常用金屬材料及性能.ppt

第5章常用金屬材料及性能,5.1工業(yè)用鋼分類(lèi)與牌號(hào),5.2結(jié)構(gòu)鋼（structuralsteel）,5.3滾動(dòng)軸承鋼、工具鋼、不銹鋼和耐熱鋼,5.4鑄鐵（castiron）,5.5有色金屬及其合金（non-ferrousalloy）,5.6粉末冶金材料（自學(xué)）,5.1鋼的分類(lèi)與鋼中的合金元素（alloyelement）5.1.1工業(yè)用鋼分類(lèi)與牌號(hào)(1)我國(guó)現(xiàn)行鋼分類(lèi)與牌號(hào)的特點(diǎn)有統(tǒng)一國(guó)標(biāo)，鋼號(hào)直觀(guān)、實(shí)用，并靠近國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。(2)鋼的分類(lèi)按Wc：低碳鋼（0.25%）；中碳鋼（0.250.60%）;高碳鋼（0.60%）。按冶金質(zhì)量：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。按脫氧程度：沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。按用途、成分、性能和熱處理特點(diǎn)（最實(shí)用）。,表5-1,圖5-1,(3)鋼的牌號(hào)要求：會(huì)識(shí)別、（圖紙上）一看就明白?；绢?lèi)型：兩類(lèi)主要以力學(xué)性能表示：如Q235AF（常簡(jiǎn)寫(xiě)成Q235，不保證化學(xué)成分）。主要以化學(xué)成分表示：碳與合金元素含量。例1.45Wc=0.45%的優(yōu)質(zhì)鋼。例2.08FWc=0.08%的沸騰鋼。例3.40CrWc=0.40%及Wcr=1%。記憶方式與技巧介紹。,表5-2,5.2結(jié)構(gòu)鋼（structuralsteel）用于結(jié)構(gòu)件工程結(jié)構(gòu)：如建筑物珩架、橋梁、車(chē)輛等。機(jī)器零件：如齒輪、螺栓、軸等。5.2.1碳素結(jié)構(gòu)鋼（carbonstructuralsteel）保證力學(xué)性能：一般用途；以型材（棒、板、型鋼）供應(yīng)。組織狀態(tài)：軋后空冷、F+P；不再熱處理。設(shè)計(jì)時(shí)注意尺寸效應(yīng)。典型牌號(hào)：Q235。,表5-3,5.2.1低合金高強(qiáng)度鋼（HSLA）添加少量合金元素（Nb、V等）起各種強(qiáng)化作用。用于重要工程結(jié)構(gòu)（橋梁、壓力容器等），能減輕自重、降低成本等。典型牌號(hào)：Q295、Q420等。,表5-4,5.2.2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼Ws、Wp0.035%性能特點(diǎn)：隨Wc升高，強(qiáng)度和硬度提高，塑、韌性有所下降。零件制造中若經(jīng)過(guò)熱處理，可大幅度提高性能(強(qiáng)度)。應(yīng)用:0825(15Mn)：低碳鋼，塑性好，可焊性好，直接沖壓成形或作焊接件。1525：低碳鋼，可作滲碳用鋼。3055：中碳鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理做較重要的機(jī)器零件。60：中高碳鋼，淬火中高溫回火，一般彈簧及較高強(qiáng)度零件。,表5-5,5.2.3合金結(jié)構(gòu)鋼（alloystructuralsteel）(1)合金滲碳鋼用途及性能特點(diǎn)：用于承受較大沖擊負(fù)荷、同時(shí)表面經(jīng)受強(qiáng)烈摩擦磨損的零件(如換檔齒輪等)。經(jīng)滲碳及淬、回火后，表硬內(nèi)韌。合金化原則：低碳(0.25%)，保證滲碳及熱處理后表、里的良好配合。加提高淬透性元素，Cr、Mn、Ni、B等，保證心部良好強(qiáng)韌性。加V、Ti、W等，阻止?jié)B碳時(shí)晶粒長(zhǎng)大。,熱處理特點(diǎn)：一般滲碳后預(yù)冷、直接淬火低溫回火(55HRC)。常用鋼種：低淬透性15(20)、20Cr；中淬透性20CrMnMo、20MnTiB；高淬透性18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4。,表5-6,(2)合金調(diào)質(zhì)鋼用途及性能特點(diǎn)：高強(qiáng)度（承受較大負(fù)荷）及高韌性（防止斷裂事故）的重要零件（如機(jī)床主軸）具有良好的綜合力學(xué)性能。合金化原則：中碳（0.300.5%），保證熱處理后足夠強(qiáng)度，又不致太脆。加淬透性元素（Cr、Ni、Mn、Si、B），保證大截面均一的性能。細(xì)化晶粒元素（V、W、Mo等）。加Mo，消除回火脆性。熱處理：調(diào)質(zhì)即淬火+高溫回火（500650）。常用典型鋼種：低淬透性:45、40Cr、40MnB；中淬透性:35CrMo、30CrMnSi；高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo。,表5-7,(3)合金彈簧鋼用途、性能：承受較大負(fù)荷的彈簧；高的e、-1及s/b。合金化：中、高碳（0.450.9%）；加Sie及（s/b）；加Mn、Si、或Cr淬透性；加Mo、W、V細(xì)化晶粒（重要彈簧）。熱處理：淬火中溫回火，回火屈氏體4248HRC。常用鋼種：65；65Mn；60Si2Mn；50CrV。,表5-8,5.2.4其它結(jié)構(gòu)鋼易切削鋼：加S、Pb、Ca、P等（減摩、易斷屑等），提高切削加工性，強(qiáng)度次要。鑄鋼（鑄鋼件）：特點(diǎn)：直接鑄造成零件的結(jié)構(gòu)鋼，用于形狀復(fù)雜、性能要求較高的場(chǎng)合。重型機(jī)械，礦山、工程機(jī)械等。成分：低、中碳。熱處理：進(jìn)行正火、退火，重要件進(jìn)行淬火、回火。,表5-9,5.3滾動(dòng)軸承鋼、工具鋼、不銹鋼和耐熱鋼5.3.1滾動(dòng)軸承鋼（rollingbearingsteel）用途、性能：軸承零件；高抗壓強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、高硬度與耐磨性。合金化：高碳（0.951.15%），0.41.65%Cr，以及特殊要求的成分。S、P要求嚴(yán)，冶金質(zhì)量高。熱處理：球化退火（預(yù)先熱處理）及淬火、低溫回火，6064HRC。典型鋼種：GCr15（中小型軸承）;G20Cr2Ni4（大型滲碳軸承）;9Cr18（不銹軸承）。,表5-10,5.3.2工具鋼（toolsteel）刃具鋼用途、性能：較高切削的刀具；高硬度、高耐磨性及高熱硬性。合金化（高速鋼）：高碳（c0.8%）,以形成大量碳化物，保證高硬度、高耐磨性。較多W與Mo（10%）,產(chǎn)生W2C、Mo2C等細(xì)小彌散硬化，保證熱硬性。4%Cr，淬透性。加V，提高硬度、耐磨性。熱處理：預(yù)先熱處理；1200-1300高溫淬火+3次560回火,回火馬氏體+碳化物,6266HRC。典型鋼種：W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V。,圖5-2,圖5-3,表5-13,表5-11,表5-12,模具鋼1)冷作模具鋼：高碳（合金）鋼。用途、性能：各種冷沖壓、冷成型模具；高硬度高耐磨性、足夠整體強(qiáng)度與韌性。合金化：高碳Wc0.60.7%；淬透性元素：主加Cr，另Mn、Si；Mo、V細(xì)化晶粒;Cr、Mo、W、V提高耐磨性。熱處理：淬火+低溫回火，58HRC，細(xì)小馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體。典型鋼種：T8、T10、T12；9Mn2V、9SiCr、GCr15、Cr12MoV、65Nb、W6Mo5Cr4V2。,2)熱作模具鋼：中碳合金鋼用途、性能：鍛模、熱擠壓模、熱彎模等；耐熱性、高溫強(qiáng)度，耐熱疲勞，高淬透性。合金化：中碳（0.30.6%）,保證強(qiáng)度、韌性等。Cr、W、Si（抗熱疲勞）；Mo、W、V（高溫強(qiáng)度）；Cr、Mo、W等多元（淬透性）。熱處理：淬火、中溫回火（高于工作溫度），3550HRC，回火屈氏體、回火馬氏體。典型鋼種：45、40Cr(很少用)；5CrNiMo、5CrMnMo；3Cr2W8V；H11(4Cr5MoSiV)、H13(Cr5MoSiV1)。,量具鋼：高碳（低合金）鋼用途、性能：各種量具（卡尺、塊規(guī)等）；高硬度、高耐磨性，高尺寸穩(wěn)定性。合金化：高碳（0.8%）；Cr、Mn、Si等（淬透性）；Cr、W等（耐磨性）。熱處理：淬火+（冷處理）+多次回火，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變及穩(wěn)定尺寸。典型鋼種：9SiCr、CrWMn、GCr15或滲碳鋼，硬質(zhì)合金。,5.3.3不銹鋼和耐熱鋼不銹鋼（StainlessSteel）用途、性能：腐蝕環(huán)境中的工作零件；耐蝕性及附加力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度）等。合金化：加Cr（1213%）提高電極電位、鈍化能力，使耐蝕性。加足夠Ni或Cr，呈單相奧氏體或單相鐵素體狀態(tài)。加Ti、Nb等與碳形成穩(wěn)定晶內(nèi)碳化物，使晶間腐蝕?？杉覯n、N代Ni奧氏體不銹鋼。,熱處理：A不銹鋼：固溶處理(高溫快冷)；F不銹鋼：退火處理；M不銹鋼：淬火、回火。典型鋼種：A不銹鋼：1Cr18Ni9Ti；F不銹鋼：1Cr17；M不銹鋼：3Cr13，9Cr18。,表5-14上,表5-14下,耐熱鋼（heatresistantsteel）用途、性能：高溫下工作零件（如鍋爐管道）；高溫強(qiáng)度、抗氧化性等。合金化：低、中碳；Cr、Ni、Si、Mo等固溶強(qiáng)化；Cr、Si、Al等抗氧化；V、W、Mo形成穩(wěn)定碳化物彌散強(qiáng)化。熱處理（視用途而定）和典型鋼種。,表5-15,5.4鑄鐵（castiron）c2.11%，有共晶反應(yīng)。主要介紹石墨化鑄鐵。5.4.1鑄鐵的主要類(lèi)型及其特點(diǎn)碳的形態(tài)與鑄鐵類(lèi)型一定條件下：Fe3C（亞穩(wěn)態(tài)）3Fe+G（穩(wěn)定態(tài)）碳呈化合態(tài)的Fe3C和共晶萊氏體；極脆，稱(chēng)白口鑄鐵（斷口白殼），應(yīng)用很有限。碳呈游離態(tài)的石墨，（G）具有多種形態(tài)，鑄造性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛。,圖5-4,各類(lèi)鑄鐵的特點(diǎn)1)共性：成分：高碳、高硅（易形成G）及雜質(zhì)S、P較寬（成本低廉、易澆注）。組織：鋼基（F、F+P、P等）+G。性能：G的存在，具有多重性影響。分析基點(diǎn)：G作為空洞或裂紋看待。割裂基體，承載面積b，k。G本身應(yīng)力集中鑄鐵易脆斷。G是裂紋萌生及擴(kuò)展通道抗壓不抗拉，宜作承壓件。G存在加工性能好（鑄造、切削加工）；減震減摩；較小缺口敏感性。,2)各類(lèi)鑄鐵的特點(diǎn)灰鑄鐵:直接結(jié)晶獲得、成分亞共晶。特點(diǎn)：片G應(yīng)力集中、割裂基體嚴(yán)重；鑄造性能最好。應(yīng)用：承壓或受力不大的形狀復(fù)雜件或薄壁件（如箱體等）。典型牌號(hào)：HT200?？慑戣T鐵:鐵水白口鐵石墨化退火Fe3C分解為團(tuán)絮狀G。特點(diǎn)：性能優(yōu)于灰鑄鐵（但并不可鍛），工藝復(fù)雜。應(yīng)用：一定承載能力的結(jié)構(gòu)件。典型牌號(hào)：KTH35010。,圖5-5,圖5-6,圖5-7,圖5-8,表5-16,圖5-9,表5-17,球墨鑄鐵（球鐵）：直接結(jié)晶、球化處理（加稀土鎂球化劑）。特點(diǎn)：高碳高硅（接近共晶成分）、雜質(zhì)少；強(qiáng)度和塑性改善，基體作用加強(qiáng)，性能在鑄鐵中最好。應(yīng)用：沖擊負(fù)荷不大時(shí)可代鋼（如柴油機(jī)曲軸）。典型牌號(hào)：QT45010。蠕墨鑄鐵：直接結(jié)晶獲得（G形態(tài)介于片狀與球狀之間），力學(xué)性能明顯優(yōu)于灰鑄鐵、劣于球鐵，加工性能等優(yōu)于球鐵。RuT300等。,表5-18,5.4.2鑄鐵的熱處理石墨化退火：生產(chǎn)可鍛鑄鐵，消除鑄件薄壁處白口。去應(yīng)力退火：用于各種鑄件。正火、淬火回火：主要用于球鐵（提高基體強(qiáng)度）。,5.5有色金屬其合金（non-ferrousalloy）5.5.1鋁及鋁合金純鋁：導(dǎo)電導(dǎo)熱、抗大氣腐蝕；太軟。(1)鋁合金及其特點(diǎn)比強(qiáng)度高（高強(qiáng)鋼）?？捎糜谳p結(jié)構(gòu)件，尤其航空。突出理化性能。導(dǎo)電、抗大氣腐蝕。良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金鑄造性能好，宜作壓鑄件。,(2)鋁合金分類(lèi)變形鋁合金：不可時(shí)效強(qiáng)化的鋁合金：防銹鋁（F以左），單相固溶體，強(qiáng)度低、壓力加工性能好；用其優(yōu)良的耐蝕性能。牌號(hào)標(biāo)記LF?？蓵r(shí)效強(qiáng)化的變形鋁合金：硬鋁（LY）、超硬鋁（LC）和鍛鋁（LD）。固溶時(shí)效提高性能。,表5-19,圖5-10,鑄造鋁合金：具有共晶轉(zhuǎn)變的合金，鑄造性能良好。提高性能方法：變質(zhì)細(xì)化粗鑄態(tài)組織；時(shí)效硬化。牌號(hào)：ZAL或ZL(3)鋁合金的熱處理：退火：消除應(yīng)力退火（200300）；再結(jié)晶退火（350415）。固溶時(shí)效硬化：500水冷+人工時(shí)效（200）或自然時(shí)效（4天）。,表5-20,5.5.2銅及銅合金(1)銅和銅合金的特點(diǎn)較好的理化性能導(dǎo)電材料，導(dǎo)熱（純銅，汽車(chē)散熱器）；抗大氣、海水腐蝕（黃銅）。良好的加工性易冷成形，且鑄造銅合金，有良好鑄造性能。某些特有性能優(yōu)良減摩性和耐磨性（青銅和部分黃銅，滑動(dòng)軸承或蝸輪等），高的e和-1（鈹青銅，彈性元件）。色澤美觀(guān),(2)銅合金黃銅(Cu-Zn)、白銅(Cu-Ni)、青銅(其它,主要為Cu-Sn)。1)黃銅主要CuZn合金類(lèi)別：普通黃銅(CuZn)；特殊黃銅(加工黃銅、鑄造黃銅)，是在Cu-Zn基礎(chǔ)上再加Ni、Pb、Al等，較高強(qiáng)度和耐蝕性。典型牌號(hào)：H96(加工黃銅)，HPb601(特殊黃銅)，Z