常用金属材料.

1、金属材料一.金属材料包括黑色金属材料和有色金属材料.二、黑色金属是指铁和碳的合金。如钢-生铁-铸铁等1. 钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合 金钢堆含碳1炉004%«23%之间的铁碳合金为了保证其韧性和塑性，含 碳量喩不超iff. 7%生铁是把伙仏右放到S炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸 ft 钛旨碳*犬于2%2、聾驚喪簧韋放在熔韋罪中熔炼，即得到倚铁（液状），把液状铸铁浇警三、有色金属材料金属和合金，如铜.锡、铅、1.4.1 钢1 化学成分对钢的力学性能的影响1）«.硅的形响：有益元素-Mn和Si在钢中大部分溶于扶素体起强化作用 Mn能

2、减轻S的有害作用 FeS4-Mn=MnS+Fe, MnS高熔点，可以消除硫的热脆性2）硫的影响:有害元素，Fe+ S=FeS> FeS与Fe易形成低熔点的共晶体可 使钢引起热脆性.FeS+Fe共晶体的熔点低（989P） 对钢进行热加工（锻造轧制） 时加热温度常在1000-C以上，这时晶界上的FeS4Fe共晶熔化，导致热 加工时钢的开裂。3）磷的影响:有害元素.P在钢中可溶于铁素体，使钢强度、硬度增加，塑性、 韧性减小，易使钢产生冷脆现象。冷脆现磷在纯铁中有相当大的溶解度它使钢的脆性转变温度急剧升 高。温度降低时金材料由韧性状态变化为脆性状态的温度区域叫脆性转 变温度2.钢的分类化学成分使

3、用待性（1）按化学成分分类：1)2)3)根据各种合金元素规定含量界限值，将钢分为 非合金钢（碳素钢），见教材27页 低合金钢（合金元素含量小于5%） 合金钢表1部分合金元素规定质戢分数界限值（）Cr<0.300.30-0.50a050Mn<1.001.00-1.40>1.40Mo<0.050.05-0.10>0.10Ni<0.300.30-0.50>0.50Si<0.50050090>0.90(2)按主要质屋等级分类按质量等级1)普通质量钢 优质钢 特殊质量钢普通质量钢:即対生产过程中控制质量无特殊规定的、一 般用途的非合金钢和低合金钢。S

4、、F含量见教材p282)豔黠按规定控制质量的钢'并达到比3)特殊质量钢！即在生产过程中需要严格控制质量和性能的 钢，特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯洁度等。按使用特性分类钢使用特性分类的具体解释合金工具钢：容易淬硬，不易产生变形和裂纹，适于用来制造尺寸大、 形状复杂的刃具、模具和*具C工程结构用钢：工程和建筑结构用的合金钢. 机械结构钢：制造机器和机械零件的合金钢它是在优质碳姦钢的 基础上，适当地加入一种或数种合金元素，用来提高钢的强度、韧性 和淬透性。不锈耐蚀钢：它是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的.简言之，能抵 抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，而能抵抗化学介质（如酸类）腐蚀的钢叫耐 酸

5、钢.-耐热钢：在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的 耐热性能的钢称作耐热钢3 钢的牌号和应用非合金钢1）普通碳素结构钢（p28） 牌号：例如Q235F表示屈服点，“235”表示屈服点值为235MPa,T"表示脱氧方法（沸腾钢）O 用途:碳素结构钢w（C）为006%038%。主要用来制造一般工程结构和普通机床零件,通常轧制成各种型材.板材和线材等。表13碳素结构钢部分牌号.成分与力学性能牌号质量等级化学成分（质量分数,）力学性能CMnSiSPOS /MPaab /MPa6(%)不大于Q1950.06-0 120.25-0.500.030.0500.045195315-4

6、3033Q215A0.09-0 .150.25-0.550.300.0500.045215335-45031Q255A0.18-0280.40-0.700.300.0500.045255410-55024Q2750.28-0380.50-0.800.350.0500.045275490-630202）优质碳素结构钢牌号：是用二位数字表示，这两位数字表示钢中的平 均碳的质量分数（万分数）°例如45钢表示平均w（C）为0.45%的优质碳素结构钢。 若为沸腾钢，则在牌号后加符号，如08F。 若含猛量较髙，则在数字后加“Mn”符号。用途：主要用来制造比较重要的机械零件，如轴、连杆.弹簧等。2

7、0钢金相组织示意图表-4优质碳索钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例化学成分+（质fi分数，）力学性能（不小于）应用举例号CSiMn5/MPa%/MPa6 (%)屮(%)HBS（热 轧）080.05-F 0.11<0.030.250.502951753560131要求冷成形性和焊 接性良好的零件， 如冲压件、焊接件 等。“ 017-200.230.170.370350.654102452555156同上，且用于要求 内韧外硬的渗碳件."0.57-600.650.17-0.370.500.806754001535255经淬火和中温回火 具有较高弹性的各类弹簧等。3）碳素工具钢:是

8、用规定符号T（碳字的汉语 拼音字首）和数字表示（数字表示 含碳a的千分之几）O例如T10A* 10"表示平均w（C）为L%,“A”表示高级优质。:用于制造不受冲击、高硬度、耐磨的工具，如锂刀、手锯条、拉丝模等。TL2钢的金相组织表碳素工具钢部分牌号、成份.硬度和应用牌号化学成分（质量分数，%）试样淬火 HRC （不 小于）应用举例CSiMnT80.75-0.84<0.40（780- 8009, 水淬）62承受冲击，要求较高硬 度的工具.如压缩空气 工具等。T9A0.85-0.94韧性中等，硬度高的工 具如冲头、木工工具， 凿岩工具.T100.95-1.04<0.35<

9、;0.40（760 7809, 水淬）62不受剧烈冲击、高硬度、 耐磨的工具。如冲头、 手锯条等.T12A1.15-1.24不受冲击、要求高硬度、 高耐磨的工具.如锂刀、S具等.（2）低合金高强度结构钢:例如Q390AQ”表示屈服点，“390”表示屈服点值为390MPa, “A”表示质量等级为A级。:低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理， 综合力学性能良好，用于桥梁、船舶、车«、高压容器、停道、建筑物等。(3)合金钢 1)合金结构钢:例如 60Si2Mn,“6(r 表示平均 w(C)=0.6%,“ Si2 ”表示平均w(Si)=2%,“ Mn ”表示平均w(Mn)<1.5%o

10、:合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢, 常用来制造，如等。例：渗碳钢，20CrMnTi；调质钢，40CrMn；弹簧钢，60Si2Mn«2)合金工具钢例匕低合金工具钢： "9"表示平均w(C)=09%,“Si”表示平均W (Si) <1.5% ,“Cr”表示平均 w(Cr)<1.5%o:合金工具钢的力学性能 优于碳素工具钢，广泛用于制造各种刃具.量具、模 具等。如钻头.绞刀、量块和冲模等。图1-17铸钢件主要分为：铸造碳钢和 铸造合金钢。铸钢将熔炼好的钢液直接铸成零件毛坯，不再进行锻造的钢件称 铸钢件。性能特点：铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁，用

11、途：主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的构件。如锻锤机架、齿轮、轧辐等。在各类铸造合金中，铸钢的应用仅次于铸铁。1）铸造碳钢:例女n ZG230 450 4506 bM450MPii； 2306 s (%)N230MPa； ZG “铸钢"汉语拼音首字母。有一定的强度和较好的塑性、 性，焊接性能良好，切削加工性 尚好。r J；rXfliI *-* /1 r«眈£好作砧座、轴承盖、齿轮等。图1-18各种铸钢件表16 钩造碳钢部分牌号、成份、力学性能和应用牌号化学成分(质fi分 数，%)力学性能(最小值)主要特点及应用CSiMn(%.2) /MPa/MPa5 (%)ZG2

12、00 -4000.200.500.8020040025塑性、韧性较好，强度、 硬度较低.焊接性良好， 但箝造性能差，用于受力 不大，韧性要求较高的零 件.如机座、机架等ZG340 -6400.600.600.9034064010强度、硬度较高，塑性. 韧性较焊接性和铸造 性能均差用于受力较大 的耐磨零件.如齿轮、» 轮、车轮尊-2)铸造合金钢即为改善性能而添加的合金元素含量 超过铸造碳钢范围的铸钢。牌号：例如ZG30MnSil30W (C)为0.3%左右。SiW (Si )为0914%MnW (Mn)为0.9-1.4%主要特点：耐磨性高。用途：用于受力较大的耐磨零件，如链轮、齿轮.承

13、力支架等。1.4.2 铸铁(Mn)05% 1.3%w(Si)10%3.0%-铸铁：含碳量为25%-4,0%的铁碳合金。性能特点：良好的铸造性能、切削w（C）25% / 加工性能、耐磨性和减震4.0%铸铁的性，且熔炼工艺与设备比化学成较简单，成本低廉。用途：铸铁件占铸件总产量的w(S) S).15%w(P) <0.3%80%左右。如机床床身、箱体等。1 铁碳合金双重相图铸铁中，碳的存在 形式有渗碳体（FCsC） 和游离状态的石墨（G）两种。铁碳合金实际上存在(1) Fe-FegC相图,(2) Fe-Gffi图。wg 、» 、 、 旳 L+T、吩4FcD'/ /K JFVf

14、l)Kr*»cruir卿一C%T#5的両航胡F"C图119铁碳双重相图2供铁的石墨化过程&仝过程)铸铁凝固时碳以行墨形态析 出的过程和铸饮中碳化物分 解为石'舉的过八第一阶段：高温石®化阶段， “一次结晶析出石6' 1154*0： L, X A og+G(共晶)4.26以共晶合金为例，如果 全部按照Fc-C(石墨)相图进 行结品，则铸铁的石墨化过 程可分为二个阶段：第二阶段：中间石塑化阶段, “二次结晶析岀cr 1154-7389： A f G第阶段石墨化：温度任 1154C时液态合金通过共品 反应1时形成石黑，英反应式 力：第三阶段：低温

15、石星化阶段, “共析反应析出 Ao.68 f F+G供析)7380L*A+G第一阶段石思化：温度在11 5”72只站nmAioM知铸铁的组织:铸铁按石墨化程度的不同 可获得三种不同基体的组织：(1) 珠光体+石墨，(2) 珠光体+铁素体+石墨,(3) 铁素体+石墨。3影响铸铁石墨化的因素影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度。(1)化学成分碳和硅分别是形成石墨和强烈促进石墨化的元素， 铸铁中碳、硅含量越高，石墨越容易析出。硫 强烈阻碍石墨化，且容易增加铸铁的热裂倾向， 猛 虽然阻碍石墨化，但猛与硫能形成硫化猛，有利 于减弱硫的不利影响，而且还能促进珠光体形成, 强化基体，故铸铁中必须含一

16、定量的猛。磷是微弱促进石墨化的元素，但会增加铸铁的冷脆性。(2)冷却速度1) 慢冷：利于石墨析出并长大，形成灰口,2)快冷：石墨来不及析出，碳以FesC存在，形成白口。注：要获得所需的组织和性能的铸件，应根据铸件的壁厚， 控制铸件中碳和硅的含量，配合以适当的含猛量，并严格控 制硫.磷的含量。（3）变质处理（孕育处理）变质处理：在浇注前向铁水中加入变质剂（孕育剂），如 SiFe、SiCa合金，以增加石墨的结晶核心，促进石 墨化，使石墨片细小、均匀，获得高强度铸铁。-变质铸铁（孕育铸铁）即经过变质处理后所获得的高强度铸铁。性能特点：强度较高，塑性、韧性得到改善。久铸铁的分类、牌号及应用按碳的存在形

17、式和石墨形态的不同，可以 将铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁、灰铸铁、球墨 铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等类型。铸铁球區传铁厂、可锻传侠厂、白口铸怏 、麻口传铁f灰铸铁按石墨形态按碳的存在形式铸铁中常见的石墨形态(示3)铸铁中常见的石墨形态(1)片状(2)球状(3)团絮状(4)蠕虫状I 图1-20白口铸铁(1) 白口铸铁:碳以游离碳化物的 形式析出的铸铁，断口呈白色. 白口铸铁硬而脆，难以加工， 很少用来制造零件，有时利用 其硬而耐磨的特点制造某些耐 糜零件，如球磨机的衬板.磨 球尊。(2) 味铸铁:碳部分以游离碳化物 形式析出，部分以石墨形式析 出的铸铁，断口呈灰白色相间。图1-21灰口铸铁（3）灰铸

18、铁灰铸铁：又称片墨铸铁，碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。1）灰铸铁的性能 力学性能较差（相比碳钢）O 工艺性能铸造性能良好，切削加工性能良好， 不能进行锻造，焊接性和热处理性能也差。 其它使用性能缺口敏感性小。耐磨性好，减震性好，2）灰铸铁的牌号及应用:例如HT200 “200”：抗拉强度6bA200MPa,灰铁的汉语拼音首字母。用于制造机座、支架、 缝纫机零件、车床床身等。图122灰铸铁件表17灰铸铁部分牌号、力学性能和应用类 别牌号铸件壁 厚/cm基体组织最小抗拉强度 CTfa/MPaHBS普通2.5-10130110-167灰HT1OO10-20F1OO93-140铸20-309087-

19、131铁30-508082-122普通2.5-10175136-205灰HT15010-20F+P145119-179铸20-30130110T67铁30-50120105-157承受中等负荷件。 如机座、支架. 箱体-轴承座.缝纫机零件等负荷很小的不 要零件如重 锤、防护罩.盖 板等应用举例续上表:孕育铸铁铸件壁 片/cm基体组织最小抗拉强度 ab/MPaHBS410270174-26210-20240164-24720-30220157-23630-50200150-225P10-20290182-27220-30250168-25130-50230161-241HT250HT300牌号应

20、用举例负荷较大的 铸件，尤其是厚 壁件如机体. 阀体液压缸等载荷较大的重要铸件，尤其是厚壁件.如齿轮、凸轮、重型机床床身、液压件等3）孕育铸铁-孕育铸铁：铁液经孕育处理后获得的亚共晶灰铸铁。 性能特点：孕育铸铁性能对壁厚的敏感性很小， 组织和性能的均匀性很好，应用：适用于制造载荷较大.耐磨性减震性要求较高的重要铸件，特别是厚大铸件。如机床床身.发动 机气缸体等。孕育剤Inoculant（4）球墨铸铁1）球墨铸铁：铁液经过球化处理 和孕育处理，使石墨大部分或 全部呈球状的铸铁。2）化学成分、组织、性能： 化学成分特点：、磷、硫。高碳、硅，低猛性能：强度较高，塑性、韧性较好（比灰铁）, 同时具有灰

21、铁的优良性能。3）球墨铸铁的牌号和应用牌号：例如QT600-3»QT'' 一“600卩“3"球铁的汉语拼音首字母， 一抗拉强度6b A300Mpa, 一伸长率6A3%。应用：用于制造汽车曲轴、连杆蜗轮、齿轮等零件。表18球铸铁部分牌号、力学性能和应用牌号基体机械性能应用举例MPaMPa%a/ kJm2HBSQT400-18F40025018600130180汽车、拖 竝机后桥 壳QT500-7F+P5003507170230齿轮QT1200-1B下12008401300>38 HRC汽车、拖 拉机传动 齿轮4)常用的球黑铸铁目前应用最为广泛的是珠光 体

22、球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。(1) 珠光体球墨铸铁指基体主更为珠光体的球墨铸 铁，强度、硬度高，耐磨性好。(2) 铁素体球墨铸铁指基体主要为铁素体的球墨铸 铁，抗拉强度比珠光体球铁低， 但塑性.韧性较高，力学性能优 于可锻铸铁。严M r I甘hf化？ i :乜工:心 f * 厂 *e(5)可锻铸铁:P图28可锻铸铁图1.25 图.26 图.27珠光体球墨铸铁素体球墨铸铁 混合基体球墨铸亠可锻铸铁：又称马铁。是白口铸铁通过石墨化退火 处理，改变其金相组织或成分 而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁中的碳主要以团絮 状石墨存在。1) 化学成分：W(C)： 24一2.8%, W(Si)： 1.2-2.0

23、%,W(Mn)； 0.4 1.2%, W(S) <0.1%, W(P) 92%。2) 性能特点：灰铸铁相比不仅有校高的强度，而且有较离的塑性和韧性。可锻铸铁因此得名，实际上它仍然是不可锻造的。3) 可锻铸铁的生产:先浇注成白口铸件，再经石a化退火获得。4)牌号及应用P31分 类牌号试棒直径mm抗拉 强度%MPa延伸 率5/%硬度/ HBKT3(MM>6163«06KT370-121637012<160KT450-06164506150-200KTZ700-02167002240-290衣19可锻铸铁部分牌号、力学性能及应用应用举例承受冲击、振动 及扭转负荷的零 件，如汽车的后 桥壳.管件等负荷较高和耐磨 损零件，如曲轴、 连杆-齿轮等（6） 墻墨铸铁:Av图1-29 «墨铸铁1）蠕墨铸铁：金相组织中石墨形 态主要为端虫状石墨的铸铁，它 是向一定成分的铁液中加入适量 的蠕化剂（如镁钛合金等）和孕 育剂而获得的。2）性能特点： 强度比灰铸铁高， 有一定的韧性和较高的耐磨性, 壁厚敏感性比灰铁小得多， 减震性比球铁高，低于灰铁。 工艺性良好，铸造性能接近灰扶，切削加工性能接近球铁。造轴承、活塞环、机床