工程材料與機械制造基礎第六章

1.理解并掌握工業(yè)用鋼的分類和編號方法，基本能由鋼號推斷出它屬于哪一類鋼種、大概化學成分和主要用途。2.了解鋼中常存雜質元素及合金元素對鋼性能影響。3.掌握常用結構鋼（重點滲碳鋼和調質鋼）、工具鋼（重點高速鋼）的工作條件、性能特點、化學成分、常規(guī)熱處理、典型鋼種及其主要用途。4.熟悉特殊性能鋼的基本知識。5.結合實例，初步具備合理選擇材料、正確確定加工方法、妥善安排加工工藝路線的能力。第6章工業(yè)用鋼特點：強度、塑性、韌性較好，又具有良好的工藝性能和較低的價格，因而得到廣泛應用（80%）。工業(yè)用鋼只要指：①碳鋼：含碳量低于2.11%的鐵碳合金。②合金鋼：為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎上有意加入一定量合金元素而得到的鋼種。一、鋼的分類及編號1.鋼的分類①按化學成分分

中碳鋼0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量10%碳素鋼合金鋼鋼類碳素鋼合金鋼PSPS普通質量鋼≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045優(yōu)質鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級優(yōu)質鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級優(yōu)質鋼≤0.025≤0.020≤0.025≤0.015②按質量分鋼的質量是以磷、硫的含量來劃分的。分為普通質量鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼和特級優(yōu)質鋼。根據現行標準，各質量等級鋼的磷、硫含量如下：③按金相組織分亞共析鋼共析鋼過共析鋼

按退火組織分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼

按正火組織分電弧爐煉鋼④按用途分

工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調質鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機器用鋼結構鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼2鋼的編號1.碳鋼的編號Q+屈服強度值+質量等級符號+脫氧方法符號。（1）碳素結構鋼—脫氧方法符號:沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。—質量等級A、B、C、D，P、S含量依次下降，質量提高。鎮(zhèn)靜鋼—脫氧完全鋼。組織致密，成分均勻，力學性能好。如Q235-A·F沸騰鋼—脫氧不完全鋼。凝固前產生大量CO氣泡，引起沸騰。其成分組織不均勻，強度較低，不適于制造重要零件。Q195、Q215、Q235A、Q235B等鋼塑性較好，有一定強度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于橋梁、建筑物等構件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘及墊圈等。Q235C、Q235D可用于重要焊接結構，如鍋爐、容器等。Q255、Q275強度較高，可軋制成型鋼、鋼板等，用于承受中等載荷的零件，如轉軸、鏈輪及螺紋鋼筋等。常用牌號及用途：（2）優(yōu)質碳素結構鋼牌號用兩位數字，表示鋼中平均含碳量萬分之幾。如45鋼—平均含碳量為0.45%的優(yōu)質碳素結構鋼。*說明：①含Mn量為0.7-1.0%時，在兩位數字后加元素符號“Mn”，如60Mn。②對于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在鋼號后分別加字母F和b，如08F、10b。③高級優(yōu)質鋼在鋼號后加字母A，如20A。08F、10F、15F、15、20、25等屬于低碳鋼，強度、硬度低，塑性、韌性好，具有良好的鍛壓性能和焊接性能。08F、10F主要用于制造沖壓件和焊接件，如殼、蓋、罩等；15F主要用于鈑金件。15、20鋼屬于滲碳鋼，常用于制造齒輪、銷釘、小軸、螺釘、螺母等。其中，20鋼用量最大。常用牌號及用途：齒輪曲軸常用牌號及用途：30、35、40、45、50及55等屬于中碳鋼，經調質處理后，可獲得良好綜合機械性能，且具有良好的切削加工性。主要用于制造軸類、齒輪等零件，如曲軸、傳動軸、連桿等。其中，45鋼應用最廣泛。

60、65、70、75等屬于高碳鋼，經淬火、中溫回火后具有較高的強度、彈性、硬度和耐磨性，但塑性韌性較差，其焊接性、可切削加工性及冷變形塑性低。主要用于制造彈簧、軋輥、凸輪等耐磨工件與鋼絲繩等。其中，65鋼是最常用的彈簧鋼。（3）碳素工具鋼銼刀板牙絲錐牌號由T+數字組成，其數字表示平均含碳量的千分之幾。如T8—其平均含碳量為0.8%。*說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質以上質量的鋼。高級優(yōu)質鋼在鋼號后加“A”，如T8A。（4）鑄鋼牌號由ZG+×××+×××組成。ZG表示鑄鋼，其后數字分別表示最低屈服強度和抗拉強度。如ZG200-400，表示屈服點σs（或σ0.2）≥200Mpa且抗拉強度σb≥400MPa的鑄造碳鋼。鑄鋼主要用于制作受力不大且要求一定韌性的各種機械零件，如機座、變速箱殼等。2.合金鋼的編號牌號由Q+屈服強度值+質量等級符號三部分組成。（1）低合金高強結構鋼如Q345C。*說明：

σs<300MPa時為碳素結構鋼;

σs>300MPa時為低合金高強度鋼。（2）合金結構鋼牌號由兩位數字+元素符號+數字組成。合金元素平均含量的百分數，小于1.5％時，不標數字。鋼中碳含量的萬分數。若為易切削鋼，則在牌號前標Y，如Y40Mn。若為高級優(yōu)質鋼，則在牌號后加字母A，如60Si2MnA。如40Cr表示平均含碳量為0.4％且鉻含量小于1.5％合金結構鋼。若為滾動軸承鋼，則在牌號前標G，注意數字表示鉻含量的數。例如，GCrl5—表示平均含鉻量為1.5％的滾動軸承鋼。（3）合金工具鋼NOTE：高速鋼含碳量無論多少均不標注。牌號由數字+元素符號+數字組成。合金元素的平均含量的百分數，小于1.5％時，不標數字。用一位數字表示平均含碳量的千分數，超過1.0％時不標。例如9SiCr—表示平均含碳量為0.9％且平均含硅量、含鉻量均＜1.5％的合金工具鋼。如Crl2MoV—表示平均含碳量不小于1.0％、鉻平均含量為12％且鉬和釩平均含量均小于1.5％的合金工具鋼。（4）特殊性能鋼其牌號表示方法與合金工具鋼牌號表示方法原則相同。合金元素的平均含量的百分數，小于1.5％時，不標數字。用一位數字表示平均含碳量的千分數，wc≤0.08％時，用“0”表示；如0Cr18Ni9。wc

≤0.03％時，用“00”表示，如00Cr18Ni11。由數字+元素符號+數字例如，3Crl3鋼表示平均含碳量為0.3％，平均含鉻量為13％的特殊性能鋼。二鋼中常存雜質與合金元素（1）Mn和Si來源：煉鋼時由錳鐵脫氧而殘留在鋼中。Mn→F起固溶強化作用，引起鋼的強度和硬度↑；Mn+S→MnS，降低硫的有害作用，改善鋼的熱加工性能。2.Si一般認為，錳和硅為鋼中的有益元素。來源：煉鋼時用硅鐵脫氧而殘留在鋼中。Si→F起固溶強化作用，引起鋼的強度↑。1鋼中常存雜質對其性能影響（3）S來源：煉鋼時由礦石和燃料帶到鋼中。以FeS的形式存在，FeS+Fe→低熔點共晶體；在壓力加工時熔化→導致鋼材沿晶界開裂—“熱脆”。措施：鋼中要限硫含量：≤0.05%。Mn與S形成MnS(1620℃）,粒狀分布在晶內。鋼中的MnS夾雜合金晶界的低熔點硫化物共晶比利時阿爾伯特運河鋼橋因磷高產生冷脆性，于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中。(4)P來源：煉鋼時由礦石和燃料帶到鋼中。鋼中控制P含量：≤0.045%。P→F，導致鋼材強、硬度↑，塑、韌性↓，特別是使鋼在低溫時脆性急劇增加—冷脆。

*應用：P多，脆性大，可制作炮彈鋼（增加殺傷力）、易切削鋼（改善切削加工性）。激光制導炮彈

(5)氣體元素①N：以FeN、TiN形式存在，使鋼的塑性下降，脆性增大,俗稱藍脆。②O：以氧化物的形式存在，使強度、塑性、疲勞強度下降，易成為疲勞裂紋源。鋼中TiN夾雜鋼中氧化物夾雜③H：以原子態(tài)溶解于鋼中，降低韌性，引起氫脆。當氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產生很高內壓，形成微裂紋，其內壁為白色，俗稱白點。鋼中白點鋼的氫脆斷口（1）合金元素在鋼中的存在形式a）合金鐵素體合金元素溶于鐵素體，形成合金鐵素體，起固溶強化作用。其中，Si、Mn、Ni強化效果較顯著；Cr、W、Mo相對較弱。2合金元素在鋼中的作用合金元素對鐵素體性能的影響b）合金滲碳體弱碳化物形成元素或較低含量中強碳化物形成元素，能置換滲碳體中鐵原子，形成合金滲碳體。如(FeMn)3C、Mn3C等。c）特殊碳化物強碳化物形成元素或較高含量的中強碳化物形成元素，能夠與碳化合，形成特殊碳化物，如VC、TiC等。NOTE：合金滲碳體和特殊碳化物具有較高的熔點和穩(wěn)定性，當它們彌散分布在鋼中時，可大大提高鋼的強度、硬度和耐磨性，且不降低韌性，這對提高工件的使用性能極為有利。(2)合金元素對鋼性能的影響a）合金元素改善鋼的熱處理性能①細化奧氏體晶粒所有合金元素都阻礙鋼在加熱時奧氏體晶粒長大，從而使鋼熱處理后組織細化。②提高淬透性除Co以外的合金元素均固溶于奧氏體，增加奧氏體的穩(wěn)定性，減慢過冷奧氏體的分解速度，降低鋼在淬火時的臨界冷卻速度，從而提高淬透性。③提高回火抗力（回火穩(wěn)定性）回火抗力：淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力。硬度下降越慢，則回火抗力越高。這是因為合金元素推遲了馬氏體的分解，抵抗硬度下降，因而提高了回火抗力。與同等含碳量的碳鋼相比，在同一溫度回火，合金鋼有較高的強度和硬度。而回火至同一硬度，合金鋼的回火溫度高，保溫時間長，內應力消除比較徹底，因而其塑性和韌性比碳鋼好。④產生二次硬化二次硬化：淬火鋼在較高溫度回火時硬度不降低反而升高現象。原因：當鋼中Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素的含量超過一定量時，在400°C以上會形成細小彌散分布的特殊碳化物，從而使硬度升高。⑤防止回火脆性回火脆性：淬火鋼回火后出現韌性下降的現象，如圖所示。⑴第一類回火脆性：在250~400°C出現沖擊韌性下降現象。目前，尚無有效方法消除，只能避免在此溫度范圍回火。⑵第二類回火脆性：在500~600°C回火后緩慢冷卻時出現的沖擊韌性下降現象。防止第二類回火脆性措施：ⅰ對較小零件可用回火后快冷方法；ⅱ對大型零件可選用含W、Mo的合金鋼制造。b）合金元素提高鋼的使用性能1）合金元素使鋼的性能得到強化由塑性變形理論知：塑性變形是位錯在滑移面上運動的結果。鋼中的溶質原子、第二相粒子及晶界等都阻礙位錯運動，因而會產生固溶強化、第二相強化及細晶強化，從而使鋼的強度、硬度升高。①固溶強化合金元素溶入鋼后形成的合金鐵素體，引起晶格畸變，增加位錯運動阻力，產生固溶強化。②第二相強化合金滲碳體和特殊碳化物在鋼中加熱形成奧氏體時，難以溶于奧氏體，也難以聚集長大。當它們以細小質點分布在鋼中時，會阻礙位錯運動，從而有效地提高鋼的強度和硬度。③細晶強化大多數合金元素都能細化鐵素體和奧氏體晶粒及馬氏體針條，且晶粒越細小，位錯運動阻力越大，強化效果越顯著。2）合金元素使鋼獲得特殊性能合金元素加入鋼中可以使鋼形成穩(wěn)定的單相組織或形成致密的氧化膜和金屬間化合物，從而使鋼獲得耐腐蝕、耐熱等特殊性能。NOTE：細晶強化不僅可以提高鋼的強度和硬度，而且還能同時提高鋼的塑性和韌性，這是其它強化方法不可能做到的。1碳素結構鋼（1）成分：<0.4%C，P、S量較多。（2）性能：可焊性、塑性好。（3）熱處理：熱軋空冷態(tài)下使用。（4）使用狀態(tài)下組織：F+P（5）用途：常以熱軋型材使用，約占鋼材總量的70%。用于建筑結構，適合焊接、鉚接、栓接等。熱軋鋼板三結構鋼（1）性能特點2低合金高強度結構鋼a）高強度，可減輕結構重量，節(jié)約鋼材。（比采用普通碳結構鋼節(jié)約15%鋼材）

b)足夠的塑性、韌性及良好的焊接性能。c)良好的耐蝕性及低的韌脆轉變溫度。在碳素結構鋼基礎上加入少量的合金元素而得到的鋼種，其含wS、wP均≤0.045％。主要用來制造強度要求較高的工程結構，如橋梁、船舶、壓力容器、機車車輛、房屋、輸油管道、鍋爐等。

南京長江大橋(2)成分特點a)低碳：wC≤0.2%，以保證良好塑性、韌性和焊接性能。b)合金元素：①Mn：強化鐵素體；降低冷脆轉變溫度；增加珠光體的量，提高強度。②V、Ti、Nb等主要起細晶強化作用。③Re可提高韌性、疲勞極限，降低冷脆轉變溫度。(3)熱處理大多數在熱軋空冷狀態(tài)下使用，其組織為F+S。(4)常用牌號及用途Q345鋼綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛及建筑結構等。Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高，用于石化中溫高壓容器、大型船舶及重要橋梁。船舶橋梁儲氣罐車輛(1)性能特點a)表硬里韌。b)具有高的淬透性和滲碳能力。(2)成分特點a)低碳：0.10~0.25%。b)合金元素：①提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B②細化晶粒：W、Mo、Ti、V3滲碳鋼指經滲碳、淬火、低溫回火后使用的鋼種。(3)熱處理特點

滲碳件一般的工藝路線為：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火+低溫回火→磨削

正火：改善鍛造組織，調整硬度，便于切削加工；

滲碳：增加表面含碳量；

淬火：提高硬度和耐磨性；

低溫回火：保持高硬度，降低脆性。使用狀態(tài)下組織：表層：高碳回火馬氏體+粒狀碳化物+少量殘余奧氏體；硬度為58～64HRC。心部：低碳回火馬氏體、少量鐵素體；硬度為35～45HRC。(4)常用牌號及用途①低淬透性合金鋼如20Cr、20Mn2等，其淬透性差，滲碳淬火后，心部強韌性較低。

只要用于受力尺寸較小耐磨件，如活塞銷、凸輪軸等。活塞銷凸輪軸②中淬透性合金鋼如20CrMnTi、20SiMnVB等，其淬透性較好。主要用于制造承受中等載荷、要求足夠沖擊韌性和耐磨性的零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪、離合器軸等。齒輪③高淬透性合金鋼：如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等，其淬透性好，主要用于制造大截面、承受高負荷的重要耐磨件，如飛機、坦克中的曲軸、齒輪等。增壓柴油機曲軸(1)性能特點a)良好的綜合力學性能。b)良好的淬透性。(2)成分特點a)中碳：0.25~0.5%。b)合金元素：①強化鐵素體，提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②細化晶粒，防止第二類回火脆性:W、Mo、V4調質鋼指經過調質處理（淬火+高溫回火）后使用的鋼種。主要用于制造受力復雜、要求綜合力學性能好的重要零件，如精密機床的主軸、汽車的后橋半軸、發(fā)動機曲軸、連桿等。(3)熱處理特點調質件一般的工藝路線為：下料→鍛造→退火→粗加工→調質→精加工→裝配

退火：調整硬度，改善鍛件組織、性能，消除缺陷，為切削加工和淬火作好組織上的準備。

調質：獲得良好綜合力學性能。使用狀態(tài)下的組織為：S回。為提高表面耐磨性，調質后可進行表面淬火或氮化。(4)常用鋼號及用途

①低淬透性鋼：常用40Cr、40MnB等，用于制造截面尺寸較小的齒輪、軸、螺栓等。②中淬透性鋼：常用35CrMo、40CrNi等，用于制作截面尺寸較大、承受較大載荷零件，如大型發(fā)動機曲軸、連桿等。③高淬透性鋼：常用40CrNiMo、37CrNi3等，用于制造大截面承受重載荷零件，如航空發(fā)動機曲軸、汽輪機主軸等。連桿曲軸螺桿(1)性能特點a)高的σs、σs/σb，以保證承受大的彈性變形和較高載荷。b)高的σ-1，以避免產生疲勞破壞。c)足夠的塑性、韌性。5彈簧鋼彈簧作用：利用彈性變形儲存能量，傳遞力與緩和沖擊和振動；或與其他零件相配合控制某一工作過程，如鐘表中發(fā)條。指用于制造彈簧或其他彈性零件所使用的鋼種。(2)成分特點a)含碳量較高：碳鋼0.6~0.9%C；合金鋼0.45~0.7%C。b)合金元素：①提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si②

細化晶粒，減小脫碳和過熱敏感性：Cr、W、V3.熱處理特點⑴冷成型彈簧冷拉→淬火+中溫回火→冷卷成形→去應力退火→成品。用于截面尺寸<10mm的彈簧。⑵熱成型彈簧下料→熱卷成形→淬火+中溫回火→噴丸→成品。用于截面尺寸>10mm大型彈簧，如汽車板簧、火車螺旋彈簧。

汽車板簧火車螺旋彈簧(4)常用鋼號及用途①Si、Mn彈簧鋼如65Mn、60Si2Mn，用于制造截面尺寸≤25mm的彈簧，如汽車、拖拉機、火車的板簧和螺旋彈簧等。②Cr、V彈簧鋼如50CrV，用于制造在350~400°C下工作大截面(≤30mm)、大載荷的耐熱彈簧，如高速柴油機的氣門彈簧、閥門彈簧等。6滾動軸承鋼(1)性能特點a)高硬度和高耐磨性；b)高的彈性極限和接觸疲勞強度；c)足夠的韌性、淬透性和抗耐蝕性。滾動軸承鋼是指用來制造各種滾動軸承的滾動體及內外套圈的專用鋼種，也可用于制作形狀復雜的工具、冷沖模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的結構零件。推力球軸承滾針軸承(2)成分特點

a)高碳：0.95～1.15%C。b)合金元素：Cr：提高淬透性，接觸疲勞強度、耐磨性和耐腐蝕性；Si、Mn、V：進一步提高鋼的淬透性和強度。NOTE：當wCr>1.65%時，會因殘余奧氏體量的增加而使硬度和穩(wěn)定性下降。球化退火淬火+冷處理(–60～–80℃;1h)低溫回火正火磨削加工穩(wěn)定化處理(120～150℃；5～10h)鍛造機加工GCr15軸承鋼制造軸承的工藝路線3.熱處理特點①球化退火獲得球狀珠光體，降低硬度，改善切削加工性并為淬火做好組織上的準備。②淬火+低溫回火

這是決定軸承鋼性能的關鍵。最終得到細針狀的回火馬氏體、顆粒狀碳化物與少量殘余奧氏體組織，硬度為62~66HBC。

③淬火后冷處理(-60~-80℃)進一步減少殘余奧氏體和消除內應力，穩(wěn)定尺寸。

(4)常用鋼號及用途①含鉻軸承鋼GCr9、GCr15的淬透性較低，主要用于制作中、小型滾動軸承及冷、沖模、量具、絲杠等。GCr9SiMn、GCr15SiMn的淬透性較高，主要用于制作大型滾動軸承。②無鉻軸承鋼如GMnMoVRE等。向心球軸承圓柱滾子軸承自動調心球軸承四工具鋼工具鋼是用于制造刃具、量具和模具的鋼種。刃具量具模具（一）刃具鋼用來制造各種切削刀具的鋼種。(1)成分特點高碳(0.65％～1.35%C)，硬度和耐磨性↑；但wC↑，韌性↓。1碳素工具鋼優(yōu)點：鍛造和切削加工性能好，價格便宜。缺點：淬透性低，回火穩(wěn)定性差。用途：主要用于制造尺寸不大、形狀簡單的手動或低速運動的機用工具。（2）熱處理特點①球化退火降低硬度，改善組織，為切削加工和淬火作組織準備。②淬火+低溫回火獲得回火馬氏體、粒狀滲碳體及少量殘余奧氏體組織，以達到工具所要求的高硬度(60HRC左右)和高耐磨性。

T12鋼球化退火前顯微組織T12鋼淬火后的顯微組織（3）常用牌號及用途由于碳素工具鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手動工具和低速刃具。T7、T8：用于制造要求具有較高韌性的工具，如木工用的沖子、鑿子、錘子等。木工鑿T9、T10、T11鋼用于制造要求較低韌性、較高硬度的工具，如小鉆頭、沖模、手絲錐等。絲錐鉆頭木工鉆T12、T13鋼用于制造要求具有高硬度和耐磨性的工具，如銼刀、鋸條、量規(guī)等。銼刀手鋸條量規(guī)光面量規(guī)2低合金工具鋼在碳素工具鋼基礎上加入少量合金元素(≤3~5)形成。(1)成分特點：高碳：0.75~1.5%C⑵合金元素作用①

提高淬透性:Cr、Mn、Si③提高耐磨性、細化晶粒:W、V板牙絲錐(3)熱處理及組織同碳素工具鋼，只是淬火介質為油（碳工鋼為水）。使用狀態(tài)下的組織為：

M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）

(4)常用鋼號及用途應用最多的是9SiCr。用于制造形狀復雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等。

(1)性能特點①高熱硬性600℃時硬度仍保持在55～60HRC。②高淬透性空冷即可淬火，俗稱“風鋼”。

(2)成分特點a)高碳:0.70～1.5%Cb)高合金：>10%①

提高淬透性及回火穩(wěn)定性

：Cr②

提高熱硬性、耐磨性:W、Mo、V

3高速鋼（俗稱風鋼）制造高速切削刃具的高合金工具鋼。(3)鑄態(tài)組織與鍛造高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為粗大的魚骨狀合金碳化物，脆性大且不能用熱處理來消除，只能進行反復軋制或鍛造，才能擊碎，使之均勻分布在基體上。W18Cr4V鋼鑄態(tài)組織魚骨狀Ld′與樹枝狀M+TW18Cr4V鋼退火組織S+粒狀或小塊碳化物W18Cr4V鋼淬火組織M+粒狀碳化物+A′(4)熱處理加工工藝路線：下料→鍛造→退火→機加工→淬火→回火→磨削⑴球化退火降低硬度，改善組織，消除應力，為切削加工和淬火做好組織上準備。退火后組織：S+粒狀或小塊碳化物⑵淬火獲得高硬度和高耐磨性。淬火后組織：M+粒狀碳化物+A′

⑶高溫回火（560℃三次回火）消除內應力，穩(wěn)定組織?；鼗鸷蟮慕M織：M回+粒狀碳化物+A′。W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織W18Cr4V插齒刀的熱處理工藝如圖所示W18Cr4V鋼：其熱硬性較高、過熱敏感性較小，磨削加工性較好；但熱塑性差、碳化物粗大，適用于制造一般的高速切削用車刀、刨刀、鉆頭及銑刀等。(5)常用牌號及用途車刀銑刀鉆頭W6Mo5Cr4V2鋼，其熱塑性良好，碳化物分布比較均勻，耐磨性高，但熱硬性較差，易脫碳和過熱，廣泛用于制造輪銑刀、插齒刀、麻花鉆頭等刃具。齒輪滾刀插齒刀輪銑刀麻花鉆W9Mo3Cr4V：近幾年研制的新鋼種，既保留了W18Cr4V鋼良好的熱塑性，又克服了W6Mo5Cr4V2鋼脫碳傾向性大的缺點，且硬度比較高，是很有發(fā)展前途的鋼種，用于制作各種切削刀具和冷、熱模具。切削刀具冷鐓模具1)冷作模具鋼:制造金屬冷成型模具的鋼。冷擠壓、冷沖模、拉絲。因模具受很大壓力、摩擦和沖擊。所以要求:①高硬度和耐磨性。②足夠的強度和韌性。淬透性高，熱處理變形小。低合金工具鋼用于制造小尺寸、形狀簡單、受力不大的模具。如9SiCr、CrWMn、9Mn2V等。用以制造冷熱模具的鋼種。

(二)模具鋼汽車沖壓模具

Cr12型冷作模具鋼:高C(1.45-2.30%C)(為淬火后獲得高碳M和足夠合金碳化物,保證高硬度和高耐磨性)；Cr(11-13%Cr)(提高鋼淬透性,減少淬火變形,增加韌性)。最終熱處理為：淬火+低溫回火使用狀態(tài)下的組織：M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）

常用鋼號:Cr12和Cr12MoV。用于制造冷沖模、擠壓模等。汽車外板冷沖模Cr12鋼2)熱作模具鋼-制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具的鋼種。因高溫(400-600℃)下工作,要求:高溫下足夠強度、韌性、耐磨性及高抗熱疲勞性能；高淬透性和良好導熱性。含碳量(0.3-0.6%C),中碳鋼(保證中溫或高溫回火后有足夠強度和韌性),合金元素Ni、Cr、Mn、Si、Mo,提高鋼淬透性,強化F基體,Ni提高韌性；Cr、Si、W提高熱疲勞抗力；Mo提高回火穩(wěn)定性,防止第Ⅱ類回火脆性。常用牌號:壓鑄模具3Cr2W8V、4CrSi、4CrW2Si;熱鍛模鋼5CrNiMo、5CrMnMo熱鍛后預備熱處理是退火,目的:消除鍛造應力,改善切削加工性。退火后組織:細片狀P+F,硬度197-241HBS。最終熱處理:淬火(840-870℃)+回火(中溫或高溫),使用狀態(tài)下組織:S回或回火屈氏體曲軸模具熱鐓模凸緣模型板壓鑄模汽車四缸壓鑄模(三)量具鋼制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。量具在使用過程中與被測零件接觸,承受摩擦和沖擊。要求:高硬度(62-65HRC)和耐磨性；高尺寸穩(wěn)定性；足夠韌性。量具用鋼:碳素工具鋼(T10A、T12A，作尺寸小、形狀簡單、精度低的量具)、低合金工具鋼(9SiCr、CrWMn、GCr15等，制造精密量具)。卡尺量規(guī)千分尺量規(guī)量具鋼的熱處理與刃具鋼一樣。對精密量具淬火后立即冷處理，后150-160℃低溫回火；人工時效一次（110-150℃，24-36h），使淬火組織轉變?yōu)榉€(wěn)定的M回火，消除淬火應力。精磨后在120℃下人工時效2-3h，消除磨削應力。千分尺卡尺五特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有某些特殊的物理、化學性能，用來制造在特殊環(huán)境及工作條件下所使用的鋼種。特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼

不銹鋼:能抵抗大氣腐蝕或酸、堿腐蝕的鋼。為提高鋼抗蝕能力,從兩方面入手:1)使鋼在室溫下獲得單相組織；2)提高鋼基體組織在腐蝕介質中的電極電位。Cr提高抗蝕能力(Cr在氧化介質中很快形成Cr2O3氧化膜,保護內部不受腐蝕；Cr＞12.5%,Cr的電極電位躍增,抗蝕性顯著提高)。化工管道的腐蝕裂解管內壁的高溫腐蝕減薄電化學腐蝕的主要原因：由于不同電極電位的金屬在電解質溶液中形成原電池，使低電極電位的陽極被腐蝕，高電極電位的陰極被保護，從而導致金屬的電化學腐蝕。1Cr17削片刀鐵素體不銹鋼水加熱器按組織狀態(tài)份三大類：1.鐵素體不銹鋼含碳＜0.15%，Cr為12%-30%，高鉻低碳，單相F組織，從室溫加熱到高溫（960-1100℃）組織無顯著變化。隨Cr增加，耐蝕性進一步提高。用于受力不大的耐酸結構和作抗氧化鋼使用。按Cr含量有以下三種類型：1）Cr13型，如00Cr13Al、00Cr12,做耐熱鋼用（汽車排氣閥）。2）Cr17型，如1Cr17、1Cr17Mo等，可耐大氣、稀硝酸腐蝕。3）Cr27-30型，如00Cr27Mo、00Cr30Mo耐強腐蝕介質的耐酸鋼。用途:廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。硝酸生產裝置合成氨生產裝置鋼中σ相2.馬氏體不銹鋼常用M不銹鋼含0.1%-0.4%C，含12%-14%Cr，屬鉻不銹鋼。淬火后得到M，有較好力學性能，耐蝕性、塑性、可焊性不如F、A不銹鋼。牌號中的：1Cr13、2Cr13含碳量較低，只在力學性能高、又有一定耐蝕性的零件，如：汽車機輪葉片及醫(yī)療器械等；3Cr13、7Cr13含碳量提高，其強度、硬度較高，用于制造醫(yī)用手術用具、量具、不銹鋼軸承、彈簧等。汽輪機葉片3.奧氏體不銹鋼常用A不銹鋼含17%-19%Cr,含8%-11%Ni,屬鎳鉻不銹鋼。因含鎳量高,擴大了A區(qū),室溫下能得到單相A組織。有更好的耐蝕性和高溫抗氧化型。牌號中的:主要為18-8(18Cr-8Ni)型不銹鋼。如0Cr18Ni9、2Cr18Ni9等。供貨狀態(tài)多為固溶處理態(tài)(即加熱到1100℃使碳化物溶解后水冷)。主要用于制作耐蝕性要求很高的及冷變形成性需焊接的工件,如化工設備、管道等；也用于儀表、發(fā)電等工業(yè)制作無磁性的耐蝕零件。這類鋼熱處理不能強化,可通過冷變形加工提高強硬度。熱處理：采用固溶處理。組織：單相奧氏體反應釜(316L)管板換熱器(304)大型化工儲罐(304)不銹鋼帶鋼號鋼種合金元素的主要作用熱處理特點使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強度結構鋼Mn:強化F，增加P量，降低冷脆轉變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調質鋼Cr:提高淬透性，強化F調質處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蝕性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr13馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性淬火+高溫回火S回5CrNiMo熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強化F淬火+高溫回火S回Mo:防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼Mo:細化晶粒，提高耐磨性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)W18Cr4V高速鋼V:提高耐磨性、熱硬性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr18Ni9Ti不銹鋼Ti:防止晶間腐蝕固溶處理A第二節(jié)鑄鐵一、概述鑄鐵:含碳量＞2.11%并含有較多Si、Mn、S、P等元素的多元鐵基合金。鑄鐵有許多優(yōu)良性能及生產簡便、成本低廉等優(yōu)點,是應用最廣泛的材料之一。如機床床身、內燃機的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都是由鑄鐵制造的。

鑄鐵曲軸一)鑄鐵的石墨化1.石墨化概念:鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外,主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)石墨(G)兩種形式存在。鑄鐵中C原子析出而形成石墨的過程稱為--。石墨是碳的單質,其強度、塑性、韌性幾乎為零。Fe3C是亞穩(wěn)相,在一定條件下發(fā)生分解:Fe3C→3Fe+C(石墨)鑄鐵墨化有三種方式：1)由液態(tài)鐵水中直接析出石墨:L→G。2)自A中直接析出石墨:A→Fe+G。3)在高溫長時間加熱下,滲碳體分解產生石墨:Fe3C→Fe+G臺車式石墨化退火爐2、影響石墨化的因素⑴化學成分:碳和硅是強烈促進石墨化的元素。含量越高，越容易獲得石墨組織，含量過高，使石墨數量多且粗大，基體內鐵素體量增多，降低鑄件的性能。S對石墨化有強烈阻礙作用，Mn阻礙石墨化，與S親和力很大，形成MnS，起到削弱S的反石墨化作用。(2)冷卻速度:相同化學成分的鐵水冷卻速度越慢，C原子析出和聚集越充分，結晶并析出石墨的可能性越大；反之冷卻速度越快，析出Fe3C的可能性越大，不利于石墨化。生產中，鑄件冷卻速度取決于鑄件材料和鑄件壁厚。3.鑄鐵分類據碳在鑄鐵中存在的形式不同，鑄鐵可分為三類：種類碳存在形式斷口顏色性能應用白口鑄鐵Fe3C(Ld)銀白色硬而脆很少用于制造零件麻口鑄鐵Fe3C和G黑白相間的麻點硬而脆很少應用灰口鑄鐵G暗灰色較好力學性能廣泛應用于工業(yè)中灰口鑄鐵中C大部或全部以石墨的形式存在，據石墨存在形態(tài)不同，灰口鑄鐵可分為。1）灰鑄鐵：其石墨呈黑色片狀，力學性能不太高，生產工藝簡單，價格低廉，應用最廣泛。2）可鍛鑄鐵：其石墨呈黑色團絮狀，力學性能較灰鑄鐵高，生產周期長，成本高。3）球墨鑄鐵：其石墨呈黑色蠕蟲狀，力學性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。二、常用鑄鐵一）灰鑄鐵1.灰鑄鐵的組織和性能：灰鑄鐵的組織特點：是在鋼的基體上分布有片狀石墨，按基體組織分為三種：1）F灰鑄鐵：組織為F+片狀石墨，圖a。2）F+P灰鑄鐵：組織為F+P+片狀石墨，圖b。3）P灰鑄鐵：組織為P+片狀石墨，圖c。因石墨軟而脆(強度、硬度和塑性幾乎為零),故在鑄鐵中可把它看成微裂紋。鐵素體灰鑄鐵a珠光體灰鑄鐵c鐵素體加珠光體灰鑄鐵b片狀石墨的尖端會產生應力集中,對集體組織起割裂作用,使灰鑄鐵的抗拉強度大大降低(σb=120-250MPa),塑性和沖擊韌性幾乎為零,石墨量越多,尺寸越大,性能越差?；诣T鐵的力學性能遠低于碳鋼。因石墨的存在,使灰鑄鐵有一系列優(yōu)于鋼的性能：1)良好鑄造性:C含量接近共晶成分,故熔點低,流動性好,收縮率小。所以,灰鑄鐵能澆注出形狀復雜的薄壁鑄件。2)良好切削加工性:石墨割裂基體的連續(xù)性,使鑄鐵切削時易斷削,利于散熱；且石墨對刀具有一定潤滑作用,使刀具磨損減少。3)減摩性好:因石墨有固體潤滑作用,且其周圍空隙可以吸附貯存潤滑油,使摩擦面上的油膜易保持大大降低摩擦因子。有良好減磨性。4)減振性強:石墨組織松軟可吸收振動波,比鋼的減振性大10倍,常用作機床底座、機車等零件5)缺口敏感性低:石墨本身相當與很多小缺口,使外加缺口的作用減弱,增加零件的可靠性。2.灰鑄鐵的牌號和應用牌號：“HT+三位數字”的方法來表示，灰鐵+抗拉強度數值。牌號纖微組織力學性能用途舉例基體石墨σb/Mpaσ0.2/Mpaδ/%硬度/HBS不大于HT150F+P較粗片狀100一＜1143-229機械制造中一般鑄件，如底座、手輪、閥體、閥蓋等。HT250細P較細片狀240一＜1163-229運輸機械中薄板缸體、缸蓋；冶金礦山機械中軌道、齒輪。HT350細P細小片狀340一＜1170-241大型發(fā)動機氣缸體、缸蓋、襯套；機床導軌、工作臺等。QT400-18F球狀40025018130-180承受沖擊、振動的零件，如汽車、拖拉機的輪轂、驅動橋殼、拔叉、電動機殼、齒輪箱等。QT400-15F球狀40025015130-180QT600-3P+F球狀6003703190-270載荷大、受力復雜的零件，如汽車、拖拉機的曲軸、連桿，部分磨床、銑床、車床的主軸等。QT700-2P球狀7004202225-305QT800-3細小P球狀8004802245-335KTH330-08F團絮狀330

8＞150扳手、車輪殼等；汽車、拖拉機的前后輪殼、減速器、制動器等載荷較高和耐磨損零件，如曲軸、連桿、萬向接頭、棘輪、傳動鏈條等。KTH370-12F團絮狀330

12＞150KTZ550-04P團絮狀5503407180-250KTZ700-02P團絮狀7005302240-2903.灰鑄鐵的熱處理熱處理只改變基體組織,不改變石墨形態(tài)?；诣T鐵強度只有碳鋼的30~50%,熱處理對鑄件力學性能影響不大,部分鑄件表面淬火提高表面硬度和耐磨性。常用熱處理有:①消除內應力退火(又稱人工時效)；②消除白口組織退火；③表面淬火.用途:制造承受壓力和震動的零件,如機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機汽缸體(HT-300)重型機床床身(HT-250)變速箱體可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

二）可鍛鑄鐵(馬鐵或瑪鋼)1.可鍛鑄鐵的組織、性能、牌號和用途可鍛鑄鐵由白口鑄鐵經石墨化退火獲得團絮狀石墨的鑄鐵。據退火后基體組織分為：1）F可鍛鑄鐵（黑心可鍛鑄鐵）：組織：F+團絮狀G。2）P可鍛鑄鐵(黑心可鍛鑄鐵):組織:P+團絮狀G。因團絮狀石墨對鑄件基體的割裂和應力集中作用比灰鑄鐵大大減少，強度和韌性有很大提高。故稱為“可鍛鑄鐵”，指其韌性比普通灰口鐵好，實際并不可段?？慑戣T鐵的顯微組織

黑心可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵牌號：KTH（Z）+兩組數字；抗拉強度值-延伸率值。如：KTH300-06H代表“黑心”；B代表“白心”；Z代表珠光體基體用途:用于制造形狀復雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等可鍛鑄鐵管件2.可鍛鑄鐵的生產:兩步:1)白口鑄鐵的澆注：2)石墨化退火：三）球墨鑄鐵1.球墨鑄鐵的組織、性能、牌號和用途球墨鑄鐵的顯微組織包括石墨（球形）與基體組織。據基體組織分為：1）F球墨鑄鐵、2）F+P球墨鑄鐵、3）P球墨。球墨鑄鐵對基體組織的割裂和應力集中作用大大減小，基體強度利用率可高達70%-90%（灰鑄鐵30%-50%），故球墨鑄鐵的強度、塑性和韌性不僅超過其它鑄鐵，可與相應組織的鋼媲美，球墨鑄鐵的屈強比（0.7-0.8）高，而鋼一般只0.3~0.5。對承受靜載荷的零件，用球墨鑄鐵代替鋼安全可靠，但其塑性和韌性低于鋼。球墨鑄鐵可進行各種熱處理改變基體組織，提高力學性能。熱處理方法與鋼基本相同?？蛇M行退火、正火、調制、淬火加回火、等溫淬火等。球墨鑄鐵的顯微組織

鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的石墨球牌號：QT+兩組數字。球墨鑄鐵代號+最低抗拉強度+最低延伸率。如：QT600-03用途：承受震動、載荷大的零件，如曲軸、傳動齒輪等。2.球墨鑄鐵的生產核燃料貯存運輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例

灰鑄鐵片狀FHT+一組數字數字表示最低抗拉強度值，單位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號。HT100F+PHT150PHT200可鍛鑄鐵團絮狀FKTH+兩組數字KTB+兩組數字KTZ+兩組數字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06鑄鐵的分類與牌號表示方法鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例球墨鑄鐵球狀FQT+兩組數字第一組數字表示最低抗拉強度值，MPa；第二組數字表示最低延伸率值，%?！癚T”表示球墨鑄鐵代號QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨鑄鐵蠕蟲狀FRuT+一組數字數字表示最低抗拉強度值,MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代號RuT260F+PRuT300PRuT420四）合金鑄鐵鑄鐵合金化目的:1)強化基體組織(常輔之熱處理)。2）為獲得特殊性能。如耐磨性、耐蝕性、耐熱性等。合金化適用于灰鑄鐵、球墨鑄鐵。常用的合金鑄鐵有:1.耐熱鑄鐵:在鑄鐵中加入Cr、Si、Al等合金，可在鑄件表面形成致密保護氧化膜（Cr2O3、SiO2、Al2O3），使鑄鐵在高溫下有抗氧化能力。2.耐磨鑄鐵:在經孕育處理的灰鑄鐵中加入P(0.4%-0.6%)、Cu、Ti等,大大提高鑄件耐磨性,形成耐磨鑄鐵。原因:加入P形成堅硬磷化物共晶體;加入Cu使鑄鐵組織致密,細化P,使石墨均勻分布;加入Ti形成高硬度特殊碳化物。3.耐蝕鑄鐵:普通鑄鐵耐蝕性很差,加入Cr、Mo、Cu、Ni等元素,提高基體電極電位,增強鑄鐵耐蝕性。第三節(jié)有色金屬及其合金

工業(yè)生產中,把鐵及其合金稱為黑色金屬,把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。

有色金屬的產量和用量不如黑色金屬多,但因其有許多優(yōu)良特性,如特殊電、磁、熱性能,耐蝕性能及高的比強度(強度與密度之比)等,成為現代工業(yè)不可缺少的金屬材料，在航空航天、原子能、計算機等新型工業(yè)部門應用廣泛。鋁及其合金、銅及其合金及軸承合金。一.鋁及鋁合金

一）純鋁地殼中含量近8.2%，列全部化學元素含量的第三位(僅次于氧和硅)，列全部金屬元素含量的第一位（Fe:5.1%；Mg:2.1%；Ti:0.6%）。鋁以化合態(tài)存在于各種巖石或礦石中，如長石、云母、高嶺土、鋁土礦、明礬。霞石（Nepheline）：巖漿礦物，長石類礦物。氧化鋁（Alumina）菱鎂鈾礦（Bayleyite）明礬（Alunite）資源?密度小?高的熱導率、電導率?高的耐腐蝕性?優(yōu)異的機加工性能?高的韌性、成形性性能工業(yè)純鋁牌號：L1、L2、……L7。L-鋁，數字-純度。數字越大純度越低。高純鋁牌號：LG1、LG2、…，數字越大，純度越高。牌號應用二）鋁合金

鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

鋁合金型材鋁鑄件鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類。鋁合金分類示意圖1.形變鋁合金鋁合金熱處理方法與鋼不同，因鋁合金無同素異晶轉變，不能通過相變強化。其相圖表明鋁合金在固態(tài)下有固溶度變化。可采用淬火+時效的熱處理方法強化鋁合金。淬火后鋁合金硬度不提高，但淬火后得到過飽和固溶體不穩(wěn)定，有析出第二項的傾向，將其在室溫下放很長時間或在一定溫度下保持足夠時間，就從過飽和a固溶體中析出細小均勻的第二相，使鋁合金強度、硬度顯著升高的強化現象--時效硬化。根據GB/T16474-1196規(guī)定,形變鋁合金牌號采用四位字符表示,即用2XXX-8XXX系列表示。第一位數字:依第一位主要合金元素(Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn)、其他元素的順序表示形變鋁合金的組別；第二位字母:原始純Al的改型；最后兩位數字:區(qū)分同一組中不同鋁合金。根據性能特點和用途，形變鋁合金分為一下四種：①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蝕能力和塑性,并起固溶強化作用。

不能進行熱處理強化,常利用加工硬化提高其強度。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體,抗蝕性、焊接性能好,易于變形加工,但切削性能差。主要用于制造各種高耐蝕性薄板容器、管道等。常用牌號:3A21、5A02、5A05等。衛(wèi)星天線（LF2）②硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系三元合金，Cu和Mg主要作用形成兩個強化相，時效過程以彌散形式析出，使合金強度、硬度顯著提高。硬鋁耐蝕性較差，加入適量Mn改善其耐蝕性；可采用硬鋁表面包一層純Al或包覆Al，提高耐蝕性。用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘等。常用牌號：2A11、2A12等，

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)③超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系四元合金,并含有少量Cr和Mn。時效強化效果超過硬鋁合金?？估瓘姸瓤蛇_600MPa，相當于超高強度鋼。熱態(tài)塑性好,但耐蝕性差,常用包鋁法提高耐蝕性。其耐熱性比硬鋁差,溫度＞120℃會軟化。

飛機主起落架常用合金有7A04等,主要用于工作溫度較低、受力較大的結構件,如飛機的大梁、起落架等。④鍛造鋁合金Al-Cu-Mg-Si系四元合金，元素種類較多，含量較少，因而有良好的熱塑性，可鍛性。主要強化相Mg2Si，力學性能高（與硬鋁接近）。常用牌號有2A50、2A14等。用于制造航空及儀表工業(yè)各種形狀復雜、受力加大的鍛件和模鍛件,如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導風輪、框架、支桿等。

壓氣機葉片葉導輪美F-117隱身戰(zhàn)斗機

（所用材料大部分是鋁合金）GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為：防銹鋁合金：LF+序號硬鋁合金：LY+序號超硬鋁合金：LC+序號鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品2.鑄造鋁合金鑄造鋁合金因其成分接近共晶點,有良好的鑄造性能,可進行各種成型鑄造,生產性狀復雜的零件。但力學性能不如形變鋁合金。包括：Al-Si系:代號為ZL1+兩位數字順序號Al-Cu系:代號為ZL2+兩位數字順序號Al-Mg系:代號為ZL3+兩位數字順序號Al-Zn系:代號為ZL4+兩位數字順序號1)Al-Si鑄造鋁合金又稱硅鋁明。ZL102是含12%Si的鋁硅二元合金,稱為簡單硅鋁明,流動性好、熔點低、熱烈傾向小。

生產上常用變質處理，使共晶Si由粗大針狀變成細小點狀，細化組織，提高力學性能。

加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復雜(或特殊)硅鋁明，這類合金除變質處理外，還可進行淬火時效處理，利用形成的強化相進一步提高合金強度。

未變質處理

經變質處理

ZL102的鑄態(tài)組織活塞(裙部為鋁硅合金)用于制造輕質、耐蝕、形狀復雜但強度要求不高的鑄件。如：儀表、電動機殼體、汽缸體、風機葉片、發(fā)動機活塞等。2)Al-Cu鑄造鋁合金這類合金的強化相CuAl2相，時效強化效果較好，耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金；隨Cu含量增加，高溫強度提高，脆性增加。常用代號有ZL201、ZL203等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件,如內燃機汽缸頭、汽車活塞等。汽缸頭3)Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好,強度高,密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。時效處理效果不大,常在淬火狀態(tài)下使用.常用的有ZL301、ZL303等。主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質下工作的零件,如艦船配件、氨用泵體等。鼓風機用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)4)Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金含Zn較高，密度大，鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但耐蝕性較差。能進行固溶處理，在鑄態(tài)下可直接使用大型空壓機活塞(ZL401)常用代號ZL401、ZL402等。主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。二、銅及其合金

（一）純銅純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，密度8.96g∕cm3，熔點1083℃，具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。重要導電材料，廣泛用于電工導體、防磁器械及傳熱體。強度低，塑性好，具有良好的壓力加工性和焊接性能。易于冷熱加工成型。按雜質含量分為：T1、T2、T3、T4純度依次降低。

銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性。銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅管銅冷卻器（二）黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學成分可分為普通黃銅和特殊黃銅（錫黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅等）。普通黃銅的牌號為:H(黃)+表示銅平均百分含量的數字,如H68。特殊黃銅的牌號為:H(黃)+主加元素符號(Zn除外)+數字-數字,前數字平均含Cu量,后面數字其它元素平均含量。如HPb59-1,平均含銅量59%、平均含Pb1%(余量為Zn)的鉛黃銅。鑄造專用黃銅牌號：Z+Cu+主加元素符號+數字。數字為主加元素平均含量，與兩位Cu。如ZCuZn38，平均含Zn38%、余量為Cu的鑄造普通黃銅；ZCuZn33Pb2,平均含Zn33%、平均含Pb2%、余量為Cu的鑄造普通黃銅；法蘭閥閘閥1、普通黃銅工業(yè)用普通黃銅，含Zn≤47%。因其組織和力學性能受含Zn的影響，Zn＜32%時，Zn完全溶于Cu，塑性好，切隨Zn量增大，其強度、塑性均提高。Zn=32%-47%時，’，強度隨Zn量增加而升高，塑性以開始下降，無實用價值。常用的單相（）黃銅有H80、H70等，塑性好可進行冷熱加工；雙相（+’）黃銅有H62、H59等，因’相很脆，不適于冷變形加工，加熱到470℃以上，’相有良好塑性，可進行熱變形加工。普通黃銅的耐蝕性良好，超過鐵、碳鋼和許多合金鋼，且單相黃銅優(yōu)于雙相黃銅。

Zn=7%的黃銅冷加工變形時因殘余應力存在，在潮濕大氣或海水中易發(fā)生應力腐蝕開裂---“季裂”，冷加工后應低溫回火。普通黃銅的顯微組織

單相黃銅

兩相黃銅

單相黃銅塑性好。常用牌號有H80、H70、H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好，強度高。常用牌號有H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等。冷凝器管汽車機油泵襯套2、特殊黃銅在普通黃銅的基礎上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。其性能特點和用途:1:錫黃銅:“海軍黃銅”HSn62-1,廣泛用于制造船舶零件。2)鋁黃銅:Al能提高黃銅的強度和硬度，使塑性降。因表面能形成保護性氧化膜，提高在大氣中的耐蝕性。如HMn58-2制造海船零件及電信器材。3）Mn黃銅：Mn大量溶于a相，加Mn可提高黃銅的強度不降低塑性，并提高其在海水和過熱蒸汽中的耐蝕性。如HMn58-2用于制造海船零件及電信器材。4)鉛黃銅：Pb對黃銅強度影響不大,但能改善切削加工性,提高耐磨性。如HPb63-3。常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。

（三）青銅現代工業(yè)把以Al、Si、Be、Mn、Pb等元素為主的銅合金統(tǒng)稱為青銅。加工青銅的牌號為：Q+主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3（含4%Sn、3%Zn)。常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。

青銅制品1.錫青銅是以錫為主加元素的銅合金。工業(yè)用錫青銅的錫含量一般為3-14%。含錫量＜8%的錫青銅有良好的冷、熱變形性能,適于壓力加工；含錫量＞10%的錫青銅,塑性差,只適合鑄造。錫青銅具有良好的耐蝕性,在大氣、海水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好,但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。錫青銅還具有良好的減摩性、抗磁性和低溫任性。常用牌號有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蝕承載件，如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。插座簧片閥門零件方螺母鎖塊2.鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金,鋁含量為5~11%。

Al＜7%時,合金塑性好而強度低,具有良好熱、冷變形性,適于壓力加工。用于制造儀器中要求耐蝕的零件和彈性元件。

Al＞7%時,合金塑性急劇下降,難變形加工,適于鑄造,常用于制造強度及耐磨性高的摩擦零件,如齒輪、蝸輪、軸套等。鋁青銅的力學性能比錫青銅高,耐磨性高于錫青銅與黃銅,鑄造性能好,因其結晶溫度范圍窄,有良好的流動性,晶內偏析小,縮孔集中,易獲得致密鑄件。大型水力發(fā)電設備中的抗磨環(huán)3.鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金,鈹含量為1.7~2.5%。具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴。用于制作精密儀器、儀表中重要的彈性元件、耐蝕、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件。價格昂貴，應用受限制。鈹青銅制品基本思路：工作條件（載荷，環(huán)境）失效形式性能要求材料熱處理工藝齒輪熱處理軸承熱處理彈簧熱處理工具熱處理軸的熱處理1、工作條件－用于傳遞動力、改變方向或速度的重要零件，受力情況復雜。2、常見失效形式齒輪接觸面磨損或齒面塑性變形（表面硬度不足）；齒輪面剝落（疲勞損壞、點蝕）；斷齒（強度低或超載）一.齒輪熱處理一.齒輪熱處理3.齒輪的技術要求齒面高的硬度、接觸疲勞、耐磨損性能；齒輪根部及齒輪具有高的強度和韌性。4.齒輪用鋼低、中碳輕載齒輪：45，調質或正火中載齒輪：45、40Cr，調質，耐磨部位表面淬火重載齒輪：20Cr、20CrMnTi，滲碳淬火高精度齒輪：38CrMoAlA，調質滲氮滲碳齒輪

材料：20CrMnTi、20Cr、30CrMnTiA等

服役場合：高速重載（汽車齒輪）下料工藝：鍛造正火切削加工滲碳淬火低溫回火5.齒輪熱處理工藝精加工掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織(1)正火細化晶粒；調整硬度，便于切削加工加熱至Ac3+30～50℃,空冷,組織細珠光體+(少量鐵素體)(2)滲碳提高表面含碳量920～930℃保溫3～9h(3)滲碳后淬火獲得馬氏體，提高表面硬度直接淬火或一次淬火

表面：高碳M+Ar+碳化物,過渡層:M+Ar,心部:低碳M+F（少量）(4)回火

消除淬火應力，低溫200℃，M→M回下料鍛造正火切削加工滲碳淬火低溫回火精加工P731020CrMnTi鋼制造齒輪的

熱處理工藝曲線二、滾動軸承熱處理滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承1、工作條件高載荷，交變應力高轉速，一定沖擊。接觸疲勞破壞二、滾動軸承熱處理2、失效形式塑性變形

磨損3、性能要求:（內外圈和滾動體）高的硬度和耐磨性;高的接觸疲勞強度;足夠的韌性和耐蝕性;尺寸穩(wěn)定性滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承二、滾動軸承熱處理4、軸承用鋼:二、滾動軸承熱處理G

Cr15

含Cr量WCr

≈1.5%滾動軸承鋼高碳,Wc=0.95～1.15%5、熱處理工藝①預備熱處理:正火：消除網狀碳化物，細化晶粒球化退火：降低硬度，提高韌性，為淬火組織準備②淬火:獲得馬氏體組織810～860℃（溫度偏高），讓Cr盡量溶入A，又不致于導致晶粒粗大，A含碳過高；油冷③冷處理:獲得馬氏體組織,減少Ar④低溫回火:消除殘余應力，保持高硬度.二、滾動軸承熱處理汽車板簧扭轉彈簧大型熱卷彈簧彈簧絲三、彈簧熱處理1、工作條件儲存能量和減輕震動,主要承受拉力、壓力、扭力、交變載荷；2、失效形式：疲勞斷裂，永久變形3、性能要求：

高的強度極限、彈性極限、疲勞極限、成型加工性能（塑性成型、熱處理性能）4、常用材料65、65Mn、60Si2Mn等中碳鋼及中碳合金鋼5、熱處理工藝（一）冷成形彈簧（小彈簧）由強化過的鋼絲（鉛淬冷拔、冷拔、淬火+回火的鋼絲）冷卷成彈簧，只需進行去應力退火（加熱溫度250～300℃），以消除變形過程中或淬火中形成的殘余應力，穩(wěn)定尺寸。

（二）熱成形彈簧采用熱軋鋼絲或鋼板制成（如汽車板簧）淬火——提高強度，中溫回火——消除應力，提高彈性極限。淬火溫度Ac3以上，回火溫度350～450℃，

組織：回火屈氏體大型熱卷彈簧——去應力退火——淬火+中溫回火（或采用等溫淬火）或采用等溫淬火，得到貝氏體組織W18Cr4V的生產工藝及熱處理鑄造鍛造球化退火機加工淬火+三次高溫回火磨削加工刃具用鋼高合金刃具鋼：（高速鋼）W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織W18Cr4V鑄態(tài)組織420

鑄造:高速鋼屬于萊氏體鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大幅下降。鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理（正火）來消除,只能依靠反復多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織210球化退火:消除應力,降低硬度，便于機加工,調整組織,為淬火作好組織準備。球化退火后的組織:S+粒狀Cm球化退火溫度830～880℃易于機械加工。W18Cr4V球化退火組織420淬火:1200～1300℃淬火后的組織:M+Cm+AR(20～25%)（溫度高）高速鋼淬火溫度高的原因：讓C和Me充分溶入A，淬火后得到高合金馬氏體高溫回火時產生二次硬化效應，提高硬度提高紅硬性三次高溫回火在560℃回火時,產生二次硬化多次回火,獲得更多碳化物析出讓殘余奧氏體轉變?；鼗鸾M織：S回+碳化物+Ar(1～2%)*淬火后A殘約20～25%。*第一次回火后A殘約剩15～18%。*第二次回火后A殘約剩3～5%。*第三次回火后A殘約剩1～2%。組織硬度為HRC65以上。P7415受力－彎曲和扭轉應力，且在軸的截面上分布是不均的，表面應力最大，中心應力為零。性能－此類零件調質時不需要整個截面淬透，只要保證表面淬硬層為其半徑的1/4即可。選材－多用40、45鋼，重要軸類用合金調質鋼制造（40Cr、35CrMo、42Mn2V等）五、軸的熱處理備料鍛造正火或退火粗加工調質精加工材料：45鋼工藝：輕載主軸加工工藝中載主軸加工工藝備料鍛造正火或退火粗加工調質精加工材料：40Cr鋼工藝：整體調質，軸頸和錐孔表面淬火表面淬火及低溫回火磨削P739輕載主軸：45，調質或正火中載主軸：45，40Cr，調質，耐磨部位表面淬火重載主軸：20CrMnTi，滲碳淬火高精度主軸：38CrMoAlA，滲氮MagneticResonanceImaging磁共振成像發(fā)生事件作者或公司磁共振發(fā)展史1946發(fā)現磁共振現象BlochPurcell1971發(fā)現腫瘤的T1、T2時間長Damadian1973做出兩個充水試管MR圖像Lauterbur1974活鼠的MR圖像Lauterbur等1976人體胸部的MR圖像Damadian1977初期的全身MR圖像

Mallard1980磁共振裝置商品化1989

0.15T永磁商用磁共振設備中國安科

2003諾貝爾獎金LauterburMansfierd時間MR成像基本原理實現人體磁共振成像的條件:人體內氫原子核是人體內最多的物質。最易受外加磁場的影響而發(fā)生磁共振現象(沒有核輻射)有一個穩(wěn)定的靜磁場（磁體）梯度場和射頻場：前者用于空間編碼和選層，后者施加特定頻率的射頻脈沖，使之形成磁共振現象信號接收裝置：各種線圈計算機系統(tǒng)：完成信號采集、傳輸、圖像重建、后處理等

人體內的H核子可看作是自旋狀態(tài)下的小星球。自然狀態(tài)下，H核進動雜亂無章，磁性相互抵消zMyx進入靜磁場后，H核磁矩發(fā)生規(guī)律性排列（正負方向），正負方向的磁矢量相互抵消后，少數正向排列（低能態(tài)）的H核合成總磁化矢量M，即為MR信號基礎ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脈沖前的磁化矢量MzB:施加90度RF脈沖后的磁化矢量Mxy.并以Larmor頻率橫向施進C:90度脈沖對磁化矢量的作用。即M以螺旋運動的形式傾倒到橫向平面ABC在這一過程中，產生能量

三、弛豫（Relaxation）回復“自由”的過程

1.

縱向弛豫（T1弛豫）：

M0（MZ）的恢復，“量變”高能態(tài)1H→低能態(tài)1H自旋—晶格弛豫、熱弛豫

吸收RF光子能量（共振）低能態(tài)1H高能態(tài)1H

放出能量（光子，MRS）T1弛豫時間：

MZ恢復到M0的2/3所需的時間

T1愈小、M0恢復愈快T2弛豫時間：MXY喪失2/3所需的時間；T2愈大、同相位時間長MXY持續(xù)時間愈長MXY與ST1加權成像、T2加權成像

所謂的加權就是“突出”的意思

T1加權成像（T1WI）----突出組織T1弛豫（縱向弛豫）差別

T2加權成像（T2WI）----突出組織T2弛豫（橫向弛豫）差別。

磁共振診斷基于此兩種標準圖像磁共振常規(guī)h檢查必掃這兩種標準圖像.T1的長度在數百至數千毫秒（ms）范圍T2值的長度在數十至數千毫秒（ms）范圍

在同一個馳豫過程中,T2比T1短得多

如何觀看MR圖像：首先我們要分清圖像上的各種標示。分清掃描序列、掃描部位、掃描層面。正?；虍惓５乃诓课?--即在同一層面觀察、分析T1、T2加權像上信號改變。絕大部分病變T1WI是低信號、T2WI是高信號改變。只要熟悉掃描部位正常組織結構的信號表現，通常病變與正常組織不會混淆。一般的規(guī)律是T1WI看解剖,T2WI看病變。磁共振成像技術－－圖像空間分辨力，對比分辨力一、如何確定MRI的來源（一）層面的選擇1.MXY產生（1H共振）條件

RF=ω=γB02.