1、上次课回顾上次课回顾第第3 3章章 金属材料金属材料3.1 3.1 碳钢碳钢1 1、碳钢的成分和分类、碳钢的成分和分类2 2、碳钢的牌号及用途、碳钢的牌号及用途1、碳素结构钢、碳素结构钢2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢3 3、碳素工具钢、碳素工具钢3.2 3.2 合金钢合金钢1 1、合金钢的分类和编号、合金钢的分类和编号2 2、合金钢结构钢、合金钢结构钢1、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢2、合金渗碳钢、合金渗碳钢3 3、合金调质钢、合金调质钢4 4、非调质机械结构钢、非调质机械结构钢5 5、合金、合金弹簧钢弹簧钢6 6、滚动轴承、滚动轴承钢钢金属材料的分类、牌号、成分、组织、性能、用
2、途、热处理金属材料的分类、牌号、成分、组织、性能、用途、热处理本次课内容本次课内容3.3 3.3 铸钢和铸铁铸钢和铸铁1 1、铸钢、铸钢2 2、铸铁、铸铁 白口铸铁白口铸铁 麻口铸铁麻口铸铁 灰口铸铁灰口铸铁 灰铸铁灰铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 可锻铸铁可锻铸铁3.2 3.2 合金钢合金钢3 3、合金工具钢、合金工具钢4 4、特殊性能钢、特殊性能钢合金刃具钢合金刃具钢合金模具钢合金模具钢合金量具钢合金量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.3 合金工具钢合金工具钢1、合金刃具钢合金刃具钢 GB/T 1299-2000 GB/T 1299-20
3、00 合金工具钢合金工具钢( Alloy tool steels)( Alloy tool steels)GB/T 9943-2008 GB/T 9943-2008 高速工具钢高速工具钢( High-speed tool steels)( High-speed tool steels)类类别别牌号牌号化学成分化学成分热处理热处理性能性能应用应用CMnSiCrWVMo淬火（油）淬火（油）回火回火HRC低低合合金金刃刃具具钢钢9SiCr8608801802006062使用温度使用温度300 低速刃具低速刃具量具量具Cr283086015017061638MnSi8008201501606465W8
4、408601301406265高高速速钢钢W18Cr4V12701285550570 63使用温度使用温度600高速刃具高速刃具形状复杂的形状复杂的耐磨和耐热耐磨和耐热刃具刃具W6Mo5Cr4V212101230540560 63W6Mo5Cr4V312001220540560 641、高、高 碳：保证高硬度碳：保证高硬度2、铬锰硅：、铬锰硅：保证淬透性保证淬透性4、钨、钨 钒：提高耐磨性钒：提高耐磨性 细化晶粒细化晶粒1、高碳：保证高硬度、高碳：保证高硬度2、铬：、铬：Cr23C6淬火加热时全部分解，溶解在淬火加热时全部分解，溶解在A 中，提高中，提高透性透性。4、钒：、钒：VC不溶解在不溶
5、解在A中，提高耐磨性，防止中，提高耐磨性，防止A 过热，细化晶粒过热，细化晶粒3、钨钼：、钨钼：(Fe,Me)C6部分溶解在部分溶解在A中，随后产中，随后产 生二次硬化。未溶解部分提高耐磨性，防止生二次硬化。未溶解部分提高耐磨性，防止 A过热，细化晶粒过热，细化晶粒3、硅：保证回火稳定性、硅：保证回火稳定性3.2 3.2 合金钢合金钢1）低合金刃具钢）低合金刃具钢2 2）高速钢）高速钢 * 合金刃具钢的热处理合金刃具钢的热处理回火马氏体回火马氏体粒状碳化物粒状碳化物少量残少量残余奥氏体余奥氏体正火正火球球化退火化退火淬火淬火低温回火低温回火反复锻打反复锻打球化退火球化退火预热预热淬火淬火三次回
6、火三次回火回火时碳化物的析出，降低了回火时碳化物的析出，降低了M和和A残残中中的的C和合金含量，使和合金含量，使MS点升高，从而使点升高，从而使A残残在回火冷却时转变为在回火冷却时转变为M。由于合金元素含量高，使高速钢的回火由于合金元素含量高，使高速钢的回火稳定性得以提高，在稳定性得以提高，在550-570的回火温度的回火温度下，生成下，生成M回回，而不是，而不是S回回。3.2 3.2 合金钢合金钢GB/T 1299-2000 GB/T 1299-2000 合金工具钢合金工具钢( Alloy tool steels)( Alloy tool steels)牌号牌号化学成分化学成分热处理热处理性
7、能性能应用应用CSiMnCrMoWV退火退火淬火淬火回火回火硬度硬度冷冷作作模模具具钢钢9Mn2V75077078082015020060 62606W6Mo5Cr4V8508701180120056058060 634CrW2Si71074086090020025053 566CrW2Si7007308609002002505356热热作作模模具具钢钢5CrMnMo78080083085049064030 47600 热锻模热锻模热镦模热镦模热压模热压模5CrNiMo78080084086049066030 474Cr5MoSiV8409001000102054065040 543Cr3Mo
8、3W2V8459001010104055060040 545Cr4W5Mo2V8508701130114060063050 563.2.3 合金工具钢合金工具钢2、合金模具钢合金模具钢 3.2 3.2 合金钢合金钢* 合金模具钢的热处理与组织合金模具钢的热处理与组织1）含）含V、MO的高碳高铬的高碳高铬冷作模具钢冷作模具钢2）热作模具钢）热作模具钢回火回火M残余残余A碳化物碳化物回火回火M残余残余A碳化物碳化物回火回火S或或回火回火T回火回火M残余残余A碳化物碳化物一次硬化法一次硬化法球化退火球化退火淬火淬火低温回火低温回火二次硬化法二次硬化法球化退火球化退火高温高温淬火淬火三次回火三次回火热
9、锻模钢热锻模钢球化退火球化退火淬火淬火高温回火高温回火热压模钢热压模钢球化退火球化退火高温高温淬火淬火三次回火三次回火3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.3 合金工具钢合金工具钢3、量具钢量具钢 GB/T 18254-2002 GB/T 18254-2002 高碳铬轴承钢高碳铬轴承钢( High-carbon chromium bearing steels) ( High-carbon chromium bearing steels) GB/T 20878-2007 GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分牌号及化学成分( Stainless and hea
10、t-resisting steels Designation and chemical composition)( Stainless and heat-resisting steels Designation and chemical composition)种类种类牌号牌号化学成分化学成分热处理热处理应用应用CMnSiCrW其他其他优质碳素结构钢优质碳素结构钢10平样板、卡板平样板、卡板2065Mn工具钢工具钢T12A一般量规、块规一般量规、块规低合金刃具钢低合金刃具钢9SiCr滚珠轴承钢滚珠轴承钢GCr15精密量规、块规精密量规、块规冷模具钢冷模具钢CrWMn复杂且精密量规、复杂且精密量
11、规、块规块规不锈纲不锈纲40Cr13抗腐蚀量具抗腐蚀量具9Cr18淬火回火时效时效3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.4 特殊性能钢特殊性能钢1、不锈钢不锈钢 金属金属材料材料腐蚀腐蚀概念概念腐蚀是在外部介质的作用下金属逐渐破坏的过程。腐蚀是在外部介质的作用下金属逐渐破坏的过程。化学腐蚀：金属同介质发生化学反应而破坏，不产生化学腐蚀：金属同介质发生化学反应而破坏，不产生电流电流电化学腐蚀：电化学腐蚀：金属在电解质溶液中发生原电池作用而破坏，有电流金属在电解质溶液中发生原电池作用而破坏，有电流-0.76V, 阳极阳极电位低电位低被腐蚀被腐蚀0.36V, 阴极阴极电位高电位高被保护被保护Zn Zn
12、+2e2H + +2e H2 ZnCue防止措施：防止措施：使金属材料具有均匀的单使金属材料具有均匀的单相相组织，并尽量提高其电组织，并尽量提高其电极电位。极电位。提高阳极材料的电极电位提高阳极材料的电极电位，以尽可能减小电位差。，以尽可能减小电位差。减小甚至阻断电解质溶液，减小甚至阻断电解质溶液，使金属使金属“钝化钝化”。H2SO4水溶液水溶液i+-不锈钢是在大气和一般介质中不锈钢是在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的钢种。具有很高耐腐蚀性的钢种。3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.4 特殊性能钢特殊性能钢1、不锈钢不锈钢 不不锈锈钢钢成成分分特特点点碳含量：碳含量：碳含量越少，耐蚀性越好。
13、碳化物为阴极；碳含量越少，耐蚀性越好。碳化物为阴极；iF碳碳化化物物电解质电解质Cr含量：含量：溶解于溶解于F,提高提高F电位电位;12.7%形成单一的形成单一的F; 氧化膜钝化表面氧化膜钝化表面加入镍：加入镍：可获得单相奥氏体组织；或形成奥氏体可获得单相奥氏体组织；或形成奥氏体- -铁素体组织铁素体组织加人钼、铜：加人钼、铜：CrCr在碱和非氧化性酸中的钝化能力差，加入在碱和非氧化性酸中的钝化能力差，加入MoMo、CuCu等可改善等可改善加入钛、铌：加入钛、铌：TiTi、NbNb能优先同碳形成稳定碳化物，使能优先同碳形成稳定碳化物，使CrCr保留在基体中保留在基体中Fe-Cr相图相图L204
14、06080使晶界铬贫化使晶界铬贫化3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.4 特殊性能钢特殊性能钢1、不锈钢不锈钢 GB/T 20878-2007 GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分牌号及化学成分 + GB/T 1220-2007+ GB/T 1220-2007( Stainless and heat-resisting steels Designation and chemical composition)( Stainless and heat-resisting steels Designation and chemical composition)
15、类类别别牌号牌号化学成分化学成分性能（不小于）性能（不小于）CCrNiTi热处理热处理bs硬度硬度应用应用M型型不不锈锈钢钢12Cr13淬火淬火+高温回火高温回火54034525159HB低耐蚀的零件，低耐蚀的零件，如螺栓、叶片如螺栓、叶片20Cr13淬火淬火+高温回火高温回火64044020192HB30Cr13淬火淬火+高温回火高温回火73554012217HB医疗用具医疗用具量具等量具等40Cr13淬火淬火+低温回火低温回火50HRC95Cr18淬火淬火+低温回火低温回火55HRC高耐磨耐蚀件高耐磨耐蚀件F10Cr17Mo退火退火45020522183HB耐蚀低强元件耐蚀低强元件A型型0
16、6Cr19Ni10固溶处理固溶处理（1100+水冷）水冷）52020540187HB化工耐蚀件化工耐蚀件12Cr18Ni952020540187HB06Cr18Ni11Ti52020540187HBA-F022Cr25Ni6Mo2N固溶处理固溶处理（1100+水冷）水冷）62045020260HB有有A、F型的型的优点。硝酸、优点。硝酸、尿素生产设备尿素生产设备14Cr18Ni11Si4AlTi71544025固溶处理的目的：固溶处理的目的：得到单相得到单相A，提高，提高防腐蚀能力防腐蚀能力1、碳含量范围大、碳含量范围大2、碳碳 强度强度 耐腐蚀耐腐蚀3、可热处理、可热处理碳少铬多碳少铬多碳碳
17、少铬多镍少铬多镍多多碳碳少铬多镍多少铬多镍多稳定化处理：稳定化处理：含含Ti的的A不锈钢，消除不锈钢，消除Cr的碳化物的碳化物去应力退火：去应力退火：消除消除A不锈钢不锈钢冷加工和焊接应力冷加工和焊接应力3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.4 特殊性能钢特殊性能钢2、耐热钢耐热钢 GB/T 20878-2007 GB/T 20878-2007 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分牌号及化学成分 + GB/T 1220-2007+ GB/T 1220-2007( Stainless and heat-resisting steels Designation and chemical co
18、mposition)( Stainless and heat-resisting steels Designation and chemical composition)类别类别牌号牌号CSiMnPSNiCrMo其他其他热处理热处理b0.2HB应用应用铁素铁素体型体型16Cr25N510275201燃烧室燃烧室022Cr12360196183可焊性好，喷嘴可焊性好，喷嘴10Cr17450205183喷嘴喷嘴马氏马氏体型体型42Cr9Si2885590269进气阀、排气阀进气阀、排气阀15Cr12WMoV735585透平叶片、转子透平叶片、转子14Cr11MoV685490200透平压缩机叶片透
19、平压缩机叶片12Cr12Mo685550217汽轮机叶片汽轮机叶片奥氏奥氏体型体型06Cr18Ni11Ti520205187高温焊接构件高温焊接构件16Cr23Ni13560205201重油燃烧器重油燃烧器20Cr25Ni20590205201喷嘴、燃烧室喷嘴、燃烧室06Cr19Ni10520205187通用耐氧化部件通用耐氧化部件45Cr14Ni14W2Mo705315248重负荷排气阀重负荷排气阀沉淀沉淀硬化硬化05Cr17Ni4Cu4Nb13101180375燃气透平发动机燃气透平发动机07Cr17Ni7Al1140960363高温弹簧高温弹簧一、性能要求：一、性能要求：1、高温抗氧化性
20、高温抗氧化性：形成的氧化物的稳定：形成的氧化物的稳定 性、致密性、完整性及其与性、致密性、完整性及其与基体的基体的结结 合能力至关重要。合能力至关重要。2、热强性热强性：抵抗高温下的蠕变：抵抗高温下的蠕变二、成分特点：二、成分特点：1、高温抗氧化性高温抗氧化性：加：加Cr、Si、Al。2、热强性热强性：加入：加入V、Ti等，弥散强化。等，弥散强化。3、中、低碳、中、低碳：碳化物在高温下易：碳化物在高温下易聚集。聚集。3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.4 特殊性能钢特殊性能钢1）用途）用途2 2）性能要求）性能要求 3、耐磨钢耐磨钢 3）成分特点）成分特点 高碳：但高碳：但不超过不超过1.41
21、.4。 高锰：完全获得高锰：完全获得A组织，提高钢的组织，提高钢的加工硬化加工硬化率及良好的韧性。锰质量分率及良好的韧性。锰质量分数为数为1114。车辆履带、挖掘机铲斗、铁轨分道叉车辆履带、挖掘机铲斗、铁轨分道叉很高的耐磨性和韧性。很高的耐磨性和韧性。4）典型钢种）典型钢种 ZGMn135）热处理）热处理 水韧处理：水韧处理：(10001100) +水冷水冷严重磨损、强烈冲击严重磨损、强烈冲击硅：增加流动性，硅：增加流动性， 0.3 0.8 3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.1 铸钢铸钢GB/T 5613-1995 GB/T 5613-1995 铸钢牌号表示方法铸钢牌号表示方法( C
22、ode for representing cast steels)( Code for representing cast steels)牌号牌号化学成分化学成分热处热处理理性能性能应用应用CMnSibsZG15退火退火或或正火正火40020025机座、变速箱壳体机座、变速箱壳体ZG2545024020机座、锤轮、箱体机座、锤轮、箱体ZG3550028016飞轮、蒸汽锤飞轮、蒸汽锤ZG4558032012联轴器、齿轮联轴器、齿轮ZG5565035010联轴器、齿轮联轴器、齿轮牌号牌号化学成分化学成分热处热处理理性能性能应用应用CMnSibsQ215A0.15不不需需要要21531桥梁、建筑桥梁
23、、建筑Q235A0.1823526轧制成轧制成型钢、钢板型钢、钢板作构件作构件用用Q2750.3327522正火以消除魏氏正火以消除魏氏体组织体组织1、应用：、应用：形状复杂且有强形状复杂且有强度、塑性韧性要求的零件。度、塑性韧性要求的零件。2、与铸铁相比的缺点：、与铸铁相比的缺点：流流动性差，收缩率大。动性差，收缩率大。3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁1、铸铁铸铁的石墨化的石墨化1）复线铁碳相图复线铁碳相图碳在铁碳合金中的存在形式碳在铁碳合金中的存在形式2.084.260.68738 1154 石墨的晶体结构与性能石墨的晶体结构与性能复线复线铁碳合金相图铁碳合金相图高
24、温慢冷高温慢冷易按易按Fe-GFe-G相图变化相图变化共价键共价键分子键分子键3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁1、铸铁铸铁的石墨化的石墨化2）铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程根据根据Fe-G相图析出相图析出根据根据Fe-Fe3C相图析出相图析出2.084.260.68738 1154 石墨化：石墨化：铸铁中碳原子析铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程出并形成石墨的过程01234LL+GA+G共晶+GF+G共析 +G二次+G共晶+GA+G二次+G共晶+GF+G三次+G共析 +G二次+G共晶+G第一阶段石墨化第二阶段石墨化第三阶段石墨化2.084.260.68738 1154
25、550 (P=F+Fe3C) (F+G)(Fe3C ) (F+G)(Fe3C) (A+G)(Fe3C共晶) (A+G)(Fe3C) (A+G)石墨化影响因素石墨化影响因素温度与冷却速度合金元素1. C、Si等非碳化物等非碳化物形成元素促进石墨化形成元素促进石墨化2. S及碳化物形成元及碳化物形成元素素阻碍石墨化阻碍石墨化3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁1、铸铁铸铁的石墨化的石墨化3 3）铸铁铸铁的分类的分类 名称石墨化程度显微组织（共晶铸铁）第一阶段第二阶段第三阶段灰口铸铁充分进行充分进行充分进行F+G充分进行充分进行部分进行F+P+G充分进行充分进行不进行P+G麻口铸
26、铁部分进行部分进行不进行Le+P+G白口铸铁不进行不进行不进行LeFe-C相图相图+Fe3C+G+Fe3C+G3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁1、铸铁铸铁的石墨化的石墨化4 4）铸铁的性能特点铸铁的性能特点G形态对性能影响大形态对性能影响大抗拉强度、塑性、韧性低抗拉强度、塑性、韧性低抗压强度、硬度、耐磨性高抗压强度、硬度、耐磨性高具有特殊性能：具有特殊性能：切削加工性切削加工性能能好好铸造铸造性能性能好好减减磨：磨：石墨石墨润滑性能良好润滑性能良好减减震：减振震：减振性能很好性能很好对对缺口敏感性缺口敏感性小小表表3-21 各种铸铁的机械性能各种铸铁的机械性能材料材料组
27、织组织b0.2akHBF灰铸铁F+G片1001500.510110143229P灰铸铁P+G片2002500.510110170240孕育铸铁P+G细片3004000.510110207296F可锻铸铁F+G团300370190280612150290120163P可锻铸铁P+G团4507002805602550200152270F球墨铸铁F+G球400500250350520200147241P球墨铸铁P+G球6008004205602150229321白口铸铁P+Le+Fe3C230480375530F蠕墨铸铁F+G虫2862043120P蠕墨铸铁P+G虫393286118045钢F+P6
28、10360158002293.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁2、常用、常用铸铁铸铁1 1）灰铸铁）灰铸铁 铸铁铸铁种类种类灰灰铸铁铸铁球墨球墨铸铁铸铁蠕墨蠕墨铸铁铸铁可锻可锻铸铁铸铁石墨石墨形状形状片状片状球状球状虫状虫状絮状絮状牌号牌号影响组织和性能的因素影响组织和性能的因素 成分：成分：C、Si、P、Mn碳当量：碳当量：CE=C+1/3(Si+P) 冷却速度：影响基体冷却速度：影响基体HT100，HT400 b 3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁2、常用、常用铸铁铸铁1 1）灰铸铁）灰铸铁 孕育处理孕育处理 热处理热处理 经过孕育处理后的经过孕育
29、处理后的灰铸铁灰铸铁叫孕育铸铁叫孕育铸铁去应力（去应力（550）退火：）退火：防止变形或开裂防止变形或开裂降硬度（降硬度（ 850 ）退火：）退火：消除白口，便消除白口，便 于切削于切削表面淬火：表面淬火：提高表面硬度及耐磨性提高表面硬度及耐磨性孕育剂：孕育剂： 硅类合金：硅铁合金、硅钙合金硅类合金：硅铁合金、硅钙合金 碳碳 类：类： 石墨粉、电极粒石墨粉、电极粒目的：目的：促进石墨化，并细化石墨片和基体促进石墨化，并细化石墨片和基体3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁2、常用、常用铸铁铸铁2 2）球墨铸铁）球墨铸铁 牌号牌号成分成分 严格控制严格控制C、Si、P、S等成分
30、等成分过共晶成分：过共晶成分： CE=(4.54.7)%牌号牌号基体基体性能性能应用应用b0.25QT400-18F40025018阀门阀门,阀体阀体QT500-7F+P5003207油泵齿轮油泵齿轮QT700-2P7004202曲轴曲轴,主轴主轴QT900-2M回回9006002传动齿轮传动齿轮高温退火：900950铸态组织有自由渗碳体低温退火：720760铸态组织无自由渗碳体3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁2、常用、常用铸铁铸铁2 2）球墨铸铁）球墨铸铁 球化处理球化处理 热处理热处理 球化剂：镁、稀土镁球化剂球化剂：镁、稀土镁球化剂球化过程中需要加孕育剂防白口球化
31、过程中需要加孕育剂防白口退火：获得退火：获得F基体，消除白口基体，消除白口调质：获得调质：获得S回回基体，综合性能基体，综合性能正火：提高基体中正火：提高基体中P含量含量,并细化组织并细化组织等温淬火：获得等温淬火：获得B下下基体基体高温正火：880920得到的基体为P低温正火：840860得到的基体为(P+F)3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.3.2 铸铁铸铁2、常用、常用铸铁铸铁3 3）蠕墨铸铁）蠕墨铸铁 牌号牌号蠕化剂蠕化剂4 4）可锻铸铁）可锻铸铁 牌号牌号生产生产RuT420RuT420， RuT260RuT260镁钛合金、稀土镁钛合金镁钛合金、稀土镁钛合金KT360-6KT3
32、60-6， KTZ700-2KTZ700-2白口铸铁退火得到白口铸铁退火得到5 5）合金铸铁）合金铸铁 激冷成白口激冷成白口加加P，生耐磨，生耐磨的的P共晶共晶加加Al、Si形成氧化膜形成氧化膜石墨球化石墨球化加加Si 、 Cr形成保护膜形成保护膜提高基体电位提高基体电位耐磨铸铁耐磨铸铁耐热铸铁耐热铸铁耐蚀铸铁耐蚀铸铁本次课小结本次课小结3.3 3.3 铸钢和铸铁铸钢和铸铁1 1、铸钢、铸钢2 2、铸铁、铸铁 白口铸铁白口铸铁 麻口铸铁麻口铸铁 灰口铸铁灰口铸铁 灰铸铁灰铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 可锻铸铁可锻铸铁3.2 3.2 合金钢合金钢3 3、合金工具钢、合金工具钢4 4、特殊性能钢、特殊性能钢合金模具钢合金模具钢合金量具钢合金量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢课后作业课后作业第七次作业第七次作业 合金钢合金钢 第八次作业第八次作业 铸铁铸铁
