1金属材料.

第三章金属材料按化学成分：碳钢合金钢。碳钢含碳量在0.0218%~2.11%的铁碳合金。合金钢在碳钢中有意加入合金元素而得到的钢。第一节工业用钢steels一、钢的分类与编号（一）钢的分类classificationofsteels工程构普通碳素结构钢低合金高强钢件用钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢机器零件用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢耐磨钢特殊性能钢1、按用途分类application2、按化学成分分类composition中碳钢0.25~0.6%C高碳钢0.6%C低碳钢0.25%C低合金钢合金元素总量5%中合金钢合金元素总量5~10%高合金钢合金元素总量10%碳钢合金钢3、按质量分类qualities以磷、硫含量分普通钢、优质钢、高级优质钢。（二）钢的编号labeling1、普通碳素结构钢与低合金高强度钢Q+最低屈服强度+质量等级+脱氧方法。◆质量等级由A到E质量提高。如Q235BF。2、优质碳素结构钢用两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢丝锥锉刀3.碳素工具钢T+数字—含碳量千分之几如T8◆碳素工具钢都是优质钢。◆高级优质钢加A。如T8A4.合金结构钢如60Si2Mn5.合金工具钢如9SiCr.◆含碳量大于1.0%时，不标含碳量。二、结构钢structuralsteels工程构件用钢机器零件用钢◆工程构件用钢：用于钢架、桥梁、锅炉、船舶等工程结构，适合变形、焊接。铜陵长江大桥成分特点及钢种：◆成分：0.3%C。◆性能：可焊性、塑性好。◆热处理：不进行专门热处理，热轧空冷（供货）态下使用。组织：F+P。◆钢种与用途：Q195—Q275共5种。（一）普通碳素结构钢structuralcarbonsteels1、性能要求properties（1）高强度、高韧性。（2）良好的焊接性能和冷成型性能。2、化学成分compositions（1）低碳：≤0.2%C.（2）合金元素：主要是Mn，少量V、Ti、Nb等。（二）低合金高强钢highstrengthlowalloysteels用于重要的桥梁、压力容器、锅炉、船舶等。◆Mn的作用是固溶强化铁素体；增加珠光体含量。◆V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。◆Cu、P可提高耐大气腐蚀性；◆加RE可提高韧性、降低冷脆转变温度。3、热处理heattreatment一般在热轧空冷（供货）态下使用。4、钢种与用途steels/applicationsQ295—Q460共5种◆Q345综合性能好。船舶、桥梁、车辆等大型钢结构◆Q390含V、Ti、Nb，强度高。中等压力的压力容器◆Q460正火组织为贝氏体，强度高,用于石化工业的中温高压容器机器零件用钢（三）渗碳钢carburizingsteels1、性能要求properties⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。⑵良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。2、成分特点composition⑴低碳：0.1—0.25%C⑵合金元素：①提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B②强化铁素体：Cr、Mn、Ni③细化晶粒：W、Mo、Ti、V3、热处理heattreatment◆渗碳→淬火+低温回火◆组织心部：低碳M回+F表层：高碳M回+粒状碳化物+少量A’4、钢种与用途steels/applications（1）低淬透性钢：20、20Cr用于受力小的耐磨件。如活塞销、凸轮轴、齿轮等。（2）中淬透性钢：20CrMnTi用于中等载荷的耐磨件。如变速箱齿轮。（3）高淬透性钢：用于大载荷的耐磨件。如柴油机曲轴（四）调质钢temperingsteels1、性能要求：⑴良好的综合力学性能.⑵良好的淬透性。2、成分特点⑴中碳：0.3—0.5%C⑵合金元素：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni③细化晶粒:Ti、V④防止第二类回火脆性:W、Mo为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化3、热处理heattreatment◆调质件加工工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工◆组织：S回4、钢种与用途steels/applications（1）低淬透性钢45、40Cr用于较小的齿轮、轴、螺栓等。（2）中淬透性钢40CrNi，用于大中型零件。（3）高淬透性钢40CrNiMo,用于制造大截面重载荷零件。（五）弹簧钢springsteels1、性能要求(1)高强度：σe，σ-1(2)足够的韧性(3)高的淬透性2、化学成分特点⑴中高碳碳钢0.6~0.9%C合金钢0.45~0.7%C⑵合金元素作用①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②细化晶粒：V3、热处理特点◆热成型弹簧成型后淬火+中温回火◆组织：T回◆用于＞φ10mm大截面弹簧大型热卷弹簧4、钢种与用途（1）65Mn、60Si2Mn用于较大截面弹簧。（2）50CrV用于大截面、大载荷弹簧。（六）滚动轴承钢bearingsteels轴承套和滚动体专用钢1、性能要求（1）高硬度、耐磨性、接触疲劳强度。（2）足够的韧性、耐蚀性。（3）淬透性2、成分特点⑴高碳：0.95—1.10%C⑵合金元素：以Cr为主，加入Mn、Si。◆Cr、Mn、Si可提高淬透性◆Cr提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。3、热处理特点◆属于过共析钢：●预备热处理：球化退火调整硬度便于机加工、为淬火做组织准备●最终热处理：淬火+冷处理+低温回火冷处理：-60至-80℃减少A’稳定尺寸◆组织：M回+细粒状碳化物+少量A’◆该类钢还常用于制造模具、量具等.4、钢种与用途GCr15大量用于大中型轴承GCr15SiMn用于大型轴承三、工具钢toolsteels用于制造：●刃具●模具●量具1、性能要求：（1）高硬度、高耐磨性（2）高热硬性（3）足够的韧性（一）刃具钢cuttingtoolsteels2.碳素工具钢carbontoolsteels（1）成分特点：高碳＞0.65%碳化物多，耐磨性好（2）热处理●球化退火（预备热处理）+淬火+低温回火●组织：M回+细粒状碳化物+少量A’（3）性能特点碳素工具钢的淬透性、热硬性差只用于尺寸较小、形状简单的低速刃具。（4）钢种与用途●T7—T9承受冲击的工具，如冲子、凿子、锤子等●T10—T11低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等●T12—T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等（1）成分特点：●高碳：0.75~1.5%C●合金元素（总含量≤5%）①提高淬透性:Cr、Mn、Si②提高回火抗力：Si③提高耐磨性、细化晶粒:W、V3.低合金工具钢lowalloytoolsteels（2）热处理特点●球化退火+淬火（油）+低回●组织：M回+粒状碳化物+A’(少量)丝锥板牙（3）钢种与用途9SiCr用于形状复杂的低速刃具如丝锥、板牙等.4.高速钢highspeedsteel制造高速切削刀具—热硬性好（1）成分特点●高碳:0.70—1.5%C●合金元素①提高淬透性：Cr②提高热硬性、耐磨性:W、Mo、V（2）热处理特点●预备热处理球化退火：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。●淬火温度1200℃以获得高合金元素含量的M淬火组织：M+未溶碳化物+A’(20%)●回火：560℃三次回火，产生二次硬化①析出W、Mo、V的特殊碳化物；②回火冷却时，A’转变为M。但回火后为M回W18Cr4V钢热处理工艺（3）性能特点高耐磨性、红硬性（600℃）高速钢铣刀（4）钢种与用途W18Cr4V(18-4-1)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。●用于高速刀具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等（二）模具钢diesteels冷冲压件1、冷作模具钢coldworkingD.S.(1)性能要求：●高硬度、耐磨性。●足够的强度和韧性。●良好的淬透性汽车外板冷冲模(2)成分特点●高碳1.4—2.3%C●合金元素高铬11.5—13%Cr以提高淬透性Mo、V提高耐磨性，细化晶粒（3）热处理特点：●预备热处理：球化退火●最终热处理:淬火+低温回火组织:M回+粒状碳化物+少量A’汽车外板冷冲模（4）钢种与用途：Cr12和Cr12MoV。制造冷冲模、挤压模等。2.热作模具钢hotworkingD.S.热作模具（1）性能要求●高温下良好的综合力学性能●抗热疲劳性能●高的淬透性●良好的导热性（2）成分特点与热处理●成分特点：与调质钢类似●热处理：淬火+高温回火组织:S回（3）钢种与用途5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V等（三）量具钢measuringtoolsteels用于制造各种量具，如千分尺、卡尺、塞规等2.成分特点：与低合金刃具钢相同1、性能要求⑴高硬度、耐磨性⑵高的尺寸稳定性⑶足够的韧性3.热处理特点●预备热处理：球化退火●淬火+冷处理+低回●120℃—130℃长时间时效，以去除内应力4.钢种无专用钢可根据性能要求在碳素工具钢和合金工具钢中选择。四、特殊性能钢specialsteels指具有特殊物理、化学性能的钢●分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢●均为合金钢（一）不锈钢stainlesssteels1、金属腐蚀metalcorrosion化学腐蚀与电化学腐蚀●电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的腐蚀，有腐蚀电流产生。2、防止电化学腐蚀的措施controlmeasures①单相合金②合金中各相的电极电位接近③表面形成致密钝化膜，或涂层3、不锈钢成分compositionofS.S.●碳含量为0.08—0.95%，●主加元素为Cr、Cr-Ni，辅加元素为Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N。●Cr提高耐蚀性①形成稳定致密Cr2O3膜.②Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。③提高基体电极电位●Ni：获得单相奥氏体组织。●Mo：耐有机酸腐蚀。●Ti,Nb防止奥氏体钢晶间腐蚀.晶间腐蚀interfacialcorrosion由于Cr23C6晶界析出，使晶界附近产生贫Cr区造成的。Ti、Nb可消除晶界贫Cr区。4、常用不锈钢种stainlesssteels（1）奥氏体不锈钢austeniticS.S.18-8型如1Cr18Ni9Ti●性能特点良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性，无磁性。●热处理固溶处理：1100℃加热保温后水冷。组织：单相奥氏体。（2）马氏体不锈钢martensiticS.S.Cr13型：1Cr13—4Cr131）性能特点含碳量提高，强度硬度提高，耐蚀性下降；2）热处理●1Cr13、2Cr13淬火+高温回火→S回；常用于叶片、阀门等。●3Cr13、4Cr13：淬火+低温回火→M回；耐磨耐蚀，常用于医疗器械、量具等。（二）耐磨钢antiwearsteels高锰钢highmanganesesteel1、用途要求耐磨耐冲击零件，如履带板、挖掘机铲齿、铁路辙岔等履带2、成分特点ZGMn13⑴高碳1.0—1.3%C，以保持高耐磨性。⑵高锰11—14%Mn，以形成奥氏体组织。3、热处理水韧处理：1100℃使碳化物溶入奥氏体后水冷。组织：过饱和单相奥氏体。4、性能特点●水韧处理后为奥氏体，韧性高、硬度低。●受到强烈冲击变形时，表面A加工硬化，并形成M和析出碳化物，使表面硬度提高到HB500—550，获得高耐磨性；而心部仍为A组织,具有强的耐冲击能力。第二节铸铁castiron铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的合金。一、铸铁的分类classification●灰口铸铁graycastiron碳主要以石墨形式存在，断口呈暗灰色。●白口铸铁whitecastiron碳主要以Fe3C形式存在，断口呈银白色。●麻口铸铁碳以石墨和Fe3C两种形式存在。L+GL+Fe3CFe-Fe3C和Fe-G双重相图二、铸铁的石墨化Graphitizingincastiron铸铁中形式石墨的过程称石墨化。1、石墨化阶段stepsofgraphitizing●第一阶段石墨化：P′S′K′以上；●第二阶段石墨化：P′S′K′线上及以下。石墨化程度不同，铸铁组织不同。2、影响石墨化的因素influencefactorsonGraphitizing（1）冷却速度coolings