南京工程學(xué)院材料科學(xué)基礎(chǔ)之金屬材料

金屬材料緒論材料的使用性能材料的其他性能原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵晶體結(jié)構(gòu)晶體缺陷高分子材料結(jié)構(gòu)固體材料中的原子擴(kuò)散相平衡與相圖原理材料的凝固材料的變形與回復(fù)再結(jié)晶固態(tài)相變與材料處理金屬材料高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料功能材料工程材料的選用與發(fā)展鋼鐵材料鋼中雜質(zhì)元素與合金元素鋼的分類和牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鑄鐵有色金屬材料Si,Mn,Cr,Ni,W,Mo,V,Ti,Nb,Al,Cu,B熱脆冷脆氫脆鋼中的元素合金元素在鋼中的存在方式溶入固溶體形成非金屬夾雜形成化合物自由存在為了合金化的目的（改善和提高鋼力學(xué)性能或使之獲得某些特殊的物理化學(xué)性能）而特定在鋼中加入的、含量在一定范圍的化學(xué)元素稱為合金元素，這種鋼稱為合金鋼；固溶態(tài)化合態(tài)游離態(tài)固溶態(tài)固溶元素加入除了強(qiáng)化外，還有重要意義，如提高淬透性、改善回火穩(wěn)定性；化合態(tài)非碳化物形成元素Ni,Cu,Si,Al,P碳化物形成元素Cr,Mo,W,B,Ti,Zr,Nb與C的親和力由強(qiáng)到弱：Ti,Zr,Nb,V,Mo,W,Cr,Mn,Fe,Ni,Si,Co,Al(固溶)

復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M23C6、M7C3、M3C特點(diǎn)：硬度、熔點(diǎn)較低，穩(wěn)定性較差；簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：M2C、MC

特點(diǎn)：硬度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定性好

M6C型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，性能特點(diǎn)接近簡(jiǎn)單點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響取決于碳化物的形貌、分布、尺寸提高強(qiáng)度、耐磨性（細(xì)化晶粒、彌散強(qiáng)化）提高抗蠕變能力（釘扎晶界）降低沖擊性能（晶界處成膜）內(nèi)部裂紋源（大塊尖角碳化物）合金元素對(duì)鐵碳平衡相圖的影響（1）對(duì)鐵基二元相圖的影響（1）γ穩(wěn)定化元素使A3↓，A4↑

，γ區(qū)擴(kuò)大i）與γ區(qū)無(wú)限固溶——Ni、Mn、Co——量大時(shí)，室溫為γ相ii）與γ區(qū)有限固溶——C、N、Cu——擴(kuò)大γ區(qū)Ni,Mn,CoC,N,Cu（2）α穩(wěn)定化元素使A3↑，A4↓，γ區(qū)縮小封閉γ區(qū)—（1）Cr、V（與α-Fe完全互溶），

量大時(shí)高溫仍然為α相（2）W、Mo、Ti，γ相封閉但有限溶解縮小γ區(qū)——B、Nb、Zr等穩(wěn)定γ相——A形成元素穩(wěn)定α相——F形成元素Cr,VMo,W,TiB,Nb,Zr對(duì)S、E點(diǎn)的影響

A形成元素均使S、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)，F(xiàn)形成元素使S、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)。S點(diǎn)左移—意味著共析C量減小；E點(diǎn)左移—意味著出現(xiàn)萊氏體的C量降低合金元素對(duì)鐵碳平衡相圖的影響（2）對(duì)鐵碳相圖的影響Cr元素影響

鐵—碳—錳相圖Mn元素影響合金元素對(duì)鋼熱處理的影響對(duì)奧氏體化的影響

絕大多數(shù)合金元素對(duì)奧氏體形核與長(zhǎng)大，殘留碳化物的溶解，奧氏體成分均勻化都有不同程度的阻礙和延緩作用，強(qiáng)碳化物形成元素的作用更為強(qiáng)烈；合金鋼熱處理時(shí)一般應(yīng)有較高的熱處理溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間；合金元素對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響Ti、V、Zr、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素：強(qiáng)烈阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大——細(xì)化（殘余碳化物機(jī)械釘扎）W、Mo、Cr：阻礙作用中等Ni、Si、Cu等非K形成元素：作用微弱C、N、B、P、Mn：促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響（1）除Co外的合金元素不同程度地推遲珠光體轉(zhuǎn)變（C曲線右移，提高淬透性）；（2）實(shí)際中通常加入的元素：Cr、Ni、Si、Mn、B（W、Mo較貴）；（3）V、Nb、Ti的碳化物加熱時(shí)一般不溶于基體，起到反作用；（4）合金元素（除Co、Al）的加入使Ms、Mf點(diǎn)降低，殘余奧氏體量增大，需要進(jìn)行控制和處理；對(duì)淬火鋼回火過(guò)程的影響（1）絕大多數(shù)元素提高鋼的回火穩(wěn)定性（鋼對(duì)回火過(guò)程中組織轉(zhuǎn)變和硬度下降的抗力）；（2）強(qiáng)碳化物形成元素（V、Nb、Ti）和Si作用比較明顯；（3）回火穩(wěn)定性表明鋼在高溫下仍然可以具有較大的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)由于回火溫度升高，塑韌性提高，綜合性能改善；回火過(guò)程的二次硬化強(qiáng)化的有效性

強(qiáng)化→彌散析出（ΔσP）ΔσP

>|-ΔσS|→出現(xiàn)硬度峰值弱化→M分解（-ΔσS）ΔσP

<|-ΔσS|→減緩弱化強(qiáng)化和弱化的演變1-M分解；2-彌散析出；3-綜合效應(yīng)

二次硬化來(lái)自于碳化物的彌散析出；Cr、W、Mo、V為主要元素；碳化物熱穩(wěn)定性高、不易長(zhǎng)大，硬化效果好；鋼鐵材料鋼中雜質(zhì)元素與合金元素鋼的分類和牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鑄鐵有色金屬材料鋼鐵材料鋼中雜質(zhì)元素與合金元素鋼的分類和牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鑄鐵有色金屬材料結(jié)構(gòu)鋼分為工程結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼兩大類；結(jié)構(gòu)鋼用于制造軸、齒輪、緊固件、軸承等各種機(jī)械零件汽車、機(jī)床、工程機(jī)械、電站設(shè)備；主要承受拉、壓、彎、扭、沖擊、疲勞應(yīng)力，幾種載荷同時(shí)作用；工程結(jié)構(gòu)鋼是指專門用來(lái)制造工程結(jié)構(gòu)件的一大類鋼種。在鋼總產(chǎn)量中，工程結(jié)構(gòu)鋼占90％左右；特點(diǎn)為不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期承受靜載荷，有使用溫度要求；直接在熱軋空冷（正火）狀態(tài)下使用；工程結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼表面硬化鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼其他專用結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工程結(jié)構(gòu)鋼（普碳鋼），占鋼鐵總產(chǎn)量的70%~80%，主要作為結(jié)構(gòu)件，少量用作機(jī)器零件；常采用熱軋態(tài)供貨，一般不經(jīng)過(guò)熱處理；主要包括：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275；按照脫氧程度和澆注方法：沸騰鋼(F)、鎮(zhèn)靜鋼(Z)、半鎮(zhèn)靜鋼(b)；低合金結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼：普低鋼/低合金高強(qiáng)度鋼（HSLA）；為了適應(yīng)大型工程結(jié)構(gòu)（大型橋梁、壓力容器及船舶）；我國(guó)1957年開始生產(chǎn)普低鋼；普低鋼：在碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上，加入少量的合金元素

（Mn、Si、Nb、V、Ti、Al）以固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度以細(xì)晶強(qiáng)化降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度組織：鐵素體（多邊形75%~90%）+珠光體（片層狀10%~25%）普低鋼中主要合金元素及合金化特點(diǎn)低C、低合金元素，基本不加Cr/Ni；主要元素為Mn：Mn的固溶強(qiáng)化效果大（1%Mn，σs↑33MPa）

Mn降低A→F的轉(zhuǎn)變溫度，細(xì)化晶粒，提高塑性

Mn使“S”點(diǎn)左移，珠光體數(shù)量增大，塑性下降

降低硫的危害；普低鋼中主要合金元素及合金化特點(diǎn)輔助合金元素Al、V、Ti、Nb

碳氮化物的形成→細(xì)化晶粒、彌散析出→強(qiáng)度塑性提高；

輔助元素形成的碳氮化物有一定溫度范圍，過(guò)熱則溶解，效果降低Cu、P加入改善耐大氣腐蝕性能；稀土元素加入→脫S去氣，凈化鋼材，改善夾雜物形態(tài)分布，

↑性能表面硬化鋼零件在滑動(dòng)、滾動(dòng)、接觸應(yīng)力、摩擦等工況下工作磨損和接觸疲勞是主要失效形式表面應(yīng)具有高硬度、高接觸疲勞抗力和良好耐磨性而心部有一定塑韌性滲碳鋼、滲氮鋼、感應(yīng)加熱淬火鋼等

這類鋼適宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通過(guò)某種工藝使零件表面硬度高耐磨而心部具有較好強(qiáng)韌性配合以滿足要求。典型零件有齒輪、凸輪等一般含碳量在0.12~0.25％

保證得到強(qiáng)韌性好的板條M常用合金化元素Mn、Cr、Ni、B主要↑淬透性

Ti、V、W、Mo細(xì)化晶粒防止?jié)B碳時(shí)晶粒過(guò)度長(zhǎng)大表面硬化鋼--滲碳鋼按淬透性可分為低、中和高淬透性鋼三類低淬透性：20Cr鋼：不宜滲碳后直接淬火；20CrV鋼可中淬透性：20CrMnTi鋼特點(diǎn):①Cr、Mn復(fù)合，淬透性好，D油約40mm；②較高耐磨性和強(qiáng)韌度，特別是低溫韌度較好；③滲碳工藝性較好，晶粒長(zhǎng)大傾向小，可直接淬火，變形也比較小制造汽車變速箱齒輪，離合器軸和車輛上的傘齒輪及主動(dòng)軸等高淬透性：18Cr2Ni4WA，20Cr2Ni4A表面硬化鋼--滲氮鋼優(yōu)點(diǎn)明顯提高零件疲勞強(qiáng)度和耐磨性；具有對(duì)水、油等介質(zhì)的耐腐蝕的能力；零件的變形量很?。坏瘜釉谳^高的溫度仍能保持其硬度氮化鋼：多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼；國(guó)內(nèi)外廣泛使用的氮化鋼是38CrMoAl鋼；工藝：氮化前，要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理以得到穩(wěn)定的回火索氏體組織，以保證零件最終的使用性能和使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)也為獲得好的氮化層作組織準(zhǔn)備表面硬化鋼--表面淬火鋼表面淬火鋼：多為中碳碳素結(jié)構(gòu)鋼（45）、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼（40Cr）；為了保證心部的塑韌性，降低鋼的淬透性；低淬透性鋼：55Tid（d表示低淬透性）變速箱二、三速齒輪；調(diào)質(zhì)鋼（1）經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）得到回火索氏體組織，從而具有優(yōu)良的力學(xué)性能（強(qiáng)度和韌性的良好配合）的中碳鋼（碳素或合金鋼）化學(xué)成分碳含量：中碳0.25%～0.5%，多為0.4%左右，以保證調(diào)質(zhì)處理后優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性的配合；合金元素：主加Mn、Si、Cr、Ni、B等，輔加Mo、W、V作用：↑淬透性；固溶強(qiáng)化；防止第二類回火脆性；↓D

調(diào)質(zhì)鋼的預(yù)先熱處理（1）改善切削加工性，改善熱變形過(guò)程中的晶粒粗大，帶狀組織（2）合金元素低→正火、退火處理；（3）合金元素高→正火后得到馬氏體，需要高溫回火調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理（1）要求較高的綜合性能：高溫回火（500~600℃）→調(diào)質(zhì)（2）要求強(qiáng)度較高：低溫回火（200~250℃）、中溫回火（450℃）調(diào)質(zhì)鋼（2）在機(jī)械制造工業(yè)中，調(diào)質(zhì)鋼是按淬透性高低來(lái)分級(jí)的低淬透性調(diào)質(zhì)鋼:

45、45Mn、40Cr、35SiMn、42Mn2V等中淬透性調(diào)質(zhì)鋼:38CrSi、35CrMo、40CrNi、42CrMo、40CrMn、30CrMnSi等

高淬透性調(diào)質(zhì)鋼:有37SiMn2MoVA、37CrNi3、25Cr2Ni4WA、40CrNiMo、40CrMnMo等調(diào)質(zhì)鋼（3）彈簧鋼（1）拉力彈簧蝶形彈簧

汽車板簧火車螺旋彈簧高的彈性極限、屈強(qiáng)比：保證吸收大量的彈性能而不產(chǎn)生塑性變形；高疲勞強(qiáng)度；有足夠的塑性和韌性：以防止沖擊斷裂其他要求:淬透性、冶金質(zhì)量、表面質(zhì)量；良好的熱處理和塑性加工性能；特殊條件下工作的耐熱性或耐蝕性要求等；過(guò)熱敏感性小，不易脫碳裂紋源彈簧功能儲(chǔ)能減振彈簧鋼（2）碳：

wc＝0.6%-1.05%（碳素彈簧鋼）

wc＝0.4%-0.74%（合金彈簧鋼）合金元素：主加Si、Mn、Cr等，輔加Mo、W、V等鉻和錳主要是提高淬透性，硅提高彈性極限，釩提高淬透性和細(xì)化晶粒

硅、錳復(fù)合：高的彈性極限，屈強(qiáng)比可達(dá)到0.8~0.9；硅、錳↑淬透性，硅有效↑回穩(wěn)性；缺點(diǎn)：脫碳（Si）和過(guò)熱敏感性（Mn）彈簧鋼（3）化學(xué)成分彈簧鋼（4）工藝流程基本工藝方式熱成形彈簧冷成形彈簧大型彈簧

熱成形后+淬、中溫回火+噴丸小型彈簧冷變形或熱處理強(qiáng)化+冷成形+低溫去應(yīng)力退火滾動(dòng)軸承鋼（1）滾動(dòng)軸承內(nèi)外套圈與滾動(dòng)體之間呈點(diǎn)或線接觸，承受很大的壓應(yīng)力（高達(dá)1800MPa－5000MPa）和交變載荷滾動(dòng)軸承鋼（2）工作條件高負(fù)荷→最大接觸應(yīng)力可高達(dá)3000~5000MPa高轉(zhuǎn)速→循環(huán)周次高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)次；高靈敏度→精度要求高→磨損、麻點(diǎn)→噪音失效形式

接觸疲勞破壞，麻點(diǎn)、剝落滾動(dòng)軸承的作用是支撐軸，滾動(dòng)軸承由內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體（珠、柱、錐、針）及保持器組成滾動(dòng)軸承鋼（3）性能要求性能要求高而均勻的硬度和耐磨性→足夠淬透性和淬硬性（>60HRC）；高接觸疲勞強(qiáng)度→以免過(guò)早失效→

保證材質(zhì)、組織；一定韌度→承受沖擊，以免碎裂；高的彈性極限→避免產(chǎn)生永久形變尺寸穩(wěn)定性好→保證精度；一定耐蝕性→大氣、潤(rùn)滑油腐蝕接觸面小應(yīng)力集中大易產(chǎn)生裂紋材質(zhì)純凈、組織均勻滾動(dòng)軸承鋼（4）成分特點(diǎn)高碳為了保證軸承鋼有高的硬度和耐磨性，軸承鋼的碳含量很高，一般為0.95%~1.15%，屬于過(guò)共析鋼：主要加Cr，提高淬透性，碳化物提高接觸疲勞極限和耐磨性：大尺寸軸承，加Si、Mn、Mo提高淬透性和強(qiáng)度；合金化冶金質(zhì)量雜質(zhì)含量低（S、P）；夾雜物少；成分組織均勻，碳化物均勻；滾動(dòng)軸承鋼（5）工藝流程熱處理特點(diǎn)

球化退火→為最終淬火作組織準(zhǔn)備一般采用保護(hù)氣氛加熱或真空加熱（防止脫碳）160℃保溫3h或更長(zhǎng)回火，硬度61~66HRC要求消除Ar（殘余奧氏體）→淬火后立即進(jìn)行冷處理，而后立即低溫回火鍛（軋）→球化退火→機(jī)加工→淬火、低回→磨鋼鐵材料鋼中雜質(zhì)元素與合金元素鋼的分類和牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鑄鐵有色金屬材料主要矛盾韌度和耐磨性間的合理平衡→基體成分和K的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)和分布用于制造各類工具的一系列高品質(zhì)鋼種，分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼（但有重復(fù)）；工具鋼（1）刃具鋼性能要求：高的硬度（60～66HRC）和高的耐磨性——不變鈍；高的熱硬性，即鋼在高溫下保持高硬度——高速切削時(shí)必備；適當(dāng)?shù)乃苄?、韌性、強(qiáng)度——不崩刃、折斷、變形；良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性如切削加工性、磨削加工性、鍛造、焊接、熱處理等性能；工具鋼（1）刃具鋼成分組織（1）0.6~1.3%C+足夠數(shù)量K→

M硬度和切斷抗力較高、耐磨性好；（2）Cr、W、Mo、V等→

↑淬透性、耐磨性、熱穩(wěn)定性和熱硬性；（3）Mn、Si輔助加入→

↑淬透性，回穩(wěn)性（4）S、P控制更為嚴(yán)格；（5）第二相K→球狀、細(xì)小、均勻分布刃具鋼--碳素工具鋼T7-T13：做低速切削的刃具和簡(jiǎn)單的冷沖模；成本低、淬透性低，斷面尺寸小于15mm的工具預(yù)先熱處理一般為球化退火其目的是獲得粒狀P，降低硬度便于切削加工、并為淬火作組織準(zhǔn)備；若鍛造組織不良（如出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物缺陷），則應(yīng)在球化退火之前先進(jìn)行正火處理，以消除網(wǎng)狀碳化物；最終熱處理為淬火＋低溫回火（回火溫度一般180～200℃）正常組織為隱晶M＋細(xì)粒狀滲碳體及少量AR缺點(diǎn)：淬透性低，組織穩(wěn)定性低，耐磨性不夠刃具鋼--低合金工具鋼

合金元素作用：加入錳、硅、鎢、鉬、釩、鉻等元素：↑淬透性、耐磨性和回穩(wěn)性等，采用緩冷方式，減小變形開裂Cr:1%左右，細(xì)化K，均勻分布，阻礙淬火加熱晶粒長(zhǎng)大；Si:↑低溫回穩(wěn)性，Si強(qiáng)化F，↓切削加工性；↑脫碳敏感性，不單獨(dú)加入；

W:0.5~1.5%，W含量太多，使K分布不勻，惡化性能

低合金工具鋼不具有熱硬性，工作溫度一般不超過(guò)250℃刃具鋼—高速鋼性能特點(diǎn)：工作溫度：刃部溫度上升至600℃（硬度55-60HRC）；高熱硬性/高硬度和高耐磨性（鋒鋼）；淬透性優(yōu)良→空氣冷卻也能得到馬氏體（風(fēng)鋼）→尺寸大、形狀復(fù)雜、負(fù)荷重、工作溫度高的各種高速切削刀具通用型高速鋼A、鎢系高速鋼（簡(jiǎn)稱W18）（W18Cr4V，18-4-1）優(yōu)點(diǎn)：磨削性能和綜合性能好，通用性強(qiáng)；缺點(diǎn)：碳化物分布常不均勻，強(qiáng)度與韌性不夠，熱塑性差，

不宜制造成大截面刀具B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼）

（W6Mo5Cr4V2，6-5-4-2）優(yōu)點(diǎn)：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性；缺點(diǎn)：高溫切削性能和W18相比稍差高性能高速鋼（含Co或含Al、V）（W6Mo5Cr4V2Co5、W6Mo5Cr4V2Al）刃具鋼—高速鋼分類刃具鋼—高速鋼成分特點(diǎn)C保證鋼的硬度、耐磨性和熱硬性WMo鎢是鋼獲得紅硬性的主要元素；M6C型K，阻礙A晶粒長(zhǎng)大；回火時(shí)析出W2C，彌散強(qiáng)化，↑耐磨性；W↓↓熱導(dǎo)率→鋼導(dǎo)熱性差；W過(guò)多導(dǎo)致脆性增大；鉬和鎢相似，1％Mo可取代1.5~2.0％W，成本低；鉬的碳化物沒有W的穩(wěn)定，所以脫碳和過(guò)熱敏感性大；VV顯著↑熱硬性、↑硬度和耐磨性，細(xì)化晶粒，↓過(guò)熱敏感性，以VC存在（回火二次硬化）CrCr加熱時(shí)全溶，保證鋼淬透性，4％Cr→改善抗氧化能力、切削能力鍛造消除大塊魚骨狀共晶碳化物（萊氏體）鍛造→球化退火→機(jī)加工→淬火/回火球化退火便于切削，為淬火作準(zhǔn)備索氏體+細(xì)粒狀碳化物淬火淬火加熱溫度比Ac1高400℃→獲得高合金度的A/M→回火穩(wěn)定性/二次硬化采用1~2次預(yù)熱500~600℃，800~850℃

→導(dǎo)熱性差，防止裂紋產(chǎn)生；縮短高溫保溫時(shí)間，減少脫碳常用直接冷卻或分級(jí)淬火方法；高速鋼一般需在560℃左右三次回火刃具鋼—高速鋼淬火特點(diǎn)W18Cr4V高速鋼回火次數(shù)與殘余奧氏體量（a）和性能（b）的關(guān)系

工具鋼（2）冷作模具鋼金屬在冷態(tài)下變形所用的模具鋼；包括拉延、沖壓、冷鐓、冷擠壓等；模具主要承受高的壓力和沖擊力，強(qiáng)烈摩擦；高硬度、耐磨性、一定的韌性；足夠的淬透性、淬火變形小包括碳素、低合金工具鋼（與刃具相似）；高碳高鉻-中鉻鋼；基體鋼高碳高鉻模具鋼主要有Cr12、Cr12MoV鋼；高碳亞共晶萊氏體鋼；含碳量：Cr12（2~2.3%）、Cr12MoV（1.45~1.7%）；Cr12MoV鋼在Cr12基礎(chǔ)上降C增Mo/V，細(xì)化K與D，改善韌度具有高淬透性，截面200-300mm以下可以完全淬透；回火穩(wěn)定性好，二次硬化；Cr12MoV鋼主要制造大尺寸、形狀復(fù)雜、承受載荷較大的模具，曾經(jīng)有“冷作模具王牌”之稱一次硬化法低淬和低回→晶粒細(xì)小，強(qiáng)韌性好；980~1030℃淬火×150~170℃回火，硬度為61~63HRC，殘奧量少；12％左右未溶（Cr，F(xiàn)e）7C3碳化物；一次硬化法使用較普遍二次硬化法1050~l100℃淬火+500℃左右多次回火；硬度回升到60~62HRC；熱硬性較好，強(qiáng)韌性較低；二次硬化法適合于工作溫度

比較高（400~500℃）且受載荷不大或淬火后表面需要氧化處理的模具高碳中鉻模具鋼（Cr4W2MoV、Cr5Mo1V）K以M7C3型為主，少量M6C、MC型分布較均勻（碳含量進(jìn)一步降低至1~1.25%）；具有耐磨性好和熱處理變形小的特點(diǎn)；適于制造既要求有高的耐磨性，又具有一定韌度的模具基體鋼成分與高速鋼的淬火組織中基體成分相似的鋼種；具有高速鋼的高強(qiáng)度、硬度，不含大量K而具有更好的韌度和疲勞強(qiáng)度；降低C含量和V含量，降低碳化物不均勻性，韌性提高；

CW6Mo5Cr4V2

→6W6Mo5Cr4V采用高速鋼的低溫淬火使加熱金屬或液態(tài)金屬獲得所需形狀模具是在反復(fù)受熱和冷卻條件下工作；模具受熱時(shí)間越長(zhǎng)，受熱程度就越嚴(yán)重；許多模具還受到較大沖擊力，工作條件苛刻模具鋼應(yīng)具有高抗熱塑性變形能力、高韌性、高抗熱疲勞、良好的抗熱燒蝕性服役條件技術(shù)要求工具鋼（3）熱作模具鋼熱作模具鋼—熱鍛模鋼碳含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.3-0.6%，還加入Cr、Mo、W、Si、Mn、V等合金元素，以提高鋼的各種性能C：一般在0.45~0.60%，以保證一定硬度和沖擊韌度；

Cr：一般1%左右，↑淬透性，↑回穩(wěn)性，改善AK；

Ni：能↑↑AK

，和Cr共同作用↑↑鋼淬透性；

Mn：主要代Ni，但Mn↑過(guò)熱敏感性和回火脆性；

Si：能↑強(qiáng)度、回穩(wěn)性和耐熱疲勞性，Si量<1%；

Mo、V：有效地細(xì)化晶粒，↓過(guò)熱傾向，↑回穩(wěn)性；

Mo（W）最重要的作用是↓↓鋼的回火脆性；5Cr08MnMo；5Cr06NiMo（淬透性好，尺寸大）熱作模具鋼—熱擠壓模和熱錘鍛模相比，熱擠壓模在工作時(shí)需要較長(zhǎng)時(shí)間與被變形加工的金屬接觸，其受熱的溫度更高；熱擠壓模還承受很大的應(yīng)力和摩擦力；這類模具的尺寸一般都不大，比錘鍛模要小；熱擠壓模主要要求有高的熱穩(wěn)定性、較高的高溫強(qiáng)度、耐熱疲勞性和高的耐磨性；有鉻系、鎢系和鉬系熱模具鋼三類4Cr5MoSiV(H13)；3Cr2W8V熱作模具鋼—壓鑄模

鋅合金、鋁合金、鎂合金等低熔點(diǎn)的金屬合金：選擇30CrMnSi、40Cr、5CrMnMo等低合金鋼來(lái)制造壓鑄模具；壓鑄鋅合金的模具：5CrMnMo鋼，40Cr調(diào)質(zhì)鋼壓鑄鋁、鎂合金的模具目前常選用3Cr2W8V、H13鋼銅合金和黑色金屬的熔點(diǎn)比較高：采用難熔金屬為基的合金，如鉬基合金、鎢基合金等；3Cr2W8V（表面處理）、3W23Cr4MoV等工具鋼（3）量具鋼量具用鋼應(yīng)具有的基本性能

摩擦、高精度和穩(wěn)定性→應(yīng)具備以下性能：高硬度（一般58～64HRC）和高耐磨性；高的尺寸穩(wěn)定性（要求組織穩(wěn)定性高）；低的表面粗糙度一定的韌性（防撞擊與折斷）和特殊環(huán)境下的耐蝕性

1.低合金工具鋼：CrWMn、GCr152.其它鋼種選擇

1）碳素工具鋼：T10A、T12A等（小尺寸、低精度）

2）表面硬化鋼：滲碳鋼（20Cr）、調(diào)質(zhì)鋼（55）、表面淬火及專用氮化鋼（38CrMoAlA）3）不銹鋼：4Cr13（耐蝕性）量具鋼的選擇最終熱處理：

淬火+（-70~-80℃）冷處理+低溫回火+時(shí)效處理時(shí)效處理：120～130℃，保溫幾～幾十小時(shí)，使M、Ar穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力最終組織：回火M+碳化物+少量A殘要求盡量↓變形；組織穩(wěn)定→淬火加熱時(shí)進(jìn)行預(yù)熱；在保證力學(xué)性能的前提條件下↓淬火溫度，↓Ar淬火后立即冷處理量具鋼的熱處理鋼鐵材料鋼中雜質(zhì)元素與合金元素鋼的分類和牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鑄鐵有色金屬材料不銹鋼的性能要求較高的耐蝕性；（各種不銹鋼在不同介質(zhì)中耐蝕性不同）具有一定的力學(xué)性能，很多構(gòu)件在腐蝕條件下承受載荷；良好的工藝性能，對(duì)于管材、板材、型材常常通過(guò)加工變形制成各種構(gòu)件，如容器、管道、鍋爐等，因此涉及到焊接性、冷熱加工性等；不銹鋼（1）性能要求不銹鋼（2）微電池原理微電池現(xiàn)象：鋼板組織不均勻形成許多微小的原電池現(xiàn)象；α-Fe為陽(yáng)極，碳化物為陰極；鋼板在大氣放置時(shí)表面吸附水，形成水膜不銹鋼（3）合金元素的影響Cr元素作用——不銹鋼中最重要的合金元素Cr促進(jìn)鋼的鈍化保持穩(wěn)定鈍態(tài)效果提高固溶體電極電位表面形成致密氧化膜n/8定律Cr含量大于11.7%時(shí)，基體電位由-0.56V突增至0.12V；前提：Cr必須溶入基體之中，Cr12MoV不是不銹鋼；不銹鋼（3）合金元素的影響C元素作用↑強(qiáng)度，↓冷變形性、焊接性、耐蝕性，應(yīng)盡量降低降低基體中Cr含量，形成第二相形成微電池形成鈍化膜的元素Si、Al、Cr；增強(qiáng)鈍化作用：Cu、Mo影響基體組織的元素奧氏體形成元素：Ni、N、Mn鐵素體形成元素：Cr、Si、Ti、Nb不銹鋼（3）不銹鋼的分類馬氏體不銹鋼：基體為馬氏體，有磁性，熱處理調(diào)整力學(xué)性能；Cr13類型（12Cr13、20Cr13、30Cr13）、14Cr17Ni2、95Cr18等鐵素體不銹鋼：基體以F為主，有磁性，不能通過(guò)熱處理硬化，采用冷加工方式輕微強(qiáng)化；06Cr11Ti、10Cr17Mo、008Cr27Mo奧氏體不銹鋼：基體以A為主，無(wú)磁，通過(guò)冷加工硬化；06Cr19Ni10、06Cr18Ni11Ti、12Cr18Mn9Ni5N奧氏體-鐵素體復(fù)相不銹鋼：基體兼有A和F，通過(guò)冷加工硬化；12Cr21Ni5Ti沉淀硬化不銹鋼：基體為A或M，通過(guò)時(shí)效硬化使其強(qiáng)化；不銹鋼（4）鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼的三種類型：Cr13型：06Cr13Al、06Cr11Ti；Cr17型：10Cr17、019Cr18MoTi、10Cr17Mo；Cr25~30型：16Cr25N、008Cr30Mo2；鐵素體不銹鋼都是高Cr鋼，Cr含量達(dá)到13%以上時(shí)，F(xiàn)e-Cr合金將無(wú)γ相轉(zhuǎn)變，從高溫到低溫一直保持鐵素體組織，鐵素體不銹鋼含Cr量在13%~30%，隨著Cr的增加，耐蝕性不斷提高含C量小于0.25%，為了提高某些性能，加入Mo、Ti、Al、Si等；（Mo--Cl-，Ti--晶界腐蝕，Al/Si--氧化膜穩(wěn)定性）在硝酸、氨水環(huán)境中有較好的耐腐蝕性和抗氧化性，用于生產(chǎn)硝酸等化工制品，或儲(chǔ)存氯鹽溶液及硝酸；力學(xué)性能、工藝性較差，脆性大，Tk在室溫附近；用于受力不大的有耐酸和抗氧化要求的結(jié)構(gòu)部件；加熱和冷卻過(guò)程中無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，多在退火軟化態(tài)使用；鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼的缺點(diǎn)：脆性大（沖擊吸收能量低、Tk高）；鐵素體不銹鋼缺點(diǎn)鐵素體原始晶粒粗大；475℃脆性：

（1）在400~525℃溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間加熱或在此溫度范圍內(nèi)緩冷，鋼在室溫下變脆；（2）鋼中Cr含量大于15%時(shí)，隨著Cr增多，脆化傾向越大；形成金屬間化合物σ相（高Cr不含Ni）700~800℃；不銹鋼（5）馬氏體不銹鋼含有12%~18%Cr，同時(shí)含有一定C、Ni等奧氏體形成元素，加熱時(shí)產(chǎn)生比較多或完全的奧氏體相；相變臨界溫度Ms在室溫以上，淬火得到馬氏體；馬氏體不銹鋼的分類：

（1）Cr13型：12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13

對(duì)比Cr13型鐵素體不銹鋼：06Cr13Al、06Cr11Ti（2）高碳高鉻鋼：95Cr18、90Cr18MoV；（3）低碳17%Cr-2%Ni：14Cr17Ni2一般只有Cr進(jìn)行合金化（?），所以耐氧化性介質(zhì)腐蝕能力較強(qiáng)，而非氧化性介質(zhì)中耐蝕性低；馬氏體不銹鋼10Cr13：M+F20Cr13：M類似于調(diào)質(zhì)鋼耐蝕結(jié)構(gòu)件30Cr13：M40Cr13：M+K類似于工具鋼耐蝕工具汽輪機(jī)葉片、閥、機(jī)泵等手術(shù)工具、測(cè)量工具、刀具不銹鋼（6）奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的耐酸鋼，約占不銹鋼產(chǎn)量的2/3；奧氏體鋼特點(diǎn)：（1）具有很高的耐腐蝕性；（2）塑性好，容易加工變形成各種形狀的鋼材；（3）加熱時(shí)沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，焊接性好；（4）韌度和低溫韌度好，一般無(wú)冷脆傾向，有一定的熱強(qiáng)性；（5）不具有磁性；（6）價(jià)格貴，加工硬化率高（切削困難），線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性差世界各國(guó)奧氏體不銹鋼的典型成分18Cr+8Ni；Cr+Ni18+8=26耐蝕電位接近n/8定律中n=2的電位良好鈍化性能；單相奧氏體組織進(jìn)一步提高Cr、Ni，提高鈍化能力與A穩(wěn)定性?shī)W氏體不銹鋼成分特點(diǎn)奧氏體不銹鋼成分特點(diǎn)其它元素的加入：Ti、Nb：穩(wěn)定碳化物，提高抗晶間腐蝕能力；Mo：提高鈍化能力，降低點(diǎn)蝕傾向（Mo對(duì)鈍化膜的改善，Cl-），提高鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性；Cu：提高鋼在硫酸中的耐蝕性；Si：提高鋼抗應(yīng)力腐蝕斷裂的能力；18-8型奧氏體鋼的平衡組織：奧氏體+鐵素體+K，經(jīng)固溶處理（高溫加熱、快速冷卻）后得到單相奧氏體奧氏體不銹鋼—晶間腐蝕Cr-Ni奧氏體不銹鋼，在450~800℃的溫度范圍內(nèi)工作，或在該范圍內(nèi)時(shí)效處理會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕溫度范圍450~800℃沿晶界析出（Cr，F(xiàn)e）23C6晶界附近區(qū)域出現(xiàn)貧Cr晶間腐蝕防止奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的措施：降低C含量；對(duì)鋼進(jìn)行1050~1100℃的固溶處理，保證固溶體中的Cr含量；（主要針對(duì)已經(jīng)存在部分Cr23C6析出的鋼）對(duì)非穩(wěn)定性?shī)W氏體不銹鋼進(jìn)行退火處理，使鋼的奧氏體成分均勻化，消除貧Cr區(qū)；（在沒有Cr23C6析出的鋼中，退火溫度低于固溶溫度，防止D↑）加入Nb、Ti元素，析出特殊碳化物，穩(wěn)定組織，減少晶間貧Cr區(qū)；熱處理時(shí)應(yīng)快速通過(guò)450~850℃溫度范圍，減少Cr23C6的析出；耐熱鋼1)高的熱化學(xué)穩(wěn)定性：高溫下能迅速形成連續(xù)而致密的氧化膜——鈍化2)優(yōu)良的高溫力學(xué)性能：主要是高的熱強(qiáng)性（高溫強(qiáng)度）、蠕變極限、持久強(qiáng)度3）加工工藝性能耐熱鋼的成分特點(diǎn)提高鋼氧化膜的致密性→Cr、Al、Si、Ti：在Cr、Al、Si、Ti含量比較高時(shí)，逐步形成以合金元素氧化物為主或完全合金元素氧化物的氧化膜；Al2O3、SiO2、Cr2O3等氧化膜穩(wěn)定、致密；隨著使用溫度的升高，Cr含量需要不斷增大；Al、Si加入會(huì)引起脆性，總量需要控制；稀土金屬加入提高抗氧化能力、減緩晶界氧化；提高熱強(qiáng)性元素：（1）基體強(qiáng)化元素：Cr、Ni、Mo、W；固溶強(qiáng)化，形成單相組織，提高再結(jié)晶溫度；（2）第二相沉淀強(qiáng)化元素：V、Nb、Ti、Al；形成細(xì)小彌散分布的穩(wěn)定碳化物（TiC、VC、NbC）；形成穩(wěn)定性更高的金屬間化合物（Ni3Al）；（3）微量晶界強(qiáng)化元素B與稀土凈化晶界填充晶界空位作用；耐熱鋼的成分特點(diǎn)耐熱鋼--熱強(qiáng)鋼珠光體熱強(qiáng)鋼（12CrMo、15CrMoV、35CrMo等）熱強(qiáng)鋼要求：抗蠕變能力、耐氧化性合金元素總量低于5%組織為珠光體+鐵素體600℃以下動(dòng)力、石油工業(yè)珠光體熱強(qiáng)鋼鍋爐管用緊固件用轉(zhuǎn)子用高溫高壓水蒸氣抗氧化耐蝕、工藝性、熱強(qiáng)性處于預(yù)緊力狀態(tài)高屈服強(qiáng)度、應(yīng)力松弛敏感性低高溫、交變應(yīng)力抗疲勞能力、工藝性（淬透性）低碳正火態(tài)中碳調(diào)質(zhì)態(tài)耐熱鋼--熱強(qiáng)鋼低碳高鉻型含鉻13%的鉻不銹鋼；含鉻約12%并加入少量鎢、鉬、釩、鈮等合金元素以提高材料熱強(qiáng)性的強(qiáng)化型鉻不銹鋼；12Cr13、15Cr12WMoV等

淬火+高溫回火中碳鉻硅型4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo馬氏體熱強(qiáng)鋼耐熱鋼--熱強(qiáng)鋼奧氏體熱強(qiáng)鋼(4Cr18Ni12Ti、4Cr14Ni14W2Mo)650℃珠光體、馬氏體奧氏體面心立方比體心立方原子間結(jié)合力大；面心立方擴(kuò)散系數(shù)小；面心立方再結(jié)晶溫度高；優(yōu)點(diǎn)：可焊性好、抗氧化性高、高的塑性和沖擊韌性；缺點(diǎn)：屈服強(qiáng)度低、切削性差、導(dǎo)熱性差、熱疲勞性能差耐磨鋼高錳鋼的化學(xué)成分及性能特點(diǎn)：高碳（0.9-1.5%）、高錳（11-14%），鑄件使用；常用高錳鑄鋼為ZGMn13型。鑄態(tài)組織一般是奧氏體、珠光體、馬氏體加碳化物復(fù)合組織，力學(xué)性能差，耐磨性低，不宜直接使用，經(jīng)過(guò)水韌處理（即固溶處理）后的顯微組織是單相奧氏體，軟而韌。用途：履帶、鐵道岔道耐磨機(jī)理

大形變?cè)贏基體中產(chǎn)生大量層錯(cuò)、形變孿晶、馬氏體而硬化；表面硬度從原來(lái)200HB左右可↑到500HB以上，硬化深度可達(dá)10~20mm，而心部仍保持A，所以能承受較大沖擊載荷而不破裂；在表層逐漸被磨掉的同時(shí)，硬化層不斷地向內(nèi)發(fā)展━━“前赴后繼”；在低應(yīng)力和低沖擊載荷下，耐磨性不一定好高錳鋼的耐磨性及應(yīng)用鋼鐵材料鋼中雜質(zhì)元素與合金元素鋼的分類和牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鑄鐵有色金屬材料鑄鐵的特點(diǎn)和分類（1）成分特點(diǎn)鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金；主要成分：2.4~4.0%C、0.6~3.0%Si、0.2~1.2%Mn、0.04~1.2%P、0.04~0.2%S；加入合金元素Si、Al、Cr、Mn、Cu獲得特殊性能；組織特點(diǎn)C的存在形式：固溶體、Fe3C等滲碳體（碳化物）、游離態(tài)石墨具有較大應(yīng)用價(jià)值的鑄鐵組織：金屬基體+石墨；金屬基體包括：鐵素體、珠光體、鐵素體+珠光體；按照C存在的方式（1）白口鑄鐵：C以滲碳體形式存在，斷口白亮；

（硬而脆，制造硬度高、耐磨、不需加工的零件或原料）（2）灰口鑄鐵：C以片狀石墨的形式存在，斷口呈灰色；

（良好鑄造性能、切削加工性，價(jià)格低，應(yīng)用廣）（3）麻口鑄鐵：C以滲碳體和石墨態(tài)同時(shí)存在；

（比較少用）按照石墨形狀：

（1）灰口鑄鐵——片狀；（2）蠕墨鑄鐵——短小蠕蟲狀；（3）可鍛鑄鐵——不規(guī)則團(tuán)絮狀；（4）球墨鑄鐵——球狀鑄鐵的特點(diǎn)和分類（2）性能特點(diǎn)石墨：硬度HB3~5、抗拉強(qiáng)度20MPa、延伸率為0；（石墨的片層結(jié)構(gòu)）基體抗拉強(qiáng)度大（珠光體800~1000MPa，鐵素體350~400MPa）；石墨可以視為基體上的孔洞或裂紋；優(yōu)點(diǎn)：耐磨性、高消振性、低缺口敏感性、切削性、鑄造性鑄鐵的特點(diǎn)和分類（3）鑄鐵石墨化及影響因素鐵碳相圖的兩重性；（Fe-G，F(xiàn)e-Fe3C）鑄鐵石墨化三個(gè)階段：①液相至共晶（一階段）：i)過(guò)共晶：優(yōu)先析出G；ii)共晶：G+A；iii)一次滲碳體、共晶滲碳體分解出G②共晶至共析（二階段）：i)奧氏體析出二次G；ii)二次滲碳體分解出G；③共析轉(zhuǎn)變（三階段）i)共析Gii)共析滲碳體退火分解出G（虛線）（虛線）（虛線）石墨化一階段石墨化二階段石墨化三階段顯微組織鑄鐵名稱完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行F+G灰口鑄鐵完全進(jìn)行完全進(jìn)行部分進(jìn)行F+G+P完全進(jìn)行完全進(jìn)行不進(jìn)行P+G部分進(jìn)行部分進(jìn)行不進(jìn)行L’d+P+G+Fe3C麻口鑄鐵不進(jìn)行不進(jìn)行不進(jìn)行L’d+P+Fe3C白口鑄鐵鑄鐵石墨化的影響因素（1）促進(jìn)石墨化元素抑制石墨化元素Al、C、Si、Ni、Cu、ZrW、Mn、Mo、S、Cr、V、Fe、Mg、BNbC：石墨的本質(zhì)，促進(jìn)石墨化；Si：促進(jìn)石墨化的作用相當(dāng)于1/3C；Mn：抑制石墨化，溶于Fe3C和鐵素體，提高Fe和C的結(jié)合力；S：促進(jìn)白口，降低鐵水流動(dòng)性，弱化晶界（FeS）冷卻速度的影響鑄件冷卻速度越緩慢，過(guò)冷度越小，越有利于Fe+G組織形成；鑄件冷速越快，過(guò)冷度越大，擴(kuò)散越困難，越利于Fe+Fe3C；壁厚敏感效應(yīng)：不同壁厚的冷速和過(guò)冷程度不同鑄鐵石墨化的影響因素（2）灰鑄鐵抗拉性能低、塑性差；抗壓強(qiáng)度與鋼相近（取決于基體強(qiáng)度）；壁厚敏感性：壁厚↑，石墨粗大，孕育處理可以改善；良好的減振性、減磨性；石墨割裂基體，破壞連續(xù)性，阻止振動(dòng)傳播，用于機(jī)床底座；石墨為潤(rùn)滑劑，脫落后形成顯微“口袋”，儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，收集微小磨粒，應(yīng)用于機(jī)床導(dǎo)軌；鑄造性好；成分接近共晶點(diǎn)，鐵水流動(dòng)性好切削性好缺口敏感性低（石墨相當(dāng)于無(wú)數(shù)裂紋缺口）鑄鐵的性能特點(diǎn)斷面呈灰色，C主要以片狀石墨存在；灰鑄鐵的鑄造性、切削性、耐磨性、吸振性好，使用廣泛-80%；按照共析石墨化程度，金屬基體分為F、P、F+P；“HT+最低抗拉強(qiáng)度”，HT100、HT300灰鑄鐵概況熱處理不會(huì)改變石墨的形狀、大小和分布，對(duì)提高灰鑄鐵件的力學(xué)性能作用不大；主要用來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸和改善切削加工性能，↑表面硬度和耐磨性等a）消除內(nèi)應(yīng)力退火：又稱為低溫退火，也稱為人工時(shí)效b）改善切削加工性能的退火：又稱為高溫（石墨化）退火c）表面淬火：高頻表面淬火、火焰表面淬火、電接觸表面淬火等灰鑄鐵熱處理球墨鑄鐵概況球墨鑄鐵是將鐵水經(jīng)過(guò)球化處理，使片狀石墨轉(zhuǎn)化為球狀石墨而獲得的一種鑄鐵；（非熱處理，區(qū)別球化退火）加入球化劑（鎂、鈰、鑭、鈣、稀土鎂合金等），鐵液中的S、O含量顯著下降，在共晶凝固過(guò)程中形成球狀石墨；孕育劑為75%的硅鐵、硅鈣合金；球墨鑄鐵中石墨的體積分?jǐn)?shù)約占10%；牌號(hào)：QT+最低抗拉強(qiáng)度+最小斷后伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵的組織與性能球墨鑄鐵組織

球狀G+金屬基體（F、F+P、P、S回、B下等）；球狀G孤立分布，理想狀態(tài)：小、勻、圓、適量球狀G應(yīng)力集中效應(yīng)↓基體縮減效應(yīng)↓缺口效應(yīng)↓基體利用率達(dá)到70%~90%可以利用熱處理調(diào)整力學(xué)性能球墨鑄鐵的熱處理熱處理特點(diǎn)Si會(huì)顯著提高共析轉(zhuǎn)變溫度，增加1%Si，共析溫度提高28℃；石墨相在熱處理過(guò)程中不發(fā)生相變，但存在C原子向基體的擴(kuò)散（或反向擴(kuò)散），相當(dāng)于“碳庫(kù)”，通過(guò)調(diào)節(jié)熱處理溫度和保溫時(shí)間，調(diào)節(jié)奧氏體的碳濃度，進(jìn)而獲得不同組織；球墨鑄鐵淬透性優(yōu)于碳鋼，使用空冷、油冷比水冷合適；熱處理方法（1）消除內(nèi)應(yīng)力退火：500-650℃/2-8h/爐冷+空冷（2）高溫石墨化退火：消除游離態(tài)滲碳體／獲得A基體+球墨鑄鐵900~950℃/2~4h→球狀石墨+A→爐冷（緩冷）第二類回火脆性（3）低溫石墨化退火：消除共析滲碳體（消除珠光體組織）P→F+G，加熱至Ac1以上+緩冷/加熱至Ac1以下長(zhǎng)時(shí)間保溫（4）正火處理和調(diào)質(zhì)處理：獲得珠光體組織、提高P分散度（5）等溫淬火處理：獲得針狀F+富碳A（奧鐵體基體）840~950℃保溫1~2h→迅速淬入250~340℃鹽浴/保溫1~2h→空冷（6）表面淬火（7）化學(xué)熱處理：氮化、滲B可鍛鑄鐵（不可鍛）將鐵水澆注成白口鑄件，經(jīng)退火處理，使游離滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，組織為團(tuán)絮狀G+各種基體；良好的塑性和韌性，也稱展性鑄鐵（強(qiáng)于灰口鐵）；白口鑄鐵（萊氏體）→950℃保溫→奧氏體+石墨

（1）快冷至710~730℃→P基體

（2）在710~730℃保溫→F基體

生產(chǎn)成本低；承受一定載荷，一定塑性；具有耐磨性；復(fù)雜薄壁小零件；牌號(hào)：KT+數(shù)字+數(shù)字蠕墨鑄鐵牌號(hào)：RT+最低抗拉強(qiáng)度石墨以蠕蟲狀形態(tài)析出；鐵水中加入蠕化劑（稀土鎂-硅-鐵，稀土鎂-鈣-鈦-鋁）介于片狀和球狀石墨之間；蠕化率；形狀系數(shù)K=4πA/L2K<0.15片狀石墨；0.15<K<0.8蠕蟲狀石墨；K>0.8球狀石墨；蠕墨鑄鐵應(yīng)用強(qiáng)度、沖擊吸收能量、斷后伸長(zhǎng)率低于球墨鑄鐵、高于灰鑄鐵；鑄造性和導(dǎo)熱性高于球墨鑄鐵，低于灰鑄鐵；所有性能均與蠕化率-形狀系數(shù)有關(guān)；用于熱交換、較大溫度梯度下工作的零件；汽車制動(dòng)盤、排氣管、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、鋼錠模等鋼鐵材料有色金屬材料鋁合金銅合金鈦合金/鎂合金性能參數(shù)性能參數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)4.0496×10-10m(25℃)電阻系數(shù)2.655×10-8Ωm密度（固態(tài)）2.697~2.699g/cm3熔點(diǎn)660.5℃熱膨脹系數(shù)23×10-6/K(20℃)沸點(diǎn)2477℃導(dǎo)熱系數(shù)2.37W/(cm×K)(25℃)熔化熱10~147KJ/mol純鋁的基本性能密度小，僅為鋼或銅的1/3；優(yōu)良的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性（僅次于Cu、Ag，位居第三）；良好的耐蝕性，表面氧化膜；塑性好；焊接性好鋁合金的合金化和分類元素極限溶解度%室溫溶解度%元素極限溶解度%室溫溶解度%Zn82.2<4.0Mn1.8<0.3Ag55.5<0.7Si1.65<0.17Mg17.4<1.9Cr0.40.002Cu5.6<0.1Ca0.6<0.3Li4.2<0.85工業(yè)純Al硬度、強(qiáng)度低，工程難以應(yīng)用；加入合金元素，結(jié)合熱處理，力學(xué)性能大幅提高；不同合金元素的溶解度不同鋁合金：變形鋁合金/鑄造鋁合金變形鋁合金：D點(diǎn)成分左側(cè)，加熱得到單相固溶體組織；變形鋁合金的合金元素總量<5%；變形鋁合金分為兩類（1）不能熱處理強(qiáng)化：F左側(cè)（2）熱處理強(qiáng)化：F~D鑄造鋁合金元素含量（8~25%）高于變形鋁合金，鋁合金的分類鋁合金的熱處理特點(diǎn)熱處理：包括退火、固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化；退火：再結(jié)晶、去應(yīng)力、均勻化固溶處理α+β→α’強(qiáng)度/硬度↓塑性↑時(shí)效處理第二相析出力學(xué)性能顯著變化自然時(shí)效：室溫放置；人工時(shí)效：某一溫度下進(jìn)行保溫；時(shí)效溫度：

時(shí)效時(shí)間一定時(shí)，在某一溫度下獲得最大強(qiáng)化效果，

稱為最佳時(shí)效溫度；Ta=（0.5~0.6）T熔時(shí)效時(shí)間：欠時(shí)效→最佳時(shí)效時(shí)間→過(guò)時(shí)效四位字符法：第一位：1表示純Al2表示以Cu為主要元素的鋁合金3表示以Mn為主要元素的鋁合金4表示以Si為主要元素的鋁合金5表示以Mg為主要元素的鋁合金6表示以Mg和Si為主要元素，以Mg2Si相為強(qiáng)化相；7表示以Zn為主要元素的鋁合金8表示以其他元素為主要元素的鋁合金9備用合金組第二位：A表示原始合金，B~Y表示改型合金第三、四位：區(qū)分同一組不同合金鋁合金牌號(hào)防銹鋁合金包括Al-Mn，Al-Mg兩類（3A**、5A**）塑性很高；強(qiáng)度較低或中等；耐蝕性好；防銹鋁合金只能采用冷變形方式強(qiáng)化；

硬鋁合金：Al-Cu-Mg系，代號(hào)“2A**”

分為：低強(qiáng)度、中強(qiáng)度和高強(qiáng)度

耐蝕性、焊接性較差；超硬鋁合金：Al-Zn-Cu-Mg系，代號(hào)“7A**”鍛鋁合金：Al-Mg-Si-Cu系，代號(hào)“6A**、2A**”

強(qiáng)度與硬鋁合金相似，但塑性和耐蝕性更好適合制造形狀復(fù)雜，強(qiáng)度高的鍛件鑄造鋁合金流動(dòng)性好、較小的收縮性，熱裂、縮孔、疏松傾向??；成分并不一定是共晶成分，合金含量比變形鋁合金高；合金牌號(hào)：“ZL+三位數(shù)字”第1位——合金系別：1Al-Si系（硅鋁明）2Al-Cu系3Al-Mg系4Al-Zn系第2、3位——合金的順序號(hào)Al-Si系鑄造鋁合金流動(dòng)性最好，密度小，優(yōu)良的焊接性、耐蝕性和力學(xué)性能；致密度小，適合于不太致密的形狀復(fù)雜的鑄件；抗拉強(qiáng)度σb不超過(guò)140MPa-延伸率δ小于3％原始組織：粗針狀或片狀共晶硅+塊狀初生Siσb達(dá)180Mpa延伸率δ明顯提高變質(zhì)處理：降低相圖中共晶溫度和成分；使ZL102由共晶/過(guò)共晶轉(zhuǎn)變?yōu)閬喒簿?；初生Si消失，細(xì)化共晶Si變質(zhì)劑：2/3NaF+1/3NaCl；25%NaF+62%NaCl+13%KCl變質(zhì)劑減弱擇優(yōu)生長(zhǎng)，降低各向異性鋼鐵材料有色金屬材料鋁合金銅合金鈦合金/鎂合金純銅（紫銅）銅是人類最早使用的一種金屬（自然銅）；性能參數(shù)性能參數(shù)密度（固態(tài)）8.96g/cm3(20℃)電阻系數(shù)1.694×10-8Ωm導(dǎo)熱系數(shù)3.97W/(cm×K)(0~100℃)熔點(diǎn)1083.4℃熔化熱13.02KJ/mol比熱容386J/（kg×K）0~100℃優(yōu)良的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性（僅次于Ag）；高化學(xué)穩(wěn)定性，淡水、大氣中良好的耐蝕性；優(yōu)良的加工成型性能和焊接性；