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1、第第3章章 金属材料金属材料3.1 工业用钢工业用钢 3.1.1 碳素钢碳素钢碳钢：含碳量为碳钢：含碳量为0.02182.11%的铁碳合金的铁碳合金硫硫-有害的杂质元素有害的杂质元素1、杂质元素对、杂质元素对碳碳钢性能的影响钢性能的影响产生热脆现象产生热脆现象 低熔点（低熔点（985 C）共晶体（共晶体（FeS+Fe），），分布在分布在A晶界上。当钢加热到约晶界上。当钢加热到约1200 C热加工时，这些热加工时，这些共晶体已经熔化，于是导致加工件沿晶界开裂而形共晶体已经熔化，于是导致加工件沿晶界开裂而形成所谓的成所谓的“热脆热脆”现象现象;降低焊接性降低焊接性磷磷-有害元素有害元素溶入溶入F中
2、，起强烈的固溶强化作用，使强度、硬中，起强烈的固溶强化作用，使强度、硬度显著提高，塑、韧性急剧降低，特别在低温时，度显著提高，塑、韧性急剧降低，特别在低温时，使钢的冲击韧性明显下降，这种现象称为使钢的冲击韧性明显下降，这种现象称为“冷脆冷脆性性”。含磷量较高时，使钢的焊接性能变坏含磷量较高时，使钢的焊接性能变坏硅硅-有益元素有益元素锰锰-有益元素有益元素溶溶入入F使使钢钢的的强强度度、硬硬度度提提高高。硅硅的的含含量量一一般般不不超超过过0.4%，并不明显降低钢的塑性和韧性，并不明显降低钢的塑性和韧性溶于铁素体起固溶强化作用；溶于铁素体起固溶强化作用；含量一般为含量一般为0.25%0.8%。同
3、硫生成同硫生成MnS，消除或减轻硫的有害影响消除或减轻硫的有害影响氢氢-有害元素有害元素氢溶入钢中使钢的塑性、韧性降低，引起氢溶入钢中使钢的塑性、韧性降低，引起“氢脆氢脆”及及“白点白点”氮和氧氮和氧-有害元素有害元素氮氮使使钢钢的的强强度度、硬硬度度提提高高，塑塑性性、韧韧性性降降低低而而脆脆性性增增大大，因因而而含含氮氮量量过过高高对对钢钢有有害害。氧氧使使钢钢的的强强度度和和塑塑性性降降低低，特特别别是是以以氧氧化化物物夹夹杂杂的的形形式式（如如FeO、SiO2）存在时，会大大降低钢的疲劳强度，增加钢的热脆性存在时，会大大降低钢的疲劳强度，增加钢的热脆性锰硅锰硅有益元素有益元素 硫硫磷氢
4、氧氮磷氢氧氮有害元素有害元素2、碳钢的分类、碳钢的分类普通碳素钢：普通碳素钢：S 0.05%P 0.045%优质碳素钢优质碳素钢:S 0.035%P 0.035%高级优质碳素钢：高级优质碳素钢：S 0.025%P 0.025%按质量分：按质量分：碳素结构钢：机械零件及金属结构碳素结构钢：机械零件及金属结构碳素工具钢：各种工具碳素工具钢：各种工具按用途分：按用途分：低碳钢（低碳钢（C 0.25%）中碳钢（中碳钢（C=0.25%-0.6%）高碳钢（高碳钢（C 0.6%）按含碳量分：按含碳量分：按冶炼时脱氧程度分：按冶炼时脱氧程度分：沸腾钢（沸腾钢（F）镇静钢（镇静钢（Z）半镇静钢（半镇静钢（b）3
5、、碳钢的牌号和用途、碳钢的牌号和用途（1）碳素结构钢）碳素结构钢 牌号：牌号：Q质量等级质量等级脱氧程度脱氧程度用途：金属构件、型钢、垫片、铆钉、用途：金属构件、型钢、垫片、铆钉、普通小零件普通小零件最低屈服极限值最低屈服极限值(2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号牌号：平均含碳量的万分数平均含碳量的万分数较高含锰量较高含锰量:C 0.6%时时,0.71.0%Mn C0.6%时时,0.9 1.2%Mn特级优质特级优质碳素结构钢碳素结构钢S 0.020%P 0.025%:加加E高级优质钢：加高级优质钢：加A沸腾钢（沸腾钢（F）半镇静钢（半镇静钢（b）低碳钢低碳钢（10、15、20、25）用途：冷
6、冲压件、焊接件、强度要求不高的机械零件用途：冷冲压件、焊接件、强度要求不高的机械零件及渗碳件。如焊接容器、小轴、销子、法兰盘、螺钉、及渗碳件。如焊接容器、小轴、销子、法兰盘、螺钉、螺母、垫圈及渗碳凸轮、齿轮、型钢、钢板、钢管等螺母、垫圈及渗碳凸轮、齿轮、型钢、钢板、钢管等性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，焊接性好焊接性好 性能和用途性能和用途中碳钢（中碳钢（35、40、45、50）用途：重要机械零件，如轴、齿轮、叶轮、用途：重要机械零件，如轴、齿轮、叶轮、螺栓螺栓性能：良好的综合力学性能性能：良好的综合力学性能 高碳钢（高碳钢（60、65、65Mn）用途：
7、弹簧、高强度零件用途：弹簧、高强度零件性能：高强度、高弹性性能：高强度、高弹性（3）碳素工具钢）碳素工具钢carbon tool steels编号编号：T 或或T 含碳量为含碳量为0.65 1.3%平均含碳量的千分数平均含碳量的千分数T8、T10、T10A高级优质钢高级优质钢（4）碳素铸钢）碳素铸钢含碳量为含碳量为0.15 0.55%编号：编号：铸造碳钢铸造碳钢：ZG 工程用铸钢工程用铸钢：ZG 用途：重型、矿山、冶金机械、机车车辆用途：重型、矿山、冶金机械、机车车辆合金钢：在碳钢的基础上有意加入一些其它元素合金钢：在碳钢的基础上有意加入一些其它元素 冶炼成的钢冶炼成的钢常用合金元素：铬常用合
8、金元素：铬、锰、硅、钼、钨、钒、钛、锰、硅、钼、钨、钒、钛、铌、硼、镍、锆、稀土等铌、硼、镍、锆、稀土等 3.1.2 合金钢合金钢 (1)溶入铁素体溶入铁素体合金铁素体（合金元素溶入铁素体合金铁素体（合金元素溶入铁素体中形成的固溶体中形成的固溶体）1.合金元素对钢的影响合金元素对钢的影响 （1）合金元素在钢中的存在形式）合金元素在钢中的存在形式形成碳化物形成碳化物 非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Ni、Co、Si、Al、Cu等等 碳化物形成元素：碳化物形成元素：Mn Cr Mo W V Nb Zr Ti (弱）（中强）弱）（中强）（强）（强）扩大奥氏体区（扩大奥氏体区（A3、A1 ）Ni、
9、Mn、Co、Cu、N（2）合金元素对）合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响奥氏体钢：在室温下获得稳定的单相奥氏体组织奥氏体钢：在室温下获得稳定的单相奥氏体组织 缩小奥氏体区（缩小奥氏体区（A3、A1 ）：Cr、Si、W、Mo、Ti、V、P铁素体钢：在固态下具有稳定单相铁素体组织的钢铁素体钢：在固态下具有稳定单相铁素体组织的钢（3）合金元素对钢的热处理的影响）合金元素对钢的热处理的影响 合金元素对奥氏体化的影响合金元素对奥氏体化的影响 合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响 合金元素对淬火钢回火转变的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响 低合金钢（合金元素总量低合金钢
10、（合金元素总量10%）中合金钢（合元总量中合金钢（合元总量5%-10%）按化学成分按化学成分 2.合金钢的分类和牌号表示方法合金钢的分类和牌号表示方法 （1）合金钢的分类）合金钢的分类按加入合金元素种类按加入合金元素种类 锰钢、铬钼钢、铬钼钒钢锰钢、铬钼钢、铬钼钒钢按钢中所含合金元素的总量按钢中所含合金元素的总量 合金结构钢合金结构钢 建筑及建筑及工程用钢工程用钢（用于各种工程结构）（用于各种工程结构）机械制造用钢（机械制造用钢（用于各种机械零件用于各种机械零件）合金工具钢合金工具钢刃具钢、量具钢、模具钢刃具钢、量具钢、模具钢 特殊性能钢特殊性能钢耐热钢、耐磨钢、不锈钢耐热钢、耐磨钢、不锈钢按
11、用途按用途(2)合金钢的牌号表示方法合金钢的牌号表示方法 3合金结构钢合金结构钢 编号：两位数字编号：两位数字+元素符号元素符号+数字数字 平均含碳量万分数平均含碳量万分数元素含量百分数元素含量百分数 在两个钢中在两个钢中,同一主要合金元素含量不同，且含量均同一主要合金元素含量不同，且含量均小于小于1.5%而其它成分相同时，在含主要合金元素高的而其它成分相同时，在含主要合金元素高的钢的元素符号后标数字钢的元素符号后标数字“1”以示区别以示区别12Cr1MoV(0.91.2%)12CrMoV (0.40.6%)牌号：牌号：Q +质量等级质量等级（1）低合金高强度结构钢）低合金高强度结构钢最低屈服
12、极限值最低屈服极限值牌号牌号质质量量等等级级屈服点屈服点 s(MPa)(在下列厚度或直径在下列厚度或直径mm时时)抗拉抗拉强强度度 b(MPa)伸伸长长率率 5 16 1635 3550 50100Q295AB2952952752752552552352353905703905702323Q345ABCDE3453453453453453253253253253252952952952952952752752752752754706304706304706304706304706302121222222Q390ABCDE3903903903903903703703703703703503503
13、503503503303303303303304906504906504906504906504906501919202020Q420ABCDE4204204204204204004004004004003803803803803803603603603603605206805206805206805206805206801818191919Q460CDE460460460440440440420420420400400400550720550720550720171717 成分特点成分特点 低碳低碳（0.20%），），低合金低合金（合元总量合元总量3%3%），），主加锰（固溶强化），钛、钒、
14、铌（细化主加锰（固溶强化），钛、钒、铌（细化 晶粒、弥散强化）晶粒、弥散强化）、稀土（提高淬透性）、稀土（提高淬透性）性能性能 较高强度、较好塑性、韧性；良好焊接性、较较高强度、较好塑性、韧性；良好焊接性、较 好耐蚀性好耐蚀性 用途用途 建筑及工程结构、桥梁、车辆、高压容器建筑及工程结构、桥梁、车辆、高压容器用途：齿轮、凸轮、活塞销、汽轮机推力套用途：齿轮、凸轮、活塞销、汽轮机推力套（2）渗碳钢）渗碳钢用于制造渗碳零件的钢用于制造渗碳零件的钢成分特点成分特点 低碳，主加低碳，主加铬、锰、镍、硼铬、锰、镍、硼（提高淬透性）、钼、钨、（提高淬透性）、钼、钨、钒、钛、铌（细化晶粒）钒、钛、铌（细化晶
15、粒）常用钢号：常用钢号：(3)调质钢调质钢经调质处理后使用的碳素结构钢经调质处理后使用的碳素结构钢 和合金结构钢和合金结构钢钢的性能钢的性能 良好综合力学性能，良好综合力学性能，成分特点成分特点 中碳、中碳、主加主加铬、镍、锰、硅铬、镍、锰、硅（提高淬透性）硼（提高淬透性）硼（提高淬透性）、钛、钒（细化晶粒）（提高淬透性）、钛、钒（细化晶粒）钨、钼（防止高温回火脆性）钨、钼（防止高温回火脆性）用途：连杆、螺栓，轴类零件、齿轮用途：连杆、螺栓，轴类零件、齿轮(4)弹簧钢弹簧钢用于制造弹簧及弹性元件的用于制造弹簧及弹性元件的专用结构钢专用结构钢 钢的性能要求钢的性能要求 具有高弹性极限、疲劳极限、
16、屈服极限，高的屈强具有高弹性极限、疲劳极限、屈服极限，高的屈强比比;足够塑性与韧性；足够塑性与韧性；最后热处理工艺：淬火最后热处理工艺：淬火+中温回火（热成型）中温回火（热成型）去应力退火（冷成型）去应力退火（冷成型）常用钢号：常用钢号：成分特点：成分特点：高碳高碳（0.95-1.10%），），主加铬主加铬；大型；大型滚动轴承钢滚动轴承钢加入加入硅、锰硅、锰(5)滚动轴承钢滚动轴承钢用于制造滚动轴承的钢用于制造滚动轴承的钢 钢的性能要求钢的性能要求 高而均匀硬度和耐磨性；高的弹性极限与接触高而均匀硬度和耐磨性；高的弹性极限与接触 疲劳强度；足够韧性；大气及润滑油中耐蚀疲劳强度；足够韧性；大气及
17、润滑油中耐蚀 编号：编号：G+元素符号元素符号+数字数字 Cr千分数；其它元素千分数；其它元素百分数百分数 常用钢号常用钢号 用途：滚动轴承的套圈与滚动体用途：滚动轴承的套圈与滚动体碳钢碳钢 570 C以下，以下，Fe2O3、Fe3O4氧化膜氧化膜 570 C以上，以上，Fe2O3、Fe3O4、FeO氧化膜氧化膜提高钢抗氧化性方法提高钢抗氧化性方法 合金化（加入合金化（加入Cr、Si、Al）（a）化学腐蚀）化学腐蚀 金属腐蚀的一般概念金属腐蚀的一般概念不锈钢（不锈耐酸钢）：在空气、水、盐的水溶不锈钢（不锈耐酸钢）：在空气、水、盐的水溶 液、酸以及其他腐蚀性介质中具有抵抗液、酸以及其他腐蚀性介质
18、中具有抵抗 腐蚀能力的钢腐蚀能力的钢（1 1）不耐酸锈钢不耐酸锈钢 5 5特殊性能钢特殊性能钢（b）电化学腐蚀）电化学腐蚀两种不同的金属；两种不同的金属；同一种金属（成分不均匀、组织不均匀、内应同一种金属（成分不均匀、组织不均匀、内应 力）例如：铁素体的电极电位比渗碳体低力）例如：铁素体的电极电位比渗碳体低加入加入Cr、Si、Al，使钢表面形成一层稳定、致密的氧，使钢表面形成一层稳定、致密的氧化膜化膜提高电极电位（提高电极电位（基体的含铬量基体的含铬量 11.7%）使钢获得单相固溶体组织使钢获得单相固溶体组织 （c）提高钢耐腐蚀性的方法）提高钢耐腐蚀性的方法 常用不锈钢常用不锈钢编号编号：一般
19、一位数字表示平均含碳量的千分数；当平一般一位数字表示平均含碳量的千分数；当平均含碳量不小于均含碳量不小于1.00%1.00%时，采用两位数字表示含碳量；时，采用两位数字表示含碳量；当含碳量上限小于当含碳量上限小于0.1%0.1%时，以时，以“0 0”表示含碳量；当表示含碳量；当含碳量上限不大于含碳量上限不大于0.03%0.03%而大于而大于0.01%0.01%时，以时，以“0303”表示含碳量（超低碳）；当含碳量上限不大于表示含碳量（超低碳）；当含碳量上限不大于0.01%0.01%时，以时，以“0101”表示含碳量（极低碳）。合金元素含表示含碳量（极低碳）。合金元素含量表示方法同合金结构钢。量
20、表示方法同合金结构钢。不锈钢分类不锈钢分类按化学成分：铬不锈钢按化学成分：铬不锈钢 铬镍不锈钢铬镍不锈钢 铬锰不锈钢铬锰不锈钢按正火组织：按正火组织：马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢 铁素体铁素体-奥氏体型双相奥氏体型双相不锈钢不锈钢 沉淀硬化型不锈钢沉淀硬化型不锈钢 钢号：钢号：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13性能：在氧化性介质（大气、水蒸气、海水）中性能：在氧化性介质（大气、水蒸气、海水）中 具高的耐腐蚀性，在非氧化性介质中具高的耐腐蚀性，在非氧化性介质中 （硫酸、盐酸、碱溶液）耐蚀性很低；（硫酸、盐酸、碱溶液）耐蚀性很
21、低；含碳量含碳量 强度、硬度、耐磨性强度、硬度、耐磨性 塑性、韧性、耐蚀性塑性、韧性、耐蚀性（a）马氏体型不锈钢）马氏体型不锈钢 用途：用途：1Cr13、2Cr13含碳低，用于制造在弱腐蚀含碳低，用于制造在弱腐蚀介质中、承受冲击载荷作用的零件，如汽轮机叶片、介质中、承受冲击载荷作用的零件，如汽轮机叶片、螺栓、螺母、医疗器械等，所以其热处理为调质处理螺栓、螺母、医疗器械等，所以其热处理为调质处理即淬火、高温回火；含碳较高的即淬火、高温回火；含碳较高的3Cr13、4Cr13用于用于制造高强度、高硬度的耐蚀零件，如仪表的齿轮、医制造高强度、高硬度的耐蚀零件，如仪表的齿轮、医用手术工具、量具、滚动轴承
22、等，所以其热处理为淬用手术工具、量具、滚动轴承等，所以其热处理为淬火、低温回火。火、低温回火。（b b）铁素体型不锈钢）铁素体型不锈钢钢号：钢号：1Cr171Cr17、1Cr25Ti1Cr25Ti、1Cr17MoTi 1Cr17MoTi 性能：耐蚀性好，塑性好，强度低，在高温性能：耐蚀性好，塑性好，强度低，在高温 下晶粒长大倾向大下晶粒长大倾向大用途：主要用于要求较高耐蚀性而受力不大的构件，用途：主要用于要求较高耐蚀性而受力不大的构件，如化工设备中的容器、管道、食品工厂的设备等。如化工设备中的容器、管道、食品工厂的设备等。（c）奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢钢号：钢号：18-8型型铬镍不锈钢铬镍
23、不锈钢:0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni12Mo2Ti 性能：高的耐腐蚀性、塑性、韧性，良好的性能：高的耐腐蚀性、塑性、韧性，良好的 焊接性，室温强度、硬度低，易产生焊接性，室温强度、硬度低，易产生 晶间腐蚀，晶间腐蚀，导热系数小、线膨胀系数大导热系数小、线膨胀系数大 晶间腐蚀：晶间腐蚀：400-800400-800 C C沿奥氏体晶界析出沿奥氏体晶界析出铬的碳化物铬的碳化物，使奥氏体晶界附近区域含铬量低于使奥氏体晶界附近区域含铬量低于11.7%11.7%，沿奥氏体晶界附近产生腐蚀沿奥氏体晶界附近产生腐蚀防止方法：防止方法：降低钢的含碳量降低钢的含碳量；
24、加入钛或铌加入钛或铌(2)耐磨钢耐磨钢 高锰钢高锰钢 ZGMn13（含碳含碳1.01.3%、含锰、含锰1114%）-在强烈冲击和磨损条件下工作并在强烈冲击和磨损条件下工作并 能抵抗冲击和磨损的钢能抵抗冲击和磨损的钢水韧处理水韧处理将钢加热至将钢加热至1000 C1100 C,保温保温,水水 冷冷,以得到均一的奥氏体组织以得到均一的奥氏体组织用途：在强腐蚀性介质中工作的设备、管道、用途：在强腐蚀性介质中工作的设备、管道、贮槽以及无磁性的仪表、仪器元件等。贮槽以及无磁性的仪表、仪器元件等。在在冲冲击击严严重重、压压力力较较大大条条件件下下是是极极好好耐耐磨磨材材料料。冲冲击愈大、压力愈大，耐磨性愈
25、好。击愈大、压力愈大，耐磨性愈好。用途：球磨机衬板、破碎机的颚板、挖掘机的斗齿、用途：球磨机衬板、破碎机的颚板、挖掘机的斗齿、拖拉机坦克的履带、铁路的道岔等。拖拉机坦克的履带、铁路的道岔等。低合金耐磨钢低合金耐磨钢 钢号：钢号：41Mn2SiRe 55SiMnCuRe41Mn2SiRe 55SiMnCuRe 用途：无压力、冲击、摩擦或很小时用途：无压力、冲击、摩擦或很小时类类别别牌号牌号化学成分（化学成分（%）热处热处理理用途用途CMnSiNiCr其他铁素体钢2Cr25N0.201.501.000.6023.00-27.0N0.25退火780-880C（快冷）1082C以下不产生易剥落的氧化皮
26、，用于1050C以下炉用构件0Cr13Al0.081.001.000.6011.50-14.5Al0.10-0.3退火780-830C（空冷）最高使用温度900C，用于受力不大的炉用构件，如喷嘴、退火炉罩、吊挂等奥氏体钢0Cr25Ni200.082.001.5019.00-22.024.00-26.0固溶处理1030-1180C（快冷）用于1035C以下炉用材料（3）耐热钢）耐热钢 抗氧化钢抗氧化钢 蠕变极限蠕变极限:是在一定温度下和规定时间内，是在一定温度下和规定时间内，材料产生一定蠕变变形量的最大应力值材料产生一定蠕变变形量的最大应力值 热热强强性性指指标标持久强度持久强度:在一定温度下经
27、过一定时间引起在一定温度下经过一定时间引起断裂的应力断裂的应力 常用热强钢常用热强钢（a a）珠光体型热强钢）珠光体型热强钢 常用的低碳珠光体型钢如常用的低碳珠光体型钢如12CrMo12CrMo、15CrMo15CrMo、12CrMoV12CrMoV等，主要属于锅炉管道用钢；中碳珠光体型钢等，主要属于锅炉管道用钢；中碳珠光体型钢如如35CrMoV35CrMoV、25Cr2MoVA25Cr2MoVA等，属于叶轮、转子、紧固件用等，属于叶轮、转子、紧固件用钢钢 （b b）马氏体型热强钢）马氏体型热强钢 常见牌号有常见牌号有1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV
28、、1Cr12WMoV1Cr12WMoV等，用于制造使用温度低于等，用于制造使用温度低于580580的汽轮机、的汽轮机、燃气轮机、增压器的叶片。燃气轮机、增压器的叶片。铬硅钢则是另一类马氏体热强钢。常用牌号铬硅钢则是另一类马氏体热强钢。常用牌号4Cr9Si24Cr9Si2、4Cr10Si2Mo4Cr10Si2Mo等，又称气阀钢，主要用于制等，又称气阀钢，主要用于制造使用温度低于造使用温度低于750750的发动机排气阀，也可以用于的发动机排气阀，也可以用于制造温度低于制造温度低于900900的加热炉构件。的加热炉构件。（c c）奥氏体型热强钢）奥氏体型热强钢 常用牌号常用牌号:18-8:18-8型
29、的铬镍奥氏体热强钢型的铬镍奥氏体热强钢（0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni11Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti等）以及等）以及14-14-214-14-2型的铬型的铬镍奥氏体热强钢（如镍奥氏体热强钢（如4Cr14Ni14W2Mo4Cr14Ni14W2Mo、1Cr14Ni14W2MoTi1Cr14Ni14W2MoTi等）。它们是奥氏体型不锈钢，同时等）。它们是奥氏体型不锈钢，同时又有高的抗氧化性，并在高温下还有足够的强度又有高的抗氧化性，并在高温下还有足够的强度 0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni11Ti常用作常用作900900腐蚀条件下的部件、高腐蚀条件下的部件、高温用焊接结
30、构件等温用焊接结构件等1Cr18Ni9T1Cr18Ni9T可用于温度在可用于温度在610610 C C以下以下的锅炉和汽轮机的过热管道、构件等的锅炉和汽轮机的过热管道、构件等 4Gr14Ni14W2Mo4Gr14Ni14W2Mo钢的强热性、组织稳定性及抗氧化钢的强热性、组织稳定性及抗氧化性均高于马氏体型气阀钢，故常用于制造工作温度性均高于马氏体型气阀钢，故常用于制造工作温度650650的内燃机重负荷排气阀。的内燃机重负荷排气阀。(3)(3)麻口铸铁麻口铸铁 工业上很少应用工业上很少应用1铸铁的分类铸铁的分类根据碳在铸铁中的存在形式：根据碳在铸铁中的存在形式：根据碳在铸铁中的存在形式：根据碳在铸
31、铁中的存在形式：(1)(1)(1)(1)白口铸铁白口铸铁白口铸铁白口铸铁 工业上很少用于机械零件。主要用作炼钢的原料工业上很少用于机械零件。主要用作炼钢的原料工业上很少用于机械零件。主要用作炼钢的原料工业上很少用于机械零件。主要用作炼钢的原料或制造可锻铸铁的毛坯或制造可锻铸铁的毛坯或制造可锻铸铁的毛坯或制造可锻铸铁的毛坯(2)(2)(2)(2)灰口铸铁灰口铸铁灰口铸铁灰口铸铁3.2 铸铁铸铁 3.2.1 概述概述(1)灰口铸铁（片状石墨）灰口铸铁（片状石墨）简称灰铸铁简称灰铸铁(3)球墨铸铁（球状石墨）球墨铸铁（球状石墨）简称球铁简称球铁(2)可锻铸铁（团絮状石墨）可锻铸铁（团絮状石墨）根据铸
32、铁中石墨的形态根据铸铁中石墨的形态(4)(4)蠕墨铸铁蠕墨铸铁（蠕虫状）（蠕虫状）2铸铁的石墨化铸铁的石墨化 1、Fe3CFe+C铸铁组织中石墨的形成过程铸铁组织中石墨的形成过程 形式形式 2、在一定条件下，由液态和固态铸铁中直接、在一定条件下，由液态和固态铸铁中直接 析出石墨析出石墨 1）成分：）成分：C、Si、Al、Cu、Ni 促进石墨化促进石墨化 S、Mn、Cr、Mo、W 阻止石墨化阻止石墨化 2）冷却速度：冷速越慢，越有利于石墨化）冷却速度：冷速越慢，越有利于石墨化影响石墨化的因素影响石墨化的因素 性能：性能：抗拉强度、塑性、韧性及疲劳强度都比同样基抗拉强度、塑性、韧性及疲劳强度都比同
33、样基 体的钢低得多。硬度和抗压强度主要取决于基体的钢低得多。硬度和抗压强度主要取决于基 体组织体组织 牌号：牌号：HT用途：用途：不受冲击、承压且产生一定振动的床身、底不受冲击、承压且产生一定振动的床身、底座、工作台、轴承盖、油泵体等座、工作台、轴承盖、油泵体等 组织：组织：F+G,P+G,F+P+G最小抗拉强度最小抗拉强度3.2.2灰铸铁灰铸铁 铸铁的生长：灰口铸铁在铸铁的生长：灰口铸铁在400400 C C以上使用，特别以上使用，特别 是经反复加热，其体积会逐渐增是经反复加热，其体积会逐渐增 大的现象大的现象 防止铸铁的生长：加入铬、铝或增加硅的含量防止铸铁的生长：加入铬、铝或增加硅的含量
34、 组织：组织：F+G,P+G,F+P+G,B下下+G 3.2.3球墨铸铁球墨铸铁 性能：强度高于其他铸铁，塑性、韧性高于灰性能：强度高于其他铸铁，塑性、韧性高于灰 铸铁，屈强比高，硬度高，耐磨性好；铸铁，屈强比高，硬度高，耐磨性好；抗氧化性能和抗生长性比灰铸铁好抗氧化性能和抗生长性比灰铸铁好 牌号：牌号：QT 用途：用于要求强度较高、受冲击、耐磨损的用途：用于要求强度较高、受冲击、耐磨损的 重要零件，如重要零件，如发电机曲轴、连杆、齿轮发电机曲轴、连杆、齿轮 中压阀门、油泵体、活塞环中压阀门、油泵体、活塞环 b(%)3.2.4蠕墨铸铁蠕墨铸铁 组织：组织：F+G,P+G,F+P+G 性能：介于
35、相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁性能：介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁 之间之间牌号：牌号：RuT420 RuT420 用途：柴油机气缸盖、气缸套、电动机外壳、用途：柴油机气缸盖、气缸套、电动机外壳、机座、机床床身、阀体等机座、机床床身、阀体等最小抗拉强度最小抗拉强度3.2.5合金铸铁合金铸铁1、耐热铸铁、耐热铸铁heat-resistant cast iron 向铸铁中加入铬、硅、铝等元素而获得耐热向铸铁中加入铬、硅、铝等元素而获得耐热性能的合金铸铁称为耐热铸铁性能的合金铸铁称为耐热铸铁 铸铁的耐热性：在高温抗氧化、抗生长并保持较铸铁的耐热性：在高温抗氧化、抗生长并保持较 高的强度、硬度及抗
36、蠕变的能力高的强度、硬度及抗蠕变的能力 牌牌号：号：RTRT（RQT RQT）+合金合金元素符号元素符号+合金元素合金元素%用途：用途：加热炉炉底板、坩埚、热交换器、钢锭模及压加热炉炉底板、坩埚、热交换器、钢锭模及压 铸模等铸模等 合金元素含量合金元素含量 1%，用整数表示，用整数表示 1%，一般不标，一般不标2、耐磨铸铁、耐磨铸铁 抵抗剧烈摩擦、磨损场合使用的铸铁抵抗剧烈摩擦、磨损场合使用的铸铁 抗磨铸铁抗磨铸铁：干摩擦条件下工作：干摩擦条件下工作 的的耐磨铸铁耐磨铸铁 犁铧、轧辊、碎煤机、磨煤机犁铧、轧辊、碎煤机、磨煤机 减摩铸铁：在润滑条件下工作的耐磨铸铁减摩铸铁：在润滑条件下工作的耐磨
37、铸铁 机床导轨、汽缸套、活塞环和滑动轴承机床导轨、汽缸套、活塞环和滑动轴承（1）在润滑条件下工作的耐磨铸铁）在润滑条件下工作的耐磨铸铁 组织：软基体上分布有硬的组织组成物组织：软基体上分布有硬的组织组成物 珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁 高磷合金铸铁高磷合金铸铁 铜铬钼合金铸铁铜铬钼合金铸铁 1）白口铸铁白口铸铁 （2）在无润滑的干摩擦条件下工作的耐磨铸铁）在无润滑的干摩擦条件下工作的耐磨铸铁 牌号：牌号：KmTBKmTB+合金元素化学符号合金元素化学符号+合金元素合金元素%KmTBKmTB：抗磨白口铸铁的代号：抗磨白口铸铁的代号普通白口铸铁普通白口铸铁合金白口铸铁（铬、镍、锰、钼合金白口铸铁（铬、
38、镍、锰、钼）KmTBCr262.03.3KmTBCr20Mo2.03.3KmTBCr15Mo2.03.3KmTBCr122.03.3KmTBCr82.13.2KmTBCr22.13.6KmTBCr9Ni52.53.6KmTBNi4Cr2GT3.03.6KmTBNi4Cr2DT 2.43.0 3）中锰球墨铸铁：在）中锰球墨铸铁：在稀土稀土-镁镁球墨铸铁中加入球墨铸铁中加入 锰锰5-9.5%、含硅、含硅3.3-5%得到得到 的球墨铸铁的球墨铸铁 2）冷硬铸铁：表层）冷硬铸铁：表层心部心部 白口组织白口组织麻口组织麻口组织灰口组织灰口组织 用途：犁铧、球磨机磨球、衬板用途：犁铧、球磨机磨球、衬板 用
39、途：车轮、轧辊用途：车轮、轧辊 3耐蚀铸铁耐蚀铸铁（1）高硅耐蚀铸铁）高硅耐蚀铸铁（2）含铝耐蚀铸铁）含铝耐蚀铸铁（3）高铬耐蚀铸铁）高铬耐蚀铸铁 金属材料分为金属材料分为黑色金属黑色金属和和有色金属有色金属两大类。两大类。3.3 3.3 有色金属及其合金有色金属及其合金黑黑色色金金属属是是指指铁铁、锰锰、铬铬及及它它们们的的合合金金，如如钢钢、生生铁铁、铸铁等，其外观多呈深黑色或灰黑色，故称铸铁等，其外观多呈深黑色或灰黑色，故称黑色金属黑色金属。除除黑色金属黑色金属之外的所有金属都称为之外的所有金属都称为有色金属有色金属。但习惯上，人们通常把除铁及铁基合金以外的金属称为但习惯上，人们通常把除
40、铁及铁基合金以外的金属称为有色金属，又称为非铁金属。有色金属，又称为非铁金属。3.3.1 3.3.1 铝及铝合金铝及铝合金1 1工业纯铝工业纯铝铝铝的的密度小密度小，导热导热、导电性导电性（仅次于银、铜和金）好，（仅次于银、铜和金）好，常用于制作导线、电缆、电容器以及导热或散热用的常用于制作导线、电缆、电容器以及导热或散热用的机械零件和设备。机械零件和设备。铝在空气中有优良的抗蚀性铝在空气中有优良的抗蚀性铝有很铝有很高的塑性高的塑性和较低的强度及硬度，便于通和较低的强度及硬度，便于通过各种冷、热压力加工制成型材、线材、板材过各种冷、热压力加工制成型材、线材、板材和铝箔。和铝箔。工业纯铝分为工业
41、纯铝分为纯铝（含铝纯铝（含铝99-99.85%99-99.85%）和和高纯铝高纯铝（含铝（含铝 99.85%99.85%）两类。两类。纯铝纯铝分压力加工产品（变形铝）分压力加工产品（变形铝）和和未压力未压力加工产品（铸造纯铝）加工产品（铸造纯铝）两种。两种。铸造纯铝牌号由铸造纯铝牌号由“Z Z”和铝的化学元素符号及表和铝的化学元素符号及表明铝百分含量的数字组成，例如，明铝百分含量的数字组成，例如，ZAl99.5ZAl99.5表示表示最低含铝为最低含铝为99.5%99.5%的铸造纯铝的铸造纯铝.变形铝牌号采用变形铝牌号采用四位字符体系四位字符体系的方法命名的方法命名 四位字符体系牌号的第一、三、
42、四位为数字，四位字符体系牌号的第一、三、四位为数字，第二位为英文大写字母（第二位为英文大写字母（C C、I I、L L、N N、O O、P P、Q Q、Z Z字母除外）。字母除外）。第一位数字为第一位数字为1 1，表示纯铝，表示纯铝。牌号中的牌号中的第二位字母表示原始纯铝的改型情况第二位字母表示原始纯铝的改型情况，若是若是A A，则表示为原始纯铝；若是，则表示为原始纯铝；若是BYBY的其他字的其他字母，则表示为原始纯铝的改型，与原始纯铝相母，则表示为原始纯铝的改型，与原始纯铝相比，其元素含量略有改变。牌号中比，其元素含量略有改变。牌号中最后两位数最后两位数字表示最低铝百分含量中小数点后面的两位
43、字表示最低铝百分含量中小数点后面的两位。如如1A501A50、1A301A30、1A991A99、1A971A97、1A931A93、1A901A90、1A851A85等。等。2 2铝合金铝合金(1)(1)铝合金的分类铝合金的分类铝合金按其成分和生产工艺的不同，可以分为两大类铝合金按其成分和生产工艺的不同，可以分为两大类:变形铝合金变形铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金。变形铝合金按其性能和用途，又可分为变形铝合金按其性能和用途，又可分为防锈铝防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金等合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金等。图图3.11 二元合金相图的一般形式二元合金相图的一般形式（2 2）铝合
44、金的热处理）铝合金的热处理（固溶处理固溶处理+时效）时效）若将固溶处理后的铝合金在室温下放置足够若将固溶处理后的铝合金在室温下放置足够长时间，则不稳定的过饱和长时间，则不稳定的过饱和 固溶体会析出细固溶体会析出细小弥散的第二相质点分布在小弥散的第二相质点分布在 固溶体基体上，固溶体基体上，从而使强度、硬度显著提高，这种淬火后的合从而使强度、硬度显著提高，这种淬火后的合金随时间延长而发生的强化现象称为时效强化。金随时间延长而发生的强化现象称为时效强化。将铝合金加热保温后获得单相将铝合金加热保温后获得单相 固溶体，在水固溶体，在水中急冷，得到单相过饱和中急冷，得到单相过饱和 固溶体组织，这种热固溶
45、体组织，这种热处理方法称为固溶处理（或称淬火）。处理方法称为固溶处理（或称淬火）。在室温下进行的时效为自然时效，在加热条在室温下进行的时效为自然时效，在加热条件下进行的时效为人工时效。件下进行的时效为人工时效。（3 3）变形铝合金）变形铝合金四位字符体系牌号的第一、三、四位为数字，第二位四位字符体系牌号的第一、三、四位为数字，第二位为英文大写字母（为英文大写字母（C C、I I、L L、N N、O O、P P、Q Q、Z Z字母除外）字母除外）。第一位数字表示组别，组别按主要合金元素划分：第一位数字表示组别，组别按主要合金元素划分：主要合金元素为主要合金元素为CuCu、MnMn、SiSi、Mg
46、Mg、MgMg和和SiSi、ZnZn、其他、其他元素时，组别依次表示为元素时，组别依次表示为2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8；备；备用组用用组用“9 9”表示其组别。表示其组别。例如例如2 2表示以铜为主表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。牌号中的要合金元素的变形铝合金。牌号中的第二位字母表示第二位字母表示原始合金的改型情况，若是原始合金的改型情况，若是A A，则表示为原始合金；，则表示为原始合金；若是若是BYBY的其他字母，则表示为原始合金的改型合金。的其他字母，则表示为原始合金的改型合金。改型合金与原始合金相比，化学成分有所变化。牌号改型合金与原始合金相比，化学成分有
47、所变化。牌号中的中的最后两位数字用以标识同一组别中的不同铝合金最后两位数字用以标识同一组别中的不同铝合金。变形铝合金的牌号采用四位字符体系命名方法。变形铝合金的牌号采用四位字符体系命名方法。常用变形铝合金的牌号、成分、力学性能见表常用变形铝合金的牌号、成分、力学性能见表3-243-24组组别别牌号牌号化学成分化学成分(%)供应状态供应状态试样状试样状态态力学性能力学性能代号代号CuMgMnZn其他其他 b(MPa)10（%）防锈铝5A500.104.85.50.30.60.20Si0.5Fe0.5BRBR26515LF53A210.20_1.01.6_Si0.6；Fe0.7Ti0.15BRBR
48、16720LF21硬铝2A012.23.00.20.50.200.10Si0.5；Fe0.5Ti0.15BMBCZLY12A113.84.80.40.80.40.80.30Si0.7；Fe0.7Ti0.15YMCZ2353731215LY112A123.84.91.21.80.30.90.30Si0.5；Fe0.5Ti0.15YMCZ216456148LY12超硬铝7A041.42.01.82.80.20.65.05.7Si0.5；Fe0.5Cr0.100.25Ti0.10YM24510LC4YCS4907BRBCS5496锻铝6A020.20.60.450.90或Cr0.150.35_Si0
49、.51.2 Ti0.15；Fe0.5R，BCZBCS3048LD22A501.82.60.400.800.40.80.3Si0.71.2 Ti0.15；Fe0.7R，BCZBCS38210LD5防锈铝合金防锈铝合金 防锈铝合金防锈铝合金主要是主要是Al-MgAl-Mg或或Al-Al-MnMn合金。防锈铝合金合金。防锈铝合金耐蚀性高，塑性、韧性及焊接性能好，具有比纯铝耐蚀性高，塑性、韧性及焊接性能好，具有比纯铝高的强度。主要用于耐蚀容器（如油箱）、防锈蒙高的强度。主要用于耐蚀容器（如油箱）、防锈蒙皮、窗框、壳体及铆钉等。防锈铝合金的代号用拼皮、窗框、壳体及铆钉等。防锈铝合金的代号用拼音字母音字母
50、“LFLF”再加上顺序数字表示再加上顺序数字表示 硬铝合金硬铝合金 硬铝合金主要是硬铝合金主要是Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系合金，一般还含有少系合金，一般还含有少量锰。这类铝合金能通过热处理即淬火和时效可量锰。这类铝合金能通过热处理即淬火和时效可获得高的强度和硬度，故称为硬铝合金。获得高的强度和硬度，故称为硬铝合金。硬铝合硬铝合金的耐蚀性比纯铝差，特别是不耐海水等介质腐金的耐蚀性比纯铝差，特别是不耐海水等介质腐蚀，因而需在其表面包一层纯铝。硬铝合金的代蚀，因而需在其表面包一层纯铝。硬铝合金的代号用拼音字母号用拼音字母“LYLY”再加上顺序数字表示。再加上顺序数字表示。超硬铝合金超硬铝合金