1、1,第一節(jié) 碳鋼 一、常存雜質(zhì)對碳鋼性能的影響 碳鋼是指含碳量小于2.11%的鐵碳合金，但實際使用的碳鋼并不是單純的鐵碳合金，除碳以外，還含有少量的錳、硅、硫，磷等，這些元素是從礦石、燃料和冶煉等渠道進(jìn)入鋼中的，這些元素統(tǒng)稱為雜質(zhì)，它們對鋼的性能有一定的影響，下面作簡要介紹。,第六章 金屬材料,一）雜質(zhì)和氣體的影響,Mn 脫氧、去硫,提高鋼的強度和硬度。,Si 有很強的固溶強化作用,能脫氧。,1.有益元素,2.有害元素:,P 有很強的固溶強化作用,低溫 韌性差 ( 冷脆 )。,S 能引起鋼在熱加工時或高溫工作下開裂 ( 熱裂 )。,3.氣體元素:,N：鋼中過飽和N在常溫放置過程中會發(fā)生時 效脆

2、化。加Ti、V、Al等元素可消除時效 傾向。 O：鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源。 H：原子態(tài)的過飽和氫時將降低韌性, 引起氫 脆。當(dāng)氫在缺陷處以 分子態(tài)析出時，會產(chǎn) 生很高內(nèi)壓，形成微 裂紋，其內(nèi)壁為白色， 稱白點或發(fā)裂。,5,二、碳鋼的分類 碳鋼的分類方法很多，下面介紹三種： (一)按鋼的含碳量分 1低碳鋼 含碳量0.25 2. 中碳鋼 含碳量在0.25 % -0.6 %之間 3. 高碳鋼 含碳量0.6 %,6,(二)按鋼的質(zhì)量分類 主要是根據(jù)鋼中含有害雜質(zhì)S、P的多少來分： 1普通碳素鋼 鋼中S，P的含量分別為0.05和0.045。 2優(yōu)質(zhì)碳素鋼 鋼中S、P的含量均0035 。 3高級優(yōu)質(zhì)

3、碳素鋼 鋼中S、P的含量分別0.020和0.030 。,7,(三)按用途分類 1碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼主要用于制造各種工程構(gòu)件(如橋梁、船舶、建筑等)和機(jī)器零件(如齒輪、軸、螺釘、螺母、連桿等)，這類鋼一般屬于低碳鋼和中碳鋼。 2碳素工具鋼 這類鋼主要用于制造各種刀具、量具、模具。這類鋼含碳量較高，屬于高碳鋼。,8,三、碳鋼的編號和用途 為了生產(chǎn)、加工處理和使用不致造成混亂，對各種鋼材進(jìn)行命名和編號。 (一)碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼是工程中應(yīng)用最多的鋼種,其產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70-80。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB70088,碳素結(jié)構(gòu)鋼分為五類20種，如表所示。,9,碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號是以鋼材厚度(或直徑)不大于1

4、6mm鋼的屈服點(s )數(shù)值劃分的，并且還有質(zhì)量等級和脫氧方法的細(xì)劃分。表中的符號、代號的意義如下。 Q鋼屈服點“屈”字漢語拼音首位字母； A、B、C、D分別為質(zhì)量等級； F沸騰鋼“沸”字漢語拼音首位字母； b半鎮(zhèn)靜鋼“半”字漢語拼音首位字母，用小寫b為便于與質(zhì)量等級B級相區(qū)別；,10,Z鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語拼音首位字母； TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母。 在牌號組成表示方法中，“Z”與“TZ符號予以省略。 例如；Q235-AF即表示屈服點數(shù)值為235Nmm2的A級沸騰鋼。,11,碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用： Q195、Q215A、Q215B塑性較高，有一定強度，通常軋制成薄板，鋼筋，鋼管、型

5、鋼等，用作橋梁、鋼結(jié)構(gòu)等，也在機(jī)械制造中用作鉚釘、螺釘、地腳螺栓、軸套、開口銷，拉桿、沖壓零件等。,12,Q235A、Q235B、Q235C、Q235D強度較高，可用作轉(zhuǎn)軸、心軸、拉桿、搖桿、吊鉤、鏈等。 Q255A、Q255B、Q275強度更高，可用作工具：軋輥、主軸、摩擦離合器、剎車鋼帶等。,13,(二)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼中有害雜質(zhì)及非金屬夾雜物含量較少，化學(xué)成分控制得也較嚴(yán)格，塑性和韌性較高，多用于制造較重要零件。 這類鋼的編號方法是以平均含碳量萬分?jǐn)?shù)表示，例如，平均含碳量為0.45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，就稱為45號鋼。,14,(三)碳素工具鋼 這類鋼的編號方法是在“碳”或“T”后加一數(shù)

6、字，數(shù)字表示鋼的平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。 例如，碳7(或T7)，碳12(T12)分別表示平均含碳量為0.7 和1.2 的碳素工具鋼。 碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼，若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號后面加一個“高”字或(A)，例如碳12高(或T12A)。,15,1.鎮(zhèn)靜鋼 ( killed steel )鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進(jìn)行了充分脫氧 ,Wo = 0.01%左右, 成分較均勻、組織較致密。主要用于機(jī)械性能要求較高的零件。 2.沸騰鋼 ( boiling steel ) 鋼液在澆注僅前進(jìn)行輕度假脫氧,Wo = 0.03%0.07%,成分偏析較嚴(yán)重、組織不致密。機(jī)械性能不均勻, 沖擊韌性差, 常用于

7、要求不高的零件。 3.半鎮(zhèn)靜鋼 ( balanced steel ) 半鎮(zhèn)靜鋼是脫氧過程介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼,是用錳鐵和硅鐵進(jìn)行脫氧。其質(zhì)量也介于二者之間,可代替部分鎮(zhèn)靜鋼,一般不適于做重要零件。,第二節(jié)合金鋼 合金鋼是在以碳元素為主要合金元素的碳素鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在合金鋼中，除了鐵和碳以外，還含有為某種目的（如增加淬透性，提高強度、耐磨性、紅硬性、耐熱性、耐腐蝕性等等）而特意加入的其它合金元素，這些元素有Mn、Si、Cr、Mo、Ni、W、Ti、V、Nb等。,二）合金元素在鋼中的作用 合金元素在鋼中的存在形式及主要作用： 溶于鐵素體內(nèi)，形成合金鐵素體。 作用：固溶強化。 溶于滲碳體

8、內(nèi)，形成合金滲碳體，如（Fe，Cr）3C。 作用：提高碳化物硬度和穩(wěn)定性。 和碳形成特殊碳化物，如Fe3W3，Cr23C6，Mo2C，TiC。 作用：特殊碳化物穩(wěn)定，硬度高，可提高紅硬性和耐磨性；特殊碳化物細(xì)小彌散，起彌散強化作用。,合金元素對硬度的影響,合金元素對沖擊韌性的影響,與碳作用形成合金碳化物,Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr,弱碳化物元素: Fe、Mn。,中強碳化物元素: Cr、Mo、W。,強碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。,三)合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響,擴(kuò)大奧氏體區(qū) 縮小奧氏體區(qū) 改變共晶點和共析點的參數(shù),1.擴(kuò)大奧氏體區(qū)的合金元素,面心立方晶格的M

9、n、Ni、Co等元素以及N和C。,作用: 使A3線溫度下降, A4線溫度上升。,Mn 元素對奧氏體區(qū)的影響,2.縮小奧氏體區(qū)的合金元素,體心立方晶格的Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。,作用: 使A3線溫度上升, A4線溫度下降。,Cr 元素對奧氏體區(qū)的影響,3.改變共晶點和共析點參數(shù)的元素,幾乎所有的合金元素。,作用: 使S點和E點的成分向左移。 即移向低碳的方向 使A1線的溫度變化。,合金元素對 S 點成分的影響,合金元素對A1線的影響,四)合金元素對鋼的熱處理的影響,加熱時對奧氏體形成的影響 對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 對回火轉(zhuǎn)變的影響,1.合金元素對加熱時奧氏體形成的影響,除Mn 元

10、素外,所有合金元素的加 入,均使奧氏體的形成速度減慢。,強碳化物形成元素能強烈的阻止奧 氏體晶粒長大( Ti、V、Zr、Nb 等)。,非碳化物形成元素能輕微的阻止奧 氏體晶粒長大( Si、Ni、Cu、Co 等)。,2.合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響,除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 鋼的 TTT 曲線向右移。推遲奧氏體向珠光體和 貝氏體轉(zhuǎn)變的過程，提高淬透性。,除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降。,提高鋼的淬透性, 常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。,3.合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響,回火抗力的增加阻礙F和C的擴(kuò)散，提高馬氏體的穩(wěn)定性，推遲馬氏

11、體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，阻礙碳化物的析出和聚集長大,二次硬化的產(chǎn)生（紅硬性提高）,削弱回火脆性（W,M）,W、Mo、V 等碳化物在550時,使鋼達(dá)到最高硬度, 產(chǎn)生二次硬化。,Cr-Ni 鋼的回火脆性示意圖,防止第二類回火脆性的產(chǎn)生的方法:,在500600 快速冷卻。,加入合金元素W、Mo。,因此，根據(jù)合金元素在鋼中的作用,1.主加元素: 對提高鋼的性能起主要作 用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。,2.輔加元素: 配合主加元素進(jìn)一步提高 鋼的性能,彌補主加元素的 不足與缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。,第二節(jié) 鋼的分類和編號 1.分類 鋼材種類繁多，為便于生產(chǎn)使用和研究，進(jìn)行了如下分類：

12、 1）按化學(xué)成份分類 鋼按化學(xué)成份不同可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼按碳含量的不同又分為低碳鋼（含碳量小于0.25%），中碳鋼（含碳量為0.250.6%）和高碳鋼（含碳量大于0.6%）。,合金鋼按合金元素總量分為 低合金鋼（合金元素總量小于5%）， 中合金鋼（合金元素總含量為510%） 高合金鋼（合金元素總量大于10%） 有時，按合金鋼中所含主要合金元素將合金鋼分為錳鋼，鉻鋼，鉻鉬鋼或鉻錳鈦鋼等。,2）按供應(yīng)態(tài)的顯微組織分類 一般鋼的供應(yīng)狀態(tài)有退火態(tài)和正火態(tài)兩種。 按正火態(tài)組織將鋼分為珠光體類，貝氏體類，馬氏體類及奧氏體類鋼，在這里也不排除有過渡型混合組織出現(xiàn)的可能。 按退火態(tài)（即平衡態(tài)）組織可

13、將鋼分為亞共析、共析和過共析鋼 。,）按用途分類 結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼 特殊性能鋼,2. 鋼的編號 我國的鋼材編號是采用國際化學(xué)符號，數(shù)字及漢語拼音字母并用的原則，按碳含量、合金元素的種類和數(shù)量以及質(zhì)量級別來編號的。,1）普通結(jié)構(gòu)鋼 2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 3）碳素工具鋼 4）合金結(jié)構(gòu)鋼 5）合金工具鋼 6）滾動軸承鋼 7）不銹鋼及耐熱鋼,1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 （普碳鋼） 該類鋼牌號表示方法是由代表屈服點的字母（Q），屈服強度數(shù)值（MPa值），質(zhì)量等級符號（A，B，C，D）及脫氧方法符號（F，b，Z，TZ）等四部分按順序組成。,Q 235 A F,2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 該類鋼的鋼號用鋼中平均含碳量的兩位數(shù)字

14、表示，單位為萬分之一。如鋼號45，表示平均含碳量為0.45%的鋼，這是正常含錳量（按雜質(zhì)含量）的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋼號表示方法。 對含錳量較高的鋼，須將錳元素標(biāo)出。所謂較高含錳量系指含碳量大于0.6%、含錳量在(0.91.2)%者及含碳量小于0.6%、含錳量(0.71.0)%者，數(shù)字后面附加化學(xué)元素符號Mn。例如鋼號25Mn，表示平均含碳量為0.25%而含錳量為(0.71.0)%的鋼。,* 45 - Wc = 0.45%,* 較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45Mn - Wc = 0.45% ; WMn = 0.7%1.0%,3）碳素工具鋼 碳素工具鋼是在鋼號前加“T”表示，其后跟以表示鋼中平均

15、含碳量的千分之幾的數(shù)字。如平均含碳量為0.8%的工具鋼，其鋼號記為“T8”。含錳量較高者須在鋼號后標(biāo)以“Mn”。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在鋼號末端加“A”，如T10A。,T 12 A,4）合金結(jié)構(gòu)鋼 該類鋼的牌號是由“數(shù)字+元素+數(shù)字”三部分組成。前面的數(shù)字（為兩位數(shù)）表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，合金元素以化學(xué)元素符號表示，合金元素后面的數(shù)字（一位或兩位數(shù)）表示該元素的平均百分含量，如果合金元素平均含量低于1.5%時，則不標(biāo)明其含量；當(dāng)其平均含量大于或等于1.5%至2.5%時則在元素后面標(biāo)“2”，依此類推。 如60Si2Mn鋼，其平均含碳量約0.6%，含硅2%及含錳1%,5）合金工具鋼 該類鋼的編

16、號原則大體同合金結(jié)構(gòu)鋼，只是含碳量的表示方法不同，而合金元素的表示方法相同。鋼號前表示其平均含碳量的是一位數(shù)字，為其千分?jǐn)?shù)；當(dāng)平均含碳量大于或等于1.0%時，則不標(biāo)出含碳量。例如9Mn2V鋼的平均含碳量為(0.85%0.95)%；而CrMn鋼中的平均含碳量則為(1.31.5)%。 高速鋼是一類高合金工具鋼，其鋼號中一般不標(biāo)出含碳量，僅標(biāo)出合金元素符號及其平均含量的百分?jǐn)?shù)。如W18Cr4V鋼的平均碳含量為(0.70.8)%，而合金元素含量則約為18%W、4%Cr和1%V。,6）滾動軸承鋼 該類鋼含碳量較高（一般約為0.951.15%），在鋼號中不標(biāo)明；其鋼號前冠以G表示“滾動軸承”鋼，其后為鉻（

17、Cr）+數(shù)字+其它合金元素+數(shù)字+(）表示，數(shù)字表示鉻平均含量的千分?jǐn)?shù)，而其它合金元素后的數(shù)字則表示其百分?jǐn)?shù)。如“滾鉻15”（即GCr15），即是鉻平均含量為1.5%滾動軸承鋼。,7）不銹鋼及耐熱鋼 這兩類鋼鋼號前面的數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，如“9鉻18”（即9Cr18）表示該鋼平均含碳量為0.9%。但碳含量小于0.03%及0.08%者，在鋼號前分別冠以“00”及“0”，如“00鉻18鎳1”（即00Cr18Ni10）等。應(yīng)指出，上述鋼中能起重要作用的微量元素如鈦，鈮，鋯等雖然含量較低（一般小于1%甚至小于0(01%)，但應(yīng)在鋼號中標(biāo)出，且元素符號后不附加數(shù)字；而當(dāng)其在某些鋼中含量大于1%時

18、，則必須在元素符號后加上其含量的百分?jǐn)?shù)。,第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼 ( Alloy Constructional Steel ),普通低合金鋼 合金滲碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 彈簧鋼 滾動軸承鋼 易切削鋼,一.普通低合金鋼 ( common low alloyed steel ),1.化學(xué)成分: 碳素結(jié)構(gòu)鋼 + 合金元素,主加合金元素: Mn 1.8 %以內(nèi)。,輔加合金元素:V、Ti、Nb、B。,2.牌號: Q 345 C,3.熱處理特點： 熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進(jìn)行專門的熱處理。在有特殊需要時，如為了改善焊接接頭性能，可進(jìn)行一次正火處理,Q460鋼含Mo、B，正火組織 為B，強度高，用于石化中溫 高壓

19、容器。,壓力容器,南京長江大橋,Q345鋼(16Mn)綜合性能好， 用于船舶、橋梁、車輛等大 型鋼結(jié)構(gòu)。 16Mn是我國低合金高強鋼中 發(fā)展最早、使用最多、產(chǎn)量最 大的鋼種。例如南京長江大橋、 廣州電視塔等。,Q390鋼含V、Ti、Nb，強度 高，用于中等壓力的容器。,4.典型普通低合金鋼,二.碳素滲碳鋼及合金滲碳鋼,1.對滲碳鋼的性能要求:,2.對滲碳鋼的含碳量的要求:,低碳,3.滲碳鋼的熱處理特點:,表硬里韌,Wc 0.25 %,Wc = 0.150.25 %,合金元素:Cr、Mn、 Ni、B、V、W、 Mo、Ti等。,表層:M回+Fe3C+A殘,心部:F+P,表層:M回+Cm+A殘,心部

20、:低碳M回 +F,4.合金滲碳鋼的牌號,20 Mn2 Ti A,5.典型合金滲碳鋼種介紹,低淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。,中淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等載荷 的耐磨件，如變速箱齒輪。,柴油機(jī)凸輪軸,活塞銷( 20Cr ),高淬透性合金滲碳鋼 鋼含合金元素總量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大載荷 的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。,柴油機(jī)曲軸,三.碳素調(diào)質(zhì)鋼及合金調(diào)質(zhì)鋼,1.對調(diào)質(zhì)鋼的性能

21、要求:,既強又韌,2.對調(diào)質(zhì)鋼的含碳量的要求:,中碳,3.調(diào)質(zhì)鋼的熱處理特點:,淬火 + 高溫回火( 500650 ),Wc = 0.250.6 %,Wc = 0.250.5 %,合金元素: Cr、Mn、 Ni、B、Si、V、 W、Mo、Ti等。,表層: S回,心部: P + F,表層: S回,心部: S回,4.合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號,40Cr 40Mn 40MnB 35CrMo 38 Cr Mo Al A 25Cr2Ni4WA,5.典型合金調(diào)質(zhì)鋼種介紹,低淬透性調(diào)質(zhì)鋼,鋼含合金元素總量3 %。,40Cr、40MnB等。,中淬透性調(diào)質(zhì)鋼,鋼含合金元素總量在4 % 左右。,38 CrSi、35 CrM

22、o 等。,常用于制造較小的齒輪、 軸、螺栓等零件。,高淬透性調(diào)質(zhì)鋼,鋼含合金元素總量在4 % 10 %。,制造大截面重載荷零件，如 曲軸等用高淬透性的零件等 。 38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、 25 Cr2 Ni4 W A等。,四.碳素彈簧鋼及合金彈簧鋼,1.對彈簧鋼的性能要求:,高的e、高的s/ b、高的-1、良好的韌性。,2.對彈簧鋼含碳量的要求:,中、高碳。,3.熱成型彈簧鋼的熱處理特點:,淬火 + 中溫回火( 450550 ),碳素彈簧鋼,合金彈簧鋼,化學(xué)成分,熱處理后的組織,Wc = 0.60.9 %,Wc = 0.50.7 %,合金元素: Si、Mn、 Cr、

23、V、W、Mo等。,T回,制造尺寸小于 815mm的 小型彈簧。,T回,制造尺寸在2025 mm左右的彈簧。,4.合金彈簧鋼的牌號,65 65 Mn 55 Si 2 Mn 60 Si 2 Mn 50 Cr V A 50 Cr Mn A 55 Si Mn Mo V Nb,5.彈簧生產(chǎn)工藝特點 彈簧鋼按其成形方法分為冷成型（強化后成形）及熱成形（成形后強化）兩類。其相應(yīng)加工和熱處理工藝為： （1）冷成形彈簧：對小型彈簧（如絲徑小于(810)mm的螺旋彈簧或鋼帶），一般在熱處理強化后冷拔或冷卷成形。,為改善塑性提高強度，一般應(yīng)在成形前等溫冷卻得到均勻細(xì)珠光體組織（如鉛浴(450550)等溫淬火冷拔鋼絲

24、工藝）或在冷拔工序中加入680 中間退火（冷拔鋼絲工藝）；而在冷成形完成后必須要進(jìn)行一次消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸并提高彈性極限的定型處理，處理溫度為(250300),保溫(12)h。冷成形后彈簧直徑越小強化效果越好,強度極限可達(dá)1600MPa以上，且表面質(zhì)量好。,（2）熱成形彈簧：對于中大型彈簧一般應(yīng)加熱至奧氏體區(qū)進(jìn)行熱卷成型，并使成形溫度略高于淬火溫度，利用余熱淬火，然后進(jìn)行中溫回火（ 回火溫度(350450)，得到回火屈氏體組織，保證了高的彈性極限和足夠韌性。對熱成形彈簧，由于加熱過程易造成表面氧化和脫碳等缺陷，故一般還要補充進(jìn)行一道表面噴丸處理，這樣可大大提高其疲勞強度和壽命。如汽車板簧用6

25、0Si2Mn鋼熱成型后，經(jīng)噴丸處理可使其壽命提高(35)倍。,五.滾動軸承鋼 ( bearing steel ),1.性能要求:,高的硬度強度和耐磨性; 高的接觸疲勞強度; 足夠的韌性和耐蝕性; 高的純凈度;,2.化學(xué)成分特點:,高碳, Wc = 0.91.1%。 主加Cr, 0.41.65 % 輔加Si、Mn。 優(yōu)質(zhì)鋼材。,3.熱處理特點:,球化退火+ 淬火+ 低溫回火,極細(xì)回火馬氏體+細(xì)粒狀碳化物+少量殘余奧氏體,4.滾動軸承鋼的牌號,G Cr9 Si Mn,六.易切削鋼( fee cutting steel ),2.性能要求:,降低切削力和切削熱,減少刀具磨損,延長刀具壽命,改屑性能,提

26、高切削速度。,3.化學(xué)成分特點:,1.用途:,適用于高速切削和在自動加工機(jī) 床上加工的材料。,S:Ws = 0.080.3% Pb:WPb=0.150.25% Ca:微量,4.易切削鋼的牌號,Y 40 Mn,5.易切削鋼的熱處理工藝特點,低碳易切削鋼 ( Y12、Y15、Y20 ) 滲碳或淬火成低碳馬氏體。,中碳易切削鋼 ( Y40 ) 調(diào)質(zhì)及表面淬火。,第四節(jié) 合金工具鋼,合金刃具鋼 ( alloy cutting steel ) 合金模具鋼 ( alloy die steel ) 合金量具鋼( alloy measuring steel ),量 具,刃 具,一.碳素刃具鋼,1.性能要求:,

27、高硬度、高耐磨性,有一 定的強度和韌性。,2.化學(xué)成分特點:,高碳。,3.熱處理特點:,淬火 + 低溫回火,4.組織: M回 + Fe3C + A殘,5.用途:用于低速、低溫(200）、 低沖擊、硬度在HRC62左右的 刃具。,銼 刀,手 錘,二.合金刃具鋼,種類 : 低合金刃具鋼 ; 高速鋼。 牌號 :,1.低合金刃具鋼,1.性能要求:,高硬度、高耐磨性、有一 定的紅硬性、強度和韌性, 工作溫度不超過300。,2.化學(xué)成分特點:,*高碳 *加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素。,3.熱處理特點:,2.高速鋼 ( high speed steel ),(1) 性能要求:,高硬度、高耐磨性

28、、高的紅硬性(600時,HRC63以上) 、有一定的強度和韌性。,高速鋼 - 鋒鋼、白鋼 ; 18 4 1 鋼,(2) 化學(xué)成分特點:,高碳 0.71.5%:,鎢 18%:,鉬 5%:,鉻 4%:,釩1.5%:,保證高硬度,退火狀態(tài)下形成M6C碳化物, 在560左右回火時, 彌散析 出W2C, 造成二次硬化, 提高 鋼的紅硬性。,1%Mo的作用等同于2%W。,形成Cr23C6碳化物;提高鋼的 淬透性。,形成VC, 硬度極高, 提高鋼的 硬度和耐磨性, 產(chǎn)生二次硬化。,(3) W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點,鑄造 鍛造 球化退火 機(jī)加工 淬火+三次570回火 磨削加工,鑄造:高速鋼屬于萊

29、氏體鋼,鑄態(tài)組織 中含有大量呈魚骨狀分布的粗 大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大 幅下降。,W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織,W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織,W18Cr4V鑄態(tài)組織 420 ,鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除,只能依 靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。,W18Cr4V鍛造組織 210 ,球化退火:消除應(yīng)力,調(diào)整組織,便于機(jī)加工, 為淬火作好組織準(zhǔn)備。,球化退火后的組織 : S + 粒狀 Cm,W18Cr4V球化退火組織 420 ,W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖,淬火 : 1280; 淬火后的組織:M+Cm+A殘(2025%),W18Cr4V鋼淬火組織,W18Cr4V淬火組織 300 ,三次570

30、回火,在570回火時 , 產(chǎn)生二次硬化。,三次570回火,*淬火后A殘約2025 %。,*第一次回火后A殘約剩1518 %。,*第二次回火后A殘約剩35 %。,*第三次回火后A殘約剩12 %。,回火后的組織: M回 + Cm + A殘 ( 1 2 % ),組織硬度為65HRC以上。,W18Cr4V淬火+ 一次回火組織,W18Cr4V淬火+一次回火組織105 ,W18Cr4V淬火+ 三次回火組織,W18Cr4V淬火+ 三次回火組織 420 ,三.合金模具鋼( alloy die steel ),熱作模鋼:工作溫度為600以上。,冷作模鋼:工作溫度為200300。,一) 熱作模鋼 ( hot di

31、e steel ),1.性能要求:,高的熱硬性、高溫耐磨性; 高的抗氧化能力; 高的熱強性和足夠高的韌性; 高的熱疲勞抗力( 防止龜裂 ); 高的淬透性和導(dǎo)熱性;,2.化學(xué)成分特點:,中碳 0.30.6 %; 合金元素:Cr、Ni、Mn、 Si、Mo、W、V。,曲軸模具,3.熱處理特點: *熱鍛模鋼: 5 CrMnMo 熱處理工藝: 淬火 + 550回火 熱處理后的組織: S回或T回,*熱壓模鋼: 3 Cr2W8V 熱處理工藝: 淬火 + 600三次回火 熱處理后的組織: M回 + Cm粒狀,汽車四缸壓鑄模,二) 冷作模鋼 ( cold die steel ),1.性能要求:,高的硬度,HRC

32、62; 高的耐磨性; 足夠高的韌性與疲勞抗力; 熱處理變形小;,2.化學(xué)成分特點:,高碳 12 %; 合金元素:Cr, Mo、W、V。,汽車沖壓模具,3.熱處理特點: *一次硬化法: 淬火 + 低溫回火 ( 9501000 ) ( 150180 ) *二次硬化法: 淬火 + 三次回火 ( 11001000 ) ( 510520 ),熱處理后的組織: M回 + Cm + A殘,牌號: Cr12、Cr12MoV,四.合金量具鋼,1.性能要求:,高的硬度, HRC62; 高的耐磨性; 高的尺寸穩(wěn)定性; 足夠高的心部韌性; 熱處理變形小; 尺寸穩(wěn)定; 良好的耐蝕性;,3.熱處理特點:,4.熱處理后的組

33、織: M回 + Cm,5.牌號: CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等。,2.化學(xué)成分特點:,高碳 0.91.5 %; 合金元素:Cr, Mn、W。,第五節(jié) 特殊性能鋼,特殊性能鋼是指具有特殊物理化學(xué)性 并可在特殊環(huán)境下工作的鋼，如不銹鋼 耐熱鋼，耐磨鋼及低溫用鋼等。 不銹鋼 ( stainless steel ) 耐熱鋼 ( heat resistant steel ) 耐磨鋼 ( wear resistant steel ),一.不銹鋼 ( stainless steel ),1.定義: 在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐 蝕能力的鋼。,2.概念:*在空氣中的年腐蝕量

34、為0.01mm 以內(nèi)的鋼, 稱為在空氣中使用的 不銹鋼。 *在強酸、強堿介質(zhì)中的年腐蝕 量為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強 酸、強堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。,3金屬腐蝕的機(jī)理.,金屬腐蝕的種類:,1)化學(xué)腐蝕: 金屬與介質(zhì) ( 干燥氣體和 非電解質(zhì)溶液 ) 發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。 例如:高溫氧化、脫碳等。,2)電化學(xué)腐蝕:金屬與介質(zhì) ( 電解質(zhì)溶 液,即酸、堿、鹽溶液 ) 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生 的腐蝕。,電化學(xué)腐蝕過程示意圖,珠光體電化學(xué)腐蝕示意圖,4.金屬的防腐措施:,1)覆蓋層保護(hù): 涂漆、電鍍、發(fā)藍(lán)、磷化等工藝。,2)形成氧化層: 加入合金元素Cr、Al、Si 等,形成Cr2O3、SiO

35、2、Al2O3等氧化膜。,3)提高金屬的電極電位: 加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高金屬基體的電極電位。,4)使鋼在室溫下呈單相組織: 加入合金元素 Mn、Ni、Co等能擴(kuò)大 區(qū),可在室溫獲得奧氏體鋼。 加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能擴(kuò)大區(qū),可在室溫獲得鐵素體 鋼。,5)減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象: 偏析、應(yīng)力、組織等。,6)犧牲陽極保護(hù)陰極 : 鑲嵌一些比金屬 或合金基體電極電位更低的金屬塊。,5.化學(xué)成分特點: * 低碳:耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。 * 合金元素:主加Cr。 輔加Ni、Mo、Cu、Ti、 Nb、Mn 等。,6.常用的不銹鋼: *馬氏體型不銹鋼

36、 *鐵素體型不銹鋼 *奧氏體型不銹鋼,1)馬氏體型不銹鋼 - Cr13型鋼,化學(xué)成分特點: Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 %,熱處理特點:鉻多碳高,正火后的組體是馬氏體。 性能：較高的強度，耐磨和耐蝕性,牌號: 1Cr134Cr13,用途: 醫(yī)療器械,醫(yī)用鑷子,1Cr13金相組織圖,1Cr13供貨狀態(tài)組織 ( 化染 ) 580 ,2)鐵素體型不銹鋼,化學(xué)成分特點: Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %,熱處理特點: 不能進(jìn)行熱處理強化。,牌號: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。,用途:化工設(shè)備中要求耐蝕性高、塑 性好、強度低的容器、管道等。,鐵素體型不銹鋼

37、的用途,硝酸生產(chǎn)裝置,合成氨生產(chǎn)裝置,3)奧氏體型不銹鋼-18 8型鋼,化學(xué)成分特點: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。,加工特點:不能進(jìn)行熱處理強化,只能 冷塑性變形強化。,熱處理特點:固溶處理;穩(wěn)定化處理; 消除應(yīng)力退火。,牌號: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti,用途: 化工容器、管道等。,1Cr18Ni9Ti固溶處理組織金相圖,1Cr18Ni9Ti固溶處理組織 580 ,二.耐熱鋼,1.定義:在高溫下具有抗氧化性和高溫 強度的特殊鋼。,2.性能要求,抗氧化性 ( 熱穩(wěn)

38、定性 ),高溫強度 ( 熱強性 ),蠕變強度,持久強度,3.提高鋼的耐熱性的途徑: 加入合金元素Cr、Si、Al等,在 鋼的表面形成穩(wěn)定、致密的氧化膜。,4.提高鋼的耐熱性的途徑: 1)固溶強化:加入W、Mo、 Nb、Ti、 V等元素強化基體;提高再結(jié)晶溫度。 2)彌散強化:加入Nb、V、Ti等元素形 成碳化物,在晶內(nèi)彌散析出,阻礙位錯 的滑移,提高塑變抗力。,5.鋼種及 用途,抗氧化鋼 ( 不起皮鋼 ) : 奧氏體型鋼1Cr18Ni9Ti等, 工作溫度 850。,熱強鋼,珠光體型 16Mo， 工作溫度 600。,馬氏體型1Cr13， 工作溫度 600。,奧氏體型18-8型， 工作溫度 850

39、。,耐 熱 鋼 的 用 途,三.耐磨鋼( wear-resistant steel ),1.定義:在強烈沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊形變硬化的高錳鋼。,2.性能要求:高硬度、耐磨性、韌性。,3.化學(xué)成分特點:,高碳 Wc = 11.3 % 高錳 WMn = 1114 %,4.熱處理特點:,水韌處理。（即固溶處理）-將鑄件加熱至高溫（10001100）并適當(dāng)保溫，使碳化物完全溶入奧氏體中，然后水淬激冷，使碳化物不析出而得到單相奧氏體組織。此時鋼的硬度很低， 約HB(190220)， 但韌性很高。,5.室溫組織:過飽和單相奧氏體。,水韌處理的工藝特征,鑄態(tài)組織高錳鋼,A,A,表層M HB500,心部A

40、HB220,A + Cm,高錳鋼鑄態(tài)組織,高錳鋼鑄態(tài)組織 ( 化染 ) 58 ,高錳鋼水韌淬火組織金相圖,高錳鋼水韌淬火組織 ( 化染 ) 58,高錳鋼水韌淬火+回火組織金相圖,高錳鋼水韌淬火+回火組織 ( 化染 ) 105 ,5.牌號,ZG Mn13 - 1,高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機(jī)的履帶板、球磨機(jī)的襯板、破碎機(jī)的牙板、挖掘機(jī)的鏟齒和鐵路的道岔等。,138,鑄鐵,第一節(jié) 概 述 一、鑄鐵的成分和特性 鑄鐵是含有碳、硅等的鐵碳合金。常用鑄鐵的成分大致為：2.5-4.0C，1.03.0Si,0.5-1.4Mn，0.01-0.5P,0.02-0.20S。可見，與鋼相比，

41、鑄鐵含C，Si,S,P較多。此外，有時還含有定量的合金元素，如Cr、Mo、V、Cu、A1等。,139,鑄鐵的強度、塑性、韌性較鋼為差，不能進(jìn)行鍛造，但它卻具有優(yōu)良的鑄造性能，良好的減摩性、耐磨性、消震性和切削加工性，以及缺口敏感性低等系列優(yōu)點。再加上生產(chǎn)工藝及設(shè)備簡單，價格低廉。因些，鑄鐵廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造，冶金，石油化工，交通等工業(yè)部門。據(jù)統(tǒng)計，按重量百分比計算，在農(nóng)業(yè)機(jī)械中鑄鐵件約占40-60；汽車、拖拉機(jī)中約占5070；機(jī)床中約占60-90。 鑄鐵之所以具有這些特性，除了因為它具有接近共晶的成分、熔點低，流動性好、易于鑄造外，還因為它的C、Si含量高，大部分的碳呈游離的石墨狀態(tài)存在。,1

42、40,二、鑄鐵的石墨化 (一)Fe- Fe3C與Fe-C雙重相圖 實踐證明，含C、Si較高的鐵水在緩冷時，可自液相中直接析出石墨，滲碳體在高溫長時間的停留也能分解為鐵的固溶體和石墨；這表明，滲碳體是個亞穩(wěn)定的相，石墨才是穩(wěn)定相。因此，描述鐵碳合金的結(jié)晶過程應(yīng)有兩個相圖， 個是Fe- Fe3C相圖；一個是Fe-C(石墨)相圖,把兩者迭合在一起，即為FeFe3C與Fe-C(石墨)雙重相圖。 圖中實線表示Fe-Fe3C相圖，部分實線再加上虛線表示Fe-C相圖。,141,石墨是碳的種結(jié)晶形態(tài)，具有六方晶格，原子呈層狀排列，同一層晶面上碳原子間距為1.42A，相互間呈共價鍵結(jié)合，結(jié)合力強。層與層之間的距

43、離為340A，原子間呈分子鍵結(jié)合，結(jié)合力較弱。因此，石墨結(jié)晶形態(tài)常易發(fā)展為片狀，強度、硬度、塑性極低，石墨的這些特性很大程度地影響著鑄鐵的性能。,142,(二)石墨化過程 石墨化過程是指鑄鐵中析出碳原子形成石墨的過程?？蓪⑹^程分為：二個階段。高于共析轉(zhuǎn)變溫度的石墨化過程叫石墨化第一階段。它包括：從過共晶鐵水中析出一次石墨，共晶轉(zhuǎn)變中形成的共晶石墨； 從奧氏體中析出的二次石墨；由次滲碳體和共晶滲碳體分解析出的石墨以及由于二次滲碳體分解而析出的石墨。低于共析轉(zhuǎn)變溫度的石墨化過程叫石墨化的第二階段。它包括共析轉(zhuǎn)變過程形成的石墨，共析滲碳體分解而形成的石墨以及由鐵素體中析出的石墨。,143,三）

44、影響鑄鐵石墨化的因素 因素較多，其中化學(xué)成分和冷卻速度是影響石墨化的主要因素。 1化學(xué)成分的影響 碳和硅都是強烈促進(jìn)石墨化的元素碳和硅都是強烈促進(jìn)石墨化的元素；磷也是促進(jìn)石墨化的元素，但其作用較弱；硫是強烈阻礙石墨化的元素 2冷卻速度的影響 冷卻速度快，鑄鐵容易產(chǎn)生白口鑄鐵組織； 冷卻速度慢，碳原子擴(kuò)散充分，有利于石墨化過程充分進(jìn)行，鑄鐵容易獲得灰口鑄鐵組織。,144,三、鑄鐵的分類 根據(jù)鑄鐵在結(jié)晶過程中石墨化程度的不同，鑄鐵可分為三大類。 (一)灰口鑄鐵 這類鑄鐵第一階段石墨化得到充分進(jìn)行，絕大部分的碳都以石墨的形態(tài)存在，以Fe3C形式 在的碳量不大于0.68，其斷口呈暗灰色，工業(yè)上所用的鑄

45、鐵絕大部分是屬于這類鑄鐵。 (二)白口鑄鐵 這類鑄鐵的石墨化過程全部被抑制，完全按照FeFe3C相圖進(jìn)行結(jié)晶，其斷口呈銀白色，性硬脆，不易加工，直接鑄成機(jī)械零件使用的很少。,145,(三)麻口鑄鐵 這類鑄鐵第一階段石墨化得到部分進(jìn)行，第二階段石墨化未能進(jìn)行，其組織介于上述二者之間，具有較大的硬脆性，工業(yè)上也很少應(yīng)用。,146,灰口鑄鐵的性能除與成分及基體組織有關(guān)外，還取決于石墨的形狀、大小、數(shù)量與分布。因 此，灰口鑄鐵又可按石墨的形狀來分類： 1、灰鑄鐵 此類鑄鐵中石墨呈片狀，這類鑄鐵的機(jī)械性能不太高，但生產(chǎn)工藝簡單，價廉，在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。 2、可鍛鑄鐵 此類鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀，其機(jī)械

46、性能較高，但生產(chǎn)周期長，成本高，用來制造一些重要的小件。 3、球墨鑄鐵 此類鑄鐵中石墨呈球狀，機(jī)械性能高，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡單，近年來日益得到廣泛的應(yīng)用，已成功地代替了部分碳鋼和合金鋼制造某些重要零件。,147,第二節(jié) 常用鑄鐵 一、灰鑄鐵 (一)灰鑄鐵的成分，組織、性能和用途 （1）化學(xué)成分 灰鑄鐵的化學(xué)成分一般為：wC=2.5% 40%，wSi=1.0% 25%，wMn=O5% 1.4%，wSO.15%，wP0.3%。 (2)組織 由于石墨化程度的不同，灰鑄鐵的組織特點是具有片狀石墨，其基體則分為三種： 鐵素體(F)+片狀石墨(G)軟而強度低； 鐵素體(F)珠光體(P)+片狀石墨(G)；

47、其性能介于二者之間。 珠光體(P)+片狀石墨(G)。強度，硬度較高，,148,（）性能 灰鑄鐵的組織可看做是鋼的基體加片狀石墨。因石墨的強度極低，故可把石墨片看作是一些微裂紋，把灰鑄鐵看做是含有許多微裂紋的鋼。裂紋分割了金屬基體，而且在尖端處還會產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以灰鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性不如鋼。石墨片的量愈多，尺寸愈大，其影響也愈大，但石墨片的存在，對灰鑄鐵的抗壓強度影響不大。,149,由于灰鑄鐵在凝固冷卻過程中析出比容較大的石墨，從而使灰鑄鐵的收縮率減??；由于石墨片分割了金屬基體，從而使灰鑄鐵的切屑容易脆斷，使灰鑄鐵的切削加工性良好； 由于石墨本身的潤滑作用，以及當(dāng)它從基體中掉落后所遺留

48、下的孔洞具有存油的作用，故使灰鑄鐵有優(yōu)良的減摩性；由于石墨組織松軟，能吸收振動，使灰鑄鐵具有良好的消振性；又由于石墨片本身相當(dāng)于許多裂紋，使灰鑄鐵具有低的缺口敏感性。,150,綜合上述 力學(xué)性能 石墨雖然降低了灰鑄鐵的力學(xué)性能，但卻使灰鑄鐵獲得了許多鋼所不及的優(yōu)良性能 優(yōu)良的性能： 良好的鑄造性能 良好的減震性 較低的缺口敏感性 良好的切削加工性 良好的減摩性 良好的抗壓性能,151,由于灰鑄鐵具有以上一系列的特點，故被廣泛地用來制造各種承受壓力和要求消振性好的床身、機(jī)架、箱體、殼體和經(jīng)受摩擦的導(dǎo)軌、缸體、活塞環(huán)等。 按GB943988規(guī)定，灰鑄鐵有六個牌號：HTl00、HTl50、HT200

49、、HT250、HT300和HT350。HT表示“灰鐵”漢語拼音的字首，后續(xù)數(shù)字表示最低抗拉強度(MPa)的值。,152,153,(二)灰鑄鐵的熱處理 由于熱處理只能改變灰鑄鐵的基體組織，而不能改變石墨片的形態(tài)，故利用熱處理來提高灰鑄鐵的機(jī)械性能的效果不大，灰鑄鐵常用的熱處理方法有：,154,1，消除內(nèi)應(yīng)力的退火 鑄件在冷卻過程中，因各部分的冷卻速度不同，會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，有時甚至變形開裂， 而且在隨后的切削加工之后還會因應(yīng)力的重新分布而引起變形所以凡大型或復(fù)雜的鑄件，或精度要求較高的鑄件，在切削加工之前，通常要進(jìn)行次消除內(nèi)應(yīng)力的退火，有時甚至在粗加工之后還要進(jìn)行次去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退

50、火的方法是將鑄件緩慢升溫至500600，經(jīng)48h的保溫，再緩慢冷卻下來。由于是在共析溫度以下進(jìn)行的退火，故也叫低溫退火。經(jīng)過低溫退火，可消除90以上的內(nèi)應(yīng)力。,155,2改善切削加工性的退火 鑄件的表面、轉(zhuǎn)角處或是薄壁處，由于冷速較快， 常不免會出現(xiàn)白口組織，致使切削加工，難以進(jìn)行。為了降低硬度，必須進(jìn)行高溫退火。方法是將鑄件加熱到850900，保持25h，使Fe3C分解，然后隨爐緩冷至400500，而后出爐空冷。 3表面淬火 有些鑄件，如機(jī)床導(dǎo)軌的表面，氣缸的內(nèi)壁，需要有較高的硬度和耐磨性，常需表面淬火。,156,二 可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵俗稱瑪鋼、馬鐵。蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)過程是：首先澆注成白口鑄鐵

51、件，然后經(jīng)可鍛化退火（可鍛化退火使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀石墨）而獲得可鍛鑄鐵件。,157,1可鍛鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能 1）可鍛鑄鐵的化學(xué)成分是: wC=2.2%2.8%，wSi=1.0%1.8%，wMn=0.3%0.8%，wS0.2%，wP0.1%。可鍛鑄鐵的生產(chǎn)，首先是澆鑄成白口鐵鑄件，然后進(jìn)行石墨化退火。為此，必須使鑄鐵的成分有較低的碳、硅含量，保證在通常的冷卻條件下鑄件能獲得全部白口，但碳、硅含量也不能太低，否則將使退火時間大大延長，增加生產(chǎn)成本 2）可鍛鑄鐵的組織有二種類型： 鐵素體(F)+團(tuán)絮狀狀石墨(G)；珠光體(P)+團(tuán)絮狀石墨(G)。,158,3)性能 由于可鍛鑄鐵中的石墨呈

52、團(tuán)絮狀，對基體的割裂作用較小，因此它的力學(xué)性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不能進(jìn)行鍛壓加工?？慑戣T鐵的基體組織不同，其性能也不一樣，其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵具有較高的強度、硬度和耐磨性。,159,按GB944一88規(guī)定，黑心可鍛鑄鐵有四個牌號： KTH300-06，KTH35010， KTH33008，KTH370-12,160,珠光體可鍛鑄鐵有四個牌號： KTZ450-06，KTZ550-04，KTZ650-()2，KTZ700-02。 白心可鍛鑄鐵亦有四個牌號： KTB350-04，KTB380-12，KTB400-05，KTB450-07。 KT一

53、表示可鍛鑄鐵，后續(xù)的H一表示黑心，Z一表示珠光體， B一表示白心。后續(xù)的第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值(MPa)，后續(xù)的第二組數(shù)字表示最低延伸率值。,161,可鍛鑄鐵主要用來制作一些形狀復(fù)雜，要求塑性較好，韌性較大，耐振、耐蝕的薄壁鑄件。 但可鍛鑄鐵生產(chǎn)周期長，工藝復(fù)雜，成本較高，近年來有些可鍛鑄鐵件已部分地被球墨鑄鐵所代替。,162,163,三、球墨鑄鐵 球墨鑄鐵 是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵，它是經(jīng)過球化處理后得到的。球化處理的方法是在鐵液出爐后、澆注前加入一定量的球化劑(稀土鎂合金等)和孕育劑，使石墨呈球狀析出。由于球墨鑄鐵具有優(yōu)良的機(jī)械性能，生產(chǎn)工藝簡便，成本低廉，因此球墨鑄

54、鐵近年來獲得迅速的發(fā)展、廣泛地應(yīng)用。,164,（一）球墨鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能 (1)球墨鑄鐵的化學(xué)成分是：wC=3.6%3.9%，wSi=2.0%2.8%，wMn=0.6%0.8%，wS0.04%，wP0.1%, wMg=0.03%0.05% （2）組織 球墨鑄鐵的組織可分為四種類型： 鐵素體(F)+球狀石墨(G)， 鐵素體(F)-珠光體(P)+球狀石墨(G)， 珠光體(P)+球狀石墨(G)， 下貝氏體(B下)+球狀石墨(G)。,鐵素體球墨鑄鐵顯微組織,165,（3）性能 球墨鑄鐵的力學(xué)性能與基體的類型以及球狀石墨的大小、形狀及分布狀況有關(guān)。由于球狀石墨對基體的割裂作用最小，又無應(yīng)力集中

55、作用，球墨鑄鐵基體的強度、塑性和韌性可以充分發(fā)揮，所以，球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，有高的強度和良好的塑性與韌性。它的某些性能可以與鋼相媲美，如屈服點比碳素結(jié)構(gòu)鋼高，疲勞強度接近中碳鋼。同時，它還具有灰鑄鐵的減震性、減磨性和小的缺口敏感性等優(yōu)良性能。球墨鑄鐵中的石墨球的圓整度越好，球徑越小，分布越均勻，則球墨鑄鐵的力學(xué)性能就越好。,166,珠光體球鐵常用于制造曲軸、連桿、凸輪軸機(jī)床主軸，水壓機(jī)氣缸、缸套、活塞等。鐵索體球鐵用于制造壓閥、機(jī)座、汽車后橋殼等。 根據(jù)GBl34888規(guī)定，球墨鑄鐵有七個牌號： QT400-18，QT400-15，QT450-10，QT500-7，QT600-3，QT700

56、-2，QT800-2，QT900-2。 QT代表球墨鑄鐵，后續(xù)的兩組數(shù)字，分別表示最低抗拉強度(Nmm2)及最低延伸率的值。 球墨鑄鐵的缺點是：凝固時的收縮較大，對原鐵水的成分要求較嚴(yán)格，因而對熔煉和鑄造工藝的要求較高，此外，它的消振能力比不上灰鑄鐵。,167,168,(二)球墨鑄鐵的熱處理 球墨鑄鐵的熱處理原理與鋼相似，但由于球墨鑄鐵中含有較高的Si與C， 因而又具有其特點，如球墨鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度顯著升高，并變成為一個相當(dāng)寬的溫度范圍。隨著含Si量的增加，共析轉(zhuǎn)變溫度升高，轉(zhuǎn)變溫度范圍加寬，在這一溫度范圍內(nèi)鐵素體，奧氏體和石墨三相共存。奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線顯著右移，且珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變曲線明

57、顯分開，形成兩個“鼻子”， 這使臨界冷卻速度降低，淬透性增大，回火穩(wěn)定性增加。,169,球墨鑄鐵常用的熱處理工藝有： 1退火 (1)消除內(nèi)應(yīng)力退火 球墨鑄鐵的鑄造應(yīng)力較大，對于不再進(jìn)行其它熱處理的球墨鑄鐵，常要進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火。將鑄件加熱到500、600，保溫2、8h，然后緩冷。在退火過程中，內(nèi)部組織不發(fā)生變化。 (2)低溫退火 鑄態(tài)球墨鑄鐵的基體往往包含鐵索體和珠光體。為了獲得較高的塑性、韌性，要求具有鐵素體基體的球墨鑄鐵，這就必須使珠光體中的Fe3C分解。其辦法是：將鑄件加熱到700、760左右，保溫28h，然后隨爐冷至600。出爐空冷。最終組織為鐵素體基體上分布著球狀石墨。,170,(

58、3)高溫退火 由于球墨鑄鐵白口傾向較大，在鑄態(tài)組織內(nèi)往往存在自由滲碳體。為了使自由滲碳體分解，獲得鐵素體基體的球墨鑄鐵件，則進(jìn)行高溫退火。其：工藝如課本圖8-11所示。最終組織為鐵素體基體上分布著球狀石墨。,171,2正火 正火的目的是為了增加基體中珠光體的數(shù)量，提高強度和耐磨性。球墨鑄鐵的正火可分為高溫正火和低溫正火。 (1)高溫正火 將鑄件加熱到共析溫度范圍以上50、70，當(dāng)Si含量為23時，般加熱到880、920，保溫13h，使組織全部奧氏體化，然后出爐空冷。獲得珠光體型的基體組織。,172,(2)低溫正火 將鑄件加熱到共析相變溫度范圍上限以下，一般在840、880，保溫14h，然后出爐空冷。正火后的基體組織為珠光體和鐵素體，強度比高溫正火略低，但塑性和韌性較高。低溫正火要求原始組織中無自由滲碳體，否則影響機(jī)械性能。 由于球墨鑄鐵的導(dǎo)熱性差，過冷傾向大， 正火(尤其是風(fēng)冷或噴霧冷卻)后有較大內(nèi)應(yīng)力，故在正火后還要進(jìn)行去應(yīng)力回火，其辦法是、加熱到550600，保溫34h，然后出爐空冷，使內(nèi)應(yīng)力基本消除而組織不變。,173,3調(diào)質(zhì)處理 對于受力復(fù)雜，截面大，綜合機(jī)械性能要求較高的鑄件，如連桿、曲軸等，則進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理的淬火溫度為共析轉(zhuǎn)變溫度范圍以上3050，當(dāng)含