而称为热处理不能强化铝合金；在合金；在d d点以右为铸造铝合金。点以右为铸造铝合金。 形变铝合金：形变铝合金：在加热时能在加热时能形成单相的固溶体，塑性很好，形成单相的固溶体，塑性很好，适于冷热压力加工的铝合金。适于冷热压力加工的铝合金。又可分为：热处理不能强化的又可分为：热处理不能强化的铝合金和热处理能强化的铝合铝合金和热处理能强化的铝合

55、金。金。图图1-28铝合金状态图的一般类型铝合金状态图的一般类型 铸造铝合金：铸造铝合金：含有低熔点的共晶体，液态流动性较高，含有低熔点的共晶体，液态流动性较高，适于铸造的铝合金。它具有良好的力学性能，抗蚀性及良适于铸造的铝合金。它具有良好的力学性能，抗蚀性及良好的工艺性能。而且生产工艺较为简便，成本较低。用途好的工艺性能。而且生产工艺较为简便，成本较低。用途较广。其合金代号为较广。其合金代号为zl+zl+三位数字，第一位为合金系，三位数字，第一位为合金系，1 1位位铝硅系，铝硅系，2 2位铝铜系，位铝铜系，3 3位铝镁系，位铝镁系，4 4位铝锌系，后两位为顺位铝锌系，后两位为顺序号。序号。2

56、.4.3 2.4.3 非金属材料非金属材料 通常认为除金属材料以外的材料都是非金属材料，主通常认为除金属材料以外的材料都是非金属材料，主要有高分子材料、陶瓷材料要有高分子材料、陶瓷材料 。1.1.塑料塑料 塑料塑料以有机合成树脂为主，加入适量的添加剂，在以有机合成树脂为主，加入适量的添加剂，在一定温度和压力作用下加工成形的玻璃态高分子材料。一定温度和压力作用下加工成形的玻璃态高分子材料。 塑料的组成：塑料的组成：合成树脂和某些添加剂。合成树脂和某些添加剂。 树脂：树脂：它是低分子化合物经聚合反应形成的高分子化合它是低分子化合物经聚合反应形成的高分子化合物，是塑料的主要成分。其种类、性质、含量等

57、对塑料的性物，是塑料的主要成分。其种类、性质、含量等对塑料的性能起决定作用。塑料多以树脂来命名。能起决定作用。塑料多以树脂来命名。 添加剂：添加剂：是在塑料中，有目的加入的某些固态物质，是在塑料中，有目的加入的某些固态物质，以弥补树脂自身性能的不足。以弥补树脂自身性能的不足。 1 1）填料，为增加塑料的强度而加入的，如木粉、高岭）填料，为增加塑料的强度而加入的，如木粉、高岭土、石墨等。土、石墨等。 2 2）增塑剂，使大分子链的距离拉开，降低分子间的作）增塑剂，使大分子链的距离拉开，降低分子间的作用力，增加柔顺性，如甲酸酯类化合物。用力，增加柔顺性，如甲酸酯类化合物。 3 3）固化剂，在高聚物中

58、生成横跨链，使分子交联，树）固化剂，在高聚物中生成横跨链，使分子交联，树脂由线型结构变成体型结构，如乙二胺。脂由线型结构变成体型结构，如乙二胺。 4 4）稳定剂，又称防老化剂，一般加入量在千分之几，）稳定剂，又称防老化剂，一般加入量在千分之几，防止过早老化的作用，如硬脂酸钙。防止过早老化的作用，如硬脂酸钙。 5 5）其它，按性能要求加入一定量的润滑剂、染料、）其它，按性能要求加入一定量的润滑剂、染料、发泡剂、阻燃剂等。发泡剂、阻燃剂等。 塑料的分类塑料的分类： 1 1）按热性能分为热塑性塑料和热固性塑料。）按热性能分为热塑性塑料和热固性塑料。 热塑性塑料热塑性塑料：加热软化，可熔成粘稠状的液体

59、，冷却：加热软化，可熔成粘稠状的液体，冷却时硬化成所需的形状。再加热时又重新软化。如聚氯乙烯，时硬化成所需的形状。再加热时又重新软化。如聚氯乙烯，聚酰胺等。聚酰胺等。 热固性塑料热固性塑料：树脂受热先软化，继续加热又硬固化，：树脂受热先软化，继续加热又硬固化，大分子由线型结构变成体型网状结构，固化后加热则不再大分子由线型结构变成体型网状结构，固化后加热则不再软化。如酚醛塑料。软化。如酚醛塑料。 2 2）按应用范围分：通用塑料、工程塑料、特种塑料。）按应用范围分：通用塑料、工程塑料、特种塑料。 2.2.橡胶橡胶 橡胶橡胶是指在很宽的温度范围（是指在很宽的温度范围（-50-50 1501500 0

60、c c），均处），均处于高弹态，在很小的力作用下可发生很大的弹性变形，于高弹态，在很小的力作用下可发生很大的弹性变形，外力去除后能瞬间恢复原来的状态的经过硫化，并加入外力去除后能瞬间恢复原来的状态的经过硫化，并加入了配合剂的高分子材料。了配合剂的高分子材料。 橡胶的组成：橡胶的组成：生产中把未经硫化的天然胶与合成胶生产中把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化后的胶称为橡胶。为提高橡胶制品的性称为生胶，硫化后的胶称为橡胶。为提高橡胶制品的性能，常添加各种配合剂。能，常添加各种配合剂。 1 1）硫化剂。）硫化剂。使生胶分子相互交联成为网状结构，天然使生胶分子相互交联成为网状结构，天然橡胶中常加硫