1、1. 理解并掌握工业用钢的分类和编号方法，基本能由钢号推断出它属于哪一类钢种、大概化学成分和主要用途。 2. 了解钢中常存杂质元素及合金元素对钢性能影响。 3. 掌握常用结构钢（重点渗碳钢和调质钢）、工具钢（重点高速钢）的工作条件、性能特点、化学成分、常规热处理、典型钢种及其主要用途。 4. 熟悉特殊性能钢的基本知识。 5. 结合实例，初步具备合理选择材料、正确确定加工方法、妥善安排加工工艺路线的能力。,第6章 工业用钢,特点：强度、塑性、韧性较好，又具有良好的工艺性能和 较低的价格，因而得到广泛应用（80%）。,工业用钢只要指：,碳钢：含碳量低于2.11%的铁碳合金。,合金钢：为了提高钢的性
2、能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素而得到的钢种。,一、钢的分类及编号,1.钢的分类 按化学成分分,按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：,按金相组织分,电弧炉炼钢,按用途分,2 钢的编号,1.碳钢的编号,Q+屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号。,（1）碳素结构钢,脱氧方法符号: 沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ。,质量等级A、B、C、D，P、S含量依次下降，质量提高。,镇静钢脱氧完全钢。组织致密，成分均匀，力学性能好。,如Q235-AF,沸腾钢脱氧不完全钢。凝固前产生大量
3、CO气泡，引起沸腾。其成分组织不均匀，强度较低，不适于制造重要零件。,Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉及垫圈等。Q235C、Q235D可用于重要焊接结构，如锅炉、容器等。Q255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板等，用于承受中等载荷的零件，如转轴、链轮及螺纹钢筋等。,常用牌号及用途：,（2）优质碳素结构钢,牌号用两位数字，表示钢中平均含碳量万分之几。,如45钢平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。,*说明：,含Mn量为0.7-1.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，
4、如60Mn。,对于沸腾钢和半镇静钢, 在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。,高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。,08F、10F、15F、15、20、25等属于低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好，具有良好的锻压性能和焊接性能。08F、10F主要用于制造冲压件和焊接件，如壳、盖、罩等；15F主要用于钣金件。15、20钢属于渗碳钢，常用于制造齿轮、销钉、小轴、螺钉、螺母等。其中，20钢用量最大。,常用牌号及用途：,齿轮,曲轴,常用牌号及用途：,30、35、40、45、50及55等属于中碳钢，经调质处理后，可获得良好综合机械性能，且具有良好的切削加工性。 主要用于制造轴类、齿轮等零件，如曲
5、轴、传动轴、连杆等。其中，45钢应用最广泛。,60、65、70、75等属于高碳钢，经淬火、中温回火后具有较高的强度、弹性、硬度和耐磨性，但塑性韧性较差，其焊接性、可切削加工性及冷变形塑性低。 主要用于制造弹簧、轧辊、凸轮等耐磨工件与钢丝绳等。其中，65钢是最常用的弹簧钢。,（3）碳素工具钢,锉刀,板牙,丝锥,牌号由T + 数字组成，其数字表示平均含碳量的千分之几。,如T8其平均含碳量为 0.8%。,*说明：碳素工具钢都是优质以上质量的钢。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。,（4） 铸钢,牌号由ZG +组成。,ZG表示铸钢，其后数字分别表示最低屈服强度和抗拉强度。,如ZG200-400，表示
6、屈服点s（或0.2）200Mpa且抗拉强度b400MPa的铸造碳钢。 铸钢主要用于制作受力不大且要求一定韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。,2.合金钢的编号,牌号由Q+屈服强度值+质量等级符号三部分组成。,（1）低合金高强结构钢 如Q345C。,*说明：s300MPa时为低合金高强度钢。,（2）合金结构钢,牌号由两位数字+元素符号+数字组成。,合金元素平均含量的百分数， 小于1.5时，不标数字。,钢中碳含量的万分数。,若为易切削钢，则在牌号前标Y，如Y40Mn。,若为高级优质钢，则在牌号后加字母A，如60Si2MnA。,如40Cr表示平均含碳量为0.4且铬含量小于1.5合金结构钢。,若为
7、滚动轴承钢，则在牌号前标G，注意数字表示铬含量的数。 例如，GCrl5表示平均含铬量为1.5的滚动轴承钢。,（3）合金工具钢,NOTE：高速钢含碳量无论多少均不标注。,牌号由数字+元素符号+数字组成。,合金元素的平均含量的百分数， 小于1.5时，不标数字。,用一位数字表示平均含碳量的千分数，超过1.0时不标。,例如9SiCr表示平均含碳量为0.9且平均含硅量、含铬量均1.5的合金工具钢。,如Crl2MoV表示平均含碳量不小于1.0、铬平均含量为12且钼和钒平均含量均小于1.5的合金工具钢。,（4）特殊性能钢,其牌号表示方法与合金工具钢牌号表示方法原则相同。,合金元素的平均含量的百分数， 小于1
8、.5时，不标数字。,用一位数字表示平均含碳量的千分数， wc0.08时，用“0”表示；如0Cr18Ni9。 wc 0.03时，用“00”表示，如00Cr18Ni11。,由数字+元素符号+数字,例如，3Crl3钢表示平均含碳量为0.3，平均含铬量为13的特殊性能钢。,二 钢中常存杂质与合金元素,（1）Mn和Si,来源：炼钢时由锰铁脱氧而残留在钢中。 MnF起固溶强化作用，引起钢的强度和硬度；Mn+SMnS，降低硫的有害作用，改善钢的热加工性能。,2.Si,一般认为，锰和硅为钢中的有益元素。,来源：炼钢时用硅铁脱氧而残留在钢中。 SiF起固溶强化作用，引起钢的强度。,1 钢中常存杂质对其性能影响,
9、（3） S,来源：炼钢时由矿石和燃料带到钢中。,以FeS的形式存在，FeS+Fe低熔点共晶体；在压力加工时熔化导致钢材沿晶界开裂“热脆”。,措施：钢中要限硫含量：0.05% 。Mn与S形成MnS(1620）,粒状分布在晶内。,钢中的MnS夹杂,合金晶界的低熔点硫化物共晶,比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性，于1938年冬发生断裂坠入河中。,(4)P,来源：炼钢时由矿石和燃料带到钢中。,钢中控制P含量：0.045%。,PF，导致钢材强、硬度，塑、韧性，特别是使钢在低温时脆性急剧增加冷脆。,*应用：P多，脆性大，可制作炮弹钢（增加杀伤力）、易切削钢（改善切削加工性）。,激 光 制 导 炮 弹,
10、(5)气体元素,N：以FeN、TiN形式存在，使钢的塑性下降，脆性增大, 俗称蓝脆。,O：以氧化物的形式存在，使强度、塑性、疲劳强度下降，易成为疲劳裂纹源。,钢中TiN夹杂,钢中氧化物夹杂,H：,以原子态溶解于钢中，降低韧性，引起氢脆。,当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，俗称白点。,钢中白点,钢的氢脆断口,（1）合金元素在钢中的存在形式a）合金铁素体 合金元素溶于铁素体，形成合金铁素体，起固溶强化作用。 其中，Si、Mn、Ni强化效果较显著；Cr、W、Mo相对较弱。,2 合金元素在钢中的作用,合金元素对铁素体性能的影响,b）合金渗碳体 弱碳化物形成元素或较低
11、含量中强碳化物形成元素，能置换渗碳体中铁原子，形成合金渗碳体。如(FeMn)3C、Mn3C等。,c）特殊碳化物,强碳化物形成元素或较高含量的中强碳化物形成元素，能够与 碳化合，形成特殊碳化物，如VC、TiC等。 NOTE：合金渗碳体和特殊碳化物具有较高的熔点和稳定性，当它们弥散分布在钢中时，可大大提高钢的强度、硬度和耐磨性，且不降低韧性，这对提高工件的使用性能极为有利。,(2)合金元素对钢性能的影响 a）合金元素改善钢的热处理性能 细化奥氏体晶粒 所有合金元素都阻碍钢在加热时奥氏体晶粒长大，从而使钢热处理后组织细化。 提高淬透性 除Co以外的合金元素均固溶于奥氏体，增加奥氏体的稳定性，减慢过冷
12、奥氏体的分解速度，降低钢在淬火时的临界冷却速度，从而提高淬透性。,提高回火抗力（回火稳定性） 回火抗力：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。硬度下降越慢，则回火抗力越高。 这是因为合金元素推迟了马氏体的分解，抵抗硬度下降，因而提高了回火抗力。,与同等含碳量的碳钢相比，在同一温度回火，合金钢有较高的强度和硬度。 而回火至同一硬度，合金钢的回火温度高，保温时间长，内应力消除比较彻底，因而其塑性和韧性比碳钢好。,产生二次硬化 二次硬化：淬火钢在较高温度回火时硬度不降低反而升高现象。 原因：当钢中Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素的含量超过一定量时，在400C以上会形成细小弥散分布的特殊碳化物，从而
13、使硬度升高。,防止回火脆性 回火脆性：淬火钢回火后出现韧性下降的现象，如图所示。 第一类回火脆性：在250400C出现冲击韧性下降现象。 目前，尚无有效方法消除，只能避免在此温度范围回火。 第二类回火脆性：在500600C回火后缓慢冷却时出现的冲击韧性下降现象。 防止第二类回火脆性措施： 对较小零件可用回火后快冷方法； 对大型零件可选用含W、Mo的合金钢制造。,b）合金元素提高钢的使用性能 1）合金元素使钢的性能得到强化 由塑性变形理论知：塑性变形是位错在滑移面上运动的结果。,钢中的溶质原子、第二相粒子及晶界等都阻碍位错运动，因而会产生固溶强化、第二相强化及细晶强化，从而使钢的强度、硬度升高。
14、,固溶强化 合金元素溶入钢后形成的合金铁素体，引起晶格畸变，增加位错运动阻力，产生固溶强化。,第二相强化合金渗碳体和特殊碳化物在钢中加热形成奥氏体时，难以溶于奥氏体，也难以聚集长大。当它们以细小质点分布在钢中时，会阻碍位错运动，从而有效地提高钢的强度和硬度。细晶强化大多数合金元素都能细化铁素体和奥氏体晶粒及马氏体针条，且晶粒越细小，位错运动阻力越大，强化效果越显著。,2）合金元素使钢获得特殊性能合金元素加入钢中可以使钢形成稳定的单相组织或形成致密的氧化膜和金属间化合物，从而使钢获得耐腐蚀、耐热等特殊性能。,NOTE：细晶强化不仅可以提高钢的强度和硬度，而且还能同时提高钢的塑性和韧性，这是其它强
15、化方法不可能做到的。,1 碳素结构钢 （1）成分：0.4%C，P、S 量较多。 （2）性能：可焊性、塑性好。 （3）热处理：热轧空冷态下使用。 （4）使用状态下组织：F+P,（5）用途：常以热轧型材使 用，约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、 铆接、栓接等。,热轧钢板,三 结构钢,（1）性能特点,2 低合金高强度结构钢,a） 高强度，可减轻结构重量，节约钢材。（比采用普通碳结构钢节约15%钢材） b) 足够的塑性、韧性及良好的焊接性能。 c) 良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。,在碳素结构钢基础上加入少量的合金元素而得到的钢种，其含wS、wP均0.045。 主要用来制造强度要求较高的工
16、程结构，如桥梁、船舶、压力容器、机车车辆、房屋、输油管道、锅炉等。,南京长江大桥,(2)成分特点a) 低碳：wC0.2%，以保证良好塑性、韧性和焊接性能。 b) 合金元素： Mn：强化铁素体；降低冷脆转变温度；增加珠光体的量，提高强度。 V、Ti、Nb等主要起细晶强化作用。 Re可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。,(3)热处理大多数在热轧空冷状态下使用，其组织为F+S。 (4)常用牌号及用途Q345钢综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆及建筑结构等。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高，用于石化中温高压容器、大型船舶及重要桥
17、梁。,船舶,桥梁,储气罐,车辆,(1)性能特点a) 表硬里韧。 b) 具有高的淬透性和渗碳能力。 (2)成分特点a) 低碳：0.100.25%。b) 合金元素： 提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B 细化晶粒：W、Mo、Ti、V,3 渗碳钢,指经渗碳、淬火、低温回火后使用的钢种。,(3)热处理特点渗碳件一般的工艺路线为：下料锻造正火机加工渗碳淬火+低温回火磨削 正火：改善锻造组织，调整硬度，便于切削加工；渗碳：增加表面含碳量；淬火：提高硬度和耐磨性；低温回火：保持高硬度，降低脆性。,使用状态下组织： 表层：高碳回火马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体；硬度为5864HRC。 心部：低碳回火马氏体、少
18、量铁素体；硬度为3545HRC 。,(4)常用牌号及用途 低淬透性合金钢如20Cr、20Mn2等 ，其淬透性差，渗碳淬火后，心部强 韧性较低。 只要用于受力尺寸较小耐磨件，如活塞销、凸轮轴等。,活塞销,凸轮轴,中淬透性合金钢 如20CrMnTi、20SiMnVB等，其淬透性较好。 主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器轴等。,齿轮,高淬透性合金钢：,如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等，其淬透性好，主要用于制造大截面、承受高负荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、齿轮等。,增压柴油机曲轴,(1)性能特点 a) 良好的综合力学性能。 b
19、) 良好的淬透性。 (2)成分特点 a) 中碳：0.250.5%。 b) 合金元素： 强化铁素体，提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 细化晶粒，防止第二类回火脆性: W、Mo 、V,4 调质钢,指经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的钢种。,主要用于制造受力复杂、要求综合力学性能好的重要零件，如 精密机床的主轴、汽车的后桥半轴、发动机曲轴、连杆等。,(3)热处理特点调质件一般的工艺路线为：下料锻造退火粗加工调质精加工装配退火：调整硬度，改善锻件组织、性能，消除缺陷，为切削加工和淬火作好组织上的准备。 调质：获得良好综合力学性能。使用状态下的组织为：S回。为提高表面耐磨性，调质后可进行表面
20、淬火或氮化。,(4)常用钢号及用途低淬透性钢：常用40Cr、40MnB等，用于制造截面尺寸 较小的齿轮、轴、螺栓等。中淬透性钢：常用35CrMo、40CrNi等，用于制作截面尺寸较大、承受较大载荷零件，如大型发动机曲轴、连杆等。高淬透性钢：常用40CrNiMo、37CrNi3等，用于制造大截面承受重载荷零件，如航空发动机曲轴、汽轮机主轴等。,连杆,曲轴,螺杆,(1)性能特点 a) 高的s、s/b，以保证承受大的弹性变形和较高载荷。 b) 高的-1，以避免产生疲劳破坏。 c) 足够的塑性、韧性。,5 弹簧钢,弹簧作用：利用弹性变形储存能量，传递力与缓和冲击和振动；或与其他零件相配合控制某一工作过
21、程，如钟表中发条。,指用于制造弹簧或其他弹性零件所使用的钢种。,(2)成分特点 a)含碳量较高：碳钢0.60.9%C；合金钢0.450.7%C。 b) 合金元素： 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si 细化晶粒，减小脱碳和过热敏感性 ：Cr、W、 V,3.热处理特点 冷成型弹簧 冷拉淬火+中温回火冷卷成形去应力退火成品。 用于截面尺寸10mm大型弹簧，如汽车板簧、火车螺旋弹簧。,汽车板簧,火车螺旋弹簧,(4)常用钢号及用途 Si、Mn弹簧钢 如65Mn、60Si2Mn，用于制造截面尺寸25mm的弹簧，如汽车、拖拉机、火车的板簧和螺旋弹簧等。 Cr、V弹簧钢 如50CrV，用于制造在350400C
22、下工作大截面(30mm)、大载荷的耐热弹簧，如高速柴油机的气门弹簧、阀门弹簧等。,6 滚动轴承钢,(1)性能特点 a) 高硬度和高耐磨性； b) 高的弹性极限和接触疲劳强度； c) 足够的韧性、淬透性和抗耐蚀性。,滚动轴承钢是指用来制造各种滚动轴承的滚动体及内外套圈的专用钢种，也可用于制作形状复杂的工具、冷冲模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的结构零件。,(2)成分特点a) 高碳： 0.951.15%C。 b) 合金元素：Cr：提高淬透性，接触疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性 ；Si、Mn、V：进一步提高钢的淬透性和强度。NOTE：当wCr1.65%时，会因残余奥氏体量的增加而使硬度和稳定性下降
23、。,锻造,机加工,GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线,3.热处理特点球化退火获得球状珠光体，降低硬度，改善切削加工性并为淬火做好组织上的准备。淬火+低温回火这是决定轴承钢性能的关键。最终得到细针状的回火马氏体、颗粒状碳化物与少量残余奥氏体组织，硬度为6266HBC。 淬火后冷处理(-60-80)进一步减少残余奥氏体和消除内应力，稳定尺寸。,(4)常用钢号及用途含铬轴承钢GCr9、GCr15的淬透性较低，主要用于制作中、小型滚动轴承及冷、冲模、量具、丝杠等。 GCr9SiMn、GCr15 SiMn的淬透性较高，主要用于制作大型滚动轴承。无铬轴承钢 如GMnMoVRE等。,四 工具钢,工具钢是用于
24、制造刃具、量具和模具的钢种。,（一）刃具钢 用来制造各种切削刀具的钢种。,(1)成分特点 高碳(0.651.35%C)，硬度和耐磨性；但wC， 韧性。,1 碳素工具钢,优点：锻造和切削加工性能好，价格便宜。 缺点：淬透性低，回火稳定性差。 用途：主要用于制造尺寸不大、形状简单的手动或低速运动的机用工具。,（2）热处理特点球化退火降低硬度，改善组织，为切削加工和淬火作组织准备。 淬火+低温回火获得回火马氏体、粒状渗碳体及少量残余奥氏体组织，以达到工具所要求的高硬度(60HRC左右)和高耐磨性。,（3）常用牌号及用途 由于碳素工具钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手动工具和低速刃具。 T7、T
25、8：用于制造要求具有较高韧性的工具，如木工用的冲子、凿子、锤子等。,木工凿,T9、T10、T11钢用于制造要求较低韧性、较高硬度的工具，如小钻头、冲模、手丝锥等。,丝锥,钻头,木工钻,T12、T13钢用于制造要求具有高硬度和耐磨性的工具，如锉刀、锯条、量规等。,锉刀,手锯条,量规,光面量规,2 低合金工具钢 在碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成。 (1)成分特点：高碳：0.751.5%C 合金元素作用 提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐磨性、细化晶粒: W、V,(3)热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油（碳工钢为水）。使用状态下的组织为： M回+颗粒状碳化物+A（少量） (
26、4)常用钢号及用途应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。,(1)性能特点 高热硬性 600时硬度仍保持在5560HRC。 高淬透性 空冷即可淬火，俗称“风钢”。 (2)成分特点 a) 高碳: 0.701.5%C b) 高合金：10% 提高淬透性及回火稳定性 ：Cr 提高热硬性、耐磨性: W、Mo、V,3 高速钢（俗称风钢）制造高速切削刃具的高合金工具钢。,(3)铸态组织与锻造 高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为粗大的鱼骨状合金碳化物，脆性大且不能用热处理来消除，只能进行反复轧制或锻造，才能击碎，使之均匀分布在基体上。,W18Cr4V钢铸态组织 鱼骨状Ld与
27、树枝状M+T,W18Cr4V钢退火组织 S+粒状或小块碳化物,W18Cr4V钢淬火组织 M+粒状碳化物+A,(4)热处理 加工工艺路线：下料锻造退火机加工淬火回火磨削 球化退火降低硬度，改善组织，消除应力，为切削加工和淬火做好组 织上准备。退火后组织：S+粒状或小块碳化物 淬火获得高硬度和高耐磨性。淬火后组织：M+粒状碳化物+A,高温回火（ 560三次回火）消除内应力，稳定组织。回火后的组织： M回+粒状碳化物+A 。,W18Cr4V钢淬火、回火后的组织,W18Cr4V插齿刀的热处理工艺如图所示,W18Cr4V钢：其热硬性较高、过热敏感性较小，磨削加工性较好；但热塑性差、碳化物粗大，适用于制造
28、一般的高速切削用车刀、刨刀、钻头及铣刀等。,(5)常用牌号及用途,车刀,铣刀,钻头,W6Mo5Cr4V2钢，其热塑性良好，碳化物分布比较均匀，耐磨性高，但热硬性较差，易脱碳和过热，广泛用于制造轮铣刀、插齿刀、麻花钻头等刃具。,齿轮滚刀,插齿刀,轮铣刀,麻花钻,W9Mo3Cr4V：近几年研制的新钢种，既保留了W18Cr4V钢良好的热塑性，又克服了 W6Mo5Cr4V2钢脱碳倾向性大的缺点，且硬度比较高，是很有发展前途的钢种，用于制作各种切削刀具和冷、热模具。,切削刀具,冷镦模具,1)冷作模具钢:制造金属冷成型模具的钢。冷挤压、冷冲模、拉丝。因模具受很大压力、摩擦和冲击。所以要求:高硬度和耐磨性。
29、足够的强度和韧性。淬透性高，热处理变形小。,低合金工具钢用于制造小尺寸、形状简单、受力不大的模具。如9SiCr、CrWMn、9Mn2V等。,用以制造冷热模具的钢种。,(二)模具钢,汽车冲压模具,Cr12型冷作模具钢:高C(1.45-2.30%C)(为淬火后获得高碳M和足够合金碳化物,保证高硬度和高耐磨性)；Cr(11-13%Cr)(提高钢淬透性,减少淬火变形,增加韧性)。 最终热处理为：淬火+低温回火使用状态下的组织： M回+颗粒状碳化物+A（少量）常用钢号:Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。,汽车外板冷冲模,Cr12钢,2) 热作模具钢-制造使加热金属或液态金属成型模具的钢
30、种。 因高温(400-600)下工作, 要求:高温下足够强度、韧性、耐磨性及高抗热疲劳性能；高淬透性和良好导热性。 含碳量(0.3-0.6%C),中碳钢(保证中温或高温回火后有足够强度和韧性),合金元素Ni、Cr、Mn、Si、Mo,提高钢淬透性,强化F基体,Ni提高韧性；Cr、Si、W提高热疲劳抗力；Mo提高回火稳定性,防止第类回火脆性。 常用牌号:压铸模具3Cr2W8V、4CrSi、4CrW2Si;热锻模钢5CrNiMo、5CrMnMo 热锻后预备热处理是退火,目的:消除 锻造应力,改善切削加工性。退火后 组织:细片状P+F,硬度197-241HBS。 最终热处理:淬火(840-870 )+
31、回火 (中温或高温), 使用状态下组织:S回或回火屈氏体,曲轴模具,型板压铸模,汽车四缸压铸模,(三)量具钢,制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。,量具在使用过程中与被测零件接触,承受摩擦和冲击。 要求:高硬度(62-65HRC)和耐磨性；高尺寸稳定性；足够韧性。 量具用钢:碳素工具钢(T10A、T12A，作尺寸小、形状简单、精度低的量具)、低合金工具钢(9SiCr、CrWMn、GCr15等，制造精密量具)。,量规,量具钢的热处理与刃具钢一样。对精密量具淬火后立即冷处理，后150-160低温回火；人工时效一次（110-150 ，24-36h），使淬火组织转变为稳定的M回火，消除淬火
32、应力。精磨后在120 下人工时效2-3h，消除磨削应力。,五 特殊性能钢,特殊性能钢是指具有某些特殊的物理、化学性能，用来制造在特殊环境及工作条件下所使用的钢种。,不锈钢:能抵抗大气腐蚀或酸、碱腐蚀的钢。 为提高钢抗蚀能力,从两方面入手:1)使钢在室温下获得单相组织；2)提高钢基体组织在腐蚀介质中的电极电位。 Cr提高抗蚀能力(Cr在氧化介质中很快形成Cr2O3氧化膜,保护内部不受腐蚀；Cr12.5%,Cr的电极电位跃增,抗蚀性显著提高) 。,电化学腐蚀的主要原因： 由于不同电极电位的金属在电解质溶液中形成原电池，使低电极电位的阳极被腐蚀，高电极电位的阴极被保护，从而导致金属的电化学腐蚀。,按
33、组织状态份三大类： 1.铁素体不锈钢 含碳0.15%，Cr为12%-30%，高铬低碳，单相F组织，从室温加热到高温（960-1100）组织无显著变化。随Cr增加，耐蚀性进一步提高。用于受力不大的耐酸结构和作抗氧化钢使用。 按Cr含量有以下三种类型： 1）Cr13型，如00Cr13Al、00Cr12,做耐热钢用（汽车排气阀）。 2）Cr17型，如1Cr17、1Cr17Mo等，可耐大气、稀硝酸腐蚀。 3）Cr27-30型，如00Cr27Mo、00Cr30Mo耐强腐蚀介质的耐酸钢。,用途:广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。,钢中相,2.马氏体不锈钢 常用M不锈钢含0.1%-0.4%C，含12%-14%
34、Cr，属铬不锈钢。淬火后得到M，有较好力学性能，耐蚀性、塑性、可焊性不如F、A不锈钢。 牌号中的：1Cr13、2Cr13含碳量较低，只在力学性能高、又有一定耐蚀性的零件，如：汽车机轮叶片及医疗器械等； 3Cr13、7Cr13含碳量提高，其强度、硬度较高，用于制造医用手术用具、量具、不锈钢轴承、弹簧等。,汽轮机叶片,3.奥氏体不锈钢 常用A不锈钢含17%-19%Cr,含8%-11%Ni,属镍铬不锈钢。因含镍量高,扩大了A区,室温下能得到单相A组织。有更好的耐蚀性和高温抗氧化型。 牌号中的:主要为18-8(18Cr-8Ni)型不锈钢。如0Cr18Ni9、2Cr18Ni9等。供货状态多为固溶处理态(
35、即加热到1100使碳化物溶解后水冷) 。主要用于制作耐蚀性要求很高的及冷变形成性需焊接的工件,如化工设备、管道等；也用于仪表、发电等工业制作无磁性的耐蚀零件。 这类钢热处理不能强化,可通过冷变形加工提高强硬度。热处理：采用固溶处理。 组织：单相奥氏体,不锈钢带,第二节 铸铁,一、概述 铸铁:含碳量2.11%并含有较多Si、Mn、S、P等元素的多元铁基合金。 铸铁有许多优良性能及生产简便、成本低廉等优点,是应用最广泛的材料之一。 如机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。,一)铸铁的石墨化 1.石墨化概念:铸铁中的碳除少量固溶于基体中外,主要以化合态的渗碳体(Fe3
36、C)和游离态石墨(G)两种形式存在。铸铁中C原子析出而形成石墨的过程称为-。 石墨是碳的单质,其强度、塑性、 韧性几乎为零。 Fe3C是亚稳相,在一定条件下发 生分解: Fe3C3Fe+C(石墨) 铸铁墨化有三种方式： 1)由液态铁水中直接析出石墨:LG。 2)自A中直接析出石墨:AFe+G。 3)在高温长时间加热下,渗碳体分解 产生石墨:Fe3C Fe+G,台车式石墨化退火炉,2、影响石墨化的因素 化学成分:碳和硅是强烈促进石墨化的元素。含量越高，越容易获得石墨组织，含量过高，使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能。S对石墨化有强烈阻碍作用，Mn阻碍石墨化，与S亲和力很大，形
37、成MnS，起到削弱S的反石墨化作用。 (2)冷却速度:相同化学成分的铁水冷却速度越慢，C原子析出和聚集越充分，结晶并析出石墨的可能性越大；反之冷却速度越快，析出Fe3C的可能性越大，不利于石墨化。生产中，铸件冷却速度取决于铸件材料和铸件壁厚。,3.铸铁分类,据碳在铸铁中存在的形式不同，铸铁可分为三类：,灰口铸铁中C大部或全部以石墨的形式存在，据石墨存在形态不同，灰口铸铁可分为。 1）灰铸铁：其石墨呈黑色片状，力学性能不太高，生产工艺简单，价格低廉，应用最广泛。 2）可锻铸铁：其石墨呈黑色团絮状，力学性能较灰铸铁高，生产周期长，成本高。 3）球墨铸铁：其石墨呈黑色蠕虫状，力学性能介于灰铸铁与球墨
38、铸铁之间。,二、常用铸铁,一）灰铸铁 1.灰铸铁的组织和性能：灰铸铁的组织特点：是在钢的基体上分布有片状石墨，按基体组织分为三种：,1）F灰铸铁：组织为F+片状石墨，图a。 2）F+P灰铸铁：组织为F+P+片状石墨，图b。 3）P灰铸铁：组织为P+片状石墨，图c。因石墨软而脆(强度、硬度和塑性几乎为零),故在铸铁中可把它看成微裂纹。,片状石墨的尖端会产生应力集中,对集体组织起割裂作用,使灰铸铁的抗拉强度大大降低(b =120-250MPa),塑性和冲击韧性几乎为零,石墨量越多,尺寸越大,性能越差。灰铸铁的力学性能远低于碳钢。 因石墨的存在,使灰铸铁有一系列优于钢的性能： 1)良好铸造性:C含量
39、接近共晶成分,故熔点低,流动性好,收缩率小。所以,灰铸铁能浇注出形状复杂的薄壁铸件。 2)良好切削加工性:石墨割裂基体的连续性,使铸铁切削时易断削,利于散热；且石墨对刀具有一定润滑作用,使刀具磨损减少。 3)减摩性好:因石墨有固体润滑作用,且其周围空隙可以吸附贮存润滑油,使摩擦面上的油膜易保持大大降低摩擦因子。有良好减磨性。 4)减振性强:石墨组织松软可吸收振动波,比钢的减振性大10倍,常用作机床底座、机车等零件 5)缺口敏感性低:石墨本身相当与很多小缺口,使外加缺口的作用减弱,增加零件的可靠性。,2.灰铸铁的牌号和应用 牌号：“HT+三位数字”的方法来表示，灰铁+抗拉强度数值。,3.灰铸铁的
40、热处理热处理只改变基体组织,不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的3050%,热处理对铸件力学性能影响不大,部分铸件表面淬火提高表面硬度和耐磨性。常用热处理有: 消除内应力退火(又称人工时效)； 消除白口组织退火 ； 表面淬火.用途:制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。,可锻铸铁石墨化退火工艺曲线,二）可锻铸铁(马铁或玛钢) 1.可锻铸铁的组织、性能、牌号和用途 可锻铸铁由白口铸铁经石墨化退火获得团絮状石墨的铸铁。 据退火后基体组织分为：1）F可锻铸铁（黑心可锻铸铁）：组织：F+团絮状G。,2）P可锻铸铁(黑心可锻铸铁):组织:P+团絮状G。因团絮状石墨对铸件基体的
41、割裂和应力集中作用比灰铸铁大大减少，强度和韧性有很大提高。故称为“可锻铸铁”，指其韧性比普通灰口铁好，实际并不可段。,可锻铸铁的显微组织,牌号：KTH（Z）+两组数字；抗拉强度值-延伸率值。如：KTH300-06,H代表“黑心”；B代表“白心”； Z代表珠光体基体,用途:用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等,2.可锻铸铁的生产:两步:1)白口铸铁的浇注：2)石墨化退火：,三） 球墨铸铁 1.球墨铸铁的组织、性能、牌号和用途 球墨铸铁的显微组织包括石墨（球形）与基体组织。 据基体组织分为：1）F球墨铸铁、2）F+P球墨铸铁、3）P球墨。球墨铸铁
42、对基体组织的割裂和应力集中作用大大减小，基体强度利用率可高达70%-90%（灰铸铁30%-50%），故球墨铸铁的强度、塑性和韧性不仅超过其它铸铁，可与相应组织的钢媲美，球墨铸铁的屈强比（0.7-0.8）高，而钢一般只0.30.5 。对承受静载荷的零件，用球墨铸铁代替钢安全可靠，但其塑性和韧性低于钢。 球墨铸铁可进行各种热处理改变基体组织，提高力学性能。热处理方法与钢基本相同。可进行退火、正火、调制、淬火加回火、等温淬火等。,球墨铸铁的显微组织,牌号：QT+两组数字。球墨铸铁代号+最低抗拉强度+最低延伸率。如：QT600-03 用途：承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。 2.球墨铸铁的生
43、产,铸铁的分类与牌号表示方法,四）合金铸铁铸铁合金化目的:1)强化基体组织(常辅之热处理)。2）为获得特殊性能。如耐磨性、耐蚀性、耐热性等。合金化适用于灰铸铁、球墨铸铁。常用的合金铸铁有: 1.耐热铸铁:在铸铁中加入Cr、Si、Al等合金，可在铸件表面形成致密保护氧化膜（Cr2O3、SiO2、Al2O3），使铸铁在高温下有抗氧化能力。 2.耐磨铸铁:在经孕育处理的灰铸铁中加入P(0.4%-0.6%)、Cu、Ti等,大大提高铸件耐磨性,形成耐磨铸铁。原因:加入P形成坚硬磷化物共晶体;加入Cu使铸铁组织致密,细化P,使石墨均匀分布;加入Ti形成高硬度特殊碳化物。 3.耐蚀铸铁:普通铸铁耐蚀性很差,
44、加入Cr、Mo、Cu、Ni等元素,提高基体电极电位,增强铸铁耐蚀性。,第三节 有色金属及其合金,工业生产中,把铁及其合金称为黑色金属,把其他非铁金属及其合金称为有色金属。有色金属的产量和用量不如黑色金属多,但因其有许多优良特性,如特殊电、磁、热性能,耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等,成为现代工业不可缺少的金属材料，在航空航天、原子能、计算机等新型工业部门应用广泛。铝及其合金、铜及其合金及轴承合金。,一.铝及铝合金,一）纯铝,地壳中含量近8.2%，列全部化学元素含量的第三位(仅次于氧和硅)，列全部金属元素含量的第一位（Fe: 5.1%；Mg: 2.1%；Ti: 0.6%）。,铝以化合态存
45、在于各种岩石或矿石中，如长石、云母、高岭土、铝土矿、明矾。,霞石（Nepheline）：岩浆矿物，长石类矿物。 氧化铝（Alumina ） 菱镁铀矿（Bayleyite ） 明矾（Alunite）,资源, 密度小 高的热导率、电导率 高的耐腐蚀性 优异的机加工性能 高的韧性、成形性,性能,工业纯铝牌号：L1、L2、L7。L-铝，数字-纯度。数字越大纯度越低。 高纯铝牌号：LG1、LG2、，数字越大，纯度越高。,牌号,二）铝合金铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。铝合金常加入的元素有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。,铝合金一般具有有限固溶型共晶相
46、图。将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类。,铝合金分类示意图,1.形变铝合金铝合金热处理方法与钢不同，因铝合金无同素异晶转变，不能通过相变强化。其相图表明铝合金在固态下有固溶度变化。可采用淬火+时效的热处理方法强化铝合金。淬火后铝合金硬度不提高，但淬火后得到过饱和固溶体不稳定，有析出第二项的倾向，将其在室温下放很长时间或在一定温度下保持足够时间，就从过饱和a固溶体中析出细小均匀的第二相，使铝合金强度、硬度显著升高的强化现象-时效硬化。根据GB/T 16474-1196规定,形变铝合金牌号采用四位字符表示,即用2XXX-8XXX系列表示。第一
47、位数字:依第一位主要合金元素(Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn)、其他元素的顺序表示形变铝合金的组别；第二位字母:原始纯Al的改型；最后两位数字:区分同一组中不同铝合金。根据性能特点和用途，形变铝合金分为一下四种：, 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg的主要作用是提高抗蚀 能力和塑性,并起固溶强化作用。不能进行热处理强化,常利 用加工硬化提高其强度。 防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体,抗蚀性、 焊接性能好,易于变形加工,但切削性能差。主要用于制造各种高耐蚀性薄板容器、管道等。常用牌号:3A21、5A02、5A05等。,卫星天线（LF2）, 硬铝合金主要是A
48、l-Cu-Mg系三元合金，Cu和Mg主要作用形成两个强化相，时效过程以弥散形式析出，使合金强度、硬度显著提高。 硬铝耐蚀性较差，加入适量Mn改善其耐蚀性；可采用硬铝表面包一层纯Al或包覆Al，提高耐蚀性。 用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。 常用牌号：2A11、 2A12等，, 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系四元合金,并含有少量Cr和Mn。 时效强化效果超过硬铝合金 。抗拉强度可达600MPa，相当于超高强度钢。 热态塑性好,但耐蚀性差,常用包铝法 提高耐蚀性。其耐热性比硬铝差,温度 120会软化。,飞机主起落架,常用合金有7A04等,主要用于工作温度较低、受力较大的结构件,如飞机的大梁、起落架等。, 锻造铝合金Al-Cu-Mg-Si系四元合金，元素种类较多，含量较少，因而有良好的热塑性，可锻性。主要强化相Mg2Si，力学性能高（与硬铝接近）。 常用牌号有2A50 、2A14等 。用于制造航空及仪表工业各种形状复杂、受力加大的锻件和模锻件,如喷气发动机压气机叶轮、导风轮、框架、支杆等。,压气机叶片,GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为： 防锈铝合金：LF+序号 硬铝合金： LY +序号 超硬铝合金：LC +序号 锻铝合金： LD +序号,
