大學(xué)教學(xué)課件：汽車材料

《汽車材料》第一章金屬材料的力學(xué)性能第二章鋼鐵材料第三章有色金屬及其合金第四章汽車典型金屬零件的選材《汽車材料》目錄第五章汽車常用非金屬材料第六章汽車燃料第七章汽車潤滑材料及工作液第八章汽車輪胎及其他易耗材料第九章汽車美容材料《汽車材料》是汽車類專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。其主要任務(wù)是通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對汽車用金屬材料、非金屬材料、運(yùn)行材料、美容材料等有一個(gè)較全面的了解，同時(shí)，教材內(nèi)容與汽車專業(yè)緊密結(jié)合，為學(xué)生學(xué)好后續(xù)專業(yè)課、專業(yè)基礎(chǔ)課打下基礎(chǔ)，同時(shí)也為同學(xué)們今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造起到一個(gè)理論引導(dǎo)作用。

一、汽車材料的使用模式與選用原則在選擇汽車用材料時(shí)，通常要遵循以下幾方面的原則：1．根據(jù)使用性能選材原則使用性能是指材料在使用過程中，能夠安全可靠地工作所必須具備的性能，包含材料的對一般工件，使用性能中最主要的是材料的力學(xué)性能，所以選材時(shí)首先應(yīng)考慮其力學(xué)性能，再考慮其物理、化學(xué)性能等。前言2．根據(jù)工藝性能選材原則金屬的工藝性能是指它在不同的制造工藝條件下，所表現(xiàn)出的能力，它是物理、化學(xué)和力學(xué)性能的綜合。不同類型的材料，其工藝方法不同，包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理加工性能和切削加工性能。在設(shè)計(jì)零件和選擇工藝方法時(shí)，都應(yīng)考慮材料的工藝性能。3．根據(jù)經(jīng)濟(jì)性選材原則

在滿足工件性能的前提下，還應(yīng)考慮材料的價(jià)格、加工費(fèi)用和國家資源等情況，以降低產(chǎn)品的成本。

抓好基本學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)注重理論知識的實(shí)際應(yīng)用總結(jié)歸納本課程學(xué)習(xí)方法第一章金屬材料的力學(xué)性能

使用性能金屬材料的性能金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類：

工藝性能1.力學(xué)性能——強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等；2.物理性能——密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等；3.化學(xué)性能——耐蝕性、抗氧化性等1.鑄造性能2.冷熱壓力加工性能3.焊接性能4.熱處理性能5.切削加工性能變形的概念及載荷分類：機(jī)器上由金屬材料制成的零部件，工作過程中在外力（又稱載荷）的作用下，都會發(fā)生形狀、尺寸改變，這種改變稱為變形。根據(jù)載荷作用性質(zhì)不同，可分為靜載荷、沖擊載荷、疲勞載荷等三種。(1)靜載荷：大小不變或變動很慢的載荷，例如:床頭箱對機(jī)床床身的壓力。(2)沖擊載荷：突然增加或消失的載荷，例如：空氣錘錘頭下落時(shí)錘桿所承受的載荷。(3)疲勞載荷：周期性的動載荷，例如：機(jī)床主軸就是在變載荷作用下工作的。常見的變形方式有：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等。1.1力學(xué)性能概念：金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為力學(xué)性能（或稱為機(jī)械性能）。力學(xué)性能指標(biāo)有強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌性等。常用的試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等。金屬材料的力學(xué)性能是機(jī)械設(shè)計(jì)、材料選擇、工藝評定及材料檢驗(yàn)的主要依據(jù)。§1.1.1

強(qiáng)度和塑性強(qiáng)度是指金屬材料在載荷作用下抵抗破壞（永久變形或斷裂）的性能。塑性是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。一、拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是指用靜拉伸力對試樣進(jìn)行軸向拉伸，測量拉伸力和相應(yīng)的伸長，并測其力學(xué)性能的試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試樣二、力—伸長曲線三、強(qiáng)度指標(biāo)金屬材料抵抗拉伸力的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服點(diǎn)、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度。1、屈服點(diǎn)和規(guī)定殘余伸長應(yīng)力

式中：FS—試樣屈服時(shí)的拉伸力，即拉伸曲線中S點(diǎn)所對應(yīng)的外力（N）S0—試樣的原始截面積（mm2）

2、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是金屬材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，故又稱強(qiáng)度極限。常用σb來表示。

屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在機(jī)械設(shè)計(jì)和選擇、評定金屬材料時(shí)有重要意義，因?yàn)榻饘俨牧喜荒茉诔^其σS的條件下工作，否則會引起機(jī)件的塑性變形；金屬材料也不能超過其σb的條件下工作，否則會導(dǎo)致機(jī)件的破壞。脆性金屬材料的σr0.2也難測得，所以在使用脆性金屬材料制造機(jī)械零件時(shí)，常以σb作為選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。三、強(qiáng)度指標(biāo)四、塑性指標(biāo)1、延伸率2、斷面收縮率是衡量材料塑性變形能力大小的指標(biāo)，、大，表示材料塑性好δ<2~5%屬于脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等；δ≈5~10%屬于韌性材料；δ>10%屬于塑性材料，如鋼材、銅、鋁等?！?.1.2硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，它是指金屬表面抵抗局部塑性變形或破壞的能力。目前生產(chǎn)中測定硬度方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。其中壓入法的應(yīng)用最為普遍，它是在規(guī)定的靜態(tài)試驗(yàn)力作用下，將壓頭壓入被測試的金屬材料表面，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。在壓入法中根據(jù)試驗(yàn)力、壓頭和表示方法的不同，常用的硬度試驗(yàn)方法有布氏硬度（HBS或HBW）、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和維氏硬度（HV）。一、布氏硬度一、布氏硬度布氏硬度的標(biāo)注方法：符號HBS或HBW之前為硬度值，符號后面按以下順序用數(shù)值表示試驗(yàn)條件：球體直徑/試驗(yàn)力/試驗(yàn)力保持時(shí)間(10～15s不標(biāo)注)。例如：125HBSl0/1000/30表示用直徑10mm的淬火鋼球在1000kgf(9.807kN)試驗(yàn)力作用下保持30s測得的布氏硬度值為125；布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是測出的硬度值準(zhǔn)確可靠，因壓痕面積大，能消除因組織不均勻引起的測量誤差；布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是壓痕大，不適宜測量成品件或太小太薄的試樣硬度，且測量速度較慢，測得壓痕直徑后還需計(jì)算或查表。二、洛氏硬度二、洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)操作簡便、迅速，效率高，可以測定軟、硬金屬的硬度；壓痕小，可用于成品檢驗(yàn)。但壓痕小，測量組織不均勻的金屬硬度時(shí)，重復(fù)性差，測得的硬度值不夠準(zhǔn)確，一般需測三次以上，取其平均值。而且不同的硬度級別測得硬度值不可直接比較大小。三、維氏硬度維氏硬度的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍寬，試驗(yàn)時(shí)加載小，壓痕深度淺，可測量零件表面淬硬層，測量對角線長度d誤差小，結(jié)果精確可靠。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)率比洛氏硬度試驗(yàn)低，不宜于成批生產(chǎn)檢驗(yàn)，且對試樣表面質(zhì)量要求較高?！?.1.3沖擊韌性生產(chǎn)中許多機(jī)器零件，都是在沖擊載荷(載荷以很快的速度作用于機(jī)件)下工作。試驗(yàn)表明，載荷速度增加，材料的塑性、韌性下降，脆性增加，易發(fā)生突然性破壞斷裂。因此，這種情況使用的材料就不能用靜載荷下的性能來衡量，而必須用抵抗沖擊載荷的作用而不破壞的能力，即沖擊韌性來衡量。一、夏比沖擊試驗(yàn)二、韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)Ak值發(fā)生急劇下降的現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變，發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，沖擊吸收功與溫度之間的關(guān)系曲線如圖1-3-4所示。金屬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，說明金屬的低溫抗沖擊性能就越好。§1.1.4疲勞許多機(jī)器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，如軸類、彈簧、齒輪、滾動軸承等。雖然零件所承受的交變應(yīng)力數(shù)值小于材料的屈服強(qiáng)度，但在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象叫疲勞斷裂。

提高材料疲勞強(qiáng)度的措施

設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該盡可能地改善零件的結(jié)構(gòu)形式，盡量使零件避免尖角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。材料方面，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由于熱加工不當(dāng)?shù)榷鸬娜毕?，如疏松氣孔和表面氧化等機(jī)械加工方面，要降低零件表面的粗糙度，盡量不出現(xiàn)表面刀痕、碰傷和劃痕等，因?yàn)檫@些都容易形成疲勞裂紋策源地。零件表面強(qiáng)度方面，可采用化學(xué)熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，在零件表面造成壓應(yīng)力，以抵消或降低表面拉應(yīng)力引起疲勞裂紋的可能性1.2工藝性能

1．鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括：流動性能：充滿鑄模能力；收縮性：鑄件凝固時(shí)體積收縮的能力；偏析：指化學(xué)成分不均性。2．焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱并加壓焊接方法，把兩個(gè)或兩個(gè)以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。

3．頂氣段性能：指金屬材料能承受頂鍛而不破裂的性能。

4．冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂的性能。彎曲程度一般用彎曲角度α（外角）或彎心直徑d對材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，則材料的冷彎性愈好。

5．沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不被破裂的能力。在常溫下進(jìn)行的沖壓叫冷沖壓。6．鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不被破裂的能力。1.3化學(xué)性能1.3.1耐腐蝕性腐蝕是指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。腐蝕會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，如損壞設(shè)備及構(gòu)件，使資源和能源嚴(yán)重浪費(fèi)，大量優(yōu)質(zhì)原料泄露，大量的金屬需要回收，還會引發(fā)災(zāi)難事故，污染人類生存環(huán)境等等。1．腐蝕的分類（1）按腐蝕所產(chǎn)生的環(huán)境可分為化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、雜散電流腐蝕、細(xì)菌腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和接觸腐蝕。（2）按腐蝕反應(yīng)機(jī)理可分化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕。2．防止和減緩腐蝕的方法：（1）合理選材

解除腐蝕環(huán)境，分析腐蝕原因，根據(jù)生產(chǎn)中遇到的介質(zhì)性質(zhì)、溫度、壓力及產(chǎn)品質(zhì)量要求查閱材料手冊，合理選用材料。

（2）設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)

化工設(shè)備在很多情況下與結(jié)構(gòu)有關(guān)，不合理的結(jié)構(gòu)往往為腐蝕電池的形成創(chuàng)造便利的條件，或引起應(yīng)力集中、液體停滯。（3）合理制訂設(shè)備加工工藝1.3.2抗氧化性

1．高溫氧化的基本過程高溫氧化的過程比較復(fù)雜，整個(gè)過程可分為五個(gè)階段。（1）為氣—固反應(yīng)階段:氣相氧分子碰撞金屬材料表面（2）氧分子以范德華力與金屬形成物理吸附；（3）氧分子分解為氧原子并與基體金屬的自由電子相互作用形成化學(xué)吸附；（4）氧化膜形成初始階段；（5）氧化物薄膜形成之后，將金屬基體與氣相氧隔離開。反應(yīng)物質(zhì)(氧離子與金屬離子)只有經(jīng)過氧化膜擴(kuò)散才能對金屬本身進(jìn)一步氧化，最終形成氧化膜。

2．氧化膜的保護(hù)作用

氧化膜有保護(hù)性和非保護(hù)性之分。保護(hù)性氧化膜能夠阻止氧原子向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，降低金屬被氧化的速度。保護(hù)性氧化膜必須具備下列要素：1）膜要完整。金屬氧化膜要完整，保護(hù)性才更好2）氧化物的熔點(diǎn)要高。金屬氧化物的熔點(diǎn)越高，高溫時(shí)就越不易熔化。3）膜的致密性要好。膜的組織結(jié)構(gòu)越致密，金屬和腐蝕介質(zhì)在其中擴(kuò)散系數(shù)就越小，電導(dǎo)率就越低，可以有效地阻礙腐蝕環(huán)境對金屬的腐蝕。4）膜的穩(wěn)定性高。金屬氧化膜的熱力學(xué)穩(wěn)定性要高，這樣才不易進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。5）膜的附著性好。膜的附著性要好，以防剝落。6）膜與基體金屬的熱膨脹系數(shù)接近。膜的熱膨脹系數(shù)與基體金屬的熱膨脹系數(shù)接近，就可避免因膨脹量不同而引起的膜的脫落。7）膜中的應(yīng)力小。膜中的應(yīng)力要小，以免造成膜的機(jī)械損傷。第二章黑色金屬

（鋼鐵材料）第二章鋼鐵材料汽車材料§2.1金屬材料概述

汽車用鋼鐵材料有結(jié)構(gòu)鋼、特殊用途鋼、燒結(jié)合金、鑄鐵及部分復(fù)合材料等，主要用于制造車架、車軸、車身、齒輪、發(fā)動機(jī)曲軸、缸體、罩板、外殼等零件。鋼鐵是鐵和碳的合金。鋼鐵材料按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωc（含碳量）進(jìn)行分類，包括工業(yè)純鐵（ωc<0.0218%）、鋼（ωc=0.0218%～2.11%）和生鐵（ωc>2.11%）。

一、鋼鐵材料生產(chǎn)簡介鋼鐵材料生產(chǎn)過程示意圖

1、煉鐵煉鐵用的主要原料為鐵礦石。煉鐵的實(shí)質(zhì)就是從鐵礦石中提取鐵及其他有用元素形成生鐵的過程。 煉鐵的基本過程包括燃料燃燒、鐵的還原和增碳、雜質(zhì)的混入、造渣等。高爐冶煉出的鐵不是純鐵，鐵中含有碳、硅、錳、硫、磷等元素，稱為生鐵（也叫“銑鐵”）。生鐵是高爐冶煉的主要產(chǎn)品，按含硅（Si）量劃分鐵號，分為煉鋼生鐵（Wsi<1.25%）和鑄造生鐵（Wsi=1.25%～3.2%）。副產(chǎn)品有爐渣和高爐煤氣。

2、煉鋼

煉鋼的本質(zhì)是利用氧化作用降低生鐵中的碳和其他元素，使其化學(xué)成分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，從而改善其性能。

§2.2鐵碳合金的相與組織組成在工業(yè)上應(yīng)用最廣的是鐵碳合金。所謂鐵碳合金就是以鐵為基體，有不同碳含量的合金。鐵碳合金中的Fe和C可形成鐵素體（F）、奧氏體（A）、滲碳體三個(gè)基本相。這些基本相以機(jī)械混合物的形式結(jié)合還可形成珠光體（P）和萊氏體（Ld)。

一、鐵碳合金的基本組織1、鐵素體碳溶于中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，常用符號F表示。鐵素體仍保持的體心立方晶格，碳溶于的晶格間隙中。

碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A表示。奧氏體仍保持γ-Fe的面心立方晶格。2、奧氏體3、滲碳體鐵與碳形成的金屬化合物Fe3C稱為滲碳體，用Fe3C表示。滲碳體中的ωc=6.69％，熔點(diǎn)為：1227℃，是一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物。4、珠光體珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用符號“P”表示，珠光體是奧氏體冷卻時(shí)，在727℃發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為ωc=0.77%。5、萊氏體萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。萊氏體是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωc=4.3%的鐵碳合金冷卻到1148℃時(shí)共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，存在于1148℃~727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體，用符號“Ld”表示，組織由奧氏體和珠光體組成；存在于727℃以下的萊氏體稱為變態(tài)萊氏體或稱低溫萊氏體，用符號“Ldˊ”表示，組織由滲碳體和珠光體組成?！?.1金屬材料概述碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞6.69％的鐵碳合金脆性極大，沒有使用價(jià)值。另外，F(xiàn)e3C中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69％，是個(gè)穩(wěn)定的金屬化合物，可以作為一個(gè)組元，因此,研究的鐵碳合金相圖實(shí)際上是Fe-Fe3C相圖。

二、鐵碳合金相圖分析二、鐵碳合金相圖分析

§2.1金屬材料概述按其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顯微組織的不同，鐵碳合金相圖中的合金可分成工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三大類。1、工業(yè)純鐵：c＜0.0218％。2、鋼：0.0218％＜c＜2.11％。鋼又分為：（1）亞共析鋼：0.0218％＜c＜0.77％；（2）共析鋼：c＝0.77％；（3）過共析鋼：0.77％＜c＜2.11％。3、白口鑄鐵：2.11％＜c＜6.69％。白口鑄鐵又分為：（1）亞共晶白口鑄鐵：2.11％＜c＜4.3％；（2）共晶白口鑄鐵:c＝4.3％；（3）過共晶白口鑄鐵:4.3％＜c＜6.69％。

三、鐵碳合金的分類§2.1金屬材料概述

四、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及其組織1、共析鋼

(ωc＝0.77％)

2、亞共析鋼

（0.0218％＜ωc＜0.77％）3、過共析鋼

(0.77％＜ωc＜2.11％）

4、共晶白口鑄鐵(ωc＝4.3％)4、共晶白口鑄鐵

(ωc＝4.3％)

5、亞共晶白口鑄鐵

(2.11％＜ωc＜4.3％)6、過共晶白口鑄鐵

(4.3％＜ωc＜6.69％)

§2.3碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織、性能的影響一、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對力學(xué)性能的影響§2.3碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織、性能的影響二、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對工藝性能的影響1、切削加工性2、可鍛性3、鑄造性能（1）流動性 （2）收縮性4、可焊性

§2.3碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織、性能的影響三、鐵碳合金相圖的應(yīng)用1、選材料方面的應(yīng)用 如要求有良好的焊接性能和沖壓性能的機(jī)件，應(yīng)選用組織中鐵素體較多、塑性好的低碳鋼(ωc＜0.25％)制造；對于一些要求具有綜合力學(xué)性能(強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性都較高)的機(jī)器構(gòu)件，應(yīng)選用中碳鋼(ωc＝0.25％～0.6％)制造；高碳鋼(ωc＞0.6％)主要用來制造彈性零件及要求高硬度、高耐磨性的工具、磨具、量具等；對于形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)座等可選用鑄造性能好的鑄鐵來制造。2、制定熱加工工藝方面的應(yīng)用3、應(yīng)用鐵碳合金相圖應(yīng)注意的問題

§2.4碳素鋼1、錳（Mn）元素的影響錳具有一定的脫氧能力，能使鋼中的氧化鐵還原成鐵，錳還能溶于鐵素體中強(qiáng)化鐵素體以改善鋼的質(zhì)量。錳與硫化合成為MnS（熔點(diǎn)為1620℃），高溫時(shí)MnS有一定塑性，因此可減輕硫的有害作用，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能。2、硅(Si)元素的影響硅也是作為脫氧劑加入鋼中的。硅的脫氧能力比錳還要強(qiáng)，能消除氧化鐵夾雜對鋼質(zhì)量的不良影響。硅與錳一樣，能溶解于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但降低塑性和韌性，所以鋼中硅的含量一般小于0.4％。一、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響§2.4碳素鋼3、硫(S)元素的影響硫在鋼中是有害雜質(zhì)，它不溶于鐵，而與鐵形成化合物(FeS)，易使鋼材變脆。硫雖然產(chǎn)生熱脆，但對改善鋼材的切削加工性卻有利。含硫較高的鋼叫做易切削鋼，廣泛應(yīng)用于螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)。4、磷(P)元素的影響磷在鋼中是有害雜質(zhì)，它能使室溫下鋼的塑性、韌性急劇降低。在低溫時(shí)，磷會使鋼的塑性、韌性降的更低，這種現(xiàn)象為冷脆。含磷量過高的鋼，焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋，降低了鋼的可焊性。一、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響§2.4碳素鋼

碳鋼的分類主要有三種方法：1.按含碳量分類

低碳鋼ωC≤0.25％；中碳鋼ωC=0.25～0.6％；高碳鋼ωC＞0.60％。2.按質(zhì)量分類（主要根據(jù)有害雜質(zhì)硫、磷在鋼中的含量的多少） 1）普通碳素鋼ωs≤0.05％，ωp≤0.045％； 2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼ωs、ωp≤0.035％； 3）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼ωs≤0.02％，ωp≤0.03％。3.按用途分類 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用作各種工程構(gòu)件、橋梁、建筑構(gòu)件和機(jī)器零部件等，一般為中、低碳鋼。 2）碳素工具鋼主要用于制作各種刃具、量具、模具，一般為高碳鋼。二、碳素鋼分類§2.4碳素鋼鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》（GB221-79）中規(guī)定，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)合的方法表示。（1）鋼號中化學(xué)元素采用國際化學(xué)符號表示，例如Si，Mn，Cr……等?；旌舷⊥猎赜谩癛E”（或“Xt”）表示。（2）產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語拼音的縮寫字母表。（3）鋼中主要化學(xué)元素含量（%）采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

三、鋼的牌號三、鋼的牌號2、我國鋼號表示方法的分類說明

（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（3）碳素工具鋼（4）易切削鋼（5）鑄造碳鋼§2.4碳素鋼1、碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼主要制造各種工程構(gòu)件（如橋梁、船舶、建筑用鋼）和機(jī)器零件（如齒輪、軸、螺釘、螺母、曲軸、連桿等）。這類鋼一般屬于低碳和中碳鋼，分普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼2、碳素工具鋼3、易切削鋼4、鑄造碳鋼（簡稱鑄鋼）

四、碳素鋼的性能及主要用途汽車常用碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、性能及用途§2.5鋼的熱處理鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。熱處理的目的是顯著提高鋼的力學(xué)性能，發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件的使用性能和壽命。

鋼的熱處理種類：§2.5鋼的熱處理1、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、熱處理基本原理1、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（1）奧氏體的形成共析鋼加熱到Ac1以上由珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，這一轉(zhuǎn)變可表示為：

1、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（2）奧氏體晶粒的長大及影響因素2、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變冷卻過程是熱處理的關(guān)鍵工序，它決定著鋼熱處理后的組織與性能。在實(shí)際生產(chǎn)中，鋼的熱處理工藝有兩種冷卻方式，如圖2-5-5所示，一種是等溫冷卻，另一種是連續(xù)冷卻。2、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（1）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

2、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（2）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織及性能根據(jù)共析鋼過冷奧氏體在不同溫度區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和性能的不同，可分為高溫、中溫及低溫轉(zhuǎn)變區(qū)，即珠光體型、貝氏體型和馬氏體型的轉(zhuǎn)變。 ①高溫等溫轉(zhuǎn)變區(qū)——珠光體型轉(zhuǎn)變②中溫等溫轉(zhuǎn)變區(qū)——貝氏體型轉(zhuǎn)變③低溫轉(zhuǎn)變區(qū)——馬氏體型轉(zhuǎn)變3、等溫轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用將連續(xù)冷卻時(shí)的冷卻速度線畫在等溫曲線圖上，根據(jù)冷卻速度線和等溫曲線相交位置，大致可估計(jì)出產(chǎn)物可能得到的組織和性能，對制定熱處理工藝有重要意義?！?.5鋼的熱處理常用熱處理工藝可分為兩類：預(yù)先熱處理和最終熱處理。預(yù)先熱處理是消除坯料、半成品中的某些缺陷，為后續(xù)的冷加工和最終熱處理作組織準(zhǔn)備。最終熱處理是使工件獲得所要求的性能。退火與正火主要用于鋼的預(yù)先熱處理，其目的是為了消除和改善前一道工序（鑄、鍛、焊）所造成的某些組織缺陷及內(nèi)應(yīng)力，也為隨后的切削加工及熱處理做好組織和性能上準(zhǔn)備。正火除經(jīng)常作預(yù)先熱處理工序外，對一般鑄件、焊接件以及一些性能要求不高的工件，也可作最終熱處理。

二、鋼的退火與正火二、鋼的退火與正火1、鋼的退火

根據(jù)鋼的成分、退火工藝與目的不同，退火常分為完全退火、球化退火、等溫退火、均勻化退火、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等。

二、鋼的退火與正火2、鋼的正火將鋼材或鋼件加熱到Ac1或Accm以上30～50℃，保溫一定的時(shí)間，出爐后在空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火是成本較低和生產(chǎn)率較高的熱處理工藝。在生產(chǎn)中應(yīng)用如下： （1）對于要求不高的結(jié)構(gòu)零件，可作最終熱處理（2）改善低碳鋼的切削加工性（3）作為中碳結(jié)構(gòu)鋼中較重要工件的預(yù)先熱處理 （4）消除過共析鋼中二次滲碳體網(wǎng)

§2.5鋼的熱處理

淬火是將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上（30～50）℃，保溫一定時(shí)間，然后以大于淬火臨界冷卻速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。

淬火的目的是為了得到馬氏體組織。再經(jīng)回火后，使工件獲得良好的使用性能，以充分發(fā)揮材料的潛力。

三、鋼的淬火三、鋼的淬火1、鋼的淬火工藝（1）淬火加熱溫度的選擇碳素鋼的淬火加熱溫度由Fe-Fe3C相圖來確定

三、鋼的淬火1、鋼的淬火工藝（2）淬火冷卻介質(zhì)

水：優(yōu)點(diǎn)是最便宜而且在650～550℃范圍內(nèi)具有很大的冷卻能力；缺點(diǎn)是在300～200℃時(shí)也能很快冷卻，所以容易引起工件的變形與開裂，目前仍是碳鋼的最常用淬火介質(zhì)。

油：生產(chǎn)上多用各種礦物油。優(yōu)點(diǎn)是在300～200℃范圍內(nèi)冷卻能力低，這有利于減少工件的變形。缺點(diǎn)是在650～550℃范圍內(nèi)冷卻能力也低，不適用于碳鋼，所以油一般只用作合金鋼的淬火介質(zhì)。

鹽?。嚎蓽p少工件淬火時(shí)變形，如熔化的NaNO3、KNO3等。主要用于貝氏體等溫淬火、馬氏體分級淬火。特點(diǎn)是沸點(diǎn)高，冷卻能力介于水與油之間，常用于處理形狀復(fù)雜、尺寸較小和變形要求嚴(yán)格的工件。

新型淬火介質(zhì)有聚醚水溶液、聚乙烯醇水溶液等。三、鋼的淬火2、淬火方法常用的淬火方法有：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火、等溫淬火。圖6-14所示為不同淬火方法示意圖。三、鋼的淬火3、鋼的淬透性淬透性是鋼的固有屬性，它是選材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力?！?.5鋼的熱處理將淬火鋼重新加熱到Acl點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。1、回火的目的（1）獲得工件所要求的力學(xué)性能。（2）穩(wěn)定工件尺寸（3）降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力

2、淬火鋼在回火時(shí)組織的轉(zhuǎn)變馬氏體分解殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變碳化物的轉(zhuǎn)變滲碳體的聚集長大和鐵素體再結(jié)晶四、鋼的回火四、鋼的回火3、回火種類與應(yīng)用（1）低溫回火（2）中溫回火（3）高溫回火

除了以上三種常用回火方法外，某些精密的工件，為了保持淬火后的硬度及尺寸的穩(wěn)定性，常進(jìn)行低溫（100℃～150℃）長時(shí)間（10h～50h）保溫的回火，稱為時(shí)效處理。

四、鋼的回火鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系§2.5鋼的熱處理常用的表面熱處理方法有：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火和電接觸加熱表面淬火等。1、感應(yīng)加熱表面淬火

感應(yīng)加熱表面淬火是利用感應(yīng)電流通過工件表面所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使表面加熱并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝。五、鋼的表面淬火§2.5鋼的熱處理2、火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是以高溫火焰作為加熱源的一種表面淬火方法。常用火焰為乙炔—氧火焰（最高溫度為3200℃）或煤氣一氧火焰（最高溫度為2400℃）。高溫火焰將鋼件表面迅速加熱到淬火溫度，隨即噴水快冷使表面淬硬?；鹧婕訜岜砻娲阌矊油ǔ?～8mm。

五、鋼的表面淬火§2.5鋼的熱處理2、火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是以高溫火焰作為加熱源的一種表面淬火方法。常用火焰為乙炔—氧火焰（最高溫度為3200℃）或煤氣一氧火焰（最高溫度為2400℃）。高溫火焰將鋼件表面迅速加熱到淬火溫度，隨即噴水快冷使表面淬硬?；鹧婕訜岜砻娲阌矊油ǔ?～8mm。

五、鋼的表面淬火§2.5鋼的熱處理2、火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是以高溫火焰作為加熱源的一種表面淬火方法。常用火焰為乙炔—氧火焰（最高溫度為3200℃）或煤氣一氧火焰（最高溫度為2400℃）。高溫火焰將鋼件表面迅速加熱到淬火溫度，隨即噴水快冷使表面淬硬?；鹧婕訜岜砻娲阌矊油ǔ?～8mm。

五、鋼的表面淬火§2.5鋼的熱處理3、電接觸加熱表面淬火當(dāng)工業(yè)電流經(jīng)調(diào)壓器降壓后，電流通過壓緊在工件表面的滾輪與工件形成回路，利用滾輪與工件之間的高接觸電阻實(shí)現(xiàn)快速加熱，滾輪移去后，由于基體金屬吸熱，表面自激冷淬火。

五、鋼的表面淬火§2.5鋼的熱處理4、激光加熱表面淬火這種表面淬火方法是用激光束掃描工件表面，使工件表面迅速加熱到鋼的臨界點(diǎn)以上，而當(dāng)激光束離開工件表面時(shí)，由于基體金屬的大量吸熱，使表面獲得急速冷卻而自淬火，故無需冷卻介質(zhì)。激光淬火硬化層深度與寬度一般為：深度＜0.75mm，寬度小于1.2mm。激光淬火后表層可獲得極細(xì)的馬氏體組織，硬度高且耐磨性好。激光淬火能對形狀復(fù)雜，特別是某些部位用其它表面淬火方法極難處理的（如拐角、溝槽、盲孔底部或深孔）工件。五、鋼的表面淬火§2.5鋼的熱處理化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中一種或幾種活性原子滲入工件表面，以改變表面層的化學(xué)成分和組織，使表面層具有不同于心部性能的一種熱處理工藝。表面化學(xué)成分改變是通過以下三個(gè)基本過程實(shí)現(xiàn)的：①化學(xué)介質(zhì)的分解，通過加熱使化學(xué)介質(zhì)釋放出待滲元素的活性原子，例如滲碳時(shí)CH4→2H2+[C]，滲氮時(shí)2NH3→3H2+2[N]；②活性原子被鋼件表面吸收和溶解，進(jìn)入晶格內(nèi)形成固溶體或化合物；③原子由表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。按滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等。最常用的有滲碳、氮化、碳氮共滲。六、鋼的化學(xué)熱處理六、鋼的化學(xué)熱處理1、鋼的滲碳將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原于滲入表層的化學(xué)熱處理工藝，稱為滲碳。滲碳的目的是提高工件表面的硬度和耐磨性，同時(shí)保持心部的良好韌性。滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。滲碳后滲層中的含碳量表面最高（約1.0%），由表及里逐漸降低至原始含碳量。所以滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為：過共析組織（珠光體＋碳化物）、共析組織（珠光體）、亞共析組織（珠光體+鐵素體）的過渡層，直至心部的原始組織。對于碳鋼，滲層深度規(guī)定為：從表層到過渡層一半（50%P+50%F）的厚度。六、鋼的化學(xué)熱處理六、鋼的化學(xué)熱處理2、鋼的氮化氮化是在一定溫度（一般在Ac1以下），使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝，也稱滲氮。①氣體氮化②離子氮化六、鋼的化學(xué)熱處理3、鋼的碳氮共滲與氮碳共滲①氣體碳氮共滲②氣體氮碳共滲（軟氮化）

§2.5鋼的熱處理1、熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注

熱處理零件在圖紙上應(yīng)注明熱處理的技術(shù)條件，其內(nèi)容包括最終熱處理方法及熱處理應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能指標(biāo)等。標(biāo)定的硬度值允許有一個(gè)波動范圍，一般布氏硬度波動范圍在30~40個(gè)單位，洛氏硬度波動范圍在5個(gè)單位左右。例如，調(diào)質(zhì)220~250HBS，淬火回火40~45HRC。七、熱處理的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性七、熱處理的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性

七、熱處理的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性2、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性，是指在設(shè)計(jì)熱處理零件，特別是淬火件時(shí)，一方面要滿足熱處理零件的使用性能要求，另一方面應(yīng)考慮熱處理工藝對零件結(jié)構(gòu)的要求，不然會使熱處理操作困難、增加淬火變形、開裂，使零件報(bào)廢。

七、熱處理的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性2、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性，盡量考慮以下原則：（1）避免尖角七、熱處理的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性2、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性，盡量考慮以下原則：（2）避免厚薄懸殊的截面七、熱處理的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性2、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性，盡量考慮以下原則：（2）避免厚薄懸殊的截面七、熱處理的技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)工藝性2、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性，盡量考慮以下原則：（3）采用封閉、對稱結(jié)構(gòu)§2.6合金鋼 1.合金鋼分類

（1)按用途分類 ①合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件。 ②合金工具鋼合金工具鋼用于制造各種工具。 ③特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有一些特殊性能的鋼

（2）按合金元素總含量分類 ①低合金鋼低合金鋼的合金元素總含量ωMe<5%。 ②中合金鋼中合金鋼合金元素總含量ωMe=5%~10% ③高合金鋼高合金鋼合金元素總含量ωMe>10%一、合金鋼的分類及編號一、合金鋼的分類及編號（1）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號是用代表屈服強(qiáng)度的漢語字母“Q”、屈服強(qiáng)度值（單位MPa）、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）三個(gè)部分按順序排列。（2）合金結(jié)構(gòu)鋼除了低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼外，其它合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號由三部分組成，即兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字。（3）合金工具鋼合金工具鋼中的平均含碳量<1%時(shí)，用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，當(dāng)平均含碳量>1%時(shí)，不標(biāo)注含碳量。（4）滾動軸承鋼高碳鉻軸承鋼，在牌前冠以“G”符號。當(dāng)含碳量小于1%時(shí)，在“G”符號前用一位數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)；當(dāng)含碳量大于１%時(shí)，不標(biāo)注含碳量。含鉻量用千分?jǐn)?shù)表示（兩位數(shù)）。

§2.6合金鋼 1、合金元素在鋼中存在形式

（1）強(qiáng)化鐵素體合金元素溶入鐵素體后，引起鐵素體晶格畸變，另外合金元素還易分布在晶體缺陷處，使位錯移動困難，從而提高了鋼的塑性變形抗力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，但塑性、韌性都有下降趨勢。（2）形成合金碳化物鋼中形成的合金碳化物的類型主要有：合金滲碳體和特殊碳化物。二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 2、合金元素在鋼中的作用

合金元素在鋼中可以兩種形式存在：一是溶解于碳鋼原有的相中，另一種是形成某些碳鋼中所沒有的新相。在一般的合金化理論中，按與碳親合力的大小，可將合金元素分為碳化物形成元素與非碳化物形成元素兩大類。常用的合金元素有以下幾種：非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。此外，還有稀土元素，一般用符號Re表示。二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 3、合金元素對鋼的熱處理影響（1）合金元素對鋼加熱時(shí)轉(zhuǎn)變影響（2）合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響（3）合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 4、合金元素對鋼的機(jī)械和工藝性能的影響（1）合金元素對強(qiáng)度的影響

強(qiáng)度是金屬材料最重要的性能指標(biāo)之一，使金屬材料的強(qiáng)度提高的過程稱為強(qiáng)化。強(qiáng)化是研制結(jié)構(gòu)材料的主要目的。金屬的強(qiáng)度一般是指金屬對塑性變形的抗力。金屬強(qiáng)化一般有以下幾種方式：①固溶強(qiáng)化②細(xì)晶強(qiáng)化③彌散強(qiáng)化（2）合金元素對塑性和韌性的影響（3）合金元素對鋼的工藝性能的影響①合金元素對鑄造性能的影響②合金元素對鍛造性能的影響③合金元素對焊接性能的影響④合金元素對切削性能的影響二、合金元素在鋼中的作用§2.6合金鋼 1、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是結(jié)合我國資源條件發(fā)展起來的鋼種，是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入少量的合金元素發(fā)展起來的，原稱普通低合金鋼。它是低碳結(jié)構(gòu)鋼，合金元素總量在3％以下，以Mn為主要元素。與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比有較高強(qiáng)度，足夠的塑性、韌性，良好的焊接工藝性能，較好的耐腐蝕性和低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼可按屈服極限分295、345、390、420、460N/mm2五個(gè)強(qiáng)度等級，其中295–390N/mm2級的應(yīng)用最廣。三、合金結(jié)構(gòu)鋼三、合金結(jié)構(gòu)鋼§2.6合金鋼 2、合金滲碳鋼合金滲碳鋼主要用來制造工作中承受較強(qiáng)烈的沖擊作用和磨損條件下的滲碳零件。例如，制作承受動載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪、汽車后橋齒輪和內(nèi)燃機(jī)里的凸輪軸、活塞銷等。這類鋼經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和足夠韌性的零件。合金滲碳鋼可按淬透性分為低淬透性、中淬透性及高淬透性鋼三類。三、合金結(jié)構(gòu)鋼§2.6合金鋼 3、合金調(diào)質(zhì)鋼

合金調(diào)質(zhì)鋼指調(diào)質(zhì)處理后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼，其基本性能是具有良好的綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其他機(jī)器上如齒輪、軸類件、連桿、高強(qiáng)螺栓等重要零件。大多承受多種和較復(fù)雜的工作載荷，要求具有高水平的綜合力學(xué)性能。性能上要求：①高的屈服強(qiáng)度及疲勞極限和良好的韌性塑性，即要求綜合的力學(xué)性能。②局部表面要求一定的耐磨性。③好的淬透性。三、合金結(jié)構(gòu)鋼§2.6合金鋼 3、合金調(diào)質(zhì)鋼

調(diào)質(zhì)鋼的合金化經(jīng)歷了一個(gè)由單一元素到多元素復(fù)合加入發(fā)展過程，從40→40Mn→40CrMn→40CrMnMo或40→40Cr→40CrNi→40CrNiMo發(fā)展，合金元素主要作用是：①提高淬透性②固溶強(qiáng)化③防止第二類回火脆性④細(xì)化晶粒 我國常用調(diào)質(zhì)鋼按照淬透性的高低，大致分為三類： ①低淬透性調(diào)質(zhì)鋼 ②中淬透性調(diào)質(zhì)鋼 ③高淬透性調(diào)質(zhì)鋼三、合金結(jié)構(gòu)鋼§2.6合金鋼 4、合金彈簧鋼

彈簧是機(jī)器、車輛和儀表及生活中的重要零件，主要在沖擊、振動、周期性扭轉(zhuǎn)和彎曲等交變應(yīng)力下工作，彈簧工作時(shí)不允許產(chǎn)生塑性變形，因此要求制造彈簧的材料具有較高的強(qiáng)度。5、滾動軸承鋼滾動軸承鋼是制造各種滾動軸承的滾珠、滾柱、滾針的專用鋼，也可做其他用途，如形狀復(fù)雜的工具、冷沖模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的結(jié)構(gòu)零件。

三、合金結(jié)構(gòu)鋼§2.6合金鋼

合金工具鋼按用途分為合金刃具鋼、合金模具鋼、合金量具鋼。1、合金刃具鋼刃具鋼是用來制造各種切削刀具的鋼，如車刀、銑刀、鉆頭等，合金工具鋼需具備如下性能：高的硬度、高耐磨性、高的紅硬性（紅硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力）、一定的韌性和塑性。（1）低合金刃具鋼（2）高速鋼2、合金模具鋼（1）冷作模具鋼（2）熱作模具鋼3、合金量具鋼

四、合金工具鋼§2.6合金鋼特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼。其種類較多，常用的特殊性能鋼有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。1、不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)中具有抗腐蝕能力的鋼，一般稱為不銹鋼。2、耐熱鋼耐熱鋼是抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼的總稱。3、耐磨鋼耐磨鋼是指在沖擊和磨損條件下使用的高錳鋼。五、特殊性能鋼復(fù)習(xí)與練習(xí)一、填空題1.高速工具鋼經(jīng)高溫淬火加多次回火后，具有很高的

和較好的

。2.不銹鋼按其金相顯微組織不同，常用的有以下三類：

、

、奧氏體型不銹鋼。3.高速鋼刀具在切削溫度達(dá)600℃時(shí)仍能保持

和

。4.合金鋼按主要質(zhì)量等級分為

鋼和

鋼。復(fù)習(xí)與練習(xí)7二、判斷題1.高錳鋼加熱到1000-1100℃,淬火后可獲得單相馬氏體組織。2.1Cr18Ni9鋼是一種馬氏體不銹鋼。3.5CrNiMo鋼是合金結(jié)構(gòu)鋼。5.20CrMnTi鋼是合金調(diào)質(zhì)鋼。6.GCr15是專用的合金工具鋼。7.高速鋼回火后硬度會增加。8.W18Cr4V鋼是不銹鋼。復(fù)習(xí)與練習(xí)7三、簡答題1.指出下列牌號是哪種鋼？其含碳量約多少？

20、9siCr、40Cr、5CrMnMo2.試說明下列合金鋼的名稱及其主要用途。

W18Cr4V、5CrNiMo3.指出下列牌號是哪類鋼？其含碳量約多少？

T9A、GCr15、30、20Cr4.合金元素在鋼中主要作用有哪些？5.試說明下列牌號的名稱。

1Cr18Ni9、2Cr13、ZGMn13-1、4Cr9si12含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。鑄鐵與鋼的主要區(qū)別是鑄鐵的含碳硅量較高，雜質(zhì)元素S、P含量較多，在加工手段上鑄鐵制成零件毛坯只能用鑄造方法，不能用鍛造或軋制方法。鑄鐵的機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性)較低，但是由于鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性能、可切削加工性、耐磨性、吸振性、生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉等特點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、礦山、石油化工、交通運(yùn)輸、建筑和國防生產(chǎn)部門，典型的應(yīng)用是制造機(jī)床的床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸、汽缸套、曲軸等?！?.7鑄鐵§2.7鑄鐵 1、鑄鐵的特點(diǎn)（1）成分與組織的特點(diǎn)鑄鐵與碳鋼相比較，除了有較高的碳、硅含量外，還有較高含量的雜質(zhì)硫和磷。由于鑄鐵中的碳主要是以石墨的形態(tài)存在，所以鑄鐵的組織是由金屬基體和石墨所組成的。一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵 1、鑄鐵的特點(diǎn)（2）鑄鐵的性能特點(diǎn)鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都要比碳鋼低。一般說來，石墨的數(shù)量越少，分布越分散，形狀越接近球形，則鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性越高。一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵 1、鑄鐵的特點(diǎn)（2）鑄鐵的性能特點(diǎn)

雖然鑄鐵的機(jī)械性能不如鋼，但由于石墨的存在，卻賦予鑄鐵許多為鋼所不及的特殊性能： ①石墨造成脆性切削，鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異。 ②鑄鐵的鑄造性能良好，鑄件凝固時(shí)形成石墨產(chǎn)生的膨脹，減少鑄件體積的收縮，降低鑄件中的內(nèi)應(yīng)力。 ③石墨有良好的潤滑作用，并能儲存潤滑油，使鑄件有很好的耐磨性能。 ④石墨對振動的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。 ⑤大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對缺口不敏感。一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵 2、鑄鐵的分類

根據(jù)鑄鐵中的碳在結(jié)晶過程中的析出狀態(tài)以及凝固后斷面顏色的不同，鑄鐵可分為以下幾類：（1）白口鑄鐵（2）灰鑄鐵（3）球墨鑄鐵（4）蠕墨鑄鐵（5）可鍛鑄鐵（6）特殊性能鑄鐵一、鑄鐵的特點(diǎn)和分類§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵1、灰鑄鐵的片狀石墨形態(tài)§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵2、灰鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵3、灰鑄鐵的牌號§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵3、灰鑄鐵的牌號§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵4、灰鑄鐵的性能（1）灰鑄鐵的組織對性能的影響通?；诣T鐵鑄態(tài)的基體組織都是珠光體＋鐵素體組織?；诣T鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都低于碳素鋼，特別是塑性、韌性幾乎為零。（2）灰鑄鐵的性能 灰鑄鐵的性能與普通碳鋼相比，具有如下特點(diǎn)：①力學(xué)性能低②耐磨性與消振性好③工藝性能好§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵4、灰鑄鐵的性能（1）灰鑄鐵的組織對性能的影響通?；诣T鐵鑄態(tài)的基體組織都是珠光體＋鐵素體組織?；诣T鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都低于碳素鋼，特別是塑性、韌性幾乎為零。（2）灰鑄鐵的性能 灰鑄鐵的性能與普通碳鋼相比，具有如下特點(diǎn)：①力學(xué)性能低②耐磨性與消振性好③工藝性能好§2.7鑄鐵二、灰鑄鐵5、灰鑄鐵的孕育處理

灰鑄鐵的孕育處理是指在液態(tài)鐵中加入孕育劑，以促進(jìn)晶核的形成或激發(fā)自身晶核的產(chǎn)生，增大晶核數(shù)量，使石墨的析出能在比較小的過冷度下開始進(jìn)行。其結(jié)果是提高石墨析出的傾向，并得到均勻分布的細(xì)小的石墨，從而使鑄鐵具有良好的力學(xué)性能和加工性能。把經(jīng)過孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。6、灰鑄鐵的熱處理（1）消除內(nèi)應(yīng)力退火（2）消除鑄件白口組織、降低硬度的退火（3）正火（4）表面淬火

§2.7鑄鐵三、球墨鑄鐵

球狀石墨對金屬基體的損壞、減小有效承載面積以及引起應(yīng)力集中等危害作用均比片狀石墨的灰鑄鐵小得多。因此，具有比灰鑄鐵高得多的強(qiáng)度、塑性和韌性，并保持有耐磨、減振、缺口不敏感等灰鑄鐵的特性。1、球墨鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征

§2.7鑄鐵三、球墨鑄鐵

2、球墨鑄鐵的球化處理與孕育處理（1）球化處理（2）孕育處理球墨鑄鐵生產(chǎn)中，鐵液在臨澆注前加入一定量的球化劑，以促使石墨結(jié)晶時(shí)生長為球狀的操作工藝稱為球化處理。在球化處理的同時(shí)必須進(jìn)行孕育處理(也稱為石墨化處理)，以促使石墨生長成球徑小、數(shù)量多、圓整度好、分布均勻的球狀石墨，從而改善球墨鑄鐵的力學(xué)性能。§2.7鑄鐵三、球墨鑄鐵

3、球墨鑄鐵的牌號、性能與用途（1）牌號球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途見表8-3。牌號中的“QT”是“球鐵”兩字漢語拼音的大寫字母，在“QT”后面兩組的數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度(MPa)和最低伸長率(%)。（2）性能與用途與灰口鑄鐵相比，球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞極限，也具有相當(dāng)良好的塑性及韌性。球鐵在一定條件下代替鑄鋼、鍛鋼等，用以制造受力復(fù)雜、負(fù)荷較大和要求耐磨的鑄件。如具有高強(qiáng)度與耐磨性的珠光體球鐵常用來制造內(nèi)燃機(jī)曲軸、凸輪軸、軋鋼機(jī)軋輥