模塊五汽車金屬材料

1、本章概述：本章概述：工業(yè)上把金屬及其合金分為黑色金屬和有色金屬兩大部分。黑工業(yè)上把金屬及其合金分為黑色金屬和有色金屬兩大部分。黑色金屬通常指鐵和以鐵為基的合金色金屬通常指鐵和以鐵為基的合金(包括鋼、鑄鐵及其合金等包括鋼、鑄鐵及其合金等)，有色金屬則是黑色金屬以外的所有金屬及其合金。在汽車零件有色金屬則是黑色金屬以外的所有金屬及其合金。在汽車零件所使用的金屬材料中，黑色金屬材料占了所使用的金屬材料中，黑色金屬材料占了80%，是現(xiàn)代汽車工，是現(xiàn)代汽車工業(yè)中使用最廣泛的汽車工程材料。有色金屬相對(duì)于黑色金屬有業(yè)中使用最廣泛的汽車工程材料。有色金屬相對(duì)于黑色金屬有許多優(yōu)良的特性，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是高科技領(lǐng)

2、域具有極為重要許多優(yōu)良的特性，在工業(yè)領(lǐng)域尤其是高科技領(lǐng)域具有極為重要的地位。例如鋁、鈦、鎂等輕金屬具有相對(duì)密度小、比強(qiáng)度高的地位。例如鋁、鈦、鎂等輕金屬具有相對(duì)密度小、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，廣泛用于航空航天、汽車、船舶和軍事領(lǐng)域等特點(diǎn)，廣泛用于航空航天、汽車、船舶和軍事領(lǐng)域;銅、銀、銅、銀、金等貴重金屬具有優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱和耐蝕性，是電器儀表和通訊金等貴重金屬具有優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱和耐蝕性，是電器儀表和通訊領(lǐng)域不可缺少的材料。領(lǐng)域不可缺少的材料。材料的性能包括使用性能和工藝性能。材料的性能包括使用性能和工藝性能。 材料的使用性能：是指零部件在正常使用條件下材料所表現(xiàn)出來(lái)的材料的使用性能：是指零部件在正常使用條

3、件下材料所表現(xiàn)出來(lái)的性能。主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。性能。主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。材料的工藝性能：是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中適應(yīng)加工的性材料的工藝性能：是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中適應(yīng)加工的性能。對(duì)于金屬材料來(lái)講，工藝性能主要包括了鑄造性能、鍛造性能、焊能。對(duì)于金屬材料來(lái)講，工藝性能主要包括了鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能。接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能。一、金屬材料的力學(xué)性能一、金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能：是指材料在外加載荷作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括強(qiáng)度、金屬材料的力學(xué)性能：是指材料在外加載荷作用下所表現(xiàn)出

4、來(lái)的性能，包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌度、疲勞強(qiáng)度及斷裂韌度等；塑性、硬度、韌度、疲勞強(qiáng)度及斷裂韌度等；根據(jù)外加載荷的性質(zhì)，載荷分為：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷。靜載荷指的是根據(jù)外加載荷的性質(zhì)，載荷分為：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷。靜載荷指的是載荷的大小和方向不變或變動(dòng)極緩慢的載荷。汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下，車身自重對(duì)車架載荷的大小和方向不變或變動(dòng)極緩慢的載荷。汽車在靜止?fàn)顟B(tài)下，車身自重對(duì)車架的壓力屬于靜載荷；沖擊載荷是指以較高速度作用于零部件的載荷。當(dāng)汽車在不平的壓力屬于靜載荷；沖擊載荷是指以較高速度作用于零部件的載荷。當(dāng)汽車在不平的道路上行駛時(shí)，車身對(duì)懸架的沖擊即為沖擊載荷；交變載荷指大小與方向隨時(shí)間

5、的道路上行駛時(shí)，車身對(duì)懸架的沖擊即為沖擊載荷；交變載荷指大小與方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、齒輪等零部件所承受的載荷均為交發(fā)生周期性變化的載荷。運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、齒輪等零部件所承受的載荷均為交變載荷。根據(jù)加載形式的不同，外加載荷可以分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、變載荷。根據(jù)加載形式的不同，外加載荷可以分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。剪切載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。 金屬材料受載變形可以分為：彈性變形和塑性變形，彈性變形指的是載荷卸金屬材料受載變形可以分為：彈性變形和塑性變形，彈性變形指的是載荷卸除后能恢復(fù)原狀，而塑性變形指的是載荷卸除后不能恢復(fù)除后能恢復(fù)原

6、狀，而塑性變形指的是載荷卸除后不能恢復(fù), ,也叫永久變形。也叫永久變形。1.1.強(qiáng)度和塑性強(qiáng)度和塑性材料的強(qiáng)度和塑性是金屬材料最重要的力學(xué)性能指標(biāo)。材料的強(qiáng)度和塑性是金屬材料最重要的力學(xué)性能指標(biāo)。強(qiáng)度是指材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。塑性是指材料在斷裂前產(chǎn)生強(qiáng)度是指材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。塑性是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力。通常采用拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的強(qiáng)度與塑性的各種力學(xué)永久變形的能力。通常采用拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的強(qiáng)度與塑性的各種力學(xué)性能指標(biāo)。性能指標(biāo)。（1 1）拉伸試驗(yàn)）拉伸試驗(yàn) 指的是將標(biāo)準(zhǔn)拉伸式樣材料裝在材料拉伸試驗(yàn)機(jī)上，緩指的是將標(biāo)準(zhǔn)拉伸式樣材料裝在材料拉伸試驗(yàn)機(jī)上，緩慢的加

7、載進(jìn)行拉伸，試樣逐漸伸長(zhǎng)，直至斷裂。在拉伸實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，自動(dòng)慢的加載進(jìn)行拉伸，試樣逐漸伸長(zhǎng)，直至斷裂。在拉伸實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，自動(dòng)記錄裝置可給出反映靜拉伸載荷記錄裝置可給出反映靜拉伸載荷F F與試樣伸長(zhǎng)量與試樣伸長(zhǎng)量ll對(duì)應(yīng)關(guān)系的拉伸曲線，對(duì)應(yīng)關(guān)系的拉伸曲線，即即F-lF-l曲線，低碳鋼的曲線，低碳鋼的F-lF-l曲線，如圖曲線，如圖1-51-5所示。所示。圖圖5-15-1低碳鋼的低碳鋼的F-lF-l曲線曲線2.2.硬度硬度材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力稱為硬度。硬度是衡量材料軟材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力稱為硬度。硬度是衡量材料軟硬程度的力學(xué)性能指標(biāo)。硬程度的力學(xué)性能指標(biāo)。最常用的硬度有布氏硬

8、度和洛氏硬度。此外，還有維氏硬度、肖氏最常用的硬度有布氏硬度和洛氏硬度。此外，還有維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。硬度、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。3.3.韌性韌性材料抵抗沖擊載荷的能力，是指材料在受到?jīng)_擊載荷而斷裂之前材料抵抗沖擊載荷的能力，是指材料在受到?jīng)_擊載荷而斷裂之前吸收能量并進(jìn)行塑性變形的能力。吸收能量并進(jìn)行塑性變形的能力。 根據(jù)不同的沖擊載荷，分別采用了沖擊韌度和多沖抗力兩個(gè)根據(jù)不同的沖擊載荷，分別采用了沖擊韌度和多沖抗力兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量材料的沖擊性能。指標(biāo)來(lái)衡量材料的沖擊性能。4.4.疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度承受交變應(yīng)力的零件，在工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度的情況承受交變應(yīng)力

9、的零件，在工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度的情況下較長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞下較長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞失效或疲勞破壞。失效或疲勞破壞。名稱名稱定義定義表示符號(hào)表示符號(hào)單位單位意義意義密度密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量單位體積物質(zhì)的質(zhì)量千克每立方米千克每立方米材料的密度關(guān)系到產(chǎn)品的重量和效材料的密度關(guān)系到產(chǎn)品的重量和效能。能。熔點(diǎn)熔點(diǎn)材料由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。材料由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。制定冶煉、鑄造、鍛造和焊接等熱制定冶煉、鑄造、鍛造和焊接等熱加工工藝規(guī)范的一個(gè)重要的參數(shù)。加工工藝規(guī)范的一個(gè)重要的參數(shù)。導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性指材料傳導(dǎo)熱量的能力。指材料傳導(dǎo)熱

10、量的能力。瓦特每米開(kāi)爾文瓦特每米開(kāi)爾文 W/(mK)材料的熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性就越好。材料的熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性就越好。導(dǎo)電性導(dǎo)電性材料傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性。材料傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性。1/(1/(熱膨脹性熱膨脹性材料隨著溫度的變化產(chǎn)生膨脹、收材料隨著溫度的變化產(chǎn)生膨脹、收縮的特性?？s的特性。 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)v 生產(chǎn)中，在熱加工和熱處理時(shí)要考生產(chǎn)中，在熱加工和熱處理時(shí)要考慮材料的熱膨脹性的影響，可減少慮材料的熱膨脹性的影響，可減少工件的變形和開(kāi)裂。工件的變形和開(kāi)裂。磁性磁性材料能被磁場(chǎng)吸引或被磁化的性能材料能被磁場(chǎng)吸引或被磁化的性能稱為磁性或?qū)Т判?。稱為磁性或?qū)Т判浴４艑?dǎo)率磁導(dǎo)率亨利每

11、米亨利每米 磁性磁性二、金屬材料的理化性能二、金屬材料的理化性能1.1.金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能指材料的固有屬性，如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)金屬材料的物理性能指材料的固有屬性，如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性和色澤等。如圖電性、熱膨脹性、磁性和色澤等。如圖5-15-1所示所示圖圖5-15-1金屬材料的物理性能金屬材料的物理性能2.2.金屬材料的化學(xué)性能金屬材料的化學(xué)性能化學(xué)性能化學(xué)性能:是指材料抵抗周圍介質(zhì)侵蝕的能力。是指材料抵抗周圍介質(zhì)侵蝕的能力。對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，指耐蝕性和抗氧化性；非金屬材料，還存在著化學(xué)穩(wěn)定性、對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，指耐蝕性和抗氧化性

12、；非金屬材料，還存在著化學(xué)穩(wěn)定性、抗老化能力和耐熱性等問(wèn)題?？估匣芰湍蜔嵝缘葐?wèn)題。1)1)耐蝕性耐蝕性在常溫下抵抗周圍介質(zhì)（如大氣、燃?xì)狻⑺?、酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。在常溫下抵抗周圍介質(zhì)（如大氣、燃?xì)狻⑺?、酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。 腐蝕防護(hù)途徑：腐蝕防護(hù)途徑：1、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等，、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等，2、采用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行、采用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行涂覆；涂覆；3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路），、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路），4、陰極保護(hù)。、陰極保護(hù)。2) 2) 抗氧化性抗氧化性 指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱為熱穩(wěn)定性。在鋼中加入指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱

13、為熱穩(wěn)定性。在鋼中加入Cr、Si等元素，等元素，可大大提高鋼的抗氧化性?？纱蟠筇岣咪摰目寡趸?。三、金屬材料的工藝性能三、金屬材料的工藝性能工藝性能是指金屬材料對(duì)不同加工方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、工藝性能是指金屬材料對(duì)不同加工方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能等。鍛造性能、焊接性能和切削加工性能等。在鑄造、鍛壓、焊接、熱加工等加工前后過(guò)程中，一般還要進(jìn)行不同類在鑄造、鍛壓、焊接、熱加工等加工前后過(guò)程中，一般還要進(jìn)行不同類型的熱處理，因此一個(gè)由金屬材料制得的零件其加工過(guò)程十分復(fù)雜。工藝性型的熱處理，因此一個(gè)由金屬材料制得的零件其加工過(guò)程十分復(fù)雜。工藝性能直接影

14、響零件加工后的質(zhì)量，是選材和制定零件加工工藝路線時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮能直接影響零件加工后的質(zhì)量，是選材和制定零件加工工藝路線時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的因素之一。的因素之一。1. 1. 鑄造性能鑄造性能2. 2. 鍛造性能鍛造性能3. 3. 焊接性能焊接性能4. 4. 切削加工性能切削加工性能5. 5. 熱處理工藝性能熱處理工藝性能金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。等。一、金屬材料的種類一、金屬材料的種類 金屬材

15、料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。1 1）黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵）黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業(yè)純鐵，含碳以上的工業(yè)純鐵，含碳 2%4%的鑄鐵，含碳小于的鑄鐵，含碳小于 2%的碳鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不的碳鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、不銹鋼、精密合金等。廣義的黑色金屬還銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、不銹鋼、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。包括鉻、錳及其合金。2 2）有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為）有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常

16、分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數(shù)小。金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數(shù)小。3 3）特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其）特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過(guò)快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準(zhǔn)晶、微晶、納中有通過(guò)快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準(zhǔn)晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振

17、阻尼等特殊功能合金以及金屬基復(fù)合材料等。尼等特殊功能合金以及金屬基復(fù)合材料等。二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1 1、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬是指僅由一種金屬元素組成的金屬，純金屬屬典型的晶體材料。純金屬是指僅由一種金屬元素組成的金屬，純金屬屬典型的晶體材料。晶體中原子（離子或分子）的空間排列方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。為了便于描述晶體中原子（離子或分子）的空間排列方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。為了便于描述晶體結(jié)構(gòu)，通常將每一個(gè)原子抽象為一個(gè)點(diǎn)，再把這些點(diǎn)用假想的直線連接晶體結(jié)構(gòu)，通常將每一個(gè)原子抽象為一個(gè)點(diǎn)，再把這些點(diǎn)用假想的直線連接起來(lái)，構(gòu)成空間格架，稱為晶格。下面我們介紹一下常

18、見(jiàn)晶格類型：起來(lái)，構(gòu)成空間格架，稱為晶格。下面我們介紹一下常見(jiàn)晶格類型： 1)1)體心立方晶格體心立方晶格2)2)面心立方晶格面心立方晶格 3)3)密排六方晶格密排六方晶格 2.2.實(shí)際的金屬晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際的金屬晶體結(jié)構(gòu) 在理想狀態(tài)下，金屬的晶體結(jié)構(gòu)是原子排列的位向或方式完全一致在理想狀態(tài)下，金屬的晶體結(jié)構(gòu)是原子排列的位向或方式完全一致的晶格，這種晶體稱為單晶體。單晶體必須專門人工制作，如生產(chǎn)半的晶格，這種晶體稱為單晶體。單晶體必須專門人工制作，如生產(chǎn)半導(dǎo)體元件的單晶硅、單晶鍺等。單晶體在不同方向上具有不同性能的導(dǎo)體元件的單晶硅、單晶鍺等。單晶體在不同方向上具有不同性能的現(xiàn)象稱為各向異性。多晶體

19、是指由許多位向不同的單晶體構(gòu)成的晶體，現(xiàn)象稱為各向異性。多晶體是指由許多位向不同的單晶體構(gòu)成的晶體，這些單晶體稱為晶粒，晶粒之間的接觸面稱為晶界。這些單晶體稱為晶粒，晶粒之間的接觸面稱為晶界。圖圖5-9 5-9 多晶體晶粒位向示意圖多晶體晶粒位向示意圖3 3純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 純金屬的結(jié)晶過(guò)程基本是在恒定的溫度下進(jìn)行的，其結(jié)晶過(guò)程的冷卻曲純金屬的結(jié)晶過(guò)程基本是在恒定的溫度下進(jìn)行的，其結(jié)晶過(guò)程的冷卻曲線如圖線如圖5-135-13所示。所示。圖圖5-13 5-13 純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線圖圖5-14 5-14 金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖三、合金的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶三、合金的結(jié)構(gòu)及

20、結(jié)晶1.1.合金的基本概念合金的基本概念 合金是以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其它金屬或非金屬，經(jīng)過(guò)熔合而獲得的合金是以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其它金屬或非金屬，經(jīng)過(guò)熔合而獲得的具有金屬特性的材料，即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。具有金屬特性的材料，即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。例如，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的鋼鐵材料就是鐵和碳組成的合金。例如，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的鋼鐵材料就是鐵和碳組成的合金。 組元：組成合金最簡(jiǎn)單的、最基本的、能夠獨(dú)立存在的元素稱為組元，組元：組成合金最簡(jiǎn)單的、最基本的、能夠獨(dú)立存在的元素稱為組元，簡(jiǎn)稱元。組元一般是指元素，但有時(shí)穩(wěn)定的化合物也可以作為組元，合金按組

21、簡(jiǎn)稱元。組元一般是指元素，但有時(shí)穩(wěn)定的化合物也可以作為組元，合金按組元的數(shù)目可分為二元合金、三元合金及多元合金。元的數(shù)目可分為二元合金、三元合金及多元合金。 合金系：由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同比例配制成一系列不同成分的合合金系：由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，這一系列合金構(gòu)成一個(gè)合金系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱合金系。例如黃銅是由銅和鋅組成金，這一系列合金構(gòu)成一個(gè)合金系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱合金系。例如黃銅是由銅和鋅組成的二元合金系。的二元合金系。 相：合金中具有同一化學(xué)成分、同一晶格形式并以界面分開(kāi)的各個(gè)均勻相：合金中具有同一化學(xué)成分、同一晶格形式并以界面分開(kāi)的各個(gè)均勻組成部分稱為相。如均勻的液體

22、稱為單相，液相和固相同時(shí)存在則稱為兩相。組成部分稱為相。如均勻的液體稱為單相，液相和固相同時(shí)存在則稱為兩相。 組織：由單相或多相組成的具有一定形態(tài)的聚合物，純金屬的組織是由組織：由單相或多相組成的具有一定形態(tài)的聚合物，純金屬的組織是由一個(gè)相組成的，合金的組織可以是一個(gè)相或多個(gè)相組成。一個(gè)相組成的，合金的組織可以是一個(gè)相或多個(gè)相組成。2.2.合金的結(jié)構(gòu)合金的結(jié)構(gòu) 合金之所以比純金屬性能優(yōu)越主要是由于合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同于合金之所以比純金屬性能優(yōu)越主要是由于合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同于純金屬。合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但根據(jù)各元素在結(jié)晶時(shí)相互作用的純金屬。合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但根據(jù)各元素在結(jié)晶時(shí)相互作用的

23、不同可以把它們歸納為三種：不同可以把它們歸納為三種：(1)(1)固溶體固溶體(2)(2)金屬化合物金屬化合物 (3)(3)機(jī)械混合物機(jī)械混合物 3.3.合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 與純金屬相比，合金的結(jié)晶過(guò)程比較復(fù)雜，在結(jié)晶過(guò)程中，隨著溫與純金屬相比，合金的結(jié)晶過(guò)程比較復(fù)雜，在結(jié)晶過(guò)程中，隨著溫度的變化，合金的相結(jié)構(gòu)和成分不斷發(fā)生變化，因此，合金的結(jié)晶過(guò)程常度的變化，合金的相結(jié)構(gòu)和成分不斷發(fā)生變化，因此，合金的結(jié)晶過(guò)程常用合金相圖來(lái)反映。用合金相圖來(lái)反映。 合金相圖又稱合金狀態(tài)圖，表明了在平衡條件下，給定合金系中的合金相圖又稱合金狀態(tài)圖，表明了在平衡條件下，給定合金系中的合金的成份、溫度與其相和組織

24、狀態(tài)之間關(guān)系的坐標(biāo)圖形。相圖是以溫度合金的成份、溫度與其相和組織狀態(tài)之間關(guān)系的坐標(biāo)圖形。相圖是以溫度為縱坐標(biāo)，以成份為橫坐標(biāo)，表明不同成份合金的結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)明圖形，為縱坐標(biāo)，以成份為橫坐標(biāo)，表明不同成份合金的結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)明圖形，下面介紹幾種合金相圖：下面介紹幾種合金相圖：(1)(1)勻晶相圖勻晶相圖: 兩組元液態(tài)下相互溶解，固態(tài)下形成無(wú)限固溶體的合兩組元液態(tài)下相互溶解，固態(tài)下形成無(wú)限固溶體的合金狀態(tài)圖，稱作勻晶狀態(tài)圖。具有這類狀態(tài)圖的合金系有金狀態(tài)圖，稱作勻晶狀態(tài)圖。具有這類狀態(tài)圖的合金系有Cu-Ni、Fe-Ni、Cr-Mo、Au-Ag等。等。圖圖5-17 Cu-Ni5-17 Cu-Ni合金勻

25、晶相圖合金勻晶相圖 (2) (2)共晶相圖共晶相圖: 在一定溫度下，從液相中同時(shí)結(jié)晶出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變，在一定溫度下，從液相中同時(shí)結(jié)晶出兩種不同固相的轉(zhuǎn)變，稱作共晶轉(zhuǎn)變。具有共晶轉(zhuǎn)變的二元合金有稱作共晶轉(zhuǎn)變。具有共晶轉(zhuǎn)變的二元合金有Pb-Sn-Sn，Pb-Sb-Sb，Al-Si-Si等。二元等。二元合金系中，兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下只能形成有限固溶體和化合合金系中，兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下只能形成有限固溶體和化合物，有共晶轉(zhuǎn)變的狀態(tài)圖，稱為共晶狀態(tài)圖。物，有共晶轉(zhuǎn)變的狀態(tài)圖，稱為共晶狀態(tài)圖。圖圖5-18 Pb-Sn5-18 Pb-Sn合金相圖合金相圖 (3)(3)共析相圖：?jiǎn)?/p>

26、相固溶體冷卻到某一溫度發(fā)生析出兩個(gè)成分、結(jié)構(gòu)與共析相圖：?jiǎn)蜗喙倘荏w冷卻到某一溫度發(fā)生析出兩個(gè)成分、結(jié)構(gòu)與母相都不同的新的固相的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變，有共析轉(zhuǎn)變的母相都不同的新的固相的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變，有共析轉(zhuǎn)變的狀態(tài)圖，稱為共析狀態(tài)圖。狀態(tài)圖，稱為共析狀態(tài)圖。圖圖5-19 5-19 發(fā)生共析反應(yīng)的共析相圖發(fā)生共析反應(yīng)的共析相圖四、鐵碳合金相圖四、鐵碳合金相圖 鐵碳合金是現(xiàn)代工業(yè)使用最廣泛的合金。鐵碳相圖是研究鐵碳合鐵碳合金是現(xiàn)代工業(yè)使用最廣泛的合金。鐵碳相圖是研究鐵碳合金的重要工具，對(duì)于鋼鐵材料的研究和使用，特別是熱加工工藝的制定都金的重要工具，對(duì)于鋼鐵材料的研究和使用，特別是

27、熱加工工藝的制定都有重要的指導(dǎo)意義。有重要的指導(dǎo)意義。1.1.鐵碳合金的組元鐵碳合金的組元 純鐵熔點(diǎn)為純鐵熔點(diǎn)為1538，且在不同的溫度區(qū)間具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，即，且在不同的溫度區(qū)間具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，即存在所謂同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵塑性、韌性非常好，但強(qiáng)度低，一般不存在所謂同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵塑性、韌性非常好，但強(qiáng)度低，一般不用于制造機(jī)器零件和工程構(gòu)件。用于制造機(jī)器零件和工程構(gòu)件。碳在固態(tài)的鐵碳合金中有三種存在形式碳在固態(tài)的鐵碳合金中有三種存在形式:游離態(tài)的石墨、碳溶解于鐵游離態(tài)的石墨、碳溶解于鐵中形成固溶體、磺與鐵形成的化合物。中形成固溶體、磺與鐵形成的化合物。2.2.鐵碳合金的基本相及組織鐵碳

28、合金的基本相及組織 在液態(tài)鐵碳合金中，鐵和碳可以無(wú)限互溶在液態(tài)鐵碳合金中，鐵和碳可以無(wú)限互溶;在固態(tài)鐵碳合金中，碳可在固態(tài)鐵碳合金中，碳可溶于鐵中形成固治體，如鐵素體和奧氏體，還可以形成由固溶體和化溶于鐵中形成固治體，如鐵素體和奧氏體，還可以形成由固溶體和化合物合物(滲碳體，滲碳體，F(xiàn)e3 3C)C)組成的混合物，如萊氏體和珠光體。鐵素體、奧組成的混合物，如萊氏體和珠光體。鐵素體、奧氏體和滲碳體均為鐵碳合金的基本相。氏體和滲碳體均為鐵碳合金的基本相。3.3.鐵碳相圖分析鐵碳相圖分析鐵碳相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)，它是研究鐵碳合金的成分、溫度和組鐵碳相圖是研究鐵碳合金的基礎(chǔ)，它是研究鐵碳合金的成分

29、、溫度和組織結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的圖形，鐵碳合金相圖是人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐并進(jìn)行大量科織結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的圖形，鐵碳合金相圖是人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐并進(jìn)行大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。由于含碳量大于學(xué)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。由于含碳量大于6. 69%的鐵碳合金脆性極大，沒(méi)有使的鐵碳合金脆性極大，沒(méi)有使用價(jià)值，因此相圖成分軸僅標(biāo)出含碳量小于用價(jià)值，因此相圖成分軸僅標(biāo)出含碳量小于6. 69%的合金部分，如圖的合金部分，如圖5-2323所示是簡(jiǎn)化了的鐵碳合金相圖。相圖中存在液相、奧氏體、滲碳體和鐵素所示是簡(jiǎn)化了的鐵碳合金相圖。相圖中存在液相、奧氏體、滲碳體和鐵素體四個(gè)單相區(qū)以及液相體四個(gè)單相區(qū)以及液相+奧氏體、液相奧氏體、液相+滲碳體

30、、奧氏體滲碳體、奧氏體+滲碳體、奧氏體滲碳體、奧氏體+鐵素體和鐵素體鐵素體和鐵素體+滲碳體五個(gè)兩相區(qū)。圖中各特性點(diǎn)線的溫度、碳濃度及滲碳體五個(gè)兩相區(qū)。圖中各特性點(diǎn)線的溫度、碳濃度及意義示于表意義示于表5-2 2中。中。 圖圖5-23 5-23 鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖表表5-2 鐵碳相圖中的特性點(diǎn)和特性線鐵碳相圖中的特性點(diǎn)和特性線金屬材料的組織性能控制主要包括金屬材料的熱處理和表面技術(shù)。金屬材料的組織性能控制主要包括金屬材料的熱處理和表面技術(shù)。 熱處理是指講固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，改變熱處理是指講固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，改變了材料整體揮著表面的組織，從而

31、獲得所需性能的工藝。了材料整體揮著表面的組織，從而獲得所需性能的工藝。表面技術(shù)是利用各種表面鍍層及表面改性技術(shù)，賦予基本材料本身表面技術(shù)是利用各種表面鍍層及表面改性技術(shù)，賦予基本材料本身所不具有的、特殊的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，從而滿足工程上對(duì)材料所不具有的、特殊的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，從而滿足工程上對(duì)材料及其制品提出的要求。及其制品提出的要求。 本節(jié)將重點(diǎn)以鋼鐵材料的熱處理方法及表面技術(shù)進(jìn)行闡述。本節(jié)將重點(diǎn)以鋼鐵材料的熱處理方法及表面技術(shù)進(jìn)行闡述。一、鋼的熱處理一、鋼的熱處理 對(duì)鋼進(jìn)行熱處理可以改善鋼的性能，即通過(guò)對(duì)固態(tài)金屬的加熱、保溫和對(duì)鋼進(jìn)行熱處理可以改善鋼的性能，即通過(guò)對(duì)固態(tài)金屬的加熱、

32、保溫和冷卻，來(lái)改變金屬的顯微組織及其形態(tài)，從而提高或改善金屬的機(jī)械性能。鑄冷卻，來(lái)改變金屬的顯微組織及其形態(tài)，從而提高或改善金屬的機(jī)械性能。鑄造、鍛壓、焊接和機(jī)加工的目的是使零件成形或改變其形狀，而熱處理的目的造、鍛壓、焊接和機(jī)加工的目的是使零件成形或改變其形狀，而熱處理的目的是改變金屬材料的組織和性能，而不要求改變零件的形狀和尺寸，各種機(jī)械零是改變金屬材料的組織和性能，而不要求改變零件的形狀和尺寸，各種機(jī)械零件中，大多數(shù)或絕大多數(shù)都要經(jīng)過(guò)熱處理才投入使用。鋼的熱處理對(duì)提高和改件中，大多數(shù)或絕大多數(shù)都要經(jīng)過(guò)熱處理才投入使用。鋼的熱處理對(duì)提高和改善零件的機(jī)械性能發(fā)揮著十分重要的作用。善零件的機(jī)械

33、性能發(fā)揮著十分重要的作用。1.1.熱處理原理熱處理原理 任何一種熱處理的工藝過(guò)程，都包括下列三個(gè)步驟任何一種熱處理的工藝過(guò)程，都包括下列三個(gè)步驟: 1) 1)以一定速度把零件加熱到規(guī)定的溫度。這個(gè)溫度范圍根據(jù)不同的金屬以一定速度把零件加熱到規(guī)定的溫度。這個(gè)溫度范圍根據(jù)不同的金屬材料、不同的熱處理要求而定。材料、不同的熱處理要求而定。 2) 2)在此溫度下保溫，使工件全部或局部熱透。在此溫度下保溫，使工件全部或局部熱透。 3) 3)以某種速度把工件冷卻下來(lái)。以某種速度把工件冷卻下來(lái)。鋼的熱處理工藝曲線如圖鋼的熱處理工藝曲線如圖5-24所示。通過(guò)控制加熱溫度和冷卻速度，可所示。通過(guò)控制加熱溫度和冷

34、卻速度，可以在很大范圍內(nèi)改變金屬材料的性能。以在很大范圍內(nèi)改變金屬材料的性能。圖圖5-24 鋼的熱處理工藝曲線鋼的熱處理工藝曲線2.2.鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理(1)(1)退火退火 退火是把工件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋匾欢〞r(shí)間后隨爐子降溫而緩?fù)嘶鹗前压ぜ訜岬竭m當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間后隨爐子降溫而緩慢冷卻的熱處理方法。慢冷卻的熱處理方法。 (2)(2)正火正火 正火是將鋼件加熱到轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珚W氏體，保溫一定時(shí)間后，在正火是將鋼件加熱到轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珚W氏體，保溫一定時(shí)間后，在空氣中冷卻得到細(xì)片狀珠光體組織的熱處理工藝?？諝庵欣鋮s得到細(xì)片狀珠光體組織的熱處理工藝。(3)(3)淬火淬火 淬火是將工件加熱

35、到適當(dāng)?shù)臏囟却慊鹗菍⒐ぜ訜岬竭m當(dāng)?shù)臏囟?對(duì)碳鋼一般加熱到對(duì)碳鋼一般加熱到760-820)，保溫后在水中或油中快速冷卻的熱處理方法。，保溫后在水中或油中快速冷卻的熱處理方法。(4)(4)回火回火 回火是將淬火后的鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下某一溫度，回火是將淬火后的鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下某一溫度，保溫后冷卻下來(lái)的一種熱處理工藝保溫后冷卻下來(lái)的一種熱處理工藝二、表面技術(shù)二、表面技術(shù)材料的表面技術(shù)是通過(guò)對(duì)材料基體表面加涂層或改變表面形貌、化材料的表面技術(shù)是通過(guò)對(duì)材料基體表面加涂層或改變表面形貌、化學(xué)組成、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)，達(dá)到提高材料抵御環(huán)境作用能學(xué)組成、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)，達(dá)

36、到提高材料抵御環(huán)境作用能力或賦予材料表面某種功能特性的工藝技術(shù)。力或賦予材料表面某種功能特性的工藝技術(shù)。1.1.表面熱處理表面熱處理有些零件如齒輪、銷軸等，使用時(shí)需要它的心部保持一定的韌性，有些零件如齒輪、銷軸等，使用時(shí)需要它的心部保持一定的韌性，又要求表面層具有耐磨性、抗蝕性、抗疲勞性。這些性能可通過(guò)表又要求表面層具有耐磨性、抗蝕性、抗疲勞性。這些性能可通過(guò)表面熱處理來(lái)得到，表面熱處理按處理工藝特點(diǎn)可分為表面化學(xué)熱處面熱處理來(lái)得到，表面熱處理按處理工藝特點(diǎn)可分為表面化學(xué)熱處理和表面淬火兩大類。理和表面淬火兩大類。2.2.表面淬火表面淬火鋼的表面淬火是通過(guò)快速加熱，將鋼件表面層迅速加熱到淬火鋼

37、的表面淬火是通過(guò)快速加熱，將鋼件表面層迅速加熱到淬火溫度，不等熱量傳到工件內(nèi)層就予以快速冷卻下來(lái)的熱處理工藝。溫度，不等熱量傳到工件內(nèi)層就予以快速冷卻下來(lái)的熱處理工藝。通常鋼件在表面淬火前均進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，表面淬火后應(yīng)進(jìn)通常鋼件在表面淬火前均進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，表面淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火。這樣，不僅可以保證其表面的高硬度和高耐磨性，行低溫回火。這樣，不僅可以保證其表面的高硬度和高耐磨性，而且可以保證心部的強(qiáng)度和韌性。而且可以保證心部的強(qiáng)度和韌性。三、熱噴涂技術(shù)三、熱噴涂技術(shù) 熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至溶化或半溶化狀態(tài)，并熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至溶化或半溶化狀態(tài)，并以一定

38、的速度噴射沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。熱噴以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法。熱噴涂技術(shù)在普通材料的表面上，制造一個(gè)特殊的工作表面，使其達(dá)到：防涂技術(shù)在普通材料的表面上，制造一個(gè)特殊的工作表面，使其達(dá)到：防腐、耐磨、減摩、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、防微波輻射等腐、耐磨、減摩、抗高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、防微波輻射等一系多種功能，使其達(dá)到節(jié)約材料，節(jié)約能源的目的，我們把特殊的工一系多種功能，使其達(dá)到節(jié)約材料，節(jié)約能源的目的，我們把特殊的工作表面叫涂層，把制造涂層的工作方法叫熱噴涂。熱噴涂技術(shù)是表面過(guò)作表面叫涂層，把制造涂層的工作方法叫熱噴涂。熱噴

39、涂技術(shù)是表面過(guò)程技術(shù)的重要組成部分之一，約占表面工程技術(shù)的三分之一。程技術(shù)的重要組成部分之一，約占表面工程技術(shù)的三分之一。1)1)火焰噴涂火焰噴涂2)2)電弧噴涂電弧噴涂3)3)等離子噴涂等離子噴涂四、電刷鍍四、電刷鍍電刷鍍是用電解方法在工件表面獲取鍍層的過(guò)程。其中的在于強(qiáng)化、電刷鍍是用電解方法在工件表面獲取鍍層的過(guò)程。其中的在于強(qiáng)化、提高工件表面性能，取得工件的裝飾性外觀、耐腐蝕、抗磨損和特殊光、提高工件表面性能，取得工件的裝飾性外觀、耐腐蝕、抗磨損和特殊光、電、磁、熱性能；也可以改變工件尺寸，改善機(jī)械配合，修復(fù)因超差或電、磁、熱性能；也可以改變工件尺寸，改善機(jī)械配合，修復(fù)因超差或因磨損而報(bào)

40、廢的工件等，因而在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。電刷鍍技術(shù)（簡(jiǎn)因磨損而報(bào)廢的工件等，因而在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。電刷鍍技術(shù)（簡(jiǎn)稱刷鍍技術(shù)）是電鍍技術(shù)中的一個(gè)重要分支，除了有上述的共同作用外，稱刷鍍技術(shù)）是電鍍技術(shù)中的一個(gè)重要分支，除了有上述的共同作用外，它更偏重于工件的修復(fù)應(yīng)用和中小批量工件的功能性表面強(qiáng)化。因此在它更偏重于工件的修復(fù)應(yīng)用和中小批量工件的功能性表面強(qiáng)化。因此在實(shí)踐上更要求現(xiàn)場(chǎng)或在線施鍍，在保證鍍層品質(zhì)的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)鍍層實(shí)踐上更要求現(xiàn)場(chǎng)或在線施鍍，在保證鍍層品質(zhì)的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)鍍層的快速高效沉積。的快速高效沉積。五、氣相沉積技術(shù)五、氣相沉積技術(shù) 氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過(guò)程，改

41、變工件表面成分，在氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過(guò)程，改變工件表面成分，在表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層。可將氣相沉積技術(shù)分為化學(xué)氣相表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層?？蓪庀喑练e技術(shù)分為化學(xué)氣相沉積（沉積（CVD）和物理氣相沉積（）和物理氣相沉積（PVD）兩個(gè)大類。）兩個(gè)大類。1.1.化學(xué)氣相沉積（化學(xué)氣相沉積（CVD）化學(xué)氣相沉積技術(shù)是指利用氣態(tài)物質(zhì)，在一定溫度下在固體表面上進(jìn)行化學(xué)氣相沉積技術(shù)是指利用氣態(tài)物質(zhì)，在一定溫度下在固體表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并生成固態(tài)沉積膜的工藝過(guò)程。化學(xué)反應(yīng)，并生成固態(tài)沉積膜的工藝過(guò)程。2.2.物理氣相沉積物理氣相沉積(PVD)物理氣相沉積是

42、通過(guò)真空蒸發(fā)，電離或?yàn)R射等過(guò)程，產(chǎn)生金屬粒子，物理氣相沉積是通過(guò)真空蒸發(fā)，電離或?yàn)R射等過(guò)程，產(chǎn)生金屬粒子，并與反應(yīng)氣體形成化合物涂層沉積在工件表面，從而強(qiáng)化工件表面。并與反應(yīng)氣體形成化合物涂層沉積在工件表面，從而強(qiáng)化工件表面。黑色金屬材料乃工業(yè)上對(duì)鐵、鉻和錳的統(tǒng)稱。亦包括這三種金屬的黑色黑色金屬材料乃工業(yè)上對(duì)鐵、鉻和錳的統(tǒng)稱。亦包括這三種金屬的黑色金屬合金，尤其是合金黑色金屬鋼及鋼鐵。與黑色金屬相對(duì)的是有色金屬。金屬合金，尤其是合金黑色金屬鋼及鋼鐵。與黑色金屬相對(duì)的是有色金屬。事實(shí)上純凈的鐵及錳是銀白色的，而鉻是銀灰色。由于鋼鐵表面通常覆蓋事實(shí)上純凈的鐵及錳是銀白色的，而鉻是銀灰色。由于鋼鐵表

43、面通常覆蓋一層黑色的四氧化三鐵，而錳及鉻主要應(yīng)用于冶煉黑色的合金鋼。所以才一層黑色的四氧化三鐵，而錳及鉻主要應(yīng)用于冶煉黑色的合金鋼。所以才會(huì)被會(huì)被“錯(cuò)誤分類錯(cuò)誤分類”為黑色金屬。為黑色金屬。 黑色金屬的分類也有其意義，因?yàn)檫@三種金屬都是冶煉鋼鐵的主要原黑色金屬的分類也有其意義，因?yàn)檫@三種金屬都是冶煉鋼鐵的主要原料，而鋼鐵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位，亦是衡量一國(guó)家國(guó)力的重料，而鋼鐵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位，亦是衡量一國(guó)家國(guó)力的重要標(biāo)志。鋼鐵產(chǎn)量約占世界金屬總產(chǎn)量的要標(biāo)志。鋼鐵產(chǎn)量約占世界金屬總產(chǎn)量的95%。常用的鋼鐵材料有碳鋼、。常用的鋼鐵材料有碳鋼、合金鋼、鑄鐵等。合金鋼、鑄鐵等。一

44、、碳鋼一、碳鋼 1.1.常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響 碳素鋼碳素鋼(簡(jiǎn)稱碳鋼簡(jiǎn)稱碳鋼)就是含碳量小于就是含碳量小于2. 11%的鐵碳合金，實(shí)際使用的含碳量小的鐵碳合金，實(shí)際使用的含碳量小于于1. 5%，其中還含有少量，其中還含有少量Si, Mn, P, S等雜質(zhì)。等雜質(zhì)。 (1)(1)硅硅 硅是鋼中的有益元素，是作為脫氧劑而進(jìn)入鋼的，硅的脫氧能力比錳強(qiáng)，還硅是鋼中的有益元素，是作為脫氧劑而進(jìn)入鋼的，硅的脫氧能力比錳強(qiáng)，還能提高鋼的強(qiáng)度及質(zhì)量。硅作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過(guò)能提高鋼的強(qiáng)度及質(zhì)量。硅作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過(guò)0. 4%。 (2)(2)錳錳錳是鋼中的有益元素，煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧，而殘

45、留在鋼中的錳有很好的脫氧能力，錳是鋼中的有益元素，煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧，而殘留在鋼中的錳有很好的脫氧能力，還可以與硫形成還可以與硫形成MnS，從而消除了硫的有害作用。錳作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過(guò)，從而消除了硫的有害作用。錳作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過(guò)0.8%。 (3)(3)磷磷 磷是鋼中的有害元素，它使鋼在低溫時(shí)變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆性。因此，磷是鋼中的有害元素，它使鋼在低溫時(shí)變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆性。因此，鋼中含磷量也要嚴(yán)格控制，通常應(yīng)使鋼中含磷量也要嚴(yán)格控制，通常應(yīng)使P 0. 045 %。 (4)(4)硫硫 硫也是鋼中有害元素，常以硫也是鋼中有害元素，常以FeS形式存在，形式存在，F(xiàn)eS與與Fe形成低熔點(diǎn)的

46、共晶體，熔形成低熔點(diǎn)的共晶體，熔點(diǎn)為點(diǎn)為985，分布在晶界，當(dāng)鋼材在，分布在晶界，當(dāng)鋼材在1000-1200進(jìn)行壓力加工時(shí)，共晶體熔化，使進(jìn)行壓力加工時(shí)，共晶體熔化，使鋼材變脆，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了避免熱脆，鋼中含硫量必須嚴(yán)格控制，通常應(yīng)鋼材變脆，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了避免熱脆，鋼中含硫量必須嚴(yán)格控制，通常應(yīng)使使S0.05 %。 (5)(5)氫氫 鋼中氫能造成氫脆、白點(diǎn)等缺陷，是有害元素。鋼中氫能造成氫脆、白點(diǎn)等缺陷，是有害元素。 2.2.碳鋼的分類碳鋼的分類碳鋼的分類方法有以下三種碳鋼的分類方法有以下三種: (1) (1)按鋼的含碳量分按鋼的含碳量分 低碳鋼低碳鋼:含碳量含碳量 0.

47、6%。 (2)(2)按鋼的質(zhì)量分按鋼的質(zhì)量分 根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)S, P的多少來(lái)分的多少來(lái)分: 普通鋼普通鋼:S0.055%，P0.045%; 優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼:S, P均均0. 04%; 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:S, P均均0. 03%。 (3)(3)按用途分按用途分 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼:用于制造工程結(jié)構(gòu)用于制造工程結(jié)構(gòu)(如橋梁、船舶、建筑、高壓容器等如橋梁、船舶、建筑、高壓容器等)和機(jī)械和機(jī)械零件零件(如齒輪、軸、螺釘、螺母、連桿等如齒輪、軸、螺釘、螺母、連桿等)，這類鋼一般為低、中碳鋼。，這類鋼一般為低、中碳鋼。 碳素工具鋼碳素工具鋼:用于制造各種工具用于制造各種工具(如刃具、

48、模具和量具等如刃具、模具和量具等)，這類鋼一般為高，這類鋼一般為高碳鋼。碳鋼。3.3.碳鋼的牌號(hào)和用途碳鋼的牌號(hào)和用途與合金鋼相比，碳鋼冶煉方便，價(jià)格低廉，產(chǎn)量大，且具有優(yōu)良的鍛造與合金鋼相比，碳鋼冶煉方便，價(jià)格低廉，產(chǎn)量大，且具有優(yōu)良的鍛造性、焊接性和切削加工性能，能滿足許多場(chǎng)合機(jī)械加工用鋼的要求，故性、焊接性和切削加工性能，能滿足許多場(chǎng)合機(jī)械加工用鋼的要求，故在工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。在工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。(1)(1)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(普碳鋼普碳鋼) 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼是工程中應(yīng)用最多的鋼種，其產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼是工程中應(yīng)用最多的鋼種，其產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70%-80%。

49、根據(jù)國(guó)標(biāo)。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 700-2006規(guī)定，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)由以下四規(guī)定，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)由以下四部分組成：部分組成：1）屈服強(qiáng)度的字母）屈服強(qiáng)度的字母:Q-鋼屈服強(qiáng)度鋼屈服強(qiáng)度“屈屈”，漢語(yǔ)拼音字首，漢語(yǔ)拼音字首，2）屈服強(qiáng)度數(shù)值屈服強(qiáng)度數(shù)值 ，3）質(zhì)量等級(jí)符號(hào)）質(zhì)量等級(jí)符號(hào):A, B, C, D級(jí)，從級(jí)，從A到到D依次提高，依次提高，4）脫氧方法符號(hào)脫氧方法符號(hào):F-沸騰鋼、沸騰鋼、Z-鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、TZ-特殊鎮(zhèn)靜鋼，在牌號(hào)中若為特殊鎮(zhèn)靜鋼，在牌號(hào)中若為Z和和TZ則予以省略。則予以省略。(2)(2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼中有害雜質(zhì)及非金屬夾雜物含量較少，化學(xué)成分控制得

50、也這類鋼中有害雜質(zhì)及非金屬夾雜物含量較少，化學(xué)成分控制得也較嚴(yán)格，塑性、韌性較好，應(yīng)用于制造較重要的機(jī)械零件。優(yōu)質(zhì)碳素較嚴(yán)格，塑性、韌性較好，應(yīng)用于制造較重要的機(jī)械零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，如結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，如45鋼即表示鋼即表示C = 0. 45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，這是正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，這是正常含錳量(按雜質(zhì)含量按雜質(zhì)含量)的優(yōu)質(zhì)碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼號(hào)表示方法。所謂較高含錳量是指含碳量大于素結(jié)構(gòu)鋼的鋼號(hào)表示方法。所謂較高含錳量是指含碳量大于0. 6%、含錳量在含錳量在0. 9%1. 2%者及含碳量小于者及含碳量小于0

51、. 6%、含錳量、含錳量0. 7%1. 0%者，者，數(shù)字后面附加化學(xué)元素符號(hào)數(shù)字后面附加化學(xué)元素符號(hào)“Mn”。含錳量較高的鋼，須將錳元素。含錳量較高的鋼，須將錳元素標(biāo)出。標(biāo)出。 (3) (3)碳素工具鋼碳素工具鋼 碳素工具鋼主要用于制造刀具、量具和模具，具有較高的硬度碳素工具鋼主要用于制造刀具、量具和模具，具有較高的硬度和耐磨性，其平均含碳量為和耐磨性，其平均含碳量為0. 7%1. 3%，屬于高碳鋼。這類鋼的質(zhì)，屬于高碳鋼。這類鋼的質(zhì)量較高，要求量較高，要求S, P等雜質(zhì)的含量特別低，是經(jīng)過(guò)精煉的優(yōu)質(zhì)鋼，所有等雜質(zhì)的含量特別低，是經(jīng)過(guò)精煉的優(yōu)質(zhì)鋼，所有碳素工具鋼都要經(jīng)過(guò)熱處理后，才能進(jìn)一步提高

52、硬度和耐磨性。碳素工具鋼都要經(jīng)過(guò)熱處理后，才能進(jìn)一步提高硬度和耐磨性。 碳素工具鋼的牌號(hào)是在碳素工具鋼的牌號(hào)是在“碳碳”字漢語(yǔ)拼音首位字母字漢語(yǔ)拼音首位字母“T”的后面的后面附加數(shù)字表示，其后跟以表示鋼中平均含碳量的千分之幾的數(shù)字。附加數(shù)字表示，其后跟以表示鋼中平均含碳量的千分之幾的數(shù)字。如平均含碳量為如平均含碳量為0. 8%的工具鋼，其鋼號(hào)記為的工具鋼，其鋼號(hào)記為“T8”。含錳量較高者。含錳量較高者須在鋼號(hào)后標(biāo)以須在鋼號(hào)后標(biāo)以“Mn”。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在鋼號(hào)末端加。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在鋼號(hào)末端加“A”，例如，例如，T12A表示平均含碳量為表示平均含碳量為1. 2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素

53、工具鋼。的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。(4)(4)鑄鋼鑄鋼 鑄造碳鋼鑄造碳鋼(簡(jiǎn)稱為鑄鋼簡(jiǎn)稱為鑄鋼)主要用于受沖擊負(fù)荷作用的形狀復(fù)雜件。因主要用于受沖擊負(fù)荷作用的形狀復(fù)雜件。因?yàn)樵S多形狀復(fù)雜件很難用鍛壓等方法成形，用鑄鐵又難以滿足性能要求，為許多形狀復(fù)雜件很難用鍛壓等方法成形，用鑄鐵又難以滿足性能要求，這時(shí)常需選用鑄鋼件。如軋鋼機(jī)機(jī)架、重載大型齒輪、飛輪等。這時(shí)常需選用鑄鋼件。如軋鋼機(jī)機(jī)架、重載大型齒輪、飛輪等。鑄鋼的牌號(hào)由鑄鋼的牌號(hào)由“ZG”，即，即“鑄鋼鑄鋼”兩字的漢語(yǔ)拼音字首和兩組數(shù)字組兩字的漢語(yǔ)拼音字首和兩組數(shù)字組成，前一組數(shù)字表示鑄件的屈服強(qiáng)度成，前一組數(shù)字表示鑄件的屈服強(qiáng)度(s)的最低值，

54、后一組數(shù)字表示抗拉的最低值，后一組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度(b)的最低值。例如，的最低值。例如，ZG200-400表示，表示， s200MPa， b400MPa的鑄鋼。的鑄鋼。二、合金鋼二、合金鋼 1.1.概述概述 (1)(1)定義定義 在工業(yè)中，通過(guò)改變含碳量和進(jìn)行不同的熱處理，能滿足許多工在工業(yè)中，通過(guò)改變含碳量和進(jìn)行不同的熱處理，能滿足許多工程上的需求。碳鋼價(jià)格低廉，便于獲得，容易加工，但其存在許多缺點(diǎn)，程上的需求。碳鋼價(jià)格低廉，便于獲得，容易加工，但其存在許多缺點(diǎn)，難以滿足耐熱、耐低溫、耐腐蝕、高耐磨等性能要求，而這些都需要通過(guò)難以滿足耐熱、耐低溫、耐腐蝕、高耐磨等性能要求，而這些都需要通

55、過(guò)鋼的合金化來(lái)得到。為了提高鋼的機(jī)械性能、工藝性能或物理、化學(xué)特殊鋼的合金化來(lái)得到。為了提高鋼的機(jī)械性能、工藝性能或物理、化學(xué)特殊性能，有目的地向鋼中加入一種或幾種一定量的化學(xué)元素性能，有目的地向鋼中加入一種或幾種一定量的化學(xué)元素(金屬或非金屬金屬或非金屬)，這種鋼就稱為合金鋼。這種鋼就稱為合金鋼。 (2)(2)分類分類 1)1)按照用途可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。按照用途可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。 2)2)按合金元素總量包括低合金鋼按合金元素總量包括低合金鋼(合金元素總量小于合金元素總量小于5% )，中合金，中合金鋼鋼(合金元素總含量為合金元素總含量為5%10%

56、)和高合金鋼和高合金鋼(合金元素總量大于合金元素總量大于10%)。 常加的合金元素有常加的合金元素有:錳錳( Mn)、硅、硅(Si)、鋁、鋁(A1)、硼、硼(B)、鉻、鉻(Cr)、鎳、鎳(Ni)、釩、釩(V),欽欽(Ti),妮妮(Nb),鑰鑰( Mo)、鎢、鎢(W)、稀土、稀土(Re)等。等。2.2.鋼中合金元素的作用鋼中合金元素的作用 (1)(1)生成合金鐵素體生成合金鐵素體 鉛以外絕大部分元素，如鉛以外絕大部分元素，如Ni, Si, Al, B, Cu, C。等在鋼中都能溶于鐵素體中，。等在鋼中都能溶于鐵素體中，形成合金鐵素體，對(duì)鐵素體起到了強(qiáng)化的作用，使得鐵素體的強(qiáng)度、硬度提形成合金鐵素

57、體，對(duì)鐵素體起到了強(qiáng)化的作用，使得鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，但降低了其塑性、韌性。高，但降低了其塑性、韌性。 (2)(2)生成合金碳化物生成合金碳化物 作為碳化物形成元素，在元素周期表中都是位于鐵左邊的過(guò)渡族金屬元作為碳化物形成元素，在元素周期表中都是位于鐵左邊的過(guò)渡族金屬元素，離鐵越遠(yuǎn)，則其與碳的親和力越強(qiáng)，形成碳化物能力越大，形成的碳化素，離鐵越遠(yuǎn)，則其與碳的親和力越強(qiáng)，形成碳化物能力越大，形成的碳化物越穩(wěn)定而不易分解。通常物越穩(wěn)定而不易分解。通常V,Nb, Zr, Ti為強(qiáng)碳化物形成元素為強(qiáng)碳化物形成元素;Mo, W為中強(qiáng)碳為中強(qiáng)碳化物形成元素化物形成元素;Mn, Cr為弱碳化物形成元素。

58、為弱碳化物形成元素。3.3.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼分為優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼、普低鋼和合金工具鋼三大類，而優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼分為優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼、普低鋼和合金工具鋼三大類，而優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼又可根據(jù)用途細(xì)分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、合合金結(jié)構(gòu)鋼又可根據(jù)用途細(xì)分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、合金滾動(dòng)軸承鋼等。金滾動(dòng)軸承鋼等。 (1) (1)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼 1) 1)調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)鋼是經(jīng)過(guò)淬火加高溫回火處理而使用的結(jié)構(gòu)鋼，所獲得調(diào)質(zhì)鋼是經(jīng)過(guò)淬火加高溫回火處理而使用的結(jié)構(gòu)鋼，所獲得的組織有良好的綜合機(jī)械性能，即高強(qiáng)韌性的統(tǒng)一。含碳量在的組織有良好的綜合機(jī)械性能，即高強(qiáng)

59、韌性的統(tǒng)一。含碳量在0. 25%0. 5%，常加入鉻、錳、硼等元素。許多機(jī)器設(shè)備上的重要零件，如機(jī)床主軸、汽車常加入鉻、錳、硼等元素。許多機(jī)器設(shè)備上的重要零件，如機(jī)床主軸、汽車拖拉機(jī)后橋半軸、曲軸、連桿、高強(qiáng)螺栓等都使用調(diào)質(zhì)鋼。拖拉機(jī)后橋半軸、曲軸、連桿、高強(qiáng)螺栓等都使用調(diào)質(zhì)鋼。 2) 2)滲碳鋼滲碳鋼 滲碳鋼及由其制作的零件在滲碳熱處理后才使用。這種零件滲碳鋼及由其制作的零件在滲碳熱處理后才使用。這種零件工作時(shí)，除要求較高強(qiáng)度可靠性外，還常常受到較大的表面摩擦和沖擊作用。工作時(shí)，除要求較高強(qiáng)度可靠性外，還常常受到較大的表面摩擦和沖擊作用。滲碳鋼的含碳量在滲碳鋼的含碳量在0.10%0. 25%

60、之間，主要加入鉻、錳、欽等元素。常用的之間，主要加入鉻、錳、欽等元素。常用的滲碳零件包括汽車齒輪、凸輪、活塞銷等表面易于受到磨損破壞的活動(dòng)零件。滲碳零件包括汽車齒輪、凸輪、活塞銷等表面易于受到磨損破壞的活動(dòng)零件。 3) 3)彈簧鋼彈簧鋼 用以制造彈簧和彈性元件的專用鋼種稱為彈簧鋼。含碳用以制造彈簧和彈性元件的專用鋼種稱為彈簧鋼。含碳量比合金調(diào)質(zhì)鋼高，一般在量比合金調(diào)質(zhì)鋼高，一般在0.45%0.70%之間，主要加入錳、硅等元素。之間，主要加入錳、硅等元素。 4) 4)滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼 主要用于制造滾動(dòng)軸承的鋼稱為軸承鋼。滾動(dòng)軸承的內(nèi)主要用于制造滾動(dòng)軸承的鋼稱為軸承鋼。滾動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾