制冷空调设备常用材料

第七章制冷空调设备常用材料人类生活和生产的物质基础。一、材料二、人类发展与材料人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史：石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁（资本主义大工业时期）→合成材料（20世纪）→复合材料（20世纪40材料与人类文明三、材料科学技术――现代文明的支柱之一

人与动物的区别：

1、制造工具（本质）

2、能源的利用

3、信息的传播和保存支撑人类文明大厦的四大支柱技术：材料科学与技术生物科学与技术能源科学与技术信息科学与技术工程材料的分类一、按来源分为天然材料和人工材料二、接用途分为功能材料和结构材料三、按化学性质分为：

金属材料

陶瓷材料（离子键和共价键，离子键为主）

高分子材料（共价键、分子键和氢键，共价键为主）。

四、工程材料的常见分类

1无机材料（金属、金属间化合物、无机非金属材料（玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷））

2有机材料（有机天然材料、有机合成高分子材料）

3复合材料（金属基、陶瓷基、树脂基、金属间化合物基）制冷空调材料金属材料非金属材料黑金属材料有色金属材料铸铁碳钢合金钢铜铝及合金高分子材料陶瓷材料复合材料塑料，橡胶，合成纤维知识与技能（一个过程，两个平台）（1）了解一个过程：机械制造全过程——从选用材料到加工制造（本课程主要特点之一——综合性）——会制订零件加工工艺路线2)构建两个平台：

1）材料应用技术平台以材料应用为目标，构建从分类——牌号到成分——热处理——组织——性能——用途为主线的工程材料应用技术平台

2）制造技术基础平台以材料成形为目标，构建从铸、锻、焊等毛坯生产到切削加工为主线的制造技术基础平台材料的性能取决于内部的微观结构和组织状态，而微观结构与原子本性，原子结合的类型，原子排列方式有关§金属的晶体结构和组织

1.晶体与非晶体

3.实际金属的晶体结构

4.晶体中的扩散

2.金属的晶体结构一、晶体与非晶体1.晶体：指原子呈规则、周期性排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。

非晶体：原子呈无规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。2.区别(a)是否具有周期性、对称性(b)是否长程有序(c)是否有确定的熔点(d)是否各向异性金属的结构晶态非晶态Si2O的结构二、金属的晶体结构1.金属的晶体结构晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子）的排列方式。1）理想晶体——实际晶体的理想化·三维空间无限延续，无边界·严格按周期性规划排列，是完整的、无缺陷。·原子在其平衡位置静止不动2）理想晶体的晶体学抽象空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（即原子中心）称结点。由结点形成的空间的阵列称空间点阵。晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元.3）晶胞的描述晶体学参数：a,b,c,α,β,γ晶格常数：a,b,c4)晶系：根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：a=b=c，===90六方晶系：a1=a2=a3c,==90,=120立方六方四方菱方正交单斜三斜5）原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。6)晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。7)配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。8)致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。2.三种典型的金属晶体晶胞1）体心立方晶胞BCCBodyCenteredCube晶格常数：a(a=b=c)原子半径：原子个数：2配位数：

8致密度：0.68常见金属：-Fe、Cr、

W、Mo、V、Nb等b）面心立方晶胞FCCFace-CentereCube晶格常数：a原子个数：4配位数：

12致密度：0.74常见金属：

-Fe、Ni、Al、

Cu、Pb等c)密排六方晶胞HCPHexagonalClose-Packed晶格常数：底面边长a和高c，

c/a=1.633原子个数：6配位数：

12致密度：0.74常见金属：

Mg、Zn、

Be、Cd等（d）BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数配位数致密度FCCa=b=c,α=β=γ=90o

2868%BCCa=b=c,α=β=γ=900

41274%HCPa=b

c,c/a=1.633,α=β=90o,γ=120o

a/261274%4）密排面和密排方向单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向称密排面或密排方向。三种常见晶格的密排面和密排方向为：密排面数量密排方向数量体心立方晶格{110}6<111>4面心立方晶格{111}4<110>6密排六方晶格六方底面1底面对角线3体心立方(110)面面心立方(111)面密排六方底面三．实际金属的晶体结构

理想晶体+晶体缺陷——实际晶体

实际晶体——单晶体和多晶体

单晶体：内部晶格位向完全一致，各向同性。

多晶体：由许多位向各不相同的单晶体块组成，各向异性

1．晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分

a.点缺陷——晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化空位间隙原子大置换原子小置换原子点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而强度、硬度提高，塑性、韧性下降。

刃型位错螺型位错b.线缺陷(位错)—二维尺度很小，另一维尺度很大的原子错排

位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。有刃型位错和螺型位错两种类型。位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。c.面缺陷——一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域。电子显微镜下的位错透射电镜下钛合金中的位错线(黑线)高分辨率电镜下的刃位错（白点为原子）四、晶体中的扩散1.扩散——原子在晶体中移动距离超过其平均原子间距的迁移现象扩散→热激活过程（以克服晶格约束）2．影响扩散的因素：(1)温度原子能量提高（最主要因素）

D=Doexp(-Q/RT）

Do:扩散系数(cm2/s),

Q：扩散激活能

Do，Q与温度无关，决定于晶体的成分和结构温度提高10-15度，D提高一倍。(2)晶体结构致密度小→克服的能垒小→扩散容易(3)表面及晶体缺陷晶格畸变→高能态原子→激活能小（体扩散的）→扩散快100-1000倍合金的相结构合金：是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。1、固溶体组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体A（B）。A：溶剂B：溶质②固溶强化

由于溶质原子溶入溶剂晶格产生晶格畸变而造成材料硬度升高，塑性和韧性没有明显降低。

溶质原子溶入→晶格畸变→位错运动阻力上升→金属塑性变形困难→强度、硬度升高。

2、金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。当合金中出现金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性。铁碳合金中的Fe3C第一节金属材料的性能金属材料的性能使用性能工艺性能物理化学力学一金属材料的物理性能密度熔点导电性导热性热膨胀性磁性二材料的化学性能化学性能：材料在室温或高温时抵抗各种化学介质的能力。耐腐蚀性：金属及合金在常温下抵抗氧，水以及制冷介质的侵蚀破坏的能力。抗氧化性：金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力。化学稳定性：耐腐性和抗氧化性的总称。1强度与塑性2

硬度3

冲击韧性4

疲劳强度5断裂韧度[重点掌握]

各种力学性能指标（强度,塑性；冲击韧性；硬度HB，HRC，HV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意义和单位。三金属材料的力学性能一、静载单向静拉伸应力――应变曲线

1.拉伸试样：长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0§1材料的强度与塑性

ΔLF0

低碳钢拉伸曲线

脆性材料拉伸曲线2.拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：3.曲线分为四阶段：

1）阶段I（ope）――弹性变形阶段

p:Fp

，e:Fe（不产生永久变形的最大抗力）

op段：△L∝P

直线阶段

pe段：极微量塑性变形（0.001--0.005%)2）阶段II（ess’）段――屈服变形

S:屈服点

Fs3）阶段III（s’b）段――均匀塑性变形阶段

b:

Fb

材料所能承受的最大载荷

4）阶段IV(bK)段――局部集中塑性变形－－颈缩铸铁、陶瓷：只有第I阶段中、高碳钢：没有第II阶段二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义1．刚度和弹性

刚度:材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。

E=σ/ε杨氏弹性模量

GPa,MPa

本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。

弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。比例极限：σp=Fp/Ao

应力――应变保持线性关系的极限应力值

弹性极限：σe=Fe/Ao

不产永久变形的最大抗力。2.强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。

屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。

条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点，国家标准规定以残余变形量为0.2%时的应力值作为它的条件屈服强度，以σ0.2来表示

抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。

s0.23.塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。

延伸率

延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10(L0=5d,10d)

断面收缩率ψ=△A/Ao=(Ao-Ak)/Aox100%

>时，无颈缩，为脆性材料表征；

<时，有颈缩，为塑性材料表征。断裂后拉伸试样的颈缩现象§2材料的硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度――综合性能指标。

1．布氏硬度2．洛氏硬度3.

维氏硬度1．布氏硬度：载荷淬火钢球或硬质合金压入试样的表面，保持一定时间后卸载，试样表面出现压痕。压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。

缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。材料的b与HB之间的经验关系：

对于低碳钢:b(MPa)≈3.6HB

对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB

对于铸铁：b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)2．洛氏硬度用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.588的淬火钢球作为压头，先施加一个初载荷，然后在规定的主载荷作用下将压头压入被测材料的表面。卸载后，根据压痕深度，可确定材料的洛氏硬度，该值从表上可直接读出。常用标尺有：B、C、A三种。①HRA硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。②HRB轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。③HRC较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。缺点：测量结果分散度大。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度计3.维氏硬度与布氏同，锥面夹角136度金刚石维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点：既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。

§3冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标为冲击韧性值ak。ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积S(J/cm)ak值低的材料叫做脆性材料；ak值高，韧性材料。材料的冲击韧性随温度下降而下降。疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。§4疲劳强度（80%的断裂由疲劳造成）周次§5材料的断裂韧性断裂韧性是量度材料抵抗裂纹失稳扩展阻力的物理量,是材料抵抗应力脆性断裂的韧性参数.

铸造性能：铸造成形获得优良铸件的能力。一、流动性流动性是指熔融金属的流动能力。在实际生产中，为了评定金属的流动性，通常将金属浇注成螺旋形试样，如右图所示。浇注的试样越长，则其流动性越好。

四金属的工艺性能返回金属材料在制造机械零件的过程中，适应各种冷热加工的性能。

１、影响流动性的因素

（1）化学成分

化学成分是影响合金流动性的本质因素。实践证明，凝固温度范围小的合金流动性较好，凝固温度范围大的合金流动性较差。在常用的铸造合金中，铸铁的流动性较好，铸钢的流动性较差。（2）工艺条件较高的浇注温度能使金属保持液态的时间延长，并且能降低金属液的粘度,从而提高流动性；浇注时浇注压力越大，流速就越大，也可以达到提高流动性的目的；铸型对液态金属的流动性也有一定的影响，金属在干砂型中的流动性优于湿砂型，在湿砂型中的流动性优于金属型。返回2、

流动性对铸件质量的影响金属液的流动性好，充型能力就强，容易获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件；若流动性不好将出现铸件缺陷。（1）浇不到与冷隔

浇不到是指铸件残缺或可能轮廓不完整，或可能铸件完整，但边角圆且光亮，这种缺陷常出现在远离浇口的部位以及薄壁处。冷隔是指在铸件上穿透或不穿透，边沿成圆角状缝隙的缺陷。冷隔多出现在薄壁处、金属流汇合处、激冷部位等。（2）气孔与夹杂物合金的流动性差，则粘度大，熔融金属中的气体和夹杂物不便上浮和排除，容易形成气孔、夹杂物一类铸件缺陷.气孔是指内表面比较光滑，一般为圆形、椭圆形的孔洞。通常不露出铸件表面。夹杂物是指在铸件内或表面上存在的与基体金属成分不同的质点类缺陷，常见的有砂、渣、氧化物、硫化物等。返回二、金属的收缩性

收缩性是指液态金属在凝固并冷却到室温过程中，产生的体积和尺寸减小的特性固态收缩是产生变形和裂纹的根本原因。返回１、

影响收缩性的因素（1）化学成分

化学成分是影响收缩性的根本原因，灰铸铁的收缩率最小。这是因为合金在冷却过程中结晶出密度较小的石墨时，产生的体积膨胀抵消了部分收缩。

几种常见合金的收缩率体收缩率约等于收缩率的3倍体收缩率1.4~2.30.9~1.52.0~2.40.9~1.3线收缩率铜铸铁铝铸铁球墨铸铁灰铸铁合金种类返回（2）工艺条件

合金的浇注温度超高，液态收缩越大，为减少收缩，浇注温度不宜过高。2、

收缩性对铸件质量的影响（1）缩孔和缩松

缩孔是指铸件在凝固过程中，由于补缩不良产生的孔洞。缩松是指铸件断面上出现的分散而细小的缩孔铸件。有缩松的部位，在气密性试验时可能渗漏。

缩孔和缩松降低了铸件的力学性能。（2）变形和裂纹

铸件在固态收缩的过程中，由于各部分冷却速度不同，将引起不均衡收缩，不均衡收缩产生的应力称为铸造热应力。铸造热应力是铸件产生变形和裂纹的主要原因。返回缩孔缩孔金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性。锻造性能主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。黄铜和铝合金在室温下具有良好的锻造性能，碳钢在加热时锻造性能好，铸铁、铸铝、铸铜等几乎不能锻造。

锻造性能

锻造焊接性能

金属材料对焊接加工的适应性称焊接性。也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性能好的金属能获得没有裂缝，气孔等缺陷的焊缝，并且焊接接头具有一定的力学性能。导热性好，收缩小的金属材料焊接性能都比较好。低碳钢具有良好的焊接性能，高碳钢，不锈钢，铸铁的焊接性能较差。电弧焊

气焊

切削切工性能

切削加工:金属在切削加工时的难易程度。切削加工性能的好坏同金属材料的硬度，导热性，金属的内部结构，加工硬化等因素有关，同硬度关系较大，材料的硬度在170-260HBS时最易切削加工。从材料、的种类来说，铸铁，铜合金，铝合金及一般碳钢都具有较好的切削加工性能，而高合金钢的切削加工性能较差。金属与合金的结晶

1.结晶与凝固的区别

2.纯金属的冷却曲线和过冷现象

3.纯金属的结晶过程

4.金属晶粒的大小与控制雾凇一、结晶与凝固的区别凝固：L→S

S可以是非晶

结晶：一种原子排列状态（晶态或晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变过程

一次结晶：L→S晶态

二次结晶：S→S晶态二、纯金属的冷却曲线和过冷现象

1.结晶驱动力

ΔF≤0

（不是过冷度ΔT）

自然界的自发过程进行的热力学条件都是ΔF≤0，只有当结晶温度小于理论结晶温度后，固态金属的自由能才能小于液态金属的自由能，结晶才能自发进行，而且ΔT越大，液态和固态之间的能量差就越大，结晶驱动力越大，结晶越容易进行。

a.当温度T>T0时，Fs>FL,

液相稳定

b.当温度T<T0时，Fs<FL,

固相稳定

c.当温度T=T0时，Fs=FL,

平衡状态

T0：理论结晶温度（熔点或平衡结晶温度）在该温度下,液体和晶体处于动平衡状态2.冷却曲线与过冷度1）冷却曲线金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度T1。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。

纯金属的冷却曲线2）过冷与过冷度液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷度。T=T0

–T1过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。三、纯金属的结晶过程1、结晶的基本过程结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下，经一段时间后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。

晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。2、晶核的形成方式形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。3、晶核的长大方式

晶核的长大方式有两种，即

平面长大和树枝状长大。实际金属的结晶主要以树枝状长大。平面长大树枝状结晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶

表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。四.金属晶粒的大小与控制

1.晶粒度2.决定晶粒度的因素晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。单位时间内晶核生长的长度过冷度对N、G的影响叫长大速度(G)。N/G比值越大，晶粒越细小。因此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒。过冷度ΔT提高，N提高、G提高过冷度ΔT太高，N降低、G降低所以，过冷度ΔT↑，N↑↑，G↑——N/G增大，细化3.控制晶粒度的因素①提高过冷度②变质处理又称孕育处理。即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫

变质剂（或称孕育剂）。③振动，搅拌等对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可

靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可

使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。

合金的结晶1.二元合金相图的建立2.合金性能与相图的关系

3铁碳合金组元和相图相图是用来表示合金系中各合金结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质。多数情况下组元是指组成合金的元素，但对于既不发生分解、又不发生任何反应的化合物也可看作组元，如Fe-C合金中的Fe3C。相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。根据组元数,分为二元相图、三元相图和多元相图。几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。一、相图的建立Ⅰ：纯铜

Ⅱ：75%Cu+25%Ni

III：50%Cu+50%Ni

Ⅳ：25%Cu+75%Ni

Ⅴ：纯Ni

二元相图的建立：[以Cu-Ni合金(白铜)为例]1、配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，找出曲线上的临界点（停歇点或转点）。2、在温度-成分坐标中做成分垂线,将临界点标在成分垂线上。3、将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相线。二元相图的基本类型1、二元匀晶相图两组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶，冷却时发生匀晶转变的合金系→匀晶相图（L→α），如Cu-Ni，Fe-Cr，Au-Ag。（3）匀晶转变的特点

a.形核、长大，树枝状长大

b.变温过程

c.两相区内，温度一定，成分确定

d.两相区内，温度一定，两相相对量一定

e.枝晶偏析，冷速快→原子扩散不充分→成分不均。扩散退火消除。（1）相图分析：液相线

固相线

L

a

L+a（2）匀晶转变的结晶过程

L→L+a→a2、共晶相图：两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶的结晶转变。共晶转变的合金系构成共晶相图，Pb-Sn,Al-Si,Ag-Cu（1）相图分析液相线

adb固相线

acdeb三个单相区：L、α、β（α、β是有限固溶体）共晶点：d共晶成分的合金冷却到此点所对应的温度（共晶温度），共同结晶出αc

βe

共晶反应线：cde

所谓共析反应（转变）是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。共析转变也是固态相变。最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转变:S⇄P+Fe3C

。3、具有共析反应的二元相图共析相图与共晶相图相似，对应的有共析线(PSK线)、共析点(S点)、共析温度、共析成分、共析合金(共析成分合金)、亚共析合金(共析线上共析点以左的合金)、过共析合金(共析线上共析点以右的合金)。铁碳合金相图共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠光体），也是两相的机械混合物。与共晶反应不同的是，共析反应的母相是固相，而不是液相。另外，由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。珠光体恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相。

⇄

+β共析反应恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相。L

+α⇄β包晶反应恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相。L⇄+共晶反应说明反应式图形特征反应名称常见三相等温水平线上的反应二合金性能与相图的关系1、合金的使用性能与相图的关系二元相图的室温平衡组织有两种类型：固溶体和机械混合物。匀晶相图与作为溶剂的纯金属相比，其强度硬度升高，导电率下降。并在某一成分存在极值。因此固溶强化对强度和硬度升高是有限的。共晶相图：成分在两相区内的合金结晶后形成机械混合物。两相区域内合金的强度和硬度随成分的变化呈直线关系，大致是两相性能的算术平均值。HB=HBa*a%+HBβ*β%由于共晶合金形成的是致密的组织，其强度，硬度明显升高，组成相或组织组成物越细密，强度越高。2、合金的工艺性能铸造性能—液态合金的流动性以及产生缩孔，裂纹的倾向性等。

液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小→合金的流动性好→有利于浇注。

液固相线距离大→枝晶偏析倾向愈大，合金流动性也愈差，形成分散缩孔的倾向也愈大，使铸造性能恶化，所以铸造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或选择结晶温度间隙最小的成分。b.锻造、轧制性能

单相固溶体合金，单相组织变形抗力小，变形均匀，不易开裂，塑性好，其切削加工性能差。当合金为机械混合物时，合金的加工性能要好于单相合金，但压力加工性能却不如单相固溶体三铁碳合金的组元和相图1、组元：Fe、Fe3C2、相⑴铁素体：纯铁在912℃以下为体心立方晶格α-Fe.

碳在α-Fe中的固溶体称铁素体，用F

或

表示。是体心立方的间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低，在727℃时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。即强度，硬度不高，韧性和塑性良好。铁素体⑵奥氏体:纯铁在912℃以上为面心立方晶格，称为-Fe。碳在-Fe中的固溶体称奥氏体。用A或表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148℃时最大为2.11%。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性韧性好，钢材热加工都在区进行。碳钢室温组织中无奥氏体。⑶渗碳体：即Fe3C，含碳6.69%，用Fe3C或Cm表示。

Fe3C硬度高、脆性大，塑性几乎为零。

Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨），该反应对铸铁有重要意义。由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。

（4）珠光体铁素体和渗碳体组成的两相的机械混合物。性能介于两者之间，具有较高的强度，硬度和一定的塑性、韧性，及综合性性能较好。低温下727℃以下（5）莱氏体

奥氏体和渗碳体组成的两相的机械混合物。存在高温区（727-1148℃），塑性和韧性很差，是硬而脆。3铁碳合金相图1、特征点⇄⇄⇄⇄⇄LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

典型合金的平衡结晶过程铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：⑴工业纯铁(<0.0218%C)组织为单相铁素体。⑵钢(0.0218~2.11%C)高温组织为单相，易于变形，①亚共析钢(0.0218~0.77%C)②共析钢(0.77%C)③过共析钢(0.77~2.11%C)⑶白口铸铁(2.11~6.69%C)

铸造性能好，硬而脆①亚共晶白口铸铁

(2.11~4.3%C)②共晶白口铸铁(4.3%C)③过共晶白口铸铁

(4.3~6.69%C)2、含碳量对力学性能的影响亚共析钢随含碳量增加，P量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。0.77%C时，组织为100%P，含碳量对力学性能的影响

钢的性能即P的性能。＞0.9%C,Fe3CⅡ为

晶界连续网状,强度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C,组织中有以Fe3C为基的Ld，合金太脆。3、含碳量对工艺性能的影响⑴切削性能（低）中碳钢比较合适。⑵可锻性能：低碳钢比高碳钢好。⑶铸造性能：共晶成分附近的合金铸造性能好。⑷焊接性能：低碳钢好于高碳钢。⑸热处理性能：以后介绍。焊缝组织铸造第二节制冷空调设备常用金属材料制冷空调中常用的金属材料有：黑色金属，有色金属及其合金。黑色金属：铁和以铁为基础的合金。铸铁：（≥2.11%C）铁碳合金。铁合金：铁与任何一种金属或非金属的合金。一工业用钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。一、钢的分类及编号1.钢的分类①按化学成分分

中碳钢0.25~0.6%C高碳钢

0.6%C低碳钢

0.25%C低合金钢合金元素总量5%中合金钢合金元素总量5~10%高合金钢

合金元素总量10%碳素钢合金钢钢类碳素钢合金钢PSPS普通质量钢≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045优质钢≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高级优质钢≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特级优质钢≤0.025≤0.020≤0.025≤0.015②按质量分钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：(含碳量越低钢中的杂质越少，冶炼质量越高）③按金相组织分亚共析钢共析钢过共析钢

按退火组织分珠光体钢贝氏体钢马氏体钢铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢

按正火组织分电弧炉炼钢④按用途分

工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢齿轮刀具2.钢的编号我国钢材的编号(牌号)是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。根据牌号可以看出钢的类别，含碳量，合金元素及其含量，冶炼质量以及应具备的性能和用途。牌号中的元素用汉字或化学元素表示；采用汉语拼音字母或汉字表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T221—2000）名称符号位置名称符号位置碳素结构钢Q头桥梁用钢q尾低合金高强度钢Q头锅炉用钢g尾易切削钢Y头焊接气瓶用钢HP尾碳素工具钢T头车辆车轴用钢LZ头(滚珠)轴承钢G头机车车轴用钢JZ头焊接用钢H头沸腾钢F尾铆螺钢ML头半镇静钢b尾船用钢国际符号镇静钢Z尾汽车大梁用钢L尾特殊镇静钢TZ尾压力容器用钢R尾质量等级A.B.C.D.E尾1）碳素结构钢和低合金高强度钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号：沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。

低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，

其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。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（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。*说明：一般情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。2）优质碳素结构钢和碳素工具钢⑴优质碳素结构钢：牌号为两位数字这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几如45—其平均含碳量为万分之四十五（即0.45%C）⑵碳素工具钢：牌号为T+数字“T”表示“碳素工具钢”数字表示钢平均含碳量的千分之几如T8—其平均含碳量为千分之八（0.8%C）*说明：①优质碳素结构钢含Mn量为0.7~1.2%时，在含碳量数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。②对于优质碳素结构钢的沸腾钢和半镇静钢，在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。③碳素工具钢都是优质以上质量的④高级优质钢在钢号后加字母A，如20A、T8A。3）合金钢牌号为碳含量+合金元素1+1元素的百分含量数字+合金元素2+2元素的百分含量数字+……⑴合金元素及其含量标注

当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量。如20CrMnTi

当合金元素的平均含量为1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5……等数字。如20CrNi3。*说明：①合金工具钢含铬量小于1%时，含铬量以千分之一为单位标出，并在含铬量前加数字“0”，如Cr06。②滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌号头部加字母“G”，如GCr15③高级优质合金钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。④特级优质合金钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。

⑵碳含量标注①合金结构钢含碳量以万分之一为单位标出(两位数字)如40Cr、60Si2Mn②工具钢和特殊性能钢含碳量以千分之一为单位标出(一位数字)如8MnSi、4Cr13*说明①低合金工具钢含碳量大于1.00%时，不标含碳量，如CrWMn(1.0%C)②高速钢不标含碳量，如W18Cr4V(含0.75%C)③滚动轴承钢不标含碳量，如GCr15(1.0%C)④高锰钢不标含碳量，如ZGMn13(0.75~1.45%C)⑤珠光体耐热钢含碳量标注同结构钢，如15CrMo⑥铸钢在牌号前加“ZG”,余同结构钢,如ZG20Cr13⑦

不锈钢和耐热钢当含碳量为0.1%-0.03%时，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”（含碳量上限为0.08%）当含碳量为0.03%-0.01%时(超低碳)，以“03”表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限为0.03%）当含碳量≤0.01%时(极低碳)，以“01”表示，如“01Cr19Ni11”(含碳量上限为0.01%)*注:旧牌号:≤0.08%C时,标“0”;≤0.03%C时,标“00”钢铁及合金的类型与统一数字代号(GB/T176256—1998)钢铁及合金的类型统一数字代号钢铁及合金的类型统一数字代号合金结构钢A

×××××杂类材料M×××××轴承钢B×××××粉末及粉末材料P×××××铸铁、铸钢及铸造合金C×××××快淬金属及合金Q×××××电工用钢和纯铁E

×××××不锈、耐蚀和耐热钢S

×××××铁合金和生铁F

×××××工具钢T

×××××高温合金和耐蚀合金H×××××非合金钢U×××××精密合金及其他特殊物理性能材料J×××××焊接用钢及合金W

×××××低合金钢L×××××（一）碳素结构钢可焊性、塑性好。用途：常以热轧型材使用，约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。热轧钢板三、结构钢（二）低合金高强度结构钢1、性能要求:⑴高强度及足够韧性。⑵良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。

2、成分特点：低碳(≤0.2%C)、主加Mn①Mn:强化铁素体,增加珠光体的量,降低脆转温度。②

V、Ti、Nb:起细化晶粒和弥散强化作用，提高低温冲击韧度，屈服点，强度。③Cu、P可提高耐蚀性。压力容器南京长江大桥3、热处理：热轧空冷后使用4、使用状态下组织：F+P5、用途：Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。（三）渗碳钢——制造渗碳零件的钢种1、性能要求：⑴

表硬里韧⑵良好淬透性和渗碳能力。2、成分特点：低碳(0.1~0.25%C),加Cr、Mn、Ni、B等元素

①Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性②

Cr、Mn、Ni：强化铁素体③

W、Mo、Ti、V：细化晶粒3、常用钢号及用途低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。柴油机凸轮轴柴油机曲轴活塞销(20Cr)（四）调质钢——调质后使用的钢种。

1、成分特点中碳(0.3~0.5%C)，合金元素作用为：①提高淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、B②强化铁素体：Mn、Si、Cr、Ni③细化晶粒：Ti、V④防止第二类回火脆性：W、Mo圆锥齿轮柴油机凸轮轴3、性能：良好的综合力学性能。4、常用钢号及用途常用钢号为45、40Cr、40CrNi。用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。

制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的40CrNiM等。（五）弹簧钢——制造弹簧或类似性能零件的钢种。1、性能要求(弹簧是储存能量或缓和冲击的零件)高的σs、σs/σb、σ-1；足够的韧性2、成分特点：中高碳碳素弹簧钢为0.6~0.9%C；合金弹簧钢为0.45~0.7%C常用钢号为65Mn、60Si2Mn合金元素作用：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提高s/b：Si③

细化晶粒：V（六）滚动轴承钢——制造轴承套和滚动体专用钢种1、性能要求(轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦)高而均匀的硬度、耐磨性、b、接触疲劳强度和足够的韧性。2、成分特点：高碳(0.95~1.10%C)，主加Cr①

Cr、Mn、Si：提高淬透性②

Cr还提高耐磨性和耐蚀性当>1.65%Cr时，因A’增加而使硬度和稳定性下降。滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承3、常用钢号及用途应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等。（七）耐磨钢是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。牌号为ZGMn13。水韧处理后，韧性高，硬度低（HB180~200）。使用时必须伴随着压力和冲击作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力。高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。球磨机衬板铁路道岔履带挖掘机铲齿高锰钢铸件四、工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。模具量具刃具五、特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。本节只介绍不锈钢和耐热钢。化工管道的腐蚀裂解管内壁的高温腐蚀减薄一、不锈钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。㈠金属的腐蚀化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀：金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。防止电化学腐蚀的措施：①

获得均匀的单相组织。②

提高合金的电极电位。③

使表面形成致密的钝化膜。

在工业发达国家，每年金属腐蚀造成的直接经济损失占其GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上。㈡不锈钢中合金元素的作用1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。

2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素3、Ni：获得单相奥氏体组织。

Mo：耐有机酸腐蚀。4、Ti、Nb：防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀。㈢常用不锈钢1、马氏体不锈钢(0.08%C

～0.45%C)

主要为Cr13型钢号为1Cr13~4Cr13随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。汽轮机叶片性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。用途：用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。医疗器械不锈钢直尺⑵4Cr13性能：强度、硬度较高用途：用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器2、铁素体不锈钢（≤0.012%C）典型钢号如0Cr13、1Cr17等。性能特点：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好用途：广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。3、奥氏体不锈钢(≤0.08%或≤0.12%)⑴性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性，无磁性。常用钢种为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。用途：广泛用于化工设备及管道。应力腐蚀:奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。奥氏体不锈钢易在含Clˉ的介质中发生应力腐蚀，裂纹为树枝状。

反应釜(316L)管板换热器(304)大型化工储罐(304)发生应力腐蚀的奥氏体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹二、耐热钢㈠性能要求1、高的抗氧化性：指钢在高温下对氧化作用的抗力。2、高的热强性热强性是指金属在高温下的强度。飞机发动机过热器㈡成分特点低中碳Cr、Si：提高抗氧化性Mo：提高热强性(T再)V、Ti：弥散强化Ni：获得单相A组织涡轮机机壳钢制法兰㈢常用耐热钢1、珠光体耐热钢常用15CrMo、12Cr1MoV，用途：600℃以下的锅炉零件，压力容器，热交换器等。

2、马氏体耐热钢常用1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2。用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片。4Cr9Si2是汽车阀门用钢。汽轮机叶片汽车阀门过热器管排过热器集箱3、奥氏体耐热钢常用1Cr18Ni9Ti。用途：主要用于过热器管道等。钢号钢种合金元素的主要作用热处理特点使用状态下组织Q345低合金高强度结构钢Mn:强化F，增加P量，降低冷脆转变温度热轧空冷F+P65Mn弹簧钢Mn:提高淬透性，强化F淬火+中温回火T回ZGMn13耐磨钢Mn:获得单相A组织水韧处理表:M+碳化物心:A20Cr渗碳钢Cr:提高淬透性，强化F渗碳+淬火+低温回火表:M回+颗粒状碳化物+A’心:M回+F40Cr调质钢Cr:提高淬透性，强化F调质处理S回9SiCr低合金工具钢Cr:提高淬透性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)GCr15滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蚀性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)1Cr13马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性淬火+高温回火S回5CrNiMo热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强化F淬火+高温回火S回Mo:防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)W18Cr4V高速钢V:提高耐磨性、热硬性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A’(少量)1Cr18Ni9Ti不锈钢Ti:防止晶间腐蚀固溶处理A二铸铁一、铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。

二、铸铁的特点及分类工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1、铸铁的组织特点钢的基体+G（石墨）基体组织有三种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体。2、铸铁的性能特点⑴力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。⑵耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。

⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。

⑷铸造性能好。由于铸铁硅含量高，成分接近于共晶。

⑸切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。

3、铸铁的分类与牌号表示方法

铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例灰铸铁片状FHT+一组数字数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。

HT100F+PHT150PHT200可锻铸铁团絮状FKTH+两组数字KTB+两组数字KTZ+两组数字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，%铸铁的分类与牌号表示方法铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例球墨铸铁球状FQT+两组数字

第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，%。

“QT”表示球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕虫状FRuT+一组数字数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号

RuT260F+PRuT300PRuT420常用铸铁（一）灰铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。1、组织：灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。2性能：优良的铸造，切削，耐磨，消振性能，表面缺陷及缺口不具有敏感性。3、用途制造承受压力和震动的零件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线

（二）可锻铸铁

石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸经石墨化退火获得的。性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻用途用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等可锻铸铁管件（三）球墨铸铁石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。用途：承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。

核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴（四）蠕墨铸铁蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。常用蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。

玻璃模具制动盘阀芯三有色金属及其合金

在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。

有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密度之比）等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料。一、铝及铝合金

（一）铝及铝合金的性能特点

纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72），熔点低（660.4℃），导电、导热性能优良。抗大气腐蚀性能好，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。

铝合金型材铝铸件（二）铝合金的分类铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。可将铝合金分为变形铝合和铸造铝合金两大类。1变形铝合金

变形铝及铝合金牌号表示方法

根据国家标准GB/T16474-96规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为：防锈铝合金：LF+序号

硬铝合金：LY+序号

超硬铝合金：LC+序号锻铝合金：LD+序铝合金波纹管铝合金制品2.常用变形铝合金①防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。

卫星天线（LF2）汽化器（热交换管为LF21）常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比纯

铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。②硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。

常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。

飞机翼梁(腹板为硬铝合金)③超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。

飞机主起落架常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。④锻造铝合金

Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金

常用牌号有LD7（2A70

）、LD8

（2A80

）、LD9（2A90

）等。用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。压气机叶片叶导轮美F-117隐身战斗机

（所用材料大部分是铝合金）（二）铸造铝合金包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号1.Al-Si系铸造铝合金

ZL102（ZAlSi12）是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。2.Al-Cu系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头3.Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)4.Al-Zn系铸造铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞(ZL401)常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等。主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。二、铜及铜合金

（一）铜及铜合金的性能特点1.纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。容易进行压力加工，可制成各种线材，管材，棒材及板材。经过冷塑变形后，强度硬度提高，塑性韧性下降，在低温下可保持较高的塑性和冲击韧性。

2铜的种类及牌号：分四种，及一号铜，二号铜，三号铜和四号铜。工业重铜的代号为T及序号表示，T1，T2，T3.T4，序号越大，重度越低，导电导热性越差。3铜的用途：深冷设备和高压设备的垫片；也可用于深度冷冻分离气体的装置中，如蒸发器，冷凝器，及制冷管路等。

铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜管铜冷却器（二）黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。

法兰阀闸阀1、普通黄铜铜与锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H（黄）+表示铜平均百分含量的数字，如H68。单相黄铜塑性好。常用牌号有H80、H70、H68。

适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好，强度高。常用牌号有H59、H62。

适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套2、特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入Al、

Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni

等元素形成特殊黄铜。

加工特殊黄铜的牌号为：

H（黄）+主加元素符号（Zn除外）+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量，如HPb59-1。特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。

黄铜制品主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。（三）青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。

加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3（含4%Sn、3%Zn)。常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。

青铜制品1、锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%。

锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。锡青铜具有良好的耐蚀性，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。

常用牌号有QSn4-3、、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蚀承载件，如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。插座簧片阀门零件方螺母锁块2、铝青铜以铝为主加元素的铜合金，铝含量为5~11%。强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。大型水力发电设备中的抗磨环3、铍青铜以铍为主加元素的铜合金,铍含量为1.7~2.5%。具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良