《汽车材料》-第2章　黑色金属

２.１金属和合金的内部结构２.１.１金属和合金的晶体结构在自然界中，除了少数固体物质(如松香、沥青、玻璃等)属于非金属外，大多数固态物质一般都是晶体，其内部的原子排列具有规律性。晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非金属没有固定熔点，且各向同性，如图２-１(ａ)所示。为了便于理解和描述晶体中原子排列的情况，可以把实际原子向其中心简化成为一质点，然后用一些假象的线条连接起来，构成一个空间格子，这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列方式的空间格子称为晶格，如图２-１(ｂ)所示。下一页返回２.１金属和合金的内部结构由于晶格中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中取出一个能够反映晶格特征的最小的几何单元来研究晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞，如图２-１(ｃ)所示。显然，晶格是由无数个晶胞重复堆积而成的。晶胞的棱边长度和棱边夹角称为晶格常数，金属的晶格常数一般为１０~７０ｍｍ。晶胞各边之间的夹角分别以α、β、γ表示。２.１.２常见金属的晶格类型体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体的中心有一个原子，八个顶角排列着一个原子，如图２-２(ａ)所示。属于这类晶格的金属有铁(α－Ｆｅ)、铬(Ｃｒ)、钨(Ｗ)、钼(Ｍｏ)、钒(Ｖ)等，这类金属的塑性较好。上一页下一页返回２.１金属和合金的内部结构面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列着一个原子，如图２-２(ｂ)所示。属于这类晶格的金属有铝(Ａｌ)、铜(Ｃｕ)、镍(Ｎｉ)、铁(γ－Ｆｅ)等，这类金属的塑性优于体心立方晶格的金属。密排六方晶格的晶胞是一个六棱柱体，原子位于两个底面的中心和十二个顶角上，棱柱内部还包括三个原子，如图２-２(ｃ)所示。属于这类晶格的金属有镁(Ｍｇ)、锌(Ｚｎ)、铍(Ｂ)等，这类金属较脆。金属的晶格类型不同，其性能必然存在差异。即使晶格类型相同的金属，由于各元素的原子直径和原子间距不同等原因，其性能也不相同。上一页下一页返回２.１金属和合金的内部结构２.１.３合金的晶体结构纯金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽，在工业上具有一定的应用价值。但由于强度、硬度一般较低，远远不能满足实际生产的需要，而且冶炼困难，价格较高，其应用受到很大限制。因此，实际生产中大量使用的金属材料是合金，如钢铁、普通黄铜、硬铝等。１.合金的基本概念合金是由两种或两种以上的金属与金属或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。例如，黄铜是由铜与锌组成的合金，钢和铸铁是由铁与碳组成的合金。组成合金的最基本的独立物质称为合金的组元。给定组元可以按不同比例配制一系列不同成分的合金，构成一个合金系。在一个合金系内，组元可以是元素，也可以是稳定的化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，还有三元合金、多元合金。上一页下一页返回２.１金属和合金的内部结构相是指合金系统中具有同一化学成分、同一晶体结构组成部分，一般来说，相与相之间有明显的分界面。用金相观察方法，在金属及合金内部看到的有关晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成构造情况称为组织。只有一相组成的组织称为单相组织，由两种或两种以上相组成的组织称为多相组织。２.合金的相结构合金的相结构可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三大类。(１)固溶体:在固态下，合金组元间相互溶解，形成在某一组元的晶格中包含其他组元的新相，称为固溶体。保留原有晶格类型的组元称为溶剂，其他组元称为溶质。根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两类。上一页下一页返回２.１金属和合金的内部结构所谓置换固溶体，是指溶剂晶格上的原子被溶质原子所取代而形成的固溶体。所谓间隙固溶体，是指溶质原子溶入溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体。间隙固溶体的溶解度是有限的。不论是置换固溶体和间隙固溶体，由于溶质原子和溶剂原子的直径差别，溶质原子溶入后，造成棱边长度发生撑开或靠拢的现象(晶格畸变)，使晶体的变形抗力增大，导致强度、硬度提高，称为固溶强化，它是改善材料性能的重要途径之一。(２)金属化合物:合金组元间按一定比例化合而形成的具有金属特性的一种新相。其晶格类型和性能完全不同于合金中的任一组元，一般具有复杂的晶格，且熔点高、硬度高、脆性大。上一页下一页返回２.１金属和合金的内部结构(３)机械混合物:组成合金的各组元，在固态下既不溶解，也不形成化合物，而以混合形式组合在一起，其各相仍保持原来的晶格结构和性能，称为机械混合物。所以，机械混合物的性能取决于各个相的性能、相对数量、形状、大小及分布情况。在常用的合金中，合金结构可以是单相固溶体，也可以是金属化合物，大多是固溶体和金属化合物的机械混合物。上一页返回２.２铁碳合金钢铁是钢和生铁的总称，钢和生铁都是铁碳合金。铁碳合金是工业上应用最广泛的金属材料，每辆汽车所用的材料中铁碳合金占的比重最大。２.２.１铁碳合金的组元铁是过渡族元素，熔点为１５~３８℃。金属在固态下随外界条件(温度、压力)的改变，由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化，称为金属的同素异构转变。最常见的是铁的同素异构转变，可表示为:下一页返回２.２铁碳合金在铁碳合金中，碳常以三种形式存在。一是以石墨形态而独立存在；二是溶解于铁的晶格中；三是和铁形成化合物。２.２.２铁碳合金的基本相铁素体(Ｆ)是碳溶于α－Ｆｅ中形成的间隙固溶体。由于α－Ｆｅ的间隙很小，因而溶碳能力极差，在７２７℃时溶碳量最大，为０.０２１８％，室温时几乎为零。因此，铁素体的结构、性能与纯铁相近，强度、硬度低，塑性、韧性好(σｂ＝１８０~２８０ＭＰａ；ＨＢＳ＝５０~８０；δ＝３０％~５０％；αＫ＝１６０~２００Ｊ/ｃｍ２)。上一页下一页返回２.２铁碳合金奥氏体(Ａ)是碳在γ－Ｆｅ中形成的间隙固溶体。由于γ－Ｆｅ的间隙相对很大，故溶碳能力较大，在１１４８℃时溶解度最大，为２.１１％，７２７℃时溶碳量降为０.７７％。奥氏体的塑性、韧性好，强度、硬度低，常作为各类钢的加工状态(σｂ＝４００ＭＰａ；ＨＢＳ＝１７０~２２０；δ＝４０％~５０％)。渗碳体(Ｆｅ３Ｃ)是铁与碳形成的具有复杂结构的化合物。渗碳体碳的质量分数为６.６９％，硬度很高(８００ＨＢＷ)，很脆，塑性和韧性几乎等于零，熔点为１２２７℃。渗碳体是钢的主要强化相，其形状、大小、数量和分布对钢的力学性能有很大影响。渗碳体在一定条件下可以分解成铁和石墨，这一分解过程对铸铁的组织和性能有重要意义。上一页下一页返回２.２铁碳合金珠光体(Ｐ)是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，碳的质量分数为０.７７％。由于珠光体是硬的渗碳体片和软的铁素体片相间组成的层片状组织，故其力学性能取决于两者各自的性能和相对数量，并与它们的形状、大小、分布有关。莱氏体(Ｌｄ)是铸铁在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，碳的质量分数平均为４.３％。奥氏体仅能在７２７℃以上稳定存在，当冷却到７２７℃以下奥氏体转变为珠光体，则低温时莱氏体由珠光体和渗碳体组成，也称低温莱氏体，用符号Ｌｄ′表示。莱氏体中存在大量渗碳体，塑性极差，属于硬而脆的组织。上一页下一页返回２.２铁碳合金２.２.３铁碳合金状态图铁碳合金状态图是研究铁碳合金在平衡状态下的组织随温度和成分变化的图形。掌握它就能对碳钢和铸铁的内部组织及其变化规律有一个较完整的概念，以便更好地利用它为制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。铁碳合金状态图实际上是铁—渗碳体状态图(Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ状态图)，简化后的Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ状态图如图２-３所示。状态图中用字母标注的点，都表示一定的特性(成分、温度和某种临界状态)，所以称为特性点。各主要特性点的含义列于表２-１。上一页下一页返回２.２铁碳合金状态图中各条线段都表示铁碳合金内部组织发生转变时的成分、温度界线，或称为组织转变线。例如图中的ＡＣＤ线为液相线，此线以上的合金为液态。冷却到此线便开始结晶。ＡＥＣＦ线为固相线，此线以下的合金为固态。合金加热到此线便开始熔化。ＧＳ线是冷却时从不同含碳量的奥氏体中开始析出铁素体的温度线，又称Ａ３线。ＥＳ线是碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Ａｃｍ线。ＥＣＦ线是共晶线，含碳量大于２.１１％的铁碳合金冷却到此温度线(１１４８℃)，在恒温下发生共晶转变，即从液态合金中结晶出奥氏体和渗碳体晶体的机械混合物，故此线是一条水平线。上一页下一页返回２.２铁碳合金ＰＳＫ线是共析线，又称Ａ１线。ωＣ＝０.７７％的奥氏体，冷却到此线(７２７℃)，在恒温下同析出铁素体和渗碳体晶体的机械混合物称为共析体。这种共析体称为珠光体。含碳量在０.０２％~６.６９％之间的所有铁碳合金，缓慢冷却到ＰＳＫ线，都会在恒温下发生共析反应，生成一定数量的珠光体。２.２.４碳对铁碳合金组织和性能的影响根据含碳量的不同，铁碳合金分为碳钢和铸铁两大类。碳钢是碳的质量分数为０.０２１８％~２.１１％，铸铁是碳的质量分数为２.１１％~６.６９％。上一页下一页返回２.２铁碳合金根据室温下平衡组织的特点不同，可将钢分成三类:(１)共析钢ωＣ＝０７７％的钢(其中ωＣ是碳的质量分数)，常温组织为Ｐ，如Ｔ８、Ｔ８Ａ钢。(２)亚共析钢含碳量在０.０２１８％~０.７７％之间的钢，常温组织为Ｆ＋Ｐ，如Ｑ２３５、１５、４５、６５等牌号的钢。(３)过共析钢含碳量在０.７７％~２.１１％之间的钢，常温组织为Ｐ＋Ｆｅ３Ｃ，如Ｔ１０、Ｔ１２Ａ等牌号的钢。现将这三类钢在固态下的结晶过程及常温组织分述如下(图２-４)。１.共析钢ωＣ＝０.７７％的钢液结晶成奥氏体后，当温度冷却至７２７℃(Ｓ点)时，奥氏体在恒温下发生共析转变，全部转变成珠光体，它是一种层片状组织。上一页下一页返回２.２铁碳合金２.亚共析钢亚共析钢的结晶过程与共析钢不同，奥氏体转变是在一个温度范围内进行的，从ＧＳ线开始，到ＰＳＫ线结束。以合金①为例(图２-４)。在ＧＳ线以上时，合金呈单相奥氏体。当冷却到ｔ１温度时，开始从奥氏体中析出铁素体。铁素体的含碳量很少，因而使得剩余奥氏体的含碳量沿ＧＳ线向Ｓ点方向不断增加。如在ｔ２温度时，奥氏体的含碳量由２点确定。当温度继续下降至ＰＳＫ线(７２７℃)时，奥氏体含碳量已增加至０.７７％的共析成分，这部分奥氏体便在恒温下发生共析转变，形成珠光体。因此，亚共析钢的常温组织由铁素体和珠光体组成。上一页下一页返回２.２铁碳合金３.过共析钢过共析钢奥氏体的转变过程也是在一个温度范围内进行的。从ＥＳ线开始，至ＰＳＫ线结束。以合金②为例(图２-４)，在ＥＳ线以上呈单相奥氏体。当温度降至ｔ３时，奥氏体的含碳量达饱和状态。继续冷却，碳在γ－Ｆｅ中的溶解度降低，多余的碳就以渗碳体的形式从奥氏体中析出。温度越低，析出量就越多。因此，剩余奥氏体的含碳量沿ＥＳ线向Ｓ点方向逐渐减少。如在ｔ４温度时，奥氏体中的含碳量由４点的成分确定。降到ＰＳＫ线的温度(７２７℃)时，奥氏体的含碳量已降到共析成分(０.７７％)，并在此温度发生共析转变，形成珠光体。因此，过共析钢的组织由渗碳体和珠光体组成。上一页下一页返回２.２铁碳合金钢的种类品种繁多，如根据化学成分，可概括分为碳素钢和合金钢两大类，其中碳素钢按含碳量高低又可分为低碳钢(Ｃ≤０.２５％)、中碳钢(Ｃ＝０.２５％~０.６％)、高碳钢(Ｃ≥０.６％)；合金钢按合金元素含量的高低可分为低合金钢(总量≤５％)、中合金钢(总量＝５％~１０％)、高合金钢(总量≥１０％)，按照用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三类，按冶金质量则分为普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢。钢中的硫和磷是有害杂质，当含硫量过大的钢材进行热加工时，导致钢材强度降低，韧性下降，这种现象称为热脆；含磷量过大的钢材在室温下塑性、韧性急剧下降，这种现象称为冷脆。所以，钢材若按照冶金质量分类，就是根据硫、磷含量多少来确定的。上一页返回２.３碳钢２.３.１普通碳素结构钢这类碳钢的含碳量一般在０.０６％~０.３８％范围内，钢中有害杂质相对较多，但价格便宜，大多用于要求不高的机械零件和一般结构件。通常轧制成钢板或各种型材(圆钢、方钢、工字钢、角钢、钢筋等)供应。其牌号由Ｑ、屈服强度值、质量等级符号和脱氧方法四部分按顺序表示。质量等级有Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ五种，其中Ａ级质量最低，Ｅ级质量最高；脱氧方法用Ｆ(沸腾钢)、ｂ(半镇静钢)、Ｚ(镇静钢)、ＴＺ(特殊镇静钢)表示，牌号“Ｚ”、“ＴＺ”可以省略，如Ｑ２３５—ＡＦ表示屈服强度为２３５ＭＰａ、沸腾钢、质量等级为Ａ级的碳素结构钢。碳素结构钢的牌号、化学成分和力学性能见表２-２和表２-３(摘自ＧＢ/Ｔ７００—２００６)。下一页返回２.３碳钢碳素结构钢在汽车上的用途如下:Ｑ１９５、Ｑ２１５钢:对强度要求不高的零件，如铆钉、垫圈、开口销等。因塑性好，可用于冲压零件，如油底壳。Ｑ２３５钢:对强度要求一般的零件，如螺钉、螺母、螺栓、心轴、拉杆等。Ｑ２７５钢:对强度要求较高的零件，如转轴、摇杆、齿轮等。２.３.２优质碳素结构钢优质碳素结构钢因有害杂质较少，其力学性能均比碳素结构钢好，主要用于制造重要的机械零件。上一页下一页返回２.３碳钢优质碳素结构钢的牌号用两位阿拉伯数字表示。阿拉伯数字表示钢的平均含碳量(数字的万分之一即为平均含碳量)，如４５钢，表示平均含碳量为０.４５％的优质碳素结构钢。若钢中含锰量(Ｍｎ＝０.７％~０.１２％)较高时，在两位数字后面写“Ｍｎ”，如６５Ｍｎ，表示平均含碳量为０.６５％，并含有较多的Ｍｎ(Ｍｎ＝０.７％~０.１２％)的优质碳素结构钢。若是沸腾钢，在两位数字后面写“Ｆ”，如０８Ｆ。部分优质碳素结构钢牌号、力学性能和应用举例见表２-４。常用优质碳素结构钢在汽车上的应用见表２-５。上一页下一页返回２.３碳钢２.３.３碳素工具钢这类钢含碳量比较高(Ｃ＝０.６５％~１.３５％)，硫、磷杂质含量较少，经球化退火、淬火和低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。主要用于制造各种低速切削刀具、量具和模具。碳素工具钢的牌号由表示“碳”的汉语拼音字首“Ｔ”与阿拉伯数字组成，其中阿拉伯数字表示钢的平均含碳量(数字的千分之一即为平均含碳量)，如Ｔ８表示平均含碳量为０.８％的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后加“Ａ”，如Ｔ１２Ａ钢，表示平均含碳量为１.２％的高级优质碳素工具钢。碳素工具钢牌号、成分与应用举例见表２-６。上一页下一页返回２.３碳钢２.３.４铸造碳钢许多形状复杂的零件很难通过锻压等方法加工成形，用铸铁时性能又难以满足需要，此时常选用铸钢铸造获得铸钢件。铸造碳钢的牌号首位冠以“铸钢”两字的汉语拼音字首“ＺＧ”，在“ＺＧ”后面有两组数字，第一组数字表示最低屈服强度值，第二组数字表示最低抗拉强度值，如ＺＧ３１０—５７０，表示屈服强度不小于３１０Ｍａ，抗拉强度不小于５７０ＭＰａ的铸钢。常用碳素铸钢在汽车上的应用见表２-７。上一页返回２.４合金钢２.４.１合金结构钢合金结构钢主要用来制造各种机械零件、工程结构、建筑结构。合金结构钢的牌号(除滚动轴承钢外)以两位阿拉伯数字为首，表示碳的平均含量(以数字的万分之一计)，其后为元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号后面的数字表示该合金元素的平均含量(以数字的千分之一计)，若元素平均含量小于１.５％时，只写元素符号，其后不标出数字。若牌号末尾加“Ａ”，则表示钢中硫、磷含量少，属高级优质钢。如６０Ｓｉ２Ｍｎ表示平均Ｃ＝０.６％、Ｓｉ＝２％、Ｍｎ<１.５％的合金弹簧钢。下一页返回２.４合金钢１.低合金结构钢合金元素以锰为主，附加钒、钛、钼、铌、硼等，其主要作用是强化铁素体。这类钢含碳量较低(Ｃ<０.２％)，合金元素含量较少(Ｍｅ<３％)，通常在热轧经退火(或正火)状态下供应的，使用时一般不进行热处理。在牌号的组成中没有表示脱氧方法的符号，其余表示方法与碳素结构钢相同。例如Ｑ３９０Ａ，表示屈服强度为３９０ＭＰａ的Ａ级低合金结构钢。常用低合金结构钢的牌号、成分、性能与应用举例见表２-８。常用低合金高强度结构钢在汽车上的应用见表２-９。上一页下一页返回２.４合金钢２.合金渗碳钢合金渗碳钢的含碳量在０.１５％~０.２５％之间，主要加入锰、铬、硼等合金元素。经过渗碳、淬火和低温回火后，可获得很硬的表面层，又保持心部有很高的塑性、韧性，适用制造易磨损而又承受较大冲击载荷的零件，如汽车、拖拉机的齿轮、凸轮轴、气门挺杆等。表２-１０列出了常用合金渗碳钢的牌号、热处理与应用举例。常用合金渗碳钢在汽车上的应用见表２-１１。上一页下一页返回２.４合金钢３.合金调质钢合金调质钢的含碳量在０.２５％~０.５％之间，主要加入锰、硅、铬、钼、钒等合金元素，改善了钢的淬透性。经调质处理后，具有良好的综合力学性能。适用于制造性能要求较高及截面尺寸较大的重要零件，如承受交变载荷、中等转速、中等载荷的轴类、杆类、齿轮类零件。表２-１２列出了常用合金调质钢的牌号、热处理、性能与应用举例。常用合金调质钢在汽车上的应用见表２-１３。上一页下一页返回２.４合金钢４.合金弹簧钢合金弹簧钢的含碳量在０.４５％~０.７０％之间，主要加入锰、硅、铬、钒等合金元素，经淬火和中温回火后，能获得高的弹性。大截面的弹簧都采用合金弹簧钢制造，如机车车辆、汽车、拖拉机上的螺旋弹簧及板簧、阀门弹簧等。表２-１４列出了常用合金弹簧钢的牌号、热处理、性能与应用举例。常用合金弹簧钢在汽车上的应用见表２-１５。５.滚动轴承钢滚动轴承钢主要用来制造滚动轴承元件，如轴承内外圈、滚动体等。此外，还可以用于制造某些工具，例如模具、量具等。上一页下一页返回２.４合金钢滚动轴承钢的牌号以“Ｇ”为首(“Ｇ”即为“滚”的汉语拼音之首)，其后为合金元素符号加数字，如含Ｃｒ，Ｃｒ后的数字表示Ｃｒ的平均含量(数字的千分之一即为含Ｃｒ量)，其他元素含量表示方法与其他合金结构钢相同。例如，ＧＣｒ１５表示平均含Ｃｒ量为１.５％的滚动轴承钢；ＧＣｒ１５ＳｉＭｎ表示平均Ｃｒ含量为１.５％、Ｓｉ平均含量及Ｍｎ含量<１.５％的滚动轴承钢。根据滚动轴承的工作特点，滚动轴承钢应具有高而均匀的硬度和耐磨性，高的抗压强度、高的接触疲劳强度。此外，还应具有一定的韧性及抗润滑剂的侵蚀能力。因此，这类钢的含碳量很高，一般Ｃ＝０.９５％~１.１５％，Ｃｒ＝０.４％~１.６５％，即高碳低铬。铬能增加钢的淬透性，高碳能保证高硬度、耐磨性，还含有适量的锰、硅等合金元素，以进一步提高淬透性。上一页下一页返回２.４合金钢滚动轴承钢的锻件，预先热处理为球化退火，最终热处理为淬火和低温回火，表２-１６列出了常用高碳铬轴承钢的成分、热处理、力学性能和应用举例。２.４.２合金工具钢合金工具钢用来制造切削刃具、量具和模具，它以高硬、耐磨为基本特征。与碳素工具钢相比，合金工具钢具有淬透性好、耐磨性好、热硬性高和热处理变形小等优点。合金工具钢的牌号表示法为:若钢中平均Ｃ<１％，其牌号以一位数字为首，表示碳的平均含量(数字的千分之一为平均含碳量)；若Ｃ≥１％，牌号前不标数字。例如９Ｍｎ２Ｖ表示平均Ｃ＝０.９％、Ｍｎ＝２％、Ｖ<１.５％的合金工具钢。上一页下一页返回２.４合金钢１.量具刃具钢量具刃具钢主要用于制造形状复杂、截面尺寸较大的低速切削刃具和测量工具，一般Ｃ＝０.９％~１.５％，合金元素总量少，主要有铬、硅、锰、钨等，提高淬透性，获得高的硬度、耐磨性，保证高的尺寸精度。量具刃具钢锻造后进行球化退火，以改善切削加工性。最终热处理为淬火和低温回火。硬度一般为６０~６５ＨＲＣ。表２-１７列出了常用合金量具刃具钢的牌号、成分、热处理和应用举例。２.合金模具钢模具是用于压力加工的工具，根据工作条件及用途不同，常分为冷作模具、热作模具、成形模具(其中主要是塑料模)三大类，模具品种繁多，性能要求也多种多样。上一页下一页返回２.４合金钢(１)冷作模具钢。用于制作冷塑性变形的模具，如冷冲模、冷墩模、冷挤压模等。冷作模具工作时承受大的弯曲应力、压力、冲击及摩擦。因此要求具备高硬度、高耐磨性和足够的强度和韧性。热处理采用球化退火、淬火和低温回火。硬度为６２~６４ＨＲＣ。表２-１８列出了常用冷作模具钢的牌号、热处理、性能和应用举例。(２)热作模具钢。用于制作高温金属成形的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模等。热作模具工作时承受大的冲击力和摩擦力，并反复受热和冷却。因此，要求模具在高温下应有较高的强度和韧性、足够硬度和耐磨性、良好的导热性和耐热疲劳性。对尺寸较大的模具还要求有淬透性好、热处理变形小等性能。上一页下一页返回２.４合金钢热作模具钢的Ｃ＝０.３％~０.６％，以保证良好的强度、硬度和韧性。加入合金元素铬、镍、锰等，可提高淬透性和强度。加入铬、钨、硅，可提高耐热疲劳性。加钼，可提高耐回火性。热处理采用退火、淬火和高温回火，硬度为４０ＨＲＣ左右，并具有较高韧性和强度。表２-１９列出了常用热作模具钢的牌号、热处理、性能和应用举例。(３)塑料模具钢。与冷热模具相比，塑料模具钢的常规力学性能要求不高，但塑料制品形状复杂、尺寸精度、表面光洁，成形加热过程中还可能产生某些腐蚀性气体。因此要求塑料模具钢具有优良的工艺性能(切削加工性、冷挤压成形性和表面抛光性)，较高的硬度(４５ＨＲＣ)和耐磨、耐蚀性以及足够的强韧性。上一页下一页返回２.４合金钢常用的塑料模具钢包括工具钢、结构钢、不锈钢和耐热钢等。例如４０Ｃｒ、４Ｃｒ１３、３Ｃｒ１３、５ＣｒＮｉＭｏＶＳＣａ、７Ｍｎ１５Ｃｒ２Ａｌ１３Ｖ２ＷＭｏ等。３.高速工具钢(简称高速钢)高速工具钢主要用于制造高速切削刀具，它的热硬性很高，能以比低合金刃具钢具有更高的速度进行切削，故称高速钢。高速工具钢牌号表示方法与合金工具钢相似，其主要区别是不论含碳量多少，均不用数字标出。例如Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ表示平均Ｗ＝１８％、Ｃｒ＝４％、Ｖ<１.５％的高速工具钢，其Ｃ＝０.７％~０.８％不标出。常用的高速钢有Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ、Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２等。上一页下一页返回２.４合金钢２.４.３特殊性能钢在特殊条件下使用，要求具有特殊物理性能、化学性能的钢称为特殊性能钢，包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。不锈钢是指在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢。铬是不锈钢中最重要的合金元素，其含量一般在１１.５％~３２.１％；镍可显著提高耐蚀性。其牌号表示方法与合金工具钢相似，只是当Ｃ≤０.０３％或Ｃ≤０.０８％时，在牌号首位分别冠以“００”与“０”。例如，４Ｃｒ１３表示平均Ｃ＝０.４％、Ｃｒ＝１３％的不锈钢；００Ｃｒ１７Ｎｉ４Ｍｏ２表示平均Ｃ≤０.０３％、Ｃｒ＝１７％、Ｎｉ＝２％的不锈钢；０Ｃｒ１９Ｎｉ９表示平均Ｃ≤０.０８％、Ｃｒ＝１９％、Ｎｉ＝９％的不锈钢。上一页下一页返回２.４合金钢耐热钢用来制造在高温下工作的零件，如锅炉、蒸汽涡轮、发动机、炼油设备等耐热零件和装置。耐磨钢主要具有很高的耐磨性，且借助于使用过程的加工硬化和相变，越磨越硬。用于制造经受严重磨损和强烈冲击的零件，如坦克的履带、粉碎机的颚板、铁轨道岔及地质钻探的钻头等。主要牌号是ＺＧＭｎ１３，一般只能用铸造的方法获得。上一页返回２.５铸铁２.５.１灰口铸铁铸铁中石墨呈片状存在，其生产工艺简单，成本低廉，应用广泛。灰口铸铁的牌号以ＨＴ后附以数值表示，后面的数字表示铸铁的最低抗拉强度(ＭＰａ)。灰口铸铁一般不进行强化热处理，其常用牌号、性能和用途见表２-２０。２.５.２球墨铸铁球墨铸铁中石墨呈球状，而球状石墨对基体组织的割裂作用比灰口铸铁有很大程度的减弱。另外，石墨球越细，球的直径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的力学性能越高。球墨铸铁的牌号以ＱＴ后附以两个数值表示，前一个数值表示最低抗拉强度，后一个数值表示最低延伸率。其常用牌号、性能及用途见表２-２１。下一页返回２.５铸铁２.５.３蠕墨铸铁蠕墨铸铁是指在钢的基体上分布着蠕虫状石墨的铸铁。蠕虫状石墨的形状介于片状和球状石墨之间。其牌号以ＲｕＴ后附以数值表示，后面的数字表示铸铁的最低抗拉强度(ＭＰａ)。蠕墨铸铁的力学性能