緒論一、材料和材料科學(xué)二、工程材料的分類三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)緒論一、材料和材料科學(xué)1、材料哥倫比亞號航天飛機(jī)材料是指人類用以制造各種有用器件的物質(zhì)。材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。手錘銼刀“神舟”四號飛船成功返回國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機(jī)石器鐵器

象形尊(西周)石器時代青銅器時代鐵器時代材料是人類進(jìn)化的里程碑。由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。

材料的發(fā)展與人類社會簡圖龍芯聯(lián)想計算機(jī)沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機(jī)技術(shù)。

沒有高溫高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)。

在航天飛機(jī)表面裝陶瓷防護(hù)瓦片飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片波音客機(jī)沒有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。

二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。

前蘇聯(lián)在1957年把第一顆人造衛(wèi)星送入太空，令美國人震驚不已，認(rèn)識到在導(dǎo)彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大學(xué)中陸續(xù)建立了材料科學(xué)研究中心，并把約2/3大學(xué)的冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學(xué)系或材料科學(xué)與工程系。其涉及的材料由金屬擴(kuò)展到了陶瓷和高分子聚合物材料?？梢?，高技術(shù)需要先進(jìn)材料的支持。

前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出過重大貢獻(xiàn)。早在公元前6000~5000年的新石器時代，中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高水平。

司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造高133厘米重875kg飾紋優(yōu)美越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓長55.7厘米劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā)古代劍刃制造中的特殊技術(shù)春秋戰(zhàn)國時代的青銅劍，劍身及劍鋒由不同成分的青銅組成，是復(fù)合材料很好的例子梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖黃石銅礦遺址春秋晚期礦井深達(dá)50m煉銅爐渣多達(dá)40萬噸實屬罕見我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開物》一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國在金屬材料及熱處理方面就已經(jīng)有了較高的成就。

生鐵炒熟鐵圖宋應(yīng)星鞍鋼攀鋼夜景新中國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產(chǎn)量由49年的15.8萬噸上升到現(xiàn)在的一億噸。

中國第一顆人造衛(wèi)星長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸原子彈、氫彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船的上天等都說明了我國在材料的開發(fā)、研究及應(yīng)用等方面有了飛躍的發(fā)展。中國的航天事業(yè)-“神舟”號飛船“神舟二號”飛船運往發(fā)射工位“神舟”一號飛船

“神舟”一號發(fā)射成功“神舟”二號發(fā)射成功中國的航天事業(yè)-“神舟”號飛船“神舟”三號發(fā)射成功“神舟”四號發(fā)射成功“神舟”三號飛船

“神舟”四號飛船

中國的航天事業(yè)-“神舟”五號載人飛船楊利偉升空返回全人類共同的家園飛天返回艙1863年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來?；诣T鐵的顯微組織光學(xué)顯微鏡Pb-Sn共晶組織人類對材料的認(rèn)識是逐步深入的。1912年發(fā)現(xiàn)了X-射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體衍射分析，使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實。

Si表面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀1932年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更深層次（10-7m）

透射電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡

光鏡下電鏡下1934年位錯理論的提出，解決了晶體理論計算強(qiáng)度與實驗測得的實際強(qiáng)度之間存在的巨大差別的矛盾，對于人們認(rèn)識材料的力學(xué)性能及設(shè)計高強(qiáng)度材料具有劃時代的意義。金屬鈦中的位錯材料發(fā)展的歷程示意圖2、材料科學(xué)主要研究內(nèi)容：⑴研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；⑵研究材料的形成機(jī)理和制取方法；⑶研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)；⑷分析材料的損壞機(jī)理；⑸研究材料的合理加工方法和最佳使用方案材料科學(xué)是以材料為研究對象的一門科學(xué)。挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間二、工程材料的分類工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。按組成與結(jié)合鍵分：

1、金屬材料

2、高分子材料

3、陶瓷材料

4、復(fù)合材料金屬材料以金屬鍵結(jié)合為主良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤用量最大、應(yīng)用最廣泛黑色金屬有色金屬—輕金屬,重金屬,貴金屬,稀有金屬

鐵及鐵合金稱為黑色金屬，即鋼鐵材料，其世界年產(chǎn)量已達(dá)10億噸，在機(jī)械產(chǎn)品中的用量已占整個用材的60%以上。

帶材異形材板材管材金屬材料制品陶瓷材料以共價鍵和離子鍵為主熔點高、硬度高、耐腐蝕、脆性大分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、長石等)為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。

特種陶瓷又稱精細(xì)陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。

陶瓷制品陶瓷發(fā)動機(jī)高分子材料

以分子鍵和共價鍵為主塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小包括塑料、橡膠及合成纖維等

分子鍵共價鍵高分子材料在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運輸、航空航天等工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

烯丙酰氯-苯乙烯復(fù)合材料包括：金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料高分子復(fù)合材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)燃燒室溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強(qiáng)化的鎳基合金復(fù)合材料。很多高級游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合材料制成的，它們具有重量輕，彈性好，強(qiáng)度高等優(yōu)點。航空發(fā)動機(jī)三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對材料的要求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強(qiáng)、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。

國產(chǎn)東風(fēng)4D-0088內(nèi)燃機(jī)車美國F-117隱身飛機(jī)新材料在不斷地涌現(xiàn)。機(jī)械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求越來越高。在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料及材料加工方面的問題。要求機(jī)械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與材料工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安排加工工藝路線的能力。鑄造一級渦輪盤四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)：是機(jī)械類和近機(jī)類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課課程任務(wù)：

⑴

了解工程材料的一般知識；

⑵

建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系：工藝-組織-性能之間關(guān)系的例子Steelwith0.4%C①

化學(xué)成分(成分)：組成材料各元素在材料中的濃度。②

組織：用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬內(nèi)部的情景。習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織稱低倍組織或宏觀組織。放大100～2000倍的組織稱高倍組織或顯微組織。在電子顯微鏡下放大幾千～幾十萬倍的組織稱精細(xì)組織或電鏡組織。鋼的宏觀組織、顯微組織和電鏡組織鋼錠的宏觀組織顯微組織電鏡組織③

結(jié)構(gòu)：材料中各原子的具體組合狀態(tài)。一般通過X-射線衍射或透射電鏡研究。Al的高分辨透射電鏡象純鐵晶體的X-射線衍射譜透射電鏡衍射斑點⑶

了解常用材料的用途和加工工藝。⑷初步具備合理選材、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的能力。

課程特點：基本概念多，與實際聯(lián)系緊密，是一門應(yīng)用科學(xué)。在Au-Pa薄膜上用AFM探針的納米雕刻（北大）純金屬在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛。主要的應(yīng)用都是利用了純金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能但由于純金屬種類有限，而且?guī)缀跛械募兘饘俚膹?qiáng)度、硬度、耐磨性等力學(xué)物理性能都比較差，不能滿足人們對材料多樣性的需要通過合金化過程，可以顯著地改變金屬材料的結(jié)構(gòu)、組織和性能，從而極大地提高了金屬材料的力學(xué)、物理性能，同時其電、磁、耐蝕性等物理化學(xué)性能也得到了保持或提高。因此，同純金屬相比，合金的應(yīng)用更為廣泛。由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)稱為合金2.1合金中的相結(jié)構(gòu)合金的結(jié)晶與純金屬一樣，也是通過形核及長大來完成的。由于合金中含有兩種或兩種以上的元素的原子，使生成的結(jié)晶物中往往含有不只一種組元的晶粒在材料中，凡是化學(xué)成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分以界面分開的均勻組成部分稱為相合金結(jié)晶后可以是一種相，也可以是由若干種相所組成合金中的組織是指合金中用肉眼或顯微鏡所觀察到的材料的微觀形貌，也稱為顯微組織不同的相形成不同的顯微組織，不同的顯微組織導(dǎo)致合金不同的性質(zhì)固態(tài)合金中的相，按其晶格結(jié)構(gòu)的基本屬性來分，可以分為固溶體和化合物兩大類。2.1.1固溶體1．固溶體的分類（1）置換固溶體（2）間隙固溶體2．固溶體的性能固態(tài)合金中，在一種元素的晶格結(jié)構(gòu)中包含有其它元素的合金相稱為固溶體前一種元素稱為溶劑元素，后一種元素稱為溶質(zhì)元素溶質(zhì)原子溶于固溶體中的量，稱為固溶體的濃度在一定條件下溶質(zhì)元素在固溶體中的極限濃度叫做溶質(zhì)在固溶體中的溶解度1．固溶體的分類(ⅰ)置換固溶體當(dāng)溶質(zhì)原子代替了一部分溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格的某些結(jié)點位置時，所形成的固溶體稱為置換固溶體，如圖1.2-20所示。（ⅱ）間隙固溶體若溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格各結(jié)點之間的空隙中，所形成的固溶體稱為間隙固溶體，如圖1.2—21所示。

由于溶劑晶格的空隙有限，通常只有當(dāng)溶質(zhì)原子直徑與溶劑原子直徑之比小于0.59時，才能形成間隙固溶體。因此形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子都是原子直徑較小的非金屬元素，如氫、氧、氮、硼、碳等。如碳鋼中的鐵素體和奧氏體就是碳原子溶入α—Fe和γ—Fe中所形成的兩種間隙固溶體2.固溶體的性能由于溶質(zhì)原子與溶劑原子的半徑不同，會使固溶體的晶格發(fā)生畸變，如圖1.2—22所示這就使得位錯移動阻力增大，表現(xiàn)為固溶體的強(qiáng)度和硬度升高、塑性和韌性有所下降通過形成固溶體而使金屬強(qiáng)度和硬度增加的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化是提高合金機(jī)械性能的一種重要途徑，在金屬材料的生產(chǎn)和研究中得到了極為廣泛的應(yīng)用對綜合力學(xué)性能要求較高，即強(qiáng)度、韌性和塑性之間有較好配合的結(jié)構(gòu)材料，常以固溶體作為基本相2.1.2金屬化合物及其性能金屬化合物是合金組元間發(fā)生相互作用而生成的一種新固相，其晶格類型和性質(zhì)完全不同于原來的任一組元金屬化合物的特點是，除有離子鍵和共價鍵作用外，還有一定程度的金屬鍵參與作用，從而使化合物具有明顯的金屬特性。金屬化合物可以成為合金的組成相，如碳鋼中的滲碳體Fe3C。除金屬化合物外，合金中還有另一類為非金屬化合物，沒有金屬鍵作用，沒有金屬特性，如FeS、MnS1．金屬化合物的種類（1）正常價化合物符合一般化合物的原子價規(guī)律，成分固定，并可用確定的化學(xué)式表示它通常是由在周期表上相距較遠(yuǎn)、電化學(xué)性質(zhì)相差很大的兩種元素形成的。如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等它們的晶體結(jié)構(gòu)隨化學(xué)組成不同會發(fā)生較大的變化。（2）電子化合物是由第一族元素、過渡族元素與第二至第五族元素結(jié)合而成此類化合物不遵守原子價規(guī)律，而是服從電子濃度規(guī)律，即按照一定的電子濃度組成一定的晶格結(jié)構(gòu)的化合物電子濃度是化合物中價電子數(shù)與原子數(shù)之比如CuZn化合物，其原子數(shù)為2，Cu的價電子數(shù)為1，Zn價電子數(shù)為2，故其電子濃度為3/2。在電子化合物中，當(dāng)電子濃度為3/2(21/14)時，形成體心立方晶格，稱為β相；當(dāng)電子濃度為21/13時，形成復(fù)雜立方晶格，稱為γ相；當(dāng)電子濃度為7/4(21/12)時，形成密排六方晶粒格，稱為ε相。合金中常見電子化合物及其結(jié)構(gòu)類型見表1.2-3。（3）間隙化合物

間隙化合物一般是由原子直徑較大的過渡族金屬元素(Fe、Cr、Mo、W、V等)和原子直徑較小的非金屬元素(C、N、B、H等)所組成根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)特點，間隙化合物又可分成簡單結(jié)構(gòu)的間隙化合物和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物兩類簡單結(jié)構(gòu)的間隙化合當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑之比小于0.59時，形成的間隙化合物，具有體心立方、面心立方等簡單晶格，稱為間隙化合物，又稱為間隙相具有簡單結(jié)構(gòu)的間隙化合物有VC、WC、TiC等圖1.2-23是VC的晶格示意圖。VC為面心立方晶格，V原子占據(jù)晶格的正常位置．而C原子則規(guī)則地分布在晶格的空隙之中具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑之比大于0.59時，形成的間隙化合物，具有十分復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，如Fe3C、Cr23C5、Cr7C3、Fe4W2C等圖1.2-24是Fe3C的晶格結(jié)構(gòu)，碳原子構(gòu)成一個正交晶格(即三個軸間夾角α＝β＝γ＝90°，三個晶格常數(shù)a≠b≠c)，在每個碳原子周圍都有六個鐵原子構(gòu)成八面體，各個八面體的軸彼此傾斜一角度，每個八面體內(nèi)都有一個碳原子，每個鐵原子為兩個八面體所共有。故Fe3C中Fe與C原于數(shù)的比例為：2．金屬化合物的性能由于金屬化合物一般具有復(fù)雜的化合鍵和晶格結(jié)構(gòu)，其熔點高，硬而脆。合金中的金屬化合物使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高，但會降低塑性和韌性。因此，它是碳鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金和許多有色合金的重要強(qiáng)化相。與固溶體適當(dāng)配合，可以滿足材料所需要的性能要求。如碳鋼中的Fe3C、工具鋼中的VC、高速鋼中的W2C、硬質(zhì)合金中的WC和TiC等，提高了材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和熱硬性等。2.1.3二元合金相圖的建立合金結(jié)晶后得到何種組織與合金的成分、結(jié)晶過程等因素有關(guān)不同成分的合金，在不同的溫度條件下，得到的合金組織不同。可以是單相的固溶體或化合物，也可以是由幾種不同的固溶體或由固溶體和化合物組成的多相組織與純金屬的結(jié)晶相比，合金的結(jié)晶有如下特點：一是合金的結(jié)晶在很多情況下是在一個溫度范圍內(nèi)完成的；另一個特點是合金的結(jié)晶不僅會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化，還會伴有成分的變化。在下面的討論中將用到以下這些概念：組元：組成合金的最簡單、最基本、能獨立存在的物質(zhì)稱為組元。元素是組元。此外，在研究問題范圍內(nèi)既不分解也不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定的化合物也是組元。合金系：由兩個或兩個以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，稱為合金系。相圖：表示合金系在平衡條件下，合金的狀態(tài)與成分、溫度之間相互關(guān)系的圖形。所謂平衡，也稱為相平衡。是指合金在相變過程中，原子能充分?jǐn)U散，各相的成分相對質(zhì)量保持穩(wěn)定，不隨時間改變的狀態(tài)。在實際的加熱或冷卻過程中，控制十分緩慢的加熱或冷卻速度，就可以認(rèn)為是接近了相平衡條件。利用相圖可以表示不同成分的合金、在不同溫度下，由哪些相組成、相的成分和相的相對量如何，以及合金在加熱或冷卻過程中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變等目前使用的相圖幾乎都是通過實驗測定的。實驗的方法很多，有熱分析法、膨脹法、X射線結(jié)構(gòu)分析法等測定二元合金相圖的步驟：以銅鎳合金為例:（1）配制幾組成分不同的Cu-Ni合金；（2）分別將它們?nèi)刍?，然后極緩慢冷卻，同時測定其從液態(tài)到室溫的冷卻曲線；（3）找出各冷卻曲線上開始結(jié)晶的溫度點TNi、l、2、3、4、TCu及結(jié)晶終了的溫度點（稱為臨界點）TNi、1’、2’、--3’、4’、TCu；（4）將各臨界點標(biāo)在以溫度為縱坐標(biāo)，以成分為橫坐標(biāo)軸的圖形中相應(yīng)合金的成分垂線上，并將意義相同的臨界點連接起來，即得到Cu-Ni合金相圖，如圖1.2－25所示。3.勻晶相圖組成二元合金的兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶的合金系所形成的相圖稱二元勻晶相圖例如，Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、Mo-W合金的相圖都屬于這類相圖。下面以Ｃu-Ni合金相圖為例分析這類相圖的圖形及結(jié)晶過程特點(1)相圖分析

Cu—Ni相圖如圖1.2－26所示。tA點為Cu的熔點(1083℃)、tB點為Ni的熔點(1452℃)勻晶相圖的圖形較簡單，只有兩條曲線，即液相線Al1B，表示合金開始結(jié)晶溫度，和固相線Aα4B表示合金結(jié)晶終了溫度液相線代表各種成分的合金在緩慢冷卻時開始結(jié)晶的溫度；或是在緩慢加熱時合金熔化終了溫度固相線則代表各種成分的合金冷卻時結(jié)晶的終了線，或加熱時開始熔化的溫度。兩條線將相圖分隔成三個相區(qū)，液相線以上是液相區(qū)（L），在液相區(qū)內(nèi)各種成分的合金均為液態(tài)；固相線以下是單相α固溶體區(qū)(α)，在此區(qū)域內(nèi)各種成分的合金呈單相α固溶體狀態(tài)；液、固兩線之間是L，

α兩相并存區(qū)(L十α)，在此區(qū)域內(nèi)各種成分的合金正在進(jìn)行結(jié)晶，由液相中結(jié)晶出α固溶體L是銅與鎳兩組元形成的均勻的液相，α則是銅與鎳在固態(tài)下互溶形成的固溶體(2)合金的平衡結(jié)晶過程形成勻晶相圖的合金，結(jié)晶時都是從液相中結(jié)晶出單相固溶體，其轉(zhuǎn)變可用L<═>α

表示，從圖1.2-26圖中可看出，合金Ⅰ自液態(tài)緩冷至1點溫度時，開始從L相中結(jié)晶出α相。隨著溫度下降，α相不斷增多，L相不斷減少，與此同時兩相的成分也通過原子擴(kuò)散不斷改變，L相成分沿液相線變化，α相成分則沿固相線變化。如圖1.2-26所示，t1溫度時L相成分為l1,α相的成分為α1，t2溫度時L、α相的成分為l2、α2…。當(dāng)溫度降至固相線溫度4時，結(jié)晶過程結(jié)束，可得到與原合金成分完全相同的單相α固溶體組織(3)杠桿定律當(dāng)合金處于兩相區(qū)內(nèi)任一溫度時，L、α相的成分及兩相的相對量可按下述方法確定：1)兩相成分的確定如圖1.2-27所示，過溫度（t1）作水平線，該線與液相線交于l1點，與固相線交于α1點，點l1在成分軸上的投影點即為L相的成分，α1在成分軸上的投影點即為α相的成分2)兩平衡相相對量的確定在兩相區(qū)內(nèi)，對特定的溫度，兩相的質(zhì)量比是一定值。圖12-28(b)中wNi=x%成分的合金，在T1溫度時，兩相的質(zhì)量之比，可用下式表達(dá)：式中：ml為L相的質(zhì)量；ma為相反質(zhì)量；xc、ax為線段長度。質(zhì)量相對量wl、wa可由式下計算：2.共晶相圖組成合金的兩組元在液態(tài)時無限互溶，固態(tài)時有限互溶，結(jié)晶時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金系所形成的二元合金相圖稱為共晶相圖例如，Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si合金相圖均屬于這類相圖下面以Pb-Sb合金相圖為例分析其圖形及結(jié)晶過程特點。(1)相圖分析（1）圖中的點和線Pb-Sn相圖如圖1.2-29所示tA為Pb的熔點，tB為Sn的熔點，E點為共晶點。tAEtB為液相線，tAMENtB為固相線、MEN線為共晶線、MF為Sn在Pb中的溶解度曲線，NG為Pb在Sn中的溶解度曲線，這兩條曲線也稱為固溶線。Pb-Sn合金系有三個基本相，L是Pb與Sn兩組元形成的均勻的液相，α是Sn溶于Pb的固溶體，β是Pb溶于Sn的固溶體相圖中有三個單相區(qū)，即L、α、β相區(qū)。在這些單相區(qū)之間，相應(yīng)的有三個兩相區(qū)，即L+α、L+β、α+β相區(qū)。在三個兩相區(qū)之間有一根水平線MEN，是L+α+β三相并存區(qū)2）共晶反應(yīng)成分位于（E）點的合金，在溫度達(dá)到水平線MEN所對應(yīng)的溫度（tE=183℃）時，將同時結(jié)晶出成分為M點的α相及成分為N點的β相。其轉(zhuǎn)變式為：這種在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出一定成分的兩個固相的轉(zhuǎn)變過程，稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（αM+βN）是由兩個固相組成的機(jī)械混合物，稱為共晶組織(2)合金的平衡結(jié)晶過程及其組織（1）固溶體合金（合金Ⅰ）成分位于M點以左（即wSn≤19%）或N點以右（即wSn≥97.5%）的合金稱為固溶體合金合金Ⅰ的冷卻曲線和結(jié)晶過程如圖1.2-30所示液態(tài)合金緩冷至溫度1，開始從L相中結(jié)果出α固溶體。隨溫度的降低，液相的數(shù)量不斷減少，α固溶體的數(shù)量不斷增加，至溫度2合金全部結(jié)晶成α固溶體。溫度2~3范圍內(nèi)合金無任何轉(zhuǎn)變，這是勻晶轉(zhuǎn)變過程。冷卻至溫度3時，Sn在α中的溶解度減小，從α中析出β是二次相（βⅡ）。Α成分沿固溶線MF變化，這一過程一直進(jìn)行至室溫，所以合金Ⅰ室溫平衡組織為（α+βⅠ）。2）共晶合金（合金Ⅱ）成分為wSn=61.9%的合金Ⅱ即為共晶合金，其冷卻曲線和結(jié)晶過程如圖1.2-31所示合金緩冷至溫度1（即tE=183℃）時，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，在恒溫下進(jìn)行，所以冷卻曲線上相應(yīng)溫度出現(xiàn)一水平線段共晶轉(zhuǎn)變完成后合金全部成為共晶組織（αM+βN）。繼續(xù)冷卻，隨著溫度下降α、β相的成分將分別沿固溶度曲線MF、NG變化，α將析出βⅡ，β相則析出αⅡ。由于αⅡ、βⅡ與共晶組織中的α、β連接在一起且量小難以分辨。所以共晶組織的二次析出一般可忽略不計。所以共晶合金的室溫平衡組織為共晶組織（α+β）。其組織組成物只有1個，即共晶體，相組成物有兩個，即α相和β相3）亞共晶合金（合金Ⅲ）成分位于M、E點之間（即wSn=19~61.9%之間）的合金即為亞共晶合金以wSn=50%的合金Ⅲ為例，分析亞共晶合金的結(jié)晶過程及其組織合金Ⅲ的冷卻曲線及結(jié)晶過程如圖1.2-33所示液態(tài)合金緩冷至溫度1時開始從液相中結(jié)晶出初生的α固溶體隨著溫度下降α相不斷增加，溫度1~2范圍內(nèi)的結(jié)晶過程與合金Ⅰ的勻晶轉(zhuǎn)變完全相同。L相不斷減少，α的成分沿固相線AM變化；L的成分沿液相線AE變化冷至溫度2（即tE=183℃）時，α相為M點處成分，L相則為E點處成分。液相tE發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成共晶組織（α+β），αM固溶體保持不變。所以合金在共晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時，其組織為αM+（αM+βN）從共晶溫度繼續(xù)冷卻時，αM、βN將分別析出βⅠ、αⅡ，共晶組織的二次析出如前所述可忽略不計。所以，合金Ⅲ冷卻至室溫時其平衡組織為α+（α+β）+βⅠ

4）過共晶合金（合金Ⅳ）成分位于E、N點之間（即wSn=61.9~97.5%之間）的合金為過共晶合金，其結(jié)晶過程與亞共晶合金相似，不同的是初生相是β固溶體，二次相是αⅡ。所以，合金Ⅳ的室溫平衡組織為β+αⅡ+（α+β），其組織組成物有三，即β、αⅡ、（α+β）；相組成物仍為兩種，即α相β相2.1.4鐵碳合金1．鐵碳合金的基本組織2．鐵碳合金狀態(tài)圖3．鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程與組織元素4．含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響1．鐵碳合金的基本組織（1）鐵素體（2）奧氏體（3）滲碳體（4）珠光體（5）萊氏體（1）鐵素體碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，以符號“F”或“α”表示。鐵素體中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃時，為0.0218%，隨著溫度的降低，其溶解度逐漸減小，室溫時鐵素體中只能溶解0.0008%的碳。鐵素體的力學(xué)性能以及物理、化學(xué)性能與純鐵極相近，塑性、韌性很好（δ=30%~50%），強(qiáng)度、硬度很低（σb=180~280Mpa）。（2）奧氏體碳溶解在γ-Fe形成的間隙固溶體，以符號“A”或“γ”表示。奧氏體的溶碳能力比鐵素體大，在1148℃時，碳在γ-Fe中的最大溶解度為2.11%，隨著溫度降低，其溶解度也減小，在727℃時，為0.77%。奧氏體的強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性高。在鐵碳合金平衡狀態(tài)時，奧氏體為高溫下存在的基本相，也是絕大多數(shù)鋼種進(jìn)行鍛壓、軋制等加工變形所要求的組織。（3）滲碳體滲碳體是具有復(fù)雜晶格的鐵與碳的間隙化合物，每個晶胞中有一個碳原子和三個鐵原子。滲碳體一般以“Fe3C”表示，其含碳量為6.69%。滲碳體的硬度很高，為800HB，塑性、韌性很差，幾乎等于零，所以滲碳體的性能特點是硬而脆。滲碳體在鋼與鑄鐵中，一般呈片狀、網(wǎng)狀或球狀存在。滲碳體是鋼中重要的硬化相，它的數(shù)量、形狀、大小和分布對鋼的性能有很大的影響。滲碳體是一個亞穩(wěn)定化合物，它在一定的條件下，可以分解而形成石墨狀態(tài)的自由碳：Fe3C→3Fe+C（石墨），這種反應(yīng)在鑄鐵中有重要意義。（4）珠光體珠光體是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，用符號“P”表示。其含碳量為0.77%。珠光體由滲碳體片和鐵素體片相間組成，其性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度、硬度較好、脆性不大（5）萊氏體萊氏體是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，用符號“Ld”表示，其含碳量為4.3%萊氏體由含碳量為4.3%的金屬液體在1148℃時發(fā)生共晶反應(yīng)時生成。在室溫時變?yōu)樽儜B(tài)萊氏體，用稱號“Ld′”表示。萊氏體硬度很高，塑性很差。2．鐵碳合金狀態(tài)圖（1）鐵碳合金狀態(tài)圖中的各特性點的意義（2）鐵碳合金狀態(tài)圖中各特性線的意義（3）鐵碳合金狀態(tài)圖中的相區(qū)（1）鐵碳合金狀態(tài)圖中的各特性點的意義Fe—Fe3C相圖中14個特性點及具體意義如下：A——純鐵的熔點。溫度為1538℃，wC×100為0。B——包晶轉(zhuǎn)變時液態(tài)合金的成分。溫度為1495℃，wC×100為0.53。C——共晶點LCAＥ+Fe3C。溫度為1148℃，wC×100為4.3。D——Fe3C的熔點。溫度為1227℃，wC×100為6.6900。E——碳在γ—Fe中的最大溶解度。溫度為1148℃，wC×100為2.11。F——Fe3C的成分。溫度為1148℃，wC×100為6.69。G——α—Feγ—Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A3）。溫度為912℃，wC×100為0。H——碳在δ—Fe中的最大溶解度。溫度為1495℃，wC×100為0.09。J——包晶點LB+δHAJ。溫度為1495℃，wC×100為0.17。K——Fe3C的成分。溫度為727℃，wC×100為6.69。N——γ—Feδ—Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A4）。溫度為1394℃，wC×100為0。P——碳在α—Fe中的最大溶解度。溫度為727℃，wC×100為0.0218。S——共析點（A1）ASFP+Fe3C。溫度為727℃，wC×100為0.77。Q——600℃（或室溫）時碳在α—Fe中的溶解度。溫度為600℃，wC×100為0.0057（0.0008）。（2）鐵碳合金狀態(tài)圖中各特性線的意義（3）鐵碳合金狀態(tài)圖中的相區(qū)（1）五個單相區(qū)

ABCD線以上的液相區(qū)（L）；AHNA線圍著的δ固溶體相區(qū)（δ）；NJESGN線圍著的奧氏體相區(qū)（A）；GPQG線圍著的鐵素體相區(qū)（F）；DFKL線垂線代表的滲碳體相區(qū)（Fe3C）。（2）七個雙相區(qū)

ABＨA線圍著的L+δ相區(qū)；JBCEJ線圍著的L+A相區(qū)；DCFD線圍著的L+Fe3CⅠ相區(qū)；HJNH線圍著的δ+A相區(qū)；EFKSE線圍著的A+Fe3C相區(qū)；GSPG線圍著的A+F相區(qū)；QPSKLQ線圍著的F+Fe3C相區(qū)。（3）三個三相共存區(qū)

HJB線為F、δ、A三相區(qū)；ECF線為L、A、Fe3C三相區(qū)；PSK線為A、F、Fe3C三相區(qū)。3．鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程與組織元素

（1）鐵碳合金分類1）工業(yè)純鐵（ωc<0.0218%）組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體；2）鋼（ωc=0.0218%~2.11%）亞共析鋼（ωc<0.77%）：組織是鐵素體和珠光體；共析鋼（ωc=0.77%）：組織是珠光體；過共析鋼（ωc>0.77%）：組織是珠光體和二次滲碳體。3）白口鑄鐵（ωc=2.11%~6.99%）亞共晶白口鑄鐵（ωc<4.3%）：組織是珠光體、二次滲碳體和萊氏體；共晶白口鑄鐵（ωc=4.3%）：組織是萊氏體；過共晶白口鑄鐵（ωc>4.3%）：組織是一次滲碳體和萊氏體。（2）典型的鐵碳合金平衡結(jié)晶過程及組織1)共析鋼的結(jié)晶過程分析合金①在溫度1以上全部為液體，降溫時，在第1點與第2點溫度之間，從液相（L）中結(jié)晶出奧氏體，隨著溫度的不斷降低，液相越來越少，奧氏體越來越多，液相的成分沿著BC線變化，而奧氏體的成分則沿著JE線變化，在第2點結(jié)晶完畢。第2點與3點溫度之間，是奧氏體的單相冷卻。當(dāng)溫度降到第3點時，奧氏體要發(fā)生共析反應(yīng)：A0.77?P（F0.0218+Fe3C），最終奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。共析鋼的顯微組織見圖1.3-4。2)亞共析鋼的結(jié)晶過程當(dāng)合金②冷卻到第1點時，開始從液相析出奧氏體，至第2點時，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷卻到第3點，從奧氏體中析出鐵素體，同時奧氏體相中碳濃度發(fā)生變化。到第4點即727℃時，奧氏體中的含碳量沿CS 線而趨近于S點，其組織剩余的奧氏體相發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。所以，亞共析鋼先前析出的鐵素體保持不變。室溫組織為鐵素體+珠光體。且隨著含碳量的增加，珠光體量也增加。亞共析鋼的顯微組織如圖1.3-6。3)過共析鋼的結(jié)晶過程合金③冷卻到1點時，從液相結(jié)晶出奧氏體，2點凝固完畢，形成單相奧氏體。冷卻到第3點時，開始從奧氏體中沿晶界析出網(wǎng)狀分布的二次滲碳體（Fe3CⅡ），呈網(wǎng)狀包圍奧氏體晶粒。冷卻到第4點時，奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為0.77%，于是發(fā)生共析轉(zhuǎn)變；A0.77?P（F0.0218+Fe3C），形成珠光體。4)共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程合金④在1點發(fā)生共晶反應(yīng)L4.3?A2.11+Fe3C，形成萊氏體Ld，即由奧氏體和滲碳體組成的共晶體，在1~2點區(qū)間，共晶奧氏體會析出二次滲碳體，到第三階段點即727℃時，剩余的奧氏體會發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。室溫下，共晶白口鑄鐵的組織是珠光體和共晶滲碳體的混合物，通常把它稱為“低溫萊氏體”或“變態(tài)萊氏體”，以“Ld”表示。所以，共晶白口鐵的室溫組織為低溫萊氏體。共晶白口鑄鐵的顯微組織如圖1.3-10所示。5)亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程合金⑤從冷卻至1點時，開始從液相中結(jié)晶出“先共晶奧氏體”。隨溫度的降低，奧氏體不斷增多，到第2點（1148℃）時，液相中Wc為4.3%，發(fā)生共晶反應(yīng)：L4.3?A2.11+Fe3C，形成萊氏體，而先生奧氏體保持不變。繼續(xù)冷卻，先共晶奧氏體和共晶奧地利體都析出二次滲碳體，奧氏體的含碳量沿ES線逐漸降低，到第3點（727℃）時，Wc降為0.77%，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：A0。77?P（F0.0218+Fe3C）,生成珠光體，此時，Ld轉(zhuǎn)變?yōu)長d’。所以，亞共晶白口鑄鐵的室溫組織為珠光體+二次滲碳體+低溫萊氏體。亞共晶白口鑄鐵的顯微組織如圖1.3-12所示。6)過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程合金⑥冷至1點時，開始從液相中結(jié)晶出先共晶滲碳體，也叫一次滲碳體（Fe3C1），一次滲碳體呈粗大片狀，在合金繼續(xù)冷卻的過程中不再發(fā)生變化。當(dāng)溫度繼續(xù)下降到2點時，剩余液相Wc達(dá)到4.3%，這時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體。過共晶白口鑄鐵的室溫組織為一次滲碳體與低溫萊氏體。過共晶白口鑄鐵的顯微組織如圖1.3-14所示。4．含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響（1）含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響（2）含碳量對力學(xué)性能的影響鐵碳合金的力學(xué)性能受含碳量的影響很大，含碳量的多少直接決定著鐵碳合金中鐵素體和滲碳體的相對比例。含碳量越高，滲碳體的相對量越多。由于鐵素體是軟韌相，而滲碳體是硬脆的強(qiáng)化相，所以滲碳體含量越多，分布越均勻，材料的硬度和強(qiáng)度越高，塑性和韌性越低；但當(dāng)滲碳體以網(wǎng)狀形態(tài)分布在晶界或作為基體存在時，會使鐵碳合金的塑性和韌性大為下降，且強(qiáng)度也隨之降低。這就是平衡狀態(tài)的過共析鋼和白口鑄鐵脆性高的原因。圖1.3-16所示為含碳量對鋼的力學(xué)性能的影響。（3）含碳量對工藝性能的影響鑄造性鑄鐵的流動性比鋼好，易于鑄造，特別是靠近共晶成分的鑄鐵，其結(jié)晶溫度低，流動性好，鑄造性能最好。從相圖上盾，結(jié)晶溫度越高，結(jié)晶溫度區(qū)間越大，越容易形成分散縮孔和偏析，鑄造性能越差?？慑懶缘吞间摫雀咛间摵?。由于鋼加熱呈單相奧氏體狀態(tài)時，塑性好、強(qiáng)度低，便于塑性變形，所以一般鍛造都是在奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行?？珊感院剂吭降停摰暮附有阅茉胶?，所以低碳鋼比高碳鋼更容易焊接。切削加工性含碳量過高或過低，都會降低其切削加工性能。一般認(rèn)為中碳鋼的塑性比較適中，硬度在160~230HB時，切削加工性能最好。3.1碳素鋼3.1.1碳鋼的分類3.1.2碳鋼的牌號及其應(yīng)用3.1.1碳鋼的分類3.1.2碳鋼的牌號及其應(yīng)用1．普通碳素結(jié)構(gòu)鋼2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3．碳素工具鋼4．鑄鋼1．普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼主要保證力學(xué)性能。

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號以“Q+數(shù)字+字母+字母”表示。其中，“Q”字是屈服點“屈”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示屈服點值。

數(shù)字后標(biāo)注字母A、B、C、D，表示鋼材質(zhì)量等級不同，從A到D含磷、硫量的依次降低，A級質(zhì)量最差，D級質(zhì)量最好。

若為沸騰鋼在鋼號后加“F”；半鎮(zhèn)靜鋼在鋼號后加“b”；鎮(zhèn)靜鋼則不加任何字母；TZ表示特種鎮(zhèn)靜鋼。例如：Q235AF即表示屈服點值為235MPa的A級沸騰鋼。表1.3-1及表1.3-2列出了普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、力學(xué)性能及化學(xué)成分。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼一般在鋼廠供應(yīng)狀態(tài)下（即熱軋狀態(tài)）直接使用。Q195、Q214鋼的含碳量低，焊接性能好，塑性、韌性好，易于加工，有一定強(qiáng)度，常用于制造普通鉚釘、螺釘、螺母等零件和軋制成薄板、鋼筋等，用于橋梁、建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)械等結(jié)構(gòu)。Q255、Q275鋼具有較高的強(qiáng)度，塑性、韌性較好，可進(jìn)行焊接，并軋制成工字鋼、槽鋼、角鋼、條鋼和鋼板及其它型鋼作結(jié)構(gòu)件以及制造簡單的機(jī)械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)和銷子等零件。Q235既有較高的塑性又有適中的強(qiáng)度，成為一種應(yīng)用最廣的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。即可用作較重要的建筑構(gòu)件，又可用于制做一般的機(jī)器零件。2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

這類鋼必須同時保證化學(xué)成分和力學(xué)性能。其硫、磷的含量較低，均控制在0.01%以下。非金屬夾雜物也較少，質(zhì)量級別較高。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號是采用兩位數(shù)字表示鋼中平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍。例如45鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC為0.45%；08鋼表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC為0.08%。這類鋼按含錳量不同，分為普通含錳量（0.35-0.8%）和較高含錳量(0.7-1.2%)兩組。含錳量較高的一組，在鋼號后加“Mn”。若為沸騰鋼，則在數(shù)字后加“F”，如08F為含碳量為0.08％的沸騰鋼。這類鋼隨鋼號的數(shù)字增加，含碳量增加，組織中的珠光體量增加，鐵素體量減少。因此，鋼的強(qiáng)度也隨之增加，而塑性指標(biāo)隨之降低。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般都要經(jīng)過熱處理以提高力學(xué)性能根據(jù)碳的含量不同，有不同的用途，主要用于制造機(jī)器零件08、08F、10鋼，塑性、韌性高，具有優(yōu)良的冷成形性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀器儀表外殼、汽車和拖拉機(jī)上的冷沖壓件，如汽車車身、拖拉機(jī)駕駛室等15、20、25鋼屬低碳鋼，也有良好的冷沖壓性和焊接性；常用來做沖壓件和焊接件，也可以用來滲碳，經(jīng)過滲碳和隨后熱處理，使得表面硬而耐磨，心部具有良好的韌性，從而可用于制造表面要求耐磨并能承受沖擊載荷的零件，如齒輪、活塞銷、樣板等30、35、40、45、50鋼屬中碳鋼，這幾種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后，可獲得良好的綜合力學(xué)性能，即具有較高的強(qiáng)度和較高的塑性、韌性，主要用于制造齒輪、軸類等零件。其中由于45鋼的強(qiáng)度和塑性配合得好，因此成為機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛的鋼種。例如40、45鋼常用于制造汽車、拖拉機(jī)的曲軸、連桿、一般機(jī)床齒輪和其它受力不大的軸類零件55、60、65鋼熱處理（淬火+中溫回火）后具有高的彈性極限，常用于制作負(fù)荷不大、尺寸較?。ń孛娉叽缧∮?2~15mm）的彈簧，如調(diào)壓、調(diào)速彈簧、測力彈簧、冷卷彈簧，和鋼絲繩等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能列于表1.3-3中3．碳素工具鋼碳素工具鋼含碳量為0.65-1.35％，

Si≤0.35％，Mn≤0.4％，硫、磷的含量是優(yōu)質(zhì)鋼的含量范圍(S≤0.03％，P≤0.035％)。碳素工具鋼的牌號以“T+數(shù)字+字母”表示，鋼號前面的“T”表示碳素工具鋼，其后的數(shù)字表示以千分?jǐn)?shù)表示的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如Wc=0.8%的碳素工具鋼，其鋼號為“T8”。如為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在其鋼號后加“A”，例如，“T10A”。碳素工具鋼經(jīng)熱處理（淬火+低溫回火）后具有高硬度，用于制造尺寸較小，要求耐磨性好的量具、刃具、模具等。這類鋼的鋼號有T7、T7A、T8、T8A、……、T13A，共8個鋼種、16個牌號。含碳量越高，則碳化物量越多，耐磨性就越高，但韌性越差。因此受沖擊的工具應(yīng)選用含碳量低的。一般沖頭，鑿子要選用T7、T8等，車刀、鉆頭可選用T10，而精車刀、銼刀則選用T12、T13之類。常用碳素工具鋼的牌號、成分、熱處理和用途列于表1.3-4中4．鑄鋼有些機(jī)械零件。如軋鋼機(jī)機(jī)架、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子、拖拉機(jī)履帶板和重載大型齒輪等，因形狀復(fù)雜，難以用鍛壓等方法成型，用鑄鐵又無法滿足性能要求，此時可采用鑄鋼件碳素鑄鋼的含碳量一般在0.15~0.60%范圍內(nèi)，含碳量過高則塑性差，易產(chǎn)生裂紋碳素鑄鋼的牌號由“鑄鋼”兩字的漢語拼音字首“ZG”加兩組數(shù)字表示。兩組數(shù)字分別表示材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；若為焊接性能好的鑄鋼，則在第二組數(shù)字后加漢字“焊”的漢語拼音字首“H

”。其牌號有ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-600。碳素鑄鋼按質(zhì)量可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三級。Ⅰ級為高級質(zhì)量的鑄件，硫、磷含量均不大于0.04%；Ⅱ級為優(yōu)質(zhì)鑄件，硫、磷含量均不大于0.05%；Ⅲ級為普通質(zhì)量鑄件，硫、磷含量均不大于0.06%。質(zhì)量的級別應(yīng)標(biāo)注在鑄鋼牌號的后面，但Ⅲ級可以省略不注。鑄鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1.3-5。3.2合金鋼3.2.1合金鋼的分類3.2.2合金元素在鋼中的作用3.2.3合金結(jié)構(gòu)鋼3.2.4合金工具鋼3.2.5特殊性能鋼3.2.1合金鋼的分類1．按合金元素含量分合金鋼可分為低合金鋼（合金總含量wE<5%）、中合金鋼（合金總含量wE=5%~10%）和高合金鋼（合金總含量wE>10%）。2．按正火或鑄造狀態(tài)的組織類型分合金鋼可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼及萊氏體鋼。3．按主要用途分3.2.2合金元素在鋼中的作用強(qiáng)化鐵素體形成合金滲碳體和特殊化合物合金元素對Fe—Fc3C相圖的影響1.強(qiáng)化鐵素體

鋼中與碳親合力很弱的非碳化物形成元素，如Si、Mn、Ni、Al、Co等都能溶于鐵素體而形成合金鐵素體，引起鐵素體晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，使鐵素體的強(qiáng)度硬度提高、但塑性、韌性則呈下降趨勢，如圖3—1所示（2）形成合金滲碳體和特殊化合物鋼中與碳親合力較強(qiáng)的碳化物形成元素，如Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等(按與碳親和力由弱到強(qiáng)的順序排列)在鋼中能形成碳化物；也有少部分溶于鐵素體合金鋼中的碳化物有合金滲碳體(如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等)、合金碳化物(如Mn3C、Cr7C、Fe3W3C等)、特殊碳化物(如WC、MoC、VC、TiC等)合金碳化物的穩(wěn)定性比合金滲碳體高，特殊碳化物的穩(wěn)定性最高。穩(wěn)定性愈高的碳化物愈難溶入奧氏體，也不易聚集長大，而且其溶點和硬度亦愈高。隨著這些碳化物數(shù)量的增多．能顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度、熱硬性和耐磨性。（3）合金元素對Fe—Fc3C相圖的影響合金元素加入鋼中，使Fe—Fe3C相圖的相變溫度及相變點的位置發(fā)生變化。Ni、Mn、Co、C、N、Cu等合金元素使A3線下降，γ區(qū)范圍擴(kuò)大。當(dāng)其含量足夠高時，可使γ區(qū)域擴(kuò)大至室溫，即在室溫下也保持為奧氏體組織，這類鋼又稱奧氏體鋼，如Ｍn13、1Cr18Ni9等均為奧氏體鋼。圖3－2是錳對Fe—Fe3C相圖的影響。Si、Cr、V、Ti、W、Mo等合金元素使Ａ3線上升，即使γ區(qū)域范圍縮小，α區(qū)域范圍增大。當(dāng)這些元素含量足夠高時，可以在室溫與高溫下均保持為鐵素體組織，這類鋼又稱為鐵素體鋼，如Cr17、Cr25、Cr28等不銹鋼均屬于鐵素體鋼圖3－3為鉻對Fe—Fe3C相圖的影響所有的合金元素都使Fe—Fe3C相圖中的Ｓ點和Ｅ點向左移Ｓ點和Ｅ點左移，使共析和共晶成分中的含碳量減少，原來是亞共析碳鋼的可能變成共析或過共析組織；含碳量ωc＜2.11％的鋼中出現(xiàn)萊氏體，例如高速鋼(ωc＝0.7一0.8％)，但在鑄態(tài)組織中就有萊氏體，故又稱萊氏體鋼3.2.3合金結(jié)構(gòu)鋼1．合金結(jié)構(gòu)鋼的編號2．普通低合金結(jié)構(gòu)鋼3．滲碳鋼4．調(diào)質(zhì)鋼5．彈簧鋼6．滾動軸承鋼合金結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為工程用鋼和機(jī)器用鋼兩大類工程用鋼主要是用于各種工程結(jié)構(gòu)，它們大都是用普通低合金鋼制造。這類鋼冶煉簡便、成本低，適用于工程用鋼批量大的特點，這類鋼使用時一般不進(jìn)行熱處理。而機(jī)器制造用鋼一般都經(jīng)過熱處理后使用，主要是用于制造機(jī)器零件，它們大都是合金結(jié)構(gòu)鋼制造。按其用途和熱處理持點，又分為調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、易切鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐磨鋼等1．合金結(jié)構(gòu)鋼的編號我國規(guī)定合金結(jié)構(gòu)鋼的編號方法為：基本組成為“兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字+……”，前兩位數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍（wC×10000）；元素符號后面的數(shù)字為該元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百倍（wE×100），當(dāng)其wE<1.5%時，只標(biāo)出元素符號，而不標(biāo)明數(shù)字；當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)wE≥1.5%、2.5%、3.5%、4.5%……時，相應(yīng)標(biāo)注為2、3、4、5……如18Cr2Ni4W表示平均成分為：C0.18%，Cr2%，Ni4%，wW<.1.5%；若S、P含量達(dá)到高級優(yōu)質(zhì)鋼時，則在鋼號后加“A”，如38CrMoAlA。易切削鋼在鋼號前加“Y”字（“易”字聲母），如Y12、Y40Mn，Y40CrSCa，其含碳量和合金元素含量均與結(jié)構(gòu)鋼編號一樣，如Y40CrSCa，表示易切削鋼的成分為：wC=0.4%，wCr<1.5%，S、Ca為易切削元素（wS=0.05%～0.3%），一般情況下wCa<0.015%。滾動軸承鋼的編號是在鋼號前加“G”（“滾”字聲母），其后數(shù)字為平均含Cr量，以千倍（wCr×1000）表示，平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wC≥1.0%時不標(biāo)出，如GCr15、GCr9等鋼中含鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wCr分別為1.5%和0.9%2．普通低合金結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，也稱普低鋼，又稱普通低合金高強(qiáng)度鋼，它是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入少量的合金元素發(fā)展起來的。普通低合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度較高，具有較好的韌性和塑性以及良好的焊接性能和耐蝕性。由于強(qiáng)度高，所以1t普通低合金鋼可代替1.2~2.0t普碳鋼使用，從而可減輕構(gòu)件重量。為得到較好的塑性和焊接性，普通低合金結(jié)構(gòu)鋼大多是低碳鋼，含碳量控制在0.2％以下。普通低合金結(jié)構(gòu)鋼的主加元素是錳，其原因在于錳的資源豐富，以及錳強(qiáng)化鐵素體的效果顯著；錳能降低鋼的冷脆溫度；另外，加錳后還使組織中的珠光體含量增加，從而進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度常用的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼按其屈服強(qiáng)度的高低分為6個級別，300、350、400、450、500、550一650（MPa）。在350Mpa級中16Mn是個典型代表，它發(fā)展最早，用的最多、產(chǎn)量最大。與300MPa級的12Mn鋼相比，由于C和Mn均稍有增加，所以強(qiáng)度指標(biāo)也提高了。在這類鋼中，還有16Mn的派生鋼種，16MnRe、16MnCu等。Re的主要作用是提高塑性和韌性，提高疲勞強(qiáng)度，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度，Cu的主要作用是通過鈍化提高耐蝕性。這類鋼多用于船舶、車輛、橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)對400MPa級的15MnV、15MnTi等，其含碳量與16Mn相當(dāng)，但由于加入釩、鈮、鈦等元素，能細(xì)化晶粒、產(chǎn)生第二相強(qiáng)化，使屈服強(qiáng)度提高。主要用于大型結(jié)構(gòu)、中壓容器等。對450MPa級的15MnVN、14MnVTiRe等，由于釩、氮、鈦等元素起細(xì)化晶粒和第二相強(qiáng)化作用，稀土又起凈化晶界作用，提高塑、韌性，因此強(qiáng)化效果比15MnV、15MnTi還好。300一450MPa級的普低綱均是在熱軋狀態(tài)下或在熱軋后正火狀態(tài)下使用。組織為鐵素體十少量珠光體。對500Mpa級的18MnMoNb、14MnMoVBRe等，鋼中加入鉬和微量硼，推遲奧氏體冷卻時珠光體轉(zhuǎn)變的鐵素體析出，而對貝氏體轉(zhuǎn)變則影響不大，因此在正火后得到貝氏體組織。廣泛用于石油化工、中溫高壓容器等。對于14CrMnMoVB，正火后得貝氏體組織，然后再高溫回火，以穩(wěn)定組織，消除內(nèi)應(yīng)力，提高塑性和韌性。這種鋼適于制造400～500℃的鍋爐、高壓容器等。常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的鋼號、成分、性能與用途見表3-63．滲碳鋼用于制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼。（1）要求滲碳鋼常用在受沖擊和磨損條件下工作的一些機(jī)械零件，如汽車、拖拉機(jī)上的變速齒輪、內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷等，要求表面硬、耐磨，而零件心部則要求有較高的韌性和強(qiáng)度以承受沖擊。通常尺寸小、受力小的，采用低碳鋼，而尺寸大、受力大的則采用低碳合金鋼。（2）滲碳鋼的成分和鋼種常用的滲碳鋼鋼號、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途見表3-7為了滿足“外硬內(nèi)韌”的要求，這類鋼一般都采用低碳鋼，wC=0.1%~0.25%，經(jīng)過滲碳后，零件的表面變?yōu)楦咛嫉?，而心部仍是低碳的，通過淬火+低溫回火后使用。零件表面組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘留奧氏體，硬度達(dá)58~62HRC，滿足耐磨的要求，而心部的組織是低碳馬氏體，保持較高的韌性，滿足承受沖擊載荷的要求。對于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍保持原來的珠光體+鐵素體組織；這時由于是低碳的，組織中鐵素體占比例很大，因而韌性指標(biāo)比較高，能滿足“外硬內(nèi)韌”的要求。這類鋼使用的合金元素為鉻、錳、鎳、鉬、鎢、鈦、硼、釩等。按照淬透性大小，可將滲碳鋼分為三類：1）低淬透性滲碳鋼。典型鋼種為20Cr，這類鋼水淬臨界直徑<25mm，滲碳淬火后，心部強(qiáng)韌性較低，只適于制造受沖擊載荷較小的耐磨零件，如活塞銷、凸輪、滑塊、小齒輪等。2）中淬透性滲碳鋼。典型鋼種為20CrMnTi，這類鋼油淬臨界直徑約為25~60mm，主要用于制造承受中等載荷、要求足夠沖擊韌性和耐磨性的汽車、拖拉機(jī)齒輪等零件。ⅲ）高淬透性滲碳鋼。典型鋼種為20Cr2Ni4A，這類鋼的油淬臨界直徑>100mm，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克中的曲軸、大模數(shù)齒輪等。（3）滲碳鋼的熱處理滲碳鋼的熱處理規(guī)范一般是滲碳后進(jìn)行直接淬火（一次淬火或二次淬火），而后低溫回火。碳素滲碳鋼和低合金滲碳鋼，經(jīng)常采用直接淬火或一次淬火，而后低溫回火；高合金滲碳鋼則采用二次淬火和低溫回火處理4．調(diào)質(zhì)鋼（1）經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后使用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，統(tǒng)稱為調(diào)質(zhì)鋼淬火后得到位錯與孿晶馬氏體的混合組織，以及殘留奧氏體和碳化物。高溫回火后，由于馬氏體分解，碳化物彌散析出，殘留奧氏體轉(zhuǎn)變，內(nèi)應(yīng)力消除，最終得到回火索氏體組織，綜合力學(xué)性能好，用于受力較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)零件，如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各種軸類零件對于截面尺寸大的零件，為保證有足夠的淬透性，就要采用合金調(diào)質(zhì)鋼。（2）調(diào)質(zhì)鋼的成分特點和鋼種調(diào)質(zhì)鋼中wC在0.30%~0.50%之間，屬中碳鋼。含碳量在這一范圍內(nèi)可保證鋼的綜合性能，含碳量過低，則影響鋼的強(qiáng)度指標(biāo)，含碳量過高則韌性顯得不足。一般碳素鋼的含碳量偏上限；對于合金調(diào)質(zhì)鋼，隨合金元素的增加，含碳量趨于下限。調(diào)質(zhì)鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛，常用調(diào)質(zhì)鋼的鋼號、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途見表3-8。按淬透性的高低，調(diào)質(zhì)鋼大致可以分為三類：1）低淬透性調(diào)質(zhì)鋼。典型鋼種是40Cr，這類鋼的油淬臨界直徑最大為30~40mm，廣泛用于制造一般尺寸的重要零件，如軸、齒輪、連桿螺栓等。35SiMn、40MnB是為節(jié)約鉻而發(fā)展的代用鋼種。2）中淬透性調(diào)質(zhì)鋼。典型鋼種是40CrNi，這類鋼的油淬臨界直徑最大為40~60mm，含有較多的合金元素，用于制造截面較大、承受較重載荷的零件，如曲軸、連桿等。3）高淬透性調(diào)質(zhì)鋼。典型鋼種是40CrNiMoA，這類鋼的油淬臨界直徑最大為60~100mm，多半為鉻鎳鋼。鉻、鎳的適當(dāng)配合，可大大提高淬透性，并能獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。用于制造大截面、承受重負(fù)荷的重要零件，如汽輪機(jī)主軸、壓力機(jī)曲軸、航空發(fā)動機(jī)曲軸等。5．彈簧鋼彈簧是各種機(jī)器和儀表中的重要零件。要求制造彈簧的材料具有高的彈性極限（即具有高的屈服點或屈服強(qiáng)比）、高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。彈簧鋼中wC一般為0.45%~0.70%。含碳量過高，塑性和韌性降低，疲勞極限也下降。也加入的合金元素有錳、硅、鉻、礬和鎢等。加入硅、錳主要是提高淬透性，同時也提高屈強(qiáng)比，其中硅的作用更為突出。硅、錳元素的不足之處是：硅會促使鋼材表面在加熱時脫碳，錳則使鋼易于過熱。因此，重要用途的彈簧鋼必須加入鉻、礬、鎢等。它們不僅使鋼材有更高的淬透性，不易脫碳和過熱，而且有更高的高溫強(qiáng)度和韌性。常用彈簧鋼的鋼號、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途見表3-96．滾動軸承鋼用于制造滾動軸承的鋼稱為滾動軸承鋼具有高而均勻的硬度、高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度、足夠的韌性和淬透性、一定的耐腐蝕能力。滾動軸承鋼的成分特點及鋼種滾動軸承鋼是一種高碳低鉻鋼，wC=0.95%~1.0%，wCr=0.4%~1.65%高碳是為保證有高的淬硬性，同時可形成鉻的碳化物強(qiáng)化相鉻的主要作用是增加鋼的淬透性，使淬火、回火后整個截面上獲得較均勻的組織鉻可形成合金滲碳體(Fe?Cr)3C，加熱時降低過熱敏感性，得到細(xì)小的奧氏體組織。溶入奧氏體中的鉻，又可提高馬氏體的回火穩(wěn)定性高碳低鉻的滾動軸承鋼，其材料成分中需加入Si、Mn等元素，進(jìn)一步提高淬透性，適量的Si(wSi=0.4%~0.6%)還能明顯地提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限滾動軸承鋼是高級優(yōu)質(zhì)鋼，成分中

wS<0.015%，wP<0.025%，最好用電爐冶煉，并用真空除氣常用滾動軸承鋼的鋼號、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途見表3-103.2.4合金工具鋼1．合金工具鋼的分類及編號2．刃具鋼3．模具鋼4．量具鋼1．合金工具鋼的分類及編號標(biāo)注方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，基本組成為“一位數(shù)字（或無數(shù)字）+元素符號+數(shù)字+……”，其平均含碳量是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍（wC×1000）表示，而且，當(dāng)碳質(zhì)量wC≥1.0%時，鋼號中不標(biāo)出，如9SiCr鋼（成分：C0.9%，wSi<1.5%

，wCr<1.5%）；CrWMn鋼（wC≥1.0%，wCr、

wW

、wMn均<1.5%）。高速鋼，如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，它們的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均<1.0%，但不標(biāo)明其數(shù)字；合金元素含量與合金工具鋼的標(biāo)注方法相同，如W18Cr4V鋼的成分為：C0.7%～0.8%，W18%，Cr4%，wC<1.5%。合金工具鋼均屬于高級優(yōu)質(zhì)鋼，但鋼號后不加“A”字。屬于這一編號方法的鋼種還有不銹鋼、奧氏體型和馬氏體型耐熱鋼2．刃具鋼根據(jù)刃具的工況條件，刃具鋼應(yīng)該具有高硬度、高耐磨性、高彎曲強(qiáng)度和足夠的韌性，高熱穩(wěn)定性用于刃具的材料有碳素工具鋼、低合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等（1）低合金工具鋼為了克服碳素工具鋼淬透性差、易變形和開裂、及熱硬性差等缺點。在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素，一般不超過3%~5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），就形成了低合金工具鋼。低合金工具鋼中wC=0.75%~1.50%，高的含碳量可保證鋼的高硬度及形成足夠的合金碳化物，提高耐磨性合金元素的作用主要是為了保證鋼具有足夠的淬透性鋼中常加入的合金元素有硅、錳、鉻、鉬、鎢、礬等其中硅、錳、鉻、鉬的主要作用是提高淬透性；硅、錳、鉻可強(qiáng)化鐵素體鉻、鉬、鎢、礬查可細(xì)化晶粒使鋼進(jìn)一步強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度作為碳化物形成元素鉻、鉬、鎢、礬等在鋼中形成合金滲碳體和特殊碳化物，從而提高鋼的硬度和耐磨性常用的低合金工具鋼成分、熱處理與用途如表3-11示（2）高速鋼高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等多種元素的高合金工具鋼鋼中加入較多的碳，其作用是既保證它的淬硬性，又保證淬火后有足夠多的碳化物相。一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%左右，最高可達(dá)1.6%。如W6Mo5Cr4V5SiNbAl鋼，wC=1.56%~1.65%高速鋼中一般含有較多數(shù)量的鎢元素，它是提高鋼熱硬性的主要元素，由于世界范圍鎢資源的缺少，使人們找到了以Mo、Co元素代替W元素而保持高的熱硬性的方法Cr元素在鋼中的作用：Cr的加入可提高鋼的淬透性，并能形成碳化物強(qiáng)化相，Cr在高溫下可形成Cr2O3，能起到保護(hù)作用，一般認(rèn)為Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%左右為宜，高于4%時，會使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms下降，淬火后造成殘留奧氏體量增多的不良結(jié)果V元素在鋼中的作用：V與C的親和力很強(qiáng)，在高速鋼中形成碳化物VC，它有很高的穩(wěn)定性，即使淬火溫度在1260~1280℃時，也不會全部溶于奧氏體中，VC的最高硬度可達(dá)到83~85HRC，在高溫多次回火過程中VC呈彌散狀析出，進(jìn)一步提高了高速鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性為了提高高速鋼的某些方面的性能，還可以加入適量的Al、Co、N等合金元素。常用高速鋼的成分、鋼號、熱處理、力學(xué)性能及用途見表3-12在我國最常用的高速鋼是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，通常簡稱18-4-1和6-5-4-2。前者的過熱敏感性小，磨削性好，但由于熱塑性差，通常適于制造一般高速切削刀具，如車刀、銑刀、絞刀等；由于后者的耐磨性、韌性和熱塑性較好些，適于制造耐磨性和韌性很好配合的高速刀具，如絲錐、齒輪銑刀、插齒刀等（3）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是把一些高硬度、高熔點的粉末（WC、TiC等）和膠結(jié)物質(zhì)（Co、Ni等）混合、加壓、燒結(jié)成形的一種粉末冶金材料。它雖不是合金工具鋼，但是一種常用的、主要的刃具材料。其特點是：硬度極高（89~91HRA）、熱硬性好（切削溫度可達(dá)1000℃）、耐磨性好。用硬質(zhì)合金制作的刀具，切削速度比高速鋼提高4~5倍由于硬質(zhì)合金的硬度很高，切削加工困難。因此形狀復(fù)雜的刀具，如拉刀、滾刀就不能用硬質(zhì)合金來制作。一般硬質(zhì)合金做成刀片，鑲在刀體上使用。除了用硬質(zhì)合金來制作刀具外，還可以制作冷作模具、量具及耐磨零件等1）鎢鈷類牌號有YG3、YG6、YG8等YG表示鎢鈷類硬質(zhì)合金，后邊的數(shù)字表示鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。如YG8表示wCo=8%、wWC=92%的鎢鈷類硬質(zhì)合金。2）鎢鈷鈦類牌號有YT5、YT15、YT30等，YT表示鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金，后邊的數(shù)字表示碳化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。如YT15表示含wTic=15%，其余為WC和Co的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。鎢鈷類用于加工脆性材料（如鑄鐵以及膠木等非金屬材料）。其中含鈷量高的，抗彎強(qiáng)度高，韌性好，而硬度、耐磨性低，適于粗加工鎢鈷鈦類用于加工韌性材料（適于加工各種鋼件），由于TiC的耐磨性好，熱硬性高，所以這類硬質(zhì)合金的熱硬性好，加工工件的表面質(zhì)量也好此外，還有如YW1和YW2稱通用和萬能硬質(zhì)合金，用來切削不銹鋼、耐熱合金等難加工的材料，刀具壽命更長常用硬質(zhì)合金的牌號、組成和性能如表3-13所示3．模具鋼根據(jù)模具的工作條件不同，模具鋼一般分為冷作模具和熱作模具鋼兩大類。前者用于制造冷沖模和冷擠壓模等，工作溫度大都接近室溫；后者用于制造熱鍛模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可高達(dá)600℃以上（1）冷作模具鋼對冷作模具鋼性能的要求較高的硬度和耐磨性較高的強(qiáng)度和韌性良好的工藝性模具鋼鋼號表示方法與低合金工具鋼相同（2）冷作模具鋼的成分特點和鋼種對于尺寸小、形狀簡單、工作負(fù)荷不大的模具采用碳素工具鋼和低合金工具鋼。鋼種有T8A、T10A、T12A、Cr2、9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr6WV等。這類鋼的優(yōu)點是價格便宜，加工性能好，能基本上滿足模具的工作要求。缺點是：這類鋼的淬透性差，熱處理變形大，耐磨性較差，使用壽命較低。對于低合金工具鋼，則由于可采用油淬火，并含有少量的合金元素，淬透性提高了，晶粒細(xì)化了，變形減小了，像9SiCr、Cr2可用來制造滾絲模等。制造負(fù)荷大、尺寸大、形狀復(fù)雜的模具用高碳高鉻模具鋼。鋼號有Cr12、Cr12MoV等。Cr12型鋼的化學(xué)成分、熱處理工藝和用途如表3-14這類鋼中wC=1.4%~2.3%、wCr=11%~12%含碳量高是為了保證與鉻形成碳化物，在淬火加熱時，其中一部分溶于奧氏體中，以保證馬氏體有足夠的硬度，而未溶的碳化物，則起到細(xì)化晶粒的作用，在使用狀態(tài)下起到提高耐磨性的作用含鉻量高，其主要作用是：提高淬透性和細(xì)化晶粒，截面尺寸為200~300mm時，在油中可以淬透；形成鉻的碳化物，提高鋼的耐磨性。wCr一般為12%，過高的含鉻量會使碳化物分布不均（2）熱作模具鋼熱作模具包括熱鍛模、熱鐓模、熱擠壓模、精密鍛造模等，均屬于在受熱狀態(tài)下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，也稱為熱變形模具鉬和釩的加入，能進(jìn)一步提高淬透性，細(xì)化晶粒，其中釩可形成VC，因而可進(jìn)一步提高耐磨性和韌性。還可適當(dāng)降低鋼的含碳量，以減少碳化物的不均勻性，所以Cr12MoV鋼較Cr12鋼的碳化物分布均勻，強(qiáng)度和韌性高，淬透性高，用于制作截面大、負(fù)荷大的冷沖模、擠壓模、滾絲模、冷剪刀等對熱作模具鋼的性能要求是：1）綜合力學(xué)性能好。模具在工作中承受壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及沖擊應(yīng)力等，還經(jīng)受強(qiáng)烈的摩擦，因此必須具有高的強(qiáng)度和韌性，同時還應(yīng)有足夠的硬度和耐磨性。2）抗熱疲勞能力高。模具在工作中反復(fù)受到熾熱金屬和冷卻介質(zhì)的交替作用，極易產(chǎn)生熱疲勞，因此應(yīng)具有良好的抗疲勞能力。3）回火穩(wěn)定性高。工作時模具型腔表面溫度可高達(dá)400600，因此必須具有較高的回火穩(wěn)定性。4）淬透性高。對尺寸大的模具，為保證其整體的物理力學(xué)性能，要求材料的淬透性高。對于中小尺寸（截面尺寸≤300mm）的模具，一般采用5CrMnMo對于大尺寸（截面尺寸>400mm）的模具，一般采用5CrNiMo對于壓鑄模，采用3Cr2W8V它們化學(xué)成分如表3-15所示熱作模具鋼的含碳量取中碳范圍，wC=0.5%~0.6%，對于壓鑄模wC=0.30%。這一含碳量可保證淬火后的硬度，同時還有較好的韌性指標(biāo)鉻、鎳、錳、鉬的作用是提高淬透性，使模具表里的硬度趨于一致。鉻、鉬還有提高回火穩(wěn)定性、提高耐磨性的作用；鉻、鎢、鉬還通過提高共析溫度，使模具在反復(fù)加熱和冷卻過程中不發(fā)生相變，來提高抗熱疲勞的能力4．量具鋼量具鋼是用于制造量具的鋼，如卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞尺等對量具鋼的主要性能要求如下：（1）工作部分有高的硬度和耐磨性，以防止在使用過程中因磨損而失效；組織穩(wěn)定性高，熱處理變形小，在存放和使用過程中尺寸不變，以保證高的尺寸精度；（2）有良好的磨削加工性。（3）為了滿足上述高硬度、高耐磨性的要求，一般都采用含碳量高的鋼，通過淬火得到馬氏體。最常用的量具用鋼為碳素工具鋼和低合金工具鋼碳素工具鋼由于采用水淬火，淬透性低，變形大，因此常用于制作尺寸小、形狀簡單、精度要求低的量具。常用的碳素工具鋼有T