常用金屬材料及性能

1、 退出退出(1) 我國現(xiàn)行鋼分類與牌號的特點我國現(xiàn)行鋼分類與牌號的特點有統(tǒng)一國標，鋼號直觀、實用，并靠近國際標準。有統(tǒng)一國標，鋼號直觀、實用，并靠近國際標準。按按Wc：低碳鋼（低碳鋼（0.25%）；）； 中碳鋼（中碳鋼（0.250.60%）; 高碳鋼（高碳鋼（0.60%）。）。按冶金質量：按冶金質量：普通鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼和特級優(yōu)質普通鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼和特級優(yōu)質 鋼。鋼。按脫氧程度：按脫氧程度：沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。按用途、成分、性能和熱處理特點（最實用）。按用途、成分、性能和熱處理特點（最實用）。表表5-15-1圖圖5-15-1

2、要要 求：求：會識別、（圖紙上）一看就明白。會識別、（圖紙上）一看就明白?；绢愋停夯绢愋停簝深悆深惾缛鏠235AF（常簡寫成（常簡寫成 Q235，不保證化學成分）。，不保證化學成分）。碳與合金元素含量。碳與合金元素含量。 例例1. 45 Wc=0.45%的優(yōu)質鋼。的優(yōu)質鋼。 例例2. 08F Wc=0.08%的沸騰鋼。的沸騰鋼。 例例3. 40Cr Wc=0.40%及及Wcr=1%。記憶方式與技巧介紹。記憶方式與技巧介紹。表表5-25-2 保證力學性能：保證力學性能：一般用途；以型材（棒、板、型鋼）供一般用途；以型材（棒、板、型鋼）供應。應。組組 織織 狀狀 態(tài)：態(tài)：軋后空冷、軋后空冷、F

3、+P；不再熱處理。設計時；不再熱處理。設計時注意尺寸效應。注意尺寸效應。典典 型型 牌牌 號：號：Q235。表表5-35-3添加少量合金元素（添加少量合金元素（Nb、V等）起各種強化作用。等）起各種強化作用。用于重要工程結構（橋梁、壓力容器等），能減輕自用于重要工程結構（橋梁、壓力容器等），能減輕自 重、降低成本等。重、降低成本等。典型牌號：典型牌號：Q295、Q420等。等。表表5-45-4 Ws、 Wp 0.035 %性能特點：性能特點：隨隨Wc升高，強度和硬度提高，塑、韌性有所下降。升高，強度和硬度提高，塑、韌性有所下降。零件制造中若經(jīng)過熱處理，可大幅度提高性能零件制造中若經(jīng)過熱處理，可

4、大幅度提高性能(強度強度)。 應用應用: 0825(15Mn)：低碳鋼，塑性好，可焊性好，直接沖壓低碳鋼，塑性好，可焊性好，直接沖壓成形或作焊接件。成形或作焊接件。 1525：低碳鋼，可作滲碳用鋼。低碳鋼，可作滲碳用鋼。 3055：中碳鋼，經(jīng)調質處理做較重要的機器零件。中碳鋼，經(jīng)調質處理做較重要的機器零件。 60： 中高碳鋼，淬火中高溫回火，一般彈簧及較中高碳鋼，淬火中高溫回火，一般彈簧及較 高強度零件。高強度零件。表表5-55-5用途及性能特點：用途及性能特點：用于承受較大沖擊負荷、同時表面經(jīng)受強烈摩擦磨損的零用于承受較大沖擊負荷、同時表面經(jīng)受強烈摩擦磨損的零件件(如換檔齒輪等如換檔齒輪等)

5、。經(jīng)滲碳及淬、回火后，表硬內韌。經(jīng)滲碳及淬、回火后，表硬內韌。合金化原則：合金化原則：低碳低碳(0.25%)，保證滲碳及熱處理后表、里的良好配合，保證滲碳及熱處理后表、里的良好配合。加提高淬透性元素，加提高淬透性元素，Cr、Mn、Ni、B等，保證心部良等，保證心部良好強韌性。好強韌性。加加V、Ti、W等，阻止?jié)B碳時晶粒長大。等，阻止?jié)B碳時晶粒長大。熱處理特點：熱處理特點：一般滲碳后預冷、直接淬火低溫回火一般滲碳后預冷、直接淬火低溫回火 (55HRC)。常常 用用 鋼鋼 種：種：低淬透性低淬透性15(20)、20Cr； 中淬透性中淬透性20CrMnMo、20MnTiB； 高淬透性高淬透性18Cr

6、2Ni4W、20Cr2Ni4。表表5-65-6用途及性能特點：用途及性能特點： 高強度（承受較大負荷）及高韌性（防止斷裂事故）的高強度（承受較大負荷）及高韌性（防止斷裂事故）的 重要零件（如機床主軸）具有良好的綜合力學性能。重要零件（如機床主軸）具有良好的綜合力學性能。合金化原則：合金化原則：中碳（中碳（0.300.5%），保證熱處理后足夠強度，又不致），保證熱處理后足夠強度，又不致太脆。太脆。加淬透性元素（加淬透性元素（Cr、Ni、Mn、Si、B），保證大截面），保證大截面均一的性能。均一的性能。 細化晶粒元素（細化晶粒元素（V、W、Mo等）。等）。加加Mo，消除回火脆性。，消除回火脆性。熱

7、處理：熱處理：調質即調質即淬火淬火+高溫回火高溫回火（500650） 。常用典型鋼種：常用典型鋼種：低淬透性低淬透性:45、40Cr、40MnB； 中淬透性中淬透性:35CrMo、30CrMnSi； 高淬透性高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo。表表5-75-7用途、性能：用途、性能： 承受較大負荷的彈簧；高的承受較大負荷的彈簧；高的e、-1及及s/b。合金化：合金化： 中、高碳（中、高碳（0.450.9%）；）； 加加Sie及（及（s/b）； 加加Mn、Si、或、或Cr淬透性淬透性； 加加Mo、W、V細化晶粒（重要彈簧）。細化晶粒（重要彈簧）。熱處理：熱處理： 淬火中溫回火，回火屈氏

8、體淬火中溫回火，回火屈氏體 4248HRC。常用鋼種：常用鋼種： 65；65Mn；60Si2Mn；50CrV。表表5-85-8 加加S、Pb、Ca、P等（減摩、易斷屑等），提高切削加等（減摩、易斷屑等），提高切削加工性，強度次要。工性，強度次要。 特特 點：點：直接鑄造成零件的結構鋼，用于形狀復雜、直接鑄造成零件的結構鋼，用于形狀復雜、 性能要求較高的場合。重型機械，礦山、工性能要求較高的場合。重型機械，礦山、工 程機械等。程機械等。 成成 分：分：低、中碳。低、中碳。 熱處理：熱處理：進行正火、退火，重要件進行淬火、回火。進行正火、退火，重要件進行淬火、回火。表表5-95-9用途、性能：用途

9、、性能： 軸承零件；高抗壓強度、疲勞強度、高硬度與耐磨性。軸承零件；高抗壓強度、疲勞強度、高硬度與耐磨性。合合 金金 化：化： 高碳（高碳（0.951.15%），），0.41.65%Cr，以及特殊要，以及特殊要求的成分。求的成分。 S、P要求嚴，冶金質量高。要求嚴，冶金質量高。熱熱 處處 理：理：球化退火（預先熱處理）及淬火、低溫回球化退火（預先熱處理）及淬火、低溫回 火，火，6064HRC。典典 型型 鋼鋼 種：種：GCr15（中小型軸承）（中小型軸承）; G20Cr2Ni4（大型滲碳軸承）（大型滲碳軸承）; 9Cr18（不銹軸承）。（不銹軸承）。表表5-105-10 用途、性能：用途、性能

10、： 較高切削的刀具；高硬度、高耐磨性及高熱硬性。較高切削的刀具；高硬度、高耐磨性及高熱硬性。 合金化（高速鋼）：合金化（高速鋼）： 高碳（高碳（c c0.8%0.8%）, ,以形成大量碳化物，保證高硬度、以形成大量碳化物，保證高硬度、高耐磨性。高耐磨性。 較多較多W W與與MoMo（10%10%）, ,產(chǎn)生產(chǎn)生W W2 2C C、MoMo2 2C C等細小彌散硬化，等細小彌散硬化，保證熱硬性。保證熱硬性。 4%Cr4%Cr，淬透性。，淬透性。 加加V V，提高硬度、耐磨性。，提高硬度、耐磨性。 熱熱 處處 理：理：預先熱處理；預先熱處理；1200-1300 1200-1300 高溫淬火高溫淬火

11、+3+3次次 560560回火回火, ,回火馬氏體回火馬氏體+ +碳化物碳化物,62,6266HRC66HRC。 典型鋼種：典型鋼種：W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V、W18Cr4VW18Cr4V。 圖圖5-25-2圖圖5-35-3 表表5-135-13 表表5-115-11 表表5-125-121)1)冷作模具鋼：高碳（合金）鋼。冷作模具鋼：高碳（合金）鋼。 用途、性能：用途、性能：各種冷沖壓、冷成型模具；高硬度高耐各種冷沖壓、冷成型模具；高硬度高耐 磨性、足夠整體強度與韌性。磨性、足夠整體強度與韌性。 合金化：合金化：高碳高碳WcWc0.60.

12、60.7%0.7%； 淬透性元素：主加淬透性元素：主加CrCr，另，另MnMn、SiSi； MoMo、V V細化晶粒細化晶粒;Cr;Cr、MoMo、W W、V V提高耐磨性。提高耐磨性。 熱處理：熱處理： 淬火淬火+ +低溫回火，低溫回火，58HRC58HRC，細小馬氏體，細小馬氏體+ +碳化物碳化物+ +少少 量殘余奧氏體。量殘余奧氏體。 典典 型型 鋼鋼 種：種： T8T8、T10T10、T12T12；9Mn2V9Mn2V、9SiCr9SiCr、GCr15GCr15、 Cr12MoVCr12MoV、65Nb65Nb、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。2)2)熱作模具鋼：中碳合金鋼熱

13、作模具鋼：中碳合金鋼用途、性能：用途、性能： 鍛模、熱擠壓模、熱彎模等；耐熱性、高溫強度，鍛模、熱擠壓模、熱彎模等；耐熱性、高溫強度，耐熱耐熱 疲勞，高淬透性。疲勞，高淬透性。合金化：合金化： 中碳（中碳（0.30.30.6%0.6%）, ,保證強度、韌性等。保證強度、韌性等。 CrCr、W W、SiSi（抗熱疲勞）；（抗熱疲勞）；MoMo、W W、V V（高溫強度）；（高溫強度）； CrCr、MoMo、W W等多元（淬透性）。等多元（淬透性）。熱處理：熱處理： 淬火、中溫回火（高于工作溫度），淬火、中溫回火（高于工作溫度），353550HRC50HRC，回，回火屈氏體、回火馬氏體?；鹎象w、

14、回火馬氏體。典型鋼種：典型鋼種： 4545、40Cr(40Cr(很少用很少用) )；5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo； 3Cr2W8V3Cr2W8V；H11(4Cr5MoSiV)H11(4Cr5MoSiV)、H13(Cr5MoSiV1)H13(Cr5MoSiV1)。 用途、性能：用途、性能： 各種量具（卡尺、塊規(guī)等）；高硬度、高耐磨性，各種量具（卡尺、塊規(guī)等）；高硬度、高耐磨性，高尺寸穩(wěn)定性。高尺寸穩(wěn)定性。 合金化：合金化： 高碳（高碳（0.8%）；）；Cr、Mn、Si 等（淬透性）；等（淬透性）；Cr、W等（耐磨性）。等（耐磨性）。 熱處理：熱處理： 淬火淬火+（冷

15、處理）（冷處理）+多次回火，使殘余奧氏體轉變及多次回火，使殘余奧氏體轉變及穩(wěn)定尺寸。穩(wěn)定尺寸。 典型鋼種：典型鋼種： 9SiCr、CrWMn、GCr15 或滲碳鋼，硬質合金。或滲碳鋼，硬質合金。用途、性能：用途、性能： 腐蝕環(huán)境中的工作零件；耐蝕性及附加力學性能（強腐蝕環(huán)境中的工作零件；耐蝕性及附加力學性能（強 度、硬度）等。度、硬度）等。合金化：合金化：加加CrCr（121213%13%）提高電極電位、鈍化能力，使耐蝕）提高電極電位、鈍化能力，使耐蝕性性。加足夠加足夠NiNi或或Cr Cr ，呈單相奧氏體或單相鐵素體狀態(tài)。，呈單相奧氏體或單相鐵素體狀態(tài)。加加TiTi、NbNb等與碳形成穩(wěn)定晶

16、內碳化物，使晶間腐蝕等與碳形成穩(wěn)定晶內碳化物，使晶間腐蝕?？杉涌杉覯nMn、N N代代NiNi奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼。熱熱 處處 理：理：A 不銹鋼：不銹鋼：固溶處理固溶處理(高溫快冷高溫快冷)； F 不銹鋼：不銹鋼：退火處理；退火處理； M不銹鋼：不銹鋼：淬火、回火。淬火、回火。典型鋼種：典型鋼種：A 不銹鋼：不銹鋼：1Cr18Ni9Ti； F 不銹鋼：不銹鋼：1Cr17； M不銹鋼：不銹鋼：3Cr13，9Cr18。表表5-145-14上上表表5-145-14下下用途、性能：用途、性能： 高溫下工作零件（如鍋爐管道）；高溫強度、抗氧高溫下工作零件（如鍋爐管道）；高溫強度、抗氧化性等。化性

17、等。合金化：合金化： 低、中碳；低、中碳； Cr Cr、NiNi、SiSi、MoMo等固溶強化；等固溶強化； CrCr、SiSi、AlAl等抗氧化；等抗氧化； V V、W W、MoMo形成穩(wěn)定碳化物彌散強化。形成穩(wěn)定碳化物彌散強化。熱處理（視用途而定）和典型鋼種。熱處理（視用途而定）和典型鋼種。表表5-155-15一定條件下：一定條件下：Fe3C（亞穩(wěn)態(tài)）（亞穩(wěn)態(tài)） 3Fe+G（穩(wěn)定態(tài)）（穩(wěn)定態(tài)） 碳呈化合態(tài)的碳呈化合態(tài)的Fe3C和共晶萊氏體；極脆，稱白口鑄鐵和共晶萊氏體；極脆，稱白口鑄鐵（斷口白殼），應用很有限。（斷口白殼），應用很有限。碳呈游離態(tài)的石墨，（碳呈游離態(tài)的石墨，（G）具有多種形

18、態(tài)，鑄造性能優(yōu)）具有多種形態(tài)，鑄造性能優(yōu) 良，應用廣泛。良，應用廣泛。圖圖5-45-41) 共性：共性： 成成 分：高碳、高硅（易形成分：高碳、高硅（易形成G）及雜質）及雜質S、P較寬較寬 （成本低廉、易澆注）。（成本低廉、易澆注）。 組組 織：鋼基（織：鋼基（F、F+P、P等）等）+G。 性性 能：能：G的存在，具有多重性影響。的存在，具有多重性影響。 分析基點：分析基點：G作為空洞或裂紋看待。作為空洞或裂紋看待。割裂基體，承載面積割裂基體，承載面積 b，k。 G 本身應力集中本身應力集中鑄鐵易脆斷。鑄鐵易脆斷。 G是裂紋萌生及擴展通道是裂紋萌生及擴展通道抗壓不抗拉，宜作承壓件?？箟翰豢估?，

19、宜作承壓件。 G存在存在加工性能好（鑄造、切削加工）；減震減摩；加工性能好（鑄造、切削加工）；減震減摩； 較小缺口敏感性。較小缺口敏感性。2)各類鑄鐵的特點各類鑄鐵的特點灰鑄鐵灰鑄鐵 : 直接結晶獲得、成分亞共晶。直接結晶獲得、成分亞共晶。 特點：特點：片片G應力集中、割裂基體嚴重；鑄造性能最好。應力集中、割裂基體嚴重；鑄造性能最好。 應用：應用：承壓或受力不大的形狀復雜件或薄壁件（如箱體承壓或受力不大的形狀復雜件或薄壁件（如箱體等）。等）。 典型牌號：典型牌號：HT200?？慑戣T鐵可鍛鑄鐵: 鐵水鐵水白口鐵白口鐵石墨化退火石墨化退火 Fe3C分解為團絮狀分解為團絮狀G。 特點：特點：性能優(yōu)于

20、灰鑄鐵（但并不可鍛），工藝復雜。性能優(yōu)于灰鑄鐵（但并不可鍛），工藝復雜。 應用：應用：一定承載能力的結構件。一定承載能力的結構件。 典型牌號：典型牌號：KTH35010。圖圖5-55-5圖圖5-65-6圖圖5-75-7圖圖5-85-8表表5-165-16圖圖5-95-9表表5-175-17球墨鑄鐵（球鐵）：球墨鑄鐵（球鐵）： 直接結晶、球化處理（加稀土鎂球化劑）。直接結晶、球化處理（加稀土鎂球化劑）。特點：特點：高碳高硅（接近共晶成分）、雜質少；強度和塑高碳高硅（接近共晶成分）、雜質少；強度和塑性改善，基體作用加強，性能在鑄鐵中最好。性改善，基體作用加強，性能在鑄鐵中最好。應用：應用：沖擊負荷

21、不大時可代鋼（如柴油機曲軸）。沖擊負荷不大時可代鋼（如柴油機曲軸）。典型牌號：典型牌號：QT45010。蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 ： 直接結晶獲得（直接結晶獲得（G形態(tài)介于片狀與球狀之間），力學性形態(tài)介于片狀與球狀之間），力學性 能明顯優(yōu)于灰鑄鐵、劣于球鐵，加工性能等優(yōu)于球鐵。能明顯優(yōu)于灰鑄鐵、劣于球鐵，加工性能等優(yōu)于球鐵。 RuT300等。等。 表表5-185-18石墨化退火：石墨化退火：生產(chǎn)可鍛鑄鐵，消除鑄件薄壁處白口。生產(chǎn)可鍛鑄鐵，消除鑄件薄壁處白口。去應力退火：去應力退火：用于各種鑄件。用于各種鑄件。正火、淬火回火：正火、淬火回火：主要用于球鐵（提高基體強度）。主要用于球鐵（提高基體強度）。純

22、鋁：導電導熱、抗大氣腐蝕；太軟。純鋁：導電導熱、抗大氣腐蝕；太軟。 比強度高（比強度高（高強鋼）。可用于輕結構件，尤其航高強鋼）?？捎糜谳p結構件，尤其航空?？?。 突出理化性能。導電、抗大氣腐蝕。突出理化性能。導電、抗大氣腐蝕。 良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金鑄造性良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金鑄造性能好，宜作壓鑄件。能好，宜作壓鑄件。 變形鋁合金：變形鋁合金： 不可時效強化的鋁合金：不可時效強化的鋁合金： 防銹鋁（防銹鋁（F F以左），單相固溶體，強度低、壓力加工性以左），單相固溶體，強度低、壓力加工性能好；用其優(yōu)良的耐蝕性能。牌號標記能好；用其優(yōu)良的耐蝕性能。牌號標記LFLF

23、。 可時效強化的變形鋁合金：可時效強化的變形鋁合金： 硬鋁（硬鋁（LYLY）、超硬鋁（）、超硬鋁（LCLC）和鍛鋁（）和鍛鋁（LDLD）。固溶時效）。固溶時效提高性能。提高性能。表表5-195-19圖圖5-105-10 鑄造鋁合金：鑄造鋁合金： 具有共晶轉變的合金，鑄造性能良好。具有共晶轉變的合金，鑄造性能良好。 提高性能方法：提高性能方法：變質細化粗鑄態(tài)組織；時效硬化。變質細化粗鑄態(tài)組織；時效硬化。 牌號牌號 ：ZALZAL或或ZLZL退火：退火：消除應力退火（消除應力退火（200200300300）；再結晶退火（）；再結晶退火（350350415415）。）。固溶時效硬化：固溶時效硬化：500500水冷水冷 + + 人工時效（人工時效（200200）或）或自然時效（自然時效（44天）。天）。表表5-205-20 較好的理化性能較好的理化性能 導電材料，導熱（純銅，汽車散熱器）；抗大氣、導電材料，導熱（純銅，汽車散熱器）；抗大氣、海水腐蝕（黃銅）。海水腐蝕（黃銅）。 良好