1、金 屬 材 料 的 分類及其應(yīng)用,1,金屬材料性能指標(biāo),1.常溫下機械性能 （1）強度和塑性 （2）硬度【布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度】 （3）沖擊韌性和斷裂韌性 （4）疲勞強度 2.高溫機械性能 （1）高溫下金屬的強度和溫度及時間有關(guān)。 （2） 金屬長時間在恒溫、恒應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力小于材料的屈服強度，也會產(chǎn)生塑性變形-蠕變。（3） 在一定溫度下，在規(guī)定時間內(nèi)材料斷裂所能承受的最大應(yīng)力持久強度 （4） 持久塑性 （5）抗松弛性 3.工藝性能 鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削性能。 4.物理性能： 是金屬的固有屬性。 主要有：密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等,2,材 料 的 性

2、 能,使用性能,工藝性能,力學(xué)性能,物理性能,化學(xué)性能,鑄造性能,鍛壓性能,熱處理性能,焊接性能,3,力學(xué)性能,定義 : 是指金屬材料在外力的作用下所表現(xiàn)出來的抵抗能力。,4,力伸長曲線,O,屈服,彈性變形,縮頸,斷裂,塑性變形,塑性變形:外力去除后不能消失的變形,5,硬度( hardness ),1.定義： 是指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。,6,2.硬度試驗方法： （1）壓入法 （2）劃痕法 （3）回跳法,7,布氏硬度HB 洛氏硬度HR 維氏硬度HV,壓入法,8,試驗原理：,用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度

3、值。,9,硬度的標(biāo)注：,符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。,10,二、按照實用來分類： 黑色金屬：指鐵及鐵的合金。如生鐵、鑄鐵、鐵合金、鋼等。 有色金屬：除黑色金屬以外的金屬及合金。,金屬材料的分類,一、按照組成成分來分類： 純金屬 ：（簡單金屬）由1種金屬元素組成的物質(zhì)。工業(yè)上應(yīng)用較少。 合 金 ：（復(fù)雜金屬）由1種元素為主的與另外1種或幾種金屬元素或非金屬元素組成的物質(zhì)。種類繁多，應(yīng)用廣泛

4、。,11,金屬材料在應(yīng)用上通常分為以下兩大類： 鐵合金（鋼、鑄鐵和鐵合金） 非鐵合金除鐵合金外的所有金屬及合金,按照以下順序進(jìn)行介紹： 1、碳素鋼 2、鑄鐵 3、合金鋼 4、有色金屬及其合金,金屬材料的分類,12,碳 鋼 分類及其應(yīng)用,13,碳鋼的定義,碳鋼：含碳量為0.022.11%的鐵碳合金,14,碳鋼的分類,碳素結(jié)構(gòu)鋼：機械零件及金屬構(gòu)件 碳素工具鋼：各種工具,2、按用途分：,低碳鋼（C0.25%） 中碳鋼（C=0.25%0.55%） 高碳鋼（C0.55%）,1、按含碳量分：,15,3、按質(zhì)量分：碳素結(jié)構(gòu)鋼： S0.035%0.05% P0.035%0.045% 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼: S 0

5、.035% P 0.035% 高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：S 0.02% P 0.03%,碳鋼的分類,4、按脫氧程度分：沸騰鋼（F） 鎮(zhèn)靜鋼（Z） 半鎮(zhèn)靜鋼（b）,16,碳鋼的分類,按冶煉方法分類 可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、特殊冶煉爐鋼等。 按用途分類 可分為工具鋼、彈簧鋼、低溫鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼等,17,碳鋼內(nèi)含元素,硫-有害的雜質(zhì)元素 “熱脆”現(xiàn)象;降低焊接性。,一、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響,錳-有益的雜質(zhì)元素 消除硫在鋼中的有害影響,氫-有害元素 塑性、韌性降低，引起“氫脆”及白點）,18,硅-有益元素 鋼的強度、彈性提高。,磷-有害元素 “冷脆”。含磷量較高時，使鋼的焊接性能變壞,氮

6、和氧-有害元素 氮使鋼的塑性、韌性降低而脆性增大 氧使鋼的強度和塑性降低，增加鋼的熱脆性,錳硅有益元素 硫磷氫氧氮有害元素,19,碳鋼的編號、性質(zhì)和用途,1、碳素結(jié)構(gòu)鋼,編號：Q質(zhì)量等級脫氧程度,用途：金屬構(gòu)件、型鋼、墊片、鉚釘、普通 小零件,2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,編號：平均含碳量的萬分?jǐn)?shù),Q 235A F,20、45,60Mn 、65Mn,20,低碳鋼（10、15、20、25） 性能：強度、硬度較低，塑性、韌性好，焊接性好 用途：金屬構(gòu)件、型鋼、鋼板、鋼管等,中碳鋼（35、40、45、50） 性能：良好的綜合機械性能 用途：重要機械零件，如軸、齒輪、螺栓,高碳鋼（60、65、65Mn） 性能：

7、高強度、高彈性 用途：彈簧、高強度零件,21,碳素工具鋼,編號：T 或T ,用途：各種量具、刃具、磨具,含碳量為0.651.3%,T8、T10、T10A,性能：硬度高、耐磨性好,22,碳素鑄鋼,編號： 鑄造碳鋼：ZG 工程用鑄鋼：ZG ,鑄鋼件：將鋼水直接鑄成零件毛坯后，不再進(jìn) 行鍛壓加工的鋼件,鑄鋼：制造鑄鋼件的鋼,ZG25（ ZG 230-450） 性能:一定強度、良好塑、韌性、焊接性、鑄造性 用途：400-450C以下鑄件，用于隔板、蒸汽 室、噴嘴室、軸承蓋,含碳量為0.150.55%,23,鑄 鐵 分類及其應(yīng)用,24,成分：2.5-4%C Si,S,P,Mn 組織：碳以Fe3C及C形式

8、存在 性能：1）強度、塑性、韌性低 2）良好的減振性、減摩性、切削加工性 鑄造性，低的缺口敏感性,鑄 鐵,工業(yè)鑄鐵,鑄鐵：含碳量大于2.11%的鐵碳合金,25,鑄鐵的分類,1、白口鑄鐵（碳以Fe3C存在）,2、灰口鑄鐵： （片狀石墨）,4、球墨鑄鐵： （球狀石墨）,3、可鍛鑄鐵： （團(tuán)絮狀石墨）,26,灰口鑄鐵,性能：抗拉強度、疲勞強度、塑性、韌性低，硬 度、抗壓強度取決于基體組織,牌號：HT,用途：不受沖擊、承壓、減振零件， 如機身、機座、泵體、閥門 汽缸套,HT200,27,可鍛鑄鐵,性能：強度、塑性、韌性高于灰口鑄鐵,牌號：KTB (白心可鍛鑄鐵） KTH（黑心鐵素體可鍛鑄鐵） KTZ

9、（黑心珠光體可鍛鑄鐵）,用途：形狀復(fù)雜、受動載荷作用， 要求強度、塑韌性較高鑄 件，如連桿、低中壓閥門、 管接頭,28,組織：F+G,P+G,F+P+G,B下+G,球墨鑄鐵,性能：強度高于其他鑄鐵，塑性、 韌性高于灰口鑄鐵，屈強比高,牌號：QT ,用途：用于要求強度較高、受沖擊、耐磨損的重 要零件，如后汽缸、后幾級隔板、磨煤機 襯板,29,合金鑄鐵,耐熱鑄鐵的編號：RT+元素符號+數(shù)字 RQT+元素符號+數(shù)字,用途：鍋爐受熱面吊架、噴嘴、煙道擋板,1、耐熱鑄鐵-鉻、硅、鋁,鑄鐵的耐熱性：在高溫下抗氧化、抗生長并保持較 高的強度、硬度及抗蠕變的能力,鑄鐵的生長：鑄鐵在400C以上，特別是經(jīng)反復(fù)

10、加熱，體積逐漸增大的現(xiàn)象,RTCr16(900C),RQTAL22(1100 C),30,3）中錳球墨鑄鐵： 用于球磨機的襯板、鋼球、煤粉機錘頭,1）冷硬鑄鐵： 用于：低速球磨機襯板、磨球,2）合金白口鑄鐵（猛、硅、鉻、鉬、鎢） 用于球磨機襯板、灰漿泵泵體、葉輪、護(hù)板,耐磨鑄鐵,31,合金鋼 分類及其應(yīng)用,32,合金鋼定義及常用元素,合金鋼：在碳鋼的基礎(chǔ)上有意加入一些其它元素的鋼 常用合金元素：鉻 、錳、硅、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、硼、鎳、鋯、稀土等,33,1、溶入鐵素體合金鐵素體（合金元素溶入鐵素 體中形成的固溶體 ） 固溶強化，使強度、硬度升高，塑性、韌性有下 降趨勢，有些元素若加入量適當(dāng)，韌

11、性可以提高,2、形成碳化物,一、合金元素對鋼的影響,（一）合金元素在鋼中的存在形式,34,含有碳化物的鋼的性能,鋼中所有碳化物和Fe3C一樣硬而脆,碳化物的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布,碳化物呈細(xì)小顆粒狀彌散分布時，鋼的強度、 硬度、 耐磨性，又不降低塑性和韌性； 隨碳化物數(shù)量增加，鋼的強度、硬度、耐磨性， 塑性、韌性,35,除Ni 、Co元素外，大多數(shù)合金元素使奧氏體 化過程減慢 奧氏體化溫度提高 奧氏體化的保溫時間也較碳鋼長,合金元素對鋼的熱處理的影響,1、合金元素對奧氏體化的影響,合金元素除錳、磷外，幾乎都能不同程度地阻 止奧氏體晶粒的長大，即在奧氏體化的過程中 能細(xì)化晶粒,合金鋼的奧氏體化溫

12、度高一些，時間長一些,36,3、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響,提高回火穩(wěn)定性（淬火鋼在回火過程中抵抗強度、硬度下降的能力）,合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳鋼高,37,合金鋼的分類,按照用途分類（3類） 合金結(jié)構(gòu)鋼： 用作工程構(gòu)件（管道及支架等）；各種機械零件（軸類、齒輪、彈簧、葉輪等） 合金工具鋼： 用作測量工具、模具、刀具等 特殊性能鋼： 如不銹鋼、耐熱鋼等，具有特殊的物理性能或化學(xué)性能。,38,合金鋼的分類,按照金相組織分類： 珠光體、貝氏體、馬氏體、奧氏體、鐵素體等。 按照合金元素含量分類： 低合金鋼：合金元素含量不大于5% 中合金鋼：合金元素含量在5%-10%之間 高合金鋼： ：合金元素含量大于1

13、0%,39,合金鋼的編號,編號方法原則采用 “數(shù)字+化學(xué)元素符號+數(shù)字” 的方法。,40,（1）合金結(jié)構(gòu)鋼編號,前面數(shù)字表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)，元素符號表示鋼中所含的合金元素，用化學(xué)符號表示，后面的數(shù)字表示合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)。合金元素的平均含量四舍五入。 如含S、P量低的高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號的末尾加以符號“A”或“高”字，如20Cr2Ni4A，表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20、Cr=2.0、Ni=4.0的高級優(yōu)質(zhì)合金鋼,41,（2）滾動軸承鋼與易切鋼,滾動承鋼牌號為“G+平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)”組成，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。 如GCr15（滾鉻15）表示平均含鉻量為1.5的滾動軸承鋼。 易

14、切鋼為“Y”+碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)。 如Y12、Y20分別表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12、0.20的易切鋼。,42,（3）合金工具鋼 及高速鋼,合金工具鋼的編號方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別的是平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0時不標(biāo)出，1.0時以千分?jǐn)?shù)表示如9SiCr表示平均碳質(zhì)量數(shù)為0.9，Si、Cr的平均含量1.5；CrMn表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0，Cr、Mn平均含量1.5。 對于高速鋼不論碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少，均不標(biāo)出。如W18Cr4V表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.70.8、含鎢量為18、含鉻量為4、含釩量1.5,43,特殊性能鋼,牌號前面的數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。 如9Cr18表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9，含鉻量為

15、18 當(dāng)平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.03及0.08時，在鋼號前分別標(biāo)以“00”及“0”。 如00Cr18Ni10表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.03、含鉻量為18、含鎳量為10；又如0Cr19Ni9表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.08、平均含鉻量為19、平均含鎳量為9。,44,工程結(jié)構(gòu)鋼,（1）低合金結(jié)構(gòu)鋼 低碳、低合金，C0.2，合金元素總量3.0。合金有Mn、Ti、V、Nb、Cu、P。 Mn是基本強化元素，提高強度、改善塑性。 Ti、Nb、V提高鋼的強度和韌性。 Cu、P可提高鋼對大氣的抗蝕能力。 （2）鍋爐鋼 專用于鍋爐制造的低合金結(jié)構(gòu)鋼，有專用牌號。后邊帶有G 字母 鍋爐鋼Si含量不能太低，以保證Si氧化膜覆蓋于鋼

16、的表面，提高鋼的強度、韌性和抗氧化性，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能太高，便于焊接。,45,合金調(diào)質(zhì)鋼,是指淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）后使用的結(jié)構(gòu)鋼。按淬透性大小可分三類 1）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 主要40Cr、40MnB等。合金元素總量2.5，淬透性低，綜合力學(xué)性能及工藝性能好，可用于制造中小截面零件。如汽車、拖拉機軸、連桿、齒輪。 2）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 主要牌號35CrMo、40CrNi。合金元素總量不大于3.5，可用于制作大截面、重載齒輪、曲軸和連桿等。 3）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 主要牌號40CrNiMoA、40CrMnMo等。合金元素總量達(dá)4.0以上，淬透性高，可用于制作汽輪機的主軸、葉輪等。,46,常

17、用耐熱鋼,1）奧氏體耐熱鋼：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等。可在600750使用。用于汽輪機、鍋爐等的高溫裝置的重要構(gòu)件。 2）鐵素體耐熱鋼：可在低于650工作。如15CrMo、1Cr17等可長期在580650使用。 3）馬氏體耐熱鋼：一般含Cr量高，有較高的抗氧化性和熱強性，淬透性好。一般用于600650以下受力較大的零件，如各種汽輪機葉片等。 4）珠光體耐熱鋼：合金元素總量35，常用Cr12MoV、15CrMo等。在500以下工作。,47,耐熱鋼的化學(xué)穩(wěn)定性,一、腐蝕原理： 按照腐蝕的原理可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕 二、電廠常見的腐蝕損壞類型 (一) 蒸汽腐蝕 （二）

18、煙氣腐蝕 （三）垢下腐蝕 （四）苛性脆化 （五）應(yīng)力腐蝕 （六）腐蝕疲勞 三、提高鋼耐腐蝕性能的方法 最根本的方法是在鋼中加入合金元素以提高鋼的抗氧化性能和抗電化學(xué)府蝕的能力。,48,耐熱鋼的組織穩(wěn)定性,一、碳化物的球化 二、石墨化 三、固溶體中合金元素的球化,49,耐熱鋼中合金元素的作用,合金元素：鉻、鉬、釩、鎢、鈦、鈮硼、硅、稀土元素 1、碳的作用 2、鉻能使鋼的性能在很多方面得到改善和提高 3、鉬是耐熱鋼中強化固溶體的主要元素. 4、能阻礙鉬和鉻元素由固溶體向碳化物中遷移 5、鈦和鈮與釩一樣還能有效地防止不銹鋼的晶間腐蝕 6、鋁和硅在鋼中能顯著地提高鋼的抗氧化性 7、鎳能增加鋼的淬透性，

19、國而能提高鋼的強度,50,滾動軸承鋼,用來制造軸承的滾珠、滾針、內(nèi)外套圈和一些工、量、模具等。 C：0.91.1，Cr：0.51.65，高碳獲得高硬度和耐磨性；鉻可提高淬透性，細(xì)化碳化物，提高耐磨性和韌性。,51,4耐蝕鋼（不銹鋼）,將具有抵抗空氣、水、酸堿或其他介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼 1）奧氏體不銹鋼（鉻鎳不銹鋼） 常用1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti等，塑性和耐蝕性均較好。 2）鐵素體不銹鋼： 典型的是1Cr17鋼， C：0.12，含Cr：1618。含鉻量高使鋼形成單相鐵素體，提高抵抗電化學(xué)腐蝕的能力，塑性好，強度低，并具有抗高溫氧化性。 3)馬氏體不銹鋼： 常用1Cr13、2Cr1

20、3、3Cr13、4Cr13、7Cr17、8Cr17等。其中1Cr13、2Cr13適用于制造高溫下在酸、堿、鹽中承受沖擊的零件。 3Cr13、4Cr13，適用于制造在一定腐蝕介質(zhì)要求高強度的零件7Cr17、8Cr17，適用于制造耐蝕性的工、刃、量具等。,52,有色金屬及合金 分類及其應(yīng)用,（鐵及鐵合金以外的金屬）,53,內(nèi)容及任務(wù),包括: 一、銅及其合金 二、鈦及其合金 三、軸承合金,任務(wù)： 1.能根據(jù)編號鑒別銅合金、鈦合金、軸承合金 2.能表述銅合金、鈦合金、軸承合金的主要性能 特點,涉及：熟悉銅合金、鈦合金、軸承合金的牌號 性能及在電廠的應(yīng)用,54,銅合金的分類,純銅：紫銅 黃銅：以鋅為主要

21、添加元素的銅合金。 普通黃銅和特殊黃銅 白銅：以鎳為主要合金元素的銅合金 青銅： 錫青銅：以錫為主要合金元素 無錫青銅：銅與鋁、硼等合金元素的合金,55,銅合金的牌號,普通黃銅以“H+數(shù)字”表示，數(shù)字表示平均含銅百分?jǐn)?shù) 如H80，表示Cu=80的普通黃銅。 特殊黃銅以“H+主加元素+銅百分?jǐn)?shù)+主加元素百分?jǐn)?shù)”表示。如HSn62-1，表示Cu=62%，Sn=1%，其余為Zn的錫黃銅。 青銅以代號“Q+主加元素+主加元素、輔加元素含量百分?jǐn)?shù)” 如QSn7-0.2，表示Sn=7%，P=0.2%的錫青銅。 鑄造銅合金以“ZCu+主要合金元素及其含量百分?jǐn)?shù)” 如ZCuZn38，表示Zn=38%，其余為銅

22、的鑄造黃銅,56,二、鈦及其合金,性能：強度低，塑性較好，密度小，比強度高， 優(yōu)良的耐腐蝕性，對海水和大多數(shù)酸、堿 鹽均有優(yōu)良的耐蝕能力，耐高溫（600C以 下具有良好抗氧化性能）、耐寒冷；具有 同素異晶轉(zhuǎn)變-882C以下為-鈦（密排 六方晶格）882C以上為-鈦（體心立方 晶格）,（一）工業(yè)純鈦,用途：電廠凝汽器管、汽輪機長葉片、脫硫煙道等,57,（二）鈦合金以鈦為基，加入鋁、鉻、錳、 鐵、鉬、釩等合金元素,按組織結(jié)構(gòu)的不同分為三類： （1）型鈦合金 退火狀態(tài)的組織為固溶體 牌號：TA+順序號 序號越大，合金元素越多 TA1、TA2、TA8 TA1、TA2、TA3為工業(yè)純鈦,性能：中等強度，良好的熱穩(wěn)定性、熱強性 （ 650C時能保持足夠的強度），優(yōu)良 的焊接性能,58,（2）型鈦合金：退火或淬火狀態(tài)組織為固溶體 牌號：TB+順序號 TB1、TB2 性能：塑性很好，可沖壓成型；熱處理后具有很高的強度，可焊性好，但熱穩(wěn)定性差,（3）+型鈦合金 退火狀態(tài)的組織為+固溶體 牌號：TC+順序號 TC1、TC2、TC10 性能：良好的綜合機械性能，熱穩(wěn)定性差，焊接 性能不如鈦合金,59,鈦合金具有優(yōu)良耐腐蝕性，在海水甚至在含硫化物污染的海水中，在水速高達(dá)20m/s和含沙量達(dá)40g/L的條件下，均具有優(yōu)良耐蝕性。鈦在海水