工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)第六章常用金屬材料.

1、工程材料與機(jī)械制at基礎(chǔ)f q-r-y寸 7士pC 4、尸dw.'pd第6章常用金屬材料§61工業(yè)用鋼二、合金鋼t 一、概述§6-2 鑄鐵 二、鑄鐵的石墨化及其影響因素I三、常用鑄鐵一、鋁及其合金§ 6-3有色金屬及其合金二、銅及其合金§6-1工業(yè)用鋼威素鋼(含碳量低于211%的鐵碳合金)1、常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼的性能的影響(1) a (Mn):鋼中有益元素，來(lái)源于煉鋼原料。作用：脫氧、去硫、固溶強(qiáng)化含量：一般MnO. 25-0. 80%。(2)硅(Si ):鋼中有益元素，來(lái)源于煉鋼原料。作用：0溶強(qiáng)化、脫氧.含量：一般Si<0. 4%.

2、67;6-1工業(yè)用鋼碳素鋼（含碳量低于2.11%的鐵碳合金）1、常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼的性能的影響（3）硫（S）:有害元素。生鐵和燃料帶來(lái)。不能除凈。會(huì)產(chǎn)生熱脆（使鋼在高溫時(shí)沿著晶界開(kāi)裂）。避免熱脆方法：1）控制S2）增加Mn, Mn+S-MnS 熔點(diǎn)高（16209）,顆粒狀分布在晶粒內(nèi)，高溫下有一定塑 性，避免發(fā)生熱脆。（4）磷（P）:有害元素。生鐵和燃料帶來(lái)。不能除凈。會(huì)產(chǎn)生冷脆（常溫下塑性降低，并使得鋼的焊接性能下 降）O應(yīng)嚴(yán)格控制P。§ 6-1工業(yè)用鋼碳素鋼2、碳鋼的分類（1）按鋼的含碳量分類<0. 25%C0. 25一0 6%C>0. 6%C （通常<1 4%）

3、低碳鋼 碳素鋼 < 中碳鋼I高碳鋼§6-1工業(yè)用鋼碳 2、碳鋼的分類（2）按鋼的質(zhì)量分（以磷、硫的含量劃分） 普通質(zhì)童鋼、優(yōu)質(zhì)鋼.高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼.鋼類碳素鋼合金鋼P(yáng)SPS<0,045G0459045<0.045<0.0350).0359.035<0,035<0.030S).030S).O25<0.025<0.0250020G025<0.015普通質(zhì)量鋼 優(yōu)質(zhì)鋼 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級(jí)鋼的磷、硫含量如下：§ 6-1工業(yè)用鋼2.碳素鋼 碳鋼的分類（3）按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼（一般為含碳量0.7%

4、的低、中碳鋼）用于制造各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件及機(jī) 器零件（如齒輪、軸、連桿、螺母等）等.破素工具鋼（一般為含碳量0.7%的高碳鋼）用于制造各種刀具、量具、模具等，在質(zhì)量上都是優(yōu)質(zhì) 鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。§ 6-1工業(yè)用鋼碳素鋼按冶煉方法分按爐別分轉(zhuǎn)爐煉鋼'按脫氧程度分I轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼彿騰鋼：脫氧不充分，澆注時(shí)C與0反應(yīng)發(fā)生 (F)沸騰。這種鋼成材率高，但不致密。 賢薩鋼：脫氧充分，組織致密，成材率低，I半鎮(zhèn)靜鋼：介于前兩者之間。*(Z)一、碳素鋼3碳鋼的牌號(hào)和用途§6-1工業(yè)用鋼牌號(hào)質(zhì)童 等級(jí)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))脫氧 方法CMnSiSP不大于Q235A()14

5、0. 22U300. 650.035().()450.045F、b、 ZB().140. 200300. 70C<0.180350. 800.0450.040ZD<0.17().035TZQ255A0180. 280400. 700.300.0500.045F、b、 ZB0-045§6-1工業(yè)用鋼一、碳素鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途我國(guó)鋼的編號(hào)方法：漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符 號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法.1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：Q+屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法（F、b、 Z, TZ ）四部分順序組成。由A到D,其P、S含量依次下降，質(zhì)童依（A、 B、 C、 D ,次提高）如：Q

6、235AF一、碳素鋼3.碳鋼的牌號(hào)和用途§6-1工業(yè)用鋼1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼成分：0. 4%C, P、S量較多.性能：可焊性、塑性好。熱處理：一般熱軋狀態(tài)供貨，大多不熱處理使用。使用狀態(tài)下組織：F+P用途：常以熱軋型材使用，約占鋼材總量的70%。用于建筑結(jié)構(gòu)，適合焊接、鉀接、栓接等.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能與用途牌號(hào)等 級(jí)化學(xué)成分/%力學(xué)性fig應(yīng)用舉例CMr>S>|s |P 6"WMpa6 b/M pa0 /%0195O 06-O120.25-0.500.30- 050. 045195315-39033用于制造受力不 大的尊件，如螺 釘.螺母.墊圈 等，焊接件、沖

7、壓件及橋梁建設(shè) 等金屬結(jié)構(gòu)件.Q2巧A0-30050. 04531B0. 09-0. 150- 045Q235A0. 14*0. 220,3*0.650, 0350- 050, 0 350. 015235375-16026B0. 12-0. 200,3-0.70CWO. 180.3-0,800- 040. 04DW0 170.035Q253AB0. 18-0. 280. 10-0. 700.30- 050.0150 045255410- 51024用于制造承受中 等荷的笨件， 如小軸銷子 連桿.農(nóng)機(jī)#件 等.02730.28-0. 380.5-0.8040.0350. 045275190-61

8、020§ 6-1工業(yè)用鋼碳素鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：為兩位數(shù)字，表示鋼平均含碳量的萬(wàn)分 之幾。如：45鋼（平均含碳量0. 45%C）若Mn含量較高（07%-12%）時(shí)，牌號(hào)后加Mn。如：20Mn. 65Mn等。用途: 耐磨性。制造刀具、模具、量具。要求其高硬度和§ 6-1 1業(yè)用鋼碳素鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)的性能與用途牌號(hào)性能用途08F、 10塑性好、強(qiáng)度低薄鋼板、冷沖壓 件、容器15、 20、25鋼滲碳后，表面可獲得高硬度、 高耐磨性，心部良好塑初性齒輪、連桿、軸 類零件55、60 以上鋼適當(dāng)熱處理后有高耐磨性、彈性

9、 極限和強(qiáng)度彈簧、鋼軌、車 輪、鋼絲繩等§ 6-1 X業(yè)用鋼碳素鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途3）碳素工具鋼0. 65%-135%C,屬高級(jí)優(yōu)質(zhì)高碳鋼。 牌號(hào)：T+數(shù)字+質(zhì)量級(jí)別，數(shù)字-平均含碳量的千分之幾；如:T8A（平均含碳量0. 8%C的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼）一、碳素鋼§ 6-1工業(yè)用鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途3）碳素工具鋼常用碳素工具鋼的牌號(hào)與熱處理溫度牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%淬火 溫度 /r回火 溫度 /TCCMaSiSP不大于T80.75-0. 84<0. 4 00. 350, 030. 035780-800180-200T100.95-1. 04<0. 400

10、. 350. 030. 035760-780180-200T121.15-1.24<0. 4 00. 350, 020. 035760-780180-200§6-1工業(yè)用鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途4）鑄造碳鋼鑄鋼是將冶煉的鋼水直接鑄造成形為零件而不 需鍛軋成形的鋼種。鑄鋼是重要的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，其工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本低，因而應(yīng)用廣泛。§6-1工業(yè)用鋼一、碳素鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途4）鑄遙碳鋼牌號(hào)：ZG+兩組數(shù)據(jù)。第1組數(shù)據(jù)-屈服強(qiáng)度；第2 組數(shù)據(jù)-抗拉強(qiáng)度。（厚度V 100鑄鋼件）如：ZG230-450o用途：形狀復(fù)雜零件、難用壓力加工法成型的， 用鑄鐵難滿足

11、性能要求的，可用鑄造碳鋼。一、碳素鋼§6-1工業(yè)用鋼3、r4) 鑄 造 碳AnQ TCr&MnMoV «*«Mnn <V«B碳鋼的牌號(hào)和用途；-q J05/03/20C3 0«、鑄鋼的分類與編號(hào)鑄銅牌 號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)*分?jǐn)?shù)）%力學(xué)性能（）應(yīng)用舉例CSiMnP、S叭/ MPaj/ MPaZ %ZJ/c m2ZG2 30-4500. 34502302245軋鋼機(jī)架、車 輛搖枕ZG270-5000.40. 500. 900. 045002701835飛槍、汽虹. 齒輪、軸承箱ZG310-5700. 50. 605703101530聯(lián)軸器

12、、重載機(jī)架.4一、碳素鋼3、碳鋼的牌號(hào)和用途§ 6-1工業(yè)用鋼§ 6-1工業(yè)用鋼合金鋼碳鋼：價(jià)格低，但力學(xué)性能低，淬透性低， 回火抗力差，不能滿足特殊性能要求（如耐熱、 耐低溫、耐蝕等）。合金鋼：在碳鋼的基礎(chǔ)上，加入某些合金 元素而得到的鋼。§6-1工業(yè)用鋼I2Utooto5*、Ni、7T,Mn1VJ il昭人tt*屮的令金元索訛X ionifr人體沖W含金兒« utx m§6-1工業(yè)用鋼二、鋼（一）合金元素在鋼中的主要作用鋼（一）合金元素在鋼中的主要作用1、固溶強(qiáng)化作用合金元素溶入鐵素體后，形成合金鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化, 使鐵素體的強(qiáng)度、硬度

13、提高，但塑性、韌性都有下降趨勢(shì)。2. 碳化物彌散強(qiáng)化作用與碳作用形成合金碳化物如（Fs Mn） 3CFe Mn Cr Mo W V Ti Nb Zr單獨(dú)形成特殊碳化物，如TiC、NbC、VC,具有 高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨的性能，且穩(wěn)定性極高.§6-1工業(yè)用鋼鋼（一）合金元素在鋼中的主要作用3、細(xì)晶強(qiáng)化作用除了 Mn、P促使奧氏體晶粒長(zhǎng)大外，其余合金 元素均有細(xì)化晶粒的作用。尤其是特殊碳化物，如TiC. NbC、VC,在鋼中彌散 分布，能強(qiáng)烈阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，顯著細(xì)化晶粒。§6-1工業(yè)用鋼（一）合金元素在鋼中的主要作用Cr. Mil、Mo、Si、Ni、B等.4. 提高鋼的淬

14、透性除Co外，合金元素的加 入使C曲線右移。即增大過(guò) 冷A的穩(wěn)定性，提高鋼的淬 透性。增強(qiáng)淬透性常用的元素有：合金元素還可能使C曲線形狀發(fā)生改變，甚至出現(xiàn)兩組C曲線®§6-1工業(yè)用鋼合金鋼（一）合金元素在鋼中的主要作用5、提高鋼的紅硬性紅硬性：工具鋼在高溫下保持高硬度的能力。提高鋼的回火穩(wěn)定性（回火抗力）：淬火鋼回火 時(shí)抵抗軟化的能力。有：Cr Mo W V Nb Si產(chǎn)生二次硬化：Mo W V Ti等合金元素使鋼在500600r回火時(shí)硬度升高。§6-11業(yè)用鋼、合金鋼（一）合金元素在鋼中的主要作用lU1111 5% Mon 止 K 1 rvA1111111111

15、0.35%c!605040竺302()0淬火 200 300 400 500 600 7（X） 何火溫度CC）W. Mo. V專碳化物在55（rc 時(shí)，使鋼達(dá)到艱高薊浚，產(chǎn) 生一次皎化.Cr-Ni鋼的冋火脆性示意圖§6-1工業(yè)用鋼合金鋼（一）合金元素在鋼中的主要作用6、增加了殘余奧氏體量除Co、Al元素外，所有的合金元素都使馬氏體 轉(zhuǎn)變溫度下降其中Mn、Cr. Ni元素的影響最為顯著0Ms和Mf越低，淬火后，殘余奧氏體越多?？捎?冷處理或多次回火減少殘余奧氏體量，使得熱處 理過(guò)程復(fù)雜化?！颁?#167;6-1工業(yè)用鋼（二）1、分類按用途分類§6-1工業(yè)用鋼（二）合金鋼的分類

16、與牌號(hào)1分類低合金鋼Me<5%中合金鋼Me5% 10%高合金鋼Me>10%2、牌號(hào)分類編呂原則鋼種舉例介金 結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)鋼QA示屈服點(diǎn)的字母，用放低屈服 強(qiáng)度伍農(nóng)力Q315C滲撚鋼數(shù)了農(nóng)示含礦馱的萬(wàn)分&化學(xué)元 索符號(hào)農(nóng)示二加元軋厲而的數(shù)了 農(nóng)示所加元索的仃分&2OCrMiiTi調(diào)質(zhì)鋼lOCr彈簧鋼60Si2Mn滾動(dòng)軸承鋼G衣爪滾動(dòng)軸承鋼，數(shù)7農(nóng)從含濟(jì)城 的分&GCrl5介金 工具鋼刃具鋼數(shù)了衣示含碳敞的分?jǐn)?shù).化學(xué)兀素 符號(hào)農(nóng)示工加元索后而的數(shù)了農(nóng)亦 所加元索的d分?jǐn)?shù)W18Cr4V模具鋼Crl2就"鋼9SiCr特殊 件能鋼不飭鋼數(shù)了農(nóng)示含嚴(yán)馱的分

17、數(shù).化學(xué)尤素 符號(hào)衣示1功II元索后mi的數(shù)7展示 所加元素的1分?jǐn)?shù)ICrl?耐熱鋼ICrllMoV耐磨鋼ZGMnl3§6-1工業(yè)用鋼、鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼K低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼成分：C<02%, Me%<3%,主加元素Mn用途：橋梁、船舶.車輛、鍋爐.高壓容器、輸油 輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。性能：較高的強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、塑.韌性（Me）; 良好的焊接性和冷塑性加工性（低碳）； 含有耐大氣和海水腐蝕的元素（Cu、P）。§6-1工業(yè)用鋼合金鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼K低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345鋼（16Mn）綜合性能好， 用于船舶、橋梁、車輛等大型 鋼結(jié)構(gòu)。Q390鋼含V、Ti.

18、Nb,強(qiáng)度高, 用于中等壓力的容器。=二 KS. .南京idZ蒼T弼泉風(fēng)號(hào)遲洋輪船Q345Q460鋼含Me B,正火組織為 B,強(qiáng)度最高，用于石化中溫 高壓容器。合金鋼§6-1工業(yè)用鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼2、合金滲碳鋼氐分：抵抗沖擊載荷；主加Cr、Mn. Ni、B等，以提高滲碳鋼 保證零件的心部為低碳馬氏體，從而 低 碳：0.1%-0.25%,以保證零件心部足夠的塑 性和韌性， 合金元素： 的淬透性，§6-1工業(yè)用鋼具有足夠的心部強(qiáng)度；輔加Mo、W、V、Ti等強(qiáng)碳 化物形成元素，以形成穩(wěn)定的特殊合金碳化物阻 止?jié)B碳時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大。r 鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼2.合金滲碳鋼用途：制造

19、要求高耐磨性、承受離接觸應(yīng)力和沖擊 載荷的重要零件。性能：表層高硬度（58HRC）和高耐磨性； 心部良好強(qiáng)韌性； 高的淬透性以保證滲碳件的心部性能， 以便于滲碳后直接淬火。»熱處理 滲碳j淬火+低溫回火（180-200*02高壓容器合金鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼2.合金滲碳鋼§6-1工業(yè)用鋼X低淬透性合金滲碳鋼：合金元素總量3%. 15"、20Cr. 20Mn2.用于受力小的耐磨 件，如柴油機(jī)的活塞銷.凸輪軸等。中淬透性合金滲碳鋼：合金元素總量在4% 左右。20 CtMi】、20CrMnTi, 20Mn2TiB. 用于中等栽荷的耐磨件，如變速箱齒輪活塞銷（20Cr）柴汕機(jī)

20、凸輪軸高淬透性合金滲碳鋼：合金元素總量在46 %° 18Cr2NiWA, 20Cr2Ni4A等。用 于大我荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。柴汕機(jī)曲軸>20I 八 ！ E 4-C wn r* L工藝路線n950 -970rI lE 火A下料T鍛造f正火T齒形加工T滲碳T預(yù)冷淬火 T低溫回火T噴丸T精磨X預(yù)先熱處理：正火，改善鍛 造組織，利于切削加工Q)空冷最終熱處理：淬火+低回最終組織：表層！高碳M回FesC+A殘 心部：低碳M回+F2oor3hW 瓜屮心表sn咖J “冷 68h、 代休漆織8708801 抽 4制LbO丄時(shí)間熱處理工藝曲線§6-1工業(yè)用鋼合金鋼（三）合金結(jié)構(gòu)

21、鋼§6-1工業(yè)用鋼3、合金調(diào)質(zhì)鋼連桿二、合金鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼3. 合金調(diào)質(zhì)鋼成分（牌號(hào)：40Cr> 30CrMnSi. 40CrMnMo等）中 碳： 0. 25%0. 5% （ 一般為0. 4%左右）。合金元素：主加元素Mn、Si、Cr. Ni、B等，主要作用提高淬透 性；次要作用溶入鐵素體起固溶強(qiáng)化作用.輔加元素Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素，其中Mo、W的 主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合金調(diào)質(zhì)鋼的高溫回 火脆性，次要作用是改善淬透性；V主要作用形成碳化物 阻礙奧氏休晶粒長(zhǎng)大，起細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用.用途：制造受力復(fù)雜（交變應(yīng)力、沖擊載荷等）的重要零件, 如發(fā)

22、動(dòng)機(jī)連桿、曲軸、機(jī)床主軸等.性能：具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，既強(qiáng)又枚L熱處理： 預(yù)先熱處理：正火處理（Me含量低）或正火+高溫回火（Me含量高）最終熱處理：調(diào)質(zhì)（淬火十高溫回火）。組織：S回§6-1工業(yè)用鋼鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼3、合金調(diào)質(zhì)鋼84(rc120 mi叫油冷54(rc120min水冷時(shí)間合金鋼§6-1工業(yè)用鋼4（）Cr鋼制進(jìn)連桿螺栓的熱處理工藝曲線（三）合金結(jié)構(gòu)鋼4.彈簧鋼成分：（牌虧：2Mn、60Si2Mn、55Si2Mn等）中高碳：碳素彈簧鋼0.609%C,合金彈簧鋼0.45 - 0. 70%C,經(jīng)淬火加中溫回火后得到回火托氏體組織，能 較好地保證彈簧的性能要求。

23、合金元素：主加元素為Si、Mn等，其主要作用是提高淬 透性、回火穩(wěn)定性、強(qiáng)化F基體；輔加元素為Mo、W、V等 強(qiáng)碳化物形成元素，主要作用有防止Si引起的脫碳缺陷, 并細(xì)化晶粒及進(jìn)一步提高彈性極限與屈強(qiáng)比。用途：件。性能:§6-1工業(yè)用鋼合金鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼4彈簧鋼制造各種彈簧和彈性元件或類似性能要求的結(jié)構(gòu)零高的彈性極限a p和屈強(qiáng)比O s/ O b,高的疲勞極限;熱處理:熱軋彈簧：熱成型T淬火+中溫回火f噴丸冷軋彈簧：淬火+中溫回火f冷成型i去應(yīng)力i噴丸§6-1工業(yè)用鋼二、合金鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼4、彈簧鋼X熱成形彈簧 對(duì)截面尺寸10各種大型 和形狀復(fù)雜的彈簧均采用熱成形（

24、如熱軋、 熱卷），如汽車、拖拉機(jī)、火車的板簧和螺 旋彈簧。其加工路線：下料T加熱壓彎或卷繞T淬 火i中溫回火i噴丸，使用狀態(tài)組織為回 火托氏體.噴丸可強(qiáng)化表面并提商彈簧表 面質(zhì)瑩，顯著改善疲勞性能。（也可采用 等溫淬火獲得下貝氏體、或形變熱處理， 提高彈簧的性能和壽命）。汽車板賞熱癥大憚賞§ 6-1工業(yè)用鋼發(fā)條合金鋼§ 6-1工業(yè)用鋼二合金鋼（三）合金結(jié)構(gòu)鋼4、彈簧鋼X冷成形彈簧 截面尺寸 lOmm的各種小型彈 簧可釆用冷成形（如冷卷、冷軋），如儀表中 的螺旋彈簧、發(fā)條及彈簧片等.這類彈簧在成形前先進(jìn)行冷拉（冷軋）、 淬火中溫回火或鉛浴等溫淬火后冷拉（軋） 強(qiáng)化；然后再進(jìn)行冷成形加工，此過(guò)程中將 進(jìn)一步強(qiáng)化金屬，但也產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力 和脆性