1、第2章 鋼鐵材料及其在汽車上的應用熟悉常用碳素鋼的性能、牌號和用途；掌握熱處理工藝的原理，以及各種熱處理的工藝過程和用途；了解合金元素在鋼中的主要作用，熟悉合金鋼的性能、牌號和用途；教學目的和要求碳素鋼、碳及常存雜質對碳素鋼的性能影響，碳素鋼的分類，常用碳素鋼的性能、牌號、用途；鋼在加熱與冷卻時的組織轉變過程，常用的熱處理工藝方法；合金鋼的定義、分類、牌號，常用合金鋼的性能和用途；鑄鐵的分類，鑄鐵的石墨化，各種鑄鐵的性能、牌號和用途。教學內容摘要常用金屬材料的性能及其用途。 教學重點、難點教學方法和使用教具講授、現場教學、課件。4學時。教學時間 鋼鐵材料的主要組成元素是鐵和碳，又稱為鐵碳合金。

2、鋼鐵材料具有良好的性能，且加工方便，因此事汽車制造工業(yè)中應用最廣泛的材料。盡管近年來為節(jié)省能源，實現汽車輕量化，不少鋼鐵零件被有色金屬盒其他材料所替代，但鋼鐵材料仍是汽車用材的主體，其用量超過汽車有材總量的2/3。 鋼鐵材料包括碳素鋼，合金鋼和鑄鐵。含碳量小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。一般要求的汽車結構零件大多采用碳素鋼或鑄鐵制造，性能要求高的汽車結構零件則采用合金鋼制造。 想一想： 在日常生活中，那些用品是由鋼鐵材料制造的？第一節(jié) 碳 素 鋼 碳素鋼簡稱碳鋼，在現代工業(yè)生產所使用的鋼鐵材料中占據十分重要的地位。由于碳鋼具有冶煉、加工容易、價格低廉、工

3、藝性能良好，力學性能能夠滿足工農業(yè)生產的使用要求，是工農業(yè)生產中用量最大的金屬材料。在汽車工業(yè)中，鋼鐵材料的用量占汽車用材總量的70%左右。一、碳及雜質對鋼力學性能的影響鋼中常存元素寧波市交通技工學校 徐寧波市交通技工學校 徐當滲碳體的數量增加并形成網狀分布時，鋼的脆性增加、強度下降。1、碳對鋼力學性能的影響碳鋼和普通中、低合金鋼的含碳量一般不超過1.3% 寧波市交通技工學校 徐寧波市交通技工學校 徐2、Si、Mn、S、P的影響Mn、Si 固溶強化S 熱脆（FeS與Fe形成低熔點易熔物質）P 冷脆 增加硬度，降低塑性、韌性。優(yōu)點：有利于切削加工寧波市交通技工學校 徐寧波市交通技工學校 徐二、碳

4、鋼的分類鋼是碳含量小于2。11%的鐵碳合金。鋼具有必要的力學性能，可以扎制成各種型材。鐵是碳含量大于2。11%的鐵碳合金。鐵沒有韌性，不能鍛造。但是鐵的鑄造性能良好，可以用來鑄造各種結構復雜的零件，也就是我們平時說的鑄件。我們所接觸最多的鐵以及鐵的合金，根據材料性能和組織分為碳素結構鋼、合金鋼、等幾大類，各個大類又分為各個小類:二、碳素結構鋼的分類碳素鋼簡稱碳鋼，它的分類有很多種：按含碳量來分的方法 ： 0.02%的鐵碳合金純鐵；0.02%0.25%低碳鋼； 0.25%0.6%中碳鋼 ； 0.6%2.11%高碳鋼；大于2.11%的是鑄鐵。按鋼的雜質多少來分：普通鋼 S 0.05% P 0.04

5、5% ； 優(yōu)質鋼S 0.035% P0.035%；高級優(yōu)質鋼 S 0.025% P0.025%；特級質量鋼 S 0.015% P0.025%。C、S、P 、 Mn、 Si是碳鋼中五大元素。按鋼的雜質多少來分：（1）碳素結構鋼-用于制造汽車零件和工程構件。（1）碳素工具鋼-用于制造刀具、量具和模具。一、常用碳素鋼1、碳素結構鋼 碳素結構鋼的含碳量在0.06%0.38%成分及性能特點 成分特點：雜質和非金屬夾雜物較多 性能特點：冶煉容易，工藝性好，價格便宜，產量大常用牌號和用途 牌號: Q215-A.F Q235 Q255 牌號解釋: Q215表示屈服點為215MPa的A級沸騰鋼。F：沸騰鋼 b:

6、半鎮(zhèn)靜鋼 Z：鎮(zhèn)靜鋼 TZ：特殊鎮(zhèn)靜鋼普通碳素結構鋼普通碳素結構鋼鋼軌優(yōu)質碳素結構鋼成分及性能特點成分特點: 含硫，磷及非金屬夾雜物量較少性能特點： 低碳鋼強度，硬度較低，塑性，韌性及焊接性良好； 中碳鋼較高的強度，硬度，其塑性和韌性隨含碳量的增加而逐步降低 高碳鋼較高的強度，硬度和彈性，但焊接性不好常用牌號和用途牌號： 08F 20 45 60Mn 牌號解釋： 08F表示平均含碳量0.08%的優(yōu)質碳素結構鋼,沸騰鋼。 20表示平均含碳量0.20%的優(yōu)質碳素結構鋼. 60Mn表示平均含碳量0.60%的高錳優(yōu)質碳素結構鋼.優(yōu)質碳素結構鋼法蘭盤優(yōu)質碳素結構鋼3、鑄造碳鋼 成分及性能特點 成分特點:

7、 以碳為主要合金元素并含有少量其他元素 性能特點： 較高的強度、塑性和韌性，成本較低 常用牌號和用途 牌號： ZG200-400 ZG200-400 ZG270-500 ZG310-570 牌號解釋： ZG200-400表示屈服強度不小于200MPa,抗拉強度不小于400MPa 的鑄造碳鋼.鑄造碳鋼鑄造碳鋼 鋼的熱處理 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下進行加熱、保溫和冷卻，以消除毛坯 （鑄件、鍛件等）的缺陷，改善鋼的加工工藝性能。根據加熱和冷卻方式的不同和組織性能的變化特點不同，分為：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火等）；表面熱處理（表面淬火和滲碳、滲氮、滲硼等的化學熱處理）；由加熱、保溫和冷卻三個

8、階段組成。因此，要了解各種熱處理方法對鋼的組織和性能的影響，必須研究鋼在加熱、保溫和冷卻過程中的組織轉變規(guī)律。熱處理的工藝過程 鋼的普通熱處理鋼的退火鋼的正火 退火是把鋼加熱到適當的溫度，經過一定時間的保溫，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。其主要目的是減少鋼錠、鑄件、鍛肧等的化學成分及組織的不均勻性，細化晶粒，降低硬度，消除內應力，以及為淬火做好組織準備。 鋼材或鋼件加熱 Ac3（對于亞共析鋼）或Accm（對于過共析鋼）以上3050，保溫適當時間后，使之完全奧氏體化，然后在空氣中均勻冷卻，以得到珠光體組織的熱處理工藝稱為正火。正火后組織以索氏體為主。鋼的退火與正

9、火的選用改善切削加工性 在一般生產中，低碳鋼通過正火可提高硬度，改善切削性能；中碳鋼既可采用退火，也可采用正火；含碳0.45%0.6%的高碳鋼則必須采用完全退火；過共析鋼用正火消除網狀滲碳體后再進行球化退火。使用性能方面對鋼件的性能要求不太高，可采用正火作為最終熱處理。如果零件尺寸較大或形狀較復雜，應選擇退火。經濟性方面 正火比退火生產周期短，操作簡便。故在可能條件下，特別是在大批量生產時應優(yōu)先考慮以正火代替退火。退火與正火屬于同一類型熱處理方式，在選擇時從以下幾方面考慮：2.4.4 鋼的淬火 淬火是指將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼與過共析鋼）以上的某一溫度，保溫后以大于臨界冷卻

10、速度Vc進行快速冷卻，使奧氏體轉變?yōu)轳R氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。淬火的目的就是獲得馬氏體，以提高鋼的力學性能，其實質是奧氏體化后進行馬氏體轉變（或下貝氏體轉變）。理想淬火冷卻曲線示意圖 2.4.5 鋼的回火減少或消除內應力淬火鋼內往往存在很大的內應力，并導致韌性下降、零件變形和開裂，回火可消除內應力，防止工件變形或開裂。獲得工件所要求的力學性能淬火鋼件硬度高，脆性大，為滿足各種工件不同的性能要求。可以通過適當回火來調整硬度，獲得所需的塑性和韌性。穩(wěn)定工件尺寸通過回火可以使組織趨于穩(wěn)定，以保證工件在使用過程中不再發(fā)生變形。改善某些合金鋼的切削性能常采用高溫回火，使碳化物適當聚集，降低硬度，

11、以利于切削加工。回火是把淬火鋼加熱到Ac1以下的某一溫度保溫后進行冷卻的熱處理工藝。淬火鋼回火的目的回火的種類及應用根據一般鋼件的不同性能要求，按其回火溫度范圍，可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種形式。一 淬火鋼回火時的力學性能變化1）硬度變化各種鋼在200以下回火時，硬度變化不大，保持淬火馬氏體的高硬度。200300回火后，由于馬氏體分解造成的硬度降低已由殘余奧氏體轉變?yōu)橄仑愂象w帶來的硬度升高所補償，所以硬度的降低不大。對于高碳鋼，因為淬火后殘余奧氏體量較多，回火后有時還可使硬度略有提高。回火溫度繼續(xù)升高，鋼的硬度很快下降。對于碳鋼，回火溫度每升高100，硬度約下降10HRC。2）

12、強度與塑性的變化40鋼的強度隨回火溫度升高而降低，塑性隨回火溫度升高而升高，但超過650時反而降低。這是由于回火溫度增高，馬氏體中的碳不斷析出，位錯密度下降，內應力減小以及粒狀滲碳體粗化等原因。回火溫度大于650時，由于組織過分粗化而使塑性下降。 2.4.6 鋼的表面熱處理 感應加熱表面淬火當感應器中通入高頻交變電流時，所產生的交變磁場使放入感應器內的工件內部感生出巨大的渦流。感應電流在工件表層密度最大，而心部密度幾乎為零，這種現象稱為“集膚效應”。由于鋼件本身具有電阻，因而集中于表層的電流可使表層被迅速加熱，幾秒鐘內溫度可升至8001000,而心部的幾乎未被加熱，在隨后的噴水冷卻時工件表層即

13、被淬硬。感應加熱表面淬火是用一定方法使工件表面產生一定頻率的感應電流，將工件表面迅速加熱然后迅速淬火冷卻的一種熱處理操作方法。感應加熱的基本原理感應加熱表面淬火的特點與普通加熱淬火相比，感應加熱表面淬火在工業(yè)上的應用更廣泛。原因是由于感應加熱表面淬火有以下優(yōu)點：感應加熱速度極快一般只需幾秒至幾十秒時間就可使工件達淬火溫度。由于快速加熱，使相變臨界點（Ac1、Ac3）升高，轉變溫度范圍擴大但轉變所需時間縮短。工件表層獲得極細小的馬氏體（稱隱晶馬氏體）組織使工件表層具有比普通淬火稍高的硬度且脆性較低，具有較高的疲勞強度。工件表面質量好由于快速加熱，工件表面不易氧化、脫碳，且淬火時工件變形小。生產效

14、率高便便于實現機械化、自動化。淬硬層深度也易于控制。 化學熱處理是將工件置于某種化學介質中，通過加熱、保溫和冷卻使介質中某些元素滲入工件表面以改變工件表面層的化學成分和組織，從而使其表面與心部具有不同的特殊性能的一種熱處理工藝。 可根據工件的工作條件和對性能的要求，選用不同的方法。例如滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞強度。氮化、滲硼、滲鉻使工件表面硬度增加，耐磨性和耐蝕性顯著提高。滲鋁可提高耐熱抗氧化性，滲硫可提高減摩性，滲硅可提高耐酸性等。1）化學熱處理的基本過程常用的化學處理方法包括滲碳、滲氮和碳氮共滲等幾種形式。無論哪種形式的化學熱處理，元素滲入零件表面層均由介質分解、工件表面

15、吸收和原子擴散三個基本過程所組成。在化學熱處理過程中，只有活性原子才能為工件表面所吸收。化學介質在一定溫度下，分解生成活性原子。2）鋼的滲碳鋼的滲碳是向低碳鋼或低碳合金鋼表層滲入碳原子，以提高鋼件碳層含碳量，使之具有高硬度和高耐磨性，中心部仍保持良好韌性的熱處理過程。滲碳廣泛用于在磨損情況下工作并承受沖擊載荷、交變載荷的工件，如汽車、拖拉機的傳動齒輪，內燃機的活塞銷等。化學熱處理2.4.7 鋼的其他熱處理 真空熱處理1）加熱速度緩慢，工件變形小工件在真空中加熱，熱量傳遞主要靠輻射，加熱速度緩慢，工件變形較小。2）氧化作用被抑制在真空中加熱，隨著真空度的提高，由于氧氣分子稀薄，氧化作用被抑制，可

16、以實現無氧化加熱的光亮熱處理。3）表面凈化在高真空狀態(tài)下，由于氧分解壓極低，形成的氧氣由真空泵排出。4）脫氣作用在真空加熱升高到800以上時，溶于鋼中的氫、氮以及氧化物分解的氣體逸出，發(fā)生脫氣作用。5）蒸發(fā)現象合金鋼在真空中加熱時，某些蒸氣壓高的合金元素，將發(fā)生揮發(fā)現象。所謂真空是指壓力較正常大氣壓小（即負壓）的任何氣態(tài)空間。若將熱處理的加熱和冷卻過程置于真空中進行，就稱為真空熱處理。真空熱處理的基本特點形變熱處理形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機結合，以提高材料力學性能的復合工藝。目的：使形變強化與相變強化結合起來，獲得比普通熱處理更高的強韌化效果，同時可簡化工序和節(jié)能。形變熱處理的分類常用

17、的幾種形變熱處理包括：1）高溫形變淬火高溫形變淬火是在奧氏體穩(wěn)定區(qū)進行形變，隨后淬火獲得馬氏體組織的熱處理工藝。目前生產中采用的鍛后余熱淬火、熱軋淬火等就是這種類型。2）高溫形變等溫淬火是在奧氏體穩(wěn)定區(qū)形變，隨后在貝氏體區(qū)等溫淬火，獲得貝氏體組織的熱處理工藝。如其斷裂強度、塑性與韌性等也高于普通淬火。3）低溫形變淬火低溫形變淬火是在奧氏體化后，迅速冷卻至亞穩(wěn)奧氏體區(qū)（500600）形變，隨后淬火，獲得馬氏體組織的熱處理工藝。它的特點是在保證一定塑性的條件下，大幅度地提高強度。 相變前形變相變中形變相變后形變表面氣相沉積是氣相中的純金屬或化合物在零件表面沉積，形成具有特殊性能膜層的方法。為了提高零件的耐磨性、減緩材料的腐蝕，材料表面性能優(yōu)化技術已被人們越來越重視。其中表面氣相沉積是一種發(fā)展較快、應用最廣的表面涂覆新技術。形變熱處理的分類化學氣相沉