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1、第五章第五章常用金属材料及性能常用金属材料及性能第五章第五章常用金属材料及性能常用金属材料及性能重点：重点：学习钢材编号、钢的牌号、性能、用途、热处理工艺及选用依据；常用工业用钢（结构钢、合金结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、工具钢、滚动轴承钢、特殊钢）。组织、性能用途及选用；铸铁的石墨化、常用铸铁的牌号、组织与性能；5.1 工业用钢分类与牌号工业用钢分类与牌号n工业用钢：碳素钢工业用钢：碳素钢(简称碳钢简称碳钢)和合金钢。和合金钢。n碳钢：碳钢：C%2.11的铁碳合金。的铁碳合金。n碳钢优点：价低、易获得、易加工、好的力学碳钢优点：价低、易获得、易加工、好的力学性能，应用极广泛。性能，应用极广
2、泛。n碳钢缺点：淬透性低、强度和屈强比低、回火碳钢缺点：淬透性低、强度和屈强比低、回火稳定性差、不能满足如耐热性、耐磨性、耐蚀稳定性差、不能满足如耐热性、耐磨性、耐蚀性等特殊性能的要求；性等特殊性能的要求；n合金钢：为了改善和提高碳钢的性能或使之获合金钢：为了改善和提高碳钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳钢中特意加入某些合金得某些特殊性能，在碳钢中特意加入某些合金元素而得到的多元的以铁为基的合金。元素而得到的多元的以铁为基的合金。5.1 工业用钢分类与牌号工业用钢分类与牌号5.1.1 我国现行钢分类与牌号的特点我国现行钢分类与牌号的特点1 积极推行国际标准积极推行国际标准2注重实用注重实用
3、我国钢号的命名采用我国钢号的命名采用 化学元素符号、汉语拼音、阿拉伯数字相结合化学元素符号、汉语拼音、阿拉伯数字相结合5.1.2 钢的分类钢的分类n分类方法分类方法 化学成分、主要质量等级、主要性能及用途化学成分、主要质量等级、主要性能及用途n1 钢分类简介钢分类简介n按化学成分分类：非合金钢、低合金钢、合金钢按化学成分分类：非合金钢、低合金钢、合金钢n按主要质量等级、主要性能及使用特性分类：按主要质量等级、主要性能及使用特性分类：n2 目前常用的钢分类方法：目前常用的钢分类方法：n1)按钢中含碳量按钢中含碳量wc高低分：高低分：低碳钢：低碳钢：wc0.25%中碳钢：中碳钢：0.25%Wc0.
4、60%高碳钢：高碳钢：wc0.60%n2)按冶金特点分按冶金特点分普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢5.1.2 钢的分类钢的分类5.1.2 钢的分类钢的分类3)按钢的用途、成分、性能和热处理特点分按钢的用途、成分、性能和热处理特点分用途用途按化学成分分类按化学成分分类碳素钢：碳素钢：低碳钢(C0.25)、中碳钢（0.25C0.6）、高碳钢(C0.6)。合金钢：合金钢：低合金钢(Me 总量5、中合金钢(Me 总量510)、高合金钢 (Me 总量10)。根据所含主要根据所含主要Me种类种类，锰钢、铬钢、铬钼钢、铬锰鈦钢等。按质量分类（按质量分类（按钢中的有
5、害杂质磷、硫含量来分类）普通钢普通钢（S0.055、P0.045）；优质钢优质钢(S0.040、P0.040)；高级优质钢高级优质钢(S0.030、P0.035)按冶炼方法分类按冶炼方法分类可按炉别分为平炉钢、转炉纲、电炉钢。按脱氧程度可分为沸腾纲（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧完全）、半镇静钢按金相组织分类按金相组织分类按退火组织按退火组织：分为亚共析钢、共析钢、过共析钢。按正火、淬火组织按正火、淬火组织：分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢及奥氏体钢。5.1.3钢的牌号钢的牌号nGB221-1997，钢号由三大部分构成钢号由三大部分构成 化学元素符号化学元素符号-表示钢中所含表示钢中所含化学元素种
6、类化学元素种类 汉语拼音字母汉语拼音字母-表示产品名称、用途、冶炼方表示产品名称、用途、冶炼方法等，表法等，表5.1 阿拉伯数字阿拉伯数字-钢中主要钢中主要化学元素含量化学元素含量或产品或产品主主要性能参数或代号要性能参数或代号n参看表参看表5.25.2 结构钢结构钢n结构钢是各种工程构件和机器零件用钢。结构钢是各种工程构件和机器零件用钢。n结构钢根据化学成分、力学性能和冶金质结构钢根据化学成分、力学性能和冶金质量特点，分为：量特点，分为：碳素结构钢碳素结构钢 低合金高强度钢低合金高强度钢 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 合金结构钢合金结构钢5.2.1碳素结构钢碳素结构钢n主要用于制造各种金属结
7、构和要求不很高的机器主要用于制造各种金属结构和要求不很高的机器零件，是目前产量最大、使用最多的一类钢。零件，是目前产量最大、使用最多的一类钢。nQ235：Q-屈服强度屈服强度 235-235MPa此类钢的力学性能随钢材厚度或直径的增大而降低。此类钢的力学性能随钢材厚度或直径的增大而降低。5.2.2低合金高强度钢低合金高强度钢n用于桥梁、车辆、锅炉、输油输气管道、农机等大型重用于桥梁、车辆、锅炉、输油输气管道、农机等大型重要钢结构。要钢结构。n性能要求：性能要求：1)高强度及足够韧性高强度及足够韧性 2)良好的焊接性能和冷成形性能良好的焊接性能和冷成形性能 3)良好的耐蚀性良好的耐蚀性(大气、海
8、水、土壤等大气、海水、土壤等)n在碳素结构钢的基础上加入少量在碳素结构钢的基础上加入少量(一般合金总量低于一般合金总量低于5%)合金元素而形成。合金元素而形成。n特点：强度较高，塑性好，加工工艺性能良好。特点：强度较高，塑性好，加工工艺性能良好。能减轻重量，节约钢材，降低成本能减轻重量，节约钢材，降低成本n加入的主要合金元素：加入的主要合金元素：Mn、Si、Cr、Ni 固溶强化固溶强化 V、Ti、Nb 形成碳化物，弥散形成碳化物，弥散/细晶强化细晶强化供货状态：热轧或控制轧制状态供货状态：热轧或控制轧制状态注意：其强度、塑性与钢材尺寸有关注意：其强度、塑性与钢材尺寸有关Q345(新牌号新牌号)
9、5.2.3优质碳素结构钢优质碳素结构钢nWs0.035%，Wp0.035%n用于制造各种比较重要的机器零件和弹簧。用于制造各种比较重要的机器零件和弹簧。n力学性能主要取决于力学性能主要取决于碳的质量分数碳的质量分数及及热处热处理状态理状态n例：例：08钢钢-Wc为为0.05%0.12%n钢种和用途钢种和用途 n08 25 25 低碳钢低碳钢 具有良好的塑、韧性，良好的冲压及焊接性能，用于制造冲压零件具有良好的塑、韧性，良好的冲压及焊接性能，用于制造冲压零件(如汽车、拖拉机油箱、仪表盘、机器罩等如汽车、拖拉机油箱、仪表盘、机器罩等)，焊接件，焊接件(容器、端盖等容器、端盖等)及对强度要求不高的机
10、器零件及对强度要求不高的机器零件(凸轮、小齿轮等凸轮、小齿轮等)n30 30 55 55 中碳钢中碳钢 经调质处理后用经调质处理后用(调质钢调质钢)，主要用于制造受力较大的机器零件，如，主要用于制造受力较大的机器零件，如轴、齿轮、连杆等轴、齿轮、连杆等n6060及以上及以上 高碳钢高碳钢 主要用于制造较高强度、耐磨性及弹性的零件，如弹簧、工具等。主要用于制造较高强度、耐磨性及弹性的零件，如弹簧、工具等。n热处理热处理：优质碳素结构钢使用前一般都要进行热处理。优质碳素结构钢使用前一般都要进行热处理。n性能性能：含碳量增加含碳量增加强度增加，塑性、冲击韧性降低强度增加，塑性、冲击韧性降低。5.2.
11、4合金结构钢合金结构钢n在优质碳素结构钢的基础上，加入合金元素形成在优质碳素结构钢的基础上，加入合金元素形成n分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢n性能特点：具有较高的强度、韧性、较高的淬透性，性能特点：具有较高的强度、韧性、较高的淬透性，整个截面得到均匀良好的综合机械性能。整个截面得到均匀良好的综合机械性能。n1)合金渗碳钢合金渗碳钢-经经渗碳、淬火和低温回火渗碳、淬火和低温回火后使用的后使用的结构钢，基本上都是结构钢，基本上都是低碳钢低碳钢和和低碳合金钢低碳合金钢 主要用于制造高耐磨性、高疲劳强度和要求具有较主要用于制造高耐磨性、高疲劳强度和要求具有
12、较高心部韧性的零件，如变速齿轮及凸轮轴等高心部韧性的零件，如变速齿轮及凸轮轴等 20Cr-5.2.4合金结构钢合金结构钢n1)合金渗碳钢合金渗碳钢 按其淬透性可分为三类按其淬透性可分为三类n 低淬透性渗碳钢：水淬临界淬透直径为低淬透性渗碳钢：水淬临界淬透直径为2035。典型。典型钢种钢种20Mn2、20Cr、20MnV等。等。n 中淬透性渗碳钢：油淬直径约为中淬透性渗碳钢：油淬直径约为2560。典型钢种。典型钢种20CrMnTi、12CrNi3等，用于制造尺寸较大、承受中等等，用于制造尺寸较大、承受中等载荷、耐磨零件，如汽车中齿轮。载荷、耐磨零件，如汽车中齿轮。n 高淬透性渗碳钢：油淬直径约高
13、淬透性渗碳钢：油淬直径约100以上，典型钢种有以上，典型钢种有12CrNi14、20 CrNi4、18Cr2Ni4WA等，承受重载与等，承受重载与强烈磨损的极为重要的大型零件。强烈磨损的极为重要的大型零件。2)合金调质钢合金调质钢n组织及性能：由调质得回火索氏体；良好的综合力学性能。组织及性能：由调质得回火索氏体；良好的综合力学性能。n用途：承受较大疲劳应力的重要零件如齿轮、连杆、高强螺用途：承受较大疲劳应力的重要零件如齿轮、连杆、高强螺栓等。栓等。n在在中中碳碳调调质质钢钢基基础础上上发发展展起起来来的的，C%：0.25%0.5主主加加元元素素：Mn、Si、Cr、Ni、B-提提高高钢钢的的淬
14、淬透透性性，并并产产生固溶强化；生固溶强化；n辅加元素：辅加元素：Ti、V、W、Mo-形成高稳定性碳化物，阻止形成高稳定性碳化物，阻止淬火加热时奥氏体晶粒的长大，起细晶强韧化作用。淬火加热时奥氏体晶粒的长大，起细晶强韧化作用。W、Mo还可防止产生高温回火脆性。还可防止产生高温回火脆性。n合金调质钢热处理特点合金调质钢热处理特点n 最终热处理：调质（淬火最终热处理：调质（淬火+高温回火高温回火n工艺路线：工艺路线：40Cr，下料，下料锻造锻造退火退火粗机加工粗机加工调质调质精机加工精机加工装配。装配。n退火（预备热处理）目的：改善锻造组织、消除缺退火（预备热处理）目的：改善锻造组织、消除缺陷、细
15、化晶粒；调整硬度，便于切割加工；为淬火陷、细化晶粒；调整硬度，便于切割加工；为淬火做好组织准备。做好组织准备。n 调质工艺：油淬得到马氏体组织，然后在调质工艺：油淬得到马氏体组织，然后在525回回火。最终使用状态下的组织为回火索氏体。火。最终使用状态下的组织为回火索氏体。n合金调质钢常用钢种及用途合金调质钢常用钢种及用途 低淬透性调质钢：典型钢种低淬透性调质钢：典型钢种40Cr，广泛用于制造，广泛用于制造一般尺寸的重要零件。一般尺寸的重要零件。中淬透性调质钢中淬透性调质钢 典型牌号典型牌号40CrNi等，用于制造截面较大的零件，等，用于制造截面较大的零件，例如曲轴、连杆等。例如曲轴、连杆等。高
16、淬透性调质钢高淬透性调质钢 典型牌号有典型牌号有40CrNiMoA钢钢,用于制造大截面重载用于制造大截面重载荷的重要零件，如汽轮机主铀、叶轮、航空发动机荷的重要零件，如汽轮机主铀、叶轮、航空发动机轴等。轴等。3)合金弹簧钢合金弹簧钢n主主要要用用于于制制造造弹弹簧簧而而得得名名，要要求求：高高的的弹弹性性极极限限、高高的的疲疲劳劳强度和足够的塑性与韧性。强度和足够的塑性与韧性。n一般为高碳钢、中碳合金钢和高碳合金钢一般为高碳钢、中碳合金钢和高碳合金钢 C%：0.45%0.7%n例：例：60、70、85钢钢n性能性能高的弹性极限和高的屈强比高的弹性极限和高的屈强比 高的疲劳极限：因弹簧一般在交变
17、载荷下工作。高的疲劳极限：因弹簧一般在交变载荷下工作。足够的塑性和韧性，以免受冲击时发生脆断。足够的塑性和韧性，以免受冲击时发生脆断。较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成型等。较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成型等。3)合金弹簧钢合金弹簧钢n热处理：按弹簧的加工工艺艺不同，可分为冷成型弹簧热处理：按弹簧的加工工艺艺不同，可分为冷成型弹簧和热成型弹簧两种和热成型弹簧两种热成型弹簧（热轧钢丝（热成型弹簧（热轧钢丝（1015）热轧热轧淬火中温淬火中温(450550)回火，获得回回火，获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，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
18、和韧性。并有一定的塑性和韧性。冷成型弹簧（直径冷成型弹簧（直径810）冷成型后不再淬火，只进行消除应力的低温冷成型后不再淬火，只进行消除应力的低温(200300)退火，并使弹簧定形。退火，并使弹簧定形。5.2.5其他结构钢其他结构钢 1)易切削钢易切削钢n含含较较多多的的S、P、Pb、Ca等等，硫硫化化物物和和铅铅微微粒粒易切削易切削n常用于制造受力较小、强度要求不高，但要求尺常用于制造受力较小、强度要求不高，但要求尺寸精度高、表面粗糙度低且进行大批量生产的零寸精度高、表面粗糙度低且进行大批量生产的零件，如螺栓等件，如螺栓等 2)铸钢铸钢n冶炼后直接铸造成形而不需锻轧成形的钢种。冶炼后直接铸造
19、成形而不需锻轧成形的钢种。n按化学成分按化学成分 碳素铸钢碳素铸钢 合金铸钢合金铸钢n铸钢的牌号、力学性能及用途见表铸钢的牌号、力学性能及用途见表5.9n常常用用于于制制造造结结构构件件，如如机机座座、箱箱体体等等，通通常常不不进进行热处理。行热处理。n铸钢与铸铁相比，强度、塑性、韧性较高，但流铸钢与铸铁相比，强度、塑性、韧性较高，但流动性差、收缩性大、熔点高，所以铸造性较差，动性差、收缩性大、熔点高，所以铸造性较差，只用于制造形状复杂，并需要一定强韧性的零件。只用于制造形状复杂，并需要一定强韧性的零件。3)超高强度钢超高强度钢n在在合合金金结结构构钢钢的的基基础础上上，通通过过严严格格控控制
20、制材材料料冶冶金金质质量量、化化学学成成分分和和热热处处理理工工艺艺而而发发展展起起来来的的，以以强度强度为首要要求并辅以适当韧性的钢种。为首要要求并辅以适当韧性的钢种。n屈服强度超过屈服强度超过1380Mpa 或抗拉强度超过或抗拉强度超过1500Mpan主主要要用用于于制制造造飞飞机机起起落落架架、机机翼翼大大梁梁、火火箭箭、发发动机壳体和武器等动机壳体和武器等n按化学成分和强韧化机制不同，可分为四类，见按化学成分和强韧化机制不同，可分为四类，见表表5.10 4)非调质钢非调质钢n是是非非常常有有利利于于再再生生循循环环的的新新型型结结构构钢钢，可可实现制造过程的大量节能。实现制造过程的大量
21、节能。5)冷冲压用钢冷冲压用钢n适用于冷冲压工艺的钢材要求，有优良的适用于冷冲压工艺的钢材要求，有优良的冲压成形性能冲压成形性能低的屈服强度和屈强比，低的屈服强度和屈强比，高的塑性、形变强化能力及低的时效性等高的塑性、形变强化能力及低的时效性等 6)低温钢低温钢n指指用用于于工工作作温温度度低低于于0(也也有有认认为为-40)的的零零件的钢种件的钢种n性能要求：性能要求：冷脆转变温度低冷脆转变温度低 低温韧性好低温韧性好 良好的可焊性良好的可焊性 良好的冷塑性成形性。良好的冷塑性成形性。n广广泛泛用用于于化化工工、冷冷冻冻设设备备、液液体体燃燃料料的的制制备备与与储储运装置、海洋工程与极地机械
22、设施等。运装置、海洋工程与极地机械设施等。n常用低温钢见表常用低温钢见表5.11 5.3 滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢 n主主要要用用于于制制造造各各类类滚滚动动轴轴承承的的内内圈圈、外外圈圈以以及及滚滚动动体体的的专专用用钢钢，GCr15 n应应具具有有高高的的抗抗压压强强度度的的接接触触疲疲劳劳强强度度、高高的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性，同同时时应应具有一定的韧性和抗腐蚀性。具有一定的韧性和抗腐蚀性。n成分特点成分特点 高碳（高碳（0.951.15）保证高硬度、高耐磨性和高强度）保证高硬度、高耐磨性和高强度n 铬为基本合金元素（铬为基本合金元素（Cr
23、0.41.65）提高淬透性、耐磨性、）提高淬透性、耐磨性、接触疲劳强度。接触疲劳强度。n 加人加人Si、Mn进一步提高淬透性。进一步提高淬透性。5.3.1滚动轴承钢滚动轴承钢5.3.2工具钢工具钢 n用于制造各种工具的钢。用于制造各种工具的钢。n按用途分为：按用途分为：刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢1)刃具钢刃具钢n制造各种切削工具的钢。制造各种切削工具的钢。n应应具具有有高高硬硬度度、高高耐耐磨磨性性、高高的的热热硬硬性性，并并具具有有一定的强度和韧性，通常为高碳钢和高碳合金钢一定的强度和韧性，通常为高碳钢和高碳合金钢n常用刃具钢常用刃具钢:碳素工具钢碳素工具钢(表表5.13)合金
24、工具钢合金工具钢(表表5.14)高速钢高速钢 1)刃具钢刃具钢n碳素工具钢碳素工具钢(表表5.13)含碳量：含碳量：0.651.35的高碳钢。的高碳钢。n机械性能：随碳含量增加，使钢耐磨性增加，而韧性下降。机械性能：随碳含量增加，使钢耐磨性增加，而韧性下降。热处理特点热处理特点n预备热处理：球化退火；降硬度、改善切削加工为淬火做组预备热处理：球化退火；降硬度、改善切削加工为淬火做组织准备。织准备。n最终热处理：淬火最终热处理：淬火+低温回火。回火低温回火。回火M粒状渗碳体残余奥粒状渗碳体残余奥氏体。氏体。n用途：碳素工具钢用途：碳素工具钢nT7、T8：承受冲击负荷的工具，如凿子、锤子、冲头：承
25、受冲击负荷的工具，如凿子、锤子、冲头nT9T11：中等韧性的工具，如小冲模，手工锯条：中等韧性的工具，如小冲模，手工锯条nT12、T13：不承受冲击负荷的量具，锉刀：不承受冲击负荷的量具，锉刀n高级优质碳素工具钢（高级优质碳素工具钢（T7AT13A）形状较为复杂的工具。）形状较为复杂的工具。1)刃具钢刃具钢n合金工具钢合金工具钢(表表5.14)n 成分特点成分特点：高碳（高碳（0.91.1）。加入）。加入Cr、Mn、Si提高提高钢的淬透性、加入钢的淬透性、加入W、V提高硬度和耐磨性。提高硬度和耐磨性。n 热处理热处理：预备热处理：锻造后进行球化退火。预备热处理：锻造后进行球化退火。n 最终热处
26、理：淬火最终热处理：淬火+低温回火，低温回火，n组织：组织：回火回火M粒状粒状Cem少量少量A残余残余n与碳素工具钢相比较，淬透性提高，变形和开裂倾向小。与碳素工具钢相比较，淬透性提高，变形和开裂倾向小。n 常用钢种及用途常用钢种及用途n比碳素工具钢：较高的淬透性，一定的热硬性（比碳素工具钢：较高的淬透性，一定的热硬性（250）。可）。可制造截面较大，较复杂的刃具，如车刀、绞刀、刨刀等。制造截面较大，较复杂的刃具，如车刀、绞刀、刨刀等。n典型钢种典型钢种：9SiCr钢：钢：1)刃具钢刃具钢n高高速速钢钢：(W16Cr4V)具具有有很很高高的的热热硬硬性性，在在高高速速切切削削的的刃刃部温度达部
27、温度达600时，硬度无明显下降。时，硬度无明显下降。成分特点成分特点n高碳（高碳（0.701.5，）、，）、n加人铬提高淬透性（加人铬提高淬透性（Cr 4）、）、n加入钨、钼提高热硬性、加入钒提高耐磨性加入钨、钼提高热硬性、加入钒提高耐磨性n热处理热处理n高温淬火（高温淬火（11701300）三次高温回火（）三次高温回火（560）n回火后的组织：回火回火后的组织：回火M+少量少量A残余残余+Cem。2)模具钢模具钢n指指主主要要用用于于制制造造各各种种模模具具(如如冷冷冲冲模模、冷冷挤挤压模、热锻模等压模、热锻模等)的钢的钢n根据用途分根据用途分 冷作模具钢冷作模具钢 热作模具钢热作模具钢 成
28、形模具钢成形模具钢 3)量具钢量具钢n指指用用于于制制造造各各种种测测量量工工具具(如如卡卡尺尺、千千分分尺尺等等)的钢的钢n要求：要求：高硬度高硬度 高耐磨性高耐磨性 高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性 5.3.3不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢1 不锈钢不锈钢n指指在在自自然然环环境境或或一一定定工工业业介介质质中中耐耐腐腐蚀蚀的的钢种，是典型的耐蚀合金。钢种，是典型的耐蚀合金。n是是在在碳碳钢钢的的基基础础上上加加入入Cr、Ni、Si、Mo、Ti、Nb、Al、N、Mn、Cu等形成的。等形成的。按正火后组织的不同，分为按正火后组织的不同，分为 马氏体型马氏体型 铁素体型铁素体型 奥氏体型奥氏体型 奥
29、氏体奥氏体-铁素体型铁素体型 沉淀硬化型沉淀硬化型2 耐热钢耐热钢n指用于制造在高温条件下使用的零件或构件的钢。指用于制造在高温条件下使用的零件或构件的钢。n应具有良好的抗氧化能力和高温强度。应具有良好的抗氧化能力和高温强度。n按使用特性分为按使用特性分为 抗氧化钢抗氧化钢 热强钢热强钢n按组织不同分为按组织不同分为 铁素体类耐热钢铁素体类耐热钢 奥氏体类耐热钢奥氏体类耐热钢5.4 铸铁铸铁 n铸铸铁铁是是碳碳的的质质量量分分数数大大于于2.11%，并并含含有有较较多多的的Si、Mn及杂质及杂质S、P的多元铁碳合金。的多元铁碳合金。n与碳钢相比：与碳钢相比：力学性能通常较低，特别是塑性、韧性较
30、差力学性能通常较低，特别是塑性、韧性较差 但具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和但具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能切削加工性能 成本低廉成本低廉 因此在工业生产中得到广泛的应用。因此在工业生产中得到广泛的应用。5.4.1 铸铁的主要类型铸铁的主要类型n铁铁碳碳合合金金中中碳碳的的存存在在形形式式：亚亚稳稳定定的的化化合合态态(如如Fe3C)和稳定的游离态和稳定的游离态(石墨石墨)。亚亚稳稳定定化化合合态态的的Fe3C可可以以转转变变为为稳稳定定的的石墨游离态石墨游离态 或在较慢冷却条件下，碳原子充分扩散，或在较慢冷却条件下，碳原子充分扩散，直接从铁水或奥氏体中析出石墨直接从铁水
31、或奥氏体中析出石墨-石墨化石墨化 铸铁分类：铸铁分类：n1 白口铸铁白口铸铁 碳主要以碳主要以Fe3C等碳化物形式存在的铸铁。等碳化物形式存在的铸铁。组组织织中中有有共共晶晶莱莱氏氏体体存存在在，组组织织粗粗大大、很很脆脆，断口呈白亮色。断口呈白亮色。硬硬度度很很高高，因因而而难难以以进进行行切切削削加加工工，仅仅用用于于部部分要求耐磨等场合的产品。分要求耐磨等场合的产品。n2 灰铸铁灰铸铁 碳全部或大部分以片状石墨形式存在的铸铁。碳全部或大部分以片状石墨形式存在的铸铁。价格低廉，铸造性能及切削加工性能好，应价格低廉，铸造性能及切削加工性能好，应用非常广泛。用非常广泛。n3 可锻铸铁可锻铸铁
32、碳全部或大部分以团絮状石墨形式存在的铸铁。碳全部或大部分以团絮状石墨形式存在的铸铁。与灰铸铁相比，具有较高的塑性和韧性与灰铸铁相比，具有较高的塑性和韧性 可锻铸铁可锻铸铁不能不能锻造。锻造。n4 球墨铸铁球墨铸铁 碳全部或大部分以球状石墨形式存在的铸铁。碳全部或大部分以球状石墨形式存在的铸铁。力力学学性性能能好好，在在一一定定条条件件下下可可代代替替钢钢来来制制造造重重要要零件。零件。n5 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 碳全部或大部分以蠕虫状石墨形式存在的铸铁。碳全部或大部分以蠕虫状石墨形式存在的铸铁。5.4.2各类铸铁的特点各类铸铁的特点1 共性特点共性特点 1)成分特点成分特点n高碳、高硅高碳、高硅n
33、S、P质质量量分分数数限限制制较较宽宽-成成本本低低廉廉、可可在在机机械械厂熔炼的重要原因之一厂熔炼的重要原因之一 2)组织特点组织特点n基体组织除石墨外，还有基体组织除石墨外，还有F、F+P、P、M、B等类型，与钢组织类型相同，因此通常将铸铁组等类型，与钢组织类型相同，因此通常将铸铁组织看成是在织看成是在钢基体钢基体上分布着一定数量、形态、大上分布着一定数量、形态、大小的小的石墨石墨。3)性能特点性能特点n力力学学性性能能主主要要取取决决于于基基体体组组织织类类型型和和石石墨墨的的形形状状、数量、大小和分布。数量、大小和分布。n铸铸铁铁中中石石墨墨的的存存在在可可视视为为孔孔洞洞和和裂裂纹纹
34、，割割裂裂了了基基体体，减减小小了了铸铸件件的的有有效效承承载载面面积积，并并引引起起应应力力集集中，导致铸铁的抗拉强度、塑性、韧性通常较低。中，导致铸铁的抗拉强度、塑性、韧性通常较低。n受压时裂纹不易扩展，因此铸铁的抗压强度高。受压时裂纹不易扩展，因此铸铁的抗压强度高。n切削加工时具有良好的断屑性能；石墨具有自润切削加工时具有良好的断屑性能；石墨具有自润滑性能，可提高铸铁的耐磨性；石墨的存在使铸滑性能，可提高铸铁的耐磨性；石墨的存在使铸铁具有良好的减震性和较小的缺口敏感性。铁具有良好的减震性和较小的缺口敏感性。n2 各类铸铁的特点各类铸铁的特点 1)灰铸铁灰铸铁n组组织织特特点点：在在钢钢基
35、基体体(F、F+P、P)上上分分布布着着一一些些片片状石墨状石墨。n应力集中大，抗拉强度、塑性、韧性均较差应力集中大，抗拉强度、塑性、韧性均较差n变变质质处处理理(孕孕育育处处理理)-加加入入一一定定量量的的硅硅铁铁、硅硅钙钙合合金金作作非非自自发发核核心心而而形形成成的的铸铸铁铁，石石墨墨片片得得以以细细化化，并改善石墨片的分布，从而提高铸铁性能。并改善石墨片的分布，从而提高铸铁性能。nHT+最最小小抗抗拉拉强强度度值值(强强度度牌牌号号)或或HT+布布氏氏硬硬度度值值(硬度牌号硬度牌号)n主要用于制造承压件或受力较小、不太重要的零件。主要用于制造承压件或受力较小、不太重要的零件。表表5.1
36、5 2)可锻铸铁可锻铸铁n用用一一定定成成分分的的铁铁水水浇浇铸铸成成白白口口铸铸铁铁(白白口口铸铸铁铁是是指指完完全全按按照照Fe-Fe3C相相图图结结晶晶而而得得到到的的铸铸铁铁)，再再经经石石墨墨化化退退火火使使其其中中的的渗渗碳碳体体全全部部或或大大部部分分分分解，形成解，形成团絮状石墨团絮状石墨的一种铸铁。的一种铸铁。n组组织织特特点点：在在钢钢基基体体(F、P)上上分分布布着着一一些些团团絮絮状状石墨石墨。n应应力力集集中中较较小小，比比具具有有相相同同组组织织的的灰灰口口铸铸铁铁具具有有较高的强度和塑性。较高的强度和塑性。nKTZ、KTHn比铸钢铸造性能好，比灰口铸铁强韧，比比铸
37、钢铸造性能好，比灰口铸铁强韧，比球墨铸铁成本低球墨铸铁成本低，质量稳定，常用于制造，质量稳定，常用于制造形状复杂、承受一定冲击的薄壁件，如汽形状复杂、承受一定冲击的薄壁件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门、车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门、钢管脚手架接头等。钢管脚手架接头等。n表表5.16 3)球墨铸铁球墨铸铁n在在一一定定成成分分的的铁铁水水中中加加入入少少量量球球化化剂剂和和变变质质剂剂后后，获得的在钢基体上分布着获得的在钢基体上分布着球状石墨球状石墨的铸铁。的铸铁。n组织特点：在钢基体上分布着球状石墨的铸铁。组织特点：在钢基体上分布着球状石墨的铸铁。n应应力力集集中中小小，比
38、比具具有有相相同同组组织织的的灰灰口口铸铸铁铁和和可可锻锻铸铸铁具有更高的强度和塑性。铁具有更高的强度和塑性。nQT+最小抗拉强度最小抗拉强度+-最小断后伸长率最小断后伸长率n制制造造一一些些受受力力复复杂杂，对对强强度度、韧韧性性和和耐耐磨磨性性要要求求高高的的零零件件，如如柴柴油油机机中中的的曲曲轴轴、连连杆杆以以及及凸凸轮轮轴轴、齿齿轮等。轮等。n但塑性、焊接性比钢差。表但塑性、焊接性比钢差。表5.17 4)蠕墨铸铁蠕墨铸铁n在在一一定定成成分分的的铁铁水水中中加加入入一一定定量量的的蠕蠕化化剂剂及及少少量量孕育剂形成的石墨形态呈孕育剂形成的石墨形态呈蠕虫状蠕虫状的一类铸铁。的一类铸铁。
39、n组织特点：钢基体上分布着蠕虫状的石墨。组织特点：钢基体上分布着蠕虫状的石墨。n引引起起的的应应力力集集中中程程度度介介于于片片状状石石墨墨和和球球状状石石墨墨之之间，性能优于灰口铸铁。间，性能优于灰口铸铁。n导热性、铸造性、减震性、切削加工性均优于球导热性、铸造性、减震性、切削加工性均优于球墨铸铁，是一种墨铸铁，是一种具有良好综合性能具有良好综合性能的铸铁。的铸铁。nRuT+最小抗拉强度最小抗拉强度n用于制造一些形状复杂、承受热循环载荷、用于制造一些形状复杂、承受热循环载荷、组织致密、强度要求高的铸件，如缸盖、组织致密、强度要求高的铸件，如缸盖、液压阀、汽缸套、制动盘、刹车鼓、玻璃液压阀、汽
40、缸套、制动盘、刹车鼓、玻璃膜等。膜等。5.4.3 铸铁的热处理特点铸铁的热处理特点n灰灰口口铸铸铁铁：去去应应力力退退火火、消消除除局局部部白白口口组组织的高温石墨化退火织的高温石墨化退火n球墨铸铁：可以像钢一样进行各种处理。球墨铸铁：可以像钢一样进行各种处理。n注意：热处理不能改变已存在石墨的形态注意：热处理不能改变已存在石墨的形态和分布。和分布。5.5有色金属及合金有色金属及合金 1 工业纯铝工业纯铝n密密度度2.7g/cm3，熔熔点点660，具具有有良良好好的的导导电电性性、导导热热性性，磁磁化化率率极极低低，良良好好的的耐耐大大气气腐腐蚀蚀性。性。n固固态态的的铝铝具具有有面面心心立立
41、方方晶晶格格，无无低低温温脆脆性性，其其强强度度、硬硬度度很很低低，塑塑性性很很好好。铝铝无无同同素素异异构构转转变变，故故纯纯铝铝不不能能通通过过热热处处理理强强化化，通通过过冷冷塑塑性性变变形形后后强强度度升升高高，但但塑塑性性降降低低。主主要要用用于于制制作作导导线线和和熔熔炼铝合金的原料。炼铝合金的原料。nL04,L035.5.1铝及铝合金铝及铝合金 2铝合金铝合金n在在纯纯铝铝中中加加入入Cu、Si、Mg、Mn、Zn等等元元素素制制成铝合金。成铝合金。n强强化化方方式式有有形形变变强强化化、固固溶溶强强化化、时时效效强强化化以以及及细晶强化。细晶强化。1）铝合金的分类）铝合金的分类n
42、分为变形铝合金和铸造铝合金。分为变形铝合金和铸造铝合金。2）变形铝合金）变形铝合金nLF、LY、LC、LD 3）铸造铝合金铸造铝合金n分为铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝锌系分为铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝锌系 3铝合金的热处理铝合金的热处理 退火退火 淬火与时效淬火与时效 5.5.2 铜及其合金铜及其合金（1）工业纯铜工业纯铜n牌号为牌号为T1、T2、T3、T4，数字愈小纯度越高。数字愈小纯度越高。n纯纯铜铜密密度度8.93g/cm3，熔熔点点1083，具具有有很很好好的的导导电电性性、导导热热性性，为为抗抗磁磁性性物物质质，在在大大气气、淡水、非氧化性酸中有良好的耐腐蚀性。淡水、非氧化性酸中有良好
43、的耐腐蚀性。n固态的铜具有面心立方晶格，无低温脆性，其强固态的铜具有面心立方晶格，无低温脆性，其强度、硬度低，塑性很好。铜无同素异构转变，故度、硬度低，塑性很好。铜无同素异构转变，故纯铜不能通过热处理强化，但可通过冷塑性变形纯铜不能通过热处理强化，但可通过冷塑性变形来强化，强化后塑性会明显降低。来强化，强化后塑性会明显降低。n主要用于制作导线、电刷和铜管等制品，纯铜锭主要用于制作导线、电刷和铜管等制品，纯铜锭也可以用于熔炼铜合金。也可以用于熔炼铜合金。（2）铜合金铜合金n在在纯纯铜铜中中加加入入Zn、Sn、Al、Be、Ni等等合合金元素。金元素。1）黄铜）黄铜 Cu-Zn 2)青铜青铜 指除黄铜和白铜以外的铜合金。指除黄铜和白铜以外的铜合金。n5.5.3 其他有色金属材料简介其他有色金属材料简介n（1）钛及钛合金钛及钛合金n（2）镁及镁合金镁及镁合金 （3）锌及锌合金锌及锌合金 5.6粉末冶金材料粉末冶金材料 n自学自学作业n5.2n5.5n5.7n5.9做书上，只做做书上，只做HT250 KTH350-10 QT450-10演讲完毕，谢谢观看！