工程材料与机械制造基础第六章常用金属材料.

1、工程材料与机械制at基础f q-r-y寸 7士pC 4、尸dw.'pd第6章常用金属材料§61工业用钢二、合金钢t 一、概述§6-2 铸铁 二、铸铁的石墨化及其影响因素I三、常用铸铁一、铝及其合金§ 6-3有色金属及其合金二、铜及其合金§6-1工业用钢威素钢(含碳量低于211%的铁碳合金)1、常存杂质元素对钢的性能的影响(1) a (Mn):钢中有益元素，来源于炼钢原料。作用：脱氧、去硫、固溶强化含量：一般MnO. 25-0. 80%。(2)硅(Si ):钢中有益元素，来源于炼钢原料。作用：0溶强化、脱氧.含量：一般Si<0. 4%.

2、67;6-1工业用钢碳素钢（含碳量低于2.11%的铁碳合金）1、常存杂质元素对钢的性能的影响（3）硫（S）:有害元素。生铁和燃料带来。不能除净。会产生热脆（使钢在高温时沿着晶界开裂）。避免热脆方法：1）控制S2）增加Mn, Mn+S-MnS 熔点高（16209）,颗粒状分布在晶粒内，高温下有一定塑 性，避免发生热脆。（4）磷（P）:有害元素。生铁和燃料带来。不能除净。会产生冷脆（常温下塑性降低，并使得钢的焊接性能下 降）O应严格控制P。§ 6-1工业用钢碳素钢2、碳钢的分类（1）按钢的含碳量分类<0. 25%C0. 25一0 6%C>0. 6%C （通常<1 4%）

3、低碳钢 碳素钢 < 中碳钢I高碳钢§6-1工业用钢碳 2、碳钢的分类（2）按钢的质量分（以磷、硫的含量划分） 普通质童钢、优质钢.高级优质钢和特级优质钢.钢类碳素钢合金钢PSPS<0,045G0459045<0.045<0.0350).0359.035<0,035<0.030S).030S).O25<0.025<0.0250020G025<0.015普通质量钢 优质钢 高级优质钢 特级优质钢根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：§ 6-1工业用钢2.碳素钢 碳钢的分类（3）按用途分类碳素结构钢（一般为含碳量0.7%

4、的低、中碳钢）用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件及机 器零件（如齿轮、轴、连杆、螺母等）等.破素工具钢（一般为含碳量0.7%的高碳钢）用于制造各种刀具、量具、模具等，在质量上都是优质 钢或高级优质钢。§ 6-1工业用钢碳素钢按冶炼方法分按炉别分转炉炼钢'按脱氧程度分I转炉钢电炉钢彿腾钢：脱氧不充分，浇注时C与0反应发生 (F)沸腾。这种钢成材率高，但不致密。 賢萨钢：脱氧充分，组织致密，成材率低，I半镇静钢：介于前两者之间。*(Z)一、碳素钢3碳钢的牌号和用途§6-1工业用钢牌号质童 等级化学成分(质量分数)脱氧 方法CMnSiSP不大于Q235A()14

5、0. 22U300. 650.035().()450.045F、b、 ZB().140. 200300. 70C<0.180350. 800.0450.040ZD<0.17().035TZQ255A0180. 280400. 700.300.0500.045F、b、 ZB0-045§6-1工业用钢一、碳素钢3、碳钢的牌号和用途我国钢的编号方法：汉语拼音字母、化学元素符 号和阿拉伯数字相结合的方法.1）普通碳素结构钢牌号：Q+屈服强度值+质量等级+脱氧方法（F、b、 Z, TZ ）四部分顺序组成。由A到D,其P、S含量依次下降，质童依（A、 B、 C、 D ,次提高）如：Q

6、235AF一、碳素钢3.碳钢的牌号和用途§6-1工业用钢1）普通碳素结构钢成分：0. 4%C, P、S量较多.性能：可焊性、塑性好。热处理：一般热轧状态供货，大多不热处理使用。使用状态下组织：F+P用途：常以热轧型材使用，约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、钾接、栓接等.普通碳素结构钢的性能与用途牌号等 级化学成分/%力学性fig应用举例CMr>S>|s |P 6"WMpa6 b/M pa0 /%0195O 06-O120.25-0.500.30- 050. 045195315-39033用于制造受力不 大的尊件，如螺 钉.螺母.垫圈 等，焊接件、冲

7、压件及桥梁建设 等金属结构件.Q2巧A0-30050. 04531B0. 09-0. 150- 045Q235A0. 14*0. 220,3*0.650, 0350- 050, 0 350. 015235375-16026B0. 12-0. 200,3-0.70CWO. 180.3-0,800- 040. 04DW0 170.035Q253AB0. 18-0. 280. 10-0. 700.30- 050.0150 045255410- 51024用于制造承受中 等荷的笨件， 如小轴销子 连杆.农机#件 等.02730.28-0. 380.5-0.8040.0350. 045275190-61

8、020§ 6-1工业用钢碳素钢3、碳钢的牌号和用途2）优质碳素结构钢牌号：为两位数字，表示钢平均含碳量的万分 之几。如：45钢（平均含碳量0. 45%C）若Mn含量较高（07%-12%）时，牌号后加Mn。如：20Mn. 65Mn等。用途: 耐磨性。制造刀具、模具、量具。要求其高硬度和§ 6-1 1业用钢碳素钢3、碳钢的牌号和用途2）优质碳素结构钢常用优质碳素结构的性能与用途牌号性能用途08F、 10塑性好、强度低薄钢板、冷冲压 件、容器15、 20、25钢渗碳后，表面可获得高硬度、 高耐磨性，心部良好塑初性齿轮、连杆、轴 类零件55、60 以上钢适当热处理后有高耐磨性、弹性

9、 极限和强度弹簧、钢轨、车 轮、钢丝绳等§ 6-1 X业用钢碳素钢3、碳钢的牌号和用途3）碳素工具钢0. 65%-135%C,属高级优质高碳钢。 牌号：T+数字+质量级别，数字-平均含碳量的千分之几；如:T8A（平均含碳量0. 8%C的高级优质碳素工具钢）一、碳素钢§ 6-1工业用钢3、碳钢的牌号和用途3）碳素工具钢常用碳素工具钢的牌号与热处理温度牌号化学成分（质量分数）%淬火 温度 /r回火 温度 /TCCMaSiSP不大于T80.75-0. 84<0. 4 00. 350, 030. 035780-800180-200T100.95-1. 04<0. 400

10、. 350. 030. 035760-780180-200T121.15-1.24<0. 4 00. 350, 020. 035760-780180-200§6-1工业用钢3、碳钢的牌号和用途4）铸造碳钢铸钢是将冶炼的钢水直接铸造成形为零件而不 需锻轧成形的钢种。铸钢是重要的金属结构材料之一，其工艺设备简单、生产效率高、成本低，因而应用广泛。§6-1工业用钢一、碳素钢3、碳钢的牌号和用途4）铸遥碳钢牌号：ZG+两组数据。第1组数据-屈服强度；第2 组数据-抗拉强度。（厚度V 100铸钢件）如：ZG230-450o用途：形状复杂零件、难用压力加工法成型的， 用铸铁难满足

11、性能要求的，可用铸造碳钢。一、碳素钢§6-1工业用钢3、r4) 铸 造 碳AnQ TCr&MnMoV «*«Mnn <V«B碳钢的牌号和用途；-q J05/03/20C3 0«、铸钢的分类与编号铸铜牌 号化学成分（质*分数）%力学性能（）应用举例CSiMnP、S叭/ MPaj/ MPaZ %ZJ/c m2ZG2 30-4500. 34502302245轧钢机架、车 辆摇枕ZG270-5000.40. 500. 900. 045002701835飞枪、汽虹. 齿轮、轴承箱ZG310-5700. 50. 605703101530联轴器

12、、重載机架.4一、碳素钢3、碳钢的牌号和用途§ 6-1工业用钢§ 6-1工业用钢合金钢碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低， 回火抗力差，不能满足特殊性能要求（如耐热、 耐低温、耐蚀等）。合金钢：在碳钢的基础上，加入某些合金 元素而得到的钢。§6-1工业用钢I2Utooto5*、Ni、7T,Mn1VJ il昭人tt*屮的令金元索讹X ionifr人体冲W含金儿« utx m§6-1工业用钢二、钢（一）合金元素在钢中的主要作用钢（一）合金元素在钢中的主要作用1、固溶强化作用合金元素溶入铁素体后，形成合金铁素体，产生固溶强化, 使铁素体的强度、硬度

13、提高，但塑性、韧性都有下降趋势。2. 碳化物弥散强化作用与碳作用形成合金碳化物如（Fs Mn） 3CFe Mn Cr Mo W V Ti Nb Zr单独形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC,具有 高熔点、高硬度、高耐磨的性能，且稳定性极高.§6-1工业用钢钢（一）合金元素在钢中的主要作用3、细晶强化作用除了 Mn、P促使奥氏体晶粒长大外，其余合金 元素均有细化晶粒的作用。尤其是特殊碳化物，如TiC. NbC、VC,在钢中弥散 分布，能强烈阻碍奥氏体晶粒长大，显著细化晶粒。§6-1工业用钢（一）合金元素在钢中的主要作用Cr. Mil、Mo、Si、Ni、B等.4. 提高钢的淬

14、透性除Co外，合金元素的加 入使C曲线右移。即增大过 冷A的稳定性，提高钢的淬 透性。增强淬透性常用的元素有：合金元素还可能使C曲线形状发生改变，甚至出现两组C曲线®§6-1工业用钢合金钢（一）合金元素在钢中的主要作用5、提高钢的红硬性红硬性：工具钢在高温下保持高硬度的能力。提高钢的回火稳定性（回火抗力）：淬火钢回火 时抵抗软化的能力。有：Cr Mo W V Nb Si产生二次硬化：Mo W V Ti等合金元素使钢在500600r回火时硬度升高。§6-11业用钢、合金钢（一）合金元素在钢中的主要作用lU1111 5% Mon 止 K 1 rvA1111111111

15、0.35%c!605040竺302()0淬火 200 300 400 500 600 7（X） 何火温度CC）W. Mo. V專碳化物在55（rc 时，使钢达到艰高蓟浚，产 生一次皎化.Cr-Ni钢的冋火脆性示意图§6-1工业用钢合金钢（一）合金元素在钢中的主要作用6、增加了残余奥氏体量除Co、Al元素外，所有的合金元素都使马氏体 转变温度下降其中Mn、Cr. Ni元素的影响最为显著0Ms和Mf越低，淬火后，残余奥氏体越多。可用 冷处理或多次回火减少残余奥氏体量，使得热处 理过程复杂化。“钢§6-1工业用钢（二）1、分类按用途分类§6-1工业用钢（二）合金钢的分类

16、与牌号1分类低合金钢Me<5%中合金钢Me5% 10%高合金钢Me>10%2、牌号分类编呂原则钢种举例介金 结构钢低合金高强钢QA示屈服点的字母，用放低屈服 强度伍农力Q315C渗撚钢数了农示含礦馱的万分&化学元 索符号农示二加元轧厉而的数了 农示所加元索的仃分&2OCrMiiTi调质钢lOCr弹簧钢60Si2Mn滚动轴承钢G衣爪滚动轴承钢，数7农从含济城 的分&GCrl5介金 工具钢刃具钢数了衣示含碳敞的分数.化学兀素 符号农示工加元索后而的数了农亦 所加元索的d分数W18Cr4V模具钢Crl2就"钢9SiCr特殊 件能钢不饬钢数了农示含嚴馱的分

17、数.化学尤素 符号衣示1功II元索后mi的数7展示 所加元素的1分数ICrl?耐热钢ICrllMoV耐磨钢ZGMnl3§6-1工业用钢、钢（三）合金结构钢K低合金高强度结构钢成分：C<02%, Me%<3%,主加元素Mn用途：桥梁、船舶.车辆、锅炉.高压容器、输油 输气管道、大型钢结构等。性能：较高的强度、屈强比、塑.韧性（Me）; 良好的焊接性和冷塑性加工性（低碳）； 含有耐大气和海水腐蚀的元素（Cu、P）。§6-1工业用钢合金钢（三）合金结构钢K低合金高强度结构钢Q345钢（16Mn）综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大型 钢结构。Q390钢含V、Ti.

18、Nb,强度高, 用于中等压力的容器。=二 KS. .南京idZ苍T弼泉风号迟洋轮船Q345Q460钢含Me B,正火组织为 B,强度最高，用于石化中温 高压容器。合金钢§6-1工业用钢（三）合金结构钢2、合金渗碳钢氐分：抵抗冲击载荷；主加Cr、Mn. Ni、B等，以提高渗碳钢 保证零件的心部为低碳马氏体，从而 低 碳：0.1%-0.25%,以保证零件心部足够的塑 性和韧性， 合金元素： 的淬透性，§6-1工业用钢具有足够的心部强度；辅加Mo、W、V、Ti等强碳 化物形成元素，以形成稳定的特殊合金碳化物阻 止渗碳时奥氏体晶粒长大。r 钢（三）合金结构钢2.合金渗碳钢用途：制造

19、要求高耐磨性、承受离接触应力和冲击 载荷的重要零件。性能：表层高硬度（58HRC）和高耐磨性； 心部良好强韧性； 高的淬透性以保证渗碳件的心部性能， 以便于渗碳后直接淬火。»热处理 渗碳j淬火+低温回火（180-200*02高压容器合金钢（三）合金结构钢2.合金渗碳钢§6-1工业用钢X低淬透性合金渗碳钢：合金元素总量3%. 15"、20Cr. 20Mn2.用于受力小的耐磨 件，如柴油机的活塞销.凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢：合金元素总量在4% 左右。20 CtMi】、20CrMnTi, 20Mn2TiB. 用于中等栽荷的耐磨件，如变速箱齿轮活塞销（20Cr）柴汕机

20、凸轮轴高淬透性合金渗碳钢：合金元素总量在46 %° 18Cr2NiWA, 20Cr2Ni4A等。用 于大我荷的耐磨件，如柴油机曲轴。柴汕机曲轴>20I 八 ！ E 4-C wn r* L工艺路线n950 -970rI lE 火A下料T锻造f正火T齿形加工T渗碳T预冷淬火 T低温回火T喷丸T精磨X预先热处理：正火，改善锻 造组织，利于切削加工Q)空冷最终热处理：淬火+低回最终组织：表层！高碳M回FesC+A残 心部：低碳M回+F2oor3hW 瓜屮心表sn咖J “冷 68h、 代休漆織8708801 抽 4制LbO丄时间热处理工艺曲线§6-1工业用钢合金钢（三）合金结构

21、钢§6-1工业用钢3、合金调质钢连杆二、合金钢（三）合金结构钢3. 合金调质钢成分（牌号：40Cr> 30CrMnSi. 40CrMnMo等）中 碳： 0. 25%0. 5% （ 一般为0. 4%左右）。合金元素：主加元素Mn、Si、Cr. Ni、B等，主要作用提高淬透 性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用.辅加元素Mo、W、V等强碳化物形成元素，其中Mo、W的 主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合金调质钢的高温回 火脆性，次要作用是改善淬透性；V主要作用形成碳化物 阻碍奥氏休晶粒长大，起细晶强化和弥散强化作用.用途：制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件, 如发

22、动机连杆、曲轴、机床主轴等.性能：具有优良的综合力学性能，既强又枚L热处理： 预先热处理：正火处理（Me含量低）或正火+高温回火（Me含量高）最终热处理：调质（淬火十高温回火）。组织：S回§6-1工业用钢钢（三）合金结构钢3、合金调质钢84(rc120 mi叫油冷54(rc120min水冷时间合金钢§6-1工业用钢4（）Cr钢制進连杆螺栓的热处理工艺曲线（三）合金结构钢4.弹簧钢成分：（牌亏：2Mn、60Si2Mn、55Si2Mn等）中高碳：碳素弹簧钢0.609%C,合金弹簧钢0.45 - 0. 70%C,经淬火加中温回火后得到回火托氏体组织，能 较好地保证弹簧的性能要求。

23、合金元素：主加元素为Si、Mn等，其主要作用是提高淬 透性、回火稳定性、强化F基体；辅加元素为Mo、W、V等 强碳化物形成元素，主要作用有防止Si引起的脱碳缺陷, 并细化晶粒及进一步提高弹性极限与屈强比。用途：件。性能:§6-1工业用钢合金钢（三）合金结构钢4弹簧钢制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零高的弹性极限a p和屈强比O s/ O b,高的疲劳极限;热处理:热轧弹簧：热成型T淬火+中温回火f喷丸冷轧弹簧：淬火+中温回火f冷成型i去应力i喷丸§6-1工业用钢二、合金钢（三）合金结构钢4、弹簧钢X热成形弹簧 对截面尺寸10各种大型 和形状复杂的弹簧均采用热成形（

24、如热轧、 热卷），如汽车、拖拉机、火车的板簧和螺 旋弹簧。其加工路线：下料T加热压弯或卷绕T淬 火i中温回火i喷丸，使用状态组织为回 火托氏体.喷丸可强化表面并提商弹簧表 面质莹，显著改善疲劳性能。（也可采用 等温淬火获得下贝氏体、或形变热处理， 提高弹簧的性能和寿命）。汽车板賞热症大惮赏§ 6-1工业用钢发条合金钢§ 6-1工业用钢二合金钢（三）合金结构钢4、弹簧钢X冷成形弹簧 截面尺寸 lOmm的各种小型弹 簧可釆用冷成形（如冷卷、冷轧），如仪表中 的螺旋弹簧、发条及弹簧片等.这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、 淬火中温回火或铅浴等温淬火后冷拉（轧） 强化；然后再进行冷成形加工，此过程中将 进一步强化金属，但也产生了较大的内应力 和脆性