金属材料学必考内容课件

一、碳钢中的常存杂质S、P、Si、Mn、N、H、O。S、P对钢性能的影响：S：和Fe能形成FeS，并易与γ-Fe形成低熔点(989℃)共晶。当钢凝固结晶时低熔共晶易于沿晶界分布；钢件在大于1000℃的热加工温度时低熔共晶会熔化，所以易产生热脆；1.1碳钢概论Chapter1钢铁中的合金元素P：能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆；P还具有严重的偏析倾向。易削钢中S和P可改善钢的切削加工性能；P可提高钢在大气中的抗腐蚀性能。

一、碳钢中的常存杂质S、P、Si、Mn、N、H、O。S、P对1二、碳钢的分类及牌号表示方法（1）按钢中碳含量可分为低碳钢（wC≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜w≤0.6%）；高碳钢（wC＞0.6%）。1、碳钢的分类（2）按钢的质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。（3）按钢的用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。（4）按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。二、碳钢的分类及牌号表示方法（1）按钢中碳含量可分为低碳钢22、碳钢的牌号表示方法（1）普通碳素结构钢由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。（2）优质碳素结构钢一般用两位数字表示。表示钢中平均碳的质量分数的万倍。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号.如45钢，20g，45Mn，15F。高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”，特级碳素结构钢加符号“E”。2、碳钢的牌号表示方法（1）普通碳素结构钢由代表屈服点的字母3（3）碳素工具钢：一般用“T”加上碳的质量分数的千倍表示。高级优质碳素工具钢在其数字后面再加上“A”字。用标志性符号“ZG”加上最低屈服点值-最低抗拉强度值表示。如ZG340-640。（4）一般工程用铸造碳素钢（3）碳素工具钢：一般用“T”加上碳的质量分数的千倍表41.2钢铁中的合金元素1.2.1铁基固溶体1．合金元素与Fe的相互作用α-Feδ-Feγ-Fe铁的多型性转变：奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe；如Mn,Ni，Co，C，N，Cu；铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度并使γ-Fe不稳定的元素。如：V，Nb,Ti等。1.2钢铁中的合金元素1.2.1铁基固溶体1．合金元素与5（1）γ相稳定化元素

使A3降低，A4升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。①开启γ相区(无限扩大γ相区)Me与γ-Fe形成无限固溶体，与α-Fe形成有限固溶体。如：Mn、Ni、Co等。②扩展γ相区(有限扩大γ相区)γ相区随Me的加入而扩大，但Me与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体，最终不能使γ相区完全开启。Me主要有C、N、Cu、Zn、Au等。（1）γ相稳定化元素①开启γ相区(无限扩大γ相区)Me与γ-6（2）α相稳定化元素

Me使A3↑，A4↓，在较宽的成分范围内，促使F形成，即↓γ相区。①封闭γ相区(无限扩大α相区)这类Me有：Si、Al、Cr、W、Mo、V、Ti及P、Be等。Cr、V与α-Fe完全互溶，W、Mo、Ti等部分溶解.②缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)这类Me有：B、Nb、Zr等。利用Me扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。合金元素对相图的影响，可以预测合金钢的组织与性能。

生产中的意义（2）α相稳定化元素①封闭γ相区(无限扩大α相区)这类M7合金元素的存在形式1．形成铁基固溶体2、形成碳化物与氮化物K形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等。非K形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu等。3、金属间化合物金属间化合物一般不参加钢中的组织转变。

间隙固溶体（C、N、B）和代位固溶体合金元素的存在形式1．形成铁基固溶体2、形成碳化物与氮化物K81.2.5合金元素对铁碳相图的影响1、合金元素对S、E点的影响A形成元素均使S、E点向左下方移动，F形成元素使S、E点向左上方移动。几乎所有Me都使S、E点碳含量￬；尤其以强K形成元素的作用最为强烈。大多数Me均使ES线左移。E点左移，意味着钢中含碳量不到2.11%就会出现共晶莱氏体；S点左移，意味着钢中含碳量不到0.77%时，就会出现Fe3CII。1.2.5合金元素对铁碳相图的影响1、合金元素对S、E点的9扩大γ相区的元素使共析转变温度下降；缩小γ相区的元素使共析转变温度升高。要判断一个合金钢是亚共析钢还是过共析钢，不能像碳钢那样根据Fe-Fe3C相图，而应根据Fe-C-Me三元相图和多元铁基合金系相图来进行分析。

2、Me对共析转变温度的影响扩大γ相区的元素使共析转变温度下降；缩小γ相区的元素使共析101.2.6合金元素对钢的热处理的影响一、Me对钢在加热时转变的影响A形成过程：A的形核，A的长大，Fe3C的溶解，A成分均匀化。合金元素对A形成的影响Me加入后改变了临界点温度、S点位置和C在A中的溶解度，使A形成的温度条件和C浓度条件发生了变化；A的形成是一个扩散过程，Me原子不仅本身扩散困难，还将影响Fe和C原子的扩散，从而影响A化过程。1.2.6合金元素对钢的热处理的影响一、Me对钢在加热时11Me对A晶粒长大的影响Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大——∵有K存在和（或）↓DFe；C、N、B、P↑晶粒长大——∵↑DFe（↓Fe原子间结合力）；Al形成的AlN、Al2O3稳定细小→↓↓晶粒长大。Mn在中高碳钢中↑晶粒长大——∵Mn加强了C↑晶粒长大的作用；Me对A晶粒长大的影响Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大12Me对M转变的影响对Ms、Mf点温度的影响，并影响钢中AR含量及M的精细结构。除Co、Al以外，绝大多数Me都使Ms和Mf￬，使得室温下将保留更多的AR量。Me还影响M的形态和M的亚结构。Me对M转变的影响对Ms、Mf点温度的影响，并影响钢中AR含131.2.7Me对淬火钢回火转变的影响主要表现在↑钢的回火稳定性，使回火过程各个阶段的转变速度￬￬，将其推向更高的温度。（1）Me对M分解的影响M的分解过程包括：C原子在M的晶体缺陷处偏聚，ε-FeXC析出，及ε-FeXC转变为Fe3C。低温回火：C和Me扩散较困难，Me影响不大；中温以上：Me活动能力↑，对M分解产生不同程度影响:1.2.7Me对淬火钢回火转变的影响主要表现在↑钢的回火稳14V、Nb、Cr、Mo、W等使M分解减慢。使碳钢中M分解温度从260℃提高到500℃左右。其中V、Nb的作用比Cr、W、Mo更强烈。Si：<300℃时强烈延缓M分解；含2%Si能使M分解温度从260℃提高到350℃以上。在含有Ti,V,Nb,Mo,W等较高合金钢淬火后，在500-600℃范围内回火时，在α相中沉淀析出这些元素的特殊K，并使钢的硬度和强度提高的现象。二次硬化（次生硬化）：V、Nb、Cr、Mo、W等使M分解减慢。使碳钢中M分解温度从15Me对回火脆性的影响回火脆性：淬火钢在250~400℃和500~650℃这两个温度范围内回火时，冲击韧度不但没有升高,反而显著下降的现象。①第一类回火脆性（250~400℃）：（低温回火脆性、不可逆回火脆性）产生原因：Fe3C薄膜在晶界形成；杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界，↓晶界强度。Me对回火脆性的影响回火脆性：淬火钢在250~400℃和516Si、Al等：使回火脆性的温度向高温方向推移。Me作用：Mo、W、V、Ti等：可稍微减弱这类回火脆性；Mn、Cr：促进这类回火脆性。解决方法：①尽可能避免在形成低温回火脆性温度范围内回火；②可选用含有可改善脆性的合金元素Mo、Ti、V等的合金钢或加入Si推迟脆化温度范围。

③生产高纯钢，降低P、S等杂质元素含量。Si、Al等：使回火脆性的温度向高温方向推移。Me作用：Mo17②第二类回火脆性（500~650℃）：（高温回火脆性、可逆回火脆性）Me对第二类回火脆性的作用：①Mn、Cr、Ni、Si强烈促进回火脆性；产生原因：杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界；②Mo、W、Ti降低回火脆性；③RE可大大降低甚至消除钢的高温回火脆性。②第二类回火脆性（500~650℃）：Me对第二类回火脆性的18③提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。

防止合金钢中第二类回火脆性的方法：②但工件尺寸过大时，即使水冷也难防止脆性产生，或因工件形状复杂不允许快速冷却时，可选用含Mo、W的合金钢制造；①尽可能避免在形成高温回火脆性温度范围内回火，如不可避免，可减少回火脆性温度下停留时间或回火后快冷，一般小件用油冷，较大件用水冷；③提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。防止合金钢中191．合金结构钢工程构件用钢（低合金高强度结构钢）牌号：由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）等三个部分按顺序排列组成。专用工程构件结构钢还在牌号的头部（或尾部）标注出代表产品用途的符号。1.3合金钢的牌号

1．合金结构钢专用工程构件结构钢还在牌号的头部（或尾部）标20机器零件制造用钢（合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢等）。牌号由三部分组成，即由“二位数字+元素符号+数字”组成。前面的两位数字表示钢的碳的质量分数的万倍，元素符号表示所含Me，后面的数字表示Me含量的百倍。凡Me质量分数<1.5%时，编号中只标明元素符号，一般不标含量；如果Me平均质量分数≥1.5%、2.5%、3.5%……，则在元素符号后相应标出2、3、4……。合金结构钢都是优质钢、高级优质钢（牌号后加“A”字）或特级优质钢（牌号后加“E”字）。机器零件制造用钢（合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴21高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号“G”，但不标C含量。Cr含量以千分之几计，其他Me按合金结构钢的合金含量表示。如：GCr15。专用机器零件制造用钢也要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号.高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号“G”，但不标C含量。Cr含量222．合金工具钢牌号表示方法与机器零件制造用结构钢相似，但当平均C>1%时，含C量不标出，当平均C<1%时，则牌号前的数字表示平均C的质量分数的千倍。Me的表示方法与合金结构钢相同。如9SiCr必须指出的有三点：第一，高速工具钢，不论C的平均质量分数为多少均不予标出。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，当合金成分不相同时，对高C者牌号前冠以“C”字。如CW6Mo5Cr4V2等。2．合金工具钢必须指出的有三点：23第二，低Cr（平均Cr含量<1%）的合金工具钢，在Cr含量（以千分之几计）前加数字“0”。如：平均含Cr量为0.60%的合金工具钢，其牌号表示为“Cr06”。第三、塑料模具钢在牌号头部加“SM”，牌号表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢相同。3．特殊性能钢

不锈钢及耐热钢牌号前的数字表示平均C的质量分数的千倍，Me的表示方法与其它合金钢相同。当C的质量分数≤0.03%时，在牌号前冠以“00”，当C的质量分数≤0.08%时，在牌号前冠以“0”。第二，低Cr（平均Cr含量<1%）的合金工具钢，在Cr含量（24特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌号前或后附以字母。铸造合金钢的牌号是在一般合金钢的牌号前加“ZG”，常用的铸造合金钢有：ZGMn2、ZG35SiMn、ZG37SiMn2MoV、ZG40CrMnMo、ZGMn13（高锰钢或耐磨钢）、ZG1Cr18Ni9（铸造不锈钢）等。易切削钢Y15、Y40Mn、Y15Pb（GB/T8731-1988），易切削非调质机械结构钢YF35V和热锻用非调质机械结构钢F45V（GB/T15712-1995）等。特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌号前或后附以字母。25一、工程结构钢的强化第2章工程结构钢2.1工程结构钢的合金化在F-P钢中，Me的强化：固溶强化、细晶强化、沉淀强化。一、工程结构钢的强化第2章工程结构钢2.1工程结构钢的合26三、微合金化钢1、微Me（V、Ti、Nb）的作用（1）抑制A形变再结晶（2）阻止加热时A晶粒长大（3）形成沉淀相促进沉淀强化作用（4）改变钢的显微组织化学成分特点：加入适量的微合金化Me，如Ti、Nb、V等；工艺特点：运用控制轧制和控制冷却生产工艺。三、微合金化钢1、微Me（V、Ti、Nb）的作用（1）抑制A272.3低碳贝氏体和马氏体钢一、低碳贝氏体钢进一步推迟先共析F和P转变，并使BS点下降，以获得B下组织。

低碳B型钢中的合金化:主加Me：0.5%左右Mo+微量B（0.005%）能显著推迟先共析F和P转变，而对B转变推迟较少。辅加Me：Mn、Cr、Ni通过微合金化，充分发挥Nb、Ti、V的细化晶粒和沉淀强化的作用。。Nb、Ti、V：2.3低碳贝氏体和马氏体钢一、低碳贝氏体钢进一步推迟先共析28第3章机器制造结构钢3.2结构钢的淬透性一、淬透性的意义淬透性——指钢件淬火时获得M的能力，通常用淬硬层的深度来评定。淬硬层深度——淬火后半M组织的深度大小。半M是指组织中有50％的M，另外的50％是B或极细P。钢的淬透性是钢本身固有的属性，大小主要取决于化学成分、A化条件等因素，与工件大小、冷却条件等外部因素无关。除Co以外，所有溶于A中的Me都提高淬透性。第3章机器制造结构钢3.2结构钢的淬透性一、淬透性的意义29（2）淬硬性与淬透性淬硬性——理想淬火条件下，形成M能达到的最高硬度.淬硬性主要与钢的含碳量有关。含碳量越高，淬火后硬度也越高。淬透性和淬硬性是两个不同的概念，淬硬性高的不一定淬透性好，而淬硬性低的钢也可能有高的淬透性。在结构钢中，↑淬透性作用显著的元素从大到小排列：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。注意：Me只有溶于A才能增大淬透性。若含K形成元素钢中有未溶K，则降低A中C及Me的有效浓度，同时未溶K作为相变非自发形核核心，对淬透性起相反作用。（2）淬硬性与淬透性淬硬性——理想淬火条件下，形成M能达到的303.3调质钢一、合金元素的作用主要作用：提高淬透性。C：0.3~0.5%（中碳）。保证有足够大的K体积分数以获得高强度。C含量过低，淬硬性不够；C含量过高则韧性↓。Si、Mn、Ni：溶于α相，固溶强化。Cr、Mo、W、V：阻碍α相的再结晶，保持细小的晶块结构，使α相保持足够高的强度。3.3调质钢一、合金元素的作用主要作用：提高淬透性。C：031典型调质钢及其应用：低淬透性合金调质钢：典型钢种：40Cr、40CrV、40MnB、40MnV、40MnVB等。通常只用于制造一般尺寸的重要零件。中淬透性合金调质钢：典型钢种：35CrMo、40CrMn、40CrNi、30CrMnSi等。主要用于制造截面较大的零件，例如曲轴、连杆等。35CrMo、40CrMn等钢可用于500℃以下的较高温度下服役的零件如汽轮机转子、叶轮等。高淬透性合金调质钢典型钢种：40CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。40CrNiMoA钢主要用于制造大截面、重载荷的重要零件，如航空发动机轴、汽轮机主轴、叶轮等。典型调质钢及其应用：低淬透性合金调质钢：中淬透性合金调质钢：32一、轴承钢的冶金质量要求3.6滚动轴承钢纯净→杂质元素和非金属夹杂物要少：主要有各种氧化物（A12O3）、硫化物（MnS）和硅酸盐等；组织均匀→碳化物细小均布。K液析→结晶时枝晶偏析而存在→高温扩散退火；带状K→轧制时二次K偏析→长时间的高温扩散退火；网状K→冷却时在A晶界析出→正火或控轧大颗粒K→正火消除网状K，加热保温和随后退火时未溶K颗粒继续长大。一、轴承钢的冶金质量要求3.6滚动轴承钢纯净→杂质元素和331高C

保证轴承钢有高的硬度和耐磨性，轴承钢的C含量很高，一般为0.95~1.15%。一部分存在于M基体中以强化M；另一部分形成足够数量的K以获得所要求的耐磨性。但过高的C含量会增加K分布的不均匀性，且易生成网状K而降低其性能。二、滚动轴承钢的合金化1高C二、滚动轴承钢的合金化34提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性能。钢中部分Cr形成的(Fe,Cr)3C在淬火加热时溶解较慢，可减少过热倾向，经热处理后可以得到较细的组织，且K能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。适宜的Cr含量为0.40~1.65%。2主加Me：Cr当Cr>1.65%以后，则会使AR增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加K的不均匀性，降低钢的韧性。提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性能。2主加Me：Cr当Cr353加入Si、Mn、V等进一步提高淬透性。大型轴承用钢通常加入Mn、Si提高淬透性，适量的Si（0.40~0.60%）还能明显地提高钢的强度和弹性极限；V一部分溶于A，提高淬透性，另一部分形成VC，提高钢的耐磨性并防止过热。通常无Cr钢中都含有V。

4降低S、P含量，减少氧化物、硅酸盐夹杂物的数量，提高冶金质量。3加入Si、Mn、V等进一步提高淬透性。V一部分溶于A，361常用轴承钢Cr轴承钢典型钢种：GCr15，使用量占轴承钢的绝大部分。由于淬透性不是很高，因此多用于制造中小型轴承。五、滚动轴承钢的应用添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢。在铬轴承钢中加入Mn、Si可提高淬透性，如GCr15SiMn钢等，主要用于制造大型轴承；1常用轴承钢五、滚动轴承钢的应用添加Mn、Si、Mo、V的37低C，0.12~0.25%。保证心部有良好的韧性。Cr、Mn、Ni、Si、B等一方面提高钢材的淬透性，提高机件的强度和韧性；另一方面利用元素Cr在渗碳后于表层形成K，提高硬度和耐磨性。Ni对渗碳层和心部的韧性非常有利。3.7渗碳钢和氮化钢一、渗碳钢的合金化用Mn、Si脱氧的钢，A晶粒会发生急剧长大。加入少量V、Ti、Mo、W等阻止A的晶粒长大；还可增加渗碳层硬度，进一步提高耐磨性。低C，0.12~0.25%。保证心部有良好的韧性。3.738二、渗碳钢的热处理预先热处理+渗碳+最终热处理。最终热处理：淬火+低温回火。零件的渗C表面：高C回火M+细小的K，硬度（60~62HRC），耐磨性高。零件的非渗C表面和基体部分（心部）：低C回火M—淬透性高的钢种；低C回火M+B（40~48HRC）—淬透性中等的钢种；低C回火T（25~40HRC）—淬透性小的钢种。二、渗碳钢的热处理预先热处理+渗碳+最终热处理。最终热处理：39渗碳后直接淬火，再低温回火。只要求表面高硬度和耐磨性，对基体性能要求不高。主要用于渗碳后不容易过热的钢种，(如20CrMnTi钢）。

渗碳后先空冷（即正火处理）使组织细化，再按渗碳后的表面成分进行淬火并低温回火。要求表面高硬度、高耐磨性外，对基体性能有较高要求。主要用于渗碳后容易过热的钢种，如20Cr、20Mn2等。渗碳后直接淬火，再低温回火。只要求表面高硬度和耐磨性，对基体40渗碳空冷后，两次淬火。对零件表面和基体性能的要求都很严格。第一次按钢的基体成分加热淬火，加热温度较高（870℃左右），目的是细化心部组织并消除表面渗碳层中的网状渗碳体；第二次按高碳钢的成分（表面）淬火，使表面获得细小的M加粒状K组织，以满足表面高性能的要求；最后低温回火消除应力、稳定组织和稳定尺寸。主要用于航空发动机齿轮的热处理。渗碳空冷后，两次淬火。主要用于航空发动机齿轮的热处理。41碳素渗碳钢：15、20合金渗碳钢按淬透性的高低可分为（1）低淬透性合金渗碳钢：20Cr、20Mn2等（2）中淬透性合金渗碳钢：20CrMnTi、20Mn2TiB、20MnVB等。（3）高淬透性合金渗碳钢：12Cr2Ni4A、15CrMn2SiMo、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等。三、典型渗碳钢及其应用碳素渗碳钢：15、20三、典型渗碳钢及其应用42氮化钢氮化后的特点：表面硬度高；耐磨性好；可显著提高疲劳寿命，改善对缺口的敏感性；具有抗水、油等介质腐蚀的能力；有一定的耐热性，在低于渗N温度下受热可保持高的硬度。典型氮化钢：38CrMoAlA。氮化钢氮化后的特点：表面硬度高；耐磨性好；可显著提高疲劳寿431、C含量碳素弹簧钢：0.8~0.9%C；合金弹簧钢：0.45~0.7%C。一、弹簧钢的化学成分特点

3.8.1弹簧钢

3.8其他机器制造结构钢

提高淬透性、提高回火稳定性，Si提高弹性极限。Si含量高时增大C石墨化的倾向，且在加热时易于脱碳；Mn易于使钢过热。2、Si、Mn

1、C含量一、弹簧钢的化学成分特点3.8.1弹簧钢44克服硅锰弹簧钢的不足；Cr、W、V、Nb为K形成元素，防止过热和脱碳，保证重要用途弹簧具有高的弹性极限和屈服极限。3、Cr、W、V、Nb4、弹簧钢的纯度对疲劳强度有很大影响，弹簧钢均为优质钢（P≤0.04%，S≤0.04%）或高级优质钢（P≤0.035%，P≤0.035%）。热处理工艺：淬火+中温回火。得到T回。具有一定的冲击韧度，较高的σe、σs/σb和最高的疲劳强度。克服硅锰弹簧钢的不足；3、Cr、W、V、Nb4、弹簧钢的纯451、碳素弹簧钢：65、70、75和85钢65Mn为高锰碳素弹簧钢。和其他碳素弹簧钢比较，具有稍高的淬透性，脱碳倾向小，但容易过热并有回火脆性的倾向。故使用于制造截面尺寸稍大的普通弹簧。二、典型弹簧钢及应用实例1、碳素弹簧钢：65、70、75和85钢二、典型弹簧钢及应4660Si2Mn：主要用于制造汽车、拖拉机和机车上的板簧（10～12mm厚）和螺旋弹簧（直径为20～25mm）等，淬透性和性能高于65Mn。Si显著提高弹性极限和屈服比；略提高淬透性，但又不使Ms点下降，不致增加淬火开裂倾向；可以防止氧化，但却促进脱碳倾向，故应特别注意防护。2、合金弹簧钢50CrV：Cr和V复合加入，提高弹簧钢的淬透性，且有较高的高温强度、韧性和较好的热处理工艺性能。制造350-400℃下承受重载的大型弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的汽门弹簧等。60Si2Mn：主要用于制造汽车、拖拉机和机车上的板簧（10473.8.3高锰钢C：0.9~1.4%。C含量自1.0%增至1.5%时，表面硬度↑，耐磨性可↑2~3倍，强度亦↑，但冲击韧性↓，↑开裂倾向。Mn：10~14%。↑γ相区，↑A的稳定性。通常Mn/C的比值应为9~11，以保证获得A的组织。一、成分特点：高C、高MnCr（2~4%）或适量的Mo和V，能形成细小的K，提高屈服强度、冲击韧性和抗磨性。

3.8.3高锰钢C：0.9~1.4%。C含量自1.0%48RE：进一步↑钢液的流动性，↑钢液充填铸型的能力，↓热裂倾向，↓↓A晶粒，↓铸后冷却时在晶界上析出K；RE还能↑↑高锰钢的冷作硬化效应及韧性，↑使用寿命。常用高锰铸钢：ZGMn13型。如ZGMn13-1、ZGMn13-4、ZGMn13Cr2、ZGMn13Mo、ZGMn13RE。二、高锰钢的耐磨性及应用耐磨机理：通过大量形变在A基体中产生大量层错、形变孪晶、ε-M和α-M，成为位错运动的障碍。强烈冲击后，钢的表面硬度极大地提高到500HB左右，而心部保持韧性的A，能承受强有力的冲击载荷而不破裂。

RE：进一步↑钢液的流动性，↑钢液充填铸型的能力，↓热裂倾向49必须指出的是，选用高锰钢做耐磨零件时，应先了解其工作条件。在无压力的条件下，由于无加工硬化现象，高锰钢并不比其它具有相同硬度的钢更为耐磨。广泛应用于承受大冲击载荷、强烈磨损的工况下工作的零件，如各式碎石机的衬板、颚板、磨球，挖掘机斗齿、坦克的履带板等。必须指出的是，选用高锰钢做耐磨零件时，应先了解其工作条件。在50三、高锰钢的热处理：固溶处理（水韧处理）将钢加热到单相A相区的温度范围（一般为1050~1100℃）保温，使网状K充分溶入A，然后水冷，获得单相A组织。铸态组织：A+网状K。网状K沿晶界析出，显著降低钢的强度、韧性和耐磨性。铸件出炉至入水时间应尽量缩短，以避免K析出。冷速要快，常采用水冷。三、高锰钢的热处理：固溶处理（水韧处理）将钢加热到单相A相区51第四章工具钢一、碳素工具钢0.65-1.35%C，

T7、T8、T9、T10、T11、T12及T13各类。4.1碳素钢及低合金工具钢淬透性低，必须用盐水或碱水淬火，变形开裂倾向大，工作温度低于200℃，断面尺寸小于15mm的工具。第四章工具钢一、碳素工具钢0.65-1.35%C，T752Cr：↑淬透性；↑钢的回火稳定性；防止Si的石墨化倾向。

1、合金元素的作用二、低合金工具钢Si：↑钢的淬透性，↑钢的回火稳定性。在高碳钢中，高温加热时引起脱碳和↑石墨化，不单独加入，必须同时添加W、Cr、Mn等，↓钢的脱碳倾向。

Mn：↑钢的淬透性，↑钢的过热倾向。W：0.5~1.5%，形成较稳定的K，阻止钢的过热，保证晶粒细化，↑钢的耐磨性。W含量太多，使K分布不匀，恶化性能。V：有效阻止A晶粒长大，↓过热敏感性。Cr：↑淬透性；↑钢的回火稳定性；防止Si的石墨化倾向。1539SiCr：①Si、Cr↑淬透性，D油<40mm；②Si、Cr↑回稳性，~250℃回火，>60HRC；③K细小、均匀→不容易崩刃；④分级或等温处理，变形较小；⑤Si使脱碳倾向较大。2、典型钢种适于制作形状较复杂、变形要求小的工件，特别是薄刃工具，如丝锥、扳牙、铰刀等。9SiCr：①Si、Cr↑淬透性，D油<40mm；2、54CrWMn：①Cr、W、Mn复合，↑淬透性，D油=50~70mm；②AR在18~20%，淬火后变形小；③含Cr、W碳化物较多且较稳定，晶粒细小→高硬度、高耐磨性；④回稳性较好，>250℃回火，<60HRC；⑤W使K较多而易形成网状。适于制作要求变形小、耐磨性高的工件，如拉刀等，也可做量具及形状较复杂的高精度冲模。CrWMn：①Cr、W、Mn复合，↑淬透性，D油=50~755一、高速钢中的组成相4.2高速钢18-4-1：室温平衡组织：鱼骨状共晶Ld+P+K（组成相为α+M6C+Fe3C）。6-5-4-2：室温平衡组织：鸟巢状共晶Ld+P+K（组成相为α+M2C+Fe3C）。高速钢的铸态组织常常由莱氏体(Ld)、中心黑色的共析体、白亮的M和AR组成。一、高速钢中的组成相4.2高速钢18-4-1：室温平衡组织56二、高速钢的热处理

淬火温度：Ac1在820~840℃范围，但其淬火加热温度必须在Ac1+400℃以上。1、淬火

目的：获得高合金的A，淬火后获得高合金的M，具有高的回火稳定性，在高温回火时析出弥散合金K产生二次硬化，使钢具有高的硬度和红硬性。淬火温度越高，Me溶入A的数量越多，淬火之后M的合金浓度越高。只有合金含量高的M才具有高的回火稳定性，在高温回火时析出弥散合金K产生二次硬化，使钢具有高的硬度和红硬性。高速钢中的合金碳化物M6C、M23C6和MC比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。二、高速钢的热处理淬火温度：Ac1在820~840℃范围，57过热过烧欠热T淬过高，晶粒长大，K溶解过多，K发生角状化；奥氏体中合金度过高，冷却时易在晶界上析出网状K。温度再高→晶界熔化→铸态组织特征，主要为鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织。淬火温度较低，大量K未溶。且晶粒特别细小。淬火温度：精确控制可以从金相组织上初步判断工艺因素过热过烧欠热T淬过高，晶粒长大，K溶解过多，K发生角584、回火目的：从M中析出弥散M2C和MC碳化物，产生次生硬化效应；消除AR；消除淬火内应力。400℃以下回火，仅析出少量M3C合金渗碳体；大于450℃，基体中W、Mo、V等原子开始扩散，M3C溶解；W、Mo（M2C）型K和V的MC型K弥散析出，产生次生硬化，并在560℃达到硬度最高值（HRC63~65）。同时，M基体中仍保持有质量分数为0.25%左右的C和较高含量的W、Mo、V、Cr，有很高的抗回火软化能力。675℃以上，M2C开始溶解，析出M6C、M7C3，M7C3又进一步转化为M23C6，基体中C已贫化，合金度不断降低，高速钢已显著软化。高速钢的回火温度：560℃。4、回火目的：从M中析出弥散M2C和MC碳化物，产生次生硬59回火：高速钢一般需要在560℃左右三次回火淬火态M+大约30%AR+K回火ⅠM回+M+>10%AR+K1回火Ⅱ回火ⅢM回+M+少量AR+K2M回+AR（少量）+K3（K1等以示区别）正常回火后硬度为HRC62～64，其组织为M回+AR（少量）+

K。回火：高速钢一般需要在560℃左右三次回火淬火态M60三、高速钢中合金元素的作用1、C主要强化元素，随着C含量进一步↑，淬火回火后的硬度和热硬性都↑。若C和K形成元素满足K分子式中的定比关系，可以获得最大的二次硬化效应。若C含量很高，K总量↑，K不均匀性↑；淬火后AR量↑，需多次回火；使固相线温度↓，淬火温度↓。对W系，↑C含量将使钢的抗弯强度和韧性明显↓。三、高速钢中合金元素的作用1、C主要强化元素，随着C含量进一612、W和MoW>20%时，K不均匀性￪￪，强韧性↓↓。W↓↓热导率→钢导热性差。W是钢获得红硬性的主要元素。共晶碳化物M6C淬火加热时大量未溶，↓A晶粒长大，改善韧性。固溶在A中的7-8%W淬火后￪回火稳定性；回火时析出W2C，产生弥散硬化，￪热硬性。Mo和W相似，1％Mo可取代1.5~2.0％W。Mo使共晶K由鱼骨状变成细鸟巢状，↓K的不均匀性；热硬性略低；脱碳倾向大；Mo系抗弯强度和韧性远高于W系。2、W和MoW>20%时，K不均匀性￪￪，强韧性↓↓。W↓623、V淬火加热时，VC部分溶于A中，使M回火稳定性￪；回火时析出弥散VC产生二次硬化，￪热硬性。未溶部分阻碍A晶粒长大。主要以VC存在，也溶于其他类型K。高V高速钢中，鸟巢状的共晶碳化物VC增多，可达10%左右，￪钢的耐磨性，但也使切削加工性能↓。4、CrCr在钢中主要存在于M23C6中，也溶于M6C和MC型K中。淬火加热Cr几乎全部溶于A中，主要￪淬透性。￪耐蚀性和抗氧化能力，↓粘刀现象，改善刃具切削能力。3、V淬火加热时，VC部分溶于A中，使M回火稳定性￪；回火时63淬火加热时溶于A中，￪M的回火稳定性。Co与W和Mo原子间结合力强，可↓W和Mo原子扩散速率，↓合金K析出和聚集长大，￪热硬性。↓韧性、￪脱碳倾向。5、Co6、微合金元素N溶于K中，形成合金碳氮化物，使M6C碳化物稳定性￪，↓聚集倾向。N细化A晶粒，￪晶界开始熔化温度，因而￪了淬火温度和Me溶解量，￪回火硬度和热硬性。N：￪热硬性，同时也￪抗弯强度和挠度，￪韧性。RE：￪钢在900-1150℃间的热塑性。↓硫在晶界的偏聚，￪热塑性。淬火加热时溶于A中，￪M的回火稳定性。Co与W和Mo原子间结644.3冷作模具钢常用作冷作模具的碳素工具钢有T8A、T10A、T12A。常用作冷作模具的低合金工具钢有9Mn2V、9CrSi、CrWMn等。只能用于制作尺寸小、形状简单、工作负荷较轻的模具。1、高铬模具钢的成分和特点含有较高的C（1.4~2.3%）和大量的Cr（11~13%），有时还加入少量的Mo和V。典型钢：Cr12和Cr12MoV。一、高铬和中铬模具钢

4.3冷作模具钢常用作冷作模具的碳素工具钢有T8A、T165第五章不锈钢电化学腐蚀的主要形式均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀等。成分的影响C：强烈地稳定A，稳定A的能力为Ni的30倍；碳与铬能形成一系列K，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响；C含量应尽可能低。→C￪，耐蚀性￬，冷变形性、焊接性等￬；影响不锈钢耐蚀性的因素第五章不锈钢电化学腐蚀的主要形式均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀66Cr：提高钝化膜稳定性的必要元素：Cr＞10-12%，合金的钝化能力显著提高；Cr提高耐蚀性的作用符合n/8定律：当Cr含量(原子比)达到1/8,2/8…时，铁的电极电位就跳跃式地↑，耐蚀性也随之而↑。根据n/8定律，不锈钢的最低Cr含量为11.7%。由于存在C，与Cr能形成Cr23C6，则Cr的含量一般不少于13%。Ni：A不锈钢中的主要Me。提高钢的耐蚀性，在非氧化性的硫酸中更为显著，也符合n/8规律。与Cr配合，可提高Cr不锈钢在硫酸、醋酸、草酸及中性盐（硫酸盐）中的耐蚀性.Cr：提高钝化膜稳定性的必要元素：Cr＞10-12%，合金的67Mn：Ni的代用品，是γ稳定化元素；￪Cr不锈钢在甲酸、醋酸和乙醇酸等有机酸中的耐蚀性，比Ni更有效；Ti、Nb：优先于Cr同C形成K，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性。Mo：￪不锈钢的钝化作用和耐蚀性，可阻止点蚀。Si：2~4%，￪不锈钢在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中的耐蚀性。Cu、Pt、Pd等贵金属：能在不锈钢表面沉积，促使不锈钢在很小的阳极电流下就能达到钝化状态。少量加入可有效提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性。Mn：Ni的代用品，是γ稳定化元素；￪Cr不锈钢在甲酸、醋685.3不锈耐蚀钢的腐蚀特性一、A不锈钢的晶间腐蚀A不锈钢焊接后，在焊缝及热影响区（550~800℃），在许多介质(50~65%的热硝酸、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等）中产生晶间腐蚀。A不锈钢在550~800℃工作，或在该温度下进行时效处理（或保温或缓慢冷却）时，也会得到与焊接加热的同样效果。5.3不锈耐蚀钢的腐蚀特性一、A不锈钢的晶间腐蚀A不锈钢焊69晶间腐蚀产生的原因（1）由钢中的C引起的。C与钢中的Cr形成Cr23C6碳化物，在晶界上呈连续网状析出，引起晶界周围基体产生贫Cr区，当贫Cr区的Cr含量低于12.5%原子比时，不耐蚀。（2）σ相在晶界析出也会造成晶间腐蚀。

超低碳A不锈钢特别是含Mo钢，固溶的Mo和Ti促进σ相在晶界析出，在晶界产生贫Cr区，在65%（体积分数）的沸腾HNO3中就能产生晶间腐蚀。（3）钢中氮含量。N＞0.16%，沿晶界析出Cr2N，增加晶间腐蚀倾向。晶间腐蚀产生的原因（2）σ相在晶界析出也会造成晶间腐蚀。70（4）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶处理后，杂质元素P和Si在晶界偏聚，也会引起晶间腐蚀。为了防止A钢的晶间腐蚀倾向，通常可以在钢的成分设计和热处理工艺上采取措施：消除晶间腐蚀的方法

成分设计：C≤0.03%，没有晶间腐蚀发生，降低A不锈钢中的C含量，生产超低C不锈钢。改变K类型：加入Ti和Nb固定C，形成稳定的TiC或NbC。（4）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶处理后，杂质元素P和71对于非稳定性钢进行退火，使A成分均匀化，消除贫Cr区；对于稳定性钢，将Cr的K转变为Ti、Nb的特殊K，保证耐蚀所需要的固溶体含Cr水平。热处理工艺上：固溶处理：重新使K溶解于γ中，保证固溶体中C和Cr的含量。在敏化温度范围长期加热，通过Cr的扩散消除贫Cr区。获得γ+δ（10-50%）双相组织：δ铁素体在500-800℃发生相间沉淀，Cr23C6在δ/γ相界δ一侧呈点状析出，排除了在A晶界析出Cr23C6，且δ相内Cr的扩散系数比γ相内高103倍，不致产生贫Cr区。对于非稳定性钢进行退火，使A成分均匀化，消除贫Cr区；热处理725.4不锈钢的强化与脆化1、常用F不锈钢及特点①Cr13型如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Ti等②Cr17型如1Cr17、0Cr17Ti、1Cr17Mo等③Cr25-30型如1Cr25Ti、1Cr28、00Cr30Mo2等一、铁素体不锈钢5.4不锈钢的强化与脆化1、常用F不锈钢及特点①Cr13732、铁素体不锈钢的脆性F不锈钢的主要缺点是韧性低、脆性大。引起脆性的原因主要有：粗晶脆性、σ相脆性和475℃脆性,钢中C、N、O等杂质及夹杂物产生脆性。(1)粗晶脆性F不锈钢铸态下的组织粗大，冷脆性大，冷脆转变温度高，室温的冲击韧性低。F由于原子扩散快，有低的晶粒粗化温度和高的晶粒粗化速率；600℃以上开始粗化，A不锈钢为900℃。这类钢在加热和冷却时不发生固态相变，不能通过加热冷却过程中的相变来细化，只能通过压力加工来碎化.2、铁素体不锈钢的脆性F不锈钢的主要缺点是韧性低、脆性大。引74采取的措施：生产中将终锻温度或终轧温度控制在750℃或更低的温度；向钢中加少量Ti，形成Ti(C,N)阻止晶粒长大，提高晶粒粗化温度，还可提高钢的强度。增加F不锈钢中在高温的A量，冷却时发生M转变，得到F+部分（15~20%）M的组织。采取的措施：生产中将终锻温度或终轧温度控制在750℃或更低的75高铬钢中，Cr>15%时，在400~525℃温度范围内长时间加热后或在此温度范围内缓慢冷却时，钢在室温下变得很脆，这个现象尤以475℃加热最甚，故这种脆性称为475℃脆性。(2)475℃脆性475℃加热时，F内固溶的Cr原子有序化，形成富Cr的bcc点阵α”相（80%Cr、20%Fe），并与母相保持共格关系，引起较大的晶格畸变和内应力，使钢的强度增加，韧性下降。严重时，塑性和冲击韧性几乎全部丧失。产生475℃脆性的原因：高铬钢中，Cr>15%时，在400~525℃温度范围内长时间76对已产生475℃脆性的钢，可通过700~800℃短时加热，然后快冷的办法来消除。消除办法：根据Fe-Cr相图，45%Cr在820℃开始形成σ相。Cr<30%时，由于低温原子扩散困难，已很难形成σ相。但在实际生产中，由于Cr钢中的成分偏析或其它稳定α相的Me的作用，17%Cr的不锈钢就有可能形成σ相。(3)σ相脆性由于σ相具有高的硬度（68HRC以上），形成时还伴随着相当大的体积效应，又常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀。对已产生475℃脆性的钢，可通过700~800℃短时加热，然77对于已形成的σ相的钢，重新加热到820℃以上保温半小时，可使σ相重新溶入δ铁素体，随后快冷，从而消除σ相脆性，恢复钢的韧性。σ相不仅见于高铬铁素体不锈钢中，还见于A、A-F不锈钢中。（4）钢中C、N、O等杂质及夹杂物产生脆性采用真空感应熔炼、电子束精练、氩氧混吹脱碳等精练技术，可大大降低高Cr钢中的间隙元素和杂质元素的含量，能显著提高F不锈钢的塑性和韧性，降低韧脆转化温度。对于已形成的σ相的钢，重新加热到820℃以上保温半小时，可使78二、奥氏体不锈钢1、A不锈钢的成分特点A不锈钢的主要成分是≥18%Cr和≥8%Ni。其特点是利用Cr和Ni的配合来获得A。2、主要钢种18-8型铬镍奥氏体不锈钢

Cr-Mn-N,Cr-Ni-Mn-N型A或A-F不锈钢二、奥氏体不锈钢1、A不锈钢的成分特点A不锈钢的主要成分是≥79三、马氏体不锈钢1、M不锈钢的成分及组织特点（1）M不锈钢的化学成分根据M不锈钢中Cr和C的含量，可以将M不锈钢分为三类：①中、低C的13％Cr钢：如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等；②低C的17％Cr-2%Ni钢：如1Cr17Ni2等；③高C的18％Cr钢：如9Cr18等。按n/8规律，1/8值时Cr不锈钢最低的Cr含量应为11.7%（12.5%原子比等于11.7%重量比）。三、马氏体不锈钢1、M不锈钢的成分及组织特点（1）M不锈钢的80低C及中C的不锈钢：一部分Cr要和C化合形成化合物而脱离固溶体，故要使钢具有不锈的性能，钢中Cr含量应提高到13%；高C的9Cr18%：C￪，钢中形成大量的碳化铬，使得固溶体中的Cr降低较多，所以总的Cr含量提高到18%，以保证固溶体中的Cr含量达到1/8值。C含量的变化对不锈钢的性能影响较大，对于不同C含量就形成了不同的13%Cr钢种。M不锈钢中，随着C含量的增加，第二相的数量增加，使得钢的强度升高，耐蚀性下降；随着Cr含量的增加，耐蚀性增加。1Cr17Ni2耐蚀性最好。低C及中C的不锈钢：一部分Cr要和C化合形成化合物而脱离固溶81第六章耐热钢和耐热合金（1）蠕变及蠕变极限蠕变——金属在一定的温度和静载荷长时间的作用下，缓慢地发生塑性变形的现象。1、钢的热强性能指标蠕变强度——在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的应力。蠕变极限——在一定的温度下和在规定的持续时间内，产生的蠕变变形量等于某规定值时的最大应力。表示高温强度的指标有三种：蠕变强度、持久强度、持久寿命。第六章耐热钢和耐热合金（1）蠕变及蠕变极限蠕变——金属在82（2）持久强度持久强度——在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。蠕变强度——在某温度下，在规定时间达到规定变形（如0.1%）时所能承受的应力,用σC表示，σC0.1/1000700℃

（2）持久强度持久强度——在规定温度和规定时间断裂所能承受的83（3）持久寿命（4）应力松弛零件在高温和应力作用下，随着时间的增长，如果总的变形量不变，应力值却在缓慢地降低，这种现象称为应力松弛，简称为松弛。指在一定温度和规定应力作用下，从作用开始到断裂的时间。（5）高温疲劳强度高温疲劳指温度高于0.5Tm或在再结晶温度以上时的疲劳现象。（3）持久寿命（4）应力松弛零件在高温和应力作用下，随着时间84耐热钢根据显微组织分为F型和A型耐热钢两大类。6.2、铁素体型耐热钢F型耐热钢包括F-P、F、M耐热钢，一般在350~650℃工作。一、F-P耐热钢F-P耐热钢的特点：C含量较低，Me总量不超过5%，使用状态的显微组织为P+F。P型钢的组织不稳定现象①片状P逐渐球化和K的聚集长大。②K的石墨化③Me的重新分配耐热钢根据显微组织分为F型和A型耐热钢两大类。6.2、铁素体85第七章铸铁铸铁——是一种以Fe、C、Si为主要成分且在结晶过程中具有共晶转变的多元铁基合金。铸铁与C钢的主要区别，一是铸铁的C及Si含量高，并且C多以G形式存在；二是铸铁中S、P杂质多。铸铁中的C主要有三种分布形式：①溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如F、A；②与Fe生成化合物，如Fe3C；③以游离的G形式析出。第七章铸铁铸铁——是一种以Fe、C、Si为主要成分且在86根据铸铁中的C在结晶过程中的析出状态以及凝固后断口颜色的不同，可分为三大类：铸铁的分类：白口铸铁；麻口铸铁；灰口铸铁根据铸铁中G形态的不同，又可分为：灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁，可锻铸铁根据铸铁中的C在结晶过程中的析出状态以及凝固后断口颜色的不同87铸铁中加入的元素按其对石墨化的作用差异，排列顺序如下：

Al、C、Si、Ti、Ni、Cu、P、Nb、Mn、Mo、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B影响铸态组织的因素1、化学成分的影响铸铁中加入的元素按其对石墨化的作用差异，排列顺序如下：A88（1）C和Si促进石墨化，且随C、Si含量增加，能减少白口倾向，易形成石墨。但C、Si过多，形成的G较粗大，金属基体中F含量增加，会降低铸铁的强度性能。（2）P的影响促进石墨化，但作用不如C强烈，当P>0.2%后，出现Fe3P。磷共晶硬而脆，当这种共晶体在铸铁组织中呈孤立、细小、均匀分布时，可以提高铸铁件的耐磨性能；反之，当这种共晶体以粗大连续网状分布于晶界时，将降低铸铁的强度，增加铸件的脆性。所以一般铸铁中P的含量应控制在0.2%以下，耐磨铸铁的含P量可以达到0.5～1.0%。（1）C和Si促进石墨化，且随C、Si含量增加，能减少白口倾89（3）Mn的影响阻碍石墨化。Mn能与S结合生成MnS，削弱S的有害作用。（4）S的影响S阻碍C原子的扩散，促进白口铸铁的元素，而且降低铁水的流动性，恶化铸造性能，增加铸件缩松缺陷。因此，S是一个有害元素，其含量应控制在0.15%以下。（3）Mn的影响阻碍石墨化。Mn能与S结合生成MnS，削弱S902、冷却速度的影响铸件的冷却速度对石墨化过程也有明显影响。铸件冷却速度越缓慢，越有利于按照Fe－G系状态图进行结晶和转变，即越有利于石墨化过程的充分进行；反之，当铸件冷却速度较快时，由于原子扩散能力减弱，则有利于按照Fe-Fe3C系状态图进行结晶和转变，即不利于石墨化的进行。2、冷却速度的影响铸件的冷却速度对石墨化过程也有明显影响。铸917.2常用的铸铁灰铸铁的显微组织：片状G+金属基体，G镶嵌在金属基体内。金属基体依照共析阶段石墨化进行的程度不同可分为F，F＋P和P三种。灰铸铁的牌号我国灰铸铁的牌号用“灰铁”二字的汉语拼音的第一个大写字母“HT”和一组数字来表示，HT100表示σb为100MPa的灰铸铁。6个强度等级：HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT3507.2常用的铸铁灰铸铁的显微组织：片状G+金属基体，G镶嵌922、灰铸铁的性能灰铸铁的性能取决于金属基体和片状G的数量、大小和分布。1）抗拉强度低，塑韧性很差根本原因：片状G的存在。2）硬度和抗压强度灰铸铁的硬度和抗压强度主要取决于基体本身的强度和数量，片状G对硬度和抗压强度影响不大。灰铸铁的抗压强度显著地大于抗拉强度，约为抗拉强度的2.5-4.0倍，这是灰铸铁的一种特性。2、灰铸铁的性能灰铸铁的性能取决于金属基体和片状G的数量、大933）良好的减振性和减摩性4）良好的铸造性、可切削性5）存在壁厚敏感效应可通过孕育处理减少铸件壁厚的敏感性。铸件壁厚影响铸件凝固时的实际冷却速度，从而得到不同的基体组织。薄壁铸件：可得到白口铸铁组织；壁厚增大：依次得到麻口铸铁、P基灰铸铁、P-F基灰铸铁、F基灰铸铁。3）良好的减振性和减摩性4）良好的铸造性、可切削性5）存在94F球墨铸铁典型牌号：QT400-18，QT400-15，QT450-10。P球墨铸铁典型牌号：QT700-2，QT800-2，可在铸态或正火处理获得。F+P球墨铸铁典型牌号：QT500-7，QT600-3。二、球墨铸铁F球墨铸铁典型牌号：QT400-18，QT400-15，QT95蠕墨铸铁蠕墨铸铁的牌号用“蠕铁”二字的汉语拼音的第一个大写字母“RuT”和一组数字来表示，数字表示其最小抗拉强度值。四、展性铸铁展性铸铁是先将铁水浇铸成白口铸铁，然后经G化退火，使游离Fe3C发生分解形成团絮状G的一种高强度铸铁。展性铸铁根据化学成分、石墨化退火工艺及性能和组织的不同而分为黑心展性铸铁和白心展性铸铁。黑心展性铸铁包括F展性铸铁和P展性铸铁。蠕墨铸铁蠕墨铸铁的牌号用“蠕铁”二字的汉语拼音的第一个大写字96可锻铸铁的牌号牌号中的“KT”是“可铁”两字的汉语拼音的第一个字母，其后面的H表示黑心可锻铸铁；Z表示珠光体可锻铸铁；B表示白心可锻铸铁；符号后面的两组数字分别表示其最小的抗拉强度和伸长率。KTH300-06、KTZ450-06、KTB350-04可锻铸铁的牌号牌号中的“KT”是“可铁”两字的汉语拼音的第一97第八章铝合金Me的强化作用：固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、细晶强化、冷变形强化等。Mn、Mg、Zn等：不产生沉淀强化相，主要溶于Al基固溶体,起固溶强化作用。2、铝合金中的沉淀强化相铝合金中的沉淀强化相应满足的基本条件：（3）在时效过程中，沉淀相具有一系列介稳相，并且弥散分布，与基体形成共格，在周围基体中产生较大的共格应变区。（1）硬度高的质点；（2）在铝基固溶体中高温下有较大的溶解度，能析出较大体积分数的沉淀相；第八章铝合金Me的强化作用：固溶强化、沉淀强化、过剩相强化98铝合金中的沉淀强化相例如：Al-Cu合金：θ-CuAl2，Al-Cu-Mg合金：S相（Al2CuMg）；Al-Zn-Mg系合金：η-MgZn2，T-Al2Mg3Zn3；Al-Si-Mg系：β（Mg2Si）Al-Li系：δ（AlLi）铝合金中的沉淀强化相例如：99在自然时效过程中，首先在基体中形成铜原子富集区，晶体结构类型仍与基体α相同，并与基体保持共格关系，GP[I]区中铜原子的浓度较高，引起点阵的严重畸变,阻碍位错运动，因而合金的强度、硬度提高。铝合金时效的基本过程：①、形成铜原子富集区（GP[I]区）②、铜原子富集区有序化在GP[I]区的基础上铜原子进一步偏聚，GP区进一步扩大，并有序化，即形成有序的富铜区，称为GP[II]区.常用θ"表示。由于GP[II]区与基体仍保持共格关系，因此其周围基体产生弹性畸变，它比GP[I]区周围的畸变更大,由于形成的GP[II]区的密度很大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大。GP[II]区--θ"相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。在自然时效过程中，首先在基体中形成铜原子富集区，晶体结构类型100③、形成过渡相θ'随着时效过程的进一步发展，铜原子在GP[II]区继续偏聚，当铜与铝原子之比为1：2时，形成过渡相θ'。由于θ'相的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格.对位错运动的阻碍作用亦就减小，故合金的硬度开始降低。③、形成过渡相θ'随着时效过程的进一步发展，铜原子在GP[101

④、形成稳定θ相时效后期，过渡相θ‘从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显相界面的独立的稳定相CuAl2，称为θ相，此时θ相与基体的共格关系完全破坏，共格畸变也随之消失。并随时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步降低。4％Cu-Al合金时效的基本过程可以概括为：

过饱和固溶体→形成铜原子富集区(GP[I]区)→铜原子富集区有序化(GP[II]区)→形成过渡相θ'→析出稳定相θ(CuAl2)+平衡的α固溶体。

④、形成稳定θ相时效后期，过渡相θ‘从铝基固溶体中完全102在130℃时效时Al-Cu合金的硬度与时间的关系在130℃时效，GP区形成后硬度上升，然后达到稳定；长时间时效后，GP区溶解，θ"相形成使硬度又重新上升；当θ"相溶解形成θ'相时，硬度开始下降。在130℃时效时Al-Cu合金的硬度与时间的关系在130℃时103铝合金(成分和生产工艺)变形铝合金铸造铝合金(成分和性能)不能热处理强化铝合金可热处理强化铝合金(硬铝、超硬铝和锻铝)(防锈铝)(主要Me)Al-Si，Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn8.2变形铝合金铝合金(成分和生产工艺)变形铝合金铸造铝合金(成分和性能)不104不能热处理强化铝合金:牌号表示方法：防锈铝用“LF”（铝防）+序号表示，如LF21，LF3等。

热处理强化铝合金：锻铝：Al-Mg-Cu合金。硬铝：Al-Mg-Cu合金。牌号用“LY”（铝硬）+序号表示。如LY12，LY6超硬铝：Al-Zn-Mg-Cu合金，强度最高。牌号用“LD”（铝锻）+序号表示。如LD2，LD6牌号用“LC”（铝超）+序号表示。如LC4，LC6热处理：固溶和时效处理不能热处理强化铝合金:牌号表示方法：热处理强化铝合金：锻铝：1058.3铸造铝合金常用的铸造铝合金：Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系等。俗称“硅铝明”，是以Al-Si为基的二元或多元铝合金，是工业上应用最广泛的铝合金之一。1、Al-Si系合金最简单的是ZL102，含Si10～13％的Al-Si二元合金，共晶成分含11.7%Si，共晶温度为577℃。这种合金液态有良好的流动性，是铸造铝合金中流动性最好的。8.3铸造铝合金常用的铸造铝合金：俗称“硅铝明”，是以Al106共晶组织中的Si晶体呈粗针状或片状，过共晶合金中还含有少量块状初生Si，这种共晶组织塑性较低，达不到实用要求，需要细化组织。变质处理：以改变共晶Si的形态，使Si晶体细化和颗粒化，组织由共晶或过共晶变为亚共晶。常用的变质剂：为钠盐，1～3％（质量分数）的钠盐混合物（2/3NaF+1/3NaCl）或三元钠盐（25％NaF+62%NaCl+13%KCl）。钠盐变质剂的缺点：变质处理的有效时间短，加入后通常要求在30min内浇完。共晶组织中的Si晶体呈粗针状或片状，过共晶合金中还含有少量块107易与熔融合金中的气体反应，使铸件产生气孔等铸造缺陷，浇注前必须精练脱气，使铸造工艺复杂化。另一种变质剂是锶和RE，可作为常效变质剂。变质处理后，wSi=10~13%的铝硅合金就成为亚共晶组织，粗大的针状共晶Si细化成细小条状或点状，并在组织中出现初晶α固溶体。钠盐的变质机理：吸附作用，即钠原子在结晶硅的表面有强烈偏聚，降低了硅的生长速度并促进其分枝或细化。变质剂也使铝硅合金相图的共晶点右移，共晶成分由wSi=11.7%增加到wSi=14％，共晶温度由578℃降为564℃。易与熔融合金中的气体反应，使铸件产生气孔等铸造缺陷，浇注前必108三、铜合金的退火硬化Cu基α固溶体：w(Zn)>10%的黄铜，w(Al)>4%的铝青铜，w(Ni)>30%的白铜，经固溶退火后，硬度明显升高，弹性极限升高。可能的原因：原子有序化，形成不均匀固溶体，使点阵发生部分收缩，引起应变硬化；代位溶质原子引起形变时效，溶质原子与位错交互作用，位错争脱溶质原子或重新吸附交替进行，或位错裹胁溶质原子一起运动。第10章铜合金三、铜合金的退火硬化Cu基α固溶体：w(Zn)>10%的黄铜109Cu-Zn合金或以Zn为主要Me的Cu合金称为黄铜。一、黄铜的牌号及表示方法黄铜按其所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜两类；按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。普通黄铜是Cu-Zn二元合金。在Cu、Zn的基础上，再加入少量的其它元素(如Al、Mn、Sn、Si、Pb等)的Cu合金，称为特殊黄铜。9.3黄铜Cu-Zn合金或以Zn为主要Me的Cu合金称为黄铜。一、黄110特殊黄铜的牌号：H+主加元素的化学符号+Cu含量+添加元素的含量，如：HMn58-2。铸造用黄铜的牌号：Z+Cu+主加元素的化学符号及含量，如：ZCuZn38。普通黄铜的牌号：H（“黄”字的汉语拼音首字母）+Cu含量，如：H62。特殊黄铜的牌号：H+主加元素的化学符号+Cu含量+添加元素的1111、普通黄铜的组织普通黄铜分为单相黄铜和双相黄铜两种。

W(Zn)<36%；铸态组织为单相树枝状晶，形变及再结晶退火后得到等轴状α相晶粒，具有退火孪晶。单相黄铜(α黄铜)：强度较低、塑性特别好，适于压力加工，常用代号有H80、H70、H68，其中H70、H68强度较高，大量用作枪弹壳和炮弹筒，故有“弹壳黄铜”之称。双相黄铜(α+β)黄铜：W(Zn)=36~46%，工业上所用的黄铜Zn含量一般不超过46%。1、普通黄铜的组织普通黄铜分为单相黄铜和双相黄铜两种。W(112出现中温（200~700℃）脆性的原因：α相区内存在Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物，在中低温加热时发生有序化转变，使合金塑性；合金中微量的杂质Pb、Bi等与Cu形成低熔点共晶分布在晶界上，热加工时产生晶间破裂。单相α黄铜：具有良好的塑性，能承受冷热加工，在锻造等热加工时易出现中温（200~700℃）脆性。加入RE与杂质结合形成高熔点的稳定化合物如REPb2、REBi2、RE3Sb2。RE还可减慢原子的扩散，减慢有序化进程，改善黄铜的塑性。消除方法：出现中温（200~700℃）脆性的原因：α相区内存在Cu3Z113因为冷变形黄铜制品内部存在残余张应力，在腐蚀性介质的作用下发生应力腐蚀，导致制品破裂，又称“应力破裂”。加入(1~1.5%)Si、(0.02~0.06%)As、Mg等能减少季裂现象；表面镀Zn或Cd也能防止季裂。低温去应力退火，可消除制品在冷加工时产生的内应力；并在装配时避免产生附加张应力。

冷变形黄铜制品在潮湿的大气，尤其是含氨水的大气或海水中会发生自动破裂，又称“季裂”。因为冷变形黄铜制品内部存在残余张应力，在腐蚀性介质的作用下发114一、青铜的牌号及表示方法Cu-Sn合金称为Sn青铜（普通青铜）；其它成为无Sn青铜（特殊青铜）。青铜也可分为压力加工青铜（以青铜加工产品供应）和铸造青铜两类。

9.4青铜青铜的编号规则：

Q＋主加元素符号＋主加元素含量（＋其它元素含量）QSn4-3表示成分为4%Sn、3%Zn、其余为铜的锡青铜。

一、青铜的牌号及表示方法Cu-Sn合金称为Sn青铜（普通青铜11510.5白铜白铜按用途可分为结构白铜和电工白铜。白铜是以Ni为主要合金元素的铜合金。电工白铜包括：康铜、考铜、B0.6

10.5白铜白铜按用途可分为结构白铜和电工白铜。白铜是以N116第11章钛合金

根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：α钛合金、β钛合金、（α＋β）钛合金。牌号分别以TA、TB、TC加上编号表示。

钛的生产方法：镁热法生产海绵钛碘化法钛（高纯钛）电解精炼钛：第11章钛合金根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：α117主要Me：Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si等。α稳定化元素——提高相变点，在α相中大量溶解和扩大α相区的元素，Al。2）中性强化元素——对转变温度影响小，在α和β相中均能大量溶解或完全互溶的元素，如Sn、Zr。

3）β相稳定元素产生β相共析分解的元素，如V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si;不产生β相共析分解，但慢冷时析出α相，快冷时有α’马氏体相变,如Mo、V、Nb、Ta等。主要Me：Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu118一、碳钢中的常存杂质S、P、Si、Mn、N、H、O。S、P对钢性能的影响：S：和Fe能形成FeS，并易与γ-Fe形成低熔点(989℃)共晶。当钢凝固结晶时低熔共晶易于沿晶界分布；钢件在大于1000℃的热加工温度时低熔共晶会熔化，所以易产生热脆；1.1碳钢概论Chapter1钢铁中的合金元素P：能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆；P还具有严重的偏析倾向。易削钢中S和P可改善钢的切削加工性能；P可提高钢在大气中的抗腐蚀性能。

一、碳钢中的常存杂质S、P、Si、Mn、N、H、O。S、P对119二、碳钢的分类及牌号表示方法（1）按钢中碳含量可分为低碳钢（wC≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜w≤0.6%）；高碳钢（wC＞0.6%）。1、碳钢的分类（2）按钢的质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。（3）按钢的用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。（4）按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。二、碳钢的分类及牌号表示方法（1）按钢中碳含量可分为低碳钢1202、碳钢的牌号表示方法（1）普通碳素结构钢由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。（2）优质碳素结构钢一般用两位数字表示。表示钢中平均碳的质量分数的万倍。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号.如45钢，20g，45Mn，15F。高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A”，特级碳素结构钢加符号“E”。2、碳钢的牌号表示方法（1）普通碳素结构钢由代表屈服点的字母121（3）碳素工具钢：一般用“T”加上碳的质量分数的千倍表示。高级优质碳素工具钢在其数字后面再加上“A”字。用标志性符号“ZG”加上最低屈服点值-最低抗拉强度值表示。如ZG340-640。（4）一般工程用铸造碳素钢（3）碳素工具钢：一般用“T”加上碳的质量分数的千倍表1221.2钢铁中的合金元素1.2.1铁基固溶体1．合金元素与Fe的相互作用α-Feδ-Feγ-Fe铁的多型性转变：奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe；如Mn,Ni，Co，C，N，Cu；铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度并使γ-Fe不稳定的元素。如：V，Nb,Ti等。1.2钢铁中的合金元素1.2.1铁基固溶体1．合金元素与123（1）γ相稳定化元素