第06章金屬材料

第六章金屬材料工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指含碳量在0.0218%~2.11%的鐵碳合金。合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。第六章金屬材料6.1工業(yè)用鋼概述

工業(yè)用鋼按化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0218～2.11%的鐵碳合金，并含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)。6.1.1鋼中雜質(zhì)1．錳的影響元素Mn的主要作用：固溶強(qiáng)化鐵素體；降低脆性；減輕硫的有害影響。含量小于0.8％。－－－－－有益元素2．硅的影響脫氧能力強(qiáng)；強(qiáng)化鐵素體。含量小于0.4％－－－有益元素錳鐵硅鐵6.1.1鋼中雜質(zhì)3．硫的影響FeS，熱脆性。－－－－－－－－有害元素為了消除硫所形成的熱脆性，在煉鋼時可加入錳。4．磷的影響提高鐵素體的強(qiáng)度、硬度室溫下鋼的塑性和韌性急劇下降而變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆性－－－－－－－－－－－有害元素硫、磷有害元素錳、硅有益元素礦石和燃料礦石1、按用途分類

工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機(jī)器用鋼結(jié)構(gòu)鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼擠壓模具（二）鋼的通常分類2、按化學(xué)成分分類

中碳鋼0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量10%碳素鋼合金鋼鋼類碳素鋼合金鋼P(yáng)SPS普通質(zhì)量鋼≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045優(yōu)質(zhì)鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級優(yōu)質(zhì)鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級優(yōu)質(zhì)鋼≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0153、按質(zhì)量分類鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼.根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級鋼的磷、硫含量如下：4、按冶煉方法分類平爐煉鋼平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼

按爐別分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼

按正火組織分亞共析鋼共析鋼過共析鋼

按退火組織分5、按金相組織分類齒輪刀具（三）鋼的編號我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個字母.1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；質(zhì)量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號:沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。鋼板低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。如Q345C。*說明：通常情況下，屈服強(qiáng)度值小300MPa時為碳素結(jié)構(gòu)鋼，大于300MPa時為低合金高強(qiáng)度鋼。熱連軋鋼板2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼齒輪加工方鋼3、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。如45鋼—平均含碳量為萬分之四十五（即0.45%）的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。4.碳素工具鋼T+數(shù)字T表示“碳素工具鋼”；數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾.如T8—其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。*說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加“A”，如T8A。絲錐銼刀5.合金結(jié)構(gòu)鋼該類鋼的牌號由“數(shù)字+元素+數(shù)字”三部分組成。前兩位數(shù)字表示平均碳含量的萬分之幾合金元素以漢字或化學(xué)元素符號表示合金元素后面的數(shù)字表示該元素的近似含量，單位是百分之幾

60Si2Mn6、滾動軸承鋼G+Cr+鉻含量(不標(biāo)含碳量)“G”表示“滾動軸承鋼”。*鉻含量以千分之一為單位.如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。7.合金工具鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……當(dāng)含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含碳量大于1.00%時，不標(biāo)含碳量。高速鋼不標(biāo)含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).銑刀7、不銹鋼和耐熱鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……含碳量以千分之一為單位。8、鑄鋼ZG表示“鑄鋼”；合金元素對鋼的影響為什么要加入合金元素？一、碳鋼的局限性

1.淬透性低2.強(qiáng)度和屈強(qiáng)比低3.高溫強(qiáng)度差4.不能滿足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？二、合金元素對鋼中基本相的影響1、合金固溶體

α—Fe(Me)2、合金滲碳體

(Fe,Me)3C3、合金碳化物

TiC、NbC、WC、VC、4、非金屬夾雜

MnS,MnO,SiO2,Al2O35、Cu,Pb以游離狀態(tài)存在合金元素在鋼中的存在形式取決于：1、合金元素本身的性質(zhì)2、合金元素的含量以及碳的含量3、熱處理?xiàng)l件（加熱溫度、冷卻條件）1.形成合金碳化物☆Mn：弱碳化物形成元素，Cr、Mo、W：屬于中強(qiáng)碳化物形成元素，V、Ti、Nb、Zr：是強(qiáng)碳化物形成元素?！钆cC的親和力強(qiáng)的合金元素形成的特殊碳化物穩(wěn)定性好，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性和不易分解等特點(diǎn)。☆碳化物的穩(wěn)定性越高，熱處理加熱時，碳化物的溶解及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中碳化物的析出及其聚集長大也越困難。2.形成合金固溶體

凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強(qiáng)化作用，即，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高、韌性降低。合金元素對F體斷面收縮率的影響三、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1、對奧氏體相區(qū)的影響（1）擴(kuò)大A區(qū)

Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入會使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大，特別是Ni、Mn的影響更大室溫下1Cr18Ni9為單相A體不銹鋼高錳鋼Mn13水韌處理（固溶處理）后獲得單一的A體（2）縮小A區(qū)Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素的加入會使奧氏體相區(qū)縮小，特別是Cr、Si含量高時將限制A體區(qū)，甚至完全消失。1Cr17Ti0Cr13為單相F體2、對鐵碳相圖中S點(diǎn)、E點(diǎn)的影響3、對共析轉(zhuǎn)變溫度A1的影響所有的合金元素都使S點(diǎn)左移，而大部分合金元素均使E點(diǎn)左移，因此，含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織。使共析轉(zhuǎn)變點(diǎn)S左移→鋼中P%↑，強(qiáng)度增加使共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)E左移→鋼中出現(xiàn)Ld'擴(kuò)大A相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖中共析轉(zhuǎn)變溫度A1下降；縮小A相區(qū)的元素則使其上升，并都使共析反應(yīng)在一個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。四、合金元素對鋼熱處理的影響1、合金元素對加熱時相變的影響

⑴對奧氏體形成速度的影響☆Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等強(qiáng)碳化物形成元素與C的親和力強(qiáng)，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯著阻礙C的擴(kuò)散，大大減慢奧氏體形成速度。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必須提高加熱溫度并保溫更長時間。☆Co、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的擴(kuò)散速度，使奧氏體形成速度加快?！預(yù)l、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。⑵對奧氏體晶粒大小的影響除Co、Ni以外，絕大多數(shù)合金元素，特別是強(qiáng)碳化物形成元素由于形成合金滲碳體和特殊碳化物，更難溶入奧氏體中，并且阻礙奧氏體晶界的移動和奧氏體晶粒的長大，起到細(xì)化晶粒的作用。V、Ti、Nb、Zr強(qiáng)烈阻礙A體晶粒長大W、Cr、Mo中等阻礙A體晶粒長大Mn、B促進(jìn)A體晶粒長大2、合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響⑴合金元素對C曲線的影響除Co外，幾乎所有合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，即提高鋼的淬透性。Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al對淬透性作用依次由強(qiáng)到弱。對C曲線形狀的影響注意：加入合金元素，只有完全溶入奧氏體才能提高淬透性。兩種或多種合金元素同時加入對淬透性的影響，比單一元素的影響強(qiáng)得多。合金元素對VK影響的示意圖合金元素對C曲線影響示意圖Si基本不影響Ms、Mf點(diǎn)，除Co、Al外，多數(shù)合金元素使Ms、Mf點(diǎn)下降，導(dǎo)致殘余奧氏體增加。⑵合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對Ms點(diǎn)的影響合金元素對殘余奧氏體量的影響（含1.0％的鋼在1150℃淬火）五、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響1、提高回火穩(wěn)定性

回火穩(wěn)定性：淬火鋼在回火時硬度下降快慢的性質(zhì)。原因：（1）推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)（2）提高鐵素體的再結(jié)晶溫度提高回火穩(wěn)定性作用較強(qiáng)的合金元素有：

V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

2、產(chǎn)生二次硬化

二次硬化：淬火鋼在回火時隨著回火溫度的升高，硬度不下降反而升高的現(xiàn)象。3、增大回火脆性

回火脆性：在某些溫度區(qū)間回火時，鋼的硬度顯著下降的現(xiàn)象。消除方法：①快冷；②加入Mo或W合金鋼的強(qiáng)化機(jī)制：

合金F的固溶強(qiáng)化M位錯強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化（F、M晶粒度，P片間距↓）彌散強(qiáng)化（也稱第二相（沉淀）強(qiáng)化）結(jié)構(gòu)鋼中常用的合金元素及其作用主加元素：Cr、SiMn、Ni輔加元素：W、Mo、V、Ti、B總結(jié)Mo、Cr、Mn、B強(qiáng)淬透，Ni、Si二者稍落后。V、Ti、Nb、Zr強(qiáng)細(xì)化W、Cr、Mo也稍落后Mn、B促使它長大W、Mo消除高回脆6.3結(jié)構(gòu)鋼6.3.1普通結(jié)構(gòu)鋼這類鋼冶煉簡單、成本低，具有相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能，能滿足工程用鋼的良好焊接性、冷成形性、韌性和較高強(qiáng)度的性能要求，故使用量很大。1．成分特點(diǎn)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：含碳量通常在0.4％以下，以保證良好的焊接性、冷成形性和韌性。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼由于其較高強(qiáng)度和良好的工藝性能。是近年來發(fā)展最快、最有前景的一類合金鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼錳是強(qiáng)化的基本元素，其含量在1.8％以下，除固溶強(qiáng)化外，還使A3點(diǎn)下降，既提高了強(qiáng)度又改善了韌性和塑性。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：含碳量通常在0.2％以下船舶容器車輛橋梁2．熱處理特點(diǎn)普通結(jié)構(gòu)鋼使用時一般不進(jìn)行熱處理，大多數(shù)是在熱軋狀態(tài)下或熱軋后正火狀態(tài)下使用。其組織為鐵素體和少量珠光體。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：

一般工程用熱軋鋼板、鋼帶、型鋼、棒鋼等。Q195和Q275低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

這類材料是用來制造橋梁、船舶、大型鋼結(jié)構(gòu)等用它來代替普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度提高25%～100%。

Q295和Q345Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強(qiáng)度高,用于石化中溫高壓容器.南京長江大橋6.3.2優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼硫、磷含量均控制在0.035％以下1．性能要求(1)要求有良好的塑性和焊接性能(2)既要求表面硬而耐磨，又要保證心部具有較高的韌性和足夠強(qiáng)度(3)要求具有良好的綜合力學(xué)性能(4)要求有高的屈服點(diǎn)和屈強(qiáng)比，高的疲勞強(qiáng)度(5)要求有高的硬度和耐磨性，高的接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性2.成分特點(diǎn)(1)含碳量1)低碳：一般在0.25％以下，以保證良好的塑性、韌性和工藝性能。滲碳鋼2)中碳：一般含碳量為0.25％—0.55％，大多在0.4％左右3)中高碳一般含碳量為0.45％?！?.85％，保證高的強(qiáng)度，主要是高的彈性極限、屈服點(diǎn)、屈強(qiáng)比和疲勞強(qiáng)度。4)高碳一般含碳量為0.95％～1.15％，保證高硬度和耐磨性。調(diào)質(zhì)鋼撥叉

變速齒輪

合金滲碳鋼

合金調(diào)質(zhì)鋼

20、20Cr、20CrMnTi

40、45、40Cr、40CrNiMo離合器彈簧

蝶形彈簧

合金彈簧鋼

65Mn和60Si2Mn

GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV

軸承鋼銑刀9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2

(2)合金化特點(diǎn)1)Cr、Ni、Si、Mn這一類合金元素可認(rèn)為是結(jié)構(gòu)鋼的主加元素，主要是提高鋼的淬透性。2)Cr、V、Ti、Nb這一類合金元素屬于強(qiáng)碳化物形成元素，可有效地阻止奧氏體晶粒長大，更好地發(fā)揮第二相強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用，并可提高耐回火性和耐磨性。3)W、Mo一般加入量較少，其主要作用是防止出現(xiàn)第二類回火脆性。4)B、Al這是兩個比較特殊的元素，微量的B(0.001％—0.003％)可顯著提高鋼的淬透性。3.熱處理特點(diǎn)機(jī)器零件制造工藝流程一般為：下料毛坯成形(通常為鍛造)

預(yù)備熱處理粗加工最終熱處理精加工裝配。(1)預(yù)備熱處理結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)備熱處理通常采用退火(或正火)1)完全退火

主要用于彈簧鋼、調(diào)質(zhì)鋼。對于滲碳鋼和合金元素含量較少的部分調(diào)質(zhì)鋼通常用正火代替退火。退火(或正火)后的組織為F+P(S)。2)球化退火主要用于滾動軸承鋼.(2)最終熱處理1)淬火＋高溫回火(調(diào)質(zhì)處理)

該工藝主要用于調(diào)質(zhì)鋼，處理后的組織為回火索氏體。良好的綜合力學(xué)性能表面淬火和表面滲氮處理前的預(yù)備熱處理

2)淬火＋中溫回火處理后的組織為回火托氏體。具有高彈性極限，并具有足夠的韌性，用于制造彈簧等零件

3)淬火＋低溫回火

處理后的組織為回火馬氏體、未溶碳化物和殘余奧氏體，具有高硬度和耐磨性，用于制造各種滾動軸承元件。4)滲碳＋淬火＋低溫回火

主要用于滲碳鋼6.4工具鋼工具鋼是用來制造刃具、模具和量具的鋼。分為碳素工具、低合金工具鋼、中合金工具鋼、高合金工具鋼。按用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼模具刃具量具6.4.1性能要求1．高硬度和高耐磨性2．高的熱硬性(紅硬性)熱硬性是指工具在高溫下保持高硬度的能力3．足夠的韌性和塑性4．對其他性能的要求

6.4.2成分特點(diǎn)1．含碳量(1)中碳C:一般為0.3％—0.6％熱作模具鋼(2)高碳C:一般為0.65％—1.35％碳素工具鋼、低合金工具鋼和高速鋼(3)超高碳C:一般為1.40％—

2.30％．冷作模具鋼2．合金化特點(diǎn)(1)低合金化鋼中合金元素的總量小于5％，屬于低合金工具鋼。2．合金化特點(diǎn)(2)中、高合金化鋼中合金元素含量大于5％1)高速鋼的合金化2)高鉻模具鋼的合金化鉻的主要作用是提高鋼的淬透性、耐磨性和細(xì)化晶粒6.4.3鍛造及熱處理特點(diǎn)

1鍛造粗大碳化物細(xì)小碳化物2．預(yù)備熱處理

(1)完全退火用于熱作模具鋼5CrMnMo和5CrNiMo(2)球化退火用于工具鋼、高速鋼、冷作模具鋼3．最終熱處理(1)淬火＋高溫回火

回火索氏體或回火托氏體5CrMnMo和5CrNiMo(2)正常淬火＋低溫回火(一次硬化法)回火馬氏體、未溶碳化物和殘余奧氏體廣泛用于工具鋼、低速切削的刃具、冷作模具和量具。(3)高溫淬火＋多次高溫回火(二次硬化法)由于高溫淬火后殘余奧氏體的量較多，只有進(jìn)行多次回火才能較充分地促使其發(fā)生轉(zhuǎn)變。在回火過程中，一方面從馬氏體和殘余奧氏體中沉淀析出細(xì)小彌散的合金碳化物；另一方面殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，即所謂“二次淬火”。以上合金碳化物的彌散析出和二次淬火均使鋼的硬度明顯上升，產(chǎn)生二次硬化。高速鋼淬火后經(jīng)550—570度三次回火，可獲得較理想的熱硬性回火馬氏體、合金碳化物和少量殘余奧氏體典型碳素工具鋼和合金工具鋼表6．10特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。本節(jié)介紹不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼?；す艿赖母g裂解管內(nèi)壁的高溫腐蝕減?。?）化學(xué)腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。（2）電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。（一）不銹鋼1.金屬腐蝕的基本概念：金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

防止電化學(xué)腐蝕的措施：①獲得均勻的單相組織。②提高合金的電極電位。③使表面形成致密的鈍化膜。工業(yè)發(fā)達(dá)國家每年金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占GNP的4%左右。中國每年腐蝕的損失至少到400億元以上.ZnZnZn-Cu原電池示意圖珠光體腐蝕示意圖電解液2.不銹鋼的工作條件、失效方式及性能要求：1）良好的耐蝕性2）良好的力學(xué)性能3）良好的工藝性能4）價格低廉3.化學(xué)成分特點(diǎn)：

碳含量為0.08~0.95%，主加元素為Cr、Cr-Ni，輔加元素為Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N。低碳：碳高，則降低耐蝕性。Cr：是提高耐蝕性的主要元素①形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%時，形成單相鐵素體組織。③提高基體電極電位(n/8規(guī)律)Ni：獲得單相奧氏體組織。Mo：耐有機(jī)酸腐蝕。Ti,Nb:防止奧氏體鋼晶間腐蝕.晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介質(zhì)作用下發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕。加Ti、Nb則先于Cr與C形成不易溶于奧氏體的碳化物,避免晶界貧Cr。奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕不銹鋼熱處理特點(diǎn)（1）淬火＋回火主要作為馬氏體不銹鋼的最終熱處理。(2)固溶熱處理常用于奧氏體不銹鋼。

馬氏體不銹鋼不銹鋼船用螺旋槳

不銹鋼剪刀

鐵素體型不銹鋼

1Cr18Ni9Ti不銹鋼表帶

不銹鋼容器

耐熱鋼的工作條件、失效方式及性能要求：(1)高的抗氧化性(2)高的高溫力學(xué)性能(3)組織穩(wěn)定性高(4)膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好(5)工藝性及經(jīng)濟(jì)性好（二）耐熱鋼1、抗氧化鋼有較強(qiáng)抗高溫氧化性能,而不承受較大載荷的一類鋼。

提高鋼抗氧化性能的途徑：添加Cr,Al,Si合金元素，以形成穩(wěn)定致密的氧化膜。

耐熱鋼

2、熱強(qiáng)鋼

在高溫下工作,承受較大載荷的一類鋼.鋼的熱強(qiáng)性能—要求鋼有較高的蠕變極限和高溫持久強(qiáng)度，以及良好的高溫疲勞性能。

提高熱強(qiáng)性的途徑：

①增加Cr,Mo，W,V等元素，起固溶強(qiáng)化和提高再結(jié)晶溫度的作用；②降低S、P雜質(zhì)元素含量；③用B、Ti、Zr進(jìn)行晶界強(qiáng)化；④通過碳化物和金屬間化合物的彌散相強(qiáng)化。渦輪機(jī)機(jī)殼1）珠光體型熱強(qiáng)鋼常用鋼號為15CrMo、12Cr1MoV，是低合金鋼。合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高熱強(qiáng)性(T再);V彌散強(qiáng)化。3.常用耐熱鋼2）馬氏體型熱強(qiáng)鋼常用鋼號為1Cr13、1Cr11MoV,4Cr9Si2合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高熱強(qiáng)性(T再);V彌散強(qiáng)化。熱處理：調(diào)質(zhì)。組織：S回。汽輪機(jī)葉片過熱器管排過熱器集箱3）奧氏體型熱強(qiáng)鋼最典型鋼號是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是獲得單相奧氏體;Ti的作用是彌散強(qiáng)化。熱處理采用固溶處理組織為單相A。主要用于過熱器管道等。高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機(jī)的履帶板、破碎機(jī)牙板和鐵路轍岔等.

履帶球磨機(jī)襯板挖掘機(jī)鏟齒鐵路轍岔耐磨鋼的工作條件、失效方式和性能要求（三）耐磨鋼2.化學(xué)成分特點(diǎn)只有ZGMn13一個鋼號.⑴高碳：0.9~1.4%C以保持高耐磨性。⑵高錳：11~14%Mn以保證形成奧氏體組織.3.熱處理特點(diǎn)鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物,性能硬而脆.熱處理采用水韌處理。即將鋼加熱到1100℃，使碳化物溶入奧氏體，并進(jìn)行水淬。室溫組織為過飽和單相奧氏體。4.性能特點(diǎn)水韌處理后，韌性高，硬度低.使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織,具有高耐沖擊能力。顎式破碎機(jī)挖掘機(jī)6.6鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。

一、鑄鐵的分類1、根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式分類灰口鑄鐵碳大部分以游離態(tài)的石墨形式存在，其斷口呈現(xiàn)暗灰色。是目前應(yīng)用最廣泛的一類鑄鐵。白口鑄鐵碳大部分以Fe3C的形式存在，斷口呈銀白色。麻口鑄鐵碳一部分以石墨形式存在，另一部分以Fe3C的形式存在，斷口夾雜著白亮的滲碳體和暗灰色的石墨。2、根據(jù)鑄鐵中石墨的形態(tài)進(jìn)行分類

灰鑄鐵(石墨為片狀)；可鍛鑄鐵(石墨為團(tuán)絮狀)；球墨鑄鐵(石墨為球狀)；蠕墨鑄鐵(石墨為蠕蟲狀)(一)鑄鐵的石墨化過程Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨）二、鑄鐵的石墨化及其影響因素石墨是碳的單質(zhì)之一，其強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零。鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨(G)兩種形式存在。存在兩個鐵碳相圖：Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C鑄鐵的石墨化過程:鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱時分解得到。石墨化分兩個階段：在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。包括結(jié)晶時一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解.在P’S’K’線以下發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化。包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解。石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。P’灰鑄鐵的組織是片狀石墨和鋼的基體組成，根據(jù)共析階段石墨化進(jìn)行的程度不同可分為鐵素體、鐵素體+珠光體、珠光體三種。（二）影響鑄鐵石墨化的因素（1）冷卻速度的影響鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按Fe-G相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化。WC+Wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響

快冷時由于過冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行,不利于石墨化.（2）化學(xué)成分的影響

碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學(xué)性能和鑄造性能變差。碳、硅含量過高,會使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能.SiC白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵共晶碳、硅含量對鑄鐵石墨化的影響碳、硅量控制范圍：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。力學(xué)性能強(qiáng)度、塑性、韌性比鋼低。（原因G的強(qiáng)度、韌性極低，減小鋼基體的有效截面，并引起應(yīng)力集中。）3.鑄鐵的性能耐磨性好——石墨有利于潤滑、儲油。三種石墨形態(tài)對力學(xué)性能的影響缺口敏感性低——表面粗糙對疲勞極限的影響不明顯消震性好（是鋼的十倍）——G組織松軟鑄造性好——接近共晶成分、熔點(diǎn)低、流動好、凝固收縮小。切削加工性好——G使切屑易斷，還可潤滑刀具其它性能應(yīng)用——機(jī)床床身、發(fā)動機(jī)體、齒輪、曲軸

（１）灰鑄鐵牌號——如HT100，表示b≥100MPa（φ30mm）性能——與其它鑄鐵相比，力學(xué)性能差，其它性能好。F+P基體+片狀G×500F基體+片狀GP基體+片狀G組織——鋼基體（F、F

+P、P）+片狀G灰鑄鐵熱處理去應(yīng)力退火——500-550℃，防止機(jī)加工或使用時變形、開裂。高溫退火——850-900℃,表面、薄壁等處白口Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑表面淬火——提高導(dǎo)軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性。２球墨鑄鐵-在鐵水澆注前加球化劑使石墨球化牌號——如QT700-2，表示b≥700，≥2％組織

——鋼基體（F、F+P、P、S回火、B下)+球狀G性能——強(qiáng)度、塑韌性明顯優(yōu)于灰鑄鐵。F+P基體

×500F基體

×100純鎂、稀土鎂合金球墨鑄鐵熱處理退火：去應(yīng)力退火，加熱500～600℃保溫；

低溫退火，加熱720～760℃，P→G+F；

高溫退火，900～950℃，P,Cm→G+F；正火：細(xì)化組織，增加P%，提高強(qiáng)度、耐磨性。

低溫正火，840～860℃→P+F+G，塑韌性較好。

高溫正火，880～920℃→P+G+少量F，強(qiáng)度較高。調(diào)質(zhì)

——加熱850～900℃油淬,550～600℃回火→S回+G等溫淬火——加熱840～900℃,300℃等溫→B下+G（３）蠕墨鑄鐵——在鐵水澆注前加蠕化劑而得牌號——如RuT420

，表示b≥420。性能

——強(qiáng)度、塑韌性優(yōu)于灰鑄鐵。應(yīng)用

——高壓熱交換器、汽缸蓋、液壓閥等。進(jìn)氣管排氣管組織

——鋼基體+蠕蟲狀G稀土硅鐵、稀土鎂鈦（４）可鍛鑄鐵不可鍛造

白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火（900－960℃）而得。牌號——如KT300-6，表示b≥300，≥6％組織——鋼基體+團(tuán)絮狀G性能——強(qiáng)度、塑韌性優(yōu)于HT，低于QT。F+P基×500F基×500F基×1005．鑄鐵的應(yīng)用灰鑄鐵：廣泛用于制造各種承受壓應(yīng)力和要求消振性好且經(jīng)受摩擦的零件，如床身、箔體、機(jī)架、導(dǎo)軌、缸體、活塞環(huán)等。球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵：負(fù)荷較大，受力復(fù)雜的零件，如曲軸、凸輪軸、齒輪、蝸桿等合金鑄鐵在鑄鐵中加入某些元素，以形成具有特殊性能的鑄鐵(又稱合金鑄鐵)。（一）耐磨鑄鐵灰鑄鐵中提高磷含量；白口鑄鐵中加入Cr、Ni、Mo、V等元素。（二）耐蝕鑄鐵向鑄鐵中加入Si、Al、Cr、Cu、Ni、P等元素。鐵及其合金稱為黑色金屬其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。

密度低于4.5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬。有色金屬鋁及鋁合金

（一）純鋁純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72g/cm3)，熔點(diǎn)低(660.4℃)力學(xué)性能：σb=80～100MPa，δ=30～50%，比強(qiáng)度高。(2)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。(3)耐大氣腐蝕，易于加工成形。具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。鋁合金制造的機(jī)翼（二）鋁合金鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

1.鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。鋁合金的分類形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類1）.成分小于F點(diǎn)的合金稱為不能熱處理強(qiáng)化鋁合金。2）.成分在FD’點(diǎn)之間的合金稱為可熱處理強(qiáng)化鋁合金．3）.成分大于D’鑄造鋁合金。合金強(qiáng)化的主要方式:冷變形強(qiáng)化固溶強(qiáng)化、時效強(qiáng)化和細(xì)化組織強(qiáng)化2.鋁合金的強(qiáng)化

（1）固溶強(qiáng)化合金元素加入純鋁中形成無限固溶體或有限固溶體，不僅能獲得高的強(qiáng)度，而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。在一般鋁合金中固溶強(qiáng)化最常用的合金元素是銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等元素。一般鋁的合金化都形成有限的固溶體，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等二元合金均形成有限固溶體，并且都有較大的極限溶解度能起較大的固溶強(qiáng)化效果。

（2）細(xì)化組織強(qiáng)化在鋁合金中添加微量元素細(xì)化組織提高鋁合金力學(xué)性能(既提高強(qiáng)度又改善塑性)。（3）冷變形強(qiáng)化對合金進(jìn)行冷變形，能增加其內(nèi)部的位錯密度，阻礙位錯運(yùn)動，提高合金強(qiáng)度。這對不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的鋁合金提供了強(qiáng)化的途徑和方法。

（4）時效強(qiáng)化固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。

加熱固溶淬火過飽和時效析出-CuAl2時效強(qiáng)化:淬火后合金強(qiáng)度硬度隨時間延長而顯著升高.時效工藝：

固溶處理（水冷淬火）→過飽和固溶體時效過程——過飽和固溶體分解，析出強(qiáng)化相。在室溫下進(jìn)行的時效稱自然時效；在加熱條件下進(jìn)行的時效稱人工時效。時效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。隨時效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d3、變形鋁合金變形鋁及鋁合金牌號表示方法根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為:防銹鋁合金：LF+序號不可熱處理強(qiáng)化硬鋁合金：LY+序號超硬鋁合金：LC+序號鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬（1）防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強(qiáng)化作用。衛(wèi)星天線（LF2）防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。(2)硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M(jìn)行時效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?

飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)（3）超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強(qiáng)化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件,如飛機(jī)大梁、起落架等.飛機(jī)主起落架（4）鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等.壓氣機(jī)葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。4.鑄造鋁合金Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號⑴Al-Si系鑄造鋁合金又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明.鑄造鋁合金的變質(zhì)處理變質(zhì)處理后，×100ZL102的鑄態(tài)組織，未變質(zhì)，×500Al-Si合金（硅鋁明10%-13%Si）——鑄造性好（熔點(diǎn)低、流動性好、收縮?。?。組織——變質(zhì)前，共晶體（粗針狀Si+α基體）+初晶Si變質(zhì)后，共晶體（細(xì)點(diǎn)狀Si+α基體）+初晶α加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能?；钊?裙部為鋁硅合金)用于制造飛機(jī)、儀表、電動機(jī)殼體、汽缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動機(jī)活塞等。⑵其它鑄造鋁合金Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強(qiáng)度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車活塞等。Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度小；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機(jī)密封件等(ZL102、301)Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時效強(qiáng)化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機(jī)活塞(ZL401)