工程合金--特种金属材料合金

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,第一节 黑色金属,第二节 有色合金,第三节 精密合金(自学）,第四节 特种金属材料（自学）,第六章 工程合金,工程上将以铁为基的合金成为黑色金属；以其他金属为基的合金成为有色合金。铁及其合金（主要是钢）的产量占世界金属总和的90左右；而有色合金中，则以铝、铜及其合金居多。,第一节 黑色金属,钢的通常分类,钢,按用途分类,：,按化学成分分类,：,按质量分类,：,钢,按冶炼方法分类,：,钢,按金相组织分类,：,按退火组织分类：,按正火组织分类：,我国钢材的编号是按碳含量、合金元素的种类和数量以及质量级别来编号的。,钢的编号,1.普通碳素结构钢,2.优质碳素结构钢,该类钢的牌号用钢中平均含碳量的两位数字表示，单位为万分之一。如钢号45，表示平均碳质量分数为0.45%的钢。,3.碳素工具钢,碳素工具钢是在牌号前加“碳”或“T”表示，其后跟以表示钢中平均含碳量的千分之几的数字。如T8或T10A。其中“A”表示高级优质钢。,4.合金结构钢,沿用苏联的编号系统，该类钢的牌号是由“数字+元素+数字”三部分组成。数字表示钢中平均含碳量的万分之几，如36Mn2Si 和18Cr2Ni4WA。,5.合金工具钢,数字表示钢中平均含碳量的千分之几，如9Mn2V和CrMn，特殊：W6Mo5Cr4V2。,6.滚动轴承钢,该类钢在钢号前冠以“滚”或“G”，其后为铬（Cr）+数字来表示，数字表示铬含量平均值的千分之几。如GCr15。,7.不锈钢及耐热钢,这两类钢钢号前面的数字表示含碳量的千分之几，如9Cr18和9Cr18Ni9。,8.铸钢,如“ZG200400”表示其屈服点为20MPa,其抗拉强度为400MPa。,碳钢又称碳素钢，其主要合金元素为碳。,碳 钢,优质碳素结构钢,这类钢一般需要热处理来提高力学性能，如45,钢。,低碳钢,强度低，延性好，适于零件冲压、焊接、表面渗碳等。,中碳钢,属于调质钢，经过淬火和高温回火（又称调质处理）后具有较好的强韧性。,含碳更高的60钢,主要用于制造弹簧。,碳素工具钢,随碳含量的增加，碳素工具钢在热处理（通常为淬,火+低温回火）后的硬度和耐磨性提高，而韧性则降低。,高韧性工具,（如冲模、冲头等），宜选用低碳工具钢（如T7、T8等）。,高耐磨性工具,（如量具、锉刀、剃刀等），宜选用高碳工具钢（如T12、T13等）。,碳钢的局限性,1、具有一定的塑性和韧性，但强度难以超过690MPa；,2、厚截面碳钢零件，淬火时通常不能淬透；,3、耐蚀性和抗氧化性较差；,4、中碳钢淬透时，易出现变形或开裂；,5、低温抗冲击能力差。,措施：,为解决上述缺点，通常向碳钢中加入合金元素（如Mn、Ni、Cr、Al、W、V 等来改善其性能。,合金,钢,钢,16Mn,是,是我,国,国低,合,合金,高,高强,钢,钢中,发,发展,最,最早,、,、使,用,用最,多,多、,产,产量,最,最大,的,的钢,种,种。,例,例如,南,南京,长,长江,大,大桥,、,、广,州,州电,视,视塔,等,等。15MnVN,是,是具,有,有代,表,表性,的,的中,等,等强,度,度级,别,别的,钢,钢种,。,。较,广,广泛,用,用于,制,制造,大,大型,桥,桥梁,、,、锅,炉,炉、,船,船舶,和,和焊,接,接结,构,构。,与碳,素,素钢,相,相比,，,，合,金,金钢,的,的强,度,度大,大,大提,高,高，,同,同时,耐,耐蚀,性,性、,抗,抗氧,化,化性,和,和耐,磨,磨性,均,均显,著,著提,高,高；,但,但价,格,格较,高,高。,不锈,钢,钢,化学,腐,腐蚀,：,：金属,与,与化,学,学介,质,质直,接,接产,生,生化,学,学反,应,应而,造,造成,的,的腐,蚀,蚀。,提,提高,金,金属,抗,抗化,学,学腐,蚀,蚀的,主,主要,措,措施,之,之一,是,是加,入,入Si、Cr,、,、Al等,能,能形,成,成致,密,密保,护,护膜,的,的合,金,金元,素,素进,行,行合,金,金化,。,。,金属,腐,腐蚀,的,的基,本,本概,念,念,电化学腐蚀：,是指金属在腐,介质中由于形成原电池，阳,极失去电子。,提高,抗,抗电,化,化学,腐,腐蚀,能,能力,的,的措,施,施：,减少,原,原电,池,池形,成,成的,可,可能,性,性，,使,使金,属,属具,有,有均,匀,匀的,单,单相,组,组织,；,；,形成,原,原电,池,池时,，,，减,少,少两,极,极的,电,电极,电,电位,差,差，,提,提高,阳,阳极,的,的电,极,极电,位,位；,减少,甚,甚至,阻,阻断,腐,腐蚀,电,电流,，,，使,金,金属,“,“钝,化,化”,，,，在,表,表面,形,形成,致,致密,的,的、,稳,稳定,的,的保,护,护膜,。,。,不锈钢的性质,1）,良好的耐蚀性；,2）,良好的力学性能；,3）,良好的工艺性能,；,4）,价格低廉。,合金,元,元素,对,对性,能,能的,影,影响,铬,是不,锈,锈钢,中,中最,重,重要,的,的合,金,金元,素,素。,它,它能,显,显著,提,提高,基,基体,的,的电,极,极电,位,位，,铬,铬在,氧,氧化,性,性介,质,质中,极,极易,钝,钝化,，,，生,成,成致,密,密的,氧,氧化,膜,膜，,使,使钢,的,的耐,蚀,蚀性,大,大大,提,提高,。,。,镍,为扩,大,大奥,氏,氏体,区,区元,素,素，,配,配合,铬,铬调,整,整组,织,织形,式,式，,当,当W,cr,18%,，,，W,Ni,8%时,，,，获,得,得单,相,相奥,氏,氏体,不,不锈,钢,钢。,钛、,铌,铌,优先,与,与碳,形,形成,碳,碳化,物,物，,避,避免,晶,晶界,贫,贫铬,，,，从,而,而减,轻,轻钢,的,的晶,间,间腐,蚀,蚀倾,向,向。,钼、,铜,铜,加入,，,，可,提,提高,钢,钢在,非,非氧,化,化性,酸,酸中,的,的耐,蚀,蚀性,。,。,锰、,氮,氮,的加,入,入，,是,是为,了,了部,分,分取,代,代镍,，,，以,降,降低,成,成本,。,。,碳含,量,量对,性,性能,的,的影,响,响,不锈,钢,钢的w,c,为0.08%,1.0%，,主,主加,元,元素,为,为Cr、Cr,Ni，,辅,辅加,元,元素,为,为Ti、Nb,、,、Mo、Cu,、,、Mn、N。,碳的,变,变化,范,范围,很,很大,，,，,一方,面,面从,耐,耐蚀,性,性的,角,角度,来,来看,，碳,含,含量,越,越低,越,越好,。,。因,为,为碳,会,会与,铬,铬形,成,成碳,化,化物Cr,23,C,6,，沿,晶,晶界,析,析出,，,，使,晶,晶界,周,周围,基,基体,严,严重,贫,贫铬,，,，造,成,成沿,晶,晶界,发,发展,的,的晶,间,间腐,蚀,蚀。,大,大多,数,数的,不,不锈,钢,钢的w,c,为0.1%0.2%,。,。,另一,方,方面,从,从力,学,学性,能,能的,角,角度,来,来看,，碳,含,含量,越,越高,，,，钢,的,的强,度,度、,硬,硬度,、,、耐,磨,磨性,会,会相,应,应地,提,提高,。,。同,时,时要,相,相应,提,提高,铬,铬含,量,量，,以,以保,证,证形,成,成碳,化,化物,后,后基,体,体含,铬,铬量,仍,仍W,cr,12%,。,。,铸,铁,铁,铸铁,是,是含,碳,碳量,大,大于2.11,（,一,一般,为,为2.5,4.0,）,的,的铁,碳,碳合,金,金，,同,同时,还,还含,较,较多,数,数量,的,的Si、Mn,、,、S,、,、P,等,等元,素,素。,铸铁,的,的石,墨,墨化,过,过程,铸铁,在,在冷,却,却过,程,程中,即,即可,以,以从,液,液态,中,中或,奥,奥氏,体,体中,直,直接,析,析出Fe,3,C；Fe,3,C在,一,一定,条,条件,下,下也,可,可以,分,分解,出,出石,墨,墨，,即,即Fe,3,C,3Fe+G（,石,石墨,）,）。可以,直,直接,析,析出,石,石墨,。,。,铸铁,组,组织,中,中石,墨,墨的,形,形成,过,过程,称,称为,石墨,化,化过,程,程,。可,分,分为,两,两个,阶,阶段,：,：,第一,阶,阶段,，从,过,过共,晶,晶的,铁,铁液,中,中直,接,接析,出,出的,初,初生,（,（一,次,次）,石,石墨,、,、在,共,共晶,转,转变,过,过程,中,中形,成,成的,共,共晶,石,石墨,及,及奥,氏,氏体,冷,冷却,析,析出,的,的二,次,次石,墨,墨；,第二阶段,，共析转,变,变过程中,形,形成的共,析,析石墨。,石墨化过,程,程是一个,原,原子扩散,过,过程,。第一阶段,的,的石墨化,温,温度较高,，,，原子容,易,易扩散，,进,进行得完,全,全；第二,阶,阶段石墨,化,化温度较,低,低，扩散,困,困难，进,行,行不充分,，,，只能部,分,分进行。,冷,冷却速度,增,增大，第,二,二阶段的,石,石墨化便,完,完全不能,进,进行。,第二,阶,阶段石墨,化,化进行充,分,分时：,铁素体+,石,石墨,；,第二,阶,阶段石墨,化,化部分进,行,行时,：,（,铁素体+,珠,珠光体,）,基体+石,墨,墨,；,第二,阶,阶段石墨,化,化不能进,行,行时：,珠光体+,石,石墨,。,当冷速过,快,快，两个,阶,阶段的石,墨,墨化均被,抑,抑制，会,得,得到,白,口铸铁,。若第一,阶,阶段石墨,化,化部分进,行,行，得到,麻口铸铁,。,影响铸铁,石,石墨化的,因,因素,冷却速度,的,的影响：,在化学成,分,分相同的,情,情况下，,缓,缓慢冷却,有,有利于石,墨,墨化的充,分,分进行，,易,易得到,灰口铸铁,；冷却速,度,度加快，,不,不利于石,墨,墨化，甚,至,至使石墨,化,化来不及,进,进行，得,到,到,白口铸铁,。,化学成分,的,的影响：,碳和,硅,硅对,铸,铸铁,的,的石,墨,墨化,有,有决,定,定性,作,作用,。含,碳,碳量,越,越多,越,越易,形,形成,石,石墨,晶,晶核,，,，而,硅,硅促,进,进石,墨,墨成,核,核。,综合,考,考虑,碳,碳和,硅,硅对,铸,铸铁,的,的影,响,响，,将,将硅,量,量折,合,合成,相,相当,的,的碳,量,量，,把,把实,际,际的,含,含碳,量,量与,折,折合,成,成的,碳,碳量,之,之和,称,称为,碳当,量,量,。根,据,据碳,当,当量,不,不同,确,确定,其,其组,织,织。,铸铁,的,的性,能,能特,点,点,铸铁,的,的力,学,学性,能,能如,抗,抗拉,强,强度,、,、塑,性,性、,韧,韧性,等,等均,低,低于,钢,钢，,但,但硬,度,度和,抗,抗压,性,性能,与,与钢,接,接近,。,。另,外,外，,石,石墨,的,的存,在,在使,铸,铸铁,具,具有,以,以下,特,特殊,性,性能,：,：,1、优良,的,的铸,造,造性,；,；,2、良好,的,的切,削,削加,工,工性,；,；,3、优良,的,的耐,磨,磨性,与,与减,震,震性,；,；,4、生产,成,成本,低,低廉,。,。,铸铁,的,的性,能,能取,决,决于,铸,铸铁,的,的成,分,分和,组,组织,，,，即,取,取决,于,于铸,铁,铁中,基,基体,组,组织,和,和石,墨,墨的,数,数量,、,、形,态,态、,大,大小,以,以及,分,分布,。,。,铸铁,的,的分,类,类,白口,铸,铸铁,碳以Fe,3,C的,形,形式,存,存在,于,于铸,铁,铁中,，,，断,口,口呈,银,银白,色,色，,组,组织,硬,硬而,脆,脆，,难,难以,切,切削,加,加工,。,。很,少,少直,接,接用,来,来制,造,造机,械,械零,件,件，,可,可利,用,用它,硬,硬而,耐,耐磨,的,的特,性,性，,制,制成,耐,耐磨,零,零件,（,（如,轧,轧辊,等,等）,。,。,灰口,铸,铸铁,碳全,部,部或,大,大部,分,分以,游,游离,状,状态,的,的石,墨,墨形,式,式存,在,在，,断,断口,呈,呈暗,灰,灰色,，,，生,产,产工,艺,艺简,单,单，,价,价格,低,低廉,，,，应,用,用广,泛,泛。,1）,普通,灰,灰口,铸,铸铁,石墨,以,以,片状,存在,，