工程材料及成形工艺基础课件：第四章 常用金属材料

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1、第一节第一节 合金钢合金钢第二节第二节 铸铁铸铁第三节第三节 有色金属有色金属第四章第四章 常用金属材料常用金属材料第一节第一节 合金钢合金钢l合金钢合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上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。有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。l碳钢碳钢性能的优缺点：性能的优缺点：价格低廉价格低廉 C%的控制的控制组织、性能组织、性能优点优点：缺点缺点：淬透性差、回火稳定性差淬透性差、回火稳定性差 不能满足特殊性能要求：耐蚀性、耐高低温不能满足特殊性能要求：耐蚀性、耐高低温一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响1、溶于铁素体溶于

2、铁素体,起固溶强化作用起固溶强化作用o 非碳化物形成元素及过剩的碳化物非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体铁素体.o Si、Mn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧性。在适当范围内提高韧性。对铁素体冲击韧性影响对铁素体冲击韧性影响1 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用2、形成碳化物，、形成碳化物，起强化相作用起强化相作用o 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、Zr(锆锆)、Nb（铌铌）、）、V、W、Mo（钼钼)、Cr、Mn、Fe。Ti、Nb、V为为

3、强碳化物形成元素强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，如点、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。等。W、Mo、Cr为为中强碳化物形成元素中强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。等。Mn、Fe为为弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较低，如硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。等。1、对奥氏体相区的影响、对奥氏体相区的影响 Ni、Mn、Co、C、N等是等是扩扩大奥氏体相区的元素大奥氏体相区的元素，使，使A1、A3点下降，点下降，A4点上

4、升。点上升。l当当Mn 13%或或Ni 9%时，时，S点点降到降到0以下，室温下为单相以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥氏体组织，称奥氏体钢奥氏体钢。锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响二、对二、对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响 Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是等是缩小奥氏体相区缩小奥氏体相区的元素的元素，使，使A1、A3点上点上升，升，A4点下降。点下降。l当当Cr 13%时，奥氏体时，奥氏体相区消失，室温下为单相相区消失，室温下为单相铁素体组织，称铁素体组织，称铁素体钢铁素体钢.铬对奥氏体相区的铬对奥氏体相区的影响影响2、对、对E点和点和S点位置的影响点位置的影响o 所有合金元

5、素均使所有合金元素均使E点和点和S点点左移左移，碳含量比较低的钢出现过共析组织（如碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）碳含量比较低的钢出现共晶组织（如碳含量比较低的钢出现共晶组织（如W18Cr4V）三、对钢的热处理的影响三、对钢的热处理的影响1、对奥氏体化的影响、对奥氏体化的影响 对奥氏体形成速度的影响：除对奥氏体形成速度的影响：除Ni、Co外，都减缓外，都减缓奥氏体化过程。奥氏体化过程。对奥氏体晶粒长大倾向的影响：对奥氏体晶粒长大倾向的影响：l碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。lMn、P促进长大。促进长大。2、对过冷奥氏体转变的影响、对过冷

6、奥氏体转变的影响对对C曲线和淬透性的影响：除曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体的合外，凡溶入奥氏体的合金元素均使金元素均使C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。o 常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。对对Ms、Mf点的影响：除点的影响：除Co、Al外外,所有元素都使所有元素都使Ms、Mf点下降。点下降。淬火碳钢回火淬火碳钢回火 时的时的 硬度变化硬度变化3、对回火转变的影响、对回火转变的影响 提高提高回火稳定性（耐回火性回火稳定性（耐回火性）淬火钢在回火过程中抵抗淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力硬度下降的能力o 合金元素能阻碍马氏体分解合

7、金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集。及碳化物的析出与聚集。l当回火硬度相同时，合金钢当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。度比碳钢高。二次硬化二次硬化o 含高含高W、Mo、Cr、V钢淬钢淬火后回火时，由于析出细小火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷弥散的特殊碳化物及回火冷却时却时A转变为转变为M回回,使硬度不使硬度不仅不下降，反而升高的现象仅不下降，反而升高的现象称二次硬化。称二次硬化。防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性o 加加W、Mo可防止第二类回可防止第二类回火脆性。火脆

8、性。高速钢高速钢一、钢的分类一、钢的分类1、按合金元素的总量分、按合金元素的总量分 低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%合金钢合金钢2 合金钢的分类及编号合金钢的分类及编号2、按用途分、按用途分 工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特特 殊殊 性性能能 钢钢二、钢的编

9、号o 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。o 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.常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 221-2000）名称符号位置名称符号位置碳素结构钢Q头桥梁用钢q尾低合金高强度钢Q头锅炉用钢g尾易切削钢Y头焊接气瓶用钢HP尾碳素工具钢T头车辆车轴用钢LZ头(滚珠)轴承钢G头机车车轴用钢JZ头焊接用钢H头沸腾钢F尾铆螺钢ML头半镇静钢b尾船用钢国际符号镇静钢Z尾汽车大梁用钢L尾特殊镇静钢TZ尾压力容器用钢R尾质量等级A.B.C.D.E尾1、低

10、合金高强度钢o Q+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号 Q表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值单位是MPa；o 质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E，其，其P、S含含量依次下降，质量提高。量依次下降，质量提高。o 低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中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。如没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。o 根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（拉伯数字（C%）和化学元素符号，如）和化

11、学元素符号，如16Mn。l说明：通常情况下，屈服强度值小说明：通常情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。时为低合金高强度钢。2、合金结构钢、合金结构钢o 两位数字（两位数字（表示平均含碳量的万分之几表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符合金元素符号号+该元素百分含量数字该元素百分含量数字+o 当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号时，只标元素符号，不标含量；，不标含量；o 当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49

12、%、时时，在相应的合金元素符号后标，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字等数字。如。如20CrNi3。o 高级优质钢在牌号后加字母高级优质钢在牌号后加字母A，如，如60Si2MnA。o 特级优质钢在牌号后加字母特级优质钢在牌号后加字母E，如，如30CrMnSiE。特例：特例：*轴承钢轴承钢 G+Cr+铬含量铬含量 GCr15o“G”表示表示“滚动轴承钢滚动轴承钢”p 铬含量以千分之一为单位铬含量以千分之一为单位 平均含铬量为平均含铬量为1.5%。p 不标含碳量不标含碳量 C%0.951.05%p 含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量+o 当含碳量小于当

13、含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，时，含碳量用一位数字标明，数字表示平均含碳量的千分之几数字表示平均含碳量的千分之几 9SiCro 当含碳量大于当含碳量大于1.00%时，不标含碳量时，不标含碳量 Cr12MoV特例：特例：*高速钢不标含碳量高速钢不标含碳量，如，如W6Mo5Cr4V2(含含0.80.9%C)3、合金工具钢、合金工具钢4、不锈钢和耐热钢、不锈钢和耐热钢o 含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量+o 含碳量以千分之一为单位含碳量以千分之一为单位o 低碳时，低碳时，C%的标注的标注p 珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如珠光体耐热钢含碳量的标

14、注同结构钢。如15CrMoC%0.08%以以“0”表示，如表示，如0Cr18Ni9C%0.03%以以“00”表示，如表示，如00Cr19Ni13Mo31、性能要求、性能要求 高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。良好的焊接性能。良好的焊接性能。良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。2、成分特点、成分特点 低碳低碳：0.2%C 合金元素：主要是合金元素：主要是Mn，还有少量，还有少量V、Ti、Nb等。等。一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢铜陵长江公铜陵长江公路大桥路大桥3 低合金钢低合金钢3、热处理：大多数热轧空冷后使、热处理：大多数热轧空冷后使用。少数可用正火用。少数

15、可用正火+高温回火处理高温回火处理。4、使用状态下组织：、使用状态下组织：F+P低合金高强钢合金元素细化晶粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用 Mn 强化铁素体；增加珠光体的量强化铁素体；增加珠光体的量 V、Ti、Nb 细化晶粒和弥散强化细化晶粒和弥散强化 Cu、P 提高耐蚀性；提高耐蚀性；Re(铼铼)提高韧性、疲劳极限，提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。降低冷脆转变温度。5、用途：、用途：Q345钢钢(16Mn)综合性能好综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。大型钢结构。Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度，强度高，用于中等压力的压力容高，用于中等压力的

16、压力容器。器。Q460钢含钢含Mo、B，正火组织，正火组织为贝氏体，强度高为贝氏体，强度高,用于石用于石化中温高压容器化中温高压容器.南京长江大桥南京长江大桥4 合金结构钢合金结构钢对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为：o 使用性能使用性能以强韧性为主。以强韧性为主。o 工艺性能工艺性能以可焊性、淬透性为主。以可焊性、淬透性为主。o 合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢.制造渗碳零件的钢种制造渗碳零件的钢种1、性能要求、性能要求 表面表面具有高硬度、高具有高硬度、高耐磨性，耐磨性，心部心部具有足具有足够的韧性和强度，即够的韧性和强度，即

17、表硬里韧。表硬里韧。良好的热处理性能良好的热处理性能,如如淬透性和渗碳能力。淬透性和渗碳能力。一、渗碳钢一、渗碳钢渗碳炉渗碳炉2、成分特点、成分特点 低碳低碳：0.10.25%C 合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B 强化铁素体强化铁素体：Cr、Mn、Ni 细化晶粒细化晶粒：W、Mo、Ti、V 3、热处理特点、热处理特点渗碳件的加工工艺路线为：下料渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火o 正火目的为调整硬度，便于切削加工。正火目的为调整硬度，便于切削加工。o 淬火温度一般为淬火温度一般为 Ac1+30-50。

18、4、使用状态下组织、使用状态下组织心部：心部：M回回+F表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)；5、常用钢号及用途、常用钢号及用途o 低淬透性钢：低淬透性钢：20Cr柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴用于受力小的耐磨件，用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、如柴油机的活塞销、凸轮轴等。凸轮轴等。o 中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi 用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。o 高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA 用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴调质件（螺杆）调质件（螺杆）

19、调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。1、性能要求、性能要求 良好的综合力学性能良好的综合力学性能 良好的淬透性良好的淬透性二、调质钢二、调质钢2、成分特点、成分特点 中碳中碳：0.30.5%C 合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒细化晶粒:Ti、V 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性:W、Mo 调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加精加工工装配装配调质目的：获得良好综合力学性能调质目的：获

20、得良好综合力学性能使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：S回回l为提高表面耐磨性，调质后可进行表面为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。淬火或氮化。回火索氏体回火索氏体调质处理车间调质处理车间(表面淬火表面淬火+低温回火低温回火)装配装配为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织.表面：表面：M回回；心部：；心部：S回回4、常用钢号及用途、常用钢号及用途p 低淬透性钢：低淬透性钢：40Cr D0油油60mm,常用于制造大截面重载荷零件，如常用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。曲轴等。制造弹簧或类似性能零件的钢种制造弹簧或类似性能零件的钢种1、性能要求

21、、性能要求弹簧是利用弹性变形储存能量或弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。缓和冲击的零件。（1）高的高的e，s，s/b（2）高的高的-1；（3）足够的韧性）足够的韧性（4）高的淬透性高的淬透性三、弹簧钢三、弹簧钢2、成分特点、成分特点 中高碳：中高碳：0.450.7%C e -1 合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr 提高提高 s/b：Si 细化晶粒：细化晶粒：V汽车弹簧汽车弹簧3、热处理及组织特点、热处理及组织特点 冷成型弹簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔 冷成型冷成型定型处理定型处理(250300)用于用于10mm)汽车板簧淬火线汽车

22、板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧弹簧的表面质量对其寿命影响很大弹簧的表面质量对其寿命影响很大提高表面质量的方法提高表面质量的方法:防止表面脱碳；防止表面脱碳；避免表面缺陷；避免表面缺陷；进行喷丸处理，使表面产生进行喷丸处理，使表面产生压应力。压应力。板簧喷丸处理示意图板簧喷丸处理示意图5、常用钢号及用途、常用钢号及用途o Si、Mn弹簧钢，如弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造，用于制造较大截面弹簧。较大截面弹簧。o Cr、V弹簧钢，如弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。热的弹簧。高而均匀的硬度和耐磨性。高而均匀的硬度和耐磨性。高的高

23、的 b和接触疲劳强度。和接触疲劳强度。足够的韧性、淬透性和耐蚀性足够的韧性、淬透性和耐蚀性.l用于制造轴承套和滚动体的专用钢种用于制造轴承套和滚动体的专用钢种1、性能要求、性能要求l接触应力接触应力(达达30003500MPa)l周期性交变载荷周期性交变载荷(频率达数万次频率达数万次/分分)l摩擦摩擦 圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承自动调心球轴承自动调心球轴承2、成分特点、成分特点 高碳：高碳：0.951.10%C 合金元素：以合金元素：以Cr为主为主,加加入入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是的主要作用是提高淬透性提高淬透性推力球轴承推力球轴承滚针滚针轴承轴承l Cr还提高耐磨性（形成合金渗

24、碳还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。体）和耐蚀性。当当1.65%Cr时时,A%硬度和稳定性下降。硬度和稳定性下降。3、热处理和组织特点、热处理和组织特点滚动轴承钢是过共析钢滚动轴承钢是过共析钢（1）热处理：热处理：球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火（2）组织：组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)（3）尺寸稳定化处理：）尺寸稳定化处理：l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60 -80),可以减少可以减少A、稳、稳定尺寸定尺寸.4、常用钢号及用途、常用钢号及用途o 应用最广的是应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；，大量用于大中型轴承；o 大型轴承用大型轴

25、承用GCr15SiMn。o 这类钢还可用于制造模具、量具等这类钢还可用于制造模具、量具等.在冲击载荷作用下发生冲击在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢硬化的高锰钢ZGMn131、成分特点、成分特点 高碳高碳：1.01.3%C 以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。高锰高锰：1114%Mn 以保证形成奥氏体组织以保证形成奥氏体组织.五、五、高锰钢铸件高锰钢铸件高锰钢高锰钢2、热处理及组织、热处理及组织铸态组织为奥氏体铸态组织为奥氏体+碳化碳化物物,性能硬而脆性能硬而脆.o 热处理采用热处理采用水韧处理水韧处理：将钢加热到：将钢加热到1100，使碳化物溶入奥氏，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。体，并进行

26、水淬。o 室温组织为室温组织为过饱和单过饱和单相奥氏体。相奥氏体。高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件3、使用及用途、使用及用途o 水韧处理后，韧性高，硬度低水韧处理后，韧性高，硬度低.o 使用时必须伴随着压力和冲击使用时必须伴随着压力和冲击作用。作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体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，使表面硬度提高到碳化物，使表面硬度提高到HB500550，获得高耐磨性。，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织而心部仍为奥氏体组织,具有高耐冲具有高耐冲击能力。击能力。颚式破碎机颚式破碎机挖掘机挖

27、掘机o 高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等机铲齿和铁路辙岔等.球磨机衬板球磨机衬板挖掘机铲齿挖掘机铲齿铁路辙岔铁路辙岔破碎机牙板破碎机牙板5 合金合金工具钢工具钢按用途分为按用途分为:刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢模具模具o 用来制造各种切削刀具的钢种。一、刃具钢一、刃具钢切削加工切削加工（一）性能要求（一）性能要求1、高硬度 (HRC60),主要取决于含碳量。2、高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。3、高热硬性

28、即高温下保持高硬度的能力。4、足够的韧性 以防止脆断和崩刃。切削加工的基本形式切削加工的基本形式（1）成分特点：）成分特点：碳：碳：高碳高碳 0.91.1%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性:Cr、Mn、Si 提高耐回火性提高耐回火性：Si 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒:W、V（二）常用钢种（二）常用钢种 1、低合金工具钢：、低合金工具钢：碳素工具钢基础上碳素工具钢基础上+合金元素（合金元素（35%）低合金工具钢制品低合金工具钢制品（2）热处理及组织）热处理及组织o 同碳素工具钢，只是淬火介质同碳素工具钢，只是淬火介质为油为油(碳素工具钢为水碳素工具钢为水)。o 使

29、用状态下的组织为：使用状态下的组织为：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)（3）常用钢号及用途）常用钢号及用途o 应用最多的是应用最多的是9SiCr。用于制用于制造形状复杂、要求变形小的低造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等速刃具，如丝锥、板牙等.丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手（1）性能特点）性能特点:高热硬性高热硬性(600)、高淬透性、高淬透性（2）成分特点）成分特点 C:高碳高碳 0.701.5%C 合金元素作用合金元素作用提高淬透性提高淬透性：Cr 提高热硬性、耐磨性提高热硬性、耐磨性:W、Mo、V 2、高速钢高速钢（俗称风钢）（俗称风钢）：制

30、造高速切削刃具用钢制造高速切削刃具用钢W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织(3)加工与热处理加工与热处理l加工工艺路线加工工艺路线：下料：下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削o高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。l 球化退火：球化退火：o 降低硬度，便于切加工降低硬度，便于切加工o 为淬火作组织准为淬火作组织准 退火后组织：退火后组织：S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物l 锻造：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀锻造：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。分布于基体中。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织淬

31、火淬火:获得高合金元素获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火含量的马氏体。因此淬火温度高温度高(1200)l淬火后组织：淬火后组织：M+未溶碳化物未溶碳化物(10%)+A(20%)W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1C相图相图 的碳化物，产生二次硬化。的碳化物，产生二次硬化。碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，点上升，回火冷却时，A转变为转变为Mo 每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火回火：主要为减少回火：主要为减少A、消除内应力、稳定组织。消除内应力、稳定组织。l560三次回火三次回

32、火l回火时的组织变化：回火时的组织变化：析出析出W、Mo、V高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系W18Cr4V钢热处理工艺示意图W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织（4）使用状态下组织 M回+颗粒状碳化物+A（少量）不同状态下W18Cr4V的组织铸态铸态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态（5）常用钢号及用途o 常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。o 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。车刀车刀铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀汽车冲压模具汽车冲压模具o 用以制造冷热模具的钢种用以制造冷热模具的钢种.冷作模

33、具钢冷作模具钢o 制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种.1、性能要求、性能要求 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。良好的工艺性能（淬透性、良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）切削加工性等）二、模具钢二、模具钢2、常用钢种、常用钢种 小尺寸小尺寸、形状简单形状简单、受力不受力不大的模具大的模具,可用碳素工具钢可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。和低合金工具钢制造。截面、受力大的冷模具用截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造型冷作模具钢制造.l 成分特点：高碳成分特点：高碳(1.42.3%C)；高铬；高铬(11.513%Cr)合金元素作用：合金元素

34、作用：Cr 提高淬透性；提高淬透性；Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。Cr12钢钢l 加工及热处理：加工及热处理：Cr12型模具钢也是莱氏体钢，型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火需进行锻造、退火,目的同高速钢目的同高速钢.l 常用钢号为常用钢号为Cr12和和Cr12MoV 用于制造冷冲模、用于制造冷冲模、挤压模等。挤压模等。最终热处理最终热处理:淬火淬火+低温回火低温回火使用状态下的组织使用状态下的组织:M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 热作模具钢热作模具钢o 制造使加热金属或液态制造使加热金属或液态金属成型模具钢种金属成型模

35、具钢种.1、性能要求、性能要求 高温下良好的综合力学性能。高温下良好的综合力学性能。抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。高的淬透性和良好的导热性。高的淬透性和良好的导热性。热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯热镦模热镦模凸缘模凸缘模2、常用钢种、常用钢种 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo、5CrMnMoo 前者用于大型热锻模，后前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模者用于中小型热锻模.o 成分特点、合金元素作用成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。及热处理同调质钢。o 使用状态下的组织使用状态下的组织:S回回 压铸模钢压铸模钢o 典型钢号是典型钢号是3Cr2W8V,为过共析钢为过共析钢.o 中碳中碳(0.

36、30.4%C),合金元素作用同高速钢。合金元素作用同高速钢。W、Cr提高抗热疲劳性能提高抗热疲劳性能.o 淬火淬火+回火后组织：回火后组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)型板压铸模型板压铸模压铸工艺压铸工艺汽车四缸压铸模o 制造各种量具用钢。如制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、千分尺、卡尺、块规、塞规等。塞规等。三、量具钢三、量具钢卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺1、性能要求、性能要求o 量具在使用过程中与被测零量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。件接触，承受摩擦和冲击。高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。足够的韧性。足够的韧性。渐开

37、线花键环渐开线花键环规、塞规规、塞规矩形花键环矩形花键环规、塞规规、塞规光面量规光面量规2、量具用钢、量具用钢 低碳钢渗碳、中碳钢表面低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火淬火。碳素工具钢、低合金工具碳素工具钢、低合金工具钢两者用于尺寸小、形状简单钢两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。、精度要求不高的量具。滚动轴承钢、冷作模具钢，滚动轴承钢、冷作模具钢，用于制造精密量具。用于制造精密量具。不锈钢用于制造接触腐蚀介不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。质的量具。量块量块電子卡尺電子卡尺3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点 淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。淬火前预备热处理采用球化退火或调质

38、处理。下限温度淬火及冷处理。目的是减少下限温度淬火及冷处理。目的是减少A。长时间低温时效，以消除内应力，降低长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。马氏体的正方度。量规量规化工管道化工管道的腐蚀的腐蚀裂解管内裂解管内壁的高温壁的高温腐蚀减薄腐蚀减薄o化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。o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、不锈钢一、不锈钢l在腐蚀介质中具有耐在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。蚀性能的钢。金属的腐蚀金属的腐蚀l金属的腐蚀分化学腐金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。蚀和电化学腐蚀。5 不锈钢与耐热钢 o 不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池

39、。防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：o 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。o 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。o 使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。ZnZnZn-Cu原电池示意图原电池示意图珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解液电解液 不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用1、低碳低碳：碳高，则降低耐蚀性。：碳高，则降低耐蚀性。2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素：是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜.Cr含量大于含量大于13%时，形成单相铁时，形成单相铁素体组织。素体组织。提高基体电极电位提高基体电极电位(n/8规

40、律规律)3、Ni：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。4、Mo：耐有机酸腐蚀。：耐有机酸腐蚀。5、Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀.o 晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大.o 它是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到含量降到12%以下，在介质以下，在介质o 加加 Ti、Nb则先于则先于Cr与与C形成不易溶于奥氏体的碳化物形成不易溶于奥氏体的碳化物,避免晶界贫避免晶界贫Cr。奥氏体不锈钢晶界奥氏体不锈钢晶界的的Cr23C6析出析出晶间腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀破坏304不锈钢不锈

41、钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架 常用不锈钢常用不锈钢1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢o 主要是主要是Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr134Cr13o 随含碳量提高，强度、随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降.1Cr13、2Cr13o 热处理热处理:淬火淬火+高温回火高温回火o 使用状态下的组织使用状态下的组织:S回回不锈钢棒不锈钢棒o 1Cr13、2Cr13具具有耐大气有耐大气、蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀能力及良好的综合力能力及良好的综合力学性能。学性能。用于要求塑韧性用于要求塑韧性较高的耐蚀件，较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等如汽轮机叶片等.汽轮机叶片汽轮机叶片透平转透平转轮

42、轮 3Cr13、4Cr13o 热处理：淬火热处理：淬火+低温回火。低温回火。o 使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回回。o 具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。o 用于要求耐蚀、耐磨件，医用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。疗器械、量具等。医疗器械医疗器械不锈钢刀不锈钢刀1Cr17削片削片刀刀2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢o 典型钢号如典型钢号如0Cr13、1Cr17等。等。成分：高铬低碳成分：高铬低碳 无无相变，不能进行热相变，不能进行热处理强化。处理强化。组织：单相铁素体组织：单相铁素体钢中钢中相相 性能特点性能特点o 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：耐酸蚀，抗氧化

43、能力强，塑性好。但有脆化倾向：475脆化：加热到脆化：加热到450550停留，产生脆化停留，产生脆化.再加热到再加热到600快快冷可消除。冷可消除。相脆化：相脆化：在在600 800长期长期加热时，析出硬而加热时，析出硬而脆的脆的 相。相。用途用途o 广泛用于硝酸和氮肥工业广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。的耐蚀件。硝酸生产装置硝酸生产装置铁素体不锈钢制品铁素体不锈钢制品3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢o 主要是主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性,无磁性。无磁性

44、。热处理：固溶处理热处理：固溶处理(即加热到即加热到1100使碳化物溶解后水使碳化物溶解后水冷。冷。)l组织为单相奥氏体。组织为单相奥氏体。不锈钢带不锈钢带 常用钢种常用钢种1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Tio 广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道.反应釜反应釜(316L)大型化工储罐大型化工储罐(304)热交换器热交换器(316L)应力腐蚀应力腐蚀o 奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。的介质

45、中发生，裂纹为树枝状。发生应力腐蚀奥氏发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹 性能要求性能要求1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性：o 指钢在高温下对氧化作指钢在高温下对氧化作用的抗力。用的抗力。o 钢中加入钢中加入Cr、Si、Al可形成可形成致密稳定的氧化致密稳定的氧化膜膜，阻碍氧进一步扩散，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。，提高抗氧化性。二、耐热钢二、耐热钢气轮机叶片气轮机叶片飞机发动机飞机发动机过热器过热器2、高的热强性、高的热强性o 热强性是指金属在热强性是指金属在高温下的强度高温下的强度.o 指标为蠕变强度和指标为蠕变强度和持久强度。持久强度。o 蠕变指

46、金属在高温蠕变指金属在高温低于低于s的应力下所的应力下所发生的极其缓慢的发生的极其缓慢的塑性变形塑性变形.提高高温强度的途径提高高温强度的途径:o 固溶强化；固溶强化；o 析出强化；析出强化；o 晶界强化晶界强化(加入加入B、Zr等降低晶界能量等降低晶界能量)高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰 常用耐热钢常用耐热钢1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢o 常用钢号为常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金，是低合金钢。钢。合金元素作用：合金元素作用：o Cr提高

47、抗氧化性；提高抗氧化性；o Mo提高热强性提高热强性(T再再);o V弥散强化。弥散强化。热处理：热处理：正火正火+高温回火高温回火 组织组织:F+P 用途：用途：600以下以下的锅炉零件的锅炉零件,压力容压力容器，热交换器等。器，热交换器等。烟管式锅炉烟管式锅炉锅炉管锅炉管2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢o 常用钢号为常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2 合金元素作用：合金元素作用：o Cr、Si提高抗氧化性提高抗氧化性;o Mo提高热强性提高热强性(T再再);o V弥散强化。弥散强化。热处理：调质。热处理：调质。组织：组织：S回回。汽轮机叶片汽轮机叶片 用途：用途：1Cr1

48、3、1Cr11MoV用于用于550以下汽轮机以下汽轮机叶片；叶片；o 4Cr9Si2是汽车阀门用钢。是汽车阀门用钢。汽车阀门汽车阀门锅炉安全泄压阀锅炉安全泄压阀(2Cr13)过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱3、奥氏体耐热钢、奥氏体耐热钢o 最典型钢号是最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。o Cr的作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗氧化性；o Ni的作用是获得单相奥氏体的作用是获得单相奥氏体;o Ti的作用是弥散强化。的作用是弥散强化。o 热处理采用固溶处理热处理采用固溶处理o 组织为单相组织为单相A。o 主要用于过热器管道等。主要用于过热器管道等。第二节 铸铁o 铸铁是含碳量大于铸铁是含

49、碳量大于2.11%并并含有较多含有较多硅、锰、硫、磷硅、锰、硫、磷等元等元素的多元铁基合金。素的多元铁基合金。o 铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。而是应用最广泛的材料之一。o 例如，机床床身、内燃机的例如，机床床身、内燃机的汽缸体汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造、曲轴等都可用铸铁制造.铸铁曲轴铸铁曲轴内燃机汽缸内燃机汽缸一、铸铁的石墨化过程一、铸铁的石墨化过程1、Fe-Fe3C 和和 Fe-G(石石墨墨)双重相图双重相图o Fe3C是亚稳相是亚稳相，在一定，在一定

50、条件下将发生分解：条件下将发生分解：Fe3C3Fe+G（石墨）（石墨）共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体球墨铸铁基体球墨铸铁1 概述概述o 石墨是碳的单质之一，石墨是碳的单质之一，其强度、塑性其强度、塑性、韧性几韧性几乎为零。乎为零。o 铸铁中的碳除少量固溶铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化于基体中外，主要以化合态的渗碳体合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)两两种形式存在。种形式存在。存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和Fe-G双重相图L+GL+Fe3C2、铸铁的石墨化过程、铸铁的石墨化过程o 铸铁中的碳原子析出形铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨成石墨的过程称为石

51、墨化。化。o 铸铁中的石墨可以在结铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出晶过程中直接析出,也也可以由渗碳体加热时分可以由渗碳体加热时分解得到。解得到。石墨化分两个阶段：石墨化分两个阶段：(1)在在PSK线以上发生的线以上发生的石墨化称为第一阶段石石墨化称为第一阶段石墨化。墨化。o 包括结晶时一次石墨包括结晶时一次石墨、二二次石墨、共晶石墨的析次石墨、共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体及共晶渗、二次渗碳体及共晶渗碳体的分解碳体的分解.P(2)在在PSK线以下发线以下发生的石墨化称为第二生的石墨化称为第二阶段石墨化。包括冷阶段石墨化。包括冷却时共析石墨的析出却时共析石墨

52、的析出和加热时共析渗碳体和加热时共析渗碳体的分解。的分解。o 石墨化程度不同，所石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组得到的铸铁类型和组织也不同。织也不同。P铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）（以共晶铸铁为例）石墨化进行程度 铸铁的显微组织 铸铁类型 第一阶段石墨化 第二阶段石墨化 完全进行完全进行F+G 灰口铸铁部分进行F+P+G未进行P+G部分进行未进行Ld+P+G麻口铸铁未进行未进行Ld白口铸铁 2.54.0%C 1.03.0%Sio Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。等元素对石墨化有促进作用。o S、Mn、Cr、W、Mo、

53、V等元素阻碍石墨化。等元素阻碍石墨化。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶p P虽然可促进石墨化虽然可促进石墨化,但但其含量高时易在晶界上其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高耐磨铸铁中磷含量偏高(达达0.3%以上以上)。冷却速度的影响冷却速度的影响o 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按铸件冷却缓慢，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。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铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响 l快冷时由于快冷时由于过冷度大，

54、过冷度大，结晶将按结晶将按 Fe-FeFe-Fe3 3C C相相图进行图进行,不不利于石墨化利于石墨化.二、二、铸铁的特点及分类铸铁的特点及分类1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点o 钢的基体钢的基体+G（石墨）（石墨）F+GF+P+GP+G 耐磨性能好。耐磨性能好。石墨本身有润滑作用。石墨本身有润滑作用。消振性能好。消振性能好。石墨可以吸收振动能量。石墨可以吸收振动能量。铸造性能好。铸造性能好。成分接近于共晶成分接近于共晶 切削性能好。切削性能好。石墨使车屑容易脆断，石墨使车屑容易脆断，不粘刀。不粘刀。2、铸铁的性能特点、铸铁的性能特点 力学性能低。力学性能低。石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，

55、破石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。坏了基体的连续性，且易导致应力集中。铸铁与铸钢的强度比较铸铁与铸钢的强度比较3、铸铁的分类与牌号表示方法、铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁名称 石墨形态 基体组织 编 号 方 法 牌号实例 灰 铸 铁 片状FHT+一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值，单位数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。HT100F+PHT150PHT200 可 锻铸铁 团絮状FKTH+两组数字KTB+两组数字KTZ+两组数字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分

56、别为分别为黑心、白心、珠光体可锻黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表铸铁代号；第一组数字表示最低抗拉强度值，示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长第二组数字表示最低伸长率值，率值，%铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁的分类与牌号表示方法（续）铸铁名称 石墨形态 基体组织 编 号 方 法 牌号实例 球 墨 铸 铁 球状FQT+两组数字两组数字 第一组数字表示最低抗拉强第一组数字表示最低抗拉强度值，度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，第二组数字表示最低伸长率值，%。“QT”表示表示 球墨铸铁代号球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕 墨铸 铁 蠕

57、虫状FRuT+一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号表示蠕墨铸铁代号 RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类工业铸铁的成分范围与组织工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷快冷白口铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁珠光体可锻铸铁铁素体可锻铸铁石墨化退火中速冷却缓冷珠光体蠕墨铸铁铁素体蠕墨铸铁Si/Mg/Ce2 常用铸铁一、灰口铸铁o 灰口铸铁是指石墨呈片状分布的铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。1、组织l灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢灰铸铁的组织是由液态铁水缓

58、慢冷却时通过石墨化过程形成的，冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。铁素体加珠光体三种。灰铸铁灰铸铁 的显微的显微组织组织 铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌石墨片的三维形貌2、孕育处理、孕育处理细化片状石墨细化片状石墨o 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。o 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙3、热处理o 热处理只改变基体组织，不改变石热处理只改变

59、基体组织，不改变石墨形态。墨形态。o 灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。o 灰铸铁常用的热处理有：消除内应力退火(又称人工时效)消除白口组织退火 表面淬火 灰铸铁件灰铸铁件汽缸套汽缸套活塞环活塞环4、用途o 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大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 o 石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。1、组织：、组织：基体

60、基体(F、P)团絮状团絮状G2、性能：强度为碳钢、性能：强度为碳钢的的4070%，接近于铸接近于铸钢钢。名名为可锻，实不可锻为可锻，实不可锻 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织 黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火3、用途、用途o 用于制造形状复杂且承受振动用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如载荷的薄壁小型件，如汽车、汽车、拖拉机的前后轮壳拖拉机的前后轮壳、管接头、管接头、低压阀门低压阀门等。等。可锻铸铁管件可锻铸铁管件三、三、球墨铸铁球墨铸铁o 石墨呈球形石墨呈球形1、组织：、组织：基体（基体（F、F+P、P）+球状球状

61、Go 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的球状石墨是液态铁水经球化处理得到的o 球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁l为避免白口，并使石墨细小均匀，为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。在球化处理同时还进行孕育处理。l常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织 铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁中的石墨球 2、性能与热处理o 强度是碳钢的强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强

62、比。球墨铸铁的突出特点是屈强比(0.2/b)高高,约为约为0.70.8,而钢一般只有而钢一般只有0.30.5。l球墨铸铁可进球墨铸铁可进行各种热处理行各种热处理,如退火、正火、如退火、正火、淬火加回火、淬火加回火、等温淬火等。等温淬火等。球墨铸铁的热处理特点是：o 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高;o 淬透性比碳钢高;o 奥氏体中碳含量可控。制品制品(轧辊与辊环轧辊与辊环)贝氏体基球墨铸铁贝氏体基球墨铸铁3、用途、用途o 承受震动、载荷大承受震动、载荷大的零件，如曲轴、的零件，如曲轴、传动齿轮等。传动齿轮等。核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴四、蠕墨铸铁

63、o 蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁.o 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的.o 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。l蠕墨铸铁的组织：蠕墨铸铁的组织：基体（基体（F、F+P、P）+蠕虫状蠕虫状G 蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体o 蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球

64、墨铸铁球墨铸铁o 蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓五、特殊性能铸铁五、特殊性能铸铁1、耐磨铸铁、耐磨铸铁 干摩擦干摩擦 湿摩擦（有润滑情况）湿摩擦（有润滑情况）高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性软基体软基体+硬质点硬质点P灰口铸铁灰口铸铁+Cr、Mo、W、Cu、Ti、V白口铁白口铁强度、韧性、耐磨性强度、韧性、耐磨性

65、2、耐热铸铁（、耐热铸铁（RT）3、耐蚀铸铁、耐蚀铸铁 +Cr、Al、Si常用：常用：Si 系系、Al-Si系系+Cr、Al、Si第三节第三节 有色金属及其合金有色金属及其合金 l在工业生产中，通在工业生产中，通常把铁及其合金称常把铁及其合金称为为黑色金属黑色金属，把其，把其他非铁金属及其合他非铁金属及其合金称为金称为有色金属有色金属。o 有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，有许多优良的特性，如特殊的电、磁、如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能热性能，耐蚀性能及高的比强度及高的比强度(强度强度与密度之比与密度之比)等，已等，

66、已成为现代工业中不成为现代工业中不可缺少的金属材料可缺少的金属材料.AlFe各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比铝锭铝锭1 1 铝及铝合金铝及铝合金 一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 1、纯铝、纯铝o具有银白色金属光泽，具有银白色金属光泽，密度小密度小(2.72g/cm3)，熔点低，熔点低(660.4),导电、导热性能导电、导热性能优良。优良。o耐大气腐蚀耐大气腐蚀，易于加工成形，易于加工成形。o具有具有面心立方晶格面心立方晶格，无同素异构转变，无同素异构转变，无磁性。，无磁性。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼2、铝合金、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既具有高强度又保持纯铝的优良特性 o 加入的元素主要有加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外等，此外还有还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。等辅加元素。铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件o 铝合金分为变形铝合金分为变形铝合金和铸造铝铝合金和铸造铝合金两大类。合金两大类。o 变形铝合金又分变形铝合金又分为可热处理强化为可热处理强化和不可热处理强和不可热处理强化两