3第三章-金属材料综述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 金属材料,(,Metal material),教学目的：,通过本章的教学和实验，要求学生掌握碳钢、合金钢的分类牌号、性能和主要用途；能够知道碳钢中的常存杂质元素及其作用以及合金元素在钢中的作用；了解铸铁、有色金属、粉末冶金材料等常见金属材料。,教学重点：,碳钢、合金钢的分类牌号、性能和主要用途。,教学难点：,合金钢,教学时数：,4学时,教学形式与方法,：以课堂理论讲授为主,教学内容：,第一节 碳钢,碳钢：,Wc1.4%,应用广泛；,1.4% ,Wc2.1%,力学性能较差,；,一、常存杂质元素及其作用,常存元素：,Fe、C、Mn、Si、S、P,等,1、铁基体元素,2、碳：,Wc1.4%,Wc0.9%，Wc,增加，,Fe,3,C,增多，强度下降、硬度增大,3、硅、锰：,有益元素，,MnS,造成“硫脆”,4、硫、磷：,有害元素，,Fe,2,P,造成“冷脆”；,FeS,造成“热脆”,5、氮、氢、氧：,有害元素 造成“气孔”,二、碳钢的分类、牌号和用途,（一）碳钢的分类,1、含碳量：,（1）低碳钢：0.08%0.25% 20,（2）中碳钢：0.25%0.60% 45,（3）高碳钢：0.60% 1.4% 60,2、质量：,Ws；Wp,（1）,普通钢：,（2）优质钢：,（3）高级优质钢：,3、用途：,（1）碳素结构钢：工程结构；机械零件,（2）碳素工具钢：刀具；量具；模具,（3）专用钢：锅炉钢；易切钢；特种钢,4、脱氧程度：,（1）沸腾钢（,F）：,性能较差,（2）镇静钢（,Z）：,性能较好,（3）半镇静钢（,b）：,性能一般,（二）碳钢的牌号、性能和主要用途,1、碳素结构钢：,（1）应用：工程结构；机械零件,（2）牌号：举例：,Q235-A,F,（3）,用途：,Q215；Q235；Q255,2、,优质碳素结构钢：,（1）应用：重要零件,（2）牌号：举例：08；45；20,g,等,Wc,为万分数,（3）用途：按照含碳量来介绍,（4）分类：,低锰钢：,W,Mn,0.8%；16Mn,高锰钢： 0.8%,W,Mn,1.2%；45Mn,3、,碳素工具钢：,（1）应用：刀具；量具；模具 0.65% ,Wc1.4%,（2）,牌号：举例：,T8；T12 Wc,为千分数,（3）用途：,T7T9；T10T13,4、,铸钢：,（1）应用：0.15% ,Wc0.60%,（2）,牌号：举例：,ZG200,400,（3）,用途：,形状复杂，难于成形；但是又有强度、韧性要求；,Wc,低可满足可铸性,（4）分类：,质量分级：高级（）；优质（）；,普通（）,第二节 合金钢,引语：合金钢定义：,一、合金元素在钢中的作用,1、强化：固溶强化；细晶强化；碳化物强化,2、细化晶粒、稳定组织：,合金元素溶入,F;A,会提高稳定性；,合金元素一般会抑制奥氏体的长大,3、提高淬透性：除,Co,外,4、提高耐蚀性：,二、合金钢的分类,1、合金元素含量：,（1）低合金钢：,W,Me,10%,2、,合金元素种类：,3、主要用途：,（1）合金结构钢,：,（2）合金工具钢：,（3）特殊性能钢：,4、金相组织：,（1）珠光体钢：12,Cr1MoV,（2）,铁素体钢：1,Cr17s,（3）,马氏体钢：1,Cr13,（4）,奥氏体钢：!,Cr18Ni9Ti,（5）,其他：贝氏体钢；碳化物钢；双相钢,三、合金钢的牌号、性能和主要用途,（一）合金结构钢,1、牌号：举例20,Cr；40Cr；60Si2Mn,2、,低合金结构钢：,（1）定义：,W,Me,2.1%,铸铁分类：石墨的形态,一、铸铁的石墨化,1、定义：,2、石墨的作用及存在形态：,（1）碳在铸铁中有三种存在形式；,渗碳体、固溶体（,F、A）,、游离的石墨,（2）游离的石墨的作用：,润滑作用-减摩性；可切削性；,吸震作用-减震性,（3）石墨的存在形态：千奇百态,3、影响因素：,（1）化学成分：,C,和,Si,促进石墨化的元素；,S,和,Mn,阻碍石墨化的元素,二、铸铁的分类、牌号和用途,（一）白口铸铁：,1、,C,存在形式：,渗碳体,；断口亮白色，又称“冷硬铸铁”,2、性能：硬而脆,3、用途：,炉料、坯料,；很少用,（二）灰铸铁：,1、,C,存在形式：,片状,的石墨；断口,灰暗,；,C、Si、Mn,为主加元素,2、牌号：,HT+,b,3、,性能：,（1）机械性能：,一般,b=100250，HB=140240,游离的石墨；,加入孕育剂（,Si,铁；,SiCa,合金），,b=250400，HB=170270,， 又称“孕育铸铁”,机械性能得到提高,（2）工艺性能：,可铸性好：铁水流动性好，不缩孔,可切削性好：石墨起到断屑作用，润滑、减摩性,可焊性差：,Wc,、,Wmn,增加，淬透性好，但凝固脆裂,可热处理性差：很少通过热处理改善性能，,有去应力退火、软化退火等,4、用途：广泛,（三）“可锻”铸铁：,1、,C,存在形式：,团絮状,的石墨，减弱了石墨对基体的割裂程度，,所以塑性好。,2、牌号：,KT+,b,+,3、,性能：强度大；塑性、韧性有所改善；,并不“可锻”,4、用途：形状复杂、重要部位的,薄壁小件,5、分类：黑心可锻铸铁；白心可锻铸铁；,珠光体可锻铸铁；铁素体可锻铸铁；,（四）球墨铸铁：,1、,C,存在形式：,球状,的石墨；,铁水“球化处理”加“孕育处理”而成；,球化剂：镁；稀土；,孕育剂：,Si,铁；,SiCa,合金,2、牌号：,QT+,b,+,3、,性能：硬度高；塑性、韧性好,4、用途：,大载荷、受冲击、耐磨损,的零件,（五）蠕磨铸铁：（新型铸铁）,1、,C,存在形式：,蠕虫状,的石墨；,铁水“变质处理”加“孕育处理”而成；,变质剂：稀土合金,孕育剂：,Si,铁；,SiCa,合金,2、牌号：,RuT+,b,3、,性能：兼有,HT,和,QT,的性能；,综合性能好,4、用途：,（六）合金铸铁：,1、合金化；,2、分类：,（1）耐磨铸铁(,M T)：Mn、Cu、Mo,为主加元素,（2）耐热铸铁(,R T)：Cr、Mo,、,W,为主加元素,（3）耐蚀铸铁(,S T)：Cr、Si 、Al,为主加元素,(七)、麻口铸铁：,1、工艺：,白口铸铁采用,表面激冷,工艺，形成麻口，,表面白口+心部灰口,2、性能及用途：,冷、硬、脆，不太常用,第四节 有色金属,金属分类：,黑色金属：,Fe、Cr、Mn,三种,有色金属：,Cu、Al、Ti、Mg,有色金属分类：,重金属：密度3.5,Cu,、,Ni,、,Co,、,Zn,等,轻金属：,密度3.5,Al,、,Mg,、,Na,等,贵金属：金、银、铂等,半导体：硅、锗、硼等,稀有金属：钛、钨、钼等,放射性元素：铀、镭等,例：犯罪、学生、丢失,一、铜及铜合金,引语：,一 工业纯铜,1、简介：,W,Cu,=99.599.95%；,玫瑰红；,Fcc,、无同素异晶转变,紫铜-表面氧化膜；,铜绿-,CO,2,潮湿空气中，表面碱性碳酸盐的绿 色薄膜；,CuCO3,Cu(OH),2,特性：,抗磁性好：仪器,导电性、导热性好：电工导体,塑性好：打击的铜棒、压力加工黄铜,化学稳定性好：,因为生成保护膜，耐大气、水、蒸汽等，,不耐浓酸、海水，例：黄铜的“季裂”,热稳定性差：冷脆、热脆,“加工硬化”现象：,2、,牌号：,T1、T2、T3；,序号大，纯度低,二、铜合金,1、黄铜：,CuZn,（,1,）,分类：,成形方法：压力加工黄铜；铸造青铜,化学成分：普通黄铜；特种黄铜,（,2,）牌号：,合金元素：,Pb,、,Al,、,Sn,、,Mn,为主加元素；,H+WCu%,举例：,H70,（三七黄铜）；,H+Me+ WCu%+ WMe%,举例：,HPb63-3,（铅黄铜）；,（,3,）性能：,WZn%,不同，,H70,（三七黄铜）；,H68,（弹壳黄铜）；,H62,（商业黄铜、两相黄铜）,（,4,）黄铜的季裂：,2,、青铜：,CuSn,周礼,考工记,记载：,“六分其金而锡居其一，谓之钟鼎之齐,”,（,1,）牌号：,Q+Me+ WMe% + W,其他,Me%,举例：,QSn4s-3,（锡青铜）；,（,2,）性能：,锡青铜：耐磨件,铝青铜：减摩件、弹性件、抗磁零件,铍青铜：昂贵，用于精密仪器,铅青铜：高压、高速,3,、白铜：,CuNi,（,1,）牌号：,B+,其它,Me+ WNi% + W,其他,Me%,举例：,BMn43-0.5,（锰白铜）,（,2,）分类及性能：,B30-,简单白铜；,BMn43-0.5-“,考铜”,热电偶、变阻器等,BMn40-1.5-“,康铜”,精密仪器,二、铝及铝合金,（一） 纯铝,1、简介：银白色；,Fcc；,无同素异晶转变；轻,2、特性：“,钝化现象,”；,导电性；导热性；,“加工硬化”现象,3、工业纯铝牌号：,L1、L2、T3；,序号大，纯度低，,高纯铝牌号：,LG15；,序号大，纯度高，,（二）铝合金,合金化：主加元素：,Si、Cu、Mg、Zn,等；,辅加元素：,Cr、Ti、Ca、Ni,等,强化方式：“加工硬化”、时效强化、合金强化,1、 铸造铝合金：,（1）定义：,（2）牌号：,ZL+,三位数字,（3）分类、性能及用途：,Al,Si,系；,Al,Cu,系；,Al,Mg,系；,Al,Zn,系,见表格3.4,常用的,Al,Si,系称为铝硅明，用于形状复杂的零件,2、形变铝合金：,（1）定义：,（2）牌号：,L+F,（3）,分类、性能及用途：,a、,防锈铝,LF,：,Al,Mn,系和,Al,Mg,系铝合金；管道,b、,硬 铝,LY,：,Al,Cu,Mg,系铝合金； 强度大,c、,超硬铝,LC,：,Al,Cu,Mg,Zn,系铝合金；重量轻、承载大,d、,锻铝,LD,：,Al,Cu,Si,Mg,系铝合金、,Al,Cu,Mg,Ni,Fe,系铝合金；,三、滑动轴承合金,滑动轴承合金的定义：,滑动轴承合金的性能要求：,软基体硬质点：锡基轴承合金；铅基轴承合金,硬基体软质点：铜基轴承合金；铝基轴承合金,常用的轴承合金介绍：,（一）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）：,1、,定义：,Sn,为主加元素；,Cu、Sb,为辅加元素,软基体：,Sn,溶有,Sb,固溶体；硬质点：金属化合物,2,牌号：,ZCh+,基础元素+主加元素+主加元素%,举例：,ZChSnSb11-6,3、,性能及用途：,高速重载；蒸汽机、汽轮机和大型机床的主轴,常用的锡基巴氏合金：1号；2号；3号；4号,（二）铅基轴承合金（铅基巴氏合金）：,1,定义：,Pb,为主加元素；,Sn、Cu、Sb,为辅加元素,软基体：,Pb,溶有,Sb,的固溶体；硬质点：金属化合物,2,牌号：,ZCh+,基础元素+主加元素+主加元素%,举例：,ZCh Pb Sb16,6-2,3、,性能及用途：,中速中载；电动机、压缩机、破碎机的主轴,常用的锡基巴氏合金：1号；2号；3号；4号；5号,三）铜基轴承合金,1、锡青铜轴承合金：软基体硬质点；,高速中载；电动机的轴承,2、铅青铜轴承合金：硬基体软质点；,高速重载；发动机、柴油机的轴承,（四）铝基轴承合金,1,高锡铝基轴承合金：硬基体软质点；,高速重载；汽车、拖拉机的轴承,2、铝锑镁基轴承合金：软基体硬质点；轻载；,3、铝,石墨系轴承合金：恶劣环境下，活塞、机床主轴的轴瓦,（五）其他：,1、灰铸铁轴承合金：低速、轻载、冲击,2、多层轴承合金：复合减摩材料,3、粉末冶金含油轴承：,油的“毛细作用”，具有“自润滑性能”,四、钛及钛合金,1、特点：轻；新型结构材料，,用于航空、航天、化工、船舶等重工业,抗蚀性好；“钝化现象”,2、分类：,型、,型、,+,型,第五节 粉末冶金材料,粉末冶金的定义：,粉末冶金材料的定义：,一、粉末冶金及其特点,1、粉末冶金的基本工艺：,（1）金属粉末的制取：机械制取；物理方法,（2）压制成形：,（3）高温烧结：,（4）后处理：,2、粉末冶金的特点：,二、常用粉末冶金材料,（一）硬质合金：,1、定义： 粉末：难熔碳化物；粘结剂：金属粉末,2、硬质合金的特点：硬度大，红硬性高,3、常用的硬质合金：表格3.5,（1）钨钴类硬质合金：,成分为,WC、Co；,牌号：,YG+WCo%,（2）,钨钴钛类硬质合金：,成分为,WC、TiC、Co；,牌号：,YT+WTiC%,（3）,钨钛钽类硬质合金：,成分为,WC、TiC、TaC、NbC,、,Co；,牌号：,YW+WCo%,硬质合金的应用：刀具、模具、量具,（二）含油轴承材料：,1、含油轴承材料的定义：,2、含油轴承材料的原理：,3、含油轴承材料的分类及性能：,铁基含油轴承材料：,铜基含油轴承材料：,轻载中速,（三）铁基结构材料：,1、定义：,2、性能：,3、用途：,复习思考题:,P58 125,专题 选材应用举例,一、一般原则：,1、机械性能：,2、工艺性能：,3、经济性：,4、价值工程：,二、减速器零件的选材：,1、,轴类,：,高速轴：1500,r/min，45,钢，调质处理,中、低速轴：45钢，正火处理,2、,齿轮,：,冲击大、高速重载：,20,CrMnTi，,渗碳，淬火，低温回火,40,Cr,调质处理，表面淬火,中间齿轮：45钢，正火处理,大齿轮：,ZG55，,退火处理,3、,箱体,：,HT150，,去应力退火,4、其他零件：,轴套、透视帽、油针、视孔盖、油针帽,：,Q235，,不热处理,轴承端盖,：,HT150，,去应力退火,铭牌,：,LF2，,保证耐蚀性,