第四章 常用金屬材料

1、工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 3. 3. 鑄鐵鑄鐵 2. 2. 合金鋼合金鋼 1. 1. 碳素鋼碳素鋼 4. 4. 非鐵金屬非鐵金屬 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，了解碳鋼、鑄鐵中的了解碳鋼、鑄鐵中的元素及其作用，掌握元素及其作用，掌握常用材料的牌號(hào)、性常用材料的牌號(hào)、性能、用途。能、用途。常用材料常用材料的的牌號(hào)、性能、用途牌號(hào)、性能、用途。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料1碳素鋼的分類碳素鋼的分類

2、（1）按鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分按鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分 低碳鋼低碳鋼wC 0.25%中碳鋼中碳鋼0.25wC 0.6%第一節(jié)第一節(jié) 碳素鋼碳素鋼 工業(yè)上將金屬材料分為兩大類工業(yè)上將金屬材料分為兩大類(有色金屬、黑色金屬有色金屬、黑色金屬)： 鐵合金鐵合金鐵和鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）；鐵和鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）； 非鐵合金非鐵合金除鐵合金以外的所有金屬及合金。除鐵合金以外的所有金屬及合金。 金屬材料中金屬材料中 95為鋼鐵，鋼鐵的工程性能比較優(yōu)越，價(jià)格為鋼鐵，鋼鐵的工程性能比較優(yōu)越，價(jià)格 便宜，是應(yīng)用最多的工程材料。便宜，是應(yīng)用最多的工程材料。一、一、碳素鋼的分類碳素鋼的分類及及常存雜質(zhì)元

3、素的影響常存雜質(zhì)元素的影響 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（2）按鋼的質(zhì)量分按鋼的質(zhì)量分 普通碳素鋼普通碳素鋼 ws0.050%、wP0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 ws0.035%、wP 0.035% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（標(biāo)（標(biāo)A） ws0.020%、wP 0.030%特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（標(biāo)（標(biāo)E） ws0.015%、wp0.025%（3）按鋼的用途分按鋼的用途分 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 、優(yōu)質(zhì)、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼（工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件用鋼）（工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件用鋼）碳素工具鋼碳素工具鋼 （刃具、量具和模具用鋼）（刃具、量具和模具用鋼）鑄鋼鑄鋼

4、 （4）按鋼脫氧程度分：按鋼脫氧程度分：沸騰鋼（沸騰鋼（F）、鎮(zhèn)靜鋼（）、鎮(zhèn)靜鋼（Z，可省略），可省略） 半鎮(zhèn)靜鋼（半鎮(zhèn)靜鋼（b）、）、 特殊鎮(zhèn)靜鋼（特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ可省略）可省略）工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料2常存雜質(zhì)元素的影響常存雜質(zhì)元素的影響 （1）Si、Mn的影響的影響 Si可改善鋼質(zhì)，可改善鋼質(zhì)，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但含量較高時(shí)，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但含量較高時(shí)，會(huì)使鋼的塑性和韌性下降，惡化鋼的熱加工工藝性能會(huì)使鋼的塑性和韌性下降，惡化鋼的熱加工工藝性能。Mn可防止形成可防止形成FeO，還能與硫（，還能與硫（S）化合成）化合成MnS，減輕，減

5、輕S的的有害作用，有害作用，防止防止S在鋼中產(chǎn)生在鋼中產(chǎn)生熱脆性熱脆性；Mn還可以還可以強(qiáng)化鐵素體，強(qiáng)化鐵素體，增加珠光體相對(duì)量，細(xì)化組織，提高強(qiáng)度。增加珠光體相對(duì)量，細(xì)化組織，提高強(qiáng)度。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 S在固態(tài)下，主要以在固態(tài)下，主要以FeS的形態(tài)存在，會(huì)產(chǎn)生的形態(tài)存在，會(huì)產(chǎn)生熱脆熱脆；S的含的含量高還會(huì)使材料的量高還會(huì)使材料的斷裂韌性降低斷裂韌性降低。 P在固態(tài)下可溶入鐵素體中，使鋼的在固態(tài)下可溶入鐵素體中，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高強(qiáng)度、硬度提高，并，并改改善善鐵液的鐵液的流動(dòng)性流動(dòng)性，但會(huì)使鋼的塑性、韌性顯著下降，但會(huì)使鋼的塑性、韌性顯

6、著下降冷脆冷脆，P的存在也使的存在也使焊接性能變壞焊接性能變壞。 （2）S、P的影響的影響 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼1.牌號(hào)表示方法牌號(hào)表示方法Q235-AF A、B、C、D F、b、Z、TZ Q235-AF，表示碳素結(jié)構(gòu)鋼中屈服點(diǎn)，表示碳素結(jié)構(gòu)鋼中屈服點(diǎn)235MPa，質(zhì)量等，質(zhì)量等級(jí)為級(jí)為A級(jí)的沸騰鋼。級(jí)的沸騰鋼。 2.性能及用途性能及用途 性能：性能：強(qiáng)度較低，但冶煉容易，工藝性好，價(jià)廉，且具強(qiáng)度較低，但冶煉容易，工藝性好，價(jià)廉，且具 有優(yōu)良的鍛造性、焊接性和切削加工性能有優(yōu)良的鍛造性、焊接性和切削加工性能 。用途：用途

7、：Q195、 Q215、 Q235塑性好，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等；塑性好，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等； Q255、 Q275可軋制成型鋼、鋼板等?？绍堉瞥尚弯?、鋼板等。加工成形后一般不進(jìn)行熱處理，大都在熱軋狀態(tài)下直接使用。加工成形后一般不進(jìn)行熱處理，大都在熱軋狀態(tài)下直接使用。二、二、碳素結(jié)構(gòu)鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)用平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)的數(shù)字表示鋼號(hào)用平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)的數(shù)字表示 。如：如：08F ，30A，45，（F表沸騰鋼）表沸騰鋼） （“A”表高級(jí)優(yōu)

8、質(zhì)鋼）表高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼） 性能：性能：塑性及韌性較高，一般都要經(jīng)過(guò)熱處理以提高力學(xué)性能。塑性及韌性較高，一般都要經(jīng)過(guò)熱處理以提高力學(xué)性能。 2.性能及用途性能及用途 1.牌號(hào)表示方法牌號(hào)表示方法 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 低碳鋼低碳鋼常用于制作冷沖壓件、滲碳件等；常用于制作冷沖壓件、滲碳件等； 中碳鋼中碳鋼常用于制作軸類零件；常用于制作軸類零件； 高碳鋼高碳鋼常用于制作負(fù)荷不大、尺寸較小的彈簧等。常用于制作負(fù)荷不大、尺寸較小的彈簧等。08F 塑性好，軋成薄板和鋼帶做冷沖壓件塑性好，軋成薄板和鋼帶做冷沖壓件10，20 冷沖壓件，焊接件，滲碳處理。冷沖壓件

9、，焊接件，滲碳處理。 35，45，40，50 齒輪、軸類、連桿齒輪、軸類、連桿、銷類件。銷類件。 60，65 小尺寸彈簧元件。小尺寸彈簧元件。用用 途途工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 以碳的平均質(zhì)量千分?jǐn)?shù)表示，并在前面以碳的平均質(zhì)量千分?jǐn)?shù)表示，并在前面+T。1.牌號(hào)表示方法牌號(hào)表示方法 2.性能及用途性能及用途 生產(chǎn)成本較低；易于冷、熱加工，熱處理后有相當(dāng)高的生產(chǎn)成本較低；易于冷、熱加工，熱處理后有相當(dāng)高的硬度；在受熱不大的情況下工作時(shí)有較好的耐磨性，硬度；在受熱不大的情況下工作時(shí)有較好的耐磨性，主要用主要用于制造各種低速或手動(dòng)刃具、量具、模具等于制造各

10、種低速或手動(dòng)刃具、量具、模具等如：如：T10A, T9 , T12(A表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼）表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼） 三、碳素工具鋼三、碳素工具鋼 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料T7，T8：強(qiáng)度，韌性較高，可制作沖頭、鑿子、榔頭強(qiáng)度，韌性較高，可制作沖頭、鑿子、榔頭T9T9，T10T10，T11T11，T10AT10A ：強(qiáng)度，韌性適中，可制作鉆頭、：強(qiáng)度，韌性適中，可制作鉆頭、 刨刀、絲錐、手鋸及冷作模具。刨刀、絲錐、手鋸及冷作模具。 T12，T13： 硬度很高，韌性低，可制作銼刀、刮刀、量規(guī)。硬度很高，韌性低，可制作銼刀、刮刀、量規(guī)。工程材料及熱加工工程材料及熱加

11、工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性主要用于制造形狀復(fù)雜并需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。的零件，如齒輪、聯(lián)軸器等。鍛造不了的復(fù)雜零件，鑄鐵達(dá)不到性能的零件鍛造不了的復(fù)雜零件，鑄鐵達(dá)不到性能的零件 2.性能及用途性能及用途 四、鑄造碳鋼四、鑄造碳鋼以強(qiáng)度表示的鑄鋼牌號(hào)以強(qiáng)度表示的鑄鋼牌號(hào)如如ZG200-400表示表示S（或（或不小于不小于400MPa的鑄造碳鋼；的鑄造碳鋼； 2 . 0b）不小于不小于200MPa， 1.牌號(hào)表示方法牌號(hào)表示方法 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料第二節(jié)第二

12、節(jié) 低合金鋼與合金鋼低合金鋼與合金鋼一、低合金與合金鋼的分類、編號(hào)一、低合金與合金鋼的分類、編號(hào)1.分類分類低合金鋼：低合金鋼：1）普通質(zhì)量低合金鋼）普通質(zhì)量低合金鋼2）優(yōu)質(zhì)低合金鋼）優(yōu)質(zhì)低合金鋼3）特殊質(zhì)量低合金鋼）特殊質(zhì)量低合金鋼工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 2合金鋼的編號(hào)合金鋼的編號(hào) 編號(hào)方法原則采用編號(hào)方法原則采用“數(shù)字?jǐn)?shù)字+化學(xué)元素符號(hào)化學(xué)元素符號(hào)+數(shù)字?jǐn)?shù)字”的方法。的方法。 （1）合金結(jié)構(gòu)鋼）合金結(jié)構(gòu)鋼 2位數(shù)字位數(shù)字+元素符號(hào)元素符號(hào)+數(shù)字?jǐn)?shù)字 如如0.370.45C,0.801.10Cr的鉻鋼，以的鉻鋼，以40Cr表示表示 含含0.57

13、0.65C,1.52.0Si、0.801.10Mn的硅錳鋼的硅錳鋼,以以60Si2Mn表示；表示； 如含如含S、P量較低的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)的末尾加以符號(hào)量較低的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)的末尾加以符號(hào)“A”或或“高高”字，如字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20、Cr=2.0、Ni=4.0的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼；的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼； 又如又如12Mn2A，表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12、Mn=2.0的高級(jí)優(yōu)質(zhì)的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼。合金鋼。 合金元素的平均含量合金元素的平均含量1.5、2.5，則相應(yīng)以，則相應(yīng)以2，3，4表示。表示。 工程材料及熱加工工

14、程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 （2）滾動(dòng)軸承鋼）滾動(dòng)軸承鋼 由由“G+平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)”，平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。，平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。如如GCr15（滾鉻（滾鉻15）表示平均含鉻量為表示平均含鉻量為1.5的滾動(dòng)軸承鋼；又如的滾動(dòng)軸承鋼；又如GCr9（滾鉻（滾鉻9）表示含鉻量為）表示含鉻量為0.9的滾動(dòng)軸承鋼。的滾動(dòng)軸承鋼。 （3）合金工具鋼）合金工具鋼 合金工具鋼的編號(hào)方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，合金工具鋼的編號(hào)方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別的是平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)區(qū)別的是平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0時(shí)不標(biāo)出，時(shí)不標(biāo)出，1.0時(shí)以千分?jǐn)?shù)表示。時(shí)以千分?jǐn)?shù)表示。如如9

15、SiCr表示平均碳質(zhì)量數(shù)為表示平均碳質(zhì)量數(shù)為0.9，Si、Cr的平均含量的平均含量1.5；對(duì)于對(duì)于高速鋼不論碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少，均不標(biāo)出。如高速鋼不論碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少，均不標(biāo)出。如W18Cr4V表示平均表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.70.8、平均含鎢量為、平均含鎢量為18、平均含鉻量為、平均含鉻量為4、平均含釩量、平均含釩量1.5。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 （4）特殊性能鋼）特殊性能鋼 特殊性能鋼的編號(hào)方法也與合金工具鋼基本相似，特殊性能鋼的編號(hào)方法也與合金工具鋼基本相似，牌號(hào)牌號(hào)前面的數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。前面的數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

16、的千分?jǐn)?shù)。 如如9Cr18表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9，平均含鉻量為，平均含鉻量為18。 當(dāng)平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)當(dāng)平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.03及及0.08時(shí)，在鋼號(hào)前分別標(biāo)時(shí)，在鋼號(hào)前分別標(biāo)以以“00”及及“0”。如。如00Cr18Ni10表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.03、含鉻量為、含鉻量為18、含鎳量為、含鎳量為10量為量為9。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料3 3合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用 合金鋼中常用的合金元素有合金鋼中常用的合金元素有Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti(鈦鈦)、Nb、Zr(鋯 漢語(yǔ)讀音:go )、N

17、i等。等。（1）合金元素對(duì)鋼的基本相的影響）合金元素對(duì)鋼的基本相的影響 碳鋼中的基本相為碳鋼中的基本相為F、Fe3C、A（高溫）。鋼中加入合金元（高溫）。鋼中加入合金元素后，合金元素與基本相作用生成合金相，主要有合金鐵素體、合素后，合金元素與基本相作用生成合金相，主要有合金鐵素體、合金滲碳體、合金奧氏體。金滲碳體、合金奧氏體。1）對(duì)鐵基固溶體的影響）對(duì)鐵基固溶體的影響2）對(duì)碳化物的影響）對(duì)碳化物的影響硬度、韌性、淬透性硬度、韌性、淬透性含量少時(shí)形成含量少時(shí)形成合金滲碳體合金滲碳體或或鐵基固溶體鐵基固溶體，含量多時(shí)大部分形成特殊碳化物。含量多時(shí)大部分形成特殊碳化物。 特殊碳化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，合金元

18、素與碳之間有很強(qiáng)的親和力。其特點(diǎn)是特殊碳化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，合金元素與碳之間有很強(qiáng)的親和力。其特點(diǎn)是高熔點(diǎn)、高硬度，穩(wěn)定性好，加熱時(shí)不易聚集長(zhǎng)大，并能阻止奧氏體晶高熔點(diǎn)、高硬度，穩(wěn)定性好，加熱時(shí)不易聚集長(zhǎng)大，并能阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。粒長(zhǎng)大。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（2 2）合金元素對(duì)）合金元素對(duì)Fe-CFe-C狀態(tài)圖的影響狀態(tài)圖的影響 碳鋼中的基本相為碳鋼中的基本相為F F、FeFe3 3C C、A A（高溫）。鋼中加入合金元素（高溫）。鋼中加入合金元素后，合金元素與基本相作用生成合金相，主要有合金鐵素體、合金后，合金元素與基本相作用生成合金相，主要有

19、合金鐵素體、合金滲碳體、合金奧氏體。滲碳體、合金奧氏體。凡能擴(kuò)大凡能擴(kuò)大A A區(qū)的合金元素可使區(qū)的合金元素可使N N點(diǎn)上升，點(diǎn)上升，E E、S S點(diǎn)向左移，點(diǎn)向左移，G G點(diǎn)、點(diǎn)、A1A1線下降。線下降。如圖如圖4-24-2，MnMn的影響。主要有的影響。主要有MnMn、NiNi、CoCo、C C、N N、CuCu等元等元素。當(dāng)鋼中這類合金元素含量達(dá)到一定程度時(shí)，在室溫下可獲得素。當(dāng)鋼中這類合金元素含量達(dá)到一定程度時(shí)，在室溫下可獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，稱為穩(wěn)定的奧氏體組織，稱為奧氏體鋼奧氏體鋼。 凡能縮小并封閉凡能縮小并封閉A A區(qū)的合金元素可使區(qū)的合金元素可使N N點(diǎn)降低，點(diǎn)降低，E E、S

20、S點(diǎn)向點(diǎn)向右移，右移，G G點(diǎn)、點(diǎn)、A1A1線升高。線升高。如圖如圖4-34-3，SiSi的影響。主要有的影響。主要有CrCr、SiSi、V V、MoMo、W W、TiTi、AlAl等元素。當(dāng)鋼中這類合金元素含量達(dá)到一定程度時(shí)，在室溫下可等元素。當(dāng)鋼中這類合金元素含量達(dá)到一定程度時(shí)，在室溫下可獲得單相鐵素體組織，稱為獲得單相鐵素體組織，稱為鐵素體鋼鐵素體鋼。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（3）合金元素對(duì)熱處理的影響）合金元素對(duì)熱處理的影響 碳鋼中的基本相為碳鋼中的基本相為F、Fe3C、A（高溫）。鋼中加入合金元（高溫）。鋼中加入合金元素后，合金元素與基本

21、相作用生成合金相，主要有合金鐵素體、合素后，合金元素與基本相作用生成合金相，主要有合金鐵素體、合金滲碳體、合金奧氏體。金滲碳體、合金奧氏體。1）合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體化的影響）合金元素對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體化的影響除除Mn和和P外，大多數(shù)合金元素都阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。外，大多數(shù)合金元素都阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。2）合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響）合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響除除Co，Al外，大多數(shù)溶于奧氏體的合金元素都使過(guò)冷奧外，大多數(shù)溶于奧氏體的合金元素都使過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性增大，使氏體的穩(wěn)定性增大，使C曲線向右移曲線向右移3）合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響）合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響4）合金元素對(duì)淬

22、火鋼回火轉(zhuǎn)變及性能的影響）合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變及性能的影響除除Co、Al外，大多數(shù)合金元素在不同程度上使馬氏體轉(zhuǎn)外，大多數(shù)合金元素在不同程度上使馬氏體轉(zhuǎn)變變Ms和和Mf線降低并增加了殘余奧氏體的含量，線降低并增加了殘余奧氏體的含量，提高合金鋼的回火穩(wěn)定性提高合金鋼的回火穩(wěn)定性合金鋼有合金鋼有2次淬火和次淬火和2次硬化現(xiàn)象次硬化現(xiàn)象回火脆性回火脆性工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料二、合金結(jié)構(gòu)鋼二、合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼可分合金結(jié)構(gòu)鋼可分工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼和和機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼。1工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼（1）低合金結(jié)構(gòu)鋼）低合金結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼是一種低

23、碳、低合金的結(jié)構(gòu)鋼，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于低合金結(jié)構(gòu)鋼是一種低碳、低合金的結(jié)構(gòu)鋼，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.20.2，合金元素總量小于，合金元素總量小于3.03.0，這類鋼與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的碳，這類鋼與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的碳鋼相比具有較高的強(qiáng)度，故又有鋼相比具有較高的強(qiáng)度，故又有“低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼”之稱。之稱。主要用于建筑、船舶、橋梁、運(yùn)輸工具、高壓容主要用于建筑、船舶、橋梁、運(yùn)輸工具、高壓容器、輸油管、軍工等方面的構(gòu)件用鋼。器、輸油管、軍工等方面的構(gòu)件用鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼一般不進(jìn)行熱處理，在熱軋正火狀態(tài)使用，低合金結(jié)構(gòu)鋼一般不進(jìn)行熱處理，在熱軋正火狀態(tài)使用，如如16Mn南京長(zhǎng)江大橋用鋼。南京長(zhǎng)江大

24、橋用鋼?！傍B(niǎo)巢鳥(niǎo)巢”使用的鋼材材質(zhì)絕大部分為使用的鋼材材質(zhì)絕大部分為Q345D和和Q345GJD鋼材，局部受力大部位采用了鋼材，局部受力大部位采用了Q460E鋼材。鋼材。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 Q460E鋼材力學(xué)性能：鋼材力學(xué)性能： 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度550-720MPa，斷后伸長(zhǎng)率，斷后伸長(zhǎng)率17%；沖擊功；沖擊功27J 價(jià)約價(jià)約16000元元/噸。噸。 Q表示屈服強(qiáng)度，表示屈服強(qiáng)度，460表示屈服強(qiáng)度最低為表示屈服強(qiáng)度最低為460，E表示是表示是E類鋼。類鋼。Q460鋼厚度為鋼厚度為110毫米，鳥(niǎo)巢鋼結(jié)構(gòu)中共使用了毫米，鳥(niǎo)巢鋼結(jié)構(gòu)中共使用了40

25、0噸噸Q460鋼。鋼。 Q460 化化 學(xué)學(xué) 成成 分分 % （摘自（摘自GB/T1591-1994） C(碳碳) 0.20；Si(硅硅)0.55；P(磷磷) 0.035；S(硫硫)0.035；Cr(鉻鉻)0.70； Ni(鎳鎳)0.70 ；Al(鋁鋁)0.015 ；Mn(錳錳)1.001.70 ；V(釩釩)0.020.20 ；Nb(鈮鈮)0.0150.060 ；Ti(鈦鈦)0.020.20。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料2）造船用鋼和鍋爐用鋼）造船用鋼和鍋爐用鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼，由于用量很大，故有專用的牌號(hào)供選用。低合金結(jié)構(gòu)鋼，由于用量很大，故有專用的牌

26、號(hào)供選用。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料2機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器結(jié)構(gòu)鋼（1）合金調(diào)質(zhì)鋼）合金調(diào)質(zhì)鋼淬火淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）后使用高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）后使用組織為組織為回火索氏體回火索氏體，具有良好的綜合力學(xué)性能。，具有良好的綜合力學(xué)性能。屬中碳鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為屬中碳鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.300.501）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 40Cr、40MnB 綜合力學(xué)性能及工藝性能好綜合力學(xué)性能及工藝性能好用于制造中等截面的零件：汽車、拖拉機(jī)等中小截面的重要調(diào)質(zhì)件的軸、用于制造中等截面的零件：汽車、拖拉機(jī)等中小截面的重要調(diào)質(zhì)件的軸、連桿、齒輪等。連桿、齒

27、輪等。2）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 35CrMo、40CrNi用于制作大截面、重載齒輪、曲軸和連桿等。用于制作大截面、重載齒輪、曲軸和連桿等。3）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 40CrNiMoA、40CrMnMo 淬透性高淬透性高用于制作承受重載的重要零件。如汽輪機(jī)的主軸、葉輪等。用于制作承受重載的重要零件。如汽輪機(jī)的主軸、葉輪等。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（2）合金滲碳鋼）合金滲碳鋼滲碳后直接淬火、再進(jìn)行低溫回火滲碳后直接淬火、再進(jìn)行低溫回火碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.100.25 1 1）低淬透性合金滲碳鋼）低淬透性合金滲

28、碳鋼 如如15Cr15Cr、20Cr20Cr、20CrMn20CrMn、20Cr220Cr2心部強(qiáng)度較低，強(qiáng)度與韌性配合較差，心部強(qiáng)度較低，強(qiáng)度與韌性配合較差，用于制造受力不大，強(qiáng)度、耐磨性要求不高的零件，如柴油機(jī)用于制造受力不大，強(qiáng)度、耐磨性要求不高的零件，如柴油機(jī)的凸輪軸、小齒輪、滑塊和小軸等。的凸輪軸、小齒輪、滑塊和小軸等。 2 2）中淬透性合金滲碳鋼）中淬透性合金滲碳鋼 如如20CrMnTi20CrMnTi、12CrNi3A12CrNi3A、表面硬度高，而心部強(qiáng)度、韌性較好表面硬度高，而心部強(qiáng)度、韌性較好用作制造汽車、拖拉機(jī)上承受沖擊載荷的齒輪、軸、花鍵軸用作制造汽車、拖拉機(jī)上承受沖擊

29、載荷的齒輪、軸、花鍵軸 3 3）高淬透性合金滲碳鋼）高淬透性合金滲碳鋼 如如20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA心部強(qiáng)度很高，強(qiáng)度與韌性配合很好心部強(qiáng)度很高，強(qiáng)度與韌性配合很好用作制造重載、大截面、強(qiáng)韌性和耐磨性要求高的重要零件，如內(nèi)燃機(jī)用作制造重載、大截面、強(qiáng)韌性和耐磨性要求高的重要零件，如內(nèi)燃機(jī)車、飛機(jī)、坦克用的齒輪、軸、曲軸、連桿及汽缸頭的精密螺栓等。車、飛機(jī)、坦克用的齒輪、軸、曲軸、連桿及汽缸頭的精密螺栓等。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（3）合金彈簧鋼）合金彈簧鋼彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，專用于制造各種彈

30、簧或類似零件。彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，專用于制造各種彈簧或類似零件。常用合金彈簧鋼有常用合金彈簧鋼有65Mn、60Si2Mn、50CrVA、55SiMnMoV等。等。高的彈性極限、高的屈強(qiáng)比；高的彈性極限、高的屈強(qiáng)比；足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性；足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性；高的疲勞強(qiáng)度；高的疲勞強(qiáng)度；優(yōu)良的熱處理性能。優(yōu)良的熱處理性能。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為(0.50.7) 1）熱軋態(tài)彈簧鋼）熱軋態(tài)彈簧鋼 用于制造截面較大的彈簧（用于制造截面較大的彈簧（250mm），），2）冷拉態(tài)彈簧鋼）冷拉態(tài)彈簧鋼 用于制造截面較小的彈簧（用于制造截面較小的彈簧（2mm），），工程材料及熱加工工程材料及熱加工

31、第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（4）滾動(dòng)軸承鋼）滾動(dòng)軸承鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.91.1之間，含鉻量為之間，含鉻量為0.51.65之間之間專用結(jié)構(gòu)鋼，主要用來(lái)制造各種軸承的滾珠、內(nèi)外套圈和專用結(jié)構(gòu)鋼，主要用來(lái)制造各種軸承的滾珠、內(nèi)外套圈和一些工具、量具和模具等。一些工具、量具和模具等。高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性高的疲勞強(qiáng)度、彈性極限，能承受交變載荷高的疲勞強(qiáng)度、彈性極限，能承受交變載荷良好的綜合力學(xué)性能，能承受復(fù)雜載荷良好的綜合力學(xué)性能，能承受復(fù)雜載荷 代表鋼種代表鋼種GCr15，表示表示wC=0.95%1.05%，wCr =1.3%1.65%的高碳鉻軸承鋼。的高碳鉻軸承鋼

32、。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料三三.合金工具鋼合金工具鋼1合金刃具鋼合金刃具鋼 分為分為低速刃具鋼低速刃具鋼和和高速刃具鋼高速刃具鋼。低速刃具鋼有碳素工具鋼和低合金刃具鋼；低速刃具鋼有碳素工具鋼和低合金刃具鋼；高速刃具鋼都是高合金鋼。高速刃具鋼都是高合金鋼。9SiCr 如，板牙，絲錐，冷沖模，木工工具，低速切削刃具如，板牙，絲錐，冷沖模，木工工具，低速切削刃具（1）低合金刃具鋼）低合金刃具鋼合金元素總量在合金元素總量在3.0以下，以下，加入元素主要有加入元素主要有Cr、Mn、Si、V、W等。等。低合金刃具鋼廣泛用于制造低速切削的刀具，如板牙、絲錐等，低

33、合金刃具鋼廣泛用于制造低速切削的刀具，如板牙、絲錐等，低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素，克服低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素，克服了碳素工具鋼存在著淬透性、紅硬性差，易淬火開(kāi)裂等缺點(diǎn)。了碳素工具鋼存在著淬透性、紅硬性差，易淬火開(kāi)裂等缺點(diǎn)。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（2）高速鋼）高速鋼很好的熱硬性，又稱很好的熱硬性，又稱“鋒鋼鋒鋼”，“風(fēng)風(fēng)鋼鋼”。1）高速鋼中合金元素的作用）高速鋼中合金元素的作用 分為分為W系（如系（如W18Cr4V）和）和Mo系（如系（如W6Mo5Cr4V2）2大類大類 C：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：碳質(zhì)量分

34、數(shù)為0.70.8 Cr：Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0，加入，加入Cr可形成碳化物，也可溶于奧氏可形成碳化物，也可溶于奧氏體中使奧氏體穩(wěn)定性提高，淬火后使馬氏體具有較高的硬度，并可提高體中使奧氏體穩(wěn)定性提高，淬火后使馬氏體具有較高的硬度，并可提高淬透性。淬透性。 W與與Mo：含：含W量為量為6.019.0,含含Mo量為量為06.0。W與與Mo的主要作用是提高鋼的回火穩(wěn)定性。的主要作用是提高鋼的回火穩(wěn)定性。 V：在：在W系中含系中含V量為量為1.0，在，在Mo系中含系中含V量為量為2.03.0。V與與C能形成微細(xì)、彌散和穩(wěn)定的能形成微細(xì)、彌散和穩(wěn)定的VC，可產(chǎn)生二次硬化提高回火穩(wěn)定性，可產(chǎn)生

35、二次硬化提高回火穩(wěn)定性，使鋼具有很高的紅硬性和耐磨性使鋼具有很高的紅硬性和耐磨性工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料2）高速鋼的鍛造和熱處理）高速鋼的鍛造和熱處理鍛造鍛造高速鋼的鑄態(tài)組織中含有大量分布不均勻的粗大共晶萊高速鋼的鑄態(tài)組織中含有大量分布不均勻的粗大共晶萊氏體碳化物，使鋼的力學(xué)性能降低。共晶萊氏體碳化物氏體碳化物，使鋼的力學(xué)性能降低。共晶萊氏體碳化物不能用熱處理方法來(lái)改變其狀態(tài)，只能用反復(fù)鍛造，將不能用熱處理方法來(lái)改變其狀態(tài)，只能用反復(fù)鍛造，將大塊碳化物擊碎，并使其均勻地分布在基體上，終鍛溫大塊碳化物擊碎，并使其均勻地分布在基體上，終鍛溫度不宜低于度

36、不宜低于 900，以免鍛裂，鍛造后緩慢冷卻以免形，以免鍛裂，鍛造后緩慢冷卻以免形成馬氏體。成馬氏體。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料等溫或球化退火等溫或球化退火 1280淬火淬火560580回火回火(三次三次) W18Cr4V熱處理特點(diǎn)：加熱溫度高，回火溫度高，回火次數(shù)多熱處理特點(diǎn)：加熱溫度高，回火溫度高，回火次數(shù)多 熱處理熱處理工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料下料下料鍛造鍛造退火退火切削加工切削加工淬火后三次高溫回火淬火后三次高溫回火噴丸噴丸磨削磨削成品。成品。a。退火。退火，其目的是消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、細(xì)化晶粒

37、、便于切削加工，為，其目的是消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、細(xì)化晶粒、便于切削加工，為淬火作好組織準(zhǔn)備。淬火作好組織準(zhǔn)備。b。淬火。淬火，采用分級(jí)預(yù)熱，以防止淬火加熱速度過(guò)快而引起熱應(yīng)力、變形和，采用分級(jí)預(yù)熱，以防止淬火加熱速度過(guò)快而引起熱應(yīng)力、變形和開(kāi)裂。其特點(diǎn)是加熱溫度高，如開(kāi)裂。其特點(diǎn)是加熱溫度高，如 W18Cr4V鋼加熱溫度為鋼加熱溫度為12701280，高溫加熱的目的是為了使合金元素盡可能多地溶入奧氏體，從而在淬火后高溫加熱的目的是為了使合金元素盡可能多地溶入奧氏體，從而在淬火后可獲得合金元素含量高的合金馬氏體，以提高其紅熱性和回火穩(wěn)定性，但可獲得合金元素含量高的合金馬氏體，以提高其紅熱性和回

38、火穩(wěn)定性，但加熱溫度不宜超過(guò)加熱溫度不宜超過(guò)1300，溫度過(guò)高使奧氏體晶粒粗化，甚至導(dǎo)致晶界熔，溫度過(guò)高使奧氏體晶粒粗化，甚至導(dǎo)致晶界熔化。化。c?；鼗??；鼗?高速鋼淬火后必須立即回火，以消除淬火內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織、減高速鋼淬火后必須立即回火，以消除淬火內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織、減少殘余奧氏體的數(shù)量。常用回火工藝是少殘余奧氏體的數(shù)量。常用回火工藝是550570回火三次，每次保溫回火三次，每次保溫1h。3次回火的目的：使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；形成彌散強(qiáng)化。次回火的目的：使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；形成彌散強(qiáng)化?；鼗鸷蟮慕M織為：回火馬氏體回火后的組織為：回火馬氏體 +細(xì)粒狀合金碳化物細(xì)粒狀合金碳化物+少量殘

39、余奧氏體（少量殘余奧氏體（12），硬度可達(dá)），硬度可達(dá)6366HRC工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料絲錐絲錐機(jī)鉸刀機(jī)鉸刀手鉸刀手鉸刀工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料高速鋼鉆頭高速鋼鉆頭工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料高速鋼高速鋼 銑刀銑刀板牙板牙2合金模具鋼合金模具鋼 （ 1 1）冷作模具鋼）冷作模具鋼 冷作模具鋼主要用于在冷塑性成型的模具冷作模具鋼主要用于在冷塑性成型的模具 有很高的硬度、強(qiáng)度、良好的耐磨性和足夠的韌性，硬度有很高的硬度、強(qiáng)度、良好的耐磨性和足夠的韌性，硬度達(dá)到達(dá)

40、到5862HRC以上以上 Cr12型鋼（型鋼（Cr12、Cr12MoV）是專用冷作模具鋼）是專用冷作模具鋼 淬火后低溫回火組織為：回火馬氏體淬火后低溫回火組織為：回火馬氏體 +殘奧氏體殘奧氏體+少量合少量合金碳化物，硬度為金碳化物，硬度為6062HRC。 Cr12型鋼的主要特點(diǎn)是型鋼的主要特點(diǎn)是高碳高鉻高碳高鉻，具有很高的強(qiáng)度、硬度，具有很高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，又有較高的韌性，淬透性很好，淬火變形很小、耐磨性，又有較高的韌性，淬透性很好，淬火變形很小，適用于制造中、大型冷作模具。，適用于制造中、大型冷作模具。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（2）熱作模

41、具鋼）熱作模具鋼 熱作模具鋼主要用于在熱塑性成型的模具熱作模具鋼主要用于在熱塑性成型的模具 常在常在400左右長(zhǎng)期經(jīng)受交變載荷和摩擦載荷，要求模具有左右長(zhǎng)期經(jīng)受交變載荷和摩擦載荷，要求模具有良好的熱良好的熱疲勞性能、高溫強(qiáng)度、高溫沖韌性、良好的導(dǎo)熱性、回火穩(wěn)定性和淬疲勞性能、高溫強(qiáng)度、高溫沖韌性、良好的導(dǎo)熱性、回火穩(wěn)定性和淬透性透性等等 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.30.6，以保證良好的強(qiáng)度和韌性的配合。以保證良好的強(qiáng)度和韌性的配合。Cr、Ni、Mn、Si等可提高淬透性、硬度和熱疲勞性；等可提高淬透性、硬度和熱疲勞性；W、Mo、V等可提高熱（紅）硬性、熱疲勞性、細(xì)化晶粒，并提高等可提高熱（紅

42、）硬性、熱疲勞性、細(xì)化晶粒，并提高回火穩(wěn)定性及減少回火脆性?；鼗鸱€(wěn)定性及減少回火脆性。 普通熱鍛?？捎谜{(diào)質(zhì)鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用。一般應(yīng)反復(fù)鍛造，然后退普通熱鍛?？捎谜{(diào)質(zhì)鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用。一般應(yīng)反復(fù)鍛造，然后退火、淬火和高溫回火，可得到回火索氏體，以獲得較好的力學(xué)性能?；?、淬火和高溫回火，可得到回火索氏體，以獲得較好的力學(xué)性能。 大中型一般大中型一般40Cr、5CrMnMo，600700的熱作模具可用的熱作模具可用3Cr2W8V 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料汽車四缸壓鑄模工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（3）塑料

43、模具鋼）塑料模具鋼 1）良好的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能；）良好的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能； 2）良好的預(yù)硬硬度可調(diào)節(jié)性；）良好的預(yù)硬硬度可調(diào)節(jié)性； 3）良好的拋光性；）良好的拋光性； 4）良好的皮紋加工性；）良好的皮紋加工性； 5）良好的化學(xué)熱處理和表面熱處理性能；）良好的化學(xué)熱處理和表面熱處理性能； 6）易于焊補(bǔ)；）易于焊補(bǔ)； 7）具有一定的耐蝕性和良好的熱傳導(dǎo)性。）具有一定的耐蝕性和良好的熱傳導(dǎo)性。一般的塑料模具可用一般的塑料模具可用 T7A、T8A、T10A、Cr12Mo、40Cr、CrWMn等制造等制造 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料3合金量具鋼合金量具

44、鋼 量具鋼是制造各種測(cè)量工具的鋼種，如量規(guī)、塊規(guī)、千分尺等。量具鋼是制造各種測(cè)量工具的鋼種，如量規(guī)、塊規(guī)、千分尺等。因此，要求模具鋼具有高的硬度（大于因此，要求模具鋼具有高的硬度（大于 62HRC）與耐磨性，熱）與耐磨性，熱處理變形小，在存放和使用過(guò)程中，尺寸穩(wěn)定，始終保持高的精處理變形小，在存放和使用過(guò)程中，尺寸穩(wěn)定，始終保持高的精度，并具有足夠的韌性和良好的加工工藝性。度，并具有足夠的韌性和良好的加工工藝性。 量具鋼的最終熱處理工藝為淬火量具鋼的最終熱處理工藝為淬火+低溫回火。組織為：低溫回火。組織為：回火馬氏體回火馬氏體+殘余奧氏體，以獲得高的硬度和耐磨性。殘余奧氏體，以獲得高的硬度和耐

45、磨性。 量具鋼沒(méi)有專用鋼種，通常簡(jiǎn)單的量具可選用碳素工具鋼，如量具鋼沒(méi)有專用鋼種，通常簡(jiǎn)單的量具可選用碳素工具鋼，如 T10A、T12A等制造；高精度量具可采用低合金工具鋼，如等制造；高精度量具可采用低合金工具鋼，如GCr15、9SiCr、CrMn、CrWMo等制造，這類鋼殘余應(yīng)力較等制造，這類鋼殘余應(yīng)力較小，組織穩(wěn)定性好，尺寸穩(wěn)定，如小，組織穩(wěn)定性好，尺寸穩(wěn)定，如CrWMo鋼，變形量小，適鋼，變形量小，適宜于制作精度高，形狀復(fù)雜的量具。宜于制作精度高，形狀復(fù)雜的量具。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料第三節(jié)第三節(jié) 鑄鐵鑄鐵常用鑄鐵的成分大致為：常用鑄鐵的

46、成分大致為： 2.54.0C 1.03.0Si、0.51.4Mn、 0.020.2S、0.010.5P。與鋼相比，鑄鐵含與鋼相比，鑄鐵含C、Si、Mn、S、P量較多。此外，還量較多。此外，還含有一定量的合金元素，如含有一定量的合金元素，如Cr、Mo、V、Cu、Al等，等，含有合金元素的鑄鐵，稱為合金鑄鐵。含有合金元素的鑄鐵，稱為合金鑄鐵。 鑄鐵的強(qiáng)度、塑性、韌性比鋼差，鑄鐵的強(qiáng)度、塑性、韌性比鋼差，不能進(jìn)行鍛造。不能進(jìn)行鍛造。但但它具有它具有優(yōu)良的鑄造性能和切削加工性能，良好的減摩性、優(yōu)良的鑄造性能和切削加工性能，良好的減摩性、耐磨性、消震性以及缺口敏感性低等優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)工耐磨性、消震性以及

47、缺口敏感性低等優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，因此，鑄鐵被廣泛地應(yīng)用于因此，鑄鐵被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、石油化工、交通等工業(yè)部門。機(jī)械制造、冶金、石油化工、交通等工業(yè)部門。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 一、分類一、分類 （1）灰口鑄鐵灰口鑄鐵 碳全部或大部分以游離狀態(tài)石墨的形式存碳全部或大部分以游離狀態(tài)石墨的形式存 在，斷口呈灰黑色；在，斷口呈灰黑色； （2）白口鑄鐵白口鑄鐵 少量碳溶入鐵素體，其余的碳以滲碳體的少量碳溶入鐵素體，其余的碳以滲碳體的 形式存在，斷口呈亮白色；形式存在，斷口呈亮白色； （3）麻口鑄鐵

48、麻口鑄鐵 碳以石墨和滲碳體的混合形式存在，斷口呈碳以石墨和滲碳體的混合形式存在，斷口呈 黑白相間的麻點(diǎn)。黑白相間的麻點(diǎn)。1.按碳存在的形式分類按碳存在的形式分類工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（1）普通灰鑄鐵）普通灰鑄鐵 石墨呈片狀；（石墨呈片狀；（2）蠕墨鑄鐵）蠕墨鑄鐵 石墨呈蠕蟲(chóng)狀；石墨呈蠕蟲(chóng)狀；（3）可鍛鑄鐵）可鍛鑄鐵 石墨呈棉絮狀；（石墨呈棉絮狀；（4）球墨鑄鐵）球墨鑄鐵 石墨呈球狀。石墨呈球狀。 2.按石墨的形態(tài)分類按石墨的形態(tài)分類（1）普通鑄鐵）普通鑄鐵 如普通灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵；如普通灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵；

49、（2）合金鑄鐵）合金鑄鐵 如耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。如耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。 3.按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 二、鑄鐵的石墨化二、鑄鐵的石墨化鑄鐵中的碳以石墨的形式析出的過(guò)程稱為石墨化常用鑄鐵中的碳以石墨的形式析出的過(guò)程稱為石墨化常用G表示石墨表示石墨鑄鐵在冷卻過(guò)程中，可以從液體和奧氏體中析出鑄鐵在冷卻過(guò)程中，可以從液體和奧氏體中析出Fe3C或石墨，或石墨，還可以在一定條件下由還可以在一定條件下由Fe3C分解出鐵素體和石墨。分解出鐵素體和石墨。 1. 石墨化的概念石墨化的概念 由于鑄鐵中的碳能以石墨或由

50、于鑄鐵中的碳能以石墨或Fe3C兩種獨(dú)立相的形式存在，兩種獨(dú)立相的形式存在，因而使得鐵碳合金系統(tǒng)存在著因而使得鐵碳合金系統(tǒng)存在著鐵鐵-滲碳體（滲碳體（Fe-Fe3C）和鐵）和鐵-石墨石墨（Fe-G）雙重相圖）雙重相圖 （見(jiàn)下頁(yè)）（見(jiàn)下頁(yè)）工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料FeG與與FeFe3C雙重相圖雙重相圖 圖中虛線表示圖中虛線表示穩(wěn)定態(tài)（穩(wěn)定態(tài)（Fe-G）相圖，實(shí)線表相圖，實(shí)線表示亞穩(wěn)定態(tài)示亞穩(wěn)定態(tài)（Fe-Fe3C）相）相圖，虛線與實(shí)圖，虛線與實(shí)線重合的線用線重合的線用實(shí)線畫(huà)出。實(shí)線畫(huà)出。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬

51、材料 第一階段石墨化第一階段石墨化 鑄鐵液相冷至鑄鐵液相冷至CD線結(jié)晶出一次石墨；在線結(jié)晶出一次石墨；在ECF線通過(guò)共線通過(guò)共晶反應(yīng)形成的共晶石墨；奧氏體沿晶反應(yīng)形成的共晶石墨；奧氏體沿ES線析出二次石墨；線析出二次石墨； 第二階段石墨化第二階段石墨化 到到PSK線，通過(guò)共析轉(zhuǎn)變析出共析石墨線，通過(guò)共析轉(zhuǎn)變析出共析石墨。 石墨化過(guò)程是碳原子擴(kuò)散、聚集和長(zhǎng)大的過(guò)程。溫度愈高。石墨化過(guò)程是碳原子擴(kuò)散、聚集和長(zhǎng)大的過(guò)程。溫度愈高。原子活動(dòng)能量愈大，因此，第一階段石墨化比第二階段石墨化原子活動(dòng)能量愈大，因此，第一階段石墨化比第二階段石墨化容易進(jìn)行，即只有當(dāng)?shù)谝浑A段石墨化充分進(jìn)行，才能進(jìn)行第二容易進(jìn)行，

52、即只有當(dāng)?shù)谝浑A段石墨化充分進(jìn)行，才能進(jìn)行第二階段石墨化。階段石墨化。 2.石墨化過(guò)程石墨化過(guò)程 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料促進(jìn)石墨化促進(jìn)石墨化阻礙石墨化阻礙石墨化（1）化學(xué)成分）化學(xué)成分C、Si、Al、Cu、Ni、Co、P等等 Cr、W、Mo、V、Mn、S等等 C和和Si是強(qiáng)烈促進(jìn)；是強(qiáng)烈促進(jìn)；P促進(jìn)石墨化不十分強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化不十分強(qiáng)烈S是強(qiáng)烈阻礙降低鐵水的流動(dòng)性，惡化鑄造性能；是強(qiáng)烈阻礙降低鐵水的流動(dòng)性，惡化鑄造性能； Mn是間接促進(jìn)是間接促進(jìn)4.影響石墨化的主要因素影響石墨化的主要因素 （2）溫度和冷卻速度）溫度和冷卻速度緩慢冷卻或在高溫下長(zhǎng)時(shí)間

53、保溫，均有利于石墨化緩慢冷卻或在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫，均有利于石墨化工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料 補(bǔ)充補(bǔ)充 鑄鐵的組織與性能鑄鐵的組織與性能1.鑄鐵的組織鑄鐵的組織 灰鑄鐵的基體組織有灰鑄鐵的基體組織有珠光體、鐵素體、鐵素體珠光體珠光體、鐵素體、鐵素體珠光體，它們相當(dāng)于鋼的組織。它們相當(dāng)于鋼的組織。 鑄鐵中石墨的鑄鐵中石墨的形態(tài)可分為六種形態(tài)可分為六種: 型為型為片狀片狀石墨石墨; 型為型為蟹狀蟹狀石墨石墨; 型為型為蠕蟲(chóng)狀蠕蟲(chóng)狀石墨石墨; 型為聚集狀型為聚集狀(團(tuán)絮狀團(tuán)絮狀)石墨石墨; 型為型為不規(guī)則或開(kāi)裂狀不規(guī)則或開(kāi)裂狀石墨石墨; 型為型為球狀球狀石墨

54、。石墨。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料2.鑄鐵的性能鑄鐵的性能 力學(xué)性能很低，力學(xué)性能很低，硬度僅為硬度僅為35HBS，抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度20MPa，伸長(zhǎng)率接近零。，伸長(zhǎng)率接近零。片狀石墨對(duì)基體的削弱作用和引起應(yīng)力集中的程度最大片狀石墨對(duì)基體的削弱作用和引起應(yīng)力集中的程度最大，球狀石墨最小，球狀石墨最小，團(tuán)絮狀石墨居二者之間；團(tuán)絮狀石墨居二者之間； 優(yōu)異的切削加工性能，良好的鑄造性能和潤(rùn)滑作優(yōu)異的切削加工性能，良好的鑄造性能和潤(rùn)滑作 用，很好的耐磨性能和抗振性能，缺口不敏感。用，很好的耐磨性能和抗振性能，缺口不敏感。（1）石墨的影響）石墨的影響 主要取

55、決于鑄鐵基體組織以及石墨主要取決于鑄鐵基體組織以及石墨的數(shù)量、形狀、大小及分布的數(shù)量、形狀、大小及分布 對(duì)同一類鑄鐵來(lái)說(shuō)，在其他條件相同的情況下，鐵素體相的數(shù)量越多，塑對(duì)同一類鑄鐵來(lái)說(shuō)，在其他條件相同的情況下，鐵素體相的數(shù)量越多，塑性越好；珠光體的數(shù)量越多，則抗拉強(qiáng)度和硬度越高。性越好；珠光體的數(shù)量越多，則抗拉強(qiáng)度和硬度越高。 石墨石墨 珠光體珠光體 鐵素體鐵素體抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度MPaMPa20 20 8008001000 1000 350350400 400 （2）基體組織的影響）基體組織的影響 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料三、普通灰鑄鐵三、普通灰鑄

56、鐵 （石墨為片狀）（石墨為片狀） 是石墨呈片狀分布的鑄鐵，它是應(yīng)用最廣的一類鑄鐵。在各類鑄鐵的總是石墨呈片狀分布的鑄鐵，它是應(yīng)用最廣的一類鑄鐵。在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰鑄鐵所占的比重最大，約占產(chǎn)量中，灰鑄鐵所占的比重最大，約占80以上。以上。 抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性要比碳鋼低?？估瓘?qiáng)度、塑性和韌性要比碳鋼低。 鐵素體鐵素體灰鑄鐵灰鑄鐵珠光體珠光體+鐵素體鐵素體灰鑄鐵灰鑄鐵珠光體珠光體灰鑄鐵灰鑄鐵 良好的減摩、耐磨性，高的消振性，低的缺口敏良好的減摩、耐磨性，高的消振性，低的缺口敏感性以及優(yōu)良的切削加工性，鑄造性能優(yōu)于鋼感性以及優(yōu)良的切削加工性，鑄造性能優(yōu)于鋼是由片狀石墨和金屬基體組織所組成的是由

57、片狀石墨和金屬基體組織所組成的 組組織織性性能能1、組織和性能、成分、組織和性能、成分 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料wC=2.5%4.0%，wSi=1.03.0%，wS0.12%，wP0.15%wMn=0.5%1.2%成成分分 灰鑄鐵的硬度和抗壓強(qiáng)度主要取決于基體組織，而灰鑄鐵的硬度和抗壓強(qiáng)度主要取決于基體組織，而與石墨的存在基本無(wú)關(guān)。因此，灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度約為與石墨的存在基本無(wú)關(guān)。因此，灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度34倍。倍。 一般說(shuō)來(lái)，石墨的數(shù)量越少，分布越分散，形狀越接近一般說(shuō)來(lái)，石墨的數(shù)量越少，分布越分散，形狀越接近球形，則鑄鐵的強(qiáng)度、

58、塑性和韌性越高。球形，則鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性越高。 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料3.牌號(hào)及用途牌號(hào)及用途 灰鑄鐵的牌號(hào)用灰鑄鐵的牌號(hào)用“灰鐵灰鐵”漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)大寫(xiě)字母漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)大寫(xiě)字母“HT”和和一組數(shù)字來(lái)表示，一組數(shù)字來(lái)表示，HT100表示抗拉強(qiáng)度為表示抗拉強(qiáng)度為100MPa的灰鑄鐵。的灰鑄鐵。 補(bǔ)充補(bǔ)充 灰鑄鐵的孕育處理灰鑄鐵的孕育處理 用途見(jiàn)表用途見(jiàn)表(見(jiàn)下頁(yè)見(jiàn)下頁(yè))孕育處理孕育處理：在鐵液中加入孕育劑，進(jìn)行澆注生產(chǎn)的鑄鐵。：在鐵液中加入孕育劑，進(jìn)行澆注生產(chǎn)的鑄鐵。 孕育處理的目的：細(xì)化組織和石墨，提高其強(qiáng)度，均勻孕育處理的目的：細(xì)化

59、組織和石墨，提高其強(qiáng)度，均勻 組織，防止出現(xiàn)白口。組織，防止出現(xiàn)白口。從本質(zhì)上說(shuō)，孕育處理主要影響形核和促進(jìn)晶粒游離；而變質(zhì)處理則是改變晶體的生長(zhǎng)機(jī)理（抑制長(zhǎng)大），從而影響晶體形貌。工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料分類分類 牌號(hào)牌號(hào) 鑄件鑄件 尺寸尺寸 b b (MPa) (MPa) 基體基體 石墨石墨 應(yīng)用應(yīng)用 普通普通灰鑄鐵灰鑄鐵 HT100 HT100 任意任意 100 100 鐵素體鐵素體 粗片粗片 機(jī)床座機(jī)床座普通普通灰鑄鐵灰鑄鐵 HT200 HT200 151530 30 200200珠光體珠光體 中等中等汽缸、飛汽缸、飛輪輪 孕育孕育鑄鐵鑄鐵

60、 HT300 HT300 151530 30 300300珠光體珠光體 較細(xì)較細(xì)重荷機(jī)床重荷機(jī)床床身床身 孕育孕育鑄鐵鑄鐵 HT400 HT400 151530 30 400400索氏體索氏體 細(xì)小細(xì)小齒輪、高齒輪、高壓泵殼壓泵殼 灰鑄鐵的強(qiáng)度與鑄件的壁厚有關(guān)，鑄件壁厚增加則強(qiáng)度降低灰鑄鐵的強(qiáng)度與鑄件的壁厚有關(guān)，鑄件壁厚增加則強(qiáng)度降低 工程材料及熱加工工程材料及熱加工第四章第四章 常用金屬材料常用金屬材料（4）灰鑄鐵的熱處理）灰鑄鐵的熱處理 時(shí)效處理時(shí)效處理 人工時(shí)效（去應(yīng)力退火）人工時(shí)效（去應(yīng)力退火）：將鑄件重新加熱到：將鑄件重新加熱到530620，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫（經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫（26h）后爐冷