1、模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 掌握碳素鋼的分類及牌號。 掌握碳素鋼在汽車上的應(yīng)用。課題一課題一 碳素鋼碳素鋼模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 碳素鋼(見圖411) 通常指碳的質(zhì)量分數(shù)小于2.11%的鐵碳合金,除鐵、碳和少量的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)外,不含其他合金元素的鋼。實際使用的碳素鋼,其碳質(zhì)量分數(shù)一般不超過1.4%。碳素鋼的性能主要取決于含碳量,含碳量增加,鋼的強度、硬度升高,塑性、韌性和可焊性降低。你知道汽車上哪些零件是用碳素鋼制造的嗎?圖411 碳素鋼模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 一、碳素鋼的分類一、碳素鋼的分類 1.按碳的質(zhì)量分數(shù)分類按碳的質(zhì)量分數(shù)分類 (1)

2、低碳鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)為wC0.25%的鋼，易于進行各種加工如鍛造、焊接和切削，常用于制造鏈條、鉚釘、螺栓(見圖412)、軸等。 (2)中碳鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)為0.25%wC0.60%的鋼，可以制造錘、撬棍或切削工具，如鉆頭(見圖413)、絲錐、鉸刀(見圖414)等。圖412 螺栓圖413 鉆頭圖414 鉸刀模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2.按材質(zhì)按材質(zhì)(主要根據(jù)硫、磷質(zhì)量分數(shù)主要根據(jù)硫、磷質(zhì)量分數(shù)) 分類分類 (1)普通鋼:ws0.055%,wP0.045%; (2)優(yōu)質(zhì)鋼:ws0.040%,wP0.040%; (3)高級優(yōu)質(zhì)鋼:ws0.030%,wP0.035%; (4)特級優(yōu)質(zhì)鋼:

3、ws0.025%,wP0.030%。 3.按用途分類按用途分類 (1)碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機器零件和工程結(jié)構(gòu)件，多為低碳鋼和中碳鋼。 (2)碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具和模具，多為高碳鋼。 碳素工具鋼的應(yīng)用如圖415所示。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料圖415 碳素工具鋼的應(yīng)用a)鏨子 b)錘子 c)銼刀 d)絲錐 e)板牙 f)鉆頭 g)鋸條模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 二、汽車常用碳鋼二、汽車常用碳鋼 1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼主要保證機械性能，故其牌號體現(xiàn)其機械性能。 牌號:用Q+數(shù)字表示，其中Q 為屈服點“屈”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示屈服強度

4、的數(shù)值。 例如，Q275表示屈服強度為275MPa。 若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，即硫、磷質(zhì)量分數(shù)不同。其中A 級鋼硫、磷質(zhì)量分數(shù)最高，D 級鋼硫、磷質(zhì)量分數(shù)最低，即A、B、C、D表示鋼材質(zhì)量依次提高。 若在牌號后面標注字母F則為沸騰鋼，標注b為半鎮(zhèn)靜鋼，不標注F或b者為鎮(zhèn)靜鋼，標注TZ為特殊鎮(zhèn)靜鋼。 例如，Q235-AF表示屈服強度為235MPa的A 級沸騰鋼。Q235-C表示屈服強度為235MPa的C級鎮(zhèn)靜鋼。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼必須保證鋼的化學(xué)成分和機械

5、性能。優(yōu)質(zhì)碳素鋼中所含的有害雜質(zhì)元素(硫、磷元素等)和非金屬夾雜物較少，機械性能和鋼材的表面質(zhì)量較好，其組織也較均勻。此類鋼主要用于制造經(jīng)過熱處理且技術(shù)性能要求較高的零件。 根據(jù)化學(xué)成分不同，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為兩類： (1)普通含錳量鋼 (2)較高含錳量鋼 根據(jù)碳質(zhì)量分數(shù)、熱處理和用途的不同,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼還可分為以下三類： (1)滲碳鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)為0.15%0.25%。 (2)調(diào)質(zhì)鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)為0.25%0.50%。 (3)彈簧鋼：碳的質(zhì)量分數(shù)為0.55%0.9%。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料圖416 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用a)飛輪齒環(huán) b)油底殼 c)氣門彈簧座

6、d)車輪螺栓優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車上的應(yīng)用如圖416所示。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用舉例見表412。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 3.碳素鑄鋼碳素鑄鋼 鑄鋼能制造形狀復(fù)雜的零件，而鍛造件則無法做到，所以汽車上許多零件是用鑄鋼鑄造而成的。鑄鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)一般為0.15%0.6%，使用前應(yīng)進行熱處理以改善性能。鑄鋼的牌號由ZG和兩組數(shù)字組成，其中ZG為鑄鋼的代號，代號后面的兩組數(shù)字分別表示屈服強度s (MPa)和抗拉強度b (MPa)。例如，ZG270500表示屈服強度為270MPa、抗拉強度為500MPa的鑄鋼。 鑄鋼在汽車上的應(yīng)用如圖417所示。圖41

7、7 鑄鋼在汽車上的應(yīng)用a)化油器 b)變速叉模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 了解鐵碳合金相圖的含義與分析方法。 了解鐵碳合金的成分、組織與性能之間的關(guān)系。 掌握熱處理的分類方法和鋼的普通熱處理方法。 掌握鋼的表面熱處理方法。課題二課題二 鐵碳合金相圖及鋼的熱處理鐵碳合金相圖及鋼的熱處理模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 一、鐵碳合金相圖一、鐵碳合金相圖 1.鐵碳合金相圖的概念鐵碳合金相圖的概念 鐵碳合金相圖是在極其緩慢冷卻(或極其緩慢加熱)的條件下，不同成分鐵碳合金的組織狀態(tài)隨溫度變化的圖解。 工業(yè)用鐵碳合金的含碳量一般不大于5%，含碳量大于6

8、.69% 的鐵碳合金的脆性很大,沒有實用價值。因此，一般所說的鐵碳合金相圖實際上是Fe- Fe3C 相圖,圖421所示是簡化后的Fe- Fe3C 相圖。圖421 簡化后的鐵碳合金相圖模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2.鐵碳合金相圖的含義鐵碳合金相圖的含義 Fe-Fe3C相圖中各特性點的溫度、含碳量及其含義見表421。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料Fe-Fe3C相圖中的特性線及其含義見表422。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料3.鐵碳合金相圖分析鐵碳合金相圖分析 Fe-Fe3C相圖的縱坐標表示溫度,橫坐標表示成分。左端原點wC=0%,即純鐵;右端點wC=6.69%,即Fe3

9、C。 各主要線的意義： 相圖中的線是把具有相同轉(zhuǎn)變性質(zhì)的各個成分合金的開始點和終了點,分別用光滑曲線連接起來得到的,代表了鐵碳合金內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的界限。(1)ACD 線液相線;(2)AECF 線固相線;(3)AC 線奧氏體結(jié)晶開始線;(4)AE 線奧氏體結(jié)晶終了線;(5)GS 線鐵素體析出開始線;(6)GP 線鐵素體析出終了線;(7)PQ 線Fe3C 析出線(8)ES 線Fe3C 析出線;(9)PSK 線共析線;(10)CD 線一次滲碳體結(jié)晶開始線;(11)ECF 線共晶線。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料二、鐵碳合金的基本組織二、鐵碳合金的基本組織1.鐵素體鐵素體(F)圖422 鐵素

10、體的模型 圖423 鐵素體的顯微組織 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號F表示。由于-Fe是體心立方晶格(見圖422)，晶格間隙較小，因而碳在-Fe中的溶解度很小。 由于鐵素體的含碳量低，所以其性能與純鐵相似，即具有良好的塑性和韌性，而強度和硬度較低。鐵素體的顯微組織如圖423所示，鐵素體呈灰色并有明顯大小不一的顆粒形狀。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2.奧氏體(A) 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體,用符號A 表示。由于-Fe是面心立方晶格(見圖424),晶格的間隙較大,故奧氏體的溶碳能力較強。在1148時溶碳量可達2.11%,隨著溫度下降,溶解度逐漸減小

11、,在727時溶碳量為0.77%。 奧氏體的強度和硬度不高,但具有良好的塑性,是絕大多數(shù)鋼在高溫鍛造和軋制時所要求的組織。奧氏體的顯微組織如圖425所示,奧氏體呈現(xiàn)外形不規(guī)則的顆粒狀結(jié)構(gòu),并有明顯的界限。圖424 奧氏體的模型 圖425 奧氏體的顯微組織 模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 3.滲碳體滲碳體(Fe3C) 滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物,含碳量為6.69%,其化學(xué)式為Fe3C。滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶體結(jié)構(gòu),與鐵或碳的晶體結(jié)構(gòu)完全不同。 滲碳體的熔點為1227,硬度高,脆性大,伸長率和沖擊韌性幾乎為零,是一個硬而脆的組織。滲碳體是鐵碳合金中主要的強化相,它的形狀、大小與分布對鋼的

12、力學(xué)性能影響很大。滲碳體在適當(dāng)條件下(如高溫長期停留或緩慢冷卻),能分解為鐵和石墨,這對鑄鐵具有重要意義。 在顯微鏡下觀察,滲碳體有銀白色光澤。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 4.珠光體珠光體(P) 珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物,用符號P 表示。它是滲碳體和鐵素體片層相間、交替排列形成的混合物,如圖426所示。 在緩慢冷卻條件下,珠光體的含碳量為0.77%。由于珠光體是由硬的滲碳體和軟的鐵素體組成的混合物,所以其性能取決于鐵素體和滲碳體的含量,大致是兩者性能的平均值。故珠光體的強度較高,硬度適中,具有一定的塑性。圖426 珠光體的顯微組織 5.萊氏體萊氏體(Ld) 萊氏體是含碳量為4

13、.3%的鐵碳合金,在1148時從液相中同時結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的混合物。用符號Ld表示。由于奧氏體在727時還將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w,所以,在室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成,這種混合物稱為低溫萊氏體,用符號Ld表示。 萊氏體的力學(xué)性能和滲碳體相似,硬度很高,塑性很差。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 三、金屬的熱處理三、金屬的熱處理 熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種工藝方法。其目的是改善材料的性能，充分發(fā)揮材料的潛力，延長其使用壽命。熱處理是機械零件制造中常用的加工方法，汽車中有3/4的鋼鐵零件需要進行

14、熱處理。熱處理工藝曲線如圖427所示。按熱處理的方式不同,常用的有普通熱處理和表面熱處理兩大類。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 1.普通熱處理普通熱處理 普通熱處理通常是指對工件進行整體的熱處理。按其加熱溫度和冷卻方法不同,常用的有退火、正火、淬火和回火等。 (1)退火 退火是將鋼件加熱到臨界點以上預(yù)定溫度,保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。 退火的目的：主要用來消除鑄件、鍛件等的內(nèi)應(yīng)力,以防止變形和開裂,均勻組織、細化晶粒,以改善鋼的力學(xué)性能,降低鋼的硬度,改善切削加工性能等。 (2)正火 正火是將鋼件加熱到臨界點以上預(yù)定溫度,保溫一定時間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。 正火的目

15、的：主要是細化晶粒、減小內(nèi)應(yīng)力,提高鋼的強度和韌性,改善鋼的切削加工性能。正火與退火基本相同,只是由于冷卻速度稍快,使鋼的強度與硬度要比退火處理高。 正火通常用于低碳鋼、中碳鋼零件的處理,如連桿、齒輪毛坯件的處理等。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 (3)淬火 淬火是將鋼件加熱到臨界點以上預(yù)定溫度,保溫一定時間后在冷卻介質(zhì)中快速冷卻的熱處理工藝。 淬火的目的：主要是改變金屬的組織結(jié)構(gòu),提高鋼的強度和硬度,并在不同的回火溫度配合下,能使鋼獲得不同的力學(xué)性能。如工具鋼通過淬火可以提高其強度和硬度,增加耐磨性;而對于中碳鋼來說,可以提高其強度和韌性。淬火是強化金屬材料性能的一種主要手段,在機械

16、制造中應(yīng)用很廣。 (4)回火 回火是將淬火后的鋼件加熱到一定溫度以下,保溫一定時間后冷卻的熱處理工藝。 回火的目的：主要用來減小和消除鋼淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,防止工件變形和開裂；調(diào)整鋼的硬度,提高鋼件的塑性和韌性,以滿足使用要求;穩(wěn)定組織,以保證工件在使用中形狀和尺寸不發(fā)生變化。一般來說,幾乎所有的淬火零件都需要進行回火處理。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2.表面熱處理表面熱處理 汽車上許多零件是在交變載荷、沖擊載荷及強烈摩擦條件下工作的,如傳動齒輪、活塞銷等。這些零件表面要求具有高硬度和高耐磨性,而心部又需具有足夠的強度和韌性。為滿足使用要求,通常用表面熱處理的方法來實現(xiàn)。按零件要求

17、和工藝不同,常用的表面熱處理方法有表面淬火和表面化學(xué)熱處理兩種。 (1)表面淬火 表面淬火就是僅對工件表層進行淬火的熱處理工藝。其方法是將工件表層迅速加熱至淬火溫度,當(dāng)熱量還未傳到心部時,就馬上予以冷卻,使工件表層獲得很高的硬度和耐磨性,而心部仍保持很好的強度和韌性。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 根據(jù)加熱方法不同,常用的有火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火。 1)火焰加熱表面淬火。利用氧乙炔火焰對工件表面進行加熱,使其表面迅速達到淬火溫度,隨即噴水冷卻的過程稱為火焰加熱表面淬火,如圖428所示。 火焰加熱表面淬火的淬硬層深度可達26mm。這種方法操作簡單,無須專用設(shè)備,但加熱溫度不易

18、控制,淬火質(zhì)量不穩(wěn)定,而且僅適用于中碳鋼或中碳合金鋼,因為含碳量過高,工件容易被淬裂。火焰加熱表面淬火主要用于單件或小批量零件以及大型零件的局部處理。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2)感應(yīng)加熱表面淬火。利用感應(yīng)電流通過工件時產(chǎn)生的熱效應(yīng),使工件表面迅速達到淬火溫度,隨即快速噴水冷卻的過程稱為感應(yīng)加熱表面淬火,如圖429所示。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 (2)表面化學(xué)熱處理 表面化學(xué)熱處理是通過一定的工藝方法,將一種或幾種元素滲入鋼件表面,以改變其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu),從而獲得所需性能的熱處理工藝。 按滲入元素不同,化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮和碳氮共滲等。 1)滲碳是將鋼件放在含

19、碳介質(zhì)中加熱并保溫,使活性炭原子滲入表層,以增加表面含碳量的熱處理工藝。 2)滲氮是將活性氮原子滲入鋼件表面的熱處理工藝,也稱氮化處理。目前常用的是氣體滲氮。 3)碳氮共滲也稱氰化處理,是向鋼件表面同時滲入碳和氮的熱處理。碳氮共滲一般以碳為主。經(jīng)過碳氮共滲后的工件還需進行淬火及回火處理。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 1. 1.故障現(xiàn)象故障現(xiàn)象 2006年年初,某汽車公司發(fā)現(xiàn)50輛轎車有螺栓斷裂現(xiàn)象,斷裂根數(shù)15根不等。 2. 2.原因分析原因分析 因為輪胎未脫落，故不存在受剪力情況，螺栓斷裂應(yīng)為拉伸受力。拉伸斷裂的原因：一是材料不合格，其金相組織不好，不是國家定點廠生產(chǎn)，并且采用料頭

20、生產(chǎn)螺栓，低倍組織不合格；二是生產(chǎn)工藝問題，采用熱鐓加工，螺栓使用壽命比冷鐓加工時低95%，并且螺栓生產(chǎn)廠家熱處理設(shè)備落后，去除脫碳層不合理，降低了拉伸強度。通過分析認為是螺栓質(zhì)量問題，對生產(chǎn)廠家調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)廠家不規(guī)范，材料來源不規(guī)范，沒有質(zhì)保單，毛坯采用熱鐓，再車削螺紋，去除脫碳層不穩(wěn)定，車削加工導(dǎo)致材料紋路走向被切斷，降低了螺栓的抗拉強度，熱處理設(shè)備陳舊， 不能保證性能等級。 對上述案例分析后建議：工藝上采用冷鐓方式， 擠壓出螺紋(無切削加工)；熱處理采用可控氣氛連續(xù)爐及臥式網(wǎng)帶爐，以保證螺栓的機械性能等級。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 了解常見合金元素對鋼的性能的影響。 熟

21、悉合金鋼的分類、規(guī)格及牌號。 熟悉不同類型合金結(jié)構(gòu)鋼的性能、特點及在汽車上的應(yīng)用。課題三課題三 合金鋼合金鋼模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 所謂合金鋼,就是在碳鋼的基礎(chǔ)上,為了獲得某種特定的性能,有目的地加入一種或多種元素的鋼,加入的元素稱為合金元素。合金鋼已有100多年的歷史了,現(xiàn)在國際上使用的有上千個合金鋼鋼號、數(shù)萬個規(guī)格,合金鋼的產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的10%,是機械制造、交通運輸和軍事工業(yè)的重要金屬材料。 如圖431所示為合金鋼材,圖432所示為合金鋼制作的法蘭盤。在汽車工業(yè)中,合金鋼還應(yīng)用在哪些零部件上呢? 它們有哪些優(yōu)異的性能呢?圖431 合金鋼材圖432 合金鋼法蘭盤模塊四模塊

22、四 黑色金屬材料黑色金屬材料一、常見合金元素對鋼的性能的影響一、常見合金元素對鋼的性能的影響 鉻加入鋼中能顯著提高鋼的抗氧化作用，增加鋼的抗腐蝕能力。并能提高鋼的強度和耐磨性。由于鉻加入鋼中能改善鋼的力學(xué)性能及物理和化學(xué)性能，因此在各種用途的合金鋼中，普遍含有不同數(shù)量的鉻。 鎳能使鋼強化，改善鋼的低溫性能，特別是韌性，還可以提高鋼的淬透性。鎳鋼的抗銹性也很強，具有較高的對酸、堿和海水的耐腐蝕能力；但在高溫高壓下對氧介質(zhì)的抗腐蝕能力無明顯效果，反會造成脫碳促使鋼腐蝕破裂。 錳是良好的鹽浴校正劑和脫硫劑。在碳素鋼中加入0.7%1.8%或以上的錳時，就是特殊鋼錳鋼了。這種含錳量較高的碳素鋼的力學(xué)性能

23、要比一般含錳量的鋼好得多，不但有足夠的韌性(在適當(dāng)?shù)臒崽幚項l件之下)，而且有較高的強度和硬度，能提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能。 硅是鋼中常見元素之一，在煉鋼過程中用作還原劑和脫氧劑。所以鋼中常含有0.20%0.30%的硅。如果鋼中硅含量超過0.50%0.60%時，硅就算作特殊的合金元素，這種鋼就稱為硅鋼模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 鎢具有熔點高、密度大的特點,是一種貴重的金屬元素。它在鋼中的用途,主要是增加鋼的回火穩(wěn)定性、熱硬性和熱強性,以及由于形成的特殊碳化物而增加耐磨性。如當(dāng)鎢加入高碳鋼中時,可以顯著提高其耐磨性和切削性。因此,它主要用于工具鋼,如高速鋼、熱鍛模具等。 釩和

24、碳、氮、氧都有極強的親和力,與之形成相應(yīng)的極為穩(wěn)定的化合物。不到0.5%的釩能細化鋼的晶粒,提高鋼的強度、屈強比和低溫韌性,改善鋼的焊接性能,也能增加鋼的熱強性和蠕變的抗力。此外釩對碳的固定作用,還可以提高鋼在高溫下的抗氫腐蝕。 鋁是煉鋼時的脫氧定氮劑,并且能細化鋼的晶粒,提高鋼在低溫下的韌性,鋁對氮有極大的親和力,含鋁的鋼滲氮后,在鋼材表面牢固地形成一層薄而硬的彌散分布的氮化鋁層,從而提高其硬度和疲勞強度,并改善其耐磨性。鋁還具有耐腐蝕性和抗氧化性,可作為不銹耐酸鋼的主要合金元素。在鋼的表面鍍鋁或滲鋁,可提高其抗氧化性。 氮在鋼中能固溶強化及時效沉淀強化,形成穩(wěn)定的奧氏體組織,還能改善高鉻和

25、高鉻鎳鋼的宏觀組織,使之致密堅實,并提高其強度。氮能借滲入方法與鋼表面層中的鉻、鋁等合金元素化合形成氮化物,增加鋼表面層的硬度、強度、耐磨性及耐蝕性等。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 鈦是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮和碳的有效元素,能使鋼的內(nèi)部組織致密,提高鋼的強度。含鈦量為0.06%0.12%的低合金結(jié)構(gòu)鋼,具有良好的力學(xué)性能和工藝性能,但主要缺點是淬透性稍差。 稀土元素是很好的鋼中脫硫去氣劑,可用于清除其他如砷、銻、鉍等有害雜質(zhì),可以改變鋼中夾雜物的形態(tài)和分布情況,從而改善鋼的質(zhì)量。在低合金結(jié)構(gòu)鋼中加入適量的稀土,有良好的脫氧、脫硫作用,可以提高沖擊韌性(特別是低溫韌性),耐大氣腐

26、蝕,并有良好的焊接性能和冷加工性能,在高合金的不銹耐熱鋼和電熱合金中加入稀土,既可以提高鋼的抗氧化性和耐蝕性,也可以改善鋼和合金的鑄態(tài)組織,從而改善其熱加工性能并提高其使用壽命。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料二、合金鋼的分類二、合金鋼的分類1.按用途分類按用途分類(1)合金結(jié)構(gòu)鋼:用來制造各種機械零件及工程結(jié)構(gòu)。(2)合金工具鋼:用來制造各種重要的工具和量具、刃具等。(3)特殊性能鋼:用來制造有特殊性能要求的結(jié)構(gòu)件和機器零件等。2.按合金元素的含量分類按合金元素的含量分類(1)低合金鋼:合金元素總含量小于5%;(2)中合金鋼:合金元素的總含量為5%10%;(3)高合金鋼:合金元素的總含

27、量大于10%。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 三、合金結(jié)構(gòu)鋼三、合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)或高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量合金元素的鋼。它主要用于制造各種重要的機器零件和受力工程結(jié)構(gòu),要求它有較高的機械性能和較好的加工工藝性能。 1.低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼碳質(zhì)量分數(shù)為0.10%0.25%,所加入的合金元素不大于3%。低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點為低碳、低合金。這類鋼具有良好的塑性、韌度、焊接性及較好的耐磨性和耐蝕性。主要用于制造工程結(jié)構(gòu)如汽車大梁(見圖433)、船舶、車輛、壓力容器和建筑結(jié)構(gòu)橋梁及各種焊接構(gòu)件。一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用。圖433 汽車底盤大梁結(jié)構(gòu)示意圖

28、模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料低合金滲碳鋼的牌號及應(yīng)用見表431。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2.合金滲碳鋼合金滲碳鋼 合金滲碳鋼碳質(zhì)量分數(shù)為0.1%0.25%，合金滲碳鋼是在滲碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一定量的合金元素而形成的。提高了零件抵抗沖擊載荷的能力；使工件在滲碳后可直接淬火，還能提高耐磨性；合金滲碳鋼與碳鋼滲碳件相比，具有工藝性能好、使用性能高的特點。 合金滲碳鋼在汽車上的應(yīng)用如圖434所示。圖434 合金滲碳鋼在汽車上的應(yīng)用a)半軸齒輪 b)后橋減速器齒輪 c)差速器十字軸 d)變速器齒輪模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 3.

29、合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼碳質(zhì)量分數(shù)為0.25%0.50%，合金調(diào)質(zhì)鋼是在調(diào)質(zhì)鋼中加入一定量的合金元素而形成的。保證合金調(diào)質(zhì)鋼零件具有高而均勻的綜合力學(xué)性能。 合金調(diào)質(zhì)鋼在汽車上的應(yīng)用如圖435所示。圖435 合金調(diào)質(zhì)鋼在汽車上的應(yīng)用a)進氣門 b)轉(zhuǎn)向節(jié) c)離合器從動盤 d)鋼板彈簧U 形螺栓模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 4.合金彈簧鋼合金彈簧鋼 合金彈簧鋼的碳質(zhì)量分數(shù)比合金調(diào)質(zhì)鋼的高，一般為0.46%0.70%。在彈簧鋼中加入合金元素即形成了合金彈簧鋼。提高零件的彈性、鋼的淬透性，提高鋼的彈性極限和屈強比。典型的彈簧鋼有60Si2Mn

30、、50CrVA 等。通常一輛汽車上裝有5060種100多件彈簧。如圖436所示為合金彈簧鋼在汽車上的應(yīng)用。圖436 合金彈簧鋼在汽車上的應(yīng)用a)氣門彈簧 b)鋼板彈簧模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 5.滾動軸承鋼滾動軸承鋼 滾動軸承鋼是用來制造滾動軸承(見圖437)的滾動體和內(nèi)、外圈的專用鋼。必須具有高的硬度和耐磨性，高的彈性極限和接觸疲勞強度，足夠的韌度和耐蝕性。軸承鋼的碳質(zhì)量分數(shù)較高，在0.95%1.15%范圍內(nèi)并加入了0.4%1.65%的Cr元素。牌號中的G是滾動軸承鋼的代號，ZG為鑄造滾動軸承鋼的代號。圖437 軸承模塊四模塊四 黑色金屬材

31、料黑色金屬材料 了解鑄鐵的特性、分類與組織特征。 熟悉軸類零件的選材方法。 熟悉鑄鐵在汽車上的應(yīng)用。課題四課題四 鑄鐵鑄鐵模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 鑄鐵(見圖441) 是主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。是含碳量較高的鐵,含碳量在2%以上,質(zhì)脆,不能鍛壓,用來煉鋼或鑄造器物。圖441 鑄鐵模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 曾幾何時,在汽車上50%70%的金屬材料為鑄鐵。例如,CA1091汽車的心臟發(fā)動機的主要零件氣缸體、氣缸蓋、活塞環(huán)(見圖442),以及變速箱外殼、后橋殼(見圖442)和其他許多零件,所用的材料就是鑄鐵。在汽車的全部金屬材料中,鑄鐵的重量約占一半。汽車上還有

32、哪些零部件是用鑄鐵制造的? 鑄鐵件都有哪些性能特點?圖442 鑄鐵在汽車上的應(yīng)用a)氣缸體 b)氣缸蓋 c)活塞環(huán) d)后橋殼模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 一、鑄鐵的特性一、鑄鐵的特性 鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌度遠不如鋼。當(dāng)鑄鐵承受壓縮載荷時，具有較高的抗壓強度。石墨的存在固然降低了鑄鐵的力學(xué)性能，但給鑄鐵帶來了一系列良好的其他性能，如優(yōu)良的鑄造性能、良好的可加工性、較好的耐磨性和減振性、較低的缺口敏感性。 二、鑄鐵的分類與組織特征二、鑄鐵的分類與組織特征 1.灰鑄鐵 2.白口鑄鐵 3.可鍛鑄鐵 4.球墨鑄鐵 5.蠕墨鑄鐵模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 1.灰鑄鐵灰鑄鐵 灰鑄

33、鐵含碳量較高(2.7%4.0%)，碳主要以片狀石墨形式存在，斷口呈灰色，簡稱灰鐵?；诣T鐵熔點低(11451250)，凝固時收縮量小，抗壓強度和硬度接近碳素鋼，減振性好。由于片狀石墨存在，故耐磨性好。 灰鑄鐵具有良好的可加工性，較高的耐磨性、減振性，低的缺口敏感性，且價格低廉。常用于汽車上飛輪、飛輪殼、變速箱殼及蓋、離合器殼及壓板、進排氣歧管、制動鼓以及液壓制動總泵和分泵的缸體，以及不鑲缸套的整體缸體、缸蓋等零件。 按國家標準的規(guī)定，灰鑄鐵的牌號由HT和一組數(shù)字組成。其中，HT為灰鑄鐵的代號，代號后面的數(shù)字表示其抗拉強度值(MPa)。如HT150 表示抗拉強度為MPa的灰鑄鐵。模塊四模塊四 黑色

34、金屬材料黑色金屬材料模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 2.白口鑄鐵白口鑄鐵 白口鑄鐵的碳、硅含量較低，碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色。凝固時收縮大，易產(chǎn)生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制造耐磨損的零部件。 3.可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵退火處理后獲得的一種具有團絮狀石墨的高強度鑄鐵,簡稱韌鐵。因其塑性優(yōu)于灰鑄鐵而得名，實際上并不能進行鍛造加工。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強動載荷的零件或要求韌度較好的薄壁類零件。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 4.球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵一般有鐵素體

35、基體、珠光體基體和鐵素體加珠光體基體三種。球墨鑄鐵的力學(xué)性能較高，球墨鑄鐵的強度和韌度比灰鑄鐵、可鍛鑄鐵高,在抗拉強度、屈服點、疲勞強度等方面都可以與鋼媲美(沖擊韌度則不如鋼)。同時，球墨鑄鐵具有灰鑄鐵的許多優(yōu)點，如良好的減振性、耐磨性、低的缺口敏感性等，都是鋼所不及的；且價格又比鋼便宜，所以常用來代替部分鑄鋼和鍛鋼(以鐵代鋼、以鑄代鍛)制造曲軸、汽車拖拉機底盤零件以及齒輪、閥體等。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 5.蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵的基體組織也有鐵素體基體、珠光體基體和鐵素體加珠光體基體三種。用蠕墨鑄鐵制造的制動鼓的使用壽命比灰鑄鐵的高3倍多。6100汽油機排氣管、6100柴油機缸蓋也常用蠕墨鑄鐵制造。 蠕墨鑄鐵的牌號由RuT和兩組數(shù)字組成，其中RuT為蠕墨鑄鐵的代號，代號后面的一組數(shù)字表示最低抗拉強度(MPa)。例如，RuT300表示抗拉強度不小于300 MPa的蠕墨鑄鐵。模塊四模塊四 黑色金屬材料黑色金屬材料 6.合金鑄鐵合金鑄鐵 在灰鑄