第3章 金属材料简介

[e-mail]赵健闯第3章金属材料简介[e-mail]3.1概述3.1.1金属材料的分类一、钢二、铸铁三、非铁金属材料[e-mail]1）碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢2）合金钢：低合金钢、中合金钢、高合金钢合金钢按合金元素的种类：锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。1、按化学成分分类：碳素钢、合金钢一、钢的分类[e-mail]2、按冶金质量分类按钢中所含有害杂质S、P的多少，可分为普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%）、优质钢（S%、P%≤0.040%）和高级优质钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%）三类。此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。[e-mail]1）结构钢:工程构件用钢、机器零件用钢（1）工程构件用钢：建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、车辆工程用钢。（2）机器用钢：调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、渗碳和渗氮钢、耐磨钢等、2）工具钢：刃具钢、量具钢、模具钢3）特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等3、按用途分类:结构钢、工具钢、特殊钢[e-mail]1）按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。2）按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。4、按金相组织分类在给钢的产品命名时，往往把成分、质量和用途几种分类方法结合起来。如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢等[e-mail]二、铸铁的分类1、白口铸铸铁（断口呈现白色）：碳的主要存在形式是化合物，如渗碳体，没有石墨；2、灰口铸铁（断口呈现黑灰色）：碳的主要存在形式是碳的单质，即游离状态石墨。3、麻口铸铁：介于白口铸铁与灰口铸铁之间为，其中的碳既有游离石墨又有渗碳体。按碳元素主要存在方式分类：[e-mail]按石墨的形态和组织性能分类一、灰口铸铁：由片状石墨和钢的基体[e-mail]二、球墨铸铁：球形石墨和金属基体[e-mail]三、蠕墨铸铁：石墨片短而厚、头部较圆（似蠕虫）。[e-mail]四、可锻铸铁：团絮状石墨和金属基体[e-mail]工业上除了要求铸铁有一定的机械性能外，有时还要求它具有较高的耐磨性以及耐热性、耐蚀性。为此，在普通铸铁的基础上加入一定量的合金元素，制成特殊性能铸铁（合金铸铁）。它与特殊性能钢相比，熔炼简便，成本较低。缺点是脆性较大，综合机械性能不如钢。特殊性能铸铁[e-mail]三、非铁金属材料的分类1、铝及其合金[e-mail]2、铜及铜合金一、纯铜（紫铜）纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称为紫铜。纯铜主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金。二、黄铜铜锌合金或以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。三、青铜青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。[e-mail]3.2非合金钢3.2.1碳素结构钢“Q＋数字＋字母＋字母”“Q”：钢材的屈服强度“屈”字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例如：Q235AF即表示屈服强度值为235MPa的A级沸腾钢。牌号中规定了A、B、C、D四种质量等级，A级质量最差，D级质量最好。按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加“F”，半镇静钢在钢号后加“b”，镇静钢则不加任何字母。[e-mail]3.2.2优质碳素结构钢“两位数字＋字母”两位数字表示平均含碳量的万分之几，沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出。如为高级优质钢，则在其钢号后加“高”或“A”。如45钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢[e-mail]3.2.3碳素工具钢“T”表示碳素工具钢，其后的数字表示含碳量的千分之几。如平均含碳量为0.8%的碳素工具钢，其钢号为“碳8”或“T8”。含锰量较高者，在钢号后标以“锰”或“Mn”,如“碳8锰”或“T8Mn”。如为高级优质碳素工具钢，则在其钢号后加“高”或“A”，如“碳10高”或“T10A”。“T＋数字＋字母”[e-mail]3.2.4易切削结构钢Y40Mn表示含碳量约0.4%，含锰量小于1.5的易切钢“Y＋数字＋字母”[e-mail]3.2.5工程用铸造碳钢“ZG＋数字＋数字”ZG表示“铸钢”二字汉语拼音字首，第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度。如：ZG200-400，ZG230-450，ZG270-500，ZG310-570，[e-mail]3.3合金钢“数字＋字母＋数字＋字母＋数字”碳的平均质量分数(万分之几,千分之几)合金元素符号合金元素平均质量分数1.5不标含量1.5-2.5;2.5-3.5……[e-mail](1)合金结构钢60Si2Mn09Mn2注意:V,Ti,Al,B,稀土RE,即使含量很低,要标元素符号.如:40MnVB,[e-mail]注意:滚动轴承钢牌号独特.①“G”②其后的铬元素Cr,质量分数以千分之几表示.其他元素与合金结构钢牌号相同.③如:[e-mail](2)合金工具钢①WC1.0%千分之几(一位数)②WC1.0%为了避免与结构钢混淆,不标数字③高速工具钢牌号中不标含碳量如:9Mn2V;[e-mail](3)特殊性能钢与合金工具钢基本相同不同:WC0.08%牌号前”0”WC0.03%牌号前”00”如:[e-mail]3.3.1低合金钢低合金钢是低碳\低合金工程结构钢特点:尺寸大,需冷弯及焊接成形,形状复杂,大多在热轧或正火条件下使用钢材必须具有:①强度和屈强比②塑性和韧性③焊接性④较低的缺口敏感性和冷弯后低时效敏感性⑤较低的韧脆转变温度[e-mail]1低合金高强度结构钢主要合金素:Mn;V;Ti;Nb;Al;Cr;Ni提高对大气的抗蚀能力固溶强化F;增加并细化P细化晶粒牌号:Q295;Q345;Q390;Q420;Q460;[e-mail]2低合金专业用钢汽车用低合金钢(四类):①冲压性能良好的低强度钢(发动机罩等);②微合金钢(大梁等);③低合金双相钢(轮毂\大梁等);④高延性高强度钢(车门\挡板)[e-mail]3.3.2机械结构用合金钢1.合金渗碳钢(1)用途与性能特点渗碳\淬火\低温回火用于制造受强烈冲击载荷和摩擦磨损的机械零件如:变速齿轮\凸轮轴\活塞销(2)常用钢种20Cr;20CrMnTi;20MnVB;12Cr2Ni4;[e-mail]2.合金调质钢(1)用途与性能特点(2)常用钢种40Cr;40MnB;35CrMo;38CrMoAl;40CrNiMoA用于制造在重载荷小同时又受冲击载荷作用的一些重要零件.如:齿轮\轴类\连杆\高强度螺栓回火温度:500-650℃/表面淬火或氮化处理[e-mail]3.合金弹簧钢(1)用途与性能特点(2)常用钢种55Si2Mn;60Si2CrA;50CrVA;30W4Cr2VA用于制造弹簧等弹性零件.高的弹性极限和屈强比;足够的疲劳强度和韧性淬火/中温回火[e-mail]4.滚动轴承钢(1)用途与性能特点(2)常用钢种GCr9;GCr15;GCr15SiMn用于制造滚动轴承内\外圈以及滚动体,及某些模具和量具.交变载荷\接触应力\摩擦磨损\冲击载荷\大气和润滑介质腐蚀淬火/低温回火[e-mail]1.合金工具钢(1)用途与性能特点(2)常用钢种9SiCr;Cr06;Cr2;9Cr2用于制造形状复杂.截面尺寸较大的低速切削刀具淬火/低温回火/-80—70℃冷处理3.3.3合金工具钢和高速工具钢1)量具刃具钢[e-mail]1)模具钢(冷作模具/热作模具/塑料模具)(1)用途与性能特点(2)常用钢种Cr12;Cr12MoV;9Mn2V;CrWMn5CrMnMo;5CrNiMo;3Cr2W8V;4Cr5W2VSi用于制造使金属冷塑性变形的模具/高温下塑性变形模具(淬火/低温回火)/(淬火/高中温回火)[e-mail]2.高速工具钢(1)用途与性能特点(2)常用钢种W18Cr4V;W6Mo5Cr4V2用于制造高强度;高硬度;高耐磨性以及足够的塑性和韧性刀具.温度高达600℃,热硬性淬火温度高1200;回火温度高560;次数多3;[e-mail]3.3.4特殊性能钢具有某些特殊的物理/化学/力学性能,因而能在特殊的环境/工作条件使用的钢.工程中常用的特殊性能钢有不锈钢/耐热钢/耐磨钢[e-mail](1)用途与性能特点(2)常用钢种马氏体不锈钢:(淬火/回火)1Cr13;2Cr13;3Cr13;4Cr13奥氏体不锈钢:(冷变形强化)0Cr19Ni9;1Cr18Ni9Ti铁素体不锈钢:(退火)0Cr13;1Cr17;1Cr28;1Cr17Ti不锈钢和耐酸钢的统称.能够抵抗空气、蒸汽和水等弱酸腐蚀介质腐蚀的钢为不锈钢。在酸、碱、盐等强腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的钢为耐酸钢。1、不锈钢[e-mail](1)用途与性能特点(2)常用钢种a抗氧化钢主要用于长期在燃烧环境工作,有一定强度的零件1Cr13Si13;3Cr18Ni25Si2b热强钢是高温下有抗氧化能力;且有高温强度和保持能力15CrMo;4Cr10Si2Mo;4Cr9Si2;1Cr18Ni9Ti主要用于热工动力机械(气轮机\燃气轮机\锅炉和内燃机)/化工机械/石油装置和加热炉等高温条件工作的构件.耐热性是指高温抗氧化性和高温强度的综合性能.2、耐热钢[e-mail](1)用途与性能特点(2)常用钢种ZGMn13特点是高碳,高锰,固溶处理可得到奥氏体组织.工作时受到强烈的挤压\撞击\摩擦时,钢件表面迅速产生剧烈的加工硬化,获得耐磨层,而心部仍保持原来的组织和高韧性状态.主要用于在运转过程中承受严重磨损和强烈冲击的零件.如铁路道岔;坦克履带;挖掘机铲齿等.具有表面硬度高,耐磨,心部韧性好,强度高等特点.3、耐磨钢[e-mail]3.4铸铁3.4.1铸铁的石墨化[e-mail]、化学元素C,Si强烈促进石墨化的元素S强烈阻碍石墨化元素,并降低