《汽车材料》第二章黑色金属节

第二章黑色金属

（钢铁材料）§2.6合金钢 1.合金钢分类

（1)按用途分类 ①合金结构钢合金结构钢用于制造各种机械零件和工程结构件。 ②合金工具钢合金工具钢用于制造各种工具。 ③特殊性能钢特殊性能钢是指具有一些特殊性能的钢 （2）按合金元素总含量分类 ①低合金钢低合金钢的合金元素总含量ωMe<5%。 ②中合金钢中合金钢合金元素总含量ωMe=5%~10% ③高合金钢高合金钢合金元素总含量ωMe>10%一、合金钢的分类及编号一、合金钢的分类及编号（1）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号是用代表屈服强度的汉语字母“Q”、屈服强度值（单位MPa）、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。（2）合金结构钢除了低合金高强度结构钢外，其它合金结构钢的牌号由三部分组成，即两位数字+元素符号+数字。（3）合金工具钢合金工具钢中的平均含碳量<1%时，用一位数字表示平均含碳量的千分数，当平均含碳量>1%时，不标注含碳量。（4）滚动轴承钢高碳铬轴承钢，在牌前冠以“G”符号。当含碳量小于1%时，在“G”符号前用一位数字表示含碳量的千分数；当含碳量大于１%时，不标注含碳量。含铬量用千分数表示（两位数）。

§2.6合金钢 1、合金元素在钢中存在形式

（1）强化铁素体

合金元素溶入铁素体后，引起铁素体晶格畸变，另外合金元素还易分布在晶体缺陷处，使位错移动困难，从而提高了钢的塑性变形抗力，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。

（2）形成合金碳化物

钢中形成的合金碳化物的类型主要有：合金渗碳体和特殊碳化物。二、合金元素在钢中的作用§2.6合金钢 2、合金元素在钢中的作用

合金元素在钢中可以两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的相中，另一种是形成某些碳钢中所没有的新相。在一般的合金化理论中，按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为碳化物形成元素与非碳化物形成元素两大类。常用的合金元素有以下几种：

非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；

碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。此外，还有稀土元素，一般用符号Re表示。二、合金元素在钢中的作用§2.6合金钢 3、合金元素对钢的热处理影响（1）合金元素对钢加热时转变影响（2）合金元素对钢冷却转变的影响（3）合金元素对淬火钢回火转变的影响二、合金元素在钢中的作用§2.6合金钢 4、合金元素对钢的机械和工艺性能的影响（1）合金元素对强度的影响

强度是金属材料最重要的性能指标之一，使金属材料的强度提高的过程称为强化。强化是研制结构材料的主要目的。金属的强度一般是指金属对塑性变形的抗力。金属强化一般有以下几种方式：

①固溶强化

②细晶强化

③弥散强化（2）合金元素对塑性和韧性的影响（3）合金元素对钢的工艺性能的影响

①合金元素对铸造性能的影响

②合金元素对锻造性能的影响

③合金元素对焊接性能的影响

④合金元素对切削性能的影响二、合金元素在钢中的作用§2.6合金钢 1、低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢是结合我国资源条件发展起来的钢种，是在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素发展起来的，原称普通低合金钢。它是低碳结构钢，合金元素总量在3％以下，以Mn为主要元素。与碳素结构钢相比有较高强度，足够的塑性、韧性，良好的焊接工艺性能，较好的耐腐蚀性和低的冷脆转变温度。

低合金高强度结构钢可按屈服极限分295、345、390、420、460N/mm2五个强度等级，其中295–390N/mm2级的应用最广。三、合金结构钢三、合金结构钢§2.6合合金金钢钢2、合合金渗渗碳钢钢合金渗渗碳钢钢主要要用来来制造造工作作中承承受较较强烈烈的冲冲击作作用和和磨损损条件件下的的渗碳碳零件件。例例如，，制作作承受受动载载荷和和重载载荷的的汽车车变速速箱齿齿轮、、汽车车后桥桥齿轮轮和内内燃机机里的的凸轮轮轴、、活塞塞销等等。这这类钢钢经渗渗碳、、淬火火和低低温回回火后后表面面具有有高的的硬度度和耐耐磨性性，心心部具具有较较高的的强度度和足足够韧韧性的的零件件。合金渗渗碳钢钢可按按淬透透性分分为低低淬透透性、、中淬淬透性性及高高淬透透性钢钢三类类。三、合合金结结构钢钢§2.6合合金金钢钢3、合合金调调质钢钢合金调调质钢钢指调调质处处理后后使用用的合合金结结构钢钢，其其基本本性能能是具具有良良好的的综合合力学学性能能。调调质钢钢广泛泛用于于制造造汽车车、拖拖拉机机、机机床和和其他他机器器上如如齿轮轮、轴轴类件件、连连杆、、高强强螺栓栓等重重要零零件。。大多多承受受多种种和较较复杂杂的工工作载载荷，，要求求具有有高水水平的的综合合力学学性能能。性能上上要求求：①高的的屈服服强度度及疲疲劳极极限和和良好好的韧韧性塑塑性，，即要要求综综合的的力学学性能能。②局部部表面面要求求一定定的耐耐磨性性。③好的的淬透透性。。三、合合金结结构钢钢§2.6合合金金钢钢3、合合金调调质钢钢调质钢钢的合合金化化经历历了一一个由由单一一元素素到多多元素素复合合加入入发展展过程程，从从40→40Mn→→40CrMn→40CrMnMo或或40→40Cr→→40CrNi→40CrNiMo发发展，，合金金元素素主要要作用用是：：①提高高淬透透性②②固溶溶强化化③③防防止第第二类类回火火脆性性④④细细化晶晶粒我国常常用调调质钢钢按照照淬透透性的的高低低，大大致分分为三三类：：①低淬淬透性性调质质钢②中淬淬透性性调质质钢③高淬淬透性性调质质钢三、合合金结结构钢钢§2.6合合金金钢钢4、合合金弹弹簧钢钢弹簧是是机器器、车车辆和和仪表表及生生活中中的重重要零零件，，主要要在冲冲击、、振动动、周周期性性扭转转和弯弯曲等等交变变应力力下工工作，，弹簧簧工作作时不不允许许产生生塑性性变形形，因因此要要求制制造弹弹簧的的材料料具有有较高高的强强度。。5、滚动轴承承钢滚动轴承钢是是制造各种滚滚动轴承的滚滚珠、滚柱、、滚针的专用用钢，也可做做其他用途，，如形状复杂杂的工具、冷冷冲模具、精精密量具以及及要求硬度高高、耐磨性高高的结构零件件。三、合金金结构钢钢§2.6合合金钢钢合金工具具钢按用用途分为为合金刃刃具钢、、合金模模具钢、、合金量量具钢。。1、合金金刃具钢钢刃具钢是是用来制制造各种种切削刀刀具的钢钢，如车车刀、铣铣刀、钻钻头等，，合金工工具钢需需具备如如下性能能：高的的硬度、、高耐磨磨性、高高的红硬硬性（红红硬性是是指钢在在高温下下保持高高硬度的的能力））、一定定的韧性性和塑性性。（1）低低合金刃刃具钢（2）高高速钢2、合金金模具钢钢（1）冷冷作模具具钢（2）热热作模具具钢3、合金金量具钢钢四、合金金工具钢钢§2.6合合金钢钢特殊性能能钢是指指具有特特殊的物物理、化化学性能能的钢。。其种类类较多，，常用的的特殊性性能钢有有不锈钢钢、耐热热钢和耐耐磨钢。。1、不锈锈钢在腐蚀性性介质中中具有抗抗腐蚀能能力的钢钢，一般般称为不不锈钢。。2、耐热热钢耐热钢是是抗氧化化钢和热热强钢的的总称。。3、耐磨磨钢耐磨钢是是指在冲冲击和磨磨损条件件下使用用的高锰锰钢。五、特殊殊性能钢钢复习与练练习7一、填空空题1.高速速工具钢钢经高温温淬火加加多次回回火后，，具有很很高的和较好的的。2.不锈锈钢按其其金相显显微组织织不同，，常用的的有以下下三类：：、、奥氏体体型不锈锈钢。3.高速速钢刀具具在切削削温度达达600℃时仍仍能保持持和。4.合金金钢按主主要质量量等级分分为钢和钢。复习与练练习7二、判断断题1.高锰锰钢加热热到1000-1100℃,淬火后后可获得得单相马马氏体组组织。2.1Cr18Ni9钢是一一种马氏氏体不锈锈钢。3.5CrNiMo钢钢是合金金结构钢钢。5.20CrMnTi钢是合合金调质质钢。6.GCr15是专用用的合金金工具钢钢。7.高速速钢回火火后硬度度会增加加。8.W18Cr4V钢钢是不锈锈钢。复习与练练习7三、简答答题1.指出出下列牌牌号是哪哪种钢？？其含碳碳量约多多少？20、9siCr、40Cr、5CrMnMo2.试说说明下列列合金钢钢的名称称及其主主要用途途。W18Cr4V、5CrNiMo3.指出出下列牌牌号是哪哪类钢？？其含碳碳量约多多少？T9A、、GCr15、、30、、20Cr4.合金金元素在在钢中主主要作用用有哪些些？5.试说说明下列列牌号的的名称。。1Cr18Ni9、2Cr13、ZGMn13-1、4Cr9si12含碳量大大于2.11%的铁碳碳合金称称为铸铁铁。铸铁与钢钢的主要要区别是是铸铁的的含碳硅硅量较高高，杂质质元素S、P含含量较多多，在加加工手段段上铸铁铁制成零零件毛坯坯只能用用铸造方方法，不不能用锻锻造或轧轧制方法法。铸铁的机机械性能能(抗拉拉强度、、塑性、、韧性)较低，，但是由由于铸铁铁具有优优良的铸铸造性能能、可切切削加工工性、耐耐磨性、、吸振性性、生产产工艺简简单、成成本低廉廉等特点点，因此此被广泛泛地应用用于机械械制造、、冶金、、矿山、、石油化化工、交交通运输输、建筑筑和国防防生产部部门，典典型的应应用是制制造机床床的床身身、内燃燃机的汽汽缸、汽汽缸套、、曲轴等等。§2.7铸铁§2.7铸铁1、铸铁铁的特点点（1）成成分与组组织的特特点铸铁与碳碳钢相比比较，除除了有较较高的碳碳、硅含含量外，，还有较较高含量量的杂质质硫和磷磷。由于铸铁铁中的碳碳主要是是以石墨墨的形态态存在，，所以铸铸铁的组组织是由由金属基基体和石石墨所组组成的。。一、铸铁铁的特点点和分类类§2.7铸铁1、铸铁的的特点（2）铸铁铁的性能特特点铸铁的抗拉拉强度、塑塑性和韧性性都要比碳碳钢低。一一般说来，，石墨的数数量越少，，分布越分分散，形状状越接近球球形，则铸铸铁的强度度、塑性和和韧性越高高。一、铸铁的的特点和分分类§2.7铸铁1、铸铁的的特点（2）铸铁铁的性能特特点虽然铸铁的的机械性能能不如钢，，但由于石石墨的存在在，却赋予予铸铁许多多为钢所不不及的特殊殊性能：①石墨造成成脆性切削削，铸铁的的切削加工工性能优异异。②铸铁的铸铸造性能良良好，铸件件凝固时形形成石墨产产生的膨胀胀，减少铸铸件体积的的收缩，降降低铸件中中的内应力力。③石墨有良良好的润滑滑作用，并并能储存润润滑油，使使铸件有很很好的耐磨磨性能。④石墨对振振动的传递递起削弱作作用，使铸铸铁有很好好的抗振性性能。⑤大量石墨墨的割裂作作用，使铸铸铁对缺口口不敏感。。一、铸铁的的特点和分分类§2.7铸铁2、铸铁的的分类根据铸铁中中的碳在结结晶过程中中的析出状状态以及凝凝固后断面面颜色的不不同，铸铁铁可分为以以下几类：：（1）白口口铸铁（2）灰铸铸铁（3）球墨墨铸铁（4）蠕墨墨铸铁（5）可锻锻铸铁（6）特殊殊性能铸铁铁一、铸铁的的特点和分分类§2.7铸铁二、灰铸铁铁1、灰铸铁的的片状石墨墨形态§2.7铸铁二、灰铸铁铁2、灰铸铁的的化学成分分和组织特特征§2.7铸铁二、灰铸铁铁3、灰铸铁的的牌号§2.7铸铁二、灰铸铁铁3、灰铸铁的的牌号§2.7铸铁二、灰铸铁铁4、灰铸铁铁的性能（1）灰铸铸铁的组织织对性能的的影响通常灰铸铁铁铸态的基基体组织都都是珠光体体＋铁素体体组织。灰铸铁的抗抗拉强度、、塑性和韧韧性都低于于碳素钢，，特别是塑塑性、韧性性几乎为零零。（2）灰铸铸铁的性能能灰铸铁的性性能与普通通碳钢相比比，具有如如下特点：：①力学性能能低②②耐磨性性与消振性性好③工艺性能能好§2.7铸铁二、灰铸铁铁4、灰铸铁铁的性能（1）灰铸铸铁的组织织对性能的的影响通常灰铸铁铁铸态的基基体组织都都是珠光体体＋铁素体体组织。灰铸铁的抗抗拉强度、、塑性和韧韧性都低于于碳素钢，，特别是塑塑性、韧性性几乎为零零。（2）灰铸铸铁的性能能灰铸铁的性性能与普通通碳钢相比比，具有如如下特点：：①力学性能能低②②耐磨性性与消振性性好③工艺性能能好§2.7铸铁二、灰铸铁铁5、灰铸铁铁的孕育处处理灰铸铁的孕孕育处理是是指在液态态铁中加入入孕育剂，，以促进晶晶核的形成成或激发自自身晶核的的产生，增增大晶核数数量，使石石墨的析出出能在比较较小的过冷冷度下开始始进行。其其结果是提提高石墨析析出的倾向向，并得到到均匀分布布的细小的的石墨，从从而使铸铁铁具有良好好的力学性性能和加工工性能。把把经过孕育育处理的灰灰铸铁称为为孕育铸铁铁。6、灰铸铁铁的热处理理（1）消除除内应力退退火（2）消除除铸件白口口组织、降降低硬度的的退火（3）正火火（4）表面面淬火§2.7铸铁三、球墨铸铸铁球状石墨对对金属基体体的损坏、、减小有效效承载面积积以及引起起应力集中中等危害作作用均比片片状石墨的的灰铸铁小小得多。因因此，具有有比灰铸铁铁高得多的的强度、塑塑性和韧性性，并保持持有耐磨、、减振、缺缺口不敏感感等灰铸铁铁的特性。。1、球墨铸铸铁的化学学成分和组组织特征§2.7铸铁三、球墨铸铸铁2、球墨铸铸铁的球化化处理与孕孕育处理（1）球化化处理（（2））孕育处理理球墨铸铁生生产中，铁铁液在临浇浇注前加入入一定量的的球化剂，，以促使石石墨结晶时时生长为球球状的操作作工艺称为为球化处理理。在球化处理理的同时必必须进行孕孕育处理(也称为石石墨化处理理)，以促促使石墨生生长成球径径小、数量量多、圆整整度好、分分布均匀的的球状石墨墨，从而改改善球墨铸铸铁的力学学性能。§2.7铸铁三、球墨铸铸铁3、球墨铸铸铁的牌号号、性能与与用途（1）牌号号球墨铸铁的的牌号、力力学性能及及用途见表表8-3。。牌号中的的“QT””是“球铁铁”两字汉汉语拼音的的大写字母母，在“QT”后面面两组的数数字分别表表示最低抗抗拉强度(MPa)和最低伸伸长率(%)。（2）性能能与用途与灰口铸铁铁相比，球球墨铸铁具具有较高的的抗拉强度度和弯曲疲疲劳极限，，也具有相相当良好的的塑性及韧韧性。球铁铁在一定条条件下代替替铸钢、锻锻钢等，用用以制造受受力复杂、、负荷较大大和要求耐耐磨的铸件件。如具有有高强度与与耐磨性的的珠光体球球铁常用来来制造内燃燃机曲轴、、凸轮轴、、轧钢机轧轧辊等；具具有高韧性性和塑性的的铁素体球球铁常用来来制造阀门门、汽车后后桥壳、犁犁铧等。§2.7铸铁三、球墨铸铸铁4、球墨铸铸铁的热处处理（1）退火火获得单一的的铁素体基基体，提高高铸件塑性性，从而改改善球墨铸铸铁的切削削加工性能能，消除铸铸造应力。。（2）正火火球墨铸铁高高温正火的的目的是增增加基体组组织中的珠珠光体量，，提高强度度、硬度和和耐磨性，，同时还可可以消除游游离渗碳体体。（3）调质质处理对于受力比比较复杂，，要求综合合力学性能能较高的球球墨铸铁件件，可采用用淬火加高高温回火，，即调质处处理。（4）等温温淬火§2.7铸铁四、可锻铸铸铁可锻铸铁是是由白口铸铸铁经长时时间石墨化化退火而获获得的一种种高强度铸铸铁。白口口铸铁中的的游离渗碳碳体在退火火过程中分分解出团絮絮状石墨，，由于团絮絮状石墨对对铸铁金属属基体的割割裂和引起起的应力集集中作用比比灰铸铁小小得多，与与灰铸铁相相比，可锻锻铸铁的强强度和韧性性有明显提提高，并且且有一定的的塑性变形形能力，因因而称为可可锻铸铁(或展性铸铸铁，又称称为马口铸铸铁)。§2.7铸铁四、可锻铸铸铁1、可锻铸铸铁的化学学成分和组组织特征§2.7铸铁2、可锻铸铸铁的牌号号、性能特特点及用途途§2.7铸铁五、蠕墨铸铸铁蠕墨铸铁的的力学性能能介于相同同基体组织织的灰铸铁铁和球墨铸铸铁之间，，它的抗拉拉强度、屈屈服点、伸伸长率、疲疲劳强度均均优于灰铸铸铁，接近近于铁素体体球墨铸铁铁；而铸造造性能、减减震能力、、导热性、、切削加工工性均优于于球墨铸铁铁，与灰铸铸铁相近。。蠕墨铸铁铁是将蠕化化剂（稀土土镁钛合金金、稀土镁镁钙合金、、镁钙合金金等），置置于浇包内内的一侧。。另一侧冲冲入铁液，，蠕化剂熔熔化而成的的。§2.7铸铁五、蠕墨铸铸铁1、蠕墨铸铸铁的化学学成分和组组织特征蠕墨铸铁的的石墨具有有介于片状状石墨和球球状石墨之之间的中间间形态，在在光学显微微镜下为互互不相连的的短片，与与灰口铸铁铁的片状石石墨类似。。所不同的的是，其石石墨片的长长厚比较小小，端部较较圆(形似似蠕虫)，，所以可以以认为，蠕蠕虫状石墨墨是一种过过渡型石墨墨。§2.7铸铁五、蠕墨铸铸铁2、蠕墨铸铸铁的牌号号、性能特特点及用途途§2.7铸铁六、特殊性性能铸铁工业上除了了要求铸铁铁有一定的的力学性能能外，有时时还要求它它具有较高高的耐磨性性以及耐热热性、耐蚀蚀性。为此此，在普通通铸铁的基基础上加入入一定量的的合金元素素，制成特特殊性能铸铸铁，主要要包括耐磨磨铸铁、耐耐热铸铁和和耐蚀铸铁铁。1、耐磨铸铸铁2、耐热铸铸铁3、耐蚀铸铸铁复习与练习习8一、名词解解释石墨化、孕孕育(变质质)处理、、球化退火火、可锻化化退火、石石墨化退火火二、填空题题1．白口铸铸铁中碳主主要以的形式存在在．灰口铸铸铁中碳主主要以的形式存在在。2．普通灰灰铸铁、可可锻铸铁、、球墨铸铁铁及蠕墨铸铸铁中石墨墨的形态分分别为、和。。3．铸铁的的基体有、和三种。4．QT500—05牌号中中，QT表表示，数字500表示。5．HT250是铸铁，250表示。6．促进石石墨化的元元素有，阻碍石墨墨化的元素素有。7．铸铁的的石墨化过过程分为三三个阶段，，分别为、和。8．可锻铸铸铁铸件的的生产方法法是先，然后再进进行。9．球墨铸铸铁采用作球化剂。。复习与练习习8三、判断题题1．石墨化是是指铸铁中中碳原子析析出形成石石墨的过程程。2．可锻铸铁铁可在高温温下进行锻锻造加工。。3．热处理可可以改变铸铸铁中的石石墨形态。。4．球墨铸铁铁可通过热热处理来提提高共机械械性能。5．采用整体体淬火的热热处理方法法，可以显显著提高灰灰铸铁的机机械性能。。6．采用热处处理方法，，可以使灰灰铸铁中的的片状石墨墨细化，从从而提高其其机械性能能7．铸铁可以以通过再结结晶退火使使晶粒细化化，从而提提高其机械械性能。8．灰铸铁的的减震性能能比钢好。。复习与练习习8四、选择题题1．铸铁石墨墨化的几个个阶段完全全进行，其其显微组织织为()。A、F十GB、F十P十GC、P十G2．铸铁石墨墨化的第一一、二阶段段完全进行行，第三阶阶段部分进进行，其显显微组织为为(A、F十GB、P十GC、F十P十G3．铸铁的石石墨化过程程的第一、、二阶段完完全进行．．第三阶段段未进行，，其显微组组织A、F十P十CB、P十GC、F十G4．提高灰口口铸铁的耐耐磨性应采采用()。A、整体淬火火B、渗碳处理理C、表面淬火火5．机架和机机床床身应应选用()。A、白口铸铁铁B、灰口铸铁铁C、麻口铸铁铁复习与练习习8五、简答题题1．试总结铸铸铁石墨化化发生的条条件和过程程。2．试述石墨墨形态对铸铸铁性能的的影响。3．白口铸铁铁、灰口铸铸铁和碳钢钢，这三者者在成分、、组织和性性能有何主主要区别?4．为什么一一般机器的的支架、机机床的床身身用灰口铸铸铁铸造?5．出现下列列不正常现现象时，应应采取什么么有效措施施予以防止止和改善?(1)灰口铸铁磨磨床床身铸铸造以后就就进行切削削．在切削削加工后发发生不允许许的变形(2)灰口铸铁薄薄壁处出现现白口组织织，造成切切削加工困困难。9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。02:47:4302:47:4302:471/5/20232:47:43AM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。1月月-2302:47:4302:47Jan-2305-Jan-2312、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。02:47:4302:47:4302:47Thursday,January5,202313、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。1月-231月-2302:47:4302:47:43January5,202314、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。05一一月20232:47:43上午午02:47:431月-2315、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。一月232:47上上午1月-2302:47January5,202316、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2023/1/52:47:4302:47:4305January202317、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。2:47:43上午2:47上上午02:47:431月-239、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。02:47:4302:47:4302:471/5/20232:47:43AM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。1月-2302:47:4402:47Jan-2305-Jan-2312、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。02:47:4402:47:4402:47Thursday,January5,202313、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。1月-231月-23