金屬材料介紹課件

金屬材料課講座1、金屬的性能2、金屬的分類授課內(nèi)容3、金屬的結(jié)構(gòu)4、金屬的組織

5、鋼的熱處理

金屬的性能使用性能工藝性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能鑄造性能鍛壓性能熱處理性能焊接性能變形性能材料的其他性能

物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等；化學(xué)性能：耐腐蝕性、抗氧化性、化學(xué)穩(wěn)定性等；工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性、熱處理工藝性等。

金屬的力學(xué)性能定義:

金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。

指標(biāo):

彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度和塑性拉伸實(shí)驗(yàn)與拉伸曲線拉伸試樣GB6397-86規(guī)定《金屬拉伸試樣》有：圓形、矩形、異型及全截面．常用標(biāo)準(zhǔn)圓截面試樣。長(zhǎng)試樣：L0=10d0;短試樣：L0=5d0拉伸試樣2.拉伸過程拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)機(jī)op段：比例彈性變形階段；pe段：非比例彈性變形階段；平臺(tái)或鋸齒（s段）：屈服階段；sb段：均勻塑性變形階段，是強(qiáng)化階段。b點(diǎn)：形成了“縮頸”。bk段：非均勻變形階段，承載下降，到k點(diǎn)斷裂。斷裂總伸長(zhǎng)為Of，其中塑形變形Og(試樣斷后測(cè)得的伸長(zhǎng))，彈性伸長(zhǎng)gf。ΔlFΔl

bΔl

uΔl

FbbkFssogfeFep

Fp拉伸曲線Fss應(yīng)力與應(yīng)變曲線(1)應(yīng)力σ

：?jiǎn)挝幻娣e上試樣承受的載荷。這里用試樣承受的載荷除以試樣的原始橫截面積S0表示:F 載荷(N)σ=——(Mpa) S0

原始橫截面積(mm2)(2)應(yīng)變?chǔ)牛簡(jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量。這里用試樣的伸長(zhǎng)量除以試樣的原始標(biāo)距表示:

Δl 伸長(zhǎng)量(mm)

ε=——

l0

原始長(zhǎng)度(mm)(3)應(yīng)力－應(yīng)變曲線（σ-ε曲線）:形狀和拉伸曲線相同，單位不同σbσsσeεσ退火低碳鋼低、中回火鋼淬火鋼及鑄鐵中碳調(diào)質(zhì)鋼不同材料的拉伸曲線強(qiáng)度:

材料在載荷作用下抵抗永久變形和破壞的能力。種類:

抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度等。

(1)屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度:

產(chǎn)生明顯塑性變形的最低應(yīng)力值.

Fs

σs

=

(MPa)

S0試樣屈服時(shí)的載荷(N)試樣原始橫截面積(mm2)σsσb

Fb

σb

=

(MPa)

S1試樣拉斷前的載荷(N)試樣頸縮橫截面積(mm2)

(2)斷裂點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度:

試樣被拉斷前的最大應(yīng)力值.塑性:是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。

斷面收縮率:

是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量Δ

S與原始橫截面積S0之比。

伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量Δ

L

與原始標(biāo)距L0之比。

S0-S1

ψ=——-—×100%S0

l1

-

l0

δ=——-—×100%l0例如:50克黃金可以錘成9m2面積（0.0001mm），抽絲可以達(dá)到8000m（直徑1.6道，人發(fā)7道，1道=0.01mm）某工廠買回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ≥50%）．做短試樣（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=10mm）拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如下：Fs=19KN，F(xiàn)b=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;問買回的材料合格嗎？解：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算如下：бs＝Fs／s０＝(19x1000)/(3.14x52)=242 ＞230MPa бb

＝Fb／s０＝(34.5x1000)/(3.14x52)=439.5＞410MPa δ5＝[Δl

／l0]x100%＝[(63.1-50)/50]x100%=26.2%＞23%ψ＝[ΔS

／S0]x100%＝60.31%＞50%材料的各項(xiàng)指標(biāo)均合格，因此買回的材料合格。硬度布氏硬度HB洛氏硬度HR維氏硬度HV銼刀法硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力常用測(cè)量硬度的方法(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計(jì)

適用范圍:

＜450HBS;

＜650HBW;壓頭類型：Φ10

Φ5

Φ2.5載荷：125～3000Kg保荷時(shí)間：10s;15s;30s;60s;布氏硬度是無量綱單位。HBS表示用淬火鋼球壓頭，HBW表示用硬質(zhì)合金壓頭。

符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120。(2)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)1HRC≈10HBS洛氏硬度有三種標(biāo)尺HRA:加載50公斤，金剛石壓頭；HRB：加載100公斤，淬火鋼球壓頭；HRC：加載150公斤，金剛石壓頭；原理：測(cè)深度，硬度計(jì)內(nèi)帶有自測(cè)裝置(3)維氏硬度HV

(diamondpenetratorhardness)適用范圍:

測(cè)量薄板類;

HV≈HBS;沖擊韌性(notchtoughness):

材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功Ak為:

Ak=mgH–mgh(J)

沖擊韌性值ak就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。

AK

ak

=(J/cm2)S0Ak值的影響因素：與材質(zhì)有關(guān)與零件的形狀有關(guān)與工作溫度有關(guān)當(dāng)工作溫度降低到某一溫度以下時(shí)，金屬的韌性會(huì)降至零。此溫度稱為該金屬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。例如：泰坦尼克號(hào)南非的坦克到西伯利亞

七.疲勞強(qiáng)度(fatiguestrength):

表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作

用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取

N=107有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取

N=108鋼材的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系:

σ-1

=(0.45～0.55)σb例如：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的服役時(shí)間1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂工業(yè)純鐵（C%小于0.0218%）

碳素鋼鋼鐵鋼（0.0218＜C%＜2.11）合金鋼鑄鐵（2.11＜C%＜6.69）鋼鐵力學(xué)性能與碳含量WC的關(guān)系碳素鋼（簡(jiǎn)稱：碳鋼）carbon-steel重點(diǎn)是常見牌號(hào)的含義、性能、應(yīng)用。GB/T13304—1991規(guī)定：鋼按化學(xué)成分分：非合金鋼（碳鋼）、低合金鋼、合金鋼三類。非合金鋼——是指WC<2.11%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的鐵碳合金。（一）、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響（了解）1、錳Mn作用：脫氧，F(xiàn)eO還原Fe；與S作用→MnS降低熱脆性；提高強(qiáng)度、硬度。有益元素2、硅Si作用：與鋼液中FeO生成爐渣，提高鋼質(zhì)量；溶于F中，固溶強(qiáng)化。有益元素。3、硫S作用：形成FeS(熔點(diǎn)1190℃），在晶界處，在1100℃—1200℃時(shí)，壓力加工，產(chǎn)生脆裂?！盁岽唷?。有害元素4、磷P作用：全部溶于F中，固溶強(qiáng)化；σ、HB↑↑，在低溫下引起脆斷——“冷脆”。有害元素（二）、碳鋼分類、牌號(hào)、用途（掌握內(nèi)容）1、分類（1）按鋼中含碳量多少分：低碳鋼中碳鋼高碳鋼Wc

<0.25%Wc=0.25%—0.7%Wc

>0.7%----1.4%2、按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)）分：（S、P含量多少）普通碳素鋼:優(yōu)質(zhì)鋼:高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:S、P較高；Ws≤0.05%,Wp≤0.045%Ws≤0.035%,Wp≤0.035%;Ws≤0.02%.Wp≤0.03%;3、按鋼的用途不同分：（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼structuralsteel（2）碳素工具鋼

toolsteel（3）特殊性能鋼specialsteel（4）鑄鋼castingsteel——適用于各種機(jī)器零件、工程結(jié)構(gòu)件——制造量具、刀具、模具、手錘、鉗子等——用于特殊要求，酸、堿、鹽腐蝕環(huán)境?！螤顝?fù)雜，難用鍛造方法成形的鑄鋼件。（三）碳鋼的牌號(hào)、用途1、碳素結(jié)構(gòu)鋼

GB700—1988牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等級(jí)分別用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且質(zhì)量最好。如：Q235—A.FQ——“屈”字漢語拼音字首235——σs≥235MPaA——質(zhì)量等級(jí)A級(jí)F——脫氧方法，指“沸騰鋼”制造的鋼材，一般不標(biāo)出。牌號(hào)有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五類2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼——S、P含量較低，用于重要零件GB699—88規(guī)定：牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。其中兩位數(shù)字表示含碳量萬分之幾。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。如:45鋼是WC=0.45%20Mn、65Mn等稱含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。3、碳素工具鋼GB1298—88規(guī)定：牌號(hào)用“碳”字漢語拼音字首“T”+數(shù)字表示。數(shù)字表示W(wǎng)C的千分之幾。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10鋼WC=1%；T10A中的“A”表示為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。補(bǔ)充：鑄鋼

GB/T5613—1995牌號(hào)：用“鑄鋼”漢語拼音字首ZG表示。如：ZG200—400

用變速箱體、殼等，焊接性好。200——σs≥200MPa400——σb≥400MPa還有：ZG230—450；用力不大的閥體、軸承蓋。ZG270—500熱軋曲軸、連桿等注意：碳鋼分類；說出常見鋼號(hào)20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200—400等，屬哪類鋼，有何性能特點(diǎn)，用途。鑄造碳鋼ZG

200-400σb

≥400MPaσs≥200MPa鑄鋼合金鋼

alloy---steel一、分類1、按含合金元素量多少：（1）低合金鋼（2）中合金鋼（3）高合金鋼W含量<5%W含量>10%W含量=5%～10%2、按用途分：（1）合金結(jié)構(gòu)鋼（2）合金工具鋼（3）特殊性能鋼——軸、齒輪、鋼筋、型鋼等——刀具、模具、手用工具等——不銹鋼、耐熱鋼、耐蝕鋼等二、合金元素在鋼中的作用（了解）1、與鐵作用：固溶于鐵素體中，固溶強(qiáng)化，↑力學(xué)性能。2、與碳作用：①固溶于鐵素體；②形成碳化物，↑↑HB、σb.總的看來：在碳鋼的基礎(chǔ)上，加入些合金元素，提高淬透性，提高綜合力學(xué)性能，滿足使用要求。合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金高強(qiáng)度鋼：GB/T1591—1994

（原：低合金鋼）牌號(hào)：標(biāo)出含碳量WC、化學(xué)元素和含量。兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字含元素量的%<1.5%不標(biāo)出1.5—2.5%用2表示2.5—3.5%用3表示主加元素WC的萬分之幾例如：40Cr、60Si2Mn、20CrMnTi合金元素總量<5%，主要用于橋梁、井架、電視塔架、船舶等。1、成分：WC<0.2%；合金元素強(qiáng)化鐵素體。2、性能：良好的δ、ak，較高的σb、σs；3、鋼號(hào)、用途：

Q295；Q345

；Q390；Q420；Q460常用的是：Q345

代替舊標(biāo)準(zhǔn)16Mn4、熱處理：熱軋后，正火狀態(tài)使用。二、合金滲碳鋼GB3077—991、成分：WC<0.25%；目的保證心部有良好的塑性、韌性。2、性能：良好的淬透性；經(jīng)滲碳后，耐磨性↑，σ-1↑，良好的δ、ak

，抗沖擊。3、鋼號(hào)、用途：統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)：20Cr;20CrMnTi4、熱處理：滲碳、淬火+低溫回火，58HRC—62HRC三、合金調(diào)質(zhì)鋼

GB/T3077—991、成分：Wc=0.25--0.50%；過高，ak↓；過低，淬不硬，σ不高。2、性能：具有良好的綜合力學(xué)性能。3、鋼號(hào)：40Cr---A204024、熱處理：淬火+高溫回火——S回四、合金彈簧鋼

GB1222—841、成分：Wc=0.5---0.7%過低，σe不高，屈服比低；過高—σ-1、δ、ak↓2、性能：具有高的σb；高的屈強(qiáng)比σs/σb，σ-1、足夠的δ、ak

3、鋼號(hào)、用途：60Si2Mn4、熱處理：（1）冷成形彈簧：當(dāng)d<8mm,200—250℃去應(yīng)力退火；淬火+中溫回火。五、滾動(dòng)軸承鋼（專用）——應(yīng)用在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中。1、成分：Wc=0.95---1.1%,目的保證高硬度、耐磨性；加Wcr=0.4---1.6%，提高淬透性。2、性能：較高的σ-1，HB，σe一定的ak3、鋼號(hào)、用途：p112,常用的GCr15——小型套圈，直徑<25mm鋼球；GCr9——直徑為10—20mm滾珠。WCr=0.9%說明：Cr

鉻、Cd

鎘——銀白色，多用于電鍍。在工廠中（電鍍中），為了區(qū)別，而讀音不同。4、熱處理：球化退火、淬火+低溫回火——M回普通低合金鋼Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。壓力容器南京長(zhǎng)江大橋Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。

Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的容器。萬噸遠(yuǎn)洋輪合金工具鋼

GB1299——85Alloytool—steel

一、合金刃具鋼——要求高的硬度、耐磨性，保證一定的壽命。1、性能特點(diǎn)：熱硬性好——在較高溫度下保持較高硬度的能力；如600℃時(shí)硬度達(dá)60HRC2、鋼號(hào)、用途3、熱處理：球化退火、淬火+低溫回火60HRC—63HRC二、量具鋼三、模具鋼GB1299—85——按工作條件不同分：冷變形模具鋼（冷作模具鋼）、熱變形模具鋼（熱作模具鋼）兩類。1、冷作模具鋼——制造工件在冷態(tài)下成型的模具。如冷沖模、落料模。要求有足夠的塑性、韌性，高硬度、耐磨性。Wc=1.0%----2.0%；熱處理：淬火+低回常見的有：Cr12、Cr12MoV,簡(jiǎn)單的用T10、T10A2、熱作模具鋼——制造熱態(tài)下成型的模具。如熱鍛模，壓鑄模。Wc=0.3%---0.6%；熱處理：淬火+中溫回火——S回如：5CrMnMo

、5CrNiMo

、3Cr2W8V;四、高速鋼

GB9943—88

；——鋒鋼；又稱風(fēng)鋼。特點(diǎn)是高熱硬性、耐磨性、淬透性。應(yīng)用高速切削刀具：車刀、刨刀、鉆頭等。常見的牌號(hào)：W18Cr4V;W6Mo5Cr4V2合金工具鋼的牌號(hào)牌號(hào)：標(biāo)出含碳量WC、化學(xué)元素和含量。一位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字或無數(shù)字含元素量的%<1.5%不標(biāo)出1.5—2.5%用2表示2.5—3.5%用3表示主加元素WC的千分之幾，當(dāng)WC超過1.0%時(shí)不標(biāo)數(shù)字例如：9SiCr、5CrNiMo

、Cr12MoV等特殊性能鋼

specialsteel一、不銹鋼GB1220—92具有抵抗大氣或其他介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼。WCr>12%1、鉻不銹鋼：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，2、鉻鎳不銹鋼：1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9另：鐵素體不銹鋼：1Cr17——容器，日用品二、耐磨鋼

GB5680—98——又稱“高錳鋼”，強(qiáng)烈沖擊力作用下發(fā)生硬化現(xiàn)象。如牌號(hào)：ZGMn13—1；ZGMn13—2

；等應(yīng)用防彈板、鐵道叉、履帶板、顎板、鏟斗、保險(xiǎn)箱等。三、耐熱鋼鑄鐵

cast重點(diǎn)：鑄鐵的分類、常用的牌號(hào)、應(yīng)用。一、什么是鑄鐵？GB5611—95一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱，稱為鑄鐵。補(bǔ)充：生鐵：pig—iron鐵礦石在高爐中煉出來的。煉鐵（Iron—making)工藝，分鑄造生鐵和煉鋼生鐵（WSi<1.25%)兩種；鑄造生鐵與其他材料一起熔化后，獲得的材料，叫鑄鐵；煉鋼生鐵通過進(jìn)一步的熔煉，得到鋼材，此過程稱煉鋼steel—making。特點(diǎn)：鑄鐵有良好的鑄造性、耐磨性、減摩性、減振性、切削加工性等優(yōu)良性能，且制造容易、價(jià)格便宜，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。鑄鐵分類按碳的存在形式分1、白口鑄鐵

whitecast--iron——碳以碳化物（Fe3C)形式出現(xiàn)。斷口：銀白色，硬而脆；很難切削加工，很少直接用于零件.2、灰口鑄鐵

graycast--iron——碳以石墨形式出現(xiàn)。斷口：呈灰色；常用材料。按石墨的形狀不同，又分為：（1）灰鑄鐵——片狀石墨（2）球墨鑄鐵——球狀石墨（3）可鍛鑄鐵——團(tuán)絮狀石墨（4）蠕墨鑄鐵——蠕蟲狀石墨3、麻口鑄鐵

mottledcast--iron——碳以Fe3C+石墨形式出現(xiàn)。斷口：白色與灰色之間；此類鑄鐵脆性很大，很少使用。另：合金鑄鐵（向鑄鐵中加入合金元素，改善性能）。二、灰鑄鐵的牌號(hào)、用途GB9439—88牌號(hào)：HT×××σb≥

×××灰鑄鐵簡(jiǎn)稱“灰鐵”，漢語拼音字母首如：HT150；HT200；主要應(yīng)用于床身、箱體、底座等。三、熱處理1、消除應(yīng)力退火2、消除白口組織改善切削加工性能退火3、表面淬火如車床導(dǎo)軌1．灰鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能（1）化學(xué)成分灰鑄鐵的化學(xué)成分一般為：wC=2.5%～4．0%，wSi=1.0%～2．5%，wMn=O．5%～1.4%，wS≤O.15%，wP≤0.3%。(2)組織由于石墨化程度的不同，灰鑄鐵的組織有三種類型：鐵素體(F)+片狀石墨(G)；鐵素體(F)—珠光體(P)+片狀石墨(G)；珠光體(P)+片狀石墨(G)。類別牌號(hào)用途舉例鐵素體灰鑄鐵HTl00低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、支架等鐵索體—珠光體灰鑄鐵HT150承受中等應(yīng)力的零件，如底座、床身、工作臺(tái)、閥體、管路附件及一般工作條件要求的零件珠光體灰鑄鐵HT200承受較大應(yīng)力和較重要的零件，如汽缸體、齒輪、機(jī)座、床身、活塞、齒輪箱、油缸等HT250孕育鑄鐵HT300床身導(dǎo)軌，車床、沖床等受力較大的床身、機(jī)座、主軸箱、卡盤、齒輪等，高壓油缸、泵體、閥體、襯套、凸輪，大型發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、汽缸體、汽缸蓋等HT350球墨鑄鐵

nodulargraphitecast--iron一、成分、組織、性能1、成分：在金屬液中加入球化劑稀土鎂合金

——球化處理使G變?yōu)榍驙睢?、組織：基體是（F，F(xiàn)+P，P）+球狀石墨G3、性能：較高的σb、

σ-1，但δ、ak比鋼差。二、牌號(hào)、用途

GB1348—88牌號(hào)：QT—δ=

%σb=

MPa球墨鑄鐵簡(jiǎn)稱球鐵（漢語拼音字母字首）如：QT400—18；QT600—3；1．球墨鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能球墨鑄鐵的化學(xué)成分是：wC=3.6%～3.9%，wSi=2.0%～2.8%，wMn=0.6%～0.8%，wS<0.04%，wP≤0.1%,

wMg=0.03%～0.05%（2）組織

球墨鑄鐵的組織可分為四種類型：鐵素體(F)+球狀石墨(G)，鐵索體(F)-珠光體(P)+球狀石墨(G)，珠光體(P)+球狀石墨(G)，下貝氏體(B下)+球狀石墨(G)。為鐵素體球墨鑄鐵的顯微組織。圖6-3鐵素體球墨鑄鐵顯微組織基體類型牌號(hào)用途舉例鐵素體QT400-15QT400-10閥體，汽車、內(nèi)燃機(jī)車零件，機(jī)床零件，減譴器殼鐵素體+珠光體QT500-7機(jī)油泵齒輪，機(jī)車、車輛軸瓦珠光體QT700-2QT800-2柴油機(jī)曲軸、凸輪軸．汽缸體、缸套，活塞環(huán)，部分磨床、銑床、車床的主軸等下貝氏體QT900-2汽車的螺旋錐齒輪，拖拉機(jī)減速齒輪．柴油機(jī)凸輪軸可鍛鑄鐵

malleablecast--iron——又稱馬鐵；瑪鋼一、成分、生產(chǎn)過程1、成分：Wc=2.2~2.8%,Wsi=1~1.8;含碳、硅量低；2、生產(chǎn)過程：首先澆注成白口鑄鐵件，然后再經(jīng)過可鍛化（石墨化）退火而得到團(tuán)絮狀石墨的可鍛鑄鐵。據(jù)退火后斷口顏色不同又分：白心可鍛鑄鐵；黑心可鍛鑄鐵；

可鍛鑄鐵俗稱瑪鋼、馬鐵。蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)過程是：首先澆注成白口鑄鐵件，然后經(jīng)可鍛化退火（可鍛化退火使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀石墨）而獲得可鍛鑄鐵件。類別牌號(hào)應(yīng)用舉例黑心可鍛鑄鐵KTH300-06KTH330-08KTH350—10KTH370—12汽車、拖拉機(jī)的后橋外殼、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、彈簧鋼板支座等，機(jī)床上用的扳手，低壓閥門，管接頭，鐵道扣板和農(nóng)具等珠光體可鍛鑄鐵KTZ550-04KTZ700-02曲軸，連桿，齒輪，凸輪軸，播臂，活塞環(huán)等二、性能、牌號(hào)、用途1、性能：σ、δ、ak比灰鑄鐵好，但不能鍛造。2、牌號(hào)：KTH（或Z）

—δ=%σb≥

MPa可鍛鑄鐵（可鐵）珠光體黑心（鐵素體）如：KTH300—06；用：彎頭、三通管件、閥門。KTZ550—04；用于；載荷較高的耐磨損、凸輪軸，齒輪等。GB9440—88晶體與非晶體

固態(tài)物質(zhì)按其原子（或分子）聚集狀態(tài)可分為體和非晶體兩大類。在晶體中，原子（或分子）按一定的幾何規(guī)律作周期性地排列。非晶體中原子（或分子）則是無規(guī)則的堆積在一起。（如松香、玻璃、瀝青）

晶體的基本知識(shí)

晶格、晶胞、晶格常數(shù)

1、晶格

為了便于表明晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律，把每個(gè)原子看成是固定不動(dòng)的剛性小球，并用一些幾何線條將晶格中各原子的中心連接起來，構(gòu)成一個(gè)空間格架，各原子的中心就處在格架的幾個(gè)結(jié)點(diǎn)上，這種抽象的、用于描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格架，簡(jiǎn)稱晶格。金屬中常見晶格

由于金屬鍵結(jié)合力較強(qiáng)，是金屬原子總趨于緊密排列的傾向，故大多數(shù)金屬屬于以下三種晶格類型。

1、體心立方晶格體心立方晶格的晶胞它是一個(gè)立方體。在晶胞的中心和八個(gè)角上各有一個(gè)原子，晶胞角上的原子為相鄰的八個(gè)晶胞所共有，每個(gè)晶胞實(shí)際上只占有1／8個(gè)原子。而中心的原子為該晶胞所獨(dú)有。故晶胞中實(shí)際原子數(shù)為8×1／8＋1＝2（個(gè)）。具有體心立方晶格的金屬有、、W、Mo、V等。

2、面心立方晶格

面心立方晶格也是一個(gè)立方體，在晶胞的每個(gè)角上和晶胞的六個(gè)面的中心都排一個(gè)原子，晶胞角上的原子為相鄰的八個(gè)晶胞所共有，而每個(gè)面中心的原子為兩個(gè)晶胞共有。所以，面心立方晶胞中原子數(shù)為8×1／8＋6×1／2＝4（個(gè)）。具有面心立方晶格的金屬有、Cu、Ni、Au、Ag等。

3、密排六方晶格

密排六方晶格的晶胞是一個(gè)六方柱體，有六個(gè)呈長(zhǎng)方形的側(cè)面和兩個(gè)呈六邊形的底面所組成。因此，要用兩個(gè)晶格常數(shù)表示。一個(gè)是柱體的高度c，另一個(gè)是六邊形的邊長(zhǎng)，在晶胞的每個(gè)角上和上、下底面的中心都排列一個(gè)原子，另外在晶胞中間還有三個(gè)原子。密排六方晶胞每個(gè)角上的原子為相鄰的六個(gè)晶胞所共有，上、下底面中心的原子為兩個(gè)原子所共有，晶胞中三個(gè)原子為該晶胞獨(dú)有。所以，密排六方晶胞中原子數(shù)為12×1／6＋2×1／2＋3＝6（個(gè)）。具有密排六方晶格的金屬有Mg、Zn等

。

合金的相結(jié)構(gòu)

由于組元間相互作用不同，固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)可分為固溶體和金屬化合物兩大類。

1、固溶體合金在固態(tài)下，組元間能夠互相溶解而形成的均勻相稱為固溶體。

不管溶質(zhì)原子處于溶劑原子的間隙中或者代替了溶劑原子都會(huì)使固溶體的晶格發(fā)生畸變，使塑性變形抗力增大，結(jié)果使金屬材料的強(qiáng)度、硬度增高。這種通過溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，使金屬材料的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象，稱為固溶強(qiáng)化。

晶體的缺陷

晶體內(nèi)部的某些局部區(qū)域，原子的規(guī)則排列受到干擾而破壞，不象理想晶體那樣規(guī)則和完整。把這些區(qū)域稱為晶體缺陷。這些缺陷的存在，對(duì)金屬的性能（物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能）將產(chǎn)生顯著影響，如鋼的耐腐蝕性，實(shí)際金屬的屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通過原子間的作用力計(jì)算所得數(shù)值。根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，可將其分為以下三類：點(diǎn)缺陷

線缺陷

面缺陷

1、點(diǎn)缺陷——空位和間隙原子在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)，往往未被原子所占據(jù)，這種空著的位置稱為空位。同時(shí)又可能在個(gè)別空隙處出現(xiàn)多余的原子，這種不占有正常的晶格位置，而處在晶格空隙之間的原子稱為間隙原子。2、線缺陷——位錯(cuò)晶體中，某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象，稱為位錯(cuò)。其特征是在一個(gè)方向上的尺寸很長(zhǎng)，而另兩個(gè)方向的尺寸很短。晶體中位錯(cuò)的數(shù)量通常用位錯(cuò)密度表示，位錯(cuò)密度是指單位體積內(nèi)，位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。位錯(cuò)的存在以及位錯(cuò)密度的變化，對(duì)金屬的性能如強(qiáng)度、塑性、疲勞等都起著重要影響。如金屬材料的塑性變形與位錯(cuò)的移動(dòng)有關(guān)。冷變形加工后金屬出現(xiàn)了強(qiáng)度提高的現(xiàn)象（加工硬化），就是由于位錯(cuò)密度的增加所致。3、面缺陷——晶界和亞晶界實(shí)際金屬材料是多晶體材料，則在晶體內(nèi)部存在著大量的晶界和亞晶界。晶界和亞晶界實(shí)際上是一個(gè)原子排列不規(guī)則的區(qū)域（如圖2－23、2－24），該處晶體的晶格處于畸變狀態(tài)，能量高于晶粒內(nèi)部，在常溫下強(qiáng)度和硬度較高，在高溫下則較低，晶界容易被腐蝕等。純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變反應(yīng)式:金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變1394°C912°Cbccfccbccδ-Feγ-Feα-Fe鋼的熱處理1.熱處理的定義:時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè)。4.熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;

鋼鐵材料熱處理是通過加熱、保溫和冷卻方式，以改變合金的組織與結(jié)構(gòu)，從而改變其性能的一種工藝方法。鋼的熱處理

鋼鐵材料的強(qiáng)韌化重要有兩個(gè)途徑：一是對(duì)鋼鐵材料實(shí)施熱處理；二是通過調(diào)整鋼的化學(xué)成分，加入合金元素（亦即鋼的合金化原理），以改善鋼的性能。

公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。熱處理的發(fā)展史

早在公元前770～前222年，中國人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。

隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。

中國出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。

法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。

1850～1880年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)的方法；20世紀(jì)60年代以來，熱處理技術(shù)運(yùn)用等離子場(chǎng)，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓。長(zhǎng)55.7厘米，劍鍔鋒芒犀利，鋒能割斷頭發(fā)。鋼的退火一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后

隨爐冷卻。二)目的:

消除應(yīng)力;降低硬度;細(xì)化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。鋼的正火一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后