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（三）合金鋼（部分介紹）一。不銹鋼

1。不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱。在自然環(huán)境中具有高度化學穩(wěn)定性、抵抗腐蝕的一類鋼。有時，僅把能夠抵抗大氣腐蝕的鋼稱不銹鋼。

一.不銹鋼1.定義:在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能力的鋼。2.概念:*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm

以內(nèi)的鋼,稱為在空氣中使用的不銹鋼。*在強酸、強堿介質(zhì)中的年腐蝕量為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強酸、強堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。3.金屬腐蝕的機理金屬腐蝕的種類:1)化學腐蝕:金屬與介質(zhì)(干燥氣體和非電解質(zhì)溶液)發(fā)生化學反應而產(chǎn)生的腐蝕。例如:高溫氧化、脫碳等。2)電化學腐蝕:金屬與介質(zhì)(電解質(zhì)溶液,即酸、堿、鹽溶液)

發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生的腐蝕。

電化學腐蝕過程示意圖

珠光體電化學腐蝕示意圖4.金屬的防腐措施:1)覆蓋層保護:涂漆、電鍍、發(fā)藍、磷化等工藝。2)形成氧化層:加入合金元素Cr、Al、

Si等,形成Cr2O3、SiO2、

Al2O3等氧化膜。

3)提高金屬的電極電位:加入合金元素

Cr、Ni、Si等,提高金屬基體的電極電位。4)使鋼在室溫下呈單相組織:加入合金元素Mn、Ni、Co等能擴大

γ區(qū),可在室溫獲得奧氏體鋼。加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、

Si等能擴大α區(qū),可在室溫獲得鐵素體鋼。5)減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象:

偏析、應力、組織等。6)犧牲陽極保護陰極:鑲嵌一些比金屬或合金基體電極電位更低的金屬塊。5.化學成分特點:*低碳:耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。*合金元素:主加Cr。

輔加Ni、Mo、Cu、Ti、

Nb、Mn等。常用的不銹鋼分類a、馬氏體型不銹鋼b、奧氏體不銹鋼c、鐵素體型不銹鋼

類別牌號化學成分（%）抗拉強度σb(MPa)CCrNiTi鐵素體1Cr17≤0.1216～18≥4000Cr17≤0.0716～18≥400奧氏體1Cr18Ni9≤0.1517～198～10≥4900Cr18Ni9≤0.0717～198～11≥5501Cr18Ni9Ti≤0.1217～198～11≤0.8≥6500Cr18Ni9Ti≤0.0717～198～11≤0.8≥650馬氏體1Cr13≤0.1511.5～13.5不銹鋼的化學成分及力學性能2.1不銹鋼的分類及特點名稱牌號CCrNiMoMnN2011Cr17Mn6Ni5N≤0.1516～164～65.5～7.5≤0.252021Cr18Mn8Ni5N≤0.1517～194～67.5～10≤0.253040Cr18Ni9≤0.0717～198～10304L0Cr19Ni10≤0.0318～208～123160Cr17Ni12Mo2≤0.0816～1810～142～3316L0Cr17Ni14Mo2≤0.0316～1812～152～34101Cr13≤0.1511.5～13.54～64301Cr17≤0.1216～184～6430L0Cr17≤0.0816～184～6a、馬氏體型不銹鋼0Cr13~4Cr139Cr13淬透性高空冷便得M而得名。0Cr13~2Cr13含C量低具有良好的綜合機械性能，可進行深沖、卷邊、焊接等，制不銹鋼結構中（如汽輪機葉片等）淬火+高溫回火3Cr13、4Cr13硬度度、焊接性差，耐蝕工件，醫(yī)療工具，不銹軸承，淬火+低回。弱腐蝕介質(zhì)：大氣、海水、淡水、水蒸汽。1Cr13金相組織圖1Cr13供貨狀態(tài)組織(化染)580

b、奧氏體不銹鋼返回b、奧氏體型不銹鋼---18–8型鋼化學成分特點:Wc=0.08～0.14%、WCr=17～19%、WNi=8～11%、Cu、Ti、Mo等。加工特點:不能進行熱處理強化,只能冷塑性變形強化。0cCr18Ni91Cr18Ni90Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti含C量在0.1%以下，通常為單相A，比馬氏體不銹鋼的耐蝕性好，好的冷變形性能，有好的韌性，焊接性。熱處理特點:固溶處理;穩(wěn)定化處理;

消除應力退火。牌號:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、

0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。用途:化工容器、管道等。大型化工儲罐(304)管板換熱器(304

)1Cr18Ni9Ti固溶處理組織金相圖1Cr18Ni9Ti固溶處理組織580

c、鐵素體型不銹鋼

化學成分特點:Wc=0.1%左右

WCr=17%熱處理特點:不能進行熱處理強化。牌號:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:化工設備中要求耐蝕性高、塑性好、強度低的容器、管道等。鐵素體型不銹鋼的用途硝酸生產(chǎn)裝置合成氨生產(chǎn)裝置2.不銹鋼的工作條件、失效方式及性能要求

性能要求：1）良好的耐蝕性。2）良好的力學性能。3）良好的工藝性能。4）價格低廉。5）化學成分特點不銹鋼的碳含量為0.08%～0.95%，主加元素為Cr、Cr—Ni，輔加元素為Ti等。

碳的變化范圍很大，一方面從耐蝕性的角度來看，碳含量越低越好.（因為碳會與鉻形成碳化物Cr23C6，沿晶界析出，使晶界周圍基體嚴重貧鉻，造成沿晶界發(fā)展的晶間腐蝕。大多數(shù)的不銹鋼的C為0.1%～0.2%)。另一方面從力學性能的角度來看，碳含量越高，鋼的強度、硬度、耐磨性會相應地提高。(同時要相應提高鉻含量，以保證形成碳化物后基體含鉻量仍有Cr＞12%)。

鉻是不銹鋼中最重要的合金元素。Cr含量在1/8時，鉻在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，生成致密的氧化膜，使鋼的耐蝕性大大提高。（因此，“不銹鋼”并非不銹，而是“易銹”，但其銹膜致密，防止了進一步的生銹）。鎳為擴大奧氏體區(qū)元素，配合鉻調(diào)整組織形式，當cr≤18%，Ni＞8%時，獲得單相奧氏體不銹鋼，稱18—8型。3.常用不銹鋼1.鐵素體不銹鋼：

碳含量<0.15%、鉻含量12％～30％，耐蝕性優(yōu)于馬氏體不銹鋼。Cr是鐵素體形成元素，致使此類鋼從室溫到高溫（1000℃左右）均為單相鐵素體；塑性加工、切削加工和焊接性較優(yōu)。主要用于對耐蝕性和抗氧化性有較高要求的零件，如耐硝酸、磷酸結構和抗氧化結構。此不銹鋼耐蝕性很好，優(yōu)良的塑性、韌性和焊接性，缺點是強度很低。常見的鐵素體不銹鋼有0Cr13、1Cr17、1Cr28等。

（2）馬氏體不銹鋼：碳0.1%～1.0%，鉻12%～18%。此類鋼只在氧化性介質(zhì)中(如大氣、海水、氧化性酸)耐蝕，而在非氧化性介質(zhì)中(如鹽酸、堿溶液等)耐蝕性很低；鋼的耐蝕性隨鉻含量的降低和碳含量的增加而降低，鋼的強度、硬度和耐磨性則隨碳的增加而改善。

常見的有：低、中碳的Cr13型（如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13）和高碳的Cr18型（如9Cr18、9Cr18MoV等）。

(3)奧氏體不銹鋼：是在Cr18Ni8(18-8)基礎上發(fā)展起來的，低碳(＜0.12％)、高鉻(＞17％~25％)和較高鎳(8％~29％)；此類鋼具有最佳的耐蝕性，但相應地價格也較高；優(yōu)良的低溫韌性、高的加工硬化能力、耐熱性和無磁性，其冷塑性加工性和焊接性能較好。以Cr18Ni8普通型奧氏體不銹鋼用量最大，牌號有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni9等。常用不銹鋼

按照不銹鋼在高溫（900－1100℃）加熱并在空氣中冷卻后的基本組織，不銹鋼可以分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體－鐵素體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。種類含碳量熱處理性能舉例Cr13型馬氏體不銹鋼0.10-0.4％～1.0％淬火及回火作最終熱處理回火溫度依據(jù)用途選擇（同結構鋼）較高的強度、較好的耐腐蝕性含碳低的1Cr13、2Cr13作耐腐蝕零件，含碳高的3Cr13等作醫(yī)療器械、量具Cr18型鐵素體不銹鋼<0.12％不能通過熱處理強化，高鉻鐵素體不銹鋼在退火或正火狀態(tài)下使用耐腐蝕性優(yōu)于馬氏體不銹鋼0Cr13Al、1Cr17等，用于硝酸和氮肥工業(yè)18-8型奧氏體不銹鋼很低≦0.15％1100-1500oC水淬（固溶處理）穩(wěn)定化處理去應力退火高塑性和良好的焊接性能，耐腐蝕性優(yōu)于前兩者1Cr18Ni9,0Cr18Ni9等，用于食品、化工、熱處理設備、飛機等工業(yè)Figure12.31(a)Martensiticstainlesssteelcontaininglargeprimarycarbidesandsmallcarbidesformedduringtempering(

350).(b)Austeniticstainlesssteel(

500).(FromASMHandbook,Vols.7and8,(1972,1973),ASMInternational,MaterialsPark,OH44073.)其他合金鋼：a彈簧鋼§3合金結構鋼其他合金鋼：

b滾動軸承鋼§3合金結構鋼滾珠滾柱其他合金鋼：c刃具鋼§4工具鋼其他合金鋼：d耐磨鋼§5特殊性能鋼四。鑄鐵（部分介紹）鑄鐵是生鐵熔煉、澆鑄成機器零件的金屬材料。特點：高硅。碳成石墨態(tài)存在。一、石墨化——鑄鐵中的碳以石墨的形式析出的過程，稱為石墨化。石墨化程度

，石墨數(shù)量

，基體中珠光體數(shù)量

所以，石墨化程度決定了鑄鐵的組織：石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響石墨相當于鋼基體上的裂紋或空洞，減少基體有效截面積，引起應力集中。片狀石墨引起嚴重應力集中，團絮狀和球狀應力集中作用輕。變質(zhì)處理后，石墨片細化，割裂作用減輕，強度提高。蠕墨鑄鐵，端部鈍，強度、塑性提高?？慑憽⑶驙铊T鐵中石墨對基體裂作用小，強度、塑性提高按石墨形態(tài)分類1鑄鐵的組織和分類a.灰口鑄鐵片狀石墨b.球墨鑄鐵

球狀c.可鍛鑄鐵

團絮狀d.蠕墨鑄鐵蠕蟲狀

2、常用普通鑄鐵

（一）灰鑄鐵斷口呈暗灰色，即普通鑄鐵，是應用最廣的鑄鐵。

見表3-14，“HT”表示“灰鑄”，后面的數(shù)字表示最低抗拉強度值?；铱阼T鐵的組織是由α鐵基體與片狀石墨組成。鐵素體基體組織鐵素體基體+片狀石墨

X100鐵素體基體+片狀石墨

X500?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.Figure12.35(a)Sketchand(b)photomicrographoftheflakegraphiteingraycastiron(x100).灰口鑄鐵鑄造的引擎體V6engineblock（二）可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵－－利用鑄鐵的優(yōu)良鑄造性能先鑄成白口鑄鐵鑄件，然后經(jīng)過退火處理，將Fe3C分解為團絮狀的石墨，獲得的一種高強度鑄鐵。團絮狀石墨對金屬基體的割裂作用大為減弱，使強度、塑性、韌性較灰鑄鐵都有明顯提高?？慑戣T鐵并不可鍛造?？慑戣T鐵石墨形態(tài)基體+團絮狀石墨

X100基體+團絮狀石墨

X500可鍛鑄鐵顯微組織白口鑄鐵，經(jīng)長時間石墨化退火（900－980oC）二、可鍛鑄鐵（三）球墨鑄鐵

球墨鑄鐵是石墨呈球狀分布的灰口鑄鐵，簡稱球鐵。它是由鑄鐵鐵水經(jīng)過球化處理而獲得。球墨鑄鐵可以像鋼一樣進行各種熱處理以改善金屬基體組織，進一步提高力學性能，在很多場合下可以代替鋼使用。“QT”是“球鐵”二字漢語拼音的字頭，后面兩組數(shù)字分別表示其抗拉強度和伸長率的最小值。三、球墨鑄鐵

1、組織與性能：(F,F+P,P)+球狀G（G＝石墨）G球?qū)w的割裂、應力集中減小到最低程度，所以，機械性能大大提高。鐵素體基體珠光體基體石墨球珠光體＋鐵素體球墨鑄鐵

在鑄態(tài)下，球墨鑄鐵的基體組織一般為：鐵素體＋珠光體＋少量自由滲碳體。經(jīng)熱處理后可獲得基體為平衡組織的球墨鑄鐵：四、蠕墨鑄鐵蠕蟲狀石墨性能介于片狀和球狀石墨之間。蠕墨鑄鐵的熱處理鑄態(tài)時，基體中具有大量的鐵素體，通過正火可增加珠光體，提高強度和耐磨性。為消除自由滲碳體或提高塑性，可以通過退火獲得85％以上鐵素體基體的蠕墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵較球墨鑄鐵在性能上的優(yōu)越性在于：具有良好的抗熱疲勞性能以及優(yōu)良的導熱性能；鑄造性能、減振能力也優(yōu)于球鐵。廣泛用來制造缸蓋、氣缸套、電機殼、機床床身、液壓閥等。牌號用“蠕－鐵”二字的漢語拼音字母“RuT”加數(shù)字表示，數(shù)字代表最小抗拉強度值。如RuT420。

第三節(jié)：有色金屬材料（非鐵磁金屬材料）（非鐵磁合金NonferrousAlloys）除鐵之外的其它金屬稱為非鐵金屬：輕金屬ρ＜4.5g/cm3如Al、Mg、K、Na、Ca等。重金屬ρ＞4.5g/cm3如Cu、Zn、Ni、Sn、Pb、Co等。貴金屬

Au、Ag、Pt、Rh（銠）、Cd（鎘）等。稀有金屬相對稀少或產(chǎn)量較少Ti、W、V、Nb、Mo等。放射性金屬如鐳（Ra）、鈾（U）、釷（Th）等。半金屬介于金屬與非金屬之間的元素，如硅、鍺、硼非鐵金屬具有許多黑色金屬所不及的優(yōu)良特性，是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料。

(1)、鋁及鋁合金的特性：

2）優(yōu)良的物理、化學性能；1）比重小，比強度高；ρ純鋁=2.7g/cm3i導電性好，僅次于Ag,Cu,Au；ii極好的抗大氣腐蝕能力；“鈍化”iii

非磁性，即磁化率極低。（3）加工性能良好：一、鋁及鋁合金的特性：

塑性好，可冷成形；

切削性能好；

超高強度鋁合金成形后熱處理

鑄造鋁合金鑄造性能極好。

鋁合金絲工業(yè)純鋁（分類）按純度：高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁高純鋁：有L05～L01五種，數(shù)字越大，純度越高；工業(yè)高純鋁：有LG5～LG1五種，數(shù)字越大，純度越高；工業(yè)純鋁：有L1～L7七種，數(shù)字越小，純度越高。用途：工業(yè)純鋁的主要用途是配制鋁合金，高純鋁主要用于科學試驗和化學工業(yè)。純鋁還可用來制造導線、包覆材料、耐蝕和生活器皿等。

鋁合金的分類

鋁中加入適量Si、Cu、Mg、Zn、Mn等主加元素和Cr、Ti、Zr、B、Ni等輔加元素，組成鋁合金，可提高強度并保持純鋁的特性。根據(jù)成分和生產(chǎn)工藝特點可將鋁合金分為兩大類：

1)形變鋁合金

2)鑄造鋁合金形變鋁合金:合金元素較少，高溫下可得到均勻的單相α固溶體，塑性好，適于進行鍛造、軋制等。鑄造鋁合金:成分在D點以右的合金，存在共晶組織，塑性較差，不宜壓力加工，但流動性好，適宜鑄造。

1.1形變鋁合金形變鋁合金依據(jù)其性能特點可分為四種：

⑴防銹鋁合金

LF

⑵硬鋁合金

LY

⑶超硬鋁合金

LC

⑷鍛造鋁合金

LD

其中防銹鋁合金為不可熱處理強化鋁合金，其它三種為可熱處理強化鋁合金。形變鋁合金(牌號)1.1形變鋁合金形變鋁合金的用途：制造需彎曲、冷拉或沖壓的零件，如管道、容器、油箱等?？芍瞥砂宀暮凸懿?，主要用于飛機構件、蒙皮、螺旋槳、葉片等。用于航空航天工業(yè)中，如制造油箱、管道、鉚釘、飛機行李架等。

A8是在1994年的日內(nèi)瓦車展上首次亮相的，但他并不是第一個開始使用鋁質(zhì)車身的車型。早在1985，奧迪就在漢諾威展示了一副全鋁的汽車車身，該車身是在70年代末開始研究的。1985年5月，奧迪公布的一張照片吸引了當時眾多世界媒體的關注，照片上是一副鋁質(zhì)的汽車車身。1.2鑄造鋁合金鑄造鋁合金：

Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系代號：ZL1、ZL2、ZL3、ZL4加兩位數(shù)字的順序號表示；若為鑄錠，則在ZL后加D；若為優(yōu)質(zhì)，則在代號后加A；需表示狀態(tài)時，在合金代號后用短橫線連接狀態(tài)代號；鑄造方法代號不寫入合金代號中。鑄造鋁合金

鑄造鋁合金的鑄造性能好，密度小，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性；用于制造形狀復雜但強度要求不高的鑄件，如飛機、儀表殼體等；制造低、中強度的形狀復雜的鑄件，如電機殼體、氣缸體、風機葉片、發(fā)動機活塞等?；钊?裙部為鋁硅合金)

(2).銅及其合金

銅及其合金具有高的導電性、導熱性、塑性、冷韌性，并且在許多介質(zhì)中具有高的耐蝕性能。①純銅:也稱紫銅。銅在一般大氣、工業(yè)大氣、海洋性大氣中、比較穩(wěn)定；在堿中、在弱的和中等濃度的非氧化性酸中也相當穩(wěn)定，若溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更加嚴重。銅不耐硫化物（如H2S）腐蝕。銅具有高的導電性、導熱性、塑性和良好的加工性能，另外，銅具有良好的冷韌性。但銅的強度低，鑄造性能不好，且在某些介質(zhì)中的耐蝕性不高，很少用作結構材料。我國工業(yè)有三個牌號：即一號銅（99.95%Cu）、二號銅（99.90%Cu），三號銅（99.7%Cu），其代號分另為T1、T2、T3。此外，純銅除工業(yè)純銅外，還有一類叫無氧銅，其含氧量極低，不大于0.003%，其代號有Tu1，Tu2，“u”是“無”漢語拼音字首。純銅退火狀態(tài)，強度低，塑性好（σb=250～270Mpa，δ=35～45%），經(jīng)冷加工變形后強度升高，而塑性急劇降低（σb=400～500Mpa，δ=1～3%）。不能用作受力的結構材料，工業(yè)純銅主要用導電、導熱，兼有抗腐蝕性的器材，如電線、電纜、電器開關等，無氧銅主要作真空器件。②銅合金：常用的銅合金有黃銅和青銅

黃銅：銅與鋅組成的合金稱為黃銅。為改善其性能，常加入錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛、鐵等元素，這樣形成的合金稱為特殊黃銅。根據(jù)所加主要合金元素Sn、Al、Be、Si、Pb等，青銅分為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。特點：機械性能與含鋅量有著極為密切的關系；鑄造性能很好；抗蝕性較好；含鋅量大于20%的黃銅經(jīng)冷加工后，在潮濕的大氣、海水、高溫高壓水、蒸汽及一切含氨的環(huán)境中都可引起應力腐蝕斷裂。黃銅在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易發(fā)生脫鋅腐蝕，可在黃銅中加入0.02%的砷防止其發(fā)生。青銅：銅合金中的主加元素不是鋅而是錫、鋁、硅等其它元素者，通稱為青銅。常用的青銅有錫青銅、鋁青銅和硅青銅等。特點：錫青銅鑄造性能較黃銅差，抗腐蝕性比純銅和黃銅更好，但對酸類的抗蝕性較差。鋁青銅的機械性能也比黃銅和錫青銅高，而且在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性。硅青銅具有比錫青銅高的機械性能和較低的價格，而且鑄造性能和冷、熱壓力加工性能都很好。（3）鈦及鈦合金

①純鈦特點：是很活潑的元素。有很好的鈍化性能，鈍化膜很穩(wěn)定，在許多環(huán)境中表現(xiàn)出很好的耐蝕性。有"耐海水腐蝕之王"之稱。高溫下，鈦的化學活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反應。鈦一般不發(fā)生孔蝕；除在幾種個別介質(zhì)（如發(fā)煙硝酸、甲醇溶液）中，也不發(fā)生晶間腐蝕；鈦的應力腐蝕破裂敏感性小，具有抗腐蝕疲勞的性能，耐縫隙腐蝕性能良好。②鈦合金

特點：鈦合金的機