材成-工程材料

1、金属材料的性能金属材料的性能使用性能：使用性能：材料在使用过程中所表现出来的性能。材料在使用过程中所表现出来的性能。工艺性能：工艺性能：材料在制成零件过程中所表现出的性能。材料在制成零件过程中所表现出的性能。即材料对于零件制造工艺的适应性。即材料对于零件制造工艺的适应性。使用性能使用性能工艺性能工艺性能物理性能物理性能化学性能化学性能机械性能机械性能铸造性铸造性能能锻造性能锻造性能焊接性能焊接性能切削加工性能切削加工性能热处理性能热处理性能第一章金属材料的主要性能第一章金属材料的主要性能1.11.1金属材料的机械性能金属材料的机械性能机械性能：材料受外力作用时所反映出来的性能。机械性能：材料受

2、外力作用时所反映出来的性能。（力学性能）即在各种载荷作用下其抵抗变形的性能。（力学性能）即在各种载荷作用下其抵抗变形的性能。一、弹性、塑性和强度一、弹性、塑性和强度1.1.弹性弹性: :是指金属材料受力外力作用时产生变形，当外是指金属材料受力外力作用时产生变形，当外力除去后能恢复原来形状的性能。力除去后能恢复原来形状的性能。金属材料的弹性指标是弹性极限（金属材料的弹性指标是弹性极限（e e），表示），表示：金属材料在发生永久变形之前单位面积上所：金属材料在发生永久变形之前单位面积上所能承受的最大外力。能承受的最大外力。常用的塑性指标：常用的塑性指标：延伸率延伸率断面收缩率断面收缩率2.2.塑性

3、：是金属材料受力外力作用下，产生永久变形而塑性：是金属材料受力外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能。不致引起破坏的性能。其中：其中：l l为变形后的长度；为变形后的长度；l l0 0为变形前的长度。为变形前的长度。其中：其中：F F为变形后的断面面积；为变形后的断面面积；F F0 0为变形前的断面面积。为变形前的断面面积。常用指标：常用指标：屈服强度：屈服强度：s材料在外力作用下开始屈服时的应力。材料在外力作用下开始屈服时的应力。3.3.强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。测定方法：拉伸试验测定方法：拉伸试验抗拉强度抗拉强度b

4、 b：材料在拉断前所能承受的最大应力。：材料在拉断前所能承受的最大应力。0.20.2产生产生0.2%0.2%塑性变形时的应力。塑性变形时的应力。几种常见金属材料的拉伸曲线几种常见金属材料的拉伸曲线一般情况下材料的变形随应力的增加而增加一般情况下材料的变形随应力的增加而增加, ,但应力达到某一值时但应力达到某一值时, ,在应力没有增加而变形在应力没有增加而变形大量产生时大量产生时, ,就叫材料发生了屈服。就叫材料发生了屈服。二、硬度：材料抵抗更硬物体压入能力，也可以看作是材料对二、硬度：材料抵抗更硬物体压入能力，也可以看作是材料对局部塑性变形的抗力。局部塑性变形的抗力。1.1.布氏硬度布氏硬度H

5、BHB只适于测量硬度不高的材料只适于测量硬度不高的材料HBS450HBW650HBS450HBW650；不适于测量成品和薄件。不适于测量成品和薄件。2.2.洛氏硬度洛氏硬度HRCHRCHRBHRB测量有色金属，退火钢和铸铁等硬度较低材料。测量有色金属，退火钢和铸铁等硬度较低材料。HRCHRC测量经过热处理后的硬度。（一般用测量经过热处理后的硬度。（一般用1490N1490N的力）的力）HRAHRA测量经过化学热处理后的表面。测量经过化学热处理后的表面。测量硬度高的薄件测量硬度高的薄件3.3.维氏硬度维氏硬度HVHV测量过程比较麻烦测量过程比较麻烦是机械零件生产过程中对零件性能进是机械零件生产过

6、程中对零件性能进行检测的一个重要指标，与材料的强行检测的一个重要指标，与材料的强度有相应对应关系。度有相应对应关系。不能直接用于设计计算，只能作为抵抗冲击能力的参考性指标。三、冲击韧性:材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。测量方法：一次摆锤冲击试验四、疲劳强度(-1)2.疲劳强度：材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力。1.疲劳破坏：材料在TT1 1TT4 4TT室温室温液相液相从液相中从液相中析出析出相相相相1.1.相图分析相图分析点分析：点分析：t tA A=1083=1083纯铜的熔点，纯铜的熔点，t tB B=1451=1451纯镍的熔点纯镍的熔点基本相：为液相（基本相：为液相（

7、L L）和固相（）和固相（固溶体）固溶体）ABAB液相线，液相线，线分析：线分析：域分析：液相线之上的区域为液相区，固相线以下的为固域分析：液相线之上的区域为液相区，固相线以下的为固相区，而两线之间的区域为液固两相共存区。相区，而两线之间的区域为液固两相共存区。ABAB固相线固相线LL+TCuNiXT1。LXQL（X-LX）=Q（X-X）设：合金的质量为W；液相的质量为WL；液相的质量百分数为QL；固相的质量为W；固相的质量百分数为Q。解方程得：XXXLXXXLXQLLXQF!F!。Xab则有方程组：WWWXWWLWLXXL对方程组各项除以W则有：1WWWWXWWLWWLXXLQX+QLLX=

8、XQ+QL=1即得方程组：三、杠杆定律共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从液相中同时析共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从液相中同时析出由两种不同固相的过程。出由两种不同固相的过程。四、共晶相图四、共晶相图(Pb-Sn)(Pb-Sn)点分析：点分析：A A纯铅的熔点；纯铅的熔点；B B纯锡的熔点；纯锡的熔点；C C共晶反应时共晶反应时固溶体成分及锡的最大溶解度；固溶体成分及锡的最大溶解度；D D共晶反应时共晶反应时固溶体成分及铅的最大溶解度；固溶体成分及铅的最大溶解度；E E共晶点共晶点线分析：线分析：AEBAEB液相线；液相线；ACEDBACEDB固相线；固相线；CEDCED共晶

9、线；共晶线；CFCFSnSn在在PbPb中的溶解度线；中的溶解度线；DGPbDGPb在在SnSn中的溶解度线。中的溶解度线。1.1.相图分析相图分析基本相：基本相：L L相相液相；液相；相相SnSn溶于溶于PbPb中形成的固溶体；中形成的固溶体；相相PbPb溶于溶于SnSn中形成的固溶体。中形成的固溶体。域分析LL+L+2 2、结晶过程、结晶过程成分结晶过程：TT共(共晶反应：L+)T室温液相、相互相析出成分结晶过程：TT1T共(共晶反应：L+)T室温、相互相析出液相从液相中析出相从中析出相成分结晶过程：TT1T2T3T4液相从液相中析出相相五、包晶相图五、包晶相图包包晶反应：在一定温度下，由

10、晶反应：在一定温度下，由固定成分的固定成分的液相和固定成分的固液相和固定成分的固相反应生成一个新固相的过程。相反应生成一个新固相的过程。点分析：点分析：A A纯纯Pt的熔点；的熔点；B B纯纯AgAg的熔点；的熔点；C C包包晶反应时晶反应时固溶体成分及固溶体成分及AgAg的最大溶解度；的最大溶解度；D D包包晶反应时晶反应时固溶体成分及固溶体成分及Pt的最大溶解度；的最大溶解度；E E包包晶点晶点线分析：线分析：AEBAEB液相线；液相线；ACDEBACDEB固相线；固相线；CDECDE包包晶线；晶线；ACFACFAgAg在在PtPt中的溶解度线；中的溶解度线；BDGPtBDGPt在在AgA

11、g中的溶解度线。中的溶解度线。1.1.相图分析相图分析基本相：基本相：L L相相液相；液相；相相AgAg溶于溶于PtPt中形成的固溶体；中形成的固溶体；相相PtPt溶于溶于Ag中形成的固溶体。中形成的固溶体。包晶相图域分析包晶相图域分析空白域分析域分析3.包晶偏析包晶偏析由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀的现象。由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀的现象。2 2、结晶过程、结晶过程从中析出相成分结晶过程：TT1T2(包晶反应L+)T室温液相从液相中析出相相全部消耗完T4T室温、互相析出成分结晶过程：TT1T2(包晶反应L+)T室温液相从液相中析出相有相剩余从L中析出相成分

12、结晶过程：TT1T2(包晶反应L+)T3液相从液相中析出相有L相剩余从中析出相、互相析出六、共析相图六、共析相图共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从固相中同时析共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从固相中同时析出由两种新固相的过程。出由两种新固相的过程。5.15.1铁碳合金的基本相和基本组织铁碳合金的基本相和基本组织1 1、铁素体、铁素体(F)C(F)C在在FeFe中形成的间隙固溶体中形成的间隙固溶体晶格形式：体心立方晶格形式：体心立方溶解度：溶解度：7270.0218%C7270.0218%C室温室温0.0008%C0.0008%C性能：与纯铁相似，性能：与纯铁相似，常作为钢的基体

13、常作为钢的基体一、铁碳合金中的基本相一、铁碳合金中的基本相溶解度：溶解度：7270.77%C7270.77%C，11482.11%C11482.11%C性能：具有高的塑性。性能：具有高的塑性。 一般存在于高温一般存在于高温, ,常作为锻造组织。常作为锻造组织。2 2、奥氏体、奥氏体(A)C(A)C在在FeFe中形成的间隙固溶体中形成的间隙固溶体晶体形式：面心立方晶体形式：面心立方常作为钢中的强化相常作为钢中的强化相3 3、渗碳体（、渗碳体（FeFe3 3C C）FeFe与与C C的化合物的化合物晶体形式：复杂斜方晶体形式：复杂斜方成分：成分：6.69%C6.69%C性能：硬而脆性能：硬而脆第五

14、章铁碳合金第五章铁碳合金二、基本组织二、基本组织成分：成分：0.77%C0.77%C性能：综合机械性能较高性能：综合机械性能较高高温莱氏体高温莱氏体(Ld)727(Ld)727以上，以上，A+FeA+Fe3 3C C性能：硬而脆无利用价值性能：硬而脆无利用价值低温莱氏体低温莱氏体(Ld)727(Ld)727以下，以下，P+FeP+Fe3 3C C3 3、铁素体、奥氏体和渗碳体也可以称为相应的单相组织。、铁素体、奥氏体和渗碳体也可以称为相应的单相组织。1 1、珠光体、珠光体(P)F(P)F和和FeFe3 3C C组成片层相间的机械混合物组成片层相间的机械混合物2 2、莱氏体、莱氏体一、相图分析一

15、、相图分析C C：共晶点，降温时发生共晶反应的成分、温度点。：共晶点，降温时发生共晶反应的成分、温度点。(1148(1148，液相成分为，液相成分为4.3%C)4.3%C)E E：共晶反应时，从液相中同时析出：共晶反应时，从液相中同时析出A A相的成分及碳在相的成分及碳在Fe(A)Fe(A)的最大溶解度（的最大溶解度（2.11%C2.11%C）。）。1 1、点分析、点分析G G：纯铁中：纯铁中A A与与F F的同素异构点的同素异构点(912)(912)。S S：共析反应点，降温时：共析反应点，降温时A A发生共析反应的成分与温度。发生共析反应的成分与温度。(727(727，奥氏体的成分为，奥氏

16、体的成分为0.77%C)0.77%C)P P：共析反应时，析出：共析反应时，析出F F的成分及在的成分及在912912以下以下F F中中的最大溶解度（的最大溶解度（0.02%C)0.02%C)。Q Q：室温下：室温下F F中碳的最大溶解度（中碳的最大溶解度（0.0008%C0.0008%C）。）。A A：纯铁的熔点：纯铁的熔点(1538)(1538)。5.25.2铁碳合金相图铁碳合金相图ACDACD：液相线：液相线AECFAECF：固相线：固相线ESES：A A冷却时析出冷却时析出FeFe3 3C C的开始线（的开始线（AcmAcm）。）。GSGS：A A冷却时析出冷却时析出F F的开始线（的

17、开始线（A A3 3）。）。ECFECF：共晶线：共晶线2 2、线分析、线分析PSKPSK：共析反应线（：共析反应线（A A1 1）。）。PQPQ：C C在在F F中溶解度曲线中溶解度曲线( (降温时脱溶析出降温时脱溶析出FeFe3 3C C点状点状或不连续网状或不连续网状FeFe3 3C C棒状棒状) )共晶反应：一定成分的合金，在一定共晶反应：一定成分的合金，在一定温度下，从液相中同时析温度下，从液相中同时析出两种不同固相的过程。出两种不同固相的过程。共析反应：一定成共析反应：一定成分的合金，在一定分的合金，在一定温度下，同时从一温度下，同时从一种固相析出两种新种固相析出两种新固相的过程。

18、固相的过程。NoImageNoImage3.3.区域分析区域分析LL+AL+Fe3CAA+Fe3CA+FF+Fe3CF(1)(1)铁素体：含碳量的范围为小于铁素体：含碳量的范围为小于0.020%C0.020%C。（工业纯铁）（工业纯铁）(2)(2)铁素体加珠光体：含碳量的范围为铁素体加珠光体：含碳量的范围为0.0200.0200.77%C0.77%C。（亚共析钢）（亚共析钢）(3)(3)珠光体：含碳量的范围为珠光体：含碳量的范围为0.77%C0.77%C。（共析钢）（共析钢）(4)(4)珠光体加渗碳体：含碳量的范围为珠光体加渗碳体：含碳量的范围为0.770.772.11%C2.11%C（过共析

19、钢）（过共析钢）三、结晶过程三、结晶过程(1)(1)共析钢共析钢(2)(2)亚共析钢亚共析钢(3)(3)过共析钢过共析钢4.4.结晶过程（钢）结晶过程（钢）5.5.铁碳相图的组织分区铁碳相图的组织分区四、铁碳合金的成分与性能的关系四、铁碳合金的成分与性能的关系1.铁碳合金的相组成物、铁碳合金的相组成物、组织组成物的相对量组织组成物的相对量2.110.776.69QP1-QPQP0.774QFe3C0.2260.00086.692.11QF1-QFQF0.685QFe3C0.3152.wC对铁碳合金力学性能的影响对铁碳合金力学性能的影响不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢滚动轴承钢滚动轴承钢模具

20、钢模具钢量具钢量具钢渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊用途钢特殊用途钢碳素钢碳素钢合金钢合金钢钢钢一、钢的分类一、钢的分类高级优质碳素工具钢高级优质碳素工具钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢刃具钢刃具钢优质碳素工具钢优质碳素工具钢5.35.3碳钢碳钢1.SiMn1.SiMn是有利元素是有利元素起固溶强化作用起固溶强化作用脱氧脱氧MnMn去去S S，提高钢的淬透性。，提高钢的淬透性。一、一、常存杂质对铁碳合金组织和性能的影响常存杂质对铁碳合金组织和性能的影响P

21、P引起钢的冷脆性引起钢的冷脆性(P(P溶在钢中使室温下钢的塑性韧溶在钢中使室温下钢的塑性韧 性急性急剧降低的现象剧降低的现象) )2.S.P2.S.P有害元素有害元素SS使钢产生热脆性（由于共晶体溶化，晶体彼此脱开使使钢产生热脆性（由于共晶体溶化，晶体彼此脱开使钢破裂的现象）钢破裂的现象）(FeS+Fe)(FeS+Fe)共晶体共晶体熔点低熔点低985985S S(0.03(0.030.05)%0.05)%P(0.035P1.0C1.0时则为时则为100%100%的片状马氏体。的片状马氏体。冷处理：将淬火工件放在冷处理：将淬火工件放在00以下继续冷却，使以下继续冷却，使AA转变转变成成M M的方

22、法。的方法。根据根据M M形态不同分：形态不同分：板条状（低碳）板条状（低碳）HBHBk k，当奥氏体中：当奥氏体中：C0.2C0.2时则为时则为100%100%的板条马氏体。的板条马氏体。转变速度极快，内应力较大；转变速度极快，内应力较大； 一般为降温转变；一般为降温转变；转变是不彻底的；转变是不彻底的；晶格发生严重畸变。晶格发生严重畸变。马氏体马氏体转变特点：转变特点：三、奥氏体等温转变曲线三、奥氏体等温转变曲线A产生转变产物所需要的时间称为孕育区。在大约550孕育期最短，A最不稳定，此处常称为C曲线的鼻尖。鼻尖是制定热处理工艺主要考虑的因素之一。Vk是临界冷却速度(A全转变成M的最小冷却

23、速度)2.C曲线的分析1.共析钢过冷奥氏体曲线的建立（Time,Temperature,Transform）3.影响影响C曲线的因素曲线的因素4 4A A的连续冷却转变的连续冷却转变continuouscoolingtransformation5.5.非共钢的非共钢的A A等温冷却转变曲线等温冷却转变曲线C C的影响的影响亚共析钢亚共析钢CC曲线右移曲线右移C C过共析钢过共析钢CC曲线左移曲线左移C C合金元素的影响合金元素的影响除钴和大于除钴和大于2.5%A12.5%A1铝外，其它元素溶入铝外，其它元素溶入A A中都能增加中都能增加A A的稳的稳定性使定性使C C曲线右移曲线右移, ,除此

24、之外还会对除此之外还会对C C曲线图形产生影响。曲线图形产生影响。加热温度和保温时间加热温度和保温时间加热温度越高，保温时间越长，加热温度越高，保温时间越长，AA越趋稳定，越趋稳定，C C曲线右移。曲线右移。6.46.4钢的钢的退火和正火退火和正火一、退火一、退火1.1.目的目的降低硬度，改善切削加工性。降低硬度，改善切削加工性。消除应力，防止变形或开裂。消除应力，防止变形或开裂。2.2.工艺工艺1)1)完全退火完全退火AcAc3 3(30(3050)50)应用：常用于中碳钢和高碳亚共析钢应用：常用于中碳钢和高碳亚共析钢操作：将工件加热到操作：将工件加热到Ac3Ac3(30(3050)50)后

25、，进行后，进行充分保温，使奥氏体成分均匀化后，随炉充分保温，使奥氏体成分均匀化后，随炉或缓慢冷却到室温。或缓慢冷却到室温。获得的组织：获得珠光体组织。获得的组织：获得珠光体组织。退火和正火通常作为预备热处理。退火和正火通常作为预备热处理。应用：主要用于过共析钢及合金工具钢。应用：主要用于过共析钢及合金工具钢。3)3)去应力退火（低温退火）去应力退火（低温退火）AcAc1 1以下通常为以下通常为500500650650应用：主要用于消除铸件、锻件、焊接件或切削应用：主要用于消除铸件、锻件、焊接件或切削加工过程中残留的应力。加工过程中残留的应力。2)2)球化退火球化退火AcAc1 1(20(203

26、0)30)（不完全退火）（不完全退火）操作：将工件加热到操作：将工件加热到AcAc1 1(20(2030)30)后，进行长时后，进行长时间保温，使片状渗碳体球化后，随炉或缓慢间保温，使片状渗碳体球化后，随炉或缓慢冷却到室温。冷却到室温。操作：将钢件随炉缓慢加热操作：将钢件随炉缓慢加热(100(100150150h)h)至至500500650(650(1.0%Cr=1.5%GCr15C1.0%Cr=1.5%0Cr13C0Cr13C0.1%Cr=13%0.1%Cr=13%00Cr18Ni10C0.03%00Cr18Ni10C0.03%Cr=18%Ni=10%Cr=18%Ni=10%7.37.3合合

27、金结构钢金结构钢一、低合金高强度结构钢一、低合金高强度结构钢低碳、低合金含量的结构钢，有较好的塑性、韧性、焊接低碳、低合金含量的结构钢，有较好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性等，所以多用于制造桥梁、车辆、船舶、锅炉、高性和耐蚀性等，所以多用于制造桥梁、车辆、船舶、锅炉、高压容器、油罐、输油管等。压容器、油罐、输油管等。质量等级主要取决于质量等级主要取决于P、S的含量的含量WP %WS %A0.0450.045B0.0400.040C0.0350.035D0.0300.030E0.0250.025二、优质合金结构钢二、优质合金结构钢优质合金结构钢分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢，其分优质合金结构钢分为渗碳

28、钢、调质钢、弹簧钢，其分类、牌号、成分、热处理特点、性能特点及用途见表类、牌号、成分、热处理特点、性能特点及用途见表渗碳钢调质钢弹簧钢典型钢号20Cr、20MnB20CrTiMn、20SiMnVB 、20Cr2Ni4 、18Cr2Ni4WA40Cr、40MnB、30CrMnSi、38CrMoAlA65Mn、60Si2Mn、50CrVA、55SiMnB含碳量50.500.50.65常用工艺渗碳、淬火十低温回火调质淬火中温回火组织表层组织为回火马氏体十碳化物十残余奥氏体心部组织淬透时为低碳回火马氏体回火索氏体回火屈氏体性能表层硬度可达60一62HRC，心部硬度为40一48HR

29、C具有较高强度和良好塑性与韧性配合具有高的弹性极限、疲劳极限及冲击韧度用途主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性以承受冲击载荷的零件。主要用于要求高强度和良好塑性与韧性配合的重要零件各种弹簧。典型零件汽车、拖拉机变速箱齿轮、活塞销等。机床主轴、曲轴、连杆、齿轮等汽车板簧，各种弹簧三、易切钢三、易切钢在钢中加人一定量的在钢中加人一定量的S、Pb、P、Ca、Se等合金元素，从而等合金元素，从而提高钢的可切削性，称这类钢为易切钢。提高钢的可切削性，称这类钢为易切钢。铅完全不溶于钢中，而以铅完全不溶于钢中，而以12m的小颗粒均匀分布在钢的的小颗粒均匀分布在钢的基体上，能改善可切削性能。基体上

30、，能改善可切削性能。在钢中加人微量的在钢中加人微量的Ca，可形成高熔点的，可形成高熔点的Ca-Al-Si氧化物，附氧化物，附在刀具上，提高刀具的耐磨性，以改善切削性能。在刀具上，提高刀具的耐磨性，以改善切削性能。7.47.4合合金工具钢金工具钢一、刃具钢一、刃具钢1.性能要求：高硬度；高耐磨性；高的热硬性（红硬性）。性能要求：高硬度；高耐磨性；高的热硬性（红硬性）。2.典型钢种及用途：典型钢种及用途：二、模具钢二、模具钢1.冷作模具钢冷作模具钢性能要求：很高的硬度、强度、良好的耐磨性及足够的韧性。性能要求：很高的硬度、强度、良好的耐磨性及足够的韧性。2.冷作模具钢冷作模具钢性能要求：性能要求：

31、1)具有较高的强度和韧性，并有足够的耐磨性和硬度具有较高的强度和韧性，并有足够的耐磨性和硬度(4050HRC)。2)有良好的抗热疲劳性。有良好的抗热疲劳性。3)有良好的导热性及回火稳定性，以利于始终保持模具良好有良好的导热性及回火稳定性，以利于始终保持模具良好的强度和韧性。的强度和韧性。4)热作模具一般体积大，为保证模具的整体性能均匀一致，热作模具一般体积大，为保证模具的整体性能均匀一致，还要求有足够的淬透性。还要求有足够的淬透性。2.典型钢种及用途：典型钢种及用途：4Cr5MoSiV1H13三、量具钢三、量具钢2.2.电化学反应的原理及条件电化学反应的原理及条件电化学反应是原子在一定条件下失

32、去了外层电子呈带正电荷的离子电化学反应是原子在一定条件下失去了外层电子呈带正电荷的离子与氧离子形成氧化物与氧离子形成氧化物铁锈。铁锈。发生电化学反应必须同时具备以下三个条件：发生电化学反应必须同时具备以下三个条件： 必须有电极的存在；必须有电极的存在； 必须有电极电位的存在；必须有电极电位的存在； 必须有导电介质的存在。必须有导电介质的存在。一、不锈钢一、不锈钢尽量使钢在室温获得单项组织，如在钢中加入尽量使钢在室温获得单项组织，如在钢中加入NiNi、CrCr可获得单相可获得单相奥氏体和单相铁素体。奥氏体和单相铁素体。提高钢基体的电极电位，如加入大于提高钢基体的电极电位，如加入大于12.5%12

33、.5%的的CrCr可使钢基体电极位发可使钢基体电极位发生跃增，消除或减少基体与第二相电位差。生跃增，消除或减少基体与第二相电位差。1.1.钢的不锈概念钢的不锈概念钢的生锈是指钢中铁原子发生氧化反应，铁的氧钢的生锈是指钢中铁原子发生氧化反应，铁的氧化反应一般分为化学氧化与电化学氧化，这里一化反应一般分为化学氧化与电化学氧化，这里一般是指不锈是指耐弱酸、弱碱条件下的电化学氧般是指不锈是指耐弱酸、弱碱条件下的电化学氧化反应。化反应。3.3.钢的防锈方法钢的防锈方法不锈钢的含碳量低于不锈钢的含碳量低于0.4%0.4%，以减少第二相（电极电位的数量）。，以减少第二相（电极电位的数量）。加入合金元素如加入

34、合金元素如CrCr、SiSi、AlAl等，可使钢形成一层致密的氧化膜隔绝等，可使钢形成一层致密的氧化膜隔绝电极与电介质的接触。电极与电介质的接触。7.57.5特殊性能钢特殊性能钢抗蚀性最好，冷热加工性和焊接性也很好，广泛用于制造化抗蚀性最好，冷热加工性和焊接性也很好，广泛用于制造化工生产的某些容器、设备及管道等。工生产的某些容器、设备及管道等。马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢C C0.4%Cr=120.4%Cr=1214%14%4.4.常用不锈钢常用不锈钢1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13热处理方式为淬火热处理方式为淬火+ +回火（回火（6006

35、00700700）价格便宜，用来制造汽轮机叶片、锅炉管附件及硬而耐价格便宜，用来制造汽轮机叶片、锅炉管附件及硬而耐磨的医疗工具、量具、轴承等。磨的医疗工具、量具、轴承等。铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢C C0.15%Cr12%0.15%Cr12%0Cr130Cr13、1Cr171Cr17、1Cr17Ti1Cr17Ti、1Cr281Cr28在加热和冷却时不发生相变在加热和冷却时不发生相变, ,强度低，主要用于制造腐蚀零强度低，主要用于制造腐蚀零件，广泛用于硝酸和氮肥工业中。件，广泛用于硝酸和氮肥工业中。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Cr=17-19%Ni=8-10%Cr=17-19%Ni=8-10%通常

36、采用固溶处理方法，即把钢加热到通常采用固溶处理方法，即把钢加热到11001100后水冷，后水冷，以得到单相的奥氏体组织。以得到单相的奥氏体组织。1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni90Cr18Ni91Cr18Ni9Ti1Cr18Ni90Cr18Ni9二、耐热钢二、耐热钢金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面性能。金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面性能。三、耐磨钢三、耐磨钢耐磨钢是指在受强烈冲击或摩擦时具有很高的抗磨损能力的钢。耐磨钢是指在受强烈冲击或摩擦时具有很高的抗磨损能力的钢。目前已研制出一种新钢种目前已研制出一种新钢种ZGMn7.67.6工程材料的新进展工程材料的新

37、进展一、形状记忆合金一、形状记忆合金二、减振合金二、减振合金三、功能梯度材料三、功能梯度材料四、智能材料四、智能材料五、超导材料五、超导材料六、纳米材料六、纳米材料七、非晶态材料七、非晶态材料八、磁性材料八、磁性材料第八章铸铁第八章铸铁8.1概述概述一、铸铁的成分和特性一、铸铁的成分和特性铸铁是含有碳、硅等的铁碳合金。常用铸铁的成分大致铸铁是含有碳、硅等的铁碳合金。常用铸铁的成分大致为：为：2.54.0%C, l.0% 3.0%Si, 0.5 1.4%Mn, 0.01 0.5%P, 0.02一一0.20%S。可见，与钢相比，铸铁含。可见，与钢相比，铸铁含C、Si、S、P较多。此外，有时还含有一

38、定量的合金元素，如较多。此外，有时还含有一定量的合金元素，如Cr、Mo、V、Cu、Al等。等。铸铁的强度、塑性、韧性较钢为差，不能进行锻造，但铸铁的强度、塑性、韧性较钢为差，不能进行锻造，但它却具有优良的铸造性能，良好的减摩性、耐磨性、消振性它却具有优良的铸造性能，良好的减摩性、耐磨性、消振性和切削加工性，以及缺口敏感性低等一系列优点。生产工艺和切削加工性，以及缺口敏感性低等一系列优点。生产工艺及设备简单，价格低廉。及设备简单，价格低廉。根据碳的存在形式分根据碳的存在形式分白口铸铁白口铸铁FeFe3 3c c灰口铸铁石墨灰口铸铁石墨麻口铸铁（白口灰）麻口铸铁（白口灰）普通灰口铸铁普通灰口铸铁

39、片状片状可锻铸铁可锻铸铁 团絮状团絮状球墨铸铁球墨铸铁 球状球状普通铸铁普通铸铁根据化学成分根据化学成分合金铸铁合金铸铁二、铸铁的分类二、铸铁的分类根据石墨根据石墨的形状的形状金属基体片状石墨金属基体片状石墨P PP+FP+FF F1 1、组织、组织8.2 8.2 常用铸铁常用铸铁b=20MPab=20MPa0HB0HB3 3似裂纹、似裂纹、孔洞孔洞: :减少实际受力面积，片尖易减少实际受力面积，片尖易引起应力集中。引起应力集中。切削加工性好切削加工性好不可锻、焊接性较差不可锻、焊接性较差2 2、性能、性能0 0kk0 0铸造性能好铸造性能好具有良好的减振性、耐磨性和低的缺口敏感性。具有良好的

40、减振性、耐磨性和低的缺口敏感性。强度低，塑性、韧性差强度低，塑性、韧性差b b120120250MPa250MPa一、灰口铸铁一、灰口铸铁化学成分碳是形成石墨的元素硅是强烈促进石墨化的元素锰本身是阻碍石墨化的元素，但锰能与硫形成化合物，起着间接的促进作用。硫是强烈阻碍石墨化的元素磷对石墨化影响不大冷却速度a铸型材料V金属型V砂型V湿型V干型b铸件壁厚3、影响铸铁组织与性能的因素（石墨化）碳以石墨形式析出的过程称为石墨化灰 铁bminMPa4、孕育处理时效消除内应力软化退火消除白口6、热处理H T 冷却速度对组织性能的影响很小机械性能b250400MpaHB1702705、牌号及应用其中：1是经

41、过孕育处理的；2是未经孕育处理的。金属基体团絮状石墨金属基体团絮状石墨( (石墨呈团絮状石墨呈团絮状, ,对基的割裂和应力对基的割裂和应力集中较小集中较小, ,提高了铸铁的提高了铸铁的b b、和和k k) )。1 1、组织、组织F FP P二、可锻铸铁二、可锻铸铁处理时间很长处理时间很长404070h70h2 2、性能、性能b b300300400MPa400MPabmaxbmax700MPa700MPa1212k k30J30Jcmcm2 2强度较高，塑性韧性较好强度较高，塑性韧性较好铸造性能比球墨铸铁好。铸造性能比球墨铸铁好。3 3、制取方法、制取方法浇制白口铸件浇制白口铸件进行高温石墨化

42、退火进行高温石墨化退火可可铁铁黑黑minminbminbminMPaMPaK T H K T H 4 4、牌号及应用、牌号及应用K T Z K T Z 可可铁铁珠珠minminbminbminMPaMPa1 1、组织、组织金属基体球状石墨金属基体球状石墨P PP+FP+FF F三、球墨铸铁三、球墨铸铁应力集中基本消除应力集中基本消除, ,同样体积的石墨同样体积的石墨圆球形的表面积最小圆球形的表面积最小, ,石石墨孤立墨孤立存在于基体中，基体不再被割裂成存在于基体中，基体不再被割裂成不连续状，不连续状，bb可以发挥可以发挥808090900.20.2b b 4545钢钢b b400400600M

43、Pa600MPa= =2 2、性能、性能机械性能比其他铸铁高机械性能比其他铸铁高（1.51.51010）热处理性能好。热处理性能好。铸造性能有优于铸钢。铸造性能有优于铸钢。仍具有灰口铸铁的许多优点如：减振、耐磨、缺口敏感仍具有灰口铸铁的许多优点如：减振、耐磨、缺口敏感性小、切削加工性好。性小、切削加工性好。经热处理经热处理 （20202525） k k8 815J15Jcm2cm23 3、制取方法、制取方法熔化普通灰口铸铁熔化普通灰口铸铁球化处理和孕育处理球化处理和孕育处理a a球化剂球化剂稀土镁合金稀土镁合金b b孕育剂孕育剂7575sisi的硅铁的硅铁c c冲入法冲入法4 4、铸型工艺、铸

44、型工艺易产生缩孔、缩松易产生缩孔、缩松a a采用浇口、冒口、冷铁系统对铸件实现顺序疑固采用浇口、冒口、冷铁系统对铸件实现顺序疑固b b增加铸型刚度增加铸型刚度易产生皮下气孔易产生皮下气孔a a严格控制型砂水分和铁水的含硫量严格控制型砂水分和铁水的含硫量b b提高型砂的透气性提高型砂的透气性调质调质获得良好的综合机械性能获得良好的综合机械性能正火正火获得珠光体球铁获得珠光体球铁退火退火获得铁素体球铁获得铁素体球铁6 6、热处理、热处理球球铁铁minminbminbminMPaMPaQ T Q T 5 5、牌号、牌号 铝质量分数不低于铝质量分数不低于99.00%时为纯铝。纯铝的密度较小，约为时为纯

45、铝。纯铝的密度较小，约为2.7g/cm3；熔点为；熔点为660；具有面心立方晶格；无同素异晶转变；具有面心立方晶格；无同素异晶转变；纯铝具有良好的导电性、导热性；铝能与空气中的氧生成致密的纯铝具有良好的导电性、导热性；铝能与空气中的氧生成致密的氧化膜，防止铝进一步氧化；纯铝的强度很低，塑性很好，可加氧化膜，防止铝进一步氧化；纯铝的强度很低，塑性很好，可加工硬化。工硬化。 工业中常用于配制铝合金或制作强度要求不高但具有导热、工业中常用于配制铝合金或制作强度要求不高但具有导热、耐大气腐蚀的器皿。耐大气腐蚀的器皿。第九章第九章 有色金属及其合金有色金属及其合金把金属分为黑色和有色两大类。钢铁材料为黑

46、色金属，把金属分为黑色和有色两大类。钢铁材料为黑色金属，除黑色金属以外的其他金属及其合金统称为有色金属。除黑色金属以外的其他金属及其合金统称为有色金属。9.1 9.1 铝及铝合金铝及铝合金一、纯铝一、纯铝1、铸造纯铝：按、铸造纯铝：按GB/T8036-94规定，其牌号表示法为规定，其牌号表示法为ZAl铝纯度百分含量铝纯度百分含量如如ZAl99.5表示表示Al=99.5%的铸造纯铝。的铸造纯铝。2 2、变形纯铝：按、变形纯铝：按GB/T16474-1996规定，其牌号表示法为规定，其牌号表示法为1 1 最低铝百分含量中小数点后面两位数字最低铝百分含量中小数点后面两位数字原始纯铝的改型情况：原始纯

47、铝的改型情况：A表示原始纯铝，其它字表示原始纯铝，其它字母为原始纯铝的改型母为原始纯铝的改型如如 1A99 表示表示WAl为为 99 . 99 的原始高纯铝。的原始高纯铝。工业纯铝和高纯铝的原代号分别用工业纯铝和高纯铝的原代号分别用 Ll 、 L2 、 、 L7 （数字越大，纯度越低）和（数字越大，纯度越低）和 LG1、 LG2 、 （数字越大，纯（数字越大，纯度越高）表示。度越高）表示。二、铝合金的分类二、铝合金的分类为了提高纯铝的强度，有效的方法是通过合金化及对铝合金为了提高纯铝的强度，有效的方法是通过合金化及对铝合金进行时效强化。进行时效强化。目前，用于制作铝合金的合金元素大致分为主加元

48、素目前，用于制作铝合金的合金元素大致分为主加元素(硅、硅、铜、镁、锌、锰等铜、镁、锌、锰等)和辅加元素和辅加元素(铬、钛、锆等铬、钛、锆等)两类。主加元素一两类。主加元素一般具有高溶解度和能起显著强化作用，辅加元素作用是为改善铝般具有高溶解度和能起显著强化作用，辅加元素作用是为改善铝合金的某些工艺性能合金的某些工艺性能(如细化晶粒，改善热处理性能等如细化晶粒，改善热处理性能等) 。1 1、铝合金分类、铝合金分类 根据铝合金的成分和生产工艺特点，可将铝合金分为形变根据铝合金的成分和生产工艺特点，可将铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类，如右图所示。铝合金和铸造铝合金两大类，如右图所示。2、形变

49、铝合金、形变铝合金按按GB/T16474-1996规定，其牌号表示法为规定，其牌号表示法为 顺序号顺序号原始纯铝的改型情况：原始纯铝的改型情况：A表示原始纯铝，其它表示原始纯铝，其它 字母为原始纯铝的改型字母为原始纯铝的改型28依次表示合金元素为依次表示合金元素为Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn、其它元素、其它元素如如 2A11 表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。代号：代号：ZL3、铸造铝合金、铸造铝合金顺序号顺序号合金类别合金类别1铝铝-硅合金硅合金2铝铝-铜合金铜合金3铝铝-镁合金镁合金4铝铝-锌合金锌合金如如 ZL102 ZL301牌号：牌号

50、：ZAl+主要合金化学元素符号主要合金化学元素符号+合金元素名义质量分数合金元素名义质量分数如如 ZAlSi12 ZAlZn11Si7具体的合金牌号具体的合金牌号4、铝合金的热处理、铝合金的热处理 退火退火 a.再结晶退火：在再结晶温度以上保温后空冷，用于消除冷再结晶退火：在再结晶温度以上保温后空冷，用于消除冷变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。 b.低温退火：消除内应力，适当增加塑性，通常在低温退火：消除内应力，适当增加塑性，通常在180300保温后空冷。保温后空冷。 c.扩散退火：消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑扩

51、散退火：消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。性，通常在高温长时间保温后空冷。 淬火（固溶处理）：将铝合金加热到固溶线以上保温后快淬火（固溶处理）：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、不稳定的单一冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一固溶体。固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有良好的塑性。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有良好的塑性。 时效：将淬火后的铝合金在室温或低温加热下保温一段时时效：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。间，随时间延长，其强度、硬

52、度显著升高而塑性降低的现象。9.29.2铜及其合金铜及其合金一、纯铜一、纯铜 纯铜的密度为纯铜的密度为8.96g/cm3；熔点为；熔点为1083；具有面心立方晶格；具有面心立方晶格；无同素异晶转变；具有优良的导电性、导热性及良好的耐蚀性。无同素异晶转变；具有优良的导电性、导热性及良好的耐蚀性。 纯铜的强度、硬度不高，塑性很好，可加工硬化。纯铜的强度、硬度不高，塑性很好，可加工硬化。 工业中常用于配制铜合金或制作各种导电、导热材料。工业中常用于配制铜合金或制作各种导电、导热材料。未加工产品：代号有未加工产品：代号有Cu-1、Cu-2加加 工工 产产 品：代号有品：代号有T1、T2、T3后面数字均

53、为顺序号后面数字均为顺序号二、铜合金二、铜合金1、黄铜：铜和锌组成的二元合金。、黄铜：铜和锌组成的二元合金。 普通黄铜的耐蚀性优于钢铁材料。普通黄铜的耐蚀性优于钢铁材料。 主要用于制作弹壳等零件。主要用于制作弹壳等零件。代号表示法为：代号表示法为：H铜的质量分数铜的质量分数如如H70表示含铜表示含铜70%的黄铜。的黄铜。 黄铜的力学性能与含锌量的黄铜的力学性能与含锌量的关系见右图。关系见右图。 特殊黄铜是在普通黄铜的基础上加入特殊黄铜是在普通黄铜的基础上加入Al、Si、Pb、Sn、Mn、Fe、Ni等合金元素形成特殊黄铜，以提高铜合金的强度。另外等合金元素形成特殊黄铜，以提高铜合金的强度。另外A

54、l、Sn、Mn、Ni能提高耐蚀性和耐磨性，能提高耐蚀性和耐磨性，Mn能提高耐热性，能提高耐热性，Si能改能改善铸造性能，善铸造性能，Pb能改善切削性能。能改善切削性能。特殊黄铜主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。特殊黄铜主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。 2、青铜：除锌、镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜、青铜：除锌、镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金。合金。按其成分不同，青铜可分为锡青铜和特殊青铜两类。按其成分不同，青铜可分为锡青铜和特殊青铜两类。 锡青铜是指锡与铜组成的二元合金，它在大气、海水、淡水锡青铜是指锡与铜组成的二元合金，它在大气、海水、淡水和蒸汽中的

55、耐蚀性优于黄铜，故主要用作形状较为复杂、耐蚀性和蒸汽中的耐蚀性优于黄铜，故主要用作形状较为复杂、耐蚀性好、致密度要求不高的铸件。好、致密度要求不高的铸件。代号：代号：Q+主加元素化学符号及质量分数主加元素化学符号及质量分数+其它合金元素质量分数其它合金元素质量分数如如QBe4表示含铍表示含铍4%的铍青铜。的铍青铜。 QSn4-3表示表示Sn=4%， Zn=3%的锡青铜。的锡青铜。3、铸造铜合金：其牌号表示法为、铸造铜合金：其牌号表示法为ZCu+主加元素化学符号及质量分数主加元素化学符号及质量分数+其它合金元素化学符号及质量分数其它合金元素化学符号及质量分数如如ZCuSn10Pb1、ZCuAl9

56、Mn2、ZCuPb15Sn8空白空白空白空白分分 类类特特 性性应应 用用防锈铝防锈铝3A21(原原LF21)不能用热处理强化，但可加工硬化。不能用热处理强化，但可加工硬化。具有良好的塑性、耐蚀性及焊接性具有良好的塑性、耐蚀性及焊接性用于受力不大，经冲压或用于受力不大，经冲压或焊接制成的结构件，如各焊接制成的结构件，如各种容器、油箱、导管及灯种容器、油箱、导管及灯具等具等硬硬 铝铝2A11(原原LY11）经淬火经淬火+自然时效后具有较高的强度自然时效后具有较高的强度和硬度，但耐蚀性较差和硬度，但耐蚀性较差用作飞机构架、螺旋桨、用作飞机构架、螺旋桨、叶片等叶片等超硬铝超硬铝7A04(原原LC4)

57、经淬火经淬火+人工时效后具有高的硬度和人工时效后具有高的硬度和强度，且具有良好的塑性，但疲劳强度，且具有良好的塑性，但疲劳性能较差，耐蚀性和耐热性也不高性能较差，耐蚀性和耐热性也不高用于工作温度较低、受力用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机起较大的结构件，如飞机起落架、大梁等落架、大梁等锻锻 铝铝2A14(原原LD10)经淬火经淬火+人工时效后强度可与硬铝媲人工时效后强度可与硬铝媲美，并具有良好的锻造性能美，并具有良好的锻造性能制成棒材或模锻件，如发制成棒材或模锻件，如发动机风扇叶片动机风扇叶片3Mn锰锰2Cu铜铜7Zn锌锌2Cu铜铜合金合金类别类别合金代号合金代号（牌号）（牌号）铸造方

58、法及铸造方法及热处理状态热处理状态性能特点性能特点用用 途途铝硅铝硅合金合金ZL102（ZAlSi12）金属型，金属型，铸态铸态铸造性能好，密铸造性能好，密度小，具有优良度小，具有优良的耐蚀性、耐热的耐蚀性、耐热性和焊接性性和焊接性用于制造低、中等强度用于制造低、中等强度的形状复杂的零件，如的形状复杂的零件，如仪表零件、抽水机、壳仪表零件、抽水机、壳体等体等铝铜铝铜合金合金ZL201（ZAlCu5Mn）砂型，金属砂型，金属型，淬火加型，淬火加不完全人工不完全人工时效时效有较高的强度、有较高的强度、耐热性，但密度耐热性，但密度大、耐蚀性差，大、耐蚀性差，铸造性不好铸造性不好用于制造较高温度下工用

59、于制造较高温度下工作的要求高强度的零件，作的要求高强度的零件，如气缸头、活塞等如气缸头、活塞等铝镁铝镁合金合金ZL301（ZAlMg10）砂型，金属砂型，金属型，淬火加型，淬火加自然时效自然时效耐蚀性好，强度耐蚀性好，强度高，密度小；但高，密度小；但铸造性差，耐热铸造性差，耐热性低性低用于制造在腐蚀介质下用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零荷的形状较为简单的零件，如舰船配件等件，如舰船配件等铝锌铝锌合金合金ZL401（ZAlZn11Si7）砂型，金属砂型，金属型，人工时型，人工时效效铸造性能好，强铸造性能好，强度较高；但密度度较高；但密度大，耐蚀性较

60、差大，耐蚀性较差用于制造受力较小、形用于制造受力较小、形状复杂的汽车、飞机、状复杂的汽车、飞机、仪器零件仪器零件碳素工具钢碳素工具钢例例6.11-16.11-15151加热炉加热整体调质处理加热炉加热整体调质处理例例6.11-26.11-25212感应加热表面淬火和回火处理感应加热表面淬火和回火处理优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢注意检测的性能与注意检测的性能与材料的厚度相关材料的厚度相关包晶相图点分析包晶相图点分析Pt的熔点的熔点Ag的熔点的熔点反应固相的成分反应固相的成分生成固相的成分生成固相的成分反应液相的成分反应液相的成分包晶相图线分析包晶相图线分析液相线液相线固相线固