材料成型技术

1、关于材料成型技术第一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月1.4.1 钢1.化学成分对钢的力学性能的影响（1）杂质元素的影响： 1) 锰、硅的影响: 有益元素. Mn和Si在钢中大部分溶于铁素体,起强化作用。Mn能减轻S的有害作用。FeSMnMnSFe 2) 硫的影响:有害元素, FeSFeS，FeS与Fe易形成低熔点的共晶体，可使钢引起热脆性。 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。但P与Cu同时存在，可提高钢的耐蚀性和耐磨性。第二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 (2)合金元素的影响 合金元素：是为改善钢的某

2、些性能而在钢中特意加入的元素,对钢的力学性能有很大影响。1) 对钢的强度的影响: C、Si、Mn产生固溶强化，使钢的强度提高。 C、N、Cr、Al形成碳化物或氮化物，使钢的强度和 硬度提高。 Nb、V、Al、Ti可细化晶粒，提高钢的强度。2）对钢的韧性的影响: Nb、V等元素可细化晶粒,从而也显著提高钢的韧性。 C、Si、Mn一般使钢的韧性降低。第三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 2. 钢的分类 (1)按化学成分分类: 根据各种合金元素规定含量界限值,将钢分为1）非合金钢（碳素钢），分普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢。含碳量小于0.25%为低碳钢，0.250.6%为中碳钢

3、，大于0.6%为高碳钢，。2）低合金高强度结构钢， 3）合金钢。 钢的分类化学成分质量等级主要性能使用特性第四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月表1-2 部分合金元素规定质量分数界限值 (%)合金元素非合金钢低合金钢合金钢Cr0.300.300.50 0.50Mn1.001.001.401.40Mo0.050.050.100.10Ni0.300.300.500.50Si0.500.500.900.90第五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(2)按主要质量等级分类1) 普通质量钢 ：即对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、P含量均小于0.045%。2

4、) 优质钢:即在生产过程中需要按规定控制质量的钢,并达到比普通质量钢较高的质量要求。S、P含量均小于0.040%。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。S、P含量均小于0.020%。 按质量等级普通质量钢优质钢特殊质量钢第六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(3) 按使用特性分类 可分为： 工具钢， 工程结构用钢， 机械结构用钢， 不锈耐蚀钢， 耐热钢等。工程结构用钢耐热钢不锈耐蚀钢机械结构用钢工具钢使用特性第七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 (1)非合金钢1)碳素结构钢 牌号： 例如 Q235F “Q” 表

5、示屈服点， “235” 表示屈服点值为235MPa, “F” 表示脱氧方法（沸腾钢）。 用途 ： 碳素结构钢w(C)为0.06%0.38%。 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。3.钢的牌号和应用第八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月牌号质量等级化学成分(质量分数,%)力学性能CMnSiSPs/MPab/MPa(%)不大于Q1950.060.120.250.500.030.0500.04519531543033Q215A0.090.150.250.550.300.0500.04521533545031Q255A0.180.280.400.700.

6、300.0500.04525541055024Q2750.280.380.500.800.350.0500.04527549063020表1-3 碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能第九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2)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“F”符号，如08F。 若含锰量较高，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。20钢金相组织示意图第十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月

7、牌号化学成分（质量分数，%）力学性能（不小于）应用举例CSiMns/MPab/MPa(%)(%)HBS(热轧）08F0.050.110.030.250.502951753560131要求冷成形性和焊接性良好的零件，如冲压件、焊接件等。200.170.230.170.370.350.654102452555156同上，且用于要求内韧外硬的渗碳件。600.570.650.170.370.500.806754001535255经淬火和中温回火具有较高弹性的各类弹簧等。表1-4 优质碳素钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例第十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月图1-15 丝锥 牌号：是用规定

8、符号T（碳字的汉语拼音字首）和数字表示。 例如 T10A “10”表示平均w(C)为1.0%， “A”表示高级优质。用途: 用于制造不受冲击、 高硬度、耐磨的工具，如锉刀、手锯条、拉丝模等。T12钢的金相组织第十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月牌号化学成分（质量分数，%）试样淬火HRC（不小于）应用举例CSiMnT80.750.840.350.40（780800，水淬）62承受冲击，要求较高硬度的工具。如压缩空气工具等。T9A0.850.940.40（760780,水淬）62韧性中等，硬度高的工具。如冲头、木工工具，凿岩工具。T100.951.04不受剧烈冲击、高硬度、耐磨的工具。

9、如冲头、手锯条等。T12A1.151.24不受冲击、要求高硬度、高耐磨的工具。如锉刀、量具等。表1-5 碳素工具钢部分牌号、成份、硬度和应用第十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(2)低合金高强度结构钢牌号：例如 Q390A “Q”表示屈服点， “390”表示屈服点值为390MPa， “A”表示质量等级为A 级。用途： 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、车辆、高压容器、管道、建筑物等。第十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(3) 合金钢1）合金结构钢 牌号： 例如 60Si2Mn, “60”表示平均w(C)=0.6%， “ Si2

10、”表示平均w(Si)=2%， “ Mn ”表示平均w(Mn)1.5%。 用途：合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢， 常用来制造重要的零件，如齿轮、轴类、弹簧等。例：渗碳钢，20CrMnTi； 调质钢，40CrMn； 弹簧钢，60Si2Mn。第十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2）合金工具钢牌号：例1：低合金工具钢: 9SiCr “9” 表示平均w(C)=0.9%， “Si”表示平均w (Si) 1.5% ， “Cr”表示平均 w(Cr)1.5%。用途：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1-16 硬质合金冲模

11、第十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月例2：高合金工具钢高速钢：W18Cr4V平均w(C)为0.70.8%，“W18”表示平均 w(W)=18%， “Cr4”表示平均w(Cr)=4%，“V”表示平均w(V) 1.5%。用于制作车刀、刨刀、钻头、铣刀等。第十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月图1-17 铸钢件 即在凝固过程中不经历共晶转变的用于生产铸件的铁基合金。 性能特点：铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁，用途：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、轧辊等。 在各类铸造合金中，铸钢的应用仅次于铸铁。主要分为：铸造碳钢和 铸造合金钢。第十八张，PPT共

12、六十一页，创作于2022年6月1)铸造碳钢牌号：例如 ZG230450 450b450MPa； 230s（0.2）230MPa； ZG “铸钢”汉语拼音首字母。性能特点： 有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性能良好，切削加工性尚好。用途： 作砧座、轴承盖、齿轮等。图1-18 各种铸钢件第十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月牌号化学成分（质量分数，%）力学性能（最小值）主要特点及应用CSiMns(0.2)/MPab/MPa(%)ZG2004000.200.500.8020040025塑性、韧性较好，强度、硬度较低，焊接性良好，但铸造性能差，用于受力不大，韧性要求较高的零件。如机座、机

13、架等。ZG3406400.600.600.9034064010强度、硬度较高，塑性、韧性较差，焊接性和铸造性能均差，用于受力较大的耐磨零件。如齿轮、棘轮、车轮等。表1-6 铸造碳钢部分牌号、成份、力学性能和应用第二十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月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 ZG30MnSi1 30 W（C）为0.3%左右。 Si W（Si ）为0.91.4% Mn W（Mn）为0.91.4%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、承力支架等。第二十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月1.

14、4.2 铸 铁铸铁：在凝固过程中经历共晶转变，用于生产铸件的铁基合金的总称。性能特点： 良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性和减震性，且熔炼工艺与设备比较简单，成本低廉。用途： 铸铁件占铸件总产量的80%左右。如机床床身、箱体等。w(Si)1.0%3.0%w(Mn)0.5%1.3%w(P) 0.3%w(S) 0.15%w(C) 2.5%4.0%铸铁的化学成分第二十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月1.铁碳合金双重相图 铸铁中，碳的存在 形式有渗碳体（Fe3C） 和游离状态的石墨（G）两种。 铁碳合金实际上存在两种相图：（1）FeFe3C相图，（2）FeG相图。图1-19 铁碳双重相图

15、 第二十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2.铸铁的石墨化过程(三个过程) 第一阶段：高温石墨化阶段， “一次结晶析出石墨G”1154：L4.26 A2.08+G(共晶)第二阶段：中间石墨化阶段， “二次结晶析出G”1154-738：A G第三阶段：低温石墨化阶段， “共析反应析出G”738：A0.68 F+G(共析)第二十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 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。铁素体+石墨铁素体+珠光体+石墨珠光体+石墨铸铁组织第二十五张，PPT共六十一页，创作于

16、2022年6月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， 锰 虽然阻碍石墨化，但锰与硫能形成硫化锰，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，故铸铁中必须含一定量的锰。 磷 是微弱促进石墨化的元素， 但会增加铸铁的冷脆性。第二十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（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Fe3C存在，形成白口。 注： 要获得所需的

17、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，配合以适当的含锰量，并严格控制硫、磷的含量。第二十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（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。第二十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月4.铸铁的分类、牌号及应用 按碳的存在形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

18、铁等类型。 铸铁按石墨形态按碳的存在形式白口铸铁麻口铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁第二十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月铸铁中常见的石墨形态（示意图）铸铁中常见的石墨形态 (1) 片状（2）球状（3）团絮状（4）蠕虫状第三十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 (1)白口铸铁 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磨零件，如球磨机的衬板、磨球等。（2）麻口铸铁 麻口铸铁：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 灰口铸铁图1-20 白口铸

19、铁第三十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（3）灰铸铁 灰铸铁：又称片墨铸铁， 碳主要以片状石墨形成或析出的铸铁。1)灰铸铁的性能 力学性能较差（相比碳钢）。 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 耐磨性好，减震性好，缺口敏感性小。第三十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2)灰铸铁的牌号及应用 牌号：例如 HT200 “200”： 抗拉强度b200MPa， “HT”： 灰铁的汉语拼音首字母。应用： 用于制造机座、支架、 缝纫机零件、车床床身等。 图1-22 灰铸铁件第三十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月

20、类别牌号铸件壁厚/cm基体组织最小抗拉强度b/MPaHBS应用举例普通灰铸铁HT1002.510102020303050F1301009080110167931408713182122 负荷很小的不重要零件。如重锤、防护罩、盖板等普通灰铸铁HT1502.510102020303050F+P175145130120136205119179110167105157 承受中等负荷件。如机座、支架、箱体、轴承座、缝纫机零件等表1-7 灰铸铁部分牌号、力学性能和应用第三十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月类别牌号铸件壁厚/cm基体组织最小抗拉强度b/MPaHBS应用举例孕育铸铁HT250410

21、102020303050P270240220200174262164247157236150225 负荷较大的铸件，尤其是厚壁件。如机体、阀体液压缸等。HT300102020303050290250230182272168251161241 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、液压件等续上表：第三十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月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

22、体等。图1-23 孕育剂第三十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（）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： 高碳、硅，低锰、磷、硫。图1-24 球墨铸铁第三十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月组织：FG球， FPG球， PG球。性能：强度较高，塑性、韧性较好（比灰铁）， 同时具有灰铁的优良性能。3）球墨铸铁的牌号和应用牌号：例如 QT6003 “QT” 球铁的汉语拼音首字母， “600” 抗拉强度b300Mpa， “3” 伸长率3%。应用：用于制造汽车曲轴、连杆、蜗轮、齿轮等零件。第三

23、十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月牌号基体机械性能应用举例bMPa0.2MPa5%akkJm2HBSQT400-18F40025018600130180 汽车、拖拉机后桥壳QT500-7F+P5003507170230 齿轮QT1200-1B下1200840130038HRC汽车、拖拉机传动齿轮表1-8 球墨铸铁部分牌号、力学性能和应用第三十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月4）常用的球墨铸铁 目前应用最为广泛的是珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。（1）珠光体球墨铸铁 指基体主要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，

24、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。图1-25珠光体球墨铸铁图1-26铁素体球墨铸铁图1-27混合基体球墨铸铁第四十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（5） 可锻铸铁可锻铸铁： 又称马铁或玛钢。 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。图1-28 可锻铸铁第四十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月1）化学成分： W(C)：2.42.8%，W(Si)：1.22.0%， W(Mn)：0.41.2%，W(S) 0.1%， W(P) 0.2%。2）性能特点： 灰铸铁相比不仅有较高的强度

25、，而且有较高的塑性和韧性。 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，再经石墨化退火获得。第四十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月4）牌号及应用 黑心可锻铸铁牌号：例 KTH35010组织：F+G团絮性能：塑性、韧性较好，强度不高，应用：用于受冲击、振动及扭转负荷的零件。 如曲轴、连杆、齿轮、传动链条等。 珠光体可锻铸铁牌号：例 KTZ65002组织：P+G团絮性能：强度、硬度高，塑性、韧性比黑心可锻铸铁差，应用：制作曲轴、连杆、齿轮、传动链条等。 第四十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月分类牌 号试棒直径mm抗拉强度bMPa延伸率

26、%硬度HB应用举例铁素体基体KT300-06163006150承受冲击、振动及扭转负荷的零件，如汽车的后桥壳、管件等。KT370-121637012珠光体基体KT450-06164506150200负荷较高和耐磨损零件，如曲轴、连杆、齿轮等。 KTZ700-02167002240290 表1-9 可锻铸铁部分牌号、力学性能及应用第四十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（6） 蠕墨铸铁 1） 蠕墨铸铁：金相组织中石墨形态主要为蠕虫状石墨的铸铁，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

27、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 铁，切削加工性能接近球铁。图1-29 蠕墨铸铁 第四十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月5）蠕墨铸铁的生产 与球墨铸铁基本相同。铁液成分：高碳、硅，低锰、磷、硫，蠕化处理： 蠕化剂:国外，镁合金； 国内，稀土镁钛，稀土镁钙合金等。 采用冲入法， 加入量：为铁液质量的12。孕育处理：加孕育剂。注：蠕虫状石墨是一种过渡形式，生产中需严格控 制蠕化剂。第四十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（7）合金铸铁合金铸铁：常规元素硅、锰高于普通铸铁规定含量或含有其它合金元素，具有较高力学性能或某些特殊性能的铸铁。

28、性能特点：具有更高的力学性能，还具有某些特殊性能，如耐热、耐磨、耐蚀等。应用：例如在孕育铸铁中加入质量分数为0.4%0.6%的磷或同时加入少量的铜、钛等元素，就可以得到高磷耐磨铸铁，可用来制造轴承、活塞环、机床导轨等零件。 图1-30 耐热合金铸铁模具第四十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月1.4.3 非铁金属材料钢铁材料以外的金属材料， 统称为非铁金属材料。如铜、铝、铅等及其合金。性能特点：密度小、色泽鲜艳、导电、耐热、耐蚀或良好的加工性能等。因而成为现代工业中 不可缺少的材料。 图1-31 中国古代铜的冶炼第四十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月.铜及其合金（）阴极铜又

29、称纯铜，外观呈紫色，熔点为1083，具有良好的导电性，导热性、耐蚀性及塑性。（）铜合金 即以铜为基的合金。按化学成分不同可分为黄铜、青铜及白铜三类。青铜白铜黄铜铜合金第四十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月）黄铜 u-Zn合金或以Zn为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 按化学成分的不同，黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。普通黄铜 铜锌二元合金，其中多数通过压力加工制成型材，成为普通变形黄铜。 当平均w(Zn)32%时，塑性最好，强度最高，是工业上应用较多的铜合金。普通铸造黄铜不但具有优良的力学性能和铸造性能，而且切削加工性能好，也可以焊接。图1-32 黄铜第五十张，PPT共六十一页，创

30、作于2022年6月特殊黄铜在普通黄铜中加入其它元素所组成的多元合金称为特殊黄铜。常加入的元素有铅、锡、硅、铝、铁等，相应地称这些特殊黄铜为铅黄铜、锡黄铜等等。 合金元素加入黄铜后，主要是提高黄铜的特殊性能和改善其工艺性能。 如加入Sn、Al、Mn、Si可提高耐蚀性及减少黄铜 应力腐蚀开裂的倾向; 加Si可改善铸造性能； 加Pb则改善切削加工性能。第五十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2) 青铜 青铜原指Cu-Sn合金，是人类应用最早的一种合金，但工业上习惯称含有Al、Si、Pb、Mn、Be等的铜基合金为青铜。青铜包括有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。 图133 青铜工艺品第五十二张，PP

31、T共六十一页，创作于2022年6月3）白铜 白铜:以镍为主加合金元 素的铜合金。主要有普通白铜、铝白铜和锰白铜等。 白铜耐蚀性好、电阻率高，多用来制造船舶仪器零件、化工机械零件和医疗器械。图1-34 白铜管第五十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2.铝及铝合金 铝是地壳中储量最 丰富的元素之一，约占 全部金属的三分之一。特点：铝的比重轻，是铜 的1/3倍，属于轻金 属。熔点是660。 铝的导电性和导热性 都很好，仅次于银和 铜。因此，铝被广泛 用于制造导电材料和 热传导器件。 图1-35 铝为基的二元合金的共晶相图 第五十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月(1)纯铝 特点：质量轻、溶点低。具有良好的塑性、耐蚀性、导热性和导电性，且价格相对低廉。但其强度和硬度均低，因此用于制造电线、电缆、耐蚀器具和生活用以及配制各种铝合金。（2）铝合金 以铝为基的合金，强度高于纯铝，用于制造承受载荷的结构零件。主加元素：如铜、锰、硅、镁、锌等。 一般起强化作用。附加元素：如铬、铁、锆等。 用于细化铝合金晶粒和 改善热处理性能。图1-36铝合金扳状抛物面天线第五十五