工程材料8课件

1.8金属材料1.8.1碳钢的分类和用途1.按碳的质量百分数分：低碳钢（wC≤0.25％）

中碳钢（0.25％≤wC≤0.6％）

高碳钢（wC＞0.6％）

含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低

2.按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）：

普通碳素钢（S≤0.050％，P≤0.045％)

优质碳素钢（S≤0.035％，P≤0.035％)

高级优质碳素钢（S≤0.020％，P≤0.030％)3.按用途分：碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等

碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等

1.8.1.2优质碳素结构钢钢号以碳的平均质量万分数表示。

如20、45等。20表示含C：0.20%（万分之20）。

用途：主要用于制造各种机器零件

08、08F、10、10F优良的冷成形性能和焊接性能，仪表外壳、汽车车身15、20、25渗碳零件30、35、40、45、50调制处理，轴类零件55、60、65弹簧1.8.1.3碳素工具钢钢号以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以T。

如T9、T12等。T9表示含C：0.9%（千分之9）

用途：主要用于制造各种刀具、量具、模具等

1.8.2合金钢的分类和用途表示方法：合金钢的牌号有含碳量数字、合金元素符号及合金元素含量数字的顺序及汉语拼音字母组成。*含碳量数字：当含碳量数字为两位数时，表示钢中平均含碳量的万分数（结构钢）；当含碳量数字为一位数时，表示钢中平均含碳量的千分数（工具钢）。*合金元素符号与含量数字：表示该合金元素平均含量的百分数。合金元素平均含量小于1.5%时不标数字，平均含量为1.5%-2.49%，2.5%-3.49%…相应地标以2、3…*专用钢按其用途的汉语拼音字首来标明。如GCr15（G表示滚动轴承）、SM3CrMo（SM表示塑料模具）*高级优质钢在钢号的末尾加A字注明。20Cr2Ni4A*特例如CrWMn中不标含碳量数字；0Cr19Ni9、00Cr12中含碳量数字标为“0”或“00”；GCr15中合金含量数字为千分数。1.8.2.1合金结构钢工程构件用钢和机器零件用钢工程构件用钢包括建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、辆工程用钢机器零件用钢包括调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、渗碳渗氮钢、耐磨钢。这类钢一般属于低、中碳钢和低、中合金钢常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为6个级别（300MPa、350MPa、400MPa、450MPa、500MPa、550~650MPa）16Mn用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构。15MnVN14CrMnMoVB合金调质钢调质钢主要用于制造受力复杂的汽车、拖拉机、机床及其他机器的各种重要零件，如齿轮、连杆、螺栓、轴类件等。①低淬透性调质钢：这类钢的油中临界直径为30~40mm，常用钢种为45、40Cr等，用于制造尺寸较小的齿轮、轴、螺栓等。②中淬透性调质钢：这类钢的油中临界直径为40~60mm，常用钢种为40CrNi，用于制造截面较大的零件，如曲轴、连杆等。③高淬透性调质钢：这类钢的油中临界直径为60~100mm，常用钢种为40CrNiMo，用于制造大截面、重载荷的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴等。滚珠轴承钢滚动轴承钢是用于制造滚动轴承的滚动体和轴承套的专用钢种。其中应用最广的是GCr15钢，大量用于制造大中型轴承，此外，还常用来制造冷冲模、量具、丝锥等。制造大型轴承也可用GCr15SiMn。超高强度钢抗拉强度大于1500MPa的钢。低合金超高强度钢中合金超高强度钢高合金超高强度钢1.8.2.2合金工具钢制造刃具、模具、量具。高碳低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（≤3~5%）形成的。其在保持高的含碳量（0.75～1.50%）同时，加入了Cr、Mn、Si、W、V等合金元素，Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性，Si还有提高耐回火性的作用；W、V的作用是提高耐磨性，并细化晶粒。9SiCr、9Mn2V、Cr2、CrWMn广泛用于制造形状复杂、要求变形小的低速切削刃具，如丝锥、板牙等，也常用作冷冲模。高碳高合金工具钢高速钢和高铬钢含碳0.70%~2.30%合金元素：〉10%高铬钢Cr12和Cr12MoV中碳高合金工具钢热作模具钢5CrNiMo、5CrMnMo不锈钢在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢，一般称为不锈钢。目前应用的不锈钢，按其组织状态主要分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢三大类。马氏体不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13铁素体不锈钢：1Cr17奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti耐热钢和高温合金耐热钢和高温合金是指在高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢及合金。它们广泛用于热工动力、石油化工、航空航天等领域制造工业加热炉、锅炉、热交换器、汽轮机、内燃机、航空发动机等在高温条件下工作的构件和零件。珠光体耐热钢15CrMo和12Cr1MoV马氏体耐热钢1Cr11MoV奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti

耐磨钢耐磨钢主要是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。ZGMn131.8.3铸铁分类和用途铸铁的组织是由基体和石墨组成的，基体组织有三种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体，可见铸铁的基体是钢的组织，因此铸铁的组织实际上是在钢的基体上分布着不同形态石墨的组织。铸铁是根据石墨的形态进行分类的。铸铁中石墨的形态有片状、团絮状、球状和蠕虫状四种，其所对应的铸铁分别为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。1.8.3.1灰铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁价格便宜、应用广泛，其产量约占铸铁总产量的80%以上。灰铸铁的大致成分范围为：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si，0.25~1.0%Mn，0.05~0.50%P，0.02~0.20%S。编号方法：HT+一组数字表示最低抗拉强度值，MPaHT200HT250HT300HT3501.3.8.3可锻铸铁可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火获得的，其石墨呈团絮状。可锻铸铁的大致成分范围为：2.4~2.7%C，1.4~1.8%Si，0.5~0.7%Mn，<0.08%P，<0.25%S，<0.06%Cr。KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，%1.3.8.4蠕墨铸铁蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的，常用蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。蠕墨铸铁的显微组织由基体与蠕虫状石墨组成，其基体组织与球墨铸铁类似。RuT+一组数字表示最低抗拉强度值，MPa1.8.4有色金属及合金分类和用途在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属（ferrousmetals），把其他非铁金属及其合金称为有色金属(nonferrousmetals)。1.8.4.1铝及铝合金纯铝的强度、硬度低，不适于制作受力的机械零件。向铝中加入适量的合金元素制成铝合金，可改变其组织结构，提高性能。常加入的元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，此外还有铬、镍、钛、锆等辅加元素。由于这些合金元素的强化作用，使得铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性，因此铝合金可用于制造承受较大载荷的机械零件或构件，成为工业中广泛使用的有色金属材料，由于铝合金具有高的比强度，所以又成为飞机的主要结构材料。铸造铝合金铸造铝合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四种，其代号分别用ZL1、ZL2、ZL3和ZL4加两位数字的顺序号表示（ZL表示“铸铝”）。ZL108变形铝合金根据国家标准GB/T16474-1996规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号。未命名为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金，应采用四位字符牌号命名。为阿拉伯数字，表示铝及铝合金的组别。1表示铝含量不小于99.00%纯铝；2~9表示铝合金，组别按下列主要合金元素划分：2—Cu；3—Mn；4—Si；5—Mg；6—Mg+Si；7—Zn；8—其他元素；9—备用组防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。锰和镁的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体组织，抗蚀性好，塑性高，易于变形加工，焊接性能好，但切削性能差。这类合金不能进行热处理强化，常利用加工硬化来提高其强度。常用的Al-Mn系合金有3A21（LF21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有5A05（LF5），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量锰。这类合金可进行时效强化，也可进行变形强化。合金中铜和镁的作用是形成强化相CuAl2（相）和CuMgAl2（S相），产生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并起一定的固溶强化作用。硬铝合金的强度、硬度高，加工性能良好，但耐蚀性低于防锈铝合金。常用的硬铝合金如2A11（LY11）、2A12（LY12）等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、铆钉等。超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量铬和锰。其强化相除相和S相外，还有MgZn2（相）和Al2Mg3Zn3（T相）等。时效强化效果超过硬铝合金，是时效后强度最高的一种铝合金。超硬铝合金的热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有7A04（LC4）、7A09（LC9）等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。1.8.4.2铜及铜合金铜合金是在纯铜中加入合金元素后制成的，常用合金元素为锌、锡、铝、锰、镍、铁、铍、钛、锆、铬等。由于合金元素的固溶强化及第二相强化作用，使得铜合金既提高了强度，又保持了纯铜的特性，因而在机械工业中得到了广泛应用。黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜(brass)。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜；按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜(bronze)。根据主加元素锡、铝、铍、硅、铅等不同，分别称为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。加工青铜的牌号为Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量，如QSn4-3为含4%Sn、3%Zn的锡青铜。白铜以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜。白铜分普通白铜和特殊白铜，普通白铜的牌号为B+镍的平均百分含量，如B5为含5%Ni的白铜；特殊白铜的牌号为B+主加元素符号（Ni除外）+镍平均百分含量+主加元素平均百分含量，如BMn40-1.5为含40%Ni、1.5%Mn的锰白铜。1.8.4.3钛及钛合金工业纯钛纯钛的强度低，比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好，具有良好的加工工艺性能，切削加工性能与不锈钢接近。纯钛的性能受杂质影响很大，少量杂质即可显著提高其强度。纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用的热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。型钛合金主加元素为铝，还有锡、硼等。这类合金不能热处理强化，通常在退火状态下使用，组织为单相固溶体。型钛合金的强度低于其他两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越。常用牌号有TA5、TA7等，以TA7最常用，主要用于制造500℃以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。型钛合金加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。经淬火加时效处理后，组织为相基体上分布着细小的相粒子。这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，应用受到限制。型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号，主要用于350℃以下工作的结构件和紧固件，如