金属材料.ppt

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1、第五章 金属材料,学习目标： 1、了解合金元素在钢中的作用； 2、重点掌握常用碳钢、合金钢种类、牌号、性能与应用； 3、掌握铸铁与非铁合金材料的种类、牌号、性能与应用。,第五章 金属材料 5.1.1 金属材料的分类: 工业用钢 铸铁 非铁金属材料,1、钢的分类 （1）按传统分类法： A、按钢的用途: 碳素结构钢：用于制造工程结构(如桥梁、船舶、建筑、 高压容器等)和机械零件(如齿轮、轴、螺钉、螺母、连杆等)， 这类钢一般为低、中碳钢。 碳素工具钢：用于制造各种工具(如刃具、模具和量具等)，这类钢一般为高碳钢。,B、按钢的含碳量可分为： 低碳钢：含碳量0.25% 中碳钢：含碳量（0.250.6）

2、%。 高碳钢：含碳量0.6%。,C、按钢的质量可分为：根据钢中有害杂质S、P的多少来分 普通钢：S0.055%，P0.045% 优质钢：S、P均0.04% 高级优质钢：S、P均0.03%,、合金钢按钢中合金元素的总质量分数 低合金钢（） 中合金钢（） 高合金钢（）；,（2）我国实施新的钢分类方法按国家标准GB/T13304-91钢分类是参照国际标准制定的。按照化学成分、主要质量等级和主要性能及使用特性，将钢进行分类的；,2、铸铁的分类：根据碳在铸铁中存在的形态不同进行分类的； (1) 白口铸铁碳全部以碳化物形式存在，其断口呈亮白色。硬度高、脆性大，主要用作炼钢原料或可锻铸铁的毛坯； (2)灰铸

3、铁碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色。应用广泛；,(3)可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁铸件经过较长时间的高温可锻化退火、使白口铸铁中的渗碳体大部分或全部分解成团絮状石墨。这种铸铁并不可锻，但强度、塑性、韧性比灰铁好； (4)球墨铸铁铁水经球化处理后浇注，铸铁中的碳大部分或全部以球状石墨形式存在，用于力学性能要求高的铸件； (5)蠕墨铸铁碳主要以蠕虫状石墨形式存在，石墨形态介于片状和球状之间；,灰口铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁,3、非铁金属材料的分类 铝及铝合金、 铜及铜合金、 轴承合金、 硬质合金、 钛合金、 镁合金,(1)铝合金 铝中加入Si、Cu、Zn、Mn等元素制成的合金。 依据其成分和工

4、艺性可分为：变形铝合金和铸造铝合金 变形铝合金塑性优良，适于压力加工 铸造铝合金塑性低，更适于铸造成形,(2)铜合金 铜中加入Zn、Sn、Ni、Al、Si等元素制成的合金。主要成分黄铜、青铜、白铜 以Zn为主要合金元素的为黄铜 以Ni为主要合金元素的为白铜 其他的习惯上称为青铜,5.1.2 合金元素在钢中的作用 1、主要常存元素在非合金钢中的作用：Si、Mn、S、P一般作为杂质看待；,（1）Mn的作用：是钢中的有益元素；WMn=0.250.8% a、是脱氧剂，在炼钢时用锰脱氧而残留在钢中的，它与FeO反应还原铁，改善钢的质量； b、溶入铁素体，使铁素体强化； c、溶入渗碳体形成合金渗碳体起强化

5、作用； d、与S生成MnS，起除S作用； e、能增加并细化珠光体，提高钢的强度、硬度,（2）Si的作用：是钢中的有益元素，一般WSi=0.10.4% a、是脱氧剂，它可使FeO生成炉渣；它的脱氧能力比Mn强； b、溶入铁素体，使铁素体强化；,（3）S的作用:是冶炼时由矿石和燃料中带入的有害杂质，炼钢时难以除尽； a、以FeS的形式存在于钢中，其与铁形成低熔点（985）共晶体分布在晶界上。钢加热到10001200进行锻压或轧制时，易晶界熔化，使钢在晶界处开裂，引起热脆； b、对钢的焊接性能不利，易引起焊缝热裂；,（4）P的作用：也是有害元素，应严格控制； 一般溶于F体中,使钢b、HBS升高,、k

6、下降。 在低温时会使材料塑性和韧性显著降低冷脆；,2、合金元素对钢基本相的影响基本相主要是固溶体和化合物，如F和碳化物等； （1）形成碳化物 与碳的亲和力越强，形成的碳化物就越稳定，硬度就越高。其类型是不同的： A、溶入渗碳体中，可形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C、（Fe，Cr）3C等； B、形成合金碳化物，如Cr7C3、Fe3W3C等； C、形成特殊碳化物，如WC、MoC、VC、TiC等； 从合金渗碳体到特殊碳化物，稳定性及硬度依次升高 随着钢中碳化物的增加，钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降；,Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr 、 Ti,（2）强化F大多数的合金元素都能溶于F

7、，产生固溶强化，使F的强度、硬度升高，塑性韧性下降； （3）非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Co、Cu等与碳亲和力很弱，不形成碳化物,合金元素对A相区的影响： （1）Ni、Mn、Cu以及C、N使单相A区扩大，即使A1线、A3线下降。若其含量足够高时，可在常温下保持稳定的单相A组织； 利用合金元素扩大奥氏体相区的作用生产奥氏体钢,3、合金元素对Fe- Fe3C相图的影响,（2）Cr、Mo、Ti、Si、Al等使单相A区缩小，即使A1线、A3线升高，当其含量足够高时，可使钢在高温与常温均保持F组织，这类钢称为F体钢；,合金元素对S、E点的影响合金元素都使S、E点左移，即使钢的共析含碳量和A对碳的

8、最大固溶度降低。若合金元素含量足够高，可以在Wc=0.4%的钢中产生过共析组织，在Wc=1.0%的钢中产生莱氏体。例如，在高速钢（Wc=0.70.8%）的铸态组织中就有莱氏体，故可称之为莱氏体钢。,4、合金元素对钢热处理的影响 （1）对奥氏体化过程的影响 加入碳化物形成元素,是A体化速度下降,A体化温度上升,因此A体化需要更高的加热温度和更长的保温时间。 除P,Mn外,所有合金元素（Me）均阻止A体晶粒长大，所以合金钢A体化温度高，保温时间长，但不使A体晶粒长大。,（2）冷却时对过冷A转变的影响 除了Co，大多数合金元素都使钢的过冷A的稳定性提高，从而使钢的淬透性提高； 除Co、Al外，大多数

9、合金元素都使Ms点下降，并增加残余A量；,（3）对回火转变的影响,合金元素提高钢的耐回火性指的是淬火钢在回火时抵抗强度、硬度下降的能力； 在高合金钢中的二次硬化现象在高合金钢中的W、Mo、V等强碳化物形成元素在500600回火时，会形成细小弥散的特殊碳化物，使钢回火后硬度有所升高；同时，淬火后残余A在回火冷却过程中转变为M，使硬度升高的现象；,C.钢的热硬性：指合金钢在较高温度时仍能保持高硬度的性能（60HRC）； D.回火脆性主要指第二类回火脆性，在含Cr、Ni、Mn、Si的调质钢中出现，加入Mo、W可降低这种回火脆性。,5.2 非合金钢 碳素结构钢 优质碳素结构钢 碳素工具钢 易切削结构钢

10、 工程用铸造碳钢,5.2.1 碳素结构钢 一般不经热处理，在热轧态下使用。 1、牌号：Q195275,Q 235 A F,脱氧方法：F-沸腾钢；b半镇静钢；Z镇静钢；TZ特殊镇静钢；其中Z、TZ可省略,2、化学成分及用途 Wc=0.060.38% Ws0.05% Wp0.045% Q195、Q215薄板、钢筋等，轻载连接件如铆钉、地脚螺栓等； Q235、Q255不太重要的零件及焊接结构件，小轴、螺栓、螺纹钢、槽钢等; Q275可部分代替优质碳素结构钢用,连杆、转轴、心轴等；,碳素结构钢的应用,钢筋,螺纹接头,5.2.2.优质碳素结构钢 1、牌号：05F80，用两位数字表示，表示钢中平均碳质量分

11、数的万分之几。,* 45 - Wc = 0.45%,* 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn - Wc = 0.45% ; WMn = 0.7%1.0%,2、化学成分及用途 如：08薄板类零件；15螺栓、螺钉类；25渗碳件、40、45轴类；60、65等弹簧类；,优质碳素结构钢的应用,5.2.3 碳素工具钢 1、牌号：T7T13、Wc=0.71.35%,其字母后的数字表示钢的平均碳的质量分数为千分之几；,T 12 A,若钢的末尾标A，表示该钢为高级优质钢,2、热处理： 加工前球化退火，组织 P基体+细小均匀分布粒状渗碳体 最终热处理淬火+低温回火，组织M回+粒状渗碳体+少量A,锉 刀,手 锤

12、,3、用途：热硬性差。可用作低速、手动刀具及常温下使用的工具、模具、量具等。,5.2.4 易切削结构钢 是钢中加入一种或几种元素，如S、P、Pb、Ca等，利用其本身或与其它元素形成一种对切削加工有利的夹杂物，来改善钢材的切削加工性。 1、牌号：是在同类结构钢牌号前冠以“Y”，以区别其它结构钢； 如Y15PbWS=0.230.33%、WP=0.050.10%、WPb=0.150.35%；,5.2.5 工程用铸造碳钢 用铸造的手段生产的碳钢；Wc=0.150.6%,若碳含量过高,塑性变差,易产生冷裂纹； 1、牌号：ZG200-400表示S=200Mpa；b=400Mpa；,ZG 200 - 400

13、,2、用途：高强度的箱体、阀体等；,工程用铸造碳钢的应用,阀门,水泵,5.3 合金结构钢,普通低合金钢 合金渗碳钢 合金调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢 工具钢和高速钢 特殊性能钢,5.3.1普通低合金钢不经热处理，一般在热轧或正火条件下使用 1、低合金高强度结构钢：Q295Q460共五种，Wc0.2%，加入少量的合金元素，如Mn、V、Ti、Nb、Al、Cr、Ni等提高钢的性能， Mn固溶强化F，增加并细化P的作用； V、Ti、Nb细化晶粒； Cr、Ni提高钢的冲击韧度、改善钢的热处理性能、提高钢的强度； Al、Cr、Ni提高钢的耐蚀性能。,2.牌号: Q 345 C,Q460钢含Mo、B，正火组织

14、 为B，强度高，用于石化中温 高压容器。,压力容器,南京长江大桥,Q345钢(16Mn)综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。,Q390钢含V、Ti、Nb，强度 高，用于中等压力的容器。,5.3.2.1合金渗碳钢 指经渗碳淬火、低温回火后使用的合金钢。 1、成分：Wc=0.100.25%，加入Cr、Mn、Ti、V、B、W等合金元素， 2、热处理:渗碳+淬火+低温回火 3、组织及性能: 表层高碳回火M+碳化物,硬度为5864HRC；高强度、硬度和耐磨性； 心 部低碳回火M或P+F组织等，硬度为3040HRC；良好的塑性和韧性； 4、用途：主要用于制造承受强烈冲击载荷和摩擦磨损的机械零

15、件。如汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴、活塞销等；,5、合金渗碳钢的牌号,20 Cr Mn Ti A,含铬量Wcr 1.5 %,含碳量WC 0.20 %,6、典型合金渗碳钢种介绍,低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。,中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。,柴油机凸轮轴,活塞销( 20Cr ),高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A

16、等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。,柴油机曲轴,20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线,Wc 0.25 %,Wc = 0.150.25 %,合金元素:Cr、Mn、 Ni、等。,表层:M回+Fe3C+A残,心部:F+P,表层:M回+Cm+A残,心部:低碳回火M或P+F组织,5.3.2.2合金调质钢指经调质后使用的钢。 1、成分：Wc=0.250.5%，主加合金：Cr、Ni、Mn、Si、Mo、B、W、V等； 2、牌号：40Cr、38CrMoAl、40CrMn等； 3、热处理：调质处理（淬火+高温回火）； 若要求表 面有良好的耐磨性的，则可在调质后进行表面淬火或渗氮处理。 4、组织及性

17、能：调质后获回火索氏体，具有较高的强度、塑性 和韧性（良好的综合力学性能）；表面淬火后可获表面中碳回火M+心部回火索氏体组织，具有表面高硬度、耐磨性，心部有良好的综合力学性能； 5、用途：主要用于重载荷下同时以受冲击载荷作用的一些重要 零件，如机床上的齿轮、轴类件等；,6.典型合金调质钢种介绍,低淬透性调质钢,钢含合金元素总量3 %。,40Cr、40MnB等。,中淬透性调质钢,钢含合金元素总量在4 % 左右。,38 CrSi、35 CrMo 等。,常用于制造较小的齿轮、 轴、螺栓等零件。,高淬透性调质钢,钢含合金元素总量在4 % 10 %。,制造大截面重载荷零件，如 曲轴等用高淬透性的零件等

18、。 38CrMoAlA、40CrMnMo、 25Cr2Ni4WA等。,40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线,Wc = 0.250.6 %,Wc = 0.250.5 %,合金元素: Cr、等。,表层: S回,心部: P + F,表层: S回,心部: S回,5.3.2.3合金弹簧钢是专用结构钢，主要用于制造弹簧等弹性元件。 1、成分：Wc=0.50.7%；主加合金：Si、Mn、Cr、W、V等； 2、牌号：55Si2Mn、60Si2Mn 、 65Mn Wc=O.6%,Wsi=2%, WMn1.5%; 3、热处理:淬火+中温回火； 4、组织及性能:回火托氏体，具有较高的弹性极限和屈强比（s/b），一

19、定的疲劳强度和韧性；3050HRC 5、用途：弹簧等弹性元件,碳素弹簧钢60,合金弹簧钢60Si2Mn,化学成分,热处理后的组织,Wc = 0.60.9 %,Wc = 0.50.7 %,合金元素: Si、Mn、 Cr、V、W、Mo等。,T回,制造尺寸小于 815mm的 小型弹簧。,T回,制造尺寸在2025 mm左右的弹簧。,5.3.2.4滚动轴承钢,1.性能要求:,高的硬度强度和耐磨性; 高的接触疲劳强度; 足够的韧性和耐蚀性; 高的纯净度;,2.化学成分特点:,高碳, Wc = 0.91.1%。 主加Cr, 0.41.65 % 辅加Si、Mn。 优质钢材。,3.常用的牌号： GCr9、GCr

20、9SiMn、GCr15、GCr15SiMn,4.热处理特点:,球化退火+ 淬火+ 低温回火,极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体,5、组织及性能: 回火M+碳化物+残A；6165HRC；具有高而均匀的硬度和耐磨性，高的接触疲劳强度、足够的韧性和对大气等的耐蚀能力。,6.滚动轴承钢的牌号,G Cr9 Si Mn,5.3.3 合金工具钢和高速工具钢 主要有量具刃具钢、工、模具钢和高速钢 合金刃具 合金量具 合金模具钢,量 具,刃 具,5.3.3.1.合金刃具钢,种类 : 低合金刃具钢 ; 高速钢。 牌号 :,9 Si Cr,低合金刃具钢,1.性能要求:,高硬度、高耐磨性、有一 定的红硬性、

21、强度和韧性, 工作温度不超过300。,2.化学成分特点:,*高碳 Wc=0.8-1.5% *加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素。,3.热处理特点:,9 SiCr 钣牙,丝锥,低合金刃具钢的应用,高 速 钢W18Cr4V,(1) 性能要求:,高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600时, 63HRC以上) 、有一定的强度和韧性。,高速钢 - 锋钢、风钢 ; 18 4 1 钢,(2) 化学成分特点:,高碳 0.71.5%:,钨 18%:,钼 5%:,铬 4%:,钒1.5%:,保证高硬度,退火状态下形成特殊碳化物, 在560左右回火时, 弥散析 出W2C, 造成二次硬化, 提高 钢的红硬性。,1%

22、Mo的作用等同于2%W。,形成Cr23C6碳化物;提高钢的 淬透性。,形成VC, 硬度极高, 提高钢的 硬度和耐磨性, 产生二次硬化。,(3) W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点,铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次570回火 磨削加工,铸造: 高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。,W18Cr4V钢的铸态组织,W18Cr4V钢的铸态组织,锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。,W18Cr4V锻造组织 210 ,W18Cr4V钢的热处理过程示意图,三次570回火,*淬火后A残约2025 %。,*第一次回火

23、后A残约剩1518 %。,*第二次回火后A残约剩35 %。,*第三次回火后A残约剩12 %。,回火后的组织: M回 + Cm + A残 ( 1 2 % ),组织硬度为65HRC以上。,5.3.3.2合金量具钢,1.性能要求:,高的硬度, HRC62; 高的耐磨性; 高的尺寸稳定性; 足够高的心部韧性; 热处理变形小; 尺寸稳定; 良好的耐蚀性;,3.热处理特点:,4.热处理后的组织: M回 + Cm,5.牌号: CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等。,2.化学成分特点:,高碳 0.91.5 %; 合金元素:Cr, Mn、W。,CrWMn钢制造块规退火后的热处理工艺

24、,5.3.3.3模具钢 冷作模具钢 热作模具钢 塑料模具钢,1、 冷作模钢,1.性能要求:,高的硬度,HRC62; 高的耐磨性; 足够高的韧性与疲劳抗力; 热处理变形小;,2.化学成分特点:,高碳 12 %; 合金元素:Cr, Mo、W、V。,汽车冲压模具,3.牌号： 9Mn2V尺寸较小的冷作模具； Cr12大型冷作模具（Wc=2.02.3%、Wcr=12%） 4.热处理及性能: 淬火+低温回火，6264HRC，具有高硬度、耐磨性，足够的强度和韧性； 5.用途：冷作模、冷冲模等；,2、 热作模钢,1.性能要求:,高的热硬性、高温耐磨性; 高的抗氧化能力; 高的热强性和足够高的韧性; 高的热疲劳

25、抗力( 防止龟裂 ); 高的淬透性和导热性;,2.化学成分特点:,中碳 0.30.6 %; 合金元素:Cr、Ni、Mn、 Si、Mo、W、V。,曲轴模具,3.热处理特点: *热锻模钢: 5 CrMnMo 热处理工艺: 淬火 + 高温回火中温 热处理后的组织: S回或T回 40HRC,5.3.4 特殊性能钢 指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，因而能在特殊的环境、工作条件下使用的钢。常用的有不锈钢、耐热钢、耐磨钢和超高强度钢等,不锈钢 耐热钢 耐磨钢,5.3.4.1不锈钢,1.定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。,2.概念:*在空气中的年腐蚀量为0.01mm 以内的钢, 称为在空气

26、中使用的 不锈钢。 *在强酸、强碱介质中的年腐蚀 量为0.1mm以内的钢,称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。,3金属腐蚀的机理.,金属腐蚀的种类:,1)化学腐蚀: 金属与介质 ( 干燥气体和 非电解质溶液 ) 发生化学 反应而产生的腐蚀。 例如:高温氧化、脱碳等。,2)电化学腐蚀:金属与介质 ( 电解质溶 液,即酸、碱、盐溶液 ) 发生电化学反应而产生 的腐蚀。,4.金属的防腐措施:,1)覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。,2)形成氧化层: 加入合金元素Cr、Al、Si 等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。,3)提高金属的电极电位: 加入合金元素Cr、Ni、Si等,

27、提高金属基体的电极电位。,4)使钢在室温下呈单相组织: 加入合金元素 Mn、Ni、Co等能扩大 区,可在室温获得奥氏体钢。 加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能扩大区,可在室温获得铁素体 钢。,5.化学成分特点: * 低碳:耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。 * 合金元素:主加Cr。 辅加Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn 等。,6.常用的不锈钢: *马氏体型不锈钢 *铁素体型不锈钢 *奥氏体型不锈钢,1)马氏体型不锈钢 - Cr13型钢,化学成分特点: Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 %,热处理特点:正火后的组织是马氏体。,牌号: 1Cr134Cr13,用途: 医疗

28、器械,医用镊子,2)铁素体型不锈钢,化学成分特点: Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %,热处理特点: 不能进行热处理强化。,牌号: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。,用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。,铁素体型不锈钢的用途,硝酸生产装置,合成氨生产装置,3)奥氏体型不锈钢-18 8型钢,化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。,加工特点:不能进行热处理强化,只能 冷塑性变形强化。,热处理特点:固溶处理;稳定化处理; 消除应力退火。,牌号: 0Cr18Ni9、1Cr1

29、8Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti,用途: 化工容器、管道等。,耐磨钢,2.性能要求:高硬度、耐磨性、韧性。,3.化学成分特点:,高碳 Wc = 11.3 % 高 锰 WMn = 1114 %,4.热处理特点:,水韧处理。,5.室温组织:过饱和单相奥氏体。,5.牌号,ZG Mn13 - 1,高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。,5.4 铸 铁 541 铸铁的石墨化,铸铁中的碳存在形式： 一是碳化物状态，如渗碳体及其它碳化物； 二是游离状态，即石墨。,铸铁中的石墨与碳化物,3.铸铁的石墨化方式：

30、一种是直接从液态合金和奥氏体中析出，另一种是渗碳体在一定条件下分解出；,2.石墨为六方晶格如右图。基面上原子以共价键结合，基面之间原子以范氏键结合，因此铸铁的强度、硬度、塑性及韧性极低。,4.影响石墨化的主要因素：化学成分和冷却速度； A.化学成分： C、Si是强烈促进石墨化的元素； S是强烈阻碍石墨化的元素；易使碳以渗碳体的形式出现，促使铸铁白口化；同时降低铁水的流动性; Mn是阻碍石墨化的元素，但它能与S形成MnS，削弱S的不利影响，因此一般WMn=0.61.3%； P对石墨化的影响不大，它能提高铁水的流动性，但同时增加铸铁冷裂的倾向，一般Wp0.3%；,B.冷却速度：冷却速度越慢，越有利

31、于石墨化的进行；主要取决于：铸型材料、铸造方法和铸件壁厚；,1.石墨的数量、大小、形状及分布 （1）数量：石墨破坏基体连续性，减小承载面积，是应力集中和裂纹源，故石墨越多，抗拉强度、塑性及韧性越低 （2）大小：越粗，局部承载面积越小，越细，应力集中越大，均使性能下降，故有适合尺寸（长度0.030.25mm）； （3）分布：越均匀，性能越好； （4）由片状至球状，强度、塑性及韧性均提高。,2.基体 F基体塑性和韧性好，P基体强度、硬度及耐磨性高。,石墨与基体对铸铁性能的影响,542 常用铸铁 分类：（按碳的存在形式进行分类） （1）白口铸铁碳以碳化物形式出现，断口呈白色，硬度高，脆性大，难以切削

32、加工，主要用作炼钢原料、可锻铸铁的毛坯等； （2）灰口铸铁碳主要以石墨形态出现，断口呈灰色 灰铸铁石墨呈片状； 球墨铸铁石墨呈球状； 可锻铸铁石墨呈团絮状； 蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状； （3）麻口铸铁碳部分以渗碳体，部分以石墨的形式存在，断口呈灰、白相间，硬脆性较大，工业上很少使用 （4）合金铸铁为使铸铁获得具有耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能，在铸铁中加入一些合金元素所形成的铸铁。,灰铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁,蠕墨铸铁,1、灰铸铁： 灰铸铁的化学成分、组织和性能 A、化学成分：Wc=2.53.6%、WSi=1.02.5%、Wp0.3%、WMn=0.51.3%、Ws0.15%； B、组织：钢的基体上分布

33、着片状石墨； 三种基体组织：F、F+P、P,C、性能,力学性能 石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能 优良的性能： 良好的铸造性能 良好的减摩性 良好的减震性 较低的缺口敏感性 良好的切削加工性 良好的抗压性能,D、灰铸铁的牌号及用途：“HT”+数字；如HT200指灰铸铁的最小抗拉强度值为200Mpa；,灰铸铁件,（3）灰铸铁的孕育处理： 即在浇注前向铁水中加入少量孕育剂（如硅铁、硅钙合金等），改变铁水的结晶条件，从而得到细小均匀分布的片状G和细小P组织。 性能：强度有较大的提高，塑性和韧性也有改善；,（4）灰铸铁的热处理：只能改变基体组织，而不能改变石墨的

34、形状、数量和大小、分布； 目的：消除铸件的内应力和白口组织、稳定尺寸、提高工件表面的硬度和耐磨性等； A、去应力退火：加热至500600保温随炉缓冷至200出炉空冷； B、消除白口组织的退火：加热至850950保温25h随炉缓冷至400500出炉空冷； C、表面淬火：用高、中频表面淬火或接触电阻加热表面淬火等方法，来提高铸件表面硬度和耐磨性，获得表面细M基体+石墨组织；,6.2.2 球墨铸铁,球墨铸铁 是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁，它是经过球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后、浇注前加入一定量的球化剂(稀土镁合金Re-Mg等)和孕育剂，使石墨呈球状析出。,化学成分：Wc=

35、3.84.0%、WSi=2.02.8%、Wp0.1%、WMn=0.6.8%、Ws=0.04%、WMg=0.030.05%、WRe=0.030.05%；,B、组织：有四种基体组织F、P、F+P、B； C、性能：由于球状石墨对基体组织的割裂作用和应力集中作用小，所以球铁的力学性能远高于灰铸铁，强度与钢接近，但塑性和韧性仍不如钢，但同时还具有灰铸铁的减振性、耐磨性、低的缺口敏感性和优良的铸造性能和切削加工性；,D、缺点：对原材料及熔炼的工艺要求高；,E、球铁的热处理： 退火：去应力退火、低温退火和高温退火等； 目的：消除内应力、获得F基体，提高韧性和塑性； 正火：可增加P的数量，提高其弥散度，提高强

36、度和耐磨性； 调质处理：淬火+高温回火，获得回火索氏体，具有较好的综合力学性能； 等温淬火：获得B下基体，具有高硬度、高强度和较好的韧性；,F、球铁的牌号：QT6003表示b600Mpa；3%；,球墨铸铁件,6.2.4 可锻铸铁,可锻铸铁俗称玛钢、马铁。蠕墨铸铁的生产过程是：首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨）而获得可锻铸铁件。,6.2.4 可锻铸铁,1可锻铸铁的化学成分、组织和性能 1）可锻铸铁的化学成分是: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。 2）可锻铸铁的组织有二种类型： 铁素体

37、(F)+团絮状状石墨(G)-KTH； 珠光体(P)+团絮状石墨(G)-KTZ。,3）牌号：KTH37012表示b370Mpa；12%的黑心可锻铸铁；,4）用途：主要用于形状复杂、要求强度和韧性较高的薄壁铸件； 缺点：生产过程较为复杂，退火时间长，因而生产率低，能耗大，成本较高；,5）热处理：可锻铸铁的退火： 第一阶段的石墨化温度950长时间保温渗碳体分解团絮状石墨+P基体KTZ； 第二阶段石墨化退火后：共析转变中AF+G（共析），则形成F基体的黑心可锻铸铁KTH；,可锻铸铁件,4、蠕墨铸铁：是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂（稀土以及稀土镁加稀土钙和稀土镁加钛铁），获得形态介于片状与球状之间

38、，形似蠕虫状石墨的铸铁； 石墨形态：成虫状，长厚比为210，而片状G的长厚比为50以上 1） 性能：介于灰铸铁和球铁之间，有良好的铸造工艺性，良好的热导性，较低的热膨胀系数等； 2）牌号：RuT340表示b340Mpa； 3）用途：玻璃模具、钢锭模、气缸盖等；,蠕墨铸铁的铸件,破碎机上的锤头衬,锤头连接件,5.5.1 铝及铝合金,1.铝的性能特点: 密度小;导电及导热 性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强 度低;无磁性;无打击火花;加工工艺 性好等。,2.纯铝的分类,高纯铝 L0104,工业高纯铝 L0、L00,工业纯铝 L14,3、用途：电线、电缆、管、棒、线、型材及配制合金；,4、牌号：国际

39、四位牌号法 1 “1”表示纯铝，,表示纯铝的含量的小数点后的两位数,表示原始纯铝的改型情况,工业纯铝：WAl=99.0099.80%,铝合金 的分类,变形铝合金,铸造铝合金,不能热处理 强化铝合金,能热处理 强化铝合金,5.铝合金的分类,1）铸造铝合金的牌号：“Z”+元素符号+数字 例如：ZAlSi12表示含硅量为12%的铸造铝硅合金；,主加合金元素符号,基体金属元素符号,2）变形铝合金采用国际四位数字（或符号）体系 牌号命名方法： 第一位： 1纯铝、2铝铜合金、3铝锰合金4铝硅合金、5铝镁合金、6铝镁硅合金、7铝锌合金； 第二位：数字或字母表示改型情况，0或A表示原始合金，其余表示改型合金；

40、 第三、四位：用以标识同一组中不同的铝合金；,例如：5A02“5”表示铝镁合金，“A”为原始合金，“02”为组别；,6、铝合金的强化途径 (1)不可热处理强化变形铝合金冷变形，如冷轧、压延等工艺； (2)可热处理强化变形铝合金固溶处理+时效 固溶处理（俗称淬火），即将铝合金加热到单相区内某一温度，使其第二相溶入中形成均匀的单相固溶体组织，然后在水中快冷，使第二相来不及重新析出而形成过饱和固溶体单相组织； 时效：将固溶处理后的铝合金在常温下放置一段时间后，其强度、硬度上升，塑性韧性下降的效果才逐步产生，这种合金的性能随着时间而变化的现象称为时效； 自然时效：在室温进行的时效处理称为； 人工时效：

41、在加热的条件下进行人工时效处理的则称为,(3)铸造铝合金： 由于在组织中有一定比例的共晶体，熔点低，流动性好，可制造形状复杂的零件，但共晶体比较粗大且韧性差，因此铸造铝合金强度低、塑性、韧性差；若采用变质处理就能使共晶体细化，并在一定程度上使铸造铝合金强化、韧化。,1) 变形铝合金,1.防锈铝合金 ( LF ) : Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝好 )。 例如:LF21。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻 )。 例如:LF2、LF6等。,2.硬铝合金 ( LY ) : Al Cu Mg 通过 时效强化提铝合金强度, 但耐蚀性不高。

42、LY1、 LY11、LY12。,3.超硬铝合金 ( LC ) : Al Zn Mg Cu 通过 时效强化和形成的强化相, 使铝合金达到最高的硬度和 强度。但耐蚀性较差。LC4、 LC9。,飞机主起落架,4.锻铝合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性, 通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。 LD5、LD6、LD10。,压气机叶片,2) 铸造铝合金,铸造铝 硅合金 铸造铝 铜合金 铸造铝 镁合金 铸造铝 锌合金,1.铸造铝 硅合金 ( ZL101ZL111 ) :,活塞(裙部为铝硅合金),ZL102合金铸造组织 ( 化染 ) 55,2.铸造铝 铜合金 ( ZL

43、201ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性,但铸 造性能和耐蚀性较差。,铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210,汽缸头,3.铸造铝 镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸 造性能和耐热性较差。,铝镁合金铸造组织 (化染) 150,鼓风机用密封件(ZL102)及 航空架件(ZL301),4.铸造铝 锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。,大型空压机活塞(ZL401),5.5.2 铜及铜合金 一、纯铜（紫铜） （1）特征：呈紫红色，又称紫铜，密度为8.96g/cm3,熔点1083，面

44、心立方晶格，无同素异晶转变。 （2）性能：良好的导电、导热性、耐蚀性和塑性，易于热、冷压力加工，但强度、硬度低。 （3）牌号：T1、T2、T3、T4四种，序号越大，纯度越低，纯度为99.95%（T1）99.5%（T4）； （4）用途：制造电线、电缆、电子元件及导热器件。,纯铜组织金相图,二.铜合金的分类,黄铜 : Cu Zn合金,白铜 : Cu Ni合金,青铜 : 除黄铜和白铜外的所有 铜合金。,1、黄铜：以Zn为主要添加元素，对海水和大气有优良的耐蚀性，力学性能和含Zn量有关；,当WZn39%时，Zn能完全溶于铜内，形成面心立方晶格的固溶体，塑性好，随着Zn量的增加，其强度和塑性都上升，适于

45、冷热变形加工； 当WZn39%时，黄铜组织由固溶体和相（硬脆相）组成，强度升高，而塑性急剧下降； 当WZn45%时，黄铜组织由全部相（硬脆相）组成，己无使用价值； 典型合金：H68WCu=68%，其余为Zn，主要用于作子弹壳、散热器外壳等； H62WCu=62%，其余为Zn，主要用于作散热器等；,普通黄铜,1.黄铜的牌号,( Z ) H 90,2.常用的黄铜,金奖黄铜 - H90,弹壳黄铜 - H70 ( H68 ),日用黄铜 - H62 ( H59 ),冷凝器管,二) 特殊黄铜,1.定义:在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。,2.牌号:,H Al 59

46、 - 3,4.黄铜的自裂与脱锌: 自裂 - 应力腐蚀 : 黄铜在塑性变形后产 生较大应力,在潮湿空气中或在微 量氨的气份中发生应力腐蚀。含 锌量越高, 应力腐蚀倾向越大。,脱锌 - 锌的电极电位远低于铜 , 所以在 盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。,5.黄铜的热处理 :,去应力退火 : 在200300左右退 火,提高塑性和弹性极 限,消除应力腐蚀。,再结晶退火 : 在500700左右退 火,消除加工硬化,恢复 塑性。,二.青铜,普通青铜 ( 锡青铜 ) 特殊青铜 ( 无锡青铜 ),青铜牌号的表示方法,Z Q Sn10 1,（1）锡青铜：是以锡为主要元素的铜合金，其力学性能取决于锡的含量。 1、组

47、织及性能： 当WSn7%时，Sn完全溶入Cu形成面心立方晶格的固溶体，WSn，强度，塑性；主要用于压力加工 当WSn7%时，出现脆性相，强度，而塑性急剧下降 当 WSn20%时，由于脆性相过多，导致强度、塑性都下降 2、 应用：工业上使用锡青铜一般WSn=314%； 当WSn7%时具有良好的塑性和一定强度，适用于压力加工；用于制造耐磨、耐蚀零件及弹性零件； 当WSn10%，一般只适用于铸造；用于致密性要求不高、尺寸要求严格的耐磨、耐蚀铸件；如做轴瓦、轴套等；,（2）铝青铜：强度、耐磨性较高，耐蚀性和耐热性比黄铜和锡青铜要高，且价格低，还可热处理强化； 1、组织及性能： 当WAl5%时，强度很低

48、，塑性高 当WAl12%时，塑性很差，加工困难。 2、应用：WAl=5%10%当WAl=5%7%时，塑性好，适用于冷变形加工；当WAl=9%10%左右时强度高，常以铸态使用 3、缺点：焊接性能较差，对过热蒸汽不稳定；,一.性能要求 : 1.在工作温度下,应具有足够的抗压强度、疲劳强度和高的耐磨性。 2.具有足够的塑性与韧性。 3.具有较小的摩擦系数。 4.具有良好的磨合性。 5.具有良好的抗蚀性。 6.具有良好的导热性。 7.具有较小的膨胀系数。 8.具有良好的抗咬合性。,各类型轴瓦,553 滑动轴承合金 滑动轴承合金：制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的合金；,二.组织要求:,1.在高速中、低载荷情况下,用软基体 上分布硬质点组织的材料。,锡锑轴承合金 ( 锡基巴氏合金 ),Z Sn Sb11 6,巴氏合金