工程材料第六章

第六章金属材料基础知识合金(héjīn)结构钢合金工具钢特殊性能钢铸铁有色金属及合金共二百零七页第一节工业用钢工业用钢按化学成分分为(fēnwéi)碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。合金钢是指为了(wèile)提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。

共二百零七页1.

钢中的杂质(zázhì)1、Mn:

0.8%时为杂质(zázhì),是有益元素。作用为：①强化铁素体；②消除硫的有害作用。一、杂质元素对性能的影响钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入或脱氧残留的元素。共二百零七页①强化铁素体；②增加钢液流动性。3、S：是有害元素。常以FeS形式存在。易与Fe在晶界上形成低熔点(róngdiǎn)共晶(985℃)，热加工时(1150~1200℃)，由于其熔化而导致开裂，称热脆性.钢中的硫应控制在0.045%以下.2、Si：

0.4%时为杂质(zázhì)，是有益元素。作用为：

共二百零七页Mn可消除硫的有害作用,FeS+Mn→Fe+MnS，MnS熔点高(1600℃)。4、P：也是有害元素。能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，称冷脆性。P一般控制(kòngzhì)在0.045%以下.共二百零七页第一节钢的分类(fēnlèi)及编号一、钢的分类(fēnlèi)1、按化学成分分

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%碳素钢合金钢共二百零七页钢类碳素钢合金钢PSPS普通质量钢≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045优质钢≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高级优质钢≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特级优质钢≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0152、按质量分钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级(tèjí)优质钢.根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：共二百零七页5、按用途(yòngtú)分

工程用钢

建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢挤压模具共二百零七页1．化学热处理都是通过

、

和

三个基本过程完成的。2．工业用钢按用途分为

钢、

钢、

钢。3.钢中常存杂质元素(yuánsù)中，有益元素(yuánsù)是

有害元素是

4．合金渗碳钢渗碳后必须进行

热处理。A淬火+高温回火；B淬火+中温回火；C淬火+低温回火；D淬火+退火5.化学热处理与其他热处理方法的根本区别是

A加热温度B组织变化C钢成分变化D性能变化6．钢的质量等级的分类是按钢的

区分的。A力学性能B钢的含碳量C杂质S、PD有益的Mn、Si共二百零七页7．渗氮零件渗氮后必须经淬火、回火后方可使用。8．渗碳零件经渗碳后就可以加工使用。9.感应加热(jiārè)表面淬火，淬硬层深度取决于电流频率，频率越高，淬硬层越浅，反之越深10.铁碳合金中，一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体的成分和晶体结构相同，是同一相共二百零七页

本节讲授的内容【重点内容】1.合金元素在钢中的作用，尤其是合金元素对钢的热处理的影响；2.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；3.各类合金结构钢的成分，热处理方法，热处理后的组织，性能的特点以及主要用途。【本章难点(nádiǎn)】合金元素的作用、合金钢的牌号。【基本要求】1.掌握合金元素在钢中的作用；2.熟悉各常用合金钢的成分、牌号、热处理。共二百零七页齿轮刀具二、钢的编号我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。采用汉语拼音字母表示(biǎoshì)钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母.共二百零七页1、碳素结构钢和低合金高强度钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次(yīcì)下降，质量提高。脱氧方法符号:沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有(méiyǒu)表示脱氧方法的符号。如Q345C。*说明：通常情况下，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。共二百零七页2、优质(yōuzhì)碳素结构钢牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢—平均含碳量为万分之四十五(即0.45%)的优质碳素结构钢。说明：1.含Mn量为0.7~1.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，如40Mn2.高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。共二百零七页3、合金(héjīn)结构钢两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字+……当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；2.牌号(páihào):

60Si2Mn含碳量0.6%含硅量2%含锰量不大于1.5%共二百零七页3.碳素工具钢T+数字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)。*说明:碳素工具钢都是优质以上质量(zhìliàng)的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。丝锥锉刀共二百零七页⑵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(biǎoshì)平均含碳量的千分之几.。5CrMnMo含碳量0.5%,铬、锰、钼的平均含量小于1.5%,2.牌号(páihào):

CrWMn当含碳量大于1.00%时，不标含碳量含碳量不小于1.0%,铬、钨、锰的平均含量小于1.5%,共二百零七页4、铸钢ZG+两位数字ZG表示“铸钢”；其后面(hòumian)第一组数字为屈服点(Mpa);第二组数字为抗拉强度(Mpa).如ZG200-400表示屈服点为200Mpa,抗拉强度为400Mpa的铸钢.共二百零七页

第二节合金元素(yuánsù)在钢中作用一.合金元素对钢的组织(zǔzhī)和性能的影响

合金元素对钢中基本相的影响。

合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。

合金元素对钢的热处理的影响。共二百零七页一)合金(héjīn)元素对钢中基本相的影响在室温下，碳钢的基本相为F和Fe3C。当一定量的合金元素加入(jiārù)钢中时，它们既可以溶入F，也可以溶入Fe3C。与碳亲和力弱的非碳化物形成元素，如Si、Ni、Al、Co等，主要溶入F而形成合金F；而与碳亲和力强的非碳化物形成元素，如Mo、Mn、W、V等，主要与碳结合而形成合金渗碳体或碳化物。共二百零七页1.溶于基体中形成(xíngchéng)合金F1、溶于铁素体,起固溶强化作用非碳化物形成(xíngchéng)元素及过剩的碳化物形成(xíngchéng)元素都溶于铁素体，形成(xíngchéng)合金铁素体.Si、Mn对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧性。共二百零七页2.形成(xíngchéng)碳化物

（1）形成(xíngchéng)合金渗碳体

由于与碳的亲和力比铁强，碳化物形成元素将置换渗碳体中的部分铁原子(yuánzǐ)而形成合金渗碳体。Mn是弱碳化物形成元素，大部分溶入铁素体，只有少部分溶入渗碳体（2）特殊碳化物

中强碳化物元素:Cr、Mo、V、Ti、Nb、Zr等，除了部分溶入铁素体和渗碳体之外，还形成自己特殊的碳化物TiC、NbC、VC。这些碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性更高，是各种工具和模具钢中的主要强化相。共二百零七页二)合金元素对Fe-Fe3C相图(xiānɡtú)的影响扩大奥氏体区缩小(suōxiǎo)奥氏体区改变共晶点和共析点的参数共二百零七页⑴Ni、Mn、Co、C、N等是扩大奥氏体相区的元素(yuánsù)，使A1、A3点下降，JE线上升。锰对奥氏体相区的影响1.扩大(kuòdà)奥氏体区的合金元素共二百零七页2.缩小(suōxiǎo)奥氏体区的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素，使A3线温度上升(shàngshēng),JE线温度下降。。共二百零七页3.改变(gǎibiàn)共晶点和共析点参数的元素几乎所有(suǒyǒu)的合金元素。作用:使S点和E点的成分向左移。使A1线的温度变化。三)合金元素对钢的热处理的影响加热时对奥氏体形成的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响共二百零七页1.合金元素(yuánsù)对加热时奥氏体形成的影响除Mn元素外,所有(suǒyǒu)合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大(Si、Ni、Cu、Co等)。共二百零七页2.合金元素(yuánsù)对过冷奥氏体转变的影响

除

Co元素外,所有的合金(héjīn)元素均使钢的TTT曲线向右移。降低钢的临界冷却速度。提高钢的淬透性。

除Co、Al元素外,所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。因而增加了钢中残余奥氏体的数量

提高钢的淬透性,常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。共二百零七页3.合金元素(yuánsù)对回火转变的影响回火(huíhuǒ)抗力的增加

(temperresistance)二次硬化的产生(secondaryhardening)产生回火脆性(temperbrittleness)共二百零七页淬火碳钢回火时的硬度变化3、对回火转变的影响⑴提高耐回火性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称耐回火性。合金(héjīn)元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集，并使其转变移向更高的温度，所以，与碳钢相比，淬火后的合金(héjīn)钢回火时，其硬度降低过程将变缓，因而具有较高的耐回火性。对于(duìyú)同一回火温度，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。共二百零七页⑵产生二次硬化含高W、Mo、Cr、V钢淬火后在500~600℃回火(huíhuǒ)时，其硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化。产生的原因:含上述合金元素较多的合金钢,在该温度范围内回火时,将析出细小、弥散的特殊碳化物,如Mo2C、W2C、VC等,这类碳化物硬度很高,在高温下非常稳定,难以聚集长大,能有效阻碍位错运动,具有高温强度。高速钢共二百零七页第三节结构钢

结构钢按用途可分为工程用钢和机器用钢。工程用钢主要是用于各种工程结构，它们大都是普通结构钢（碳素结构钢和低合金高强度结构钢）机器用钢主要是用于制造(zhìzào)机器零件，一般都要经过热处理后使用，大多是优质结构钢（优质碳素钢和合金结构钢）按照其用途和热处理特点，又可分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢。共二百零七页对结构钢的性能要求为：使用性能以强韧性(rènxìnɡ)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.铜陵长江公路大桥普通(pǔtōng)结构钢共二百零七页1、成分：<0.4%C,P、S量及非金属夹杂较多.2、性能：可焊性、塑性(sùxìng)好。3、热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。4、使用状态下组织：F+P一、普通(pǔtōng)结构钢螺纹钢圆钢共二百零七页5、用途常以热轧板、带、棒及型钢使用(shǐyòng)，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。热轧钢板螺纹钢黄河小浪底枢纽工程共二百零七页1、性能要求⑴高强度及足够韧性。⑵良好的焊接性能。⑶良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度(wēndù)。2、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。二、低合金高强度结构钢共二百零七页3、热处理：大多数热轧空冷后使用(shǐyòng)。少数可用正火+高温回火处理。4、使用状态下组织：F+P低合金高强钢合金元素细化晶粒作用①Mn的作用(zuòyòng)是强化铁素体；增加珠光体的量。②V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。③另外加Cu、P可提高耐蚀性。共二百零七页Q460钢含Mo、B，正火组织(zǔzhī)为B，强度高，用于石化中温高压容器。压力容器南京长江大桥

Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢(xínggāng)结构。

Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。万吨远洋轮共二百零七页优质结构钢P、S含量控制(kòngzhì)在0.035%以下

渗碳(shèntàn)钢c含量0.15-0.25调质钢c含量0.25-0.55

弹簧钢c含量0.45-0.85滚动轴承钢c含量

0.95-1.15热处理特点：需要进行热处理共二百零七页制造渗碳零件的钢种。1、性能要求⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。⑵良好(liánghǎo)的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。三、渗碳(shèntàn)钢渗碳炉渗碳件—传动齿轮共二百零七页2、成分(chéngfèn)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、Si②细化晶粒：Cr、Ti、Ni、V③防止出现第二类回火脆性：W、Mo渗碳件高精密独立导柱共二百零七页渗碳淬火后的表层组织3、热处理特点渗碳件的加工工艺路线(lùxiàn)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(qiēxiāo)加工。淬火温度一般为Ac1+30-50℃。4、使用状态下组织心部：M回+F表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)；共二百零七页4.渗碳(shèntàn)钢牌号20

Mn2

TiA等级:高级优质含钛量WTi≤1.5%含锰量WMn

2%含碳量WC

20%00共二百零七页5.典型(diǎnxíng)渗碳钢种介绍

低淬透性渗碳钢：合金元素总量＜3%，典型钢种：15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油(cháiyóu)机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性渗碳钢合金元素总量在4%左右。典型钢种：20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴活塞销(20Cr)共二百零七页高淬透性渗碳钢合金元素总量在4%～6%。典型钢种：18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大载荷(zàihè)的耐磨件，如柴油机曲轴。

柴油机曲轴共二百零七页20CrMnTi钢制造齿轮的

热处理工艺(gōngyì)曲线共二百零七页调质件（螺杆）调质后使用的钢种。1、性能要求(yāoqiú)⑴良好的综合力学性能.⑵良好的淬透性。四、调质(diàozhì)钢共二百零七页2、成分特点⑴中碳：0.3~0.5%C⑵合金元素(yuánsù)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）破碎机主轴共二百零七页3、热处理及组织特点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→装配(zhuāngpèi)调质目的：获得良好综合力学性能使用状态下的组织为：S回为提高表面(biǎomiàn)耐磨性，调质后可进行表面(biǎomiàn)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回共二百零七页柴油机凸轮轴4、常用钢号及用途低淬透性钢：D0油<30~40mm,常用45、40Cr,用于制造较小的齿轮(chǐlún)、轴、螺栓等。中淬透性钢：D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。共二百零七页高淬透性钢：D0油>60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重载荷(zàihè)零件，如曲轴等。合金结构钢曲轴单缸汽车曲轴共二百零七页制造弹簧或类似性能零件的钢种。1、性能要求弹簧是利用弹性变形储存(chǔcún)能量或缓和冲击的零件。⑴高的σs，σs/σb；高的σ-1；足够的韧性⑵高的淬透性。五、弹簧钢共二百零七页40Cr钢制造(zhìzào)连杆螺栓的

热处理工艺曲线共二百零七页2、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(tígāo)淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提高

s/

b：Si③

细化晶粒：V汽车弹簧弹簧丝共二百零七页3、热处理及组织特点⑴冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型(dìngxíng)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)汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧共二百零七页5、常用钢号及用途(yòngtú)Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。Cr、V弹簧钢，如50CrV，50CrMnA，55SiMnMoVNb用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。大型热卷弹簧汽车板簧共二百零七页五.滚动轴承(gǔndòngzhóuchéng)钢(bearingsteel)1.性能(xìngnéng)要求:高的硬度强度和耐磨性;高的接触疲劳强度;足够的韧性和耐蚀性;高的纯净度;滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承共二百零七页2、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(zuòyòng)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(zēngjiā)而使硬度和稳定性下降。共二百零七页3、热处理和组织特点滚动轴承钢是过共析钢。⑴热处理：球化退火+淬火+低温(dīwēn)回火⑵组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)淬火后进行冷处理(-60~-80℃),可以减少A’、稳定(wěndìng)尺寸.轴承生产车间共二百零七页滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承4、常用钢号及用途应用(yìngyòng)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.向心球轴承共二百零七页4.滚动轴承(gǔndòngzhóuchéng)钢的牌号GCr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5%含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr≈0.9%

滚动轴承钢共二百零七页

解释下列符号所表示的金属材料：

45；T12A；Q235－D；Q345-B；20CrMnTi；40Cr；60Si2Mn；GCr15；9SiCr；W18Cr4V；ZGMn13T10A

2.选材题

1.汽车缓冲弹簧(tánhuáng)；2.滚动轴承；

3.载重汽车齿轮；4.拖拉机变速箱齿轮；

5.活塞销；6.船舶、桥梁

a：GCr15SiMn；b：40Cr

c：55Si2Mn；d：20CrMnTi

e：20Cr；f：Q345

共二百零七页根据(gēnjù)其用途特点工具钢的分类(fēnlèi)分类原则第四节工具钢刃具钢模具钢量具钢共二百零七页模具刃具量具共二百零七页根据(gēnjù)其化学成分特点工具钢的分类(fēnlèi)分类原则碳素工具钢低合金工具钢高合金工具钢中合金工具钢共二百零七页工具钢性能要求:1、高硬度

(≥HRC60),主要取决于含碳量。2、高耐磨性

靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。3、高热硬性

即高温下保持高硬度的能力(nénglì)。4、足够的韧性

以防止脆断和崩刃。切削加工的基本形式共二百零七页用来(yònɡlái)制造各种切削刀具的钢种。一、刃具(rènjù)钢切削加工共二百零七页一.碳素刃具钢共有七个牌号(páihào)：T7~T13

1、成分特点：高碳(0.65~1.35%C)随含碳量提高(tígāo)，碳化物量增加，耐磨性提高(tígāo)，但韧性下降。

碳素工具钢带碳素工具钢材料共二百零七页2、热处理及组织⑴热处理：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(shǐyòng)状态下的组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)

球状珠光体T12钢正常淬火组织共二百零七页3、用途由于碳钢热硬性(yìngxìng)、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。T7~T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。木工凿手锤木工钻共二百零七页T10~T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀(chēdāo)等。T12~T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥锉刀手锯条钻头共二百零七页二.合金(héjīn)刃具钢(alloycuttingsteel)种类:低合金刃具(rènjù)钢;高速钢。牌号:合金元素及含量千分之几的含碳量

9

SiCr

W18Cr4V共二百零七页1.低合金刃具(rènjù)钢1.性能(xìngnéng)要求:高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性,工作温度不超过300℃。2.化学成分特点:*高碳0.75~1.5%C*加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素。3.热处理特点:球化退火淬火+低温回火

典型钢号：9SiCr，CrWMn，GCr15等共二百零七页3、常用钢号及用途应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形(biànxíng)小的低速刃具，如丝锥、板牙等.

丝锥板牙低合金工具钢扳手共二百零七页9SiCr钢板牙热处理工艺(gōngyì)曲线板牙球化退火淬火+低温回火

共二百零七页2.高速钢

俗称(súchēnɡ)：锋钢、风钢;

(1)性能(xìngnéng)要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上)、有一定的强度和韧性。代表钢种：W18Cr4V(18-4-1钢),W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)车刀铣刀钻头共二百零七页(2)化学成分特点(tèdiǎn):高碳0.7～1.5%:钨18%:钼5%:铬4%:钒1.5%:

保证(bǎozhèng)高硬度退火状态下形成M6C碳化物,在560℃左右回火时,弥散析出W2C,造成二次硬化,提高钢的红硬性。1%Mo的作用等同于2%W。形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。形成VC,硬度极高,

提高钢的硬度和耐磨性,产生二次硬化。钨、钼的作用:保证高的热硬性铬、钒的作用:保证高的热硬性和耐磨性共二百零七页3、高速钢加工与热处理的特点加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火(huíhuǒ)→磨削高速钢是莱氏体钢，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法(wúfǎ)热处理改善。W18Cr4V铸造组织130

共二百零七页W18Cr4V钢的铸态组织(zǔzhī)W18Cr4V铸态组织420

共二百零七页锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依靠反复(fǎnfù)多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织210

共二百零七页⑵退火目的：降低(jiàngdī)硬度，便于切削加工；为淬火作组织准备。退火后的组织：S+颗粒状碳化物⑴锻造目的：打碎粗大的鱼骨状共晶(ɡònɡjīnɡ)碳化物，使其均匀地分布于基体中。

W18Cr4V球化退火组织420

共二百零七页⑶淬火目的:获得高合金元素(yuánsù)含量的马氏体。因此淬火温度高(>1200℃)。淬火(cuìhuǒ)后组织：

M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V钢的淬火组织共二百零七页回火时的组织变化：①析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。②碳及合金(héjīn)元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。即所谓的二次淬火。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，从而保证了钢的热硬性⑷回火目的：主要为减少(jiǎnshǎo)A’。消除内应力、稳定组织。高速钢硬度与回火温度关系共二百零七页W18Cr4V钢的热处理过程(guòchéng)示意图共二百零七页*淬火(cuìhuǒ)后A残约20～25%。*第一次回火(huíhuǒ)后A残约剩15～18%。*第二次回火后A残约剩3～5%。*第三次回火后A残约剩1～2%。回火后的组织:M回+Cm+A残

(1～2%)组织硬度为HRC65以上。共二百零七页W18Cr4V淬火(cuìhuǒ)+一次回火组织W18Cr4V淬火+一次回火组织105

共二百零七页W18Cr4V淬火(cuìhuǒ)+三次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织420

共二百零七页不同(bùtónɡ)状态下W18Cr4V的组织铸态淬火回火态淬火态退火态共二百零七页三.合金(héjīn)模具钢(alloydiesteel)热作模钢:工作温度为600℃以上(yǐshàng)。冷作模钢:工作温度为200～300℃。共二百零七页一)热作模钢1.性能(xìngnéng)要求:高的热硬性(yìngxìng)、高温耐磨性;高的抗氧化能力;高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力(防止龟裂);高的淬透性和导热性;

2.化学成分特点:中碳0.3～0.6%;合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。曲轴模具共二百零七页3.热处理特点:*热锻模钢:5CrMnMo热处理工艺:淬火+550℃回火(huíhuǒ)热处理后的组织:S回或T回

温度时间～500℃820～850℃预冷油冷530～550℃回火共二百零七页二)冷作(lěnɡzuò)模钢(colddiesteel)1.性能(xìngnéng)要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小;2.化学成分特点:高碳1～2%;合金元素:Cr,Mo、W、V。汽车冲压模具共二百零七页3.热处理特点:*低淬低回（一次硬化(yìnghuà)法）:淬火+低温回火(950～1000℃)(150～180℃)*高淬高回（二次硬化法）:淬火+三次回火(1100～1000℃)(510～520℃)热处理后的组织(zǔzhī):M回+Cm+A残牌号:Cr12、Cr12MoV共二百零七页制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规(kuàiguī)、塞规等。三、量具(liángjù)钢卡尺塞规千分尺共二百零七页四.合金(héjīn)量具钢(alloymeasuringsteel)1.性能(xìngnéng)要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;高的尺寸稳定性;足够高的心部韧性;热处理变形小;尺寸稳定;良好的耐蚀性;卡尺量规千分尺共二百零七页3.热处理特点(tèdiǎn):4.热处理后的组织(zǔzhī):

M回

+Cm淬火冷处理(-70～-80℃)低温回火时效处理(120～130℃,几十小时)5.牌号:CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr、T12A、60等。2.化学成分特点:高碳0.9～1.5%;合金元素:Cr,Mn、W。共二百零七页CrWMn钢制造块规(kuàiguī)退火后的

热处理工艺～650℃820～840℃油冷3h-70～-80℃冷处理110～120℃时效(shíxiào)处理精磨3h研磨温度时间～650℃820～840℃油冷3h-70～-80℃冷处理140～160℃3h110～120℃36h时效处理精磨温度时间共二百零七页第四节特殊(tèshū)性能钢

(specialperformancesteel)不锈钢(stainlesssteel)耐热钢(heat–resistantsteel)耐磨钢(wear–resistantsteel)共二百零七页化工管道的腐蚀裂解管内壁的高温腐蚀减薄化学腐蚀是指金属在非电解质(fēidiànjiězhì)中的腐蚀。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。一、不锈钢在腐蚀(fǔshí)介质中具有耐蚀性能的钢。㈠金属的腐蚀金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。

共二百零七页防止电化学腐蚀的措施：①获得均匀的单相组织(zǔzhī)。②提高合金的电极电位。③使表面形成致密的钝化膜.工业(gōngyè)发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少达400亿元以上.珠光体腐蚀示意图电解液Zn-Cu原电池示意图ZnZn共二百零七页2、晶间腐蚀：是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大.（主要原因：由于晶界析出Cr23C6，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。改善方法(fāngfǎ)：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析出晶间腐蚀共二百零七页晶间腐蚀破坏(pòhuài)实例304不锈钢消火栓齿轮架共二百零七页2）Cr：是提高耐蚀性的主要(zhǔyào)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3）Ni：获得单相奥氏体组织。4）Mo：耐有机酸腐蚀。5）Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀.4.化学成分特点(tèdiǎn):*低碳:耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。*合金元素:主加Cr。辅加Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn等。共二百零七页5.常用(chánɡyònɡ)的不锈钢:*马氏体型不锈钢*铁素体型不锈钢*奥氏体型不锈钢共二百零七页7、常用不锈钢（一）马氏体不锈钢主要是Cr13型不锈钢

钢号为1Cr13~4Cr13随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降(xiàjiàng).⑴1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火使用状态下的组织:S回不锈钢棒共二百零七页1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好(liánghǎo)的综合力学性能。用于要求塑韧性(rènxìnɡ)较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等.汽轮机叶片透平转轮共二百零七页⑵3Cr13、4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织(zǔzhī)：M回。具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械不锈钢刀共二百零七页1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器（二）铁素体不锈钢典型(diǎnxíng)钢号1Cr17等。⑴成分：高铬低碳⑶组织(zǔzhī)：单相铁素体共二百零七页⑸用途广泛(guǎngfàn)用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。合成氨厂硝酸生产装置铁素体不锈钢制品共二百零七页（三）奥氏体不锈钢主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。⑴性能(xìngnéng)特点：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。⑵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(zǔzhī)为单相奥氏体。不锈钢带共二百零七页⑶常用钢种为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti广泛(guǎngfàn)用于化工设备及管道.反应釜(316L)大型化工储罐(304)热交换器(316L)共二百零七页㈠性能要求1、高的抗氧化性：指钢在高温下对氧化作用的抗力。钢中加入Cr、Si、Al可形成(xíngchéng)致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。二、耐热钢气轮机叶片共二百零七页飞机发动机过热器2、高的热强性热强性是指金属在高温下的强度.指标(zhǐbiāo)为蠕变强度和持久强度。共二百零七页涡轮机机壳钢制法兰㈡常用耐热钢1、珠光体耐热钢常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。⑴合金元素作用：

Cr提高抗氧化性；Mo提高热强性V弥散(mísàn)强化。共二百零七页⑵热处理：正火+高温回火(huíhuǒ)⑶组织:F+P

⑷用途：600℃以下(yǐxià)的锅炉零件,压力容器，热交换器等。

烟管式锅炉锅炉管共二百零七页2、马氏体耐热钢常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2⑴合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高热强性(T再);V弥散强化(qiánghuà)。⑵热处理：调质。⑶组织：S回。汽轮机叶片共二百零七页⑷用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下(yǐxià)汽轮机叶片；4Cr9Si2是汽车阀门用钢。汽车阀门锅炉安全泄压阀(2Cr13)共二百零七页过热器管排过热器集箱3、奥氏体耐热钢最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是获得(huòdé)单相奥氏体;Ti的作用是弥散强化。主要用于过热器管道等。共二百零七页三.耐磨钢(wear-resistantsteel)是指在冲击载荷作用下发生(fāshēng)冲击硬化的高锰钢.球磨机挖掘机颚式破碎机1、成分(chéngfèn)特点:⑴高碳：0.9~1.5%C,以保持高耐磨性。⑵高锰：11~14%Mn共二百零七页5.牌号(páihào)ZGMn13锰含量WMn

13%铸钢共二百零七页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(lǚdài)板、球磨机衬板、破碎机牙板(yábǎn)、挖掘机铲齿和铁路辙岔等.

履带球磨机衬板挖掘机铲齿铁路辙岔破碎机牙板共二百零七页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+低温回火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A总结(zǒngjié)：各类钢种代表钢号共二百零七页1.20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种（）使用。

A．合金渗碳钢

B．合金弹簧钢

C．合金调质钢

D．滚动轴承钢2．要制造(zhìzào)一批锉刀，请选择合适的材料

。A.45 B.9Mn2VC.T12 D.7Cr173.不锈钢按其金相显微组织不同，常用的有以下三类：（），（），奥氏体型不锈钢。判断正误1.GCr15SiMn钢是滚动轴承钢，Cr12MoV钢是不锈钢，2.W18Cr4V钢是不锈钢。3.40Cr钢是合金渗碳钢。4.20CrMnTi钢是合金调质钢。

共二百零七页选材题1.医用手术刀2.高速铣刀3.精密量具4.拖拉机的履带板5.丝锥和板牙(bǎnyá)a:ZGMn13;b:CrWMn;c:W18Cr4V;d:9SiCre:4Cr133．高速工具钢的化学成分特点是什么?它的热处理有何特点?共二百零七页第六节铸铁(zhùtiě)铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。工业上常用铸铁的成分范围是：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si，0.5~1.4Mn，0.01~0.50%P，0.02~0.20%S，有时(yǒushí)还含有一些合金元素，如：Cr、Mo、V、Cu、Al等。虽然铸铁的机械性（抗拉强度、塑性、韧性）较低，但是由于其生产成本低廉，具有优良的铸造性、可切削加工性、减震性及耐磨性，因此在现代工业中仍得到了普遍的应用。共二百零七页例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴(qūzhóu)等都可用铸铁制造.铸铁曲轴内燃机汽缸共二百零七页第一节概述

一、铸铁的石墨化过程

二、铸铁的特点及分类(fēnlèi)第二节常用铸铁

一、灰铸铁

二、可锻铸铁

三、球墨铸铁

四、蠕墨铸铁共二百零七页一、铸铁的石墨化过程1、Fe-Fe3C和Fe-G(石墨)双重相图Fe3C是亚稳相，在一定条件(tiáojiàn)下将发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨）共晶白口铸铁F基体球墨铸铁第一节概述(ɡàishù)共二百零七页石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸铁中的碳除少量固溶于基体(jītǐ)中外,主要以化合态的渗

碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式(xíngshì)存在。石墨的结构共晶白口铸铁F基体灰铸铁共二百零七页存在两个铁碳相图(xiānɡtú)：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C共二百零七页2、铸铁的石墨化过程铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为(chēnɡwéi)石墨化。铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。台车式石墨化退火炉共二百零七页石墨化分两个阶段：在P’S’K’线以上(yǐshàng)发生的石墨化称为第一阶段石墨化。包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解。P’共二百零七页在P’S’K’线以下发生的石墨化称为(chēnɡwéi)第二阶段石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。P’共二百零七页铸铁的石墨化程度与其组织(zǔzhī)之间的关系

（以共晶铸铁为例）

石墨化进行程度铸铁的显微组织铸铁类型第一阶段石墨化第二阶段石墨化

完全进行完全进行F+G

灰口铸铁部分进行F+P+G未进行P+G部分进行未进行Le’+P+G麻口铸铁未进行未进行Le’白口铸铁共二百零七页共晶白口铸铁F基体球墨铸铁共二百零七页二、铸铁(zhùtiě)的组织、分类与牌号L+GL+Fe3C123共二百零七页1、铸铁的组织特点钢的基体+G（石墨(shímò)）基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种.F+GF+P+GP+G共二百零七页灰铸铁蠕墨铸铁(zhùtiě)球墨铸铁

可锻铸铁

共二百零七页铸铁的分类与牌号表示(biǎoshì)方法

铸铁名称

石墨形态

基体组织

编号方法

牌号实例灰铸铁片状FHT+一组数字数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。

HT100F+PHT150PHT200可锻铸铁团絮状FKTH+两组数字KTB+两组数字KTZ+两组数字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、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伸长率值，%共二百零七页铸铁的分类与牌号(páihào)表示方法（续）铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例球墨铸铁球状FQT+两组数字第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，%。“QT”表示球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕虫状FRuT+一组数字数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号

RuT260F+PRuT300PRuT420共二百零七页工业铸铁的成分(chéngfèn)范围与组织工业铸铁的成分范围温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce共二百零七页⑵耐磨性能好

由于石墨(shímò)本身有润滑作用。⑶消振性能好

由于石墨可以吸收振动能量。⑷铸造性能好

由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好

由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀.2、铸铁的性能特点⑴力学性能低

由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞(kōngdòng)，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较共二百零七页第二节常用铸铁以及(yǐjí)热处理工艺一、灰铸铁灰铸铁是指石墨(shímò)呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。牌号用HT+抗拉强度（最小）汉语拼音“灰铁”。如HT100表示最小抗拉强度为100Mpa的灰铸铁1、组织基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。石墨呈片状分布在这些基体组织之上。共二百零七页铁素体灰铸铁石墨片的三维形貌共二百零七页2）热处理热处理只改变基体组织(zǔzhī)，不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的30~50%,热处理强化效果不大。灰铸铁常用的热处理有：①消除内应力退火②消除白口组织退火③表面淬火灰铸铁件汽缸套活塞环共二百零七页3）用途制造承受压力(yālì)和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。变速箱体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)共二百零七页可锻铸铁石墨化退火工艺曲线

2、可锻铸铁石墨呈团絮状的灰口

铸铁，是由白口铸铁

经石墨化退火获得的。1）组织：基体(F、P)＋团絮状G铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。2）性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。注：可锻铸铁不能经过(jīngguò)锻造加工，只是因为其较灰铸铁有一定的韧性，才称为可锻铸铁。共二百零七页可锻铸铁(zhùtiě)的牌号及用途牌号(páihào)“KT”—“可锻铸铁”、“KTH”—黑心可锻铸铁。“KTB”—白心可锻铸铁，“KTZ”—珠光体可锻铸铁。它们后面的数字分别表示最低抗拉强度（Mpa）和最低延伸率。如：KTH350-10表示最小抗拉强度为350Mpa，最低延伸率为10的黑心可锻铸铁。KTB380-12σbmn=380Mpaδmin=12白心可锻铸铁。KTZ450-06σbmin=450Mpaδmin=6的珠光体可锻铸铁。共二百零七页

可锻铸铁(kěduàn-zhùtiě)的显微组织

黑心可锻铸铁

珠光体可锻铸铁

可锻铸铁的石墨化退火共二百零七页3）用途用于制造形状复杂且承受振动载荷(zàihè)的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等.可锻铸铁管件共二百零七页3、球墨铸铁石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水(tiěshuǐ)经石墨化得到.1）组织：基体（F、F+P、P）+球状G球状石墨是液态铁水经球化处理得到的.球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅钙稀土镁牌号：QT表示“球铁”二字汉语音(yǔyīn)的字首,第一组数字代表最低抗拉强度值,第二组数字代表最低延伸率，QT40-70.共二百零七页球墨铸铁(qiúmò-zhùtiě)的显微组织

铁素体加珠光体球墨铸铁

铁素体球墨铸铁

珠光体球墨铸铁

球墨铸铁中的石墨球

共二百零七页2）性能与热处理强度是碳钢的70~90%。球墨铸铁的突出特点(tèdiǎn)是屈强比(

0.2/

b)高，约为0.7~0.8，而钢一般只有0.3~0.5.球墨铸铁可进行各种(ɡèzhǒnɡ)热处理，如退火、正火、淬火加回火、等温淬火等.

共二百零七页3）用途承受震动、载荷(zàihè)大的零件，如曲轴、传动齿轮等。核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴共二百零七页4、蠕墨铸铁蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来(qǐlái)的一种新型铸铁.蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的.蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金(héjīn)、稀土硅铁钙合金(héjīn)等.蠕墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+蠕虫状G蠕墨铸铁中的石墨共二百零七页蠕墨铸铁的显微(xiǎnwēi)组织蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体铁素体基体共二百零七页蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能(xìngnéng)优于灰铸铁，其力学性能(xìngnéng)介于灰铸铁与球墨铸铁之间。灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁共二百零七页蠕墨铸铁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。如钢锭模、玻璃模具(mújù)、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。

玻璃模具制动鼓共二百零七页第六节有色金属(yǒusèjīnshǔ)及其合金

(ColoredMetalandAlloy)概述铝及铝合金铜及铜合金滑动轴承(huádònɡzhóuchénɡ)合金共二百零七页一、概述(ɡàishù)工业生产中，通常把以铁为基的金属材料称为黑色金属，如钢与铸铁，把非铁金属及其合金称为有色金属，如铅、金属、镍、锌、钛、铜等，金属及合金。有色金属及合金与钢铁材料相比，具有许多(xǔduō)特殊性能，是现代工业生活中不可缺少的金属材料。本章重点介绍铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金及轴承合金。共二百零七页1.铝及铝合金的性能(xìngnéng)特点（1）优良的物理性能（2）抗大气腐蚀性能好

（3）加工(jiāgōng)性能好，比强度高

共二百零七页（1）优良(yōuliáng)的物理性能

密度(mìdù)小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低纯铝的密度(mìdù)2.72g/cm3，仅为铁的1/3，熔点为660.4℃，导电性仅次于Cu、Au、Ag。铝合金的密度也很小，熔点更低，但导电、导热性不如纯铝、铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。共二百零七页（2）抗大气(dàqì)腐蚀性能好铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作(zhìzuò)的容器盛放盐和碱溶液。共二百零七页（3）加工性能(xìngnéng)好，比强度高纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，具有较高的塑性（δ=30～50%，ψ=80%），易于压力加工成型，并有良好的低温性能(xìngnéng)，纯铝的强度低，σn=70Mpa，虽经冷变形强化，强度可提高到150～250Mpa，但也不能直接用于制作受力的结构件.而铝合金通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到500～600Mpa，相当于低合金钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构材料。

共二百零七页2、纯铝的分类(fēnlèi)高纯铝LG1、LG2工业(gōngyè)纯铝L1～L7共二百零七页可将铝合金分为变形(biànxíng)铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类.铝合金分类示意图二、铝合金的分类铝合金一般具有有限固溶型共晶(ɡònɡjīnɡ)相图。共二百零七页铝合金的分类(fēnlèi)形变(xíngbiàn)铝合金铸造铝合金不能热处理强化铝合金

能热处理强化铝合金共二百零七页5、常用(chánɡyònɡ)的铝合金形变(xíngbiàn)铝合金(deformationaluminumalloy)铸造铝合金(castaluminumalloy)共二百零七页1）形变(xíngbiàn)铝合金

(deformationaluminumalloy)（1）防锈铝合金(LF):Al–Mn通过固溶强化(qiánghuà)提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝好)。例如:LF21。Al–Mg通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝轻)。例如:LF2、LF6等。共二百零七页飞机翼梁(腹板为硬铝合金)（2）硬铝合金(LY):Al–Cu–Mg通过(tōngguò)时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。LY1、LY11、LY12。（3）超硬铝合金(LC):Al–Zn–Mg–Cu通过时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度(yìngdù)和强度。但耐蚀性较差。LC4、LC9。飞机主起落架共二百零七页（4）锻铝合金(LD):Al–Mg–Si–Cu具有良好的热塑性,通过固溶处理和人工(réngōng)时效来提高铝合金的力学性能。LD5、LD6、LD10。压气机叶片共二百零七页美F-117隐身战斗机

(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼共二百零七页2）铸造(zhùzào)铝合金

(castaluminumalloy)Al-Si系：代号(dàihào)为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号共二百零七页（1）铸造(zhùzào)铝–硅合金(ZL101～ZL111):活塞(裙部为铝硅合金)

ZL102合金铸造组织(化染)55×共二百零七页（2）铸造铝–铜合金(ZL201～ZL203):有较高的强度(qiángdù)、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。

铝铜合金铸造组织(化染)210×汽缸头共二百零七页（3）铸造(zhùzào)铝–镁合金(ZL301、ZL302):有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸造性能和耐热性较差。

铝镁合金铸造组织(化染)150×鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)共二百零七页4.铸造铝–锌合金(ZL401、ZL402):具有良好的铸造性,经变质处理和时效(shíxiào)处理后,强度高,但耐蚀性差。大型空压机活塞(ZL401)共二百零七页铝合金牌号(páihào)铝合金的牌号表示方法：Al+主要合金元素符号+主要合金元素平均含量，若为铸造铝合金前面加“Z”，如ZAlSi12表示平均硅含量为12%的铸造铝合金。按国家标准规定，防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝代号分别用“LF”、“LY”、“LC”、“LD”等字母及一组顺序号表示，如LF5、LY1、LC4、LD5等，而铸造铝合金的代号用“ZL”两个(liǎnɡɡè)字母和三个数字表示，如ZL102，ZL203,ZL302等共二百零七页第二节铜及铜合金

一、铜及铜合金性能特点纯铜呈紫红色，故又称紫铜(zǐtóng),具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。塑性好.纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。纯铜(紫铜)T1、T2、T3、T4热轧铜合金共二百零七页铜合金纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作(zhìzuò)受力的结构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入合金元素，通过固溶强化，时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Cr、Zr等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜两大类。

共二百零七页黄铜(huánɡtónɡ)

黄铜是以Zn为主要合金元素(yuánsù)的铜合金，具有良好的机械性能，易加工成型，对大气、海水有相当好的抗蚀能力，是应用最广的重要有色金属材料。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。共二百零七页1）普通黄铜Cu-Zn合金

⑴普通黄铜的牌号为：H(黄)+表示(biǎoshì)铜平均百分含量的数字，如H68。⑵从Cu-Zn合金相图可以(kěyǐ)看出黄铜有

和

+

’两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。

共二百零七页普通黄铜的显微(xiǎnwēi)组织

单相黄铜

两相黄铜

共二百零七页单相黄铜塑性好,可进行冷、热加工。常用牌号有H80、H70、H68。其中H70、H68强度较高，大量用作枪弹壳和炮弹(pàodàn)筒，故有“弹壳黄铜”之称。两相黄铜热塑性好,强度高.常用牌号有H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套共二百零七页

2）特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。特殊黄铜的牌号为：H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜平均百分含量(hánliàng)+主加元素平均百分含量(hánliàng),如HPb59-1.HPb59-1表示59%Cu、1%Pb。余量为Zn的铅黄铜黄铜制品黄铜棒共二百零七页常用牌号有HPb63-3、HAl60-1、HSn62-1、HFe59-1等.主要用于船舶及化工零件(línɡjiàn)，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。共二百零七页6、青铜(Cu-Sn)在现在工业上把以加入Al、Si、Be、Mn、Pb、Sn、Ti等主加元素的铜合金均称为青铜。青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量(hánliàng)+其他元素平均百分含量(hánliàng)如QSn4-Zn3(含4%Sn、3%Zn).常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。

青铜制品共二百零七页1）锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%。锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液(róngyè)中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。锡青铜锭Cu-Sn相图共二百零七页常用(chánɡyònɡ)牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蚀承载件,如弹簧(tánhuáng)、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。锡青铜管船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖)共二百零七页2）铝青铜以铝为主加元素(yuánsù)的铜合金，铝含量为5~11%。强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等.主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮(chǐlún)、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等.大型水力发电设备中的抗磨环共二百零七页3）铍青铜以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1