金属材料精品课件 燕山大学工程材料

1、l工业用钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。l碳素钢碳素钢是指含碳量在是指含碳量在0.0218%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。l合金钢合金钢是指为了提高钢的是指为了提高钢的 性能，在碳钢基础上有意性能，在碳钢基础上有意 加入一定量合金元素所获加入一定量合金元素所获 得的铁基合金。得的铁基合金。钢钢非合非合金钢金钢低合低合金钢金钢合金钢合金钢普通质量非合金钢普通质量非合金钢优质非合金钢优质非合金钢特殊质量非合金特殊质量非合金钢钢普通质量低合金钢普通质量低合金钢优质低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金特殊质量低合金钢钢优质合金钢优质合金钢特殊质量合金

2、钢特殊质量合金钢工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特特 殊殊 性性能能 钢钢挤压模具挤压模具中碳钢中碳钢 0.250.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢l钢的质量是以磷、硫的含量来划分

3、的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。l分为分为普通质量钢普通质量钢、优质钢优质钢、高级优质钢高级优质钢和和特级优质钢特级优质钢. .平炉炼钢平炉炼钢平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢 按按 炉炉 别别 分分珠光体钢珠光体钢贝氏体钢贝氏体钢马氏体钢马氏体钢铁素体钢铁素体钢奥氏体钢奥氏体钢莱氏体钢莱氏体钢 按正火组织分按正火组织分亚共析钢亚共析钢共共 析析 钢钢过共析钢过共析钢 按退火组织分按退火组织分l脱氧方法符号脱氧方法符号: 沸腾钢沸腾钢F；镇静钢镇静钢Z；半镇静钢；半镇静钢b；特殊镇静钢特殊镇静钢TZ。l如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。l低合金高

4、强度结构钢低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，都是镇静钢或特殊镇静钢，其其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。l根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。l*说明：说明：通常情况下，通常情况下，屈服强度值小屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大时为碳素结构钢，大于于300MPa时为低合金时为低合金高强度钢。高强度钢。齿轮加工齿轮加工方钢方钢l牌号用

5、两位数字表示牌号用两位数字表示。l这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。l如如45钢钢平均含碳量为万分之四十五（即平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。钢带钢带l*说明：说明：l 含含Mn量为量为0.71.0%时，在两位数字后加元素时，在两位数字后加元素符号符号“Mn”，如，如40Mn。l 对于沸腾钢和半对于沸腾钢和半镇静钢镇静钢, 在钢号后分在钢号后分别加字母别加字母F和和b，如，如08F、10b。l 高级优质钢在钢高级优质钢在钢号后加字母号后加字母A，如，如20A。丝锥丝锥锉刀锉刀* 高速钢高速钢不标含碳量，如不标

6、含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C).* 含铬量小于含铬量小于1%时，在含铬时，在含铬量量(以千分之一为单位以千分之一为单位)前加前加数字数字“0”，如，如Cr06。涡轮叶片涡轮叶片铸钢件铸钢件2.5吨大齿轮铸件吨大齿轮铸件l对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为：l使用性能使用性能以强韧性为主。以强韧性为主。l工艺性能工艺性能以可焊性、淬透以可焊性、淬透性为主。性为主。l合金结构钢除少量为中高合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢合金钢外，都是低合金钢. .铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥螺纹钢螺纹钢黄河小浪底枢纽工程黄河小浪底枢纽工程2 2、成分特点及钢种：、成分特

7、点及钢种：0.4%C0.4%C, , P P、S S量及非量及非金属夹杂较多金属夹杂较多. .性能：性能：可焊性、塑性好。可焊性、塑性好。热处热处理：理：不进行专门热处理，不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。热轧空冷态下使用。使使用状态下组织：用状态下组织：F+PF+Pl 高强度。高强度。l 高韧性。高韧性。 l 良好的焊接性能和良好的焊接性能和冷成型性能冷成型性能l 低碳：低碳：0.2%C.l 合金元素：合金元素：主要主要是是Mn，还有少量，还有少量V、Ti、Nb等。等。大多大多数数热轧空冷后使用热轧空冷后使用。少数可用正火少数可用正火+高温高温回火处理。回火处理。低合金高强钢合金元素细化晶

8、粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用l Mn的作用的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。是强化铁素体；增加珠光体的量。l V、Ti、Nb等等起细化晶粒和弥散强化作用。起细化晶粒和弥散强化作用。 l 另外加另外加Cu、P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。疲劳极限，降低冷脆转变温度。lQ345Q345钢钢( (16Mn16Mn) )综合性综合性能好，用于船舶、桥梁、能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。车辆等大型钢结构。lQ390Q390钢含钢含V V、TiTi、NbNb，强度高，用于中等压力强度高，用于中等压力的压力容器。的压力容器。lQ4

9、60Q460钢含钢含MoMo、B B，正，正火组织为贝氏体，强度火组织为贝氏体，强度高高, ,用于石化中温高压容用于石化中温高压容器器. .南京长江大桥南京长江大桥渗碳炉渗碳炉渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织l渗碳件的加工工艺路线为：下料渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+ +低温回火低温回火l正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。l淬火温度淬火温度一般为一般为 AcAc1 1+30-50+30-50。 l4 4、使用状态下组织、使用状态下组织l心部：心部：MM回回+F+Fl表层

10、：表层：MM回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) )；柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴用于受力小的用于受力小的耐磨件，如柴耐磨件，如柴油机的活塞销、油机的活塞销、凸轮轴等。凸轮轴等。增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴调质件（螺杆）调质件（螺杆）调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴l调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗粗加工加工调质调质精加工精加工l调质目的：调质目的：l使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：l为提高表面耐磨性，调质后可为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。进行表面淬火或氮化。回火索氏体回火索氏体调质处理车间调

11、质处理车间(表面淬火表面淬火+低温回火低温回火)装配装配为表面淬火作组织准备；为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织获得最终心部组织.表面：表面： M回回；心部：心部：S回回柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴（1 1）低淬透性钢：）低淬透性钢： DD0 0油油3040mm3040mm, , 常常用用 4545、40Cr40Cr, , 用于用于制造较小的齿轮、轴、制造较小的齿轮、轴、螺栓等。螺栓等。（2 2）中淬透性钢：）中淬透性钢： DD0 0油油4060mm4060mm，常用常用40CrNi40CrNi，用于，用于制造大中型零件。制造大中型零件。单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴l制造弹簧或类似性能零件制造弹簧

12、或类似性能零件的钢种。的钢种。l弹簧是利用弹性变形储存弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。能量或缓和冲击的零件。l 高的高的s，s/b； 高的高的-1；足够的韧性足够的韧性l 高的淬透性高的淬透性。l 中高碳：中高碳：l碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C0.60.9%Cl合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C 0.450.7%C l 合金元素作用：合金元素作用： l 提高淬透性、强化铁素提高淬透性、强化铁素体：体：MnMn、SiSi、CrCrl 提高提高 s s/ / b b：SiSil 细化晶粒细化晶粒：V V汽车弹簧汽车弹簧l 冷成型弹簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔 冷成型冷成

13、型定型处理定型处理(250300)(250300)。l用于用于 ( 10mm)10mm)汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧（1 1）SiSi、MnMn弹簧钢弹簧钢，如，如65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn，用于制，用于制造较大截面弹簧。造较大截面弹簧。 （2 2）CrCr、V V弹簧钢弹簧钢，如，如50CrV50CrV，用于大截面、大载，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。荷、耐热的弹簧。 大型热卷弹簧大型热卷弹簧汽车板簧汽车板簧载荷载荷(频率达数万次频率达数万次/分分)和摩擦。和摩擦。 l 高而均匀的硬度和耐磨性。高而均匀的硬度和耐磨性。 l 高的高的 b和

14、接触疲劳强度。和接触疲劳强度。l 足够的韧性、淬透性和耐蚀性足够的韧性、淬透性和耐蚀性.l1、l用于制造轴承套和滚动体的专用钢用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。种。l轴承工作时轴承工作时, , 承受接触应力承受接触应力( (达达30003500MPa)30003500MPa)、周期性交变、周期性交变圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承自动调自动调心球轴承心球轴承l 高碳：高碳：0.951.10%C 0.951.10%C l 合金元素：合金元素：以以CrCr为主为主, ,加入加入MnMn、SiSi。lCrCr、MnMn、SiSi的主要作用的主要作用是提高淬透性是提高淬透性推力球轴承推力球轴承滚针滚针轴承轴承

15、lCr还提高耐磨性还提高耐磨性（形成合金渗（形成合金渗碳体）碳体）和耐蚀性。和耐蚀性。l当当1.65%Cr时时,会因会因A增加而增加而使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。 M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(- -60 - -80), 可以可以减少减少A、稳定尺寸、稳定尺寸. 轴承生产车间轴承生产车间滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大型轴承大型轴承按用途分为按用途分为:刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢模具模具切削加工切削加工1、l高碳高碳(0.651.35%C) 随含碳量提高，碳化物随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，

16、量增加，耐磨性提高，但韧性下降。但韧性下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料l 热处理：热处理：正火正火+ +球化球化退火退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火l球化退火目的：球化退火目的：l 降低硬度降低硬度, , 便于加工便于加工; ;l 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 l 使用状态下的组织：使用状态下的组织： MM回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) ) 球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。

17、 T7T9T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。凿子、锤子等。木工凿木工凿木工钻木工钻lT10T11T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。车刀等。lT12T13T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻头钻头（1 1）化学成分特点：）化学成分特点：l 高碳：高碳：0.751.5%C0.751.5%Cl 合金元素作用合金元素作用l 提高淬透性提高淬透性: : CrCr、MnMn、SiSi l 提高耐回火性提高耐回火性：SiSi

18、l 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: : W W、V V l由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品l同碳素工具钢，只是淬火介同碳素工具钢，只是淬火介质为油质为油( (碳素工具钢为水碳素工具钢为水) )。使使用状态下的组织为：用状态下的组织为： MM回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) )l应用最多的是应用最多的是9SiCr9SiCr。用于制。用于制造形状复杂、要求变形小的造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等低速刃具，如丝锥、板牙等. . 丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手

19、低合金工具钢扳手（1 1）化学成分特点）化学成分特点l 高碳高碳: 0.701.5%C: 0.701.5%C l 合金元素作用合金元素作用l 提高淬透性提高淬透性：CrCrl 提高热硬性、耐磨提高热硬性、耐磨性性: : WW、MoMo、V V l制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带高速钢形材高速钢形材W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织l加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削l高速钢是莱高速钢是莱氏体氏体钢钢，其铸态组织，其铸态组织为亚共晶组织，为亚共晶组织，由由鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体与树枝状与树枝状M+

20、TM+T组组成，成，脆性大且无脆性大且无法热处理改善。法热处理改善。l退火目的：退火目的：l降低硬度，便于切降低硬度，便于切加工；加工；l为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。l退火后组织：退火后组织： S+S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。分布于基体中。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织l淬火目的淬火目的: : 获得高获得高合金元素含量的马合金元素含量的马氏体。因此淬火温氏体。因此淬火温度高度高(1200)(1200)。l淬火后组织：淬火后组织： M+未溶碳化物未溶碳化物(10%)+A (20%)W18Cr4VW18C

21、r4V钢的淬火组织钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1C相图相图的碳化物，的碳化物，产生二次硬化。产生二次硬化。 l 碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却点上升，回火冷却时，时，A转变为转变为M。l每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。主要为减主要为减少少A。消除内应力、。消除内应力、稳定组织。稳定组织。l常用常用560三次回火三次回火.l回火时的组织变化：回火时的组织变化： l 析出析出W、Mo、V高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系铸态铸态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态l常用钢号常用钢号为为W18

22、Cr4VW18Cr4V(18-4-1)(18-4-1)和和W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)(6-5-4-2)。l用于高速切削刃具，如用于高速切削刃具，如车车刀刀、刨刀刨刀、铣刀铣刀、钻头钻头等。等。铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀汽车冲压模具汽车冲压模具冷作模具钢冷作模具钢l制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. .(1)(1)冷模具的工作条件、失效冷模具的工作条件、失效方式和性能要求：方式和性能要求：l高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 l足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。l良好的工艺性能良好的工艺性能（淬透性、（淬透性、切削加工性等）切削加工性等） 高碳高碳(

23、1.42.3%C)； 高铬高铬(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化提高耐磨性，细化晶粒晶粒。 Cr12钢钢常用钢号常用钢号为为Cr12和和Cr12MoV。用于制造。用于制造冷冷冲模冲模、挤压模挤压模等。等。l最终热处理为最终热处理为: 淬火淬火+低温回火低温回火l使用状态下的组织使用状态下的组织: M回回+颗粒颗粒状碳化物状碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模高温下良好的综合力高温下良好的综合力学性能。学性能。l 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 l 高的淬透性和良好的高的淬透性和良好的导热性。导热性。热模锻曲

24、轴毛坯热模锻曲轴毛坯热镦模热镦模凸缘模凸缘模成分特点、合金元素作成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢用及热处理同调质钢5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo、 3Cr2W8V3Cr2W8V等。等。卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺l量具在使用过程中与被测零量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。件接触，承受摩擦和冲击。l 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。l 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。l 足够的韧性足够的韧性。渐开线花键环渐开线花键环规、塞规规、塞规矩形花键环矩形花键环规、塞规规、塞规光面量规光面量规l 下限温度淬火及冷处理。目的是减少下限温度淬火及冷处理。目的是减

25、少A。l 长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。的正方度。l与低合金刃具钢相同与低合金刃具钢相同指指具有特殊物理、具有特殊物理、化学性能的钢。化学性能的钢。本节只介绍不锈本节只介绍不锈钢和耐热钢。钢和耐热钢。化工管道化工管道的腐蚀的腐蚀裂解管内裂解管内壁的高温壁的高温腐蚀减薄腐蚀减薄l金属的腐蚀分金属的腐蚀分化学化学腐蚀腐蚀和和电化学腐蚀电化学腐蚀。 l不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。l 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。l 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。l 使表面形成致密

26、的钝化膜使表面形成致密的钝化膜。l工业发达国家每年金属腐蚀工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占造成的直接经济损失占GNP的的4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少到的损失至少到400亿元以上亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图原电池示意图珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解液电解液l1 1）良好的耐蚀性）良好的耐蚀性l2 2）良好的力学性能）良好的力学性能l3 3）良好的工艺性能）良好的工艺性能l4 4）价格低廉）价格低廉碳含量为碳含量为0.080.95%0.080.95%，主加元素为，主加元素为CrCr、Cr-NiCr-Ni，辅加元素为辅加元素为TiTi、NbNb、M

27、oMo、CuCu、MnMn、N N。l低碳：低碳：碳高，则降低耐蚀性。碳高，则降低耐蚀性。lCrCr：是提高耐蚀性的主要元素是提高耐蚀性的主要元素l 形成稳定致密形成稳定致密的的CrCr2 2OO3 3氧化膜氧化膜. .l Cr Cr含量大于含量大于13%13%时，形成单时，形成单相铁素体组织。相铁素体组织。l 提高基体电极电位提高基体电极电位(n/8(n/8规律规律) )lNiNi：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。 lMoMo：耐有机酸腐蚀。耐有机酸腐蚀。lTi, NbTi, Nb: : 防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀. .l晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危

28、害很大是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大. .l它是由于它是由于CrCr2323C C6 6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近CrCr含量降含量降到到12%12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。l加加 TiTi、NbNb则先于则先于CrCr与与C C形成不易溶于奥氏体的碳化形成不易溶于奥氏体的碳化物物, , 避免晶界贫避免晶界贫CrCr。 晶间腐蚀晶间腐蚀l可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性,无磁性。无磁性。 l热处理：热处理：采用采用固溶处固溶处理理。即加热到。即加热到1100使碳化物溶解后水冷。使碳化物溶解后水冷。l组织为组织为单相奥氏体单相奥氏

29、体。不锈钢不锈钢带带1Cr17削片刀削片刀l 无无相变相变，不能进，不能进行热处理强化。行热处理强化。l 组织组织：单相铁素体单相铁素体不锈钢棒不锈钢棒不锈钢刀不锈钢刀(1)(1)高的抗氧化性高的抗氧化性(2)(2)高的高温力学性能高的高温力学性能(3)(3)组织稳定性高组织稳定性高(4)(4)膨胀系数小，导热性好膨胀系数小，导热性好(5)(5)工艺性及经济性好工艺性及经济性好高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物涡轮机机壳涡轮机机壳l常用钢号为常用钢号为1Cr131Cr13、 1Cr11MoV1Cr1

30、1MoV、4Cr9Si24Cr9Si2l合金元素作用：合金元素作用：lCrCr、SiSi提高抗氧化性提高抗氧化性; ; lMoMo提高热强性提高热强性(T(T再再) ); ;lV V弥散强化。弥散强化。l热处理：热处理：调质调质。l组织：组织： S S回回。汽轮机叶片汽轮机叶片过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱如拖拉机的履带板、如拖拉机的履带板、破碎破碎机牙板和铁路辙岔等机牙板和铁路辙岔等.球磨机衬板球磨机衬板挖掘机铲齿挖掘机铲齿铁路辙岔铁路辙岔（三）（三）高锰钢铸件高锰钢铸件高锰钢高锰钢高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件颚式破碎机颚式破碎机挖掘机挖掘机碳大部分

31、以游离态的石墨形式存在，其断碳大部分以游离态的石墨形式存在，其断口呈现暗灰色。是目前应用最广泛的一类铸铁。口呈现暗灰色。是目前应用最广泛的一类铸铁。碳大部分以碳大部分以Fe3C的形式存在，断口呈银的形式存在，断口呈银白色。白色。碳一部分以石墨形式存在，另一部分以碳一部分以石墨形式存在，另一部分以Fe3C的形式存在，断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰的形式存在，断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨。色的石墨。lFeFe3 3C C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：是亚稳相，在一定条件下将发生分解： FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）（石墨）l铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的铸

32、铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)(G)两种形式存在。两种形式存在。L+GL+Fe3Cl铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程: :l铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化石墨化。l铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出, ,也可以也可以由渗碳体加热时分解得到。由渗碳体加热时分解得到。l在在PSKPSK线以线以下发生的石墨化称下发生的石墨化称为为第二阶段石墨化第二阶段石墨化。包括冷却时共析石包括冷却时共析石墨的析出和加热时墨的析出和加热时共析渗碳

33、体的分解。共析渗碳体的分解。PWC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 l快冷时由快冷时由于过冷度于过冷度大，结晶大，结晶将按将按 Fe-Fe3C相图相图进行进行, 不利不利于石墨化于石墨化.SiC白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口麻口铸铸铁铁共晶共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅含量对铸铁石墨化的影响l灰铸铁的基体组织有灰铸铁的基体组织有铁素体铁素体、珠光体珠光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体三种。三种。铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌灰铸铁件灰铸铁件

34、汽缸套汽缸套活塞环活塞环可锻铸铁管件可锻铸铁管件 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨细小均为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕匀，在球化处理同时还进行孕育处理。育处理。 l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁中的石墨球 l球墨铸铁球墨铸铁可进行各可进行各种热处理种热处理,如如退火退火、正正火火、淬火加淬火加回火回火、等

35、温等温淬火淬火等等。 制品制品(轧辊与辊环轧辊与辊环)贝氏体基球墨铸铁贝氏体基球墨铸铁核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴 稀土硅铁合金稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土硅铁钙合金等。l蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织： 基体（基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状蠕虫状G 蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁的蠕墨铸铁的显微组织显微组织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体l蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。其力学性能介于灰铸铁与球墨铸

36、铁之间。l蠕墨铸铁蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具l在铸铁中加入某些元素，以形成具有特殊性能的在铸铁中加入某些元素，以形成具有特殊性能的铸铁铸铁( (又称合金铸铁又称合金铸铁) )。（一）耐磨铸铁（一）耐磨铸铁 灰铸铁中提高磷含量；灰铸铁中提高磷含量； 白口铸铁中加入白口铸铁中加入CrCr、NiNi、 MoMo、V V等元素。等元

37、素。（二）耐蚀铸铁（二）耐蚀铸铁 向铸铁中加入向铸铁中加入SiSi、AlAl、 CrCr、CuCu、NiNi、P P等元素。等元素。l在工业生产中，通常把在工业生产中，通常把铁及其合金称为铁及其合金称为黑色金黑色金属属，把其他非铁金属及，把其他非铁金属及其合金称为其合金称为有色金属有色金属。 同时把密度低于4.5103kg/m3的金属称为轻金属轻金属。(1) (1) 纯铝具有银白色金属光泽，密纯铝具有银白色金属光泽，密度小度小(2.72 )(2.72 )，熔点低，熔点低(660.4)(660.4)(2)(2)导电、导热性能优良。导电、导热性能优良。(3)(3)耐大气腐蚀，易于加工成形耐大气腐蚀

38、，易于加工成形 。l具有面心立方晶格，无同素异具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。构转变，无磁性。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件铝合金分类铝合金分类示意图示意图1. 铝合金的分类铝合金的分类l铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。 （2）时效强化）时效强化l时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。度保温，以析出弥散强化相的热处理。 （1）固溶强化）固溶强化l固溶处理固溶处理是指将合金加是指将合金加热到固溶线以上，保温热到固溶线以上，保温加热固溶

39、淬火过饱和时效析出值，超过峰值时间，值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强析出相聚集长大，强度下降，为度下降，为过时效过时效。随时效温度提高，峰随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值强度下降，出现峰值的时间提前。值的时间提前。含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d合金淬火合金淬火过饱和过饱和 固溶体固溶体形成铜原形成铜原子富集区子富集区(GP(GP区区) )铜原子富集区有序化铜原子富集区有序化(GP(GP区区) )形成过渡相形成过渡相析出平衡相析出平衡相(CuAl(CuAl2 2) + ) + 平衡平衡的的 固溶体。固溶体。 l在铝合金中添加微量元素细化组织提高铝合金

40、力学在铝合金中添加微量元素细化组织提高铝合金力学性能性能( (既提高强度又改善塑性既提高强度又改善塑性) )。l对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻碍位错运动，提高合金强度。这对不能进行热处理碍位错运动，提高合金强度。这对不能进行热处理强化的铝合金提供了强化的途径和方法。强化的铝合金提供了强化的途径和方法。全世界铝的用量全世界铝的用量百万吨百万吨一次生产量二次回收量总用量铝合金制品铝合金制品卫星天线卫星天线（LF2） 提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、防

41、锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。l不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。 l常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，用于制造冲压件等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等螺旋桨、梁、铆钉等. 飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)飞机主起落架飞机主起落架lAl-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si系合金系合金 可可锻性好，力学性能高，锻性好，力学性能高，用于形状复杂

42、的锻件和用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等压气机叶轮、导风轮等. .lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7 (2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等等 。用于制造。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。蒙皮等。lAl- SiAl- Si系：系： 代号为代号为ZL1+ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-CuAl-Cu系：系：代号为代号为ZL2+ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-MgAl-Mg系：系：代号为

43、代号为ZL3+ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-ZnAl-Zn系：系： 代号为代号为ZL4+ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号l又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅二元合的铝硅二元合金，称为金，称为简单硅铝明简单硅铝明. 57712.7%在普通铸造条件下，在普通铸造条件下， 组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和 固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一

44、次 固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )l用于制造飞机、仪用于制造飞机、仪表、电动机壳体、表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。发动机活塞等。汽缸头汽缸头l常用代号有常用代号有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。等。主要用于主要用于制造在较高温度下工作制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。l常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL

45、303(ZAlMg5Si1)等等.l主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301)l常用代号为常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等等.l主要用于制造形状复主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。飞机、仪器零件。美美F-22战机约战机约36%重量的零重量的零件用钛合金制造件用钛合金制造钛钢复合反应釜钛钢复合反应釜钛管换热器钛管换热器钛制蒸馏塔钛制蒸馏塔

46、l按退火组织，钛合金可分按退火组织，钛合金可分为为 型钛合金、型钛合金、 型钛合金型钛合金和和 + 型钛合金三类，它型钛合金三类，它们的牌号分别用们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示加顺序号表示 。如。如TA5、TB2、TC4等。其等。其中中TA0TA3为工业纯钛。为工业纯钛。 钛合金泵钛合金泵钛合金氢泵钛合金氢泵诱导轮诱导轮钛合金氢泵壳体钛合金氢泵壳体钛合金卫星框架钛合金卫星框架钛合金液下泵钛合金液下泵 -Ti合金组织合金组织钛合金管钛合金管钛合金管应用钛合金管应用钛合金棒钛合金棒钛合金眼镜架钛合金眼镜架钛离心泵钛离心泵钛合金列管式换热器钛合金列管式换热器l + + 型钛合金共有九个牌

47、号，其中以型钛合金共有九个牌号，其中以TC4TC4应用最广、应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为 + + + +时效析出的时效析出的针状针状 。+钛合金组织钛合金组织+钛合金组织（电镜）钛合金组织（电镜）生物医生物医用材料用材料飞机压气机叶片飞机压气机叶片热轧铜合金热轧铜合金铜管铜管铜与黄铜带铜与黄铜带黄铜棒黄铜棒l从铜锌合金相图可以看出黄铜有从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和和 + 两种组织两种组织,分别称分别称单相黄铜单相黄铜和和两相黄铜两相黄铜。 塑性好。塑性好。l常用牌号有常用牌号有H80H80、H70H70、 H 68H 68。l适

48、于制造冷变形零件，如适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。弹壳、冷凝器管等。热塑性好热塑性好, , 强度强度高高. .l常用牌号有常用牌号有H59H59、H62H62。l适于制造受力件，如垫圈、适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等弹簧、导管、散热器等。冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套l在普通黄铜的基础上加入在普通黄铜的基础上加入AlAl、 FeFe、SiSi、MnMn、PbPb、 SnSn、NiNi等元素形成特殊黄铜。等元素形成特殊黄铜。lHH( (黄黄) )+ +主加元素符号主加元素符号(Zn(Zn除除外外) )+ +铜平均百分含量铜平均百分含量+ +主加元主加元素平均

49、百分含量素平均百分含量, , 如如HPb59-HPb59-1. 1. l特殊黄铜强度、耐蚀性比普特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。通黄铜好，铸造性能改善。黄铜制品黄铜制品l除黄铜和白铜外的其他铜合金除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。统称为青铜。 l加工青铜的牌号为加工青铜的牌号为：Q +Q +主加主加元素符号及其平均百分含量元素符号及其平均百分含量+ +其他元素平均百分含量其他元素平均百分含量l如如QSn4-3(QSn4-3(含含4%Sn4%Sn、3%Zn).3%Zn).l常用青铜有锡青铜、铝青铜、常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等铍青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜制品青铜制品l是以锡为主加元素的铜合金，是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为锡含量一般为314%314%。 l锡青铜铸造流动性差，铸件密锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小在有色金属中最小 。l锡青铜耐蚀性良好，在大气、锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、比纯铜和黄铜好，