《工程材料》授課教師：李英第3章金屬材料重點(diǎn)：(1)各類合金鋼的鋼號(hào)、成分特點(diǎn)、熱處理工藝、組織、性能以及它們的應(yīng)用。(2)合金鋼中各主要合金元素的作用。金屬材料黑色金屬有色金屬鐵和鐵為基的合金。黑色金屬以外的所有金屬和合金。要熟練掌握的金屬材料的牌號(hào)碳鋼：Q235

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼如45碳素工具鋼如T12合金鋼：Q345(16Mn)20Cr、20CrMnTi40Cr、35CrMo、40CrNiMo65Mn、60Si2MnGCr15

CrWMn

9SiCrW18Cr4V1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti要熟練掌握的金屬材料的牌號(hào)鑄鋼：ZG35鑄鐵：HT200QT600-2KT300-6RuT420軸承合金：ZChSnSb11-6ZChPbSb16-16-23.1碳鋼

3.1.1碳鋼的成分和分類1.碳鋼的成分主要元素：Fe、C非特意加入的雜質(zhì)元素：Mn、Si、S、P、H、O、N等2.碳鋼的分類(1)按鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分低碳鋼：w(C)≤0.25%中碳鋼：0.25%＜w(C)≤0.6%高碳鋼：w(C)＞0.6%(2)按鋼的質(zhì)量分普通碳素鋼：w(S)≤0.055%,w(P)≤0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：w(S)≤0.04%,w(P)≤0.04%高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：w(S)≤0.03%,

w(P)≤0.035%(3)按用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼(4)按冶煉方法分平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼1.碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235-C·F屈服極限=235MPa鋼材質(zhì)量等級(jí)S、P質(zhì)量分?jǐn)?shù)A、B、C、D脫氧方法F、b、Z、TZ牌號(hào):Q+數(shù)字表示3.1.2碳鋼的牌號(hào)及用途(GB700-88)“屈”字的漢語拼音字首F：沸騰鋼b：半鎮(zhèn)靜鋼Z：鎮(zhèn)靜鋼TZ:特殊鎮(zhèn)靜鋼A級(jí)硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，D級(jí)硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼例：10

45

65W(c)=0.1%W(c)=0.45%W(c)=0.65%牌號(hào)：平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)表示。08F、10、20、30、40、45、50、60、65主要用來制造各種機(jī)器零件。

例：軸，選材：45鋼。硬度要求為：220HB～250HB；軸頸和錐孔進(jìn)行表面淬火，硬度要求為52HRC。(1)確定工藝路線、熱處理工藝(2)分析組織與性能答:(1)工藝路線：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火+低溫回火→磨削加工。時(shí)間溫度空冷正火Ac3+30-50℃=840℃左右水冷淬火高溫回火水冷淬火低溫回火500～650℃150～250℃+調(diào)質(zhì)處理圖45制造車床主軸熱處理工藝圖(2)組織與性能原始組織：F+P正火后的組織：F+S正火的目的：細(xì)化、均勻化組織調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）后的組織：回火S性能：良好的綜合機(jī)械性能。表面淬火+低溫回火：表面組織為：回火M。性能：硬度較高，耐磨。心部組織為：回火S。性能：良好的綜合機(jī)械性能。工藝路線：下料—卷成型—淬火+中溫回火—噴丸強(qiáng)化—兩端磨平淬火（Ac3+30～50℃,850℃）+中溫回火(350-500℃),回火屈氏體。

例：彈簧，選材：65鋼。硬度：35HRC～45HRC(1)確定工藝路線、熱處理工藝(2)分析組織與性能3.碳素工具鋼例：T8

T10

T12W(c)=0.8%W(c)=1.0%W(c)=1.2%牌號(hào)：平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)表示。優(yōu)質(zhì)：T7、T8、T8Mn、T9、T10Mn、T10、T12、T13

高級(jí)優(yōu)質(zhì)：在上述牌號(hào)后面加A主要用來制造各種刃具、量具、模具等。

(1)工藝路線熱軋鋼板（帶）下料一鍛（軋）柄部-正火-球化退火-機(jī)加工-淬火-低溫回火。Ac1=730℃Accm=830℃例：板挫對(duì)板挫的要求：表面刃部有高的硬度（64HRC-67HRC），柄部硬度<35HRC。選材：T12鋼。

回答以下問題：(1)確定工藝路線、熱處理工藝參數(shù)

(2)分析組織與性能

刃部64HRC～67HRC時(shí)間溫度低溫回火150～250℃球化退火略高于730℃空冷正火Accm+30-50℃=860-880℃左右水冷淬火Ac1+30-50℃=760-780℃左右圖T12制造板銼熱處理工藝圖正火后的組織：S+Fe3CⅡ（不連續(xù)的網(wǎng)狀組織）,為球化退火作準(zhǔn)備。淬火：Fe3C

(球狀)

+M+A’低溫回火：Fe3C

(球狀)

+回火M+A’球化退火后的組織：在鐵素體基體上分布著細(xì)小均勻的球狀滲碳體。原始組織：P+Fe3CⅡ（連續(xù)的網(wǎng)狀組織）(2)組織與性能3.2合金鋼

3.2.1概論1.合金鋼的分類2.合金鋼的編號(hào)按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼總原則：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)+合金元素符號(hào)+合金元素?cái)?shù)量+質(zhì)量級(jí)別結(jié)構(gòu)鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)萬分之一，兩位數(shù)表示。工具鋼、特殊性能鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)千分之一，一位數(shù)表示。工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示：標(biāo)出主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由其后面的數(shù)字標(biāo)出，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.5%～2.49%標(biāo)22.5%～3.49%標(biāo)3以此類推若＜1.5%不標(biāo)合金元素及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示：20CrMnTiW(C)約為0.2%主要元素Cr、Mn、Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.5%以下。牌號(hào)：1Cr18Ni9TiW(C)約為0.1%主要元素w(Cr)約為18%

w(Ni)約為9%

w(Ti)＜1.5%牌號(hào)：專用鋼用漢語拼音字首來表示。少數(shù)特殊性能鋼的編號(hào)例外。特例1：滾珠軸承綱：GCr15：w(C)約為1.0%

w(Cr)約為1.5%特例2：易切削鋼：Y40Mn:w(C)約為0.4%

w(Mn)＜1.5%特例3：高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼的末尾加“A”：20Cr2Ni4A特例4：耐熱鋼：12Cr1MoV:w(C)約為0.12%

w(Cr)約為0.1%

w(Mo)＜1.5%w(V)＜1.5%1.低合金結(jié)構(gòu)鋼3.2.2合金結(jié)構(gòu)鋼(2)性能要求①高強(qiáng)度②高韌性③良好的焊接性和冷成型性④低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度⑤良好的耐蝕性主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)件。(1)用途

(4)常用鋼種：例：16Mn(Q345)①熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需專門的熱處理②為了改善焊接區(qū)，可進(jìn)行一次正火處理。組織：F+S(5)熱處理和組織性能①低碳：w(C)<0.2%②加入以Mn為主的合金元素③加入鈮、鈦或釩等輔加元素(3)成分特點(diǎn)2.合金滲碳鋼主要用于制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪軸、活塞銷等。(1)用途①表面滲碳層硬度高②心部高的韌性和足夠高強(qiáng)度③有良好的熱處理性能(2)性能要求①低碳：w(C)=0.1%～0.25%之間②加入提高淬透性的合金元素：Cr、Ni、Mn等③加入阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的合金元素：Ti、V、W、Mo等(3)成分特點(diǎn)(4)常用鋼種：例：20Cr、20CrMnTi一般：滲碳后直接淬火，再低溫回火。(5)熱處理和組織性能例：汽車齒輪(1)滲碳齒輪的工藝路線：下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火+低溫回火→噴丸→磨削加工汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。

汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強(qiáng)度、心部強(qiáng)度以及沖擊韌性等，均要求比機(jī)床齒輪高。

選材：合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi

回答以下問題：

(1)工藝路線、熱處理工藝參數(shù)

(2)分析組織與性能時(shí)間溫度低溫回火180～200℃800～820℃油冷淬火空冷正火Ac3+30～50℃900-950℃滲碳圖20CrMnTi制造齒輪熱處理工藝圖最終熱處理后的組織：表面滲碳層的組織：合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體硬度60HRC～62HRC心部組織：完全淬透：回火馬氏體多數(shù)情況心部為：屈氏體+回火馬氏體+少量鐵素體硬度：25HRC～40HRC;心部韌性一般高于700kJ/m2正火的目的：提高硬度，改善切削性能(2)組織與性能3.合金調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其他機(jī)器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。(1)用途

(2)性能要求①高強(qiáng)度②良好的塑性和韌性③良好的淬透性(4)常用鋼種(3)成分特點(diǎn)①中碳：w(C)=0.25%～0.5%②加入提高淬透性的合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、B等③加入防止第二類回火脆性的元素：Mo、W

35CrMo、W(C)=0.35%主要元素Cr、Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.5%以下。40Cr、40CrNiMoCr：提高淬透性Ni：提高淬透性Mo：提高淬透性、防止第二類回火脆性各元素的作用：牌號(hào)：(5)熱處理和組織性能注意：鉻、鎳鋼高溫回火時(shí)易產(chǎn)生回火脆性?？梢圆捎没鼗鸷罂炖浠蚣尤隬、Mo熱處理：調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）組織：回火索氏體。性能：良好的綜合機(jī)械性能。55HRC(1)工藝路線：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火+低溫回火→磨削加工。例：軸軸硬度要求為220HB～250HB；軸頸進(jìn)行表面淬火，硬度要求為52～55HRC。選材：40Cr鋼?；卮鹨韵聠栴}：

(1)工藝路線、熱處理工藝參數(shù)

(2)分析組織和性能時(shí)間溫度空冷正火Ac3+30-50℃油冷淬火高溫回火乳化液冷淬火低溫回火600～650℃180～200℃+調(diào)質(zhì)處理圖40Cr制造車床主軸熱處理工藝圖正火：組織為：F+S,消除鍛造時(shí)的應(yīng)力、均勻化組織、使坯料具有相同的硬度，便于切削。調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）：組織為：回火S,良好的綜合機(jī)械性能。表面淬火+低溫回火：組織為：表面為回火M,硬度較高，耐磨。心部為回火S,良好的綜合機(jī)械性能。原始組織：F+P(2)組織與性能4.合金彈簧鋼(1)用途(3)成分特點(diǎn)①中、高碳鋼：w(C)=0.5%～0.7%②加入提高淬透性的元素：Si、Mn主要用于制造各種彈簧和彈性元件。(2)性能要求①高的彈性極限σe，尤其是高的屈強(qiáng)比σs/σb②高的疲勞強(qiáng)度σr③足夠的塑性和韌性60Si2MnW(C)=0.6%W(Si)=2%左右、Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下。Si、Mn：提高淬透性、提高屈強(qiáng)比。各元素的作用：牌號(hào)：(4)常用鋼種(5)加工、熱處理與性能①熱成型彈簧熱處理：淬火+中溫回火組織：回火屈氏體。②冷成型彈簧圖彈簧種類(1)工藝路線：下料—成型—淬火+中溫回火—噴丸強(qiáng)化例：汽車彈簧選材汽車彈簧選材：60Si2Mn鋼?；卮鹨韵聠栴}：

(1)工藝路線、熱處理工藝參數(shù)

(2)分析組織與性能

時(shí)間溫度(870℃)油冷淬火中溫回火430～500℃圖60Si2Mn制造汽車彈簧的熱處理工藝路線圖性能：硬度：42HRC～47HRC

屈服強(qiáng)度：1200MPa

沖擊韌性：250kJ/m2～300kJ/m2(2)組織與性能淬火后得到的組織為:M中溫回火后得到的組織為：回火T5.滾珠軸承鋼(1)用途主要用于制造滾動(dòng)軸承。(2)性能要求①高的接觸疲勞強(qiáng)度②高的硬度和耐磨性③足夠的韌性和淬透性①高碳：w(C)=0.95%～1.1%②Cr為基體合金元素③加入Si、Mn、V④高的冶金質(zhì)量(3)成分特點(diǎn)GCr15滾珠軸承鋼W(C)=1.0%左右Cr：提高淬透性、提高的耐磨性，特別是疲勞強(qiáng)度。元素的作用：牌號(hào)：W(Cr)=1.5%左右(4)常用鋼種鍛造—正火——球化退火——機(jī)械粗加工—淬火+冷處理—低溫回火——磨削加工——低溫時(shí)效加工工藝過程：(5)熱處理及組織性能主要為球化退火、淬火和低溫回火時(shí)間溫度

圖GCr15熱處理工藝曲線圖油冷淬火840℃-60～-80℃冷處理正火球化退火160±10℃低溫回火120～130℃低溫時(shí)效140～200℃正火：目的是細(xì)化組織并消除鍛造缺陷鍛造后的組織為：索氏體+少量粒二次滲碳體，

硬度255HB–340HB球化退火：降低鋼的硬度，以利于切削加工，獲得球狀珠光體，為零件的最終熱處理作準(zhǔn)備。低溫時(shí)效:120～130℃多次，進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸，消除磨削中的應(yīng)力。淬火：840℃，組織：M冷處理：-60～-80℃，使殘余A轉(zhuǎn)變成M,為了穩(wěn)定尺寸。低溫回火：150～160℃，組織：回火M+細(xì)小彌散的碳化物+A’。1.合金刃具鋼3.2.3合金工具鋼主要用于制造各種金屬切削刀具。(1)用途①高硬度②高耐磨性③高熱硬性④足夠的塑性和韌性(2)性能要求①低合金刃具鋼a.高碳w(C)=0.9%～1.1%b.加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素

Cr、Mn、Si：提高淬透性

Si：還提高回火穩(wěn)定性

W、V：提高硬度和耐磨性②高速鋼a.高碳w(C)>0.7%b.加入Cr、W、Mo、V等合金元素

Cr：提高淬透性

W、Mo：獲得高的熱硬性

V：提高硬度和耐磨性

(3)成分特點(diǎn)①低合金刃具鋼9SiCr牌號(hào)：Cr、Si提高淬透性，Si提高回火穩(wěn)定性。(4)常用鋼種W(C)=0.9%w(Si)<1.5%w(Cr)<1.5%②高速鋼W18Cr4V牌號(hào)：W(C)=0.7%～0.8%Cr：提高淬透性，一般Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%。W：保證高的熱硬性。V：提高鋼的硬度和耐磨性。w(W)=18%w(Cr)=4%w(V)<1.5%回火后的組織：回火M+細(xì)粒狀碳化物+A’工藝路線：圖W18Cr4V鋼的熱處理工藝路線圖2.合金模具鋼(1)冷模具鋼性能要求

a.高硬度，一般為58HRC～62HRCb.高耐磨性

c.足夠的韌性和疲勞抗力

d.熱處理變形?、儆猛居糜谥圃旄鞣N冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200～300℃。③成分特點(diǎn)

a.高碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在1.0%以上

b.加入Cr、Mo、W、V等合金元素④鋼種和牌號(hào)9SiCr、CrWMn、9Mn2V⑤熱處理特點(diǎn)高碳高鉻冷模具鋼的熱處理方案有兩種：一次硬化：在較高溫度(950℃～1000℃)下淬火，然后低溫(150℃～180℃)回火，硬度可達(dá)61HRC～64HRC。

二次硬化：在較高溫度(1100℃～1150℃)下淬火，然后510℃～520℃多次(一般為三次)回火，產(chǎn)生二次硬化，硬度可達(dá)60HRC～62HRC。

(2)熱模具鋼性能要求

a.高的熱硬性和高溫耐磨性

b.高的抗氧化性能

c.高的熱強(qiáng)度和足夠的韌性

d.高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞①用途用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時(shí)型腔表面溫度可達(dá)600℃以上。③成分特點(diǎn)

a.中碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.3～0.6%

b.加入Cr、Ni、Mn、Si等合金元素

c.加入Mo、W、V等鋼種和牌號(hào)5CrMnMo等熱處理3.合金量具鋼(1)用途(2)性能要求①高硬度②高尺寸穩(wěn)定性主要用于制造各種測(cè)量工具。①高碳：w(C)=0.9%～1.5%②加入提高淬透性的元素：Cr、W、Mn(3)成分特點(diǎn)(4)常用鋼種:CrWMn、GCr15①保證硬度的前提下，盡量降低淬火溫度，以減少殘余奧氏體。②高淬火后立即進(jìn)行-70℃～-80℃的冷處理，使殘余奧氏體盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。(5)熱處理特點(diǎn)1.不銹鋼3.2.4特殊性能鋼(1)腐蝕概述金屬腐蝕是自然界存在的一種自然現(xiàn)象，它是金屬與環(huán)境化學(xué)、電化學(xué)相互作用的自發(fā)破壞過程。世界各國(guó)因腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失十分驚人，一般工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的腐蝕損失是國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4％左右。據(jù)估計(jì)，世界上每年因腐蝕而不能使用的金屬質(zhì)量，大約相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的l／4～l／3，而每年生產(chǎn)的黑色金屬（鋼鐵）由于腐蝕而遭到破壞的有5％～20％。金屬在環(huán)境中，在金屬表面或界面上進(jìn)行的化學(xué)、電化學(xué)多相反應(yīng)，或者由于物理溶解作用而造成的材料氧化、損壞或變質(zhì)。金屬的腐蝕過程屬于氧化還原反應(yīng)。(2)腐蝕的定義根據(jù)腐蝕反應(yīng)機(jī)理的不同，通常可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。(3)腐蝕的分類是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。其主要特點(diǎn)是非電解質(zhì)中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物。電子的傳遞是在金屬和氧化劑之間直接進(jìn)行的，因而沒有電流產(chǎn)生?；瘜W(xué)腐蝕：是指金屬與電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反映，并伴有電流產(chǎn)生的腐蝕過程。主要特點(diǎn)是其反應(yīng)歷程可以分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立，并且可同時(shí)進(jìn)行的過程—陰極反應(yīng)與陽極反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕：最簡(jiǎn)單的原電池是Cu－Zn原電池。如圖所示。當(dāng)外電路接通時(shí)，電路中即有電流通過。電極過程如下：

Zn的電極電位較負(fù)，為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)。

Cu的電極電位較正，為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，溶液中的H離子與從Zn電極流過來的電子相結(jié)合放出氫氣。(4)電化學(xué)腐蝕的原理陰極：2H++2e-→H2↑

陽極：Zn→Zn2++2e－腐蝕電池的總反應(yīng)：Zn+2H+→Zn2++H2↑

隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，鋅不斷地被離子化，釋放電子，在外電路形成電流。鋅離子化的結(jié)果，是使鋅被腐蝕。如果將一塊合金置于電解質(zhì)溶液中，也會(huì)發(fā)生同樣的氧化、還原反應(yīng)，組成腐蝕原電池，只不過這種電池的陽極、陰極難以用肉眼去區(qū)分而已。①

金屬組織結(jié)構(gòu)的不均勻性而構(gòu)成的微觀電池金屬與合金的晶粒與界面之間，各種不同的相之間的電極電位是有差異的，由此在電解質(zhì)溶液中也可能導(dǎo)致形成微電池而產(chǎn)生局部腐蝕。圖不銹鋼的晶間腐蝕例：滲碳體電極電位高，鐵素體電極電位低。②物理狀態(tài)的不均勻性形成的微觀電池金屬在加工或使用過程中往往產(chǎn)生部分變形或受力不均勻性，以及在熱加工冷卻過程中引起的熱應(yīng)力和相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力等，都會(huì)形成微觀電池。一般情況下，應(yīng)力大的部位成為陽極，因此在鐵板彎曲處和鉚接處容易發(fā)生腐蝕。另外，溫差、光照的不均勻性也會(huì)引起微觀電池的形成。③金屬表面膜不完整形成的微觀電池金屬的表面一般都存在一層初生膜。如果這種膜不完整、有孔隙或破損，則孔隙或破損處的金屬相對(duì)于表面膜來說，電極電位較負(fù)，成為微電池的陽極，故腐蝕將從這里開始。如：小孔腐蝕（點(diǎn)腐蝕）(5)提高金屬材料腐蝕的能力①減少原電池形成的可能，使金屬材料具有均勻的單相組織，并盡可能提高金屬材料的電極電位。②盡可能減小兩極之間的電極電位差，并提高陽級(jí)的電極電位。③減少甚至阻隔腐蝕電流，使金屬“鈍化”，即在表面形成致密的、穩(wěn)定的保護(hù)膜，將介質(zhì)與金屬材料隔離。(6)不銹鋼的成分特點(diǎn)①碳含量耐蝕性要求愈高，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)愈低。

C與Cr形成碳化物[(Cr,Fe)23C6]在晶界析出,使晶界周圍嚴(yán)重貧鉻→W(Cr)<12%→晶界區(qū)域電極電位↓↓

→晶間腐蝕②加入CrW(Cr)>12%→電極電位↑↑③加入Ni

可獲得單相奧氏體組織④加入Mo、Cu等:提高鋼在非氧化性酸中的耐腐蝕能力。⑥加入Mn、N等：部分代替Ni以獲得奧氏體組織，并提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐腐蝕性。⑤加入Ti、Nb等：同C形成穩(wěn)定的碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶界腐蝕。(6)常用不銹鋼

①馬氏體不銹鋼1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13。

熱處理同結(jié)構(gòu)鋼。②鐵素體型不銹鋼1Cr17、1Cr17TiW(C)<0.15%

由于Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，鋼為單相鐵素體組織熱處理：退火或正火狀態(tài)下使用③奧氏體型不銹鋼0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9TiW(C)≈0.1%

④奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼牌號(hào)：1Cr18Ni9TiW(C)=0.1%W(Cr)=18%W(Ti)<1.5%W(Ni)=9%合金元素的作用:Cr:提高鋼基體的電極電位，提高耐腐蝕性。Ni:獲得單相奧氏體組織，提高耐腐蝕性。Ti:與C形成碳化物,使Cr保留在基體中，避免晶界貧Cr,減輕鋼的晶界腐蝕。奧氏體不銹鋼的熱處理工藝

a.固溶處理將鋼加熱到1050℃～1150℃使碳化物充分溶解，然后水冷，獲得單相奧氏體組織，提高耐蝕性。

c.消除應(yīng)力退火將鋼加熱到300℃～350℃消除冷加工應(yīng)力；加熱到850℃以上，消除焊接殘余應(yīng)力。

b.穩(wěn)定化處理主要用于含Ti或Nb的鋼，一般在固溶處理后進(jìn)行。將鋼加熱到850℃～880℃，使鋼中Cr的碳化物完全溶解，而鈦等的碳化物不完全溶解。然后緩慢冷卻，讓溶于奧氏體的碳與鈦以碳化鈦形式充分析出。這樣，碳將不再同Cr形成碳化物，消除晶界貧Cr的可能，避免了晶界腐蝕的產(chǎn)生。2.耐熱鋼用于加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫裝置。

(2)性能要求①抗氧化性：指金屬在高溫下的抗氧化能力。②熱強(qiáng)性：指鋼在高溫下的強(qiáng)度。(1)用途蠕變極限：鋼在一定溫度下，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一定變形量時(shí)的應(yīng)力。蠕變：當(dāng)受一定應(yīng)力作用時(shí)，發(fā)生變形量隨時(shí)間而逐漸增大的過程。700℃、1000h總的蠕變量達(dá)到0.2%時(shí)的蠕變極限。持久強(qiáng)度：鋼在一定溫度下經(jīng)一定時(shí)間引起斷裂的應(yīng)力。幾個(gè)概念碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高；加入Cr、Si或Al加入Mo、W、V、Ti(3)成分特點(diǎn)①熱化學(xué)穩(wěn)定鋼3Cr18Ni25Si2工作溫度達(dá)1000℃。熱處理：固溶處理

②熱強(qiáng)鋼珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼。(4)鋼種及加工、熱處理特點(diǎn)3.耐磨鋼(4)典型的鋼種：ZGMn13①高碳：1.0～1.4%②高錳：11%～14%，擴(kuò)大γ相區(qū)。③一定量的硅：0.3%～0.8%，改善流動(dòng)性，起固溶強(qiáng)化作用。(3)成分特點(diǎn)(2)性能要求很高的耐磨性和韌性。車輛履帶、挖掘機(jī)產(chǎn)斗等(1)用途

水韌處理：即將鋼加熱到1000℃～1100℃，保溫，使碳化物完全溶解，然后在水中快冷，在室溫獲得均勻單一的奧氏體組織。表面硬度高，心部則仍然保持原來的高韌性。鋼的韌性高，硬度低。當(dāng)工件受沖擊或強(qiáng)大的壓力變形表面層產(chǎn)生加工硬化。發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。(5)熱處理特點(diǎn)

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2.請(qǐng)把作業(yè)拿走！碳鋼、合金鋼部分的習(xí)題

1.說出Q235A、15、45、65、T8、T12等鋼的鋼類、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，各舉出一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。鋼類碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)用實(shí)例Q235A碳素結(jié)構(gòu)鋼0.14%～0.22%鋼筋、鋼板、橋梁15優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.15%沖壓件45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.45%齒輪、軸65優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.65%彈簧T8碳素工具鋼0.8%沖頭、錘子T12碳素工具鋼1.2%銼刀答:我國(guó)的低合金結(jié)構(gòu)鋼基本上不用貴重的Ni,Cr等元素,而以資源豐富的Mn為主要合金元素,錳除了產(chǎn)生較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果外,因他大大降低了奧氏體分解溫度,細(xì)化了鐵素體的晶粒,并使珠光體片變細(xì),消除了晶界上的粗大片狀碳化物,提高了鋼的強(qiáng)度和韌性。2.為什么低合金高強(qiáng)鋼用錳做為主要的合金元素?3.試述滲碳鋼和調(diào)質(zhì)鋼的合金化及熱處理特點(diǎn)。答:滲碳鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.10%～0.25%；加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn等；加入阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素，主要是加入少量強(qiáng)碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等。熱處理：滲碳后直接淬火，再低溫回火。調(diào)質(zhì)鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.25%～0.50%；加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn、Si、B等；加入防止第二類回火脆性的元素Mo、W。熱處理：淬火+高溫回火。4.為什么合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素？為什么要進(jìn)行中溫回火？

答:合金彈簧鋼要有高的屈強(qiáng)比。

Si的主要作用是提高淬透性同時(shí)也提高了屈強(qiáng)度比。所以合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素。

進(jìn)行中溫回火是為了得到回火屈氏體組織，它具有很高的屈服強(qiáng)度，特別是彈性極高，并有一定的塑性和韌性。

5.軸承鋼為什么要用鉻鋼?為什么對(duì)非金屬夾雜限制特別嚴(yán)格?

答:鉻提高了淬透性,形成合金滲碳體(Fe,Cr)3C呈細(xì)密的均勻分布提高了鋼的耐磨性,特別是抗疲勞強(qiáng)度。

軸承鋼中非金屬夾雜物和碳化物的不均勻性對(duì)鋼的性能,尤其是對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度影響很大.因?yàn)閵A雜物往往是接觸疲勞破壞的發(fā)源點(diǎn),其危害程度與夾雜物的類型,數(shù)量,大小,形狀和分布有關(guān)。6.簡(jiǎn)述高速鋼的成分，熱處理和性能特點(diǎn)，并分析合金元素的作用。

答:成分：高碳，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.7%以上，最高達(dá)1.5%，加入Cr，W，Mo，V等合金元素。

熱處理：高速鋼鍛后進(jìn)行球化退火，淬火，三次回火。

金元素的作用：加入Cr提高淬透性；W，Mo保證高的熱硬性；V能形成VC，非常穩(wěn)定，難溶解，硬度高，提高鋼的硬度和耐磨性，同時(shí)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒。7.W18Cr4V鋼的Ac1約為820oC,若以一般工具鋼Ac1+(30～50)oC的常規(guī)方法來確定淬火加熱溫度，最終熱處理后能否達(dá)到高速切削刀具所要求的性能？為什么？其實(shí)際淬火溫度是多少？

答:以一般Ac1+(30oC～50oC)的方法來確定淬火加熱溫度，最終熱處理后不能達(dá)到高速切削刀具所要求的性能。原因：高速鋼中含有大量W、Mo、Cr、V等難溶碳化物，它們只有在1200oC以上才能大量地溶于奧氏體中，以保證鋼淬火，回火后獲得很高的熱硬性，因此其淬火加熱溫度特別高。實(shí)際淬火溫度一般為：1220oC～1280oC。8.不銹鋼的固溶處理與穩(wěn)定化處理的目的各是什么？答:將鋼加熱到1050℃～1150℃使碳充分溶解，然后水冷，獲得單相奧式體組織，提高耐蝕性。它的穩(wěn)定化處理的目的是：碳將不再同鉻形成碳化物，因而有效地消除了晶界貧鉻的可能，避免了晶間腐蝕的產(chǎn)生。9.試分析20CrMnTi鋼和1Cr18Ni9Ti鋼中Ti的作用。答:20CrMnTi鋼是中淬透合金滲碳鋼Ti為強(qiáng)碳化物形成元素，能形成穩(wěn)定的合金碳化物，除了能阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大外，還能增加滲碳層硬度，提高耐磨性。1Cr18Ni9Ti鋼是奧氏體型不銹鋼，加入的Ti能優(yōu)先同碳形成穩(wěn)定碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶間腐蝕傾向。10.試分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr18Ni9Ti、9SiCr中的作用。答:40Cr:鉻提高淬透性,形成合金鐵素體，提高強(qiáng)度。

GCr15:鉻提高淬透性,形成合金滲碳體(Fe,Cr)3C呈細(xì)密的均勻分布提高了鋼的耐磨性,特別是抗疲勞強(qiáng)度。

CrWMn:鉻提高淬透性。1Cr18Ni9Ti鋼是奧氏體型不銹鋼，加入的Ti能優(yōu)先同碳形成穩(wěn)定碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶間腐蝕傾向。9SiCr:提高淬透性。11.試就下列四個(gè)鋼號(hào)：20CrMnTi、65、T8、40Cr討論如下問題：(1)在加熱溫度相同的情況下，比較其淬透性和淬硬性，并說明理由。(2)各種鋼的用途、熱處理工藝、最終的組織。

(1)答:淬透性20CrMnTi>40Cr>T8>65。

淬硬性：T8>65>40Cr>20CrMnTi

原因：淬透性與合金元素含量有關(guān)，合金元素含量越高，淬透性越高；淬硬性與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，淬硬性越高。(2)答:20CrMnTi鋼主要用于制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件；熱處理工藝:一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火；熱處理后；表面滲碳層的組織由合金滲碳體和回火馬氏體及少量殘余奧氏體組成。心部組織多數(shù)情況下是屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體。

65鋼主要用來制造彈簧；65鋼完全退火后淬火，再中溫回火；組織是鐵素體基體與大量彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體的混合組織，即回火屈氏體。

T8鋼可制造沖頭、鑿子、錘子等工具；

T8鋼球化退火后淬火，再低溫回火；組織是回火馬氏體加殘余奧氏體。

40Cr鋼用于制造一般尺寸的重要零件；合金調(diào)質(zhì)鋼需經(jīng)淬火加高溫回火熱處理；組織是回火索氏體。3.3鑄鋼和鑄鐵

3.3.1鑄鋼1.碳素鑄鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能從機(jī)械性能看：W(c)↑→屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度↑

W(c)>0.45%時(shí)，屈服強(qiáng)度增加很少，但塑性和韌性下降從鑄造性能看：W(c)↑→降低鋼的熔化溫度，增加鋼水的流動(dòng)性，鋼中氣體、夾雜也能減少。ZG25、ZG35、ZG45鑄鋼W(C)=0.35%牌號(hào)：ZG+平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.鑄鋼的組織特征和熱處理鑄造冷卻：粗大的奧氏體晶粒→魏氏體組織。熱處理：退火或正火。熱處理后的組織：顆粒比較細(xì)小的P+F魏氏體組織特點(diǎn)：鐵素體沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內(nèi)，使鋼的塑性和韌性下降，不能直接使用。3.3.2鑄鐵W(C)>2.11%1.鑄鐵的特點(diǎn)在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在:a.溶于α-Fe或γ-Fe中形成固溶體（F或A）；b.形成化合物態(tài)的滲碳體（Fe3C）；c.游離態(tài)石墨（G）(1)鑄鐵的石墨化過程和組織特點(diǎn)石墨具有特殊的簡(jiǎn)單六方晶格。滲碳體為亞穩(wěn)相，在一定條件下能分解為鐵和石墨；石墨為穩(wěn)定相。圖石墨的晶體結(jié)構(gòu)第一階段：鑄鐵液體結(jié)晶出一次石墨（過共晶鑄鐵）。和在1154℃（E′C′F′線）通過共晶反應(yīng)形成共晶石墨。鐵碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)線相圖第二階段：在1154℃～738℃溫度范圍內(nèi)奧氏體沿E′S′線析出二次石墨。石墨化：鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程。第三階段：在738℃（P′S′K′線）通過共析反應(yīng)共析出石墨。影響石墨化的主要因素：①溫度和冷卻速度②合金元素圖鑄鐵合金復(fù)線相圖(2)鑄鐵的組織特征和分類表鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得到的組織鑄鐵的組織：鋼的基體+石墨球墨鑄鐵：石墨呈球狀。可鍛鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀。蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀。普通灰口鑄鐵和變質(zhì)灰口鑄鐵：石墨呈片狀變質(zhì)處理：在液體金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑，以細(xì)化晶粒和改善組織鑄鐵的分類：圖可鍛鑄鐵圖球墨鑄鐵球狀石墨團(tuán)絮狀石墨圖蠕墨鑄鐵蠕蟲狀石墨(3)鑄鐵的性能特點(diǎn)表各種鑄鐵的機(jī)械性能灰口鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性都很低。原因：石墨對(duì)基體的割裂變質(zhì)處理后，由于石墨對(duì)基體的割裂作用減輕，鑄鐵的強(qiáng)度提高，但塑性無明顯改善。鑄鐵的一些特殊性能：

a.脆性→便于切削。

b.良好的鑄造性能，鑄造應(yīng)力低。

c.石墨有良好的潤(rùn)滑作用，并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油→耐磨性好。

d.石墨對(duì)振動(dòng)的傳遞起削弱作用，使鑄鐵有很好的抗振性能。

e.大量石墨的割裂作用，使鑄鐵對(duì)缺口不敏感。HT150灰鐵①牌號(hào)最低抗拉強(qiáng)度MPa

2.常用的鑄鐵

(1)灰口鑄鐵圖(b)珠光體基灰口鑄鐵圖(c)珠光體+鐵素體基灰口鑄鐵圖(a)鐵素體基灰口鑄鐵FGPGPGF②影響灰口鑄鐵組織和性能的因素影響因素：化學(xué)成分和冷卻速度碳、硅：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素。W(c)=2.5%～4.0%W(Si)=1.0%～2.0%錳：阻礙石墨化的元素。W(Mn)=0.5%～1.4%硫：有害元素。W(S)<0.15%磷：促進(jìn)石墨化的元素。W(P)一般小于0.12%,耐磨鑄鐵可達(dá)0.3%以上a.化學(xué)成分共晶度Sc=鑄鐵中實(shí)際碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)/共晶碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳當(dāng)量CE：將所含元素按促進(jìn)石墨化的能力折算成所相當(dāng)?shù)目偺假|(zhì)量分?jǐn)?shù)。CE=C+1/3(si+P)Sc=1(CE=

4.26)共晶鑄鐵<1(CE<4.26)亞共晶鑄鐵>1(CE>4.26)過共晶鑄鐵式中：C、Si、P均為各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Sc=C/C共晶=[CE-1/3(si+P)]/[4.26-1/3(si+P)]b.冷卻速度圖鑄鐵壁厚與碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鑄鐵組織的影響③孕育處理(變質(zhì)處理)④灰口鑄鐵的熱處理a.去應(yīng)力退火b.消除鑄件白口、降低硬度的退火c.表面淬火QT700-2球鐵①牌號(hào)最低抗拉強(qiáng)度700MPa延伸率2%②成分和球化處理加入球化劑和孕育劑③熱處理退火、正火、調(diào)質(zhì)、等溫淬火成分：w(C)=3.6%-3.9%,w(Si)=2.2%-2.8%,w(Mn)=0.6%-0.8%,w(S)<0.07%,w(P)<0.1%(2)球墨鑄鐵

a.退火:包括高溫退火和低溫退火存在自由滲碳體時(shí)，高溫退火：加熱到900℃～950℃，保溫2h～5h，隨爐冷卻至600℃左右出爐冷卻。低溫退火：加熱到720℃～760℃，保溫3h～6h，隨爐冷卻至600℃左右出爐冷卻。b.正火:包括高溫正火和低溫正火高溫正火：加熱到880℃～920℃，保溫，空冷。低溫正火：加熱到840℃～860℃，保溫，空冷。c.調(diào)質(zhì)淬火：加熱到850℃～900℃，保溫，油冷。高溫回火：加熱到550℃～600℃，保溫，空冷。

d.等溫淬火加熱到840℃～900℃左右，保溫，冷卻，在300℃左右，等溫，在此溫度轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w。例：曲軸。性能要求：σb≥

750MPa,αku

≥150kJ/m2整體硬度240HBS-260HBS,軸頸表面硬度≥625HV

選材：QT700-2。

確定工藝路線和熱處理工藝參數(shù)。

工藝路線：鍛造→高溫正火→高溫回火→切削加工→軸頸氣體滲氮高溫正火：950℃。為了獲得細(xì)珠光體基體的組織，以滿足強(qiáng)度的要求。高溫回火：560℃。為了消除正火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。軸頸氣體滲氮：570℃。提高軸頸部位表面硬度和耐磨性。RuT420蠕墨鑄鐵牌號(hào)：最低抗拉強(qiáng)度420MPa(3)蠕墨鑄鐵牌號(hào)：KT300-6可鍛鑄鐵(鐵素體)最低抗拉強(qiáng)度300MPa延伸率6%KTZ500-4可鍛鑄鐵(珠光體)(4)可鍛鑄鐵生產(chǎn)和熱處理：第一步：先鑄造純白口鑄鐵第二步：進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的石墨化退火處理。圖黑心可鍛鑄鐵的石墨化退火工藝曲線耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵(5)合金鑄鐵1.有一灰口鑄鐵鑄件，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)石墨化不完全，尚有滲碳體存在試分析其原因，并提出使這一鑄件完全石墨化的方法？答：原因：高溫下沒長(zhǎng)時(shí)間保溫，

鑄造時(shí)冷卻過快，有阻礙石墨化的元素，雜質(zhì)元素硫成分比較多。方法：在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫、緩慢冷卻、加入促進(jìn)石墨化的元素。鑄鋼和鑄鐵部分的習(xí)題

2.試述石墨形態(tài)對(duì)鑄鐵性能的影響。答：片狀石墨對(duì)基體有割裂作用，引起應(yīng)力集中，抗拉強(qiáng)度和塑性都低。細(xì)片狀石墨：減輕對(duì)基體有割裂作用，提高強(qiáng)度。

球狀石墨：應(yīng)力集中較低，具有很高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性。

蠕蟲狀石墨：強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，有一定的韌性和耐磨性。

團(tuán)絮狀石墨：應(yīng)力集中較低，具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性。3.試比較各類鑄鐵之間的性能的優(yōu)劣順序，與鋼相比有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：

灰口鑄鐵是價(jià)格便宜，是應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料各項(xiàng)性能一般。球墨鑄鐵的石墨成球狀具有很高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，其綜合性能接近于鋼。蠕墨鑄鐵是一種新型高強(qiáng)鑄鐵材料，它的強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，并有一定的韌性和較好的耐磨性同時(shí)又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性。可鍛鑄鐵有較高的強(qiáng)度塑性和沖擊韌性。合金鑄鐵除一般的機(jī)械性能外，常常還具有良好的耐磨性，耐蝕性和耐熱性等。

鑄鐵相對(duì)于鋼的優(yōu)點(diǎn):(1)因石墨的存在鑄鐵的切削加工性能優(yōu)異。(2)鑄鐵的鑄造性能良好，石墨有良好的潤(rùn)滑作用，并能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油使鑄件有良好的耐磨性能。(3)石墨對(duì)于震動(dòng)的傳遞起削弱作用，使鑄件有良好的抗震性能。(4)大量石墨的割裂作用使鑄件對(duì)缺口不敏感。4.為什么一般機(jī)器的支架、機(jī)床的床身常用灰口鑄鐵。答：灰口鑄鐵價(jià)格便宜，石墨對(duì)于震動(dòng)的傳遞起削弱作用，是鑄件有良好的抗震性能。變質(zhì)處理灰口鑄鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度。

3.4有色金屬及其合金

3.4.1鋁及鋁合金鋁及鋁合金的特性：(1)密度小、比強(qiáng)度高純鋁的密度：2.7g/cm3，為鐵的1/3(2)優(yōu)良的物理、化學(xué)性能(3)加工性能良好鋁的晶格結(jié)構(gòu)：面心立方1.純鋁分類：高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁GB/T16474-1996(1)高純鋁99.93%-99.99%應(yīng)用：科學(xué)研究和制作電容器等。(2)工業(yè)高純鋁98.85%-99.9%應(yīng)用：鋁箔、包鋁及冶煉鋁合金的原料。(3)工業(yè)純鋁98.0%-99.0%應(yīng)用：電線、電纜、器皿及配制品。2.鋁合金形變鋁合金鑄造鋁合金鋁合金(成分低于D)(成分高于D)能熱處理強(qiáng)化不能熱處理強(qiáng)化(成分在F-D之間)(成分低于F)圖鋁合金相圖的一般類型(1)鋁合金的時(shí)效固溶處理：將成分位于D-F之間的合金加熱到α相區(qū)，經(jīng)保溫獲得單相α固溶體后迅速水冷，可在室溫得到過飽和的α固溶體。時(shí)效：在室溫下放置或低溫加熱時(shí)，強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高。自然時(shí)效人工時(shí)效合金發(fā)生時(shí)效的條件：a.能在高溫形成均勻固溶體b.溫度↓→溶解度↓圖鋁合金相圖的一般類型例：W(Cu)=4%的Al-Cu合金α相：固溶體；θ相：CuAl2圖Al-Cu合金相圖加熱到550℃保溫一段時(shí)間后，在水中快冷時(shí)，θ相來不及析出，合金獲得過飽和的α固溶體組織，合金強(qiáng)度低。若在室溫下放置，強(qiáng)度逐漸提高。圖銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的Al-Cu合金的時(shí)效曲線從圖(b)可以看出：①時(shí)效溫度越高，強(qiáng)度峰值越低，強(qiáng)化效果小。②時(shí)效溫度越高，時(shí)效速度越快，強(qiáng)度峰值出現(xiàn)所需的時(shí)間越短。③低溫使固溶處理獲得的過飽和固溶體保持相對(duì)的穩(wěn)定性，擬制時(shí)效的進(jìn)行。從圖(a)可以看出：自然失效時(shí)，隨著時(shí)間的延續(xù)，強(qiáng)度將逐漸提高，4-5天后，σb可達(dá)400MPa?；貧w：自然時(shí)效后的鋁合金，在230℃～250℃短時(shí)間加熱后，快速水冷至室溫時(shí)可以重新變軟。如再在室溫下放置，則又能發(fā)生正常的自然時(shí)效。圖鋁合金的回歸和再時(shí)效示意圖(2)變形鋁合金變形鋁合金防銹鋁合金鍛鋁合金硬鋁合金超硬鋁合金Al-Mn、Al-MgAl-Cu-MnAl-Mg-Zn-CuAl-Mg-Si-CuAl-Cu-Mg-Ni-Fe舊標(biāo)準(zhǔn)：GB3190-1982新標(biāo)準(zhǔn)：GB/T16475-1996(3)鑄造鋁合金鑄造鋁合金Al-Si鑄造鋁合金-硅鋁明Al-Zn鑄造鋁合金Al-Cu鑄造鋁合金Al-Mg鑄造鋁合金①Al-Si鑄造鋁合金-硅鋁明圖Al-Si合金相圖a.代號(hào)(牌號(hào))：ZL102(ZAlSi12)W(Si)=10%～13%簡(jiǎn)單硅鋁明b.鑄造后得到的組織：共晶體組織α+Si組織的形態(tài)：粗針狀硅晶體+α固溶體圖ZL102合金的鑄態(tài)組織鑄造性能好，焊接性能好。比重小，并有相當(dāng)好的抗蝕性和耐熱性。不能時(shí)效強(qiáng)化，強(qiáng)度較低。加入Cu、Mg等元素，提高強(qiáng)度。形成強(qiáng)化相：CuAl2、Mg2Si、Al2CuMgd.應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜但強(qiáng)度要求不高的鑄件，如：儀表、水泵殼體以及一些承受低載荷的零件。c.性能：②Al-Cu鑄造鋁合金ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)③Al-Mg鑄造鋁合金ZL301(ZAlMg10)④Al-Zn鑄造鋁合金ZL401(ZAlZn11Si7)3.4.2銅及銅合金銅及銅合金的特性：(1)優(yōu)異的物理、化學(xué)性能(2)優(yōu)良的加工性能(3)某些特殊機(jī)械性能(4)色澤美觀銅的晶格結(jié)構(gòu)：面心立方1.純銅牌號(hào)：T1、T2、T3、T4純度高純度低顏色：紫紅色（紫銅）表紫銅加工產(chǎn)品的牌號(hào)、成分及用途2.銅合金分類黃銅青銅：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等白銅：鋅白銅、錳白銅、鐵白銅(1)黃銅(Cu-Zn)①普通黃銅Cu-Zn二元合金普通黃銅復(fù)雜黃銅：鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅、硅黃銅單相黃銅雙相黃銅α相：鋅溶于銅中的固溶體。456℃時(shí)溶解度最大。晶格結(jié)構(gòu)：面心立方晶格。性能：塑性好。β相：電子化合物CuZn為基的無序固溶體。晶格結(jié)構(gòu)：體心立方晶格。性能：塑性好。β’相：電子化合物CuZn為基的

有序固溶體。晶格結(jié)構(gòu)：體心立方晶格。性能：很脆。圖Cu-Zn二元合金相圖γ相：以電子化合物CuZn3為基的固溶體。晶格結(jié)構(gòu)：六方晶格。性能：很脆，合金的強(qiáng)度和塑性很低。W(Zn)>50%合金無價(jià)值。a.成分：一般W(Zn)<47%。牌號(hào)：?jiǎn)蜗帱S銅：H80、H70、H68雙相黃銅：H62、H59黃銅Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W(Cu)=62%(a)單相黃銅

α黃銅(b)雙相黃銅α+β’黃銅b.退火組織： α黃銅(或單相黃銅)和雙相黃銅。αβ’圖銅鋅合金的顯微組織c.性能：Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)機(jī)械性能的影響。W(Zn)>45%,全部組織為β’相，強(qiáng)度↓，塑性↓W(Zn)<32%時(shí)，W(Zn)↑，強(qiáng)度和塑性↑W(Zn)>32%,出現(xiàn)β’相，塑性↓圖黃銅的機(jī)械性能與鋅含量的關(guān)系

W(Zn)>7%時(shí)(特別是大于20%后)的冷加工黃銅，由于有殘余應(yīng)力存在，在潮濕的大氣或海水中，特別是在含有氨的環(huán)境中，容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，使黃銅開裂。d.應(yīng)用單相黃銅：塑性好，適合制作冷軋板材，冷拉線材，管材及形狀復(fù)雜的深沖零件。雙相黃銅：可進(jìn)行熱變形，通常熱軋成棒材、板材。也可鑄造。應(yīng)力腐蝕開裂：表部分普通黃銅的牌號(hào)、成分、機(jī)械性能及用途②復(fù)雜黃銅在銅鋅合金中加入鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素。牌號(hào)：H+主加元素符號(hào)+銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)HPb60-1黃銅Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W(Cu)=60%W(Pb)=1%鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅、硅黃銅、錳黃銅、鐵黃銅、鎳黃銅W(Zn)=100%-60%-1%=39%復(fù)雜黃銅可分為：壓力加工黃銅和鑄造黃銅(2)青銅牌號(hào)：Q+主加元素符號(hào)+主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)QSn4-3青銅W(Sn)=4%W(Zn)=3%W(Cu)=100%-4%-3%=93%①錫青銅：以錫(Sn)為主要合金元素的銅基合金。W(Sn)<6%：組織:α單相,α相是Sn溶于Cu的固溶體。結(jié)構(gòu)：面心立方晶格。性能：塑性良好，容易冷熱變形。W(Sn)>6%：組織:α+共析體(α+δ)結(jié)構(gòu)：δ體心立方晶格。性能：δ極硬和脆，不能塑性變形。W(Sn)>20%，無價(jià)值。一般在3%～14%之間。W(Sn)<5%：冷加工W(Sn)=5%～7%：熱加工W(Sn)>10%：鑄造δ相：電子化合物Cu31Sn8為基形成的固溶體。②鋁青銅：以Al為主要合金元素的銅基合金W(Al)<5%左右：強(qiáng)度很低。W(Al)=10%左右：強(qiáng)度最高。W(Al)=5%～7%：塑性最好。W(Al)>7%～8%：塑性↓↓W(Al)>12%：塑性很差，加工困難。實(shí)際使用一般在5%～12%之間。a.成分b.性能鋁青銅的機(jī)械性能、耐腐蝕性、耐磨性比黃銅和錫青銅好。c.應(yīng)用制造齒輪、軸套、蝸輪等。③鈹青銅：以Be為主要合金元素的銅基合金W(Be)=1.7%～2.5%：α相:是Be溶于Cu的固溶體。最大溶解度為2.7%，室溫下僅為0.2%。圖Cu-Be合金相圖a.成分圖鈹青銅的機(jī)械性能和鈹質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系(780℃淬火，300℃時(shí)效3h)b.性能淬火狀態(tài)下塑性好，人工時(shí)效后，獲得很高的強(qiáng)度和硬度：σb可達(dá)1200MPa～1500MPa,硬度可達(dá)350HB～400HB。鈹青銅的彈性極限、疲勞極限都很高，耐磨性和抗蝕性也很優(yōu)異。c.應(yīng)用制造精密儀器的重要彈簧和其他彈性元件，鐘表齒輪等。④硅青銅：以Si為主要合金元素的銅基合金硅青銅機(jī)械性能比錫青銅好。

Si在Cu中的最大溶解度為4.6%，在室溫的溶解度為3%。硅青銅中加入Ni，形成金屬間化合Ni2Si，可進(jìn)行淬火時(shí)效處理，獲得高的強(qiáng)度和硬度。(3)白銅以Ni為主要合金元素的銅基合金。牌號(hào)：B30白銅W(Ni)=30%B+Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)①普通白銅Cu-Ni合金相圖圖Cu-Ni為無限固溶體。牌號(hào)：B+其他元素符號(hào)+Ni的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其他元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)②鋅白銅、錳白銅BZn15-20白銅W(Ni)=15%W(Zn)=20%BMn3-12白銅W(Ni)=3%W(Mn)=12%表部分白銅的牌號(hào)、成分、機(jī)械性能及用途3.4.3鈦及鈦合金

1.純鈦鈦及鈦合金的優(yōu)點(diǎn)：重量輕、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕以及良好的低溫韌性。結(jié)構(gòu)：882.5℃以下為密排六方晶格，α-Ti882.5℃以上為體心立方晶格，β-Tiα-Tiβ-Ti882.5℃同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：2.鈦合金合金元素溶于α-Ti中，形成α固溶體；合金元素溶于β-Ti中，形成β固溶體。α穩(wěn)定化元素：提高同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的溫度。β穩(wěn)定化元素：降低同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的溫度。圖合金元素對(duì)鈦同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度的影響鈦合金分類：α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金牌號(hào)：TA+編號(hào)TA4TA5TA6TA7TB+編號(hào)TB1TB2TC+編號(hào)TC1TC2TC3TC4(1)α鈦合金加入鋁、硼等元素可獲得α鈦合金。①典型牌號(hào)：TA7,成分為Ti-5Al-2.5Sn

a.α鈦合金的室溫強(qiáng)度低于β鈦合金和(α+β)鈦合金,但高溫(500～600℃)強(qiáng)度比他們高。

b.組織穩(wěn)定，抗氧化性和抗蠕變性好，焊接性能也好。③組織：α固溶體。④性能②熱處理：不能淬火，熱處理只進(jìn)行退火。⑤應(yīng)用：如導(dǎo)彈的燃料罐。圖Ti-5Al-2.5Sn合金在不同溫度下的機(jī)械性能(2)β鈦合金加入鉬、鉻、釩等元素可獲得β鈦合金。①典型牌號(hào)：TB1,成分為Ti-3Al-13V-11Cr。④性能：較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的沖壓性能。②熱處理：淬火和時(shí)效③時(shí)效狀態(tài)下的組織：β相+