第三章金屬材料

1、第三章第三章 金屬材料金屬材料( (Metal material)Metal material)教學(xué)目的：教學(xué)目的：通過本章的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生掌握碳鋼、合金鋼的分類牌號(hào)、性能和主要用途；能夠知道碳鋼中的常存雜質(zhì)元素及其作用以及合金元素在鋼中的作用；了解鑄鐵、有色金屬、粉末冶金材料等常見金屬材料。教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：碳鋼、合金鋼的分類牌號(hào)、性能和主要用途。教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：合金鋼教學(xué)時(shí)數(shù)：教學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)教學(xué)形式與方法教學(xué)形式與方法：以課堂理論講授為主 教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 碳鋼碳鋼碳鋼：Wc1.4% 應(yīng)用廣泛； 1.4% Wc2.1% 力學(xué)性能較差；一、常存雜質(zhì)元素及其作用一

2、、常存雜質(zhì)元素及其作用常存元素：Fe、C、Mn、Si、S、P等1、鐵基體元素2、碳：Wc1.4% Wc0.9%，Wc增加，F(xiàn)e3C增多，強(qiáng)度下降、硬度增大3、硅、錳： 有益元素，MnS造成“硫脆”4、硫、磷： 有害元素，F(xiàn)e2P造成“冷脆”；FeS造成“熱脆”5、氮、氫、氧： 有害元素 造成“氣孔”二、碳鋼的分類、牌號(hào)和用途二、碳鋼的分類、牌號(hào)和用途（一）碳鋼的分類1、含碳量：（1）低碳鋼：0.08%0.25% 20（2）中碳鋼：0.25%0.60% 45（3）高碳鋼：0.60% 1.4% 60 2、質(zhì)量：Ws；Wp（1）普通鋼：（2）優(yōu)質(zhì)鋼：（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：3、用途：（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼：工程

3、結(jié)構(gòu)；機(jī)械零件（2）碳素工具鋼：刀具；量具；模具（3）專用鋼：鍋爐鋼；易切鋼；特種鋼4、脫氧程度：（1）沸騰鋼（F）：性能較差（2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）：性能較好（3）半鎮(zhèn)靜鋼（b）：性能一般（二）碳鋼的牌號(hào)、性能和主要用途1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：（1）應(yīng)用：工程結(jié)構(gòu)；機(jī)械零件（2）牌號(hào)：舉例：Q235-AF（3）用途：Q215；Q235；Q2552、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：（1）應(yīng)用：重要零件（2）牌號(hào)：舉例：08；45；20g等 Wc為萬分?jǐn)?shù)（3）用途：按照含碳量來介紹（4）分類： 低錳鋼： WMn0.8%；16Mn 高錳鋼： 0.8%WMn1.2%；45Mn3、碳素工具鋼：（1）應(yīng)用：刀具；量具；模具 0.65

4、% Wc1.4%（2）牌號(hào)：舉例：T8；T12 Wc為千分?jǐn)?shù)（3）用途：T7T9；T10T13 4、鑄鋼：（1）應(yīng)用：0.15% Wc0.60%（2）牌號(hào)：舉例：ZG200400（3）用途： 形狀復(fù)雜，難于成形；但是又有強(qiáng)度、韌性要求； Wc低可滿足可鑄性（4）分類： 質(zhì)量分級(jí)：高級(jí)（）；優(yōu)質(zhì)（）； 普通（）第二節(jié)第二節(jié) 合金鋼合金鋼引語(yǔ)：合金鋼定義：一、合金元素在鋼中的作用一、合金元素在鋼中的作用1、強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化；細(xì)晶強(qiáng)化；碳化物強(qiáng)化2、細(xì)化晶粒、穩(wěn)定組織： 合金元素溶入F;A,會(huì)提高穩(wěn)定性； 合金元素一般會(huì)抑制奧氏體的長(zhǎng)大3、提高淬透性：除Co外4、提高耐蝕性：二、合金鋼的分類二、合金鋼

5、的分類1、合金元素含量：（1）低合金鋼：WMe10%2、合金元素種類：3、主要用途：（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：（2）合金工具鋼：（3）特殊性能鋼：4、金相組織：（1）珠光體鋼：12Cr1MoV（2）鐵素體鋼：1Cr17s（3）馬氏體鋼：1Cr13（4）奧氏體鋼：!Cr18Ni9Ti（5）其他：貝氏體鋼；碳化物鋼；雙相鋼三、合金鋼的牌號(hào)、性能和主要用途三、合金鋼的牌號(hào)、性能和主要用途（一）合金結(jié)構(gòu)鋼1、牌號(hào)：舉例20Cr；40Cr；60Si2Mn2、低合金結(jié)構(gòu)鋼：（1）定義：WMe2.1% 鑄鐵分類：石墨的形態(tài) 一、鑄鐵的石墨化一、鑄鐵的石墨化1、定義：2、石墨的作用及存在形態(tài)：（1）碳在鑄鐵中有三種存

6、在形式； 滲碳體、固溶體（F、A）、游離的石墨（2）游離的石墨的作用： 潤(rùn)滑作用-減摩性；可切削性； 吸震作用-減震性（3）石墨的存在形態(tài)：千奇百態(tài)3、影響因素：（1）化學(xué)成分： C和Si促進(jìn)石墨化的元素； S和Mn阻礙石墨化的元素二、鑄鐵的分類、牌號(hào)和用途二、鑄鐵的分類、牌號(hào)和用途（一）白口鑄鐵：1、C存在形式：滲碳體滲碳體；斷口亮白色，又稱“冷硬鑄鐵”2、性能：硬而脆3、用途：爐料、坯料爐料、坯料；很少用（二）灰鑄鐵：1、C存在形式：片狀片狀的石墨；斷口灰暗灰暗；C、Si、Mn為主加元素2、牌號(hào)：HT+b3、性能： （1）機(jī)械性能： 一般b=100250，HB=140240,游離的石墨；

7、加入孕育劑（Si鐵；SiCa合金）， b=250400，HB=170270， 又稱“孕育鑄鐵” 機(jī)械性能得到提高 （2）工藝性能：可鑄性好：鐵水流動(dòng)性好，不縮孔可切削性好：石墨起到斷屑作用，潤(rùn)滑、減摩性可焊性差：Wc 、Wmn增加，淬透性好，但凝固脆裂可熱處理性差：很少通過熱處理改善性能， 有去應(yīng)力退火、軟化退火等4、用途：廣泛（三）“可鍛”鑄鐵：1、C存在形式： 團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀的石墨，減弱了石墨對(duì)基體的割裂程度， 所以塑性好。2、牌號(hào)：KT+b+3、性能：強(qiáng)度大；塑性、韌性有所改善；并不并不“可鍛可鍛”4、用途：形狀復(fù)雜、重要部位的薄壁小件薄壁小件5、分類：黑心可鍛鑄鐵；白心可鍛鑄鐵； 珠光體

8、可鍛鑄鐵；鐵素體可鍛鑄鐵；（四）球墨鑄鐵：1、C存在形式：球狀球狀的石墨； 鐵水“球化處理”加“孕育處理”而成； 球化劑：鎂；稀土； 孕育劑：Si鐵；SiCa合金2、牌號(hào)：QT+b+3、性能：硬度高；塑性、韌性好4、用途：大載荷、受沖擊、耐磨損大載荷、受沖擊、耐磨損的零件（五）蠕磨鑄鐵：（新型鑄鐵）1、C存在形式：蠕蟲狀蠕蟲狀的石墨；鐵水“變質(zhì)處理”加“孕育處理”而成；變質(zhì)劑：稀土合金 孕育劑：Si鐵；SiCa合金2、牌號(hào)：RuT+b3、性能：兼有HT和QT的性能；綜合性能好綜合性能好4、用途：（六）合金鑄鐵： 1、合金化； 2、分類：（1）耐磨鑄鐵(M T)：Mn、Cu、Mo為主加元素（2）

9、耐熱鑄鐵(R T)：Cr、Mo、W為主加元素（3）耐蝕鑄鐵(S T)：Cr、Si 、Al為主加元素 (七)、麻口鑄鐵：1、工藝： 白口鑄鐵采用表面激冷表面激冷工藝，形成麻口， 表面白口+心部灰口2、性能及用途： 冷、硬、脆，不太常用第四節(jié)第四節(jié) 有色金屬有色金屬金屬分類：黑色金屬：Fe、Cr、Mn三種有色金屬：Cu、Al、Ti、Mg有色金屬分類：重金屬：密度3.5, Cu、Ni、Co、Zn等輕金屬：密度3.5, Al 、Mg、Na等貴金屬：金、銀、鉑等半導(dǎo)體：硅、鍺、硼等稀有金屬：鈦、鎢、鉬等放射性元素：鈾、鐳等 例：犯罪、學(xué)生、丟失一、銅及銅合金一、銅及銅合金引語(yǔ)：一 工業(yè)純銅1、簡(jiǎn)介：WC

10、u=99.599.95%；玫瑰紅； Fcc、無同素異晶轉(zhuǎn)變 紫銅-表面氧化膜； 銅綠-CO2潮濕空氣中，表面堿性碳酸鹽的綠 色薄膜；CuCO3Cu(OH)2 特性：抗磁性好：儀器導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好：電工導(dǎo)體塑性好：打擊的銅棒、壓力加工黃銅化學(xué)穩(wěn)定性好： 因?yàn)樯杀Ｗo(hù)膜，耐大氣、水、蒸汽等， 不耐濃酸、海水，例：黃銅的“季裂”熱穩(wěn)定性差：冷脆、熱脆“加工硬化”現(xiàn)象：2、牌號(hào)： T1、T2、T3；序號(hào)大，純度低序號(hào)大，純度低二、銅合金二、銅合金1、黃銅：、黃銅：CuZn（1）分類： 成形方法：壓力加工黃銅；鑄造青銅 化學(xué)成分：普通黃銅；特種黃銅（2）牌號(hào)： 合金元素：Pb、Al、Sn、Mn為主加元素

11、； H+WCu% 舉例：H70（三七黃銅）； H+Me+ WCu%+ WMe% 舉例：HPb63-3（鉛黃銅）；（3）性能： WZn%不同，H70（三七黃銅）； H68（彈殼黃銅）； H62（商業(yè)黃銅、兩相黃銅）（4）黃銅的季裂：2 2、青銅：、青銅：CuCuSnSn 周禮考工記記載： “六分其金而錫居其一，謂之鐘鼎之齊”（1）牌號(hào)： Q+Me+ WMe% + W其他Me% 舉例：QSn4s-3（錫青銅）；（2）性能： 錫青銅：耐磨件 鋁青銅：減摩件、彈性件、抗磁零件 鈹青銅：昂貴，用于精密儀器 鉛青銅：高壓、高速3 3、白銅：、白銅：CuCuNiNi（1）牌號(hào)： B+其它Me+ WNi% +

12、 W其他Me% 舉例：BMn43-0.5（錳白銅）（2）分類及性能： B30-簡(jiǎn)單白銅； BMn43-0.5-“考銅” 熱電偶、變阻器等 BMn40-1.5-“康銅” 精密儀器二、鋁及鋁合金二、鋁及鋁合金（一）（一） 純鋁純鋁1、簡(jiǎn)介：銀白色；Fcc；無同素異晶轉(zhuǎn)變；輕2、特性：“鈍化現(xiàn)象鈍化現(xiàn)象”；導(dǎo)電性；導(dǎo)熱性；“加工硬化”現(xiàn)象3、工業(yè)純鋁牌號(hào)：L1、L2、T3；序號(hào)大，純度低，高純鋁牌號(hào)：LG15；序號(hào)大，純度高，（二）鋁合金合金化：主加元素：Si、Cu、Mg、Zn等；輔加元素：Cr、Ti、Ca、Ni等強(qiáng)化方式：“加工硬化”、時(shí)效強(qiáng)化、合金強(qiáng)化1、鑄造鋁合金：（1）定義：（2）牌號(hào)：ZL

13、+三位數(shù)字（3）分類、性能及用途：AlSi系；AlCu系；AlMg系；AlZn系見表格3.4常用的AlSi系稱為鋁硅明，用于形狀復(fù)雜的零件2、形變鋁合金：（1）定義：（2）牌號(hào)：L+F（3）分類、性能及用途：a、防銹鋁LF：AlMn系和AlMg系鋁合金；管道b、硬鋁LY：AlCuMg系鋁合金；強(qiáng)度大c、超硬鋁LC ： AlCuMgZn系鋁合金；重量輕、承載大d、鍛鋁LD： AlCuSiMg系鋁合金、 AlCuMgNiFe系鋁合金；三、滑動(dòng)軸承合金三、滑動(dòng)軸承合金滑動(dòng)軸承合金的定義：滑動(dòng)軸承合金的性能要求：軟基體硬質(zhì)點(diǎn)：錫基軸承合金；鉛基軸承合金硬基體軟質(zhì)點(diǎn)：銅基軸承合金；鋁基軸承合金常用的軸承

14、合金介紹：（一）錫基軸承合金（錫基巴氏合金）：1、定義： Sn為主加元素；Cu、Sb為輔加元素 軟基體：Sn溶有Sb固溶體；硬質(zhì)點(diǎn)：金屬化合物2牌號(hào)：ZCh+基礎(chǔ)元素+主加元素+主加元素% 舉例：ZChSnSb11-63、性能及用途：高速重載；蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)和大型機(jī)床的主軸常用的錫基巴氏合金：1號(hào)；2號(hào)；3號(hào)；4號(hào)（二）鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）：1定義： Pb為主加元素；Sn、Cu、Sb為輔加元素 軟基體：Pb溶有Sb的固溶體；硬質(zhì)點(diǎn)：金屬化合物2牌號(hào)：ZCh+基礎(chǔ)元素+主加元素+主加元素% 舉例：ZCh Pb Sb166-23、性能及用途：中速中載；電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、破碎機(jī)的主軸常用的錫基

15、巴氏合金：1號(hào)；2號(hào)；3號(hào)；4號(hào)；5號(hào)三）銅基軸承合金1、錫青銅軸承合金：軟基體硬質(zhì)點(diǎn)； 高速中載；電動(dòng)機(jī)的軸承2、鉛青銅軸承合金：硬基體軟質(zhì)點(diǎn)； 高速重載；發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)的軸承（四）鋁基軸承合金1高錫鋁基軸承合金：硬基體軟質(zhì)點(diǎn)； 高速重載；汽車、拖拉機(jī)的軸承2、鋁銻鎂基軸承合金：軟基體硬質(zhì)點(diǎn)；輕載；3、鋁石墨系軸承合金：惡劣環(huán)境下，活塞、機(jī)床主軸的軸瓦（五）其他：1、灰鑄鐵軸承合金：低速、輕載、沖擊2、多層軸承合金：復(fù)合減摩材料3、粉末冶金含油軸承： 油的“毛細(xì)作用”，具有“自潤(rùn)滑性能”四、鈦及鈦合金四、鈦及鈦合金1、特點(diǎn)：輕；新型結(jié)構(gòu)材料， 用于航空、航天、化工、船舶等重工業(yè) 抗蝕性好；“

16、鈍化現(xiàn)象”2、分類：型、型、+型第五節(jié)第五節(jié) 粉末冶金材料粉末冶金材料粉末冶金的定義：粉末冶金材料的定義：一、粉末冶金及其特點(diǎn)一、粉末冶金及其特點(diǎn)1、粉末冶金的基本工藝：（1）金屬粉末的制?。簷C(jī)械制取；物理方法（2）壓制成形：（3）高溫?zé)Y(jié)：（4）后處理：2、粉末冶金的特點(diǎn)：二、常用粉末冶金材料二、常用粉末冶金材料（一）硬質(zhì)合金：1、定義： 粉末：難熔碳化物；粘結(jié)劑：金屬粉末2、硬質(zhì)合金的特點(diǎn)：硬度大，紅硬性高3、常用的硬質(zhì)合金：表格3.5（1）鎢鈷類硬質(zhì)合金： 成分為WC、Co；牌號(hào)：YG+WCo%（2）鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金： 成分為WC、TiC、Co；牌號(hào)：YT+WTiC%（3）鎢鈦鉭類硬質(zhì)合金： 成分為WC、TiC、TaC、NbC、Co； 牌號(hào)：YW+WCo%硬質(zhì)合金的應(yīng)用：刀具、模具、量具（二）含油軸承材料：1、含油軸承材料的定義：2、含油軸承材料的原理：3、含油軸承材料的分類及性能： 鐵基含油軸承材料： 銅基含油軸承材料： 輕載中速（三）鐵基結(jié)構(gòu)材料：1、定義：2、性能：3、用途：復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題: : P58 125P58 125專題專題 選材應(yīng)用