第五章 常用金属材料

1、l5.1.1常存元素对钢性能的影响常存元素对钢性能的影响l1.锰：锰：来源：来源：锰是炼钢时用锰是炼钢时用锰铁脱氧锰铁脱氧而残留在钢中而残留在钢中 的，它也经常作为合金元素而特意加的，它也经常作为合金元素而特意加 入钢中。入钢中。作用：作用：锰的脱氧能力较好，能很大程度上减锰的脱氧能力较好，能很大程度上减 少钢中的少钢中的FeO，还能与硫化合成，还能与硫化合成 MnS，减轻硫昀有害作用。锰大部，减轻硫昀有害作用。锰大部 分溶入铁素体中，使铁素体强化。所分溶入铁素体中，使铁素体强化。所 以，锰在钢中是一种有益元素。以，锰在钢中是一种有益元素。含量：含量：非合金钢中，锰作为常存元素非合金钢中，锰作

2、为常存元素 时，其含量一般规定为时，其含量一般规定为1.00。l2. 硅硅来源：来源：硅是炼钢时用硅是炼钢时用硅铁脱氧硅铁脱氧而残留在而残留在 钢中的，也可作为合金元素特意钢中的，也可作为合金元素特意 加入钢中。加入钢中。作用：作用：硅的脱氧能力比锰强，可有效清硅的脱氧能力比锰强，可有效清 除除FeO。硅在室温下大部分溶入铁。硅在室温下大部分溶入铁 素体，使铁素体强化。素体，使铁素体强化。含量：含量：作为常存元素时，其含量一般规定为作为常存元素时，其含量一般规定为 0.50。l3. 硫硫来源：来源：硫是在冶炼时由硫是在冶炼时由矿石和燃料矿石和燃料中带人的中带人的 有害杂质，炼钢时难以除尽。有害

3、杂质，炼钢时难以除尽。作用：作用：硫在钢中常以硫在钢中常以FeS的形式存在，的形式存在，FeS与与 Fe形成低熔点的共晶体，分布在奥氏形成低熔点的共晶体，分布在奥氏 体的晶界上，体的晶界上，当钢材进行热加工，共当钢材进行热加工，共 晶体过热甚至甚至熔化，减弱了晶粒晶体过热甚至甚至熔化，减弱了晶粒 间联系，使钢材强度降低，韧性下间联系，使钢材强度降低，韧性下 降，这种现象称热脆降，这种现象称热脆。常加入锰来降。常加入锰来降 低硫的有害作用。低硫的有害作用。l4. 磷磷来源：来源：磷是在冶炼时由磷是在冶炼时由矿石矿石带入的有带入的有 害杂质，炼钢时很难除尽。害杂质，炼钢时很难除尽。作用：作用：磷能

4、溶于磷能溶于-Fe中，但当钢中有中，但当钢中有 碳存在时，磷在碳存在时，磷在-Fe中溶解度急剧下中溶解度急剧下 降。磷的偏析倾向十分严重，即使只有降。磷的偏析倾向十分严重，即使只有 千分之几的磷存在，也千分之几的磷存在，也会在组织中析脆会在组织中析脆 性很大的化合物性很大的化合物Fe3P，并且特别容易，并且特别容易 聚于晶界上，使钢的脆性增加，冷脆转聚于晶界上，使钢的脆性增加，冷脆转 化温度升高，即发生冷脆。化温度升高，即发生冷脆。分类方法：分类方法： 化学成分化学成分 分类分类 质量质量 用途用途(0.25%);(0.25%0.60%);(0.60%).低碳钢按含碳量分 中碳钢高碳钢CCCW

5、WWSPSPSP(W0.050%; W0.045%);(W0.035%; W0.035%);(W0.030%; W0.030%)普通碳素钢按质量分 优质碳素钢高级优质碳素钢齿轮齿轮刀具刀具2.钢的编号钢的编号l我国钢材的编号是采用我国钢材的编号是采用汉语拼音汉语拼音字母字母、化学元素符号化学元素符号和和阿拉伯数阿拉伯数字字相结合的方法。相结合的方法。l采用汉语拼音字母表示钢产品的采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。汉语拼音中选取第一个字母。名称名称符号符号位置位

6、置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾1）碳素结构钢碳素结构钢和和低合金高强度钢

7、低合金高强度钢Q+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法符号脱氧方法符号Q表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E，其其P、S含量依次下降，质量含量依次下降，质量提高。提高。脱氧方法符号：沸腾钢脱氧方法符号：沸腾钢F；镇静钢；镇静钢Z；半镇静；半镇静钢钢b；特殊镇静钢；特殊镇静钢TZ。如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF、Q235BZ。 l低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，都是镇静钢或特殊镇静钢， 其牌号中其牌号中没有表示脱氧方

8、法没有表示脱氧方法的符号。如的符号。如Q345C。l根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几表示平均含碳量的万分之几）和化学元素）和化学元素符号，按顺序表示，如符号，按顺序表示，如16Mn。l*说明：一般情况下，屈服强度值说明：一般情况下，屈服强度值小小300MPa时为时为碳素结碳素结构钢构钢，大于大于300MPa时为时为低合金高强度钢低合金高强度钢。2）优质优质碳素结构钢碳素结构钢和和 碳碳 素素 工工 具具 钢钢 优质碳素结构钢：牌号为两位数字优质碳素结构钢：牌号为两位数字这这两位数字两

9、位数字表示钢表示钢平均含碳量的万分之几平均含碳量的万分之几如如45其平均含碳量为其平均含碳量为万分之四十五万分之四十五（即（即0.45%C） 碳素工具钢：牌号为碳素工具钢：牌号为T+数字数字“T”表示表示“碳碳素工具钢素工具钢”数字表示钢平均含碳量的千分之几数字表示钢平均含碳量的千分之几如如T8其平均含碳量为其平均含碳量为千分之八千分之八（0.8%C）*说明：说明：优质优质碳素结构钢含碳素结构钢含Mn量为量为0.71.2%时，在含碳量数字时，在含碳量数字后加元素符号后加元素符号“Mn”，如，如40Mn。 对于优质碳素结构钢的对于优质碳素结构钢的沸腾钢沸腾钢和和半镇静钢半镇静钢，在钢号后，在钢号

10、后分别加字母分别加字母F和和b，如，如08F、10b。碳素工具钢都碳素工具钢都是是优质以上优质以上质量的质量的 高级优质钢高级优质钢在钢号后在钢号后加字母加字母A，如，如20A、T8A。3）合金钢）合金钢 牌号为碳含量牌号为碳含量+合金元素合金元素1+1元素的百分含量数字元素的百分含量数字+合金合金元素元素2+2元素的百分含量数字元素的百分含量数字+ 合金元素及其含量标注合金元素及其含量标注 当合金元素的平均含量当合金元素的平均含量小于小于1.50%时，只标元素符号，时，只标元素符号，不标含量不标含量。如。如20CrMnTi 当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.

11、50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素时，在相应的合金元素符号后标符号后标2、3、4、5 等数字。如等数字。如20CrNi3。* 说明：说明：合金工具钢含铬量合金工具钢含铬量小于小于1%时，含铬量以千分之一为单时，含铬量以千分之一为单位标出，并在含铬量前加数字位标出，并在含铬量前加数字“0”，如，如Cr06。滚动轴承钢含滚动轴承钢含铬量也以千分之一铬量也以千分之一为单位标出，并在牌为单位标出，并在牌号头部加字母号头部加字母“G”，如，如GCr15高级优质高级优质合金钢在牌号后加字母合金钢在牌号后加字母A，如，如60Si2MnA。特级优质特级优质合金钢在牌

12、号后加字母合金钢在牌号后加字母E，如，如30CrMnSiE。 碳含量标注碳含量标注合金结构钢合金结构钢含含碳碳量量以万分之一以万分之一为单位标出为单位标出(两位数字两位数字)如如40Cr、60Si2Mn工具钢和特殊性能钢工具钢和特殊性能钢含含碳碳量以量以千分之一千分之一为单位标出为单位标出(一位数字一位数字)如如8MnSi、4Cr13* 说明说明低合金工具钢低合金工具钢含碳量大于含碳量大于1.00%时，不标含碳量，如时，不标含碳量，如CrWMn (1.0%C)高速钢高速钢不不标含碳量，如标含碳量，如W18Cr4V (含含0.75%C)滚动轴承钢滚动轴承钢不标含碳量，如不标含碳量，如GCr15

13、(1.0%C)高锰钢高锰钢不标含碳量，如不标含碳量，如ZGMn13 (0.751.45%C)珠光体耐热钢珠光体耐热钢含碳量标注同结构钢，如含碳量标注同结构钢，如15CrMo铸钢铸钢在牌号前加在牌号前加“ZG”, 余同结构钢余同结构钢, 如如ZG20Cr13l一般工程结构钢一般工程结构钢l 1. 碳素结构钢（如表）碳素结构钢（如表） 硫、磷的质量分数较高硫、磷的质量分数较高 (P0.045， S0.055) 典型牌号典型牌号 Q235 （各种型材）（各种型材） l 2. 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是在低碳钢的基础上，低合金高强度结构钢是在低碳钢的基础上， 加入少量合

14、会元加入少量合会元 素素 Mn 典型牌号典型牌号 Q345 (16 Mn) l优质结构钢优质结构钢 l 1.优质碳素结构钢（如图）优质碳素结构钢（如图） 硫、磷的质量分数较低硫、磷的质量分数较低0.035 典型的牌号是典型的牌号是45 l 2.碳素铸钢（如图）碳素铸钢（如图） 碳素钢的含碳量一般在碳素钢的含碳量一般在0.150.60范围内，过高则塑性差，易产生裂纹。一范围内，过高则塑性差，易产生裂纹。一般工程用铸钢件的成分、力学性能和用途般工程用铸钢件的成分、力学性能和用途见表见表l 3.合金结构钢合金结构钢 渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢钢 l(1)渗碳钢

15、 常用的渗碳钢有常用的渗碳钢有15、20Cr、 20CrMnTi、18Cr2Ni4W等。等。工艺：工艺：采用采用表面渗碳表面渗碳进行成分调整，再结合进行成分调整，再结合 淬火淬火+低温回火低温回火的热处理，的热处理，性能特点：性能特点：能够使零件表面具有良好的耐磨能够使零件表面具有良好的耐磨 性和疲劳强度，心部有良好的韧性和性和疲劳强度，心部有良好的韧性和 足够的强度。足够的强度。应用：应用：渗碳钢主要用于制造高耐磨性，并承渗碳钢主要用于制造高耐磨性，并承 受动载荷的零件，如汽车齿轮、内燃受动载荷的零件，如汽车齿轮、内燃 机凸轮和活塞销等。机凸轮和活塞销等。l (2)调质钢 常用的调质钢有常用

16、的调质钢有45、 40Cr、 35SiMn、38CrMoAlA等。等。 特点：特点：调质钢为调质钢为中碳成分中碳成分，经，经淬火淬火+高温高温回火回火的的调质处理调质处理后，钢的组织为回火索氏后，钢的组织为回火索氏体，具有高强度和良好韧性，即体，具有高强度和良好韧性，即具有良好具有良好的综合力学性能的综合力学性能，常用于制造重要的机器，常用于制造重要的机器零件，如传动轴、机床齿轮、曲轴、连杆零件，如传动轴、机床齿轮、曲轴、连杆螺栓等。（表面淬火、氮化处理提高工件螺栓等。（表面淬火、氮化处理提高工件表面的硬度）表面的硬度）l (3)弹簧钢弹簧钢 常用的弹簧钢有常用的弹簧钢有65、 65Mn、60

17、Si2Mn、50CrVA等。最有代表等。最有代表 性的是性的是60Si2Mn。 性能特点：性能特点：弹簧要求高弹性极限、疲劳极弹簧要求高弹性极限、疲劳极 限和足够的韧性限和足够的韧性成分及工艺：成分及工艺：弹簧钢采用弹簧钢采用中高碳成分中高碳成分 （0.5%0.7%）以保证强度；以保证强度； 通过淬火通过淬火+中温回火而获得回火中温回火而获得回火 托氏体组织，托氏体组织， 以满足使用性能的要以满足使用性能的要 求。（采用求。（采用喷丸处理喷丸处理进行表面强化进行表面强化 ）l(4)滚动轴承钢滚动轴承钢 常用的是铬轴承钢常用的是铬轴承钢 GCr9、GCrl5、GCrl5SiMn等等应用：应用：滚

18、动轴承钢是制造各类滚动轴承的滚动体滚动轴承钢是制造各类滚动轴承的滚动体 及内、外套圈的专用钢。及内、外套圈的专用钢。性能特点：性能特点：滚动轴承在交变应力下工作，各部分之间因相对滑滚动轴承在交变应力下工作，各部分之间因相对滑动而产生强烈磨擦，还受到动而产生强烈磨擦，还受到 润滑剂的化学浸蚀。润滑剂的化学浸蚀。轴承钢必须轴承钢必须具有高的具有高的 硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和抗蚀性。够的韧性和抗蚀性。成分：成分：Wc为为0.951.15，属过共析钢，以此保证淬后马氏属过共析钢，以此保证淬后马氏体的高硬度和碳化物的数量，提高耐磨

19、性。体的高硬度和碳化物的数量，提高耐磨性。s0.020， P0.007)，铬轴承钢是一种高级优质钢。，铬轴承钢是一种高级优质钢。l按用途分类：按用途分类：刃具钢、模具钢和量具钢刃具钢、模具钢和量具钢。l特点：特点：为了满足高硬度和耐磨性的使用要求，工具钢均为高碳成为了满足高硬度和耐磨性的使用要求，工具钢均为高碳成 分，一般经过淬火和低温回火后使用。分，一般经过淬火和低温回火后使用。l 1.刃具钢刃具钢 性能特点：性能特点：高强度高强度(特别是抗弯、抗压特别是抗弯、抗压)；高硬度、高耐；高硬度、高耐 磨性；高热硬性；足够的塑性和韧性。磨性；高热硬性；足够的塑性和韧性。 分类：分类：碳素工具钢碳素

20、工具钢(T8、T8A、T10、T12等等)； 合金刃具钢合金刃具钢(Cr06、9SiCr等等)含碳量在含碳量在0.91.1之间之间 高速钢高速钢(W18Cr4V)含碳量在含碳量在0.7以上，最高可达以上，最高可达1.5 应用：应用：碳素工具钢：手用工具和低速、小蠢走刀量的机用工具，碳素工具钢：手用工具和低速、小蠢走刀量的机用工具， 合金刃具钢：加入了合金元素，多用作丝锥、板牙、铰刀合金刃具钢：加入了合金元素，多用作丝锥、板牙、铰刀 高速钢：广泛应用于车刀、铣刀、刨刀、钻头等刀具高速钢：广泛应用于车刀、铣刀、刨刀、钻头等刀具 l 高速钢的加工、热处理较复杂，其要点如下高速钢的加工、热处理较复杂，

21、其要点如下：l (1)锻造锻造 高速钢铸态组织中含有大量呈鱼骨状高速钢铸态组织中含有大量呈鱼骨状 分布的粗大共晶碳化物，分布的粗大共晶碳化物，如图如图 所示所示， 大大降低钢的性能。这些碳化物不能用热处理大大降低钢的性能。这些碳化物不能用热处理 来消除，因此高速钢的锻造具有成形和改善碳来消除，因此高速钢的锻造具有成形和改善碳 化物形态和分布的双重作用。化物形态和分布的双重作用。l l (2)热处理热处理 锻造后进行锻造后进行球化退火球化退火，淬火加热进行，淬火加热进行预热预热 三次回火三次回火l2.模具钢模具钢l分类：分类：冷模具钢、热模具钢冷模具钢、热模具钢l特点：特点：1、 冷模：冷模：很

22、大压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要损坏形式是很大压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要损坏形式是磨损也常出面崩刃、断裂和变形需高硬度、高耐磨性、足够的磨损也常出面崩刃、断裂和变形需高硬度、高耐磨性、足够的韧性与疲劳抗力和热处理变小韧性与疲劳抗力和热处理变小 2、热模具钢：、热模具钢：冲击载荷、摩擦、不冲击载荷、摩擦、不 均匀热应变和热应力、高温氧化出现崩均匀热应变和热应力、高温氧化出现崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效现象需具有高的热硬性、高温耐磨性、高的抗裂、塌陷、磨损、龟裂等失效现象需具有高的热硬性、高温耐磨性、高的抗氧化、高的热氧化、高的热 强性和足够高的韧性、较高的淬透性和导热性强性和足够高的

23、韧性、较高的淬透性和导热性 l应用：应用： 冷模具钢冷模具钢(Crl2、Crl2MoV等等) ：冷冲模、冷挤压模和拉丝，：冷冲模、冷挤压模和拉丝， 热模具钢热模具钢(5CrMnMo、5CrNiMo等等) 热锻模、热挤压模和压铸热锻模、热挤压模和压铸 模等，工作时型腔表面温度可达模等，工作时型腔表面温度可达600以上以上 l3.量具钢量具钢特点：特点：主要受磨损，主要受磨损， 性能要求是：高硬度和耐磨性；高尺寸稳定性。性能要求是：高硬度和耐磨性；高尺寸稳定性。热处理：热处理：量具钢的成分高碳量具钢的成分高碳(训训c为为0.91.5)， 并常加入并常加入Cr、W、Mn等元素等元素 尽量降低淬火温度

24、，以尽量降低淬火温度，以减少残余奥氏体量减少残余奥氏体量 淬火后立即进行一淬火后立即进行一70-一一80的的冷处理冷处理 精度要求高的量具，需进行时效处理精度要求高的量具，需进行时效处理应用应用： 制造各种测量工具，如卡千分尺、螺旋测微仪、制造各种测量工具，如卡千分尺、螺旋测微仪、 块规和塞规等块规和塞规等 l分类：分类：不锈钢、耐热钢、耐磨钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢l不锈钢不锈钢l定义：定义：不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐溶液不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐溶液或其它腐蚀性介质中具有或其它腐蚀性介质中具有高度化学稳定性高度化学稳定性的合金的合金钢的总称。钢的总称。l分类及应用：分类及应用：分

25、为分为马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢(Cr13型型) 制造承载耐腐蚀的各种阀、机泵零件、不锈刀具制造承载耐腐蚀的各种阀、机泵零件、不锈刀具 铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢(Crl7型型)，主要用于制造耐蚀零，主要用于制造耐蚀零 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 奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢(188型型)，主要制造化工生主要制造化工生 产中的某些设备零件或构件及暂道等。产中的某些设备零件或构件及暂道等。l 2.耐热钢耐热钢l定义：定义：高温下具有热化学稳定性和热强性的特殊钢。高温下具有热化学稳定性和热强性的特殊钢。 l性能特点性能特点: 优良的高温抗氧化性能和高温强度优良的高

26、温抗氧化性能和高温强度 热膨胀系数小和良好的导热性，热膨胀系数小和良好的导热性， l成分特点：成分特点：加入合金元素加入合金元素Cr、Si和铝，主加和铝，主加Cr Ti、 V、W、Mo、Ni等合金元素来提等合金元素来提 高热强性。高热强性。 l分类及应用：分类及应用：热化学稳定钢热化学稳定钢(3Cr18Ni25Si2等等) 热强钢热强钢(Crl2型、型、Crl3 型、型、1Crl8Ni9Ti、 1Crl7)。耐热钢主要用于石油化工的高温。耐热钢主要用于石油化工的高温 反应设备和加热炉、火力发电设备的汽轮反应设备和加热炉、火力发电设备的汽轮 机和锅炉、汽车和船舶的内燃机、飞机的机和锅炉、汽车和船

27、舶的内燃机、飞机的 喷气发动机以及热交换器等设备喷气发动机以及热交换器等设备l 3.耐磨钢耐磨钢l性能特点：性能特点：很高的很高的耐磨性和韧性耐磨性和韧性。 高锰钢高锰钢(ZGMn13)l成分特点：成分特点：高碳高碳，含碳量，含碳量1.01.3之间之间 高锰，高锰，一般一般Mn含量为含量为1114 一定量一定量硅硅（Si=0.30.8）热处理：热处理：水韧处理：水韧处理：即将钢加热即将钢加热10001100*C， 保温一段时间，使碳化物全部溶解，然保温一段时间，使碳化物全部溶解，然 后迅速后迅速水淬水淬，在室温下获得，在室温下获得均匀单一的均匀单一的 奥氏体组织。奥氏体组织。 l应用应用： 用

28、于运转中承受严重磨损的和强烈冲击用于运转中承受严重磨损的和强烈冲击 的零件的零件l1.铸铁的石墨化铸铁的石墨化l2. 常用铸铁常用铸铁l3.合金铸铁合金铸铁教学重点教学重点:常用铸铁的分类及特点常用铸铁的分类及特点教学难点教学难点:铸铁的石墨化铸铁的石墨化5.2铸铁铸铁 铸铁之所以用得如此广泛铸铁之所以用得如此广泛,是因为是因为石墨的存在石墨的存在，石墨的存在，使铸铁，石墨的存在，使铸铁具有铸具有铸 钢所不具备的性能。铸铁通常是钢所不具备的性能。铸铁通常是C%=2.5%4.0%的铁碳合金。的铁碳合金。 碳在铁碳合金中的存在形式有：碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨渗碳体和石墨铸铸铁铁的的

29、优优点点 良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的铸造性能，如流动性好、收缩小 良好的切削加工性能；良好的切削加工性能； 高的耐磨性；高的耐磨性； 良好的吸振缓冲性能；良好的吸振缓冲性能； 低的缺口敏感性能。低的缺口敏感性能。 根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为：根据碳在铁碳合金中的存在形式铸铁可以分为： 白口铸铁：白口铸铁： 灰口铸铁：灰口铸铁：普通灰口铸铁普通灰口铸铁 可锻铸铁可锻铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 碳以石墨的形式析出的过程为石墨化过程。碳以石墨的形式析出的过程为石墨化过程。 通常视石墨通常视石墨化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。化过程充分与否，会得到不

30、同基体的铸铁组织。铸铁的基体通常有：铸铁的基体通常有：*铁素体灰口铸铁铁素体灰口铸铁*铁素体铁素体珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁*珠光体灰口铸铁珠光体灰口铸铁?800 L L 温温 度度 图6-3 铁碳合金双重相图 727727 738738 11481148 11541154 A A+ +FeFe 3 3 C C ( (A A+ +G G) ) F F+ +A A A A L L+ +A A F F+ +FeFe 3 3 C C (实线) F F+ +G G (虚线)?4.30?4.26?2.08?0.68?0.77?400?6.69?1200?1600?2.11l 石墨片越圆整、越细小、分布

31、越均匀对基体石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体l 割裂作用越小。割裂作用越小。 化学成分：化学成分：C是形成石墨的元素，是形成石墨的元素，Si是促进形成石墨的元是促进形成石墨的元素。通常素。通常C%、 Si%越高，越容易石墨化。越高，越容易石墨化。l 冷却速度：冷却速度：l 减小减小冷却速度可以冷却速度可以促进促进石墨化，石墨化， 易得到易得到粗大的石墨片和铁素粗大的石墨片和铁素体基体；体基体；增大增大冷却速冷却速度则度则阻碍阻碍石墨化，此石墨化，此时只有部分碳以细石时只有部分碳以细石墨片析出，而另一部墨片析出，而另一部分碳则以渗碳体析出，分碳则以渗碳体析出， 得到铸光体基体得到铸光体基体

32、。l灰口铸铁灰口铸铁l 可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而石可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能。根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：普通灰口铸铁：石墨呈普通灰口铸铁：石墨呈片状片状可锻铸铁：石墨呈团可锻铸铁：石墨呈团絮状絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状蠕虫状球墨铸铁：球墨铸铁：石墨呈石墨呈球状球状基体基体：F、P、F+P生产生产：铁水熔炼好后直接浇铸铁水熔炼好后直接浇铸牌号牌号：HTXXXHT: 表示灰口铸铁中文拼音的代号表示灰

33、口铸铁中文拼音的代号XXX: 三位数字表示最抵抗拉强度三位数字表示最抵抗拉强度(MPa)石墨形态石墨形态：片状片状 图6-4 灰铸铁的显微组织 P基体灰铸铁 F+P基体灰铸铁 F基体灰铸铁提高和改善灰口铸铁的性能的途径提高和改善灰口铸铁的性能的途径改善基体组织改善基体组织改变石墨形态、数量、改变石墨形态、数量、 大小和分布大小和分布灰口铸铁的孕育处理是灰口铸铁的孕育处理是提高和改善灰口铸铁的性能提高和改善灰口铸铁的性能的途径行之的途径行之有效的方法。常用的孕育剂是含有效的方法。常用的孕育剂是含Si量为量为75%的硅铁。的硅铁。灰口铸铁的孕育处理方法灰口铸铁的孕育处理方法即将熔炼出的铁水在即将熔

34、炼出的铁水在 浇铸前加入质量分浇铸前加入质量分数为数为 0.25%0.60%的孕育剂，孕育剂在的孕育剂，孕育剂在铁水中形成大量弥散的铁水中形成大量弥散的石墨结晶核心石墨结晶核心，使石墨化作用显著提高，从而得到在细使石墨化作用显著提高，从而得到在细珠光体上珠光体上均匀分布着细片状石墨的组织。均匀分布着细片状石墨的组织。 灰铸铁的热处理灰铸铁的热处理 去应力退火去应力退火：铸件凝固冷却时，因壁厚不同等原因造成冷：铸件凝固冷却时，因壁厚不同等原因造成冷却不均，会产生内应力，或工件要求精度较高时，都应进行去应力退火；却不均，会产生内应力，或工件要求精度较高时，都应进行去应力退火；消除白口、降低硬度退火

35、：铸件较薄截面处，因冷速较快会产生白口，使消除白口、降低硬度退火：铸件较薄截面处，因冷速较快会产生白口，使切削加工困切削加工困 难，应进行退火使渗碳体分解，以降低硬度；难，应进行退火使渗碳体分解，以降低硬度；表面淬火：表面淬火：目的目的是提高铸件表面硬度和耐磨性，常用方法有火焰淬火、感应淬火等。是提高铸件表面硬度和耐磨性，常用方法有火焰淬火、感应淬火等。 向高温铁水中加入向高温铁水中加入一定量的球化剂和孕育一定量的球化剂和孕育剂，直接得到球状石墨剂，直接得到球状石墨的铸造合金。的铸造合金。球化剂：球化剂：金属镁或稀土镁金属镁或稀土镁 孕育剂：孕育剂：含含Si量为量为75%或或95%的硅铁的硅铁

36、 图6-5 球墨铸铁的显微组织 P基体球墨铸铁 B 下 基体球墨铸铁 F+P基体球墨铸铁 F基体球墨铸铁按基体组织不同，分为铁素体球墨铸铁、铁素体基体组织不同，分为铁素体球墨铸铁、铁素体珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁四种，金相显微组织如图珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁四种，金相显微组织如图6-5所示。所示。球墨铸球墨铸铁件铁件主主要特点：要特点：石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能这一点

37、与灰铸铁不同。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。应适当提高铸型刚度。球墨铸球墨铸铁件铁件生产中生产中应注意应注意的问题的问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有同；具有高高C高高Si,中中Mn,低低S、P特点。特点。较高的铁液温度，以较高的铁液温度，以防止球化处理、孕防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷缺陷球化处理、孕育处理球化处理

38、、孕育处理。（3）球墨铸铁的）球墨铸铁的牌号和应用牌号和应用 球墨铸铁的牌号由球墨铸铁的牌号由“QT“（“球铁球铁”两字汉语拼音两字汉语拼音字首）及字首）及后面两组数字后面两组数字组成。组成。第一组数字表示最低抗拉强度第一组数字表示最低抗拉强度；第二组数字表第二组数字表示最低断后伸长率示最低断后伸长率。例如。例如QT6003，代表，代表600MPa，3的球墨铸铁。的球墨铸铁。球墨铸铁的力学性能好，又易于熔铸，经合金化和热处理后；可代替铸球墨铸铁的力学性能好，又易于熔铸，经合金化和热处理后；可代替铸钢、锻钢，制作受力复杂、性能要求高的重要零件，在机械制造中得到广泛钢、锻钢，制作受力复杂、性能要求

39、高的重要零件，在机械制造中得到广泛应用。应用。（4）球墨铸铁的热处理）球墨铸铁的热处理 球墨铸铁的热处理与钢相似，但因球墨铸铁的热处理与钢相似，但因含碳、硅量较高，有含碳、硅量较高，有石墨存在，热导性较差石墨存在，热导性较差，因此球墨铸铁热处理时，加热温度要略高，保温时，因此球墨铸铁热处理时，加热温度要略高，保温时间要长，间要长，加热及冷却速度要相应慢加热及冷却速度要相应慢。常用的热处理方法有以下几种：。常用的热处理方法有以下几种：退火退火 分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸造内应力，获得分为去应力退火、低温退火和高温退火。目的是消除铸造内应力，获得铁素体基体，提高韧性和塑性。铁

40、素体基体，提高韧性和塑性。正火正火 分为高温正火和低温正火。目的是增加珠光体数量并提高其弥散度，提分为高温正火和低温正火。目的是增加珠光体数量并提高其弥散度，提高强度和耐磨性，但正火后需回火，消除正火内应力。高强度和耐磨性，但正火后需回火，消除正火内应力。调质处理调质处理 目的是得到回火索氏体基体，获得较高的综合力学性能。目的是得到回火索氏体基体，获得较高的综合力学性能。等温淬火等温淬火 目的是获得下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性目的是获得下贝氏体基体，使其具有高硬度、高强度和较好的韧性。球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号由由“QT“（“球铁球铁”两字汉语拼两字汉语拼音字首）及音字首

41、）及后面两组数后面两组数字组成。第字组成。第一组数字表一组数字表示最低抗拉示最低抗拉强度；第二强度；第二组数字表示组数字表示最低断后伸最低断后伸长率长率。例如。例如QT6003，代表代表600MPa，3的球墨的球墨铸铁。铸铁。 可锻铸铁生产可锻铸铁生产：将将白口铸铁白口铸铁件经长时间的件经长时间的高温石墨化退火高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着分布着团絮状石墨的铸铁团絮状石墨的铸铁。黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁(KTH, 铁素体基体铁素体基体)珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁(KTZ) 白心可锻铸铁白心可锻铸铁

42、(KTB，很少用，很少用)种类种类特点：特点：强度高强度高b=300-400Mpa，塑性，塑性（12%）和韧性（）和韧性（k 30J/Cm2)好好。石墨化退火周期长，石墨化退火周期长，40-70h, 铸件成本高。铸件成本高。适用于制造承受震动和适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁冲击、形状复杂的薄壁小件。小件。 图6-6 可锻铸铁的显微组织 P基体可锻铸铁 F基体可锻铸铁（2）可锻铸铁的性能）可锻铸铁的性能 由于石墨呈团絮状，对基体的割裂和尖口作用减轻，故可锻铸铁由于石墨呈团絮状，对基体的割裂和尖口作用减轻，故可锻铸铁的强度、韧性比灰铸铁提高很多。的强度、韧性比灰铸铁提高很多。（3）可锻铸

43、铁牌号及用途）可锻铸铁牌号及用途 可锻铸铁牌号由可锻铸铁牌号由“KT（“可铁可铁”两字汉语拼音字首）和代两字汉语拼音字首）和代表类别的字母（表类别的字母（H、Z）及后面两组数字组成。其中，）及后面两组数字组成。其中，H代表代表“黑心黑心”，Z代表珠光体代表珠光体基体基体。两组数字分别代表最低抗拉强度和最低断后伸长率。两组数字分别代表最低抗拉强度和最低断后伸长率。例如，。例如，KTH 37012，代表代表 370 MPa、12的黑心可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）。可锻铸铁主要用于的黑心可锻铸铁（铁素体可锻铸铁）。可锻铸铁主要用于形状复杂、要求强度和韧性较高的薄壁铸件。形状复杂、要求强度和韧性较高的薄

44、壁铸件。（1）蠕墨铸铁组织）蠕墨铸铁组织 为蠕虫状石墨形态介于球状和片状之间，它比片状为蠕虫状石墨形态介于球状和片状之间，它比片状石墨短、粗、端部呈球状。如图石墨短、粗、端部呈球状。如图6-7所示。蠕墨铸铁的基体组织有铁所示。蠕墨铸铁的基体组织有铁素体、铁素体素体、铁素体+珠光体、珠光体三种。珠光体、珠光体三种。（2）蠕墨铸铁的性能）蠕墨铸铁的性能 力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。与球墨铸。与球墨铸铁相比，铁相比，有较好的铸造性，良好的热导性、较低的热膨胀系数有较好的铸造性，良好的热导性、较低的热膨胀系数，是近，是近三十年来迅速发展的新型铸铁。三十年来迅速发展

45、的新型铸铁。（3）蠕墨铸铁牌号及用途）蠕墨铸铁牌号及用途 蠕墨铸铁的牌号由蠕墨铸铁的牌号由“RuT（“蠕铁蠕铁”两字的两字的汉语拼音字首）汉语拼音字首）加一组数字组成，数字表示最低抗拉强度加一组数字组成，数字表示最低抗拉强度，例如：，例如：RuT300。 图6-7 蠕墨铸铁的显微组织l1. 铝及其合金铝及其合金l2.铜及其合金铜及其合金l3.轴承合金轴承合金l4.粉末冶金粉末冶金教学重点教学重点:常用铜铝合金的常用铜铝合金的分类及特点分类及特点教学难点教学难点:常用铜铝合金的常用铜铝合金的分类及特点分类及特点5.3非铁合金非铁合金1、变形铝合金变形铝合金 不可热处理强化不可热处理强化的变形铝合

46、金主要有防锈铝合金；的变形铝合金主要有防锈铝合金；可热处可热处理强化理强化的变形铝合金主要有硬铝、超硬铝和锻铝。的变形铝合金主要有硬铝、超硬铝和锻铝。（1）防锈铝合金）防锈铝合金 防锈铝合金属防锈铝合金属Al-Mg或或Al-Mg系合金。加入锰主要用于提系合金。加入锰主要用于提高合金的耐蚀能力和产生固溶强化。加入镁用于起固溶强化作用和降低高合金的耐蚀能力和产生固溶强化。加入镁用于起固溶强化作用和降低密度。密度。防锈铝合金强度比纯铝高，防锈铝合金强度比纯铝高，并有良好的耐蚀性、塑性和焊接性，但切削加并有良好的耐蚀性、塑性和焊接性，但切削加工性较差。因其不能热处理强化而只能进行冷塑性变形强化。其典型

47、牌工性较差。因其不能热处理强化而只能进行冷塑性变形强化。其典型牌号是号是5A05、3A21，主要用于制造构件、容器、管道及需要拉伸、弯曲的，主要用于制造构件、容器、管道及需要拉伸、弯曲的零件和制品。零件和制品。（2）硬铝合金硬铝合金 硬铝合金属硬铝合金属Al-Cu-Mg系合金。加入铜和镁是为了时效过程系合金。加入铜和镁是为了时效过程产生强化相。产生强化相。将合金加热至适当温度并保温，使过剩相充分溶解，然后快速冷却以获得将合金加热至适当温度并保温，使过剩相充分溶解，然后快速冷却以获得过饱和固溶体的热处理工艺称为固溶处理。过饱和固溶体的热处理工艺称为固溶处理。固溶处理后，铝合金的强度固溶处理后，铝

48、合金的强度和硬度并不立即升高，且塑性较好，在室温或高于室温的适当温度保持和硬度并不立即升高，且塑性较好，在室温或高于室温的适当温度保持一段时间后，强度会有所提高，这种现象称为时效。一段时间后，强度会有所提高，这种现象称为时效。在室温下进行的称在室温下进行的称自然时效，在高于室温下进行的称人工时效。自然时效，在高于室温下进行的称人工时效。硬铝合金典型牌号是硬铝合金典型牌号是2A01、2A11，主要用于航空工业中。，主要用于航空工业中。（3）超硬铝合金超硬铝合金 超硬铝合金属超硬铝合金属Al-Cu-Mg-Zn系合金。这类合金经淬火系合金。这类合金经淬火加人工时效后，可产生多种复杂的第二相，具有很高

49、的强度和硬度，加人工时效后，可产生多种复杂的第二相，具有很高的强度和硬度，切削性能良好，但耐蚀性差。切削性能良好，但耐蚀性差。典型牌号典型牌号7A04，主要用于航空。，主要用于航空。（4）锻铝合金锻铝合金 锻铝合金属锻铝合金属Al-Cu-Mg-Si系合金。元素种类多，但含量少，系合金。元素种类多，但含量少，因而合金的热塑性好，适于锻造，故称因而合金的热塑性好，适于锻造，故称“锻铝锻铝”。锻铝通过固溶处理。锻铝通过固溶处理和人工时效来强化。和人工时效来强化。典型牌号是典型牌号是2A05、0A07，主要用于制造外形复杂的锻件和模锻件。，主要用于制造外形复杂的锻件和模锻件。2、铸造铝合金铸造铝合金

50、铸造铝合金按主加元素不同，分为铸造铝合金按主加元素不同，分为Al-Si系、系、Al-Cu系、系、Al-Mg系和系和Al-Zn系四类。应用最广的是系四类。应用最广的是Al-Si系铸造合金，通常称为硅系铸造合金，通常称为硅铝明。铝明。Wsi1013的的Al-Si二元合金二元合金ZAlSi12（ZL102），成分在共晶点附），成分在共晶点附近，其铸造组织为粗大针状硅晶体与近，其铸造组织为粗大针状硅晶体与固溶体组成的共晶（如图固溶体组成的共晶（如图6-8所所示），铸造性能良好，但强度、韧性较差。通过变质处理，得到塑性示），铸造性能良好，但强度、韧性较差。通过变质处理，得到塑性好的初晶好的初晶固溶体加细粒状共晶体组织（如图固溶体加细粒状共晶体组织（如图6-8所示），力学性能显所示），力学性能显著提高，应用很广。著提高，应用很广。（一）（一）纯铜纯铜纯铜呈紫红色纯铜呈紫红色，又称紫铜。铜的密度为，又称紫铜。铜的密度为 8.96 gcm3，熔点为，熔点为 1083，具有，具有面心立方晶格，无同素异晶转变。它有良好的电导性、热导性、耐蚀面心立方晶格，无同素异晶转变。它有良好的电导性、热导性、耐蚀性和塑性。纯铜易于热压和冷压力加工；但强度较低，不宜作结构材性和塑性。纯铜易于热压和冷压