1、第五章第五章 金属材料金属材料重点掌握重点掌握1.合金元素在钢中的作用，尤其是合金元素对钢的热处理合金元素在钢中的作用，尤其是合金元素对钢的热处理的影响。的影响。2.碳素钢、合金钢的编号方法，会辩认各种钢号碳素钢、合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；3.各类合金结构钢的成分，热处理方法，热处理后的组各类合金结构钢的成分，热处理方法，热处理后的组织，性能的特点以及主要用途。织，性能的特点以及主要用途。教学内容教学内容 1.工业用钢工业用钢 2.铸铁铸铁l工业用钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。l碳素钢碳素钢是指含碳量低于是指含碳量低于2.11%的铁碳
2、合金。的铁碳合金。l合金钢合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。加入一定量合金元素所获得的铁基合金。一、钢的分类及编号一、钢的分类及编号二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用三、结构钢三、结构钢四、工具钢四、工具钢五、特殊性能钢五、特殊性能钢1.钢的分类钢的分类按化学成分分按化学成分分 中碳钢中碳钢 0.250.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总
3、量 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢钢钢 类类碳碳 素素 钢钢合合 金金 钢钢PSPS普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0450.045优优 质质 钢钢0.0350.0350.0350.035高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0250.025特级优质钢特级优质钢0.0250.0200.0250.015按质量分按质量分钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分为分为普通质量钢、普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢优质钢、高级优质钢和特级优质钢。根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥
4、梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特殊性能钢特殊性能钢齿轮齿轮刀具刀具2.钢的编号钢的编号l我国钢材的编号是采用汉语拼音我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。字相结合的方法。l采用汉语拼音字母表示钢产品的采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一
5、个字母。汉语拼音中选取第一个字母。名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.
6、C.D.E尾尾1）碳素结构钢和低合金高强度钢）碳素结构钢和低合金高强度钢Q+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法符号脱氧方法符号Q表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E，其，其P、S含量依次下降，质量提高。含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号：脱氧方法符号：沸腾钢沸腾钢F；镇静钢；镇静钢Z；半镇静；半镇静钢钢b；特殊镇静钢；特殊镇静钢TZ。如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF、Q235BZ。l低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢
7、，都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。l根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。l*说明：说明：一般情况下，屈服强度值小一般情况下，屈服强度值小300MPa时为时为碳素结构钢，大于碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。时为低合金高强度钢。牌号为牌号为两位数字两位数字这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几这两位数字表示钢平
8、均含碳量的万分之几如如4545其平均含碳量为万分之四十五（即其平均含碳量为万分之四十五（即0.45%C0.45%C）碳素工具钢：碳素工具钢：牌号为牌号为T+T+数字数字“T T”表示表示“碳素工具钢碳素工具钢”数字表示钢平均含碳量的千分之几数字表示钢平均含碳量的千分之几如如T8T8其平均含碳量为千分之八（其平均含碳量为千分之八（0.8%C0.8%C）*说明：说明：含含MnMn量为量为0.71.2%0.71.2%时，在含碳量数时，在含碳量数字后加元素符号字后加元素符号“MnMn”，如，如40Mn40Mn。对于对于沸腾钢和半镇静钢，在钢沸腾钢和半镇静钢，在钢号后分别加字母号后分别加字母F F和和b
9、 b，如，如08F08F、10b10b。碳素工具钢碳素工具钢都是优质以上质量的都是优质以上质量的 高级优质钢在钢号后加字母高级优质钢在钢号后加字母A A，如，如20A20A、T8AT8A。3 3）合金钢）合金钢 牌号为牌号为碳含量碳含量+合金元素合金元素1+11+1元素的百分含量数字元素的百分含量数字+合合金元素金元素2+22+2元素的百分含量数字元素的百分含量数字+合金元素及其含量标注合金元素及其含量标注 当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%1.50%时，只标元素符号，时，只标元素符号，不标含量。如不标含量。如20CrMnTi20CrMnTi 当合金元素的平均含量为当合
10、金元素的平均含量为1.50-2.49%1.50-2.49%、2.50-2.50-3.49%3.49%、3.50-4.49%3.50-4.49%、4.50-5.49%4.50-5.49%、时，在相应时，在相应的合金元素符号后标的合金元素符号后标2 2、3 3、4 4、5 5 等数字。如等数字。如20CrNi320CrNi3。*说明：说明：合金工具钢合金工具钢含铬量小于含铬量小于1%1%时，时，含铬量以千分之一为单含铬量以千分之一为单位标出，并在含铬量前加数字位标出，并在含铬量前加数字“0 0”，如，如Cr06Cr06。滚动轴承钢滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌含铬量也以千分之一为单
11、位标出，并在牌号头部加字母号头部加字母“G G”，如，如GCr15GCr15高级优质合金钢高级优质合金钢在牌号后加字母在牌号后加字母A A，如，如60Si2MnA60Si2MnA。特级优质合金钢特级优质合金钢在牌号后加字母在牌号后加字母E E，如，如30CrMnSiE30CrMnSiE。碳含量标注碳含量标注合金结构钢合金结构钢含碳量以万分之一为单位标出含碳量以万分之一为单位标出(两位数字两位数字)如如40Cr40Cr、60Si2Mn60Si2Mn工具钢和特殊性能钢工具钢和特殊性能钢含碳量以千分之一为单位标出含碳量以千分之一为单位标出(一位数字一位数字)如如8MnSi8MnSi、4Cr134Cr
12、13*说明说明低合金工具钢低合金工具钢含碳量大于含碳量大于1.00%1.00%时，不标含碳量，时，不标含碳量，如如CrWMn(1.0%C)CrWMn(1.0%C)高速钢高速钢不标含碳量，如不标含碳量，如W18Cr4V(W18Cr4V(含含0.75%C)0.75%C)滚动轴承钢滚动轴承钢不标含碳量，如不标含碳量，如GCr15(1.0%C)GCr15(1.0%C)高锰钢高锰钢不标含碳量，如不标含碳量，如ZGMn13(0.751.45%C)ZGMn13(0.751.45%C)珠光体耐热钢珠光体耐热钢含碳量标注同结构钢，如含碳量标注同结构钢，如15CrMo15CrMo铸钢铸钢在牌号前加在牌号前加“ZG
13、ZG”,余同结构钢余同结构钢,如如ZG20Cr13ZG20Cr13 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢当含碳量为当含碳量为0.1%-0.03%0.1%-0.03%时，时，以以“0 0”表示表示，如，如“0Cr18Ni90Cr18Ni9”（含碳量上限为（含碳量上限为0.08%0.08%）当含碳量为当含碳量为0.03%-0.01%0.03%-0.01%时时(超低碳超低碳)，以以“0303”表示表示，如如“03Cr19Ni1003Cr19Ni10”（含碳量上限为（含碳量上限为0.03%0.03%）当含碳量当含碳量0.01%0.01%时时(极低碳极低碳)，以以“0101”表示表示，如，如“01Cr19Ni1
14、101Cr19Ni11”(含碳量上限为含碳量上限为0.01%)0.01%)*注注:旧牌号旧牌号:0.08%C0.08%C时时,标标“0 0”;0.03%C;0.03%C时时,标标“0000”钢铁及合金的类型钢铁及合金的类型统一数字代号统一数字代号钢铁及合金的类型钢铁及合金的类型统一数字代号统一数字代号合金结构钢合金结构钢A 杂类材料杂类材料M 轴承钢轴承钢B 粉末及粉末材料粉末及粉末材料P 铸铁、铸钢及铸造合金铸铁、铸钢及铸造合金C 快淬金属及合金快淬金属及合金Q 电工用钢和纯铁电工用钢和纯铁E 不锈、耐蚀和耐热钢不锈、耐蚀和耐热钢S 铁合金和生铁铁合金和生铁F 工具钢工具钢T 高温合金和耐蚀
15、合金高温合金和耐蚀合金H 非合金钢非合金钢U 精密合金及其他特殊物精密合金及其他特殊物理性能材料理性能材料J 焊接用钢及合金焊接用钢及合金W 低合金钢低合金钢L 合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体硬度影响合金元素对铁素体硬度影响二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用1 1、溶于铁素体、溶于铁素体,起固溶强化作用起固溶强化作用非碳化物形成元素及过剩的碳化物非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体。铁素体。SiSi、MnMn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。CrCr、NiNi在适当范围
16、内提高韧性。在适当范围内提高韧性。2 2、形成碳化物，起强化相作用、形成碳化物，起强化相作用合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高Ti、Zr、NbV、W、MoCr、Mn、Fe强碳化物形成元素强碳化物形成元素中碳化物形成元素中碳化物形成元素弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素 3、对、对C曲线和淬透性的影响曲线和淬透性的影响 除除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，曲线右移，淬透性提高。淬透性提高。常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为Mn、
17、Si、Cr、Ni、B。4、满足材料的一些特殊性能、满足材料的一些特殊性能 如加入合金元素形成单相组织如加入合金元素形成单相组织,在表面形成致密的氧化在表面形成致密的氧化 膜等来形成不锈钢。膜等来形成不锈钢。合金钢中常用的合金元素有锰、硅、钛、镍、铝、钨、合金钢中常用的合金元素有锰、硅、钛、镍、铝、钨、钒、钴、铝、稀土等。钒、钴、铝、稀土等。（一）碳素结构钢（一）碳素结构钢1 1、成分：、成分：0.4%C1.65%Cr1.65%Cr时，因时，因A A增加而使硬度和稳定性下降。增加而使硬度和稳定性下降。滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大型轴承大型轴承3 3、常用钢号及用途、常用钢号
18、及用途应用最广的是应用最广的是GCr15GCr15，大量用于大中型轴承；，大量用于大中型轴承；大型轴承用大型轴承用GCr15SiMnGCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等。这类钢还可用于制造模具、量具等。高锰钢铸件高锰钢铸件（七）耐磨钢（七）耐磨钢是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。牌号为牌号为ZGMn13ZGMn13。1 1、成分特点、成分特点 高碳高碳：0.75-1.45%C0.75-1.45%C。以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。高锰高锰：11-14%Mn11-14%Mn。以保证形成奥氏体组织。以保证形成奥氏体组织。高锰钢铸件高锰
19、钢铸件 使用时必须伴随着压力和冲击作用使用时必须伴随着压力和冲击作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬加工硬 化化，形成马氏体形成马氏体并并析出碳化物析出碳化物，使表面硬度提高到使表面硬度提高到HB500550HB500550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力。织，具有高耐冲击能力。2 2、使用及用途、使用及用途 水韧处理后，韧性高，硬水韧处理后，韧性高，硬度低（度低（HB180200HB180200）。）。球磨机衬板球磨机衬板铁路道岔铁路道岔履带履带挖掘机铲齿挖掘机铲齿按用途分为按用途分为刃具钢、
20、刃具钢、模具钢模具钢和和量具钢量具钢。模具模具量具量具刃具刃具（一）刃具钢（一）刃具钢用来制造各种切削刀具的钢种。用来制造各种切削刀具的钢种。切削加工的基本形式切削加工的基本形式1 1、性能要求、性能要求高硬度高硬度(HRC60)(HRC60)，主，主要取决于含碳量。要取决于含碳量。高耐磨性高耐磨性 靠高硬度和析出细小均靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。匀硬碳化物来达到。高热硬性高热硬性 即高温下保持高硬度的能力。即高温下保持高硬度的能力。足够的韧性足够的韧性 以防止脆断和崩刃。以防止脆断和崩刃。2 2、碳素工具钢碳素工具钢共有七个牌号：共有七个牌号：T7-T13 T7-T13（1 1）成
21、分特点：）成分特点：高碳高碳（0.65-1.35%C0.65-1.35%C）随含碳量提高，碳化物量随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧增加，耐磨性提高，但韧性下降。性下降。锉刀锉刀手锤手锤木工凿木工凿手锤手锤圆冲圆冲（2 2）用途）用途由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。手工工具和低速刃具。T7-T9T7-T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。凿子、锤子等。lT10-T11T10-T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。制造低速切削工具，如钻头、
22、丝锥、车刀等。lT12-T13T12-T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻头钻头板牙板牙丝锥丝锥3 3、低合金工具钢、低合金工具钢在碳素工具钢基础上加入少量合金元素在碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)(35)形成。形成。成分特点：成分特点：高碳：高碳：0.751.5%C0.751.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性:CrCr、MnMn、SiSi 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒:W W、V V 丝锥丝锥板牙板牙 （2 2）常用钢号及用途）常用钢号及用途 应用最多的是应用最多的是9SiCr9SiCr。
23、用于制造形状复杂、要求变形小的用于制造形状复杂、要求变形小的 低速刃具，如丝锥、板牙等。低速刃具，如丝锥、板牙等。高速钢铣刀高速钢铣刀4 4、高速钢、高速钢制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。（俗称风钢）（俗称风钢）性能特点性能特点：高热硬性：高热硬性(达达600)600)、高淬透性。、高淬透性。成分特点成分特点高碳：高碳：0.701.5%C0.701.5%C 高合金元素含量高合金元素含量 提高淬透性：提高淬透性：Cr Cr 提高热硬性、耐磨性：提高热硬性、耐磨性：W W、MoMo、V V 车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头（3 3）常用钢号及用途）常用钢号及用途常用钢号为常用钢号为W18Cr4
24、VW18Cr4V（18-4-118-4-1）和和W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2（6-5-4-26-5-4-2）。用于高速切削刃具，如用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头车刀、刨刀、铣刀、钻头等。等。汽车冲压模具汽车冲压模具（二）模具钢（二）模具钢用以制造冷热模具的钢种。用以制造冷热模具的钢种。1 1、冷作模具钢、冷作模具钢制造金属冷成型模具的钢种制造金属冷成型模具的钢种性能要求性能要求高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。Cr12钢钢（2 2）常用钢种）常用钢种 碳素工具钢和低合金工具钢：碳素工具钢和低合金工具钢：用于小尺寸、形状简用于小尺寸、形状
25、简单、受力不大的模具。单、受力不大的模具。Cr12Cr12型冷作模具钢型冷作模具钢成分特点：成分特点：高碳高碳(1.4-2.3%C)(1.4-2.3%C)；高铬高铬(11.5-13%Cr)(11.5-13%Cr)合金元素作用：合金元素作用：Cr Cr 提高淬透性提高淬透性；MoMo、V V 提高耐磨性，细化晶粒提高耐磨性，细化晶粒。汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 常用钢号常用钢号为为Cr12Cr12和和Cr12MoVCr12MoV。用于制造用于制造冷冲模冷冲模、挤压模挤压模等。等。2 2、热作模具钢、热作模具钢制造使加热金属或液态金属成型模具的钢种。制造使加热金属或液态金属成型模具的钢种。性能要
26、求性能要求高温下良好的综合高温下良好的综合 力学性能。力学性能。抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。高的淬透性和良好的导热性。高的淬透性和良好的导热性。曲轴模具曲轴模具热镦模热镦模凸缘模凸缘模（2 2）常用钢种）常用钢种 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo 前者用于大型热锻模，后者前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。用于中小型热锻模。成分特点、合金元素作用及成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。热处理同调质钢。使用状态下的组织：使用状态下的组织：S S回回。型板压铸模型板压铸模压铸模钢压铸模钢常用常用3Cr2W8V3Cr2W8V。为过共析钢。为过共析钢
27、。中碳（中碳（0.3-0.4%C0.3-0.4%C），合金元素作用同高速钢。），合金元素作用同高速钢。W W、CrCr有提高抗热疲劳作用。有提高抗热疲劳作用。淬火淬火+回火后组织：回火后组织：M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+A(少量少量)卡尺卡尺量规量规千分尺千分尺（三）量具钢（三）量具钢 制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。块规、塞规等。1 1、性能要求、性能要求量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。足够的韧性。足够
28、的韧性。量规量规量块量块2 2、量具用钢、量具用钢 低碳钢低碳钢渗碳、渗碳、中碳钢中碳钢表面淬火。表面淬火。碳素工具钢、低合金工具钢碳素工具钢、低合金工具钢 用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。滚动轴承钢、冷作模具钢滚动轴承钢、冷作模具钢 用于制造精密量具。用于制造精密量具。不锈钢不锈钢 用于制造接触腐蚀介质的量具。用于制造接触腐蚀介质的量具。指具有指具有特殊物理、化学性能特殊物理、化学性能的钢。的钢。本节只介绍不本节只介绍不锈钢和耐热钢。锈钢和耐热钢。化工管道的化工管道的腐蚀腐蚀裂解管内裂解管内壁的高温壁的高温腐蚀减薄腐蚀减薄一、不锈钢一、不锈
29、钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。金属的腐蚀金属的腐蚀化学腐蚀化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀。：金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀：金属在电解质溶液中的：金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：获得均匀的单相组织获得均匀的单相组织。提高合金的电极电位提高合金的电极电位。使表面形成致密的钝化膜使表面形成致密的钝化膜。在工业发达国家，每年金属腐在工业发达国家，每年金属腐蚀造成的直接经济损失
30、占其蚀造成的直接经济损失占其GNPGNP的的4%4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少到的损失至少到400400亿元以上。亿元以上。不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用1 1、低碳：、低碳：碳高，则降低耐蚀性。碳高，则降低耐蚀性。2 2、CrCr：是提高耐蚀性的主要元素是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜氧化膜.Cr Cr含量大于含量大于13%13%时，形成单相铁素体组织。时，形成单相铁素体组织。提高基体电极电位（服从提高基体电极电位（服从n/8n/8规律）。规律）。3 3、NiNi：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。
31、MoMo：耐有机酸腐蚀。耐有机酸腐蚀。4 4、TiTi、NbNb：防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀。防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀。晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大。，危害很大。它是由于它是由于CrCr2323C C6 6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近CrCr含量降到含量降到12%12%以下，在介质以下，在介质 常用不锈钢常用不锈钢1 1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢 主要为主要为Cr13Cr13型型钢号为钢号为1Cr13-4Cr131Cr13-4Cr13随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。1Cr13-
32、3Cr13 1Cr13-3Cr13热处理：热处理：淬火淬火+高温回火高温回火使用状态下的组织：使用状态下的组织：S S回回汽轮机叶片汽轮机叶片性能：性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。用途：用途：用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。医疗器械医疗器械不锈钢直尺不锈钢直尺 4Cr13 4Cr13热处理：热处理：淬火淬火+低温回火低温回火使用状态下的组织：使用状态下的组织：M M回回性能：性能：强度、硬度较高强度、硬度较高用途：用途：用于要求耐蚀、耐磨用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。件，医疗器械
33、、量具等。1Cr17削片刀削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器2 2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢典型钢号如典型钢号如0Cr130Cr13、1Cr171Cr17等。等。成分：成分：高铬低碳高铬低碳 无无相变相变 不能进行热处理强化。不能进行热处理强化。组织组织：单相铁素体单相铁素体 钢中钢中相相 性能特点性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：但有脆化倾向：475475脆化：脆化：加热到加热到450-550450-550停留，产生脆化。停留，产生脆化。再加热到再加热到600600快冷可消除。快冷可消除。相脆化：相脆化：在在600-800600-
34、800长期加热时，长期加热时，析出硬而脆的析出硬而脆的 相。相。用途用途广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。硝酸生产装置硝酸生产装置合成氨生产装置合成氨生产装置3 3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢主要为主要为18-818-8（18Cr-8Ni18Cr-8Ni）型。）型。性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性，无磁性。焊性。高的塑韧性，无磁性。热处理：热处理：采用固溶处理采用固溶处理。即加热到即加热到11001100使碳化物溶使碳化物溶解后水冷。解后水冷。组织：组织：单相奥氏体单相奥氏体不锈钢带不锈钢带反应釜
35、反应釜(316L)管板换热器管板换热器(304)大型化工储罐大型化工储罐(304)常用钢种常用钢种为为1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。用途：用途：广泛用于化工设备及管道。广泛用于化工设备及管道。应力腐蚀应力腐蚀 奥氏体不锈钢易发生奥氏体不锈钢易发生应力腐应力腐蚀蚀。即即在特定合金在特定合金-环境体系环境体系中，应力与腐蚀共同作用引中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏起的破坏。奥氏体不锈钢易在含奥氏体不锈钢易在含ClCl的的介质中发生应力腐蚀，裂纹介质中发生应力腐蚀，裂纹为树枝状。为树枝状。发生应力腐蚀的奥氏体不锈钢发生应力腐蚀的奥氏体不锈钢管道内壁管道内
36、壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹二、耐热钢二、耐热钢 性能要求性能要求1 1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性：指钢在高温下对氧化指钢在高温下对氧化作用的抗力。作用的抗力。2 2、高的热强性、高的热强性热强性是指金属在高温下的强度。热强性是指金属在高温下的强度。发动机叶片发动机叶片航空发动机航空发动机提高高温强度的途径：提高高温强度的途径：固溶强化；固溶强化；析出强化；析出强化；晶界强化晶界强化（加入（加入B B、ZrZr等降低晶界能量）等降低晶界能量）。飞机发动机飞机发动机过热器 成分特点成分特点低中碳低中碳CrCr、SiSi：提高抗氧化性提高抗氧化性MoMo：提高热强性提高热强性(T(T再再)V V
37、、TiTi：弥散强化弥散强化NiNi：获得单相获得单相A A组织组织涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰 常用耐热钢常用耐热钢1 1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢常用常用15CrMo15CrMo、12Cr1MoV12Cr1MoV，热处理：热处理：正火正火+高温回火高温回火 组织组织:F+PF+P 用途：用途：600600以下的锅炉零件，以下的锅炉零件，压力容器，热交换器等。压力容器，热交换器等。2 2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢常用常用1Cr131Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV、4Cr9Si24Cr9Si2。热处理：热处理：调质调质。组织：组织：S S回回。用途：用途：1Cr131C
38、r13、1Cr11MoV1Cr11MoV用于用于550550以下汽轮机叶片。以下汽轮机叶片。4Cr9Si24Cr9Si2是汽车阀门用钢是汽车阀门用钢。汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱3 3、奥氏体耐热钢、奥氏体耐热钢常用常用1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。热处理：热处理：固溶处理固溶处理组织：组织：单相单相A A。用途：用途：主要用于过热器管主要用于过热器管道等。道等。钢钢 号号钢钢 种种合金元素的主要作用合金元素的主要作用热处理特点热处理特点使用状态下组织使用状态下组织Q345低合金高强低合金高强度结构钢度结构钢Mn:强化强化F，增加，增
39、加P量，降量，降低冷脆转变温度低冷脆转变温度热轧空冷热轧空冷F+P65Mn弹簧钢弹簧钢Mn:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+中温回火中温回火T回回ZGMn13耐磨钢耐磨钢Mn:获得单相获得单相A组织组织水韧处理水韧处理表表:M+碳化物碳化物 心心:A20Cr渗碳钢渗碳钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F渗碳渗碳+淬火淬火+低低温回火温回火表表:M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A心心:M回回+F40Cr调质钢调质钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F调质处理调质处理S回回9SiCr低合金工具钢低合金工具钢Cr:提高淬透性提高淬透性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳
40、化物颗粒状碳化物+A(少量少量)GCr15滚动轴承钢滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、提高淬透性，耐磨性、耐蚀性耐蚀性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)1Cr13马氏体不锈钢马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性提高耐蚀性淬火淬火+高温回火高温回火S回回5CrNiMo热作模具钢热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+高温回火高温回火S回回Mo:防止高温回火脆性防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性细化晶粒，提高耐磨性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)W18Cr
41、4V高速钢高速钢V:提高耐磨性、热硬性提高耐磨性、热硬性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)1Cr18Ni9Ti不锈钢不锈钢Ti:防止晶间腐蚀防止晶间腐蚀固溶处理固溶处理A铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。点，因而是应用最广泛的材料之一。l例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞
42、环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1、铸铁的组织特点、铸铁的组织特点钢的基体钢的基体+G（石墨）（石墨）基体组织有三种，即基体组织有三种，即铁素体、珠光体铁素体、珠光体和和铁素体加珠光体铁素体加珠光体。2、铸铁的性能特点铸铁的性能特点 力学性能低。力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。由于石墨本身有润滑作用。消振性能好。消振性能好。由
43、于石墨可以吸收振动能量。由于石墨可以吸收振动能量。铸造性能好。铸造性能好。由于铸铁硅含量高，成分接近于共晶。由于铸铁硅含量高，成分接近于共晶。切削性能好。切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 灰灰 铸铸 铁铁 片片状状FHT+一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值，数字表示最低抗拉强度值，单位单位MPa。“HT”表示灰铸铁代号。表示灰铸铁代号。HT100F+PHT150PHT200可可 锻锻铸铸铁铁 团团絮絮状状FKTH+两组数字两组数字KTB+两组数字两组数字
44、KTZ+两组数字两组数字KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-06KTH、KTB、KTZ分别为黑心、白心、分别为黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号；珠光体可锻铸铁代号；第一组数字表示最低第一组数字表示最低抗拉强度值，抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低第二组数字表示最低延伸率值，延伸率值，%铸铁铸铁名称名称 石墨石墨形态形态 基体基体组织组织 编编 号号 方方 法法 牌号实例牌号实例 球球 墨墨 铸铸 铁铁 球球状状FQT+两组数字两组数字 第一组数字表示最低抗拉强度值，第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低延伸率值，第二组数字表示最低延伸率值，%。“
45、QT”表示表示 球墨铸铁代号球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕 墨墨铸铸 铁铁 蠕蠕虫虫状状FRuT+一组数字一组数字数字表示最低抗拉强度值数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号表示蠕墨铸铁代号 RuT260F+PRuT300PRuT420（一）（一）灰铸铁灰铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的铸铁总产量的80%以上。以上。1、组织、组织灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有程形成的，其基体组织
46、有铁素体铁素体、珠光体珠光体和和铁素体加铁素体加珠光体珠光体三种。三种。铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁孕育铸铁。孕育处理前孕育处理前孕育处理后孕育处理后硅铁硅铁硅钙硅钙 2、用途用途 制造制造承受压力和震动的零件，如承受压力和震动的零件，如机床机床 床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机
47、汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)变速箱体变速箱体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线可锻铸铁石墨化退火工艺曲线 石墨呈团絮状的灰口石墨呈团絮状的灰口 铸铁，是由白口铸铁铸铁，是由白口铸铁 经石墨化退火获得的。经石墨化退火获得的。1、组织、组织：基体（基体（F、P）团絮状）团絮状G铁素体基体可锻铸铁又称铁素体基体可锻铸铁又称黑心可锻铸铁。黑心可锻铸铁。2、性能性能：强度为碳钢的强度为碳钢的00%，接近于铸钢。，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻名为可锻，实不可锻黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 3、用途用途用于制造形状复杂用于制造形状复杂且承受振动载荷且承受
48、振动载荷的薄壁小的薄壁小型型件，如件，如汽车、拖拉机的前后轮壳汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门管接头、低压阀门等等可锻铸铁管件可锻铸铁管件（三）（三）球墨铸铁球墨铸铁石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。1、组织：、组织：基体（基体（F、F+P、P）+球状球状G球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球化剂为镁、稀土和稀土镁。球化剂为镁、稀土和稀土镁。为避免白口，并使石墨细小均匀，为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。在球化处理同时还进行孕育处理。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金。常用
49、孕育剂为硅铁和硅钙合金。硅铁硅铁硅硅钙钙稀土镁稀土镁铁素体加珠光体球墨铸铁铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球球墨铸铁中的石墨球 2、性能与热处理性能与热处理强度是碳钢的强度是碳钢的7090%。球墨铸铁的突出特点是屈强球墨铸铁的突出特点是屈强比比(0.2/b)高高,约为约为0.70.8,而钢一般只而钢一般只0.30.5。球墨铸铁可进行各种热处理，热处理特点是：球墨铸铁可进行各种热处理，热处理特点是：奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高。奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高。淬透性比碳钢高淬透性比碳钢高 奥氏体中碳含量可控奥氏体中碳含
50、量可控热处理有热处理有退火退火、正火正火、淬火加回火淬火加回火、等温淬火等温淬火等。等。组织组织制品（轧辊与辊环）制品（轧辊与辊环）3、用途用途 承受震动、载荷大承受震动、载荷大的零件，如的零件，如曲轴、曲轴、传动齿轮传动齿轮等。等。核燃料贮存运输容器核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴铸铁曲轴（四）（四）蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁是蠕墨铸铁是20世纪世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。年代发展起来的一种新型铸铁。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。常用蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土常用蠕化剂有稀土硅铁镁合金、稀土硅铁
