產(chǎn)品造型材料與工藝第二章：金屬材料及其加工技術(shù)

第二章金屬材料及其加工技術(shù)第一節(jié)常用金屬材料及其特性第二節(jié)金屬材料成型與工藝性第三節(jié)金屬表面處理與裝飾技術(shù)塑料椅Sacco椅膠合板椅玻璃椅充氣椅石椅→木椅→鋼管椅→第三講第一節(jié)常用金屬材料及其特性2.1.1金屬材料的特性及分類2.1.2鋼鐵材料2.1.3有色金屬及其合金2.1.4造型設(shè)計(jì)中金屬材料的選用2.1.1金屬材料的特性及分類金屬的微觀特性金屬鍵：由自由電子及排列成晶格狀的金屬離子之間的靜電吸引力組合而成。由于電子的自由運(yùn)動(dòng)，金屬鍵沒有固定的方向，因而是非極性鍵。金屬鍵有金屬的很多特性。例如一般金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)隨金屬鍵的強(qiáng)度而升高。其強(qiáng)弱通常與金屬離子半徑成逆相關(guān)，與金屬內(nèi)部自由電子密度成正相關(guān)（便可粗略看成與原子外圍電子數(shù)成正相關(guān)）。金屬晶體中，價(jià)電子彌散在整個(gè)體積內(nèi)，所有金屬離子皆處于相同的環(huán)境之中結(jié)合鍵沒有飽和性、方向性和選擇性金屬的宏觀特性①良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；②正的電阻溫度系數(shù)；且絕大多數(shù)金屬具有超導(dǎo)性；③良好的反射能力、不透明性及金屬光澤；④良好的塑性變形能力（延展性）反映出金屬的本質(zhì)：有特殊光澤優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性是良好的塑性變形固體物質(zhì)2.1.1金屬材料的特性及分類金屬材料的性能①使用性能

使用過程中表現(xiàn)出來的性能機(jī)械(力學(xué))性能：強(qiáng)度、塑性、彈性、剛度等物理性能：導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等化學(xué)性能：抗蝕性、抗氧化等②工藝性能

制造和加工過程中表現(xiàn)出來的性能如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等2.1.1金屬材料的特性及分類常用金屬材料的分類2.1.1金屬材料的特性及分類第一節(jié)常用金屬材料及其特性2.1.1金屬材料的特性及分類2.1.2鋼鐵材料2.1.3有色金屬及其合金2.1.4造型設(shè)計(jì)中金屬材料的選用2.1.2鋼鐵材料鋼鐵材料可分為三大類：純鐵

(c<=0.02%)

塑性好、強(qiáng)度低，主要用于制造磁鐵鋼

(0.02%<=c<2.11%)鑄鐵

(c>=2.11%)2.1.2鋼鐵材料鋼

(0.02%<=c<2.11%)碳鋼按含碳量：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼按品質(zhì)：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼按用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼：合金彈簧鋼、合金軸承鋼等合金工具鋼：刃具鋼、模具鋼、量具鋼特殊用途鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼鋼的分類與編號(hào)，見表3-2、表3-3

通常把含碳量在0.02%~2.11%之間的鐵碳合金稱為碳素鋼。

性能：可以軋制成板材和型材，也可以鍛造成各種形狀的鍛件。

分類：（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、Q215等（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：30、45號(hào)鋼等（3）碳素鑄鋼：ZG310－570等（4）碳素工具鋼：T10等1.碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）牌號(hào)表示方法：Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)。Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；質(zhì)量等級(jí)符號(hào)為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號(hào):沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。舉例：Q235—A·F表示屈服強(qiáng)度為235MpaA級(jí)沸騰鋼。（2）用途

用于橋梁、建筑、各種型鋼、條鋼和鉚釘、螺釘、螺母等。2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。其中兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。舉例：45鋼表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后加字母A，如20A。（2）用途

廣泛用于制造機(jī)器零件，故又稱機(jī)械制造用鋼。如08鋼（WC=0.08%）、10鋼（WC=0.1%）用于制作沖壓成形的機(jī)器外殼、容器、罩子等；45鋼（WC=0.45%）制作軸、齒輪、連桿等。3.碳素工具鋼

（1）牌號(hào)

用“T+數(shù)字+字母”表示，其中，“T”表示碳的漢語拼音字頭，數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。例如T8，表示平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼。含錳量較高者，在鋼號(hào)后標(biāo)以“錳”或“Mn”，如“碳8錳”或“T8Mn”；若在鋼號(hào)后面加“A”，則表示為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。如T12A，表示平均含碳量為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

制造各種量具、刃具等。如T7鋼（WC=0.7%）主要用于制造手鉗、剪刀、鑿子、手錘等；T10鋼（WC=1%）用于制作鉆頭、手用鋼鋸條、簡(jiǎn)單冷作模具等；T12鋼用于制作鉸刀、銼刀、量具等。（2）用途4.易切削結(jié)構(gòu)鋼（1）牌號(hào)

用“Y+數(shù)字+元素符號(hào)”表示，其中“Y”為易的漢語拼音字頭，數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。舉例：Y40Mn表示平均含碳量為0.4%且含Mn含量較高的易切削結(jié)構(gòu)鋼。（2）用途多用于自動(dòng)機(jī)床上加工強(qiáng)度要求不高的零件，如螺釘、螺帽等。

三、合金鋼：為了改善鋼的性能，在鋼中加入一種或數(shù)種合金元素的鋼叫做合金鋼。

合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、B、W、Mo、V、Ti、Zr和Re等。分類：（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼（2）合金工具鋼：刃具鋼、磨具鋼、量具鋼（3）特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼等。

1.合金元素在鋼中的作用經(jīng)常加入的元素有：Si、Mn、Cr、Ni、W、Ti、Al、Cu、稀土元素等。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。2.合金鋼的分類2按用途分類合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼1按合金元素含量分類分類低合金鋼（＜5%）中合金鋼（5%～10%）高合金鋼（＞10%）一、合金結(jié)構(gòu)鋼1.牌號(hào)

用“兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”表示。兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，元素符號(hào)為主加元素，數(shù)字表示該合金元素的百分?jǐn)?shù)，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……。

舉例：例如50Mn2，表示平均含碳量為0.5%，含錳量為2%左右的合金結(jié)構(gòu)鋼；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母A，如60Si2MnA。特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母E，如30CrMnSiE。2.分類按用途分為

工程合金結(jié)構(gòu)鋼—-低合金結(jié)構(gòu)鋼

機(jī)器合金結(jié)構(gòu)鋼合金彈簧鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金軸承鋼（1）低合金結(jié)構(gòu)鋼

這類鋼是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(＜0.2%C)基礎(chǔ)上加入少量合金元素Mn,V,Ti,Nb,Cu,P等發(fā)展起來的，所以叫低合金結(jié)構(gòu)鋼又稱低合金高強(qiáng)度鋼。如Q345。根據(jù)需要（舊鋼號(hào)），低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)也可以采用“兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”表示，如16Mn。1）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。

2）性能要求①高強(qiáng)度②高韌性③良好的焊接性能和冷成型性能④低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度⑤良好的耐蝕性。③V、Ti、Nb。起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用。④加入少量Cu、P可提高耐蝕性，加入少量RE可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。北京08“鳥巢”用鋼材名為:Q460EZ235為我國(guó)目前的頂級(jí)建筑用鋼。據(jù)08工程指揮部專家候兆欣說：E指－40度的沖擊韌性指標(biāo)。（在國(guó)標(biāo)中E代表特級(jí)）Z235表明鳥巢用鋼是頂級(jí)的。據(jù)稱用Q460EZ235鋼建造的鳥巢工程具有抗八級(jí)強(qiáng)震之能力。3）成分特點(diǎn)①含C量低，韌性好，焊接性好②強(qiáng)化鐵素體,增加珠光體的量,提高強(qiáng)度和韌性

5）熱處理特點(diǎn)

這類鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進(jìn)行專門的熱處理。4）常用牌號(hào)

常見的有Q295（09Mn2）、Q345，Q390，Q420，Q460。常用于工程結(jié)構(gòu)—橋梁，船舶，車輛外殼、支架、壓力容器。（2）滲碳鋼指經(jīng)過滲碳處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。

1）用途

主要用于制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件。這類零件在工作中遭受強(qiáng)烈的摩擦磨損，同時(shí)又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。

2）性能要求①表面滲碳層硬度高

②心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度③有良好的熱處理工藝性能

4）常用牌號(hào)20CrMnTi、20Cr等5）熱處理合金滲碳鋼的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火。①低碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.10%～0.25%，使零件心部有足夠的塑性和韌性。②常加入Cr、Ni、Mn、B等，提高淬透性。③加入少量Ti、V、W、Mo等，細(xì)化晶粒，提高硬度。3）成分特點(diǎn)1）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。2）性能要求（3）調(diào)質(zhì)鋼

經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。

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。3）成分特點(diǎn)4）常用牌號(hào)40Cr、40MnB、35CrMo等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。

5）熱處理合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）。

1）用途合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。2）性能要求（4）彈簧鋼

可分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼。下面主要介紹合金彈簧鋼。①高的彈性極限②高的疲勞強(qiáng)度③足夠的塑性和韌性。3）成分特點(diǎn)4）常用牌號(hào)65，65Mn，小尺寸的沙發(fā)彈簧60Si2Mn

大尺寸的汽車板簧①0.45～0.7%C，保證高的彈性極限和疲勞極限。②主加元素：Mn,Si,Cr——↑淬透性，強(qiáng)化基體。

5）熱處理①熱成形彈簧：用熱軋鋼絲或鋼板制成，然后淬火和中溫（450℃～550℃）回火，獲得回火屈氏體組織，具有很高的屈服強(qiáng)度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性，一般用來制作為較大尺寸的彈簧。②冷成形彈簧：小尺寸彈簧一般用冷拔彈簧鋼絲（片）卷成。為了提高彈簧的疲勞壽命，目前還廣泛采用噴丸強(qiáng)化處理。1）用途

主要用來制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼。2）性能要求3）成分特點(diǎn)（5）滾動(dòng)軸承鋼

①高的接觸疲勞強(qiáng)度

②高的硬度和耐磨性③足夠的韌性和淬透性。①高碳，0.95~1.15%——高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。②主加元素：Cr——↑淬透性，硬，耐磨4）常用牌號(hào)用“G+Cr+鉻含量(不標(biāo)含碳量)”，其中，“G”表示“滾動(dòng)軸承鋼”。*鉻含量以千分之一為單位。如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。5）熱處理軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。

三、合金工具鋼1.牌號(hào)

用“含碳量+合金元素符號(hào)+該元素百分含量+……”表示。當(dāng)含碳量小于1.00%時(shí)，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如9SiCr,表示平均含碳量為0.9%，含硅、鉻量為1%左右的合金工具鋼。當(dāng)含碳量大于1.00%時(shí)，不標(biāo)含碳量。注意：含鉻量小于1%時(shí)，在含鉻量(以千分之一為單位)前加數(shù)字“0”，如Cr06。但**高速鋼不標(biāo)含碳量，只寫出合金元素符號(hào)及其含量。如:W18Cr4V等2.分類按用途可分為：刃具鋼、模具鋼和量具鋼，但實(shí)際應(yīng)用界限并非絕對(duì)。

3.刃具鋼（1）用途主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。

（2）性能要求①高硬度②高耐磨性③高熱硬性。熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力（亦稱紅硬性）④足夠的塑性和韌性。（3）成分特點(diǎn)

按化學(xué)成分和特點(diǎn)可分為：碳素工具鋼（前面已講過）、低合金工具鋼、高速鋼。1）低合金工具鋼。指在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，添加含量＜0.5%的Cr、W、Mo、Si等。常見的牌號(hào)有9SiCr，CrWMn，9Mn2V。最高工作溫度不超過300℃。用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等.2）高速鋼（俗稱風(fēng)鋼、白鋼）。高速鋼是高合金刃具鋼（在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，加入大量的Cr、W、Mo、Si等）。常見牌號(hào)：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼。用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。4.模具鋼1）用途

冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200℃～300℃。

2）性能要求①高硬度，一般為58HRC～62HRC;②高耐磨性;③足夠的韌性和疲勞抗力;④熱處理變形小。合金模具鋼按其用途分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。（1）冷作模具鋼3）成分特點(diǎn)①高碳。以保證高的硬度和高耐磨性。②加入Cr、Mo、W、V等合金元素，形成難熔碳化物，提高耐磨性，尤其是是Cr。③足夠的強(qiáng)度和韌性。冷作模具4)常見牌號(hào)9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr12等。T10，GCr15——尺寸小、形狀簡(jiǎn)單的模具

9SiCr，9Mn2V，CrWMn——形狀復(fù)雜模具

Cr12,Cr12MoV——大型復(fù)雜模具

1）用途

熱模具鋼用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時(shí)型腔表面溫度可達(dá)600℃以上。

2）性能要求①高的熱硬性和高溫耐磨性；②高的抗氧化性能；③高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性，尤其是受沖擊較大的熱鍛模鋼；④高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞；⑤由于熱模具一般較大，所以還要求熱模具鋼有高的淬透性和導(dǎo)熱性。（2）熱作模具鋼3）成分特點(diǎn)①中碳。以保證高強(qiáng)度、高韌性、較高的硬度和較高的熱疲勞抗力。

②加入較多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等

③加入產(chǎn)生二次硬化的Mo、W、V等元素

。4）常見牌號(hào)

5CrNiMo、5CrMnMo對(duì)韌性要求高而熱硬性要求不太高的熱鍛模。前者用于大型熱鍛模，后者用于中小型熱鍛模。

5.量具鋼1）用途

量具用鋼用于制造各種量測(cè)工具，如卡尺、千分尺、螺旋測(cè)微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。

2）性能要求①高硬度和耐磨性

;②高的尺寸穩(wěn)定性

;③足夠的韌性。3）成分特點(diǎn)高碳（0.9%～1.5%）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等。4）量具用鋼

①低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火和碳素工具鋼、低合金工具鋼----兩者用于尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的量具。②滾動(dòng)軸承鋼、冷作模具鋼。用于制造精密量具，如GCr15鋼。③不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質(zhì)的量具，如9Cr18、4Cr13。四、特殊性能鋼1.牌號(hào)

特殊性能鋼牌號(hào)的表示方法與合金工具鋼基本相同。當(dāng)碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)C≤0.03％或C≤0.08％時(shí)，分別在第一個(gè)合金元素符號(hào)前冠“00”或“0”表示其碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如00Crl7Nil4M02、0Crl8Ni9鋼等。特殊性能鋼是指具有特殊物理和化學(xué)性能的一種高合金鋼。2.分類它主要包括不銹鋼，耐磨鋼、耐熱鋼等。3.不銹鋼

是指在大氣和一般介質(zhì)中具有很高耐腐蝕性的鋼種。

1）用途

不銹鋼在石油、化工、原子能、宇航、海洋開發(fā)、國(guó)防工業(yè)和一些尖端科學(xué)技術(shù)及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，熱裂設(shè)備零件，醫(yī)療手術(shù)器械，防銹刃具和量具等。

2）成分特點(diǎn)

①低碳：碳高，則降低耐蝕性。②Cr：是提高耐蝕性的主要元素。③加入鎳?？色@得單相奧氏體組織，顯著提高耐蝕性；④加入鉬、銅等?？商岣咪撛诜茄趸运嶂械哪臀g能力。⑤加入鈦、鈮等。防止奧氏體鋼晶間腐蝕。⑥加入錳、氮等。提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。

3）常用牌號(hào)

馬氏體不銹鋼---1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13；鐵素體型不銹鋼----1Cr17、1Cr17Ti奧氏體型不銹鋼為-----1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。4.耐熱鋼是指在高溫下發(fā)生氧化并具有一定強(qiáng)度的鋼。

電阻絲1）用途

用于制造加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫裝置中的零部件。

2）性能要求

①抗氧化性?？寡趸允侵附饘僭诟邷叵碌目寡趸芰?，其在很大程度上取決于金屬氧化膜的結(jié)構(gòu)和性能。提高鋼的抗氧化性的最有效的方法是加入Cr、Si、Al等元素。②熱強(qiáng)性。熱強(qiáng)性是指鋼在高溫下的強(qiáng)度。提高高溫強(qiáng)度最重要的辦法是合金化。3）成分特點(diǎn)

耐熱鋼中不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al，特別是Cr。它們的加入，提高鋼的抗氧化性，Cr還有利于提高熱強(qiáng)性。Mo、W、V、Ti等元素加入鋼中，能形成細(xì)小彌散的碳化物，起彌散強(qiáng)化的作用，提高室溫和高溫強(qiáng)度。4）常用牌號(hào)

珠光體耐熱鋼-----15CrMo和12CrMoV。馬氏體耐熱鋼-----1Cr11MoV、1Cr12WMoV、1Cr13、2Cr13奧氏體耐熱鋼-----1Cr18Ni9Ti5.耐磨鋼1）用途及性能要求

耐磨鋼主要用于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊的零件，如車輛履帶、挖掘機(jī)鏟斗、破碎機(jī)鄂板和鐵軌分道叉等。對(duì)耐磨鋼的主要要求是有很高的耐磨性和韌性。高錳鋼是目前最主要的耐磨鋼。

履帶鐵道岔道3）常用牌號(hào)

由于耐磨鋼零件經(jīng)常是鑄造成型后就使用，其牌號(hào)最前面是“ZG”，表示鑄鋼，緊隨其后是元素符號(hào)，然后是該元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以百分之一計(jì)。如ZGMn13，表示含錳平均為13％Mn的鑄造高錳鋼。2）成分特點(diǎn)

①高碳：保證鋼的耐磨性和強(qiáng)度。但碳過高時(shí)，淬火后韌性下降，且易在高溫時(shí)析出碳化物。因此，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能超過1.4%。

②高錳：錳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，它和碳配合，保證完全獲得奧氏體組織。③一定量的硅：硅可改善鋼水的流動(dòng)性，并起固溶強(qiáng)化的作用。但其含量太高時(shí)，易導(dǎo)致晶界出現(xiàn)碳化物。故其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%～0.8%。

(三）鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金。

1.鑄鐵的成分組織和性能性能：具有良好的鑄造性、耐磨性、吸振性及切削加工性能，而且價(jià)格低廉，生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單。

2.鑄鐵的分類：（1）按碳的形態(tài)：灰口鑄鐵、麻口鐵、白口鑄鐵（2）按石墨的形狀：灰口鑄鐵；可鍛鑄鐵；球墨鑄鐵；合金鑄鐵。3.鑄鐵的牌號(hào)、性能和用途（1）灰口鑄鐵：其組織看作是在“鋼的基體“上散布著片狀石墨表示方法：“HT+數(shù)字”，“HT”為“灰鐵”，數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度(PMa)，HT200。應(yīng)用：制造各種承受壓力和要求消震的床身、機(jī)架、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體

（2）可鍛鑄鐵：由鑄態(tài)白口鑄鐵件經(jīng)熱處理而得到的一種高強(qiáng)度鑄鐵。

表示方法：用“KT”+“數(shù)字”+“數(shù)字”表示，“KT”為“可鐵”，第一組數(shù)字表示低抗拉強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率，KT350-10。應(yīng)用：用于承受沖擊和振動(dòng)的零件，如汽車的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。（3）球墨鑄鐵：在澆鑄前向鐵水中加入一定的球化劑進(jìn)行球化處理，并加入少量孕育劑以促進(jìn)石墨化，獲得具有球狀石墨的鑄鐵。

表示方法：“QT”+“數(shù)字”+“數(shù)字”，“QT”代表球墨鑄鐵，牌號(hào)中的兩組數(shù)字分別表示抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的最低值，QT700-2

應(yīng)用：制造受力復(fù)雜、負(fù)荷較大和要求耐磨的鑄件，如柴油機(jī)曲軸、凸輪軸，連桿、齒輪、大型水輪機(jī)等。（4）合金鑄鐵：在普通鑄鐵的基礎(chǔ)上加入一定量的合金元素，制成特殊性能鑄鐵（合金鑄鐵）。

a.耐磨鑄鐵常加入的合金元素為Cu、Mn、Cr、Mo等。

b.抗磨鑄鐵：在干摩擦條件下使用，要求硬度高。（軋輥、犁鏵、球磨機(jī)磨球等）如冷硬鑄鐵、中錳球鐵。

c.減摩鑄鐵：在潤(rùn)滑條件下工作，要求耐磨、減摩、貯油性如高磷鑄鐵。

d.耐熱鑄鐵加入Al、Si、Cr等。在高溫下工作的如爐底板、換熱器、坩堝、熱處理爐內(nèi)的運(yùn)輸鏈條等，必須使用耐熱鑄鐵。

e.耐蝕鑄鐵主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。加入Si、Cr、Al、Mo、Cu、Ni等合金元素形成保護(hù)膜，或使基體電極電位升高，可以提高鑄鐵的耐蝕性能。第一節(jié)常用金屬材料及其特性2.1.1金屬材料的特性及分類2.1.2鋼鐵材料2.1.3有色金屬及其合金2.1.4造型設(shè)計(jì)中金屬材料的選用2.1.3有色金屬及其合金有色金屬的強(qiáng)度較低，但其具有一些特殊的物理化學(xué)性能：如鋁、鎂、鈦及其合金密度?。汇~、鋁及其合金導(dǎo)電性好；鎳、鉬及其合金能耐高溫等。

常加入的元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等。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。

鋁合金的分類根據(jù)鋁合金的成分、組織和工藝特點(diǎn)分鑄造鋁合金：組織中有共晶組織存在，塑性、韌性差，但是流動(dòng)性好，適宜于鑄造。形變鋁合金：此類鋁合金的塑性好，適合于壓力加工。（一）鋁合金1.鋁及鋁合金的性能特點(diǎn)純鋁具有銀白色金屬光澤，密度?。?.72g/cm3），熔點(diǎn)低（660.4℃），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。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。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。

鋁合金的分類根據(jù)鋁合金的成分、組織和工藝特點(diǎn)分鑄造鋁合金：組織中有共晶組織存在，塑性、韌性差，但是流動(dòng)性好，適宜于鑄造。形變鋁合金：此類鋁合金的塑性好，適合于壓力加工。鋁合金的強(qiáng)化1）固溶強(qiáng)化

純鋁中加入合金元素，形成鋁基固溶體，造成晶格畸變，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，起到固溶強(qiáng)化的作用，可使其強(qiáng)度提高。2）時(shí)效強(qiáng)化

固溶處理后得到的組織是不穩(wěn)定的，有分解出強(qiáng)化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。在室溫下放置或低溫加熱時(shí)，強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高。這種現(xiàn)象稱為時(shí)效或時(shí)效硬化。

在室溫下進(jìn)行的稱自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的稱人工時(shí)效。

3）過剩相強(qiáng)化

如果鋁中加入合金元素的數(shù)量超過了極限溶解度，則在固溶處理加熱時(shí)，就有一部分不能溶入固溶體的第二相出現(xiàn)，稱為過剩相。

在鋁合金中，這些過剩相通常是硬而脆的金屬間化合物。它們?cè)诤辖鹬凶璧K位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使合金強(qiáng)化，這稱為過剩相強(qiáng)化。在生產(chǎn)中常常采用這種方式來強(qiáng)化鑄造鋁合金和耐熱鋁合金。

4）細(xì)化組織強(qiáng)化

許多鋁合金組織都是由α固溶體和過剩相組成的。若能細(xì)化鋁合金的組織，包括細(xì)化α固溶體或細(xì)化過剩相，就可使合金得到強(qiáng)化。由于鑄造鋁合金組織比較粗大，所以實(shí)際生產(chǎn)中常常利用變質(zhì)處理的方法來細(xì)化合金組織。

變質(zhì)處理是在澆注前在熔融的鋁合金中加入占合金重量2～3%的變質(zhì)劑（常用鈉鹽混合物：2/3NaF+1/3NaCl）。

牌號(hào)用“ZL+三位數(shù)字”表示。其中，“ZL”表示鑄鋁漢語拼音字首，其中第一位數(shù)字表示合金的類別(1為A1—Si系、2為A1—Cu系、3為Al—Mg系、4為Al—Zn系)；后二位數(shù)字為合金順序號(hào)，順序不同，其化學(xué)成分也不同。鑄造鋁合金Al-Si系：代號(hào)為ZL1+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Cu系：代號(hào)為ZL2+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Mg系：代號(hào)為ZL3+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Zn系：代號(hào)為ZL4+兩位數(shù)字順序號(hào)形變鋁合金

形變鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛鋁合金等。用LF+序號(hào)表示，即用“鋁防”漢語拼音字首“LF”加順序號(hào)表示。

1）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。

衛(wèi)星天線（LF2）常用的Al-Mn系合金有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。

汽化器(熱交換管為L(zhǎng)F21)飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)2）硬鋁合金

用LY+序號(hào)表示。主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量錳。

常用的硬鋁合金如LY11、LY12等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、鉚釘?shù)取?）超硬鋁合金

LC+序號(hào)，用“鋁超”漢語拼音字首“LC”加順序號(hào)表示。是Al-Cu-Mg-Zn合金。這類合金是目前強(qiáng)度最高的鋁合金，比強(qiáng)度更高，故稱超硬鋁。

常用合金有LC4、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。

2A12（LY12）作機(jī)器人關(guān)節(jié)殼體飛機(jī)主起落架4）鍛鋁合金

LD+序號(hào)，用“鋁鍛”漢語拼音字首“LD”加順序號(hào)表示。

一類是Al-Cu-Mg-Si系合金，鎂和硅的作用是形成強(qiáng)化相Mg2Si。常用牌號(hào)有LD2、LD5、LD6、LD10

。用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等。另一類是Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金，鐵和鎳可形成耐熱強(qiáng)化相Al9FeNi，為耐熱鍛鋁合金。常用牌號(hào)有LD7、LD8、LD9等。這類合金耐熱性較好，主要用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)的蒙皮等。

壓氣機(jī)葉片美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)

(所用材料大部分是鋁合金)銅及銅合金1.純銅（紫銅）：純度99.5%~99.95%,極好的塑性,抗蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、抗磁性極好，用于電工導(dǎo)體和防磁器械,8.9g/cm32.黃銅：含鋅<50%普通黃銅：含鋅<32%,極好的變形能力，用于彈殼等；替代金箔，在家具、工藝品中用。熱加工黃銅(含鋅40%),強(qiáng)度較高，含銅量少，價(jià)格低；特殊黃銅：加入錫、鉛、鋁等元素，提高切削性能、耐蝕性等黃銅主要用于電源插座、管道裝備等要求導(dǎo)電性好、抗腐蝕及有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件銅及銅合金3.青銅錫青銅：一般含錫3%~14%,強(qiáng)度、塑性增加，具有良好的耐磨性，常用于軸套、軸瓦、泵體、齒輪等特殊青銅：指不含錫的青銅，如鋁青銅、鈹青銅等，比錫青銅具有更高的力學(xué)性能、耐磨性與耐蝕性鋁青銅：制造彈簧等鈹青銅：耐磨、疲勞強(qiáng)度和彈性極限高，抗腐蝕，導(dǎo)熱導(dǎo)電性極好，用于重要彈性元件，如鐘表齒輪、高溫高壓高速下的軸承及防暴工具等；鈹稀有，價(jià)格昂貴。鎂及鎂合金1.地球上儲(chǔ)量最豐富的輕金屬元素，1.74g/cm32.鎂合金：金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，具有較好的鑄造性和加工性能，電磁屏蔽性和導(dǎo)熱性好，適合做發(fā)出電磁干擾的電子產(chǎn)品的殼、罩，尤其是緊靠人體的手機(jī)。屈服強(qiáng)度與鋁合金大體相當(dāng)，稍低于碳鋼，是塑料的4~5倍。在相同的強(qiáng)度和剛度下，做結(jié)構(gòu)件可大大降低重量鈦及鈦合金1.儲(chǔ)量豐富但相對(duì)昂貴，從其氧化物中加工提取鈦元素有一定的難度，4.54kg/m3,比鋼輕40%，比鋁重60%。2.具有非常高的強(qiáng)度-重量比，優(yōu)良的耐蝕性、抗氧化性，以加工成型，難于冷加工，焊接性好。鈦合金典型用途：眼睛框、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、便攜式電腦、照相機(jī)、行李箱等；太空機(jī)器人關(guān)節(jié)，TC4第一節(jié)常用金屬材料及其特性2.1.1金屬材料的特性及分類2.1.2鋼鐵材料2.1.3有色金屬及其合金2.1.4造型設(shè)計(jì)中金屬材料的選用金屬材料設(shè)計(jì)是造型設(shè)計(jì)的重要組成部分，它包括：材料的選用材料加工工藝的制定造型設(shè)計(jì)中，金屬材料的選用是一個(gè)復(fù)雜的決策問題，它需要：首先要掌握金屬材料理論及其應(yīng)用知識(shí)明確目標(biāo)及限制條件進(jìn)行必要的試驗(yàn)和選材方案對(duì)比2.1.4造型設(shè)計(jì)中金屬材料的選用如何進(jìn)行金屬材料的選材？先掌握幾個(gè)基本的選材原則根據(jù)使用性能選材變形失效：彈性變形和塑性變形影響形狀、尺寸精度重要螺栓、彈簧、精密絲杠等，應(yīng)選高彈性模量材料斷裂失效：塑性斷裂：明顯塑性變形后斷裂，應(yīng)選高強(qiáng)度材料低應(yīng)力脆性斷裂：無宏觀塑性變形下斷裂，如高強(qiáng)度的錘桿，應(yīng)選強(qiáng)韌性材料疲勞斷裂：交變應(yīng)力作用下的裂紋形成、擴(kuò)展造成斷裂，如齒輪，應(yīng)表面強(qiáng)化處理表面損傷失效：磨損、腐蝕、表面疲勞選材的經(jīng)濟(jì)性原則：材料價(jià)格、加工費(fèi)用等其他因素：環(huán)保、市場(chǎng)等造型設(shè)計(jì)中金屬的選材原則根據(jù)工藝性能選材鑄造性能金屬構(gòu)件承載不大，受力簡(jiǎn)單而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)鑄造性能：鑄造鋁合金和銅合金>灰口鑄鐵>鑄鐵>鑄鋼鍛造性能承載較大、受力復(fù)雜的構(gòu)件熱鍛性：低碳鋼>中碳鋼>高碳鋼焊接性能體積較大，要求氣密性好，能承受一定壓力，如輸氣管道、蒸汽鍋爐等鋼材最適合焊接，含碳和合金元素越多，焊接性能越差；鋁合金、銅合金焊接性較差，灰口鑄鐵基本不能焊接2.2.1鑄造加工及其工藝性2.2.2壓力加工及其工藝性2.2.3焊接技術(shù)及其工藝性2.2.4切削加工（機(jī)械加工）及其工藝性2.2.5特種加工及其工藝性第二節(jié)金屬材料成型與工藝性2.2.1鑄造加工及其工藝性鑄造——將熔融金屬液體澆注到與零件形狀相對(duì)應(yīng)的鑄造模型腔中，待冷卻后得到實(shí)體毛坯或零件的工藝過程鑄造加工的特點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)：不受零件體積、重量大小、形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，不受合金種類限制成本低廉：原材料消耗及切削加工費(fèi)低、動(dòng)力消耗少、接近成品零件鑄造組織存在一定缺陷：縮孔、疏松、氣孔、沙眼等導(dǎo)致力學(xué)性能不如鍛件；工藝過程較難控制：廢品率較高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等2.2.1鑄造加工及其工藝性鑄件性能：

合金性能鑄型性能工藝控制鑄造方法分類砂型鑄造：用型砂做鑄型的鑄造方法，使用率90%特種鑄造：砂型鑄造以外的其他鑄造方法，包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造等鑄造方法分類凝固方式：

重力場(chǎng)凝固

非重力場(chǎng)凝固

壓力鑄造離心鑄造擠壓鑄造電磁場(chǎng)快速凝固無論哪種鑄造，其工藝過程中的基本內(nèi)容和成型原理都是相同的，只是過程的方法依不同鑄造而有所不同

各種鑄造的基本過程：

2.2.1鑄造加工及其工藝性砂型鑄造造型制芯——金屬液態(tài)砂型成形最基本的工序，通常分為：手工造型：機(jī)器造型：利用簡(jiǎn)單的器械進(jìn)行砂型（芯）的制作

利用造型機(jī)和制芯機(jī)進(jìn)行砂型（芯）的制作

砂型成形方法手工造型的特點(diǎn)：

操作方便靈活，適應(yīng)性強(qiáng)生產(chǎn)率低勞動(dòng)強(qiáng)度大鑄件質(zhì)量不易保證適用于單件小批量生產(chǎn)

砂型成形方法機(jī)器造型的特點(diǎn)：

生產(chǎn)效率高勞動(dòng)條件好勞動(dòng)強(qiáng)度低鑄件的表面質(zhì)量好、尺寸精度高適用于成批大量生產(chǎn)

砂型鑄造動(dòng)畫演示砂型鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：力求外形簡(jiǎn)單，輪廓平直，只需一個(gè)分型面力求鑄件的內(nèi)腔鑄造時(shí)，型芯數(shù)目最少，方便裝配、清理、排氣起模方向應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度鑄件應(yīng)有合理的壁厚力求鑄件壁厚均勻，防止局部積聚變形，造成裂紋、縮孔、縮松等缺陷盡量避免鑄件中有過大的水平面，防止由于橫截面突然增大，導(dǎo)致金屬液面上升緩慢，致使型腔頂部受到長(zhǎng)時(shí)間烘烤，造成夾砂缺陷、產(chǎn)生氣孔等；將平面改為傾斜面金屬型鑄造金屬型鑄造特點(diǎn)可以“一型多鑄”鑄件的力學(xué)性能提高因?yàn)榻饘傩丸T件的冷卻速度較快、組織比較致密鑄件精度較高，可以少加工或不加工成本高、周期長(zhǎng)；鑄造透氣性差、無退讓性，易產(chǎn)生冷隔、澆不足、裂紋等缺陷；鑄件熔點(diǎn)不宜太高，重量也不宜太大主要用于：大批量的有色金屬鑄件，如內(nèi)燃機(jī)的鋁活塞、氣缸體、缸蓋、油泵殼體等熔模鑄造（失蠟鑄造）在蠟?zāi)１砻姘栽煨筒牧?，待其硬化，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ィ瑥亩@得無分型面的鑄型的鑄造方法蠟?zāi)Ｖ圃臁Y(jié)殼→脫蠟→造型→焙燒→澆鑄→落砂清理蠟?zāi)Ｖ圃旖Y(jié)殼脫臘造型焙燒澆鑄落砂清理熔模鑄造（失蠟鑄造）鋼水澆注方向熔模鑄造（失蠟鑄造）的特點(diǎn)