化工机械维修课件

化工机械基础

宋娜点击此处输入文字换热器点击此处输入文字化工机械：在现代石油、化工生产中使用的机械统称。化工机械化工设备化工机器换热器——传热塔器——传质、化学反应储槽——物料储存泵——输送清水或化工液体介质压缩机——压缩气体静设备动设备《化工机械基础》主要内容：1、化工机械常用材料——第一章2、化工容器——第二章▲3、机械传动基础——第三章4、化工腐蚀与保护——第四章5、管、钳工基本操作——第五章第一章化工机械常用材料材料金属材料无机非金属材料-水泥、玻璃、大理石有机材料-塑料，橡胶，合成纤维

在机械制造中应用的金属以黑色金属为主，占90%以上。

非金属材料黑色金属材料－以铁或以铁为主形成的物质

例：钢、生铁等有色金属材料-除黑色金属以外的所有金属

例：铜、铝、合金那么，为什么金属材料或者黑色金属材料是用来制造机器的最主要材料？这是因为：

其具有优良的机械性能（力学性能）、工艺性能，并具较好的物理性能及化学稳定性。那么，什么是金属材料的机械性能（力学性能）？什么是金属材料的工艺性能？什么是金属材料的物理性能及化学性能？一、力学性能：金属材料在外力（静载荷、动载荷、交变载荷）作用下，所表现出的性能。包括强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等,是选择使用金属材料的重要依据。构件在不同载荷作用下的变形情况：机械构件中，要求和允许的变形一般属于弹性变形。按照变形特征，分为：拉伸及压缩剪切扭转弯曲第一节金属材料的一般性能第一节金属材料的一般性能（一）轴向拉伸及压缩外力(或外力的合力)沿杆件的轴线作用，且作用线与轴线重合。变形特点：杆沿轴线方向伸长(或缩短)，沿横向缩短(或伸长)。发生轴向拉伸与压缩的杆件一般简称为拉(压)杆。FFFF

第一节金属材料的一般性能第一节金属材料的一般性能

拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线：1）op/pe段：直线(弹性变性)2）es段：曲线(弹性变形+塑性变形)5）b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3）ss’段：水平线（略有波动），塑性变形,作用的力基本不变，试样连续伸长。4）s’b曲线：弹性变形+塑性变形

拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线：弹性变形阶段-塑性变形阶段-外力去除后无法恢复的变形颈缩现象至断裂拉伸试样的颈缩现象低碳钢拉伸过程变化的三个阶段：随外力去除而消失的变形第一节金属材料的一般性能（二）剪切剪切的特点：构件受到了一对大小相等，方向反，作用线平行且相距很近的外力。变形特点：杆件两部分沿力的作用线方向产生了相对错动。剪切力：使杆两部分产生相对错动的内力。

FFFF第一节金属材料的一般性能（三）扭转受力特点：在垂直于杆件轴线的平面内，作用了一对大小相等，转向相反，作用平面平行的外力偶矩。变形特点：杆件任意两横截面都发生了绕杆件轴线的相对转动。mmm第一节金属材料的一般性能FFFAFB（三）弯曲一、轴向拉伸和压缩时的内力与应力内力：金属构件受外力作用时，其内部产生一种抵抗外力作用的力成为内力。应力：单位面积上的内力称为应力(垂直于杆横截面的应力称为正应力，平行于横截面的称为切应力)。应力是判断杆件是否破坏的依据。FFmnFFNFF`N内力随外力产生且与外力平衡，σ公式为：σ=P/AP--外力，NA--横截面积，m2σ--应力，N/m21MP=106Pa=106N/m2杆件受拉伸时，σ为拉应力，取“+”；杆件受压缩时，σ为压应力，取“－”FFmmnnFFN（二）弹性与塑性弹性

金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复其原来形状的性能，叫做弹性。弹性变形

随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。塑性

金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能叫做塑性。塑性变形

在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。（1）弹性变形：

材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。FFF

（2）塑性变形:

材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。FFF1）伸长率（δ）——试件断裂后的相对伸长l1-l0l0×100%δ=l1——试样拉断后的标距,mm;l0——试样的原始标距,mm。2、塑性的衡量（塑性指标）：伸长率δ和断面收缩率Ψ

2）断面收缩率（Ψ）--试件断裂后横截面面积的相对收缩A0-A1A0Ψ=×100%A0——试样原始横截面积,mm2；A1——颈缩处的横截面积,mm2。δ、ψ越大，材料塑性越好。(三)强度金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力——强度。按作用力性质不同，可分为屈服强度（屈服点）及抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。在工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。分类拉力——屈服强度、抗拉强度压力——抗压强度弯曲力——抗弯强度剪切力——抗剪强度

低碳钢拉伸时的应力—应变曲线Oe——弹性变形阶段，Pe为试件能恢复原始形状和尺寸的最大拉力。es——屈服阶段，e为材料弹性变形的同时出现微量的塑性变形，当外力继续增加达到s时即使外力不再增加材料仍继续伸长变形（为屈服现象）。屈服后，材料将残留较大的塑性变形。sb——强化阶段，过来s点以后到b点，要使试件继续伸长，必须不断增加载荷，当外力增加到Pb时，试件局部变细，然后从变细处断裂。Pb为试件承受的最大载荷。

1.屈服强度（屈服极限、屈服点）：

当载荷增达到s点时，拉伸曲线出现了平台，即试样所承受的载荷几乎不变，但塑性变形不断增加，这种现象称为屈服。

屈服点是指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。用σs表示。

屈服点计算公式:σs=PsA0

Ps——试件屈服时的载荷，N;

A0—拉伸前试件的原横截面面积，mm2应用：制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。Q235钢的屈服点σs=235MPa

σb=PbA0

Pb——试件拉断时的最大载荷，N;

A0—试件的原始横截面面积，mm2应用：制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。Q235钢的抗拉强度σb=460MPa计算公式:2.抗拉强度（强度极限）:

材料承受最大载荷时的应力。用Pb表示。

▲屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评定金属材料时有重要意义：

材料不能在超过其σs的条件下工作，否则会引起机件的塑性变形；更不能超过其σb的条件下工作，否则会导致机件的破坏。(四)、硬度:

材料抵抗更硬的物体压入其内的能力,是材料性能的一个综合物理量。（表示材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力）

金属材料的硬度可用硬度仪来测试，常用的硬指标有布氏硬度、洛氏硬度等。1.布氏硬度HB

用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d.

HB=P/S(N/mm2)单位一般不写S-压痕面积.mm2P-压力载荷，N

布氏硬度试验原理图布氏硬度计

计算公式：压头是直径为D的钢球或硬质合金球。

HBS——压头为钢球，用于测量<450HBSHBW——压头为硬质合金,用于测量>450HBW（<650HBW）特点：

布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，而且实验数据的重复性也好。由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般测HB450以下的材料；硬质合金可测HB450以上的材料。

由于压痕较大，不能进行成品检验。

通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。2.洛氏硬度HR

用金刚石圆锥或钢球作压头，在规定的预载荷和总载荷下，压入材料，卸载后，测其深度ｈ，由公式求出，可在洛氏硬度计上直接读出，无单位．

洛氏硬度计用金刚石圆锥或钢球为压头，实验时是根据测量到的压入深度，转变成刻度盘上的数据。洛氏硬度一般用于HB>450洛氏硬度试验1－试样表面2－基准线F0－初始试验力F1－主试验力F－总试验力A、C标尺－金刚石圆锥压头B标尺－钢球压头

e－残余压痕深度增量，0.002mm为单位洛氏硬度计洛氏硬度的分类及应用特点：洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。

但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或组织不均匀的情况，则所测硬度值的重复性也差。

二、动载时材料的力学性能1、冲击韧性:金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫做冲击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧度。ak=AK/S（J·cm-2）Ak—冲断试样所消耗的冲击功（J）S—试样断口处的原始截面积（cm2）摆锤式冲击实验机

计算公式

Ak=GH1

-GH2

=G（H1

-H2）

试验原理：

试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功（Ak）等于摆锤冲击试样前后的势能差。试验过程如图所示。AK——冲击吸收功，JG——摆锤重力，NH1——摆锤举起的高度，mH2——冲断试件后，摆锤回升高度，mak=AK/S（J·cm-2）Ak—冲断试样所消耗的冲击功（J）S—试样断口处的原始截面积（cm2）在冲击载荷下工作的零件，很少是受大能量一次冲击而破坏的；往往是受小能量多次重复冲击而破坏的。试验表明：在冲击能量不太大的情况下，其承受反复冲击的能力主要取决于强度，而不是很高的冲击韧性ak。化工容器材料的常温韧性ak≥40--60J/㎡低温条件下工作的化工容器韧性ak≥20J/㎡材料韧性判据为冲击韧性ak

，低值为脆性材料，高值为韧性材料。2①疲劳的概念②疲劳强度——金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引起断裂的最大应力。

许多零件如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等在交变载荷作用下工作，发生断裂时的应力远低于该材料的屈服强度，这种现象叫疲劳破坏。据统计，80%机件失效是由于疲劳破坏。③疲劳破坏的特征材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定疲劳曲线,即交变应力与断裂前的循环次数N之间的关系。有色金属N》108，钢材N>107

不疲劳破坏疲劳破坏原因:

材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中（指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象）,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏.不断裂断裂点断裂

疲劳曲线产生疲劳破坏的原因

材料有杂质、表面划伤等缺陷应力集中

微裂纹

裂纹扩展

破坏

三、金属材料的性能：1、使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性。如，飞机上使用的零件要求比重轻；电机、电器用零件要考虑导电性，等等。化学性能：室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，也称化学稳定性，包括耐酸性、耐碱性、抗氧化性等等。如，化工设备、医疗器械要求化学稳定性好。同时，各种金属材料存在各不相同的使用性能。因此：1）我们必须首先熟悉各种金属材料的主要性能。2）才能根据不同的技术要求，选择合适的金属材料。

比如：1）医疗器械→不锈钢。2）飞机上使用的零件，要求比重轻，当然强度也要高→铝合金甚至复合材料。2、工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。

包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切

削加工性能和热处理工艺性能等。热处理概述第二节1为什么要进行热处理?2什么是热处理?3如何进行热处理?待解决的问题：W-W-HWhyWhatHow热处理是改变材料性能的一种加工工艺1.为什么要进行热处理?热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种热加工工艺。2.什么是热处理?

一、钢在加热时的组织转变

二、钢在冷却时的组织转变

三、钢在回火时的转变3.如何进行热处理?固态金属加热保温冷却钢的热处理——是将固态金属或合金采用加热、保温、冷却的方法，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。目的：改变其内部的组织结构，从而获得使用性能第二节热处理分类普通热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理火焰加热感应加热其它其它氮化渗碳第二节退火把钢加热到某一临界温度以上（约800℃），保温一定时间，然后缓慢冷却(炉冷)。降低硬度提高塑性细化晶粒消除内应力目的把钢加热到某一临界温度以上，保温一定时间，然后空冷。正火目的对低碳钢不作退火采用正火对中碳钢消除组织缺陷提高强硬度对高碳钢可改善碳在钢中的存在形式特点：节约场地非平衡组织可部分代替退火冷却介质：水、盐水和碱水、油、熔盐和熔碱等。

水：

主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。油：

一般用作合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火。盐浴：为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火介质，主要用于分级淬火和等温淬火。淬火

把钢加热到一定温度（与退火温度基本相同）保温一段时间，然后快速冷却至常温的热处理工艺。回火将淬火后的钢重新加热到（727℃以下）某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温的热处理工艺。（回火一定在淬火后进行）目的：

消除内应力；

稳定工件组织；调整组织、性能。低温回火中温回火高温回火150-200°C350-500°C500-650°CHRC60HRC35-50HRC20刃具、模具弹簧重要结构件钢的表面热处理感应加热表面热处理火焰加热表面热处理（表面淬火）（化学热处理）表面具有高硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和足够的韧性。感应加热表面淬火火焰加热表面淬火钢的化学热处理渗碳渗氮碳氮共渗改变其化学成分、组织和性能渗碳：表面硬而心部韧

渗氮：疲劳强度高、变形小

第三节碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能碳钢含义：

碳钢是指含碳量≤2.11％的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。应用较广泛，因为有良好的力学性能和工艺性能，冶炼方便，价格便宜一、碳钢含义２、按质量等级分类：（1）普通质量碳钢

ws≤0.050%、wp≤0.045%。一般用碳素结构钢，碳素钢筋钢等。（2）优质碳钢

ws≤0.035%、wp≤0.035%。机械、工程结构用优质碳钢等。（3）特质质量碳钢ws≤0.025%、wp≤0.025%。保证淬透性碳钢、碳素弹簧钢、工具钢等。１、按碳含量分类：（1）低碳钢wC＜0.25%。（2）中碳钢wC=0.25%~0.60%。（3）高碳钢wC＞0.60%。二、碳钢分类碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能３、按质量等级分类：按用途分类：（1）碳素结构钢制造机械零件、工程结构件。一般属于低、中碳钢。wC＜0.70%。（2）碳素工具钢制造刃具、量具和模具。一般属于高碳钢。

wC＞0.70%。４、按冶炼时脱氧方法分类：（1）沸腾钢（2）镇静钢（3）半镇静钢二、碳钢分类碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能三、牌号及性能小制作（五）来源于生活,应用于生活（五）来源于生活,应用于生活（五）来源于生活,应用于生活五、来源于生活,应用于生活五、来源于生活,应用于生活五、来源于生活，应用于生活我国钢材牌号=拼音字母+化学元素符号+阿拉伯数字一、碳素结构钢

碳素结构钢的牌号是由表示屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级符号、脱氧方法符号四个部分按序组成。质量等级分别用A、B、C、D表示；脱氧方法用F、b、Z、TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。通常Z、TZ可省略。如Q235-A-F表示σs≥235MPa的A级沸腾碳素结构钢。

碳素结构钢是建筑及工程用钢，用于制造一般工程结构及普通机械零件。通常热轧成成品或型材，一般不经热处理，在热轧状态下直接使用。碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能第三节碳钢碳素结构钢牌号脱氧方法屈服点QSub01DepartmentSub01Department质量等级A、B、C、DF-沸腾钢b-半镇静钢Z-镇静钢（略）TZ-特殊镇静钢（略）三、牌号及性能小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活，应用于生活二、优质碳素结构钢

优质碳素结构钢用来制造重要机械零件的。使用前一般都要经过热处理来改善力学性能。钢的牌号用平均含碳量的万分数（两位数）表示，脱氧方法的表示与碳素结构钢相同，但镇静钢符号省略。（例：45表示含碳量为0.45％的优质碳素结构钢）含锰量较高的钢（wMn=0.7%～1.2%）末尾标出锰元素符号，如65Mn为含锰量较高，平均含碳量为wC=0.65%的优质碳素结构钢。碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能三、牌号及性能小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活，应用于生活例：1、10F——表示平均含碳量为0.10％的沸腾钢2、20g——表示平均含碳量为0.20％的锅炉钢书P15碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能三、牌号及性能小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活,应用于生活五、来源于生活,应用于生活五、来源于生活，应用于生活三、碳素工具钢（含碳量0.65％--1.35％之间）

碳素工具钢主要用来制作刃具、量具、模具。为满足工具的高硬度、高耐磨性要求，碳素工具钢含碳量都在0.7%以上，必须是优质钢或特殊质量钢。碳素工具钢的牌号用“碳”的汉语拼音字首“T”后面标数字表示，其数字表示平均含碳量的千分数。如T8表示平均含碳量为wC=0.8%的碳素工具钢。碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能三、牌号及性能小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作（五）来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活,应用于生活小制作五、来源于生活，应用于生活碳钢碳钢含义碳钢分类牌号及性能第三节碳钢碳钢的缺点：1、淬透性差。是指在那个规定条件下钢能获得淬硬层深度的能力和分布的特性。2、不容易获得优异的综合性能。如提高碳钢的强度、硬度则韧性下降，要保证较好的韧性则强度又偏低。3、碳钢不能满足一些特殊性能要求。如耐热、耐低温、耐腐蚀、高耐磨性等为弥补碳钢的这些缺点，提高钢材的性能，在碳钢中有意加入一种或数种合金元素就成为合金钢重点合金钢的概念合金钢的分类和牌号典型合金钢的成分、性能、热处理，用途以及如何选用合金钢。第四节合金钢2、合金钢与碳钢相比：1、概念：合金钢是在碳钢基础上，为了改善钢的组织与性能，在冶炼时有意识地加入一种或数种合金元素的钢。淬透性好。高强度，高比碳钢具有特殊性能，如耐高温、耐腐蚀，高耐磨性等。高回火稳定性钨（W）钼（Mo）钒（V）锰（Mn）硅（Si）铬（Cr）钛（Ti）铌（Nb）锆（Zr）镍（Ni）合金钢中常用的合金元素稀土RE铬（Cr）--在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

镍(Ni)--镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。第四节合金钢铬渣钼棒钛换热器

☆钼(Mo)--钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力☆钛(Ti)--钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。☆钒(V)--钒是钢的优良脱氧剂。钢中加入0.5％的钒，就能提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。☆钨(W)--钨熔点高，比重大，钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

☆锰（Mn）--在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性改善钢的热加工性能，含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。（锰为黑色金属）钨矿石☆铝(Al)--铝是钢中常用的脱氧剂。消除钢的时效硬化。钢中加入少量的铝，可细化晶粒并形成薄饼状晶粒，从而提高冲击韧性☆硼(B)--钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。（非金属元素）高硼硅玻璃管

☆稀土(Xt)--稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧（lan）系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。可提高坦克、飞机、导弹等材料的战术性能合金结构钢合金工具钢特殊性能钢按用途分类用于制造机械零件和工程结构的钢

用于制造各种工具的钢具有某种特殊物理、化学性能的钢、耐热钢、耐磨钢一、分类重点分类和命名第四节合金钢低合金钢中合金钢高合金钢按合金元素总含量分类合金元素总含量<5%。合金元素总含量5%～10%合金元素总含量>10%。1、合金结构钢两位数字

＋

元素符号（或汉字）＋

数字平均含碳量的万分数钢中主要合金元素该元素①含量<1.5％不标②含量1.5％--2.5％时标2③含量2.5％--3.5％时标3例：40Cr

——平均含碳量为0.40％，主要元素Cr含量小于1.5％的合金结构钢一、合金钢分类和牌号第四节合金钢例：C:0.6%Si:1.5%~<2.5%Mn:<1.5%合金结构钢60Si2Mn第四节合金钢2、合金工具钢一位数字

＋

元素符号（或汉字）＋

数字平均含碳量的千分数>=1%不标钢中主要合金元素该元素含量<1.5％不标一、合金钢分类和牌号例：1、9SiCr

平均含碳量为0.90％，主要元素Si、Cr含量小于1.5％的合金工具钢2、Cr12MoV(元素前无数字表示含碳量>1.0％)为合金工具钢，钢的平均含碳量大于1.0％，主要元素Cr、Mo、V三种合金元素，其中含铬量在11.5％～12.5％之间，Mo和V的含量小于1.5％第四节合金钢一、合金钢分类和牌号3、特殊性能钢（与合金工具钢相同）特殊专用钢（为表示钢的用途，在牌号前加汉语拼音字母字头）例：GCr15G表示滚珠轴承钢GCr15SiMn——表示含铬为1.5％，硅、锰的含量均<1.5％的滚珠轴承钢例：2Cr13为不锈钢，平均含碳量为0.20％，铬的含量在12.5％～13.5％。第四节合金钢一、合金钢分类和牌号

一、低合金高强度结构钢（低合金高强钢）

1.用途

主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。

桥梁船舶车辆

容器储气罐第四节合金钢低合金高强度结构钢2、成分：

Wc<0.2%，低合金元素总量<3%，

主加元素Mn3.性能要求

(1)高强度：一般屈服强度在300MPa以上

(2)高韧性：要求延伸率为15%～20%，室温冲击韧性大于600kJ/m2～800kJ/m2。对于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。

(3)良好的焊接性能和冷成型性能。

(4)低的冷脆转变温度。

(5)良好的耐蚀性。

4.成分特点

(1)低碳：韧性、焊接性和冷成形性能要求高，碳质量分数不超过0.20%。(2)锰为主要的合金元素。固溶强化F，细化P，增加P的含量，提高钢的强度。(3)铌、钛、钒：形成细碳化物或碳氮化合物，获得细小铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。(4)少量铜（≤0.4%）和磷（0.1%左右），可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能。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，用于中等压力的容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度最高，用于石化中温高压容器。东风号远洋轮船Q345南京长江大桥Q345高压容器渗碳钢（为低碳钢）1、成分：低碳：0.1%～0.25%，以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷；合金元素：主加Cr、Mn、Ni、B等，以提高渗碳钢的淬透性，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部强度；辅加Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素，以形成稳定的特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。第四节合金钢--合金结构钢二、合金渗碳钢

☆老师提示：重点内容

2.用途

主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。拨叉变速齿轮第四节合金钢--合金结构钢凸轮机构：接触表面受到强烈的摩擦磨损。

3.性能要求

(1)表面硬度高、耐磨

保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧性。

(2)心部具有高的韧性和足够高的强度

在冲击载荷或过载作用下不易断裂。

(3)有良好的热处理工艺性能

在高的渗碳温度（900℃～950℃）下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。第四节合金钢--合金结构钢

4.钢种及牌号

●20Cr

低淬透性合金渗碳钢淬透性较低，心部强度较低。

●20CrMnTi

中淬透性合金渗碳钢淬透性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。

●18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A

高淬透性合金渗碳钢含有较多的Cr、Ni等元素，淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。第四节合金钢--合金结构钢

三、合金调质钢

☆老师提示：重点内容

1.用途

广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。

连杆曲轴第四节合金钢--合金结构钢调质钢（为中碳钢）2、成分中碳：

0.25%～0.5%（一般为0.4%左右）。合金元素：主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B等，主要作用提高淬透性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。辅加元素Mo、W、V等强碳化物形成元素，其中Mo、W的主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性；V主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强化和弥散强化作用。第四节合金钢--合金结构钢3.钢种及牌号

●40Cr低淬透性合金调质钢，油淬临界直径为30mm～40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。

●35CrMo中淬透性合金调质钢，油淬临界直径为40mm～60mm，加入钼提高淬透性，还可防止第二类回火脆性。

●40CrNiMo高淬透性合金调质钢，油淬临界直径为60mm～100mm，铬镍钢中加入适当的钼，不但具有好的淬透性，还可消除第二类回火脆性。第四节合金钢--合金结构钢二、合金工具钢第四节合金钢--合金结构钢三、特殊性能钢1、定义：具有特殊物理、化学性能的钢称特殊性能钢。2、种类：㈠不锈钢①铬不锈钢牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13等，统称Cr13型不锈钢。1Cr13和2Cr13钢有良好的抗腐性、塑性、韧性。用于制作在腐蚀条件下工作受冲击载荷的零件。如螺栓、螺母、水压机阀等。含碳量较高的3Cr13钢用于制作有较高硬度和耐磨性的医疗机械、量具、滚珠轴承、弹簧及在弱腐蚀条件下工作的而要求高强度的耐蚀零件。三、特殊性能钢②铬镍不锈钢常用铬镍不锈钢的牌号0Cr19Ni9、1Cr18Ni9（常称为18--8型不锈钢）。这类钢含碳量低、含镍量高，经热处理后能获得良好的耐蚀性、焊接性等。0Cr19Ni9——含碳量小于0.1%,含铬量19%，含镍量9%1Cr18Ni9——含碳量0.1%,含铬量18%，含镍量9%注：1、平均含碳量小于0.1%用“0”表示；平均含碳量不大于0.03%用“00”表示2、18-8型不锈钢的性能比Cr13型钢好，主要用于制造强腐蚀介质的设备。如化工管道、容器等。第四节合金钢--合金结构钢三、特殊性能钢㈡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定义：在高温下具有较高强度和良好抗氧化性能的钢。分类：抗氧化钢、热强钢第四节合金钢--合金结构钢三、特殊性能钢1、抗氧化钢：碳钢在高于300℃即产生可见的氧化皮碳钢是不适用于高温下使用的材料。不锈钢都含有12％（书P22）2、热强钢：是在高温下具有良好的抗氧化能力，并有较高高温强度的钢。高温下工作的受力零件，应采用热强钢，以满足钢在高温下的力学性能。（书P22）第四节合金钢--合金结构钢三、特殊性能钢第五节铸铁定义：铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。特点：铸造性能优良，熔化加工简单，成本低，耐磨性能、减震性能好。用途：广泛用于机械制造，冶金矿山，石油化工，交通运输等。第四节合金钢例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造.铸铁曲轴内燃机汽缸五、铸铁碳在铸铁中的存在形式①化合状态——Fe3C熔点1873℃不溶于水②石墨形式——游离状态石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形第四节合金钢石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形片状蟹状团絮状球形蠕虫状铸铁的分类按石墨存在的形式及石墨形态分类灰口铸铁——C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色球墨铸铁——C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在

可锻铸铁——C全部或大部分以团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性其他：白口铸铁麻口铸铁蠕墨铸铁1.灰铸铁——价格便宜，应用广泛㈠概述

灰铸铁中石墨呈片状，断口呈灰色，是使用最多的铸铁，占铸铁总量的80％以上。㈡灰铸铁分为：普通灰铁

孕育灰铁－通过孕育处理，使石墨的片层变细，强度高于普通灰铁㈢牌号表示：“HT”+数字（最低抗拉强度）

HT100，HT150，HT200属普通灰铁HT300，HT350，HT400属孕育灰铁①消除内应力退火：500℃——550℃②石墨化退火（消除白口铁退火）——高温退火铸件表面冷速快，易形成白口铁，为降低其硬度及脆性，便于机加工，需进行石墨化退火900-950℃，2-5h，使共晶Fe3C－A＋G③表面淬火第四节合金钢㈣灰铸铁的热处理五、铸铁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㈤灰铸铁的用途定义：

将普通灰铁成分的铁液进行球化处理和孕育处理，使石墨以球状存在，由此获得的铸铁。优点：

①

强度、塑性和韧性比灰铸铁高的多

②有良好的耐磨性和减震性，其综合机

械性能

接近于钢。③因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中得到了广泛的应用。2、球墨铸铁球墨铸铁的牌号表示：“QT”+数字——数字第一组数字为最低抗拉强度第二组数字为伸长率QT400－18：抗拉强度为400MPa伸长率18％的球墨铸铁

QT450-10QT400-15QT600-3QT800-2

球墨铸铁的用途等温处理后，球墨铸铁的强度可达1200MPa～1450MPa,用作受力复杂的齿轮、曲轴、凸轮轴等。

球墨铸铁管道接口

3、可锻铸铁一、概述亦称玛铁，玛钢。是由白口铁经过退火而制得的一种高强度铸铁，石墨呈团絮状的灰口铸铁，性能优于灰铸铁，耐磨性和减震性优于普通碳素钢，可部分代替碳钢，合金钢和有色金属。可锻铸铁实际并不能锻造加工，只是塑性较好而已二、牌号表示：“KT”+最低抗拉强度——伸长率三、分类

黑心可锻铸铁：KTH300－06珠光体可锻铸铁KTZ450-06白心可锻铸铁KTB380-123、可锻铸铁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。可锻铸铁管件四、可锻铸铁的用途4、合金铸铁（特殊性能铸铁）工业的快速发展对铸铁的性能提出了特殊要求，通过合金化开发出了耐磨，耐热，耐蚀的合金铸铁耐热铸铁加入Al，Si，Cr形成氧化膜保护耐磨铸铁

加P，V，Ti，B，Cr，Mo，Re等元素，获得各种耐磨铸铁耐蚀铸铁

Si，Al，Cr形成钝化膜，加入Cr，Ni，Cu，Mo提高基体电极电位弯管衬板

扇形扩散器托架4、合金铸铁（特殊性能铸铁）第六节有

色

金

属

1.1铝与铝合金1.2铜及铜合金1.3钛及钛合金1.4铅及其合金引言

除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属，称为有色金属（又称非铁合金）。

有色金属及其合金的特殊性能：①有较好的导电性、导热性②较低的密度、摩擦因数，质软③在空气、海水、酸碱介质中耐腐蚀④有良好的力学性能和工艺性能有色金属是稀有而贵重的金属1.1

铝与铝合金一、工业纯铝二、铝合金变形铝合金铸造铝合金一、工业纯铝第六节有色金属铝安是银白色的金属，自然界中储量最丰富的金属元素。1.性能特点

1）轻金属，密度只有2.72g/cm3；无磁性。2）具有良好的导电、导热性。

3）质量轻，塑性好，可冷、热加工，通过热加工可以提高铝合金的强度。

4）铝的强度很低σb=80--100MPa,

冷变形后σb=150--250MPa。5）耐腐蚀性好。

一、工业纯铝第六节有色金属2.分类1）高纯铝：L01~L05

主要用于科学试验和化学工业。2）工业高纯铝：LG1~LG5。3）工业纯铝：L1~L7

主要用于配制铝合金。（书P27）二、铝合金美F-117隐身战斗机

(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼第六节有色金属二、铝合金

纯铝的强度和硬度很低，不宜做工程结构材料，向铝中加入适量Si、Cu、Mg、Zn等元素（主加元素）和Cr、Ti、Zr、B、Ni等元素（辅加元素），组成铝合金，可提高强度并保持纯铝的特性。第六节有色金属二、铝合金铝合金变形铝合金（一）分类铸造铝合金不可热处理强化铝合金可热处理强化铝合金第六节有色金属防锈铝合金(LF)

Al–Mn

通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝好)。

例:LF21。

Al–Mg

通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性(比纯铝轻)。例:LF2、LF6等。

二、铝合金——变形铝合金卫星天线（LF2）汽化器(热交换管为LF21)第六节有色金属二、铝合金2.硬铝合金(LY)Al–Cu–Mg通过时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。例如：LY1、LY11、LY12等。飞机翼梁(腹板为硬铝合金)第六节有色金属3.超硬铝合金(LC)Al–Zn–Mg–Cu是在硬铝的基础上加入锌形成的强度高达600MPa，强度最高的一种铝合金。但耐蚀性较差。表面要包一层纯铝，增加抗蚀性如LC4、LC9

二、铝合金飞机主起落架第六节有色金属二、铝合金4.锻铝合金

(LD)Al–Mg–Si–Cu具有良好的热塑性,通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。如LD5、LD6、LD10压气机叶片第六节有色金属铸造铝合金二、铝合金——铸造铝合金塑性差，一般不进行压力加工，只用于成型铸造。1为铸造铝–硅合金如：ZL1012为

铸造铝–铜合金如：ZL2013为

铸造铝–镁合金如：ZL30