第二節(jié) 金屬材料

第二節(jié)金屬材料第1頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2、鑄鐵分幾類？根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式不同，可分三大類：（1）白口鑄鐵（2）灰口鑄鐵（3）麻口鑄鐵C的存在形式：滲碳體(Fe3C)，斷口為白色。性能硬而脆，難以切削加工。主要用作煉鋼原料，高耐磨零件（如軋輥、犁鏵等）。C的存在形式：石墨，斷口為灰黑色。

C的存在形式：石墨+滲碳體，斷口為黑白色?；诣T鐵是鑄造性能最好，應用最廣泛的鑄鐵材料。性能：脆性大，很少使用。第2頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)石墨（G）在鑄鐵中存在形態(tài)，可分為：普通灰鑄鐵：石墨呈片狀可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀球墨鑄鐵：石墨呈球狀3、灰口鑄鐵的種類第3頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月普通灰鑄鐵一、灰鑄鐵的組織灰鑄鐵有鐵素體、珠光體、(鐵素體+珠光體)+石墨三種基本組織。F+片狀石墨（F+P）+片狀石墨P+片狀石墨第4頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于石墨片對鋼基體產(chǎn)生的割裂作用，破壞了鋼基體的連續(xù)性、完整性，減少了鋼基體的有效面積，使其抗拉強度低于鋼、而塑性和韌性近于零，屬于脆性材料。灰鑄鐵具有非常優(yōu)良的鑄造性能。二、灰鑄鐵的性能與應用

但其抗壓強度與鋼相近，因此普通灰鑄鐵廣泛用于作承受壓力載荷的零件和結構，如機座、機床床身、軸承等。葉輪

發(fā)動機飛輪

第5頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三、灰鑄鐵的牌號HT+三位數(shù)字，數(shù)字表示最低抗拉強度。四、灰鑄鐵的熱處理如：HT150，HT200，HT250

熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布，對提高性能效果不大。通常對其進行熱處理的方法和平共處目的是：1、消除內應力退火：2、高溫退火：消除白口組織3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度。第6頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月可鍛鑄鐵一、生產(chǎn)方法：先將鑄鐵澆注成白口鑄鐵,然后進行高溫石墨化退火,使?jié)B碳體分解得到團絮狀石墨。二、可鍛鑄鐵的組織可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體。

第7頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三、可鍛鑄鐵的牌號四、可鍛鑄鐵的性能及應用可鍛鑄鐵較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼?？慑戣T鐵不可鍛。鐵素體可鍛鑄鐵以“KT”表示，珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ”表示。其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強度和延伸率。

如：KT350-10、KTZ600-3可鍛鑄鐵的牌號和機械性能

第8頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

球墨鑄鐵一、生產(chǎn)方法：在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接獲得球狀石墨,得到球墨鑄鐵.二、球墨鑄鐵的組織第9頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三、球墨鑄鐵的牌號四、球墨鑄鐵的和機械性能

用“QT”標明，其后兩組數(shù)值表示最低抗拉強度和延伸率。QT420-10、QT600-2、QT800-2如:

機械性能

牌號基體

b

MPa

0.2

MPa

5

%ak

kJ/m2HB應用舉例QT400-17鐵素體40025017600≤179汽車、拖拉機床底盤零件；16-64大氣壓閥門的閥體、閥蓋QT420-10鐵素體42027010300≤207QT500-5鐵素體+球光體5003505－147～241機油泵齒輪QT600-2球光體6004202－2297～302柴油機、汽油機曲軸；磨床、銑床、車床的主軸；空壓機、冷凍機缸體、缸套QT700-2球光體7004902－2297～302QT800-2球光體8005602－2417～321第10頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月六、球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能

機械性能熱處理工藝

顯微組織σb

MPa

5

%ak

kJ/m2

HB調質:980℃退火后,900℃油淬+580℃回火回火索氏體+石墨

800～1000

1.7～2.7

260～320

240～340正火:980℃退火后,

900℃正火+580℃去應力退火珠光體+5%鐵素體+石墨

700

2.5

100

317～321

五、球墨鑄鐵的應用

具有與鋼相近的力學性能，可代替鋼和合金鋼使用。球墨鑄鐵管道接口

第11頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

蠕墨鑄鐵

一、生產(chǎn)方法：

在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與程序與球墨鑄鐵基本相同。

二、蠕墨鑄鐵的組織蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，其石墨片的長厚比較小，端部較鈍。呈蠕蟲狀。第12頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料。它的強度接近于球墨鑄鐵，并且有一定的韌性、較高的耐磨性；同時又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導熱性。

三、蠕墨鑄鐵的牌號、性能和應用

蠕墨鑄鐵以“RuT”表示，其后的數(shù)字表示最低抗拉強度。

RuT300、RuT420

如：蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內燃機汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。

牌號：性能：應用：排氣管

進氣管

第13頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

特殊性能鑄鐵

在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。

1、耐磨鑄鐵（加鉻）2、耐熱鑄鐵

（Al、Si、Cr

）扇形擴散器托架襯板彎管第14頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月石墨呈片狀特殊性能鑄鐵第15頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月石墨呈團絮狀第16頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月石墨呈球狀第17頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月石墨呈蠕蟲狀第18頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月何為石墨？

石墨是游離狀態(tài)的碳，其強度、硬度、塑性、韌性很低，硬度僅為3—5HBS，伸長率近于零。

鑄鐵的組織可以看成是在鐵或鋼的基體上夾雜著石墨，石墨對基體產(chǎn)生割裂作用。

因此，石墨的存在使鑄鐵的力學性能下降，其性能比鋼低，不能鍛造，且石墨的數(shù)量越多，越粗大，分布越不均勻，鑄鐵的力學性能越差。

但石墨的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如鑄造性能、減振性和減摩性等。第19頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）影響石墨化的因素冷卻速度：緩慢冷卻有利于石墨化；合金元素：C和Si強烈促進，S強烈阻礙，Mn阻礙，P微弱促進。第20頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月碳素鋼和合金鋼

一、碳素鋼的分類1.按碳的質量分數(shù)分類:*低碳鋼:Wc≤0.25%*中碳鋼:0.25%≤Wc≤0.6%*高碳鋼:Wc>0.6%第21頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.按鋼的質量分類:*碳素鋼:Wp=(0.035%～0.045%)Ws=(0.035%～0.050%)*優(yōu)質碳素鋼:Wp=0.035%Ws=(0.030%～0.035%)

*高級優(yōu)質碳素鋼:Wp≤0.030%Ws=(0.020%～0.025%)

第22頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.按鋼的用途分類:碳素結構鋼

(carbonstructuralsteel)用于制造各種機械零件、工程構件。一般為低、中碳鋼。碳素工具鋼(carbontoolsteel)用于制造各種工具。一般為高碳鋼。第23頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月二、碳素鋼的編號及用途1.碳素結構鋼:

Q

235

—

A

·

F沸騰鋼A等級235MPa屈服強度屈服強度越高，則碳素結構鋼的塑性越低，焊接性和壓延性越低。第24頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.優(yōu)質碳素結構鋼*

45---Wc=45%00*較高錳質量分數(shù)的優(yōu)質碳素結構鋼

45Mn---Wc=45%00;WMn=0.7%～1.0%第25頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.碳素工具鋼T

12

A高級優(yōu)質Wc=12%0碳素工具鋼第26頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月4.鑄造碳鋼ZG

200-400σb≥400MPaσs≥200MPa鑄鋼第27頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月轉爐煉鋼平爐煉鋼電弧爐煉鋼第28頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鋼錠的組織、質量及缺陷一)雜質元素對鋼的質量和性能的影響Mn

—脫氧、去硫,提高鋼的強度和硬度。Si—有很強的固溶強化作用,能脫氧。1.有益元素第29頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.有害元素:

P

—

有很強的固溶強化作用,低溫韌性差(冷脆

)。

S

—能引起鋼在熱加工時或高溫工作下開裂(熱裂)。第30頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.鎮(zhèn)靜鋼(killedsteel)鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進行了充分脫氧,Wo=0.01%左右,成分較均勻、組織較致密。主要用于機械性能要求較高的零件。二)不同脫氧程度的鋼種

第31頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.沸騰鋼(boilingsteel)鋼液在澆注僅前進行輕度假脫氧,Wo=0.03%～0.07%,成分偏析較嚴重、組織不致密。機械性能不均勻,沖擊韌性差,常用于要求不高的零件。第32頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.半鎮(zhèn)靜鋼(balancedsteel)半鎮(zhèn)靜鋼是脫氧過程介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼,是用錳鐵和硅鐵進行脫氧。其質量也介于二者之間,可代替部分鎮(zhèn)靜鋼,一般不適于做重要零件。第33頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.2.合金鋼的分類、編號及用途(AlloyedSteel)

加入合金元素會對鋼的組織和性能產(chǎn)生影響。第34頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月一.低合金高強度結構鋼牌號:

Q

345

C

質量等級345MPa屈服強度第35頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強度高，用于石化中溫高壓容器。壓力容器南京長江大橋Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的容器。萬噸遠洋輪第36頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月20

Mn2

TiA（合金滲碳鋼）等級:高級優(yōu)質含鈦量WTi≤1.5%含錳量WMn

2%含碳量WC

20%00二.合金結構鋼

第37頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.典型合金滲碳鋼

低淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量＜3%15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。中淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量在4%左右。20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機凸輪軸活塞銷(20Cr)第38頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月高淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量在4%～6%。18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。

柴油機曲軸第39頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.典型合金調質鋼

低淬透性調質鋼鋼含合金元素總量＜3%。40Cr、40MnB等。

中淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在4%左右。38CrSi、35CrMo等。圓錐齒輪柴油機凸輪軸常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。第40頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

高淬透性調質鋼鋼含合金元素總量在4%～10%。

制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的零件等。38CrMoAlA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等。第41頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.典型合金彈簧鋼6565Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb第42頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車板簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧彈簧絲第43頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月4.滾動軸承鋼G

Cr9

SiMn

含Mn量WMn≤1.5%含Si量WSi≤1.5%含Cr量WCr≈0.9%滾動軸承鋼第44頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月性能要求:高的硬度強度和耐磨性;高的接觸疲勞強度;足夠的韌性和耐蝕性;高的純凈度;滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承第45頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5.易切削鋼的牌號Y

40

Mn含錳量WMn≤1.5%含碳量WC

0.4%易切削鋼第46頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.性能要求:降低切削力和切削熱,減少刀具磨損,延長刀具壽命,改排屑性能,提高切削速度。3.化學成分特點:1.用途:適用于高速切削和在自動加工機床上加工的材料。S:Ws=0.08～0.3%Pb:WPb=0.15～0.25%Ca:微量第47頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三.合金工具鋼

(Alloytoolsteel)合金刃具鋼(alloycuttingsteel)合金模具鋼(alloydiesteel)合金量具鋼(alloymeasuringsteel)第48頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月量具刃具模具第49頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.合金刃具鋼(alloycuttingsteel)種類:低合金刃具鋼;高速鋼。牌號:合金元素及含量千分之幾的含碳量

9

SiCrW18Cr4V第50頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月性能要求:高硬度、高耐磨性、高的紅硬性(600℃時,HRC63以上)、有一定的強度和韌性。高速鋼---鋒鋼如W18Cr4V車刀銑刀鉆頭第51頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.合金模具鋼(alloydiesteel)熱作模鋼:工作溫度為600℃以上。冷作模鋼:工作溫度為200～300℃。第52頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月*熱壓模鋼:如3Cr2W8V

汽車四缸壓鑄模第53頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月冷作模鋼(colddiesteel)如Cr12、Cr12MoV高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足夠高的韌性與疲勞抗力;熱處理變形小;汽車沖壓模具第54頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.合金量具鋼(alloymeasuringsteel)如CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr、T12A、60等?？ǔ吡恳?guī)千分尺第55頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月四.特殊用途鋼

(specialperformancesteel)不銹鋼(stainlesssteel)耐熱鋼(heat–resistantsteel)耐磨鋼(wear–resistantsteel)第56頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.不銹鋼(stainlesssteel)1.定義:

在腐蝕介質中具有很高的抗腐蝕能力的鋼。2.概念:*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm以內的鋼,稱為在空氣中使用的不銹鋼。

*在強酸、強堿介質中的年腐蝕量為0.1mm以內的鋼,稱為在強酸、強堿介質中使用的不銹鋼。第57頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1)馬氏體型不銹鋼---Cr13型鋼

Martensiticstainlesssteel化學成分特點:

Wc=0.1～0.4%

WCr=13%熱處理特點:正火后的組體是馬氏體。牌號:1Cr13～4Cr13用途:醫(yī)療器械醫(yī)用鑷子第58頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2)鐵素體型不銹鋼

(Ferriticstainlesssteel)化學成分特點:

Wc=0.1%左右

WCr=17%熱處理特點:不能進行熱處理強化。牌號:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:化工設備中要求耐蝕性高、塑性好、強度低的容器、管道等。第59頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵素體型不銹鋼的用途硝酸生產(chǎn)裝置合成氨生產(chǎn)裝置第60頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月牌號:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti。用途:化工容器、管道等。大型化工儲罐(304)管板換熱器(304)3)奧氏體型不銹鋼---18–8型鋼

(Austeniticstainlesssteel)第61頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.耐熱鋼(heat-resistingsteel)1.定義:在高溫下具有抗氧化性和高溫強度的特殊鋼。2.性能要求抗氧化性

(熱穩(wěn)定性)高溫強度(熱強性)蠕變強度持久強度第62頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼種及用途

抗氧化鋼(不起皮鋼):奧氏體型鋼1Cr18Ni9Ti等,工作溫度850℃。熱強鋼珠光體型16Mo，工作溫度600℃。馬氏體型1Cr13，工作溫度600℃。奧氏體型18-8型，工作溫度850℃。第63頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月耐熱鋼的用途發(fā)動機葉片航空發(fā)動機汽輪機葉片汽車閥門第64頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.耐磨鋼(wear-resistantsteel)定義:在強烈沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊形變硬化的高錳鋼。球磨機挖掘機顎式破碎機第65頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月牌號ZG

Mn13

-

1一號鑄造高錳鋼錳含量WMn

13%鑄鋼第66頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵路道岔履帶球磨機襯板挖掘機鏟齒高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、球磨機的襯板、破碎機的牙板、挖掘機的鏟齒和鐵路的道岔等。第67頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月概述一鋁及其合金二銅及其合金三鈦及鈦合金四軸承合金第68頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月概述有色金屬種類很多。歸納起來可為五類：1．輕金屬：比重小于3.5的金屬，如Al、Mg、Be、Li。2．重金屬：比重大于3.5的金屬，如Cu、Zn、Pb、Ni等。3．稀有金屬：W、Mo、V、Nb、Ti等。4．貴金屬：Ag、Au、Pt、Rh、Pd、Os、Ir。5．放射性金屬：Th、Ra、U等。近年來，航空航海中為減輕重量，提高運載能力和航行速度，要求材料強度高、比重輕。此外，石油、化工、航海中的設備及其零部件要在腐蝕介質中工作，要求材料具有良好的耐腐蝕性，對于這些特殊要求，有色金屬具有顯著的優(yōu)點。第69頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.純鋁

鋁的相對密度小，僅為2.7，大約是銅或鐵的三之一。熔點低（660℃）。無同素異構轉變。鋁的導電、導熱性好，僅次于銀、銅和金，且價格較低，資源豐富。鋁在空氣中有良好的抗蝕性。鋁具有面心立方晶格，強度低、塑性好，具有良好的塑性加工性能和焊接性能。影響純鋁性能的主要因素是其所含的雜質。工業(yè)純鋁分鑄造純鋁和變形鋁兩種。按GB／T8063—1994規(guī)定，鑄造純鋁牌號由“ZAl”及表示鋁純度百分含量的數(shù)字組成，如：ZAl99.5表示wAl=99.5％的鑄造純鋁。按GB／T16474—1996規(guī)定，變形鋁采用4位字符牌號命名。工業(yè)純鋁的原代號有L1、L2、…、L7。后邊的數(shù)字表示純度，數(shù)字越大，則純度越低。高純鋁的代號以LGI、LG2、…表示，其數(shù)字愈大，純度愈高。一、鋁及其合金第70頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.鋁合金的分類根據(jù)成分和工藝特點，分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又可分：不能熱處理強化鋁合金和可熱處理強化鋁合金(固溶處理及時效強化)。圖鋁合金相圖的一般類型第71頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1、固溶強化純鋁通過加入合金元素形成鋁基固溶體使其強度提高。一般鋁合金中常用的元素Zn、Mg、Cu、Mn、Si等均能與鋁形成有限固溶體，起到較大的強化作用。2．時效強化由于鋁在加熱時無同素異構轉變，故其熱處理原理與鋼的熱處理原理不同。鋁合金的時效強化是將淬火得的過飽和鋁基固溶體(因為合金元素在鋁中的溶解度較大，并隨溫度的下降而急劇減少)放置在室溫下或加熱至某一溫度，鋁合金的強度和硬度隨時間的延長而增加，而塑性和韌性則下降，這個過程稱時效強化。第72頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月①形變鋁合金表幾種形變鋁合金的牌號、化學成分、性能及用途第73頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月②鑄造鋁合金鑄造鋁合金的成分應接近共晶點。此外，為提高其綜合力學性能，常采用變質處理和固溶熱處理。鑄造鋁合金的代號用“ZL”+3位數(shù)字表示。其中第一位數(shù)字為合金的類別(1為Al—Si系、2為Al—Cu系、3為Al—Mg系、4為A1－Zn系)，后二位數(shù)字為合金順序號，順序號不同，其化學成分也不同。鑄造鋁合金的牌號由“ZAl”和主要合金化學元素符號，以及表明合金化學元素名義質量分數(shù)的數(shù)字組成。牌號后面加“A”表示優(yōu)質。第74頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)鋁硅鑄造鋁合金(硅鋁明)ZL102是簡單的硅鋁明，在簡單硅鋁明的基礎上，常常再加入銅、鎂、鋅等元素，稱為特殊硅鋁明。圖Al—Si合金相圖第75頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月圖ZLl02合金(變質前)的鑄態(tài)組織圖ZLl02合金(變質后)的鑄態(tài)組織在生產(chǎn)中常采用變質處理來改變硅晶體的形態(tài)，以提高合金的力學性能。αSiαα＋Si第76頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月表常用鑄造鋁合金牌號、成分、熱處理、性能及用途第77頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鋁合金的熱處理1．淬火為了獲得過飽和的固溶體，以便以后對合金進行時效強化。將鋁合金加熱430～530℃，保溫1～5小時(具體的溫度和時間與淬火的合金種類及厚度有關)，然后移至室溫或20～40℃的水中冷卻，使得到過飽和的α固溶體。淬火多用于熱處理強化鋁合金、硬鋁和鑄鋁。2．時效經(jīng)過淬火后的鋁合性能不穩(wěn)定。為了穩(wěn)定的提高鋁合金的性能，在淬火后要進行時效處理，時效有兩種。(1)人工時效(2)自然時效3．退火退火通常是用于熱處理非強化合金或硬鋁。為了提高熱處理非強化鋁合金的強度或改善硬鋁的塑性，將合金加熱到350～540℃，保溫1～3小時后隨爐冷卻或空冷。第78頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月四、船用鋁合金船用鋁合金應具有較好的綜合性能，以滿足抗腐蝕性能、可焊性和加工性能的要求。1．船用鋁合金的性能

(1)機械性能屈強比——要保持一定差距，一般不應大于0.8，以利于半成品和零件的加工和矯正。高溫強度——在加熱至100℃以前，應保持其機械性能不變，加熱到250℃時，屈服極限的降低不得大于40％。疲勞強度——平板試樣的疲勞強度應不小于50N／mm2。帶焊縫試樣的疲勞強度應不小于40N／mm2。延伸率——應不小于10％，以適于各種加工工藝。

(2)抗腐蝕性船用鋁合金應具有良好的抗腐蝕性能，特別是抗海水腐蝕的性能。對高強度變形鋁合金還標具有良好的抗晶間腐蝕和應力腐蝕的能力。

(3)其它要求對熱處理非強化鋁合金，應具有良好的可焊性和加工性，對熱處理強化鋁合金，經(jīng)一定的熱處理操作后應具有良好的加工性，并具有在熱處理中抵抗變形的能力。第79頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2．船用鋁合金的設計選用由于鋁合金的機械性能、工藝性能與鐵碳合金不一樣，因此在設計選用鋁合金和鐵碳合金時，應按一定關系進行代換和選用，見下表第80頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.純銅2.黃銅3.青銅二、銅及其合金高的導電性和導熱性、易于成型及在一定條件下良好的耐蝕性。第83頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月純銅又稱為紫銅，相對密度為8.94，熔點為1083℃。具有良好的導電性、導熱性及耐淡水、海水腐蝕性能好，是抗磁性金屬。廣泛用作電工導體、傳熱體及防磁器械等。純銅具有面心立方晶格，無同素異構轉變現(xiàn)象。強度低，塑性好，可進行冷變形強化，但塑性下降顯著退火可消除銅的冷加工硬化，恢復其導電性，一般純銅的退火溫度400～700℃。。純銅的焊接性能良好。純銅中的雜質對純銅的性能影響極大，如Pb、B可引起銅的“熱脆性”，而S、O卻能導致銅的“冷脆性”。所以，在純銅中必須控制雜質含量。工業(yè)純銅有T1、T2、T3、T4四個牌號，“T”為銅的漢語拼音字首，其后的數(shù)字愈大，純度愈低。純銅第84頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月黃銅是以鋅作為主要合金元素的銅合金。普通黃銅(銅鋅二元合金稱)，用“H”表示，其后數(shù)字表示平均含銅量，如：H68。特殊黃銅，仍以“H”表示，后跟其他添加元素的化學符號和平均成分，如：HPb59-1。普通黃銅的組織和性能受其含鋅量的影響。工業(yè)黃銅中鋅含量一般不超過47％。黃銅第85頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)普通黃銅的退火組織可分為單相黃銅(α黃銅)和雙相黃銅(α+β'黃銅)。

單相黃銅：其塑性好，可進行冷、熱加工；雙相黃銅：其室溫組織為α+β‘，由于β’相很脆，故不適于冷變形加工。但當加熱使β‘轉變?yōu)棣潞螅憧蛇M行熱變形加工。黃銅具有良好的耐海水和大氣腐蝕的能力，并且單相黃銅優(yōu)于雙相黃銅。但易發(fā)生應力腐蝕開裂，或稱“季裂”。這種現(xiàn)象稱作黃銅的自裂現(xiàn)象。自裂與黃銅中的含鋅量有關，其本質是經(jīng)冷加工后具有殘余內應力的黃銅制品在周圍介質的作用下，腐蝕沿應力分布不均勻的晶界進行，在腐蝕和應力的作用下導致開裂。因此，冷加工后的制品要進行去應力退火。第86頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2．特殊黃銅在二元黃銅的基礎上，加入其它元素的黃銅稱作特殊黃銅，如錫可以顯著提高黃銅機械性能及耐腐蝕性能，該種黃銅稱作海軍黃銅。絕大多數(shù)合金元素均縮小α區(qū)，使α區(qū)向含鋅量低的方向移動；鎳的作用相反，使α區(qū)擴大，合金元素對黃銅組織的影響相當于一定比值鋅的作用，此比值稱作鋅當量。第87頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3．黃銅的熱處理銅在加熱過程中無同素異構轉變。并且鋅在銅中的溶解度隨溫度下降而增大，故黃銅不能用熱處理方法強化。黃銅的熱處理工藝是退火。(1)低溫退火黃銅低溫退火的目的是消除應力。防止黃銅的應力腐蝕開裂和工件在切削加工過程中發(fā)生變形。低溫退火一般加熱至260～300度，保溫1小時。(2)再結晶退火再結晶退火包括冷加工工序間的中間退火和成品的最終退火。其目的是消除加工硬化和恢復塑性。常用的再結晶退火的溫度為550～650度。第88頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第89頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月表幾種黃銅的牌號、成分、性能及用途第90頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月圖鑄造銅錫合金的含錫量與力學性能的關系青銅除Zn、Ni以外為主加元素的銅合金均稱為青銅。青銅的編號方法為“Q+主加元素符號+主加元素含量”。此外，鑄造青銅在編號前加“Z”。第91頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三、螺旋槳銅合金目前用于制造螺旋槳的材料有：銅合金、不銹鋼、鑄鐵和塑料等，其中銅合金用量最大。螺旋槳是船舶推力的重要部件，根據(jù)工作條件要求其具有強度高、耐腐蝕、抗空泡等特性。我國螺旋槳銅合金成分、性能如下：第92頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第93頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月表6.18幾種青銅的牌號、成分、性能及用途第94頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3鈦合金純鈦一、鈦的合金化二、鈦合金的熱處理三、鈦合金的分類、成分、性能四、鈦合金在船舶與海洋工程中的應用第95頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月純鈦鈦是第四周期第四族過渡元素，化學活潑性很高，易與氧、氫、氮、碳等元素形成穩(wěn)定化合物，鈦在固態(tài)加熱時有同素異構轉變。純鈦在882℃以上，具有體心立方晶格，以β-Ti表示；在882℃以下具有六方晶格，以α—Ti表示。鈦的熔點雖然很高，但化學活動性很活潑，所以耐熱性沒有鐵基或鎳基合金高，鈦只在300～500℃具有高耐熱性。鈦可與氧或氮形成化學穩(wěn)定性很高的氧化物或氮化物保護膜，因此，鈦在低溫或高溫氣體中具有極高的抗腐蝕性能。鈦在淡水或海水中也具有極高的抗腐蝕性能，鈦在海水中的抗腐蝕性比鋁合金、不銹鋼、鎳基合金的抗腐蝕性能好。工業(yè)純鈦具有極高的冷加工硬化效應。第96頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月一、鈦的合金化隨著加入的合金元素種類和數(shù)量的不同，鈦的同素異構轉變溫度將發(fā)生變化，α-Ti和β-Ti相區(qū)亦將發(fā)生變化。1．α穩(wěn)定元素

提高鈦的同素異構轉變溫度，擴大α—Ti相區(qū)的元素稱作穩(wěn)定元素或α穩(wěn)定劑，屬于這類元素有Al、O、N、C等。2．β穩(wěn)定元素降低鈦的同素異構轉變溫度，擴大β—Ti區(qū)的元素稱作β穩(wěn)定元素或β穩(wěn)定劑。(1)β穩(wěn)定元素與β—Ti同晶型，形成無限固溶體。屬于這類元素有Mo、V、Nb、Ta等。(2)β穩(wěn)定元素與β-Ti形成有限固溶體。屬于這類元素有Cr、Fe、Mn、Cu、Ni、Si、Ag、W、Co、H、Pb等。3．中性元素對鈦的同素異構轉變溫度不大，對α、β區(qū)無明顯影響。屬于這類元素有Zr、Sn、Hf等。第97頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鈦合金的熱處理鈦合金的熱處理強化基本原理既與鋁合金相似(屬于淬火時效強化類型)，又與鋼的熱處理相似(有馬氏體轉變)。鈦合金是否能熱處理強化取決于其淬火后是否能得到介穩(wěn)定相。鈦與β穩(wěn)定元素W、Mo、V、Nb、Ta、Cr、Fe、Mn等組成的合金；加熱至β區(qū)淬火，可得到不同的介穩(wěn)定相α’、α”、ω、β’。這類鈦合金可以進行熱處理強化。第98頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鈦合金的分類、成分、性能鈦金按其β穩(wěn)定元素的含量及退火狀態(tài)的組織可分：1．α型鈦合金這類合金不含或只含極少量的β穩(wěn)定元素，退火狀態(tài)組織為單相α固溶體或α固溶體加微量的金屬間化合物。α型鈦合金的牌號用TA1、TA2、…TA8表示，TA1～TA3為工業(yè)純鈦。2．α＋β型鈦合金這類鈦合金含β穩(wěn)定元素較多(總量為2％～6％，一般不超過8％)；退火狀態(tài)的組織為α＋β固溶體。α＋β型鈦合金的牌號用TC1、TC2、…TC10表示。3．β型鈦合金這類合金中含β穩(wěn)定元素更多(總量大于17％)，退火或淬火狀態(tài)得到單相的β固溶體。β型鈦合金的牌號用TB1、TB2表示。第99頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第100頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第101頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月四、鈦合金在船舶與海洋工程中的應用鈦合金所以能在船舶與海洋工程中得到應用和發(fā)展，是由于它有以下特點：1．鈦占地殼總重量的0.61％，在金屬中僅次于鋁、鐵、鎂占第四位。2．鈦的比重小(4.5)約為鋼的60％，銅的50％。3．鈦合金的比強度(σs／ρ)高。4．鈦合金在海水中的耐腐蝕性能比不銹鋼在海水中的耐腐蝕性能優(yōu)越，一般無點蝕和晶間腐蝕，具有高抗空泡破損能力，在常溫海水中無縫隙腐蝕敏感性。5．彈性模量低，只有鋼材彈性模量的一半。6．導熱系數(shù)低，只有鋁的導熱系數(shù)的1／12，銅的導熱系數(shù)的1／20。此外，鈦合金的透聲性好；無磁性。但鈦合金不耐磨；沖擊成形性能較差；與異種金屬接觸(B30銅鎳合金、硅黃銅、不銹鋼、902鋼、608鑄鋼)時，會產(chǎn)生接觸腐蝕(與922鋼對902鋼的接觸腐蝕相當，比不銹鋼對B30銅鎳合金，紫銅的接觸腐蝕小)。第102頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月目前，鈦合金在船舶與海洋工程主要有以下幾方面應用：(一)潛艇和深潛器為了提高潛艇的隱蔽性和深潛器的探索范圍，就要增加其下潛深度，潛艇或深潛器的極限潛深主要與材料的比強度有關，在結構形式已定條件下，其耐壓殼體的承壓能力與材料的屈服強度及殼體的厚度成正比。因此，設計潛艇和深潛器的關鍵指標是屈服強度高、屈強比大。例如：同樣結構的潛艇或深潛器用屈服極限相等的鈦合金和高強鋼制造時，采用鈦合金制造的潛艇或深潛器的重量可減輕40％。第103頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)高速、大型快艇和掃雷艇高速、大型快艇和水翼艇快速航行時，殼體受高速流動海水的沖刷并承受較大載荷，因此要求其建造材料具有高強度和良好的抗海水腐蝕性能。為了選擇航速60節(jié)以上的快艇和水翼艇的艇體材料，美國海軍工程試驗站對鈦合金、不銹鋼等30幾種材料進行了試驗，綜合考慮在停泊、加速和高速時的腐蝕情況，以鈦合金為好。鈦合金也是水翼艇很好的水翼材料。由于鈦合金無磁性，可作掃雷艇的艇體材料，它優(yōu)于鋁合金和高錳鋼。(三)其它方面用鈦合金制造螺旋槳，它不僅具有高比強度，可以減輕重量，而且還由于它具有高抗疲勞和空泡腐蝕可提高使用壽命。國外在60年代初開始研制鈦合金螺旋槳，現(xiàn)在美國已開始生產(chǎn)試用。此外，由于鈦合金優(yōu)良的耐海水腐蝕性能，因此用來制造耐海水腐蝕的管系、閥門等設備。第104頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承合金是用來制造滑動軸承中的軸瓦及內襯的合金。工作時，軸瓦表面要承受一定的交變載荷，并與軸之間發(fā)生強烈的摩擦。軸承合金應具備一系列性能要求：一定的強度和疲勞抗力；足夠的塑性和韌性；較小的摩擦系數(shù)和良好的磨合能力，并能儲油；良好的導熱性、抗蝕性和低的膨脹系數(shù)，以防溫升導致與軸的咬合。軸承合金的組織特點應該是軟硬兼有；或者是在軟基體上均勻分布著硬質點；或者是在硬基體上均勻分布著軟質點。工業(yè)上應用最廣的軸承合金是錫基和鉛基軸承合金(又稱為巴氏合金)。其編號為“ZCh+基本元素+主加元素+主加元素含量+輔加元素含量”。四、滑動軸承合金第105頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.錫基軸承合金

錫基軸承合金是Sn－Sb－Cu系合金，又稱錫基巴氏合金。在軟基體上均勻分布著硬質點。合金組織為α+β。錫基軸承合金膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)小，并具有良好的導熱性、抗蝕性和工藝性，適于制造重要的軸承，如汽輪機、渦輪機、內燃機等高速軸瓦，工作溫度小于150℃。合金組織為(α+β)+β。在軟基體上均勻分布著硬質點。性能略低于錫基軸承合金，但由于價格便宜，故常用做低速、低載荷的軸瓦材料，工作溫度不超過120℃。除了巴氏合金以外，還有銅基、鋁基軸承合金，它們的特點是承載能力高、密度較小、導熱性和疲勞強度好，工作溫度較高，價格便宜。2.鉛基軸承合金

第106頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月表6.35幾種軸承合金的代號、成分、性能及用途第107頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1．形狀記憶合金2．減振合金3．功能梯度材料4．智能材料5．超導材料6．納米材料7．非晶態(tài)材料8．磁性材料第108頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月形狀記憶是指具有初始形狀的制品變形后，通過加熱等手段處理又恢復初始形狀的功能。形狀記憶效應分為兩種。材料在高溫下制成某種形狀，在低溫下將其任意變形，若再加熱到高溫，材料恢復高溫下的形狀，但重新冷卻時材料不能恢復低溫形狀，即為單程記憶效應；若低溫下材料仍能恢復低溫形狀，就是雙程記憶效應。目前較成熟的形狀記憶合金有Ti－Ni合金與Cu－Zn－Al合金。這兩種合金的應用領域很廣，包括各種管接頭、電路的聯(lián)接、自控系統(tǒng)的驅動器以及熱機能量轉換材料等。此外，F(xiàn)e－Mn－S等鐵基應力誘導型記憶合金亦有很好的前景。形狀記憶合金第109頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月減振合金就是利用材料本身具有大的衰減能力去消除振動或噪音的發(fā)生源，就是像鋁和鎂那樣發(fā)不出金屬聲，但卻像鋼一樣堅固的材料，即衰減能大、強度高的材料。利用減振合金減振的主要優(yōu)點是防止振動、防止噪聲和增加疲勞壽命。目前工業(yè)中使用的減振合金有復合型、強磁性型、位錯型和雙晶四類。減振合金可廣泛用于汽車車身、變速箱、發(fā)動機傳動部件等汽車部件；沖壓機、各式齒輪等機械部件；橋梁、削巖機等建筑部件；船舶用發(fā)動機的旋轉部件、推進器；空調、家電變壓器用防噪音罩等；此外還有打字機、穿孔機等辦公設備。在航空、宇宙技術中可用作火箭、導彈、噴氣式飛機的控制盤或導航儀等精密儀器以及發(fā)動機罩、汽輪機葉片等發(fā)動機部件。減振合金第110頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月所謂功能梯度材料(FGM)就是連續(xù)地改變兩種材料的組成和結構，可使其內部組織及功能呈連續(xù)、平穩(wěn)變化的非均質材料。金屬－陶瓷構成的熱應力緩和功能材料可較好解決熱應力緩和問題，通過在高溫側壁用耐熱好的陶瓷材料，低溫側壁用導熱和強度好的金屬材料。從陶瓷側過渡到金屬側的過程，其耐熱性逐漸降低，力學性能緩慢升高。熱應力在材料的兩端均很小，其峰值在材料中部，因而具有緩和熱應力的功能。功能梯度材料在宇航、原子能、醫(yī)學及生物工程上可望得到廣泛應用，且其電磁特性和光學功能亦有廣泛的應用前景。功能梯度材料第111頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月智能材料或稱機敏材料(IntelligentorSmartMaterials)：構想源自仿生，目標是要獲得具有類似生物材料及結構系統(tǒng)的功能的“活”材料系統(tǒng)。一般認為它是具有能根據(jù)環(huán)境條件變化而調整或改變其自身結構及功能的自適應性的材料系統(tǒng)。進一步講，智能材料應是：(1)具有傳感功能特性，可識別并探測出外界刺激的強度，如應力、應變、熱、光、電、磁、化學或核輻射等；(2)具有驅動特性及響應環(huán)境變化的功能；(3)以設定的優(yōu)化方式選擇和控制響應；(4)反應靈敏、適當；(5)外部刺激條件消除后，能迅速回復到原始狀態(tài)。因此，智能材料應具備傳感、驅動和控制三個基本要素，能通過自身的感知，作出判斷，發(fā)出指令，并執(zhí)行和完成動作，實現(xiàn)自檢測、自診斷、自控、自校正、自修復及自適應等多種功能。通常要由多種材料組元復合，如在鉬中分散氧化鋯粒子，產(chǎn)生裂紋時，在裂紋尖端產(chǎn)生壓縮應力作用下，氧化鋯誘發(fā)相變，體積膨脹，可抑制裂紋發(fā)展，使材料的斷裂韌性值KIC提高。因此，智能材料事實上是復雜體系材料的多功能復合及仿生設計，而這正是跨世紀材料科學發(fā)展的重要趨勢智能材料第112頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月某些物質達到臨界溫度(Tc)以下時，電阻急劇消失，這樣的物質成為超導體。這種現(xiàn)象只有在溫度(T)、磁場(H)和其中流過的電流密度(J)達到其相應的臨界值(Tc、Hc、Jc)以下時才能發(fā)生，其臨界值越高，超導體的使用價值越大。1975年，Tc從4.2K提高得到23.2K，1988年又提高到120K。高Tc超導材料將走向實用階段，薄膜超導材料已基本成熟。高Tc超導塊狀材料已取得很大進展，最高Tc已達到127.5K，電流密度(Jc)在105A／cm2左右。用銀帶浸入法已做出成卷的Bi2Sr2CaCu2O8超導體，但脆性及穩(wěn)定性問題有待解決。超導材料的應用前景廣闊。如在電力系統(tǒng)方面，利用超導輸電可大大降低目前高達7％左右的輸電損耗，超導磁體(磁場強、損耗小、重量輕)用于發(fā)電機，使發(fā)電效率提高50％～60％；如在運輸方面，已制成超導磁懸浮列車；如在探測、監(jiān)視及計算機制造方面，超導隧道效應已得到成功的應用。超導材料第113頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月納米材料體系的尺度通常定為1