1、工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)第5講 復(fù)習(xí) 一、碳鋼 碳鋼鐵碳合金。C0.60%（2）按鋼的質(zhì)量（根據(jù)鋼中S、P含量）分:普通碳素鋼 S0.055%,P0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼 S0.04%，P0.04%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼 S0.03%，P0.035%（3）按用途不同分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種工程結(jié)構(gòu)（如橋梁、船舶、建筑等）、機(jī)器零件（如齒輪、螺栓等）。這類鋼一般為低碳鋼和中碳鋼。碳素工具鋼：主要用于各種刀具、量具和模具。大多為高碳鋼。3、碳鋼的編號和用途（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼如：Q235。其中： Q 屈服強(qiáng)度的“屈”漢字拼音字首， 235 屈服強(qiáng)度的數(shù)值（MPa） 此類鋼一般在供應(yīng)狀態(tài)下不熱處理使用，必要

2、時(shí)可進(jìn)行鍛造、焊接等熱加工，亦可通過熱處理調(diào)整其機(jī)械強(qiáng)度。（用途見書中表格:薄板、鋼管、鋼筋、沖壓件、焊接件等） （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼如：45（08，10，15，20，55，60）用兩個(gè)數(shù)字表示其牌號。（鋼中平均含碳量）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的S、P含量較少，一般用于較重要的零件，常進(jìn)行熱處理提高其力學(xué)性能后使用。供貨時(shí)既保證其力學(xué)性能又保證其化學(xué)性能。低碳鋼： 、HB較低，、ak較好。可焊性、可鍛性良好。 主要用于制作沖壓件、焊接件、滲碳件及強(qiáng)度要求不高的零件。中碳鋼： 、HB、ak 適中。經(jīng)熱處理后有較好的綜合力學(xué)性能。 常用于齒輪、軸、連桿、絲桿等受力較大的零件。 高碳鋼： 、HB、彈性較高

3、，、ak 較差。 常用于制造要求具有較高強(qiáng)度，耐磨性和彈性的零件。 如彈簧（板、螺旋、墊圈彈簧等）、軋輥、鋼絲繩等。 （3）碳素工具鋼 如：T12,T12A 其中： T 漢字“碳”或漢字拼音字母“T”， 12 含碳量的的千分之幾， A 高級優(yōu)質(zhì)鋼。 *碳素工具鋼都是高碳鋼、優(yōu)質(zhì)鋼。 *碳素工具鋼的熱硬性差（200），故只能作低速切削工具。 T8，T8A 中心沖、剪刀等。T7，T7A 鑿子、錘子、木工工具等。T10，T10A 絲錐、板牙、鉸刀等。T12，T12A 鋸條、銼刀、量具等。4 其他常用金屬材料簡介 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對使用的鋼材提出了越來越高的要求。要求鋼材具有高強(qiáng)度、高韌性

4、、高耐磨性以及耐高溫、抗氧化、抗腐蝕等性能。 -普通碳鋼遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些要求。一、合金鋼 合金鋼為了改善鋼的性能，特意在碳鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素所獲得的鋼種。合金鋼中常加入的合金元素有： Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等一、合金鋼在合金鋼中加入合金元素的目的： 提高鋼的機(jī)械性能。(如、HB、ak等) 改善鋼的熱處理工藝性能。(如提高淬透性，減少淬火變形等) 使鋼獲得某種特殊的性能。(如耐腐蝕、耐熱等)牌號Q23520CrMnTi4540CrS (Mpa)235850355800一、合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼合金鋼按用途可分為1、合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼是用來制造各種機(jī)器零

5、件及各類工程結(jié)構(gòu)的鋼。牌號表示 “數(shù)字+合金元素符號（或漢字）+數(shù)字 ”前面的數(shù)字表示鋼的含碳量的萬分之幾元素符號表示鋼中所含的合金元素后面的數(shù)字表示前面合金元素的百分之幾平均含量。（四舍五入，若12mm）2、合金工具鋼合金工具鋼是用來制造刃、量、模具等各種工具。牌號表示“數(shù)字（或無數(shù)字）+化學(xué)元素符號+數(shù)字 ”前面的數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分之幾。 （ 1%C不標(biāo)，高速鋼例外）。 其余同合金結(jié)構(gòu)鋼表示方法:元素符號表示鋼中所含的合金元素后面的數(shù)字表示前面合金元素的百分之幾平均含量。（四舍五入，若1.5%則不標(biāo)）2、合金工具鋼名 稱牌 號用 途刃具鋼9SiCrW18Cr4V扳牙、絲錐、鉸刀、

6、鉆頭等車刀、銑刀、刨刀、高速鉆頭等量具鋼CrWMn9SiCr高精度塊規(guī)，螺紋塞規(guī)等模具鋼Cr12MoV冷變形模具（如：冷沖模、拉絲模等）3、特殊性能鋼如：不銹鋼、1CrNi9Ti、0Cr18Ni9Ti等。 1Cr13、2Cr13、3Cr13等。牌號表示“數(shù)字（或無數(shù)字）+化學(xué)元素符號+數(shù)字 ”前面的數(shù)字表示鋼的含碳量的千分之幾;元素符號表示鋼中所含的合金元素;后面的數(shù)字表示前面合金元素的百分之幾平均含量。3、特殊性能鋼腐蝕是金屬制件經(jīng)常發(fā)生的一種現(xiàn)象（約占其產(chǎn)量的10%）。化學(xué)腐蝕（如鋼在高溫下的氧化）電化學(xué)腐蝕（如鋼在室溫時(shí)的氧化（即生銹）腐蝕*（大部分腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕）F的電極電位較負(fù)，

7、成為陽極被腐蝕。Fe3C電極電位較正，成為陰極而不被腐蝕。P（置于硝酸酒精溶液中）3、特殊性能鋼防止腐蝕的途徑： 提高合金本身的電極電位。 在鐵中加入大于13%的鉻后，則鐵的電極電位由0.56V突然升至0.2V，因此其抗蝕性顯著提高。鐵鉻合金的電極電位（大氣條件） 在鋼中同時(shí)加入鉻和鎳，可能形成單一奧氏體組織。3、特殊性能鋼分類：按組織分馬氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼奧氏體不銹鋼按成份分鉻不銹鋼鉻鎳不銹鋼鉻錳氮不銹鋼3、特殊性能鋼1Cr13，2Cr13（汽輪機(jī)葉片、螺栓、螺帽等）3Cr13，4Cr13（醫(yī)療工具如手術(shù)刀，量具等）M 0Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti （耐酸設(shè)備，化工容器等A

8、F 1Cr17 （管道、酸槽、食品設(shè)備等二、鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金。（另外其Si、Mn、S、P均比鋼中高）根據(jù)鑄鐵中碳的存在形式不同分類： 白口鑄鐵 灰口鑄鐵白口鑄鐵其碳幾乎全部以化合物（Fe3C）狀態(tài)存在，斷口成銀白色（故稱白口）其性能硬而脆，很難進(jìn)行切削加工（故很少用）有時(shí)利用它的高硬度、耐磨性好的特點(diǎn)，制造一些要求表面有高耐磨性的機(jī)件。 如軋輥（表面）、球磨機(jī)的內(nèi)襯和磨球、犁鏵等目前白口鑄鐵主要用作煉鋼原料和生產(chǎn)可鍛鑄鐵的毛坯。 灰口鑄鐵其中碳全部或大部分以石墨形式存在，因斷口呈暗灰色而得名。它是生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的鑄鐵。根據(jù)灰口鑄鐵中石墨形狀不同，灰口鑄鐵可分為：普通灰

9、口鑄鐵（簡稱灰鑄鐵）:其石墨成片狀， HT150，(僅鋼20-30%)可鍛鑄鐵:其石墨成團(tuán)絮狀， KTH300-06，(僅鋼50-70%)。又稱瑪鐵或瑪鋼，不可鍛球墨鑄鐵:其石墨成球狀， QT600-02，(僅鋼70-90%) 灰口鑄鐵石墨G在鑄鐵約占體積7-10%，它的 20MPa，HB3，、ak 幾乎為零。但它的抗壓強(qiáng)度接近鋼。片狀石墨：縮減作用；割裂作用；潤滑作用。 -減振性優(yōu)良：緩沖機(jī)械振動(dòng)，阻止振動(dòng)能量傳播 -缺口敏感性低：基體已有大量缺口，外來缺口影響甚微 -耐磨性好：石墨本身是潤滑劑，形成的凹坑可儲(chǔ)潤滑油 灰鑄鐵組織=鋼的基體+G片共析鋼 P+G片亞共析鋼P(yáng)+F+ G片F(xiàn)+ G片

10、G片細(xì)小粗大高低 ,HB 灰口鑄鐵灰鑄鐵的鑄造工藝性優(yōu)異、價(jià)格低廉、故在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用最廣，其產(chǎn)量約占各類鑄鐵產(chǎn)量的80%以上。 灰鑄鐵主要應(yīng)用于蓋、 支柱、底座、箱體、機(jī)體、 閥體、缸體等。鑄造工藝性切削工藝性好好焊接性能鍛造性能熱處理性能差差差減振性減磨性缺口敏感性好好好其他性能共析鋼正火狀態(tài) b 900MPaP基體的灰鑄鐵b 200-250MPa有色金屬 工業(yè)上把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其它金屬及其合金統(tǒng)稱為有色金屬。 1、銅及其銅合金 工業(yè)純銅 （由于表面形成氧化膜，外觀呈紫紅色，習(xí)慣上稱為紫銅）含銅量：99.5-99.95% （常含氧、硫、鉛、砷、鉍等雜質(zhì)） 比重：8.94 熔點(diǎn)：

11、1083 純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗大氣腐蝕性。 工業(yè)純銅純銅的強(qiáng)度低 b=200-250 MPa，塑性好，=45-50% 冷變形后，b=400-500 MPa，塑性降低，=5% 純銅具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 常用工業(yè)純銅的牌號有T1、T2、T3、T4。其中“T”為銅字的漢語拼音的第一個(gè)字母，后面數(shù)字表示順序號。順序號越高，其雜質(zhì)含量也越高。（即銅的純度越低）。 工業(yè)純銅工業(yè)純銅主要用于制造導(dǎo)體（如電線），熱交換器和油管等。由于純銅的機(jī)械性能不高，不宜直接用作結(jié)構(gòu)件，須配制成銅合金后再使用。常用的銅合金有黃銅和青銅。 黃銅 黃銅是以鋅為主要添加元素的銅合金。根據(jù)黃銅中所含其它合

12、金元素的種類： 普通黃銅（銅鋅合金） 特殊黃銅（在銅鋅合金中再加入鋁、鉛、錳、錫等元素。） 黃銅黃銅的力學(xué)性能取決于含鋅量： 當(dāng)含鋅量32%時(shí)，隨含鋅量的增加，強(qiáng)度繼續(xù)升高、而塑性降低。（有硬脆相）當(dāng)含鋅量45%時(shí)，強(qiáng)度和塑性都急劇下降。（組織全部是硬脆相） 黃銅普通黃銅的牌號用“黃”字的漢語拼音的第一個(gè)字母“H”加銅量的百分?jǐn)?shù)表示。 如 H70含銅量70%，含鋅量30%。 ZH62含銅量62%，含鋅量38%，鑄造黃銅。 黃銅主要用于制造彈簧，襯套及耐蝕零件，如 ：H90 藝術(shù)品（又稱金色黃銅）H68 子彈殼H62 螺釘、螺母、墊圈、彈簧等 青銅普通青銅（或錫青銅）Cu-Sn合金。 （銅與鎳的

13、合金稱為白銅）特殊青銅（或無錫青銅）（以Al、Si、Pb等元素） 當(dāng)Sn 5-6% 時(shí)， ，； 當(dāng)Sn 20 % 時(shí)， 。 青銅錫青銅主要用來制造各種耐磨件，耐蝕件及彈性元件，如軸承、彈簧等。 當(dāng)Sn 10%, 常采用鑄造方式成形，稱為鑄造錫青銅。(如ZCuSn10Pb1, 其中Sn為10%，Pb為1%)2、鋁及鋁合金 工業(yè)純鋁 含鋁量：98-99.7%（常含鐵和硅等雜質(zhì)）比重：2.7g/cm3 (約為鐵的三分之一) 熔點(diǎn)：660純鋁具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性(僅次于銀和銅)。在大氣中具有良好的耐蝕性。(主要是鋁的化學(xué)活潑性很高，易與空氣中的氧作用在表面產(chǎn)生一層牢固、致密的氧化鋁保護(hù)膜，從而使鋁

14、不會(huì)繼續(xù)被腐蝕。) 工業(yè)純鋁純鋁為面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。常用工業(yè)純鋁的牌號有L1、L2、L3、L4、L5等。“L”表示工業(yè)純鋁，后面的數(shù)字表示純度，數(shù)字越大純度越低。工業(yè)純鋁主要用于制造電纜和要求不高的日用器皿等。 純鋁具有很好的塑性 =35-40%，但強(qiáng)度低b =80-100MPa通過壓力加工變形：=4-8%，b=150-250MPa 工業(yè)純鋁純鋁的強(qiáng)度低，一般不用于制作結(jié)構(gòu)零件，常在鋁中加入銅、鎂、錳、硅等合金元素形成鋁合金，從而提高了力學(xué)性能等。根據(jù)鋁合金的成分和工藝特點(diǎn)分類： 形變鋁合金（其塑性好，可通過各種冷、熱塑性變形加工成各種型材或零件）鑄造鋁合金（其鑄造性能好，常用鑄造

15、方法生產(chǎn)毛坯或零件）鋁合金 鋁合金Al-Li系合金 鋁是最輕的合金元素。鋁合金中添加百分之幾的鋰后，可獲得時(shí)效強(qiáng)化（即鋁合金的熱處理強(qiáng)化）效果，密度可降低10%，剛度可提高10%。但鋰的熔點(diǎn)很低，故鋁鋰合金冶煉很困難。 波音747飛機(jī)的外殼用鋁鋰合金，大大減輕了飛機(jī)的重量。飛機(jī)每減少1kg的重量，其經(jīng)濟(jì)效益是按幾何級數(shù)遞增的，因此鋁鋰合金是大有作為的。 補(bǔ)充各類鋁合金均按共晶相圖結(jié)晶，如右圖根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點(diǎn)分類： 形變鋁合金(P點(diǎn)以左)鑄造鋁合金(P點(diǎn)以右) 補(bǔ)充 形變鋁合金加熱到固溶線以上時(shí)，可得到均勻的單相固溶體，其塑性好，可通過各種冷、熱塑性變形加工成各種型材或零件。 不能

16、熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金，成分在F點(diǎn)以左的合金，其固溶體成分不隨溫度而改變。能熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金，成分在F點(diǎn)以右的合金，其固溶體成分能隨溫度而改變。 補(bǔ)充由于鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，它主要是通過淬火（固溶處理）后，再進(jìn)行時(shí)效處理而達(dá)到強(qiáng)化的目的。 如把含4%銅的Al-Cu合金，淬火后形成過飽和的固溶體，其強(qiáng)度為25MN/m2。若在保溫下放置，強(qiáng)度將隨時(shí)間的延長而逐漸提高，經(jīng)過4-5天后，強(qiáng)度可達(dá)400 MN/m2。 補(bǔ)充類 別代號舉例性 能 特 點(diǎn)用 途防銹鋁LF5、F21抗腐蝕性好。塑性、韌性好。焊接性能較好。容器、管道、（油箱、油管）硬鋁LY1、Y12熱處理后有高的強(qiáng)度、硬度，但耐蝕性較差型材

17、、鉚釘、飛機(jī)螺旋槳葉片超硬鋁LC4、LC6熱處理后強(qiáng)度很高(是鋁合金中強(qiáng)度最高者)飛機(jī)大梁、蒙皮、起落架鍛鋁LD5、D7良好的熱塑性和熱處理后較高力學(xué)性能高溫下復(fù)雜零件及結(jié)構(gòu)件，形狀復(fù)雜中等強(qiáng)度的鍛件補(bǔ)充 鑄造鋁合金（除ZL102、ZL103外），一般都能熱處理強(qiáng)化（人工時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化） Al-Si系：ZL1*。鑄造性好，機(jī)械性能低，耐蝕性好，比重小。 儀表殼體、泵體、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸等。 (硅鋁明)Al-Cu系：ZL2*。耐熱性好，鑄造性差，抗蝕性差，比重大。Al-Mg系：ZL3*。機(jī)械性能高，抗蝕性好，比重小。Al-Zn系：ZL4*。能自動(dòng)淬火，宜壓鑄，抗蝕性差 補(bǔ)充ZL102變質(zhì)處理 在共晶組織

18、（+Si）中，硅是硬脆相，并是粗大針狀，它嚴(yán)重影響合金的機(jī)械性能。（ b140MN/m2， 3%）。 為了改善合金的性能，澆鑄前進(jìn)行變質(zhì)處理，使硅的形狀發(fā)生改變，共晶體中的硅呈細(xì)小球狀，并有初生固溶體出現(xiàn)。（其 b180 MN/m2，8%） 作業(yè)1、寫出下列與失效形式相關(guān)的力學(xué)性能。失效形式磨 損斷 裂塑性變形力學(xué)性能2、列表寫出碳鋼的分類，并大致分析Q235、45、T8A的力學(xué)性能及質(zhì)量。3、HB及HRC以什么作為試樣硬度值？主要用于哪些材料的硬度測量？作業(yè)4、按下表所列牌號填寫有關(guān)內(nèi)容牌 號名 稱數(shù)字及字母的含義用途（舉例)16MnW18Cr4VHT20045Q23520CrMnTi4Cr13T10A作業(yè)5、畫出鐵碳合金狀態(tài)圖鋼的部分，寫出20鋼從液態(tài)緩慢冷卻到室溫時(shí)的轉(zhuǎn)變？為什么它