金属材料是现代机械制造应用的最主要材料，种类很多，应用广泛，分为钢铁材料（如碳素钢、合金钢、铸铁）及有色金属及其合金等 。 第三节 常用金属材料及其应用 金属材料是现代机械制造应用的最主要材料，种类很多，应用广泛，分为钢铁材料（如碳素钢、合金钢、铸铁）及有色金属及其合金等 。 汽车应用材料 第二章

第三节 常用金属材料及其应用 一. 碳钢 二. 合金钢 三. 铸铁 四. 有色金属及其合金 五. 金属材料在工程上的应用 第三节 常用金属材料及其应用 一. 碳钢 　二. 合金钢 　　三. 铸铁 　　　四. 有色金属及其合金 五. 金属材料在工程上的应用 汽车应用材料 第二章

金属材料的分类 铸铁 —— 白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、易切削钢、铸钢 钢铁 非合金钢 —— （碳钢） 低合金结构钢、渗碳钢、调质钢、滚动轴承钢、弹簧钢、超高强度钢 合金 结构钢 钢 金属 合金钢 合金 工具钢 量具刃具钢 合金模具钢高速钢 冷作模具钢 热作模具钢 特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢 非铁金属—— 铜、铝、钛、锌、…，轴承合金，硬质合金 汽车应用材料 第二章

一. 碳钢 (一)　碳钢的成分和分类 (二)　碳钢的牌号及用途 汽车应用材料 第二章

(一) 碳钢的成分和分类 １.成分 —— w(C) ≤2.11% Mn →脱氧,固溶强化 ,提高强度和硬度 w(Mn) =0.25 % ~0.8% Si →脱氧,固溶强化 ,提高强度和硬度 镇静钢w(Si) =0.1 % ~0.4% 沸腾钢w(Si) =0.03 % ~0.07% 　　S → 热脆(有害) 　　P → 冷脆 (有害) 　　O、N、H → 强度、塑性、韧性↓ 汽车应用材料 第二章

钢中元素的作用 基本元素：Fe、C 合金元素：为改善钢的性能而有意加入 杂质元素：无法去除的有害元素 残留元素：为去除杂质元素而加入的元素 非合金钢中的常存元素 冷脆性——有害 矿石中 P 热脆性——有害 S 溶入F→ 固溶强化——有益 炼钢时残留 Mn Si 作用 来源 汽车应用材料 第二章

２.分类 1）按C含量分 低C钢 w(C) ≤ 0.25% 中C钢 0.25% ＜w(C) ≤ 0.6% 高C钢 w(C) ＞ 0.6% 　2）按质量分（S、P含量）—— 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。 　3）按用途分 —— 碳素结构钢、碳素工具钢。 汽车应用材料 第二章

(二) 碳钢的牌号及用途 1．碳素结构钢 　2．优质碳素结构钢 　　3．碳素工具钢 汽车应用材料 第二章

1．碳素结构钢 汽车应用材料 第二章 牌号 —— 如 Q215B，表示 s ≥ 215 MPa（厚度 ≤ 16mm），B级质量。 表2-14 碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988) 牌号 等级 化学成分 脱氧方法 w(C) % w( Mn) w( Si) w(S ) w( P) 不大于 Q195 － 0.06-0.12 0.25-0.50 0.30 0.050 0.045 F,b,Z Q215 A / B 0.09-0.15 0.25-0.55 0.050 / 0.045  Q235   A 0.14-0.22 0.30-0.65 B 0.12-0.20 0.30-0.70 C 0.18 0.35-0.80 0.040 Z D 0.17 0.035 TZ Q255 0.18-0.28 0.40-0.70 Q275 0.28-0.38 0.50-0.80 0.35 GB/T700-1988 标准 GB700-79 标准 化学成分和力学性能均须保证 A 类钢 —— 保证力学性能， B 类钢 —— 保证化学成分， C 类钢 —— 保证化学成分及力学性能。 Q195 A1；B1 Q215 A2；C2 Q235 A3；C3 Q255 A4；C4 Q275 C5 碳素结构钢 新、老标准钢号对照 表2-15 碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988) 牌 号 等 级 拉 伸 试 验 冲击试验 屈服点s ，MPa 抗拉 强度 b / MPa 伸长率 s , % 温度 ℃ V型冲击功 (纵向) J 钢材厚度(直径)，mm 钢材厚度(直径), mm  16 >40 ~60 >100 ~150 > 150 不小于 Q195 － 195 315-390 33 Q215 A/B 215 175 165 335-410 31 29 27 26 －/20 －/27 Q235 C/D 235 185 375-460 24 22 21 0/-20 Q255 255 205 410-510 20 19 Q275 275 225 490-610 18 15 汽车应用材料 第二章 最新牌号GB/T221--2000

用途 热处理： 热轧空冷 组织：S＋F 汽车应用材料 第二章 钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 多边型角钢 钢筋、螺纹钢 建筑构件 　　钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。 多边型角钢 钢筋、螺纹钢 建筑构件 钢桥梁 螺钉、铆钉 热处理： 热轧空冷 组织：S＋F 汽车应用材料 第二章

2．优质碳素结构钢 表2-15 优质碳素钢的化学成分和性能 汽车应用材料 第二章 　牌号 —— 如 45 钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。 表2-15 优质碳素钢的化学成分和性能 钢号 化学成分，% s ，MPa ≥ C Mn Si S P 08F 10 20 35 40 45 50 60 65 0.05-0.11 0.07-0.13 0.17-0.23 0.32-0.39 0.37-0.44 0.42-0.50 0.47-0.55 0.57-0.65 0.62-0.70 0.25-0.50 0.35-0.65 0.50-0.80 0.03 0.17-0.37 <0.035 175 205 245 315 335 355 375 400 420 (摘自GB/T699-1999) 汽车应用材料 第二章

用途 　　较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。 热处理： 　　渗碳、淬火、回火等。 汽车应用材料 第二章

上海桑塔纳发动机曲轴就是采用优质50号中碳素钢锻制而成，先正火后半精加工，最后经中频淬火后再精加工 汽车曲轴 汽车应用材料 第二章

常用钢号及其应用 08 、 10钢:强度低,塑性好,具有良好的冲压、拉深及焊接性能,用于制造冷冲压件,如汽车和拖拉机油箱、仪表板、汽缸盖衬垫、连杆轴瓦的钢背、曲轴止推片等. 15 、20钢:渗碳,表硬内韧,作凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等 30~55钢:调质,综合机械性能好,制齿轮连杆轴类等 60~70钢,淬火,中回,制造弹性元件,如汽车气门弹簧. 汽车应用材料 第二章

3．碳素工具钢 A表示高级优质，w(S)  0.020 % ，w(P)  0.030 % 。 　牌号 —— 如 T12A 钢，含C量为 12 / 1000 = 1.2 % ， A表示高级优质，w(S)  0.020 % ，w(P)  0.030 % 。 钢号 C, % Mn, % Si, % S, %  P, % 退火后 HBS,  水冷淬火 温度，℃ T7 T8 T8Mn T9 T10Mn T10 T12 T13 0.65-0.74 0.75-0.84 0.80-0.90 0.85-0.94 0.95-1.04 1.15-1.24 1.25-1.35 0.40 0.40-0.60 0.35 0.35 0.35 0.35 0.030 0.035 187 192 19 207 217 800-820 780-800 760-780 表2-16　碳素工具钢的化学成分和性能（淬火后HRC≥62) (摘自GB/T1298-1986) 汽车应用材料 第二章

用途 　　冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。 热处理：淬火 + 低温回火 组织：回火M＋ 粒状Fe3C + A' 螺纹量规 汽车应用材料 第二章

4.铸钢 W(c)=0.15~0.6% 应用:结构复杂零件,如曲轴、箱体轴承座. 牌号:如ZG340-640 汽车应用材料 第二章

二. 合金钢 (一)　概论 　(二)　合金结构钢 　　(三)　合金工具钢 　　　 (四)　特殊性能钢 汽车应用材料 第二章

二. 合金钢 碳钢：价格低，但是，力学性能低，淬透性低，回火抗力差，耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。 合金钢 ：在碳钢中加入某些合金元素,改善组织与性能.(硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝、锆) 汽车应用材料 第二章

常见的合金元素及作用 Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe Co Ni Cu Si Al 弱碳化物形成元素 非碳化物形成元素 强碳化物形成元素 与C的亲和力：强 弱 合金元素对基本相的影响： 非碳化物形成元素 溶入F 固溶强化 形成合金渗碳体 较硬，耐磨，比Fe3C更稳定 弱碳化物形成元素 形成特殊碳化物 高熔点，硬，耐磨，最稳定 强碳化物形成元素 汽车应用材料 第二章

（一）合金元素在钢中的作用 1．合金元素可以提高钢的力学性能 2. 合金元素对钢的热处理产生影响 3．合金元素对钢的工艺性能产生影响 2. 合金元素对钢的热处理产生影响 3．合金元素对钢的工艺性能产生影响 汽车应用材料 第二章

1．合金元素可以提高钢的力学性能 合金钢的强化机制： 合金F 的固溶强化 M位错强化 细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓） 　　第二相（沉淀）强化 汽车应用材料 第二章

2.合金元素对钢的热处理产生影响 合金元素对淬火、回火状态下钢的强化作用最显著。合金元素除CO外都能使C曲线右移，提高奥氏体的稳定，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，降低淬火应力，减少了工件的变形和开裂。 汽车应用材料 第二章

3．合金元素对钢的工艺性能产生影响 合金元素的加入使钢的铸造、锻造性能、焊接、切削加工性能都不同程度的降低；但可以明显的改善热处理的工艺性能。 汽车应用材料 第二章

（二）合金钢的分类及编号 １. 合金钢的分类（按用途分类） 合金结构钢 —— 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、 弹簧钢 、轴承钢等。 １.　合金钢的分类（按用途分类） 　　合金结构钢 —— 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、 弹簧钢 、轴承钢等。 　　合金工具钢 —— 刃具 、模具、量具钢。 　　特殊性能钢 —— 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。 汽车应用材料 第二章

（二）合金钢的分类及编号 ２.　合金钢的编号 　　 结构钢 —— 如 60Si2Mn ，w(C)=0.6% ， w(Si)=2% ，w(Mn)＜1.5% 　　 工具钢、特殊性能钢 —— 如 9SiCr ，w(C)=0.9% ，w(Si)、w(Cr) 均＜1.5% , 而 CrWMn 中，w(C)＞1.0% 　　 专用钢 —— 如，滚动轴承钢 GCr15， w(C)=1.0% ， w(Cr)=1.5% 　　 高级优质钢 —— 如，20Cr2Ni4A 汽车应用材料 第二章

(三) 合金结构钢 1．低合金结构钢 　2．渗碳钢 　　3．调质钢 　　　4．弹簧钢 　　　　5．滚动轴承钢 汽车应用材料 第二章

1．低合金结构钢 汽车应用材料 第二章 成分 —— w(C)＜0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。 性能 —— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。 钢号 旧钢号 主 要 化 学 成 分，% 机械性能 C Mn Si， s ，MPa b ，MPa 5 ，% Q295 09MnNb 12Mn 0.16 0.80 ~1.50 0.55 295 570 23 Q345 16Mn 16MnRe 0.18 ~0.20 1.00 ~1.60 345 630 21~22 Q390 16MnNb 15MnTi 0.20 390 650 19~20 Q420 14MnVTiRe 15MnVN 1.00 ~1.70 420 680 18~19 Q460 14MnMoV 18MnMoNb 460 720 17 常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV ≥34J） (摘自GB/T1591-1994) 汽车应用材料 第二章

普通低合金结构钢牌号 Q 345 C 质量等级 屈服强度 345 MPa 汽车应用材料 第二章

常用低合金钢 1.低合金高强度结构钢 2.易切削结构钢.(S,P,Mn) 3.低合金高耐候性钢 汽车应用材料 第二章

热处理、组织 —— 热轧空冷，S＋F 应用 车辆 桥梁 船舶 高压容器 汽车应用材料 第二章

典型普低合金钢应用 Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。 Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。 汽车应用材料 第二章

性能 —— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。 2．渗碳钢 成分 —— w(C)=0.1～0.25%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。 Cr、Ni、Mo、W、Mn、Si和B提高淬透性， Ti细化晶粒 性能 —— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。 汽车应用材料 第二章

渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃） 2．渗碳钢 渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃）　 主 要 化 学 成 分, % 预备处理／ 淬火, ℃ C Mn Cr，Ni 0.17~0.24 0.50~0.80 1.30~1.60 0.70~1.00  　   880／ 800 水, 油 880水, 油 0.17~0.23 0.90~1.20 0.80~1.10 1.00~1.30 850 油 880 ／ 870 油 钢号 20Cr 　20MnV 20CrMn 20CrMnTi 淬 透 性 低 中 高 18Cr2Ni4WA 20Cr2Ni4A 0.13~0.19 W0.8~1.2 0.30~0.60 1.35~1.65 4.0~4.5 1.25~1.65 3.25~3.75 950 ／ 850 空 880／ 780 油 机械性能　 b MPa s 835 785 540 590 930 1080 735 1180 aKU2 J 47 55 78 63 汽车应用材料 第二章

组织 —— 表层：回火M +碳化物+ A′；心部：低C的回火M（+T + F） 热处理 　　渗碳 → 淬火 → 低温回火 组织 —— 表层：回火M +碳化物+ A′；心部：低C的回火M（+T + F） 应用 —— 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。 汽车应用材料 第二章

合金渗碳钢的牌号 20 Mn2 Ti A 等级:高级优质 含钛量WTi≤1.5 % 含锰量WMn 2 % 含碳量WC 20 %00 汽车应用材料 第二章

低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量＜3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。 典型合金渗碳钢应用 活塞销( 20Cr ) 低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量＜3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。 柴油机凸轮轴 中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。 汽车应用材料 第二章

20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线 汽车应用材料 第二章

典型合金渗碳钢应用 高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 %～ 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴 汽车应用材料 第二章

现有φ35x20mm的两根轴。一根为20钢，经920℃渗碳后直接淬火(水冷)及180℃回火，表层硬度为58 ～ 62HRC；另一根为20CrMnTi钢，经920℃渗碳后直接淬火(油冷)，-80℃冷处理及180℃回火后表层硬度为60 ～ 64HRC。问这两根轴的表层和心部的组织(包括晶粒粗细)与性能有何区别?为什么? 汽车应用材料 第二章

表面强度、硬度更高，心部不仅强、硬度较高，同时韧性好。 钢种 表面组织 心部组织 晶粒大小 性能 20钢 回火马氏体＋渗碳体 F+P 较细小 外硬内韧 20CrMnTi 回火马氏体＋合金碳化物 F+P（细）＋低碳回火马氏体 更细小 表面强度、硬度更高，心部不仅强、硬度较高，同时韧性好。 汽车应用材料 第二章

3．调质钢 成分 —— w(C)=0.25～0.50%，合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。 Mn、Cr、Ni、B、 Si用来提高淬透性，Mo、W可抑制第二类回火脆性，Ti、V细化晶粒 性能 —— 综合机械性能高 汽车应用材料 第二章

3．调质钢 汽车应用材料 第二章 调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999） 淬 透 性 钢号 主 要 成 分, % 淬火 ℃ 回火 ℃ 主 要 成 分, % 淬火 ℃ 回火 ℃ C Mn Si Cr 低 45 0.42~ 0.50 0.50~ 0.80 0.17~ 0.37 830~ 840水 580~ 640空 40Cr 0.37~ 0.45 Cr 0.8 ~1.10 850油 500 水，油 中 高 35CrMo 0.32~ 0.40 0.40~ 0.70 550 水，油 38CrMoAlA 0.35~ 0.42 Al 0.7 ~1.1 Cr 1.35 ~1.65 940 水，油 640 水，油 40CrMnMo 0.90~ 1.20 Cr 0.9 ~1.20 600 水，油 机械性能  b MPa s aKU2 J 600 355 39 40MnB 0.37~ 0.44 1.10~ 1.40 0.20~ 0.40 980 785 47 835 63 71 汽车应用材料 第二章

热处理 组织 —— 表层：回火S 应用: 轴类、连杆、齿轮 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 　　调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。 组织 —— 表层：回火S 应用: 轴类、连杆、齿轮 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。 40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。 汽车应用材料 第二章

应用: 圆锥齿轮 汽车曲轴 汽车应用材料 第二章

4．弹簧钢 成分 —— w(C)=0.45～0.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。 性能 ——σe 、σs、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。 汽车应用材料 第二章

4．弹簧钢 汽车应用材料 第二章 （摘自GB/T1222－1985） 钢号 主 要 成 分, % 淬火 油 ℃ 回火 ℃ 机械性能  C 主 要 成 分, % 淬火 油 ℃ 回火 ℃ 机械性能  C Mn Si, Cr b MPa s 10 % ak kJ/m2 65 0.62~ 0.70 0.50~ 0.80 0.17~ 0.37 840 油 500 1000 800 9 450 85 0.82~ 0.90 820 油 480 1150 6 600 65Mn 0.90~ 1.20 830 油 540 8 60Si2Mn 0.56~ 0.64 0.60~ 0.90 1.50~ 2.00 870 油 1300 1200 5 50CrVA 0.46~ 0.54 Cr 0.8 ~1.10 850 油 5 9 汽车应用材料 第二章

热处理 冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 → 冷成型 → 去应力 → 喷丸 组织 —— 回火T 应用 　　热轧弹簧：热成型 → 淬火 + 中温回火 → 喷丸 　　冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 → 冷成型 → 去应力 → 喷丸 组织 ——　回火T 应用 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。 汽车板簧 火车螺旋弹簧 汽车应用材料 第二章

汽车板簧 大型热卷弹簧 热卷大弹簧 弹簧丝 汽车应用材料 第二章

5．滚动轴承钢 滚动轴承在交变应力作用下工作，各部分之间有强烈摩擦，还受到润滑剂的化学浸蚀。因此，滚动轴承钢必须具有高的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和抗蚀性。 汽车应用材料 第二章

5．滚动轴承钢 汽车应用材料 第二章 成分 —— w(C)=0.95～1.10%，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。 性能 —— 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。 钢号 主要化学成分，w / % 热处理规范及性能 C Cr Si Mn 淬火℃ 回火℃ 回火后 HRC GCr4 0.95~ 1.05 0.35~ 0.0 0.15~ 0.30 800~ 820 150~ 170 62~66 GCr15 1.40~ 1.65 0.35 0.25~ 0.45 820~ 840 160 GCr15SiMn 0.45~ 0.75 1.25 170~ 200 >62 GMnMoVRE 0.40 1.10~ 1.40 770~ 810 1705 62 GSiMoMnV 1.10 0.65 0.75~ 780~ 175~ （摘自GB/T18254－2002） 汽车应用材料 第二章

G Cr9 Si Mn 含Mn量WMn≤1.5 % 含Si量WSi≤1.5 % 含Cr量WCr ≈ 0.9 % 滚动轴承钢 滚动轴承钢的牌号 汽车应用材料 第二章

冷处理，时效（120～140℃,10～20h）：稳定尺寸，去应力。 组织 —— 回火M ＋细碳化物＋少量A' 热处理 　　球化退火 + 淬火 + 低温回火 　　冷处理，时效（120～140℃,10～20h）：稳定尺寸，去应力。 组织 —— 回火M ＋细碳化物＋少量A' 应用 GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。 汽车应用材料 第二章

铬轴承钢制造轴承的工艺路线 锻造 球化退火 机加工 淬火 + 冷处理 ( – 60 ～ – 80℃;1h ) 低温回火 磨削加工 稳定 锻造 球化退火 机加工 淬火 + 冷处理 ( – 60 ～ – 80℃;1h ) 低温回火 磨削加工 稳定 化处理 ( 120 ～ 130℃；5 ～ 10h ) 汽车应用材料 第二章

合金工具钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。因而可以制造刃具、模具、量具和其它工具。 (四) 合金工具钢 合金工具钢具有更高硬度、耐磨性，更好的淬透性、热硬性和回火稳定性等。因而可以制造刃具、模具、量具和其它工具。 汽车应用材料 第二章

刃 具 量 具 模 具 汽车应用材料 第二章

(四)合金工具钢 1．合金刃具钢 　2．合金模具钢 　　3．量具用钢 汽车应用材料 第二章

1．合金刃具钢 （１）性能要求 高硬度 —— 机加工刀具HRC＞60 高耐磨性 —— 刀具寿命和生产率↑ 组织要求—— 硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。 高的热硬性（红硬性）—— 高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。 足够的韧性 —— 以承受冲击载荷 汽车应用材料 第二章

（２）低合金刃具钢 成分 —— w(C) = 0.9 ~ 1.5 % ，合金元素＜5 % 。 性能 —— HRC＞60，使用温度200 ~ 300 ℃ 。 钢号 主要化学成分，w / % 热处理及性能 C Mn Si Cr 淬火℃ 回火℃ 回火后HRC 9SiCr 0.85~ 0.95 0.30~ 0.60 1.20~ 1.60 0.95~ 1.25 860~ 880油 180~ 200 60~62 CrWMn 0.90~ 1.05 0.80~ 1.10 W1.2~ 1.20 820~ 840油 140~ 160 62~65 （摘自GB/T1299－2000） 汽车应用材料 第二章

热处理 —— 球化退火（+ 机加工）+ 淬火 + 低温回火 热处理 —— 球化退火（+ 机加工）+ 淬火 + 低温回火 最终组织 —— 回火M + 合金碳化物 + 少量A ' 应用 —— 如9SiCr ，做板牙、丝锥等。 板牙 丝锥 汽车应用材料 第二章

（３）高速钢 成分 —— w(C) = 0.7 ~ 1.2 % ，合金元素＞10 % 。 性能 高硬度、耐磨性 —— VC等弥散硬化 高热硬性 —— 600 ℃时HRC≈62 ，W2C等提高热硬性。 高淬透性 —— 尺寸不大时可空冷淬火，Cr 等元素提高淬透性。 钢号 主要化学成分，w，% 热处理及性能 C W V Cr Mo 淬火℃ 回火℃ 回火后 HRC W18Cr4V 0.70~ 0.80 17.5~ 19.0 1.00~ 1.40 3.80~ 4.40 1270~ 1285 油 550~570 三次 ≥63 W6Mo5Cr4V2 0.80~ 0.90 5.50~ 6.75 1.75~ 2.20 4.75~ 5.50 1210~ 1230 油 540~560 三次 汽车应用材料 第二章

热处理 锻造目的 —— 成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。 汽车应用材料 第二章 　（锻造 +）球化退火（+ 机加工） → 淬火+回火 　　　锻造目的 —— 成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。 汽车应用材料 第二章

淬火，1280 ℃ —— 增加A、M中合金含量，提高热硬性。 回火，560 ℃，三次 —— W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除A ' 。 淬火组织（左图）：M + 碳化物 + A ' 最终组织（右图）：回火M + 粒状碳化物 + 少量 A ' 应用 —— 高速车刀、钻头、铣刀等。 汽车应用材料 第二章

2．合金模具钢 （１）冷模具钢 —— 冷冲、冷镦、冷挤压模等。 性能 —— 高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。 应用 　　小型模具 —— 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等。 　　大型模具 —— Cr12、Cr12MoV 等，热处理变形小。 最终热处理 —— 淬火 + 低温回火 最终组织 —— 回火M + 碳化物 + 少量 A ' 汽车应用材料 第二章

（２）热模具钢 —— 热锻、热挤压、压铸模等。 性能 —— 耐热性、热疲劳抗力高。 应用 中小型模具 —— 5CrMnMo 等。 大型模具 —— 3Cr2W8V等，淬透性好。 最终热处理 —— 淬火 + 高温回火 最终组织 —— 回火T 或 回火S 汽车应用材料 第二章

3．量具用钢—— 卡尺、千分尺、塞规等 性能 ——高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。 应用: 简单量具 —— T10A、T12A 等。 高精度量具 —— GCr15、CrWMn 等。 最终热处理 —— 淬火 +（ -70～-80℃ ）冷处理 + 低温回火 + 时效处理 　时效处理：120～130℃，保温几～几十小时，使M、 A ' 稳定，消除内应力。 最终组织 —— 回火M + 碳化物 + 少量A ' 汽车应用材料 第二章

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(五)　特殊性能钢 1．不锈钢 　2．耐热钢 　　3．耐磨钢 汽车应用材料 第二章

1. 不锈钢 钢的抗腐蚀措施 形成单相组织。 加入Cr，降低两相的电极电位差。 加入Cr 、Al等，生成致密的表面氧化膜 。 常用不锈钢 1. 不锈钢 钢的抗腐蚀措施 　　形成单相组织。 　　加入Cr，降低两相的电极电位差。 　　加入Cr 、Al等，生成致密的表面氧化膜 。 常用不锈钢 　　F 型 —— 如 1Cr17，化工设备、食品工业。 　　M 型 —— 如 1Cr13 用于汽轮机叶片；3Cr13 做手术器具及刀具。 　　A 型 —— 如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、医疗行业。 汽车应用材料 第二章

不锈钢的成分、热处理、性能 汽车应用材料 第二章 钢号 主 要 化 学 成 分, % 淬火 ℃ 回火 ℃ C Cr Ni Ti 类 别 主 要 化 学 成 分, % 淬火 ℃ 回火 ℃ C Cr Ni Ti 类 别 机械性能　 b MPa s 5 % HRC HB 1Cr13  0.15 12~ 14 950~ 1000水,油 700~ 750 4Cr13 0.36~ 0.45 1050~ 1100 油 200~ 300 M型 540 345 680 400 25 4 159 50 1Cr17  0.12 16~ 18 780~ 850 正火 0Cr18Ni9  0.07 17~ 19 8~ 12 1010~ 1150 水 F型 A型 A-F型 450 205 520 22 40 183 187 1Cr18Ni9Ti 9~ 12 0.5 ~0.8 920~ 1150 水 1Cr21Ni5Ti 0.09~ 0.14 20~ 22 4.8~ 5.8 0.35 ~0.8 950~ 1100水,空 600 350 20 汽车应用材料 第二章

２. 耐热钢 抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力 热强性：热强性是指钢在高温下的强度 用途：锅炉、燃气轮机等,燃烧室\排气系. ２. 耐热钢 抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力 热强性：热强性是指钢在高温下的强度 用途：锅炉、燃气轮机等,燃烧室\排气系. 类 别 钢号 主 要 化 学 成 分, % 淬火 ℃ 回火 ℃ C Cr Ni Ti M型 1Cr13  0.15 12~ 14 950~ 1000油 700~ 750 1Cr11MoV 0.11~ 0.18 10~ 11.5 Mo 0.5 ~0.7 1050~ 1100空 720~ 740 A型 1Cr18Ni9Ti  0.12 17~ 19 8~ 11 0.5 ~0.8 920~ 1150 水 机械性能　 b MPa s 540 345 490 685 520 205 5 % 20 40 HB 159 187 汽车应用材料 第二章

耐 热 钢 的 用 途 发动机叶片 航空发动机 汽轮机叶片 汽车阀门 汽车应用材料 第二章

３. 耐磨钢 ZGMn13 热处理：1000℃～1100℃，保温，水冷→A，硬度低，韧性高。 用途：履带、铁道岔道、挖掘机、拖拉机、坦克的履带板等 代表牌号Mn13 汽车应用材料 第二章

耐 磨 钢 的 用 途 球磨机 挖掘机 颚式破碎机 汽车应用材料 第二章

三、铸铁 1.铸铁的性能特点 2.常用铸铁 汽车应用材料 第二章

(一)铸铁的性能特点 石墨的形态(形状\数目\大小\ 及分布)决定铸铁组织与性能 汽车应用材料 第二章 成分 —— w(C) = 2.5~4.0 % ， w(Si) = 1.0~3.0 % . 组织 —— 钢基体 + 石墨（C） 石墨的形态(形状\数目\大小\ 及分布)决定铸铁组织与性能 （１）铸铁的石墨化 C 的同素异构体： 　石墨G（简单六方晶格） 汽车应用材料 第二章

石墨化过程 —— 按Fe-G 相图结晶、转变 G结晶：过共晶成分 L → L + GI 　　　　共晶转变 L4.26 →A2.08+G（共晶） (1154℃) G析出： A→A+GII (1154～738 ℃) 共析转变 A0.68→F + G（共析）( 738℃) 影响石墨化的因素: 化学成分 　C、Si 促进石墨化 冷却速度 　冷速慢有利石墨化 汽车应用材料 第二章

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（２）铸铁的组织和分类 汽车应用材料 第二章 名 称 石 墨 化 程 度 显微组织 灰口铸铁 按 Fe-G 相图结晶、转变 F + G 较高 名 称 石 墨 化 程 度 显微组织 灰口铸铁 按 Fe-G 相图结晶、转变 F + G 较高 F + P + G 中等 P + G 麻口铸铁 较低 Le' + P + G 白口铸铁 按 Fe-Fe3C 相图结晶、转变 Le' + P + Fe3C 汽车应用材料 第二章

（２）铸铁的组织和分类 灰口铸铁的组织 —— 钢基体 + G 汽车应用材料 第二章

（３）铸铁的性能 汽车应用材料 第二章 力学性能 强度、塑韧性比钢低。 G的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，并引起应力集中。 　　强度、塑韧性比钢低。 G的强度、韧性极低，减小钢基体的有效截面，并引起应力集中。 　　耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。 三种石墨形态 汽车应用材料 第二章

其它性能 汽车应用材料 第二章 缺口敏感性低 —— 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显 消震性好（是钢的十倍）—— G 组织松软 　　缺口敏感性低 —— 表面粗糙对疲劳极限的影响不明显 　　消震性好（是钢的十倍）—— G 组织松软 　　铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。 　　切削加工性好 —— G 使切屑易断，还可润滑刀具。 汽车应用材料 第二章

应用 —— 如，机床床身、发动机缸体、齿轮、曲轴。 汽车应用材料 第二章

(二)常用铸铁 灰铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁 合金铸铁 汽车应用材料 第二章

1.灰铸铁 汽车应用材料 第二章 F基体+ 片状G 牌号 —— 如HT100，表示 b≥100MPa（直径＝30mm）。 F+P基体+ 片状G ×500 F基体+ 片状G P基体+ 片状G 牌号 —— 如HT100，表示 b≥100MPa（直径＝30mm）。 组织 —— 钢基体（F 、F + P 、P） + 片状G 性能 —— 与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好。 孕育铸铁 —— 浇注前在铁水中加 Si-Fe，Si-Ca等孕育剂, 　　　　　使P细化、G细而均匀，强度、塑韧性明显提高。 分类 牌号 显微组织 基体 粗片 普通灰铸铁 HT100 F +少量P HT150 F + P 较粗片 HT200 P 中等片 孕育铸铁 HT250 细 P 较细片 HT300 S 或 T 细片 HT350 HT400 汽车应用材料 第二章

热处理: 水泵 发动机飞轮 叶轮 汽车应用材料 第二章 去应力退火 —— 500~550℃，防止机加工、使用时变形或开裂。 　去应力退火 —— 500~550℃，防止机加工、使用时变形或开裂。 　高温退火 —— 850~900℃, 表面、薄壁等白口处Cm→G, 硬度↓, 切削加工性↑ 　表面淬火 —— 提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。 应用 —— 如，机床床身、导轨，汽缸体。 水泵 　 叶轮　 发动机飞轮 汽车应用材料 第二章

如：HT200适用于汽车的气缸体、气缸盖、刹车轮等。 HT300、HT350等适用于大型发动机的气缸体、气缸盖、气缸套、油缸、泵体、阀体等。 汽车应用材料 第二章

衬垫 气缸盖罩 气缸盖 安装火花塞 气缸垫

（２）球墨铸铁 —— 在铁水浇注前加球化剂（稀土Mg）使G球化 牌号 —— 如 QT700-2 ，表示 b≥700， ≥2％ 。 F+P基体    ×500 F基体   ×100 组织 —— 钢基体（F 、F + P 、P、 回火S、下B ) + 球状G 性能 —— 强度、塑韧性明显优于灰铸铁。（ 球状G 对基体的割裂作用小） 汽车应用材料 第二章

汽车应用材料 第二章 （２）球墨铸铁 牌号 基体 机械性能  b MPa 0.2 5 % ak kJ/m2 F 400 250 17 （２）球墨铸铁　 牌号 基体 机械性能　  b MPa 0.2 5 % ak kJ/m2 HB QT400-17 F 400 250 17 600 179 QT420-10 420 270 10 300 207 QT500-5 F+P 500 350 5 － 147-241 QT600-2 P 2 229-302 QT700-2 700 490 QT800-2 800 560 241-321 QT1200-1 下B 1200 840 1 38HRC 汽车应用材料 第二章

热处理 汽车应用材料 第二章 退火 —— 去应力退火，500 ～600℃。 　退火 —— 去应力退火，500 ～600℃。 　　　　　低温退火，720~760℃， P→G + F ，塑韧性、切削加工性↑ 　　　　　高温退火，900~950℃， P, Cm→G + F ，塑韧性、切削加工性↑ 　正火 —— P% ↑ ，细化组织，强度、耐磨性↑ 　　　　　低温正火，840~860℃， → P + F + G ，塑韧性较好。 　　　　　高温正火，880~920℃， → P + G + 少量F ，强度较高。 不完全A化正火 完全A化正火 　调质 —— 850~900℃油淬 + 550~600℃回火→回火S + G 　等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃等温→下B+G 　　　调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。 汽车应用材料 第二章

应用 　　替代部分铸钢、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。 连杆 管道接口 汽车应用材料 第二章

桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组

（３）蠕墨铸铁 —— 在铁水浇注前加蠕化剂而得 （３）蠕墨铸铁　——　在铁水浇注前加蠕化剂而得 牌号 —— 如 RuT420 ，表示 b≥420 。 组织 —— 钢基体+ 蠕虫状G 性能 —— 强度、塑韧性优于灰铸铁。 应用 —— 高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。 牌号 b MPa 0.2  % 硬度 HB 基体 不 小 于 RuT420 420 335 0.75 200~280 P RuT380 380 300 193~274 RuT340 340 270 1.0 170~249 P+F RuT300 240 1.5 140~217 F+P RuT260 260 195 3 121~197 F 进气管 排气管 汽车应用材料 第二章

（３）蠕墨铸铁 —— 在铁水浇注前加蠕化剂而得 （３）蠕墨铸铁　——　在铁水浇注前加蠕化剂而得 牌号 —— 如 RuT420 ，表示 b≥420 。 组织 —— 钢基体+ 蠕虫状G 进气管 排气管 性能 —— 强度、塑韧性优于灰铸铁。 应用 —— 高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。 汽车应用材料 第二章

（４）可锻铸铁 —— 白口铸铁 经长时间石墨化退火（900－960℃）而得 （４）可锻铸铁 —— 白口铸铁 经长时间石墨化退火（900－960℃）而得 F+P基 ×500 F基 ×100 牌号 —— 如 KT300-6 ，表示 b≥300 ， ≥6％ 。 组织 —— 钢基体 + 团絮状G 性能 —— 强度、塑韧性优于HT，低于QT。 汽车应用材料 第二章

（４）可锻铸铁 汽车应用材料 第二章 * 试棒直径16mm 分类 牌 号 壁厚 mm b MPa  % 硬度 HB F基体 牌 号 壁厚 mm b MPa  % 硬度 HB F基体 KT300-6 >12 300 6 120~163 KT330-8 330 8 KT350-10 350 10 KT370-12 370 12 P基体 KT450-5 450 5 152~219 KTZ500-4 500 4 179~241 KTZ600-3 600 3 201~269 KTZ700-2 700 2 240~270 * 试棒直径16mm 汽车应用材料 第二章

应用 —— 管接头、低压阀门、汽车、拖拉机薄壳零件等。 汽车应用材料 第二章

（５）合金铸铁 耐磨铸铁: 应用 ——汽车气缸套筒、排气门座圈、活塞环等零件。 汽车应用材料 第二章 在铸铁中加入P、Cu、Ti、Mn、Mo等合金元素，可大大提高铸铁的耐磨性。 　 减摩铸铁 —— P灰铸铁（F 为软基体，Cm为硬质点，G润滑、储油） 　 抗磨铸铁 —— 白口铸铁表层＋灰口铸铁心部（强度好） 　　　加入合金元素，以提高强度、韧性、耐磨性。 应用 ——汽车气缸套筒、排气门座圈、活塞环等零件。 汽车应用材料 第二章

活塞连杆组 气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖

(6)耐热铸铁 ： 在铸铁中加入硅、铝、铬等元素，使铸铁表层形成一层致密的保护膜（如Al2O3、SiO2、Cr2O3），具高温抗氧化性。 应用 ——汽车发动机排气门。 汽车应用材料 第二章

小结 重点要求 1. 合金钢的编号方法，会辩认各种钢号； 2. 合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。 ３. 工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织； 4.灰铸铁 和 球墨铸铁 的成分，组织，性能特点，牌号及用途 一般要求 １. 特殊性能钢； ２. 时效处理、热硬性等概念。 汽车应用材料 第二章

The End 汽车应用材料 第二章