第06章金属材料

第六章金属材料工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指含碳量在0.0218%~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。第六章金属材料6.1工业用钢概述

工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳钢是指碳的质量分数为0.0218～2.11%的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。6.1.1钢中杂质1．锰的影响元素Mn的主要作用：固溶强化铁素体；降低脆性；减轻硫的有害影响。含量小于0.8％。－－－－－有益元素2．硅的影响脱氧能力强；强化铁素体。含量小于0.4％－－－有益元素锰铁硅铁6.1.1钢中杂质3．硫的影响FeS，热脆性。－－－－－－－－有害元素为了消除硫所形成的热脆性，在炼钢时可加入锰。4．磷的影响提高铁素体的强度、硬度室温下钢的塑性和韧性急剧下降而变脆，这种现象称为冷脆性－－－－－－－－－－－有害元素硫、磷有害元素锰、硅有益元素矿石和燃料矿石1、按用途分类

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挤压模具（二）钢的通常分类2、按化学成分分类

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≤0.0153、按质量分类钢的质量是以磷、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：4、按冶炼方法分类平炉炼钢平炉钢转炉钢电炉钢

按炉别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

按正火组织分亚共析钢共析钢过共析钢

按退火组织分5、按金相组织分类齿轮刀具（三）钢的编号我国钢材的编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。采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、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.1、普通碳素结构钢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。钢板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。*说明：通常情况下，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。热连轧钢板2.低合金高强度结构钢齿轮加工方钢3、优质碳素结构钢牌号用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢—平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。4.碳素工具钢T+数字T表示“碳素工具钢”；数字表示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：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。丝锥锉刀5.合金结构钢该类钢的牌号由“数字+元素+数字”三部分组成。前两位数字表示平均碳含量的万分之几合金元素以汉字或化学元素符号表示合金元素后面的数字表示该元素的近似含量，单位是百分之几

60Si2Mn6、滚动轴承钢G+Cr+铬含量(不标含碳量)“G”表示“滚动轴承钢”。*铬含量以千分之一为单位.如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。7.合金工具钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).铣刀7、不锈钢和耐热钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……含碳量以千分之一为单位。8、铸钢ZG表示“铸钢”；合金元素对钢的影响为什么要加入合金元素？一、碳钢的局限性

1.淬透性低2.强度和屈强比低3.高温强度差4.不能满足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？二、合金元素对钢中基本相的影响1、合金固溶体

α—Fe(Me)2、合金渗碳体

(Fe,Me)3C3、合金碳化物

TiC、NbC、WC、VC、4、非金属夹杂

MnS,MnO,SiO2,Al2O35、Cu,Pb以游离状态存在合金元素在钢中的存在形式取决于：1、合金元素本身的性质2、合金元素的含量以及碳的含量3、热处理条件（加热温度、冷却条件）1.形成合金碳化物☆Mn：弱碳化物形成元素，Cr、Mo、W：属于中强碳化物形成元素，V、Ti、Nb、Zr：是强碳化物形成元素。☆与C的亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物稳定性好，具有高熔点、高硬度、高耐磨性和不易分解等特点。☆碳化物的稳定性越高，热处理加热时，碳化物的溶解及奥氏体的均匀化越困难。同样在冷却及回火过程中碳化物的析出及其聚集长大也越困难。2.形成合金固溶体

凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，即，使钢的强度和硬度提高、韧性降低。合金元素对F体断面收缩率的影响三、合金元素对铁碳合金相图的影响1、对奥氏体相区的影响（1）扩大A区

Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mn的影响更大室温下1Cr18Ni9为单相A体不锈钢高锰钢Mn13水韧处理（固溶处理）后获得单一的A体（2）缩小A区Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素的加入会使奥氏体相区缩小，特别是Cr、Si含量高时将限制A体区，甚至完全消失。1Cr17Ti0Cr13为单相F体2、对铁碳相图中S点、E点的影响3、对共析转变温度A1的影响所有的合金元素都使S点左移，而大部分合金元素均使E点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。使共析转变点S左移→钢中P%↑，强度增加使共晶转变点E左移→钢中出现Ld'扩大A相区的元素使铁碳合金相图中共析转变温度A1下降；缩小A相区的元素则使其上升，并都使共析反应在一个温度范围内进行。四、合金元素对钢热处理的影响1、合金元素对加热时相变的影响

⑴对奥氏体形成速度的影响☆Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等强碳化物形成元素与C的亲和力强，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著阻碍C的扩散，大大减慢奥氏体形成速度。为了加速碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀化，必须提高加热温度并保温更长时间。☆Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的扩散速度，使奥氏体形成速度加快。☆Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。⑵对奥氏体晶粒大小的影响除Co、Ni以外，绝大多数合金元素，特别是强碳化物形成元素由于形成合金渗碳体和特殊碳化物，更难溶入奥氏体中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。V、Ti、Nb、Zr强烈阻碍A体晶粒长大W、Cr、Mo中等阻碍A体晶粒长大Mn、B促进A体晶粒长大2、合金元素对过冷奥氏体转变的影响⑴合金元素对C曲线的影响除Co外，几乎所有合金元素溶入奥氏体后都增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al对淬透性作用依次由强到弱。对C曲线形状的影响注意：加入合金元素，只有完全溶入奥氏体才能提高淬透性。两种或多种合金元素同时加入对淬透性的影响，比单一元素的影响强得多。合金元素对VK影响的示意图合金元素对C曲线影响示意图Si基本不影响Ms、Mf点，除Co、Al外，多数合金元素使Ms、Mf点下降，导致残余奥氏体增加。⑵合金元素对马氏体转变的影响合金元素对Ms点的影响合金元素对残余奥氏体量的影响（含1.0％的钢在1150℃淬火）五、合金元素对回火转变的影响1、提高回火稳定性

回火稳定性：淬火钢在回火时硬度下降快慢的性质。原因：（1）推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变)（2）提高铁素体的再结晶温度提高回火稳定性作用较强的合金元素有：

V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

2、产生二次硬化

二次硬化：淬火钢在回火时随着回火温度的升高，硬度不下降反而升高的现象。3、增大回火脆性

回火脆性：在某些温度区间回火时，钢的硬度显著下降的现象。消除方法：①快冷；②加入Mo或W合金钢的强化机制：

合金F的固溶强化M位错强化细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓）弥散强化（也称第二相（沉淀）强化）结构钢中常用的合金元素及其作用主加元素：Cr、SiMn、Ni辅加元素：W、Mo、V、Ti、B总结Mo、Cr、Mn、B强淬透，Ni、Si二者稍落后。V、Ti、Nb、Zr强细化W、Cr、Mo也稍落后Mn、B促使它长大W、Mo消除高回脆6.3结构钢6.3.1普通结构钢这类钢冶炼简单、成本低，具有相当的力学性能，能满足工程用钢的良好焊接性、冷成形性、韧性和较高强度的性能要求，故使用量很大。1．成分特点普通碳素结构钢：含碳量通常在0.4％以下，以保证良好的焊接性、冷成形性和韧性。低合金高强度结构钢由于其较高强度和良好的工艺性能。是近年来发展最快、最有前景的一类合金钢。普通碳素结构钢和低合金高强度结构钢锰是强化的基本元素，其含量在1.8％以下，除固溶强化外，还使A3点下降，既提高了强度又改善了韧性和塑性。低合金高强度结构钢：含碳量通常在0.2％以下船舶容器车辆桥梁2．热处理特点普通结构钢使用时一般不进行热处理，大多数是在热轧状态下或热轧后正火状态下使用。其组织为铁素体和少量珠光体。普通碳素结构钢：

一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等。Q195和Q275低合金高强度结构钢

这类材料是用来制造桥梁、船舶、大型钢结构等用它来代替普通碳素结构钢，屈服强度提高25%～100%。

Q295和Q345Q345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，正火组织为贝氏体，强度高,用于石化中温高压容器.南京长江大桥6.3.2优质结构钢硫、磷含量均控制在0.035％以下1．性能要求(1)要求有良好的塑性和焊接性能(2)既要求表面硬而耐磨，又要保证心部具有较高的韧性和足够强度(3)要求具有良好的综合力学性能(4)要求有高的屈服点和屈强比，高的疲劳强度(5)要求有高的硬度和耐磨性，高的接触疲劳强度，足够的韧性2.成分特点(1)含碳量1)低碳：一般在0.25％以下，以保证良好的塑性、韧性和工艺性能。渗碳钢2)中碳：一般含碳量为0.25％—0.55％，大多在0.4％左右3)中高碳一般含碳量为0.45％。～0.85％，保证高的强度，主要是高的弹性极限、屈服点、屈强比和疲劳强度。4)高碳一般含碳量为0.95％～1.15％，保证高硬度和耐磨性。调质钢拨叉

变速齿轮

合金渗碳钢

合金调质钢

20、20Cr、20CrMnTi

40、45、40Cr、40CrNiMo离合器弹簧

蝶形弹簧

合金弹簧钢

65Mn和60Si2Mn

GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV

轴承钢铣刀9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2

(2)合金化特点1)Cr、Ni、Si、Mn这一类合金元素可认为是结构钢的主加元素，主要是提高钢的淬透性。2)Cr、V、Ti、Nb这一类合金元素属于强碳化物形成元素，可有效地阻止奥氏体晶粒长大，更好地发挥第二相强化和细晶强化作用，并可提高耐回火性和耐磨性。3)W、Mo一般加入量较少，其主要作用是防止出现第二类回火脆性。4)B、Al这是两个比较特殊的元素，微量的B(0.001％—0.003％)可显著提高钢的淬透性。3.热处理特点机器零件制造工艺流程一般为：下料毛坯成形(通常为锻造)

预备热处理粗加工最终热处理精加工装配。(1)预备热处理结构钢的预备热处理通常采用退火(或正火)1)完全退火

主要用于弹簧钢、调质钢。对于渗碳钢和合金元素含量较少的部分调质钢通常用正火代替退火。退火(或正火)后的组织为F+P(S)。2)球化退火主要用于滚动轴承钢.(2)最终热处理1)淬火＋高温回火(调质处理)

该工艺主要用于调质钢，处理后的组织为回火索氏体。良好的综合力学性能表面淬火和表面渗氮处理前的预备热处理

2)淬火＋中温回火处理后的组织为回火托氏体。具有高弹性极限，并具有足够的韧性，用于制造弹簧等零件

3)淬火＋低温回火

处理后的组织为回火马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体，具有高硬度和耐磨性，用于制造各种滚动轴承元件。4)渗碳＋淬火＋低温回火

主要用于渗碳钢6.4工具钢工具钢是用来制造刃具、模具和量具的钢。分为碳素工具、低合金工具钢、中合金工具钢、高合金工具钢。按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢模具刃具量具6.4.1性能要求1．高硬度和高耐磨性2．高的热硬性(红硬性)热硬性是指工具在高温下保持高硬度的能力3．足够的韧性和塑性4．对其他性能的要求

6.4.2成分特点1．含碳量(1)中碳C:一般为0.3％—0.6％热作模具钢(2)高碳C:一般为0.65％—1.35％碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢(3)超高碳C:一般为1.40％—

2.30％．冷作模具钢2．合金化特点(1)低合金化钢中合金元素的总量小于5％，属于低合金工具钢。2．合金化特点(2)中、高合金化钢中合金元素含量大于5％1)高速钢的合金化2)高铬模具钢的合金化铬的主要作用是提高钢的淬透性、耐磨性和细化晶粒6.4.3锻造及热处理特点

1锻造粗大碳化物细小碳化物2．预备热处理

(1)完全退火用于热作模具钢5CrMnMo和5CrNiMo(2)球化退火用于工具钢、高速钢、冷作模具钢3．最终热处理(1)淬火＋高温回火

回火索氏体或回火托氏体5CrMnMo和5CrNiMo(2)正常淬火＋低温回火(一次硬化法)回火马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体广泛用于工具钢、低速切削的刃具、冷作模具和量具。(3)高温淬火＋多次高温回火(二次硬化法)由于高温淬火后残余奥氏体的量较多，只有进行多次回火才能较充分地促使其发生转变。在回火过程中，一方面从马氏体和残余奥氏体中沉淀析出细小弥散的合金碳化物；另一方面残余奥氏体转变成马氏体，即所谓“二次淬火”。以上合金碳化物的弥散析出和二次淬火均使钢的硬度明显上升，产生二次硬化。高速钢淬火后经550—570度三次回火，可获得较理想的热硬性回火马氏体、合金碳化物和少量残余奥氏体典型碳素工具钢和合金工具钢表6．10特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。本节介绍不锈钢、耐热钢、耐磨钢。化工管道的腐蚀裂解管内壁的高温腐蚀减薄（1）化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。（2）电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。（一）不锈钢1.金属腐蚀的基本概念：金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。

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。工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图珠光体腐蚀示意图电解液2.不锈钢的工作条件、失效方式及性能要求：1）良好的耐蚀性2）良好的力学性能3）良好的工艺性能4）价格低廉3.化学成分特点：

碳含量为0.08~0.95%，主加元素为Cr、Cr-Ni，辅加元素为Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N。低碳：碳高，则降低耐蚀性。Cr：是提高耐蚀性的主要元素①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。③提高基体电极电位(n/8规律)Ni：获得单相奥氏体组织。Mo：耐有机酸腐蚀。Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀.晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。加Ti、Nb则先于Cr与C形成不易溶于奥氏体的碳化物,避免晶界贫Cr。奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出晶间腐蚀不锈钢热处理特点（1）淬火＋回火主要作为马氏体不锈钢的最终热处理。(2)固溶热处理常用于奥氏体不锈钢。

马氏体不锈钢不锈钢船用螺旋桨

不锈钢剪刀

铁素体型不锈钢

1Cr18Ni9Ti不锈钢表带

不锈钢容器

耐热钢的工作条件、失效方式及性能要求：(1)高的抗氧化性(2)高的高温力学性能(3)组织稳定性高(4)膨胀系数小，导热性好(5)工艺性及经济性好（二）耐热钢1、抗氧化钢有较强抗高温氧化性能,而不承受较大载荷的一类钢。

提高钢抗氧化性能的途径：添加Cr,Al,Si合金元素，以形成稳定致密的氧化膜。

耐热钢

2、热强钢

在高温下工作,承受较大载荷的一类钢.钢的热强性能—要求钢有较高的蠕变极限和高温持久强度，以及良好的高温疲劳性能。

提高热强性的途径：

①增加Cr,Mo，W,V等元素，起固溶强化和提高再结晶温度的作用；②降低S、P杂质元素含量；③用B、Ti、Zr进行晶界强化；④通过碳化物和金属间化合物的弥散相强化。涡轮机机壳1）珠光体型热强钢常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高热强性(T再);V弥散强化。3.常用耐热钢2）马氏体型热强钢常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV,4Cr9Si2合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高热强性(T再);V弥散强化。热处理：调质。组织：S回。汽轮机叶片过热器管排过热器集箱3）奥氏体型热强钢最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是获得单相奥氏体;Ti的作用是弥散强化。热处理采用固溶处理组织为单相A。主要用于过热器管道等。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、破碎机牙板和铁路辙岔等.

履带球磨机衬板挖掘机铲齿铁路辙岔耐磨钢的工作条件、失效方式和性能要求（三）耐磨钢2.化学成分特点只有ZGMn13一个钢号.⑴高碳：0.9~1.4%C以保持高耐磨性。⑵高锰：11~14%Mn以保证形成奥氏体组织.3.热处理特点铸态组织为奥氏体+碳化物,性能硬而脆.热处理采用水韧处理。即将钢加热到1100℃，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。室温组织为过饱和单相奥氏体。4.性能特点水韧处理后，韧性高，硬度低.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。颚式破碎机挖掘机6.6铸铁铸铁是含碳量大于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。

一、铸铁的分类1、根据碳在铸铁中存在的形式分类灰口铸铁碳大部分以游离态的石墨形式存在，其断口呈现暗灰色。是目前应用最广泛的一类铸铁。白口铸铁碳大部分以Fe3C的形式存在，断口呈银白色。麻口铸铁碳一部分以石墨形式存在，另一部分以Fe3C的形式存在，断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨。2、根据铸铁中石墨的形态进行分类

灰铸铁(石墨为片状)；可锻铸铁(石墨为团絮状)；球墨铸铁(石墨为球状)；蠕墨铸铁(石墨为蠕虫状)(一)铸铁的石墨化过程Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨）二、铸铁的石墨化及其影响因素石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C铸铁的石墨化过程:铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。石墨化分两个阶段：在P’S’K’线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化。包括结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解.在P’S’K’线以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化。包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。P’灰铸铁的组织是片状石墨和钢的基体组成，根据共析阶段石墨化进行的程度不同可分为铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种。（二）影响铸铁石墨化的因素（1）冷却速度的影响铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响

快冷时由于过冷度大，结晶将按Fe-Fe3C相图进行,不利于石墨化.（2）化学成分的影响

碳和硅是强烈促进石墨化的元素。碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。碳、硅含量过高,会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能.SiC白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁共晶碳、硅含量对铸铁石墨化的影响碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。力学性能强度、塑性、韧性比钢低。（原因G的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，并引起应力集中。）3.铸铁的性能耐磨性好——石墨有利于润滑、储油。三种石墨形态对力学性能的影响缺口敏感性低——表面粗糙对疲劳极限的影响不明显消震性好（是钢的十倍）——G组织松软铸造性好——接近共晶成分、熔点低、流动好、凝固收缩小。切削加工性好——G使切屑易断，还可润滑刀具其它性能应用——机床床身、发动机体、齿轮、曲轴

（１）灰铸铁牌号——如HT100，表示b≥100MPa（φ30mm）性能——与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好。F+P基体+片状G×500F基体+片状GP基体+片状G组织——钢基体（F、F

+P、P）+片状G灰铸铁热处理去应力退火——500-550℃，防止机加工或使用时变形、开裂。高温退火——850-900℃,表面、薄壁等处白口Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑表面淬火——提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。２球墨铸铁-在铁水浇注前加球化剂使石墨球化牌号——如QT700-2，表示b≥700，≥2％组织

——钢基体（F、F+P、P、S回火、B下)+球状G性能——强度、塑韧性明显优于灰铸铁。F+P基体

×500F基体

×100纯镁、稀土镁合金球墨铸铁热处理退火：去应力退火，加热500～600℃保温；

低温退火，加热720～760℃，P→G+F；

高温退火，900～950℃，P,Cm→G+F；正火：细化组织，增加P%，提高强度、耐磨性。

低温正火，840～860℃→P+F+G，塑韧性较好。

高温正火，880～920℃→P+G+少量F，强度较高。调质

——加热850～900℃油淬,550～600℃回火→S回+G等温淬火——加热840～900℃,300℃等温→B下+G（３）蠕墨铸铁——在铁水浇注前加蠕化剂而得牌号——如RuT420

，表示b≥420。性能

——强度、塑韧性优于灰铸铁。应用

——高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。进气管排气管组织

——钢基体+蠕虫状G稀土硅铁、稀土镁钛（４）可锻铸铁不可锻造

白口铸铁经长时间石墨化退火（900－960℃）而得。牌号——如KT300-6，表示b≥300，≥6％组织——钢基体+团絮状G性能——强度、塑韧性优于HT，低于QT。F+P基×500F基×500F基×1005．铸铁的应用灰铸铁：广泛用于制造各种承受压应力和要求消振性好且经受摩擦的零件，如床身、箔体、机架、导轨、缸体、活塞环等。球墨铸铁、可锻铸铁：负荷较大，受力复杂的零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗杆等合金铸铁在铸铁中加入某些元素，以形成具有特殊性能的铸铁(又称合金铸铁)。（一）耐磨铸铁灰铸铁中提高磷含量；白口铸铁中加入Cr、Ni、Mo、V等元素。（二）耐蚀铸铁向铸铁中加入Si、Al、Cr、Cu、Ni、P等元素。铁及其合金称为黑色金属其他非铁金属及其合金称为有色金属。

密度低于4.5×103kg/m3的金属称为轻金属。有色金属铝及铝合金

（一）纯铝纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72g/cm3)，熔点低(660.4℃)力学性能：σb=80～100MPa，δ=30～50%，比强度高。(2)导电、导热性能优良。(3)耐大气腐蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。铝合金制造的机翼（二）铝合金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。

1.铝合金的分类铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金的分类形变铝合金和铸造铝合金两大类1）.成分小于F点的合金称为不能热处理强化铝合金。2）.成分在FD’点之间的合金称为可热处理强化铝合金．3）.成分大于D’铸造铝合金。合金强化的主要方式:冷变形强化固溶强化、时效强化和细化组织强化2.铝合金的强化

（1）固溶强化合金元素加入纯铝中形成无限固溶体或有限固溶体，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。在一般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰、锌、硅、镍等元素。一般铝的合金化都形成有限的固溶体，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等二元合金均形成有限固溶体，并且都有较大的极限溶解度能起较大的固溶强化效果。

（2）细化组织强化在铝合金中添加微量元素细化组织提高铝合金力学性能(既提高强度又改善塑性)。（3）冷变形强化对合金进行冷变形，能增加其内部的位错密度，阻碍位错运动，提高合金强度。这对不能进行热处理强化的铝合金提供了强化的途径和方法。

（4）时效强化固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。

加热固溶淬火过饱和时效析出-CuAl2时效强化:淬火后合金强度硬度随时间延长而显著升高.时效工艺：

固溶处理（水冷淬火）→过饱和固溶体时效过程——过饱和固溶体分解，析出强化相。在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。含4%Cu铝合金的时效曲线

时效时间/d3、变形铝合金变形铝及铝合金牌号表示方法根据国标规定，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+序号不可热处理强化硬铝合金：LY+序号超硬铝合金：LC+序号锻铝合金：LD+序号铝合金波纹管铝合金制品铝是可以回收利用的金属（1）防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。卫星天线（LF2）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。(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。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,如飞机大梁、起落架等.飞机主起落架（4）锻铝合金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.压气机叶片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。4.铸造铝合金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⑴Al-Si系铸造铝合金又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明.铸造铝合金的变质处理变质处理后，×100ZL102的铸态组织，未变质，×500Al-Si合金（硅铝明10%-13%Si）——铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。组织——变质前，共晶体（粗针状Si+α基体）+初晶Si变质后，共晶体（细点状Si+α基体）+初晶α加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。⑵其它铸造铝合金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。汽缸头常用代号有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。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。鼓风机密封件等(ZL102、301)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)