金屬工藝學(xué)（全套課件505P）

金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)是一門有關(guān)機(jī)械零件制造方法及其用材的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。

1.內(nèi)容：（1）系統(tǒng)介紹機(jī)械工程材料的性能、應(yīng)用及改進(jìn)材料性能的工藝方法；（2）各種成形工藝方法及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；（3）機(jī)械零件的加工工藝過程。

2.生產(chǎn)方法：

3.歷史發(fā)展：

4.制造技術(shù)的發(fā)展階段：（1）用機(jī)器代替手工，從作坊形成工廠（2）從單件生產(chǎn)方式發(fā)展到大量生產(chǎn)方式（3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)

5.現(xiàn)代制造技術(shù)的形成和發(fā)展特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)規(guī)模：少品種大批量——>單件小批量——>多品種變批量（2）生產(chǎn)方式：勞動(dòng)密集型——>設(shè)備密集型——>信息密集型——>知識(shí)密集型（3）制造設(shè)備的發(fā)展過程：手工——>機(jī)械化——>單機(jī)自動(dòng)化——>剛性自動(dòng)線——柔性自動(dòng)線——>智能自動(dòng)化出土于河南安陽侯家莊武官村。此鼎形制雄偉，重達(dá)832.84公斤,高達(dá)133厘米,是迄今為止

出土的最大最重的青銅

器。

司馬戊大鼎

永樂大鐘高6.75m、直徑3.3m、重量46.5t的銅鐘，是明朝永樂年間（約1420年）鑄造的，在世界大鐘之林中鑄造年代最久遠(yuǎn)。鐘身內(nèi)外鑄滿了佛經(jīng)，經(jīng)文清晰，排列巧妙，總字?jǐn)?shù)達(dá)230184個(gè)，是世界上鑄字最多的大鐘。撞擊一下，鐘聲悠揚(yáng)悅耳，可傳40～50km。

永樂大鐘局部，上面載明大鐘鑄造的時(shí)間。

1996年我國(guó)鋼產(chǎn)量超過一億噸，變成世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)。這是為紀(jì)念鋼產(chǎn)量突破一億噸而發(fā)行的郵票。

葛洲壩水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

最大直徑18738毫米，高3639毫米，凈重達(dá)1780噸，是目前世界上最大水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。（2005.02.04吊裝就位）

九龍大鼎（廣東肇慶市）高6.68米,寬5.58米,重量16噸，整座由青銅澆鑄而成。

越王勾踐劍越王者旨於賜劍越王州句復(fù)合劍越王不壽劍

香港天壇大佛高34米，重250噸，由200塊青銅鑄件砌成。耗資2000萬港元。

無錫靈山大佛1、靈山大佛通高88米，佛體79米，蓮花瓣9米。2、靈山大佛佛體（不含蓮花瓣）由1560塊6-8毫米厚的銅壁板構(gòu)成，焊縫長(zhǎng)達(dá)30余公里。

3、靈山大佛鑄銅約700噸，銅板面積達(dá)九千多平方米，約一個(gè)半足球場(chǎng)大小。

4、由于高科技的運(yùn)用，靈山大佛能抵御14級(jí)臺(tái)風(fēng)和8級(jí)地震的侵襲。

鋼鐵工業(yè)

6.基本要求：（1）了解工程材料的種類、性能及其改性方法，初步掌握其應(yīng)用范圍和選擇原則。（2）掌握主要毛坯成形方法的基本原理和工藝特點(diǎn)，具有選擇毛坯及工藝分析的初步能力。（3）掌握機(jī)械制造生產(chǎn)過程、生產(chǎn)類型及其特點(diǎn)；掌握各種主要加工方法的實(shí)質(zhì)、工藝特點(diǎn)、基本原理和設(shè)備；了解零件的加工工藝過程，并具有選擇零件加工方法的能力，能制定簡(jiǎn)單的制造工藝規(guī)程。（4）了解零件的結(jié)構(gòu)工藝性。（5）了解有關(guān)的新工藝、新技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)。第一章金屬材料基本知識(shí)§1.1金屬材料的主要性能使用性能——指材料在使用過程中表現(xiàn)出來的性能。工藝性能——指材料對(duì)各種加工工藝適應(yīng)的能力。一、金屬材料的使用性能力學(xué)性能——金屬材料在外力（載荷）作用下，所表現(xiàn)的抵抗變形和破壞的能力。（一）強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂的能力。

拉伸試驗(yàn)動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\拉伸曲線.swf

1.彈性極限—試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大拉應(yīng)力。2.屈服點(diǎn)—試樣在試驗(yàn)過程中力示增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)（變形）時(shí)的應(yīng)力。3.抗拉強(qiáng)度——試樣拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值。

（二）塑性塑性是指斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力。

1.斷后伸長(zhǎng)率—試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)時(shí)與原始標(biāo)距的百分比。

2.斷面收縮率—試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。

（三）硬度

1.布氏硬度（1）試驗(yàn)原理：D、F、t、S

（2）符號(hào)（3）表示方法

XXXHBS(W)XX/XXX/XX

（4）應(yīng)用范圍：測(cè)定結(jié)果較穩(wěn)定、準(zhǔn)確，但不宜測(cè)薄件或成品件。HBS用于測(cè)小于450的材料；HBW用測(cè)小于650的材料。主要用來測(cè)灰鑄鐵、有色金屬及經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材。

布氏硬度試驗(yàn)原理圖

詳細(xì)說明

主要技術(shù)參數(shù)：

初試驗(yàn)力（N）：29.4

維氏硬度試驗(yàn)（N）：49，98，196，294

顯微鏡放大倍率：75倍、150倍

試件允許最大高度：200mm

表面洛氏硬度（mm）：147，294，441

壓頭中心到機(jī)身距離：200mm

電源電壓：AC220V50/60HZ布氏硬度試驗(yàn)

2.洛氏硬度（1）試驗(yàn)原理：用頂角為1200的金剛石圓錐或直徑為1.588mm的淬火鋼球作壓頭，在初始試驗(yàn)力F1（98N）及總試驗(yàn)力F作用下，將壓頭壓入試樣表面，按規(guī)定保持時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度。（2）符號(hào)

（3）表示方法在符號(hào)前寫出硬度值。（4）應(yīng)用范圍可直接測(cè)量成品或較薄工件，但結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

洛氏硬度試驗(yàn)原理圖

（四）沖擊韌度沖擊試樣缺口底部橫截面積上的沖擊吸收功。

將被測(cè)材料制成標(biāo)準(zhǔn)U型或V型試樣，缺口背向擺錘沖擊方向，擺錘舉至H1

高度，然后自由落下，沖斷試樣升至高度H2

。擺錘沖斷試樣所消耗的能量，即試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功。

A=mgH1-mgH2=mg（H1-H2）J

沖擊試樣缺口底部處單位橫截面積上的沖擊吸收功，稱為沖擊韌度。

αk=Ak/SNJ/cm2

沖擊吸收功Ak

作為材料韌性判據(jù)。沖擊吸收功與溫度、試樣形狀、尺寸、表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。

（五）疲勞強(qiáng)度

材料在指定循環(huán)基數(shù)下不產(chǎn)生疲勞斷裂所能承受的最大應(yīng)力。

實(shí)際的疲勞強(qiáng)度值，規(guī)定鋼進(jìn)行1×106～107次，有色金屬進(jìn)行1×107～1×108次交變循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力值，即為該材料的疲勞強(qiáng)度σ-1。疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間存在一定的比例關(guān)系，如碳素鋼σ-1≈（0.4～0.55）σb

，灰鑄鐵σ-1≈0.4σb

，有色金屬σ-1≈（0.3～0.4）σb。疲勞破壞的原因：應(yīng)力集中——微裂紋——擴(kuò)展——斷裂破壞。避免措施：改善內(nèi)部組織、外部形狀和表面狀態(tài)，減小和避免應(yīng)力集中，表面強(qiáng)化處理和減小表面粗糙度值。

§1.2金屬與合金的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶一、金屬材料的性能與結(jié)構(gòu)晶體——原子雜亂無章堆砌起來。晶體——原子按一定幾何圖形有規(guī)則排列。特點(diǎn)：有固定的熔點(diǎn)，各向異性（一）金屬的晶體結(jié)構(gòu)基本知識(shí)

1.晶格——描述原子在晶體中規(guī)則排列方式的空間幾何圖形。

2.晶胞——能夠反映晶格特征的最小幾何單元。動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\晶胞.swf3.常見金屬的晶格類型

（１）體心立方晶格動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\體心.swf立方體晶胞，八個(gè)頂角和立方體中心各有一個(gè)原子，每個(gè)晶胞有原子２個(gè)。常見金屬有：Cr、W、Mo、V和α-Fe等。

（２）面心立方晶格動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\面心.swf

立方體晶胞，八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子，每個(gè)晶胞有原子４個(gè)。常見金屬有：Al、Cu、Ni、Au、Ag和-Fe等。

（３）密排六方晶格動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\密排.swf

正六棱柱體晶胞，12個(gè)頂角和上下面中心各有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)還有３個(gè)，每個(gè)晶胞有原子

6個(gè)。

常見金屬有：Mg、

Zn、Be和

Cd等。

（二）金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)

1.多晶體結(jié)構(gòu)動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\多晶體結(jié)構(gòu).swf

單晶體——晶體內(nèi)部的晶格位向完全一致。晶?！庑尾灰?guī)則，呈顆粒狀的小晶體。晶界——晶粒與晶粒之間的界面。多晶體——由許多晶粒組成的晶體。

2.晶體缺陷

（２）線缺陷動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\刃型位錯(cuò).SWF刃型位錯(cuò)強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性下降。

（３）面缺陷晶界和亞晶界動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\亞晶界.SWF動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\晶界.SWF金屬?gòu)?qiáng)度、硬度增高，塑性變形困難——“細(xì)晶強(qiáng)化”。

二、金屬與合金的結(jié)晶（一）金屬的結(jié)晶金屬原子的聚集狀態(tài)由無規(guī)則的液態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則排列的固態(tài)晶體過程。動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\冷卻曲線.swf過冷度——理論結(jié)晶溫度Tm與實(shí)際結(jié)晶溫度To之差。1.冷卻曲線

純金屬的冷卻曲線

2.金屬的結(jié)晶過程動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\金屬結(jié)晶過程.SWF(見圖)（1）晶核的形成（2）晶核的長(zhǎng)大金屬液的結(jié)晶過程是晶核產(chǎn)生和長(zhǎng)大的過程，同時(shí)存在同時(shí)進(jìn)行。

金屬結(jié)晶過程示意圖（二）.晶粒大小及其控制

（1）晶粒大小對(duì)金屬性能的影響一般情況下，晶粒越細(xì)小，金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性越好。晶粒大小主要取決于形核速率N和長(zhǎng)大速率G。（見圖）

過冷度對(duì)N、G的影響（2）晶粒大小的控制生產(chǎn)中細(xì)化晶粒的方法有：

①增加過冷度；②變質(zhì)處理；③附加振動(dòng)。（三）、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變概念：

金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。

意義：

可以用熱處理的方法即可通過加熱、保溫、冷卻來改變材料的組織，從而達(dá)到改善材料性能的目的。（

四）金屬鑄錠組織

（1）表層細(xì)晶區(qū)

過冷度大，形核率高

（2）柱狀晶粒區(qū)（3）中心等軸晶粒區(qū)

三、合金的晶體結(jié)構(gòu)

1.合金的基本概念（1）合金——兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合，組成具有金屬特性的物質(zhì)。（2）組元——組成合金最基本、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。（3）合金系——由給定的組元，按一定的比例配制成一系列的合金。（4）相——具有成分、組織相同，與其他部分有界面的均勻組成部分。（5）組織——用肉眼可直接觀察的，或用放大鏡、顯微鏡分辨和材料內(nèi)部微觀形貌圖象。

2.合金的相結(jié)構(gòu)（1）固溶體—合金在固態(tài)下，組元之間能互相溶解而形成的均勻相。溶劑—與固溶體晶格類型相同。溶質(zhì)—晶格類型消失的組元。①置換固溶體——溶質(zhì)的原子部分取代溶劑晶格上的原子。動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\置換固溶體.SWF

有限置換固溶體——按一定比例進(jìn)行置換。無限置換固溶體——任意進(jìn)行置換原子。條件：晶格類型相同，原子半徑接近。②間隙固溶體——溶質(zhì)的原子溶入溶劑晶格之中形成的固溶體動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\間隙固溶體.SWF

固溶體——>晶格畸變——>強(qiáng)度、硬度增加——>固溶強(qiáng)化

（2）金屬化合物——合金組元之間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的一種新相。特點(diǎn)：晶格類型不同于任一組元，有較高的熔點(diǎn)，硬而脆。動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\Fe3C晶格結(jié)構(gòu).SWF

金屬化合物主要用來作為碳鋼、各類合金鋼、硬質(zhì)合金及有色金屬的重要組成相。（3）多相復(fù)合組織——兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組合成的物質(zhì)。特點(diǎn)：保持各組元的晶格類型。性能取決于各組成相的性能及分布狀態(tài)。二元合金狀態(tài)圖一、二元合金狀態(tài)的建立1.概念研究材料從液態(tài)到固體轉(zhuǎn)變過程而建立的圖形成分---溫度----組織關(guān)系圖2.表示方法ABB%3.繪制PbSb開始結(jié)晶溫度（co)結(jié)晶終止溫度(co)a1000327327b955300252c88.911.1252252d5050490252e0100631631

動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\二元相圖建立.swf

§1.3鐵碳合金相圖一、鐵碳合金基本組織（一）純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變?cè)诠虘B(tài)下，金屬的晶格類型隨溫度（或壓力）變化的特性——同素異晶轉(zhuǎn)變。動(dòng)畫\金工動(dòng)畫\同素異構(gòu).swfδ—Fe→γ—Fe→α—Fe

體心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵材料能夠進(jìn)行熱處理的依據(jù)。

（二）鐵碳合金的基本組織

1.鐵素體（F）碳溶于α—Fe中形成的間隙固溶體，用符號(hào)F（或α）表示。

600℃溶碳量0.008%

727℃溶碳量0.0218%

性能：與純鐵相似，強(qiáng)度、硬度低，而塑性和韌性好。組織：呈明亮的多邊形晶粒，晶界曲折。

鐵素體的顯微組織

2.奧氏體（A）碳溶于γ—Fe中形成的間隙固溶體，用符號(hào)A（或γ）表示。

727℃溶碳量0.77%

1148℃溶碳量2.11%

性能：有一定的強(qiáng)度和硬度，塑性和韌性好，適于進(jìn)行鍛壓加工。組織：與鐵素體相似，晶粒呈多邊形，但晶界較鐵素體平直

奧氏體的顯微組織

3.滲碳體（Fe3C）鐵和碳形成的一種具有復(fù)雜斜方晶格的間隙化合物，用化學(xué)分子式Fe3C表示。

ωc=6.69%熔點(diǎn)為1227℃

性能：硬度很高，脆性很大，塑性極差。組織：常以片狀、球（粒）狀和網(wǎng)狀等不同形態(tài)存在。

4.珠光體——鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用符號(hào)P表示。

ωc=0.77%

性能：介于鐵素體與珠光體之間，即綜合性能良好。

5.萊氏體——ωc=4.3%的合金，緩慢冷卻到1148℃時(shí)從液相中同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的共晶組織，用符號(hào)Ld表示。性能：與滲碳體相似，即硬度高，塑性差。

珠光體是鐵素體和滲碳體呈層片狀交替排列的機(jī)械混合物。呈塊狀分布的白亮部分即是鐵素體，黑色部分為珠光體組織。

45鋼的顯微組織（×400）

在亮白色滲碳體基底上相間地分布著暗黑色斑點(diǎn)及細(xì)條狀珠光體萊氏體的顯微組織二、鐵碳合金狀態(tài)圖的形式Fe-Fe3C合金相圖

簡(jiǎn)化鐵碳合金狀態(tài)LAL+AL+Fe3C?F+AFPF+PLd’LdLd’+Fe3C?Ld+Fe3C?Ld’+Fe3CⅡ+PFe3CⅡ+PFe3CⅡ+ALd+Fe3CⅡ+APQSECDFKG圖2.27Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→0.772.114.36.69溫度/℃→72711480?ⅡⅢ123三、鐵碳合金狀態(tài)圖的建立合金狀態(tài)圖就是通過一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)出不同成分的鐵碳合金在緩慢冷卻過程中的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變，然后在成分與溫度坐標(biāo)圖中標(biāo)出臨界點(diǎn)溫度（結(jié)晶開始和結(jié)晶結(jié)束的溫度），并把物理意義相同的點(diǎn)連成曲線，這樣構(gòu)成的完整圖形便是鐵碳合金狀態(tài)圖。合金序號(hào)舍金成分上臨界點(diǎn)／℃下臨界點(diǎn)／℃含碳量／％含鐵量／％

12345

00.400771.20l60

100996099.2398.8098.40

912790727880l000

——727727727727各成分合金的臨界點(diǎn)

四、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析

1．特性點(diǎn)LAL+AL+Fe3C?F+AFPF+PLd’LdLd’+Fe3C?Ld+Fe3C?Ld’+Fe3CⅡ+PFe3CⅡ+PFe3CⅡ+ALd+Fe3CⅡ+APQSECDFKG圖2.27Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→0.772.114.36.69溫度/℃→72711480?ⅡⅢ1232．特性線：①ACD線—液相線②AECF線—固相線③ECF線—共晶線④AC線—奧氏體結(jié)晶開始線⑤AE線—奧氏體結(jié)晶終了線⑥GS線（A3)—鐵素體從A中析出開始線⑦PQ線—C在鐵素體中的溶解度曲線，此線以右有Fe3CⅢ析出線QAPSECDFKG圖2.27Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→0.772.114.36.09溫度/℃→912153872711480⑧ES線（Acm)—C在A中的溶解度曲線，此線以右有Fe3CⅡ析出線⑨PSK線—共析線⑩CD線—一次滲碳體結(jié)晶開始線QAPSECDFKG圖2.27Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→0.772.114.36.09溫度/℃→9121538727114803.鐵碳合金的分類工業(yè)純鐵：C%<0.0218共析鋼：C%=0.77亞共析鋼：0.0218<C%<0.77過共析鋼：0.77<C%<=2.11共晶白口鐵：C%=4.3亞共晶白口鐵：2.11<C%<4.3過共晶白口鐵：4.3<C%<6.69QAPSECDFKG圖2.27Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→0.772.114.36.09溫度/℃→9121538727114804.合金結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變共析鋼(?)：L→L+A→A→P亞共析鋼(Ⅱ)：L→L+A→A→A+F→P+F過共析鋼(Ⅲ)：L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ共晶白口鐵：L→Ld→Ld’亞共晶白口鐵：L→L+A→Ld+A+Fe3CⅡ→Ld’+P+Fe3CⅡ過共晶白口鐵：L→L+Fe3C?→Ld+Fe3C?→Ld’+Fe3C?1、Wc=0.6%

亞共析鋼室溫組織：P+FLL+AAA+FP+Ft1以上

t1～t2t2～t3t3～t4t4～室溫

亞共析鋼組織：F+P2、Wc=0.77%

共析鋼室溫組織：PLL+AAPt1以上

t1～t2t2～t3t3～室溫

T8鋼的室溫平衡組織珠光體

3、Wc=1.2%

過共析鋼室溫組織：P+Fe3CⅡ

LL+AAA+Fe3CⅡP+Fe3CⅡt1以上

t1～t2t2～t3t

t4～室溫

材料共晶白口鑄鐵（X250）狀態(tài)鑄造浸蝕劑４％酒精溶液組織變態(tài)萊氏體說明變態(tài)萊氏體中白色基體為滲碳體（共晶萊氏體和二次滲碳體），黑色圓柱及條狀為珠光體

過共晶白口鐵結(jié)晶過程示意圖5.含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響(1)對(duì)平衡組織的影響5.含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響(2)對(duì)力學(xué)性能的影響含碳量越高，鋼的強(qiáng)度和硬度越高，而塑性和韌性越低。這是由于含碳量越高，鋼中的硬脆相-Fe3C越多的緣故。而當(dāng)含碳量超過0.9％時(shí)，達(dá)到碳的過共析，在晶界析出網(wǎng)狀二次滲碳體，使鋼的強(qiáng)度有所降低。6.鐵碳合金平衡相圖的應(yīng)用（1）1、選材的依據(jù)2、選擇鑄造合金成分和澆注溫度的依據(jù)3、確定鋼的鍛造溫度的依據(jù)4、研究焊縫區(qū)及近縫區(qū)組織和性能變化的理論依據(jù)5、確定各種熱處理工藝的依據(jù)：根據(jù)對(duì)工件材料性能要求的不同，各種不同熱處理方法的加熱溫度都是參考Fe-Fe3C相圖選定的。

6.鐵碳合金平衡相圖的應(yīng)用（2）

1在選材上的應(yīng)用低碳鋼：塑性、韌性好，用于沖壓件、焊接件、抗沖擊件。中碳鋼:綜合力學(xué)性能較好，用于軸、齒輪等。高碳鋼：強(qiáng)度、硬度、耐磨性好，用于各種工模具。白口鐵：性硬而脆，但鑄造性能好，用于不受沖擊的鑄件。2在鑄造工藝上的應(yīng)用根據(jù)Fe-Fe3C相圖的液相線可以找出不同成分的鐵碳合金的熔點(diǎn)，從而確定合適的熔化、澆注溫度(液相線以上50~100℃)。還可以看到鋼的熔化與澆注溫度都要比鑄鐵高，如下圖所示。此外，靠近共晶成分的鐵碳合金不僅熔點(diǎn)低，而且凝固溫度區(qū)間也較小，故具有良好的鑄造性能。這類合金適宜于鑄造，在鑄造生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。6.鐵碳合金平衡相圖的應(yīng)用（3）

Fe-Fe3C相圖與鑄、鍛工藝的關(guān)系

3在塑性加工工藝上的應(yīng)用鋼材軋制或鍛造的溫度范圍，多選擇在單一奧氏體組織范圍內(nèi)。其選擇原則是開始軋制或鍛造的溫度不得過高，以免鋼材氧化嚴(yán)重，甚至發(fā)生奧氏體晶界部分熔化，使工件報(bào)廢。而終止溫度也不能過低，以免鋼材塑性差，在鍛造過程中導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。一般始鍛溫度在固相線以下100~200℃，終鍛溫度800℃左右。各種碳素鋼合適的軋制或鍛造溫度范圍如圖所示。

§3.1碳鋼一、碳鋼中的常存雜質(zhì)元素及其作用（1）硅和錳——有益元素作用：脫氧劑，形成MnS，固溶強(qiáng)化，減少FeO的影響。（2）硫和磷——有害元素危害：形成低熔點(diǎn)的FeS，使鋼產(chǎn)生熱脆；使鋼產(chǎn)生冷脆。硅（Si）（1）可清除鋼中的FeO，脫氧能力比Mn強(qiáng)。

它與鋼液中的FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽以爐渣的形式被除去。從而消除FeO對(duì)鋼的不良影響。（2）硅能溶入鐵素體中，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。當(dāng)含硅量不多時(shí)，其對(duì)鋼的性能影響不大。（3）總起來說，硅也是一種有益的元素。作為雜質(zhì)其含量應(yīng)小于0.4%。錳（Mn）（1）可清除鋼中的FeO，改善鋼的品質(zhì)。

錳從FeO中奪取氧形成MnO進(jìn)入爐渣，從而把鋼中的FeO還原成鐵，改善鋼的質(zhì)量。（2）減輕硫的有害作用，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能。（MnS在高溫時(shí)有一定塑性，切削加工中MnS能起斷屑作用，因此改善了鋼的切削加工性，這類鋼稱作易切削鋼)（3）在室溫下錳能大部分溶入鐵素體中形成含錳鐵素體的置換固溶體，使鐵素體強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。（4）錳在碳鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.25%～0.80%，最高可達(dá)1.2%?？偲饋碚f，錳是一種有益的元素。2.硫（S）、磷（P）是有害元素S是在煉鋼時(shí)由礦石和燃料帶入鋼中的→熱脆

P是由礦石帶入鋼中的→冷脆衡量鋼的質(zhì)量的主要指標(biāo)為含S、P量。S一般控制在0.05%以下,P一般鋼的含磷量控制在0.045%以下。P（1）硫：可與鐵生成FeS，F(xiàn)eS與Fe能形成低熔點(diǎn)（985℃）的共晶體，且分布在晶界上。當(dāng)鋼材在1000℃～1200℃進(jìn)行熱壓力加工時(shí)，由于共晶體熔化，從而導(dǎo)致熱加工時(shí)開裂。這種金屬在高溫時(shí)出現(xiàn)脆裂的現(xiàn)象，稱為“熱脆”。（2）磷在鋼中能全部溶于鐵素體中，提高鐵素體的強(qiáng)度和硬度。但在室溫下卻使鋼的塑性和韌性急劇下降（Fe3P而使鋼的脆性增加），產(chǎn)生低溫脆性，這種現(xiàn)象稱為冷脆。磷的有害作用在一定條件下可以轉(zhuǎn)化，例如鋼中加入適量的磷還可以提高鋼材的耐大氣腐蝕性能。在炮彈鋼中加入較多磷，可增大鋼的脆性，使炮彈在爆炸時(shí)碎片增多，從而增加了殺傷力。

二、碳鋼的分類、牌號(hào)和用途（一）碳鋼的分類

1.按碳的含量分類

2.按質(zhì)量分類

3.按用途分類（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑、橋梁等工程結(jié)構(gòu)和各種機(jī)械零件（如齒輪、軸、螺柱、彈簧等）。（2）碳素工具鋼主要用于種類刀具、量具和模具。如絲錐、板牙、刮刀、鋸條、沖模等。（3）專用鋼包括鍋爐鋼、船用鋼、易切削鋼等。

4.按鋼液脫氧程度分類（1）沸騰鋼（F）脫氧不完全，組織不致密，成分不均勻，性能較差。（2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）脫氧完全，組織致密，成分較均勻，性能較好。（3）半鎮(zhèn)靜鋼（b）脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。

（二）碳鋼的牌號(hào)、性能及主要用途

1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700—1988)

表示方法：用Q、屈服數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法組成。牌號(hào)Q235—D示例說明：

Q—鋼的屈服點(diǎn)“屈”字漢語拼音字頭；

235—最低屈服點(diǎn)值235MPa;

D—表示質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)。

有時(shí)牌號(hào)后面還要分別附加下列符號(hào)：

F—沸騰鋼；b—半鎮(zhèn)靜鋼；

Z—鎮(zhèn)靜鋼；TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼。

由于D級(jí)質(zhì)量鋼均為特殊鎮(zhèn)靜鋼，故“TZ”符號(hào)可以省略。如Q235—D—TZ可寫為Q235-D。符號(hào)“Z”有時(shí)亦可省略。機(jī)械性能

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼：表3.1.doc

Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性較好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于做橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)取?/p>

Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。

Q255、Q275強(qiáng)度較高，可軋制成型鋼、鋼板作構(gòu)件用。

這類鋼常在熱軋狀態(tài)下使用，不再進(jìn)行熱處理。但對(duì)某些零件，也可以進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。表３表

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼板鋼筋建筑構(gòu)件螺釘鉚釘鋼橋梁

2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，較高含錳量再加Mn。如：45鋼，碳的平均含量為萬分之四十五，即0.45%。含錳較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼要標(biāo)出Mn，例如：45Mn。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用來制造各種機(jī)器零件。

優(yōu)質(zhì)碳鋼

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：

螺栓齒輪

曲軸彈簧

（2）中頻感應(yīng)加熱表面淬火頻率1KHz~10KHz，淬硬層深度2mm~10mm

應(yīng)用：大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類零件。（3）工頻感應(yīng)加熱表面淬火頻率50Hz，淬硬層深度10mm~20mm

應(yīng)用：大直徑軋輥、火車車輪等零件

B.感應(yīng)加熱表面淬火特點(diǎn)及應(yīng)用適用于中碳鋼和中碳合金鋼的成批大量生產(chǎn)。

感應(yīng)加熱表面淬火

2.火焰加熱表面淬火利用氧—乙炔（或其他可燃?xì)猓┗鹧鎸?duì)零件表面進(jìn)行加熱，隨之冷卻的工藝。適用于單件小批生產(chǎn)。

二、化學(xué)熱處理將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝?；具^程：活性介質(zhì)分解，表面吸收，向內(nèi)部擴(kuò)散。

1.鋼的滲碳目的：提高表層的硬度的耐磨性，并保持心部良好的韌性。分類：氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。（1）氣體滲碳加熱到900℃~950℃，工件在井式滲碳爐中，滴入易于熱分解和氣化的液體進(jìn)行滲碳。（2）固體滲碳顆粒狀的木炭為滲碳劑，平均速度為0.1mm/h.

（3）滲碳后的組織和熱處理表層含碳量0.85%~1.05%，滲碳層厚度為0.5mm~2.5mm。滲碳后進(jìn)行淬火和低溫回火。

2.鋼的滲氮（氮化）目的：提高硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。（1）氣體滲氮（2）離子滲氮（離子氮化）

3.碳氮共滲

§2.4其他熱處理工藝簡(jiǎn)介一、形變熱處理二、真空熱處理三、激光熱處理

激光熱處理技術(shù)簡(jiǎn)介

激光表面處理技術(shù)是近二十年來發(fā)展起來的一種新興材料表面處理技術(shù)，尤其是進(jìn)入八十年代以來，大功率工業(yè)激光器和輔助設(shè)備的制造技術(shù)日益提高，各種激光表面處理技術(shù)日益成熟，使得激光表面處理技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用和深入研究異?；钴S，在歐美和日本，大功率激光器商業(yè)化程度很高，發(fā)展非常迅速，是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家非常矚目的一項(xiàng)新技術(shù)。

激光表面處理技術(shù)可以解決其他表面處理方法無法解決或不好的材料強(qiáng)化問題。激光表面處理技術(shù)是利用激光束對(duì)金屬表面進(jìn)行瞬間淬頭處理，經(jīng)激光處理后，鑄鐵表層強(qiáng)度可達(dá)到HRC60以上，中碳及高碳的碳鋼，合金鋼的表層硬度可達(dá)HRC70以上，從而提

高其抗磨損，抗疲勞、耐腐蝕、防氧化等性能，延長(zhǎng)其使用壽命。激光熱處理技術(shù)與其他熱處理如高頻感淬頭，滲碳、滲氮等傳統(tǒng)工藝相比，具有以下特點(diǎn)：

1.無需使用外加材料，僅改變被處理材料表面層的組織結(jié)構(gòu)。處理后的改性層具有足夠的厚度，可根據(jù)需要調(diào)整深淺一般可達(dá)0.1-0.8mm。

2.處理層和基體結(jié)合強(qiáng)度高。激光表面處理的改性層和基體材料之間是致密的冶金結(jié)合，而且處理層本身是致密的冶金組織，具有較高的硬度和耐磨性。

3.

被處理件變形極小，由于激光功率密度高，與零件的作用時(shí)間很短（10-2-10秒），零件的熱影響區(qū)和整體變化都很小。故適合于高精度零件處理，作為材料和零件的最后處理工序。

4.

加工柔性好，適用面廣。利用靈活的導(dǎo)光系統(tǒng)可隨意將激光導(dǎo)向處理部位，從而可方便地處理深孔、內(nèi)孔、盲孔和凹槽等，可進(jìn)行選擇性的局部處理。

工藝簡(jiǎn)單優(yōu)越。激光表面處理均在大氣環(huán)境中進(jìn)行，免除了鍍膜工藝中漫長(zhǎng)的抽真空時(shí)間，沒有明顯的機(jī)械作用力和工具損耗，無噪音、無污染、無公害、勞動(dòng)條件好。再加上激光器配以微機(jī)控制系統(tǒng)，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，易于批量生產(chǎn)。產(chǎn)品成品率極高，幾乎達(dá)到100%，效率很高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

一、過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變

1.亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

亞共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線與共析鋼C曲線不同的是：在其上方多了一條過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的轉(zhuǎn)變開始線。亞共析鋼隨著含碳量的減少，C曲線位置往左移，同時(shí)Ms、Mf線住上移。

亞共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程與共析鋼類似，只是在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)過冷奧氏體將先有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，剩余的過冷奧氏體再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。

45鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線

2.過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

過共析鋼過冷奧氏體的C曲線的上部為過冷奧氏體中析出二次滲碳體(Fe3CII)開始線。當(dāng)加熱溫度為AC1以上30～50℃時(shí)，過共析鋼隨著含碳量的增加，C曲線位置向左移，同時(shí)Ms、Mf線往下移。

過共析鋼的過冷奧氏體在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)，將先析出Fe3CII，其余的過冷奧氏體再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。

T10鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線

二、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

1.共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

（1）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物在共析鋼過冷奧氏本的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）中，共析鋼以大于Vk（上臨界冷卻速度）的速度冷卻時(shí)，得到的組織為馬氏體。冷卻速度小于Vk′（下臨界冷卻速度）時(shí)，鋼將全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。共析鋼過冷奧氏體在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)得不到貝氏體組織。

與共析鋼的TTT曲線相比，共析鋼的CCT曲線稍靠右靠下一點(diǎn)，表明連續(xù)冷卻時(shí)，奧氏體完成珠光體轉(zhuǎn)變的溫度較低，時(shí)間更長(zhǎng)。

共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變組織

（2）馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)

過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是低溫轉(zhuǎn)變過程，轉(zhuǎn)變溫度在Ms～Mf之間，該溫區(qū)稱馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。

①過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，鐵和碳原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散。鐵原子沿奧氏體一定晶面，集體地（不改變相互位置關(guān)系）作一定距離的移動(dòng)（不超過一個(gè)原子間距），使面心立方晶格改組為體心正方晶格，碳原子原地不動(dòng)，過飽和地留在新組成的晶胞中，增大了其正方度c/a

。馬氏體就是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。過飽和碳使α-Fe的晶格發(fā)生很大畸變，產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化。

②馬氏體的形成速度很快

奧氏體冷卻到Ms點(diǎn)以下后，無孕育期，瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。隨著溫度下降，過冷奧氏體不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，是一個(gè)連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變過程。

③馬氏體轉(zhuǎn)變是不徹底的

總要?dú)埩羯倭繆W氏體。殘余奧氏體的含量與MS、Mf的位置有關(guān)。奧氏體中的碳含量越高，則MS、Mf越低，殘余A含量越高。只在碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于0.6%時(shí)，殘余奧氏體可忽略。④馬氏體形成時(shí)體積膨脹

體積膨脹在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致開裂。

奧氏體碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)殘余奧氏體含量的影響

（3）馬氏體的形態(tài)與特點(diǎn)

①馬氏體形態(tài)

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25%以下時(shí)，基本上是板條馬氏體（亦稱低碳馬氏體），板條馬氏體在顯微鏡下為一束束平行排列的細(xì)板條。在高倍透射電鏡下可看到板條馬氏體內(nèi)有大量位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)，所以也稱位錯(cuò)馬氏體。

當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí)，則大多數(shù)是針狀馬氏體。針狀馬氏體在光學(xué)顯微鏡中呈竹葉狀或凸透鏡狀，在空間形同鐵餅。馬氏體針之間形成一定角度（60°）。高倍透射電鏡分析表明，針狀馬氏體內(nèi)有大量孿晶，因此亦稱孿晶馬氏體。

低碳馬氏體的組織形態(tài)

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25～1.0%之間時(shí)，為板條馬氏體和針狀馬氏體的混和組織。高碳馬氏體的組織形態(tài)

a.硬度很高。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)馬氏體硬度的影響

b.馬氏體的塑性和韌性與其碳含量（或形態(tài)）密切相關(guān)。高碳馬氏體由于過飽和度大、內(nèi)應(yīng)力高和存在孿晶結(jié)構(gòu)，所以硬而脆，塑性、韌性極差，但晶粒細(xì)化得到的隱晶馬氏體卻有一定的韌性。而低碳馬氏體，由于過飽和度小，內(nèi)應(yīng)力低和存在位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，則不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好。

c.馬氏體的比容比奧氏體大。當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，體積會(huì)膨脹。馬氏體是鐵磁相，而奧氏體為順磁相。馬氏體晶格畸變嚴(yán)重，因此電阻率高。

2.亞共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

亞共析鋼過冷奧氏體在高溫時(shí)有一部分將轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)會(huì)有少量貝氏體（B上）產(chǎn)生。如油冷的產(chǎn)物為F+T+B上+M，但鐵素體和B上量很少，有時(shí)可忽略。

亞共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

3.過共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

過共析鋼過冷A在高溫區(qū)，將首先析出二次滲碳體，而后轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織。由于奧氏體中碳含量高，所以油冷、水冷后的組織中應(yīng)包括殘余奧氏體。與共析鋼一樣，其冷卻過程中無貝氏體轉(zhuǎn)變。過共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

共析鋼不同轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度和沖擊韌度

§3.1碳鋼一、碳鋼中的常存雜質(zhì)元素及其作用（1）硅和錳——有益元素作用：脫氧劑，形成MnS，固溶強(qiáng)化，減少FeO的影響。（2）硫和磷——有害元素危害：形成低熔點(diǎn)的FeS，使鋼產(chǎn)生熱脆；使鋼產(chǎn)生冷脆。

二、碳鋼的分類、牌號(hào)和用途（一）碳鋼的分類

1.按碳的含量分類

2.按質(zhì)量分類

3.按用途分類（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑、橋梁等工程結(jié)構(gòu)和各種機(jī)械零件（如齒輪、軸、螺柱、彈簧等）。（2）碳素工具鋼主要用于種類刀具、量具和模具。如絲錐、板牙、刮刀、鋸條、沖模等。（3）專用鋼包括鍋爐鋼、船用鋼、易切削鋼等。

4.按鋼液脫氧程度分類（1）沸騰鋼（F）脫氧不完全，組織不致密，成分不均勻，性能較差。（2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）脫氧完全，組織致密，成分較均勻，性能較好。（3）半鎮(zhèn)靜鋼（b）脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。

（二）碳鋼的牌號(hào)、性能及主要用途

1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700—1988)

表示方法：用Q、屈服數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法組成。牌號(hào)Q235—D示例說明：

Q—鋼的屈服點(diǎn)“屈”字漢語拼音字頭；

235—最低屈服點(diǎn)值235MPa;

D—表示質(zhì)量等級(jí)為D級(jí)。

有時(shí)牌號(hào)后面還要分別附加下列符號(hào)：

F—沸騰鋼；b—半鎮(zhèn)靜鋼；

Z—鎮(zhèn)靜鋼；TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼。

由于D級(jí)質(zhì)量鋼均為特殊鎮(zhèn)靜鋼，故“TZ”符號(hào)可以省略。如Q235—D—TZ可寫為Q235-D。符號(hào)“Z”有時(shí)亦可省略。機(jī)械性能

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼：表3.1.doc

Q195、Q215、Q235A、Q235B

塑性較好，有一定的強(qiáng)度，通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于做橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)取?/p>

Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。

Q255、Q275強(qiáng)度較高，可軋制成型鋼、鋼板作構(gòu)件用。

這類鋼常在熱軋狀態(tài)下使用，不再進(jìn)行熱處理。但對(duì)某些零件，也可以進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。表３表

常用碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼板鋼筋建筑構(gòu)件螺釘鉚釘鋼橋梁

2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼表示方法：用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，較高含錳量再加Mn。如：45鋼，碳的平均含量為萬分之四十五，即0.45%。含錳較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼要標(biāo)出Mn，例如：45Mn。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用來制造各種機(jī)器零件。

優(yōu)質(zhì)碳鋼

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：

螺栓齒輪

曲軸彈簧

常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：表3.2.doc

08F

塑性好，可制造冷沖壓零件；

10、20鋼

冷沖壓性與焊接性能良好，可用作沖壓件及焊接件，經(jīng)過熱處理（如滲碳）也可以制造軸、銷等零件；

35、40、45、50鋼

經(jīng)熱處理后，可獲得良好的綜合機(jī)械性能，用來制造齒輪、軸類、套筒等零件；

60、65鋼

主要用來制造彈簧。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼使用前一般都要經(jīng)過熱處理。

3.碳素工具鋼碳素工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.65%～1.35%之間。表示方法：用“T”加表示平均含碳量千分?jǐn)?shù)的數(shù)字，較高質(zhì)量再加“A”。如T8，表示平均碳含量為0.80%的碳素工具鋼。碳素工具鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼，若含硫、磷更低，則為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號(hào)后標(biāo)注“A”字。例如，T12A表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

碳素工具鋼用來制造各種刃具、量具、模具等。工具鋼

常用碳素工具鋼：表3.3.doc

T7、T8硬度較高、韌性較高，可制造沖頭、鑿子、錘子等工具。

T9、T10、T11硬度高，韌性適中，可制造鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸條等刃具及冷作模具等。

T12、T13硬度很高，韌性較低，可制作銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。碳素工具鋼使用前都要進(jìn)行熱處理。

常用碳素工具鋼：銼刀量規(guī)鉆頭

4.鑄鋼表3.4.doc

表示方法：ZG（1）力學(xué)性能—用最小屈服數(shù)值、最小抗拉強(qiáng)度表示

ZG200－400表示最小屈服強(qiáng)度200MPa、最小抗拉強(qiáng)度400MPa的鑄鋼。（2）化學(xué)成分—用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)和化學(xué)元素符號(hào)及含量百分?jǐn)?shù)表示。

ZG45表示平均含碳量為0.45％的鑄鋼。

鑄鋼

鑄鋼主要用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，例如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械的齒輪、軸，以及軋輥、機(jī)座、缸體、外殼、閥體等。

外殼

軋輥

重型機(jī)械齒輪

§3.2合金鋼為改善鋼的組織、性能，在冶煉時(shí)特意加入合金元素的鋼。一、合金元素在鋼中的作用經(jīng)常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、Ti、B、Al、Nb、Zr等。

1.強(qiáng)化固溶強(qiáng)化細(xì)化晶粒

2.穩(wěn)定組織，細(xì)化晶粒

3.提高淬透性

4.提高抗氧化和耐蝕能力

二、合金鋼的分類

1.按合金元素含量分類

低合金鋼（合金元素總量低于5%）

中合金鋼（合金元素總量為5%～10%）

高合金鋼（合金元素總量高于10%）

2.按合金元素種類分類

鉻鋼（Cr-Fe-C)

鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C)

錳鋼（Mn-Fe-C)

硅錳鋼（Si-Mn-Fe-C)

3.按用途分類

合金結(jié)構(gòu)鋼——建筑、工程結(jié)構(gòu)和各種機(jī)械零件

合金工具鋼——各種刀具、工具和模具

特殊性能鋼——特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能要求

4.按金相組織分類

珠光體鋼馬氏體鋼

鐵素體鋼奧氏體鋼

萊氏體鋼碳化物鋼

三、合金鋼的編號(hào)、性能和主要用途

牌號(hào)首部用數(shù)字標(biāo)明碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。規(guī)定結(jié)構(gòu)鋼以萬分之一為單位的數(shù)字（兩位數(shù)）、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字（一位數(shù)）來表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。

在表明碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)字之后，用元素的化學(xué)符號(hào)表明鋼中主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由其后面的數(shù)字標(biāo)明，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于1.5%時(shí)不標(biāo)數(shù)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～2.49%、2.5%～3.49%……時(shí)，相應(yīng)地標(biāo)以2、3……。

合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr，平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%，主要合金元素Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下。

合金工具鋼5CrMnMo，平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，主要合金元素Cr、Mn、Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.5%以下。

專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標(biāo)明。

如：滾珠軸承鋼，在鋼號(hào)前標(biāo)以“G”。GCr15表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1.0%、鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1.5%（這是一個(gè)特例，鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)以千分之一為單位的數(shù)字表示）的滾珠軸承鋼。

Y40Mn，表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于1.5%的易切削鋼等等。

對(duì)于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼的末尾加“A”字表明，例如20Cr2Ni4A等。

（一）合金結(jié)構(gòu)鋼

用于制造重要工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的合金鋼稱為合金結(jié)構(gòu)鋼。主要有低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼。

1.低合金結(jié)構(gòu)鋼表3.5.doc

A.用途

主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。

容器船舶

車輛橋梁儲(chǔ)氣罐

B.成分特點(diǎn)

（1）低碳：由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.20%。

（2）加入以錳為主的合金元素。

（3）加入鈮、鈦或釩等輔加元素：少量的鈮、鈦或釩在鋼中形成細(xì)碳化物或碳氮化物，有利于獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和提高鋼的強(qiáng)度和韌性。

此外，加入少量銅（≤0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。加入少量稀土元素，可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。

（1）合金調(diào)質(zhì)鋼

表3.6.doc

ａ.用途

合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其它機(jī)器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。齒輪曲軸汽車萬向節(jié)連桿

ｂ.性能要求

調(diào)質(zhì)件大多承受多種工作載荷，受力情況比較復(fù)雜，要求高的綜合機(jī)械性能，即具有高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同，對(duì)淬透性的要求不一樣。

Ｃ.成分特點(diǎn)

①中碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.25%～0.50%之間，以0.4%居多；

②加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：這些合金元素除了提高淬透性外，還能形成合金鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度。如調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多；

③加入防止第二類回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼，高溫回火慢冷時(shí)易產(chǎn)生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性，其適宜含量：Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.30%，或W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%。

d.常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

Q345（16Mn）是我國(guó)低合金高強(qiáng)鋼中用量最多、產(chǎn)量最大的鋼種。使用狀態(tài)的組織為細(xì)晶粒的鐵素體—珠光體，強(qiáng)度比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235約高20%～30%，耐大氣腐蝕性能高20%～38%。

Q420（15MnVN）中等級(jí)別強(qiáng)度鋼中使用最多的鋼種。強(qiáng)度較高，且韌性、焊接性及低溫韌性也較好，被廣泛用于制造橋梁、鍋爐、船舶等大型結(jié)構(gòu)。

強(qiáng)度級(jí)別超過500MPa后，鐵素體和珠光體組織難以滿足要求，于是發(fā)展了低碳貝氏體鋼。加入C