第六章 金属材料6.1 工业用钢概述 6.2 合金元素在钢中的作用 6.3 结构钢 6.4 工具钢 6.5 特殊性能钢 6.6 铸铁 6.7 铝及其合金 6.8 铜及其合金 6.9 轴承合金 6.10 新型金属材料 本章小结6.1工业用钢概述 611钢中杂质 612钢的分类与编号第六章 金属材料6.1.1 钢中常存杂质 常存杂质 对钢的影响Mn脱氧残留在钢中,室温下形成置换固溶体,产生固溶强化; 与硫化合成MnS,减轻热脆现象.是有利元素.Si脱氧残留在钢中,脱氧能力比Mn强.能产生固溶强化.是有 利元素.S由矿石和燃料残留钢中.固态下S不溶入Fe,形成FeS,FeS 与Fe形成低熔点的(985)共晶体(Fe+FeS),并分布在晶界 上,热加工时共晶体熔化,产生热脆. Mn与S能形成熔点为1620的MnS,它在高温时塑性好. 是有害元素.P由矿石残留在钢中,溶入铁素体后,会产生冷脆现象.是有 害元素.第六章 金属材料6.1.2 钢的分类与编号1.钢的分类碳 低碳钢(WC0.25%)素 中碳钢 (WC=0.3%0.6%) 按 钢 高碳钢(WC0.6%)化 锰钢 学 铬钢 (1) 成 按合金元素种类分 硼钢分 合 铬镍钢分 金 硅锰钢钢 低合金钢(5%)按合金元素含量分 中合金钢(5%10%)高合金钢(10%)第六章 金属材料(2)按冶金质量分普通钢(WS 0.05%、WP 0.045% 优质钢（WS 0.030%、 WP 0.035%) 高级优质钢（WS 0.020%、WP 0.030%) 特级优质钢（WS 0.015%、WP 0.025%)第六章 金属材料(3)按用途分建筑工程用钢 工程用钢 桥梁工程用钢船舶工程用钢结构钢 车辆工程用钢调质钢机器用钢 渗碳钢弹簧钢轴承钢刃具钢工具钢 模具钢量具钢不锈钢特殊钢 耐热钢耐磨钢第六章 金属材料碳钢的编号方法分类编号方法说明 举例 Q235AF碳素结构钢Q-字母字母 数字表示S 优质碳素结构钢，或Mn 数字表示含碳量的万分之 几，Mn表示含Mn量较高45，40Mn碳素工具钢T，或TA 数字表示含碳量的千分之几 A表示高级优质T8，T10A一般工程用铸造碳钢ZG- 数字分别表示S和bZG200-400第六章 金属材料合金钢的编号方法分类 编号方法 举例 低合金高强 度结构钢Q-字母 表示S，字母表示质量等级Q345-A合金结构钢+化学符号+ 前面的表示含碳 量的万分之几，后面的表示合金元素 的百分之几。15%时不标。滚动轴承 钢以G开头，含铬量用千分数表示。60Si2MnGCr15 合金工具钢前面表示含碳量的千分之几， 10%不标，（高速钢例外）5CrMnMo CrWMn W18Cr4V特殊性能钢前面表示碳含量的千分之几，当含碳 量003%或008%时，钢号前冠以00 或0表示。2Cr13 0Cr18Ni9Ti62合金元素在钢中的作用621合金元素对钢中基本相的影响 622合金元素对铁碳相图的影响 623合金元素对热处理及性能的影响第六章 金属材料6.2.1 合金元素对钢中基本相的影响常用的合金元素:Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Ni、RE等 非碳化物形成元素:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等 碳化物形成元素:Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等合金的基本相是固溶体和化合物,具体在钢中就是铁素体和渗碳体 1.形成合金铁素体产生固溶强化（即强度、硬度提高，塑性、韧性下降）如图所示； 提高铁素体的再结晶温度和高温强度；提高铁素体的化学性能（如 耐蚀性、磁性等）。 2.形成碳化物(1)形成合金渗碳体 弱碳化物形成元素Mn大部分溶入铁素体中,少 部分溶入Fe3C中,形成合金渗碳体(Fe、Mn)3C,其稳定性高于Fe3C(2)形成特殊化合物 包括稳定性较高的特殊化合物Cr7C3、Cr23C6、 和稳定性更高的间隙相WC、MoC、VC、TiC、W2C等第六章 金属材料合金元素对铁素体的影响第六章 金属材料对硬度的影响 对韧性的影响6.2.2 合金元素对铁碳相图的影响第六章 金属材料Mn、Cr对铁碳合金相图的影响623合金元素对热处理及性能的影响1、对钢在加热时奥氏体化的影响除Co、Ni加速奥氏体的形成外，其他元素减慢；除P、Mn促进奥氏体晶粒长大外，其他细化。2、对过冷奥氏体分解的影响除Co外，其他溶入奥氏体中的合金元素减慢奥氏体的分解，使C曲线向右移或改变C曲线的形状；除Co、Al外，其他元素使MS下降，增加A残%。3、对回火转变的影响 1) 提高耐回火性 2) 产生二次硬化 3) 回火脆性第六章 金属材料产生二次硬化第六章 金属材料Mo含量对035%C的碳素钢回火硬度的影响回火脆性第六章 金属材料钢的韧性与回火温度的关系63结构钢631普通结构钢 碳素结构钢（如Q235）低合金高强钢（如Q345）成分特点、性能特点、热处理特点、应用632优质结构钢 渗碳钢（如15、20Cr）调质钢（如45、40Cr）弹簧钢（如75、60Si2Mn）滚动轴承钢（如GCr15）成分特点、性能特点、热处理特点、应用第六章 金属材料64工具钢641 性能要求高硬度和高耐磨性、高热硬性（红硬性）、足够的韧性和塑性、 其他 642 成分特点含碳量、合金元素 643 锻造及热处理特点 644 应用第六章 金属材料工具钢的种类1刃具钢（如T10、9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2）成分特点、锻造特点、热处理特点、应用 2模具钢 热作模具钢（如5CrMnMo、5CrNiMo）冷作模具钢（如3Cr2W8V）成分特点、锻造特点、热处理特点、应用 3量具钢第六章 金属材料高速钢的锻造及热处理特点1锻造目的 2锻后热处理球化退火 加热温度为860880，保温后冷至500600出炉，硬度为207255HBS。淬火 加热温度1280，回火 回火温度5603 3组织 4后续的表面处理 渗氮、蒸气处理第六章 金属材料淬火加热温度对奥氏体成分的影响第六章 金属材料W18Cr4V钢硬度与回火温度的关系二次淬火第六章 金属材料65特殊性能钢651 不锈钢马氏体型不锈钢（如1Cr13）铁素体型不锈钢（如1Cr17）奥氏体型不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）成分特点、性能特点、热处理特点、应用 652 耐热钢金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面。珠光体型耐热钢（如12CrMoV）马氏体型耐热钢（如1Cr13）奥氏体型耐热钢（如1Cr18Ni9Ti）铁素体型耐热钢（如1Cr17）成分特点、性能特点、热处理特点、应用653 耐磨钢（如ZGMn13）成分特点、性能特点、热处理特点、应用第六章 金属材料66铸铁661 铸铁的石墨化 662 常用铸铁 663 合金铸铁第六章 金属材料Fe-Fe3C与Fe-C双重相图661铸铁的石墨化第六章 金属材料石墨化过程： 冷却时的石墨化加热时的石墨化Fe3C 3Fe+C662常用铸铁1 铸铁的组织、分类和牌号 2 成分特点 3 性能特点力学性能低、耐磨性及消振性好、工艺性能好 4 热处理特点退火、正火、调质处理、等温淬火、表面淬火 5 铸铁的应用第六章 金属材料铸铁的分类及牌号表示方法分类石墨形态铸铁基体组织 铸铁牌号及表示方法灰铸铁片状F或F+P或PHT（如HT150）蠕墨铸铁蠕虫状F或F+P或PRuT可锻铸铁团絮状F或PKTH（Z）球墨铸铁球状F或F+P或PQT第六章 金属材料铸铁的显微组织第六章 金属材料金相图6。10第六章 金属材料金相图6。10第六章 金属材料第六章 金属材料铸铁的成分范围分类化学成分/ %C Si Mn S P灰铸铁2.44.51.03.00.251.00.020.200.050.5蠕墨铸铁3.53.92.22.80.40.80.10.1可锻铸铁2.42.80.41.40.50.70.20.1球墨铸铁3.63.92.02.80.60.8 0.070.1第六章 金属材料663合金铸铁1 耐磨铸铁 减磨铸铁：在珠光体灰铸铁的基础上提高P的含量，并加入Cr、Mo、W、V、Ti等。抗磨铸铁：普通白口铸铁、高铬高碳白口铸铁 2 耐热铸铁 在铁素体基体的球墨铸铁的基础上加入Cr、Si、Al等合金元素提高耐热性。 3 耐蚀铸铁 加入Cr、Si、Al、Cu等合金元素第六章 金属材料67铝及其合金671纯铝物理性能、化学性能、 力学性能、编号（铸 造纯铝、变形铝）672铝合金的分类1形变铝合金类别、牌号、性能及用途2铸造铝合金类别、牌号、性能及用途Al-Si系铸造铝合金(相图) 铸态组织、变质处理、第六章 金属材料铝合金相图的一般类型第六章 金属材料常见形变铝合金的牌号及用途类别牌号 力学性能 用途 b HBS 防锈 铝合金3A05 280 20 70焊接油箱、油管、焊条、铆钉等 3A21 130 20 30 同上 硬铝 合金2A01 300 24 70工作温度100的铆钉 2A12 470 17 105工作温度150的航空模锻件 超硬 铝合金7A04 600 12 150飞机大梁、珩架等 7A06 680 7 190飞机大梁、珩架、起落架等 锻铝 合金2A05 420 13 105形状复杂、中等强度的锻件等 2A10 480 19 135重载荷的锻件Al-Si合金相图第六章 金属材料ZL102变质前铸态组织第六章 金属材料ZL102变质后铸态组织第六章 金属材料68铜及其合金681纯铜物理性能、化学性能、力学性能、牌号（T1、T2、