金屬材料教材

1、金屬材料基礎(chǔ)知識金屬材料基礎(chǔ)知識 目錄 v金屬材料概述 v黑色金屬基本知識 v有色金屬基本知識 v金屬表面處理 一一.概述：概述： 金屬材料定義： 金屬：金屬： 具有特殊光澤、優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱性、正的電阻溫度系數(shù)和良好塑性的固體物質(zhì) 金屬材料：金屬材料： 是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括 純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。 注：金屬氧化物（如氧化鋁）不屬于金屬材料 合金：合金：由金屬與另一種(或幾種)金屬或非金屬所組成的具有金屬通性的物質(zhì)。 金屬的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu) 晶體：內(nèi)部原子（或分子）呈規(guī)則周期性重復(fù)排列的固體物質(zhì) 晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子（或分子）排

2、列的方式 金屬材料分類 金屬材料性能 v為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成 的零、構(gòu)件在正常工作情況下及其在冷熱加工過程中應(yīng)具備的性能； v材料的性能一般分為一般分為工藝性能和使用性能兩類 ： 1、 工藝性能：是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加 工條件下表現(xiàn)出來的性能。如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加 工性等 。 2、 使用性能：是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能 。它包 括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等 。 v1.1.工藝性能：工藝性能： 指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。 v鑄造性能：鑄造性能：指金屬或合金

3、是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性 能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力；偏析指化學(xué)成 分不均性。 v焊接性能：焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個 以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。 v冷彎性能：冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一 般用彎曲角度（外角）或彎心直徑d 對材料厚度a 的比值表示，a 愈大 或d/a 愈小，則材料的冷彎性愈好。 v沖壓性能：沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進(jìn)行沖 壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突試驗進(jìn)行檢驗。 v鍛造性能：鍛造性能：金屬材料鍛壓加工中能承受塑

4、性變形而不破裂的能力。 v2.2.機械性能（力學(xué)性能）機械性能（力學(xué)性能）: : v 機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。 v強度強度: :材料在外力(載荷)作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積 受載荷稱應(yīng)力。 v屈服點屈服點ss：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一 臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產(chǎn)生0.2%L。時的應(yīng)力值，單位 用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。 v抗拉強度抗拉強度bb：也叫強度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用牛 頓/毫米2（N/mm2）表示。 v延伸率延伸率：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標(biāo)距長度的百分比。 v斷面收縮率

5、（斷面收縮率（）：）：材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百 分比。 v硬度：硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度按其范圍測定 分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度(HKA、HKB、HRC） v沖擊韌性（沖擊韌性（AkAk）：）：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳/厘米2 （J/cm2）。 v3.3.物理性能物理性能: : v密度（比重）密度（比重）：=P/V單位克/立方厘米或噸/立方米，式中P為重量，V為 體積。 v熔點：熔點：金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)時的溫度，對金屬材料的熔煉、熱加工有直 接影響，并與材料的高溫性能有很大關(guān)系。 v熱膨脹性：熱膨脹性：隨著溫度變化，材料

6、的體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）的現(xiàn)象 稱為熱膨脹 。 v磁性：磁性：能吸引鐵磁性物體的性質(zhì)即為磁性，它反映在導(dǎo)磁率、磁滯損耗、 剩余磁感應(yīng)強度、矯頑磁力等參數(shù)上，從而可以把金屬材料分成順磁與逆磁、 軟磁與硬磁材料。 v電學(xué)性能：電學(xué)性能：主要考慮其電導(dǎo)率，在電磁無損檢測中對其電阻率和渦流損耗 等都有影響。 v4.4.化學(xué)性能：化學(xué)性能： 指金屬材料與周圍介質(zhì)掃觸時抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。 v耐腐蝕性：耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。 v抗氧化性：抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。 二、黑色金屬二、黑色金屬 v黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90%以上的工業(yè)純鐵

7、，含碳 2%4%的鑄鐵， 含碳小于 2%的碳鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金 、 精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。 1.1.鐵及其分類：鐵及其分類： 1.11.1生鐵：生鐵： v 生鐵是含碳量大于2（2.11%）的鐵碳合金，工業(yè)生鐵含碳量一般在 2.5%4.0%，并含Si、Mn、S、P 等元素，是用鐵礦石經(jīng)高爐冶煉的產(chǎn)品。生鐵生 鐵按含硅（Si）量劃分鐵號，按含錳（Mn）量分組，按含磷（P）量分級，按含 硫（S）量分類。 v 根據(jù)生鐵里碳存在形態(tài)的不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等 幾種。 1.2 鑄鐵鑄鐵: : v 鑄鐵是含碳大于2.11%的鐵碳合

8、金，它是將鑄造生鐵（部分煉鋼生鐵）在爐中 重新熔化，并加進(jìn)鐵合金、廢鋼、回爐鐵調(diào)整成分而得到。與生鐵區(qū)別是鑄鐵是二 次加工，大都加工成鑄鐵件。鑄鐵件具有優(yōu)良的鑄造性可制成復(fù)雜零件，一般有良 好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，價格低等特點。 v1 1）鑄鐵牌號的表示方法：）鑄鐵牌號的表示方法： v 各種鑄鐵代號，由表示該鑄鐵特征的漢語拼音字母的第一個大寫正體字母組成。 當(dāng)兩種鑄鐵名稱的代號字母相同時，可在該大寫正體字母后加小寫正體字母來區(qū)別。 同一名稱鑄鐵，需要細(xì)分時，取其細(xì)分特點的漢語拼音第一個大寫正體字母，排列 在后面。見下表1： v 牌號中代號后面的一組數(shù)字，表示抗拉強度值；有兩

9、組數(shù)字時，第一組表示抗拉 強度值，第二組表示延伸率值。兩組數(shù)字中間用“一”隔開。 v 合金元素用國際元素符號表示，含量大于或等于1%時，用整數(shù)表示：小于1 %時 一般不標(biāo)注。常規(guī)元素（C、Si、Mn、S、p）一般不標(biāo)注，有特殊作用時，才標(biāo)注其 元素符號及含量。 表一 2.鋼及其分類：鋼及其分類： v鋼是含碳量在0.04%2.3%之間的鐵碳合金。為了保證其韌性和塑性，含碳量一 般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。鋼的分類 方法多種多樣，其主要方法有如下七種： v2.1 2.1 按品質(zhì)分類：按品質(zhì)分類： 按照鋼中硫（S）和磷(P)的含量可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。

10、 (1)普通鋼（P0.045%，S0.055%） (2)優(yōu)質(zhì)鋼（P、S 均0.035%） (3)高級優(yōu)質(zhì)鋼（P0.035%，S0.030%） v2.2 2.2 按化學(xué)成份分類按化學(xué)成份分類 (1)碳素鋼： a.低碳鋼（C0.25%）； b.中碳鋼（C0.250.60%）； c.高碳鋼（C0.60%）。 (2)合金鋼： a.低合金鋼（合金元素總含量5%） b.中合金鋼（合金元素總含量510%） c.高合金鋼（合金元素總含量10%） v2.32.3按成形方法分類：按成形方法分類： (1)鍛鋼；(2)鑄鋼；(3)熱軋鋼；(4)冷拉鋼。 v2.42.4按用途分類按用途分類: : v 1)建筑及工程用鋼

11、： a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼；b.低合金結(jié)構(gòu)鋼；c.鋼筋鋼。 v 2)結(jié)構(gòu)鋼： a.機械制造用鋼;b.彈簧鋼;c.軸承鋼 v 3)工具鋼： a.碳素工具鋼；b.合金工具鋼；c.高速工具鋼。 v 4)特殊性能鋼： a.不銹耐酸鋼；b.耐熱鋼包括抗氧化鋼、熱強鋼、氣閥鋼；c.電熱合金 鋼；d.耐磨鋼；e.低溫用鋼；f.電工用鋼。 v 5)專業(yè)用鋼:如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農(nóng)機用 鋼等。 v2.5 2.5 按金相組織分類：按金相組織分類： 鐵素體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼、雙相鋼等 v2.6 2.6 綜合分類：綜合分類： (1)(1)普通鋼普通鋼 va.碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195；Q215(A

12、、B)；Q235(A、B、C)；Q255(A、B)；Q275。 vb.低合金結(jié)構(gòu) vc.特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼 (2)(2)優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級優(yōu)質(zhì)鋼） v a.結(jié)構(gòu)鋼：(a)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；(b)合金結(jié)構(gòu)鋼；(c)彈簧鋼； (d) 易切鋼；(e)軸承鋼；(f)特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。 v b.工具鋼：(a)碳素工具鋼；(b)合金工具鋼；(c)高速工具鋼。 c.特殊性能鋼：(a)不銹耐酸鋼；(b)耐熱鋼；(c)電熱合金鋼；(d)電工用鋼； (e)高錳耐磨鋼。 v2.72.7按脫氧程度和澆注制度分：按脫氧程度和澆注制度分： va.沸騰鋼；b.半鎮(zhèn)靜鋼；c.鎮(zhèn)靜鋼；d.特殊鎮(zhèn)靜鋼。 2.72.7鋼號表

13、示方法概述鋼號表示方法概述: : 鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱，是人們了 解鋼的一種共同語言。中國的鋼號表示方法，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵產(chǎn)品 牌號表示方法（GB221-79）中規(guī)定，采用漢語拼音字母、化學(xué)元素 符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示。即： 鋼號中化學(xué)元素采用國際化學(xué)符號表示，例如Si、Mn、Cr等?；旌舷⊥猎赜谩癛E” （或“Xt”）表示。 產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語拼音的縮寫字母表示，如：平爐鋼： P、沸騰鋼：F、鎮(zhèn)靜鋼：B、甲類鋼：A、T8：特8 鋼中主要化學(xué)元素含量（%）采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。 備注：根據(jù)鋼的不同類別鋼號的表示方式存在一定的差異

14、！ 不銹鋼鋼號的表示方式：不銹鋼鋼號的表示方式： 鋼號中碳含量以千分之幾表示。例如“2Cr13”鋼的平均碳含量為0.2%；若鋼中含碳量 0.03%或0.08%者，鋼號前分別冠以“00”及“0”表示之，例如00Cr17Ni14Mo2、 0Cr18Ni9 等。 對鋼中主要合金元素以百分之幾表示，而鈦、鈮、鋯、氮 等則按上述合金結(jié)構(gòu)鋼對微 合金元素的表示方法標(biāo)出。 國際不銹鋼鋼號表示方式：國際不銹鋼鋼號表示方式： 用國際化學(xué)元素符號和本國的符號來表示化學(xué)成份，用阿拉伯字母來表示成份含量：如： 中國、俄國12CrNi3A 用固定位數(shù)數(shù)字來表示鋼類系列或數(shù)字；如：美國、日本、300系、400系、200系

15、； 如：200系列鉻-鎳-錳奧氏體不銹鋼 300系列鉻-鎳奧氏體不銹鋼 鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數(shù)字表示。 例：某些較普通的奧氏體不銹鋼是以201、304、316以及310為標(biāo)記， 用拉丁字母和順序組成序號，只表示用途。 中外常用不銹鋼鋼號對照表： 201(1Cr17Mn6Ni5N），202(1Cr18Mn8Ni5N)，301(1Cr17Ni7)，304(0Cr18Ni9)， 304L(00Cr19Ni10)，321(1Cr18Ni9Ti)，316(0Cr17Ni12Mo2)，316L(00Cr17Ni14Mo2) 不銹鋼不銹鋼 v 所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表面形成氧化

16、膜。普通碳鋼上形成的氧化 鐵會繼續(xù)進(jìn)行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞，侵蝕到內(nèi)部。而不銹鋼的不銹性和 耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。 v 不銹鋼就是不容易生銹的鋼，實際上一部分不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕 性）。 v 試驗表明，鋼在大氣、水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中鉻含量 的增加而提高，當(dāng)鉻含量達(dá)到一定的百分比時，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即從易生銹到不易 生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。 v根據(jù)GB/T20878-2007定義，以不銹、耐蝕性為主要特性，且含鉻量至少為10.5%，碳含量 最大不超過1.2%的鋼，叫不銹鋼。 v不銹

17、鋼 - 分類方法 v不銹鋼鋼種很多，性能又各異，常見的分類方法有： 按鋼的組織結(jié)構(gòu)分類，如馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼 等。 按鋼中的主要化學(xué)成分或鋼中一些特征元素來分類，如鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻鎳 鉬不銹鋼以及超低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等。 按鋼的性能特點和用途來分類，如耐硝酸（硝酸級）不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點蝕 不銹鋼、耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼、高強度不銹鋼等。 按鋼的功能特點分類，如低溫不銹鋼，無磁不銹鋼，易切削不銹鋼，超塑性不銹鋼等。 奧氏體系不銹鋼：奧氏體系不銹鋼： 在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。為面心立方結(jié)構(gòu)，代表鋼種是304、321、 316。主要

18、特點是： 1、 在正常熱處理條件下，鋼的基體組織為奧氏體，在不恰當(dāng)熱處理或不同受熱狀 態(tài)下，在奧氏體基體中有可能存在少量的碳化物及鐵素體組織。 2、奧氏體不銹鋼不能通過熱處理方法改變它的力學(xué)性能，只能采用冷變形的方式 進(jìn)行強化。 3、可以通過加入鉬、銅、硅等合金化元素的方法得到適用于各種使用條件的不同 鋼種，如316L、304Cu等。 4、無磁性、良好的低溫性能、易成型性和可焊性是這類鋼種的重要特性。 馬氏體不銹鋼：馬氏體不銹鋼： 常溫下具有馬氏體組織的不銹鋼，代表鋼種有410、420。主要特點是： 1、通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型 牌號為Cr13型，如2

19、Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度較高，不同回火溫度具有 不同強韌性組合，主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術(shù)器械。 2、馬氏體系不銹鋼常溫下具有強磁性，一般來講其耐蝕性不突出，但強度高， 使用于高強度結(jié)構(gòu)用鋼。 3、高溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織，空冷或油冷下轉(zhuǎn)變成馬氏體相，常溫下具有 完全的馬氏體組織。 鐵素體系不銹鋼鐵素體系不銹鋼 在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼，為體心立方結(jié)構(gòu)，代表鋼種是409、430，其 耐蝕性不如奧氏體不銹鋼。主要特點是： 1、抵抗應(yīng)力腐蝕開裂能力優(yōu)越于奧氏體系不銹鋼； 2、常溫下帶強磁性； 3、熱處理不能硬化，具有優(yōu)秀的冷加工性。 雙相不銹鋼雙相不銹

20、鋼 成分中高Cr高N，常溫下具有奧氏體和鐵素體混合相，代表鋼種是2304、2205、2507。 主要特點是： 1、 在高溫下基本為鐵素體組織，在冷卻至室溫時具有30-50%鐵素體+奧氏體雙相組織。 2、屈服強度高、超強的耐點蝕、耐應(yīng)力腐蝕能力，易于成型和焊接。 沉淀硬化系不銹鋼沉淀硬化系不銹鋼 沉淀硬化不銹鋼按其組織可分成馬氏體沉淀硬化不銹鋼（以0Crl7Ni4Cu4Nb為代表）， 半奧氏體沉淀硬化不銹鋼（以0Crl7Ni7Al 和0Crl5Ni25Ti2MoVB為代表）和奧氏體加鐵素 體沉淀硬化不銹鋼（以PH55A、B、C為代表）。這類材料是利用熱處理后時效析出Cu、Al、 Ti、Nb等的金

21、屬化合物來提高材料的強度。主要特點是： 1、這種類型的不銹鋼可借助于熱處理工藝調(diào)整其性能，使其在鋼的成型、設(shè)備制造過程 中處于易加工和易成型的組織狀態(tài)。半奧氏體沉淀硬化不銹鋼通過馬氏體相變和沉淀硬化， 奧氏體、馬氏體沉淀硬化不銹鋼通過沉淀硬化處理使其具有高的強度和良好的韌性。 2、鉻含量在17%左右，加之含有鎳、鉬等元素，因此，除具有足夠的不銹性外，其耐蝕性 接近于18-8型奧氏體不銹鋼。 模具鋼模具鋼 v 模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具是機械 制造、無線電儀表、電機、電器等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具的 質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)

22、成本、而模具的質(zhì) 量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的 影響。 v 模具鋼大致可分為（冷作模具鋼冷作模具鋼）、（熱作模具鋼熱作模具鋼）和（塑料模具鋼塑料模具鋼） 3類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜， 因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強度、耐磨性， 足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工 作條件復(fù)雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。 v冷作模具冷作模具 包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模 和冷擠壓模等。冷作模具用鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有

23、高的硬度、 強度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用 于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上， 鉻是這類鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。 v冷作模具鋼的選用 冷作模具鋼的主系列是高硬冷作類，主要用于要求高抗壓和耐磨為主 的模具，硬度高于HRC60-62。對于要求耐沖擊、韌性高的模具，硬度低于 HRC60- 62，主要用S類和部份A類和最普通的調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、熱作模具或基 體鋼。對于大型沖壓模，如汽車外型沖壓件，主要用鑄鐵類。簡易或壽命數(shù) 量少的用鋅基合金或高分子復(fù)合材料。 高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應(yīng)用迅速增長。主要是有

24、高的抗壓 強度/硬度 比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。 粉末模具鋼有優(yōu)良的耐磨壽命，硬度不大高HRC60-62，應(yīng)用相當(dāng)多。 碳素工具鋼在壽命10萬件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應(yīng)用范圍。 v熱作模具熱作模具 分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機鍛 模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的 機械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。 熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還 應(yīng)具有良好的高溫強度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較 高的淬透性，以保證整個截面具有一致的力學(xué)性能。這類

25、鋼一般屬于中碳合金 鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30%0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的 合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。 v按熱強性排列的主系列進(jìn)行選材: v低合金調(diào)質(zhì)模具鋼（6G，6F2，6F3）中鉻熱作模具鋼（H11、H12、H13） 鎢熱作模具鋼（H21，H22）。 v非標(biāo)準(zhǔn)的熱作模具鋼：例如熱鐓鍛模具用時效硬化型的6H4。使用H11、H12、 H13出現(xiàn)了不能滿足熱耐磨性時，可以選擇6H1，6H2。 v當(dāng)要求模具以熱作耐磨性為主時，可以選擇D2，D4M2，M4粉末鋼。鋼 結(jié)硬質(zhì)合金、鈷基硬質(zhì)合金的高溫耐磨性是很高的，但其熱疲勞性（即冷熱抗 疲勞裂紋）很差，不

26、能在急 v冷急熱狀態(tài)下使用。 v塑料模具塑料模具 包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強度、 硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理 變形小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性 好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模 具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強度的模具可選用冷作模具鋼。 v塑料模具常用鋼種塑料模具常用鋼種 v 滲碳型塑料模具鋼：P1，P2，P3，P4，P5，P6。這類鋼含碳量很低，主要是美國 早期及用擠壓成型制模法，要求冷塑性好，有高的擠壓性能，成型后

27、表面滲碳淬火提高 表面硬度，使用壽命長。芯部超低碳可使淬火時變形量最小。 v 調(diào)制型塑料模具鋼：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成為主體，大 多數(shù)在預(yù)硬狀態(tài)時使用。 v 中碳合金工具鋼：用于熱固性塑料模。鋼號有H13，而L2和S7，O1和A2也有應(yīng)用。 這一類的特點是： v（1）基本屬二次硬化鋼，500-600oC時的熱強性好。 v（2）含鉻較高，大氣腐蝕性好。 v（3）淬透性極好，適用于大模塊。 v 用于耐蝕性要求高的塑料模，主要鋼號有420，414L，440，416。 v時效鋼是經(jīng)過時效處理而獲得高的使用性能。有兩種，一種是P21低碳Ni-A1時效鋼； 另一類是18Ni馬

28、氏體時效鋼。后者是用于宇航工業(yè)的無碳高純度、高強度、高韌性的材 料。用于力學(xué)性能、尺寸精度、光潔度和耐蝕性都要求高的塑料模具中。 v塑料模具鋼的選用塑料模具鋼的選用 薄壁的塑料箱體，生產(chǎn)批量在小于10萬件時，用P20，P21預(yù)硬態(tài)（HB250 300），腐蝕性較強時用414L。 高壽命的普通塑料模，用P6或P20，經(jīng)滲碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料 件不太大時，可用O1，S7。腐蝕性較強時用420。 非高溫的熱固性模用P6，P20經(jīng)滲碳淬火后使用。腐蝕性強用420。 高溫?zé)峁绦运芰夏Ｓ肏13和S7或滲碳鋼P4。這些含鉻較高有好的抗回火性和 抗高溫氧化性。 v目前本公司常用模具鋼牌號有P

29、20、H13、420這三大類 合金元素對鋼性能的影響（作用） Mn ： 1、在低含量范圍內(nèi)，對鋼具有很大的強化作用，提高強度、硬度和耐磨性 2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性 3、稍稍改善鋼的低溫韌性 4、在高含量范圍內(nèi)，作為主要的奧氏體化元素； Si 1、強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度 2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性 3、提高鋼的氧化性腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性，提高鋼的耐熱性 4、磁鋼中的主要合金元素（含量在0.40%范圍內(nèi)時，改善熱裂傾向，含量高時，易形 成柱狀晶，增加熱裂傾向。） Cr 1、在低合金范圍內(nèi)，對鋼具有很大的強化作用，提高強度、硬度和耐磨性 2、降低鋼的臨界冷卻速度

30、，提高鋼的淬透性 3、提高鋼的耐熱性 4、在高合金范圍內(nèi)，使鋼具有對強氧化性酸類等腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕能力 Mo 1、 強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度 2、 降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性 3、 提高鋼的耐熱性和高溫強度 Ni 1、 提高鋼的強度，而不降低其塑性，改善鋼的低溫韌性 2、 降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性 3、 擴大奧氏體區(qū)，是奧氏體化的有效元素 4、 本身具有一定耐蝕性，對一些還原性酸類有良好的耐蝕能力 合金元素對鋼性能的影響（作用） Al ：1、 煉鋼中起良好的脫氧作用 2、 細(xì)化鋼的晶粒，提高鋼的強度 3、提高鋼的抗氧化性能，提高不銹鋼對強氧化性酸類的耐蝕能力 RE

31、1、煉鋼中起脫硫、去氣、凈化鋼液作用 2、細(xì)化鋼的晶粒，改善鑄態(tài)組織 S: 1、 硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在于鋼的晶粒周界，降低鋼的力學(xué)性能，優(yōu)制鋼含硫量 一般應(yīng)限制在0.04%以下。 2、 在機械制造中，有時為了改善某些鋼的切削加工性能，人為將含硫量提高，以形成硫 化物，起中斷基體連續(xù)性的作用。 3、 硫含量的提高，增加鑄件熱裂傾向。 H: 煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氫，鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而提高，在緩慢凝固條件 下，氫以針孔形態(tài)析出?？焖倌虝r，析出氫在鐵的晶格內(nèi)造成高應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致脆性。 N: 1、 鋼液中溶解的氮在凝固過程中因溶解度降低而析出，并與鋼中的Si、Al、Zr等元

32、素化 合，生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能細(xì)化鋼的晶粒。氮休物多時，會使鋼的 塑性和韌性降低。 2、 氮屬于擴大奧氏體區(qū)元素，在鋼中可部分代替鎳的作用，是鉻錳氮不銹鋼中的合金元 素，在超低碳不銹鋼中，可代替碳的作用，提高鋼的強度。 O: 1、 鋼液中溶解的FeO 在凝固前溫度降低過程中與鋼液中的碳起反應(yīng)，生成一氧化碳?xì)馀荩?在鑄件中造成氣孔。 v 2、 鋼液凝固過程中，F(xiàn)eO因溶解度下降而析出在鋼的晶粒周界處，降低鋼的性能。 v補充資料： v冷板是冷軋鋼板的簡稱。冷軋板的基料是熱軋鋼板，一般比較薄，后度在 0.2-5mm。表面光亮平整。有點像不銹鋼。 v按材質(zhì)和用途分為： v

33、 1、SPCC表示一般用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相?dāng)于中國Q195-215A牌 號。其中第三個字母C為冷Cold的縮寫。需保證抗拉試驗時，在牌號末尾加T 為SPCCT。同材質(zhì)的還有DC01、ST12、 v 2、SPCD表示沖壓用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸В喈?dāng)于中國08AL（13237） 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。同材質(zhì)的有：DC03、ST13、170P1。 v 3、SPCE表示深沖用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相?dāng)于中國08AL（5213） 深沖鋼。需保證非時效性時，在牌號末尾加N為SPCEN。同材質(zhì)有DC04、 ST14、08AL、 v 4、ST15、DC05、ST16、DC06、ST17等更好的材材，主要用于拉

34、伸、深 沖等加工。但價格比較高。 三、有色金屬三、有色金屬 v（1）有色純金屬： 分為重金屬、輕金屬、貴金屬、半金屬和稀有金屬五類。 v（2）有色合金： 按合金系統(tǒng)分：重有色金屬合金、輕有色金屬合金、貴金屬合金、稀有金 屬合金等； 按合金用途則可分：變形（壓力加工用合金）、鑄造合金、軸承合金、 印刷合金、硬質(zhì)合金、焊料、中間合金、金屬粉未等。 v（3）有色材料 按化學(xué)成份分類：銅和銅合金材、鋁和鋁合金材、鉛和鉛合金材、鎳和鎳 合金材、鈦和鈦合金材。按形狀分類時，可分為：板、條、帶、箔、管、棒、 線、型等品種。 v3.2 3.2 有色金屬產(chǎn)品牌號表示方法：有色金屬產(chǎn)品牌號表示方法： v 有色金屬

35、及合金產(chǎn)品牌號的命名，規(guī)定以漢語拼音字母或國際元素符號作 為主題詞代號，表示其所屬大類，如用L 或AL 表示鋁，T 或Cu 表示銅。主題詞 以后，用成份數(shù)字順序結(jié)合產(chǎn)品類別來表示。即主題詞之后的代號可以表示產(chǎn)品 的狀態(tài)、特征或主要成份。 如： LF 為防（F）銹的鋁（L）合金； LD 為鍛（D）造用的鋁（L）合金； LY 為硬（Y）的鋁（L）合金，這三種合金的主題詞是鋁合金（L）。 又如： QSn 為青（Q）銅中主要的添加元素為錫（Sn）的一類； QAL9-4 為青（Q）銅中含有鋁（AL），成分中添加元素鋁為9%，其他添加元素 為4%，這兩種合金的主題詞是青銅（Q）。 v（2）牌號表示方法舉例

36、有色金屬和合金產(chǎn)品的牌號表示方法舉例 1. 1. 銅及其合金：銅及其合金： 銅及其合金具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性，并且在許多介質(zhì)中具有 高的耐蝕性能。 1.11.1純銅純銅 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(dāng)穩(wěn)定，若溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更 加嚴(yán)重。銅不耐硫化物（如H2S）腐蝕。銅具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)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(jié)構(gòu)材料。 1.2 1.2 銅合金（銅合金（常用的銅合金有黃銅和青銅） 1 1）黃銅）黃銅

37、 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。 特點：機械性能與含鋅量有著極為密切的關(guān)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(yīng)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。 v2 2）青銅）青銅 v凡是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。 v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

38、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。 v2. 2. 鋁及其合金：鋁及其合金： v2.1 2.1 鋁鋁 特點：鋁的密度小，比重為2.7，約為銅的1/3；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑 性、冷韌性都好，但強度低，經(jīng)冷變形后強度可提高；能承受各種壓力 加工。鋁是電極電位很負(fù)的元素，鋁在強氧化性介質(zhì)以及在氧化性酸 （如硝酸）中也是穩(wěn)定的。鹵素離子對鋁的氧化膜有破壞作用，所以鋁 在氫氟酸、鹽酸、海水和其它含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的。 應(yīng)用：廣泛

39、用于制造反應(yīng)器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車、管 件等。 v2.2 2.2 鋁合金鋁合金 鋁合金以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元 素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑 性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用， 使用量僅次于鋼。 鋁合金分兩大類：鑄造鋁合金，在鑄態(tài)下使用；變形鋁合金，能承受壓力加工， 力學(xué)性能高于鑄態(tài)?？杉庸こ筛鞣N形態(tài)、規(guī)格的鋁合金材。主要用于制造航空器材、 日常生活用品、建筑用門窗等。 目前常用的ADC12為日本的鋁合金牌號，又稱12號鋁料，Al-Si-Cu系合金，是一種

40、壓鑄鋁合金，適合蓋子、缸體類等 ，相當(dāng)于中國國產(chǎn)的合金代號YL113 ，合金牌號是 YZAlSi11Cu3 ， 美國合金牌號是383，基本上是用廢舊鋁再生的 ，當(dāng)前國內(nèi)廣泛應(yīng)用 壓鑄合金Y112，依據(jù)機械工業(yè)部的壓鑄合金標(biāo)準(zhǔn)，比較適宜于用廢鋁來熔煉。 一般的變形鋁合金都可以電鍍，壓鑄鋁電鍍時相對要困難些，內(nèi)部沙孔也多，特別 是加工過的壓鑄鋁，表層致密層被加工去除后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，電鍍?nèi)菀壮霈F(xiàn)嚴(yán)重針 孔。 v3. 3. 鈦及其合金鈦及其合金 v3.1 3.1 純鈦純鈦 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

41、學(xué)活性很高，能與鹵 素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反應(yīng)。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(yīng)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。 v3.2 3.2 鈦合金鈦合金 特點：鈦合金的機械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業(yè)上使用的都是鈦合 金。鈦合金的主要腐蝕形態(tài)是氫脆和應(yīng)力腐蝕破裂。 v4. 4. 鎳及其合金鎳及其合金 v4.1 4.1 鎳鎳 特點：在各種溫度、任何濃度的堿溶液和各種熔堿中，鎳具有特別高的耐蝕性。 但鎳在含硫氣體、濃氨水和強烈充氣氨溶液、含氧酸和鹽酸等介質(zhì)中，耐蝕性很差。 鎳具有高強度、高塑性和冷韌的特性，能壓延成很薄的板和拉成細(xì)絲。鎳很稀貴，在 水處理工程和化工上主要用于制造堿性介質(zhì)設(shè)備，以及鐵離子在反應(yīng)過程中會發(fā)生催 化影響而不能采用不銹鋼的那些過程設(shè)備。 v4.2 4.2 鎳合金鎳合金 v Ni-Cu 合金中的蒙乃爾合金具有很好的力學(xué)性能和機械性能，易于壓力加工和切 削加工，耐蝕性好。主要用于在高溫荷載下工作的耐蝕零件和設(shè)備。Ni-Mo 合金中的 哈氏合金（0Cr16Ni57Mo16Fe6W4）能耐室溫下所有濃度的鹽酸和氫氟酸。Ni-Cr 合金 中的因考爾合金（0Cr15Ni57Fe）