常用金属材料及性能PPT课件

2)热作模具钢：中碳合金钢 •用途、性能：
锻模、热挤压模、热弯模等；耐热性、高温强度， 耐热 疲劳，高淬透性。 •合金化：
①中碳〔～0.6%〕,保证强度、韧性等。 ②Cr、W、Si〔抗热疲劳〕；Mo、W、V〔高温强度〕；
Cr、Mo、W等多元〔淬透性〕。 •热处理：
淬火、中温回火〔高于工作温度〕，35～50HRC，回 火屈氏体、回火马氏体。 •典型钢种：
表5-15
5.4 铸铁〔cast iron〕
• ωc>2.11%，有共晶反响。主要介绍石墨化铸铁。
图5-4
5.4.1 铸铁的主要类型及其特点 ⑴碳的形态与铸铁类型 •一定条件下：Fe3C〔亚稳态〕→ 3Fe+G〔稳定态〕 •碳呈化合态的Fe3CⅠ和共晶莱氏体；极脆，称白口铸铁 〔断口白壳〕，应用很有限。 •碳呈游离态的石墨，〔G〕具有多种形态，铸造性能优 良，应用广泛。
②加足够Ni或Cr ，呈单相奥氏体或单相铁素体状态。 ③加Ti、Nb等与碳形成稳定晶内碳化物，使晶间腐蚀↓。
④可加Mn、N代Ni→奥氏体不锈钢。
•热 处 理：A 不锈钢：固溶处理(高温快冷)； F 不锈钢：退火处理； M不锈钢：淬火、回火。
•典型钢种：A 不锈钢：1Cr18Ni9Ti； F 不锈钢：1Cr17； M不锈钢：3Cr13，9Cr18。
④蠕墨铸铁 ：
表5-18
直接结晶获得〔G形态介于片状与球状之间〕，力学性
能明显优于灰铸铁、劣于球铁，加工性能等优于球铁。
RuT300等。
5.4.2 铸铁的热处理
•石墨化退火：生产可锻铸铁，消除铸件薄壁处白口。 •去应力退火：用于各种铸件。 •正火、淬火回火：主要用于球铁〔提高基体强度〕。
5.5 有色金属其合金〔non-ferrous alloy〕 5.5.1 铝及铝合金
•固溶时效硬化：～500℃水冷 + 人工时效〔≤200℃〕或 自然时效〔4≥天〕。
5.5.2 铜及铜合金 (1)铜和铜合金的特点
①较好的理化性能 导电材料，导热〔纯铜，汽车散热器〕；抗大气、
海水腐蚀〔黄铜〕。 ②良好的加工性
易冷成形，且铸造铜合金，有良好铸造性能。 ③某些特有性能
优良减摩性和耐磨性〔青铜和局部黄铜，滑动轴承 或蜗轮等〕，高的σe和σ-1〔铍青铜，弹性元件〕 。 ④色泽美观
中淬透性:35CrMo、30CrMnSi； 高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo。
表5-7
(3)合金弹簧钢 •用途、性能： 承受较大负荷的弹簧；高的σe、σ-1及σs/σb。 •合金化：
①中、高碳〔～0.9%〕； ②加Si→σe↑及〔σs/σb〕↑； ③加Mn、Si、或Cr→淬透性↑； ④加Mo、W、V细化晶粒〔重要弹簧〕。 •热处理： 淬火＋中温回火，回火屈氏体 42～48HRC。 •常用钢种： 65；65Mn；60Si2Mn；50CrV。
表5-14上
表5-14下
⑵耐热钢〔heat resistant steel〕 •用途、性能：
高温下工作零件〔如锅炉管道〕；高温强度、抗氧 化性等。 •合金化： ① 低、中碳； ② Cr、Ni、Si、Mo等固溶强化； ③Cr、Si、Al等抗氧化； ④V、W、Mo形成稳定碳化物弥散强化。 •热处理〔视用途而定〕和典型钢种。
表5-4
5.2.2 优质碳素结构钢
• Ws、 Wp ≤0.035 % •性能特点：
①随Wc升高，强度和硬度提高，塑、韧性有所下降。 ②零件制造中假设经过热处理，可大幅度提高性能(强度)。
表5-5•应用: 08～25(15Mn)：低碳钢，塑性好，可焊性好，直接冲压
成形或作焊接件。 15～25：低碳钢，可作渗碳用钢。 30～55：中碳钢，经调质处理做较重要的机器零件。 ≥60： 中高碳钢，淬火＋中高温回火，一般弹簧及较
能好；用其优良的耐蚀性能。牌号铝〔LY〕、超硬铝〔LC〕和锻铝〔LD〕。固溶时效
提高性能。
表5-19
②铸造铝合金： 具有共晶转变的合金，铸造性能良好。
•提高性能方法：变质细化粗铸态组织；时效硬化。 •牌号 ：ZAL—或ZL—
(•3退)火铝：合消金除的应热力处退理火：〔200～300表℃5〕-2；0 再结晶退火 〔350～415℃〕。
火，60～64HRC。 •典 型 钢 种：GCr15〔中小型轴承〕;
G20Cr2Ni4〔大型渗碳轴承〕; 9Cr18〔不锈轴承〕。
表5-10
5.3.2 工具钢〔tool steel〕
•表用⑴5途-刃1、1具性钢能：
表5-12
较高切削的刀具；高硬度、高耐磨性及高热硬性。
•合金化〔高速钢〕： ①高碳〔ωc>0.8%〕,以形成大量碳化物，保证高硬度、
Wc=0.08%的沸腾钢。
例3. 40Cr Wc=0.40%及Wcr=1%。
•记忆方式与技巧介绍。
表5-2
5.2 结构钢〔structural steel〕
•用于结构件 ①工程结构：如建筑物珩架、桥梁、车辆等。 ②机器零件：如齿轮、螺栓、轴等。
5.2.1 碳素结构钢〔carbon structural steel〕 •保证力学性能：一般用途；以型材〔棒、板、型钢〕供
5.1 钢的分类与钢中的合金元素〔alloy element〕
5.1.1 工业用钢分类与牌号
(1) 我国现行钢分类与牌号的特点 •有统一国标，钢号直观、实用，并靠近国际标准。
(2) 钢的分类 •按Wc：低碳钢〔≤0.25%〕；
中碳钢〔～0.60%〕; •按冶金质量：普通钢高、碳优钢表质〔5钢-≥10、.6高0%级〕优。质钢和特级
高耐磨性。
②较多W与Mo〔>10%〕,产生W2C、Mo2C等细小弥散 硬化，保证热硬性。
③4%Cr，淬透性。 ④加V，提高硬度、耐磨性。 •热 处 理：预先热处理；1200-1300℃ 高温淬火+3次 560℃回火,回火马氏体+碳化物,62～66HRC。 •典型钢种：W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V。
⑵各类铸铁的特点
1) 共性： ①成 分：高碳、高硅〔易形成G〕及杂质S、P较宽
〔本钱低廉、易浇注〕。
②组 织：钢基〔F、F+P、P等〕+G。 ③性 能：G的存在，具有多重性影响。
分析基点：G作为空洞或裂纹看待。 •割裂基体，承载面积↓ →σ b↓↓，δ↓↓，αk↓↓。
G 本身应力集中→铸铁易脆断。 G是裂纹萌生及扩展通道→抗压不抗拉，宜作承压件。 G存在→加工性能好〔铸造、切削加工〕；减震减摩； 较小缺口敏感性。
高强度零件。
5.2.3 合金结构钢〔alloy structural steel〕
(1)合金渗碳钢 •用途及性能特点： 用于承受较大冲击负荷、同时外表经受强烈摩擦磨损的零 件(如换档齿轮等)。经渗碳及淬、回火后，表硬内韧。
•合金化原那么： ①低碳(≤0.25%)，保证渗碳及热处理后表、里的良好配合。 ②加提高淬透性元素，Cr、Mn、Ni、B等，保证心部良
2)各类铸铁的特点
图5-5
图5-6
图5-7
图5-8
①灰铸铁 :
直接结晶获得、成分亚共晶。
•特点：片G应力集中、割裂基体严重；铸造性能最好。
•应用：承压或受力不大的形状复杂件或薄壁件〔如箱体
等〕。
•典型牌号：HT200。 ②可锻铸铁:
表5-16
铁水→白口铁→石墨化退火 →Fe3C分解为团絮状G。
•特点：性能优于灰铸铁〔但并不可锻〕，工艺复杂。
表5-9
5.3 滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢 5.3.1 滚动轴承钢〔rolling bearing steel〕
•用途、性能： 轴承零件；高抗压强度、疲劳强度、高硬度与耐磨性。
•合 金 化： ①高碳〔～1.15%〕，～1.65%Cr，以及特殊要求的成分。
②S、P要求严，冶金质量高。 •热 处 理：球化退火〔预先热处理〕及淬火、低温回
表5-8
5.2.4 其它结构钢 ⑴易切削钢：
加S、Pb、Ca、P等〔减摩、易断屑等〕，提高切削加 工性，强度次要。 ⑵铸钢〔铸钢件〕： •特 点：直接铸造成零件的结构钢，用于形状复杂、
性能要求较高的场合。重型机械，矿山、工 程机械等。 •成 分：低、中碳。 •热处理：进行正火、退火，重要件进行淬火、回火。
•纯铝：导电导热、抗大气腐蚀；太软。 (1)铝合金及其特点
①比强度高〔>>高强钢〕。可用于轻结构件， 尤其航空。
②突出理化性能。导电、抗大气腐蚀。
③良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金铸 造性能好，宜作压铸件。
(2)铝合金分类
①变形铝合金：
图5-10
•不可时效强化的铝合金：
防锈铝〔F以左〕，单相固溶体，强度低、压力加工性
•应用：一定承载能力的结构件。
•典型牌号：KTH350—10。
图5-9
表5-17
③球墨铸铁〔球铁〕： 直接结晶、球化处理〔加稀土镁球化剂〕。
•特点：高碳高硅〔接近共晶成分〕、杂质少；强度和塑 性改善，基体作用加强，性能在铸铁中最好。
•应用：冲击负荷不大时可代钢〔如柴油机曲轴〕。 •典型牌号：QT450—10。
好强韧性。 ③加V、Ti、W等，阻止渗碳时晶粒长大。
•热处理特点：一般渗碳后预冷、直接淬火＋低温回火 (≥55HRC)。
•常 用 钢 种：低淬透性15(20)、20Cr； 中淬透性20CrMnMo、20MnTiB； 高淬透性18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4。
表5-6
(2)合金调质钢 •用途及性能特点： 高强度〔承受较大负荷〕及高韧性〔防止断裂事故〕的 重要零件〔如机床主轴〕具有良好的综合力学性能。 •合金化原那么： ①中碳〔～0.5%〕，保证热处理后足够强度，又不致太脆。 ②加淬透性元素〔Cr、Ni、Mn、Si、B〕，保证大截面均一的性能。 ③细化晶粒元素〔V、W、Mo等〕。 ④加Mo，消除回火脆性。 •热处理：调质即淬火+高温回火〔500～650℃〕 。 •常用典型钢种：低淬透性:45、40Cr、40MnB；
图5-2
图5-3
表5-13
⑵模具钢 1)冷作模具钢：高碳〔合金〕钢。 •用途、性能：各种冷冲压、冷成型模具；高硬度高耐
磨性、足够整体强度与韧性。 •合金化：①高碳～0.7%；
②淬透性元素：主加Cr，另Mn、Si； ③Mo、V细化晶粒;Cr、Mo、W、V提高耐磨性。 •热处理： 淬火+低温回火，≥58HRC，细小马氏体+碳化物+少 量剩余奥氏体。 •典 型 钢 种： T8、T10、T12；9Mn2V、9SiCr、GCr15、 Cr12MoV、65Nb、W6Mo5Cr4V2。
(2)铜合金
黄铜(Cu-Zn)、白铜(Cu-Ni)、青铜(其它,主要为Cu-Sn)。
1)黄铜
主要Cu—Zn合金
•类别：
普通黄铜(Cu—Zn)；特殊黄铜(加工黄铜、铸造黄铜)，
是在Cu-Zn根底上再加Ni、Pb、Al等，较高强度和耐蚀
性。
•典型牌号：
H96(加工黄铜)，HPb60—1(特殊黄铜)，ZH(铸造黄铜)。
淬火+〔冷处理〕+屡次回火，使剩余奥氏体转变及稳定尺寸。 •典型钢种：
9SiCr、CrWMn、GCr15 或渗碳钢，硬质合金。
5.3.3 不锈钢和耐热钢
⑴不锈钢〔Stainless Steel〕 •用途、性能：
腐蚀环境中的工作零件；耐蚀性及附加力学性能〔强 度、硬度〕等。 •合金化：
①加Cr〔≥12～13%〕提高电极电位、钝化能力，使耐蚀 性↑↑。
45、40Cr(很少用)；5CrNiMo、5CrMnMo； 3Cr2W8V；H11(4Cr5MoSiV)、H13(Cr5MoSiV1)。
⑶量具钢：高碳〔低合金〕钢 •用途、性能：
各种量具〔卡尺、块规等〕；高硬度、高耐磨性，高尺寸稳定性。 •合金化：
高碳〔>0.8%〕；Cr、Mn、Si 等〔淬透性〕；Cr、W等〔耐磨性〕。 •热处理：
给。 •组 织 状 态：轧后空冷、F+P；不再热处理。设计时
注意尺寸效应。 •典 型 牌 号：Q235。
表5-3
5.2.1 低合金高强度钢〔HSLA〕 •添加少量合金元素〔Nb、V等〕起各种强化作用。 •用于重要工程结构〔桥梁、压力容器等〕，能减轻自
重、降低本钱等。 •典型牌号：Q295、Q420等。
优质 •按脱氧程度：沸腾钢、图半5镇-1 静钢钢、。镇静钢、特殊镇
(3)钢的牌号
•要 求：会识别、〔图纸上〕一看就明白。
•根本类型：两类
①主要以力学性能表示：如Q235－A·F〔常简写成
Q235，不保证化学成分〕
。
②主要以化学成分表示：碳与合金元素含量。
例1. 45
Wc=0.45%的优质钢。
例2. 08F