金屬材料及熱處理 課件匯 王新年 項目6-10 合金鋼的認知 -工程材料的選用認知

項目六合金鋼的認知任務一認識合金元素在鋼中的作用

任務二認識合金鋼的分類及牌號任務三認識合金結構鋼

任務四認識合金工具鋼

任務五認識特殊性能鋼為了改善非合金鋼的性能，有目的地在鋼中加入一種或多種化學元素而得到的鋼叫合金鋼。

1．合金元素溶入鐵素體（奧氏體）

大多數的合金元素均可以溶入鐵素體中，形成含合金元素的鐵素體，即合金鐵素體。溶入γ-Fe中則可形成含合金元素的奧氏體，即合金奧氏體。

任務一認識合金元素在鋼中的作用一、合金元素在鋼中的存在形式所有合金元素均能不同程度提高鐵素體的硬度和強度，其中硅、錳等合金元素的強化效果最顯著。當鉻的質量分數低于2%、鎳的質量分數低于5%時能提高鐵素體的韌性；硅、錳等合金元素質量分數不超過某一數值時，鐵素體的韌性不下降；鎢和鉬

等合金元素不論質量分數多少，均使鐵素體的韌性下降。2．合金元素與碳作用形成碳化物（1）能與碳形成碳化物的合金元素稱為碳化物形成元素，如鐵、錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鋯、鈦等。（2）鎳、鈷、銅、硅、鋁和硼等不能與碳形成碳化物，這些合金元素稱為非碳化物形成元素。非碳化物形成元素只能與鐵作用形成固溶體。

通常碳化物愈穩(wěn)定，其硬度和耐磨性愈高；碳化物顆粒愈細小、分布愈均勻，對鋼的彌散強化效果愈顯著。二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1.對奧氏體相區(qū)的影響合金元素鉻、鉬、鈦、硅、鎢、釩、鋁等加入鋼中，可使奧氏體單相區(qū)縮小。合金元素錳、鎳、銅等可使奧氏體相區(qū)擴大。

2.對S、E點的影響S點降低，造成了相同碳的質量分數的非合金鋼與低合金鋼及合金鋼在室溫下，具有不同的組織和性能。E點左移，造成了共晶成分的碳的質量分數降低，使某些合金元素含量較高的高合金鋼在碳的質量分數遠低于2.11%時，其鑄態(tài)組織中也會出現(xiàn)共晶萊氏體，如高速工具鋼。3．對相變點的影響向鋼中加入鉻元素可使相圖中ES、GS和PSK線向上移動，使鋼的相變點A1、A3和Acm升高，鋼中鉻的質量分數越高，使鋼的相變點A1、A3和Acm的溫度越高；隨著鋼中錳的質量分數的增加，導致GS線向左下方移動，使相變點Acm的溫度升高、A1和A3的溫度降低。三

合金元素對鋼熱處理的影響1．合金元素對鋼的加熱轉變的影響（1）合金元素對鋼的奧氏體化過程的影響將低合金鋼與合金鋼加熱到一定的溫度時，也要進行奧氏體化，其過程與非合金鋼相同，即：包括奧氏體的形核與長大、剩余碳化物的溶解、奧氏體成分的均勻化等過程。所不同的是：合金鋼的奧氏體化溫度要比非合金鋼高，保溫時間要長。

（2）合金元素對奧氏體晶粒的影響大多數合金元素（除錳、磷外）均可阻止奧氏體晶粒長大。因此，低合金鋼與合金鋼熱處理后的晶粒比相同碳的質量分數的非合金鋼細小，力學性能較高。2．合金元素對鋼的冷卻轉變的影響（1）合金元素對過冷奧氏體等溫轉變曲線圖的影響固溶于奧氏體中的合金元素（除鈷以外）均可不同程度地使C曲線右移，導致鋼的馬氏體臨界冷卻速度（即V臨）減小，使鋼的淬透性提高，推遲奧氏體向珠光體的轉變。（2）合金元素對Ms點（馬氏體轉變開始點）的影響大多數合金元素（除鈷、鋁外），都能使Ms點降低，其中錳的作用最顯著。Ms點的降低會使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比非合金鋼多。3．合金元素對回火轉變的影響（1）提高鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性是指淬火鋼在回火時，抵抗軟化的能力。大多數合金元素，尤其是強碳化物形成元素，對原子擴散起阻礙作用，延緩了馬氏體的分解及碳化物的析出，從而將其轉變推向更高溫度，即合金元素可提高鋼的回火穩(wěn)定性。

金屬材料在高溫（550℃以上）下保持高硬度（高于60HRC）的能力，稱為紅硬性。高的回火穩(wěn)定性使鋼在較高的溫度下，仍能保持高的硬度和耐磨性。（2）產生二次硬化對于含有較多鉻、鉬、鎢、釩等碳化物形成元素的合金鋼，在500～600℃回火時，會從馬氏體中析出特殊碳化物，如Cr7C3、Mo2C、W2C、VC等。這類碳化物硬度高、數量多、顆粒小、分布均勻，使鋼在回火后硬度有所提高，此現(xiàn)象稱為二次硬化。二次硬化實質上是一種彌散強化。（3）產生第二類回火脆性含有某些合金元素（鉻、錳、鎳等）的合金鋼在450～650℃回火時出現(xiàn)回火脆性，稱為第二類回火脆性。這類回火脆性通常在脆化溫度范圍內回火且緩冷時才會出現(xiàn)，在回火時，可采用避開脆化溫度范圍、縮短加熱時間和快速冷卻等方法消除。

一

合金鋼的分類1．按主要質量等級分類（1）優(yōu)質合金鋼優(yōu)質合金鋼是指在生產過程中需要特別控制質量和性能，但其生產控制和質量要求不如特殊質量合金鋼嚴格的合金鋼。任務二認識合金鋼的分類及牌號（2）特殊質量合金鋼特殊質量合金鋼是指在生產過程中需要特別嚴格控制質量和性能的合金鋼。除優(yōu)質合金鋼以外的所有其他合金鋼都稱為特殊質量合金鋼。2．按主要性能和使用特性分類合金鋼分為工程結構用合金鋼、機械結構用合金鋼、滾動軸承鋼、合金工具鋼和高速工具鋼、不銹、耐蝕和耐熱鋼、特殊性能鋼等。3.按用途分類合金鋼可分為合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。4.按所含合金元素總的質量分數分類低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。二、合金鋼的牌號我國現(xiàn)行的合金鋼的牌號一般采用漢語拼音字母、國際化學元素符號及阿拉伯數字結合起來表示。合金鋼的統(tǒng)一數字代號由大寫的拉丁字母（I和O除外），后接5位阿拉伯數字組成。大寫的拉丁字母表示不同鋼鐵及合金的種類；第一位阿拉伯數字代表各類型鋼鐵及合金的細分類；第二、三、四、五位阿拉伯數字代表不同分類內的編組和同一編組內的不同牌號的區(qū)別順序號。1.低合金鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法低合金高強度結構鋼的牌號是采用屈服點的“屈”字的漢語拼音字母“Q”、屈服點的數值和質量等級符號（A、B、C、D、E）組成。如Q345B表示的是屈服點為345MPa的B級低合金高強度結構鋼。（2）統(tǒng)一數字代號體系低合金高強度結構鋼的統(tǒng)一代號是用大寫字母“L”加五位數字組成。第一位數字為0～9，“0”表示低合金一般結構鋼，“1和2”表示低合金專用結構鋼；第二、三、四位數字屈服點的數值；第五位數字為1～5，表示質量等級（A、B、C、D、E）的順序號。如：L03451表示的是屈服點為345MPa的A級低合金高強度結構鋼，即Q345A。

根據用途的不同，合金結構鋼可分為工程結構

鋼與機械結構鋼。

工程結構鋼又稱為低合金結構鋼，按性能及使用特性又可分為低合金高強度結構鋼、易切削結構鋼及低合金耐候鋼等。

一、低合金結構鋼

1、低合金結構鋼的分類

（1）按主要性能和適用特性分類

低合金高強度結構鋼、低合金耐候鋼、鐵道用低合金鋼、低合金鋼筋鋼、易切削鋼。

任務三認識合金結構鋼（2）按主要質量等級分類

①普通質量等級低合金結構鋼（S、P質量分數低于0.045%）：包括一般用途低合金結構鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用一般低合金鋼等。

②優(yōu)質低合金結構鋼（S、P質量分數低于0.035%）：可焊接的低合金高強度結構鋼、鍋爐的壓力容器用低合金鋼、造船用低合金鋼。③特殊質量低合金結構鋼（S、P質量分數低于0.025%）：低溫用低合金結構鋼、鐵道用特殊低合金鋼。

（2）統(tǒng)一數字代號體系合金結構鋼的統(tǒng)一數字代號是用大寫英文字母“A”加五位數字組成。第一位數字為0～9，表示系列分類：“0”表示錳（錳鉬）系鋼；“1”表示硅錳（硅錳鉬）系鋼；“4”表示鉻鎳系鋼；第二位數字表示同一系列中的不同編組；第三、四位數字表示平均碳的質量分數的萬分數；第五位數字表示質量等級和專門用途。如20CrMnTi的統(tǒng)一數字代號為A26202。3.滾動軸承鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法滾動軸承鋼的牌號以“G”為首（“G”即“滾”的漢語拼音字首），其后為合金元素符號“Cr”加數字，Cr后數字表示平均鉻的質量分數（用千分數表示），若再含其他元素時，表示方法與合金結構鋼相同。如GCr15表示平均鉻質量分數為1.5%的滾動軸承鋼。（2）統(tǒng)一數字代號體系滾動軸承鋼的統(tǒng)一數字代號是用大寫英文字母“B”加五位數字組成。第一位數字為0～9，表示軸承鋼的編組：“0”表示高碳高鉻軸承鋼，“1”表示滲碳軸承鋼；第二位數字表示同一編組中的不同編號；第三、四位數字表示合金元素的質量分數；第五位數字為區(qū)別不同牌號的順序號。如高碳高鉻軸承鋼GCr15的統(tǒng)一數字代號為B00150。（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法

合金工具鋼的牌號與合金結構鋼基本相同，只是用一位阿拉伯數字表示平均碳的質量分數（用千分數表示），若鋼中平均碳的質量分數超過1%時，則不標出數字。如5CrNiMo表示的是平均碳的質量分數為0.5%、且含有小于1.5%的元素鉻、鎳、鉬的合金工具鋼。Cr12表示的是碳的質量分數大于1%、含有12%的合金元素鉻的合金工具鋼，

任務四認識合金工具鋼（2）統(tǒng)一數字代號體系合金工具鋼的統(tǒng)一數字代號是用大寫英文字母“T”加五位數字組成。第一位數字為2～4，表示合金工具鋼的編組：“2”表示冷作、熱作模具鋼和合金塑料模具鋼等，“3”表示量具刃具鋼；第二位數字表示分類編組號；第三、四、五位數字表示合金元素質量分數和順序號。5.高速工具鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法高速工具鋼牌號表示方法與合金工具鋼相似，其主要區(qū)別是不論碳的質量分數多少，均不用數字標出。例如，W18Cr4V表示是含有元素鎢的質量分數為18%、鉻的質量分數為4%、釩的質量分數小于1.5%的高速工具鋼，其Wc=0.7%～0.8%不標出。若兩種鋼的其他成分相同、只有碳的質量分數不同時，在碳的質量分數高的鋼號前加字母“C”。（2）統(tǒng)一數字代號體系高速工具鋼的統(tǒng)一數字代號與合金工具鋼相同。只是第一位數字為5～7，表示高速工具鋼的編組：“5”表示鎢系高速工具鋼，“6”表示鎢鉬系高速工具鋼，“7”表示含鈷的高速工具鋼；第二、三、四、五位數字表示按合金元素（鎢、鉬、鉻等）的順序，以其質量分數由高到低排列。如W18Cr4V的統(tǒng)一數字代號為T51841，W6Mo5Cr4V2的統(tǒng)一數字代號為T66542。

6.不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法不銹鋼和耐熱鋼牌號表示方法和合金工具鋼相似，只是碳的質量分數低于0.03%或0.08%時，在牌號首位分別冠以“00”與“0”。例如，4Cr13表示平均碳的質量分數為0.4%、鉻的質量分數為13%的不銹鋼；0Cr19Ni9表示平均碳的質量分數低于0.08%、鉻的質量分數為19%、鎳的質量分數為9%的不銹鋼。（2）統(tǒng)一數字代號體系不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼的統(tǒng)一數字代號是用大寫英文字母“S”加五位數字組成。第一位數字為0～9，表示不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼的編組：“1”表示鐵素體型鋼，“2”表示奧氏體—鐵素體型鋼，“3”表示奧氏體型鋼，“4”表示馬氏體型鋼；第二、三位數字表示不同的鋼組；第四位數字表示含有輔加元素；第五位數字表示低碳或超低碳。如1Cr18Ni9的統(tǒng)一數字代號為S30210。7.高錳耐磨鋼的牌號表示方法高錳耐磨鋼的牌號以“ZG”為首（“ZG”即“鑄鋼”的漢語拼音為首），其后為合金元素符號“Mn”加數字，數字表示平均錳的質量分數（用百分數表示）。例如，ZGMn13-1表示平均錳的質量分數為13%，序號為1的高錳耐磨鋼。一

低合金結構鋼低合金結構鋼是指鋼中合金元素的總質量分數不超過5%的合金結構鋼，常用的有低合金高強度結構鋼、易切削鋼和低合金耐候鋼等。

任務三認識合金結構鋼第6章合金鋼1．低合金結構鋼的分類（1）按主要質量等級分類①普通質量低合金結構鋼（硫、磷質量分數均低于0.045%）②優(yōu)質低合金結構鋼（硫、磷質量分數均低于0.035%）③特殊質量低合金結構鋼（硫、磷質量分數均低于0.025%）（2）按主要性能和使用特性分類分為可焊接的低合金高強度結構鋼、低合金耐候鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、低合金鋼筋鋼、易切削鋼和其他低合金鋼等。2.常用低合金結構鋼（1）低合金高強度結構鋼①化學成分和性能特點低合金高強度結構鋼是在碳素結構鋼的基礎上加少量合金元素而制成的鋼，由于其硫、磷元素的質量分數較高，所以屬于普通質量鋼。鋼中碳的質量分數低于0.20%，碳的質量分數低是為了獲得好的塑性、焊接性和冷變形能力。常加入的合金元素有錳、硅、鈦、鈮、釩等，其總的質量分數低于3%。合金元素鈦、鈮、釩等在鋼中能形成極細小的碳化物，起到細化晶粒和彌散強化作用，從而提高了鋼的強度和韌性；合金元素硅和錳主要溶于鐵素體中，起固溶強化作用。②熱處理特點低合金高強度結構鋼一般在熱軋后經退火或正火狀態(tài)下使用，其組織為鐵素體和珠光體，在使用時一般不需要進行熱處理。③常用低合金高強度結構鋼的牌號及用途常用的低合金高強度結構鋼的牌號、化學成分及力學性能見表6-1和表6-2。（2）易切削鋼①化學成分和性能特點易切削鋼是易切削結構鋼的簡稱，它是指錳、硫、磷等元素的質量分數較高或含有微量的鉛、鈣的低碳或中碳結構鋼，因其切屑容易脆斷而得名。磷固溶于鐵素體中，使鐵素體強度提高，塑性降低，也可改善切削加工性。硫在鋼中以MnS夾雜物的形式存在，它割裂了鋼基本的連續(xù)性，使切屑容易脆斷，便于排屑，降低切削抗力。但硫、磷質量分數不能過高，以防產生“熱脆”和“冷脆”。②熱處理特點由于易切削鋼中含有較多的有害元素硫、磷等元素，故其鍛造性能和焊接性能均較差，但可采用調質、表面淬火或滲碳、淬火等熱處理工藝來提高其力學性能。③常用易切削鋼的牌號及用途易切削結構鋼主要用于成批、大量生產時，制作對力學性能要求不高的緊固件和小零件。常用的易切削鋼見表6-3。（3）低合金耐候性鋼①化學成分和性能特點低合金耐候性鋼即耐大氣腐蝕鋼。它是在低碳鋼的基礎上加入少量合金元素，例如銅、磷、鉻、鎳、鉬、鈦、鈮、釩等，使其在鋼的表面形成一層致密的保護膜，提高了耐候性能，與非合金鋼相比，具有良好的抗大氣腐蝕能力。②常用低合金耐候鋼的牌號及用途常用低合金高耐候鋼焊接結構用耐候鋼和低合金高耐候性結構鋼兩大類。低合金高耐候鋼常用的牌號有09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B和09CuP等。主要用于鐵道車輛、農業(yè)機械、起重運輸機械、建筑和塔架等方面。二

合金滲碳鋼合金滲碳鋼是指經滲碳后使用的鋼。1.化學成分和性能特點合金滲碳鋼碳的質量分數低（一般為0.10%～0.25%），目的是為了保證鋼在滲碳，淬火后，心部獲得低碳馬氏體，使心部具有足夠的塑性和韌性；加入少量鈦，釩，鎢等碳化物形成元素，以阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒，提高力學性能；加入鉻、錳、硅、鎳等元素是以提高鋼的淬透性。2.熱處理特點由于合金滲碳鋼碳的質量分數低，硬度低，為了改善其毛坯的切削加工性能，應選擇正火作為預備熱處理，最終熱處理為滲碳、淬火+低溫回火。滲碳后工件表面碳的質量分數為0.85%～1.0%，淬火+低溫回火后組織為回火馬氏體、合金碳化物和少量殘余奧氏體，硬度可達60～62HRC。心部如淬透，回火后的組織為低碳回火馬氏體，硬度為40～48HRC；若未淬透，則為托氏體、少量低碳回火馬氏體及鐵素體的復相組織，硬度為25～40HRC，韌性大于48J。3.常用合金滲碳鋼的牌號及用途按淬透性高低，合金滲碳鋼分為以下三類：（1）低淬透性合金滲碳鋼常用牌號有20Cr、20MnV鋼等。（2）中淬透性合金滲碳鋼常用牌號有20CrMnTi、20CrMnMo鋼等。（3）高淬透性合金滲碳鋼常用牌號有20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA鋼等。三

合金調質鋼合金調質鋼是指經調質后使用的合金結構鋼，故又稱調質處理合金結構鋼。

1.化學成分和性能特點合金調質鋼的碳的質量分數為0.25%～0.50%，屬于中碳鋼。若碳的質量分數過低，使鋼不易淬硬，導致回火后硬度偏低；若碳的質量分數過高，則會導致鋼的韌性變差。鋼中加入的合金元素有錳、硅、鉻、鎳、硼、釩、鉬、鎢等，主要目的是為了提高淬透性，全部淬透的零件在高溫回火后，可獲得均勻的綜合力學性能。2.熱處理特點合金調質鋼一般采用正火或退火作為預備熱處理，其目的是為了改善合金調質鋼的切削加工性能和鍛造后的組織，以及消除殘余應力。最終熱處理一般采用淬火+高溫回火（即調質處理），以獲得回火索氏體組織，從而具有良好的綜合力學性能。3.常用合金調質鋼的牌號和用途①低淬透性合金調質鋼常用的牌號為40Cr鋼。②中淬透性合金調質鋼常用牌號為35CrMo、40CrMn、38CrMoAlA鋼。③高淬透性合金調質鋼常用的牌號有25Cr2Ni4WA、40CrMnMo、40CrNiMoA鋼等。四

合金彈簧鋼合金彈簧鋼是指主要用于制作各種機械和儀表中的彈簧的鋼。1.化學成分和性能特點合金彈簧鋼的碳的質量分數為0.5%～0.7%，硫和磷的質量分數低于0.03%～0.035%。加入錳、硅、鉻可以提高淬透性、耐回火性和強化鐵素體，使鋼有高的彈性和屈強比。加入少量鉻、鉬和釩等可防止脫碳，并細化晶粒和進一步提高彈性極限、屈強比，還有利于提高彈簧的高溫強度。2.熱處理特點（1）冷成型彈簧①索氏體化處理鋼絲鋼絲在冷拔前進行鉛浴索氏體化處理（即在500～550℃熔融鉛浴中進行的等溫處理），獲得索氏體組織，然后經多次拉拔到所需直徑。鋼絲具有很高的強度和足夠的韌性，經冷成型制成彈簧后，只進行去應力退火，以消除冷拔和冷成型產生的殘余應力，使彈簧定型。②油淬回火鋼絲鋼絲在冷拔后，要進行油淬+中溫回火處理。將其冷成型制成彈簧后，在200℃～300℃進行低溫回火處理以消除內應力，此后不再淬火回火處理。③退火狀態(tài)供應的彈簧鋼絲鋼絲經冷成型制成彈簧后必須進行淬火+中溫回火以獲得所要求的性能。（2）熱成型彈簧

當彈簧鋼絲直徑或板彈簧厚度大于10mm時，一般采用熱成型法，即將彈簧鋼加熱到比正常淬火溫度高50～80℃進行熱卷成型，然后利用余熱直接淬火、中溫回火，獲得回火托氏體，硬度為40～48HRC。具有較高的屈服點和彈性極限，以及一定的塑性和韌性。3.常用合金彈簧鋼的牌號和用途60Si2Mn鋼的應用最廣，它的淬透性高，并且具有較高的彈性極限，屈服點和疲勞強度，價格便宜，主要用來制造截面尺寸較大的彈簧。50CrVA鋼的力學性能與60Si2Mn鋼相近，但是淬透性更高，鉻溶于鐵素中使鋼的彈性極限提高，釩可細化晶粒，降低鋼的過熱傾向，提高鋼的屈服點、疲勞強度、韌性和回火穩(wěn)定性，主要用于制造承受重載荷以及工作溫度較高的大截面尺寸的彈簧。五

滾動軸承鋼滾動軸承鋼是指主要用于制作滾動軸承的滾動體和內、外套圈的專用鋼。1.化學成分和性能特點常用滾動軸承鋼的碳的質量分數為0.95%～1.15%，鉻質量分數為0.40%～1.65%，屬于高碳鋼。高的碳的質量分數是為了保證鋼具有高硬度和高耐磨性；加入的鉻元素可以提高鋼的淬透性和形成細小的、彌散分布的合金滲碳體，提高鋼的強度、硬度和接觸疲勞強度，鉻還能提高耐蝕性。2.熱處理特點滾動軸承鋼一般采用球化退火作為預備熱處理，主要目的是降低鋼的硬度，改善切削加工性能，為最終熱處理做好組織準備。球化退火后的組織為鐵素體和均勻分布的細小粒狀碳化物。最終熱處理采用淬火+低溫回火，得到極細小的回火馬氏體、均勻分布的細小粒狀碳化物和少量殘余奧氏體組織，硬度為62～65HRC。3.常用滾動軸承鋼的牌號及用途滾動軸承鋼中應用最廣的是GCr15軸承鋼，主要用于制造中、小型軸承，還可制造冷沖模、精密量具、機床絲杠、噴油嘴等。制造大型和特大型軸承常用GCr15SiMn鋼。根據我國資源條件，已研制出不含鉻的軸承鋼，如用GSiMnV鋼、GSiMn-MoV鋼代替GCr15鋼。合金工具鋼是指用于制造各種工具的鋼，按用途可分為量具用鋼、刃具用鋼和模具用鋼等。

任務四認識合金工具鋼1.低合金刃具鋼（1）化學成分和性能特點低合金刃具鋼的碳的質量分數為0.8%～1.50%，并含有鎢、釩、鉻、錳、硅等合金元素，其總的質量分數低于5%。碳的質量分數高是為了保證高的硬度和耐磨性。加入鎢、釩等碳化物形成元素，可提高熱硬性和耐磨性；加入合金元素鉻、錳、硅等以提高淬透性，回火穩(wěn)定性和改善熱硬性。一、合金刃具鋼（2）熱處理特點低合金刃具鋼鍛造后進行球化退火，以改善切削加工性能。最終熱處理為淬火+低溫回火，組織為回火馬氏體、合金碳化物和少量殘余奧氏體，硬度60～65HRC。（3）常用低合金刃具鋼的牌號和用途常用低合金刃具鋼的牌號有CrWMn和9SiCr等。主要用來制造銼刀、刮刀、絲錐等低速切削刀具。

量具鋼是指用來制造各種測量工具的鋼，稱為量具鋼，例如游標卡尺、塞規(guī)、樣板和千分尺等。（1）化學成分和性能特點

量具表面的碳的質量分數較高，一般為0.9～1.2%，以保證表面的高硬度和高的耐磨性；含有鉻、鎢、錳、硅等合金元素，以提高淬透性和尺寸穩(wěn)定性。二、合金量具鋼（2）熱處理特點量具鋼一般采用球化退火作為預備熱處理，采用淬火+低溫回火作為最終熱處理，其組織一般為回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體。對于一些精度要求高的量具（如塊規(guī)等），為了保證量具精度，提高形狀和尺寸穩(wěn)定性，常在淬火后立即進行一次-80℃左右的冷處理，以使殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，然后進行低溫回火，再經磨削加工，最后進行穩(wěn)定化處理，使量具的殘余應力達到最小。

③常用的牌號和用途精度較低、尺寸較小、形狀簡單的量具（如樣板、塞規(guī)等）可用10、15鋼制造，經滲碳、淬火+低溫回火后使用；也可用50、60、65Mn等鋼制造，經高頻表面淬火后使用，或用T10A鋼、T12A鋼制造，經球化退火、淬火+低溫回火后使用。高精度、形狀復雜的量具（如塊規(guī)等），常用CrWMn、9SiCr、GCr15等鋼制造，經淬火+低溫回火后使用；對于有耐蝕性要求的量具，可以用不銹鋼制造。

合金模具鋼按使用條件不同分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼等。（1）冷作模具鋼

冷作模具鋼是指用于制造在冷態(tài)下變形或分離的模具的鋼，如冷擠壓模、冷鐓模、拉絲模、落料模等。

三、合金模具鋼①化學成分和性能特點冷作模具鋼的碳的質量分數為0.85%～2.3%，常加入大量的合金元素鉻（11%～13%）、鉬、鎢、釩等，屬于高碳高合金鋼。碳的質量分數高是為了獲得高的硬度和耐磨性；加入合金元素是為了提高淬透性和回火穩(wěn)定性，并在熱處理后形成大量的特殊碳化物以進一步提高鋼的硬度和耐磨性。此外，元素鉬、釩還可以細化晶粒，改善鋼的韌性。

②熱處理特點由于冷作模具鋼中含有大量的合金元素，使其鑄態(tài)組織中出現(xiàn)了大量的網狀的共晶碳化物，導致鋼的強度下降。所以在制造模具時，應先進行鍛造將粗大的共晶碳化物打碎，使其均勻分布，待其緩冷后，再進行等溫球化退火。常用的最終熱處理一般為淬火+低溫回火，回火后的組織為回火馬氏體、碳化物和殘余奧氏體，硬度可達60～64HRC。

應用最多的冷作模具鋼是Cr12和Cr12MoV，它們的最終熱處理可以采用以下兩種方法：即一次硬化法和二次硬化法。一次硬化法是將Cr12鋼加熱到950～980℃（Cr12MoV為1000～1050℃）淬火，再低溫回火，其硬度可達61～63HRC；二次硬化法是將Cr12鋼加熱到1080～1100℃（Cr12MoV為1100～1120℃）淬火，再在510～520℃進行多次回火，其硬度可達60～62HRC，并可獲得較高的紅硬性。③常用的牌號和用途Cr12鋼是典型的冷作模具鋼，適于制作尺寸較大的高耐磨性模具。小型模具可用碳素工具鋼（T10A、T12）和低合金工具鋼（CrWMn、9SiC）制造。目前應用較廣的是Cr12MoV鋼，這種鋼熱處理變形小，強度、韌性都比Cr12鋼好，但耐磨性略低于Cr12鋼，主要用于制造截面較大、形狀復雜的冷作模具。

（2）熱作模具鋼用來制造熾熱態(tài)（指熱態(tài)下固體或液體）的金屬或合金在壓力下成型的模具（如熱鍛模、壓鑄模等）所用的鋼稱為熱作模具鋼。①化學成分和性能特點熱作模具鋼的碳的質量分數為0.3%～0.6%,并含有一定量的鉻、鎳、錳、鉻、鎢、硅等元素。采用中碳是為了保證良好的強度、硬度和韌性。加入鉻、鎢、硅等，可提高耐熱疲勞性，加入合金元素鉻、鎳、錳等，可提高淬透性和強度。加入鉬可提高回火穩(wěn)定性和防止第二類回火脆性。

③常用的牌號和用途常用熱作模具鋼的牌號有5CrNiMo鋼和5CrMnMo鋼等。他們具有較高的強度、韌性和耐磨性，良好的耐熱疲勞性和優(yōu)良的淬透性，常用來制造大、中型熱鍛模。

（3）塑料模具鋼①對塑料模具鋼的性能要求在200℃應具有較高的硬度、強度和足夠的塑性、韌性；鋼料純凈、夾雜物少、偏析小、模具表面粗糙度低；表面耐磨抗蝕，并要求有一定的表面硬化層，表面硬度一般在HRC45以上；熱處理變形小，以保證互換性和配合精度。

③常用的牌號和用途適于冷擠壓成形的塑料模具用鋼是10、15、20、20Cr鋼，經滲碳→淬火→回火→鍍鉻處理；對于中小型、且形狀簡單的模具，可用T7A、T10A、9Mn2V、CrWMn、Cr2鋼等，經淬火+回火處理；對于大型塑料模具可采用4Cr5MoSiV或PDAHT-1鋼；對于要求高耐磨性的模具，也可采用Cr12MoV鋼，經淬火+回火，再鍍鉻處理后使用；

特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學性能的鋼。常用的有不銹鋼、耐熱鋼和高錳耐磨鋼等。一

不銹鋼1.金屬的腐蝕與防護（1）金屬的腐蝕金屬的腐蝕是指金屬表面與外部介質作用而逐漸破壞的現(xiàn)象。根據腐蝕的原理不同，腐蝕可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。任務五認識特殊性能鋼化學腐蝕是指金屬在非電解質中，直接與介質發(fā)生化學反應而被腐蝕；電化學腐蝕是指金屬在電解質溶液中，形成微電池產生電化學反應而引起的腐蝕。電化學腐蝕的原理是：當兩種電極電位不同的金屬（或同一金屬內部的不同組成部分之間）在電解質溶液中相互接觸時，就會形成微電池，電極電位高的為陰極不被腐蝕，電極電位低的為陽極而被腐蝕，造成陽極金屬的損耗。

（2）金屬腐蝕的防護為了避免金屬的腐蝕，常采取以下措施：①表面覆蓋②電化學保護③加入合金元素

2.不銹鋼按組織不同分為馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼等；按化學成分不同可分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳不銹鋼等。

（1）馬氏體型不銹鋼①化學成分和性能特點馬氏體型不銹鋼的碳的質量分數為0.10%～0.40%，鋼中碳的質量分數過高，鋼的耐腐蝕性下降，但過低又會導致鋼的其強度、硬度和耐磨性降低；鉻的質量分數為12%～18%，由于含有較多的鉻，可以在金屬的表面形成一層致密的氧化膜以阻止鋼的進一步氧化，提高鋼的耐腐蝕能力。

②熱處理特點一般在鍛造后退火以改善其切削加工性。這類鋼經淬火后可得到馬氏體組織，故稱馬氏體型不銹鋼。經淬火+低溫回火，可得到回火馬氏體組織，還可高溫回火，組織為回火索氏體。

③常用的牌號和用途

常用的有1Cr13鋼、2Cr13鋼、3Cr13鋼、7Cr17鋼等。主要用于要求較高力學性能，并有一定耐蝕性的零件，如噴嘴、汽輪機葉片、閥門、閥座、醫(yī)療器械等。3Cr13鋼、7Cr17鋼主要用于醫(yī)用的手術工具、量具及軸承等。

（2）奧氏體型不銹鋼

①化學成分和性能特點

奧氏體不銹鋼中碳的質量分數很低（wC≤0.08%以保證高的耐蝕性），鉻的質量分數為18%，含鎳量為8%～11%，屬于低碳高合金鋼。合金元素鎳可使鋼在室溫下呈單一奧氏體組織。鉻、鎳使鋼具有良好的耐蝕性、耐熱性以及較高的塑性和韌性。

②熱處理特點

奧氏體型不銹鋼常用的熱處理是固溶處理，就是即將鋼加熱到1050～1150℃，使碳化物全部溶于奧氏體中，然后水淬快速冷卻至室溫，得到單相奧氏體組織。經固溶處理后具有高的耐蝕性，好的塑性和韌性，但強度低。為消除冷加工或焊接后產生的殘余應力，防止應力腐蝕，應進行去應力退火。

③常用的牌號和用途

常用的是1Cr18Ni9鋼、1Cr18Ni9Ti鋼等。

主要用于制作在腐蝕性介質中工作的零件，如管道、容器、醫(yī)療器械等。

（3）鐵素體不銹鋼①化學成分和性能特點鐵素體不銹鋼的碳的質量分數小于0.12%，鉻的質量分數為16%～18%。加熱時沒有組織轉變，為單相的鐵素體組織，所以不能用熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用。這類鋼的耐蝕性、塑性、焊接性均優(yōu)于馬氏體不銹鋼，但強度低。②常用的牌號和用途

常用的有1Cr17鋼等。主要制作化工設備，如容器，管道等。二

耐熱鋼耐熱鋼是指在高溫下具有高的高溫抗氧化性和高溫強度的合金鋼。高溫抗氧化性主要是指鋼在高溫下對氧化作用的穩(wěn)定性。高溫強度是指鋼在高溫下對外力的抵抗能力，即熱強性。1.馬氏體型耐熱鋼馬氏體型耐熱鋼中含有較多的鉻，故抗高溫氧化性和熱強性均好。常用牌號有1Cr13鋼，1Cr11MoV鋼。多用于制造在650℃以下工作的、要求較高的蠕變強度和耐蝕性、承受較大載荷的零件，如汽輪機葉片等。2.奧氏體型耐熱鋼奧氏體型耐熱鋼一般在650℃～700℃范圍內使用。常用牌號有4Cr14Ni14W2Mo鋼、3Cr18Mn12Si2N鋼。這類鋼既有良好的熱強性、組織穩(wěn)定性和抗氧化性，又具有良好的耐熱性、焊接性和冷成型性，常用于制作工作溫度≥650℃的內燃機排氣閥等。

3.鐵素體型耐熱鋼鐵素體型耐熱鋼主要含有合金元素鉻。常用的牌號有1Cr17鋼等。經過退火后可制作在900℃以下工作的耐氧化的零件，如散熱器等。4.珠光體型耐熱鋼

珠光體型耐熱鋼的使用溫度一般在500℃以下。常用的牌號有15CrMo和12CrMoV鋼。主要用于制作汽輪機葉輪、鍋爐受熱管等。

三

耐磨鋼高錳耐磨鋼是指在巨大的壓力和強烈的沖擊力作用下才能發(fā)生硬化的鋼。1.化學成分和性能特點這類鋼的碳的質量分數為0.9%～1.50%，以提高其耐磨性，錳的質量分數為11%～14%，以保證鋼經過熱處理后得到單相奧氏體組織。由于高錳耐磨鋼極易冷變形強化，很難進行切削加工，因此大多數高錳耐磨鋼件采用鑄造成型。2.熱處理特點

高錳耐磨鋼常用的熱處理是水韌處理。就是將鋼加熱到1050～1100℃,使碳化物全部溶于奧氏體中,然后在水中快速冷卻，得到均勻的單相奧氏體的過程。經過水韌處理后的高錳耐磨鋼強度、硬度(180～230HBS)不高，但塑性和韌性好。工作時，若受到強烈沖擊和巨大壓力或摩擦，此時表面因塑性變形而產生的明顯的冷變形強化，同時還會發(fā)生奧氏體向馬氏體轉變，使表面硬度（可達52～56HRC）和耐磨性大大提高，而心部仍保持奧氏體的良好韌性和塑性，有較高的耐沖擊能力。3.常用的牌號和用途高錳耐磨鋼主要用于制造受強烈沖擊和巨大壓力，并要求耐磨的零件，如坦克及拖拉機的履帶板、鐵道道叉、破碎機顎板、保險箱板、防彈板等。

項目七鑄鐵的認知

任務一認識鑄鐵的分類任務二認識鑄鐵的石墨化及影響因素任務三認識灰鑄鐵任務四認識可鍛鑄鐵任務五認識球墨鑄鐵任務六認識蠕墨鑄鐵任務七認識合金鑄鐵鑄鐵是碳的質量分數大于2.11％的鐵碳合金。與碳鋼相比，其化學成分中除了碳和硅的含量較高外，錳、硫、磷等雜質元素也較多。

鑄鐵中的碳主要以石墨的形式存在，鑄鐵的組織也可以認為是在鋼的基體上分布著不同形狀、數量、大小和分布的石墨，因此，石墨的形態(tài)將對鑄鐵的力學性能產生重要的影響。（1）灰口鑄鐵：碳主要以石墨的形式存在，其斷口呈灰色，故稱為灰口鑄鐵。是應用最為廣泛的鑄鐵。（2）白口鑄鐵：鑄鐵中的碳主要以滲碳體形式存在，其斷口呈白亮的顏色，故稱為白口鑄鐵。其性能硬而脆，主要用作煉鋼原料。（3）麻口鑄鐵：鑄鐵中的碳以石墨和滲碳體的混合形態(tài)存在，其斷口呈灰白相間的麻點，故稱為麻口鑄鐵。它也有較大的硬脆性，在工業(yè)上也很少應用。任務一認識鑄鐵的分類一、按碳存在的形式分類

（1）灰鑄鐵：鑄鐵中的石墨呈片狀。（2）球墨鑄鐵：鑄鐵中的石墨呈球狀。（3）蠕墨鑄鐵：鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀。（4）可鍛鑄鐵：鑄鐵中的石墨呈團絮狀。二、按石墨的形狀分類（1）普通鑄鐵：即常規(guī)元素鑄鐵，如灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等。（2）特殊性能鑄鐵：又稱合金鑄鐵，是在普通鑄鐵的基礎上加入一定量的合金元素，使其具有一些特殊的性能的鑄鐵，主要有耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵和耐磨鑄鐵等幾類。三、按鑄鐵的性能及用途分類鑄鐵中的碳原子以石墨形態(tài)析出的過程稱為石墨化。石墨的晶格類型為簡單六方晶格。石墨的力學性能極低，硬度僅為3～5HBS，Rm≈20MPa，A≈0。由于石墨的存在，基體的連續(xù)性遭到了破壞，有效承載截面減少，使鑄鐵的強度和塑性降低。石墨的形狀不同，對鑄鐵造成的危害程度也不同。任務二認識鑄鐵的石墨化及影響因素一

鐵碳合金雙重相圖在鐵碳合金中，碳除了少量固溶于鐵素體外，其余的碳，一般是以化合態(tài)的滲碳體和游離態(tài)的石墨兩種形式存在。當液態(tài)的鑄鐵在冷卻時，隨著冷卻條件的不同，可從液態(tài)或奧氏體中直接結晶出滲碳體，也可以直接結晶出石墨。滲碳體是亞穩(wěn)定相，而石墨是穩(wěn)定相。在鐵碳合金的結晶過程中，實際上存在著兩種相圖，即Fe-Fe3C相圖和Fe-G(石墨)相圖。為了便于比較和應用，常把兩個相圖畫在一起，稱為鐵碳合金雙重相圖。二

鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程可分為以下三個階段：第一階段：液相至共晶結晶階段。從液相中直接結晶出一次石墨，通過共晶反應而形成的共晶石墨，以及一次滲碳體或共晶滲碳體高溫分解析出石墨。第二階段：共晶至共析轉變之間階段。在1154～738℃之間，從奧氏體中直接析出二次石墨，以及二次滲碳體分解析出石墨。第三階段：共析轉變階段。在738℃時通過共析反應直接析出共析石墨，以及共析滲碳體退火時分解析出石墨。如果各階段均未石墨化，會得到白口鑄鐵；第一階段和中間階段石墨化部分進行，會得到麻口鑄鐵；第一階段和第二階段完全石墨化，則得到灰口鑄鐵?；铱阼T鐵如果第三階段石墨化充分進行，基體組織為鐵素體；第三階段石墨化部分進行，基體組織為鐵素體-珠光體；第三階段未石墨化，則基體組織為珠光體。三

影響石墨化的因素1.化學成分碳和硅都是強烈促進石墨化元素。鑄鐵中硅的質量分數每增加1%，共晶點碳的質量分數可相應地減少0.3%。為了綜合考慮碳和硅的影響，通常把硅的質量分數折合成相當的碳的質量分數，并把這個碳的總量稱為碳當量wCE，即：

wCE=（wC+wSi/3）

2.冷卻速度冷卻速度越慢，碳原子的擴散也就越充分，有利于石墨化的進行；而冷度越快，碳原子的擴散越困難，阻礙石墨化的進行，容易得到白口組織。在實際生產中，冷卻速度的大小主要和澆注溫度、鑄型材料和鑄件壁厚等因素有關。

灰鑄鐵，又稱灰口鑄鐵，組織中的石墨呈片狀分布。一

灰鑄鐵的組織和性能灰鑄鐵的化學成分一般為：wC=2.7％～3.6％，wSi=1.0％～2.2％，wMn=0.5％～1.2％，wP≤0.3％，wS≤0.15％。任務三認識灰鑄鐵根據石墨化進行的程度和基體組織的不同，灰鑄鐵分為鐵素體灰鑄鐵、鐵素體-珠光體灰鑄鐵和珠光體灰鑄鐵三種。灰鑄鐵的組織可以看作是在鋼的基體上分布著片狀石墨。

由于石墨的強度和塑性極低，在鑄鐵中相當于鋼的基體上分布著的裂紋和空洞，破壞了基體的連續(xù)性，減小了基體的有效承載面積，并且片狀石墨的邊緣附近很容易產生應力集中，因此，灰鑄鐵的抗拉強度很低，塑性及韌性幾乎為零。石墨的存在雖然降低了灰鑄鐵的力學性能，但同時也使灰鑄鐵獲得了一些優(yōu)良的性能，如良好鑄造性能、切削加工性、減震性、減磨性和低的缺口敏感性等。二

灰鑄鐵的孕育處理為了提高灰鑄鐵的力學性能，生產中常采用孕育處理，即在澆注前向鐵水中加入少量的硅鐵合金或硅鈣合金等孕育劑，在鐵水中產生大量的人工晶核，使石墨片細化且分布均勻，同時還可以細化基體組織，增加基體中珠光體的數量，從而提高灰鑄鐵的力學性能。經過孕育處理后的鑄鐵稱為孕育鑄鐵。三

灰鑄鐵的牌號及用途灰鑄鐵的牌號以“HT”和其后的一組數字表示。其中“HT”是“灰鐵”兩字漢語拼音首位字母，后面的數字為最低抗拉強度（MPa）?；诣T鐵的牌號有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350等。四

灰鑄鐵的熱處理1.消除內應力退火一般退火工藝為將鑄件加熱到500～600℃，保溫一定時間后，隨爐冷卻到150～200℃后出爐空冷。2.高溫退火一般高溫退火工藝為將鑄件加熱到850～900℃，保溫2～4h后，隨爐冷卻到350～500℃后出爐空冷。3.表面淬火常用方法有高頻表面淬火、火焰表面淬火、電接觸表面淬火和激光表面淬火等?？慑戣T鐵俗稱馬鐵，是將一定成分的白口鑄鐵經過石墨化退火或氧化脫碳處理，獲得具有團絮狀石墨的鑄鐵。

任務四認識可鍛鑄鐵一

可鍛鑄鐵的生產過程可鍛鑄鐵的生產過程包括兩個步驟：第一步是澆鑄完全白口鑄件。第二步是石墨化退火?？慑戣T鐵的組織是由基體和團絮狀石墨組成的。按退火方法和基體組織的不同，可鍛鑄鐵可分為兩類：（1）黑心可鍛鑄鐵（又稱鐵素體可鍛鑄鐵）和珠光體可鍛鑄鐵；（2）白心可鍛鑄鐵。

二

可鍛鑄鐵的組織和性能可鍛鑄鐵的化學成分一般為：wC=2.2％～2.8％，wSi=1.2％～1.8％，wMn=0.4％～1.2％，wP≤0.1％，wS≤0.2％。可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，減弱了對基體的割裂作用和應力集中，因而具有較高的強度，并有一定的塑性和韌性，力學性能接近同類基體的球墨鑄鐵。鐵素體可鍛鑄鐵韌性較高，具有一定的強度，常用于制造截面較薄、形狀復雜、受沖擊和振動的零件，如汽車、拖拉機的前后橋外殼、減速器殼、管接頭、低壓閥門等。珠光體可鍛鑄鐵韌性較低，但強度和硬度高，具有優(yōu)良的耐磨性，常用于制造要求良好綜合機械性能和較高耐磨性的零件，如曲軸、凸輪軸、連桿、活塞環(huán)等。三

可鍛鑄鐵的牌號及用途可鍛鑄鐵的牌號以三個字母和其后的兩組數字表示。其中前兩個字母“KT”是“可鐵”兩字漢語拼音首位字母，表示可鍛鑄鐵，第三個字母表示可鍛鑄鐵的類別?！癒TH”表示黑心可鍛鑄鐵，“KTZ”表示珠光體可鍛鑄鐵，“KTB”表示白心可鍛鑄鐵。后面的兩組數字分別表示最低抗拉強度（MPa）和最低伸長率（％）?？慑戣T鐵的牌號有KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10、KTH370-12、KTZ450-06、KTZ550-04、KTZ650-02、KTZ700-02等。球墨鑄鐵就是指鐵水經過球化處理使石墨全部或大部分呈球狀的鑄鐵。一

球墨鑄鐵的組織與性能球墨鑄鐵的化學成分一般為：wC=3.6％～4.0％，wSi=2.0％～2.8％，wMn=0.6％～0.8％，wP≤0.3％，wS≤0.15％，wMg=0.03％～0.05％，wRe≤0.05％。其特點是碳、硅含量較高，含錳量較低，對硫、磷限制較嚴，要求鎂和稀土元素有一定的殘留量。任務五認識球墨鑄鐵球墨鑄鐵可以看作是在鋼的基體組織上分布著球狀石墨。根據基體組織的不同，球墨鑄鐵一般分為鐵素體球墨鑄鐵、鐵素體-珠光體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵三種。球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，對基體的割裂作用明顯減小，產生應力集中的作用較小，可以充分發(fā)揮金屬基體性能。球墨鑄鐵的力學性能明顯高于灰鑄鐵，其抗拉強度、疲勞強度、塑性和韌性接近與它相應基體組織的鑄鋼，屈強比（ReL／Rm）高于正火態(tài)45鋼。球墨鑄鐵仍具有灰鑄鐵的一些優(yōu)點，如良好鑄造性能、切削加工性、減震性、減磨性和低的缺口敏感性等。

球化處理是在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑，使石墨呈球狀析出。常用的球化劑有純鎂、稀土合金、稀土鎂合金等，我國目前廣泛使用的是稀土鎂球化劑。經球化處理和孕育處理后，石墨球的球徑小、數量多、圓整度好、分布均勻，從而顯著地改善球墨鑄鐵的力學性能。二

球墨鑄鐵的牌號及用途球墨鑄鐵的牌號以“QT”和其后的兩組數字表示。其中“QT”是“球鐵”兩字漢語拼音首位字母，后面的兩組數字分別表示最低抗拉強度（MPa）和最低伸長率（％）。三

球墨鑄鐵的熱處理1.退火（1）高溫退火將鑄件加熱到900～950℃，保溫一定時間后，隨爐冷卻到600℃左右出爐空冷。（2）低溫退火將鑄件加熱到720～760℃，保溫一定時間后，隨爐冷卻到600℃左右出爐空冷。（3）消除內應力退火將鑄件加熱到500～600℃，保溫一定時間后，隨爐冷卻到200～250℃后出爐空冷。2.正火（1）高溫正火將鑄件加熱到880～950℃，保溫一定時間后，出爐空冷，以獲得珠光體基體的球墨鑄鐵。（2）低溫正火將鑄件加熱到820～860℃，保溫一定時間后，基體組織一部分轉變?yōu)閵W氏體，還有一部分為鐵素體，出爐空冷，獲得的基體組織為珠光體和鐵素體的球墨鑄鐵。3．調質處理將鑄件加熱到860～900℃，保溫后油冷，然后在550～600℃回火2～4h，獲得基體組織為回火索氏體的球墨鑄鐵。鑄件調質處理后，強度、塑性和韌性均較高，綜合力學性能良好。調質處理一般只適用于小尺寸的鑄件，尺寸過大時，心部不易淬透，處理效果不好。

4．等溫淬火

將鑄件加熱到860～900℃，保溫一定時間后，迅速轉移至250～350℃的鹽浴中等溫處理1～1.5h，然后出爐空冷，獲得基體組織為下貝氏體的球墨鑄鐵。等溫淬火可以大幅度地提高鑄件的強度、硬度和沖擊韌性，同時熱處理變形也較小，對于一些要求綜合機械性能較高、外形較復雜、熱處理易變形或開裂的零件尤為合適。蠕墨鑄鐵的石墨形狀介于片狀石墨和球狀石墨之間，類似片狀石墨，但石墨片短而厚，頭部較圓，形似蠕蟲。

蠕墨鑄鐵的化學成分一般為：wC=3.2％～4.1％，wSi=1.7％～3.0％，wMn=0.04％～1.10％，wP≤0.07％，wS≤0.07％。任務六認識蠕墨鑄鐵一、蠕墨鑄鐵的組織與性能蠕墨鑄鐵也可以看作是在鋼的基體組織上分布著蠕蟲狀石墨。根據基體組織的不同，蠕墨鑄鐵通常有鐵素體蠕墨鑄鐵、鐵素體-珠光體蠕墨鑄鐵和珠光體蠕墨鑄鐵三種。

二、蠕墨鑄鐵的生產與灰鑄鐵相比，蠕蟲狀石墨的長厚比減小，尖端變圓，對基體的割裂作用減小，應力集中也減輕。蠕墨鑄鐵的力學性能介于相同基體組織的灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，其抗拉強度、延伸率、彎曲疲勞強度相當于鐵素體球墨鑄鐵，導熱性、抗熱疲勞性、減振性、耐磨性、切削加工性和鑄造性能又接近灰鑄鐵。蠕墨鑄鐵的斷面敏感性較普通灰口鑄鐵小得多，因此其厚大截面上的力學性能仍比較均勻。

蠕墨化處理就是在澆注前向鐵水中加入適量的蠕化劑，促使石墨以蠕蟲狀析出。常用的蠕化劑有鎂鈦合金、稀土鎂鈦合金、稀土鎂鈣合金等。為避免生成白口組織，促進石墨化，還必須加入少量孕育劑進行孕育處理，常用的孕育劑有硅鐵、硅鈣合金等。蠕墨鑄鐵的牌號以“RuT”和其后的一組數字表示。其中“RuT”是“蠕鐵”兩字漢語拼音首位字母，后面的數字表示最低抗拉強度（MPa）。蠕墨鑄鐵的牌號有RuT260、RuT300、RuT340、RuT380、RuT420等。三、蠕墨鑄鐵的牌號及用途在灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的基礎上加入合金元素的方法獲得具有特殊性能的鑄鐵，稱為合金鑄鐵。一

耐磨鑄鐵1.減磨鑄鐵在潤滑條件下工作的零件，失效形式通常為粘著磨損，要求具有小的摩擦系數和保持連續(xù)油膜的能力，如機床導軌、氣缸套和活塞環(huán)等。這種耐磨鑄鐵稱為減摩鑄鐵。任務七認識合金鑄鐵在潤滑條件下工作的零件，一般要求具有在軟的基體上分布著硬的強化相的組織。軟基體磨損后形成溝槽，可以保持油膜，以利潤滑。珠光體灰鑄鐵中的鐵素體為軟基體，滲碳體為硬強化相，基本符合這一要求。同時石墨本身也是良好的潤滑劑，能起一定的儲油和潤滑作用。減摩鑄鐵廣泛用于機床導軌、汽缸套、發(fā)動機的汽缸和活塞環(huán)等零件的制造。在無潤滑條件下工作的零件，失效形式通常為磨粒磨損，要求具有高而均勻的硬度，如犁鏵、軋輥及球磨機零件等。這種鑄鐵稱為耐磨鑄鐵。（1）激冷鑄鐵（2）抗磨白口鑄鐵（3）中錳耐磨鑄鐵二

耐熱鑄鐵鑄鐵的耐熱性主要指它在高溫下抗氧化和抗熱生長的能力。為了提高鑄鐵的耐熱性，可向鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等合金元素。使鑄鐵在高溫下形成一層致密的SiO2、Al2O3、Cr2O3等氧化膜，保護內層不被繼續(xù)氧化；提高鑄鐵的臨界溫度，使基體形成單相鐵素體組織，在高溫下不易產生石墨化過程，因此提高了鑄鐵的耐熱性。（1）中硅耐熱鑄鐵鑄鐵中wSi＞5％，表面可形成一層致密的SiO2氧化膜?；w為單相鐵素體，臨界溫度Ac1提高到900℃以上，在600℃下工作具有良好的耐熱性。（2）高鋁耐熱鑄鐵鑄鐵中wAl=8％，表面形成一層致密的Al2O3氧化膜?；w為單相鐵素體，臨界溫度進一步提高，可在700℃下長期工作。

三

耐蝕鑄鐵鑄鐵的耐蝕性是指在腐蝕性介質中的抗腐蝕能力。在鑄鐵中加入硅、鉻、鋁、鉬、銅等合金元素，可提高基體的電極電位，降低與石墨、滲碳體等相的電位差；使基體成為單相鐵素體，并減少石墨數量；在表面形成一層致密的保護膜，使鑄鐵不被繼續(xù)腐蝕，從而提高鑄鐵的耐蝕能力。高硅耐蝕鑄鐵中wSi=10％～18％，組織為硅合金鐵素體+石墨+Fe3Si2，在硝酸、硫酸等含氧酸中具有良好的抗蝕性。在堿性介質中工作的零件，可加入銅、鎳、鉻等合金元素，以改善其耐蝕性。高鉻耐蝕鑄鐵中wCr=26%～36%，能形成Cr2O3保護膜，具有優(yōu)良的耐蝕性。耐蝕鑄鐵的牌號用“ST”表示，如STSi15R等，耐熱蝕墨鑄鐵的牌號用“STQ”表示，如STQAl5Si5等，主要用來制作管道、閥門、泵及容器等，在化工部門應用廣泛。項目八有色金屬材料及其合金認知任務一認識鋁及鋁合金任務二認識銅及銅合金

任務三認識鎂及鎂合金

任務四認識鈦及鈦合金任務五認識滑動軸承合金任務六認識硬質合金一

工業(yè)純鋁純鋁是銀白色的輕金屬，密度為2.7g/cm3，熔點為660℃，具有面心立方晶格，無同素異晶轉變。1.工業(yè)純鋁的性能特點

工業(yè)純鋁的純度為98.7%～99.8%，并含有少量的鐵和硅等雜質。

純鋁的強度、硬度很低，但塑性很好，通過冷變形強化可提高純鋁的強度，但塑性有所下降。

任務一認識鋁及鋁合金2.工業(yè)純鋁的牌號表示方法

（1）舊牌號工業(yè)純鋁的加工產品的牌號由“L”加數字組成。數字表示順序號，序號數愈大，純度愈低。（2）四位字符體系

用1×××四位字符表示，“1”表示組別：純鋁；第二位為字母，表示原始純鋁的改型情況，如果字母為A，表示為原始純鋁；后二位數字表示鋁的最低含量小數點后的兩位數字（用百分數表示）。如1A97表示的是最低鋁含量為99.97%的原始純鋁。

二

鋁合金1.鋁合金的分類及牌號表示方法

（1）鋁合金的分類

①形變鋁合金

凡成分在D點左邊的合金，加熱時能形成單相固溶組織，合金塑性較高，適于壓力加工，稱為形變鋁合金。成分在F與D點之間的鋁合金：固溶體的成分隨著溫度的變化而變化，可用熱處理來強化；成分在F點左邊的合金：固溶體成分不隨著溫度的變化而變化，故不能用熱處理強化。

②鑄造鋁合金成分在D點右邊的合金，因具有共晶組織，塑性較差，不適于壓力加工，但其熔點低，流動性好，適于鑄造，故稱鑄造鋁合金。（2）鋁合金的牌號表示方法①舊牌號變形鋁合金的牌號是用兩個大寫的漢語拼音字母及數字來表示。第一個字母為”L”表示鋁合金；第二個字母表示合金的組別，（F—防銹鋁合金，Y—硬鋁合金，C—超硬鋁合金、D—鍛鋁合金）；后面的數字表示順序號。如LF2表示2號防銹鋁合金，LY11表示11號硬鋁合金，LC4表示4號超硬鋁合金，LD8表示8號鍛鋁合金。鑄造鋁合金分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四類。鑄造鋁合金的代號用“鑄鋁”漢語拼音字首“ZL”加三位數字表示。第一位數字表示主要合金類別，即“1”表示鋁-硅系，“2”表示鋁-銅系，“3”表示鋁-鎂系，“4”表示鋁-鋅系；第二、三位數字表示合金的順序號。如：ZL102表示2號鑄造鋁硅合金，ZL201表示1號鑄造鋁銅合金。②四位字符體系用數字2～9加大寫英文字母B～Y（C、I、L、N、O、P、Q、Z除外）和兩位數字組成。第一位數字表示鋁合金的組別：“2～8”分別表示Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、Zn、其他元素；大寫英文字母表示原始鋁合金的改型情況（若為A表示原始合金）；最后兩位數字用來標識同一組中不同的鋁合金。如LD5的四位字符體系為2A50，LF21的四位字符體系為3A21等。鋁合金的強化1.鋁合金的固溶熱處理將鋁合金加熱到α單相區(qū)，經保溫形成均勻的單相α固溶體，隨后迅速水冷，使第二相來不及從α固溶體中析出，在室溫下得到過飽和的α固溶體，這種處理方法稱為固溶熱處理。鋁合金經固溶處理后強度和硬度沒有明顯地提高，但塑性和韌性卻得到了改善，并且組織不穩(wěn)定，有分解出強化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。2.鋁合金的時效（1）自然時效將經過固溶處理的鋁合金在室溫下放置一定時間后或低溫加熱時，強度和硬度會明顯提高。這種固溶熱處理后的鋁合金隨時間的延長而發(fā)生硬度和強度升高的現(xiàn)象，稱為時效（即時效強化）。在室溫下進行的時效，稱為自然時效。（2）人工時效在加熱條件下進行的時效，稱為人工時效。時效溫度愈高，時效進行的速度愈快，合金達到其最高強度的時間愈短，但其強度愈低。

變形鋁合金1.防銹鋁合金防銹鋁合金屬于Al-Mn或Al-Mg系合金。常用的有5A05、3A21等。防銹鋁合金屬于不能用熱處理強化的鋁合金，只能用冷變形強化。防銹鋁合金的強度、硬度較低，耐蝕性、塑性和焊接性良好，但切削加工性較差，主要用于制造高耐蝕性的構件、薄板容器、管道及需要彎曲或冷拉伸的零件和制品。2.硬鋁合金硬鋁合金屬于Al-Cu-Mg系合金，可用熱處理（淬火和時效處理）來強化。常用的有2A01、2A11、2A12等，由于密度小，比強度（接近高強度鋼）高，所以稱為硬鋁。

3.超硬鋁合金

超硬鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Zn系合金。常用的有7A03、7A04等。在鋁合金中，超硬鋁合金的時效強化效果最好，其強度、硬度均高于硬鋁，比強度接近超高強度鋼，故稱超硬鋁。超硬鋁主要用作要求重量輕而受力較大的結構件，如飛機大梁、起落架等。4.鍛鋁合金

鍛鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。常用的有2A50、6A02等。其力學性能與硬鋁相近，但熱塑性、耐蝕性較高，適于鍛造，故稱鍛鋁。主要用于比強度要求較高的鍛件。通常采用固溶熱處理和人工時效來提高強度。鑄造鋁合金

1.鋁硅合金鋁-硅系鑄造鋁合金通常稱硅鋁明。這類鋁合金具有良好的鑄造性能，其流動性好，收縮及熱裂傾向小，熔點低，采用鑄造方法生產。最常用的是ZL102，它是典型的鋁硅合金，屬于共晶成分。其鑄造組織是硅溶入鋁中形成的α固溶體和粗大針狀硅晶體組成的共晶體(α+Si)。為提高其力學性能，常采用變質處理。因變質劑使共晶點移向右下方，因而使合金處于亞共晶相區(qū)，硅晶體變?yōu)榧毿☆w粒狀，均勻分布在鋁的基體上，形成了具有良好塑性的初晶α

相，即α

固溶體。2.其他鑄造鋁合金（1）鑄造鋁銅合金鑄造鋁銅合金的耐熱性好，可進行時效硬化，但鑄造性能和耐蝕性差，主要用來制造高溫條件下不受沖擊和要求較高強度的零件。常用代號有ZL201、ZL202等。（2）鑄造鋁鎂合金鑄造鋁鎂合金的強度較高、耐蝕性好、密度小，但鑄造性能差，耐熱性較低，易產生熱裂和疏松。主要用于制造在腐蝕性介質中工作的零件，常用代號有ZL301、ZL302等。（3）鑄造鋁鋅合金鑄造鋁鋅合金的鑄造性能好，經變質處理和時效處理后強度較高，但耐蝕性、耐熱性較差。主要用于制造結構形狀復雜的儀器零件、汽車零件，常用代號有ZL401、ZL402等。一

工業(yè)純銅純銅由于表面極易被氧化形成紫紅色的Cu2O，所以又稱紅銅（或紫銅），密度為8.96g/cm3

，熔點為1083℃，具有面心立方晶格，無同素異晶轉變。工業(yè)用純銅銅的質量分數為99.70%～99.95%，工業(yè)純銅的代號用“T”

加順序號表示，共有四個代號：T1、T2、T3、T4。序號愈大，純度愈低，導電性愈差。任務二認識銅及銅合金二

銅合金1.銅合金的分類按所加的合金元素不同，銅合金可分為：黃銅（銅-鋅合金）、白銅（銅-鎳合金）和青銅（銅-除鋅、鎳以外的其他元素）；按生產方法不同：銅合金可分為鑄造銅合金和壓力加工銅合金。2.銅合金的牌號表示方法（1）壓力加工銅合金的牌號表示方法①黃銅的牌號表示方法普通黃銅的牌號采用“H”

加數字表示。數字表示平均銅的質量分數，如H68表示銅的質量分數為68%，其余為鋅的普通黃銅。特殊黃銅牌號依次有“H”、主加合金元素符號、銅的平均質量分數、主加合金元素平均質量分數組成。如HSn62-1表示平均銅含量為62%、錫含量為1%，其余為鋅含量的錫黃銅。②白銅的牌號表示方法普通白銅的牌號由代號“B”

和數字（鎳的平均質量百分數）組成，如B30表示的是鎳的平均質量分數為30%的白銅。特殊白銅的牌號由“B”、其他化學元素符號（第二主加元素的元素符號）、第一主加元素鎳的平均質量分數和第二主加元素的質量分數組成，如BMn43-0.5表示鎳的平均質量分數為43%、錳的平均質量分數為0.5%的錳白銅。③青銅的牌號表示方法青銅的牌號依次由“Q”、主加元素符號及其平均質量分數和其他元素的平均質量分數組成。如QSn4-3表示平均錫的質量分數為4%、鋅的質量分數為3%，其余為銅的錫青銅；QBe2表示平均鈹的質量分數為2%，其余為銅的鈹青銅。（2）鑄造銅合金的牌號表示方法①鑄造黃銅的牌號表示方法鑄造普通黃銅的牌號由“Z”、銅與合金元素符號及該合金元素平均質量分數組成。如ZCuZn38是常用鑄造普通黃銅，表示平均銅含量為62%，鋅含量為38%的鑄造普通黃銅。鑄造特殊黃銅牌號依次由“Z”

、銅和合金元素符號、合金元素平均質量分數組成。如ZCuZn16Si4表示平均鋅含量為16%、硅含量為4%，其余為銅的鑄造硅黃銅。②鑄造青銅的牌號表示方法牌號由“Z”

、銅與合金元素符號及該合金元素平均質量分數組成。如ZCuSn10Zn2表示平均錫的質量分數為10%、鋅的質量分數為2%，其余為銅的鑄造錫青銅。3.黃銅(1)普通黃銅①普通黃銅的成分、組織和性能普通黃銅是由銅和鋅組成的二元合金。加入鋅可提高合金的硬度、強度和塑性，還可以改善鑄造性能。（2）統(tǒng)一數字代號體系當鋅的質量分數小于32%時，鋅可全部溶入銅中，室溫下形成鋅在銅中的單相α固溶體；當鋅的質量分數達到32%～45%時，普通黃銅室溫組織為α固溶體與硬而脆的β相組成的兩相組織；當鋅含量大于45%時，黃銅組織全部是β相。②常用的黃銅牌號及用途H70、H68，組織為單相α固溶體，強度較高，塑性較好，適用于冷、熱塑性變形加工，主要適于用沖壓方法制造形狀復雜、要求耐蝕性較高的零件，如彈殼、冷凝器等；H62、H59為雙相黃銅（α+β），其強度較高，有一定的耐蝕性，但在室溫下，其塑性和韌性較差，不適于冷變形加工，但在高溫下具有良好的塑性和韌性，可進行熱變形加工，廣泛用于制作熱扎、熱壓的零件。(2)特殊黃銅在普通黃銅中加入硅、錫、鋁、鉛、錳、鐵等合金元素所形成的合金，稱為特殊黃銅。特殊黃銅分為壓力加工和鑄造用兩種。前者加入的合金元素較少。后者因不要求有很高的塑性，為提高強度和鑄造性能，可加入較多的合金元素。

4.白銅白銅是以鎳為主加元素的銅合金，呈銀白色，有金屬光澤，故名白銅。（1）普通白銅普通白銅是由銅和鎳組成的二元合金，鎳的含量一般為25%以上。常用的牌號有B19、B25、B30等。廣泛應用于造船、石油化工、電器、儀表、醫(yī)療器械、裝飾工藝品等領域，并且還是重要的電阻及熱電偶合金。（2）特殊白銅①鐵白銅：常用鐵白銅的牌號有BFe5-1.5-0.5、BFe10-1-1、BFe30-1-1等。②錳白銅：常用錳白銅的牌號有BMn3-12（錳銅）、BMn40-1.5（康銅）、BMn43-0.5（考銅）等。③鋅白銅：常用鋅白銅的牌號有BZn18-18、BZn18-26、BZn15-12-1.8等。④鋁白銅：常用鋁白銅的牌號有Ba113-3、Bal16-1.5等。5.青銅除黃銅和白銅以外的其他銅合金稱為青銅，其中含有元素錫的稱為錫青銅，不含元素錫的稱為無錫青銅（也稱特殊青銅）。按化學成分和工藝特點，又分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。

（1）錫青銅①錫青銅的化學成分錫青銅是以錫為主要添加元素的銅基合金。wSn＜7%時，錫青銅的室溫組織是單相α固溶體；wSn＞7%時，組織中出現(xiàn)硬而脆的δ相；wSn＞10%時，強度上升，但塑性下降，適宜鑄造；wSn＞20%時，合金變得很脆，強度顯著降低。②錫青銅性能特點及用途錫青銅的耐磨性高、無磁性、無冷脆現(xiàn)象，對大氣、水、海水的抗蝕性比純銅、黃銅高，但對酸類和氨水的抗蝕性差。鋅可改善其流動性并可代替部分貴重的錫；鉛可改善錫青銅的切削加工性；磷可增加錫青銅的耐磨性。（2）特殊青銅①鋁青銅鋁青銅是指以鋁為主要添加元素的青銅合金。鋁的質量分數一般為5%～11%。②鈹青銅鈹青銅是以鈹為主要添加元素的青銅合金。鈹的質量分數一般為1.7%～2.5%。一、鎂及鎂合金的性能特鎂的密度是1.74g/cm3，只有鋁的2/3，鈦的2/5，鋼的1/4，它具有密度小，高的比強度和比剛度，良好的阻尼減震性、耐蝕性、切削加工性，電磁屏蔽性好、壓鑄性能好等優(yōu)點，使其在汽車和航空工業(yè)中有了一定的作用。任務三認識鎂及鎂合金1、鎂合金的牌號：如AZ91D：含有鋁約9%，含有鋅約1%的鎂合金。變形鎂合金（MB），鑄造鎂合金（MZ）壓鑄鎂合金（YM）2、鎂合金的