常用金属材料及热处理.

5）按冶炼时脱氧 程度分
半镇静钢（脱氧不完全b）
钢中各元素的影响
1. 碳的作用 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升 高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超 过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的 低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。 碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露 天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加 钢的冷脆性和时效敏感性。
机械性能（力学性能）
机械性能是指金属材料在外力作用下所表现 出来的特性。 1. 抗拉强度：也叫强度极限指材料在拉断前 承受最大应力值。单位用牛顿/平方毫米 （ N/mm2 ）表示。 2. 屈服强度 ：指材料在拉抻过程中，材料 所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形 却继续增加或产生0.2%L时应力值，单位用牛顿/ 平方毫米 （N/mm2 ）表示。
2、耐热钢 牌号：
数字 + 元素符号 + 数字 表示所含合 金的名称 元素平均百分含量 <1.5%不标记，
表示碳的平均千分含 量，<0.08%时用0表示
如：4Cr10Si2Mo（表示ωc≈0.4% ,ωCr≈10%， ωSi≈2% ， ωMo<1.5%的耐热钢)；
如：5Cr2Mn9Ni4N（表示ωc≈0.5% ,ωCr≈2%， ωMn≈9% ， ωNi ≈ 4, ωN<1.5 %的耐热钢)； 如：0Cr13Al（表示ωc<0.08% ,ωCr≈13%， ωAl< 1.5%的耐热钢)；
5.莱氏体Ld 莱氏体在727℃以上，由奥氏体与渗碳体 组成的机械混合物，称为高温莱氏体Ld；在 727℃以下，该组织转变为由珠光体与渗碳 体组成的机械混合物，称为低温莱氏体Ld’。 其力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性 较大。
常用金属材料
工业 用钢 铸铁 有色 金属
4.6.1 钢（含碳量小于2.11%的铁碳合金）
铁碳合金相图
铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合 金的化学成分、相、组织与温度的关系图。 。 利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其变 化规律，从而为更好的利用它们，并为制定 热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在 工程中一般研究的铁碳合金状态图实际上都 是铁与渗碳体两组元构成的状态图。
铁碳合金的相图及组织转变
3）以钢的品质分
（按有害杂质S、P含量）
优质钢 （ωs≤0.04% ;ωp≤0.04%） 高级优质钢（ωs≤0.03%；ωp≤0.035%） 结构钢（建筑、机械制造用）
4）以钢的用途分
（按行业使用）
工具钢（工具、刀具、模具等用） 特殊性能钢（防腐蚀、高温、导磁 等场合用） 沸腾钢（不脱氧F） 镇静钢（脱氧完全Z）
表示碳的平均万分含 量（常用：08∼85）
如45（表示ωC≤0.45%的优质碳素结构钢） 如65 Mn（表示ωc=0.65% ,ωMn=0.7∼1.2%的优 质碳钢）。
2、合金结构钢
牌号：
数字 + 元素符号 + 数字
表示所含合金 元素的名称 元素平均百分含量： <1.5%不标记，
表示碳的平均 万分含量
常用材料及热处理
主讲:潘晓辉
2012年12月
前言 Introduction
工程材料是构成机械的物质 基础。机械的性能取决于其使用 的材料.用于机械制造的材料有上 千种,我们在选择材料时,既能保 证使用性能、便于加工，又要有 经济性，那就必须了解这些材料， 认识这些材料。
工程材料分类
黑色金属 金 属 有色金属 非 金 属 聚合物 塑料 钢 铸铁 重金属 轻金属 贵金属
洛氏硬度
原理：以顶角为120°的金刚石圆锥体或者直径时 1.588mm的淬火钢球做压头，以规定的试验力压入 试样的表面，根据压痕深度，确定硬度值。 洛氏硬度有9种： HRA,HRB,HRC,HRD,HRE,HRF,HRG,HRH,HRK 洛氏硬度计的优点：简单迅速，效率高，直接读数 洛氏硬度计的缺点：不够准确
（三）特殊性能钢
1、不锈钢（主要合金元素为Cr和Ni）
牌号：
数字 + 元素符号 + 数字 元素平均 百分含量
表示碳的平均千分含 量，<0.08%时用0表示
表示所含合 金的名称
如：1Cr13（表示ωc≈0.1% ,ωCr≈13%的不锈钢)；
如：2Cr13（表示ωc≈0.2% ,ωCr≈13%的不锈钢)； 如：1Cr18Ni9（表示ωc≈0.1% ,ωCr≈18%， ωNi≈9%的不锈钢)；
2. 硅的影响 硅能溶解于铁素体中，使铁素体强化，从 而提高钢的强度。 3. 锰的影响 锰能与硫化合成MnS，减少硫对钢的有害 影响。在室温下，锰大部分溶于铁素体，对 钢有一定的强化作用。 4. 磷和硫的影响 磷和硫都是有害元素，一般情况下含量越 低越好，要严格的控制其含量。
介绍钢的成份、使用特点及应用、牌号：
如：20Cr（表示ωc=0.2% ,ωCr<1.5%的合金结构钢)
如：38CrMnAl（表示ωc=0.38% ,ωCr、 ωMn ωAl的 含量均 <1.5%的合金结构钢)
如：60Si2Mn（表示ωc=0.6% ,ωSi=1.5∼2.49%， 的ωMn<1.5%的合金结构钢)
*滚动轴承钢 是合金结构钢中的一类专门用钢。 牌号：
3.渗碳体（Fe3C）
铁和碳组成的金属化合物，复杂斜方晶体结构。含碳量为 6.69%，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在 一定条件下分解为铁和石墨。
图1-15铁素体的显微组织
图1-16奥氏体的显微组织
4.珠光体P
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。其显微组织如 图 1-17，珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体 和铁素体之间。
碳钢
合金钢
橡胶 陶瓷 聚合物基复合材料 金属基复合材料
复合材料
金属材料的性能
为更合理使用金属材料，充分发挥其作用， 必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工 作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热 加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔 点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化 学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能 （机械性能）。材料的工艺性能指材料适应冷、 热加工方法的能力。
碳钢 工业纯铁
白口铸铁
亚共晶白口铸铁 过共晶白口铁 共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共析钢
工业纯铁 含碳量小于0.0218%的铁碳合金， 钢 含碳量在0.0218%～2.11%的铁碳合金， 共析钢 含碳量等于0.77%，
亚共析钢 含碳量小于0.77%，
过共析钢 含碳量位于0.77%～2.11%， 白口铸铁 含碳量在2.11%～6.69%的铁碳合金 共晶白口铸铁 含碳量等于4.3% ， 亚共晶白口铸铁 含碳量位于2.11%~4.3%
工艺性能
工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 1. 铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能， 主要包括流动性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝 固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。
2. 焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方 法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处 能满足使用目的的特性。
（四）铸钢 牌号：
表示铸钢
字母ZG + 数字— 数字 表示屈服点σs （Mpa） 表示抗拉强度 σb （Mpa）
电化学腐蚀示意图
电化学腐蚀实际上是电池作用。
e Fe
H2SO4
+ Cu
铁和铜在电解质H2SO4溶液中形成了一个电池，由于铁的 电极电位低，为阳极，铜的电极电位高，为阴极，所以铁 被溶解，而在阴极上就放出氢气。
化学腐蚀
化学腐蚀就是金属与介质直接发生化学反应。 在干燥环境下钢铁表面的红色锈蚀就是属于 化学腐蚀： 4Fe+3O2=2 Fe2 O3 当氧气含量不足时，反应物为FeO(黑色） 钢铁氧化发黑的成分是Fe3 O4
3. 延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后， 总伸长与原始标距长度的百分比。 4. 断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂 后、断面最大缩小面积与原断面积 百分比。
硬度
硬度：指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能 力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度 （HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HKB、 HRC)和维氏硬度（HV)
过共晶白口铸铁 含碳量位于4.3%～6.69%
1.铁素体（F）
碳溶于α Fe 中的固溶体，它保持体心立方晶格结构。其显 微组织如图1-15，溶解度（0.008%∼0.02%），故性质接近纯
铁，强度、硬度低，塑性、韧性好。
2.奥氏体（A）
碳溶于 γ Fe 中的固溶体，保持面心立方晶格结构。其显 微组织如图1-16，溶解度（0.77%∼2.11%），其强度和硬度 略高于铁素体，塑性、韧性较好，奥氏体氏没有磁性的。
表示滚动 轴承用钢 字母G+合金元素+数字 表示所含主要合 金元素的名称 只标出铬元素平均千 分含量，其它不标记，
如：GCr9（表示ωCr=0.9% 的滚动轴承钢)
如：GCr15SiMn（表示ωCr=1.5% 的滚动轴承钢)
成份： ωC=1∼1.15%, 加入了Mn、Si等合金元素，热处理 后使用。
化学性能
化学性能：指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化 学或电化学反应的性能。 1. 耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。 2. 抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化 皮能力。
腐蚀的概念
金属表面受到外部介质作用而逐渐破坏的现 象称为腐蚀或者锈蚀。腐蚀通常分为化学腐 蚀和电化学腐蚀两种类型。 金属在电解质溶液中的腐蚀，称为电化学腐 蚀；金属在非电解质中的腐蚀，称为化学腐 蚀。 大部分金属的腐蚀是电化学腐蚀。
钢的分类：
1）以含碳量分
低碳钢 ( ωc≤0.25%) 中碳钢(0.25% ≤ ωc ≤ 0.6%)