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 。

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1 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

2 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

3 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

4 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

5 (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

6 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

7 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

8 (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

9 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/T ) 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 － 0.30 0.050 0.045 F,b,Z Q215 A / B 0.050 / 0.045  Q235 A B C 0.18 0.040 Z D 0.17 0.035 TZ Q255 Q275 0.35 GB/T 标准 GB 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/T ) 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 33 Q215 A/B 215 175 165 31 29 27 26 －/20 －/27 Q235 C/D 235 185 24 22 21 0/-20 Q255 255 205 20 19 Q275 275 225 18 15 汽车应用材料 第二章 最新牌号GB/T

10 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

11 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 / = 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 0.03 <0.035 175 205 245 315 335 355 375 400 420 (摘自GB/T ) 汽车应用材料 第二章

12 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

13 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

14 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

15 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)  % ，w(P)  % 。 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 0.40 0.35 0.35 0.35 0.35 0.030 0.035 187 192 19 207 217 表2-16　碳素工具钢的化学成分和性能（淬火后HRC≥62) (摘自GB/T ) 汽车应用材料 第二章

16 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

17 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ZG 汽车应用材料 第二章

18 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

19 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

20 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

21 （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

22 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

23 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

24 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

25 （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

26 （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

27 (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

28 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/T ) 汽车应用材料 第二章

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

30 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

31 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

32 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

33 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

34 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/T ）（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~ ~4.5 1.25~ ~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

35 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

36 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

37 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

38 20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线 汽车应用材料 第二章

39 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

40 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

41 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

42 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

43 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

44 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

45 应用: 圆锥齿轮 汽车曲轴 汽车应用材料 第二章

46 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

47 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

48 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

49 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

50 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

51 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

52 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

53 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

54 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

55 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

56 刃 具 量 具 模 具 汽车应用材料 第二章

57 (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

58 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

59 （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

60 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

61 （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

62 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

63 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

64 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

65 （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

66 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

67 汽车应用材料 第二章

68 (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

69 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

70 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

71 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

72 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

73 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

74 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

75 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

76 (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

77 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

78 汽车应用材料 第二章

79 （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

80 （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

81 （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

82 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

83 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

84 (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

85 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

86 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

87 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

88 衬垫 气缸盖罩 气缸盖 安装火花塞 气缸垫

89 （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

90 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 － QT600-2 P 2 QT700-2 700 490 QT800-2 800 560 QT1200-1 下B 1200 840 1 38HRC 汽车应用材料 第二章

91 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

92 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

93 桑塔纳轿车发动机曲轴飞轮组

94 （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

95 （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

96 （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

97 （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

98 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

99 （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

100 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

101 (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

102 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

103 The End 汽车应用材料 第二章