模块四 工程材料 金属材料的力学性能 1 铁碳合金 2 钢的热处理 3 合金钢 4 5 有色金属 6 其他材料.

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1 模块四 工程材料 金属材料的力学性能 1 铁碳合金 2 钢的热处理 3 合金钢 4 5 有色金属 6 其他材料

2 一.定义 : 二.指标 : 1.1 金属材料的力学性能 力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。
1.1 金属材料的力学性能 一.定义 : 力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。 二.指标 : 弹性 、 塑性 、 韧性 、 强度、 硬度和疲劳强度等。

3 1.1 金属材料的力学性能 拉伸试验机 强度 1.拉伸试样： 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0

4 1.1 金属材料的力学性能 2.拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：动画演示 ΔL F 脆性材料拉伸曲线 低碳钢拉伸曲线

5 1.1 金属材料的力学性能 3.曲线分为四阶段：动画演示 纵坐标为应力σ 单位 MPa(MN/mm )， 横坐标为应变ε
1.1 金属材料的力学性能 纵坐标为应力σ 单位 MPa(MN/mm )， 横坐标为应变ε 其中：σ=F/S   表示材料抵抗变形和断裂的能力 　　　ε＝（L1-L0）/L0 3.曲线分为四阶段：动画演示 1）阶段I（ope）――弹性变形阶段 2）阶段II（ess’）段――屈服变形 3）阶段III（s’b）段――均匀塑性变形阶段 4）阶段IV(bK) 段――局部集中塑性变形－－颈缩 铸铁、陶瓷：只有第I阶段 中、高碳钢：没有第II阶段

6 1.1 金属材料的力学性能 4.强度 强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗塑形变形和断裂的能力。 （1）弹性极限 σe=Fe/Ao
1.1 金属材料的力学性能 4.强度 强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗塑形变形和断裂的能力。 （1）弹性极限 σe=Fe/Ao      弹性极限： 不产永久变形的最大抗力。 （2）屈服强度s： σs=Fs/Ao 材料发生微量塑性变形时的应力值。即在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。 条件屈服强度σ0.2：高碳钢等无屈服点，国家标准规定以残余变形量为0.2%时的应力值作为它的条件屈服强度，以σ0.2来表示。 （3）抗拉强度b： σb=Fb/Ao 材料断裂前所承受的最大应力值。

7 定义：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
1.1 金属材料的力学性能 塑性 定义：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 1.伸长率(延伸率) 拉伸试样的颈缩现象 2.断面收缩率 ψ= 断裂后

8 布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV 1.1 金属材料的力学性能 1.1.3 硬度 常用测量硬度的方法
1.1 金属材料的力学性能 硬度 是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。 布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV 常用测量硬度的方法

9 1.1 金属材料的力学性能 1.布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 动画演示 布氏硬度计

10 1.1 金属材料的力学性能

11 1.1 金属材料的力学性能 布氏硬度计 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。
1.1 金属材料的力学性能 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 布氏硬度计

12 1.1 金属材料的力学性能 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。
1.1 金属材料的力学性能 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)

13 1.1 金属材料的力学性能 2．洛氏硬度 动画演示 定义： HR=k-(h1-h0)/0.002常用标尺有：B、C、A三种
1.1 金属材料的力学性能 2．洛氏硬度 动画演示 定义： HR=k-(h1-h0)/0.002常用标尺有：B、C、A三种 ① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计 洛 氏 硬 度 实 验 原 理 h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计 洛 氏 硬 度 实 验 原 理 洛 氏 硬 度 实 验 计

14 1.1 金属材料的力学性能 3.维氏硬度 动画演示 维 氏 硬 度 试 验 原 理 维 氏 硬 度 试 验 原 理 维 氏 硬 度 计 维
1.1 金属材料的力学性能 3.维氏硬度 动画演示 维 氏 硬 度 试 验 原 理 维 氏 硬 度 试 验 原 理 维 氏 硬 度 计 维 氏 硬 度 计 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点：既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。

15 1.1 金属材料的力学性能 冲击韧性 动画演示 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。 冲击实验原理

16 1.1 金属材料的力学性能 冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图

17 冲击韧性值αk就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。
1.1 金属材料的力学性能 试样冲断时所消耗的冲击功A k为: Ak = m g H – m g h (J) 冲击韧性值αk就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。 ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。 ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。 注意：材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。

18 1.1 金属材料的力学性能 1.1.5 疲劳强度 （80%的断裂由疲劳造成）
1.1 金属材料的力学性能 疲劳强度 （80%的断裂由疲劳造成） 疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。

19 1.1 金属材料的力学性能 疲劳强度σ-1 ：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。
1.1 金属材料的力学性能 疲劳强度σ-1 ：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。 条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。 影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。

20 1.1 金属材料的力学性能 疲劳断口 通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度， 进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。
1.1 金属材料的力学性能 疲劳断口 轴的疲劳断口 疲劳辉纹（扫描电镜照片） 通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度， 进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。

21 1.1 金属材料的力学性能 1943年美国T-2油轮发生断裂

22 1.2 铁碳合金 1.2.1 金属的晶体结构与结晶 1.晶体的基本概念 金属的结构 Si2O的结构
1.2 铁碳合金 金属的晶体结构与结晶 1.晶体的基本概念 （1） 晶体：指原子呈规则、周期性排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。    非晶体：原子呈无规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。 在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 区别：(a)是否具有周期性、对称性 (b)是否长程有序 (c)是否有确定的熔点 (d)是否各向异性 金属的结构 晶态 非晶态 Si2O的结构

23 1.2 铁碳合金 （2） 晶格、晶胞、晶格常数 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（即原子中心）称结点。由结点形成的空间的阵列称空间点阵。 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。 晶胞常数：用来描述晶胞大小与形状的几何参数。

24 1.2 铁碳合金 2.常见金属的晶体结构 （1）体心立方晶格 晶胞是一个立方体，立方体的八个角上和立方体的中心各有一个原子，如右图所示：
1.2 铁碳合金 2.常见金属的晶体结构 （1）体心立方晶格 晶胞是一个立方体，立方体的八个角上和立方体的中心各有一个原子，如右图所示： 属于这类晶格的金属有铬、钒、α—Fe等。

25 1.2 铁碳合金 （2）面心立方晶格 晶胞是一个立方体，立方体的八个角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如右图所示：
1.2 铁碳合金 （2）面心立方晶格 晶胞是一个立方体，立方体的八个角上和立方体的六个面的中心各有一个原子，如右图所示： 属于这类晶格的金属有铝、铜、γ—Fe等。

26 1.2 铁碳合金 （2）密排六方晶格 晶胞是一个正六方柱体，在六方柱体的十二个角上和上、下底面的中心各有一个原子，在上、下底面之间还均匀分布着三个原子，如右图所示： 属于这类晶格的金属有铍、锌、α—钛等。

27 1.2 铁碳合金 3.金属的实际晶体结构 （1）单晶体与多晶体的概念 单晶体：结晶后，每个晶核长成为一个晶体，各向异性。
1.2 铁碳合金 3.金属的实际晶体结构 （1）单晶体与多晶体的概念 单晶体：结晶后，每个晶核长成为一个晶体，各向异性。 多晶体：由许多位向各不相同的单晶体块组成，故宏观上看就显示出各向同性。 （2）晶体中的缺陷 晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分。 1）点缺陷——晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化。 空位 间隙原子 大置换原子 小置换原子

28 1.2 铁碳合金 刃型位错 螺型位错 2）线缺陷(位错）
1.2 铁碳合金 2）线缺陷(位错） 位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。有刃型位错和螺型位错两种类型。 刃型位错 螺型位错

29 1.2 铁碳合金 透射电镜下钛合金中的位错线(黑线) 高分辨率电镜下的刃位错（白点为原子）

30 1.2 铁碳合金 3)面缺陷——分为晶界、亚晶界等 。

31 1.2 铁碳合金 4.纯金属的结晶 动画演示 （1）纯金属的冷却曲线和过冷现象 金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。
1.2 铁碳合金 4.纯金属的结晶 动画演示 （1）纯金属的冷却曲线和过冷现象 纯金属的冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。 曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温T1。 曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。 液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。 理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷 度。T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。

32 1.2 铁碳合金 （2）金属的结晶过程 结晶由晶核的形成和晶核 的长大两个基本过程组成。
1.2 铁碳合金 （2）金属的结晶过程 结晶由晶核的形成和晶核 的长大两个基本过程组成。 晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。 播放

33 1.2 铁碳合金 晶核的长大方式有两种，即平面长大和树枝状长大。
1.2 铁碳合金 晶核的长大方式有两种，即平面长大和树枝状长大。 实际金属的结晶主要以树枝状长大。这是由于晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝间最后被填充。 平面长大

34 1.2 铁碳合金 树枝状结晶 金属的树枝晶 冰的树枝晶

35 1.2 铁碳合金 (3) 晶粒大小与金属力学性能的关系 在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、硬度、塑形和韧性。
1.2 铁碳合金 (3) 晶粒大小与金属力学性能的关系 在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、硬度、塑形和韧性。 生产中，细化晶粒的方法如下： ①增加过冷度 过冷度 Δ T提高，N提高、G提高 过冷度Δ T太高，D降低——N降低、G降低 所以，过冷度 Δ T↑，N↑↑，G↑——N/G增大，细化

36 1.2 铁碳合金 ②变质处理又称孕育处理。 即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而 细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫
1.2 铁碳合金 ②变质处理又称孕育处理。 即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而 细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫 变质剂（或称孕育剂）。 ③振动，搅拌等 对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可 靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可 使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。

37 1.2 铁碳合金 1.2.2 合金的晶体结构 合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素，通过熔化或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。 组元是组成合金的最基本的、独立的单元。组元可以是金属、非金属或化合物（如渗碳体）。 合金的晶体结构大致可归纳为3类，即固溶体、金属化合物和机械混合物。 1.固溶体 合金在固态下溶质原子溶入溶剂，仍保持溶剂晶格。根据固溶体晶格中溶剂与溶质原子的相互位置的不同，可分为置换固溶体（如黄铜）和间隙固溶体(如铁素体和奥氏体)，如图1-3和图1-4所示。动画演示

38 1.2 铁碳合金 固溶强化：当溶质原子溶解在溶剂晶体中时，溶剂的晶格将发生畸变，晶格常数发生变化，如图1-5所示。原子尺寸相差大，化学性质不同，都使畸变增大，结果合金的强度、硬度和电阻增高，塑性，韧性下降。溶入的溶质原子越多，引起的晶格畸变也越大。这种由于溶质原子的溶入，使基体金属（溶剂）的强度、硬度升高的现象就叫固溶强化。

39 1.2 铁碳合金 2.金属化合物 组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质。它的晶体结构与性能，和原两组元都不同，如渗碳体 就是铁和碳组成的晶格复杂的碳化物，一般具有高硬度和高脆性。 3.机械混合物 由两种或两种以上的组元、固溶体或金属化合物按一定重量比例组成的均匀物质称为机械混合物。 混合物中各组成部分仍按自己原来的晶格形式结合成晶体，如铁素体和渗碳体形成珠光体。混合物的性能取决于组成混合物的各部分的性能，及其数量、大小、分布和形态。

40 1.2 铁碳合金 铁碳合金相图 1. 铁的同素异晶转变 金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构转变如下所示。 （体心立方晶格） （面心立方晶格）

41 1.2 铁碳合金 2.铁碳合金基本相 （1）铁素体（F） 碳溶于 中的固溶体，它保持体心立方晶格结构。其显微组织如图1-6，溶解度（0.008%∼0.02%），故性质接近纯铁，强度、硬度低，塑性、韧性好。 （2）奥氏体（A） 碳溶于 中的固溶体，保持面心立方晶格结构。其显微组织如图1-7，溶解度（0.77%∼2.11%），其强度和硬度略高于铁素体，塑性、韧性较好。 （3）渗碳体（Fe3C） 铁和碳组成的金属化合物，复杂斜方晶体结构。含碳量为6.69%，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在一定条件下分解为铁和石墨。

42 1.2 铁碳合金 （4）珠光体P 珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。其显微组织如图1-8，珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。 （5）莱氏体Ld 莱氏体在7270C以上，由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，称为高温莱氏体Ld；在7270C以下，该组织转变为由珠光体与渗碳体组成的机械混合物，称为低温莱氏体Ld’。其显微组织如图1-9，其力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。

43 1.2 铁碳合金 3.铁碳合金相图分析 L 铁碳合金相图的建立过程见图1-10。 L+   +Fe3C  +Fe3C J N ⇄ G
1.2 铁碳合金 3.铁碳合金相图分析 铁碳合金相图的建立过程见图1-10。 ⇄ L J N G   +Fe3C  +Fe3C L+Fe3C L+  + 

44 LC ( AE + Fe3C ) Le AS ( FP + Fe3C ) P 1.共晶转变反应式: 2.共析转变反应式: 1.2 铁碳合金
1.2 铁碳合金 （1）铁碳合金相图分析 五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 1.共晶转变反应式: LC ( AE + Fe3C ) Le 1148℃ 2.共析转变反应式: AS ( FP + Fe3C ) P 727℃

45 1.2 铁碳合金 工业纯铁 含碳量小于0.0218%的铁碳合金 钢 含碳量在0.0218%～2.11%的铁碳合金
1.2 铁碳合金 （2）铁碳合金的分类 工业纯铁 含碳量小于0.0218%的铁碳合金 钢 含碳量在0.0218%～2.11%的铁碳合金 共析钢 含碳量等于0.77% 亚共析钢 含碳量小于0.77% 过共析钢 含碳量位于0.77%～2.11% 白口铸铁 含碳量在2.11%～6.69%的铁碳合金 共晶白口铸铁 含碳量等于4.3% 亚共晶白口铸铁 含碳量位于2.11%~4.3% 过共晶白口铸铁 含碳量位于4.3%～6.69%

46 1.2 铁碳合金 4.典型铁碳合金的结晶过程及其组织 1. 钢的结晶过程
1.2 铁碳合金 4.典型铁碳合金的结晶过程及其组织 图1-11 钢的铁碳合金相图 0.77 2.11 C% 1. 钢的结晶过程 为方便起见，按照铁碳合金的分类，把相图分为钢和白口铁两部分；如图1-11为经过简化的钢的铁碳合金相图。下面分析其结晶过程： 1）共析钢（如图I号合金）的结晶过程 其室温组织为珠光体，为层片状组织，具有较高的强度 =800MPa，硬度HBS=230,塑性较低 =12%。(如图1-12所示)

47 1.2 铁碳合金 图1-11 钢的铁碳合金相图 0.77 2.11 C% 2）亚共析钢（如图II号合金）的结晶过程 其室温组织为铁素体加珠光体，其显微组织如图1-12；其性能介于铁素体和珠光体之间；随含碳量升高，珠光体量增多，故强度硬度增加，塑性韧性下降。 3）过共析钢（如图III号合金）的结晶过程 其室温组织为渗碳体加珠光体，其显微组织如图1-12；随含碳量升高，渗碳体量增多，故硬度增加，韧性下降。

48 1.2 铁碳合金 图1-13 生铁的铁碳合金相图 2.11 4.3 6.69 0C 2. 白口铸铁的结晶过程 铸铁根据含碳量的不同可分为共晶白口铸铁（4.3%C）、亚共晶白口铸铁（<4.3%C）、过共晶白口铸铁（>4.3%C）；其简化的铁碳合金相图如图1-13所示，下面分别分析其结晶过程。 1）共晶白口铸铁（如图V）的结晶过程 其室温组织为莱氏体。

49 1.2 铁碳合金 2）亚共晶白口铸铁（如图IV）的结晶过程 3）过共晶白口铸铁（如图IIV）的结晶过程
1.2 铁碳合金 图1-13 生铁的铁碳合金相图 2.11 4.3 6.69 0C 2）亚共晶白口铸铁（如图IV）的结晶过程 其室温组织为珠光体加莱氏体。显微组织如图1-12。 3）过共晶白口铸铁（如图IIV）的结晶过程 其室温组织为渗碳体加莱氏体。显微组织如图1-12。

50 1.2 铁碳合金 5、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 （1）、含碳量对室温平衡组织的影响
1.2 铁碳合金 5、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 （1）、含碳量对室温平衡组织的影响 根据杠杆定律的计算结果，可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的定量关系：

51 1.2 铁碳合金 （2）、含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升 高，塑性、韧性下降。
1.2 铁碳合金 （2）、含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升 高，塑性、韧性下降。 0.77%C时，组织为100%P， 钢的性能即P的性能。 ＞0.9%C, Fe3CⅡ为 晶界连续网状, 强度下降, 但硬度仍上升。 ＞2.11%C, 组织中有以Fe3C为基的Le’，合金太脆。

52 1.2 铁碳合金 （3）、含碳量对工艺性能的影响 ⑴ 切削性能：中碳钢比较合适。 ⑵ 可锻性能：低碳钢比高碳钢好。
1.2 铁碳合金 （3）、含碳量对工艺性能的影响 ⑴ 切削性能：中碳钢比较合适。 ⑵ 可锻性能：低碳钢比高碳钢好。 ⑶ 铸造性能：共晶成分附近的合金铸造性能好。 ⑷ 焊接性能：低碳钢好于高碳钢。 ⑸ 热处理性能：第三节介绍。

53 1.2 铁碳合金 6、铁碳合金相图的应用 选择材料方面的应用 制定热加工工艺方面的应用

54 a. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。 b. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间
1.2 铁碳合金 （1）.选择材料方面的应用 a. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。 b. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范 围。

55 1.2 铁碳合金 (2).制定热加工工艺方面的应用

56 1.2 铁碳合金 1.2.4 碳素钢、铸铁 播放 1）按钢的含碳量分类： 低碳钢 中碳钢 高碳钢 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢
1.2 铁碳合金 碳素钢、铸铁 1. 碳素钢 (1).碳素钢分类 1）按钢的含碳量分类： 低碳钢 中碳钢 高碳钢 2）按钢的质量分类：有害杂质硫、磷的含量 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 播放

57 1.2 铁碳合金 碳素结构钢： 制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、中碳钢，属普通碳素钢或优质碳素钢。 碳素工具钢：
1.2 铁碳合金 3）按用途分为： 碳素结构钢： 制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、中碳钢，属普通碳素钢或优质碳素钢。 碳素工具钢： 制造各种刃具、量具和模具等，大都是高碳钢，属优质钢或高级优质钢。 4）按冶炼时脱氧程度的不同分类 沸腾钢：不脱氧的钢； 镇静钢：完全脱氧钢； 半镇静钢：半脱氧钢。 5）按金相组织分 亚共析钢、共析钢、过共析钢。

58 1.2 铁碳合金 (2). 钢的编号 1）.普通碳素结构钢 Q 235 — A · F 屈服强度 235 MPa A质量等级 沸腾钢

59 * 45 --- Wc = 45%00 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%00 ;
1.2 铁碳合金 2）.优质碳素结构钢 * Wc = 45%00 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%～1.0%

60 1.2 铁碳合金 3）.碳素工具钢 T 12 A 碳素工具钢 Wc = 12%0 高级优质

61 1.2 铁碳合金 4）.铸造碳钢 ZG 铸钢 σs≥ 200MPa σb ≥ 400MPa

62 1.2 铁碳合金 铸铁曲轴 2. 铸铁 铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等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、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。 例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都是由铸铁制造的。

63 1.2 铁碳合金 铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁 名称 石墨 形态 基体 组织 编 号 方 法 牌号实例 灰 铸 铁 片 状 F
1.2 铁碳合金 铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁 名称 石墨 形态 基体 组织 编 号 方 法 牌号实例 灰 铸 铁 片 状 F HT + 一组数字 数字表示最低抗拉强度值，单位MPa。 “HT”表示灰铸铁代号。 HT100 F+P HT150 P HT200 可 锻铸 铁 团 絮 KTH + 两组数字 KTB + KTZ + KTH300-06 表F 心P KTB350-04 KTZ450-06

64 1.2 铁碳合金 铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁 名称 石墨 形态 基体 组织 编 号 方 法 牌号实例 球 墨 铸 铁 球 状 F
1.2 铁碳合金 铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁 名称 石墨 形态 基体 组织 编 号 方 法 牌号实例 球 墨 铸 铁 球 状 F QT + 两组数字 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，%。 “QT”表示 球墨铸铁代号 QT400-15 F+P QT600-3 P QT700-2 蠕 墨 铸 铁 蠕 虫 RuT + 一组数字 数字表示最低抗拉强度值, MPa。 “RuT”表示蠕墨铸铁代号 RuT260 RuT300 RuT420

65 1.3 钢的热处理 1、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。 为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度—时间坐标绘出热处理工艺曲线。

66 1.3 钢的热处理 热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。 在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。
1.3 钢的热处理 热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。 在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。 至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。 总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。

67 2、热处理特点：热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。
1.3 钢的热处理 2、热处理特点：热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。 铸造 轧制 3、热处理适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。

68 1.3 钢的热处理 热处理 4、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下： 退火正火淬火回火 普通热处理
1.3 钢的热处理 4、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下： 退火正火淬火回火 其他热处理 普通热处理 表面热处理 热处理 表面淬火—感应加热、火焰加热、 电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮 共渗、渗其他元素等 真空热处理形变热处理激光热处理

69 1.3 钢的热处理 [重点掌握] 1. 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素； 2. 本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；
1.3 钢的热处理 [重点掌握] 1. 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素； 2. 本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素； 3. 共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中各种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。 4. 非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素； 5. 奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响； 6. 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和使用的钢种、零件的范围。

70 1.3 钢的热处理 钢在加热时的组织转变 铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示。 由于实际加热或冷却时存在过冷或过热现象，因此，将

71 1.3 钢的热处理 1.奥氏体的形成 动画演示 1.奥氏体的形成的基本过程 奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以 共析钢为例说明： 第一步：奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。 第二步：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向 和Fe3C方向长大。 第三步：残余Fe3C溶解：铁素体在成分、结构上比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失，而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失。 第四步：奥氏体均匀化。Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。

72 1.3 钢的热处理 2. 奥氏体晶粒度的长大及影响因素 （1)奥氏体晶粒度: 1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥体的晶粒大小。
1.3 钢的热处理 2. 奥氏体晶粒度的长大及影响因素 （1)奥氏体晶粒度: 1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥体的晶粒大小。 2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。 3.本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃以下,随温度升高,晶粒长大的程度。 钢 的 本 质 晶 粒 度 示 意 图

73 1.3 钢的热处理 (2)影响奥氏体晶粒度的因素 1） 加热温度和保温时间： 加热温度高、保温时间长，晶粒粗大。 2） 钢的成分：
1.3 钢的热处理 (2)影响奥氏体晶粒度的因素 1） 加热温度和保温时间： 加热温度高、保温时间长，晶粒粗大。 2） 钢的成分： 合金元素： 阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等，多为碳化物和氮化物形成元素。 促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 原始组织：平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。

74 1.3 钢的热处理 1.3.2 钢在冷却时的组织转变 时间 温度 临界温度 保温 保温 热 加 热 加 连续冷却 等温冷却
1.3 钢的热处理 钢在冷却时的组织转变 时间 温度 临界温度 保温 保温 热 加 热 加 连续冷却 等温冷却 钢在热处理时的冷却方式

75 1.3 钢的热处理 1.过冷奥氏体的等温冷却转变(1)共析钢C曲线图 动画演示。 A + 产 物 区 102 103 104 10 1
1.3 钢的热处理 102 103 104 10 1 800 -100 100 200 500 600 700 400 1.过冷奥氏体的等温冷却转变(1)共析钢C曲线图 动画演示。 稳定的奥氏体区 A1 过冷奥氏体区 A + 产 物 区 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。 产物区 550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变; 贝氏体( B ) 转变区; 300 Ms 230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。 Mf 时间(s)

76 1.3 钢的热处理 (2)过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 动画演示 1).珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) :
1.3 钢的热处理 (2)过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 动画演示 1).珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC;片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。 650～600℃ : 细片状P---索氏体(S);片间距为0.2～0.4μm (1000×);25～36HRC。 600～550℃:极细片状P---屈氏体(T);片间距为＜0.2μm ( 电镜 );35～40HRC。 珠光体 索氏体 托氏体

77 1.3 钢的热处理 珠 光 体 形 貌 像 光镜下形貌 电镜下形貌

78 1.3 钢的热处理 索 氏 体 形 貌 像 光镜形貌 电镜形貌

79 1.3 钢的热处理 屈 氏 体 形 貌 像 电镜形貌 光镜形貌

80 B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状 过饱和碳α-Fe条状 Fe3C细条状
1.3 钢的热处理 2).贝氏体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : 550～350℃: B上; 40～45HRC; B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状 过饱和碳α-Fe条状 Fe3C细条状 羽毛状

81 1.3 钢的热处理 上贝氏体组织金相图

82 B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状 过饱和碳 α-Fe针叶状 Fe3C细片状
1.3 钢的热处理 2).贝氏体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : 350～230℃: B下; 50～60HRC; B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状 过饱和碳 α-Fe针叶状 Fe3C细片状 针叶状

83 下贝氏体组织金相图

84 1.3 钢的热处理 3).马氏体型 ( M ) 转变 ( 230～ -50℃ ) : 1)定义:马氏体是一种碳在α – Fe中的
1.3 钢的热处理 3).马氏体型 ( M ) 转变 ( 230～ -50℃ ) : 1)定义:马氏体是一种碳在α – Fe中的 过饱和固溶体。 2)转变特点: 在一个温度范围内连续冷却完成; 转变速度极快,即瞬间形核与长大; 无扩散转变( Fe、C原子均不扩散 ), M与原A的成分相同,造成晶格畸变。 转变不完全性, QM = f ( T ) 3)马氏体的晶体结构: 由于碳的过饱和作 用,使α – Fe晶格由体心立方变成体心正 方晶格。

85 1.3 钢的热处理 FCC BCT 铁原子 马氏体的形成 碳原子

86 1.3 钢的热处理 4)马氏体的组织形态: 板条状 --- 低碳马氏体(＜0.2%C ); 30～50HRC ; δ = 9～17%。

87 1.3 钢的热处理 低碳板条状马氏体组织金相图

88 1.3 钢的热处理 4)马氏体的组织形态: 针、片状 --- 高碳马氏体(＞1%C); 66HRC左右 ; δ ≈ 1%。

89 1.3 钢的热处理 高碳针片状马氏体组织金相图

90 1.3 钢的热处理 5)马氏体的性能:主要取决于马氏体中的碳浓度。 马氏体的碳浓度 Wc  100 50 70 40 60 20 30
1.3 钢的热处理 5)马氏体的性能:主要取决于马氏体中的碳浓度。 马氏体的碳浓度 Wc  100 50 70 40 60 20 30 10 0.1 0.3 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 硬度 ( HRC ) 2000 抗拉强度σb ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 200

91 1.3 钢的热处理 （3）在连续冷却过程中 C 曲线的应用 稳定的奥氏体区 时间(s) 300 102 103 104 10 1 800
1.3 钢的热处理 （3）在连续冷却过程中 C 曲线的应用 稳定的奥氏体区 时间(s) 300 102 103 104 10 1 800 -100 100 200 500 600 700 温度 (℃) 400 A1 Ms Mf V1 = 5.5℃/s : 炉冷 ; P Vk V1 V3 V2 V4 V2 = 20℃/s : 空冷 ; S V3 = 33℃/s : 油冷;T+M+A残 V4 ≥ 138℃/s : 水冷 ; M+A残

92 1.3 钢的热处理 1.3.3 钢的退火与正火 1.钢的退火(Annealing of steel) 动画演示
1.3 钢的热处理 钢的退火与正火 1.钢的退火(Annealing of steel) 动画演示 一)定义: 把零件加温到临界温度以上30～50℃,保温一段时间,然后 随炉冷却。 二)目的: 消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。 三) 种类

93 1.3 钢的热处理 普通退火 完全退火 等温退火 重结晶 退 火 扩散退火 普通球化 退 火 球化退火 退火 等温球化 退 火 再结晶退火
1.3 钢的热处理 普通退火 完全退火 等温退火 重结晶 退 火 扩散退火 普通球化 退 火 球化退火 退火 等温球化 退 火 再结晶退火 低温 退火 去应力退火

94 1.3 钢的热处理 四）、退火工艺 退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。 ⑴ 完全退火 主要用于亚共析钢。 加热温度 Ac3+30 ~ 50℃ 。 组织：F+P

95 1.3 钢的热处理 ⑵ 等温退火 亚共析钢加热温度 Ac3+30~50℃ 共析、过共析钢加热温度 Ac1+30~50℃
1.3 钢的热处理 ⑵ 等温退火 亚共析钢加热温度 Ac3+30~50℃ 共析、过共析钢加热温度 Ac1+30~50℃ 保温后快冷到略低于Ar1的温度停留，待相变完成后出 炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。 高速钢等温退火与普通退火的比较

96 1.3 钢的热处理 ⑶ 球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。 主要用于共析钢和过共析钢。 加热温度 Ac1+ 30-50℃
1.3 钢的热处理 ⑶ 球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。 主要用于共析钢和过共析钢。 加热温度 Ac ℃ 通过缓冷或者冷却到略低于Ar1的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。

97 1.3 钢的热处理 球化退火的组织： 在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体，称球状珠光体，用P球表示。
1.3 钢的热处理 球状珠光体 球化退火的组织： 在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体，称球状珠光体，用P球表示。 对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状。

98 2.钢的正火( Normalizing of steel )
1.3 钢的热处理 2.钢的正火( Normalizing of steel ) 一)定义: 把零件加温到临界温度以上 30～50℃,保温一段时间,然后 在空气中冷却。 正火温度 二)目的: 消除应力;调整硬度;细化晶 粒;均匀成分;为最终热处理 作好组织准备。 正火比退火冷却速度大。 1、正火后的组织： ● <0.6%C时组织 F+S ● 0.6%C时组织 S

99 1.3 钢的热处理 三）、应用范围: 1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ。
1.3 钢的热处理 三）、应用范围: 1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ。 2.最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。 3.改善低碳钢的切削性能： 4.消除过共析钢中二次渗碳体网

100 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于V临速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
1.3 钢的热处理 钢的淬火 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于V临速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。 淬火是应用最广的热处理工艺之一。 淬火的目的： 获得马氏体组织，提高钢的性能。 真空淬火炉

101 1.3 钢的热处理 1.钢的淬火工艺 （1）淬火加热温度的选择 碳素钢的淬火加热温度由Fe – Fe3C相图来确定 亚共析钢：
1.3 钢的热处理 1.钢的淬火工艺 （1）淬火加热温度的选择 碳素钢的淬火加热温度由Fe – Fe3C相图来确定 亚共析钢： 淬火温度：Ac ℃。 共析钢和过共析钢： 淬火温度 Ac ℃ 合金钢： 由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。

102 1.3 钢的热处理 （2）淬火冷却介质 常用淬火介质是水、油和盐浴。 理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。 理想淬火曲线示意图 Ms Mf 水的冷却能力强，但低温却能力太大，只用于形状简单的碳钢件。

103 1.3 钢的热处理 油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，用于合金钢和小尺寸的碳钢件。
1.3 钢的热处理 油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间，用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 其他淬火介质如聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业上常用的介质。

104 1.3 钢的热处理 2、淬火方法 动画演示 采用不同的淬火方法可 弥补介质的不足。 （1）、单液淬火法 加热工件在一种介质中连
1.3 钢的热处理 采用不同的淬火方法可 弥补介质的不足。 （1）、单液淬火法 加热工件在一种介质中连 续冷却到室温的淬火方 法。 操作简单，易实现自动 化。 2、淬火方法 动画演示 各种淬火方法示意图 1—单液淬火法 2—双液淬火法 3—分级淬火法 4—等温淬火法

105 1.3 钢的热处理 (2)、双液淬火法 工件先在一种冷却能力强的介质中冷却，躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷。 优点是冷却理想，缺点是 不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。

106 1.3 钢的热处理 （3）、分级淬火法 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。 可减少内应力 用于小尺寸工件。

107 1.3 钢的热处理 (4)、等温淬火法 将工件在稍高于Ms的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。
1.3 钢的热处理 (4)、等温淬火法 将工件在稍高于Ms的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。 经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小。 适用于形状复杂及要求较高的小型件。

108 （2）、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。
1.3 钢的热处理 钢的回火 井式回火炉 回火是指将淬火钢加热到A1以 下的某温度保温后冷却的工艺。 1、回火的目的 （1）、减少或消除淬火内应力，防 止变形或开裂。 （2）、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。

109 1.3 钢的热处理 （3）、稳定尺寸。回火可使非平衡M与A’转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。 2、回火的种类 (1)、低温回火
1.3 钢的热处理 （3）、稳定尺寸。回火可使非平衡M与A’转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。 2、回火的种类 (1)、低温回火 回火温度： 150~250℃ 组织转变从马氏体中 析出细片状-碳化物； A’分解为 -碳化物和过饱和铁素体。

110 1.3 钢的热处理 这种在马氏体基体上分布着细片状碳化物的组织称为回火马氏体，用M回表示。 低温回火的目的是在保留淬火后高硬度、
1.3 钢的热处理 这种在马氏体基体上分布着细片状碳化物的组织称为回火马氏体，用M回表示。 低温回火的目的是在保留淬火后高硬度、 高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。 主要用于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件。

111 1.3 钢的热处理 回火屈氏体 (2)、中温回火 回火温度： ℃ 组织转变：-碳化物溶解于铁素体中,同时从铁素体中析出Fe3C。到350℃, 马氏体中的 含碳量已降到铁素体的平衡成分，内应力大量消除。 M回转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C的组织，称为回火托氏体，用T回表示。

112 回火托氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，硬度一般为35~45HRC。
1.3 钢的热处理 回火托氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，硬度一般为35~45HRC。 汽车板簧 热卷弹簧 主要用于各类弹簧的热处理。

113 1.3 钢的热处理 3、高温回火 回火温度：500-650℃ 组织转变：Fe3C发生聚集长大，铁素体发生多边形化。
1.3 钢的热处理 3、高温回火 回火温度： ℃ 组织转变：Fe3C发生聚集长大，铁素体发生多边形化。 回火索氏体 这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用S回表示。

114 1.3 钢的热处理 回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。
1.3 钢的热处理 回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。 通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处理”，简称“调质”。 柴油机连杆 调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密零件、量具等的预备热处理。

115 1.3 钢的热处理 1.3.6、钢的表面淬火 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

116 1.3 钢的热处理 表面淬火目的： ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。

117 1. 感应加热：利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。
1.3 钢的热处理 表面淬火常用加热方法 1. 感应加热：利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。 感应加热表面淬火示意图 感应加热表面淬火机床

118 1.3 钢的热处理 工艺要求: * 表面淬火前,必须对零件进行正火
1.3 钢的热处理 工艺要求: * 表面淬火前,必须对零件进行正火 或调质处理,以保证零件有良好的基体。 * 表面淬火后,必须对零件进行低温 回火处理,以降低淬火应力和脆性。 生产特点: 淬火件的质量好; 工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易 控制;生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。 分类: ① 高频感应加热 频率为 KHz，淬硬层深度0.5-2mm。 ② 中频感应加热 频率为 Hz淬硬层深度2-10mm。 ③ 工频感应加热 频率为50Hz淬硬层深度10-15 mm。

119 2.火焰加热：利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。动画演示
1.3 钢的热处理 2.火焰加热：利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。动画演示 3. 激光热处理：利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。 火焰加热表面淬火示意图 激光表面处理

120 1.3 钢的热处理 1.3.7 钢的化学热处理 化学热处理是指将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。

121 1.化学热处理的基本过程 1.3 钢的热处理 1）介质(渗剂)的分解：分解的同时释放出活性原子。 如：渗碳 CH4→2H2+[C]
1.3 钢的热处理 1.化学热处理的基本过程 1）介质(渗剂)的分解：分解的同时释放出活性原子。 如：渗碳 CH4→2H2+[C] 氮化 2NH3→3H2+2[N] 2）工件表面的吸收：活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。 3）原子向内部扩散。

122 2.钢的渗碳 1.3 钢的热处理 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 1）渗碳目的 提高工件表面硬度、 耐磨性及疲劳强度，
1.3 钢的热处理 2.钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 1）渗碳目的 提高工件表面硬度、 耐磨性及疲劳强度， 同时保持心部良好的韧性。 2）渗碳用钢 为含 %C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 井式气体渗碳炉

123 1.3 钢的热处理 3）渗碳方法动画演示 ① 气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。
1.3 钢的热处理 气体渗碳法示意图 3）渗碳方法动画演示 ① 气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。 渗剂为气体(煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)。 优点：质量好，效率高； 缺点：渗层成分与深度不易控制。

124 1.3 钢的热处理 ②固体渗碳法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。渗剂为木炭。 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳 动条件差。
1.3 钢的热处理 ②固体渗碳法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。渗剂为木炭。 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳 动条件差。 ③ 真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。优点：表面质量好，渗碳速度快。 真空渗碳炉

125 1.3 钢的热处理 4）渗碳温度 900-950℃。 渗碳层厚度(由表面到过度层一半处的厚度)：一般为0.5-2mm。
1.3 钢的热处理 低碳钢渗碳缓冷后的组织 4）渗碳温度 ℃。 渗碳层厚度(由表面到过度层一半处的厚度)：一般为0.5-2mm。 渗碳层表面含碳量：以 为最好。 渗碳缓冷后的组织: 表层为P+网状Fe3CⅡ；心部为F+P；中间为过渡区。

126 1.3 钢的热处理 淬火+低温回火。回火温度为160-180℃。 3.钢的氮化 5）渗碳后的热处理 井式气体氮化炉
1.3 钢的热处理 5）渗碳后的热处理 淬火+低温回火。回火温度为 ℃。 3.钢的氮化 井式气体氮化炉 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 1）氮化用钢 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 2）氮化温度： ℃。 氮化层厚度不超过 mm。

127 离子氮化法是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。
1.3 钢的热处理 3）常用氮化方法 气体氮化法与离子氮化法。 气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。 离子氮化法是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。 离子氮化炉

128 1.3 钢的热处理 3.钢的碳氮共渗 1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原 子的过程。 2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。 固体碳氮共渗
1.3 钢的热处理 3.钢的碳氮共渗 1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原 子的过程。 2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。 固体碳氮共渗 高温 3)方法: 气体碳氮共渗 中温 低温 液体碳氮共渗

129 1.3.8 热处理的技术条件和结构工艺性 1.3 钢的热处理 1.热处理技术条件的标注 2.热处理零件的结构工艺性 1.热处理技术条件的标注
1.3 钢的热处理 1.3.8 热处理的技术条件和结构工艺性 1.热处理技术条件的标注 热处理零件在图纸上应注明热处理的技术条件，其内容包括最终热处理方法及热处理应达到的力学性能指标。可以用文字描述，也可以用符号表示。 2.热处理零件的结构工艺性 （1）避免尖角 （2）避免厚薄悬殊的截面 （3）采用封闭、对称结构 （4）采用组合结构 1.热处理技术条件的标注 热处理零件在图纸上应注明热处理的技术条件，其内容包括最终热处理方法及热处理应达到的力学性能指标。可以用文字描述，也可以用符号表示。 2.热处理零件的结构工艺性 （1）避免尖角 （2）避免厚薄悬殊的截面 （3）采用封闭、对称结构 （4）采用组合结构

130 1.4 合金钢 低合金钢 合金元素总量 5% 中合金钢 合金元素总量 5~10% 高合金钢 合金元素总量 10% 合金结构钢 合金工具钢
1.4 合金钢 1.4.1 合金钢的分类与编号 1.合金钢的分类 低合金钢 合金元素总量 5% 中合金钢 合金元素总量 5~10% 高合金钢 合金元素总量 10% 按合金元素总量分 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 按用途分 铁素体钢 奥氏体钢 莱氏体钢 按正火后组织分

131 Q 345 C 质量等级 345 MPa 屈服强度 1.4 合金钢 锰钢、 铬钢 、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。 按钢中主要合金元素种类分:
1.4 合金钢 按钢中主要合金元素种类分: 锰钢、 铬钢 、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。 2.合金钢的编号方法 （1）低合金高强度钢 Q C 屈服强度 345 MPa 质量等级

132 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 1.4 合金钢
1.4 合金钢 2.合金钢的编号方法 （2）合金结构钢 20 Mn2 Ti A 含碳量WC 20 %00 含锰量WMn 2 % 含钛量WTi≤1.5 % 等级:高级优质

133 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 1.4 合金钢
1.4 合金钢 2.合金钢的编号方法 （3）滚动轴承钢 G Cr9 Si Mn 滚动轴承钢 含Cr量WCr ≈ 0.9 % 含Si量WSi≤1.5 % 含Mn量WMn≤1.5 %

134 9 Si Cr W18 Cr4 V 合金元素及含量 千分之几的含碳量 1.3 钢的热处理 2.合金钢的编号方法 （4）合金工具钢
1.3 钢的热处理 2.合金钢的编号方法 （4）合金工具钢 这类钢的编号表示方法与合金结构钢的区别仅在于含碳量。 9 Si Cr W18 Cr4 V 千分之几的含碳量 合金元素及含量

135 1 Cr 13 合金元素及含量 千分之几的含碳量 1.4 合金钢 2.合金钢的编号方法 （5）不锈钢与耐热钢
1.4 合金钢 2.合金钢的编号方法 （5）不锈钢与耐热钢 当Wc≤0.03 %及Wc≤0.08 % ，则在牌号前面分别冠以“00”和“0”表示，例如00Cr17Ni14Mo2、 0Cr19Ni9 。 Cr 千分之几的含碳量 合金元素及含量

136 1.4 合金钢 （1）强化铁素体 （2）形成合金碳化物 1.4.2 合金元素在钢中的作用 1.合金元素在钢中的存在形式
1.4 合金钢 1.4.2 合金元素在钢中的作用 1.合金元素在钢中的存在形式 （1）强化铁素体 （2）形成合金碳化物 2.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 扩大奥氏体区 缩小奥氏体区 改变共晶点和共析点的参数

137 如右图所示：Mn 元素对奥氏体区的影响 1.4 合金钢 （1）改变了奥氏体区的范围 Mn、Ni、Co等元素。
1.4 合金钢 （1）改变了奥氏体区的范围 Mn、Ni、Co等元素。 作用:使A3线温度下降, A1线温度上升。 如右图所示：Mn 元素对奥氏体区的影响

138 1.4 合金钢 Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素使A3线温度上升, A1线温度下降。 如右图所示： Cr 元素对奥氏体区的影响

139 加热时对奥氏体形成的影响 对过冷奥氏体转变的影响 对回火转变的影响 1.4 合金钢 （2）改变Fe – Fe3C相图S、E点的位置
1.4 合金钢 （2）改变Fe – Fe3C相图S、E点的位置 几乎所有的合金元素使S点和E点的成分向左移。使A1线的温度变化。 （3）合金元素对钢的热处理的影响 加热时对奥氏体形成的影响 对过冷奥氏体转变的影响 对回火转变的影响

140 氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。
1.4 合金钢 1.合金元素对加热时对奥氏体形成的影响 除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。 强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。

141 2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的 TTT 曲线向右移。
1.4 合金钢 2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的 TTT 曲线向右移。 除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。 提高钢的淬透性, 常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。

142 ( secondary hardening )
1.4 合金钢 3.合金元素对回火转变的影响 回火抗力的增加 ( temper resistance ) 二次硬化的产生 ( secondary hardening ) 产生回火脆性 ( temper brittleness )

143 1.4 合金钢 1.4.3 合金结构钢 1. 低合金高强度钢 （1）.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素
1.4 合金钢 合金结构钢 万吨远洋轮 1. 低合金高强度钢 （1）.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素 主加合金元素: Mn 1.8 %以内。 辅加合金元素:V、Ti、Nb、B。 南京长江大桥 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。 压力容器

144 1.4 合金钢 1.对渗碳钢的性能要求: 表硬里韧 2.对渗碳钢的含碳量的要求: 低碳 3.渗碳钢的热处理特点:
1.4 合金钢 2. 合金渗碳钢 1.对渗碳钢的性能要求: 表硬里韧 2.对渗碳钢的含碳量的要求: 低碳 3.渗碳钢的热处理特点: 渗碳 淬火 + 低温回火(180～200℃) 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。 活塞销( 20Cr )

145 1.4 合金钢 中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷
1.4 合金钢 中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。 柴油机凸轮轴 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

146 1.4 合金钢 3. 合金调质钢 1.对调质钢的性能要求: 既强又韧 2.对调质钢的含碳量的要求: 中碳 3.调质钢的热处理特点:
1.4 合金钢 3. 合金调质钢 1.对调质钢的性能要求: 既强又韧 2.对调质钢的含碳量的要求: 中碳 3.调质钢的热处理特点: 淬火 + 高温回火( 500～650℃ ) 4.典型合金调质钢种介绍 低淬透性调质钢 钢含合金元素总量＜3 %。 40Cr、40MnB等。

147 1.4 合金钢 4.典型合金调质钢种介绍 中淬透性调质钢 圆锥齿轮 钢含合金元素总量在4 %左右。 38 CrSi、35 CrMo 等。
1.4 合金钢 4.典型合金调质钢种介绍 中淬透性调质钢 圆锥齿轮 钢含合金元素总量在4 %左右。 38 CrSi、35 CrMo 等。 常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。 高淬透性调质钢 钢含合金元素总量在4 %～ 10 %。 制造大截面重载荷零件，如 曲轴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。 柴油机凸轮轴

148 1.4 合金钢 4. 合金弹簧钢 1.对弹簧钢的性能要求: 高的σe、高的σs/ σb、高的σ-1、良好的韧性。 2.对弹簧钢含碳量的要求:
1.4 合金钢 4. 合金弹簧钢 1.对弹簧钢的性能要求: 高的σe、高的σs/ σb、高的σ-1、良好的韧性。 2.对弹簧钢含碳量的要求: 中、高碳。 3.热成型弹簧钢的热处理特点: 淬火 + 中温回火( 450～550℃ ) 4.冷成形弹簧生产工艺特点 用于生产尺寸小于Φ8～15mm的小型弹簧,常用弹簧钢丝(片)冷绕成形,其制造方法有: T组织冷成型+200～300℃去应力 退火。60、75、85、65 Mn。 T回组织冷成型+去应力退火。 退火组织冷成型+淬火+中温回火。 55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。

149 1.4 合金钢 汽车板簧 大型热卷弹簧 热卷大弹簧 弹簧丝

150 1.4 合金钢 5. 滚动轴承钢 1.性能要求: 高的硬度强度和耐磨性; 高的接触疲劳强度; 足够的韧性和耐蚀性; 高的纯净度; 滚珠轴承
1.4 合金钢 5. 滚动轴承钢 1.性能要求: 高的硬度强度和耐磨性; 高的接触疲劳强度; 足够的韧性和耐蚀性; 高的纯净度; 滚珠轴承 滚针轴承 滚柱轴承

151 1.4 合金钢 2.化学成分特点: 高碳, Wc = 0.9～1.1%。 主加Cr, 0.4～1.65 % 辅加Si、Mn。 优质钢材。
1.4 合金钢 2.化学成分特点: 高碳, Wc = 0.9～1.1%。 主加Cr, 0.4～1.65 % 辅加Si、Mn。 优质钢材。 3.热处理特点: 球化退火+ 淬火+ 低温回火 极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体

152 1.4 合金钢 1.4.4 合金工具钢 刃 具 合金刃具钢 合金模具钢 合金量具钢 量 具 模 具

153 1.4 合金钢 1.合金刃具钢 (1).低合金刃具钢 1).性能要求: 高硬度、高耐磨性、有一 定的红硬性、强度和韧性,
1.4 合金钢 1.合金刃具钢 (1).低合金刃具钢 1).性能要求: 高硬度、高耐磨性、有一 定的红硬性、强度和韧性, 工作温度不超过300℃。 2).化学成分特点: *高碳 *加入Cr、Mn、Si、 W、V 等合金元素。 3).热处理特点: 球化退火 淬火 + 低温回火

154 1.4 合金钢 2）.高速钢 高速钢 --- 锋钢、风钢 ; 18 – 4 – 1 钢 高硬度、高耐磨性、高的红
1.4 合金钢 2）.高速钢 高速钢 --- 锋钢、风钢 ; 18 – 4 – 1 钢 高硬度、高耐磨性、高的红 硬性(600℃时,HRC63以上) 、有一定的强度和韧性。 (1) 性能要求: 车刀 铣刀 钻头

155 1.4 合金钢 (2) 化学成分特点: 高碳 0.7～1.5%: 保证高硬度 钨 18%: 退火状态下形成M6C碳化物,
1.4 合金钢 (2) 化学成分特点: 高碳 0.7～1.5%: 保证高硬度 钨 18%: 退火状态下形成M6C碳化物, 在560℃左右回火时, 弥散析 出W2C, 造成二次硬化, 提高 钢的红硬性。 钼 5%: 1%Mo的作用等同于2%W。 铬 4%: 形成Cr23C6碳化物;提高钢的 淬透性。 钒1.5%: 形成VC, 硬度极高, 提高钢的 硬度和耐磨性, 产生二次硬化。

156 1.4 合金钢 (2) 热处理:球化退火 淬火+回火 球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,为淬火作好组织准备。
1.4 合金钢 (2) 热处理:球化退火 淬火+回火 球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,为淬火作好组织准备。 球化退火后的组织 : S + 粒状 Cm W18Cr4V球化退火组织 

157 1.4 合金钢 淬火 : 1280℃; 淬火后的组织:M+Cm+A残(20～25%) W18Cr4V淬火组织 

158 1.4 合金钢 三次570℃回火 *淬火后A残约20～25 %。 在570℃回火时 , 产生二次硬化。
1.4 合金钢 三次570℃回火 *淬火后A残约20～25 %。 在570℃回火时 , 产生二次硬化。 *第一次回火后A残约剩15～18 %。 *第二次回火后A残约剩3～5 %。 *第三次回火后A残约剩1～2 %。 回火后的组织: M回 + Cm + A残 ( 1～ 2 % ) 组织硬度为HRC65以上。

159 1.4 合金钢 W18Cr4V淬火+ 一次回火组织 W18Cr4V淬火+一次回火组织 

160 1.4 合金钢 W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 

161 1.4 合金钢 2.合金模具钢 热作模钢:工作温度为600℃以上。 冷作模钢:工作温度为200～300℃。 （1）冷作模钢
1.4 合金钢 2.合金模具钢 热作模钢:工作温度为600℃以上。 汽车冲压模具 冷作模钢:工作温度为200～300℃。 （1）冷作模钢 高的硬度,HRC62; 高的耐磨性; 足够高的韧性与疲劳抗力; 热处理变形小; 1.性能要求: 2.化学成分特点: 高碳 1～2 %; 合金元素:Cr, Mo、W、V。

162 1.4 合金钢 3.热处理特点: *一次硬化法: 淬火 低温回火 ( 950～1000℃ ) ( 150～180℃ ) *二次硬化法: 淬火 三次回火 ( 1100～1000℃ ) ( 510～520℃ ) 热处理后的组织: M回 + Cm + A残 牌号: Cr12、Cr12MoV

163 1.4 合金钢 1).性能要求: 高的热硬性、高温耐磨性; 高的抗氧化能力; 高的热强性和足够高的韧性; 高的热疲劳抗力( 防止龟裂 );
1.4 合金钢 （2）冷作模钢 1).性能要求: 曲轴模具 高的热硬性、高温耐磨性; 高的抗氧化能力; 高的热强性和足够高的韧性; 高的热疲劳抗力( 防止龟裂 ); 高的淬透性和导热性; 2).化学成分特点: 中碳 0.3～0.6 %; 合金元素:Cr、Ni、Mn、 Si、Mo、W、V。

164 1.4 合金钢 3）.热处理特点: *热锻模钢: 5 CrMnMo *热压模钢: 3 Cr2W8V 热处理工艺: 淬火 + 550℃回火
1.4 合金钢 3）.热处理特点: *热锻模钢: 5 CrMnMo 热处理工艺: 淬火 + 550℃回火 热处理后的组织: S回或T回 *热压模钢: 3 Cr2W8V 热处理工艺: 淬火 + 600℃三次回火 热处理后的组织: M回 + Cm粒状 汽 车 四 缸 压 铸 模

165 1.4 合金钢 3.合金量具钢 高的硬度, HRC62; 高的耐磨性; 高的尺寸稳定性; 足够高的心部韧性; 热处理变形小; 尺寸稳定;
1.4 合金钢 3.合金量具钢 高的硬度, HRC62; 高的耐磨性; 高的尺寸稳定性; 足够高的心部韧性; 热处理变形小; 尺寸稳定; 良好的耐蚀性; 1).性能要求: 卡 尺 量 规 千分尺

166 1.4 合金钢 高碳 0.9～1.5 %; 2）.化学成分特点: 合金元素:Cr, Mn、W。 3）.热处理特点:
1.4 合金钢 高碳 0.9～1.5 %; 合金元素:Cr, Mn、W。 2）.化学成分特点: 3）.热处理特点: 淬火 冷处理 ( - 70～ - 80℃ ) 低温回火 时效处理 ( 120～130℃, 几十小时 ) 4）.热处理后的组织: M回 + Cm 5）.牌号: CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等。

167 特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。本节只介绍不锈钢、耐热钢和耐磨钢。
1.4 合金钢 特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。本节只介绍不锈钢、耐热钢和耐磨钢。

168 不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。
1.4 合金钢 化工管道的腐蚀 裂解管内壁的高温腐蚀减薄 1.不锈钢 在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。 (1) 金属的腐蚀 化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀。 电化学腐蚀：金属在电解质溶液中的 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。

169 1.4 合金钢 防止电化学腐蚀的措施： ① 获得均匀的单相组织。 ② 提高合金的电极电位。 ③ 使表面形成致密的钝化膜。 在工业发达国家，每年金属腐蚀造成的直接经济损失占其GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上。

170 1.4 合金钢 （2） 常用不锈钢 1）、马氏体不锈钢 主要为Cr13型 钢号为1Cr13~4Cr13
1.4 合金钢 （2） 常用不锈钢 1）、马氏体不锈钢 主要为Cr13型 钢号为1Cr13~4Cr13 随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。 (a) 1Cr13~3Cr13 热处理：淬火+高温回火 使用状态下的组织：S回

171 性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。 用途：用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。
1.4 合金钢 性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。 用途：用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。 汽轮机叶片

172 (b) 4Cr13 1.4 合金钢 热处理：淬火+低温回火 使用状态下的组织：M回 性能：强度、硬度较高 用途：用于要求耐蚀、耐磨
1.4 合金钢 (b) 4Cr13 热处理：淬火+低温回火 使用状态下的组织：M回 性能：强度、硬度较高 用途：用于要求耐蚀、耐磨 件，医疗器械、量具等。 医疗器械 不锈钢直尺

173 1.4 合金钢 2)、铁素体不锈钢 典型钢号如0Cr13、1Cr17等。 (a) 成分：高铬低碳 (b) 无α↔γ相变 不能进行热处理强化。
1.4 合金钢 2)、铁素体不锈钢 典型钢号如0Cr13、1Cr17等。 (a) 成分：高铬低碳 (b) 无α↔γ相变 不能进行热处理强化。 (c)组织：单相铁素体 1Cr17削片刀 铁素体不锈钢水加热器

174 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向： ① 475℃脆化：加热到450~550℃停留，产生脆化。
1.4 合金钢 (d) 性能特点 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向： ① 475℃脆化：加热到450~550℃停留，产生脆化。 再加热到600℃快冷可消除。 ② 相脆化： 在600~ 800℃长期加热时，析出硬而脆的相。 钢中σ相

175 (e) 用途:广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。
1.4 合金钢 (e) 用途:广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。 硝酸生产装置 合成氨生产装置

176 (a) 性能特点：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。
1.4 合金钢 3)、奥氏体不锈钢 主要为18-8（18Cr-8Ni）型。 (a) 性能特点：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。 不锈钢带 (b) 热处理：采用固溶处理。即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷。 (c) 组织：单相奥氏体

177 1.4 合金钢 (d) 常用钢种 为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。 (e) 用途：广泛用于化工设备及管。 管板换热器(304)
1.4 合金钢 (d) 常用钢种 为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。 (e) 用途：广泛用于化工设备及管。 反应釜 (316L) 管板换热器(304) 大型化工储罐(304)

178 2.耐热钢 1.4 合金钢 (1)性能要求 1)、高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用的抗力。 2)、高的热强性
1.4 合金钢 2.耐热钢 (1)性能要求 1)、高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用的抗力。 2)、高的热强性 热强性是指金属在高温下的强度。

179 ③ 晶界强化（加入B、Zr等降低晶界能量）。
1.4 合金钢 提高高温强度的途径： ① 固溶强化； ② 析出强化； ③ 晶界强化（加入B、Zr等降低晶界能量）。 发动机叶片 航空发动机

180 1.4 合金钢 (2)成分特点 低中碳 Cr、Si：提高抗氧化性 Mo：提高热强性(T再) V、Ti：弥散强化 Ni：获得单相A组织
1.4 合金钢 (2)成分特点 低中碳 Cr、Si：提高抗氧化性 Mo：提高热强性(T再) V、Ti：弥散强化 Ni：获得单相A组织 飞机发动机 过热器

181 1.4 合金钢 (3) 常用耐热钢 1)、珠光体耐热钢 常用15CrMo、12Cr1MoV， ⑴ 热处理：正火+高温回火 ⑵ 组织: F+P
1.4 合金钢 (3) 常用耐热钢 1)、珠光体耐热钢 常用15CrMo、12Cr1MoV， ⑴ 热处理：正火+高温回火 ⑵ 组织: F+P ⑶ 用途：600℃以下的锅炉零件，压力容器，热交换器等。 涡轮机机壳 钢制法兰

182 1.4 合金钢 2)、马氏体耐热钢 常用1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2。 ⑵ 热处理：调质。 ⑶ 组织： S回。 ⑷ 用途：
1.4 合金钢 2)、马氏体耐热钢 常用1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2。 ⑵ 热处理：调质。 ⑶ 组织： S回。 ⑷ 用途： 1Cr13、1Cr11MoV用于550℃ 以下汽轮机叶片。 4Cr9Si2是汽车阀门用钢。 汽轮机叶片 汽车阀门

183 1.4 合金钢 3)、奥氏体耐热钢 常用1Cr18Ni9Ti。 热处理：固溶处理 组织：单相A。 用途：主要用于过热器管道等。 过热器管排
1.4 合金钢 3)、奥氏体耐热钢 常用1Cr18Ni9Ti。 热处理：固溶处理 组织：单相A。 用途：主要用于过热器管道等。 过热器管排 过热器集箱

184 1.4 合金钢 3. 耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。 牌号为ZGMn13。 1)、成分特点
1.4 合金钢 3. 耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。 牌号为ZGMn13。 1)、成分特点 ⑴ 高碳：0.75~1.45%C。 以保持高耐磨性。 ⑵ 高锰：11~14%Mn。以保证形成奥氏体组织。 高锰钢铸件

185 1.4 合金钢 2)、热处理及组织 铸态组织为奥氏体+碳化物，性能硬而脆。 热处理：水韧处理。即将钢加热到1100℃，使碳化物
1.4 合金钢 2)、热处理及组织 铸态组织为奥氏体+碳化物，性能硬而脆。 热处理：水韧处理。即将钢加热到1100℃，使碳化物 溶入奥氏体，并进行水淬。 室温组织：过饱和单相奥氏体。 挖掘机 颚式破碎机 球磨机

186 1.4 合金钢 3)、使用及用途 水韧处理后，韧性高，硬度低（HB180~200）。 使用时必须伴随着压力和冲击作用。
1.4 合金钢 3)、使用及用途 水韧处理后，韧性高，硬度低（HB180~200）。 高锰钢铸件 使用时必须伴随着压力和冲击作用。 在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力。

187 1.4 合金钢 高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。 履带
1.4 合金钢 铁路道岔 高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。 挖掘机铲齿 球磨机衬板 履带

188 1.5 有色金属 在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。

189 1.5 有色金属 有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的 比强度（强度与密度 之比）等，已成为现 代工业中不可缺少的 金属材料。

190 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。
1.5 有色金属 1.5.1 铝及铝合金 1.工业纯铝 纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72 ），熔点低（660.4℃），导电、导热性能优良。 抗大气腐蚀性能好，易于加工成形 。 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。

191 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn
1.5 有色金属 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn 等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。 铝合金型材 铝铸件

192 2.铝合金的分类 1.5 有色金属 铝合金一般具有有限固溶型 共晶相图。 可将铝合金分为变形铝合金 和铸造铝合金两大类。
1.5 有色金属 2.铝合金的分类 铝合金一般具有有限固溶型 共晶相图。 可将铝合金分为变形铝合金 和铸造铝合金两大类。 铝合金分类示意图 变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两 类。

193 3.铝合金的热处理 1.5 有色金属 可热处理强化变形铝合金的热 处理方法：固溶处理 + 时效。
1.5 有色金属 3.铝合金的热处理 可热处理强化变形铝合金的热 处理方法：固溶处理 + 时效。 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。

194 1.5 有色金属 在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。
1.5 有色金属 在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 温度一定时,随时效时间延长, 时效曲线上出现峰值,超过峰值时间,析出相聚集长大, 强度下降, 为过时效。 随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。 含4%Cu铝合金的时效曲线

195 根据国家标准GB/T 16474-96规定 ，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。
1.5 有色金属 4.变形铝合金 1）.变形铝及铝合金牌号表示方法 根据国家标准GB/T 规定 ，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。

196 GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为：
1.5 有色金属 GB 中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为：  防锈铝合金：LF+序号  硬铝合金： LY +序号  超硬铝合金：LC +序号  锻铝合金： LD +序号 铝合金波纹管 铝合金制品

197 1.5 有色金属 2).常用变形铝合金 ① 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg的主要作用是提高抗
1.5 有色金属 2).常用变形铝合金 ① 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg的主要作用是提高抗 蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。 防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、 焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。 不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。 卫星天线（LF2）

198 1.5 有色金属 常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。 常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯 汽化器（热交换管为LF21） 铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。

199 1.5 有色金属 ② 硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。 可进行时效强化，也可进行变形强化。
1.5 有色金属 ② 硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。 可进行时效强化，也可进行变形强化。 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。 常用硬铝合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。 飞机翼梁(腹板为硬铝合金)

200 1.5 有色金属 ③ 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 时效强化效果超过硬铝合金 。
1.5 有色金属 ③ 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 时效强化效果超过硬铝合金 。 热态塑性好，但耐蚀性差。 飞机主起落架 常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。

201 件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。
1.5 有色金属 ④ 锻造铝合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可锻性好， 力学性能高，用于形状复杂的锻 件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7（ 2A70 ）、LD8 （ 2A80 ）、LD9 （ 2A90 ）等 。用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。 压气机叶片

202 美F-117隐身战斗机 （所用材料大部分是铝合金）
1.5 有色金属 叶导轮 美F-117隐身战斗机 （所用材料大部分是铝合金）

203 1.5 有色金属 5.铸造铝合金 包括： Al- Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号
1.5 有色金属 5.铸造铝合金 包括： Al- Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号 Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号 Al-Zn系： 代号为ZL4+两位数字顺序号 1）. Al-Si系铸造铝合金 又称硅铝明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12%Si 的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。

204 1.5 有色金属 在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。 未变质处理 经变质处理 ZL102的铸态组织

205 1.5 有色金属 加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。
1.5 有色金属 活塞(裙部为铝硅合金) 加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。 Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。 用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。

206 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性 能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。
1.5 有色金属 2）.Al-Cu系铸造铝合金 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性 能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。 常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。 汽缸头 主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。

207 鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)
1.5 有色金属 3).Al-Mg系铸造铝合金 这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能 差，耐热性低。 常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等。 鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301) 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。

208 1.5 有色金属 4）.Al-Zn系铸造铝合金 这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化； 但密度大，耐蚀性较差。
1.5 有色金属 4）.Al-Zn系铸造铝合金 这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化； 但密度大，耐蚀性较差。 大型空压机活塞(ZL401) 常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、 ZL402(ZAlZn6Mg)等。 主要用于制造形状复杂受力较小的 汽车、飞机、仪器零件。

209 1.5.2 铜及铜合金 1.工业纯铜 1.5 有色金属 纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格， 无同素异构转变，无磁性。
1.5 有色金属 铜及铜合金 1.工业纯铜 纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格， 无同素异构转变，无磁性。 纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和 冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。

210 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。
1.5 有色金属 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。 铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。 铜管 铜冷却器

211 2.黄铜 1.5 有色金属 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。
1.5 有色金属 2.黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。 法兰阀 闸阀

212 加工普通黄铜的牌号为：H（黄）+ 表示铜平均百分含量的数字，如H68。
1.5 有色金属 (1)、普通黄铜 铜与锌的二元合金称为普通黄铜。 加工普通黄铜的牌号为：H（黄）+ 表示铜平均百分含量的数字，如H68。 从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和+’ 两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。

213 1.5 有色金属 普通黄铜的显微组织 单相黄铜 两相黄铜

214 适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。 两相黄铜热塑性好，强度高。 常用牌号有H59、H62。
1.5 有色金属 单相黄铜塑性好。 常用牌号有H80、H70、H 68。 适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。 两相黄铜热塑性好，强度高。 常用牌号有H59、H62。 适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。 冷凝器管 汽车机油泵衬套

215 1.5 有色金属 (2)、特殊黄铜 在普通黄铜的基础上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni 等元素形成特殊黄铜。
1.5 有色金属 (2)、特殊黄铜 在普通黄铜的基础上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni 等元素形成特殊黄铜。 加工特殊黄铜的牌号为： H（黄）+主加元素符号（Zn除外）+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量，如HPb59-1。 特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。 黄铜制品

216 1.5 有色金属 常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。 主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。

217 加工青铜的牌号为：Q +主加元素符号及其平均百分 含量+其他元素平均百分含量 如QSn4-3（含4%Sn、3%Zn )。
1.5 有色金属 3.青铜 除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。 加工青铜的牌号为：Q +主加元素符号及其平均百分 含量+其他元素平均百分含量 如QSn4-3（含4%Sn、3%Zn )。 常用青铜有锡青铜、铝青铜、 铍青铜、硅青铜、铅青铜等。 青铜制品

218 1.5 有色金属 (1)、锡青铜 是以锡为主加元素的铜合金， 锡含量一般为3~14%。 锡青铜铸造流动性差，铸件
1.5 有色金属 (1)、锡青铜 是以锡为主加元素的铜合金， 锡含量一般为3~14%。 锡青铜铸造流动性差，铸件 密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小 。 锡青铜具有良好的耐蚀性，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。

219 常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。
1.5 有色金属 常用牌号有QSn4-3、QSn 、ZCuSn10Pb1等。 主要用于耐蚀承载件，如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。 插座簧片 阀门零件 方螺母 锁块

220 强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。
1.5 有色金属 (2)、铝青铜 以铝为主加元素的铜合 金，铝含量为5~11%。 强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。 常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。 主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。 大型水力发电设备中的抗磨环

221 1.5 有色金属 (3)、铍青铜 以铍为主加元素的铜合金,铍含量为1.7~2.5%。
1.5 有色金属 (3)、铍青铜 以铍为主加元素的铜合金,铍含量为1.7~2.5%。 具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。 常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等 。 用于重要的弹性件、耐磨件，如精 密弹簧、膜片，高速、高压轴承及 防爆工具、航海罗盘等重要机件。 铍青铜制品

222 1.5 有色金属 白铜件 4.白铜 以镍为主要合金元素的铜合金称 白铜。分普通白铜和特殊白铜。
1.5 有色金属 白铜件 4.白铜 以镍为主要合金元素的铜合金称 白铜。分普通白铜和特殊白铜。 普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。 普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。 常用牌号有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等。

223 1.5 有色金属 特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。
1.5 有色金属 特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。 其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。 常用牌号如BMn40-1.5（康铜）、BMn43-0.5（考铜）。 用于制造精密机械、仪表零件及 医疗器械等。 康铜热偶 白铜型材

224 1. 纯钛 1.5 有色金属 1.5.3 钛及钛合金 纯钛密度小，熔点高，在882.5℃发生同素异构转
1.5 有色金属 钛及钛合金 1. 纯钛 纯钛密度小，熔点高，在882.5℃发生同素异构转 变-Ti ⇌ -Ti 。 -Ti具有体心立方晶格，-Ti具有 密排六方晶格。 纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。

225 纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。
1.5 有色金属 纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。 钛钢复合反应釜 钛管换热器 钛制蒸馏塔

226 1.5 有色金属 2. 钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。
1.5 有色金属 2. 钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。 按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金和+型钛合金三类，它们的牌 号分别用TA、TB、TC加顺序号 表示 。如TA5、TB2、TC4等。 其中TA0~TA3为工业纯钛。 钛合金泵

227 1.5 有色金属 (1)、型钛合金 主加元素为铝，还有锡、硼等。 不能热处理强化，通常在退火状态 下使用，组织为单相固溶体。
1.5 有色金属 (1)、型钛合金 主加元素为铝，还有锡、硼等。 不能热处理强化，通常在退火状态 下使用，组织为单相固溶体。 强度低于其他两类钛合金，但高温 强度、低温韧性及耐蚀性优越。 钛合金氢泵诱导轮 钛合金氢泵壳体

228 主要用于制造500℃以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。
1.5 有色金属 常用牌号有TA5、TA7等 主要用于制造500℃以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。 钛合金卫星框架 钛合金液下泵

229 经淬火加时效处理后，组织为相基体上分布着细小的相粒子。
1.5 有色金属 （2）、型钛合金 加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。 经淬火加时效处理后，组织为相基体上分布着细小的相粒子。 这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，应用受到限制。 钛合金管 钛合金管应用

230 主要用于350℃以下工作的结构件和紧固件，如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。
1.5 有色金属 型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。 主要用于350℃以下工作的结构件和紧固件，如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。 钛合金棒 β钛合金眼镜架

231 可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的 热强性、耐蚀性和低温韧性。
1.5 有色金属 （3）、+型钛合金 加入的合金元素有铝、钒、 钼 铬等。 可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的 热强性、耐蚀性和低温韧性。 钛合金列管式换热器

232 +型钛合金共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为++时效析出的针状。
1.5 有色金属 +型钛合金共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为++时效析出的针状。 α+β钛合金组织 α+β钛合金组织（电镜）

233 +型钛合金主要用于制造400℃以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等。
1.5 有色金属 +型钛合金主要用于制造400℃以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等。 飞机发动机叶片、盘 涡喷13AⅡ发动机

234 1.5 有色金属 1.5.4 轴承合金 制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。 与滚动轴承相比滑动轴承具 有承载面积大，工作平稳， 无噪音及拆装方便等优点。

235 1.5 有色金属 （一）组织性能要求 当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈 施加的交变载荷和冲击力。对轴承合金的性能要求：
1.5 有色金属 （一）组织性能要求 当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈 施加的交变载荷和冲击力。对轴承合金的性能要求： ⑴ 足够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷。 ⑵ 较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防 止轴与轴瓦之间咬合。 ⑶ 较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减少 轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。

236 1.5 有色金属 为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点。
1.5 有色金属 为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点。 当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点（基体）则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。 软基体(或质点)还能起嵌藏外来硬 杂质颗粒的作用, 以避免擦伤轴颈。

237 1.5 有色金属 轴承合金的理想组织: 润滑油空间 轴 硬质点 软基体 轴瓦

238 1.5 有色金属 （二）常用轴承合金 工业上常用的是锡基、铅基轴承合金，又称巴氏合金 。 1、锡基轴承合金
1.5 有色金属 （二）常用轴承合金 工业上常用的是锡基、铅基轴承合金，又称巴氏合金 。 1、锡基轴承合金 是以锡为主并加入少量锑、铜等元素组成的合金，熔点较低，是软基体硬质点组织类型的轴承合金。 典型牌号为ZchSnSb11-6, ZchSnSb ZchSnSb11-6合金的显微组织 （基体+白亮块状SnSb+ 星状Cu3Sn）

239 1.5 有色金属 锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性和嵌藏性，摩擦系数和热膨胀系数小，但疲劳强度较低，工作温度不超过150℃，价格高。 巴氏合金轴瓦 广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机 等大型机器的高速轴瓦。

240 [(+)共晶基体+方块状SnSb+针状Cu3Sn]
1.5 有色金属 2、铅基轴承合金 是以铅为主加入少量锑、锡、铜等元素的合金，也是软基体硬质点型轴承合金。 典型牌号为ZchPbSb 。 ZchPbSb 合金的显微组织 [(+)共晶基体+方块状SnSb+针状Cu3Sn]

241 铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。
1.5 有色金属 铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。 内燃机轴瓦 常用于低速、低载条件下工作的设备，如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。

242 1.5 有色金属 锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将它们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的内衬，成为双金属轴承。 表面保护层 减磨层 镍栅层 轴承合金 衬背

243 1.5 有色金属 3、铜基轴承合金 常用有铅青铜和锡青铜。 铅青铜：具有较高的疲劳强度和承载能力，优良的耐磨性、导热性和低的摩擦系数，能在较高温度下工作，如航空发动机的轴承。 锡青铜：能承受较大的载荷，广泛用于中等速度及受较大的固定载荷的轴承，如电动机、泵的轴承。

244 1.5 有色金属 4.铝基轴承合金 六十年代发展起来的新型减摩材料，目前采用的铝基轴承合金有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承合金。这类合金并不直接浇铸成形，而是采用铝基轴承合金带与低碳钢带一起轧成双金属带料。

245 1.6 其他材料 1.6.1 粉末冶金材料 粉末冶金是用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作原料，经过压制成形后烧结，以获得金属零件和金属材料的方法。 1.硬质合金 采用高熔点、高硬度的碳化物粉末和粘接剂混合、加压成形、烧结而成的一种粉末冶金材料。 性能特点： 高的硬度、高的热硬性、高的耐磨性（高速钢）； 抗压强度高，抗弯强度低，弹性模量高。耐蚀性好，热 膨胀系数比钢低； 缺点：脆性大，导热性好，不能用于切削的方法加工。

246 常用有三类： 1）钨钴类硬质合金 牌号：YG3，YG6 ，YG8 成分：WC + Co （数字为Co的含量） 适于加工脆性材料，如铸铁。 2）钨钴钛类硬质合金 牌号： YT5 ，YT15 ，YT30 成分： WC + Ti + Co 适于加工塑性材料，如碳钢。

247 1.6 其他材料 3）通用硬质合金 牌号： YW1 ，YW2 成分：WC + TiC + TaC + Co 适于加工难加工材料， 如不锈钢。 近些年来，用粉末冶金方法又产生了一种新型硬质合金——钢结硬质合金。它可以切削加工，故适于制造各种形状复杂的刃具、模具和耐磨零件。

248 1.6 其他材料 2.烧结减摩材料 1）.多孔轴承 2）.金属塑料减摩材料 3）.烧结铁基结构材料

249 1.6 其他材料 1.6.2 陶瓷材料 1.概述 陶瓷是人类使用最早的材料之一。 2.陶瓷材料的分类 大致可分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类。
1.6 其他材料 1.6.2 陶瓷材料 1.概述 陶瓷是人类使用最早的材料之一。 2.陶瓷材料的分类 大致可分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类。 3.常用工业陶瓷 （1）、普通陶瓷： 由粘土、长石、石英为原料配制，烧结而成。 组织：主晶相 莫来石25—30% ， 次晶相SiO2 ； 玻璃相 35—60% 气相 —3%

250 1.6 其他材料 性能特点：质地坚硬，不氧化、不生锈、耐高温； 成型性好，成本低。强度低，绝缘性、耐高温性不如其它陶瓷。
1.6 其他材料 性能特点：质地坚硬，不氧化、不生锈、耐高温； 成型性好，成本低。强度低，绝缘性、耐高温性不如其它陶瓷。 应用：生活中常用的各类陶瓷制品；电瓷绝缘子，耐酸、碱的容器和反应塔管道，纺织机械中的导纱零件。 （2）、特种陶瓷 1）氧化铝陶瓷 组织：AL2O3 主晶相，还有少量SiO2； 性能：硬度高； 耐高温（抗氧化性能，高的蠕变抗 力）；耐腐蚀，绝缘性好； 脆性大，抗热振性差；→ 缺点

251 1.6 其他材料 应用：内燃机火花塞；火箭导弹的导流罩； 用于制造耐磨零件，如轴承，纺织机上的导纱器等；
1.6 其他材料 应用：内燃机火花塞；火箭导弹的导流罩； 用于制造耐磨零件，如轴承，纺织机上的导纱器等； 用于冶炼金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等 2）氮化硅陶瓷 主要成分：Si3N4 制备有两种方法：热压烧结；反应烧结 性能特点：硬度高，摩擦系数小，极优异的耐磨材料。 蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性能最好。 化学稳定性好(除氢氟酸外)，优异的绝缘性能。 应用：用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、且形状复杂、尺寸精度高的陶瓷制品，如高温轴承、燃气轮机转子叶片。热电偶套管、石油化工泵的密封环（动密封） ；切削刀具。

252 1.6 其他材料 3）碳化硅陶瓷： 主要成分：SiC. 制备：反应烧结；热压烧结； 性能特点：高温强度高，导热性好。耐放射元素辐射；
1.6 其他材料 3）碳化硅陶瓷： 主要成分：SiC. 制备：反应烧结；热压烧结； 性能特点：高温强度高，导热性好。耐放射元素辐射； 热稳定性、抗蠕变、耐腐蚀性能好； 应用：高温结构材料； 火箭尾喷管的喷嘴；高温轴承； 热交换器，核燃料包封材料。 4）氮化硼陶瓷： 主要成分：BN； 晶体结构为六方结构，与石墨相似，称“白石墨”。 性能特点：耐热性、导热性好；热稳定好，抗热振性 好；核反应堆中吸收热中子的控制棒。

253 1.6 其他材料 (3)、金属陶瓷 1)成分：金属氧化物或碳化物 +添加适量的金属粉末　 （AL2O3　，ZrO2 ,TiC, WC 等+ Co,Ni,Cr,Fe,Mo,等） 2)制备：粉末冶金 过程：制粉→ 压制成型烧结→后处理等 3)金属陶瓷硬质合金（金属陶瓷的一种）： WC（TiC,TaC） + Co,Ni，Mo; 基体 粘结剂

254 1.6 其他材料 1.6.3 塑料、橡胶材料 1、塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。
1.6 其他材料 塑料、橡胶材料 1、塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。 （1）成分： 合成树脂 + 添加剂 （填充剂、增塑剂、 稳定剂等） （2）分类： 按应用范围分类：通用塑料和工程塑料 按塑料按树脂性质分：热塑性塑料； 热固性塑料； （3）工程塑料 1） 聚酰胺：商品名称为尼龙或锦纶(代号：PA)， 树脂：以线性晶态聚酰胺为基体

255 1.6 其他材料 特点：强度高、韧性好，摩擦系数低，有自润滑性。应用：在机械行业中应用广泛，如轴承、涡轮、齿 轮、凸轮、导板等（应用温度T<1000C） 2）ABS塑料 基体：丙烯腈A-丁二烯B-苯乙烯S三种单体共聚而 成的聚合体 性能：高强度和高硬度，耐油和耐蚀，“质坚、性 韧、刚性大”。 应用：各种电器的外壳，汽车方向盘、仪表盘，飞 机舱内装饰板、窗框、隔音板。

256 1.6 其他材料 3）氟塑料：聚四氟乙烯(F－4），聚三氟乙烯，聚全 氟乙丙烯。 性能：极优越的化学稳定性，良好的热稳定性；良 好的绝缘性，摩擦系数小，有自润滑性，不 易老化。 缺点：在390C以上分解放出有毒气体，强度较低， 加工成型性较差。

257 1.6 其他材料 应用：主要用于制造减磨密封零件、密封圈、垫圈 等；化工工业中耐腐蚀零件、管道、内衬材 料、过滤器，盛放氢氟酸容器；电工中的绝缘 材料；医疗中的代用血管、人工心肺等 4）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）（代号为PMMA） 性能特点：透光率高，高强度、韧性 ，不易破碎， 耐紫外线和大气老化，易成型加工。 应用：飞机座舱盖，仪表外壳，光学镜片等。

258 酚醛塑料（以非晶态酚醛树脂为基体）＋ 填料 性能特点：有一定的机械强度，耐热性好；具有较 高的耐腐蚀性、耐磨性、良好的绝缘
1.6 其他材料 5）热固性塑料 酚醛塑料（以非晶态酚醛树脂为基体）＋ 填料 性能特点：有一定的机械强度，耐热性好；具有较 高的耐腐蚀性、耐磨性、良好的绝缘 性。脆性大，易碎，阳光下易变色，多 是黑色、墨绿色。 应用：电器开关、插头等绝缘器件；机械行业中的齿 轮、凸轮、手柄等，化工中的耐酸泵。 木粉、纸、玻璃布、石棉等。

259 热塑性和热固性塑料的特点 1.6 其他材料 热塑性塑料 树脂：聚合树脂，线型高分子链。 加热融化、冷却硬化，可反复进行； 可以循环使用。
1.6 其他材料 热塑性和热固性塑料的特点 热塑性塑料 树脂：聚合树脂，线型高分子链。 加热融化、冷却硬化，可反复进行； 可以循环使用。 热固性塑料 树脂：缩聚树脂，体型高分子链； 加热发生化学反应，固化为坚硬制品； 不溶解，加热时不再融化，不能循环使用。

260 1.6 其他材料 2、橡胶 主要组分：生胶＋配合剂＋增强材料 按原料来源分类：天然橡胶和合成橡胶
1.6 其他材料 2、橡胶 主要组分：生胶＋配合剂＋增强材料   分类 按原料来源分类：天然橡胶和合成橡胶 按应用范围分类：通用橡胶和特种橡胶（界限并不严格） 生产过程：生胶的熔炼、胶料的混炼、压延、压出、 制品的硫化。 工业中常用的橡胶 (1)天然橡胶（NR） 胶乳 →片状生胶 → 硫化 → 橡胶制品 ；

261 1.6 其他材料 性能特点：有较好的弹性，一定的抗拉强度，较好的 耐碱性能；耐油性和耐溶性较差，不耐高温； 应用：制造轮胎、胶带、胶管、胶鞋等。 （2）通用合成橡胶：顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、 异丙橡胶 ①顺丁橡胶：由丁二烯单体聚合而成。 性能特点：顺丁橡胶的弹性、耐磨性、耐寒性具 优于天然橡胶，是制造轮胎的优良材料。 应用：主要用于制造轮胎、耐寒运输带、胶带、减震 器、耐热胶管、电绝缘制品和V型带等。

262 1.6 其他材料 ②氯丁橡胶（CR）：由氯丁二烯聚合而成。有“万能橡 胶”之称。 性能特点：耐油、耐溶剂，耐氧化、耐老化、耐酸、 耐热、耐燃烧、耐挠曲等性能，弹性好， 绝缘性、强度也较高。 应用：矿井的运输带，电缆包皮，输送腐蚀介质的管 道，耐热运输带，也是制造耐燃橡胶的主要材 料。

263 1.6 其他材料 （3）特种合成橡胶 ①丁腈橡胶：突出优点是耐油性好。 应用：制作耐油制品，如油箱、油封、输油管等；
1.6 其他材料 （3）特种合成橡胶 ①丁腈橡胶：突出优点是耐油性好。 应用：制作耐油制品，如油箱、油封、输油管等；  ②硅橡胶：突出优点是耐高温和低温，抗老化性能好， 无毒无味； 应用:航空中的密封件，或食品机械中零件，医用中 的人造心脏和人造血管。 ③氟橡胶：突出优点是耐腐蚀性很好，耐热性也好。 应用：主要用于国防科技中，如航天飞行器、导弹的 高级密封件，减振元件等。

264 1.6 其他材料 复合材料 定义：将两种或者两种以上的材料用人工方法合成的多相材料，既保持组成材料的特性又具有组合后的新特性，这种材料称为复合材料。 1. 复合材料的分类 (1)、按照基体来分 非金属基复合材料：如树脂基复合材料、橡胶基复合材料、陶瓷基复合材料等 金属基复合材料：铝基复合材料、钛基复合材料和铜基复合材料。       (2)、按照增强相的形态来 分类 纤维增强复合材料 颗粒增强复合材料 叠层复合材料 

265 1.6 其他材料 2、复合材料的性能 1、比强度和比模量高 2、抗疲劳和破断安全性能好 复合材料的疲劳强度较高;破坏安全性能好 3、高温性能优良 提高基体材料的使用温度和高温强度和模量 4、减振性能好 避免构件在工作状态下产生共振；另外复合材料的吸振性能好。

266 性能特点（综合）：高强度、高的冲击韧性、良好的低温性能； 低的热膨胀系数、绝缘、绝热性、耐腐蚀，防磁，微波穿透性 好，吸水性低。
1.6 其他材料 3、常用的复合材料 （1）、塑料基复合材料 玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）： 性能特点（综合）：高强度、高的冲击韧性、良好的低温性能； 低的热膨胀系数、绝缘、绝热性、耐腐蚀，防磁，微波穿透性 好，吸水性低。 应用：用于制造要求自重轻的受力构件、要求无磁性、绝缘性、耐腐蚀性的零件，如航天和航空工业中的雷达罩、直升飞机的机身，制造轻型船、舰和赛艇等，制造冷却塔，代替不锈钢制造一些容器和管道等。

267 1.6 其他材料 (2)、金属基复合材料 1）纤维增强铝基复合材料 （硼纤维增强铝基符合材料） 组成：硼纤维＋铝
1.6 其他材料 (2)、金属基复合材料 1）纤维增强铝基复合材料 （硼纤维增强铝基符合材料） 组成：硼纤维＋铝 性能特点：高的拉伸模量、高横向模量、高的抗压强度、剪切 强度和疲劳强度以及比强度。 应用：飞机和航天器的蒙皮、长梁和航空发动机叶片。 2)颗粒增强铝基复合材料 特点：与纤维增强复合材料相比，颗粒增强金属基复合材料的工艺简单，价格便宜，已在汽车等民用工业中应用。

268 1.6 其他材料 ①SiC颗粒增强铝基复合材料：性能优异，用于制造卫星支架等；民用上，已用于汽车的驱动轴、刹车盘、发动机的缸套、活塞和连杆等 ②弥散强化铝：（烧结铝） 制备方法：采用氧化法＋烧结 特点：高温强度高，300－500度，强度高于任一种 铝合金。 应用：飞机结构件，如机翼和机身；高温活塞和发 动机的压气机叶轮；大功率柴油机活塞。

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273 图1-7 返回文档

274 图1-8 返回文档

275 图1-9 返回文档

276 图1-12

277 1.工业纯铁 ( Wc < % )

278 工业纯铁组织金相图

279 2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )

280 共析钢组织金相图

281 3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )

282 亚共析钢组织金相图

283 4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )

284 过共析钢组织金相图

285 5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% ) GJZT

286 共晶白口铁组织金相图

287 6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )

288 亚 共 晶 白 口 铁 组 织 金 相 图

289 7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )

290 过共晶白口铁组织金相图 返回文档