第六章 金屬材料應用和熱處理

1、 第一節(jié) 工業(yè)用鋼 第二節(jié) 鑄鐵 第三節(jié) 非鐵金屬及合金 第四節(jié) 金屬熱處理中碳鋼 0.250.6%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 510%高合金鋼 合金元素總量 10%碳素鋼合金鋼第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼 1 1、按化學成分、按化學成分一、鋼的分類一、鋼的分類鋼鋼 類類碳碳 素素 鋼鋼合合 金金 鋼鋼P PS SP PS S普通質量鋼普通質量鋼0.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0450.045優(yōu)優(yōu) 質質 鋼鋼0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035高級優(yōu)質鋼

2、高級優(yōu)質鋼0.0300.0300.0300.0300.0250.0250.0250.025特級優(yōu)質鋼特級優(yōu)質鋼0.0250.0250.0200.0200.0250.0250.0150.0152、按質量分 鋼的質量是以磷、硫的含量來劃分的。 分為普通鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼和特級優(yōu)質鋼。沸騰鋼 F ：只用 Si、Mn 脫氧，脫氧不充分脫氧不充分，澆注時C與 O反應放出大量CO氣體，發(fā)生沸騰。成材率 高，但不致密。鎮(zhèn)靜鋼 Z ：加 Al 脫氧，脫氧充分脫氧充分，組織致密，成材率低。半鎮(zhèn)靜鋼 b ：介于前兩者之間。3、按脫氧程度分特殊鎮(zhèn)靜鋼 TZ ：采用特殊脫氧工藝冶煉，脫氧完全。工程結構鋼 建筑、橋

3、梁、船舶、車輛調 質 鋼滲 碳 鋼彈 簧 鋼滾動軸承鋼機械制造結構鋼結 構 鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工 具 鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼4、按用途分二、工程結構鋼二、工程結構鋼 工程結構鋼是用來制造各種工程結構的一大類鋼種，如制造橋梁、船體、高壓容器、管道和建筑構件等。要求鋼材有較高的屈服強度，優(yōu)良的塑性、韌性，較低的韌脆轉變溫度和較高的抗大氣腐蝕能力。此外還應有優(yōu)良的工藝性能，如良好的焊接性和冷成型性。工程結構鋼包括碳碳素工程結構鋼素工程結構鋼和低合金高強度鋼低合金高強度鋼。工程結構鋼包括碳素工程結構鋼碳素工程結構鋼和低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼。1、碳素工程結構鋼Q 最低屈服強度值 質量等

4、級符號 脫氧方法符號Q表示“屈服強度”，屈服強度值單位是MPa；質量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質量提高。碳素工程結構鋼又可分為普通碳素結構鋼普通碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼。 普通碳素結構鋼n脫氧方法符號: 沸騰鋼 F；半鎮(zhèn)靜鋼 b；鎮(zhèn)靜鋼 Z；特殊鎮(zhèn)靜鋼 TZ。n如: Q215-A.F、Q235-B (鎮(zhèn)靜鋼不標脫氧方法)n常以冷、熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量約占鋼材總量的70%。n用于建筑結構，適合焊接、鉚接、栓接等。冷軋鋼板冷軋鋼板 按GB/T700-1998規(guī)定碳素工程結構鋼按屈服強度等級分為五級，即Q195、Q215、Q235 、Q2

5、55 、Q275。其中Q195 與Q275未分等級，Q215與Q255只有A、B兩個等級，Q235分A、B、C、D四個等級。等級的劃分主要以有害元素硫、磷含量來劃分。 其中A級不做沖擊實驗、B級做V型缺口常溫沖擊實驗，C、D級做U型缺口常溫或20沖擊實驗。牌號等級化學成分 w /%sssbdCSPMPMP%Q195-0.06-0.120.0500.045195315-39033Q215A0.09-0.150.0500.045215335-41031B0.045Q235A0.14-0.220.0500.045235375-46026B0.12-0.200.045C0.180.0400.040D0

6、.170.0350.035Q255A0.18-0.280.0500.045255410-51024ssssss普通碳素結構鋼的牌號、主要成分齒輪加工齒輪加工方鋼方鋼優(yōu)質碳素結構鋼：牌號用兩位數(shù)字表示：08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、 55、60、65。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾，高級優(yōu)質鋼在鋼號后加字母A。 如45鋼平均含碳量為0.45%的優(yōu)質碳素結構鋼。 如50A鋼平均含碳量為0.5%的高級優(yōu)質碳素結構鋼。 在碳素工程結構鋼的基礎上加入少量（質量分數(shù)少于3%）合金元素可獲得低合金高強度鋼。為了提高韌性和塑性，含碳量一般較低，wC=0.1%0.2%。 加入

7、Mn、Si可強化鐵素體，其加入量wMn=0.8%1.7%， wSi=0.2%0.6%，Mn的加入量還降低韌脆轉變溫度。加入V(釩)、Nb(鈮)、Ti(鈦)、N(氮)等微合金化，依靠沉淀強化和細晶強化來提高鋼的強度、塑性。加入Cu、P可提高抗大氣腐蝕能力。2、低合金高強度結構鋼合金結構鋼編號兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字+當合金元素的平均含量小于1.50%時，只標元素符號，不標含量。20CrMnTi：平均碳含量為0.20%，Cr、Mn、Ti含量分別小于1.5%的合金結構鋼；40Cr：平均碳含量為0.40%，Cr含量小于1.5%的合金結構鋼；60Si2Mn：

8、平均碳含量為0.60%，平均Si含量為2.0%，Mn含量小于1.5%的合金結構鋼。當合金元素的平均含量為1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、時，在相應的合金元素符號后標2、3、4、5 等數(shù)字。如20CrNi3。高級優(yōu)質鋼在牌號后加字母A，如60Si2MnA。特級優(yōu)質鋼在牌號后加字母E，如30CrMnSiE。 不銹鋼制管板式換熱器不銹鋼制管板式換熱器所有合所有合金鋼的金鋼的合金元合金元素量標素量標法相同法相同標準新標準（GB/T15911994）舊標準（GB159188）用 途代號意義舉例牌號Q295(A、B)09MnV，09MnNb，09Mn2，1

9、2Mn低壓鍋爐、容器、油罐、船舶等Q345(AE)16Mn，16MnRE，12MnV，14MnNb，09MnCuPTi，10MnSiCu，18Nb船舶、車輛、橋梁、壓力容器、大型結構件、起重機等Q390(AE)10MnPNbRE，15MnV，15MnTi，16MnNbQ420(AE)15MnVNb，14MnVTiRE船舶、車輛、高壓容器、電站設備、化工設備，鍋爐等Q460(C、D、E)14MnMoVBRE，14CrMnMoVBQ390D 質量等級 s s = 420MPa 屈服點中“屈”字的漢語拼音第一個字母10MnPNbRE wRE=0.020.2% wNb=0.0150.05% wP=0.

10、060.12% wMn=0.81.2% wC0.14%表6-1低合金高強度結構鋼新舊標準對照及用途 案例：案例：Q345鋼(16Mn、12MnV等)，綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。Q390鋼（15MnV、16MnNb等) 含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高,用于石化中溫高壓容器.南京長江大橋南京長江大橋鋼的編號和用途鋼的編號和用途提高低合金高強度結構鋼力學性能的途徑提高低合金高強度結構鋼力學性能的途徑1 控制軋制的應用控制軋制的應用 將含Nb、Ti的低合金高強度結構鋼加熱到12501350，使Nb、Ti的碳、氮化合物

11、部分溶入奧氏體中，以便在隨后的軋制過程中析出，抑制再結晶和限制奧氏體晶粒的長大，在軋后的冷卻過程中彌散析出特殊碳化物和氮化物起到強化作用。 2 發(fā)展低碳貝氏體鋼發(fā)展低碳貝氏體鋼鋼中加入推遲先共析鐵素體和珠光體轉變作用強烈，推遲貝氏體轉變作用較弱的合金元素Mo、B，再加入Mn、Cr等元素進一步推遲先共析鐵素體和珠光體轉變，并使貝氏體轉變開始點BS下降，在軋后空冷或正火狀態(tài)下，可獲得下貝氏體。下貝氏體具有優(yōu)良的強韌性，更低的韌脆轉折溫度。 3 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼 對于淬透性好的低合金高強度結構鋼，如Mn-Si-Mo-V-Nb系低碳馬氏體鋼可采用鍛后直接淬火、自回火工藝，所獲得的低碳馬氏體具有

12、高強度、高韌性和高疲勞極限，可達到合金調質鋼的水平。 三、機械制造結構鋼三、機械制造結構鋼 機械制造結構鋼又稱機器零件用鋼。用于制造各種機械零件，如軸類、齒輪、彈簧、軸承、緊固件和高強度結構等。 機器零件在工作時可能呈受拉、壓、彎、扭、沖擊、摩擦等復雜應力作用，這些應力可以是單向或交變的，工作環(huán)境可能是高溫或在腐蝕介質條件下工作，零件破壞方式多種多樣，所以要求機機械制造結構鋼有優(yōu)良的使用性能。1 1、調質鋼、調質鋼 淬火+高溫回火=調質，調質是淬火加高溫回火的雙重熱處理，其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。 調制鋼就是適宜通過調質處理獲得良好綜合力學性能的中碳結構鋼和合金結構鋼。曲軸曲軸齒輪

13、齒輪調質件（螺桿）調質件（螺桿） 調質后使用的鋼種，具有良好的綜合力學性能。 中碳：含碳0.30.5% 用途：制造齒輪、螺栓、曲軸、連桿、軸等 為了增加淬透性，調質鋼中常加入Cr、Mn、Si、Ni和微量B。此外，Mn、Si、Ni固溶于鐵素體中還可起到固溶強化作用。為獲得細化的鐵素體晶粒，必須防止加熱時奧氏體晶粒過分長大，所以常加入中、強碳化物形成元素W、Mo、V、Ti、Nb等細化奧氏體晶粒。鋼 種熱 處 理 工 藝力 學 性 能s0.2/MPasb/MPad/%/%ak/(J/cm2)45830840水淬，580640回火(空)35065017384540Cr850油淬，500回火(水、油）8

14、0010009456040CrMn840油淬，520回火(水、油）85010009456035SiMn900水淬，590回火(水、油）75090015456038CrMoAl940水、油淬，640回火(水、油）850100014509040CrNiMo850油淬，600回火(水、油）8501000125510040SiNiCrMoV927正火，870淬油,300兩次回火1520186083039表6-2常用調質鋼的熱處理工藝及力學性能 100-150 溫區(qū)恒溫或加熱保溫的熱處理叫時效； 150-250 加熱保溫叫低溫回火； 350-500 加熱保溫叫中溫回火； 500-650 加熱保溫叫高溫回

15、火。 通常： 滲碳：是對金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼。具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質中，加熱到900-950的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時間后，使?jié)B碳介質中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。 滲碳鋼：適宜進行滲碳處理并經(jīng)淬火和低溫回火處理后使零件表面硬度和耐磨性顯著提高而心部保持適當強度和良好韌性的結構鋼。 2 2、滲碳鋼、滲碳鋼 制造滲碳零件，具有表面硬而耐磨；較高韌性和強度的性能。 低碳：含碳0.10.25%，個別鋼種可到0.3%。 用途：制造齒輪、凸輪軸、活塞銷，曲軸等。柴油機凸輪軸柴油機凸輪軸鋼 種熱 處 理 工 藝力 學 性

16、 能s0.2/MPasb/MPad/%/%ak/（J/cm）20Cr880油淬，200回火55085010406020MnV880油淬，200回火60080010407020CrMnTi870油淬，200回火850110010457020MnTiBRE850油淬，200回火1079137310455912CrNi3A860油淬,780油淬,200回火68593011507118Cr2Ni4WA850油淬，200回火8341175114598表6-3常用的滲碳鋼熱處理工藝及力學性能 低碳是保證心部得到低碳馬氏體，具有足夠的強韌性。為了增加淬透性加入Cr、Mn、Ni、Si、B；為了獲得本質細晶粒鋼

17、加入少量W、Mo、Ti、V、Nb等中、強碳化物元素，防止?jié)B碳溫度下奧氏體晶粒粗化，以便實現(xiàn)滲碳直淬工藝，同時還可形成合金碳化物增加滲層耐磨性。 制造彈簧或類似性能零件的鋼種。 中高碳：含碳0.450.7% 熱處理：淬火+中溫回火3、彈簧鋼 彈簧的主要作用是吸收沖擊能量，起減震和緩和沖擊的作用。彈簧鋼應具有高的彈性極限、疲勞極限，具有一定的塑性與韌性。高溫和腐蝕介質條件下工作的彈簧還應有良好的回火穩(wěn)定性和抗蝕性。鋼種熱處理力學性能用途s0.2/MPasb/MPad/%/%65840油淬480回火8001000935截面1215mm小彈簧65Mn830油淬480回火8001000830截面815m

18、m螺旋彈簧,板彈簧60Si2Mn870油淬460回火12001300525截面25mm螺旋彈簧,板彈簧60Si2MnWA850油淬420回作溫度350，截面50mm，螺旋彈簧、板彈簧70Si3MnA860油淬420回火16001800520截面25mm各種彈簧50CrVA850油淬520回火110013001045工作溫度400，截面30mm,重載螺旋彈簧，板彈簧50CrMnA840油淬490回火12001300635截面50mm螺旋彈簧,板彈簧55SiMnMoVNb880油淬530回代替50CrV 表6-4常用熱成型彈簧鋼的熱處理工藝、力學

19、性能及應用 4、滾動軸承鋼用于制造軸承套圈和滾動體的專用鋼性能要求： 高而均勻的硬度和耐磨性。 高的sb和接觸疲勞強度。 足夠的韌性、淬透性和耐蝕性.高碳：0.951.15%合金元素：以Cr為主、加入 Mn、Si圓柱滾子圓柱滾子軸承軸承自動調自動調心球軸承心球軸承G Me 數(shù)字（數(shù)字（ Me 數(shù)字數(shù)字 ）v應用最廣的是應用最廣的是GCr15 GCr15 ，大量用于大中型軸承；，大量用于大中型軸承；v大型軸承用大型軸承用GCr15SiMnGCr15SiMn；v這類這類鋼還可用于制造模具、量具等。鋼還可用于制造模具、量具等。鋼 種主 要 化 學 成 分/%熱處理工藝主 要 應 用wCwCrwSiw

20、MnwVwMowRe淬火溫度/回火溫度/GCr61.051.150.400.700.150.350.200.4080082015017010mm的各種滾動體GCr91.01.100.9050.200.4080082015016020mm的各種滾動體GCr150.951.051.301.650.150.350.200.408208401501602550mm鋼球,壁厚14mm、外徑250mm的軸承套，直徑25mm左右滾柱GCr15 SiMn0.951.051.301.650.400.650.901.20820840170200直徑20200mm的鋼球,壁厚14mm、外徑25

21、0mm的套圈GMnMoVRe0.951.050.150.401.101.400.60.050.107708101705代用GCr15用于軍工和民用軸承GSiMnMoV0.951.100.450.650.751.050.200.300.20.4780820175200與GMnMoVRe相同表6-5滾動軸承鋼的成分、熱處理工藝和用途 高速鋼四、工具鋼四、工具鋼 工具鋼是用于制造各種加工工具的鋼種。 用途 刃具模具量具 有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韌性，有的還要求熱硬性。 熱作模具鋼冷作模具鋼 用于制造熱鍛模、壓鑄模等，應具有較高的高溫強度和硬度，優(yōu)良的塑性與韌性，較好的抗

22、“熱疲勞”性能等。 用于制造冷沖模、冷鐓模、拔絲模、冷軋輥等，應具有高硬度、高耐磨性，一定的塑性和韌性。 用來制造量規(guī)、卡尺、千分尺等，應具有高硬度、高耐模性和高的尺寸穩(wěn)定性。 化學成分 碳素工具鋼合金工具鋼T + 數(shù)字數(shù)字;T表示表示“碳素工具鋼碳素工具鋼” ;數(shù)字數(shù)字表示平均含表示平均含碳量的千分之幾碳量的千分之幾;如如T8其平均含碳量為千分之八其平均含碳量為千分之八 (0.8%);共有七個牌號：共有七個牌號：T7T13;說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質以上質量的。高說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質以上質量的。高級優(yōu)質鋼在鋼號后加級優(yōu)質鋼在鋼號后加“A”，如，如T8A。 1 1、碳素工具鋼、碳素工具鋼碳素

23、工具鋼帶碳素工具鋼帶碳素工具鋼材料碳素工具鋼材料由于耐熱性差，只用于制造小尺寸的由于耐熱性差，只用于制造小尺寸的手工工具手工工具和和低速刃具低速刃具。 T7T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。等。木工木工鑿鑿木工鉆木工鉆T10T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。T12T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。絲錐絲錐銼刀銼刀手鋸條手鋸條鉆頭鉆頭例：9SiCr 5CrMnMo CrWMo Cr12MoV特殊情況：特殊情況：高速鋼中，不標含碳量

24、如：如： W18Cr4VW18Cr4V數(shù)字 Me 數(shù)字（數(shù)字（ Me 數(shù)字數(shù)字 ）所加合金元素合金元素含量（百分含量）2 2、合金合金工具鋼工具鋼當合金元素的平均含量小于1.50%時，只標元素符號，不標含量。鋼 種主 要 化 學 成 分/%熱處理工藝硬度HRCwCwMnwSiwCrwW淬火溫度/回火溫度/Cr061.30 1.450.50.77808101601806365Cr0.951.100.400.350.751.058308601501706264Cr20.951.100.350.401.301.6083085015017062659SiCr0.850.30.61.

25、21.60.951.258308601502006264CrMn1.301.500.400.750.401.301.608208401602006365CrWMn0.951.050.8050.9008208401602006265CrW51.251.50 8208401501606566表6-6 常見的低合金工具鋼的牌號、成分、熱處理工藝、硬度 3 3、高速鋼、高速鋼 為了適應高速切削，必需提高工具鋼的熱硬性，為此采用W、Mo、Cr、Co、V等進行合金化，發(fā)展了高速鋼。高速鋼的主要特點是除具有高硬度、高耐磨性、一定的

26、韌性外，還具有優(yōu)異的熱硬性，在600時，硬度仍可達到HRC55以上。根據(jù)鋼中主要合金元素成分可將高速鋼分為三類：鎢系高速鋼、鉬系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。高速鋼牌號中一般不標含碳量，合金元素表示方法也與合金結構鋼大體相同。高速鋼的合金化原理高速鋼的合金化原理 高速鋼屬于高碳鋼，wC為0.701.60%，其中含有大量W、Mo、Cr、V、Co以及總量少于2%的其它合金元素如Al、Si、Nb、N等。 W、Mo、V的加入可提高高速鋼的回火穩(wěn)定性，并在回火過程中產(chǎn)生彌散硬化效應，使高速鋼具有優(yōu)良的熱硬性。碳的加入量必須保證淬火后可得到高碳馬氏體，高溫回火時能造成顯著的彌散硬化效應。類別牌 號美國鋼號主 要

27、化 學 成 分/%wCwWwMowVwCrwCowAl通用型W18Cr4VT10.700.8017.519.00.301.01.43.804.409W18Cr4V0.901.017.519.00.301.01.43.804.40W12Cr4VMo1.201.4011.513.00.301.001.403.804.40W6Mo5Cr4V2M06.754.505.501.752.203.804.40W2Mo8Cr4VM001.001.303.804.40Mo8Cr4V2M58.501.802.203.804.40特

28、殊高性能W6Mo5Cr4V3M56.754.755.752.803.303.804.40W18Cr4VCo5T40.7518.001.004.005.00W2Mo9Cr4VCo8M421.059.0010.000.951.353.504.257.758.75W6Mo5Cr4V2Co8M360.806.005.002.004.008.00W7Mo4Cr4V2Co5M411.106.753.752.004.255.00W12Cr4V5Co5T151.501.6012.013.04.505.253.755.004.755.25W6Mo5Cr4V2Al1

29、.051.205.506.754.505.501.752.203.804.400.801.20表6-7常用高速鋼的牌號和化學成分 高速鋼的鑄態(tài)組織高速鋼的鑄態(tài)組織 W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織為粗大魚骨狀共晶組織萊氏體、中心黑色d-共析體、四周白亮的由馬氏體+殘余奧氏體組成。 圖6-7 鑄態(tài)組織 采用熱處理的方法難以消除粗大共晶碳化物，必須通過鍛造方法將其打碎，鍛造時應增大鍛壓比，反復鐓粗拔長，使碳化物分布均勻。碳化物是否細小，分布是否均勻是考核高速鋼的主要性能指標。 高速鋼的熱處理高速鋼的熱處理 圖6-8 W18Cr4V鋼淬火與回火工藝 圖6-9 W18Cr4V鋼1280淬火不同溫度回火后的硬

30、度 4 4、冷作模具鋼、冷作模具鋼 鋼 號化 學 成 分/%熱 處 理 工 藝硬度HRCwCwSiwMnwCrwWwMowV淬火溫/回火溫度/9Mn2V0.850.950.401.700.950.100.25780810油1602006061CrWMn0.901.050.400.801.100.900800820油1602006061 9CrWMn0.850.400.901.200.500.80.500.8800830油1502605761Cr122.003.000.400.4011.513.09501000油2004505864Cr12MoV1.451.700.400.

31、4011.00.150.359801030油15017061641100115油500520（23次）6062Cr6WV1.001.150.400.405.507.001.101.50960980熱油16020058626W6Mo5Cr4V0.550.654.006.005.001.0011801200油560580（3次）6063表6-8 常用冷作模具鋼的化學成分、熱處理工藝及硬度 用于制作金屬冷變形的模具，如冷鍛、冷沖、冷擠壓、拉絲等模具的用鋼叫冷作模具鋼。其工作溫度不高，要求高硬度、高耐磨性和一定韌性。 5、熱作模具鋼、熱作模具鋼鋼 號化 學 成 分/%熱 處 理 工

32、 藝硬度HRCwCwSiwMnwCrwMo wWwVwNi淬 火溫度/回 火溫度5CrMnMo0.500.600.250.601.201.600.600.900.150.35830850油49064030475CrNiMo0.500.600.400.500.800.500.800.150.351.401.80 840860油49066030473Cr2W8V0.300.400.400.402.202.707.509.000.200.5010501150油60062050544Cr5MoSiV0.320.404.505.501.001.500.300.5010001025油

33、54065040544Cr5MoSiV10.320.420.801.200.404.505.501.001.500.801.1010101030油5605802次回火49514Cr5W2SiV0.320.420.801.200.404.505.501.602.400.801.1010101030油5802次回火495Cr4W5Mo2V0.400.500.400.200.603.804.501.702.304.505.300.801.2011301140油6006305056表6-9常用熱作模具鋼的成分、熱處理和硬度熱作模具鋼是用于制造金屬熱成型模具的鋼種。熱作模具鋼是用于制造金屬熱成型模具的鋼

34、種。 F 量具鋼是用于制造卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞規(guī)等量具的鋼種。要求量具鋼應具有高硬度、高耐磨性、足夠的韌性，較好的抗蝕性和高的尺寸穩(wěn)定性。F 根據(jù)量具的種類及精度要求，量具可選用不同的鋼種。尺寸小、精度要求不高、形尺寸小、精度要求不高、形狀簡單的量規(guī)、塞規(guī)、樣板等狀簡單的量規(guī)、塞規(guī)、樣板等，選用碳素工具鋼T10A、T11A、T12A；精度要求較高精度要求較高的塊規(guī)、塞規(guī)、環(huán)規(guī)、樣套等的塊規(guī)、塞規(guī)、環(huán)規(guī)、樣套等可選用低合金工具鋼，如Cr2、CrMn、CrWMn及滾動軸承鋼Gr15；要求在腐蝕條件下工作的要求在腐蝕條件下工作的要選用馬氏體不銹鋼4Cr13、9Cr18。此外，要要求精度不高，形狀簡

35、單的量具求精度不高，形狀簡單的量具也可采用滲碳鋼15、15Cr、20、20Cr。F 量具鋼熱處理的主要特點主要特點是保持高硬度、高耐磨的前提下，盡量采取各種措施使量具在長期使用中保持尺寸穩(wěn)定性。量具鋼的淬火在保證硬度的前提下，盡量取淬火溫度的下限，以減小變形。一般采用油冷，不宜采用分級淬火和等溫淬火，以減少殘余奧氏體量。高精度的量具淬火后立即采用冷處理，以減少殘余奧氏體量，增加尺寸穩(wěn)定性?；鼗鹨话悴捎玫蜏兀?50160）長時間回火，回火時間不少于45h，。為進一步提高尺寸穩(wěn)定性，降低殘余內應力，回火后還要在120150進行2436h的時效處理。 6、量具鋼、量具鋼五、特殊性能鋼五、特殊性能鋼

36、1 1、不銹鋼、不銹鋼 在自然環(huán)境或一些腐蝕介質中具有耐腐蝕性能的一類鋼叫不銹鋼。 不銹鋼的合金化原理不銹鋼的合金化原理加入Cr、Ni、Si等元素提高鋼基體的電極電位。鋼中加入Cr、Si、Al等元素可形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等穩(wěn)定、致密、完整的鈍化膜，提高耐蝕性。 不銹鋼中的主要合金元素是Cr（鉻），只有當Cr含量達到一定值時，鋼才有耐蝕性。因此，不銹鋼一般Cr（鉻）含量至少為10.5%。不銹鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu等元素。 含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+含碳量以千分之一（或萬分之一）為單位。含碳量的表示方法為：當平均含碳量1.00%時不寫；當

37、1.0%平均含碳0.15%時，用兩位數(shù)字表示,如20Cr13（平均含碳量0.20%）。渦輪葉片渦輪葉片不銹鋼的編號不銹鋼的編號 當 0.08%時，以“06或0”表示，如06Cr18Ni9（或0Cr18Ni9） 當含碳量 0.03% 時（超低碳），以“022或00”表示，如022Cr19Ni10(或00Cr19Ni10 ） 當含碳量上限0.01%時(極低碳)，以“008或00”表示，如008Cr19Ni11（含碳量上限為0.01%）。馬氏體不銹鋼主要是Cr13型不銹鋼 鋼號為1Cr134Cr13隨含碳量提高，強度、硬度提高，耐蝕性下降.不銹鋼棒不銹鋼棒鋼的編號和用途鋼的編號和用途不銹鋼的種類不銹

38、鋼的種類常用不銹鋼包括馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。 1Cr13、2Cr13熱處理：淬火+高溫回火具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學性能用于要求塑韌性較高的耐蝕件，用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如如汽輪機葉片汽輪機葉片等等汽輪機葉片汽輪機葉片透平轉輪透平轉輪鋼的編號和用途鋼的編號和用途3Cr13、4Cr13熱處理：淬火+低溫回火具有較高的強度、硬度用于要求耐磨的耐蝕件， 如醫(yī)療器械、量具、刀具等醫(yī)療器械醫(yī)療器械不銹鋼刀不銹鋼刀鋼的編號和用途鋼的編號和用途類型鋼 號化 學 成 分/%熱力學性能wCwSiwMnwCr其它熔點/比熱容/kJ/(kgK)熱導率/W/(mK)

39、100線膨脹系數(shù)/106/K0100縱向彈性模量kN/mm220馬氏體型12Cr130.151.001.0011.503.50wS=0.03wP=0.04148015300.4624.211.020020C01.0012.0014.00wS=0.03wP=0.04147015100.4622.210.320030Cr130.260.351.001.0012.0014.00wS=0.03wP=0.0413650.1725.110.52194Cr130.360.450.600.8012.014.0wS=0.03wP=0.04-0.4628.110.521532Cr13Mo

40、0.280.350.801.0012.014.0wS=0.03wP=0.04-14Cr17Ni00.8016.018.0wNi=1.502.50-0.4620.210.31939Cr180.901.000.800.8017.019.0wS=0.03wP=0.04137715100.4829.310.52009Cr18MoV0.850.950.800.8017.019.0wMo=1.001.30wV=0.070.12-0.4629.310.5211表6-11 常用馬氏體不銹鋼的化學成分和熱力學性能參數(shù) （GB/T 20878-2007） 1Cr17削片刀削片刀b. 鐵素體

41、不銹鋼典型鋼號如0Cr13、1Cr17等成分：高鉻低碳無 相變，不能進行熱處理強化。組織：單相鐵素體性能特點：耐酸蝕，抗氧化能力強，塑性好。鋼的編號和用途鋼的編號和用途用途廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。硝酸生產(chǎn)裝置硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不銹鐵素體不銹鋼制品鋼制品鋼的編號和用途鋼的編號和用途類型鋼 號化 學 成 分(質量分數(shù)) /%熱力學性能wCwSiwMnwCr其它熔點/比熱容/kJ/(kgK)熱導率/W/(mK)100線膨脹系數(shù)/106/K0100縱向彈性模量kN/mm220鐵素體型06Cr130.081.001.0011.5013.50wS=0.03wP=0.04-0.4625.010.62

42、2010Cr150.121.001.0014.016.00wS=0.03wP=0.04-0.4626.010.320010Cr170.121.000.1216.018.00wS=0.03wP=0.04148015080.4626.010.5200008 Cr27Mo0.010.400.402527.50wMo=0.751.50-0.4626.011.0206022Cr18Ti0.030.751.0016.019.0wTi=0.101.00-0.4635.1(20)10.420010Cr17Mo 0.121.001.0016.018.0wMo=0.751.25-0.4626.011.920000

43、Cr30Mo20.010.100.4028.5032.00wMo=1.502.50-0.5026.011.0210表6-10常用鐵素體不銹鋼的化學成分和熱力學性能參數(shù) （GB/T 20878-2007）c. 奧氏體不銹鋼 含Cr約18%、Ni 8%10%、C約0.1% 。 性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性，高的塑韌性,無磁性。 熱處理：采用固溶處理。即加熱到1100使碳化物溶解后水冷。l組織為單相奧氏體。不銹鋼帶不銹鋼帶鋼的編號和用途鋼的編號和用途常用鋼種為1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti廣泛用于化工設備及管道。反應釜反應釜 (316L)(316L)00Cr17Ni14Mo

44、200Cr17Ni14Mo2大型化工儲罐大型化工儲罐 (304)0Cr18Ni9熱交換器熱交換器 (316L)(316L)00Cr17Ni14Mo200Cr17Ni14Mo2鋼的編號和用途鋼的編號和用途表6-12 常用奧氏體不銹鋼的化學成分和熱力學性能參數(shù) (GB/T20878-2007) 類型鋼 號化 學 成 分/%熱力學性能wCwSiwCrwNiwMn其它熔點/比熱容/kJ/(kgK)熱導率/W/(mK)100線膨脹系數(shù)/106/K0100縱向彈性模量kN/mm220奧氏體型06Cr19Ni100.081.0018.020.08.011.02.00139814540.5016.317.21

45、9312Cr18Ni90.121.0017.0 19.08.011.02.00-139814200.5016.317.319306Cr18Ni11Ti0.081.0017.0 19.09.012.02.0wTi=5wC0.7139814270.5016.316.619307Cr19Ni11Ti0.040.10.7517.0 20.09.013.02.0wTi=4wC0.6-022Cr19Ni100.031.0018.0 20.08.012.02.0-0.5016.316.8-022Cr17Ni12Mo20.031.0016.0 18.010.014.02.0wMo=230.5016.316.0

46、193022Cr18Ni14Mo2Cu20.031.0017.0 19.012.016.02.00wMo=1.22.75wCu=12.5-0.5016.116.01910Cr18Mn8Ni5N0.101.017.0 19.04.006.007.5010.0wN=0.150.25Cr17Mn13Mo2N0.101.016.5 18.01215.0wMo=1.82.2wN=0.20.30Cr23Ni28Mo3Cu3Ti0.061.022.0 25.026.029.00.8wMo=2.53.0wCu=2.53.5wTi=0.40.72、耐熱鋼、耐熱鋼耐熱鋼是用來制作在高溫下服役的部件的用鋼。常用來制

47、作蒸汽鍋爐、燃氣渦輪、石化和噴氣式發(fā)動機等另部件。 3 3、耐磨鋼、耐磨鋼 耐磨鋼是具有高耐磨性的鋼種。其中高錳鋼Mn13以其優(yōu)異的加工硬化能力和高韌性被廣泛應用于冶金、礦山、交通等行業(yè)。用于制造挖掘機鏟斗、碎石機顎板、拖拉機和坦克的履帶板、鐵道上的轍岔等。在高壓力或沖擊負荷下能產(chǎn)生強烈的加工硬化和形變誘發(fā)馬氏體，具有優(yōu)異的耐磨性。 第二節(jié)第二節(jié) 鑄鐵鑄鐵鑄鐵是以鐵、碳、硅為主要成分，并在結晶過程中具有共晶轉變的多元鐵基鑄造合金。 一、鑄鐵的石墨化一、鑄鐵的石墨化1 1、鐵碳合金雙重相圖、鐵碳合金雙重相圖 圖6-11 鐵碳合金雙重相圖 將Fe-Fe3C相圖和Fe-C（石墨）相圖繪在一起稱為鐵碳

48、合金雙重相圖。其中實線為Fe-Fe3C系，虛線為Fe-C（石墨）系，凡是虛線與實線重合的線條都用實線表示，圖中G表示石墨。由圖可知Fe-Fe3C相圖位于Fe-C相圖的右下方方。 2、鑄鐵的石墨化過程、鑄鐵的石墨化過程圖6-12 共晶合金石墨化過程首先液相簡單冷卻，冷至1154開始凝固，形成奧氏體加共晶石墨的共晶體。隨溫度下降，由于奧氏體溶碳量不斷下降，奧氏體中將析出二次石墨，冷至738時，奧氏體的質量分數(shù)變?yōu)?.68%，此時發(fā)生共析轉變生成鐵素體加共析石墨。溫度再下降，由于鐵素體固溶碳量減少，將由鐵素體中析出少量三次石墨。 u 灰鑄鐵灰鑄鐵石墨成石墨成片狀片狀分布分布牌號：牌號：HT灰鑄鐵灰鑄

49、鐵最低最低s sb鐵素體+片狀石墨鐵素體+珠光體+片狀石墨 珠光體+片狀石墨二、常用鑄鐵二、常用鑄鐵鑄鐵牌號鑄件壁厚/mm化學成分/%處理方法顯微組織應用舉例wCwSiwMnwPwS基體石墨HT1000.30.15鐵素體+少量珠光體粗片狀下水管、底座、外罩支架等低負荷不重要零件HT15030305050 0.15鐵素體+ 珠光體較粗片狀端蓋、軸承座、齒輪箱、工作臺等中等負荷零件HT200303050503.43.0

50、1.00.30.12珠光體中等片狀汽缸、齒輪、飛輪、齒輪箱外客、凸輪等承受較大負荷的零件HT250303050503.01.02細珠光體較細片狀HT300303050503.01.02孕育處理索氏體或屈氏體細小片狀齒輪、凸輪、機床卡盤、滑動殼體、重負荷的床身、液壓筒、液壓泵等受高負荷的零件HT350303050503.12.7

51、3.01.01.31.00.150.10孕育處理表6-17灰口鐵的成分、牌號、處理方法、顯微組織及應用舉例球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球化處理球化處理：在鐵水澆注前同時同時加球化劑和孕育劑（球化劑：稀土Mg；孕育劑：硅鐵和硅鈣合金） 使G球化最理想狀態(tài)最理想狀態(tài)牌號牌號： QT - 如 QT700-2 ，表示 sb700， d2組織組織：鋼基體(F 、F+P、P、S回火、B下) + 球狀G性能性能：強、塑、韌、彎曲、疲勞明顯優(yōu)于灰鑄鐵其綜合機械性能接近于鋼缺點：消振性能低鐵素體球墨鑄鐵珠光體+鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵力學性能：高的比強度物理性能：

52、導電性、導熱性、 無磁性化學性能：耐腐蝕 有色金屬性能特點：在工業(yè)生產(chǎn)中：把鐵及其合金稱為黑色金屬， 把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬，同時把密度 低于4.5mg/m3的金屬稱為輕金屬。 第三節(jié)第三節(jié) 非鐵金屬及合金非鐵金屬及合金一、鋁及鋁合金一、鋁及鋁合金1、純鋁、純鋁比重小2.70g/cm3延伸率高 可達25%導電導熱耐蝕(在大氣和某些酸中)耐熱性差收縮大，熱脹系數(shù)也大加工性差 強度低（b50MPa）因此需要添加合金元素強化因此需要添加合金元素強化Al-SiAl-CuAl-MgAl-ZnAl-Li常用鋁合金：常用鋁合金：2、鋁合金的分類、鋁合金的分類圖6-21 鋁合金分類示意圖根據(jù)鋁合金

53、的成分和生產(chǎn)工藝特點，通常將鋁合金分為變形鋁臺金和鑄造鋁臺金。F所謂變形鋁合金是指合金經(jīng)熔化后澆成鑄錠，再經(jīng)壓力加工（鍛造、軋制、擠壓等)制成板材、帶材、棒材、管材、線材以及其它各種型材，要求具有較高的塑性和良好的工藝成型性能。F鑄造鋁合金則是將熔融的合金液直接澆人鑄型中獲得成型鑄件。要求合金應具有良好的鑄造性能，如流動性好、收縮小、抗熱裂性高。共晶點共晶點合金元素合金元素鋁合金強化方式u 固溶強化：所有鋁合金都有u 變形強化（加工硬化）：適合于變形鋁合金u 變質處理（細晶強化）：適合于鑄造鋁合金u 時效強化：可熱處理強化鋁合金 鋁合金淬火后在室溫或者較低溫度下加熱保溫一段時間，隨時間延長其強

54、度硬度顯著增加的現(xiàn)象。 固溶處理（淬火） 時效得到過飽和的相過飽和相中析出強化相自然時效人工時效Al-Si合金的組織及性能(1) 組織：Al-Si合金為簡單共晶型合金室溫時： (Al)、(Si)硅為硬質相決定了合金性能 Si12.6% 過共晶 (Si) + (+Si )典型共晶鋁硅合金組織 鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。 20世紀5060年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金，70年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發(fā)展。 鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機

55、壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構部件。二、鈦及鈦合金二、鈦及鈦合金2.鈦合金的分類鈦合金的分類合 金類 型合金牌號化 學 成 分熱 處 理 規(guī) 范室溫力學性能高溫力學性能（不小于）sb / MPad10 / % / % K / Jcm-2試驗溫度瞬時強度持久強度sb / MPas100 / MPa鈦合金TA1工業(yè)純鈦650-700, 1h, 空冷3502550TA5Ti- Al:3.3-4.7, B:0.005 700-850, 1h, 空冷4502040TA6Ti-Al:4.0-5.5750-800, 1h, 空冷700102730350430400TA7TI-Al:4.0-6.

56、0, Sn:2.0-3.0750-800, 1h, 空冷800102730350350450TA8Ti-Al: 4.5-5.5, Sn:2.0-3.0,Cu:2.5-3.2, Zr:1.0-1.5750-800, 1h, 空冷1000102520-30500500500 鈦合金TB2Ti-Al:2.5-3.5, Cr:7.5-8.5, Mo:4.7-5.7, V:4.7-5.7淬火：800850, 保溫30min, 空冷或水冷,時效：450-500, 8h, 空冷10001400401040103015鈦合金TC1Ti-Al:1.0-2.5, Mn:0.7-2.0700-750, 1h, 空冷

57、600303045350350330TC2Ti-Al:1.0-2.5, Mn:0.8-2.0700-750, 1h, 空冷700303040350430400TC4Ti-Al:5.5-6.0, V:3.5-4.5700-800, 1h-2h, 空冷920303040400630580TC6Ti-Al:5.5-7.0, Cr:0.8-2.3, Mo:2.0-3.0750-870, 1h, 空冷950232330450600550TC8Ti-Al:5.8-6.8, Mo:2.8-3.8, Si:0.2-0.351050303030450720700TC9Ti-Al:5.8-6.8, Mo:2.8-

58、3.8, Sn:1.8-2.0, Si:0.2-0.4950-1000, 1h, 空冷+530, 1h, 空冷1080252530500800600TC10Ti-Al:5.5-6.5, Sn:1.5-2.5, V:5.5-6.5Fe:0.35-1.0, Cu:0.35-1.0700-800, 1h, 空冷1050303030400850800表6-25 鈦合金的化學成分及主要力學性能（棒材）純銅：氧化后呈紫紅色，常稱紫銅；性能：導電性、導熱性、塑性很好，抗腐蝕性強，良好的力學性能;作用：制造電線、銅管、銅棒、散熱器及作為配制合金的原料。強度低，不宜作結構材料。三、銅及銅合金三、銅及銅合金1、純

59、銅u黃銅：由鋅和銅組成的合金u青銅：由銅和除Zn、Ni以外的其它元素組成的合金u白銅：由鎳為主加元素的銅合金2、銅合金H90：金色黃銅，為單相黃銅，塑性、耐蝕性很好，制 作獎章、紀念章；H68：為單相黃銅，塑性好，強度高，可進行壓力加 工，用于制造槍炮子彈的彈殼，有“彈殼黃銅彈殼黃銅”之稱H62、H59：雙相黃銅，強度高，塑性差，切削加工性能 好，價格便宜，廣泛用于制作螺釘、墊片、汽 車上的散熱片。 常用黃銅 青銅（由銅和除Zn、Ni以外的其它元素組成的合金）以錫為主加元素的銅合金，稱為錫青銅；以Al為主加元素的銅合金，稱為鋁青銅；以鈹為主加元素的銅合金，稱為鈹青銅 性能：耐蝕、耐磨性好。 應

60、用：耐磨零件，如軸承、軸套 鈹青銅中WBe=1.7-2.5% 性能：彈性極限、疲勞極限很高，導電性、耐磨性、 抗蝕性極好，無磁性，價格貴。 應用：精密儀器的重要彈簧和彈性元件，如蝶形墊圈第四節(jié)第四節(jié) 金屬熱處理金屬熱處理為什么學習熱處理？為什么學習熱處理？合金性能取決于結構合金性能取決于結構外界條件外界條件結構結構性能性能結構結構性能性能工藝工藝時間時間溫溫度度臨界溫度臨界溫度 熱熱加加保溫保溫冷冷 卻卻原始組織原始組織熱處理組織熱處理組織保溫保溫時間時間定義定義 將材料以適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，通過改變材料表面或內部組織結構，從而改善材料性能（工藝性能和使用性能）的一種工藝方法。 不