工程材料8課件

1.8金屬材料1.8.1碳鋼的分類和用途1.按碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分：低碳鋼（wC≤0.25％）

中碳鋼（0.25％≤wC≤0.6％）

高碳鋼（wC＞0.6％）

含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越大，但塑性降低

2.按鋼的質(zhì)量分（主要是雜質(zhì)硫、磷的含量）：

普通碳素鋼（S≤0.050％，P≤0.045％)

優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S≤0.035％，P≤0.035％)

高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S≤0.020％，P≤0.030％)3.按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于橋梁、船舶、建筑構(gòu)件、機(jī)器零件等

碳素工具鋼：主要用于刀具、模具、量具等

1.8.1.2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號以碳的平均質(zhì)量萬分?jǐn)?shù)表示。

如20、45等。20表示含C：0.20%（萬分之20）。

用途：主要用于制造各種機(jī)器零件

08、08F、10、10F優(yōu)良的冷成形性能和焊接性能，儀表外殼、汽車車身15、20、25滲碳零件30、35、40、45、50調(diào)制處理，軸類零件55、60、65彈簧1.8.1.3碳素工具鋼鋼號以碳的平均質(zhì)量千分?jǐn)?shù)表示，并在前冠以T。

如T9、T12等。T9表示含C：0.9%（千分之9）

用途：主要用于制造各種刀具、量具、模具等

1.8.2合金鋼的分類和用途表示方法：合金鋼的牌號有含碳量數(shù)字、合金元素符號及合金元素含量數(shù)字的順序及漢語拼音字母組成。*含碳量數(shù)字：當(dāng)含碳量數(shù)字為兩位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)（結(jié)構(gòu)鋼）；當(dāng)含碳量數(shù)字為一位數(shù)時，表示鋼中平均含碳量的千分?jǐn)?shù)（工具鋼）。*合金元素符號與含量數(shù)字：表示該合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)。合金元素平均含量小于1.5%時不標(biāo)數(shù)字，平均含量為1.5%-2.49%，2.5%-3.49%…相應(yīng)地標(biāo)以2、3…*專用鋼按其用途的漢語拼音字首來標(biāo)明。如GCr15（G表示滾動軸承）、SM3CrMo（SM表示塑料模具）*高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號的末尾加A字注明。20Cr2Ni4A*特例如CrWMn中不標(biāo)含碳量數(shù)字；0Cr19Ni9、00Cr12中含碳量數(shù)字標(biāo)為“0”或“00”；GCr15中合金含量數(shù)字為千分?jǐn)?shù)。1.8.2.1合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用鋼和機(jī)器零件用鋼工程構(gòu)件用鋼包括建筑工程用鋼、橋梁工程用鋼、船舶工程用鋼、輛工程用鋼機(jī)器零件用鋼包括調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼、滲碳滲氮鋼、耐磨鋼。這類鋼一般屬于低、中碳鋼和低、中合金鋼常用低合金高強(qiáng)度鋼按其屈服強(qiáng)度的高低分為6個級別（300MPa、350MPa、400MPa、450MPa、500MPa、550~650MPa）16Mn用于船舶、車輛、橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)。15MnVN14CrMnMoVB合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造受力復(fù)雜的汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床及其他機(jī)器的各種重要零件，如齒輪、連桿、螺栓、軸類件等。①低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油中臨界直徑為30~40mm，常用鋼種為45、40Cr等，用于制造尺寸較小的齒輪、軸、螺栓等。②中淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油中臨界直徑為40~60mm，常用鋼種為40CrNi，用于制造截面較大的零件，如曲軸、連桿等。③高淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油中臨界直徑為60~100mm，常用鋼種為40CrNiMo，用于制造大截面、重載荷的零件，如汽輪機(jī)主軸、葉輪、航空發(fā)動機(jī)軸等。滾珠軸承鋼滾動軸承鋼是用于制造滾動軸承的滾動體和軸承套的專用鋼種。其中應(yīng)用最廣的是GCr15鋼，大量用于制造大中型軸承，此外，還常用來制造冷沖模、量具、絲錐等。制造大型軸承也可用GCr15SiMn。超高強(qiáng)度鋼抗拉強(qiáng)度大于1500MPa的鋼。低合金超高強(qiáng)度鋼中合金超高強(qiáng)度鋼高合金超高強(qiáng)度鋼1.8.2.2合金工具鋼制造刃具、模具、量具。高碳低合金工具鋼低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素（≤3~5%）形成的。其在保持高的含碳量（0.75～1.50%）同時，加入了Cr、Mn、Si、W、V等合金元素，Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性，Si還有提高耐回火性的作用；W、V的作用是提高耐磨性，并細(xì)化晶粒。9SiCr、9Mn2V、Cr2、CrWMn廣泛用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速切削刃具，如絲錐、板牙等，也常用作冷沖模。高碳高合金工具鋼高速鋼和高鉻鋼含碳0.70%~2.30%合金元素：〉10%高鉻鋼Cr12和Cr12MoV中碳高合金工具鋼熱作模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)中具有抗腐蝕性能的鋼，一般稱為不銹鋼。目前應(yīng)用的不銹鋼，按其組織狀態(tài)主要分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼三大類。馬氏體不銹鋼：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13鐵素體不銹鋼：1Cr17奧氏體不銹鋼：1Cr18Ni9Ti耐熱鋼和高溫合金耐熱鋼和高溫合金是指在高溫下具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的特殊鋼及合金。它們廣泛用于熱工動力、石油化工、航空航天等領(lǐng)域制造工業(yè)加熱爐、鍋爐、熱交換器、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、航空發(fā)動機(jī)等在高溫條件下工作的構(gòu)件和零件。珠光體耐熱鋼15CrMo和12Cr1MoV馬氏體耐熱鋼1Cr11MoV奧氏體耐熱鋼1Cr18Ni9Ti

耐磨鋼耐磨鋼主要是指在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼。ZGMn131.8.3鑄鐵分類和用途鑄鐵的組織是由基體和石墨組成的，基體組織有三種，即鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體，可見鑄鐵的基體是鋼的組織，因此鑄鐵的組織實際上是在鋼的基體上分布著不同形態(tài)石墨的組織。鑄鐵是根據(jù)石墨的形態(tài)進(jìn)行分類的。鑄鐵中石墨的形態(tài)有片狀、團(tuán)絮狀、球狀和蠕蟲狀四種，其所對應(yīng)的鑄鐵分別為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。1.8.3.1灰鑄鐵灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。灰鑄鐵價格便宜、應(yīng)用廣泛，其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上?；诣T鐵的大致成分范圍為：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si，0.25~1.0%Mn，0.05~0.50%P，0.02~0.20%S。編號方法：HT+一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPaHT200HT250HT300HT3501.3.8.3可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的，其石墨呈團(tuán)絮狀。可鍛鑄鐵的大致成分范圍為：2.4~2.7%C，1.4~1.8%Si，0.5~0.7%Mn，<0.08%P，<0.25%S，<0.06%Cr。KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號；第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低延伸率值，%1.3.8.4蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的，常用蠕化劑有稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。蠕墨鑄鐵的顯微組織由基體與蠕蟲狀石墨組成，其基體組織與球墨鑄鐵類似。RuT+一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度值，MPa1.8.4有色金屬及合金分類和用途在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬（ferrousmetals），把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬(nonferrousmetals)。1.8.4.1鋁及鋁合金純鋁的強(qiáng)度、硬度低，不適于制作受力的機(jī)械零件。向鋁中加入適量的合金元素制成鋁合金，可改變其組織結(jié)構(gòu)，提高性能。常加入的元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等，此外還有鉻、鎳、鈦、鋯等輔加元素。由于這些合金元素的強(qiáng)化作用，使得鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性，因此鋁合金可用于制造承受較大載荷的機(jī)械零件或構(gòu)件，成為工業(yè)中廣泛使用的有色金屬材料，由于鋁合金具有高的比強(qiáng)度，所以又成為飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。鑄造鋁合金鑄造鋁合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四種，其代號分別用ZL1、ZL2、ZL3和ZL4加兩位數(shù)字的順序號表示（ZL表示“鑄鋁”）。ZL108變形鋁合金根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16474-1996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。未命名為國際四位數(shù)字體系牌號的變形鋁及鋁合金，應(yīng)采用四位字符牌號命名。為阿拉伯?dāng)?shù)字，表示鋁及鋁合金的組別。1表示鋁含量不小于99.00%純鋁；2~9表示鋁合金，組別按下列主要合金元素劃分：2—Cu；3—Mn；4—Si；5—Mg；6—Mg+Si；7—Zn；8—其他元素；9—備用組防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。錳和鎂的主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強(qiáng)化作用。防銹鋁合金鍛造退火后為單相固溶體組織，抗蝕性好，塑性高，易于變形加工，焊接性能好，但切削性能差。這類合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化來提高其強(qiáng)度。常用的Al-Mn系合金有3A21（LF21），其抗蝕性和強(qiáng)度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有5A05（LF5），其密度比純鋁小，強(qiáng)度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量錳。這類合金可進(jìn)行時效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。合金中銅和鎂的作用是形成強(qiáng)化相CuAl2（相）和CuMgAl2（S相），產(chǎn)生時效硬化；錳的作用是提高抗蝕性，并起一定的固溶強(qiáng)化作用。硬鋁合金的強(qiáng)度、硬度高，加工性能良好，但耐蝕性低于防銹鋁合金。常用的硬鋁合金如2A11（LY11）、2A12（LY12）等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、鉚釘?shù)?。超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量鉻和錳。其強(qiáng)化相除相和S相外，還有MgZn2（相）和Al2Mg3Zn3（T相）等。時效強(qiáng)化效果超過硬鋁合金，是時效后強(qiáng)度最高的一種鋁合金。超硬鋁合金的熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有7A04（LC4）、7A09（LC9）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)的大梁、起落架等。1.8.4.2銅及銅合金銅合金是在純銅中加入合金元素后制成的，常用合金元素為鋅、錫、鋁、錳、鎳、鐵、鈹、鈦、鋯、鉻等。由于合金元素的固溶強(qiáng)化及第二相強(qiáng)化作用，使得銅合金既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅的特性，因而在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅(brass)。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅；按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅(bronze)。根據(jù)主加元素錫、鋁、鈹、硅、鉛等不同，分別稱為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。加工青銅的牌號為Q+主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量，如QSn4-3為含4%Sn、3%Zn的錫青銅。白銅以鎳為主要合金元素的銅合金稱為白銅。白銅分普通白銅和特殊白銅，普通白銅的牌號為B+鎳的平均百分含量，如B5為含5%Ni的白銅；特殊白銅的牌號為B+主加元素符號（Ni除外）+鎳平均百分含量+主加元素平均百分含量，如BMn40-1.5為含40%Ni、1.5%Mn的錳白銅。1.8.4.3鈦及鈦合金工業(yè)純鈦純鈦的強(qiáng)度低，比強(qiáng)度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好，具有良好的加工工藝性能，切削加工性能與不銹鋼接近。純鈦的性能受雜質(zhì)影響很大，少量雜質(zhì)即可顯著提高其強(qiáng)度。純鈦主要用于350℃以下工作、強(qiáng)度要求不高的零件，如石油化工用的熱交換器、反應(yīng)器，海水凈化裝置及艦船零部件。型鈦合金主加元素為鋁，還有錫、硼等。這類合金不能熱處理強(qiáng)化，通常在退火狀態(tài)下使用，組織為單相固溶體。型鈦合金的強(qiáng)度低于其他兩類鈦合金，但高溫強(qiáng)度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越。常用牌號有TA5、TA7等，以TA7最常用，主要用于制造500℃以下工作的零件，如飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的蝸輪機(jī)匣及飛船上的高壓低溫容器等。型鈦合金加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。經(jīng)淬火加時效處理后，組織為相基體上分布著細(xì)小的相粒子。這類合金強(qiáng)度高，但冶煉工藝復(fù)雜，應(yīng)用受到限制。型鈦合金有TB2、TB3、TB4三個牌號，主要用于350℃以下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件，如