=第1篇-基本知识解析

第1篇金属材料的基本知识§1-1主要性能§1-2铁碳合金§1-3钢的热处理§1-4工业用钢2024/8/171华中农业大学金属工艺学§1-1金属材料的主要性能强度σs、σ0.2、σb与塑性δ、ψ硬度HB、HR、HV韧性ak疲劳强度σr、σ-1力学性能物理性能化学性能工艺性能2024/8/172华中农业大学金属工艺学§1-2铁碳合金纯铁的冷却曲线1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Fe

α-Feγ-Fe同素异构转变AFCC固溶体2024/8/173华中农业大学金属工艺学几个基本概念1.合金alloy

由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。

如：青铜、铸铁、铝合金等。2.组元

constituent

组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称“元”。如：黄铜Cu-Zn；硬铝Al-Cu等为二元合金。

3.相

phase

指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分。如固相、液相等。4.组织

structure

借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。2024/8/174华中农业大学金属工艺学铁碳合金状态图LN1495℃4.32.110.770.0218(A

+Fe3C)(F+Fe3C)1227℃1538℃2024/8/175华中农业大学金属工艺学含碳量对铁碳合金组织和性能的影响2024/8/176华中农业大学金属工艺学钢的热处理是将固态钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺。特点是改变零件或者毛坯的内部组织，而不改变其形状和尺寸。其目的是消除毛坯（如铸件、锻件等）中缺陷，改善毛坯的切削性能，改善零件的力学性能，延长其使用寿命，并为减小零件尺寸、减轻零件重量、提高产品质量、降低成本提供了可能性。因此，几乎90％以上的零件都要经过不同的热处理后才能使用。热处理分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等）及特殊热处理（形变热处理等）。但不是所有的材料都能进行热处理强化，能进行热处理强化的材料必须满足：①有固态相变；②经冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态；③表面能被活性介质的原子渗入从而改变表面化学成分。§1-3钢热处理2024/8/177华中农业大学金属工艺学热处理工艺工艺目的加热温度组织退火1.调整硬度,便于切削加工。2.细化晶粒,为最终热处理作组织准备。亚共析钢Ac3+30~50℃共析钢Ac1+30~50℃过共析钢Ac1+30~50℃F+PPP球正火1.低中碳钢同退火。2.过工析钢：消除网状二次渗碳体。3.普通件最终热处理亚共析钢Ac3+30~50℃共析钢Ac1+30~50℃过共析钢Accm+30~50℃<0.6%C,F+S;≧0.6%C，SSS淬火获得马氏体组织。亚共析钢Ac3+30~50℃共析钢Ac1+30~50℃过共析钢Ac1+30~50℃≦0.5%C,M>0.5%C,M+A’M+A’M+A’+粒状Fe3C2024/8/178华中农业大学金属工艺学热处理工艺（续）工艺目的加热温度组织回火1.消除内应力，减少变形。2.获得所需要的性能。低温回火150~250℃中温回火350~500℃高温回火500~650℃(调质)亚共析,共析钢：M回过共析钢:M回+A’(少)+粒状Fe3CT回S回表面淬火表面获得马氏体组织，并获得表硬里韧的性能。预备热处理：调质或正火适用于中碳钢0.4~0.5%C表面：M回心部：S回(调质)或F+S(正火)渗碳提高表面含碳量，获得表硬里韧的性能。渗碳温度:900~950℃淬火温度：表面Ac1+30~50℃心部Ac3+30~50℃适用于低碳钢0.1~0.25%C表面：M回+A’(少)+颗粒状Fe3C心部：M回+FM回2024/8/179华中农业大学金属工艺学热处理与硬度关系合适切削加工硬度2024/8/1710华中农业大学金属工艺学§1-4工业用钢工程材料2024/8/1711华中农业大学金属工艺学碳钢的分类分类方法钢种质量分数或脱氧情况特点按碳的质量分数分类低碳钢wC≤0.25％强度低，塑性和焊接性能较好中碳钢wC＝0.25％～0.6％强度较高，但塑性和焊接性能较差高碳钢wC>0.6%塑性和焊接性能很差，强度和硬度高按钢的质量分普通钢wS≤0.055％,wP≤0.045％含S、P量较高，质量一般优质钢wS≤0.040％，wP≤0.040％含S、P量较少，质量较好高级优质钢wS≤0.030％,wP≤0.035％含S、P量很少，质量好按用途分结构钢wC＝0.08％～0.65％制造各种工程构件和机器零件工具钢wC>0.65％制造各种刀具、量具和模具按脱氧程度分沸腾钢（F）仅用弱脱氧剂脱氧，FeO较多钢锭内分布有许多小气泡，偏析严重镇静钢（Z）浇注时完全脱氧，凝固时不沸腾气泡、疏松少，质量较高半镇静钢（b）介于沸腾钢和镇静钢之间质量介于沸腾钢和镇静钢之间2024/8/1712华中农业大学金属工艺学常用的碳钢牌号分类编号方法常用牌号用途

举例说明碳素结构钢Q235-AF屈服点为235MPa、质量为A级的沸腾钢Q195、Q215A，Q235B、Q255A、Q255B、Q275等一般以型材供应的工程结构件，制造不太重要的机械零件及焊接件（参见GB700-1988）优质碳素结构钢

45表示平均wC=0.45%的优质碳素结构钢08F、10、20、35、40、50、60、65用于制造曲轴、传动轴、齿轮、连杆等重要零件（参见GB699-1988）碳素工具钢T8T8A表示平均wc=0.8%的碳素工具钢，A表示高级优质T7、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13制造需较高硬度、耐磨性、又能承受一定冲击的工具，如手锤、冲头等（参见GB1298-1986）一般工程铸造碳钢ZG200-400表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的碳素铸钢ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640形状复杂的需要采用铸造成形的钢质零件（参见GB11352-1989）2024/8/1713华中农业大学金属工艺学合金钢低合金钢wAE<5%中合金钢wAE=5~10%高合金钢wAE>10%合金钢①按合金元素含量分AlloyingElements—AE合金钢贝氏体钢马氏体钢高合铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢②按组织类型分③按主添加元素分合金钢锰钢硅钢钨钢2024/8/1714华中农业大学金属工艺学合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢低合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢刃具钢模具钢量具钢不锈钢耐热钢耐磨钢滚动轴承钢低温钢易切钢合金钢分类

④按用途分2024/8/1715华中农业大学金属工艺学铸铁铸铁白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁(普通)灰铸铁(HT)

片状可锻铸铁(KT)团絮状球墨铸铁(QT)球状灰口铸铁（按G形态）蠕墨铸铁(RuT)蠕虫状（钢基体上分布着石墨）（按石墨化程度）2024/8/1716华中农业大学金属工艺学工业用金属材料钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途碳素结构钢<0.4Q195Q235热轧空冷F+P塑性,焊接性好建筑结构低合金高强度钢<0.2Q345(16Mn)Mn:强化F,增加P,降低脆转温度热轧空冷F+P塑性,焊接性好桥梁,船舶,容器渗碳钢0.1~0.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高淬透性,强化F,Ti:细化晶粒渗碳+淬火+低温回火表面：M回+A’(少量)+颗粒状Fe3C心部：M回+F表硬里韧轴、齿轮调质钢0.3~0.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透性,强化F,Mo:防止第二类回火脆性调质S回良好综合力学性能轴、齿轮弹簧钢0.6~0.90.45~0.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬透性,强化F；Si:提高屈强比淬火+中温回火T回高

s/b高-1弹簧㈠工业用钢2024/8/1717华中农业大学金属工艺学工业用钢（续）钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途滚动轴承钢0.95~1.10GCr15Cr:提高淬透性,耐磨耐蚀性球退+淬火+低温回火M回+A’(少量)+颗粒状Fe3C高耐磨高

-1足够ak滚动轴承耐磨钢1.0~1.3ZGMn13Mn:形成A组织水韧处理表：M+碳化物心：A高耐磨耐冲击铲齿，履带板碳素工具钢0.65~1.35T7~T13球退+淬火+低温回火M回+A’(少量)+颗粒状Fe3C高硬度高耐磨冲子、丝锥、锉刀低合金工具钢0.75~1.59SiCrSi、Cr：提高淬透性球退+淬火+低温回火M回+A’(少量)+颗粒状Fe3C高硬度高耐磨低速刃具高速钢0.7~1.5W18Cr4VCr:提高淬透性；W、V：提高热硬、耐磨性锻、退火、淬火+三次回火M回+A’(少量)+颗粒状碳化物高热硬高硬度高耐磨高速刃具2024/8/1718华中农业大学金属工艺学工业用钢（续）钢种C%典型牌号合金元素作用热处理使用状态下组织性能用途冷作模具钢1.4~2.3Cr12Cr12MoVCr:提高淬透性。MoV:提高耐磨性锻，退，淬火+低温回火M回+A’(少量)+颗粒状碳化物高硬度高耐磨冷冲模挤压模热锻模钢0.5~0.65CrNiMo5CrMnMo合金元素作用同调质钢调质S回抗热疲劳热锻模压铸模钢0.3~0.63Cr2W8V合金元素作用同高速钢淬火+回火M回+A’(少量)+颗粒状碳化物抗热疲劳,耐磨压铸模不锈钢0.03-0.951Cr13,2Cr13Cr:提高耐蚀性；Ni:形成A；Ti:防止晶间腐蚀调质S回高耐蚀性(随C%增加,耐蚀性下降)汽轮机叶片3Cr13,4Cr13淬火+低温回火M回医疗器械0Cr13不能热处理F硝酸氮肥工业1Cr18Ni9Ti固溶处理A化工管道耐热钢15CrMo,12Cr1MoVCr,Si:提高抗氧化性;Mo:提高T再；V,Ti:弥散强化;Ni:形成A组织正火F+P高热强性,高抗氧化性锅炉零件4Cr9Si2,1Cr11MoV调质S回气阀,叶片1Cr18Ni9Ti固溶A过热器管2024/8/1719华中农业大学金属工艺学㈡铸铁石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。铸铁名称牌号举例获得方法组织热处理用途灰铸铁HT250(最低抗拉强度为250MPa)液态金属石墨化+孕育处理基体(F、P、F+P)+片状石墨去应力，消除白口，表面淬火机床床身可锻铸铁KTZ450-06(最低抗拉强度为450MPa,最低延伸率为6%)白口+石墨化退火基体(F、P)+团絮状石墨石墨化退火车轮壳，管接头球墨铸铁QT500-7(最低抗拉强度为500MPa,