1、【概述概述】 碳鋼價格低廉，工藝性能好，力學性能可滿足一般工程結構和機械零件的使用要求，是工業中用量最大的金屬材料。 與碳鋼相比，合金鋼具有許多優點，性能更優越，但加工工藝復雜，成本較高； 鑄鐵材料雖然力學性能較低，但工藝性能良好，生產成本低，設備和工藝簡單。 本節主要介紹常用的合金鋼和鑄鐵材料的分類、牌號、熱處理工藝、組織結構、性能特點及用途。 合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用 所謂合金鋼是指在碳鋼的基礎上，有意識地加入一些合金元素的鋼。 常加入的元素有錳（）、硅（）、鉻（）、鎳（）、鉬（）、鎢（）、釩（）、鈦（）、鈮（）、鋯（）、稀土（）等。 合金元素對鋼的相變、組織和性能的影響取

2、決于它們與鋼中鐵或碳的相互作用。1.1合金元素在鋼中的存在形式和對基本相的影響合金元素在鋼中的存在形式和對基本相的影響 合金元素在鋼中可以兩種形式存在： 一是溶解于碳鋼原有的相中，另一種是形成某些碳鋼中所沒有的新相。 在一般的合金化理論中，按與碳親合力的大小，可將合金元素分為碳化物形成元素與非碳化物形成元素兩大類。 常用的合金元素有以下幾種：常用的合金元素有以下幾種： 非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：、 碳化物形成元素：碳化物形成元素：、。 稀土元素稀土元素:一般用符號表示。 鐵素體和滲碳體是碳鋼中的兩個基本相，合金元素加入鋼中時，可以溶于鐵素體內，也可以溶于滲碳體內。（）形成合金鐵素體）

3、形成合金鐵素體 非碳化物形成元素，如鎳、硅、鋁、鈷等，以及與碳親和力較弱的碳化物形成元素，如錳，主要溶于鐵素體中，形成合金鐵素體。 合金元素溶于鐵素體中，由于與鐵的晶格類型和原子半徑不同而造成晶格畸變； 另外，合金元素易分布于位錯線附近，對位錯線的移動起牽制作用，降低位錯的易動性，從而提高塑變抗力，產生固溶強化效果。 （）形成碳化物（）形成碳化物 錳是弱碳化物形成元素，與碳的親和力比鐵強，可溶于滲碳體中，形成合金滲碳體（，），這種碳化物的熔點較低、硬度較低、穩定性較差。 鉻、鉬、鎢屬于中強碳化物形成元素，既能形成合金滲碳體. 合金鋼的分類與編號.合金鋼的分類合金鋼的分類 合金鋼種類繁多，為了便

4、于生產、選材、管理及研究，根據某些特性，從不同角度出發可以將其分成若干種類。（）按用途分類（）按用途分類 合金結構鋼：合金結構鋼： 可分為機械制造用鋼和工程結構用鋼，主要用于制造各種機械零件、工程結構件等。 合金工具鋼：合金工具鋼： 按合金工具鋼標準，可分為量具刃具鋼、耐沖擊工具鋼、熱作模具鋼、冷作模具鋼、無磁模具鋼和塑料模具鋼等。 特殊性能鋼：特殊性能鋼： 可分為抗氧化用鋼、不銹鋼、耐磨鋼、易切削鋼等。 （）按合金元素含量分類（）按合金元素含量分類 低合金鋼：低合金鋼： 合金元素的總含量在以下。 中合金鋼：中合金鋼： 合金元素的總含量在 之間。 高合金鋼：高合金鋼： 合金元素的總含量在以上。

5、（）按金相組織分類（）按金相組織分類 按平衡組織或退火組織分類按平衡組織或退火組織分類 可分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼和萊氏體鋼。 按正火組織分類按正火組織分類 可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。（）其他分類方法（）其他分類方法 除上述分類方法外，還有許多其他的分類方法，如按工藝特點可分為鑄鋼、滲碳鋼、易切削鋼等； 按質量可分為普通質量鋼、優質鋼和高級質量鋼，其區別主要在于鋼中所含有害雜質元素（、）的多少。 .合金鋼的編號合金鋼的編號（）（）合金結構鋼合金結構鋼的牌號表示方法的牌號表示方法 根據國家標準規定，合金結構鋼的牌號用“兩位數字元兩位數字元素符號數字素符號數字”表示。 元

6、素符號前的兩位數字表示鋼的平均碳的質量分數，元素符號前的兩位數字表示鋼的平均碳的質量分數，以萬分之一為單位計以萬分之一為單位計。元素符號用合金元素的符號表示，其后面的數字表示該合金元素的質量分數，以百分之一為單位計。 當.時，只標明元素名稱，不標明質量分數； 當（. .），（. .），時，則在元素符號后相應地標上，。 如，表示碳的平均質量分數為，錳、釩的平均質量分數均小于.的合金結構鋼。若為高級優質鋼，則在鋼的牌號末尾加上“”，如。 對屬于合金結構鋼的滾動軸承鋼，則采用另外的方法來表示其牌號。 滾動軸承鋼牌號的首位用“滾”或“滾”字的漢語拼音字首“”來表示其用途，后面緊跟的是滾動軸承的常用元素

7、“”，其后面的數字則表示鉻的平均質量分數，以千分之一為單位計。 如，表示鋼中鉻的平均質量分數為。 易切削鋼牌號的表示方法與其相似，用“易”或“易”字的漢語拼音宇首“”開頭，后面和合金結構鋼牌號表示方法無異; 如易錳或，表示 ，的易切削鋼。 （）合金工具鋼的牌號表示方法（）合金工具鋼的牌號表示方法 與合金結構鋼的牌號表示方法相比，合金工具鋼中合金元素的表示方法未變. 如表示合金元素的平均質量分數、均小于，合金工具鋼中碳的含量表示方法則有所不同; 當，不標出碳的質量分數，如鋼。當 時，用一位數字在最前面表示碳的質用一位數字在最前面表示碳的質量分數，以千分之一為單位計量分數，以千分之一為單位計，其后

8、緊隨合金元素; 如表示碳的質量分數平均為，、皆小于。 高速工具鋼碳的平均質量分數無論是多少，都不標出。如鋼碳的平均質量分數在 之間。 （）特殊性能鋼的牌號表示方法（）特殊性能鋼的牌號表示方法 特殊性能鋼牌號的表示方法與合金工具鋼基本相同，如鋼表示鋼中碳的平均質量分數為，鉻的平均質量分數為。 但不銹鋼、耐熱鋼在碳的質量分數很低時，表示方法有所不同，當碳的平均質量分數當碳的平均質量分數或或時，時，分別在第一個合金元素符號前分別在第一個合金元素符號前冠冠“”或或“”表示其碳的平表示其碳的平均質量分數均質量分數，如、鋼等。 由于耐磨鋼零件經常是鑄造成型后使用，其牌號最前面是“”，表示鑄鋼，緊隨其后的是

9、元素符號，然后是該元素的平均質量分數，以百分之一計，橫杠后數字表示序號。 如表示鑄造高錳鋼，錳含量平均為，序號為。 合金結構鋼及其應用合金結構鋼及其應用.低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼（）用途 廣泛用于橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器、輸油管、大型鋼結構以及汽車、拖拉機、挖土機械等產品方面。 在某些場合用低合金高強度結構鋼代替碳素結構鋼可減輕構件重量，保證使用可靠、耐久。（）性能特點 這類鋼具有較高的強度，良好的塑性、韌性，良好的焊接性、耐蝕性和冷成形性，低的韌脆轉變溫度，適于冷彎和焊接。 其強度顯著高于相同碳含量的碳素結構鋼，若用低合金高強度結構鋼來代替碳素結構鋼，可在相同受載條件下使

10、重量減輕 。 此外，它還具有更低的韌脆轉變溫度，這對在北方高寒地區使用的構件及運輸工具（例如車輛、容器、橋梁），具有十分重要的意義。 南京長江大橋南京長江大橋. 合金滲碳鋼合金滲碳鋼 用于制造滲碳零件的鋼叫做滲碳鋼。（）用途（）用途 主要用于制造汽車、拖拉機上的變速齒輪、內燃機上的凸輪軸、活塞銷等工作條件較復雜的機械零件，它們一方面承受強烈的摩擦磨損和交變應力的作用，另一方面又經常承受較強烈的沖擊載荷作用。（）性能特點（）性能特點 鋼件經滲碳、淬火和低溫回火后，表面具有較高的硬度和耐磨性，心部具有足夠的強度和韌性。滲碳爐滲碳爐 .合金調質鋼合金調質鋼 通常將需經淬火和高溫回火（即調質處理）強化

11、而使用的鋼種稱為調質鋼。（）用途（）用途 廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床及其他機器上要求具有良好綜合力學性能的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。（）性能特點（）性能特點 合金調質鋼應具備較高的淬透性，調質處理后具有高強度與良好塑性及韌性的配合，即具有良好的綜合力學性能。 調質件（螺桿）調質件（螺桿）單缸汽車曲軸單缸汽車曲軸 .合金彈簧鋼合金彈簧鋼（）用途（）用途 主要用于制造各種彈簧和彈性元件。（）性能特點（）性能特點 具有高的彈性極限和屈強比，以避免在高負荷作用下產生永久變形；具有高的疲勞極限，以防止產生疲勞破壞； 具有一定的塑性和韌性，以防止在沖擊載荷下發生突然破壞。 .滾動軸承

12、鋼滾動軸承鋼（）用途（）用途 主要用于制造各種滾動軸承的零件，如滾珠、滾柱、軸承內外套圈等。 此外，其化學成分類似于低合金工具鋼，因而，也可以用于制造某些刃具、量具、模具及精密構件。（）性能特點（）性能特點 具有高而均勻的硬度（）和耐磨性；高的接觸疲勞強度，軸承元件工作時受很大的交變接觸應力（），往往發生接觸疲勞破壞，易產生麻點或剝落；一定的韌性、淬透性及耐腐蝕性（對大氣或潤滑劑）。圓柱滾圓柱滾子軸承子軸承自動調自動調心球軸承心球軸承.易切削結構鋼易切削結構鋼 在鋼中附加一種或幾種合金元素，以提高其切削加工性，這類鋼稱為易切削鋼。 目前常用的附加元素有硫、鉛、鈣、磷等。硫在鋼中與錳、鐵可形成、

13、夾雜物，會中斷基體的連續性，促使形成卷曲半徑小而短的切屑，減少切屑與刀具的接觸面積；還能起減摩作用，降低切屑與刀具之間的摩擦系數，并且使切屑不黏附在刀刃上。 因此，硫能降低切削力和切削熱，減少刀具磨損，提高表面光潔度和刀具壽命，改善排屑性能。 合金工具鋼及其應用合金工具鋼及其應用.量具刃具鋼量具刃具鋼（）用途）用途 主要用于制造低速切削刃具（如木工工具、鉗工工具、鉆頭、銑刀、拉刀等）及測量工具（如卡尺、千分尺、塊規、樣板等）。（）性能特點（）性能特點 量具刃具鋼要求具有高硬度（）、高耐磨性、足夠的強韌性、高的熱硬性（即刃具在高溫時仍能保持高的硬度）；為保證測量的準確性，要求量具刃具鋼具有良好的

14、尺寸穩定性。絲錐絲錐板牙板牙.高速工具鋼高速工具鋼（）用途（）用途 高速鋼主要用來制造中、高速切削刀具，如車刀、銑刀、鉸刀、拉刀、麻花鉆等。（）性能特點（）性能特點 高硬度、高耐磨性：高硬度、高耐磨性：切削加工時刀具的刃部與工件之間發生強烈摩擦，故一般要求硬度大于。 高熱硬性（又稱紅硬性）：高熱硬性（又稱紅硬性）：熱硬性是指鋼在高溫下仍能維持高硬度的能力。熱硬性的高低與回火穩定性和碳化物的彌散沉淀等有關。 具有一定的強度、韌性和塑性：具有一定的強度、韌性和塑性：以免刃具在沖擊、震動載荷作用下崩刃或斷裂。 高速鋼冷軋鋼帶高速鋼冷軋鋼帶高速鋼形材高速鋼形材 .冷作模具鋼（）用途（）用途 冷作模具鋼

15、主要用于制造接近室溫狀態（低于）下對金屬進行變形加工的模具，如冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模以及拉絲模、滾絲模、搓絲模等。（）性能特點（）性能特點 冷作模具工作時，刃口部位承受很大的壓力、沖擊力，模具的工作部分與坯料之間產生強烈的摩擦。 因此，冷作模具鋼要求有較高的硬度和良好的耐磨性，以及足夠的強度和韌性。對于高精度模具要求熱處理變形小，大型模具要求具有良好的淬透性。汽車沖壓模具汽車沖壓模具Cr12鋼鋼 .熱作模具鋼熱作模具鋼（）用途（）用途 用于制造對金屬進行熱變形加工的模具，如熱鍛模、熱鐓模、熱擠壓模、精密鍛造模、高速鍛模等。（）性能特點（）性能特點 熱作模具工作時受到較高的沖擊載荷作用，同時模

16、腔表面與熾熱金屬接觸并摩擦，局部溫度可達以上，并且還要反復受熱與冷卻，常因熱疲勞而使模腔表面產生龜裂。 故要求在高溫下具有足夠的強度、韌性和硬度，有較高的耐磨性、良好的導熱性和抗熱疲勞性。對于尺寸較大的模具，還應有較高的淬透性。 熱模鍛曲軸毛坯熱模鍛曲軸毛坯 特殊性能鋼及其應用特殊性能鋼及其應用不銹鋼不銹鋼 在自然環境或一定工業介質中具有耐蝕性的一類鋼稱為不銹鋼。不銹鋼應能夠抵抗空氣、蒸汽、酸、堿、鹽等腐蝕介質的腐蝕。（）金屬腐蝕的概念（）金屬腐蝕的概念 金屬表面與周圍介質相互作用，使金屬基體逐漸遭受破壞的現象稱為腐蝕。腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩類。金屬直接與介質發生化學反應造成的腐蝕稱為

17、化學腐蝕。 在化學腐蝕過程中沒有電流產生，例如金屬在高溫下的氧化、鋼的脫碳、鋼在石油中的腐蝕以及氫和含氫氣體對普通碳鋼的強烈腐蝕（氫蝕）等。金屬在電介質溶液中因原電池作用，產生電流而引起的腐蝕現象稱為電化學腐蝕?；す芑す艿赖母赖母g蝕裂解管裂解管內壁的內壁的高溫腐高溫腐蝕減薄蝕減薄 （）常用不銹鋼（）常用不銹鋼 不銹鋼常用兩種方法分類： 一是按鋼中主要合金元素分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼； 二是按正火態的組織分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。 常用不銹鋼的牌號、成分、熱處理、力學性能及用途見表 耐熱鋼耐熱鋼 耐熱鋼是指在高溫下具有較好的抗氧化性并兼有高溫強度的鋼。 一般鋼鐵材料加

18、熱到以上時表面容易產生氧化，這是由于空氣中的氧原子與鐵原子在高溫下形成疏松多孔的。 溫度越高，氧化速度越快，長時間氧化會使鋼材表面起皮和剝落，鋼的抗氧化性是指鋼在高溫下對氧化作用的穩定性。 除氧化外，鋼鐵在高溫下由于原子間結合力減弱，其強度也大大下降。當工作溫度高于金屬的再結晶溫度，工作應力超過金屬在該溫度下的彈性極限時，隨著時間的延長金屬會發生極其緩慢的變形，這種現象稱為“蠕變”。氣輪機葉片氣輪機葉片汽車閥門汽車閥門鍋爐安全泄壓閥鍋爐安全泄壓閥(2Cr13)耐磨鋼耐磨鋼 耐磨鋼主要是指在沖擊載荷下發生沖擊硬化的高錳鋼。它的主要成分是含碳 、含錳 。由于這種鋼極易產生加工硬化，切削加工困難，所

19、以大多數高錳鋼零件是鑄造成型后直接使用或少許加工。 球磨機襯板球磨機襯板挖掘機鏟齒挖掘機鏟齒鐵路轍岔鐵路轍岔破碎機牙板破碎機牙板41鑄鐵及其石墨化鑄鐵及其石墨化 鑄鐵鑄鐵是是含碳量大于含碳量大于2.11%并含并含有較多有較多硅、錳、硫、磷等元素的硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優良的性能及鑄鐵具有許多優良的性能及生生產簡便、成本低廉等優點產簡便、成本低廉等優點，因而，因而是應用最廣泛的材料之一。是應用最廣泛的材料之一。 例如，機床床身、內燃機的汽缸體、缸套、活塞例如，機床床身、內燃機的汽缸體、缸套、活塞環及軸瓦、曲軸等都可用鑄鐵制造。環及軸瓦、曲軸等都可用鑄鐵制造

20、。鑄鐵曲軸鑄鐵曲軸42 鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程 Fe-Fe3C 和和 Fe-G (石石墨墨)雙重相圖雙重相圖 Fe3C是亞穩相，是亞穩相，在一在一定條件下將發生分解：定條件下將發生分解： Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨）共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵F基體球墨鑄鐵基體球墨鑄鐵6.1 概述概述 43石墨石墨是碳的單質之是碳的單質之一，其一，其強度、塑性、強度、塑性、韌性幾乎為零。韌性幾乎為零。鑄鐵中的鑄鐵中的碳碳除除少量少量固溶于基體固溶于基體中外，主中外，主要以化合態的要以化合態的滲碳體滲碳體(Fe3C)和游離態的石墨和游離態的石墨(G)兩種形式存在。兩種形式存在。446.2 存在兩個鐵

21、碳相圖存在兩個鐵碳相圖： Fe-Fe3C和和Fe-G雙重相圖雙重相圖L+GL+Fe3C456.5、鑄鐵的特點及分類、鑄鐵的特點及分類 工業上使用的鑄鐵主要是工業上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵?；铱阼T鐵。 1、鑄鐵的組織特點、鑄鐵的組織特點 鋼的基體鋼的基體+G（石墨）（石墨） 基體組織有基體組織有鐵素體、珠光體鐵素體、珠光體和和鐵素體加珠光體鐵素體加珠光體三種。三種。F+GF+P+GP+G46 耐磨性能好。耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。由于石墨本身有潤滑作用。 消振性能好。消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。由于石墨可以吸收振動能量。 鑄造性能好。鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高由于鑄鐵硅含量

22、高, 成分接近于成分接近于共晶。共晶。 切削性能好。切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。粘刀。 對缺口不敏感。對缺口不敏感。 2、鑄鐵的性能特點、鑄鐵的性能特點鑄鐵與鑄鋼的強度比較鑄鐵與鑄鋼的強度比較 力學性能低。力學性能低。由于由于石墨石墨相當相當于鋼基體中的于鋼基體中的裂紋或空洞裂紋或空洞，破，破壞了基體的連續性，且易導致壞了基體的連續性，且易導致應力集中。應力集中。473、鑄鐵的分類與牌號表示方法、鑄鐵的分類與牌號表示方法 鑄鐵鑄鐵名稱名稱 石墨石墨形態形態 基體基體組織組織 編編 號號 方方 法法 牌號實例牌號實例 灰灰 鑄鑄 鐵鐵 片片狀狀FHT +

23、 一組數字一組數字數字表示最低抗拉強度值，單位數字表示最低抗拉強度值，單位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號。表示灰鑄鐵代號。 HT100F+PHT150PHT200 可可 鍛鍛 鑄鑄 鐵鐵 團團絮絮狀狀FKTH +兩組數字、兩組數字、KTB +兩組數字、兩組數字、KTZ + 兩組數字兩組數字KTH、KTB、KTZ分別為黑心、白分別為黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號；第一組數心、珠光體可鍛鑄鐵代號；第一組數字表示最低抗拉強度值，字表示最低抗拉強度值，MPa；第二；第二組數字表示最低伸長率值，組數字表示最低伸長率值，%KTH300-06表表F心心PKTB350-04PKTZ450-0648鑄鐵的分類與

24、牌號表示方法（續）鑄鐵的分類與牌號表示方法（續）鑄鐵鑄鐵名稱名稱 石墨石墨形態形態 基體基體組織組織 編編 號號 方方 法法 牌號實例牌號實例 球球 墨墨 鑄鑄 鐵鐵 球球狀狀FQT + 兩組數字兩組數字 第一組數字表示最低抗拉強第一組數字表示最低抗拉強度值，度值，MPa；第二組數字表示最低伸長率第二組數字表示最低伸長率值，值，%。 “QT”表示表示 球墨鑄鐵代號球墨鑄鐵代號QT400-17F+PQT600-3PQT700-2蠕蠕 墨墨鑄鑄 鐵鐵 蠕蠕蟲蟲狀狀FRuT + 一組數字一組數字數字表示最低抗拉強度值數字表示最低抗拉強度值, MPa?！癛uT”表示蠕墨鑄鐵代號表示蠕墨鑄鐵代號 RuT

25、260F+PRuT300PRuT4207 灰鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產量約灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產量約占鑄鐵總產量的占鑄鐵總產量的80%以上。以上?；一?鑄鐵鑄鐵 的的顯顯 微組織微組織 鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌石墨片的三維形貌513、用途、用途制造承受壓力和震動的零制造承受壓力和震動的零件件,如如機床床身、各種箱體、機床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機汽缸體大型船用柴油機汽缸體(HT-300)重型機床床身重型機床床身(HT-250)變速箱體變速箱體 可鍛鑄鐵石墨化退火可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線工藝曲線 石墨呈團絮狀的灰口鑄鐵，是由石墨呈團絮狀的灰口鑄鐵，是由白白口鑄鐵經石墨化退火獲得的?？阼T鐵經石墨化退火獲得的。2、性能、性能：強度為碳鋼的：強度為碳鋼的4070%，接近于鑄鋼。接近于鑄鋼。名為可鍛，實不可鍛。名為可鍛，實不可鍛。3、用途、用途黑心可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵 用于制造用于制造形狀復雜且承受振形狀復雜且承受振動載荷的薄壁動載荷的薄壁小型件小型件.如如汽車、拖拉機的前后輪殼汽車、拖拉機的前后輪殼、管接頭管接頭、低壓閥門、低壓閥門等。等。54 7.3、 球墨鑄鐵球墨鑄鐵石墨