《工程材料与金属热处理》课件（共十一章）-下

第六章工业用钢6.1工业用钢的分类6.1.1分类方法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（

5%）中合金钢（5~10%）高合金钢（

10%）非合金钢

合金钢低合金钢在非合金钢的基础上加入少量合金元素（<3.5%）按碳含量按合金元素总量按合金元素种类铬钢、锰钢、铬镍钢、铬钼钢、铬锰钢、硅锰钢、硅锰钼钒钢、铬镍钼钢等

2、按钢的主要质量等级钢的质量是以磷、硫

的含量来划分的。

普通质量钢（S、P含量最高值≥0.040%）优质钢特殊质量钢（S、P含量最高值≤0.025%）

3、按冶炼时脱氧程度分沸腾钢（脱氧不完全）F镇静钢（脱氧完全）Z特殊镇静钢（进行特殊脱氧）TZ

牌号尾注意：镇静钢、特殊镇静钢表示符号通常可以省略。4、按用途分

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5、按金相组织分珠光体钢贝氏体钢马氏体钢铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢按正火组织分亚共析钢共析钢过共析钢

按退火组织分1.MnMn溶入F和FeC3起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度Mn+S→MnS，降低硫的有害作用，改善钢的热加工性能。一般认为，Mn和Si为钢中的有益元素。2.SiSi溶入F起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度，塑韧性稍微降低6.1.2常存杂质和合金元素在钢中的作用一、常存杂质和合金元素在钢中的作用3.S以FeS的形式存在，使钢的塑性变差；FeS+Fe→低熔点共晶体（985OC）分布在晶界上；在热加工（1000-1200OC）时共晶体熔化→导致钢材沿晶界开裂—“热脆”。Mn与S形成MnS(1620℃）,粒状分布在晶内。钢中的MnS夹杂合金晶界的低熔点硫化物比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性，于1938年冬发生断裂坠入河中。4.PP→溶于F，导致钢材强、硬度↑，塑、韧性↓；特别是使钢在低温时脆性急剧增加—冷脆。

S、P多，脆性大，有害元素；S、P有利的一面，若含量适当可提高钢的切削性能（S≤0.05%、P≤0.045%），易切削钢（改善切削加工性）。激光制导炮弹

氧化物、硫化物、氮化物、硼化物、硅酸盐等降低钢的质量和性能；钢在热加工与热处理时产生裂纹，或在使用时突然脆断。使材料具有各向异性，并使冲击韧度大为降低。5.非金属夹杂物

H：以原子态溶解于钢中，降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，俗称白点。钢中白点钢的氢脆断口6.气体元素合金元素分类（根据与碳亲和力的大小）：强碳化物形成元素：Ti、Nb、Zr、V等中强碳化物形成元素：W、Mo、Cr弱碳化物形成元素：Mn、Fe合金元素对钢的相变、组织和性能的影响

都取决于它们与钢中的Fe或C的相互作用二、合金元素在钢中的作用1）形成碳化物的合金元素：Zr、Ti、Nb、V、W、M0、Cr、Mn、Fe等1、合金元素与碳的作用142）非碳化物合金元素：如Ni、Si、Al、C0、Cu等这些元素只能溶入铁素体形成固溶体或者以第二相形式分布在钢中。2、合金元素与铁的作用图合金元素对铁素体性能的影响a)对硬度的影响b)对韧性的影响3、合金元素对Fe-C合金相图的影响（点、线、区）扩大奥氏体区：

C、N、Co、

Ni、Mn、Cu奥氏体形成元素Mn对相图的影响：低温、低碳缩小奥氏体区：

Cr、Mo、W、

V、Ti、Si、Al铁素体形成元素Cr对铁碳合金相图的影响:高温、低碳使S、E点的含碳量降低（共析温度、成分）727℃缩小γ区扩大γ区0.77％184、合金元素对钢热处理工艺的影响1）对加热时奥氏体化的影响对形成A速度的影响(由C来控制)

Co、Ni加速扩散

Mo、W、V、Ti阻碍扩散对A晶粒度的影响

P、Mn促进

Ti、Nb、V强烈阻碍(AlN)

W、Mo、Cr有一定阻碍作用

Si、Ni、Co、Cu影响不大a）等温转变C曲线的位置与形状：非(弱)碳化物形成元素：Ni、Si、Mn、Cu溶入奥氏体、增大稳定性，使C曲线右移、Ms点降低碳化物形成元素：V、W、Mo、

Cr、Ti不仅使C曲线右移，而且分离成两个“鼻子”2）对钢冷却转变的影响图合金元素对等温转变图的影响a）只改变位置b)位置、形状均改变b）对过冷奥氏体马氏体转变的影响除Co、Al外，大多数合金元素均能降低胍点，使残留奥氏体量增加。影响最显著的合金元素是Mn、Ni、Cr、Mo等。5、对钢回火转变的影响提高钢的回火稳定性：Cr

MoWVNbSi产生二次硬化：MoWVTi在500~600℃

回火时硬度升高回火脆性:

第一类：250~400℃不可逆

第二类：500~600℃可逆(CrMnNi)6.2非合金钢牌号：Q屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号。1、碳素结构钢牌号表示方法—脱氧方法符号:沸腾钢—F；镇静钢—Z；特殊镇静钢—TZ。—Q表示屈服强度，单位是MPa—质量等级符合：A、B、C、D；由A→D，P、S含量依次下降，质量提高。镇静钢—脱氧完全钢。组织致密，成分均匀，力学性能好。沸腾钢—脱氧不完全钢。凝固前产生大量CO气泡，引起沸腾。其成分组织不均匀，强度较低，不适于制造重要零件。6.2.1非合金钢的种类、牌号、性能和用途一、非合金钢牌号表示方法2、优质碳素结构钢牌号表示方法牌号：用两位数字表示，两位数字表示钢中平均含碳量万分之几。

如45钢—平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。①若钢中含Mn量为较高（0.7-1.2%），在两位数字后加元素符号“Mn”，如60Mn。②对于沸腾钢和半镇静钢,在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。③高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。3、碳素工具钢牌号表示方法锉刀丝锥牌号：T+数字组成+字母，其数字表示平均含碳量的千分之几。如T8—其平均含碳量为0.8%。高级优质钢在钢号后加“A”，如T12A。成分特点：含碳量高（0.65-1.4%），低S、P，塑性、韧性差。热处理：淬火+低温回火用途：制造各种量具、刃具、模具工具钢是用于制造刃具、量具和模具的钢种。刃具量具模具表非合金钢的种类、牌号、性能和用途1、成分：P、S含量量及非金属夹杂较多。2、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。螺纹钢圆钢6.2.2碳素结构钢一、普通碳素结构钢4、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。热轧钢板螺纹钢黄河小浪底枢纽工程用途：制造各种重要零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等热处理特点：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等）成分特点：Wc：0.08%～0.70%，S、P<0.035%

全部为优质级以上，如08F，45

若为高级优质钢或特级优质钢，则在钢号后标“A”或“E”，如20A，50MnE

共31个钢号，含低、中、高碳。部分Mn量超标，在钢号尾部标“Mn”。如65Mn二、优质碳素结构钢牌号:用“Y+数字+元素符号”表示，其中“Y”为易的汉语拼音字头，数字表示平均含碳量的万分数。属于专用钢。如Y40Mn表示平均含碳量为0.4%且含Mn较高的易切削结构钢。性能：良好的切削加工性。成分：0.08%～0.50%C，加入一定量的S，Pb，Ca等。用途:多用于自动机床上加工强度要求不高的零件，如螺钉、螺母等。

三、易切削结构钢特殊用途优质碳素结构钢是为了适应某些专业的特殊用途，对优质碳素结构钢的成分和工艺作一些调整，并对性能作出补充规定，即派生出锅炉与压力容器、船舶、桥梁、汽车、农机、纺织机械等一系列专业用钢，并已制定了相应的国家标准。四、其他特殊用途优质碳素结构钢在工业生产中会遇到一些形状复杂的大型零件，不便于用锻压制成毛坯，而铸铁又保证不了塑性的要求。铸钢件2.5吨大齿轮铸件五、铸造碳钢1、成分低中碳（0.15-0.60%C）——考虑到对铸造性能、焊接性能和切削加工性能的要求。低合金铸钢适当提高Mn、Si含量，另外还可添加少量的Cr、Mo等。2、热处理主要是退火、正火，小型铸钢件还可进行调质和各种表面热处理。3、常用钢种碳素铸钢（如ZG270-500）低合金铸钢（如ZGD410-620）注：铸钢的铸造工艺性差，易出现浇不到、缩孔严重、晶粒粗大等缺陷。1、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。

碳素工具钢带碳素工具钢材料6.2.3碳素工具钢2、热处理及组织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3、用途由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。4、牌号：共有七个牌号：T7~T13T7~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6.3合金钢6.3.1合金钢的分类方法低合金钢（

5%）中合金钢（5~10%）高合金钢（

10%）

合金钢按合金元素总量按合金元素种类铬钢、锰钢、铬镍钢、铬钼钢、铬锰钢、硅锰钢、硅锰钼钒钢、铬镍钼钢等

低合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢按主要用途1、合金结构钢牌号：6.3.2合金钢牌号的表示方法2、合金工具钢牌号①如：9SiCr—表示平均含碳量为0.9％且平均含硅量、含铬量均＜1.5％的合金工具钢。②如：Crl2MoV—表示平均含碳量大于1.0％、铬平均含量为12％且钼和钒平均含量均小于1.5％的合金工具钢。3、滚动轴承钢牌号G+Cr的平均质量千分数来表示。如GCrl5，表示钢中平均ωc=1.5％的滚动轴承钢。滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承4、不锈钢和耐热钢牌号碳含量用两位或三位阿拉伯数字表示碳含量最佳控制值(以万分之几或十万分之几计)。只规定碳含量上限者，当碳的质量分数上限不大于0.10％时，以其上限的3/4表示碳含量；当碳的质量分数上限大于0.10％时，以其上限的4/5表示碳含量。对超低碳不锈钢(即碳的质量分数不大于0.030％)，用三位阿拉伯数字表示碳含量最佳控制值(以十万分之几计)。规定上、下限者，以平均碳的质量分数乘以100表示。合金元素含量以化学元素符号及阿拉伯数字表示，表示方法同合金结构钢。钢中有意加入的铌、钛、锆、氮等合金元素，虽然含量很低，也应在牌号中标出。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。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。1、低合金高强度钢6.3.3合金结构钢3）热处理：大多数热轧空冷后使用。少数可用正火+高温回火处理。低合金高强钢合金元素细化晶粒作用①Mn的作用是强化铁素体；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；加RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。4）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良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。2、渗碳钢渗碳炉渗碳件—传动齿轮2）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、B②强化铁素体：

Cr、Mn、Ni③细化晶粒：

W、Mo、Ti、V渗碳件高精密独立导柱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℃。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)；5）常用钢号及用途低淬透性钢：20、20Cr。柴油机凸轮轴活塞销(20Cr)用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。增压柴油机曲轴汽车变速箱齿轮调质件（螺杆）调质后使用的钢种。1）性能要求⑴良好的综合力学性能.⑵良好的淬透性。3、合金调质钢2）成分特点⑴中碳：0.3~0.5%C

⑵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3）热处理特点调质钢的最终热处理通常采用淬火+高温回火(即调汽车、拖拉机上连杆选用40Cr，锻造成形后采用正火，粗加工后调质处理。调质处理车间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。4、合金弹簧钢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3、热处理及组织特点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)汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧4）常用钢号及用途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，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。大型热卷弹簧汽车板簧

⑴高而均匀的硬度和耐磨性。⑵高的

b和接触疲劳强度。⑶足够的韧性、淬透性和耐蚀性.5、滚动轴承钢用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。1）性能要求轴承工作时,承受接触应力(达3000~3500MPa)、周期性交变载荷(频率达数万次/分)和摩擦。圆柱滚子轴承自动调心球轴承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。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’、稳定尺寸.轴承生产车间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.向心球轴承用于制造在特殊工作条件或特殊环境(腐蚀、高温等)下具有特殊性能要求的构件和零件的钢材，称为特殊性能钢。特殊性能钢一般包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。6.3.4特殊性能钢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。1、不锈钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。1）金属的腐蚀金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。

不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。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。工业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到400亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图珠光体腐蚀示意图电解液2）不锈钢中合金元素的作用（1）低碳：碳高，则降低耐蚀性。（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(n/8规律)（3）Ni：获得单相奥氏体组织。（4）4、Mo：耐有机酸腐蚀。（5）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破坏304不锈钢消火栓齿轮架3）常用不锈钢（1）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.①1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火使用状态下的组织:S回不锈钢棒1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等.汽轮机叶片透平转轮②3Cr13、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。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械不锈钢刀1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器2）铁素体不锈钢典型钢号如0Cr13、1Cr17等。⑴成分：高铬低碳⑵无α↔γ相变，不能进行热处理强化。⑶组织：单相铁素体钢中σ相⑷性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：①475℃脆化：加热到450~550℃停留，产生脆化.

再加热到600℃快冷可消除。②

相脆化：在600~800℃长期加热时，析出硬而脆的

相。⑸

用途广泛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3）奥氏体不锈钢主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。⑴性能特点：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。组织为单相奥氏体。不锈钢带⑶常用钢种为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti广泛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)1）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可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。2、耐热钢气轮机叶片飞机发动机过热器（2）高的热强性热强性是指金属在高温下的强度.指标为蠕变强度和持久强度。蠕变指金属在高温低于σs的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形.提高高温强度的途径:

①固溶强化；②析出强化；③晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量)高温合金中的‘析出相高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物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。⑵热处理：调质。⑶组织：S回。汽轮机叶片⑷用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片；4Cr9Si2是汽车阀门用钢。汽车阀门锅炉安全泄压阀(2Cr13)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的作用是获得单相奥氏体;Ti的作用是弥散强化。热处理采用固溶处理组织为单相A。主要用于过热器管道等。是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢，也称奥氏体锰钢.1）成分特点高碳：0.7～1.35％C

以保持高耐磨性。高锰：6～15％Mn

以保证形成奥氏体组织.3、耐磨钢高锰钢铸件高锰钢2）热处理铸态组织为奥氏体+碳化物,性能硬而脆.热处理：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：过饱和单相奥氏体。高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件3）使用及用途水韧处理后，韧性高，硬度低。使用时必须伴随着压力和冲击作用，表层加工硬化（A→M+ε）。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。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、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等。如ZG120Mn13Cr2。挖掘机铲齿履带按用途分模具刃具量具刃具钢模具钢量具钢6.3.5合金工具钢制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。1、合金量具钢卡尺塞规千分尺性能要求：量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。①高硬度（一般大于62HRC）和高耐磨性，以保证在长期使用中不致被很快磨损，而失去其精度；②高的尺寸稳定性，以保证量具的尺寸和形状的稳定；③足够的韧性，以免因偶然的冲撞而脆断；④良好的耐蚀性，以防止生锈、化学腐蚀。

量具用钢：

⑴低碳钢渗碳中碳钢表面淬火

⑵碳素工具钢尺寸小、形状简单、精度要求较低的量具，如卡尺、样板、量规等。

⑶低合金工具钢、滚动轴承钢

精度要求较高的量具，如块规、塞规

。

⑷氮化钢、冷作模具钢要求特别高硬度、耐磨性及尺寸稳定的量具（5）不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。形状简单、精度不高、使用中易受冲击的量具，如样板、卡规、直尺及大型量具量具钢的热处理特点：下限温度淬火及冷处理。目的是减少A’。长时间低温时效，以消除内应力，保证高尺寸稳定性。2、合金刃具钢用途：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等。

性能特点：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。足够的韧性

以防止脆断和崩刃。成分特点：高碳：0.9~1.5%C

低合金（≤5%）：提高耐磨性、回火稳定性、细化晶粒:W、V、Cr

提高淬透性、强化铁素体:Cr、Mn、Si热处理及组织：同碳素工具钢，只是淬火介质为油或盐(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)

常用钢号及用途：9SiCr、Cr2（↑淬透性）。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。Cr06（↑耐磨性）。用于剃刀、刀片等。丝锥板牙低合金工具钢扳手含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”汽车冲压模具用以制造各种模具的钢种。（1）冷作模具钢3、

合金模具钢用途：用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200℃～300℃。

性能要求：高硬度和耐磨性。足够的强度和韧性。良好的工艺性能（热处理变形、淬透性、切削加工性等）常用钢种：1）小尺寸、形状简单、受力不大的模具,可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。2）截面大、受力大的冷模具用Cr12型钢制造。①

成分特点：高碳(0.9~2.3%C)；高铬(11.5~13%Cr)合金元素：

Cr

提高淬透性；Mo、V

提高耐磨性，细化晶粒。

②热处理：最终热处理为:

淬火+低温回火（或二次硬化法）使用状态下的组织:

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)③常用钢号：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。用于制造冷冲模、冷镦模、挤压模等。莱氏体钢

（2）热作模具钢

制造使加热金属或液态金属成型模具的钢种。性能要求：

高温下良好的综合力学性能。抗热疲劳性能。（工作时型腔表面温度可达600℃以上

）

高的淬透性和良好的导热性。常用钢种：①热锻模钢

5Cr06NiMo、5Cr08MnMo前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模.成分特点（中碳）、合金元素作用及热处理同调质钢。使用状态组织:S回（或T回）曲轴模具热模锻曲轴毛坯②压铸模和挤压模钢典型钢号：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1（H13）,为过共析钢。中碳(0.3~0.4%C),合金元素作用同高速钢。W、Cr提高抗热疲劳性能。型板压铸模（3）塑料模具用钢性能要求？哪些常用钢种？第七章铸铁箱体启动阀铸铁是ωc≥2.11%的铁碳合金,并且还含有较多的硅、锰、硫、磷等元素。铸铁的力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均较低，但铸铁熔炼简便、具有优良的铸造性能，很高的减摩和耐磨性，良好的消振性和切削加工性以及缺口敏感性低等一系列优点。铸铁广泛应用于机械制造、冶金、石油化工、交通、建筑和国防工业各部门在各类机械中，铸铁件约占50％～70％；在机床和重型机械中，则可达60％～90％。1、铸铁的特点7.1概述

根据碳在铸铁中存在的形式的不同铸铁可分为：白口铸铁

碳全部或大部分以渗碳体形式存在，因断裂时断口呈白亮颜色，故称白口铸铁。灰口铸铁

它是碳全部或大部分以片状石墨形式存在的铸铁，断口呈暗灰色。

可锻铸铁石墨呈团絮状；蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状。合金铸铁

在灰铸铁或球墨铸铁中加入一些合金元素，可使铸铁具有某些特殊性能，2、铸铁的分类

根据铸铁中石墨形态，铸铁可分为：灰口铸铁

石墨以片状形式存在的铸铁。球墨铸铁

铁液经过球化处理，使石墨以球状形式存在的铸铁。蠕墨铸铁

石墨以蠕虫状形式存在的铸铁。可锻铸铁

白口铸铁通过可锻化退火，使石墨以团絮状形式存在的铸铁。图铸铁中石墨形态示意图a)片状b)团絮状c)球状d)蠕虫状在铁碳合金中，碳可以以三种形式存在：一是固溶在F、A中，二是化合物态的渗碳体(Fe3C)，三是游离态石墨（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+G）。石墨为稳定相，其强度、硬度和塑性都很差。7.2铸铁的石墨化铁碳合金双重相图LL+γγα+γ亚稳系α+Fe3Cαδ亚稳系L+Fe3C稳定系L+GC′E′S′PQGC%6.69FeTJNA1ⅠⅡⅢ稳定系α+G亚稳系γ+Fe3C稳定系γ+G2.080.684.25738℃1154℃1、铸铁的石墨化过程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。按照Fe－G相图，可将铸铁的石墨化过程分为三个阶段：第一阶段石墨化：铸铁液体结晶出一次石墨（过共晶铸铁）和在1154℃通过共晶反应形成共晶石墨。第二阶段石墨化：在1154℃～738℃温度范围内奥氏体沿E'S'线析出二次石墨。第三阶段石墨化：在738℃通过共析反应析出共析石墨。影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。

2、影响铸铁石墨化的因素内因---化学成分

分为促进石墨化和阻碍石墨化二类。1、C、Si为强烈促进石墨化的元素。石墨本身就是碳，所以碳含量越高，石墨化越容易，石墨越多；硅能减弱碳和铁的亲合力，不利于渗碳体的析出，从而促进了石墨化；在铸铁中，1%Si对石墨化的作用相当于1/3%C，所以有：

碳当量CE=C%+1/3Si%内因---化学成分2、S是阻碍石墨化的元素。硫强烈促进白口化，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。因此限定硫的含量在0.15%以下。

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。锰还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰含量一般为0.5%～1.4%。内因---化学成分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，磷含量大于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）。外因---冷却速度在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然；在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。

1）灰铸铁金相组织灰口铸铁化学成分的一般范围是：ωc＝2.5％～4.0％，ωSi＝1.0％～2.2％，ωMn＝0.5％～1.3％，ωs≤0.15％，ωp≤0.3％。灰口铸铁组织由金属基体和片状石墨两部分组成的。在金相显微镜下观察，灰口铸铁的石墨呈片状；其基体可分为珠光体、珠光体十铁素体、铁素体三种。7.3常用铸铁一、灰铸铁F+片状石墨（F+P）+片状石墨P+片状石墨2）灰铸铁牌号用“HT”加一组数字表示，HT为“灰铁”汉语拼音首字母，数字表示最小拉伸强度。如HTl50，表示拉伸强度σb≥150MPa的灰铸铁。3）灰铸铁的性能

缺口敏感性低。抗压强度高。加工性能好。铸造性能好。4）灰铸铁的热处理

消除应力退火是将灰铸铁缓慢加热到500～600℃，保温一段时间，随炉降至200℃后出炉空冷。消除白口组织的退火是将灰铸铁加热到850～950℃，保温2～5h，然后随炉冷却到400～500℃，出炉空冷，使渗碳体在高温和缓慢冷却中分解，用以消除白口组织，降低硬度，改善切削加工性。为了提高某些铸件的表面耐磨性，常采用表面淬火等方法，使工作面(如机床导轨)获得细小的马氏体基体十石墨组织。为了提高灰铸铁的力学性能，生产上常采用孕育处理。它是在浇注前往铁液中加入少量孕育剂(硅铁或硅钙合金)，使铁液在凝固时产生大量的人工晶核，从而获得细晶粒珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的组织。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育铸铁具有较高的强度和硬度，具有断面缺口敏感性小的特点，因此孕育铸铁常作为力学性能要求较高，且断面尺寸变化大的大型铸件。如机床床身等。5）灰铸铁的孕育处理HT100低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架、重锤等HT150承受中等应力（抗弯应力小于100N/mm2）的零件，如支柱、底座、齿轮箱、工作台、刀架、端盖、阀体、管路附件及一般无工作条件要求的零件HT200、HT250承受较大应力（抗弯应力小于300N/mm2）和较重要零件，如汽缸体、齿轮、机座、飞轮、床身、缸套、活塞、刹车轮、联轴器、齿轮箱、轴承座、液压缸等HT300、HT350承受高弯曲应力（小于500N/mm2）及抗拉应力的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘、剪床和压力机的机身、床身、高压油压缸、滑阀壳体等6）灰铸铁的牌号、力学性能和用途举例

叶轮

发动机飞轮

应用铁液经球化处理和孕育处理，使石墨呈球状的铸铁称为球墨铸铁。它是在浇注前，往铁水中加入一定量球化剂(稀土镁合金等)和孕育剂(硅铁或硅钙合金)，使铸铁中的石墨呈球状析出。二、球墨铸铁牌号由QT与两组数字组成（其中QT表示“球铁”二字汉语音的字首，第一组数字代表最低抗拉强度值，第二组数字代表最低伸长率）例如：QT400－18、QT500－07、QT600－03、QT700－02等1）牌号及用途QT400－18、QT400－15、QT400－10承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥壳、差速器壳、拨叉、农机具零件，中低压阀门，上、下水及输气管道、压缩机上高低压气缸，电机机壳，齿轮箱，飞轮壳等QT500－07机器座架、传动轴、飞轮、电动机架、内燃机的机油泵齿轮、铁路机车车辆轴瓦等QT600－03、QT700－02、QT800－02载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴、汽缸套，部分磨床、铣床、轧钢机轧辊、大齿轮，小型水轮机主轴，气缸体，桥式起重机大小滚轮等QT900－02高强度齿轮，如汽车后桥螺旋锥齿轮、大减速器齿轮，内燃机曲轴，凸轮轴等球墨铸铁管道接口

应用

由于球墨铸铁中石墨呈球状，对金属基体的割裂作用较小，使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度高于其它铸铁，球墨铸铁有一个突出优点是其屈强比较高，因此对于承受静载荷的零件，用球墨铸铁代替铸钢。球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高，而成本却接近于灰口铸铁，并保留了灰口铸铁的优良铸造性能、切削加工性、减摩性和缺口不敏感等性能。因此它可代替部分钢作较重要的零件，对实现以铁代钢，以铸代锻起重要的作用，具有较大的经济效益。2）性能特点

生产球墨铸铁时必须要进行脱硫处理、球化处理(浇注前必须先往铁液中加入能促使石墨结晶成球状的球化剂)和孕育处理(球化处理后立即加入石墨化元素而进行的处理)。

3）处理方法4）热处理

在生产中经过退火、正火、调质处理、等温淬火等不同的热处理后，球墨铸铁可获得铁素体、铁素体+珠光体、珠光体和贝氏体等不同的基体组织；也可获得贝氏体、马氏体、托氏体、索氏体和奥氏体等基体组织。图球墨铸铁的显微组织示意图a)铁素体球墨铸铁b)铁素体+珠光体球墨铸铁c)珠光体球墨铸铁

蠕墨铸铁因其石墨很象蠕虫而命名。蠕墨铸铁是将蠕化剂（稀土镁钛合金、稀土镁钙合金、镁钙合金等），置于浇包内的一侧。另一侧冲入铁液，蠕化剂熔化而成的。蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，它的抗拉强度、屈服点、伸长率、疲劳强度均优于灰铸铁，接近于铁素体球墨铸铁；而铸造性能、减震能力、导热性、切削加工性均优于球墨铸铁，与灰铸铁相近。三、蠕墨铸铁蠕墨铸铁的牌号由RuT与一组数字表示。其中RuT表示“蠕铁”二字汉语拼音的字首，后面三位数字表示其最小抗拉强度值例如：RuT260、RuT300、RuT340、RuT380等1）牌号及用途

RuT260

增压器废气进气壳体气车底盘零件等RuT300

排气管，变速箱体，汽缸盖，液压件，纺织机零件，钢锭模等RuT340

重型机床件，大型齿轮箱体、盖、座，飞轮，起重机卷筒等RuT380RuT420

活塞环，汽缸套，制动盘，钢珠研磨盘，吸淤泵体等应用：主要用来制造大功率柴油机缸盖、气缸套、电动机外壳、机座、机床床身、阀体、玻璃模具、起重机卷筒、纺织机零件以及钢锭模等铸件。排气管

进气管

蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能和热传导性、耐疲劳性及减振性与灰铸铁相近。蠕墨铸铁较球墨铸铁在性能上的优越性在于它具有优良的抗热疲劳性以及优良的导热性，而且其铸造性能、减振性能也优于球墨铸铁。

2）性能

蠕墨铸铁的化学成分与球墨铸铁的成分要求基本相似，即高碳、低硫及一定成分的硅、锰。3）化学成分

蠕墨铸铁是在具有上述成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理后获得的。蠕化处理后还要进行孕育处理，以获得良好的蠕化效果。我国目前采用的蠕化剂主要有稀土镁钛合金、稀土镁、硅铁或硅钙合金。4）蠕化处理可锻铸铁又俗称为马铁。是将白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火而获得的具有团絮状石墨的铸铁。由于石墨铁呈团絮状，大大减轻了对基体的割裂作用，塑性与韧性有明显的提高；但可锻铸铁实际上是不能锻造的。四、可锻铸铁其牌号由“KTH”或“KTZ”与两组数字表示。其中“KT”表示“可锻”二字的汉语拼音字首；“H”和“Z”分别表示“黑”和“珠”的汉语拼音的字首；牌号后边第一组数字表示最小抗拉强度值；第二组数字表示最小伸长率。例如：KTH300－06、KTH330－08、KTZ550－04、KTZ650－02等1）牌号及用途

KTH300－06

弯头、三通管件、中低压阀门等KTH330－08

扳手、犁刀、犁柱、车轮壳等KTH350－10、KTH370－12

汽车、拖拉机前后轮壳、减速器壳、转向节壳、制动器及铁道零件等KTZ450－06、KTZ550－04、KTZ650－02、KTZ700－02

载荷较高和耐磨损零件，如曲轴、凸轮轴，连杆、齿轮、活塞环、轴套、耙片、万向接头、棘轮、扳手、传动链条等

可锻铸铁分为黑心(铁素体)可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两种类型。2）组织及性能图可锻铸铁的显微组织示意图a)铁素体可锻铸铁b)铁素体+珠光体可锻铸铁

生产过程分为两步，第一步先铸成白口铸铁件，第二步再经高温长时间的可锻化退火，使渗碳体分解出团絮状石墨。3）生产过程五、合金铸铁

在灰铸铁或球墨铸铁中加入一些合金元素，可使铸铁具有某些特殊性能，这些铸铁称为合金铸铁或特殊性能铸铁。铸铁合金化的目的有两个：一是为了强化铸铁组织中金属基体部分并辅之以热处理，获得高强度铸铁；另一个是赋予铸铁以特殊性能，如耐热、耐磨、耐蚀等。

耐磨铸铁

在磨粒磨损条件下工作的铸铁应具有高而均匀的硬度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但白口铸铁脆性较大，不能承受冲击载荷，因此在生产中常采用激冷的办法来获得激冷铸铁。即用金属型铸造铸件的耐磨表面，其它部位采用砂型。同时调整铁水的化学成分，利用高碳低硅，保证白口层的深度，而心部为灰口铸铁组织，有一定的强度。用激冷方法制造的耐磨铸铁，已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造生产。耐磨铸铁

为了进一步改善珠光体灰口铸铁的耐磨性，常将铸铁的磷含量提高到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。在此基础上，还可加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，改善组织，提高基体强度和韧性，从而使铸铁的耐磨性能等得到更大的提高，如高铬耐磨铸铁、奥－贝球墨铸铁等都是近十几年来发展起来的新型合金铸铁。。

耐热铸铁

在高温下工作的铸铁，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等，必须使用耐热铸铁。加入Al、Si、Cr等元素，一方面在铸件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；另一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生石墨化过程，从而改善铸铁的耐热性。球墨铸铁中，石墨为孤立分布，互不相连，不形成气体渗入通道，故其耐热性更好。常用耐热铸铁的成分和性能耐蚀铸铁

耐蚀铸铁主要用于化工部件，如阀门、管道、泵、容器等。普通铸铁的耐蚀性差，因为组织中的石墨和渗碳体促进铁素体腐蚀。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保护膜，或使基体电极电位升高，可以提高铸铁的耐蚀性能。常用耐蚀铸铁有高硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸铁。8.1认识非铁金属(或称有色金属)在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其它非铁金属及其合金称为有色金属。有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密度之比）等，已成为现代工业中不可或缺的金属材料。1538.2铝及铝合金呈银白色金属光泽；导电、导热性能优良；抗大气腐蚀性好；塑性好。1、铝和纯铝的简介1558.2.1概述铝合金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。铝合金既保持纯铝密度小的优点，又具有高强度，强度与低合金高强度钢相近，比强度高（强度与密度之比），可作为承受较大载荷的结构材料。1562、铝合金的简介1、纯铝的性能1578.2.2纯铝的性能、牌号及用途具有面心立方结构，无同素异构转变。密度小（2.72g/cm2），仅为Fe或Cu的1/3。加工性能良好，可以冷成形，切削性能也好。导电、导热性能优良。耐大气腐蚀，但不耐酸、碱、盐的腐蚀。强度、硬度低，不宜直接用作结构材料。2、纯铝的牌号158铝锭牌号：Al+数字表示高纯铝：沿用有色金属行业标准YS／T275-2008，共有Al-5N、Al＋5N5两个牌号。3、纯铝的用途159主要用作配制铝基合金；还可用于制作电线、铝箱、屏蔽壳体、反射器、包覆材料及化工容器等。1608.2.3铝合金

铝合金是以纯铝为基础，加入一种或几种其它元素（如Cu、Mn、Si、Mg、Zn等）构成的合金。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。可将铝合金分为变形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。1611、铝合金的分类成分低于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，所以称为变形铝合金。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，所以称为铸造铝合金。1621）低温退火消除内应力，适当增加塑性，通常在180~300℃保温后空冷。2）再结晶退火（再结晶温度以上保温一段时间后空冷）用于消除变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。1632、铝合金的热处理-退火可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理+时效。固溶处理是指将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一

固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有很好的塑性。1642、铝合金的热处理-固溶与时效处理将淬火后的铝合金，在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为时效。室温下进行的时效称为自然时效；低温加热下进行的时效称为人工时效。165时效的实质，是第二相从过饱和、不稳定的单一

固溶体中析出和长大。由于第二相与母相（

相）的共格程度不同，使母相产生晶格畸变而强化。166时效强化效果与加热温度和保温时间有关。温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值。超过峰值以后，析出相聚集长大，强度下降，为过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。167含4%Cu铝合金的时效曲线168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。3、常用的变形铝合金1）变形铝合金的编号GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为：防锈铝合金：LF+序号硬铝合金：LY+序号超硬铝合金：LC+序号锻铝合金：LD+序号主要是Al-Mn和Al-Mg系铝合金，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。防锈铝合金抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。防锈铝合金不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。主要用于制造要求具有较高耐蚀性的油箱、导油管、生活用器皿、窗框、铆钉、防锈蒙皮、中载荷零件和焊接件等。①防锈铝合金2）各类变形铝合金主要是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。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。常用硬铝合金如LY11（2A11）、LY12（2A12）等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。②硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有LC4（7A04）、LC9（7A09）等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机大梁、起落架等。③超硬铝合金铝合金制造的机翼Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，用于制造形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金常用牌号有LD7（2A70）、LD8（2A80）、LD9（2A90）等，用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。④锻铝合金174Al-Si系：代号为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1754、铸造铝合金1）铸造铝合金的编号及特点①Al-Si系铸造铝合金

又称硅铝明，其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。1762）各类铸造铝合金加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂（或特殊）硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。177活塞（裙部为铝硅合金）178强度较高，加入镍、锰可提高其耐热性和热强性，但铸造性能和耐蚀性稍差些。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。②Al-Cu系铸造铝合金179汽缸头180这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为ZL301（ZAlMg10）、ZL303（ZAlMg5Si1）等。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。③Al-Mg系铸造铝合金181这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。常用代号为ZL401（ZAlZn11Si7）、ZL402（ZAlZn6Mg）等。主要用于制造形状复杂、受力较小的汽车、飞机、仪器零件。④Al-Zn系铸造铝合金1828.3铜及铜合金①优异的物理化学性能：导电导热性仅次于银；抗大气、海水腐蚀（黄铜）。②良好的加工性：易冷成形，并且铸造铜合金有良好铸造性能。③某些特有性能：优良减摩性和耐磨性（青铜和部分黄铜，滑动轴承或蜗轮等），高的弹性极限

e和疲劳极限

−1（铍青铜，弹性元件）。④色泽美观。铜和铜合金的特点：1848.3.1概述纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。密度为8.92g/cm3，熔点为1083.4℃。工业纯铜分未加工产品(铜锭、电解铜)和加工产品(铜材)两种。未加工产品代号有Cu-1．Cu-2两种。加工产品代号有T1，T2，T3三种。代号中数字越大，表示杂质含量越多，则其导电性越差。1851、铜、纯铜、工业纯铜铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。1862、铜合金1878.3.2铜合金的分类及牌号表示方法按化学成分：分为黄铜、青铜及白铜(铜镍合金)三大类。机器制造业中，应用较广的是黄铜和青铜。按生产方法：铜合金可分为压力加工产品和铸造产品两类。1、铜合金分类以Zn为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为：普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜：由铜和锌组成的铜合金；特殊黄铜：在普通黄铜中再加入其他元素所形成的铜合金。188青铜是以除锌和镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金。根据所加主要合金元素Sn、Al、Be、Si、Pb等，青铜分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜1891902、铜合金牌号表示法1）加工黄铜合金普通加工黄铜的牌号为：H+Cu平均百分含量特殊加工黄铜代号为：H+主加元素的化学符号(除锌以外)+铜及各合金元素的平均百分含量如H68表示含铜68%的铜锌合金。加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均质量百分数+其他元素平均质量百分数如QSn4-3表示含4%Sn、3%Zn的锡青铜。1912）加工青铜合金8.3.3加工黄铜（黄铜）1、普通黄铜普通黄铜色泽美观，具有良好的耐蚀性，加工性能较好。普通黄铜力学性能与化学成分之间的关系如图所示。黄铜有

和

+

两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。普通黄铜的组织和力学性能普通黄铜的显微组织单相黄铜两相黄铜193单相黄铜（wZn<39%）：强度低、塑性好，常用牌号有H68、H70、H80，适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜（wZn=39~45%）：热塑性好，强度高，常用牌号有H59、H62等，适于制造受力件，如垫圈、弹簧、水管、油管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套194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，称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。常用于制作轴、轴套、齿轮、螺栓、螺钉、螺母、分流器、导电排、水管零件、耐磨零件、耐腐蚀零件。2、特殊黄铜195常用牌号：HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4。196以Ni为主要合金元素的铜合金称白铜。在固态下，Cu与Ni无限固溶，组织为单相

固溶体。分普通白铜和特殊白铜。1978.3.4加工白铜普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗疲劳腐蚀性能及优良的冷热加工性能。普通白铜牌号：B+Ni的平均百分含量，如B5。常用牌号有B5、B19等，用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械，仪表零件及冷凝器，蒸馏器，热交换器等。1981、普通白铜特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如BMn40-1.5（康铜）、BMn43-0.5（考铜）。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。1992、特殊白铜青铜原指铜锡合金，但工业上除黄铜和白铜外的其他铜合金都统称为青铜。根据所加主要合金元素Sn、Al、Be、Si、Pb等，青铜分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。2008.3.5青铜1、锡青铜锡青铜是以Sn为主加元素的铜合金，Sn含量一般为3~14%。201wSn<5%：塑性好，适于进行冷变形加工。wSn=5~7%：热塑性好，适于进行热加工。wSn=10~14%：塑性较低，适于作铸造合金。

锡青铜的性能受锡含量的影响显著202锡青铜耐蚀性良好，锡青铜在大气、海水和无机盐类溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在氨水、盐酸和硫酸中的耐蚀性较差。主要用于耐蚀承载件，如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等203锡青铜管船用青铜软管快速接头阀（锡青铜阀体、阀盖）常用牌号：QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1204以Al为主加元素的铜合金，Al含量为5~11%。2、铝青铜性能：强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差，是无锡青铜中应用最广的一种。铝青铜在结构件上应用极广，主要用于制造船舶、飞机及仪器中在复杂条件下工作要求高强度、高耐磨性、高耐蚀性的零件和弹性零件，如齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、轴套、弹簧、螺旋桨等。205铍青铜以Be为主加元素的铜合金，Be含量为1.7~2.5%。铍青铜具有高的强度、硬度、疲劳强度和弹性极限，弹性稳定，弹性滞后小，耐磨性及耐蚀性高，具有良好的导电性和导热性，冷热加工及铸造性能好，但其生产工艺复杂。3、铍青铜2068.4钛及钛合金美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造208纯钛密度小（4.507g/cm3）熔点高（1688℃）具有同素异构转变，≤882.5℃为密排六方结构的

相，≥882.5℃为体心立方结构的

相。耐蚀性很高。2098.4.1加工钛(纯钛)的性能、牌号及用途1、加工钛的性能牌号：TA+顺序号表示，如TA2表示2号工业纯钛。工业纯钛的牌号有TAl、TA2、TA3、TA4四个牌号，顺序号越大，杂质含量越多。用途：主要用于制造飞机骨架、蒙皮、发动机部件等；在化工部门主要用于制造热交换器、泵体、搅拌器、蒸馏塔、叶轮、阀门等；在海水净化装置及舰船方面制造相关的耐腐蚀零部件。2102、加工钛的牌号和用途钛钢复合反应釜钛管换热器钛制蒸馏塔211纯钛加入Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等合金元素形成钛合金。按退火组织，钛合金可分为

型钛合金、

型钛合金和

+

型钛合金三类，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示，如TA5、TB2、TC4等。2128.4.2钛合金

型钛合金用途：一般用于制造使用温度不超过500℃的零件，如飞机蒙皮、骨架零件，航空发动机压气机叶片和管道，导弹的燃料缸，超音速飞机的涡轮机匣，火箭和飞船的高压低温容器等。牌号：TA5、TA6、TA7、TA9、TAl0等213用途：用于制造使用温度在350℃以下的结构零件和紧固件，如压气机叶片、轴、轮盘及航空航天结构件等。牌号：TB2、TB3、TB4等

型钛合金214叶片215

+

型钛合金用途：用于制造使用温度在500℃以下和低温下工作的结构零件，如各种容器、泵、低温部件、舰艇耐压壳体、坦克履带、飞机发动机结构件和叶片，火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件等。牌号：TCl、TC2、TC3、TC4、TC6、TC7、TC9、TC10、TC11、TC12等。216

+

钛合金组织

+

钛合金组织（电镜）2178.5滑动轴承合金制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。按主要化学成分可分为锡基、铅基、铝基、铜基、铁基等轴承合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大、工作平稳、无噪音及拆装方便等优点。219轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。2201）足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的压力。2）足够的塑性和韧性，高的疲劳强度，以承受轴颈的周期性载荷，抵抗冲击和振动。3）良好的磨合能力，与轴能较快地配合。4）高的耐磨性，与轴的摩擦系数小，并能保留润滑油，减轻磨损。5）良好的耐蚀性、导热性、较小的膨胀系数，防止摩擦升温发生咬合。性能要求：221为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点。软基体+硬质点：硬质点起支撑作用。硬基体+软质点：承载能力大、磨合能力差。222滑动轴承合金的理想组织示意图8.5.1滑动轴承合金的理想组织当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点（基体）则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。软基体（或质点）还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的作用，以避免擦伤轴颈。轴承合金的组织是硬基体上分布软质点时，也可达到同样目的。223常用滑动轴承合金有：锡基、铅基、铜基、铝基滑动轴承合金。2248.5.2常用滑动轴承合金锡基轴承合金是以Sn为主，并加入少量Sb、Cu等元素组成的合金。特点：具有适中的硬度、低的摩擦系数、较好的塑性和韧性、优良的导热性和耐蚀性。用途：常用于制造重要的滑动轴承，如制造汽轮机、发动机、压缩机等高速滑动轴承。牌号：ZSnSbl2Pbl0Cu4、ZSnSb8Cu4、ZSnSbllCu6、ZSnSb4Cu4等。1、锡基轴承合金225ZSnSb11Cu6合金的显微组织（

基体+白亮块状SnSb+星状Cu3Sn）226铅基轴承合金是以Pb为主，并加入少量Sb、Sn、Cu等元素的合金。特点：强度、硬度、韧性均低于锡基滑动轴承合金，摩擦系数较大。用途：只用于制作