第06章金属材料2

第六章

金属材料主讲老师：孙顺平Email:sunshunping@orssp19811117@SchoolofMaterialsEngineering,JiangsuUniversityofTechnology,Changzhou,213001,China钢的分类：按化学成分分类

中碳钢0.25~0.6%C高碳钢

0.6%C低碳钢

0.25%C低合金钢合金元素总量5%中合金钢合金元素总量5~10%高合金钢合金元素总量10%碳素钢合金钢6.2合金元素在钢中的作用什么是合金元素？合金元素指的是为改善碳钢的力学性能，或获得某种特殊物理化学性能，有目的地加入的一种或多种金属或非金属元素。6.2合金元素在钢中的作用为什么要加入合金元素？碳钢的局限性1.淬透性低碳钢水淬的最大淬透直径只有10mm~20mm。2.强度和屈强比(σs/σb)低普通碳钢Q235的σs为235MPa，40钢的σs/σb仅为0.43,低合金结构钢Q345σs达360MPa以上，合金钢35CrNi3Moσs/σb达0.74。

3.高温强度差4.不能满足特殊性能的要求合金钢钢的合金化目的是利用合金元素与铁、碳的相互作用和对铁碳相图及对钢的热处理的影响来改善钢的组织和性能。

加入的合金元素与钢的基本组元铁和碳会发生相互作用溶于固溶体中合金固溶体α-Fe(Me)溶入渗碳体中形成合金渗碳体或单独与碳作用形成碳化合物合金渗碳体(Fe,Me)3C合金碳化物

TiC,NbC,WC,VC形成金属间化合物高合金钢中Ni3Al形成氧化物、硫化物等夹杂物非金属夹杂

MnS,MnO,SiO2,Al2O3以纯金属相存在游离状态Cu,Pb1、合金元素在钢中的存在形式6.2合金元素在钢中的作用合金元素在钢中存在形式取决于：1、合金元素本身的性质2、合金元素的含量以及碳的含量3、热处理条件（加热温度、冷却条件）一、合金元素对钢中基本相的影响(1)非碳化物形成元素:

Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等。溶于铁基体中(2)碳化物形成元素合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：

Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体,含量高时可形成新的合金碳化物。

钢中碳化物2、合金元素与碳的相互作用-形成合金碳化物

2、合金元素与碳的相互作用-形成合金碳化物

Mn、Fe：弱碳化物形成元素，W、Mo、Cr：中强碳化物形成元素，Ti、Zr、V、Nb：强碳化物形成元素。☆与C的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和不易分解等特点。☆碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中碳化物的析出及其聚集长大也越困难。形成的碳化物按晶格类型又可分为两类：第一类：当rc/rMe>0.59形成具有复杂晶体结构的碳化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe3C等。第二类：当rc/rMe<0.59形成具有简单结构的碳化物间隙相，如TiC、VC、W2C、Mo2C等。2、合金元素与碳的相互作用-形成合金碳化物

几乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入铁中。凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，使钢的强度和硬度提高。3、合金元素与铁的相互作用-形成合金固溶体

合金元素对铁素体断面收缩率的影响

凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，在强度和硬度提高的同时，塑性和韧性降低。3、合金元素与铁的相互作用-形成合金固溶体

（1）扩大γ相区元素Ni、Mn、Co、C、N、Cu等是扩大奥氏体相区的元素，使A1、A3点下降。

Ni、Mn、Co等为无限扩大γ相区元素；

C、N、Cu为有限扩大γ相区元素。二、合金元素对铁碳合金相图的影响1、对奥氏体相区的影响二、合金元素对铁碳合金相图的影响

Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mn的影响更大1Cr18Ni9单相A体不锈钢ZGMn13(高锰钢)单相A体水韧处理（固溶处理）1、对奥氏体相区的影响（2）缩小γ相区元素Cr、V、Mo、Si、Ti、W、Al等是缩小奥氏体相区的元素，使A1、A3点上升。

Cr、Si、V称为完全封闭γ相区元素；而B、Nb、Zr

为部分缩小γ相区元素二、合金元素对铁碳合金相图的影响1、对奥氏体相区的影响Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素的加入会使奥氏体相区缩小，特别是Cr、Si含量高时将限制A体区，甚至完全消失。1Cr17Ti单相F体0Cr13单相F体1、对奥氏体相区的影响二、合金元素对铁碳合金相图的影响2.对S、E点的影响

所有的合金元素都使S、E点左移，扩大γ相区元素使S、E点向左下方移动，缩小γ相区元素使S、E点向左上方移动。锰对奥氏体相区的影响二、合金元素对铁碳合金相图的影响铬对奥氏体相区的影响2、对S点、E点的影响所有的合金元素都使S点左移，而大部分合金元素均使E点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。使共析转变点S左移→钢中P%↑，强度增加使共晶转变点E左移→钢中出现Ld'3、对共析转变温度A1的影响扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变温度A1下降；缩小A相区的元素则使其上升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。锰对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响三、合金元素对钢热处理及性能的影响1、合金元素对加热时奥氏体化的影响

⑴对奥氏体形成速度的影响Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等强碳化物形成元素与C的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著阻碍C的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的扩散速度，使奥氏体形成速度加快。Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。大多数合金元素会减缓奥氏体化过程。⑵对奥氏体晶粒大小的影响除Co、Ni以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。Ti、Zr

、Nb

、V强烈阻碍A体晶粒长大W、Mo、Cr中等阻碍A体晶粒长大Co、Si、Ni作用较弱(非碳化物形成元素)Mn、B促进A体晶粒长大2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响⑴合金元素对C曲线的影响除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al对淬透性作用由强到弱。合金元素对VK影响的示意图合金元素对VK影响的示意图注意：加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。如果未完全溶解,则碳化物会成为珠光体的核心,反而降低钢的淬透性。

两种或多种合金元素(如铬锰钢、铬镍钢等)同时加入对淬透性的影响，比单一元素的影响强得多。除Co、Al，多数合金元素使Ms、Mf点下降，导致残余奥氏体增加其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。残余奥氏体量过多时,可进行冷处理(冷至Mf点以下),以使其转变为马氏体;或进行多次回火,让残余奥氏体转变为马氏体。⑵合金元素对马氏体转变的影响合金元素对Ms点的影响合金元素对残余奥氏体量的影响（含1.0％的钢在1150℃淬火）2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响3、合金元素对回火转变的影响(1)提高回火稳定性

回火稳定性：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。原因：（a）推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变)（b）提高铁素体的再结晶温度提高回火稳定性作用较强的合金元素:V、Si、Mo、W、Ni、Co

二次硬化：含高W、Mo、Cr、V的淬火钢在回火时随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高的现象。原因：（a）沉淀硬化-析出细小弥散特殊碳化物（b）二次淬火-回火冷却时A’转变为M3、合金元素对回火转变的影响（2）产生二次硬化⑶回火脆性回火脆性：钢在在250℃～400℃和450℃～650℃两个温度区间回火后,钢的冲击韧性明显下降的现象。第一类回火脆性无法消除，但可以通过加入Si使其发生的温度区移向较高温度。3、合金元素对回火转变的影响第二类回火脆性(高温回火脆性)是一种可逆回火脆性，主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关,多发生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金钢中。解决办法①快冷②加入Mo,W可防止

提高钢的强度是加入合金元素的主要目的之一。提高强度,要设法增大位错运动的阻力。

合金F的固溶强化M位错强化细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓）弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）合金元素对强韧性的影响——合金钢的强化机制简单总结主加元素：Mn、NiCr、Si辅加元素：W、Mo、V、Ti、B合金元素在钢中的作用6.3结构钢对结构钢的性能要求为：使用性能以强韧性为主。工艺性能以可焊性、淬透性为主。合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢.铜陵长江公路大桥定义：符合特定强度和可成形性等级的钢结构钢1.分类结构钢低合金高强度结构钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢机械零件用钢(优质结构钢)工程构件用钢(普通结构钢)优质合金结构钢结构钢1.普通结构钢这类钢冶炼简单、成本低，具有相当的力学性能，能满足工程用钢的良好焊接性、冷成形性、韧性和较高强度的性能要求，故使用量很大。1.1普通碳素结构钢碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号用Q+数字表示，其中“Q”表示屈服强度，数字表示屈服强度的数值，单位是MPaQ275表示屈服强度为275MPa。1.普通结构钢1、用途常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。螺纹钢黄河小浪底枢纽工程1.1普通碳素结构钢1.普通结构钢2、成分特点及钢种：<0.4%C,P、S量及非金属夹杂较多.性能：可焊性、塑性好。3、热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。使用状态下组织：F+P螺纹钢圆钢1.1普通碳素结构钢1.普通结构钢1.1普通碳素结构钢4、钢种、牌号与用途：Q195、Q215塑性较好，有一定强度，可轧制成钢筋、钢板、钢管等，用于桥梁、建筑物等，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。Q255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。1.普通结构钢1.用途主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。1.2低合金高强度钢船舶容器车辆桥梁1.普通结构钢低合金高强度牌号同普通碳素结构钢类似，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。2、对低合金高强度钢的性能要求(1)高强度：一般屈服强度在300MPa以上。

(2)高韧性：要求延伸率为15%～20%，室温冲击韧性大于600kJ/m2～800kJ/m2。对于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。

(3)良好的焊接性能和冷成型性能。

(4)低的冷脆转变温度。

(5)良好的耐蚀性。

1.2低合金高强度钢1.普通结构钢低合金高强钢合金元素细化晶粒作用3、化学成分特点⑴低碳：≤0.2%C.⑵合金元素：主要是Mn，还有少量V、Ti、Nb等。①Mn的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。②V、Ti、Nb起细化晶粒和弥散强化作用。

③另外加Cu、P可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。1.2低合金高强度钢1.普通结构钢4、钢种、牌号与用途：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、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高,用于石化中温高压容器.南京长江大桥1.2低合金高强度钢1.普通结构钢5、热处理特点：大多数热轧空冷后使用。显微组织一般为铁素体+索氏体。

2.优质结构钢2.1优质碳素结构钢优质碳素结构钢的化学成分优质碳素结构钢的钢号用两位数字表示，两位数字表示含碳量的万分之几20钢即表示碳质量分数为0.20%（万分之二十）的优质碳素结构钢

若钢中锰含量较高，则在钢号后加“Mn”，如15Mn、45Mn。优质碳素结构钢和优质合金结构钢硫、磷含量均控制在0.035％以下2.优质结构钢2.1合金结构钢牌号由“数字+元素+数字”三部分组成。前两位数字表示平均碳含量的万分之几合金元素以化学元素符号表示合金元素后面的数字表示该元素的近似含量，单位是百分之几合金结构钢40Cr平均碳质量分数为0.40%，主要合金元素Cr的质量分数在1.5%以下。结构钢2.2分类结构钢低合金高强度结构钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢机械零件用钢(优质结构钢)工程构件用钢(普通结构钢)优质合金结构钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢1.用途主要用于制造汽车、拖拉机的变速齿轮，内燃机的凸轮轴、活塞销等机器零件。2.性能要求

(1)表面渗碳层硬度高以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力

(2)心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。

(3)有良好的热处理工艺性能

在高的渗碳温度(900℃~950℃)下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。

2.3渗碳钢渗碳炉渗碳件—传动齿轮2.优质结构钢3、化学成分特点⑴低碳：0.1~0.25%C⑵合金元素作用：

①提高淬透性：

Cr、Mn、Ni、B

②强化铁素体：

Cr、Mn、Ni

③细化晶粒：W、Mo、Ti、V

渗碳件高精密独立导柱2.3渗碳钢2.优质结构钢4、钢种、牌号与用途（1）低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。（2）中淬透性钢：20CrMnTi:用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。（3）高淬透性钢：18Cr2Ni4WA:用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。活塞销(20Cr)柴油机曲轴变速箱齿轮2.3渗碳钢2.优质结构钢5、热处理特点渗碳件加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火正火目的为调整硬度，便于切削加工。淬火温度一般为Ac1+30-50℃。

6、使用状态下组织心部：M回+F硬度25HRC～40HRC韧性一般都高于700kJ/m2表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)硬度60HRC～62HRC渗碳淬火后的表层组织2.3渗碳钢2.优质结构钢1.用途用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓2.性能要求调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。调质钢还要求有很好的淬透性。2.4调质钢2.优质结构钢3、化学成分特点⑴中碳：0.3~0.5%C⑵合金元素作用：①提高淬透性:

Mn、Si、Cr、Ni、B②强化铁素体:

Mn、Si、Cr、Ni③细化晶粒:

Ti、V④防止第二类回火脆性:

W、Mo调质件（冷却轮）破碎机主轴2.4调质钢2.优质结构钢柴油机凸轮轴4、钢种、牌号与用途（1）低淬透性钢：油淬临界直径

<30~40mm,常用45、40Cr,用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。（2）中淬透性钢：油淬临界直径

≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。（3）高淬透性钢：油淬临界直径

>60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。2.4调质钢2.优质结构钢合金结构钢曲轴5、热处理特点

最终热处理是淬火加高温回火。合金调质钢淬透性较高，一般都用油淬。

合金调质钢的最终性能决定于回火温度，一般采用500℃~650℃回火。为防止第二类回火脆性，回火后快冷有利于韧性的提高。调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。合金调质钢淬透调质后的屈服强度约为800MPa,冲击韧性在800kJ/m2，硬度可达22HRC～25HRC。

2.4调质钢2.优质结构钢调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→调质目的：使用状态下的组织为：为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。回火索氏体调质处理车间(表面淬火+低温回火)→装配①为表面淬火作组织准备；②获得最终心部组织.表面：

M回；心部：S回2.4调质钢2.优质结构钢(淬火+高温回火)1.用途主要用于制造各种弹簧和弹性元件。2.性能要求高的弹性极限σe，尤其是高的屈强比s/b以保证弹簧有足够高的弹性变形能力和较大的承载能力。高的疲劳强度，防止在震动和交变应力作用下产生疲劳断裂。足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断。

还要求有较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成形等。一些特殊弹簧钢还要求耐热性、耐蚀性等。2.5弹簧钢2.优质结构钢离合器弹簧

蝶形弹簧

3、化学成分特点⑴中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C合金弹簧钢为0.45~0.7%C⑵合金元素作用：

①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提高s/b：Si③

细化晶粒：V汽车弹簧弹簧丝2.5弹簧钢2.优质结构钢4、钢种、牌号与用途（1）Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。（2）Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。大型热卷弹簧汽车板簧2.5弹簧钢2.优质结构钢5、热处理特点⑴冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250~300℃)。用于<φ10mm弹簧。⑵热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火使用状态下的组织：T回用于大截面弹簧(>φ10mm)用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火和中温(450℃~550℃)回火，获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，并有一定的塑性和韧性。汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧2.5弹簧钢2.优质结构钢滚动轴承钢牌号G+Cr+铬含量(不标含碳量)“G”表示“滚动轴承钢”。*铬含量以千分之一为单位.如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。2.6滚动轴承钢2.优质结构钢1.用途主要用来制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针)、内外套圈等，也用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件2.性能要求

(1)高的接触疲劳强度：轴承元件如滚珠与套圈，运动时为点或线接触，接触处的压应力高达1500MPa~5000MPa；应力交变易造成接触疲劳破坏，产生麻点或剥落，所以轴承钢疲劳强度应很高。

(2)高的硬度和耐磨性：硬度一般为62HRC～64HRC。

(3)足够的韧性和淬透性。

还要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性。

圆柱滚子轴承自动调心球轴承2.6滚动轴承钢2.优质结构钢3、化学成分特点⑴高碳：0.95~1.10%C⑵合金元素：以Cr为主,加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性推力球轴承滚针轴承Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。当>1.65%Cr时,会因A’增加而使硬度和稳定性下降。2.6滚动轴承钢2.优质结构钢滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承4、钢种、牌号与用途应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等.向心球轴承2.6滚动轴承钢2.优质结构钢5、热处理特点滚动轴承钢是过共析钢。⑴热处理：球化退火+淬火+低温回火回火温度一般为150℃～160℃

球化退火的目的不仅是降低钢的硬度，以利于切削加工，更重要的是获得细的球状珠光体和均匀分布的过剩的细粒状碳化物，为零件的最终热处理做组织准备

⑵组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)精密轴承淬火后进行冷处理(-60~-80℃),可以减少A’，稳定尺寸.

2.6滚动轴承钢2.优质结构钢成分1)低碳：一般在0.25％以下，以保证良好的塑性、韧性和工艺性能。渗碳钢2)中碳：一般含碳量为0.25％—0.55％，大多在0.4％左右3)中高碳一般含碳量为0.45％～0.85％，保证高的强度，主要是高的弹性极限、屈服点、屈强比和疲劳强度。4)高碳一般含碳量为0.95％～1.15％，保证高硬度和耐磨性。调质钢弹簧钢滚动轴承钢2.优质结构钢热处理特点(1)预备热处理

优质结构钢的预备热处理通常采用退火(或正火)1)对于渗碳钢和合金元素含量较少的部分调质钢通常用正火代替退火。2)完全退火

主要用于弹簧钢、调质钢。退火(或正火)后的组织为F+P(S)。3)球化退火主要用于滚动轴承钢.2.优质结构钢(2)最终热处理2)淬火＋高温回火(调质处理)

该工艺主要用于调质钢，处理后的组织为回火索氏体。良好的综合力学性能表面淬火和表面渗氮处理前的预备热处理

3)淬火＋中温回火处理后的组织为回火托氏体。具有高弹性极限，并具有足够的韧性，用于制造弹簧等零件4)淬火＋低温回火

处理后的组织为回火马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体，具有高硬度和耐磨性，用于制造各种滚动轴承元件。1)渗碳＋淬火＋低温回火

主要用于渗碳钢2.优质结构钢热处理特点6.3工具钢按用途分为:刃具钢模具钢量具钢模具刃具量具工具钢是用来制造刃具、模具和量具的钢。分为碳素工具钢和合金工具钢。碳素工具钢共有七个牌号：T7~T13

T表示“碳素工具钢”；数字表示平均含碳量的千分之几.如T8—其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。化学成分特点：高碳(0.65~1.35%C)随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。

碳素工具钢的化学成分牌号合金工具钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).铣刀牌号1.刃具钢切削加工2.性能要求高硬度

(≥HRC60),主要取决于含碳量。高耐磨性

靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。高热硬性

即高温下保持高硬度的能力。热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力（亦称红硬性）。

足够的韧性

以防止脆断和崩刃。1.用途主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。碳素工具钢种、牌号与用途T7~T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子T10~T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥锉刀手锯条钻头1.刃具钢化学成分特点：高碳(0.65~1.35%C)随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。

（2）热处理特点⑴热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火球化退火目的：①降低硬度,便于加工;②为淬火作组织准备。⑵使用状态下的组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)球状珠光体T12钢正常淬火组织1.刃具钢（1）化学成分特点：高碳：0.75~1.5%C合金元素作用①提高淬透性:Cr、Mn、Si②

提高回火稳定性：Si③提高耐磨性、细化晶粒:W、V4.低合金工具钢最高工作温度不超过300℃

由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(≤3~5%)形成。

锻压及切削加工性降低低合金工具钢制品1.刃具钢（2）钢种、牌号与用途应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等.

（3）热处理特点球化退火、机加工，淬火和低温回火同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。使用状态下的组织为：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)

丝锥板牙低合金工具钢扳手1.刃具钢（1）化学成分特点高碳:0.70~1.5%C

合金元素作用①

提高淬透性：Cr②

提高热硬性、耐磨性:W、Mo、V5.高速钢（高合金刃具钢）制造高速切削刃具用钢。高速钢冷轧钢带高速钢型材

耐磨、耐高温（600℃）1.刃具钢(2)钢种、牌号与用途常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。铣刀高速钢铣刀（一）刃具钢W18Cr4V钢的铸态组织（3）工艺及热处理特点加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨削高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。Fe77W18Cr4V1—C相图（一）刃具钢退火目的：降低硬度，便于切削加工；为淬火作组织准备。退火后组织：

S+颗粒状碳化物锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中W18Cr4V钢的退火组织1.刃具钢（3）工艺及热处理特点淬火目的:获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度高(>1200℃)。淬火后组织：M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1—C相图1.刃具钢（3）工艺及热处理特点回火目的主要为减少A’。消除内应力、稳定组织。常用560℃三次回火.

每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。W18Cr4V钢热处理工艺示意图1.刃具钢（3）工艺及热处理特点回火时的组织变化：二次硬化①析出W、Mo、V

的碳化物，产生沉淀硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。二次淬火高速钢硬度与回火温度关系1.刃具钢（3）工艺及热处理特点高速钢回火后的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体汽车冲压模具2.1.冷作模具钢用于制造冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200℃~300℃。

(1)性能要求：工作时承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要失效形式是磨损，也常出现崩刃、断裂和变形等失效现象。

高硬度和耐磨性。一般为58～62HRC足够的强度和韧性。良好的工艺性能(淬透性、切削加工性等)2.模具钢合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。(2)化学成分特点：

高碳(1.4~2.3%C)；

高铬(11.5~13%Cr)合金元素作用：Cr提高淬透性；

Mo、V提高耐磨性，细化晶粒。

Cr12钢冷冲压件2.模具钢（3）锻造及热处理特点：Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火,目的同高速钢.（4）钢种、牌号与用途：常用钢号为Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。最终热处理为:淬火+低温回火使用状态下的组织:M回+颗粒状碳化物+A’(少量)汽车外板冷冲模2.模具钢2.2热作模具钢用于制造热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600℃以上。

（1）热模具性能要求：工作时承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的不均匀热应变和热应力，以及高温氧化、出现崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效形式。

高温下良好的综合力学性能。抗热疲劳性能。高的淬透性和良好的导热性。曲轴模具热模锻曲轴毛坯2.模具钢热镦模凸缘模（2）化学成分特点：

成分特点及热处理同调质钢①中碳

②加入较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等

③加入产生二次硬化的Mo、W、V等元素

（3）热处理特点：

淬火+高温回火（550℃左右）使用状态下的组织:S回（回火屈氏体）（4）钢种、牌号与用途：5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V等。2.模具钢制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。卡尺塞规千分尺3.量具钢3.1、量具钢的工作条件、失效方式和性能要求：量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。⑴高硬度和耐磨性（大于56HRC）⑵高的尺寸稳定性。⑶足够的韧性。渐开线花键环规、塞规矩形花键环规、塞规光面量规3.量具钢3.3.量具钢的热处理特点⑴淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。⑵下限温度淬火及冷处理。目的是减少A’。⑶长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。3.2.化学成分特点：与低合金刃具钢相同，即为高碳（0.9%~1.5%）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等

3.量具钢3.量具钢3.4钢种、牌号与用途CrWMn钢淬透性较高，淬火变形小，主要用于制造高精度且形状复杂的量规和块规。GCr15钢耐磨性、尺寸稳定性较好，多用于制造高精度块规、螺旋塞头、千分尺。9Cr18、4Cr13在腐蚀介质中使用的量具。

6.4.2成分特点1．含碳量(1)中碳C:一般为0.3％—0.6％热作模具钢(2)高碳C:一般为0.65％—1.35％碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢(3)超高碳C:一般为1.40％—

2.30％．冷作模具钢(2)中、高合金化钢中合金元素含量大于5％1)高速钢的合金化2)高铬模具钢的合金化铬的主要作用是提高钢的淬透性、耐磨性和细化晶粒2．合金化特点(1)低合金化钢中合金元素的总量小于5％，属于低合金工具钢。6.4.3锻造及热处理特点

1锻造粗大碳化物细小碳化物2．预备热处理

(1)完全退火用于热作模具钢5CrMnMo和5CrNiMo(2)球化退火用于工具钢、高速钢、冷作模具钢3．最终热处理(1)淬火＋高温回火

回火索氏体或回火托氏体5CrMnMo和5CrNiMo(2)正常淬火＋低温回火(一次硬化法)回火马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体广泛用于工具钢、低速切削的刃具、冷作模具和量具。(3)高温淬火＋多次高温回火(二次硬化法)由于高温淬火后残余奥氏体的量较多，只有进行多次回火才能较充分地促使其发生转变。在回火过程中，一方面从马氏体和残余奥氏体中沉淀析出细小弥散的合金碳化物；另一方面残余奥氏体转变成马氏体，即所谓“二次淬火”。以上合金碳化物的弥散析出和二次淬火均使钢的硬度明显上升，产生二次硬化。高速钢淬火后经550—570度三次回火，可获得较理想的热硬性回火马氏体、合金碳化物和少量残余奥氏体6.5特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。不锈钢耐磨钢化工管道的腐蚀裂解管内壁的高温腐蚀减薄（1）化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。（2）电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。电化学作用是金属被腐蚀的主要原因（二）不锈钢2.金属腐蚀的基本概念：金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。

1.不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的钢种。防止电化学腐蚀的措施：①获得均匀的单相组织。②提高合金的电极电位。③使表面形成致密的钝化膜。ZnZnZn-Cu原电池示意图珠光体腐蚀示意图电解液原电池作用在电化学中,活泼性强的发生氧化作用，质量减小，不断消耗，称之为阳极(Anode)；活泼性弱的做正极,发生还原反应，质量不变，不消耗，称之为阴极(Cathode)（二）不锈钢3.用途及性能要求（1）用途：不锈钢在石油、化工、原子能、宇航、海洋开发、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用。●化工装置中的各种管道、阀门和泵，热裂设备零件●医疗手术器械●防锈刃具和量具等。

（2）性能要求●对不锈钢的性能要求最主要的是耐蚀性。●制作工具的不锈钢还要求高硬度、高耐磨性；●制作重要结构零件时，要求高强度；●某些不锈钢则要求有较好的加工性能。4.化学成分特点：

低碳：碳高，则降低耐蚀性。耐蚀性要求愈高，碳含量应愈低。大多数不锈钢的碳含量为0.1%～0.2%。Cr：是提高耐蚀性的主要元素①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。③提高基体电极电位Ni：获得单相奥氏体组织。Mo：耐有机酸腐蚀。Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀.晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。加Ti、Nb则先于Cr与C形成不易溶于奥氏体的碳化物,避免晶界贫Cr。奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出晶间腐蚀晶间腐蚀（1）马氏体不锈钢Cr13型不锈钢1Cr13~4Cr13铬的质量分数大于12%，但只在氧化性介质中耐蚀，在非氧化性介质中不能达到良好的钝化，耐蚀性很低。随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降.

不锈钢棒5.常用不锈钢不锈钢按正火状态的组织可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢3Cr13、4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织：M回。具有较高强度、硬度，但耐蚀性降低。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等不锈钢刀5.常用不锈钢1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火使用状态下的组织:S回耐蚀性较好，且有较好的机械性能制作叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺帽等1Cr17削片刀（2）铁素体不锈钢典型钢号如1Cr17等。成分：低碳高铬

无α↔γ相变，不能进行热处理强化。

组织：单相铁素体性能特点：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向在退火或正火状态下使用，强度较低、塑性很好，可用形变强化提高强度。用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如化工设备、容器和管道等。碳含量低于0.15%，铬含量为17%～30%，为单相铁素体组织，耐蚀性比Cr13型钢更好。（3）奥氏体不锈钢主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢性能特点：碳含量很低（约0.1%），具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性,无磁性。热处理：采用固溶处理。即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷。组织为单相奥氏体。不锈钢带5.常用不锈钢利用形变强化提高强度，其形变强化能力比铁素体型不锈钢要强。制作化工设备零件、输送管道、抗磁仪表、医疗器械等。高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、破碎机牙板和铁路辙岔等.

履带球磨机衬板挖掘机铲齿铁路辙岔耐磨钢的工作条件、失效方式和性能要求（二）耐磨钢2.化学成分特点只有ZGMn13一个钢号.⑴高碳：0.9~1.4%C以保持高耐磨性。⑵高锰：11~14%Mn以保证形成奥氏体组织.3.热处理特点铸态组织为奥氏体+碳化物,性能硬而脆.热处理采用水韧处理。即将钢加热到1100℃，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。室温组织为过饱和单相奥氏体。水韧处理后，韧性高，硬度低（约为210HB）4.性能特点使用时必须伴随着压力和冲击作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织,具有高耐冲击能力。颚式破碎机挖掘机钢号钢种合金元素的主要作用热处理特点使用状态下组织Q345低合金高强度结构钢Mn:强化F，增加P量，降低冷脆转变温度热轧空冷F+P65Mn弹簧钢Mn:提高淬透性，强化F淬火+中温回火T回ZGMn13耐磨钢Mn:获得单相A组织水韧处理表:M+碳化物心:A20Cr渗碳钢Cr:提高淬透性，强化F渗碳+淬火+低温回火表:M回+颗粒状碳化物+A’心:M回+F40Cr调质钢Cr:提高淬透性，强化F调质处理S回9SiCr低合金工具钢Cr:提高淬透性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)GCr15滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蚀性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)1Cr13马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性淬火+高温回火S回5CrNiMo热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强化F淬火+高温回火S回Mo:防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)W18Cr4V高速钢V:提高耐磨性、热硬性淬火+高温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)1Cr18Ni9Ti不锈钢Ti:防止晶间腐蚀固溶处理A6.6铸铁铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁碳合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。1、根据碳在铸铁中存在的形式分类灰口铸铁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。白口铸铁碳大部分以Fe3C的形式存在，断口呈银白色。麻口铸铁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色的石墨。一、铸铁的分类普通灰铸铁(石墨为片状)；可锻铸铁(石墨为团絮状)；球墨铸铁(石墨为球状)；蠕墨铸铁(石墨为蠕虫状)2、根据灰口铸铁中石墨的形态进行分类1.铸铁的石墨化过程在铁碳合金中，碳有三种存在形式固溶在F、A中，化合物态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）渗碳体为亚稳相，具有复杂的斜方结构。在一定条件下能分解为铁和石墨（Fe3C→3Fe+C）。石墨为稳定相，具有特殊的简单六方晶格，底面原子呈六方网格排列，原子间距小（1.42×10-10m），结合力很强；底面之间的间距较大（3.04×10-10m），结合力较弱。所以石墨的强度、硬度和塑性都很差。二、铸铁的石墨化过程和特点二、铸铁的石墨化过程和特点在不同条件下，铁碳合金的结晶过程和组织形成规律可用铁碳合金复线相图描述：Fe-Fe3C相图和Fe-G相图。铁碳合金究竟按哪种相图变化，决定于成分、加热和冷却条件或获得的平衡性质（亚稳平衡还是稳定平衡）。铁碳合金复线相图二、铸铁的石墨化过程和特点铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。

石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；

可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。石墨化分两个阶段：从液相到共晶结晶阶段称为一次结晶。包括结晶时一次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体及共晶渗碳体的分解.P’G结晶过共晶成分L→L+GI共晶转变L4.26→A2.08+G（共晶）(1154℃)

从共晶结晶到共析结晶称之为二次结晶。包括冷却时二次石墨和共析石墨的析出和加热时二次渗碳体和共析渗碳体的分解。P’G析出A→A+GII(1154～738℃)共析转变A0.68→F+G（共析）(738℃)铸铁类型和组织与石墨化的关系铸铁的一次结晶过程决定了石墨的形态。灰铸铁的组织是片状石墨和钢的基体组成，根据共析阶段石墨化进行的程度不同可分为铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种。铸铁的组织可以看成是铁或钢的基体上分布着石墨夹杂。

铸铁类型和组织与石墨化的关系铸铁的二次结晶过程决定了铸铁的基体组织。2.影响铸铁石墨化的因素（1）冷却速度的影响铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响

快冷时由于过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行,不利于石墨化.二、铸铁的石墨化过程和特点（2）化学成分的影响

碳和硅是强烈促进石墨化的元素。非碳化物形成元素促进石墨化C、Si、Al、Cu、Ni、Co等碳化物形成元素阻碍石墨化Cr、W、Mo、V、Mn、S等碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。碳、硅含量过高,会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能.SiC白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si三.铸铁的性能与应用耐磨性好——石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好的耐磨性能强度、塑性、韧性比钢低,而灰铸铁的抗拉强度和塑性都很低。石墨对基体严重割裂，石墨强度、韧性极低，相当于裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。石墨越多，越大，对基体的割裂作用越严重，铸铁抗拉强度越低。

变质处理可细化石墨片，提高铸铁的强度，但塑性无明显改善力学性能切削加工性好——G使切屑易断，还可润滑刀具铸造性好——铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减少铸件体积的收缩，降低铸件中的内应力。接近共晶成分、熔点低、流动好、凝固收缩小消震性好（是钢的十倍）——G组织松软，对振动的传递起削弱作用缺口敏感性低——大量石墨的割裂作用，表面粗糙对疲劳极限的影响不明显其它性能铸铁的应用灰铸铁：广泛用于制造各种承受压应力和要求消振性好且经受摩擦的零件，如床身、箔体、机架、导轨、缸体、活塞环等。球墨铸铁、可锻铸铁：负荷较大，受力复杂的零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗杆等1、根据碳在铸铁中存在的形式分类灰口铸铁碳大部分以游离态的石墨形式存在白口铸铁碳大部分以Fe3C的形式存在麻口铸铁碳一部分以石墨形式存在，另一部分以Fe3C的形式存在一、铸铁的分类普通灰铸铁(石墨为片状)可锻铸铁(石墨为团絮状)球墨铸铁(石墨为球状)蠕墨铸铁(石墨为蠕虫状)2、根据灰口铸铁中石墨的形态进行分类6.6铸铁1.铸铁的石墨化过程在铁碳合金中，碳有三种存在形式固溶在F、A中，化合物态的渗碳体(Fe3C)游离态石墨（G）渗碳体为亚稳相，具有复杂的斜方结构。在一定条件下能分解为铁和石墨（Fe3C→3Fe+C）。石墨为稳定相，具有特殊的简单六方晶格，强度、硬度和塑性都很差。二、铸铁的石墨化过程和特点从液相到共晶结晶阶段称为一次结晶。从共晶结晶到共析结晶称之为二次结晶。P’铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。

铸铁的一次结晶过程决定了石墨的形态。灰铸铁的组织是片状石墨和钢的基体组成，根据共析阶段石墨化进行的程度不同可分为铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种。铸铁的组织可以看成是铁或钢的基体上分布着石墨夹杂。

铸铁类型和组织与石墨化的关系铸铁的二次结晶过程决定了铸铁的基体组织。2.影响铸铁石墨化的因素（1）冷却速度的影响铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响

二、铸铁的石墨化过程和特点（2）化学成分的影响

碳和硅是强烈促进石墨化的元素。三.铸铁的性能与应用耐磨性好——石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好的耐磨性能强度、塑性、韧性比钢低,而灰铸铁的抗拉强度和塑性都很低。力学性能切削加工性好——G使切屑易断，还可润滑刀具铸造性好——铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减少铸件体积的收缩，降低铸件中的内应力。消震性好（是钢的十倍）——G组织松软，对振动的传递起削弱作用缺口敏感性低——大量石墨的割裂作用，表面粗糙对疲劳极限的影响不明显其它性能铸铁的应用灰铸铁：广泛用于制造各种承受压应力和要求消振性好且经受摩擦的零件，如床身、箔体、机架、导轨、缸体、活塞环等。球墨铸铁、可锻铸铁：负荷较大，受力复杂的零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗杆等（１）灰铸铁牌号牌号——如HT100，表示b≥100MPa（φ30mm）性能——与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好。F+P基体+片状G×500F基体+片状GP基体+片状G组织——钢基体（F、F

+P、P）+片状G四、常用铸铁灰铸铁是价格便宜、应用最广泛的铸铁材料。灰铸铁中的碳、硅质量分数一般控制在以下范围2.5%~4.0%C;1.0%~2.0%Si。1.灰铸铁（2）影响灰铸铁组织和性能的因素四、常用铸铁①成分对铸铁的影响

锰是阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，增强铁、碳原子间的结合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。锰能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰质量分数一般为0.5%~1.4%。

磷是促进石墨化的元素。铸铁中磷含量增加时，液相线降低，从而提高了铁水的流动性。在铸铁中，磷质量分数大于0.3%时，常常形成二元或三元磷共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有一定的磷含量（可达0.3%以上）。

硫是有害元素，它强烈促进白口化，并使铸铁的铸造性能和机械性能恶化。少量硫即可生成FeS(或MnS)，FeS与铁形成低熔点(约980℃)共晶体，沿晶界分布。因此限定硫的质量分数在0.15%以下。（2）影响灰铸铁组织和性能的因素四、常用铸铁②冷却速度的影响在一定的铸造工艺（如浇注温度、铸型温度、造型材料种类等）条件下，铸件的冷却速度对石墨化程度影响很大。随着铸件壁厚增加，冷却速度减慢，依次出现珠光体、珠光体加铁素体和铁素体灰口铸铁组织。不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织（2）影响灰铸铁组织和性能的因素四、常用铸铁③孕育铸铁孕育处理后的灰铸铁叫做孕育铸铁。

孕育的目的是：使铁水内同时生成大量均匀分布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织，提高铸铁强度；避免铸件边缘及薄断面处出现白口组织，提高断面组织的均匀性。孕育铸铁具有较高的强度和硬度，可用来制造机械性能要求较高的铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等，尤其是截面尺寸变化较大的铸件。硅铁和硅钙合金（3）灰铸铁热处理去应力退火—500-550℃，防止机加工或使用时变形、开裂形状复杂和尺寸稳定性要求较高的重要铸件，如机床床身、柴油机汽缸等

高温退火——850-900℃,表面、薄壁等处白口组织的消除在共析温度以上

Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑

表面淬火——提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性高频表面淬火，火焰表面淬火和激光加热表面淬火，表面硬度可达50～55HRC热处理不能改变灰铸铁石墨的形态和分布，对提高灰铸铁整体机械性能作用不大，主要用来消除铸件内应力、改善切削加工性能和提高表面耐磨性等。２球墨铸铁-在铁水浇注前加球化剂使石墨球化纯镁、稀土镁合金球墨铸铁的石墨呈球状，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。综合机械性能接近于钢，铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用。(1)球墨铸铁的球化处理球墨铸铁的成分要求比较严格：3.6%～3.9%C,2.2%～2.8%Si,0.6%～0.8%Mn,<0.07%S,<0.1%P。

球墨铸铁的的球化处理必须伴随着孕育处理，通常是在铁水中同时加入一定量的球化剂和孕育剂。我国普遍使用稀土镁球化剂。镁是强烈阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨球细小、均匀分布、一定要加入孕育剂。常用的孕育剂为硅铁和硅钙合金等。２球墨铸铁牌号——如QT700-2，表示b≥700，≥2％组织

——钢基体（F、F+P、P、S回火、B下)+球状G性能——强度、塑韧性明显优于灰铸铁。F+P基体

×500F基体

×100(2)球墨铸铁的牌号、组织和性能不同基体的球墨铸铁，性能差别很大。珠光体球墨铸铁的抗拉强度比铁素体基体高50%以上，而铁素体球墨铸铁的延伸率为珠光体基的3-5倍。２球墨铸铁球墨铸铁具有较好的疲劳强度。可以用球墨铸铁来代替钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆、凸轮轴等。球墨铸铁和45钢的疲劳强度强度是碳钢的70~90%。球墨铸铁的突出特点是屈强比高,约为0.7~0.8,而钢一般只有0.3~0.5。

（3）球墨铸铁热处理等温淬火——加热840～900℃,300℃盐浴等温→B下+G等温淬火后可获得高的强度1200~1450MPa和硬度38~51HRC，还具有良好的塑性和韧性300~360kJ/m2。但盐浴的冷却能力有限，只用于截面不大的零件，如受力复杂的齿轮、曲轴、凸轮轴等。退火：去应力退火，加热500～600℃保温；

低温退火，加热720～760℃，P→G+F；

高温退火，900～950℃，P,Cm→G+F；球化剂增大铸件的白口化倾向，当铸件薄壁处出现自由渗碳体和珠光体时，退火获得塑性好的铁素体基体，并改善切削性能，消除铸造应力。调质

——加热850～900℃油淬,550～600℃回火→S回+GS回强度高，塑性、韧性也比正火的珠光体基体好，适用于综合机械性能要求较高的零件，如连杆、曲轴等，后续还可以进行表面淬火及低温回火。正火：低温正火，840～860℃→P+F+G，塑韧性较好。

高温正火，880～920℃→P+G+少量F，强度较高细化组织，增加P%，提高强度、耐磨性。3.蠕墨铸铁——在铁水浇注前加蠕化剂而得牌号——如RuT420

，表示b≥420。性能

——其力学性能介于球墨铸铁与灰铸铁之间，强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，强度接近于球墨铸铁。有一定的韧性、较高的耐磨性；又有和灰铸铁一样良好的铸造性能和导热性。应用

——高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。进气管排气管组织

——钢基体+蠕虫状G稀土硅铁、稀土镁钛蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，牌号——如KT300-6，表示b≥300，≥6％组织——钢基体+团絮状G性能——它有较高的强度、塑性和冲击韧性，强度、塑韧性优于HT，低于QT。可以部分代替碳钢。F+P基×500F基×500F基×1004.可锻铸铁不可锻造

由白口铸铁经长时间石墨化退火（900-960℃）而得。与球铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、铁水处理简单、容易组织流水生产等优点。尤其对于薄壁件，若采用球铁易生成白口，需要进行高温退火，采用可锻铸铁更适宜。可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢4.可锻铸铁可锻铸铁的生产和热处理●第一步，先铸造成白口铸铁，不允许有石墨出现，否则在随后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到团絮状石墨；●第二步，将白口铸铁加热到900℃~960℃，长时间保温，使共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石墨化过程。随后以较快的速度（100℃/h）冷却通过共析转变温度区，得到珠光体基体的可锻铸铁。若第一阶段石墨化保温后慢冷，使奥氏体中的碳充分析出，完成第二阶段石墨化，并在冷至720℃~760℃后继续保温，使共析渗碳体充分分解，完成第三阶段石墨化，在650℃~700℃出炉冷却至室温，可以得到铁素体基体的可锻铸铁。

可锻化退火时间要几十小时，为了缩短时间，并细化组织，提高机械性能，可在铸造时采取孕育处理。采用0.001%硼、0.006%铋和0.008%铝的孕育剂，可将退火时间由70多小时缩短至30小时。5.合金铸铁在铸铁中加入某些元素以形成具有特殊性能的铸铁(合金铸铁)（一）耐磨铸铁

灰铸铁中提高磷含量

磷的质量分数提高到0.4%~0.6%(高磷铸铁），生成磷共晶（F+Fe3P,P+Fe3P或F+P+Fe3P），呈断续网状的形态分布在珠光体基体上，磷共晶硬度高，有利于耐磨。

白口铸铁中加入Cr、Ni、Mo、V元素（二）耐蚀铸铁向铸铁中加入Si、Al、Cr、Cu、Ni、P等元素。形成保护膜，或使基体电极电位升高6.7铝及铝合金

1.基本数据

铝7.45%1825银白色光泽13Al273s23p1fcca=4.0495Å无同素异构转变无磁性σb=80~100MPaδ=30~50%φ=80%Tm=660.4℃ρ=2.72g/cm365%IACS2.特点(1)纯铝密度小，铝合金比强度(σb/ρ)高(2)有优良的物理、化学性能(3)加工性能良好铝合金制造的机翼一、铝及铝合金特点1.高纯铝纯度99.93～99.99%，牌号L01、L02、L03、L04，编号越大，纯度越高。纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。2.工业高纯铝纯度98.85～99.9%，牌号L0、L00。主要用于制作铝箔、包铝、冶炼铝合金的原料

3.工业纯铝纯度98.0～99.0%，牌号L1、L2、L3、L4、L5，编号越大，纯度越低。主要用于制作电线、电缆、器皿及配制合金。二、纯铝铝中加入合金元素后，可获得铝合金。

铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金可通过冷变形提高强度，也可用热处理大幅度改善性能。常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。

铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。三、铝合金1.铝合金的分类根据成分及工艺特点，分为形变铝合金和铸造铝合金两大类（2）形变铝合金成分低于D的合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变形加工①成分小于F点的合金称为不可热处理强化铝合金②成分在FD之间的合金称为热处理可强化铝合金．（1）铸造铝合金成分高于D的合金,由于冷却时有共晶反应发生,流动性较好,适于铸造生产合金强化的主要方式:冷变形强化合金强化的主要方式:固溶-时效强化和细晶强化三、铝合金变质处理2.铝合金的强化

（1）固溶强化合金元素加入纯铝中可形成有限固溶体，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等，能获得高的强度，而且有较大的极限溶解度，能起较大的固溶强化效果。

（2）冷变形强化对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻碍位错运动，提高合金强度。热处理不可强化铝合金、纯铝（3）细化组织强化在铝合金中添加微量元素细化组织，可提高铝合金力学性能(既提高强度又改善塑性)。铸造铝合金变质处理后，×100ZL102的铸态组织，未变质，×500变质前，σb=137.2MPaδ=3%共晶体（粗针状Si+α基体）+初晶Si变质后，σb=174.6MPaδ=8%共晶体（细点状Si+α基体）+初晶α变质处理2%~3%变质剂(钠盐混合物2/3NaF+1/3NaCl)Al-Si合金(13%Si)（4）时效强化①固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和单相固溶体组织。固溶处理后得到的组织是不稳定的，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向。②时效是指将过饱和的固溶体在室温下放置或低温加热时会发生分解，析出弥散强化相，强度和硬度会明显升高。加热固溶淬火过饱和时效析出热处理可强化铝合金在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。以Al-4%Cu合金为例：该合金的时效基本过程可以概括为：合金淬火过饱和α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′析出平衡相(CuAl2)+平衡的α固溶体。

③时效组织演变含4%Cu的Al-Cu合金，加热到550℃并保温一段时间后,在水中快冷时,θ相(CuAl2)来不及析出,合金获得过饱和的α固溶体组织,其强度为σb=250MPa若在室温下放置,随着时间的延续,强度将逐渐提高,经4~5天后σb可达400MPa。时效加热固溶淬火过饱和时效析出含4%Cu铝合金的时效曲线

时效时间/d时效强化效果与加热温度和保温时间有关。⑤时效规律④合金发生时效的条件a.合金能在高温形成均匀的固溶体b.固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。a.时效温度越高,强度峰值越低,强化效果越小;b.时效温度越高,时效速度越快,强度峰值出现所需时间越短;c.低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性,抑制时效的进行加热固溶淬火过饱和时效析出根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。1XXX系工业纯铝2XXX系Al-Cu合金3XXX系Al-Mn合金4XXX系Al-Si合金5XXX系Al-Mg合金6XXX系Al-Mg-Si合金7XXX系Al-Zn合金8XXX系其它变形铝及铝合金牌号表示方法3、变形铝合金GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为:防锈铝合金：LF+序号不可热处理强化硬铝合金：LY+序号超硬铝合金：LC+序号锻铝合金：LD+序号铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属铝合金牌号表示方法（1）防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。卫星天线（LF2）防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。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。

(2)硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。