常用金属材料

金属材料及热处理第五篇常用金属材料1第十章金属材料10.1工业用钢10.1.1钢的分类及编号1.钢的分类

用途：结构钢、工具钢、特殊性能钢

冶炼质量：普通钢、优质钢、高级优质钢

脱氧程度：镇静钢、沸腾钢

成分的分类如右：232.钢的编号（1）普通碳素结构钢

Q195,Q235-A,F等

Q:屈服点，195等数字是最低保证的屈服强度数值

A,质量等级

F，沸腾钢4（2）优质碳素结构钢

P，S含量<0.035%如20，45，60钢等，数字代表含碳量的万分数。按含碳量分为：低碳钢：Wc<0.25%,塑性好，焊接性好中碳钢：0.25%<Wc<0.6%，强韧性好高碳钢：0.6%<Wc<0.75%，可得到高弹性组织5（3）碳素工具钢

高碳：0.7~1.35%T8（A），T10(A)等，数字代表含碳量的千分数。

67（4）合金结构钢如：40CrNiMo18Cr2Ni4W牌号形式：数字+元素符号1+数字1+元素符号2+数字2+……

数字：两位，含碳量的万分数 数字1，数字2等：合金元素含量的百分数 （W<1.5%时不标注）。8（5）合金工具钢如9SiCr,Cr12MoV牌号形式：数字+元素符号1+数字1+元素符号2+数字2+……数字：一位，含碳量的千分数（Wc>1%时不标注）数字1，数字2等：合金元素含量的百分数。9（6）滚动轴承钢如GCr15牌号形式GCr+数字数字表示含铬量的千分之几10（7）不锈钢、耐热钢如9Cr18,1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti牌号形式：数字+元素符号1+数字1+元素符号2+数字2+……数字：一位，含碳量的千分数0,表示Wc≤0.08%00,表示Wc≤0.03%数字1，数字2等：合金元素含量的百分数。11判断下列牌号的含义（下划线部分）Q215-A,b

16Mn

45T8A

20Cr2Ni4W 9SiCrCr12MoV GCr9

W6Mo5Cr4V20Cr18Ni9Ti1210.1.2工程结构钢

——工程结构或建筑结构用钢

用途：1314151617181920

特点：普通质量长期静载荷下工作，强度要求不高，韧脆转折温度低工艺性好（压力加工、要焊接）化学性质稳定（耐腐蚀）供应状态：热轧空冷（正火）211.碳素工程结构钢钢板，型钢热轧空冷状态，通常不再热处理可作工程结构件，或普通零件221.碳素工程结构钢23牌号

Q195,Q235-A,F等

Q:屈服点，195等数字是最低保证的屈服强度数值

A,质量等级

F，沸腾钢2425262.低合金高强度结构钢化学成分：低碳（0.1-0.2%），合金元素总量≤3%，以Mn，Si作为强化的合金元素V,Nb,Ti,RE

微合金化热轧空冷状态，F+P组织强度高、塑性好、焊接性好用于要求较高的工程结构件27牌号2829发展马氏体钢和贝氏体钢的思路：3010.1.3机械制造结构钢即机器零件用钢制造各种比较重要的机器零件调质钢渗碳钢弹簧钢滚动轴承钢多种复杂应力（单向或交变），介质各异31323334数字+元素符号1+数字1+元素符号2+数字2+……（A） 数字：两位，含碳量的万分数 数字1，数字2等：合金元素含量的百分数 （W<1.5%时不标注）。至少为优质钢：P，S含量<0.035%

（A：P，S含量<0.025%）如：4540CrNiMo18Cr2Ni4WA机器制造结构钢牌号介绍351.调质钢经过调质处理（淬火+高温回火）强化后使用的钢。回火索氏体组织综合力学性能好制造各种轴类，高强度螺栓，低速轻载齿轮36（1）调质钢的工作条件与性能要求多种应力负荷力学性能要求全面强度高、韧性好，疲劳强度高用调质钢，经调质处理使用37（2）调质钢的成分中碳0.3-0.5%——保证强韧性合金元素Cr,Mn,Si,Ni,B

提高淬透性，提高强度W,Mo,V,Ti

细化晶粒，减轻回火脆性（W,Mo）3839（3）常用调质钢404142（4）调质钢的热处理

45钢制造普通车床主轴，工艺路线为 锻造——预备热处理——机加工——最终热处理——装配典型热处理工艺：正火或退火——调质正火或退火——调质+表面淬火+低温回火43①预备热处理改善组织，便于切削加工正火或完全退火Ac3正火+高温回火针对淬透性非常好的材料，获得球状珠光体，便于切削加工4445钢正火：P+F45②最终热处理调质处理获得回火索氏体组织保证综合力学性能优秀热处理工艺Ac3+30-50℃加热保温，油淬（合金钢）500-650℃回火，油冷（合金钢）4645钢正火：P+F4745钢调质（淬火+高温回火）组织（回火索氏体）马氏体回火索氏体48回火索氏体（S回）等轴状α相+粒状碳化物4950③表面淬火+低温回火使工件除了综合力学性能优异外，还有局部表面较高的耐磨性工件整体：S回工件表面：M回51感应加热表面淬火基本原理感应器通交变电流在周围产生交变磁场，工件内部在该磁场的作用下产生同频率的但方向相反的感应电流。该电流的分布表现出集肤效应。受电流的热效应使工件表面快速升温后快速淬火冷却。52532.渗碳钢和渗氮钢制造有表面强化要求同时中心有足够强韧性的零件54（1）渗碳钢与渗氮钢制零件的工作条件及性能要求整体受力复杂，要求综合力学性能好局部表面有强烈的摩擦磨损，要求该处硬度高、耐磨性好常规热处理无法同时满足表面与心部的不同要求解决办法：进行化学热处理55（2）化学成分特点①渗碳钢低碳0.1-0.25w%合金元素提高淬透性：Cr,Ni,Mn,Mo,W细化晶粒：V,Ti5657渗碳后的热处理——参考第九章58②渗氮钢中碳0.3-0.5w%合金元素Al,Cr,Mo

形成氮化物，消除回火脆性59常用渗氮钢603.弹簧钢（1）弹簧的工作条件与性能要求 通过反复的弹性变形实现缓冲振动与冲击，完成规定的动作。要求弹性极限高、疲劳强度高。要求具备一定的塑性与韧性。61（2）弹簧钢的成分中高碳0.4-0.7%合金元素Si,Mn

提高淬透性、强度、回火抗力Cr,V,W提高淬透性、回火稳定性，细化晶粒62（3）常用弹簧钢63（4）弹簧钢的加工与处理i.热成形弹簧淬火+中温回火（450-550℃）回火屈氏体组织64回火屈氏体6566Ii.冷成形弹簧小截面弹簧可以直接冷绕成形原料是强化态的冷成形后只进行去应力退火原料是未强化态的冷成形后还需进行淬火+中温回火处理67（4）滚动轴承钢制造滚动轴承的滚动体、内外套圈还可制造工具、耐磨零件68（1）滚动轴承的工作条件及对性能的要求交替变动的挤压应力、摩擦磨损、冲击要求:强度、硬度高耐磨性好接触疲劳强度高足够的韧性、耐蚀性、尺寸稳定性69（2）滚动轴承钢的成分高碳0.95-1.15w%合金元素Cr<1.65w%

提高淬透性，形成合金渗碳体(Si,Mn)，用于大型轴承钢70牌号形式

GCr+数字+元素符号+数字

数字表示含铬量的千分之几元素符号+数字：与合金结构钢相同如GCr15Wc%不标，一般在0.95-1.15%71（3）常用的滚动轴承钢72（4）滚动轴承的加工处理滚动轴承的加工工艺路线锻造——球化退火——机加工——不完全淬火①+低温回火——精磨②——装配精密轴承的工艺可改进为①不完全淬火+冷处理②精磨+稳定化处理73球化退火组织74不完全淬火组织马氏体（隐晶）+残余奥氏体+粒状碳化物75GCr15钢淬火后回火组织7610.1.4工具钢1.概述

工具钢共同的性能要求硬度高、耐磨性好HRC60以上其他性能依照工作条件有所不同化学成分特点高碳0.65-1.35%合金元素Cr,W,Mo,V热处理特点球化退火淬火（冷处理）+回火772.刃具钢——制造切削工具的材料整体车刀硬质合金车刀78钻头、丝锥丝锥、板牙79立铣盘铣圆柱端面铣锯片铣刀80绞刀拉刀齿轮滚刀81刃具钢的主要性能要求硬度高、耐磨性好红硬性好足够的强度与韧性红硬性——指工具材料能在较高温度下仍保持高硬度的特性。82（1）碳素工具钢及其使用Wc:0.65-1.35%成本低、工艺简单淬透性低、红硬性低83碳素工具钢的牌号：T8（A），T10(A)等，数字代表含碳量的千分数。

8485碳钢的不足主要表现在：

1、淬透性差。

2、回火稳定性差。

3、综合机械性能低。

4、不能满足某些特殊场合要求。86（2）低合金工具钢及其使用比碳工钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、红硬性和回火稳定性等。化学成分0.75-1.5%c，Me<5%，Cr、Mn、Si、W、V等可在250-300℃工作，红硬性仍不高87牌号形式：数字+元素符号1+数字1+元素符号2+数字2+……数字：一位，含碳量的千分数（Wc>1%时不标注）数字1，数字2等：合金元素含量的百分数。如9SiCr,CrWMn888990低合金工具钢的热处理球化退火、不完全淬火和低温回火。最后组织为回火马氏体+合金碳化物+少量残余奥氏体参考滚动轴承钢的热处理组织在300度以下，保持60HRC以上的硬度91（3）高速钢大量的合金元素W、Mo、Cr、V等，使钢具有高的硬度和耐磨性，较高的热硬性，足够的强度和韧性等淬透性大，制造大尺寸、切削速度快、负荷重的刃具，大铣刀、拉刀、刨刀等。92i.化学成分高碳0.7—1.5%高合金W、Mo、Cr、V等形成碳化物产生二次硬化，提高红硬性提高淬透性9394ii.一般加工工艺路线下料——反复锻造——球化退火——机加工——不完全淬火+多次回火95反复锻造的原因

打碎粗大共晶碳化物，使其均匀分布96球化退火860-880℃，2-3h

炉冷也可采用等温球化退火S+碳化物97淬火与回火预热淬火加热温度高不采用空冷560℃三次回火98ii.99W18Cr4V淬火组织隐晶马氏体+粒状碳化物+大量残余奥氏体100560℃回火的二次硬化与二次淬火使用组织：回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体HRC64-651013.模具钢用于制作冷、热模具的钢种。（1）冷模具钢

包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模以及拉丝模、滚丝模、搓丝板等，属于接近室温状态下对金属进行变形加工的一种模具。102103104化学成分高碳合金元素Cr,Mo,V,W,Mn等性能要求硬度高、耐磨性好，足够的韧性和疲劳强度，热处理变形要小。105受力简单的模具可用碳素工具钢制造106小模具用CrWMn来制造，大型模具采用淬透性高、抗磨性高的Cr12型钢来制造。热处理过程球化退火，不完全淬火，低温回火。组织回火马氏体+合金碳化物+少量残余奥氏体107(2)热模具钢制造在高温下工作的模具如热锻模、压铸模等。

108性能要求在高温下的高耐磨性、强度及足够韧性良好的抗热疲劳性，抗氧化性良好的淬透性。109化学成分中碳0.3～0.6%合金元素

Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V等110111112最终热处理为淬火及高温回火，组织为回火屈氏体或回火索氏体。113（3）塑料模具钢制造塑料模具使用的钢材114无专用塑料模具钢1.低碳钢及低碳合金钢制模具20，20Cr，20CrMnTi：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。2.调质钢制模具45，40Cr：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。3.碳素工具钢及合金工具钢制模具T7A～T10A，CrWMn，9SiCr：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。1154.量具钢

用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、量规、块规等。116块规117量具钢的成分与性能要求性能要求较高的硬度及耐磨性一定的韧性良好的尺寸稳定性成分高碳，含有Cr,W,Mn等合金元素118无专用量具钢。高精度量具淬火后加做冷处理，回火后进行低温时效处理11910.1.6特殊性能钢是具有特殊的物理化学性能和力学性能的钢。如不锈钢，耐热钢，耐磨钢，磁钢1201.不锈钢

——抵抗大气及弱腐蚀介质的腐蚀的钢（1）金属腐蚀的概念金属表面在介质中遭受破坏的现象。 ①化学腐蚀如金属的氧化，产生铁锈 钝化膜则可以保护金属不被进一步腐蚀。要求： 腐蚀产物性质稳定、致密 与基体结合紧密121②电化学腐蚀——金属在电解质溶液中的腐蚀、腐蚀过程有电流产生。构成电化学腐蚀的因素：①电极电位低的金属——阳极、腐蚀②电极电位高的金属——阴极、不腐蚀③电解质溶液122常见的电化学腐蚀的成因基体与第二相晶内与晶界，不同取向的晶粒成分偏析，组织不均匀内应力123（2）不锈钢的合金化Cr,Ni,Mn,Mo,Cu,N,Ti,Nb合金元素的作用体现在三个方面在金属表面形成致密、稳定、牢固的保护膜。Cr,Si,Al得到单相组织Cr形成单相铁素体Ni,Mn,N形成单相奥氏体提高基体的电极电位124获得单相组织Ni,Mn的作用Cr的作用125Cr提高基体电极电位的n/8定律n/8定律：当铁中的Cr的原子达到1/8、2/8、3/8...时，基体的电极电位突变式提高，腐蚀速度下降。提高电极电位需要的最低Cr含量13%w126其他合金元素的作用Ti、Nb防止不锈钢产生晶间腐蚀Mo提高不锈钢抗腐蚀破坏的能力（Cl-)Cu提高腐蚀性127不锈钢的耐腐蚀性的总体情况：

对大气、水、水蒸气和弱腐蚀介质，对汽油、食品等，所有的不锈钢都耐蚀。在稀硫酸和盐酸（还原性酸）中、不耐蚀，须加入Mo、Cu等元素提高耐蚀性在氧化性酸中，一般Cr、CrNi不锈钢也不腐蚀。海水中、一般不含Mo的不锈钢也不耐蚀。128牌号形式：数字+元素符号1+数字1+元素符号2+数字2+……数字：一位，含碳量的千分数0,表示Wc≤0.08%00,表示Wc≤0.03%数字1，数字2等：合金元素含量的百分数。如9Cr18,1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti129分类

按钢的组织结构分类可分为：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。几种不锈钢的显微组织铁素体不锈钢0%Ni双相不锈钢5%Ni奥氏体不锈钢＞8%Ni马氏体不锈钢沉淀硬化不锈钢130（3）常用的不锈钢及其热处理

①马氏体不锈钢

——铬不锈钢，耐蚀性最差、但力学性能（强度高）淬透性好、焊接性差。主要有Cr13型:WCr13%Wc：0.1-0.4%Cr18型:9Cr181311321331Cr13、2Cr13

做汽轮机末级或最后几级叶片。工作温度不高，但受冷凝水汽腐蚀，也要求足够的强度和韧性。1000-1050℃淬火600-750℃回火→S回3Cr13、4Cr13

常作医疗刀具、弹簧、压缩机活塞杆、阀片等，要求硬度和耐磨性高。1000-1100℃淬火200-300℃低温回火-→M回9Cr18高硬度的耐磨抗蚀件

0.9%C淬火+低温回火134135136②铁素体不锈钢

——铬不锈钢对应力不敏感、耐酸性好、抗氧化介质腐蚀

低碳、高铬（Cr17、Cr25、Cr28）塑性低、脆性大、焊接性差不作受力的结构件，主要用于生产耐酸的设备中，抗高温氧化材料。

1Cr17、1Cr28、1Cr25Ti、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti（加Mo提高在非氧化介质中的耐蚀性。如醋酸）。可承受醋酸蒸汽以及60℃以下各种浓度醋酸。137138缺点：塑性低、脆性大:①无相变、晶粒粗大②475℃脆性（400-525℃）FeCr4③б相脆性。（550-800℃长时加热）FeCr热处理退火——700-800℃退火、组织为：

F(等轴）+弥散的碳化物Cr23C6.139140③奥氏体不锈钢

——Cr、Ni不锈钢、广泛、耐蚀性最好。优点：低碳、冷热变形能力强、焊接性好。缺点：易出现晶间腐蚀141常用牌号：18-8型

1Cr18Ni9(Ti)、

0Cr18Ni9 00Cr18Ni10Cr18Mn10Ni5Mo3N美国牌号还有

301（1Cr17Ni7）: WCr17%、WNi7%、Wc0.1 304（0Cr19Ni9）

: WCr19%、WNi9%、Wc0.08% 316（0Cr17Ni12Mo）142143144美日含氮牌号304N（0Cr19Ni9N）、316N（0Cr17Ni12Mo2N）、XM-19（0Cr22Ni12Mn5Mo2N）、XM-31（1Cr18Mn15N）、XM-10（0Cr20Ni7Mn9N）、XM-11（00Cr20Ni7Mn9N）XM-28（1Cr18Ni2Mn12N）、XM-29（0Cr18Ni3Mn13N）S28200（1Cr18Mn18MoCuN）

145常用不锈钢牌号与各国不锈钢表准牌号参考对照表中国日本美国德国GB1220/(GB4237)JISAISI/ASTMDIN17440/DIN17007DIN17224/DIN170070Cr19Ni9SUS304TB304/S30400X5CrNi1810/1.430100Cr19Ni10/(00Cr19Ni11)SUS304LTB304L/S30403X2CrNI1911/1.43060Cr25Ni20SUS310STB310S/S31008

0Cr17Ni12Mo2SUS316TB316/S31600X5CrNIMo17122/1.440100Cr17Ni14Mo2SUS316LTB316L/S31603X2CrNIMo17132/1.44040Cr19Ni13Mo3SUS317TB317/S31700X5CrNIMo17133/1.443600Cr19Ni13Mo3SUS317LTB317L/S31703X2CrNIMo18143/1.4435(1Cr18Ni9Ti)

X10CrNITI1810/1.45410Cr18Ni10Ti/(0Cr18Ni11Ti)SUS321TB321/S32100X10CrNITI1810/1.45410Cr18Ni11NbSUS347TB347/S4700X10CrNiNb1810/1.4550146晶间腐蚀的产生及防治与450-850℃保温以后，Cr23C6从晶界析出有关造成的晶界处奥氏体中的含铬量下降，因此耐腐蚀性下降。可以从①降C②增加Ti、Nb等强碳化物形成元素③进行必要的热处理三方面降低晶间腐蚀的倾向147热处理：①固溶处理②稳定化处理③去应力退火a、固溶处理、正火可得A、但会有碳化物析出、故采用水淬。1050-1100℃加热（完全A化）水淬、得单相A。

b、稳定化处理、含Ti、Nb的钢在固溶处理后进行。850-900℃加热保温1-4h后空冷。碳化物为TiC、NbC熔点。

c、去应力退火对应力敏感，易产生SCC250-350℃去除冷压力加工应力

850℃去除焊接应力148④F-A双相不锈钢

——Cr、Ni、Mo、N不锈钢优点：（兼收并蓄）强度高、抗点蚀、晶界腐蚀与应力腐蚀缺点：易出现晶间腐蚀149经济型双相钢00Cr21Ni1N（LDX2101）进一步降低Ni，适用于建筑领域。品种介绍钢种CSiMnCrNiMoN18-5(GB)≤0.031.3-2.01.0-2.018-19.54.5-5.52.5-3.0≤0.102304(典型）≤0.03≤1.02.0234.5---0.102205(典型）≤0.03≤1.02.02253.20.162507(典型）≤0.03≤0.81.225740.302101(典型）≤0.030.75.021.01.50.30.22150第一代双相钢18-5（00Cr18Ni5Mo3Si2）

是耐氯化物应力腐蚀的专用钢种，在各种冷却水（除海水外）条件下的耐氯化物应力腐蚀性能远远大于18-8型奥氏体不锈钢。第二代双相钢2205（00Cr22Ni5Mo3N）

是在18-5的基础上，降低Si，提高Cr含量，并用N合金化，使相比例更加合理，焊后不易产生α单相，耐蚀性能更为优良。第三代双相钢2507（00Cr25Ni7Mo4N）

属超级双相不锈钢，特别适用于含氯的环境，如海水等，钢中高N、高Cr、高Mo的平衡成分设计，使钢具有很高的耐应力腐蚀、耐孔蚀和缝隙腐蚀性能。品种介绍151⑤沉淀硬化不锈钢

——Cr、Ni为主，加入Mo、Al、Nb、Cu获得马氏体再进行沉淀硬化，强度极高152沉淀硬化不锈钢的原理 在不锈钢化学成分的基础上添加不同类型、数量的强化元素，通过沉淀硬化过程析出不同类型和数量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化合物，既提高钢的强度又保持足够的韧性的一类高强度不锈钢，简称PH钢。钢种17-4PH17-7PHPH15-7Mo

(630,631,632)153沉淀硬化不锈钢的热处理（17-7PH）17-7PH是以18-8CrNi为基础发展起来的奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢，又称为控制相变不锈钢。固溶处理后为不稳定的奥氏体组织，有良好的塑韧性和加工性，经过调整，使奥氏体析出碳化物后成分发生变化，再经过马氏体转变处理，大部分组织转变为韧性较好的低碳回火马氏体，这种状态为钢的使用状态，有良好的中温力学性能。耐腐蚀性能优于一般马氏体不锈钢。

15417-7PH沉淀硬化不锈钢的热处理用于石油化工行业中的仪表阀门。热处理工艺：

1.固溶：1000～1050℃度

油冷（A+F）

2.调整：760度

空冷到10度以下 析出含铬碳化物，冷却后获得马氏体

3.时效处理：510--560度

90分钟 沉淀硬化结果：HRC38--45

155调整处理目的是获得一定数量的马氏体使钢强化，常用以下三种方法：

一、冷变形法:在室温下冷变形时(15%～20%)形成马氏体。

二、高温调整及深冷处理法：加热到950℃保温90min。由于升高了Ms点，冷却到室温，可得到少量马氏体；之后再经-70℃冷处理，保温8h，就可获得一定数量的马氏体。

三、中间时效法：加热至(760±15)℃，保温90min，因有Cr23C6碳化物从奥氏体中析出，使Ms点升高到70℃，随后冷却到室温便得到马氏体+α铁素体+残余奥氏体组织，残余奥氏体在随后510℃时效才分解完。15617-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢

高强度、硬度、抗腐蚀。经过热处理后，可以达到高达1100-1300MPa

的耐压强度。它对大气及稀释酸或盐都具有良好的抗腐蚀能力，它的抗腐蚀能力与304和430一样。不能用于高于300℃或非常低的温度下，国内牌号0Cr17Ni4Cu4Nb05Cr17Ni4Cu4Nb

157应用领域

海上平台、直升机甲板、其他平台食品工业、

纸浆及造纸业航天(涡轮机叶片)机械部件核废物桶医疗器械

158PH15-7Mo国标0Cr15Ni7Mo2Al，日本SUS632以2%的钼代替0Cr17Ni7Al钢中的2%的铬而开发的钢种，其基本性能与0Cr17Ni7Al钢相似，但综合性能比其好。在奥氏体状态下可以承受各种冷成型和焊接工艺，再经热处理又可获得最高的强度；在550℃以下有优良的高温强度。应用于制造航空薄壁结构件，各种容器、管道、弹簧、阀膜、船轴、压缩机盘、反应堆部件，以及多种化工设备等结构件。15910.2铸铁16010.2铸铁高碳、高硅抗拉强度、塑韧性比钢低减磨耐磨、消振、缺口敏感性低应用广泛161铸铁的分类按碳存在的形式分灰口铸铁以游离态石墨为主，暗灰色断口白口铸铁大部分以Fe3C的形式存在，少量在F中，银白色断口麻口铸铁兼有以上两种162白口铸铁灰口铸铁163按石墨形态分类灰铸铁片状蠕墨铸铁蠕虫状可锻铸铁团絮状球墨铸铁球状164灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁16510.2.1铸铁的石墨化1.石墨化的过程(1)Fe-C双重相图石墨是热力学稳定相在合适的热力学与动力学条件下形成石墨16610.2.1铸铁的石墨化1.石墨化的过程(2)石墨的结构和性能六方，层状强度低、硬度低，塑性差167（3）石墨化过程——共晶合金为例168两阶段石墨化过程第一阶段形成一次、共晶、二次石墨第二阶段 形成共析石墨石墨化程度取决于原子扩散，

程度不同，组织不同1691702.影响石墨化的因素（1）冷却速度缓慢冷却有助于石墨化高温浇注、干砂型、较大的截面尺寸易慢冷171（2）化学成分碳当量CE=C%+（Si%+P%）/3CE越大，石墨化倾向越强17217310.2.2石墨形态的控制控制的意义：减小石墨存在对于基体的割裂作用提高基体的利用率控制的重点：石墨的形态、大小、数量、分布1741.孕育处理得到孕育铸铁孕育剂：硅铁和硅钙合金组织：细珠光体+细小石墨片1752.球化处理得到球状石墨球化剂：稀土-镁合金wRe=17-25%,wMg=3-12%，wSi=34-42%，wFe=21-27%必须接着进行孕育处理得到组织：基体+细小均匀圆整度好的球状石墨1763.蠕化处理用蠕化剂和孕育剂复合蠕化剂：球化元素Mg

反球化元素Ti、Al4.可锻化处理即石墨化退火退火过程形成团絮状石墨17710.2.3常用普通铸铁1.灰铸铁(1)化学成分(2.5-4.0)w%C,(1.0-3.0)w%Si(2)组织片状石墨+钢基体178179(3)性能力学性能主要考虑片状石墨及基体组织产生的作用基体：承载或产生变形石墨：割裂基体，减小承载，耐磨减磨，消振应用：箱体壳体，底座，工作台，导轨，缸体缸盖180181182183184185186基体组织中P越多，越细，基体承载能力越强片状石墨越细小，其对基体的割裂作用越小，铸铁的强度越高187灰铸铁的其他性能铸造性好焊接性差压力加工性差切削加工性好缺口敏感性不敏感188（4）热处理不用来改善力学性能主要应用：消除应力500-560℃退火稳定尺寸消除白口组织850-950℃退火或正火改善切削加工同上1892.可锻铸铁（1）应用面薄壁复杂件需要铸造生产又要求有一定的韧性如汽车前后桥壳、减速器壳，转向节壳190（2）化学成分及牌号应用2.0-2.6w%C,1.1-1.6w%Si保证浇注时得到全部的白口铸铁组织191192黑心可锻铸铁珠光体可锻铸铁193（3）可锻铸铁的石墨化退火缩短退火时间的措施适当提高含硅量细化白口组织加入适当合金元素Al,B增加石墨核心Te防止出现片状石墨1943.球墨铸铁力学性能最好的铸铁生产过程简单可进行热处理强化以铸代锻，以铁代钢195（1）球墨铸铁的化学成分3.6-3.9w%C,2.2-2.7w%Si碳当量在共晶成分196球铁生产的特殊工艺球化处理球化剂稀土镁合金孕育处理促进石墨化含硅75%的硅铁及硅钙合金脱硫处理S阻碍石墨化，消耗球化剂，形成夹杂降硫至0.02-0.03w%以下碱性炉衬、CaO脱硫197（2）球墨铸铁的牌号、组织与性能组织：钢基体+球状石墨可以通过热处理获得不同的钢基体组织基体组织类型与球状石墨的的尺寸影响其力学性能198199力学性能200（3）球墨铸铁的热处理可以进行整体的热处理强化退火：去应力，石墨化正火：得到珠光体基体调质：得到回火索氏体基体等温淬火：得到下贝氏体基体奥氏体的碳含量可调，力学性能可控加热速度慢，保温时间长2014.铸铁性能总结优点：铸造性、消振性、耐磨减磨性好缺口敏感性小切削加工性好缺点：抗拉强度低塑性韧性差焊接性、压力加工性差202铸铁的力学性能影响因素石墨的割裂作用石墨表现出“少，小，匀，圆”特点时，其对基体的割裂作用越小基体（钢）的力学性能F基体强度低，塑韧性好P基体强度高，塑韧性降低下贝氏体，回火马氏体，回火索氏体强度进一步提高同样基体组织，球墨铸铁的力学性能最优可以“以铁代钢”203204本节要求掌握的内容铸铁中碳的存在形式、形态影响铸铁性能的因素各类铸铁（石墨形式碳）的性能特点与应用场合20510.3有色金属及合金黑色金属

Fe,Cr,Mn有色金属Al,Cu,Ti,……轻金属Al,Li,Mg,Ti,…..20610.3.1铝及铝合金1.纯铝密度小，无磁、导电、导热性好耐腐蚀塑性好、比强度高易变形、加工成形性好强度不高，不作工程结构材料使用，做导线电缆、铝箔、日用品等207——旧牌号208变形铝及其合金表示规则Ⅰ——四位数字体系四位数字体系1XXX纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号

纯铝：表示杂质元素的控制情况铝合金：表示改型情况（“0”为原始合金；“1-9”为改型合金，允许与原始合金有一定的成分偏差）表示组别：1-纯铝，2-铝铜合金，3-铝锰合金，4-铝硅合金，5-铝镁合金，6-铝镁硅合金，7-铝锌合金，8-其他铝合金，9-备用数字数字数字数字209变形铝及其合金表示规则Ⅱ——四位字符体系

实现接轨四位字符体系1XXX纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号

A-表示原始铝或铝合金，B-Y表示改型合金(允许与原始合金有一定的成分偏差)表示组别：1-纯铝，2-铝铜合金，3-铝锰合金，4-铝硅合金，5-铝镁合金，6-铝镁硅合金，7-铝锌合金，8-其他铝合金，9-备用数字数字字符数字210GB/T16474-19962112.铝合金

（1）铝合金的分类变形铝合金铸造铝合金铝合金的分类变形铝合金铸造铝合金不能热处理强化能热处理强化2122.铝合金

（1）铝合金的分类变形铝合金铸造铝合金213（2）铝合金的强化固溶强化

效果有限时效强化 高强度铝合金的强化过剩相强化 与过剩相的数量、大小、形态、分布等有关细化组织强化

变质处理、再结晶细化

冷变形强化214固溶强化强化效果不显著受固溶度、晶格畸变程度的影响215过剩相强化过剩相： 指超过溶解度极限的部分形成的第二相 通常硬、脆在一定含量范围内可以强化合金216时效强化=沉淀强化现象经过固溶处理的铝合金在一定温度下停留的过程中，强度硬度随时间延长而增加，塑性韧性相应下降。自然时效：室温放置产生的时效。人工时效：加热条件下产生的时效。217为什么会产生时效强化？看看时效时产生的组织变化4218时效即为过饱和固溶体沉淀的过程时效的四个阶段形成铜原子富集区（GP[I]区）富集区内Al,Cu原子有序化，形成GP[II]区形成半共格的过渡相θ’形成平衡相θ219GP区模型GP区引起点阵畸变与基体保持共格阻碍变形引起合金强化220GP[II]区的特点在GP[I]区基础上长大原子排列有序化正方晶格是与基体保持共格的过渡相θ’’阻碍变形作用增强，合金进一步强化221222过渡相θ’的出现及过时效GP[II]区继续长大，界面共格破坏θ’与基体半共格，畸变减轻，变形阻力减小。强度硬度下降，过时效平衡相θ形成，与基体不再有共格关系变形阻力减小，强化效果降低223峰时效对应θ”与θ’共存时130度时效224225采用时效强化的基本过程固溶处理→过饱和固溶体α→形成铜原子富集区（GP[I]区）→铜原子富集区有序化（GP[II]区）→形成过渡相θ’→形成稳定相θ（CuAl2）过饱和程度越大，时效强化越明显226自然时效曲线含4%Cu的铝合金自然时效曲线227人工时效曲线含4%Cu的铝合金的人工时效曲线228为何不是所有的铝合金都能时效强化？时效析出相必须与基体有共格界面，形成强烈的共格应变场229（3）铝合金的热处理退火再结晶退火 中间退火，继续变形均匀化退火 消除偏析低温退火(回复退火)

保持加工硬化，去应力230时效处理固溶处理+时效固溶处理（淬火） 获得过饱和固溶体

在液相线下方加热（通过实验确定）一般可以水冷时效

T时效=（0.5-0.6）Tm231回归处理消除自然时效的强化效果，可以进行修复等工作在２００－２５０℃短时间加热，水冷性能回归到过饱和固溶体的状态232（４）变形铝合金——种类和表示变形铝合金种类防锈铝合金（代号LF）硬铝合金（代号LY）超硬铝合金（代号LC） 锻铝合金（代号LD）变形铝合金牌号表示方法用四位字符表示例如：2A11表示主要合金元素为铜的11号Al-Cu原始铝合金233变形铝合金——种类与旧牌号234变形铝及其合金表示规则Ⅰ——四位数字体系四位数字体系XXXX纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号

纯铝：表示杂质元素的控制情况铝合金：表示改型情况（“0”为原始合金；“1-9”为改型合金，允许与原始合金有一定的成分偏差）表示组别：1-纯铝，2-铝铜合金，3-铝锰合金，4-铝硅合金，5-铝镁合金，6-铝镁硅合金，7-铝锌合金，8-其他铝合金，9-备用数字数字数字数字235变形铝及其合金表示规则Ⅱ——四位字符体系

实现接轨四位字符体系XXXX纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号

A-表示原始铝或铝合金，B-Y表示改型合金(允许与原始合金有一定的成分偏差)表示组别：1-纯铝，2