冶金文檔常用金屬材料

第四章常用金屬材料金屬材料分為兩大類：鐵合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）非鐵合金—除鐵合金外的所有金屬及合金。金屬材料中

95％為鋼鐵，是應(yīng)用最多的工程材料。第一頁(yè)，共七十七頁(yè)。碳素鋼（碳鋼）碳素鋼的合金元素含量低，GB/13304—91規(guī)定，Cr＜0.30％、Mn＜1.0％、Mo＜0.05％、Si＜0.50％、Ti＜0.05％、W＜0.10％、V＜0.04％。碳素鋼中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)<

2.11％，鋼中還含有C、Si、Mn、S、P等合金元素。第二頁(yè)，共七十七頁(yè)。碳素鋼的分類①按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類②按質(zhì)量分類③按用途分類第三頁(yè)，共七十七頁(yè)。碳素鋼中各元素對(duì)鋼性能的影響C的影響：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.9％時(shí)，隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度呈直線上升，而塑性、韌性下降。當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.9％時(shí)，硬度繼續(xù)上升，而強(qiáng)度開(kāi)始下降，塑性、韌性繼續(xù)下降。

Mn和Si：有益元素。通常Mn含量在0.25～0.80％，最高達(dá)0.70～1.2％。Mn與S、O可形成MnO、MnS，起到脫氧去硫的作用，從而可降低鋼的熱脆性；Mn和Si可溶于鐵素體中形成固溶體，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度。

S和P：有害元素。S與Fe形成的FeS與Fe在鋼中形成低熔點(diǎn)的共晶體（熔點(diǎn)983℃），分布在晶界上，在1000～1200℃對(duì)鋼進(jìn)行加熱鍛造時(shí)，共晶體將熔化，使鋼產(chǎn)生熱脆開(kāi)裂現(xiàn)象。P與Fe形成的Fe3P極脆。含P量高時(shí)，在室溫或較低溫度進(jìn)行加熱時(shí)易變脆開(kāi)裂，稱為冷脆。第四頁(yè)，共七十七頁(yè)。一．碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB700—88）約占鋼總產(chǎn)量的

70～80％，大部分作工程結(jié)構(gòu)件。牌號(hào)：Q+σS+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法質(zhì)量等級(jí)為

A、B、C、D四個(gè)等級(jí)。

脫氧方法：

F（沸騰鋼）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）；Z、TZ在牌號(hào)中不標(biāo)出。

如：Q215-A·F表示σS≥215MPa，質(zhì)量為A級(jí)的沸騰鋼；

Q235-B·b表示σS≥235MPa，質(zhì)量為B級(jí)的半鎮(zhèn)靜鋼。

用途：

Q195、Q215、Q235A、Q235B等鋼塑性較好，通常軋制成型材，如鋼板、鋼管等，用于橋梁、建筑、車輛行業(yè)；Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。這類鋼一般在熱軋狀態(tài)使用，不再進(jìn)行熱處理。第五頁(yè)，共七十七頁(yè)。二．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用平爐或電爐冶煉。其中

S＜0.035％、P＜0.035％，化學(xué)成分加以嚴(yán)格控制，塑性、韌性較高，多用于制造重要的零件。這類鋼

HBS、σS、σb高，經(jīng)熱處理后力學(xué)性能較好。

鋼的牌號(hào)用

2位數(shù)字表示，數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。45鋼表示平均含碳量為0.45％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。數(shù)字后加F的為沸騰鋼，如08F；數(shù)字后加Mn的為含錳量較高的鋼,如45Mn。牌號(hào)自08，10～80，中間為5進(jìn)制。08、10鋼，含碳量很低，塑性很好，可用來(lái)作沖壓件。15～25鋼，低碳鋼，σb不高，而塑性韌性較好，具有良好的沖壓性和可焊性，可用來(lái)制作沖壓件、螺釘、螺帽等。經(jīng)滲碳淬火后可獲得表面硬度高而心部韌性好的零部件，常用作滲碳用鋼，亦稱碳素滲碳鋼。30～50鋼，中碳鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用，可獲得既有一定強(qiáng)度和硬度，又有一定塑性和韌性良好配合的綜合力學(xué)性能，亦稱碳素調(diào)質(zhì)鋼，可制作鍛件、熱沖壓件、冷鐓件、齒輪、軸類等零件。55～80鋼，含碳量較高，強(qiáng)度高而塑性低，具有一定的耐磨性，經(jīng)熱處理后有很高的彈性極限，常用于制造各種彈性零件，亦稱碳素彈簧鋼。也可用作耐磨零件和機(jī)車車輪等。第六頁(yè)，共七十七頁(yè)。三.碳素工具鋼（GB1298—86）碳素工具鋼含碳量較高（0.65％～1.35％）。碳素工具鋼按S、P含量分為2組：第一組是高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S≤0.020％,P≤0.030％；第二組是優(yōu)質(zhì)鋼：S≤0.030％，P≤0.035％。碳素工具鋼的牌號(hào)是用“碳或T+數(shù)字”表示，數(shù)字表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。如碳12或T12表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2％的碳素工具鋼。若是高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號(hào)數(shù)字后加一個(gè)“高”或“A”，如T8A或碳8高。如有T8Mn或T8MnA，則表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8％,含Mn量較高的碳素工具鋼或高級(jí)碳素工具鋼。碳素工具鋼一般經(jīng)淬火+低溫回火后使用，硬度大于64HRC。隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，熱處理后鋼的耐磨性提高，而塑性、韌性降低。由于碳素工具鋼的淬透性不高，故適用于小尺寸的模具、刀具和量具等。T7、T8硬度高，韌性較高，可制作沖頭、鑿子、錘子等工具；T12、T13等硬度高，韌性較低，可制作銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。工作溫度一般不超過(guò)180℃，否則硬度急劇下降。第七頁(yè)，共七十七頁(yè)。四.鑄造碳鋼用于鑄造的碳素鋼稱為鑄造鑄鋼，簡(jiǎn)稱鑄鋼。對(duì)于形狀復(fù)雜，而性能要求較高的零件，用鍛件及鑄件的材料達(dá)不到要求時(shí)，可選用鑄鋼件來(lái)制造。鑄鋼一般是亞共析鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15～0.60％之間.鑄鋼的牌號(hào)是“ZG”加2組數(shù)字組成，第一組數(shù)字表示屈服強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度。如ZG230—450表示σS為230MPa和σb為450MPa。常用牌號(hào)有：ZG200—400、ZG230—450、ZG270—500、ZG310—570、ZG340—640。第八頁(yè)，共七十七頁(yè)。五.低淬透性含鈦優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼淬透性很低，含鈦量較高，ωTi=0.03％～0.12％,不含其他合金元素。廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)的小模數(shù)齒輪和軸等零件。牌號(hào)以2位數(shù)字加D、Ti表示。數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為萬(wàn)分?jǐn)?shù)，D表示低淬透性，Ti表示含鈦量。如55DTi表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55％的低淬透性含鈦優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。第九頁(yè)，共七十七頁(yè)。低合金鋼與合金鋼低合金鋼與合金鋼是以合金元素含量多少區(qū)分的；<70%;第十頁(yè)，共七十七頁(yè)。低合金鋼與合金鋼的分類第十一頁(yè)，共七十七頁(yè)。合金鋼的編號(hào)

編號(hào)方法原則采用“數(shù)字+化學(xué)元素符號(hào)+數(shù)字”的方法。第十二頁(yè)，共七十七頁(yè)。（1）合金結(jié)構(gòu)鋼編號(hào)

前面數(shù)字表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，元素符號(hào)表示鋼中所含的合金元素，用化學(xué)符號(hào)表示，后面的數(shù)字表示合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)。合金元素的平均含量四舍五入。如0.37～0.45％C，0.80～1.10％Cr的鉻鋼，以40Cr表示；含0.57～0.65％C，1.5～2.0％Si、0.80～1.10％Mn的硅錳鋼，以60Si2Mn表示。如含S、P量低的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)的末尾加以符號(hào)“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20％、Cr=2.0％、Ni=4.0％的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼。第十三頁(yè)，共七十七頁(yè)。（2）滾動(dòng)軸承鋼與易切鋼

滾動(dòng)承鋼牌號(hào)為“G+平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)”組成，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。如GCr15（滾鉻15）表示平均含鉻量為1.5％的滾動(dòng)軸承鋼。易切鋼為“Y”+碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。如Y12、Y20分別表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12％、0.20％的易切鋼。第十四頁(yè)，共七十七頁(yè)。（3）合金工具鋼

合金工具鋼的編號(hào)方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別的是平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.0％時(shí)不標(biāo)出，＜1.0％時(shí)以千分?jǐn)?shù)表示。如9SiCr表示平均碳質(zhì)量數(shù)為0.9％，Si、Cr的平均含量＜1.5％；CrMn表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.0％，Cr、Mn平均含量＜1.5％。對(duì)于高速鋼不論碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少，均不標(biāo)出。如W18Cr4V表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7％～0.8％、含鎢量為18％、含鉻量為4％、含釩量＜1.5％。第十五頁(yè)，共七十七頁(yè)。（4）特殊性能鋼牌號(hào)前面的數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。如9Cr18表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9％，含鉻量為18％。當(dāng)平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.03％及0.08％時(shí)，在鋼號(hào)前分別標(biāo)以“00”及“0”。如00Cr18Ni10表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.03％、含鉻量為18％、含鎳量為10％；又如0Cr19Ni9表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.08％、平均含鉻量為19％、平均含鎳量為9％。第十六頁(yè)，共七十七頁(yè)。3．合金元素在鋼中的作用常用的合金元素有：Mn、Si、Cr、Ti、Ni、V、Mo、W、RE等。第十七頁(yè)，共七十七頁(yè)。3．合金元素在鋼中的作用（1）合金元素對(duì)鋼的基本相的影響（2）合金元素對(duì)Fe-C狀態(tài)圖的影響

（3）合金元素對(duì)熱處理的影響第十八頁(yè)，共七十七頁(yè)。（3）合金元素對(duì)熱處理的影響1）金元素對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體化的影響2）合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響3）合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響4）合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變及性能的影響第十九頁(yè)，共七十七頁(yè)。合金鋼回火轉(zhuǎn)變特點(diǎn)①提高合金鋼的回火穩(wěn)定性：較高溫度回火時(shí)仍能保持較高強(qiáng)度和硬度。②合金鋼有2次淬火和2次硬化現(xiàn)象：合金元素含量較高，殘余奧氏體穩(wěn)定，加熱到500～600℃溫度范圍回火時(shí)也不分解，而在冷卻時(shí)有部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度提高，這種現(xiàn)象稱為2次淬火。含W、Mn、V、Cr、Ti等合金元素量高時(shí)，在500～600℃回火，會(huì)直接從馬氏體中析出彌散分布、顆粒細(xì)小的特殊碳化物、使鋼的硬度不但不會(huì)下降，反而有所升高，這種現(xiàn)象稱為2次硬化。第二十頁(yè)，共七十七頁(yè)。合金鋼回火轉(zhuǎn)變特點(diǎn)③回火脆性：淬火后，在某一溫度范圍回火后出現(xiàn)脆化現(xiàn)象，稱為回火脆性。在250～350℃回火產(chǎn)生的脆性，稱為低溫回火脆性或第一類回火脆性；在500～650℃回火產(chǎn)生的脆性，稱為高溫回火脆性或第二類回火脆性。第一類回火脆性與回火后的冷卻速度無(wú)關(guān)，無(wú)法消除。應(yīng)避開(kāi)此溫度范圍。第二類回火脆性與冷卻速度有關(guān)，快速通過(guò)500～650℃，抑制脆化出現(xiàn)。防止第二類回火脆性的主要措施有：第一，冶煉時(shí)提高鋼的純度，減少雜質(zhì)元素的含量；第二，采用回火時(shí)快速冷卻，抑制元素偏聚；第三，在鋼中加入適量的Mo、W，也可阻止雜質(zhì)元素偏聚；第四，采用二次淬火改善雜質(zhì)元素的分布情況。第二十一頁(yè)，共七十七頁(yè)。二.合金結(jié)構(gòu)鋼第二十二頁(yè)，共七十七頁(yè)。1．工程結(jié)構(gòu)鋼（1）低合金結(jié)構(gòu)鋼低碳、低合金，C<0.2％，合金元素總量<3.0％，可分為F-P鋼，低碳B鋼和低碳M鋼。合金有Mn、Ti、V、Nb、Cu、P。Mn是基本強(qiáng)化元素，<1.8％時(shí)，除固溶強(qiáng)化外，還可細(xì)化F晶粒，提高強(qiáng)度、改善塑性。Ti、Nb、V等生成微細(xì)碳化物起到細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。少量Cu、P可提高鋼對(duì)大氣的抗蝕能力。一般不進(jìn)行熱處理，在熱軋正火狀態(tài)使用。（2）船鋼和鍋爐鋼專用于造船和鍋爐制造的低合金結(jié)構(gòu)鋼，有專用牌號(hào)。船鋼含P量不能太低，以保證一定的抗蝕性，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能太高，以提供良好的焊接工藝。鍋爐鋼Si含量不能太低，以保證Si氧化膜覆蓋于鋼的表面，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和抗氧化性，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能太高，便于焊接。第二十三頁(yè)，共七十七頁(yè)。機(jī)器結(jié)構(gòu)用鋼之

（1）合金調(diào)質(zhì)鋼是指淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）后使用的結(jié)構(gòu)鋼。組織為S回。C為0.30％～0.50％。含有較多的Mn、Cr、Si、Ni、B等，可固溶強(qiáng)化F，增加淬透性；另外含有少量的Mo、W、V等元素，形成特殊碳化物，細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性，防止第二類回火脆性。按淬透性大小可分三類：1）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼主要40Cr、40MnB等。合金元素總量<2.5％，淬透性低，綜合力學(xué)性能及工藝性能好，可用于制造中小截面零件。如汽車、拖拉機(jī)軸、連桿、齒輪。2）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼主要牌號(hào)35CrMo、40CrNi。合金元素總量不大于3.5％，可用于制作大截面、重載齒輪、曲軸和連桿等。3）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼主要牌號(hào)40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素總量達(dá)4.0％以上，淬透性高，可用于制作汽輪機(jī)的主軸、葉輪等。第二十四頁(yè)，共七十七頁(yè)。機(jī)器結(jié)構(gòu)用鋼之

（2）合金滲碳鋼滲碳+直接淬火+低溫回火，表層為高碳M回+Ar+合金滲碳體，硬度HRC60～66。心部為F+T+少量低碳M，硬度HRC25～40；具有表硬，心強(qiáng)韌的特點(diǎn)。C：0.10～0.25％。合金Cr＜2.0％、Ni＜4.5％、Mn＜2.0％、B＜0.005％。合金元素具有固溶強(qiáng)化、提高淬透性作用；此外加入V、Mo、W、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素，細(xì)化晶粒、抑制滲碳時(shí)A的長(zhǎng)大，改善滲碳能力?？煞秩?1）低淬透性合金滲碳鋼：如15Cr、20CrMn等。經(jīng)滲碳后淬火與低溫回火后心部強(qiáng)度較低，強(qiáng)度與韌性配合較差，主要用于制造受力不大，強(qiáng)度、耐磨性要求不高的零件。2）中淬透性合金滲碳鋼：如20CrMnTi、20Mn2TiB等。合金元素含量≤4.0％，淬透性較好，熱處理后表面硬度高，而心部強(qiáng)韌性好，用作承受沖擊載荷的齒輪、軸和凸輪盤(pán)等。3）高淬透性合金滲碳鋼：如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等。合金元素總量4.0～6.0％，淬透性大，經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火后心部強(qiáng)度很高，強(qiáng)度與韌性配合很好，可制造重載、大截面、強(qiáng)韌性和耐磨性要求高的重要零件，如內(nèi)燃機(jī)車、飛機(jī)、坦克用的齒輪、軸、曲軸、連桿等。第二十五頁(yè)，共七十七頁(yè)。機(jī)器結(jié)構(gòu)用鋼之

（3）合金彈簧鋼是一種用于制造各種彈簧或類似零件的專用結(jié)構(gòu)鋼。C：0.5～0.7％，以保證鋼具有高強(qiáng)度、高硬度和韌性。常用的有65Mn、60Si2Mn、55SiMnMoV。有熱軋態(tài)和冷軋態(tài)兩種。1）熱軋態(tài)：用于制造ф2～ф50的彈簧，繞制或熱壓成型后，再淬火和中溫回火（450～550℃），組織為S回，43～48HRC。2）冷拉態(tài)：用于制造截面＜ф2的彈簧，采用冷拉鋼絲冷卷成型。成型后在200～250℃油槽中進(jìn)行消除應(yīng)力退火后即可使用。第二十六頁(yè)，共七十七頁(yè)。機(jī)器結(jié)構(gòu)用鋼之

（4）滾動(dòng)軸承鋼用來(lái)制造軸承的滾珠、滾針、內(nèi)外套圈和一些工、量、模具等。C：0.9～1.1％，Cr：0.5～1.65％，高碳獲得高硬度和耐磨性；鉻可提高淬透性，細(xì)化碳化物，提高耐磨性和韌性。熱處理工藝：球化退火、淬火和低溫退火。軸承鋼鍛造后的組織為：S+Fe3CⅡ（少量）。精密軸承，淬火后要進(jìn)行一次冷處理（-60～-80℃），減少Ar含量，然后再低溫回火，消除冷處理內(nèi)應(yīng)力。第二十七頁(yè)，共七十七頁(yè)。機(jī)器結(jié)構(gòu)用鋼之

（5）易切鋼在鋼中加入一定量的S、Pb、Ca、Se、P等合金元素，從而提高鋼的可切削性能，這類鋼稱為易切鋼。易切鋼的主要合金元素是S，與Mn可形成MnS，切削加工時(shí)能自動(dòng)斷屑，切削抗力小，MnS還具有潤(rùn)滑作用，可作為刀具和切屑的潤(rùn)滑劑，延長(zhǎng)刀具壽命，降低工件表面粗糙度。第二十八頁(yè)，共七十七頁(yè)。三.合金工具鋼用于制造刃、模、量具等工具。要求高硬度和耐磨性，并有一定韌性和較小的變形。分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼

3類。第二十九頁(yè)，共七十七頁(yè)。1．合金刃具鋼用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。

分為低速和高速刃具鋼。低速刃具鋼有碳素工具鋼和低合金刃具鋼高速刃具鋼都是高合金鋼。高速鋼在高速切削過(guò)程中，刀具刃部工作溫度可達(dá)

600℃，必須選用合金元素含量高的高速鋼，使之在600℃左右工作時(shí)硬度仍在HRC60以上，保持良好切削性能，又稱“鋒鋼”。

高速鋼按其所含的主要合金元素可分為

W系（如W18Cr4V）和Mo系（如W6Mo5Cr4V2）。共同特點(diǎn)是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高并含有較高的碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。第三十頁(yè)，共七十七頁(yè)。高速鋼的熱處理

—以

W18Cr4V為例工藝流程為：

下料→鍛造→退火→切削加工→淬火后三次高溫回火→噴丸→磨削→成品。

退火：等溫退火。加熱：860～880℃，保溫3～4h，隨爐緩冷至500～550℃出爐空冷。

退火組織：S+細(xì)粒狀合金碳化物，硬度為207～225HBS。

淬火：合金元素總含量高，導(dǎo)熱性很差，采用分級(jí)預(yù)熱。常用的是在鹽浴爐中加熱以防氧化和脫碳。

淬火加熱溫度：1270～1280℃，目的：使合金元素盡可能多地溶入A，從而在淬火后可獲得合金元素含量高的合金馬氏體，提高其紅硬性和回火穩(wěn)定性。尺寸小，形狀簡(jiǎn)單工件油淬；形狀復(fù)雜、變形量小工件分級(jí)淬火或等溫淬火。組織：M淬+細(xì)粒狀合金碳化物+較多Ar，硬度為63～64HRC。

回火：淬火后必須立即回火，以消除淬火內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織、減少Ar量。常用550～570℃回火三次，每次保溫1h。使碳化物（W2C、VC等）呈細(xì)小彌散狀從馬氏體中析出，形成第二相彌散強(qiáng)化（即二次硬化）。

回火組織：M回+細(xì)粒狀合金碳化物+少量Ar（1～2％），硬度63～66HRC第三十一頁(yè)，共七十七頁(yè)。第三十二頁(yè)，共七十七頁(yè)。2．合金模具鋼專用于制造模具的鋼?？煞譃椋豪渥髂＞咪摕嶙髂＞咪撍芰夏＞咪摰?。第三十三頁(yè)，共七十七頁(yè)。3．合金量具鋼用于制造各種測(cè)量工具如量規(guī)、千分尺等。要求高硬度（大于

62HRC）與耐磨性，熱處理變形小，存放和使用過(guò)程中，尺寸穩(wěn)定，始終保持高精度，并有足夠韌性和良好加工性。簡(jiǎn)單量具選用碳素工具鋼；高精量具采用低合金工具鋼。量具鋼的熱處理工藝為淬火+低溫回火。組織：M回+Ar。對(duì)于精度高的量具，通常在淬火后立即進(jìn)行冷處理（-80℃），使Ar轉(zhuǎn)變，然后再低溫回火，另外在精加工前進(jìn)行一次去應(yīng)力退火（時(shí)效處理），以進(jìn)一步穩(wěn)定組織，消除量具的殘余內(nèi)應(yīng)力。第三十四頁(yè)，共七十七頁(yè)。四.特殊性能鋼指對(duì)某些特殊的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能具有較高指標(biāo)的鋼，主要有：高強(qiáng)鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、耐蝕鋼（不銹鋼）等。1．高強(qiáng)度鋼：σb＞1500Mpa，并具有一定強(qiáng)度和韌性。用于航空、火箭導(dǎo)彈等。2．耐磨鋼：主要指在沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼。主要成分為：1.0～1.3％C、11.0～14％Mn（Mn/C=10～12），常用牌號(hào)ZGMn13?？捎米髦圃旆缽棸?、保險(xiǎn)箱鋼板、挖掘機(jī)的鏟齒、軋輥、拖拉機(jī)、坦克履帶、破碎機(jī)鍔板等。3.耐熱鋼：金屬材料的耐熱性包括高溫抗氧化性和熱強(qiáng)性2個(gè)方面，具有良好耐熱性能的鋼稱為耐熱鋼。第三十五頁(yè)，共七十七頁(yè)。（3）常用耐熱鋼1）奧氏體耐熱鋼：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。可在600～750℃使用。廣泛用于汽輪機(jī)、航空、艦艇、火箭、石油等部門(mén)的高溫裝置的重要構(gòu)件。一般要進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理后使用。2）鐵素體耐熱鋼：可在低于650℃工作。與奧氏體不銹鋼相比，合金元素含量較低，工藝性好，價(jià)格低廉，故被廣泛使用，如15CrMo、1Cr17等可長(zhǎng)期在580～650℃使用。3）馬氏體耐熱鋼：一般含Cr量高，有較高的抗氧化性和熱強(qiáng)性，淬透性好。一般用于600～650℃以下受力較大的零件，如各種汽輪機(jī)葉片等。大多調(diào)質(zhì)處理后在回火索氏體下使用。4）珠光體耐熱鋼：合金元素總量<3～5％，常用Cr12MoV、15CrMo等。在500℃以下工作，廣泛用于動(dòng)力、石油等部門(mén)作為鍋爐及管道材料、汽輪機(jī)葉片等。第三十六頁(yè)，共七十七頁(yè)。4．耐蝕鋼（不銹鋼）將具有抵抗空氣、水、酸堿或其他介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼1）奧氏體不銹鋼（鉻鎳不銹鋼，18-8型）常用1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti等，碳為0.08～0.15％,Cr為17～19％，Ni為8～10％。是單相奧氏體組織，塑性和耐蝕性均較好。2）鐵素體不銹鋼：典型的是1Cr17鋼，

C：0.12％，含Cr：16～18％。含鉻量高使鋼形成單相鐵素體，提高抵抗電化學(xué)腐蝕的能力，塑性好，強(qiáng)度低，并具有抗高溫氧化性，但不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化，應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除冷變形或焊接后的內(nèi)應(yīng)力。3)馬氏體不銹鋼：常用1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、7Cr17、8Cr17等。其中1Cr13、2Cr13碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，耐蝕性和韌性較好，適用于制造高溫下在酸、堿、鹽中承受沖擊的零件。3Cr13、4Cr13碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，則硬度較高，適用于制造在一定腐蝕介質(zhì)要求高強(qiáng)度的零件。7Cr17、8Cr17碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含鉻量都增加，硬度、耐磨性提高，適用于制造耐蝕性的工、刃、量具等。第三十七頁(yè)，共七十七頁(yè)。第三節(jié)鑄鐵1．鑄鐵的成分鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的鐵碳合金，常含有C、Si、Mn、S、P五大元素。常用鑄鐵成分大致為：2.5～4.0％C、1.0～3.0％Si、0.5～1.4％Mn、0.02～0.2％S、0.01～0.5％P。此外，還含有一定量的合金元素如Cr、Mo、V、Cu、Al等，含有合金元素的鑄鐵，稱合金鑄鐵。2．鑄鐵的特性強(qiáng)度、塑性、韌性比鋼差，不能進(jìn)行鍛造。但具有優(yōu)良鑄造性和切削加工性，良好的減摩性、耐磨性、消震性以及缺口敏感性低，并且生產(chǎn)工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，因此，鑄鐵被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、石油化工、交通等工業(yè)部門(mén)。第三十八頁(yè)，共七十七頁(yè)。3．鑄鐵的分類第三十九頁(yè)，共七十七頁(yè)。三.灰鑄鐵（1）灰鑄鐵的組織

灰鑄鐵的組織可看作鋼的基體上加片狀石墨，基體分為3種，即P、P+F、F基體。第四十頁(yè)，共七十七頁(yè)。灰鑄鐵的性能特點(diǎn)灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度只有碳素結(jié)構(gòu)鋼的1/3?；诣T鐵在凝固冷卻過(guò)程中析出比體積較大的石墨，使鑄鐵的收縮率減少；石墨片分割了金屬基體，從而使切屑容易脆斷，使得灰鑄鐵的切削加工性良好，但抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性極低；由于石墨能起潤(rùn)滑作用以及石墨脫落后的孔洞能起儲(chǔ)油作用，故使灰鑄鐵有優(yōu)良的減摩性，并具有良好的減震性及低的缺口敏感性。第四十一頁(yè)，共七十七頁(yè)?；瘜W(xué)成分C：2.5～4.0％。Si：1.0～3.0％。硅有1/3碳當(dāng)量作用，一般根據(jù)力學(xué)性能要求確定。Mn：0.5～1.2％，錳低則強(qiáng)度和硬度低；錳過(guò)高則不利于石墨化。硫使鑄鐵產(chǎn)生熱脆，磷使鑄鐵產(chǎn)生冷脆。一般控制S<0.15％；P<0.12％。第四十二頁(yè)，共七十七頁(yè)。牌號(hào)與應(yīng)用以“HT”表示，后面數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度的值。如HT200表示最低抗拉強(qiáng)度為200MPa。HT100只用于不重要的鑄件，如一般機(jī)器底座、外罩和重錘等。HT200用于承受一定載荷，強(qiáng)度、硬度要求高，形狀復(fù)雜，中等壁厚的重要鑄件，如中、小型發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸、機(jī)床床身、泵體和閥體。HT250、HT300、HT350強(qiáng)度高，組織致密，用于承受重載荷、動(dòng)載荷、形狀復(fù)雜、壁厚大的大型重要鑄件，如精密和重型機(jī)床床身、大型發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的重要箱體、高壓閥及大模數(shù)齒輪。第四十三頁(yè)，共七十七頁(yè)。4．孕育處理工藝過(guò)程：先熔煉碳硅含量較低的鐵水，出爐時(shí)在出鐵糟中加入含硅量為75％的細(xì)顆粒硅鐵，稱為孕育劑（加入量為鐵水重量的0.25~0.60％），作為鑄鐵結(jié)晶時(shí)的人工晶核。由出爐的鐵水將其沖入鐵水包中，適當(dāng)攪拌后即可。由于孕育處理降低鐵水溫度，鐵水出爐溫度可適當(dāng)提高，孕育處理后應(yīng)盡快澆注，停留時(shí)間長(zhǎng)會(huì)降低孕育效果。組織特點(diǎn):致密，石墨數(shù)量較少，呈細(xì)小片狀均勻分布，基體為珠光體基體。性能特點(diǎn)：強(qiáng)度較高，比一般灰鑄鐵高近一倍，且整個(gè)截面性能均勻，特別適用于大截面或壁厚相差懸殊的高強(qiáng)鑄件。第四十四頁(yè)，共七十七頁(yè)。5．熱處理熱處理只改變灰鑄鐵的基體組織，不改變石墨形狀，灰鑄鐵一般不采用熱處理來(lái)提高灰鑄鐵的力學(xué)性能。常用熱處理有：（1）消除內(nèi)應(yīng)力退火

（2）降低硬度、改變切削加工性退火

（3）表面淬火

有些大型鑄件的工作表面要求較高的硬度和耐磨性，需采用表面淬火。表面淬火部位的組織：極細(xì)的M+片狀石墨，硬度可達(dá)59-61HRC，提高了耐磨性。第四十五頁(yè)，共七十七頁(yè)。四.球墨鑄鐵即金屬基體加球狀石墨的鑄鐵。鑄態(tài)球墨鑄鐵是F+P基體，經(jīng)各種處理后，可得到F、P、S回和B下基體。常用球墨鑄鐵為：F、F+P、P三種基體，顯微組織如圖。第四十六頁(yè)，共七十七頁(yè)。1、球墨鑄鐵性能特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較高，并有一定的塑性和韌性，有較高疲勞強(qiáng)度，屈強(qiáng)比σS/σb達(dá)0.7。原因：石墨呈球狀，對(duì)基體的削弱作用減小，基體強(qiáng)度利用率可達(dá)80～90％(灰鐵只有40～50％)，且無(wú)尖端應(yīng)力集中。改性處理：可通過(guò)熱處理改變基體組織，顯著提高強(qiáng)度和塑性，在承受沖擊載荷時(shí)具有一定的韌性。第四十七頁(yè)，共七十七頁(yè)。2、生產(chǎn)工藝在鐵水中加入球化劑（常用鎂、稀土或稀土鎂）與孕育劑（常用75SiFe），使石墨結(jié)晶時(shí)呈球狀。在球化處理與孕育處理過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致澆包中的鐵水溫度降低50～100℃，鐵水出爐溫度必須>1400℃，孕育后盡快澆注，以防孕育衰退。第四十八頁(yè)，共七十七頁(yè)。3、化學(xué)成分要求C與Si：一般C：3.6～3.9％，Si：2.0～2.8％。Mn：阻礙石墨化，一般為0.6～0.8％。鐵素體球鐵0.3～0.6％。S與P：S強(qiáng)烈阻礙石墨化，且與Mg合成MgS，降低球化效果，易產(chǎn)生夾渣和引起鑄件脆性，其含量應(yīng)<0.07％。P<0.1％。第四十九頁(yè)，共七十七頁(yè)。4、牌號(hào)與應(yīng)用

以“QT”后接2組數(shù)字表示。第一組為抗拉強(qiáng)度，第二組為最低延伸率。如QT400-15表示球鐵抗拉強(qiáng)度不低于400MPa，延伸率不低于15％。GB1348—88規(guī)定球鐵有8個(gè)牌號(hào)。前3個(gè)為鐵素體基體，塑性較高強(qiáng)度較低，后3個(gè)分別為珠光體、回火索氏體、下貝氏體，強(qiáng)度較高而塑性較低。

優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良力學(xué)性能，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單成本低，可代替鍛鋼制造重要零件。如曲軸、凸輪軸、活塞等。缺點(diǎn)：收縮率大，鑄件內(nèi)應(yīng)力和白口傾向大。第五十頁(yè)，共七十七頁(yè)。5、熱處理

球墨鑄鐵熱處理僅改變基體組織而不改變石墨形狀。（1）退火1）消除內(nèi)應(yīng)力退火：用于只保持鑄態(tài)組織的鑄件。工藝：將鑄件加熱到500～600℃，保溫2～8h，然后隨爐冷卻。2）高溫退火：用于鑄態(tài)存在自由滲碳體而要獲得鐵素體基體球鐵的處理。3）低溫退火：用于鑄態(tài)為F+P基體而獲得鐵素體基體球鐵的處理。第五十一頁(yè)，共七十七頁(yè)。5、熱處理（2）正火：增加基體珠光體的含量，提高強(qiáng)度和耐磨性。1）高溫正火：用于獲得珠光體基體球鐵。2）低溫正火：可獲得F+P基體球鐵，組織比較細(xì)密，強(qiáng)度稍低，但塑性韌性較高。正火后一般還要進(jìn)行去應(yīng)力退火。第五十二頁(yè)，共七十七頁(yè)。5、熱處理（3）調(diào)質(zhì)處理：對(duì)于截面大、受力復(fù)雜、綜合力學(xué)性能要求高的鑄件，要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。最終組織為S回+G球狀。（4）等溫淬火：對(duì)于一些要求綜合力學(xué)性能較高，且外形復(fù)雜，熱處理易變形、開(kāi)裂的零件，采用等溫淬火，獲得B下球鐵。（5）表面淬火：用于零件摩擦表面的強(qiáng)化，如曲軸軸頸、凸輪工作表面和齒輪齒面等。淬火后需低溫回火，表層基體為M回。第五十三頁(yè)，共七十七頁(yè)。五.可鍛鑄鐵—組織石墨形狀呈團(tuán)絮狀的鑄鐵稱為可鍛鑄鐵，生產(chǎn)上常用的有F、P基體2種。第五十四頁(yè)，共七十七頁(yè)。五.可鍛鑄鐵—性能由于可鍛鑄鐵的石墨呈團(tuán)絮狀，對(duì)基體的切割作用小，無(wú)明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象，其力學(xué)性能高于灰鑄鐵。鐵素體基具有較好的塑性，延伸率可達(dá)12％；珠光體基具有較高的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度可達(dá)700MPa。：可鍛鑄鐵并不可鍛，仍屬鑄造合金。第五十五頁(yè)，共七十七頁(yè)。五.可鍛鑄鐵—牌號(hào)與應(yīng)用以“KT”后接基體種類、最低抗拉強(qiáng)度和最低延伸率表示。鐵素體基用黑心“KTH”表示，有4個(gè)牌號(hào)；珠光體基用“KTZ”表示，有4個(gè)牌號(hào)；白心可鍛鑄鐵“KTB”生產(chǎn)中應(yīng)用較少。如KTH370—12表示鐵素體可鍛鑄鐵σb≥370MPa，δ≥12％；KTZ450-06表示珠光體可鍛鑄鐵σb≥450MPa，δ≥6％?？慑戣T鐵主要用于承受一定沖擊載荷，大批量生產(chǎn)的形狀復(fù)雜而薄壁的小型零件，如閥體、管接頭、萬(wàn)向節(jié)殼體等。第五十六頁(yè)，共七十七頁(yè)。六.其他鑄鐵1．冷硬鑄鐵實(shí)質(zhì)上是高碳低硅，再加入少量B、Cr、Mo的低合金鑄鐵經(jīng)表面激冷處理獲得的，表面有一定深度的白口組織，心部均為灰口組織的鑄鐵。

2．耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵按耐磨機(jī)理分為抗磨鑄鐵和減摩鑄鐵2種。第五十七頁(yè)，共七十七頁(yè)。六.其他鑄鐵3．蠕墨鑄鐵組織：石墨形狀呈蠕蟲(chóng)狀的鑄鐵?；w：常用的有F、F+P、P三種基體。牌號(hào)：以“RuT”表示，后面數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。目前僅有RuT200、RuT300、RuT340、RuT380、RuT420。用途：目前主要用于制造強(qiáng)度要求高，組織致密，承受熱疲勞載荷，形狀復(fù)雜的零件，如制動(dòng)盤(pán)、排氣管、活塞環(huán)、鋼錠模等。第五十八頁(yè)，共七十七頁(yè)。蠕墨鑄鐵第五十九頁(yè)，共七十七頁(yè)。第四節(jié)非鐵金屬及合金是除鋼鐵外，所有其他金屬的統(tǒng)稱（即有色金屬）。如銅、鋁、錫、鉛、鎂等。非鐵合金是以一種非鐵金屬為基礎(chǔ)，加入一種或幾種其他元素熔煉而成的一種新的組成物。生產(chǎn)上常用的有銅合金、鋁合金、軸承合金及鈦合金等。第六十頁(yè)，共七十七頁(yè)。一.銅及銅合金純銅：又稱紫銅，ρ:8.94g/cm3，面心立方，熔點(diǎn)1083℃。:純銅具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及抗蝕性，塑性很好，可進(jìn)行各種冷、熱加工。:純銅無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不能用熱處理方法強(qiáng)化，因而常用合金化方法強(qiáng)化。:純銅易產(chǎn)生冷、熱脆性，因此，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)的含量:純銅代號(hào)以“T”表示，后面數(shù)字為序號(hào)，數(shù)字越大純度越低。

第六十一頁(yè)，共七十七頁(yè)。銅合金以銅為主要元素，加入少量其他元素形成的合金。強(qiáng)度比純銅高，并具有許多優(yōu)良的物理化學(xué)性能，常用作工程結(jié)構(gòu)材料。在銅合金中，除Cu-Ni合金形成無(wú)限固溶體外，其余常用銅合金都形成有限固溶體，第二相（強(qiáng)化相）多為電子化合物。

第六十二頁(yè)，共七十七頁(yè)。銅合金的分類及編號(hào)第六十三頁(yè)，共七十七頁(yè)。銅合金的牌號(hào)

普通黃銅以“H+數(shù)字”表示，數(shù)字表示平均含銅百分?jǐn)?shù)。

如H80，表示ωCu=80％的普通黃銅。特殊黃銅以“H+主加元素+銅百分?jǐn)?shù)+主加元素百分?jǐn)?shù)”表示。如HSn62-1，表示Cu=62%，Sn=1%，其余為Zn的錫黃銅。青銅以代號(hào)“Q+主加元素+主加元素、輔加元素含量百分?jǐn)?shù)”表示。如QSn7-0.2，表示Sn=7%，P=0.2%的錫青銅。鑄造銅合金以“ZCu+主要合金元素及其含量百分?jǐn)?shù)”表示。如ZCuZn38，表示Zn=38%，其余為銅的鑄造黃銅；如ZCuZn16Si4，表示Zn=16%，Si=4%，其余為銅的鑄造黃銅。第六十四頁(yè)，共七十七頁(yè)。黃銅（Cu-Zn合金，GB5232—85）Cu-Zn二元合金為普通黃銅。Cu-Zn+其他合金元素的黃銅，為特殊黃銅。第六十五頁(yè)，共七十七頁(yè)。普通黃銅普通黃銅Zn＜45%。當(dāng)Zn＜36%時(shí)，室溫組織為α固溶體單相組織。如H96、H80、H68等。有一定強(qiáng)度，色澤美觀，塑性很好，可進(jìn)行冷熱加工，適于制作各種沖壓零件，如彈殼、套筒等。當(dāng)Zn=36～41%時(shí)，室溫組織為α+β′的雙相組織，塑性差、硬而脆。當(dāng)加熱至456℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序固溶體β，具有良好的塑性，可進(jìn)行熱加工變形，強(qiáng)度高，適用于加