第十二章金属材料

第十二章金属材料第一节钢铁材料一、钢中常存杂质元素对其性能的影响二、合金元素在钢中的主要作用三、钢的分类与牌号四、结构钢五、工具钢一、钢中常存杂质元素对其性能的影响(一)硅和锰的影响(二)硫和磷的影响(三)气体元素的影响二、合金元素在钢中的主要作用(一)合金元素在钢中的存在形式(二)合金元素对铁碳平衡相图的影响(三)合金元素对钢热处理的影响(一)合金元素在钢中的存在形式图12-1合金元素对铁素体的影响a)硬度b)韧性(二)合金元素对铁碳平衡相图的影响(三)合金元素对钢热处理的影响图12-2回火时的二次硬化三、钢的分类与牌号(一)钢的分类(二)钢的牌号表示方法(一)钢的分类图12-3钢分类的关系图(二)钢的牌号表示方法表12-1中国主要钢号表示方法说明(二)钢的牌号表示方法表12-1中国主要钢号表示方法说明四、结构钢(一)碳素结构钢(二)低合金结构钢(三)表面硬化钢(四)调质钢(五)弹簧钢(六)滚动轴承钢(七)超高强度钢(八)其他专用结构钢(一)碳素结构钢表12-2(普通)碳素结构钢的牌号、成分、性能与应用(二)低合金结构钢表12-3优质碳素结构钢的牌号、力学性能和用途表12-􀰊4低合金高强度结构钢的牌号(新、旧标准)与用途举例(三)表面硬化钢表12-5常用主要渗碳钢牌号、热处理、性能与用途(三)表面硬化钢表12-􀰊6主要渗氮钢牌号与成分(四)调质钢表12-7常用调质钢的牌号、热处理、性能和用途(四)调质钢表12-7常用调质钢的牌号、热处理、性能和用途(四)调质钢表12-8非调质钢与45钢力学性能比较表１２-９部分低碳马氏体钢与调质钢力学性能(五)弹簧钢表12-10常用主要弹簧钢的牌号性能特点与用途(六)滚动轴承钢表12-11常用主要轴承钢的牌号、特点及用途(六)滚动轴承钢表12-11常用主要轴承钢的牌号、特点及用途(七)超高强度钢表12-12部分超高强度钢类型与牌号、热处理及力学性能(八)其他专用结构钢表12-13碳素铸钢的牌号、性能与用途五、工具钢(一)刃具钢(一)刃具钢表12-14碳素工具钢的牌号、成分及用途(2)低合金工具钢。表12-15部分常用低合金工具钢的牌号、热处理工艺、性能及用途(3)高速工具钢(高速钢)。表12-16部分常用高速钢的牌号、成分、热处理和主要性能(3)高速工具钢(高速钢)。图12-􀰊4W18Cr4V钢硬度与回火温度的关系(3)高速工具钢(高速钢)。图12-5W18Cr4V钢的热处理工艺示意图4.超硬刀具材料简介为适应高硬度难切削材料的加工，可采用硬度、耐磨性、热硬性更好的刀具材料。(二)模具钢1.冷作模具用钢冷作模具钢是指在常温下使金属材料变形成形的模具用钢。2.热作模具用钢热作模具钢是使热态金属(固态或液态)成形的模具用钢。3.成形模具用钢成形模具包括塑料模、橡胶模、粉末冶金模、陶土模、石棉制品模等，这里只讨论生产中使用最广泛的塑料模具用钢。表12-17常用热作模具钢及类型(三)量具用钢1.工作条件与性能要求量具是度量工件尺寸形状的工具，是计量的基准，如卡尺、块规、塞规及千分尺等。2.常用量具钢量具无专用钢种，根据量具的种类及精度要求，可选不同的钢来制造。3.热处理特点量具用钢的热处理基本上可依照其相应钢种的热处理规范进行。六、特殊性能钢(一)不锈钢(一)不锈钢表12-18常用主要不锈钢的类型、牌号、成分、性能及应用举例(二)耐热钢1.性能要求主要有抗氧化性和热强性。2.成分与组织特点成分合金化和组织稳定性是保证耐热钢上述两个主要性能的关键。3.耐热钢的分类与常用钢号按使用特性不同，耐热钢分为抗氧化钢和热强钢；若按组织不同，耐热钢又可分为铁素体类耐热钢(又称α-Fe基耐热钢，包括珠光体钢、马氏体钢和铁素体钢)和奥氏体类耐热钢(又称γ-Fe基耐热钢)。(二)耐热钢4.耐热合金(高温合金)简介耐热钢在较高载荷下的最高使用温度一般是在800℃以下，而对航空航天工业的某些耐热零构件(如喷气式发动机)却是在800℃以上的高温下长期承受一定的载荷工作，因此，耐热钢已不能满足抗氧化性尤其是热强性要求。(三)低温钢1.性能要求①韧脆转变温度低，低温冲击韧度高；②一定的强度及对所接触介质的耐蚀性；③优良的焊接性能与冷塑性成形性能。2.成分与组织特点①低碳，一般wC＜0.20％；②主要合金元素，Mn、Ni对低温韧性有利，尤其是Ni最明显，V、Ti、Nb、Al等元素可细化晶粒而进一步改善低温韧性；③严格控制损害韧性的P、Si等元素含量；④面心立方结构(如奥氏体钢、铝、铜金属)的低温韧性良好，而体心立方结构(如铁素体)的冷脆现象较明显。(三)低温钢3.低温钢的种类与常用钢号低温钢可按其使用温度等级、组织类型或主要化学成分不同来进行分类，表12-19为根据GB／Ｔ3531—1994和部分国外标准摘录的常用低温钢。(四)耐磨钢1.高锰钢。2.低合金耐磨钢低合金耐磨钢包括某些合金结构钢(主要代表为Si-Mn型结构钢，如40SiMn2、65SiMnRE等)和一些工具钢(如Cr03、Cr06等)。3.石墨钢石墨钢是一种高碳低合金铸钢，兼有铸钢和铸铁的综合性能，其组织是由钢基体＋二次渗碳体＋游离点状石墨(体积分数约占0.2％～0.4％)组成。1.高锰钢。表12-20高锰钢牌号、成分与用途举例2.低合金耐磨钢低合金耐磨钢包括某些合金结构钢(主要代表为Si-Mn型结构钢，如40SiMn2、65SiMnRE等)和一些工具钢(如Cr03、Cr06等)。3.石墨钢石墨钢是一种高碳低合金铸钢，兼有铸钢和铸铁的综合性能，其组织是由钢基体＋二次渗碳体＋游离点状石墨(体积分数约占0.2％～0.4％)组成。七、铸铁(一)铸铁的石墨化(二)灰铸铁(三)球墨铸铁(四)其他铸铁(一)铸铁的石墨化图12-􀰊6石墨的晶体结构(一)铸铁的石墨化图12-7铁碳合金双重相图(一)铸铁的石墨化表12-21铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织(一)铸铁的石墨化表12-22各种铸铁的力学性能(二)灰铸铁表12-23灰铸铁牌号、力学性能和应用举例(摘自GB/T9439—1988)(二)灰铸铁图12-8铸件壁厚和碳含量对铸铁组织的影响(三)球墨铸铁表12-24我国球墨铸铁的牌号、力学性能与应用举例(摘自GB/T1348—1988)(四)其他铸铁表12-25常用可锻铸铁牌号、力学性能与应用举例(摘自GB/T9440—1988)(四)其他铸铁表12-26蠕墨铸铁的牌号、性能特点及应用第二节有色金属材料一、铝及其合金一、铝及其合金(一)工业纯铝(二)铝合金(一)工业纯铝(二)铝合金图12-9铝合金分类示意图(二)铝合金图12-10铝合金时效硬化曲线示意图(二)铝合金表12-27部分常用变形铝合金的牌号、化学成分及力学性能(GB/T3190—1996)二、铜及其合金(一)工业纯铜(二)铜合金(一)工业纯铜(二)铜合金表12-28部分常用黄铜的牌号、力学性能及用途(二)铜合金表12-29部分常用青铜的牌号、力学性能及用途三、其他有色金属及合金简介(一)钛及其合金(二)镁及其合金(三)锌及其合金(一)钛及其合金(二)镁及其合金(三)锌及其合金四、滑动轴承合金(一)锡基和铅基铸造轴承合金(二)铝基铸造轴承合金(三)铜基铸造轴承合金(一)锡基和铅基铸造轴承合金(二)铝基铸造轴承合金(三)铜基铸造轴承合金