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金属工艺学全套课件大全
金属工艺学是一门有关机械 零件制 造方法及其用材的综合性技术基础 课。1.内容： （1）系统介绍机械工程材料的性能、 应用及改进材料性能的工艺方法； （2）各种成形工艺方法及其在机械制造中的应用和相互联系；（3）机械零件的加工工艺过程。2.生产方法：3. 历史发展：<
br />4.制造技术的发展阶段： （1）用机器代替手工，从作坊形成工 厂 （2）从单件生产方式发展到大量生产方式（3）柔性化、集成化、智能化和网络 化的现代制造技术5.现代制造技术的形成和发展特点： （1）生产规模：少品种大批量――& 单件小批量――&多品种变批量 （2）生产方式：劳动密集型――&设备密集型――&信息密集型――&知识密集型（3）制造设备的发展过程：手工――& 机械化――&单机自动化――&刚性自动线―― 柔性自动线――&智能自动化此鼎形制雄伟，重达832.84公斤,高达 133厘米,是迄今为止 出土的最大最重的青铜 器。永乐大钟高6.75m、直径3.3m、重量46.5t的铜钟，是明 朝永乐年间（约 1420 年）铸造的，在世界大钟之 林中铸造年代最久远。钟身内外铸满了佛经，经 文清晰，排列巧妙，总字数达230184个，是世界 上铸字最多的大钟。撞击一下，钟声悠扬悦耳， 可传40～50km。
1996年我国钢产量超过一亿吨，变成世界 第一产钢大国。这是为纪念钢产量突破一亿吨而发行的邮票。葛洲坝 水 轮 发
1、灵山大佛通高88米， 佛体79米，莲花瓣9米。 2、灵山大佛佛体（不含 莲花瓣）由毫 米厚的铜壁板构成，焊缝 长达30余公里。 3、灵山大佛铸铜约700 吨，铜板面积达九千多平 方米，约一个半足球场大 小。4、由于高科技的运用， 灵山大佛能抵御14级台风 和8级地震的侵袭。
6.基本要求：（1）了解工程材料的种类、性能及其改性方法， 初步掌握其应用范围和选择原则。 （2）掌握主要毛坯成形方法的基本原理和工 艺特点，具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。（3）掌握机械制造生产过程、生产类型及其 特点； 掌握各种主要加工方法的实质、工艺特点、基本第一章金属材料基本知识§1.1的性 能。金 属 材 料 的 主 要 性 能使用性能――指材料在使用过程中表现出来工艺性能――指材料对各种加工工艺适应的 能力。一、金属材料的使用性能力学性能――金属材料在外力（载荷）作用下，所表现的抵抗变形和破坏的能力。
Fe 1.弹性极限―试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉 ? e ? MPa 应力。 S02.屈服点―试样在试验过程中力示增加（保持恒定）仍能 继续伸长（变形）时 F 的应力。?s ?s3.抗拉强度――试样拉断前所能承受的最大应力值。S0MPaFb ? b ? MPa S0（二）塑性 塑性是指断裂前材料发生不可逆永久变形 的能力。 1.断后伸长率― 试样拉断后标距的伸长时 ?l与原始标距的百分比。??l0? 100%2.断面收缩率―试样拉断后，缩颈处横截 面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。?S ?? ?100% S0（三）硬度 1.布氏硬度 F 0.102? 2F （1）试验原理： HB ? D、F ?、t、S ( N / mm2 ) 2 2 S ? D ( D ? D ? d ) 压 （2）符号 （3）表示方法 XXX HBS(W) XX / XXX / XX （4）应用范围： 测定结果较稳定、准确， 但不宜测薄件或成品件。 HBS用于测小于450 的材料；HBW用测小于650的材料。主要用来 测灰铸铁、有色金属及经退火、正火和调质处 理的钢材。布氏硬度试验原理图详细说明主 要 技 术 参 数 ： 初 试 验 力 （ N ） ： 29.4 维 氏 硬 度 试 验 （ N ） ： 49 ， 98 ， 196 ， 294 显 微 镜 放 大 倍 率 ： 75 倍 、 150 倍 试 件 允 许 最 大 高 度 ： 200mm 表 面 洛 氏 硬 度 （ mm ） ： 147 ， 294 ， 441 压 头 中 心 到 机 身 距 离 ： 200mm 电源电压：AC220V 50/60HZ布氏硬度试验2.洛氏硬度 （1）试验原理：用顶角为1200的金刚石圆锥或直径 为1.588mm的淬火钢球作压头，在初始试验力F1（98N） 及总试验力F作用下，将压头压入试样表面，按规定保持时 间后卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量计算硬度。 （2）符号（3）表示方法k ?h HR ? 0.002在符号前写出硬度值。可直接测量成品或较薄工件，但（4）应用范围 结果不够准确。洛氏硬度试验原理图
（四）冲击韧度 冲击试样缺口底部横截面积上的冲击吸收功。将被测材料制成标准U型或V型试样，缺 口背向摆锤冲击方向，摆锤举至H1 高度，然 后自由落下，冲断试样升至高度 H2 。摆锤冲 断试样所消耗的能量，即试样在冲击试验力一 次作用下折断时所吸收的功。 A = m g H 1 - m g H 2 = m g （ H 1 - H 2） J 冲击试样缺口底部处单位横截面积上的冲 击吸收功，称为冲击韧度。 α k = Ak /SN J/cm2 冲击吸收功 Ak 作为材料韧性判据。 冲击吸收功与温度、试样形状、尺寸、表 面粗糙度、内部组织和缺陷有关。
（五）疲劳强度 材料 在指定循环基数下不产生疲 劳断裂所 能承受的 最大应力。实际的疲劳强度值，规定钢进行1×106～ 107次，有色金属进行1×107～1×108次交变循 环而不发生疲劳破坏时的最大应力值，即为该 材料的疲劳强度σ-1。疲劳强度与抗拉强度之间 存在一定的比例关系，如碳素钢σ-1 ≈（0.4～0.55） σb ， 灰铸铁σ-1 ≈0.4σb ，有色金属σ-1 ≈（0.3～0.4） σb。 疲劳破坏的原因：应力集中――微裂纹―― 扩展――断裂破坏。 避免措施：改善内部组织、外部形状和表 面状态，减小和避免应力集中，表面强化处理 和减小表面粗糙度值。§1.2 晶金属与合金的结构和结一、金属材料的性能与结构 晶体――原子杂乱无章堆砌起来。 晶体――原子按一定几何图形有规则排列。 特点：有固定的熔点，各向异性 （一）金属的晶体结构基本知识 1.晶格――描述原子在晶体中规则排列方 式的空间几何图形。 2.晶胞――能够反映晶格特征的最小几何 单元。动画\金工动画\晶胞.swf 3.常见金属的晶格类型
（１）体心立方晶格动画\金工动画\体心.swf立方体晶胞，八个顶角和立方体中心各有一 个原子，每个晶胞有原子２个。（２）面心立方晶格动画\金工动画\面心.swf立方体晶胞，八个顶角和六个面的中心各有（３）密排六方晶格动画\金工动画\密排.swf 晶 顶 面中心各有 一个原子， 晶胞内还有 胞 角 ， 和 正六棱柱体 12 个 上 下３个，每个（二） 金属的实际晶体结构 1.多晶体结构动画\金工动画\多晶 体结构.swf 单晶体――晶体内部的晶格位向 完 全一致。 晶粒――外形不规则，呈颗粒状 的 小晶体。（１）点缺陷动画\金工动画\点缺陷.SWF（２）线缺陷动画\金工动画\刃型位错.SWF 刃型 位错 强度、 硬度增加， 塑性、韧 性下降。
（３）面缺陷 晶界和亚晶界动画\金工动画\亚晶界.SWF动画\金工 动画\晶界.SW F金属强度、硬度增高，塑性变形困难――“细晶强化”。
二、金属与合金的结晶 （一）金属的结晶 金属原子的聚集状态由无规则的液态，转 变为规则排列的固态晶体过程。动画 \ 金工动画 \ 冷却曲 线.swf 过冷度――理论结晶温度Tm与实际结晶温度To之差。?? ? ?m ? ?01.冷却曲线纯金属的冷却曲线2. 金属的结晶过程动画\金工动画\金属结晶 过程.SWF(见图) （1）晶核的形成 （2）晶核的长大 金属液的结晶过程是晶核产生和长大的过程， 同 时存在同时进行。金属结晶过程示意图（1）晶粒大小对金属性能的影响 一般情况下，晶粒越细小，金属的 强度、塑性和 韧性越好。 晶粒大小主要取决于形核速率N和长 大速率G。（见图）过冷度对N、G的影响（2）晶粒大小的控制生产中细化晶粒的方法有： ①增加过冷度；②变质处理； ③附加振动。（三）、金属的同素异构转变概念：金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的 现象。意义：可以用热处理的方法即可通过加热、保温、冷却来改 变材料的组织，从而达到改善材料性能的目的。
（ 四）金属铸锭组织（1）表层细晶区 过冷度大，形核率高 （2）柱状晶粒区（3）中心等轴晶粒区三、合金的晶体结构1.合金的基本概念（1）合金――两种或两种以上的金属元素或 金属元素与非金属元素熔合，组成具有金属特性的物 质。 （2）组元――组成合金最基本、能独立存在的物 质。 （3）合金系――由给定的组元，按一定的比2.合金的相结构 （ 1）固溶体―合金在固态下，组元之间能互 相溶 解而形成的均匀相。 溶剂―与固溶体晶格类型相同。 溶质―晶格类型消失的组元。 ①置换固溶体――溶质的原子部分取代溶剂 晶格 上的原子。动画\金工动画\置换固溶体.SWF 有限置换固溶体――按一定比例进行置换。 无限置换固溶体――任意进行置换原子。（2）金属化合物――合金组元之间发生相 互作用而形成的具有金属特性的一种新相。 特点：晶格类型不同于任一组元，有较高 的熔点，硬而脆。动画\金工动画\Fe3C晶格结构.SWF 金属化合物主要用来作为碳钢、各类合金 钢、硬质合金及有色金属的重要组成相。 （3）多相复合组织――两种或两种以上 的相按一定的质量百分数组合成的物质。 特点：保持各组元的晶格类型。 性能取决于各组成相的性能及分布状态。二元合金状态图一、二元合金状态的建立 1.概念 研究材料从液态到固体转变过程而建立的图形 成分---温度----组织关系图2.表示方法A B%B3.绘制Pb a b 100 95 Sb 0 5开始结晶温 度（co) 结晶终止温 度(co)327 300327 252c d e88.9 50 011.1 50 100252 490 631252 252 631
§ 1.3铁碳合金相图一、铁碳合金基本组织（一）纯铁的同素异晶转变 在固态下，金属的晶格类型随温度（或 压力）变化的特性――同素异晶转变。动画 \金工动画 \同 素异构.swf δ ―Fe → γ ―Fe → α ―Fe体心立方晶格 格面心立方晶格体心立方晶铁的同素异构转变是钢铁材料能够进行
（二）铁碳合金的基本组织 1.铁素体（F） 碳溶于α ―Fe中形成的间隙固溶体，用 符号F（或α ）表示。600℃ 溶碳量0.008%727℃ 溶碳量0.0218% 性能：与纯铁相似，强度、硬度低，而 塑性和韧性好。 组织：呈明亮的多边形晶粒，晶界曲折。
2.奥氏体（A） 碳溶于γ ―Fe中形成的间隙固溶体，用符 号A（或γ ）表示。 727℃ 溶碳量0.77%1148℃溶碳量2.11%性能：有一定的强度和硬度，塑性和韧性 好，适于进行锻压加工。 组织：与铁素体相似，晶粒呈多边形，但 晶界较铁素体平直
3.渗碳体（ Fe3 C ） 铁和碳形成的一种具有复杂斜方晶格的间 隙化合物，用化学分子式Fe3 C 表示。 ω c =6.69% 熔点为1227℃性能：硬度很高，脆性很大，塑性极差。组织：常以片状、球（粒）状和网状等不 同形态存在。4.珠光体――铁素体和渗碳体组成的机械 混合物，用符号P表示。 ω c =0.77% 性能：介于铁素体与珠光体之间，即综合性能良好。5.莱氏体―― ω c=4.3%的合金，缓慢冷却 到1148℃时从液相中同时结晶出奥氏体和渗碳 体的共晶组织，用符号Ld表示。 性能：与渗碳体相似，即硬度高，塑性差。珠光体是铁 和渗碳体呈素 体层 片 的 机状交替排列械混合物 。 状分布的白呈 块在亮白色 碳体基底上渗相 暗间地分布着黑色斑点及 条状珠光体细二、铁碳合金状态图的形式1600 A (0.09)温 度H L+δ (0.53)BL C(4.3)L+Fe C3Ⅰ1394℃γ912℃α +L+γD F K℃10001148 E (2.11)A+Fe3CⅡ+LeG 800 α 600 400 200 QLeA3γγ+ Fe3CⅡLe+Fe3CⅠ（0.77） S P 0.02 4 αPLe + P+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ+Le&#39; Fe3CⅡ+Le&#39; PFe 1.0 2.0 Fe3.0 4.0 5.0 6.0 6.69 -Fe3C 合金相图Fe3C
简化铁碳合金状态图1538AⅡ? 1 2ⅢL L+A1148DL+Fe3C?1227温度/℃→AE 3 SFe3CⅡ+ACLdFG912F+A FLd+Fe3CⅡ+AP727Ld+Fe3C?KF+P PFe3CⅡ+PLd’+Fe3CⅡ+P2.11Ld’4.3Ld’+Fe3C?6.69Q00.77wC/%→ 图2.27 Fe-Fe3C状态图三、铁碳合金状态图的建立?合金状态图就是通过一系列实验测出不 同成分的铁碳合金在缓慢冷却过程中的 冷却曲线和组织转变，然后在成分与温 度坐标图中标出临界点温度（结晶开始 和结晶结束的温度），并把物理意义相 同的点连成曲线，这样构成的完整图形 便是铁碳合金状态图。各成分合金的临界点合金序号 1 2 3 4 5 舍金成分 含碳量／％ 0 0.40 0 77 1.20 l 60 含铁量／％ 100 99 60 99.23 98.80 98.40 上临界点／℃ 912 790 727 880 l 000 下临界点／℃ ―― 727 727 727 727四、 铁碳合金状态图的分析1．特性点：1538AⅡ? 1 2ⅢLD11481227温度/℃→L+AAL+Fe3C?E 3 SFe3CⅡ+A Ld+Fe3CⅡ+ACLd727FG912F+A FLd+Fe3C?PKF+P PFe3CⅡ+PLd’+Fe3CⅡ+P2.11Ld’4.3Ld’+Fe3C?6.69Q00.77wC/%→ 图2.27 Fe-Fe3C状态图1538AD E P0温度 /℃→2．特性线：912GCF K6.09S0.77 2.11 4.3Q①ACD线―液相线 ②AECF线―固相线 ③ ECF线―共晶线 ④ AC线―奥氏体结晶开始线 ⑤ AE线―奥氏体结晶终了线 ⑥ GS线（A3)―铁素体从A中析出开始线 ⑦PQ线―C在铁素体中的溶解度曲线，此线以右 有Fe3CⅢ析出线wC/%→ 图2.27 Fe-Fe3C状态图⑧ES线（Acm)―C 在A中的溶解度 曲线，此线以右 有Fe3CⅡ析出线 ⑨PSK线―共析线 ⑩CD线―一次渗 碳体结晶开始线1538AD E P S0.77 2.11 4.3温度 /℃→912C1148F K6.09G727Q0wC/%→ 图2.27 Fe-Fe3C状态图3.铁碳合金的分类工业纯铁：C%&0.0218 共析钢：C%=0.77 亚共析钢： 0.0218&C%&0.77 过共析钢： 0.77&C%&=2.11 共晶白口铁：C%=4.3 亚共晶白口铁： 2.11&C%&4.3 过共晶白口铁： 4.3&C%&6.691538AD1148温度/℃→912E P SC727FGKQ00.772.114.36.09wC/%→ 图2.27 Fe-Fe3C状态图4.合金结晶过程中的组织转变共析钢(?)：L→L+A→A→P亚共析钢(Ⅱ)：L→L+A→A→A+F→P+F 过共析钢(Ⅲ)： L→L+A→A→A+Fe3CⅡ →P+Fe3CⅡ 共晶白口铁：L→Ld→Ld’ 亚共晶白口铁： L→L+A→Ld+A+Fe3CⅡ →Ld’+P+Fe3CⅡ 过共晶白口铁： L→L+Fe3C?→Ld+Fe3C? →Ld’ +Fe3C?1、Wc=0.6% 亚共析钢?室温组织：P+FL L+A A A+F P+F t1以上 t1～t2 t2～t3 t3～t4 t4～室温
2、Wc=0.77% 共析钢?室温组织：P? ?L t1以上L+A A P t1～t2 t2～t3t3～室温T8钢的室温平衡组织
3、Wc=1.2% 过共析钢?室温组织：P+Fe3CⅡ? ?L L+A A A+Fe3CⅡ t1以上 t1～t2 t 2～ t 3 tP+ Fe3CⅡ t4～室温
材 料 状 态共晶白口铸铁（X250 ） 铸造浸蚀剂组 织 说 明４％酒精溶液变态莱氏体 变态莱氏体中白色基体为渗碳体（共晶莱氏体和二次渗碳体），黑色圆柱及条状为珠光体
过共晶 白口铁结晶过 程示 意图5.含碳量对铁碳合金组织性能的影响?(1) 对平衡组织的影响5.含碳量对铁碳合金组织性能的影响(2)对力学性能的影响 含碳量越高，钢 的强度和硬度越高， 而塑性和韧性越低。 这是由于含碳量越高， 钢中的硬脆相-Fe3C越 多的缘故。而当含碳 量超过0.9％时，达到 碳的过共析，在晶界 析出网状二次渗碳体， 使钢的强度有所降低。6.铁碳合金平衡相图的应用（1）1、选材的依据 2、选择铸造合金成分和浇注温度的依据 3、确定钢的锻造温度的依据 4、研究焊缝区及近缝区组织和性能变化的理 论依据 5、确定各种热处理工艺的依据：根据对工件 材料性能要求的不同，各种不同热处理方 法的加热温度都是参考Fe-Fe3C相图选定的。6.铁碳合金平衡相图的应用（2）1 在选材上的应用低碳钢：塑性、韧性好，用于冲压件、焊接件、抗冲击件。中碳钢: 综合力学性能较好，用于轴、齿轮等。 高碳钢：强度、硬度、耐磨性好，用于各种工模具。 白口铁：性硬而脆，但铸造性能好，用于不受冲击的铸件。2 在铸造工艺上的应用根据Fe-Fe3C相图的液相线可以找出不同成分的铁碳合金的熔点，从而确 定合适的熔化、浇注温度(液相线以上50~100℃ )。还可以看到钢的熔化 与浇注温度都要比铸铁高，如下图所示。此外，靠近共晶成分的铁碳合 金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，故具有良好的铸造性能。这 类合金适宜于铸造，在铸造生产中获得广泛的应用。6.铁碳合金平衡相图的应用（3）3 在塑性加工工艺上的应用钢材轧制或锻造的温度范围，多选择 在单一奥氏体组织范围内。其选择原则是开 始轧制或锻造的温度不得过高，以免钢材氧 化严重，甚至发生奥氏体晶界部分熔化，使 工件报废。而终止温度也不能过低，以免钢 材塑性差，在锻造过程中导致产生裂纹。一 般始锻温度在固相线以下100~200℃，终锻 温度800℃左右。各种碳素钢合适的轧制或 锻造温度范围如图所示。Fe-Fe3C相图与铸、锻工艺的关系§3.1碳钢一、碳钢中的常存杂质元素及其作用（1）硅和锰――有益元素 作用：脱氧剂，形成MnS，固溶强化， 减少FeO的影响。 （2）硫和磷――有害元素危害：形成低熔点的FeS，使钢产生热脆；使钢产生冷脆。硅（Si）（1）可清除钢中的FeO，脱氧能力比Mn强。它与钢液中的FeO能结成密度较小的硅酸盐以炉渣的形式被除去。 从而消除FeO对钢的不良影响。（2）硅能溶入铁素体中，使铁素体强化，从而 提高钢的强度和硬度，但降低塑性和韧性。当 含硅量不多时，其对钢的性能影响不大。 （3）总起来说，硅也是一种有益的元素。作为 杂质其含量应小于0.4%。锰（Mn）（1）可清除钢中的FeO，改善钢的品质。锰从FeO中夺取氧形成MnO进入炉渣，从而把钢中的FeO还 原成铁，改善钢的质量 。（2）减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢 的热加工性能。（MnS在高温时有一定塑性，切 削加工中MnS能起断屑作用，因此改善了钢的切 削加工性，这类钢称作易切削钢) （3）在室温下锰能大部分溶入铁素体中形成含锰 铁素体的置换固溶体，使铁素体强化，提高钢的 强度和硬度。 （4）锰在碳钢中的质量分数一般为0.25%～0.80%， 最高可达1.2%。总起来说，锰是一种有益的元素。2. 硫（S）、磷（ P）? ? ? ?是有害元素 S是在炼钢时由矿石和燃料带入钢中的 →热脆 P是由矿石带入钢中的→冷脆 衡量钢的质量的主要指标为含S、 P量。S一般 控制在0.05%以下,P一般钢的含磷量控制在 0.045%以下。P ：可与铁生成FeS， FeS与Fe能形成低熔点（985℃） （1）硫的共晶体，且分布在晶界上。当钢材在1000℃～1200℃ 进行热压力加工时，由于共晶体熔化，从而导致热加工时开裂。这种金属在高温时出现脆裂的现象，称为“热脆”。（2）磷在钢中能全部溶于铁素体中，提高铁素体的强度和硬度。但在室温下却使钢的塑性和韧性急剧下降（Fe3P而使钢的脆性增加 ），产生低温脆性，这种现象称为冷脆。??磷的有害作用在一定条件下可以转化， 例如钢中加入适量的磷还可以提高钢材 的耐大气腐蚀性能。 在炮弹钢中加入较多磷，可增大钢的脆 性，使炮弹在爆炸时碎片增多，从而增 加了杀伤力。二、碳钢的分类、牌号和用途低碳钢?C ? ? 1. 按碳的含量分类（一）碳钢的分类? ?中碳钢0.25％ ? ?C ? 0.60％ ? 高碳钢?C ? 0.60% ?? 普 通 钢 ?S ? 0.050％，?P ? 0.045％ ? ? 优 质 钢 ?S ? 0.035％，?P ? 0.035％ ?高级优质钢? ? 0.030％，? ? 0.030％ S P ?0.25％2.按质量分类3.按用途分类 （1）碳素结构钢 螺柱、弹簧等）。 主要用于建筑、桥 梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、（2）碳素工具钢冲模等。 （3）专用钢 易切削钢等。主要用于种类刀具、量具和模具。如丝锥、板牙、刮刀、锯条、 包括锅炉钢、船用钢、4.按钢液脱氧程度分类 （1）沸腾钢（F） 脱氧不完全，组织 不致密，成分不均匀，性能较差。 （2）镇静钢（Z）脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。（3）半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢 之间。氧 方法组成。 牌 号 Q235―D 示 例 说 明 ： Q― 钢 的 屈 服 点 “ 屈 ” 字 汉 语 拼 音 字 头 ； 235― 最 低 屈 服 点 值 235MPa; D― 表 示 质 量 等 级 为 D 级 。 有时牌号后面还要分别附加下列符号： F― 沸 腾 钢 ； b ―半镇静钢； Z― 镇 静 钢 ； TZ― 特 殊 镇 静 钢 。 由于D级质量钢均为特殊镇静钢，故“TZ”符（二）碳钢的牌号、性能及主要用途 1.普通碳素结构钢(GB/T700―1988) 表示方法：用 Q 、屈服数值、质量等级和脱常用碳素结构钢：表3.1.docQ195、Q215、Q235A、Q235B 塑性较好， 有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可 用于 做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺 帽、 铆钉等。 Q235C、Q235D 可用于重要的焊接件。 Q255、Q275 强度较高，可轧制成型钢、钢常用碳素结构钢钢板钢筋建筑构件2.优质碳素结构钢 表示方法：用两位数字表示平均含碳量 的万分数，较高含锰量再加Mn。 如：45钢，碳的平均含量为万分之四十五，即0.45%。含锰较高的优质碳素结构钢要标出Mn， 例 如 ： 45Mn 优质碳素结构钢主要用来制造各种机器 。零件。优质碳钢常用优质碳素结构钢：螺栓 齿轮常 用 优 质 碳 素 结 构 钢 ： 表 3.2.doc 08F 塑性好，可制造冷冲压零件；10、20钢 冷冲压性与焊接性能良好， 可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗 碳）也可以制造轴、销等零件； 35、40、45、50钢 经热处理后，可获 得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴 类、套筒等零件； 60、65钢 主要用来制造弹簧。 优质碳素结构钢使用前一般都要经过热 处理。3.碳素工具钢碳素工具钢的碳质量分数在0.65%～1.35%之间。 表示方法：用“T”加表示平均含碳量千分数 的 数字，较高质量再加“A”。如 T8 ，表示平均碳含量为 0.80% 的碳素工具钢。 碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低， 则常 用 碳 素 工 具 钢 ： T7、T8 硬度较高、韧性较高，可制造冲 头、凿子、锤子等工具。 T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制表3.3.doc造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。 T12、T13 硬度很高，韧性较低，可制 作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。 碳素工具钢使用前都要进行热处理。常用碳素工具钢：锉刀量规4.铸钢表3.4.doc 表示方法：ZG （1）力学性能―用最小屈服数值、最 小抗拉强度表示 ZG200－400表示最小屈服强度200MPa、 最小抗拉强度400MPa的铸钢。 （2）化学成分―用两位数字表示平均含 碳量的万分数和化学元素符号及含量百分数 表示。 ZG45表示平均含碳量为0.45％的铸钢。 铸钢铸钢主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和 韧性的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械的齿轮、轴， 以及轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。外壳轧辊第二章钢 的 热 处 理将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的工艺 方法称热处理。 按目的、加热条件和特点不同，热处理分为： 整体热处理、表面热处理和化学热处理。热处理的工艺由加热、保温和冷却三个阶段组成。§2.1 钢 的 热 处 理 基 本 原 理一、钢在加热和冷却时的组织转变因 此实际发生组织转变的 温度与相图的A1、A3、 Acm 有一定的偏离。通 常加热用 Ac1、Ac3、 Accm 表示，冷却用Ar1、 Ar3、Arcm表示。 将钢加热至Ac3或在实际生产中，由于加热和冷却不是很缓慢，
（一）奥氏体的形成 1.奥氏体晶核的形成 奥氏体的晶核易于在渗碳体相界面上形 成。这是因为在两相的相界上为形核提供了良好 的条件。2.奥氏体晶核的长大 奥氏体形核后，由于奥氏体与Fe 3 C晶 界处的含碳量不 同，将引起奥氏 体中碳的扩散。 通过铁、碳原子 的扩散和铁原子 的晶格改组，奥 氏体向铁素体和 Fe 3 C两个方向长 大。3.残余渗碳体溶解 在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先 消失，因此奥氏体 形成之后，还残存 未溶渗碳体。这部 分未溶的残余渗碳 体将随着时间的延 长，继续不断地溶 入奥氏体，直至全 部消失。4.奥氏体均匀化 渗碳体完全溶解后，开始时奥氏体中碳的 浓度分布并不均匀 , 原先是渗碳体的地方碳浓度高，原先是铁素体的地方碳浓度低。 必须继续保温，通过 碳的扩散，使奥氏体 成分均匀化。
（二）影响奥氏体转变的因素1.加热温度和加热速度的影响提高加热T,将加速A的形成。 随着加热速度的增加 , 奥氏体形成温度升高 （A C1 越高），形成所需的时间缩短。2.化学成分的影响随着钢中含碳量增加 ,铁素体核渗碳体相界面总量增多，有利于奥氏体的形成。晶 粒长大于愈明显。在一定温度下，保温时间愈长， 奥 氏体晶粒也越粗大。（三）奥氏体晶粒大小及其控制 1.奥氏体晶粒大小 起始晶粒 实际晶粒度《金属平均晶粒度测定法》 2.奥氏体晶粒大小的控制 （1）合理选择加热温度和保温时间 随着温度升高晶粒度将之间长大。温度愈高，
二、钢在冷却时的组织转变 过冷奥氏体――暂时保留在A1以下的奥氏体。 连续冷却转变 ――使加热到奥氏体 化的钢连续降温进行 组织转变 等温冷却转变 ――使加热到奥氏体 化的钢以较快的冷却 速度冷到A1以下某温 度保温，在等温下发
2.过冷奥氏体的等温转变产物组织和性能（ 1 ）珠光体型转变――高温转变（ A1~ 550 ℃）A1 ~ 650 ℃ 片层珠光体 650℃~ 600℃ 25HRC~30HRC & 25HRC 细珠光体（索氏 体 S）600℃~ 550 ℃ 35HRC~40HRC极细珠光体（托氏体 T）（ 2 ）贝氏体型转变――中温转变（ 550 ℃~ Ms ）共析钢过冷奥氏体等温转变包括二个转变区。 （1）高温转变 在A1～550 ℃之间，过冷奥 氏体的转变产物为珠光体型组织， 此温区称珠 光体转变区。 珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混 合物，渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上， 转变温度越低，层间距越小，可将珠光体型组 织按层间距大小分为珠光体（P）、索氏体（S） 和屈氏体（T）。奥氏体向珠光体的转变为扩 散型的生核、长大过程， 是通过碳、铁的扩散 和晶体结构的重构来实现的。
（2）中温转变 在550 ℃～Ms之间, 过冷奥氏体的转变产物 为贝氏体型组织, 此温区称贝氏体转变区。 贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，铁原子不扩散而碳原子有 一 定 扩 散 能 力 过冷奥氏体在550 ℃～350 ℃之间转变形 。成的产物称上贝氏体（上B)。上B呈羽毛状，小 片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。
过冷奥氏体在350 ℃～Ms之间的转变产物 称下贝氏体（B下）。B下在光学显微镜下为黑 色针状，在电子显微镜下可看到在铁素体针内 沿一定方向分布着细小的碳化物（Fe2.4C）颗 粒 上贝氏体中铁素体片较宽，塑性变形抗 力较低；同时渗碳体分布在铁素体片之间，容 易引起脆断，因此强度和韧性都较差。下贝氏 体中铁素体针细小，无方向性，碳的过饱和度 大，位错密度高，且碳化物分布均匀、弥散度 大，所以硬度高，韧性好，具有较好的综合机 械性能。。(a)光学显微照片 500倍(b) 电子显微照片 12000倍
（二）过冷奥氏体的连续冷却转变为了便于比较，同时在图上表示了这个钢的奥氏体等温转变曲线图（虚线表示），由图可以看 出，连续冷却转变曲线比等温转变曲线略微偏右下一 点， 同时在转变曲线Ｂ上没有转变区。连续冷却转变曲线的测定，在技术上要比等温 转变曲线困难，也不易达到准确，这就给使用带 来
§2.2钢 的 普 通 热 处 理一、退火和正火 1.退火 加热到适当的温度，保温后缓慢冷却。 第一类退火（扩散退火、再结晶退火、去 应力退火）是不以组织转变为目的的工艺方法， 由不平衡状态过渡到平衡状态。 第二类退火（完全退火、不完全退火、等 温退火、球化退火）是以改变组织和性能为目 的，改变钢中珠光体、铁素体和碳化物等组织 形态及分布。2 .正火 加热到AC3（或ACcm ）以上30℃~50℃， 保温后在空气中冷却。 区别：冷却速度比退火稍快，组织较细，强度硬度稍有提高。目的：亚共析钢细化晶粒，提高硬度；过 共析钢消除二次渗碳体网。 应用：一般作为预备热处理，也可作大型 或形状复杂零件的终热处理。
二、淬火 将钢加热到AC3或AC1以上某一温度，保温 后以适当速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织 的热处理工艺。 1.淬火温度及冷却介质 （1）淬火温度 亚共析钢 AC1+（30~50℃） 全部奥氏体 淬火后为细小马氏体 共析钢和过共析钢 AC3+（30~50℃） 全部奥氏体或奥氏体和渗碳体 淬火后为细小马氏体和少量渗碳体（2）淬火冷却介质 理想的淬火介质：在A1 ~650℃冷却慢， 在600℃~400℃快速冷却，在300℃~200℃缓 慢冷却。①水及水溶液在650℃~400℃相对冷却速度较小，常用 作碳钢的淬火。 ②油 在300℃~200℃间冷却速度比水小， 用于合金钢的淬火。
2.淬火方法 （1）单液淬火 ――形状简单的碳钢件 在水中淬火，合金钢和 小尺寸碳钢件在油 中淬火。 （2）双液淬火――形状复杂的高碳钢 工件和尺寸较大的合金钢件。 （3）分级淬火――尺寸较小、形状复 杂工件的淬火。 （4）等温淬火――形状复杂，尺寸要 求较精确，强韧性要求较高的小型工模具 及弹簧等的淬火。
3.淬硬性与淬透性 淬硬性是钢在理想条件下淬火硬化所 能达到的最高硬度。 淬透性是指在规定条件下，决定钢淬硬深度和硬度分布的特性。动画\金工动画\末端淬火 法.swf影响淬透性的因素是：奥氏体成分、 淬火加热温度、钢的原始组织
三、回火 回火是将钢淬硬后，再加热到AC1点以下 某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。 目的：减少残余应力和脆性，稳定组织和 尺寸，获得所要求的使用性能。 1.低温回火（150℃～ 250℃） 组织：回火马氏体 目的：减少应力和脆性，保持高硬度和耐 磨性。 应用：刃具、量具、模具、滚动轴承，以 及渗碳、表面淬火的零件。2.中温回火（350℃~500℃） 组织：回火托氏体 目的：高的弹性极限、屈服点和较好的 韧性。应用：各种弹簧、锻模。3.高温回火（500℃～ 650℃）调质 组织：回火索氏体 目的：强度、塑性和韧性都较好的综合 力学性能应用：各种重要结构件，如连杆、齿轮。4.回火脆性 淬火钢在某些温度区间回火或从回火温 度缓冷通过该温度区间时，出现脆化现象称 为回火脆性。第一类回火脆性300℃左右回火，不可逆 避免在250℃~350℃回火 第二类回火脆性 500℃~650℃或更高温回火缓冷合金元素偏聚§2.3钢的表面热处理一、表面淬火 仅对工件表面层进行热处理，以改变其组 织和性能的工艺。 1.感应加热表面淬火 A.感应加热表面淬火基本原理 （1）高频感应加热表面淬火 频率 50KHz~300KHz ，淬硬层深度 0.5mm~2.0mm 。 应用：中小模数齿轮和中小尺寸的轴类 零件。感 应 加 热 表 面 淬 火 示 意 图
（2）中频感应加热表面淬火 频率1KHz~10KHz，淬硬层深度2mm~10mm 应用：大、中模数齿轮和较大直径轴类零 件。（3）工频感应加热表面淬火频率50Hz，淬硬层深度10mm~20mm 应用：大直径轧辊、火车车轮等零件 B.感应加热表面淬火特点及应用 适用于中碳钢和中碳合金钢的成批大量生产。
2.火焰加热表面淬火 利用氧―乙炔（或其他可燃气）火焰 对零件表面进行加热，随之冷却的工艺。 适用于单件小批生产。二、化学热处理 将金属或合金工件置于一定温度的活 性介质中保温，使一种或几种元素渗入它 的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。基本过程：活性介质分解，表面吸收， 向内部扩散。部良 好的韧性。 分类：气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。 （1）气体渗碳 加热到 900℃~950℃，工件在井式渗碳炉中， 滴 入易于热分解和气化的液体进行渗碳。 （2）固体渗碳 颗粒状的木炭为渗碳剂，平均速度为0.1mm / h.1.钢的渗碳 目的：提高表层的硬度的耐磨性，并保持心
2.钢的渗氮（氮化） 目的：提高硬度、耐磨性、疲劳强度和 耐蚀性。 （1）气体渗氮 （2）离子渗氮（离子氮化） 3.碳氮共渗 §2.4 其他热处理工艺简介 一、形变热处理 二、真空热处理 三、激光热处理激光热处理技术简介激光表面处理技术是近二十年来发展起来的 一种 新兴材料表面处理技术，尤其是进入八十年代以来， 大功率工业激光器和辅助设备的制造技术日益提高， 各种激光表面处理技术日益成熟，使得激光表面处 理 技术的工业应用和深入研究异常活跃，在欧美和日 本， 大功率激光器商业化程度很高，发展非常迅速，是 工 业 发 达 国 家 非 常 瞩 目 的 一 项 新 技 术 。高其抗磨损，抗疲劳、耐腐蚀、防氧化等性能， 延长其使用寿命。激光热处理技术与其他热处 理如高频感淬头，渗碳、渗氮等传统工艺相比， 具有以下特点： 1.无需使用外加材料，仅改变被处理材料 表面层的组织结构。处理后的改性层具有足够 的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.10.8mm。 2.处理层和基体结合强度高。激光表面处 理的改性层和基体材料之间是致密的冶金结合， 而且处理层本身是致密的冶金组织，具有较高 的硬度和耐磨性。3. 被处理件变形极小，由于激光功率密度高， 与 零件的作用时间很短（ 10-2-10 秒），零件的热影 响区 和整体变化都很小。故适合于高精度零件处理，作 为 材料和零件的最后处理工序。 4. 加工柔性好，适用面广。利用灵活的导光 系统 可随意将激光导向处理部位，从而可方便地处理深 孔、 内孔、盲孔和凹槽等，可进行选择性的局部处理。一、过冷奥氏体等温冷却转变 1. 亚 共 析 钢 过 冷 奥 氏 体 的 等 温 转 变 亚共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线与共 析钢C曲线不同的是：在其上方多了一条过冷 奥氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢 随着含碳量的减少，C曲线位置往左移，同时 Ms 、 Mf 线 住 上 亚共析钢的过冷奥氏体等温转变过程与共 析钢类似，只是在高温转变区过冷奥氏体将先 有一部分转变为铁素体，剩余的过冷奥氏体再 转变为珠光体型组织。 移 。
2.过共析钢过冷奥氏体的等温转变 过共析钢过冷奥氏体的C曲线的上部为 过冷奥氏体中析出二次渗碳体(Fe3CII)开始 线。当加热温度为AC1以上30～50 ℃时，过共析钢随着含碳量的增加， C曲线位置向左 移 ， 同 时 Ms 、 Mf 线 往 过共析钢的过冷奥氏体在高温转变区， 下 移 。将先析出Fe3CII，其余的过冷奥氏体再转 变为珠光体型组织。
二、过冷奥氏体的连续冷却转变1.共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变（1）转变产物 在 共 析 钢 过 冷 奥 氏 本 的 连 续 冷 却 转 变 曲线 （CCT 曲线）中，共析钢以大于 Vk （上临界冷却速度） 的速 度冷却时， 得到的组织为马氏体。冷却速度小于V k′（下临界冷却速度）时，钢将全部转变为珠光体
（2） 马氏体转变特点过冷奥氏体转变为马氏体是低温转变过程，转变 温度在 Ms ～ Mf 之间，该温区称马氏体转变区。 ① 过冷奥氏体转变为马氏体是一种非扩散型转 变，铁和碳原子都不能进行扩散。铁原子沿奥氏 体一 定晶面，集体地（不改变相互位置关系）作一定 距离的移动（不超过一个原子间距）， 使面心立方晶② 马氏体的形成速度很快 转变奥氏体冷却到Ms点以下后，无孕育期，瞬时为马氏体。随着温度下降，过冷奥氏体不断转变 为马 氏体，是一个连续冷却的转变过程。③ 马氏体转变是不彻底的MS、总要残留少量奥氏体。残余奥氏体的含量与Mf的位置有关。奥氏体中的碳含量越高，则MS、
（ 3 ） 马 氏 体 的 形 态 与 特 点 ① 马氏体形态 碳质量分数在0.25%以下时，基本上是板条 马氏体（亦称低碳马氏体），板条马氏体在显微镜下为 一束束平行排列的细板条。在高倍透射电镜下可看到 板条 马氏体内有大量位错缠结的亚结构，所以也称位 错马
碳质量分数在 0.25 ～ 1.0% 之间时，为板条 马氏体和针状马氏体的混和组织。高碳马氏体的组织形态a.硬度很高。碳质量分数对马氏体硬度的影响b.马氏体的塑性和韧性与其碳含量（或形态）密切相关。高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高 和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性极差，但 晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性。而低碳 马氏 体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结 构，2. 亚 共 析 钢 过 冷 奥 氏 体 的 连 续 冷 却 转 变 亚共析钢过冷奥氏体在高温时有一部分将转变为铁素体，在中温转变区会有少量贝氏体 （B上）产生。如 油冷的产物为 F + T + B上 + M， 但铁素体和B上量 很少，有时可忽 略。3. 过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变 过共析钢过冷A在高温区，将首先析出二 次渗碳体，而后转变为 其它组织。由于奥氏体 中碳含量高，所以油冷 、水冷后的组织中应包 括残余奥氏体。与共析 钢一样，其冷却过程中 无贝氏体转变。
§3.1碳钢一、碳钢中的常存杂质元素及其作用（1）硅和锰――有益元素 作用：脱氧剂，形成MnS，固溶强化， 减少FeO的影响。 （2）硫和磷――有害元素危害：形成低熔点的FeS，使钢产生热脆；使钢产生冷脆。二、碳钢的分类、牌号和用途低碳钢?C ? ? 1. 按碳的含量分类（一）碳钢的分类? ?中碳钢0.25％ ? ?C ? 0.60％ ? 高碳钢?C ? 0.60% ?? 普 通 钢 ?S ? 0.050％，?P ? 0.045％ ? ? 优 质 钢 ?S ? 0.035％，?P ? 0.035％ ?高级优质钢? ? 0.030％，? ? 0.030％ S P ?0.25％2.按质量分类3.按用途分类 （1）碳素结构钢 螺柱、弹簧等）。 主要用于建筑、桥 梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、（2）碳素工具钢冲模等。 （3）专用钢 易切削钢等。主要用于种类刀具、量具和模具。如丝锥、板牙、刮刀、锯条、 包括锅炉钢、船用钢、4.按钢液脱氧程度分类 （1）沸腾钢（F） 脱氧不完全，组织 不致密，成分不均匀，性能较差。 （2）镇静钢（Z）脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。（3）半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢 之间。氧 方法组成。 牌 号 Q235―D 示 例 说 明 ： Q― 钢 的 屈 服 点 “ 屈 ” 字 汉 语 拼 音 字 头 ； 235― 最 低 屈 服 点 值 235MPa; D― 表 示 质 量 等 级 为 D 级 。 有时牌号后面还要分别附加下列符号： F― 沸 腾 钢 ； b ―半镇静钢； Z― 镇 静 钢 ； TZ― 特 殊 镇 静 钢 。 由于D级质量钢均为特殊镇静钢，故“TZ”符（二）碳钢的牌号、性能及主要用途 1.普通碳素结构钢(GB/T700―1988) 表示方法：用 Q 、屈服数值、质量等级和脱常用碳素结构钢：表3.1.docQ195、Q215、Q235A、Q235B 塑性较好， 有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可 用于 做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺 帽、 铆钉等。 Q235C、Q235D 可用于重要的焊接件。 Q255、Q275 强度较高，可轧制成型钢、钢常用碳素结构钢钢板钢筋建筑构件2.优质碳素结构钢 表示方法：用两位数字表示平均含碳量 的万分数，较高含锰量再加Mn。 如：45钢，碳的平均含量为万分之四十五，即0.45%。含锰较高的优质碳素结构钢要标出Mn， 例 如 ： 45Mn 优质碳素结构钢主要用来制造各种机器 。零件。优质碳钢常用优质碳素结构钢：螺栓 齿轮常 用 优 质 碳 素 结 构 钢 ： 表 3.2.doc 08F 塑性好，可制造冷冲压零件；10、20钢 冷冲压性与焊接性能良好， 可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗 碳）也可以制造轴、销等零件； 35、40、45、50钢 经热处理后，可获 得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴 类、套筒等零件； 60、65钢 主要用来制造弹簧。 优质碳素结构钢使用前一般都要经过热 处理。3.碳素工具钢碳素工具钢的碳质量分数在0.65%～1.35%之间。 表示方法：用“T”加表示平均含碳量千分数 的 数字，较高质量再加“A”。如 T8 ，表示平均碳含量为 0.80% 的碳素工具钢。 碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低， 则常 用 碳 素 工 具 钢 ： T7、T8 硬度较高、韧性较高，可制造冲 头、凿子、锤子等工具。 T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制表3.3.doc造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。 T12、T13 硬度很高，韧性较低，可制 作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。 碳素工具钢使用前都要进行热处理。常用碳素工具钢：锉刀量规4.铸钢表3.4.doc 表示方法：ZG （1）力学性能―用最小屈服数值、最 小抗拉强度表示 ZG200－400表示最小屈服强度200MPa、 最小抗拉强度400MPa的铸钢。 （2）化学成分―用两位数字表示平均含 碳量的万分数和化学元素符号及含量百分数 表示。 ZG45表示平均含碳量为0.45％的铸钢。 铸钢铸钢主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和 韧性的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械的齿轮、轴， 以及轧辊、机座、缸体、外壳、阀体等。外壳轧辊§3.2 合加入合金元素的钢。 一、合金元素在钢中的作用金钢为改善钢的组织、性能，在冶炼时特意经常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、 Ni、Mo、W、Ti、B、Al、Nb、Zr等。1.强化固溶强化 细化晶粒2.稳定组织，细化晶粒 3.提高淬透性 4.提高抗氧化和耐蚀能力二、合金钢的分类1.按合金元素含量分类低合金钢（合金元素总量低于5%） 中合金钢（合金元素总量为5%～10%） 高合金钢（合金元素总量高于10%） 2.按合金元素种类分类铬钢（Cr-Fe-C)铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C) 锰钢（Mn-Fe-C) 硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)3.按用途分类 合金结构钢――建筑、工程结构和各种 机械零件 合金工具钢――各种刀具、工具和模 具 特殊性能钢――特殊物理、化学或力 学性能要求4.按金相组织分类 珠光体钢 铁素体钢 莱氏体钢马氏体钢 奥氏体钢碳化物钢钢 以万分之一为单位的数字（两位数）、工具钢和 特 殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来 表 示碳质量分数，而工具钢的碳质量分数超过 1%时， 碳质量分数不标出。 在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学 符 号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的三、合金钢的编号、性能和主要用途 牌号首部用数字标明碳质量分数。规定结构合金工具钢5CrMnMo，平均碳质量分数为 0.5%，主要合金元素Cr、Mn、Mo的质量分数 均 在 1.5% 以 下 专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明。 如：滚珠轴承钢，在钢号前标以“G”。。GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约 1.5%（这是一个特例，铬质量分数以千分之一 为单位的数字表示）的滚珠轴承钢。 Y40Mn，表示碳质量分数为0.4%、锰质量 分数少于1.5%的易切削钢等等。 对于高级优质钢，则在钢的末尾加“A”字 表明，例如20Cr2Ni4A等。（一） 合金结构钢 用于制造重要工程结构和机器零件的合 金钢称为合金结构钢。主要有低合金高强度 结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢。1. 低 合 金 结 构 钢 表 3.5.doc A . 用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、 高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。容器船舶车辆桥梁（1）低碳：由于韧性、焊接性和冷成形 性 能 的 要 求 高 ， 其 碳 质 量 分 数 不 超 过 0.20% 。 （ 2 ） 加 入 以 锰 为 主 的 合 金 元 素 。 （3） 加入铌、钛或钒等辅加元素：少量 的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物， 有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度 和 韧 性 。 此外，加入少量铜（≤0.4%）和磷（0.1% 左右）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土 元素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧 性和工艺性能。B.成分特点（1）合金调质钢表3.6.docａ. 用途 合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机 床和 其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、 连杆、 螺栓等。齿轮曲轴ｂ. 性能要求要 求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧 性。 合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同零件受力情况 不同， 对 淬 透 性 的 要 求 不 一 样 。 调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，Ｃ. 成分特点0.4% 居多；①中碳：碳质量分数一般在0.25%～0.50%之间，以②加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：这些d. 常用低合金高强度结构钢 Q345 （16Mn） 是我国低合金高强钢中用量最 多、 产量最大的钢种。使用状态的组织为细晶粒的铁 素体― 珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235约高20%～ 30%， 耐 大 气 腐 蚀 性 能 高 20% ～ 38% 。 Q420 （15MnVN） 中等级别强度钢中使用最 多 的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性 也较 好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结e. 钢种及牌号 40Cr 低淬透性合金调质钢，油淬临界 直径为30 mm～40 mm，用于制造一般尺寸 的 重 要 零 件 35CrMo 中淬透性合金调质钢，油淬临。界直径为40 mm～60 mm，加入钼不仅可提 高 淬 透 性 ， 而 且 可 防 止 第 二 类 回 火 脆 性 。 40CrNiMo 高淬透性合金调质钢，油淬 临界直径为60 mm～100 mm，铬镍钢中加入 适当的钼，不但具有好的淬透性，还可消除 第二类回火脆性。f. 热处理和组织性能 合金调质钢的最终热处理是淬火加高温 回火。合金调质钢淬透性较高，一般都用油 淬，淬透性特别大时甚至可以空冷，这能减少 热 处 理 缺 合金调质钢的最终性能决定于回火温度。一般采用500 ℃～650 ℃回火。通过选择回 火温度，可以获得所要求的性能。为防止第 二类回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷）， 有利于韧性的提高。陷。
合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。对于表面要求耐磨的零件（如齿轮、主轴），再进行感应加热表面淬火及 低温回火，表面组织为回火马氏体。表面 硬 度 可 达 55 HRC ～ 58 合金调质钢淬透调质后的屈服强度约为 HRC 。800 MPa， 冲击韧性在800 kJ/m2，心部硬 度可达22 HRC～25 HRC。若截面尺寸大而 未淬透时，性能显著降低。（2）合金渗碳钢表3.7.doca. 用途 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮， 内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零 件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较 大的交变载荷，特别是冲击载荷。①表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐 磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性 和 韧 性 ②心部具有高的韧性和足够高的强度。 心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下 容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易 碎 裂 、 剥 落 ③有良好的热处理工艺性能 在高的渗 碳温度（900 ℃～950 ℃）下，奥氏体晶粒 不易长大，并有良好的淬透性。b.性 能 要 求。。c.成分特点①低碳：碳质量分数一般为0.10%～0.25% ， 使 零 件 心 部 有 足 够 的 塑 性 和 韧 性 。 ② 加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr 、 Ni 、 Mn 、 ③加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：B等。主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo 等 ， 形 成 稳 定 的 合 金 碳 化 物 。d. 钢种及牌号 20Cr 低淬透性合金渗碳钢。淬透性较 低 ， 心 部 强 度 较 20CrMnTi 中淬透性合金渗碳钢。淬透 性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比低。较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。 18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合 金渗碳钢。含有较多的Cr、Ni等元素，淬 透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击 韧性。e. 热处理和组织性能 合金渗碳钢的热处理工艺一般都是渗碳 后 直 接 淬 火 ， 再 低 温 回 热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗 碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬火。度为60 HRC～62 HRC。心部组织与钢的淬 透性及零件截面尺寸有关，完全淬透时为低 碳回火马氏体，硬度为40 HRC～48 HRC； 多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁 素体，硬度为25 HRC～40 HRC。心部韧性 一般都高于700 kJ/m2。ａ. 用途（3）合金弹簧钢合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用 于制造各种弹簧和弹性元件。弹簧拉力弹簧离合器弹簧ｂ. 性能要求①高的弹性极限σe，尤其是高的屈强比σs /σb以保证弹簧有足够高的弹性变形能 力 变 脆 和 较 大 的 承 载 ②高的疲劳强度σr，以防止在震动和交 能 断 力 裂 。 。 。应 力 作 用 下 产 生 疲 劳 ③ 足够的塑性和韧性，以免受冲击时 断 此外，弹簧钢还要求有较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成形等。一些特 殊弹簧钢还要求耐热性、耐蚀性等。①中、高碳 高的屈强比要求弹簧钢的碳 含量比调质钢高，碳的质量分数一般为 0.50%～0.70%。碳含量过高时，塑性、韧性 降 低 ， 疲 劳 抗 力 也 下 降 。 ② 加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元 素，Si和Mn同时也提高了屈强比。重要用途 的 弹 簧 钢 还 必 须 加 入 Cr 、 V 、 W 等 元 素 。 此外，弹簧的冶金质量对疲劳强度有很 大的影响，所以弹簧钢均为优质钢或高级优 质钢。ｃ .成 分 特 点ｄ. 钢种和牌号 ① 65Mn和60Si2Mn 以Si、Mn为主要合 金元素的弹簧钢。这类钢的价格便宜，淬透 性明显优于碳素弹簧钢，Si、Mn的复合合金 化，性能比只用Mn的好得多。这类钢主要 用 于 汽 车 、 拖 拉 机 上 的 板 簧 和 螺 旋 弹 簧 。 ② 50CrVA 含Cr、V、W等元素的弹簧 钢。Cr、V复合合金化，不仅大大提高钢的淬透性，而且还提高钢的高温强度、韧性和 热处理工艺性能。这类钢可制作在350 ℃～ 400 ℃温度下承受重载的较大弹簧。ｅ. 加工、热处理与性能弹簧按 加工和 热处理 可分为 两类： ① 热成形弹簧 用热轧钢丝或钢板制成， 然后淬火和中温（450 ℃～550 ℃）回火， 获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度 和弹性极限，并有一定的塑性和韧性，一般 用 来 制 作 为 较 大 型 的 弹 簧 。 ② 冷成形弹簧 小尺寸弹簧一般用冷拔 弹 簧 钢 丝 （ 片 ） 卷 成 。 为了提高弹簧的疲劳寿命，目前还广泛 采用喷丸强化处理。（4）滚珠轴承钢ａ. 用途 主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、 滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。从化学成 分上看它属于工具钢，所以也用于制造精密量具、 冷冲模、机床丝杠等耐磨件。ｂ.性能要求①高的接触疲劳强度：轴承元件如滚珠与套圈，运动时为点或线接触，接触处的 压应力高达1500 MPa～5000 MPa；应力交变易造成接触疲劳破坏，产生麻点或剥落，所 以 轴 承 钢 疲 劳 强 度 ② 高的硬度和耐磨性：硬度一般为 应 很 高 。62HRC～ 64HRC 。 ③ 足 够 的 韧 性 和 淬 透 性 。 此外，还要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性。①高碳 碳质量分数一般为0.95%～1.10%，以 保证其 高硬度 、高耐 磨性和 高强度 。 ②铬为基本合金元素 铬提高淬透性；形成合 金渗碳体(Fe, Cr)3C呈细密、均匀分布，提高钢的 耐磨性, 特别是疲劳强度。适宜的铬质量分数为 0.40% ～ 1.65% 。 ③加入硅、锰、钒等 Si、Mn进一步提高淬透 性，便于制造大型轴承。V部分溶于奥氏体中，部 分形成碳化物 VC ，提高钢的耐磨性并防止过热。 ④高的冶金质量 轴承钢中非金属夹杂和碳化 物的不均匀性对钢的性能尤其是接触疲劳强度影Ｃ .成 分 特 点ｄ .量钢 种 和 牌 号部 分 。① 铬轴承钢最常用的是GCr15。使用占 轴 承 钢 的 绝 大 ②添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢在铬轴承钢中加入Si、Mn可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。为了节 铬，加入Mo、V可得到无铬轴承钢，如 GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能与 GCr15 相 近 。ｅ. 热处理及组织性能温回 火 。 ①球化退火 轴承钢予先热处理是球化退火。其 目 的不仅是降低钢的硬度，以利于切削加工，更重 要的 是获得细的球状珠光体和均匀分布的过剩的细粒 状碳 化物，为零件的最终热处理做组织准备。 ②淬火和低温回火 淬火温度要求十分严格，温 度轴承钢的热处理主要为球化退火、淬火和低
匀 分布的粒状碳化物以及少量残余奥氏体。轴承钢淬火后的组织为极细的回火马氏体、均GCr15钢淬火、回火后的显微组织形。精密轴承必须保证在长期存放和使用中不变工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢， 但 实 际 应 用 界 限 并 非 绝 对 。 1.合金刃具钢 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、 铣刀、钻头等。（ 二 ）合 金 工 具 钢a. 性能要求产生 强烈的摩擦；由于切削发热，刃部温度可达 500 ℃～ 600 ℃；此外，还承受一定的冲击和震动。因此 对刃 具 钢 提 出 如 下 基 本 性 能 要 求 ： ①高硬度 金属切削刀具的硬度一般都在60 HRC 以 上 。 ②高耐磨性 不仅取决于钢的硬度，而且与钢 中刃具切削时受工件的压力，刃部与切屑之间c. 成分特点 （ 1 ） 低 合 金 刃 具 钢 最 高 工 作 温 度 不 超 过 300 ℃ 。 ① 高碳：碳质量分数为0.9%～1.1%，以 保 证 高 硬 度 和 高 耐 磨 性 。 ② 加 入 Cr 、 Mn 、 Si 、 W 、 V 等 合 金 元 素 ： Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加 热 时 过 热 ， 保 持 细 小 的 晶 粒 。还能提高钢的回火稳定性；（2） 高速钢 很高高速钢是高合金刃具钢，具有的热硬性，高速切削中刃部温度达 600 ℃时，其 硬度无明 显 下 降 。 ① 高碳：碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5% 左右，它一方面要保证能与 W 、 Cr 、 V 等形 成足 够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳 溶于温 回火。热处理后的组织为回火马氏体、碳化物和 少 量残余奥氏体。 （2） 高速钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 钢 W18Cr4V钢的热硬性较好, 热处理时的脱碳 和 过热倾向较小。而W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热d. 钢种及牌号 （1）低合金刃具钢 典型钢种为9SiCr。 加工过程 球化退火、机加工，然后淬火和低高速钢淬火、回火后的组织碳素工具钢热硬性差，随使用温度提高迅速 软化。 W18Cr4V 在 600 ℃还保持 60 HRC 的高硬 度。9SiCr要保持同样的硬度，工作温度不能超过合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。2.合金模具钢（ 1 ） 冷 作 模 A.用途 冷模具用于制造各种冷冲模、冷具钢镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过 200 ℃ ～ 300 ℃ 。 B. 性能要求 冷模具工作时承受很大的压 力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要失效形式 是磨损，也常出现崩刃、断裂和变形等失效现 象。因此，冷模具钢应具有以下基本性能： ① 高 硬 度 ， 一 般 为 58 HRC ～ 62 HRC ； ② 高耐磨性； ③ 足 够 的 韧 性 和 疲 劳 抗 力 ； ④ 热处理变形小。C. 成 分 特 ① 高碳 碳质量分数多在1.0%以上，个点别甚至达到2.0%，以保证高的硬度和高耐 磨 性 。 ② 加入Cr、Mo、W、V等合金元素形 成难熔碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr。 典型钢种是Cr12型钢，铬的含量高达12%。 铬与碳形成M7C3型碳化物，能极大提高钢 的 耐 磨 性 ， 铬 还 显 著 提 高 钢 的 淬 透 性 。D. 钢种和牌号 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 要求不高的 冷模具用低合金刃具钢制造。 Cr12大型冷模具用钢，热处理变形很小，制造重载和形状复杂的模具。冷挤压模工作时受力很大，条件苛刻， 选用基体钢（成分与高速钢基体相同）或马 氏 体 时 效 钢 制 造 。高碳 高铬冷 模具钢 的热处 理方案 有两种 ： ① 一次硬化法 在较低温度（950 ℃～1000 ℃） 下 淬火，然后低温（ 150 ℃～180 ℃）回火，硬度 可达 61 HRC ～ 64 HRC ，使钢具有较好的耐磨性和韧 性， 适 用 于 重 载 模 具 。 ② 二次硬化法 在较高温度（1100 ℃～1150E. 热处理特点 冷作模具钢的热处理与低合金刃具钢类似。压 模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度 可达 600 ℃ 以 上 。 B. 性能要求 热模具工作时承受很大的冲击载 荷、 强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的不均匀热 应变 和热应力，以及高温氧化、出现崩裂、塌陷、磨 损、 龟裂等失效形式。因此热模具钢的主要性能要求A. 用途(2热作模具钢用于制造各种热锻模、热)热作模具钢① 中碳 碳质量分数一般为0.3%～0.6%， 以保证高强度、高韧性、较高的硬度（35 HRC ～ 52 HRC ） 和 较 高 的 热 疲 劳 抗 力 。 ② 加入较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、 Mn、Si等 Cr是提高淬透性的主要元素，同时 和Ni一起提高钢的回火稳定性。Ni在强化铁素 体的同时还增加钢的韧性，并与Cr、Mo一起 提 高 钢 的 淬 透 性 和 耐 热 疲 劳 性 能 。 ③ 加入产生二次硬化的Mo、W、V等元 素，Mo还能防止第二类回火脆性，提高高温 强度和回火稳定性。C.成分特点D. 钢 种 和 牌 号 5CrMnMo、5CrNiMo及5CrMnSiMoV 对韧性要求高而热硬性要求不太高的热锻模。 3Cr2W8V、4Cr5MoVSi 热强性更好的大型 锻压模或压铸模。 E. 热处理 热锻模钢淬火后高温（550 ℃左右）回火， 以获得回火索氏体或回火屈氏体组织；热压模 钢淬火后在略高于二次硬化峰值的温度（600 ℃左右）下回火，组织为回火马氏体、粒状碳 化物和少量残余奥氏体，与高速钢类似。为了 保证热硬性，要进行多次回火。A. 用途 量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、 千分尺、螺旋测微仪、块规、塞规等。3.量具用钢螺纹规B. 性能要求 量具在使用过程中要求测量精度高，不能因磨损或 尺寸不稳定影响测量精度，对其性能的主要要求是: (1) 高 硬 度 （ 大 于 56 HRC ） 和 高 耐 磨 性 ； (2) 高尺寸稳定性 热处理变形要小，在存放和使用过程 中 ， 尺 寸 不 发 生 变 化 。 C. 成分特点 量具用钢的成分与低合金刃具钢相同，即为高碳 （0.9%～1.5%）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等。D. 量具用钢 尺寸小、形状简单、精度较低的量具，选用高碳钢 制造；复杂的精密量具一般选用低合金刃具钢；精度要求 高的量具选用CrMn、CrWMn、GCr15等制造。 CrWMn钢 淬透性较高，淬火变形小，主要用于 制造高精度且形状复杂的量规和块规。 GCr15钢 耐磨性、尺寸稳定性较好，多用于制造 高精度块规、螺旋塞头、千分尺。 9Cr18、4Cr13 在腐蚀介质中使用的量具。E. 热处理特点 关键在于减少变形和提高尺寸稳定性。因此，在淬 火和低 温 回 火 时 要 采 取 措 施 提 高 组 织 的 稳 定 性 。 (1) 在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少 残 余 奥 氏 体 。 (2) 淬火后立即进行-70 ℃～-80 ℃的冷处理，使残余 奥氏 体尽可能地转变为马氏体，然后进行低温回火。 (3) 精度要求高的量具，在淬火、冷处理和低温回火后， 尚需进行120 ℃～130 ℃，几小时至几十小时的时效处理，
(三) 特殊性能钢腐蚀 性 的 钢 种 。 （1） 用途及性能要求 不锈钢在石油、化工、原子能、宇航、海洋 开 发、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中 都得 到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门 和泵，1.不锈钢 不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐（ 2 ） 成 分 ①碳含量 耐蚀性要求愈高，碳含量应愈特点低。大多数不锈钢的碳质量分数为0.1%～ 0.2%。对碳质量分数要求较高（0.85%～ 0.95% ） 的 不 锈 钢 应 相 应 地 提 高 铬 含 量 。 ②加入最主要的合金元素铬 铬能提高钢基体的电极电位。随铬含量 的增加，钢的电极电位急剧升高。铬在氧化 性介质（如水蒸气、大气、海水、氧化性酸 等）中极易钝化，生成致密的氧化膜、使钢 的耐蚀性大大提高。
③加入镍 可获得单相奥氏体组织，显著 提高耐蚀性；或形成奥氏体+铁素体组织，通 过 热 处 理 ， 提 高 钢 的 强 ④加入钼、铜等 Cr在非氧化性酸（如盐 酸、稀硫酸和碱溶液等）中的钝化能力差，加 度 。入Mo、Cu等元素，可提高钢在非氧化性酸中 的 耐 蚀 能 力 。 ⑤ 加入钛、铌等 Ti、Nb能优先同碳形成 稳定碳化物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫 铬 ， 从 而 减 轻 钢 的 晶 界 腐 蚀 倾 向 。 ⑥ 加入锰、氮等 部分代镍以获得奥氏体 组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。（3）常用不锈钢不锈钢按正火状态的组织可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢。 ①马氏体不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等，因铬的 质量分数大于 12% ，它们都有足够的耐蚀性，但因 只用铬进行合金化，只在氧化性介质中耐蚀，在非 氧化性介质中不能达到良好的钝化，耐蚀性很低。不锈钢船用螺旋桨不锈钢剪刀为 17% ～ 30% ，碳质量分数低于 0.15% ，为单相铁②铁素体型不锈钢 1Cr17、1Cr17Ti等，这类钢的铬质量分数③奥氏体型不锈钢 Cr18Ni9型（即18-8型不锈钢），这类不锈 钢碳含 量很低（约 0.1% ），耐蚀性很好。钢中常加入 Ti 或Nb， 以防止晶间腐蚀。这类钢强度、硬度低，无磁性， 塑 性、韧性和耐蚀性均较 Cr13 型不锈钢更好。一般 利用 形变强化提高强度，其形变强化能力比铁素体型 不锈 钢要强。可采用固溶处理进一步提高奥氏体型不④奥氏体和铁素体双相不锈钢 典型钢号 0Cr26Ni5Mo2 等。这类钢是在 18-8 型钢 的基础上，提高铬含量或加入其它铁素体形成元素，其晶 间腐蚀和应力腐蚀破坏倾向较小，强度、韧性和焊接性能 较好，而且节约Ni，因此得到了广泛的应用。热 强 性 的 特 殊 钢 。 （1） 用途及性能要求 用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装 置中 的零部件。要求在高温下具有良好的抗蠕变和抗 断裂 的能力，良好的抗氧化能 力、必要的韧性以及优良 的加工性能。具有较好的2. 耐 热 钢 耐热钢是指在高温下具有高的热化学稳定性和①抗氧化性 抗氧化性是指金属在高温下的抗氧化能力， 其在很大程度上取决于金属氧化膜的结构和性 能。提高钢的抗氧化性的最有效的方法是加入 Cr、Si、Al等元素，它们能形成致密和稳定的 尖 晶 石 类 型 结 构 的 氧 化 ②热强性 热强性是指钢在高温下的强度。 在高温下钢的强度较低，当受一定应力作用时，膜。发生变形量随时间而逐渐增大的现象---蠕变。 金属在高温下强度降低，主要是扩散加快和晶 界强度下降的结果。提高高温强度最重要的办 法 是 合 金 化。（2）成分特点 耐热钢中不可缺少的合金元素是Cr、Si 或Al，特别是Cr。它们的加入，提高钢的抗 氧化性，Cr还有利于热强性。Mo、W、V、 Ti等元素加入钢中，能形成细小弥散的碳化 物，起弥散强化的作用，提高室温和高温强 度。碳是扩大γ 相区的元素，对钢有强化作 用。但碳质量分数较高时，由于碳化物在高 温下易聚集，使高温强度显著下降；同时， 碳也使钢的塑性、抗氧化性、焊接性能降低， 所以，耐热钢的碳质量分数一般都不高。根据热处理特点和组织的不同耐热钢 分为铁素体型、奥氏体型、马氏体型和沉 淀硬化型四种。 ① 铁 素 体 型 耐 热 钢 常用钢种有0Cr13Al、1Cr17、2Cr25N 等。这类钢的主要合金元素是Cr，Cr扩大 铁素体区，通过退火，可得到铁素体组织。 强度不高，但耐高温氧化。用于油喷嘴、 炉 用 部 件 、 燃 烧 室 等 。（3）钢种及加工、热处理特点② 奥 氏 体 型 耐 热 钢 常用钢种有1Cr18Ni9Ti、2Cr21Ni12N、 2Cr23Ni13、4Cr14Ni14W2Mo等。钢中含有较 多的奥氏体稳定化元素Ni，经固溶处理后组织为奥氏体。其化学稳定性和热强性都比铁素体型和马氏体型耐热钢强，工作温度可达750℃～ 820℃。用于制造一些比较重要的零件，如燃气 轮机轮盘和叶片、排气阀、炉用部件等。这类 钢一般进行固溶处理，也可通过固溶处理加时效提高其强度。③ 马 氏 体 型 耐 热 钢 常用钢种为1Cr13、2Cr13、4Cr9Si2、1Cr11MoV等。这类钢含有大量的Cr，抗氧化 性及热强性均高，淬透性好。经淬火后得到马 氏体，高温回火后组织为回火索氏体。用于制 造600℃以下受力较大的零件，如汽轮机叶片、 内燃机进气阀、转子、轮盘及紧固件等。 ④ 沉 淀 硬 化 型 耐 钢种有0Cr17Ni7Al、0Cr17Ni4Cu4Nb，经 固溶处理加时效后抗拉强度可超过1000MPa。 用于高温弹簧、膜片、波纹管、燃气透平压缩 机叶片、燃气透平发动机部件等。热钢3. 耐 磨 钢 （1） 用途及性能要求 耐磨钢主要用于运转过程中承受严重磨损和 强烈 冲击的零件，如车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机 颚板 和铁轨分道叉等。对耐磨钢的主要要求是有很高 的耐 磨性和韧性。高锰钢是目前最主要的耐磨钢。
①高碳 保证钢的耐磨性和强度。但碳过高 时，淬火后韧性下降，且易在高温时析出碳化 物。因此，其碳质量分数不能超过1.4%。 ②高锰 锰是扩大奥氏体区的元素，它和碳 配合，保证完全获得奥氏体组织。锰和碳的质 量分数比值约为10～12（锰质量分数为11%～ 14%）。 ③一定量的硅 硅可改善钢水的流动性，并 起固溶强化的作用。但其含量太高时，易导致 晶界出现碳化物，故其质量分数为0.3%～0.8%。（2）成分特点（3）典型钢种 ZGMn13 高锰钢由于机械加工困难，故基 本上是铸态下使用。 （4）热处理特点 高锰钢都采用水韧处理，即将钢加热到 1000 ℃～1100 ℃，保温，使碳化物全部溶解， 然后在水中快冷，在室温下获得均匀单一的奥 氏体组织。此时钢的硬度很低（约为210HB）， 而韧性很高。当工件在工作中受到强烈冲击或 强大压力而变形时，表面层产生强烈的加工硬 化，并且还发生马氏体转变，使硬度显著提高， 心部则仍保持原来的高韧性状态。除高锰钢外，70年代初由我国发明的Mn-B 系空冷贝氏体钢是一种很有发展前途的耐磨钢。 它是一种热加工后空冷所得组织为贝氏体或贝 氏体－马氏体复相组织的钢类。由于免除了传 统的淬火或淬火回火工序，从而大大降低了成 本，免除了淬火过程中产生的变形、开裂、氧 化和脱碳等缺陷，而且产品能够整体硬化，强 韧性好，综合力学性能优良。因此，该钢种得 到了广泛的应用。如贝氏体耐磨钢球；高硬度 高耐磨低合金贝氏体铸钢件；工程锻造用耐磨 件；耐磨传输管材等。§4.1高 分 子 材 料一、 工 程 塑 料 ?? 塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子 材 料，它通常可在加热、加压条件下塑制成型，故 称 为 塑 料 。 （ 一 ） 塑 料 的 组 成 和 分 类 1.塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加 剂 所 组 成 的 。（2）添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主 要 有 ? ①填料或增强材料 填料在塑料中主要起 ：增 强 作 用 ? ②固化剂 可使树脂具有体型网状结构，。成 为 较 坚 硬 和 稳 定 的 塑 料 制 品 。 ? ③增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的 添 加 剂 ? ④稳定剂 用以防止受热、光等的作用使 。塑料过早老化。2. 塑 料 的 分 类 ? 常 用 的 塑 料 分 类 方 法 有 下 述 两 种 ： ?（1）按树脂的性质分类 根据树脂在加热和冷却时所表现的性质， 可 分 为 热 塑 性 塑 料 和 热 固 性 塑 料 。 ? ①热塑性塑料 加热时软化并熔融，可塑造成形，冷却 后即成型并保持既得形状，而且该过程可反 复进行。这类塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯 乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸脂等。 这类塑料加工成形简便，具有较高的机械性 能，但耐热性和刚性比较差。②热固性塑料 初加热时软化，可塑造成形，但固化后 再加热将不再软化,也不溶于溶剂。这类塑料 有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯等。它们 具有耐热性高，受压不易变形等优点，但机 械 性 能 不 好 ? （ 2 ） 按 使 用 范 围 ? ①通用塑料 应用范围广、生产量大的塑料品种。主要 有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和 氨基塑料等，其产量约占塑料总产量的四分之 三以上。分。 类?②工程塑料 综合工程性能(包括机械性能、耐热耐寒性能、耐蚀性和绝缘性能等)良好的各种塑料。 主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四? ③耐热塑料种。能在较高温度（100 ℃～200 ℃以上）下 工作的各种塑料。常见的有聚四氟乙烯、聚 三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。（二） 常用塑料的特点和应用 ? ? 1 、 热 塑 性 ? ① 聚乙烯(PE) 聚乙烯由乙烯单体聚合而成。 根据合 成方法不同, 可分为高压、中压和低压三种。塑料高压聚乙烯相对分子质量、结晶度和密度较 低，质地柔软，常用来制作塑料薄膜、软管 和塑料瓶等。低压聚乙烯质地刚硬，耐磨性、 耐蚀性及电绝缘性较好，常用来制造塑料管、 板材、绳索以及承载不高的零件，如齿轮、 轴承等。
②聚丙烯（PP） 聚丙烯由丙烯单体聚合而成。 聚丙烯刚性 大， 其强度、硬度和弹性等机械性能均高于聚 乙烯。聚丙烯的密度仅为0.90 g/cm3～0.91 g/cm3， 是常用塑料中最轻的。聚丙烯的耐热性 良好，长期使用温度为100 ℃～110 ℃。聚丙烯 具有优良的电绝缘性能和耐蚀性能，在常温下 能耐酸、碱，所以经常制作成导线外皮。但聚 丙烯的冲击韧性差，耐低温及抗老化性也差． 聚丙烯可用于制作某些零部件，如法兰、齿轮、 ? 风扇叶轮、泵叶轮、把手及壳体等，还可制作 化工管道、容器、医疗器械等。
③聚氯乙烯（PVC） 聚氯乙烯是由乙炔气体和氯化氢合成氯乙 烯，再聚合而成。具有较高的机械强度和较好 的耐蚀性。可用于制作化工、纺织等工业的废 气排污排毒塔、气体液体输送管，还可代替其 它耐蚀材料制造贮槽、离心泵、通风机和接头 等。当增塑剂加入量达30%～40％时，便制得 软质聚氯乙烯，其延伸率高，制品柔软，并具 有良好的耐蚀性和电绝缘性，常制成薄膜，用 于工业包装、农业育秧和日用雨衣、台布等， 还可用于制作耐酸耐碱软管、电缆外皮、导线 绝缘层等。?④聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯由苯乙烯单体聚合而成。聚苯乙烯刚度大、耐蚀性好、电绝缘性好，缺点是抗冲击性差，易脆裂、耐热性不高。可用以制造纺织工业中的纱管、 纱绽、线轴；电子工业中的仪表零件、 设备外壳；化工中的储槽、管道、弯头；⑤ABS塑料 ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三 元共聚物。具有“硬、韧、刚” 的特性，综合机 械性能良好，同时尺寸稳定，容易电镀和易于 成形，耐热性较好，在－40 ℃的低温下仍有一 定的机械强度。可制造齿轮、泵叶轮、轴承、 把手、管道、储槽内衬、电机外壳、仪表壳、 仪表盘、蓄电池槽、水箱外壳等。近来在汽车 零件上的应用发展很快，如作挡泥板、扶手、 热空气调节导管，以及小轿车车身等。作纺织 ? 器材、电讯器件都有很好的效果。
?⑥聚酰胺(PA) 又称尼龙或锦纶, 是由二元胺与二元酸缩合而成，或由氨基酸脱水成内酰胺再聚合而 得，有尼龙610、66、6等多个品种。尼龙具有突出的耐磨性和自润滑性能；良好的韧性，强度较高(因吸水不同而异)；耐蚀性好，如 耐水、油、一般溶剂、许多化学药剂，抗霉、 抗菌，无毒；成形性能也好。 制造耐磨耐蚀零件，如轴承、齿轮、螺钉、螺母等。??尼龙轴套⑦聚碳酸酯(PC) 聚碳酸酯誉称“透明金属”，具有优良的综 合性能。冲击韧性和延性突出，在热塑性塑料 中是最好的；弹性模量较高，不受温度的影响； 抗蠕变性能好，尺寸稳定性高。可染成各种颜 色；吸水性小。绝缘性能优良，在10 ℃～130 ℃间介电常数和介质损耗近于不变。制造精密 齿轮、蜗轮、蜗杆、齿条等。利用其高的电绝 缘性能，制造垫圈、垫片、套管、电容器等绝 缘件，并可作电子仪器仪表的外壳、护罩等。 由于透明性好，在航空及宇航工业中，制造信 号灯、挡风玻璃，座舱罩、帽盔等的重要材料。
?⑧氟塑料氟塑料比其它塑料的优越性是，耐高、低温，耐腐蚀，耐老化和电绝缘性能很 好， 且吸水性和摩擦系数低，尤以F-4最突 出。 聚四氟乙烯俗称塑料王，具有非常优良
⑨聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃。有机玻璃的透明度比无机玻璃还高，透光率达92%； 密度也只有后者的 一半， 为 1.18 g/cm3。机械性能比普通玻 璃高得多（与温度 有关）。 制造仪表护 罩、外壳、光学元 件、透镜等。有机玻璃顶棚2. ?①酚醛塑料（PF）热固性塑料由酚类和醛类在酸或碱催化剂作用下缩聚 合成酚醛树脂,再加入添加剂而制得的高聚物。一般为热固性塑料。酚醛塑料具有一定的机械强度和硬度, 耐磨性好，绝缘性良好，耐热性较 高，耐蚀性优良。缺点是性脆，不耐碱。酚醛 塑料广泛用于制作插头、开关、电话机、仪表 盒、汽车刹车片、内燃机曲轴皮带轮、纺织机和仪表中的无声齿轮、化工用耐酸泵日用用具等。
?②环氧塑料（EP） 为环氧树脂加入固化剂后形成的热固性塑料。环氧塑料强度较高，韧性较好；尺寸稳定 性高和耐久性好；具有优良的绝缘性能；耐热、耐寒；化学稳定性很高；成形工艺性能好。缺点是有某些毒性。环氧塑料是很好的胶粘剂， 对各种材料（金属及非金属）都有很强的胶粘 能力。环氧塑料用于制作塑料模具、印刷线路 板，灌封电器元件，配制飞机漆、油船漆、罐头涂料。环氧塑料导弹涂料速注 入闭合的模具内，使之冷却固化，开模得到定型 的塑 料制品的方法。 2. 压塑成型――将原料放入加热的模具型腔 内， 加压加热使塑料发生交联化学反应而固化，得到 塑料 制品的过程。 3.挤塑成型 ――利用挤出机，借助柱塞或螺（三）塑料的成型加工 1.注塑成型 ――利用注塑机将熔化的塑料快二、橡胶?? 橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达100％～ 1000 ％，而且回弹性好，回弹速度快。 同时，橡胶还有一定的耐磨性，很好的 绝缘性和不透气、不透水性。它是常用 的弹性材料、密封材料、减震防震材料 和传动材料。
（一） 橡胶的分类和橡胶制品的组成 ? 一、橡胶的分类 按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合 成 橡胶两大类。 合成橡胶主要有七大品种：丁苯橡 胶、 顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、乙 丙 橡胶和丁腈橡胶。习惯上按用途将合成橡胶分成 两 类：性能和天然橡胶接近、可以代替天然橡胶的 通?1. 硫化剂变塑性生胶为弹性胶的处理即为硫化处理， 能起硫化作用的物质称硫化剂。常用的硫化剂 有 硫 磺 、 含 硫 化 合 物 、 硒 、 过 氧 化 物 等 。 ? 2. 硫化促进剂 胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类及硫脲类 物质，可以起降低硫化温度、加速硫化过程的 作 用 ， 称 为 硫 化 促 进 ? 3. 补强填充剂 为了提高橡胶的机械性能，改善其加工工 艺性能，降低成本，常加入填充剂，如碳黑、 陶土、碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等。剂。（ 二 ） ? 一 、 通 ? 1. 丁苯橡胶橡 胶 的 特 点 和 应 用 用 合 成 橡 胶是以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成。 具有较好的耐磨性、耐热性、耐老化性，价 格便宜。主要用于制造轮胎、胶带、胶管及 生 活 用 品 。2. 顺丁橡胶是由丁二烯聚合而成。顺丁橡胶的弹性、 耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，是 制造轮胎的优良材料。 缺点是强度较低、加工 性能差。主要用于制造 轮胎、胶带、弹簧、减 震器、耐热胶管、电绝 缘制品等。胶顺丁橡3. 氯丁橡胶 是由氯丁二烯聚合而成。氯丁橡胶的机械 性能和天然橡胶相似，但耐油性、耐磨性、耐 热性、耐燃烧性、耐溶剂性、耐老化性能均优于天然橡胶，所以称为“万能橡胶”。它既可作为通用橡胶，又可作为特种橡胶。但氯丁橡胶 耐寒性较差（-35 ℃），密度较大（为1.23 g/cm3），生胶稳定性差，成本较高。它主要 用于制造电线、电缆的外皮、胶管、输送带等。二 、 ? 1. 丁腈橡胶 ? 2. 硅橡胶特种橡胶以 其 优 异 的 耐 油 性 著 称 。硅橡胶的性能特点是耐高温和低温。? 3. 氟橡胶 它是以碳原子为主链、含有氟原子的高聚 物。氟橡胶具有很高的化学稳定性，它在酸、 碱、强氧化剂中的耐蚀能力居各类橡胶之首， 其耐热性也很好，缺点是价格昂贵、耐寒性差、 加工性能不好。主要用于高级密封件、高真空 密封件及化工设备中的里衬，火箭、导弹的密 封垫圈。§ 4.3陶瓷传统意义上的陶瓷主要指陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦等。这些材 料都是用粘土、石灰石、长石、石英等天然硅酸盐类矿物制成的。因此，传统的陶瓷材料是 指硅酸盐类材料。 现今意义上的陶瓷材料已有了巨大变化， 许多新型陶瓷已经远远超出了硅酸盐的范畴， 不仅在性能上有了重大突破，在应用上也已渗 透到各个领域。所以, 一般认为，陶瓷材料是指 各种无机非金属材料的通称。
1. 玻璃 包括光学玻璃、电工玻璃、仪表玻璃等在 内的工业玻璃及建筑玻璃和日用玻璃等无固定 熔 点 的 受 热 软 化 的 非 晶 态 固 体 材 料 ； 2. 玻璃陶瓷 耐热耐蚀的微晶玻璃、无线电透明微晶玻 璃 、 光 学 玻 璃 陶 瓷 等 ； 3. 工程陶瓷 又分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，而金 属陶瓷通常被视为金属与陶瓷的复合材料。 陶瓷材料按应用分为结构陶瓷材料与功能 陶瓷材料。
二、常用陶瓷材料及其应用 1. 普通陶瓷 普通陶瓷也叫传统陶瓷，其主要原料是粘 土、石英和长石。组分的配比不同，陶瓷的性能会有所差别。普通陶瓷坚硬而脆性较大，绝缘性和耐蚀 性极好。由于其制造工艺简单、成本低廉，因 而在各种陶瓷中用量最大。 普通陶瓷通常分为日用陶瓷和工业陶瓷两大类。（ 1 ） 普 通 日 用 陶 瓷 A、普通日用陶瓷的用途和特点 日用陶瓷主要用作日用器皿和瓷器，一般具 有良好 的光泽度、透明度，热稳定性和机械强度较高。 B 、 常 用 普 通 日 用 陶 瓷 ①长石质瓷 国内外常用的日用瓷，作一般工业 瓷 制品。 ②绢云母质瓷 我国的传统日用瓷。 ③骨质瓷 近些年得到广泛应用，主要作高级 日用（ 2 ） ①建筑卫生瓷普通工业陶瓷用于装饰板、卫生间装置及器具等，通常 尺寸较大，要求强度和热稳定性好。建筑陶瓷卫生陶瓷②化学化工瓷 用于化工、制药、食品等工业及实验室中 的管道设备、耐蚀容器及实验器皿等，通常要 求耐各种化学介质腐蚀的能力要强。 ③电工瓷 主要指电器绝缘用瓷， 也叫高压陶瓷，要求机械 性能高、介电性能和热稳 定性好。绝缘瓷瓶2.耐酸陶瓷 以人工化合物氧化铝、氧化钙和莫来石 作主要原料。 有耐酸陶、耐酸耐温陶、硬质瓷、莫来 石瓷和氧化铝瓷。 用于化工反应塔、耐酸砖、板、容器、 管道、泵、阀以及风机等制品。 3.过滤陶瓷 以石英、河沙、刚玉砂（碳化硅）等为 主要原料，加上结合剂和增孔剂烧结。 用于气体、液体、尘埃、细菌的过滤和 分离器材。特种陶瓷也叫现代陶瓷、精细陶瓷或高性 能陶瓷，包括特种结构陶瓷和功能陶瓷两大类， 如压电陶瓷、磁性陶瓷、电容器陶瓷、高温陶 瓷等。工程上最重要的是高温陶瓷，包括氧化 物陶瓷、硼化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶 瓷。 4. 氧 化 物 陶 氧化物陶瓷熔点大多2000 ℃以上，烧成温瓷度约1800 ℃；单相多晶体结构，有时有少量 气相；强度随温度的升高而降低，在1000 ℃以 下时一直保持较高强度，随温度变化不大；纯 氧化物陶瓷任何高温下都不会氧化。（ 1 ） 氧 化 铝 （ 刚 玉 ） 陶 瓷 氧化铝的结构是O2-排成密排六方结构， Al3+ 占 据 间 隙 位 根据含杂质的多少, 氧化铝呈红色（如红 宝石）或蓝色（如蓝宝石）；实际生产中，氧 化 铝 陶 瓷 按 Al2O3 含 量 可 分 为 75 、 95 和 99 等 几 种 。 氧化铝熔点达2050 ℃，抗氧化性好，广泛 置 。用于耐火材料；较高纯度的Al2O3粉末压制成形、高温烧结 后得到刚玉耐火砖、高压器皿、坩埚、电炉炉 管、热电偶套管等；微晶刚玉的硬度极高（仅次于金刚石）， 红硬性达1200 ℃，可作要求高的工具如切削 淬火钢刀具、金属拔丝模等。很高的电阻率和 低的导热率，是很好的电绝缘材料和绝热材料。强度和耐热强度均较高（是普通陶瓷的5倍），是很好的高温耐火结构材料，如可作内燃机火 花塞、空压机泵零件等。 单晶体氧化铝可做蓝宝石激光器； 氧化铝管坯做钠蒸气照明灯泡。氧化铝热电偶套管（ 2 ） 氧 化 氧化铍陶瓷具备一般陶瓷的特性，导热性铍陶瓷极好，很高的热稳定性，强度低，抗热冲击性 较高；消散高能辐射的能力强、热中子阻尼系 数 大 氧化铍陶瓷制造坩埚，作真空陶瓷和原子 反应堆陶瓷，气体激光管、晶体管散热片和集 成 电 路 的 基 片 和 外 壳 等 （ 3 ） 氧 化 锆 陶 氧化锆陶瓷的熔点在2700 ℃以上，耐2300 ℃高温，推荐使用温度2000 ℃～2200 ℃；能抗 熔融金属的浸蚀，做铂、锗等金属的冶炼坩埚 和1800 ℃以上的发热体及炉子、反应堆绝热。。 瓷材料等；氧化锆作添加剂大大提高陶瓷材料的 强度和韧性，氧化锆增韧陶瓷可替代金属制造 模具、拉丝模、泵叶轮和汽车零件如凸轮、推 杆、连杆等。（ 4 ） 氧 化 镁 ／ 钙 陶 瓷 氧化镁／钙陶瓷通常是通过加热白云石（镁或钙的碳酸盐）矿石除去CO2而制成的， 其特点是能抗各种金属碱性渣的作用，因而常 用作炉衬的耐火砖。但这种陶瓷的缺点是热稳 定性差，MgO在高温下易挥发，CaO甚至在空 气中就易水化。化 物 陶 瓷 （ 1 ） 氮 化 硅 陶 瓷 氮化硅陶瓷是键能高而稳定的共价键晶体； 硬度高而摩擦系数低，有自润滑作用，是优良 的耐磨减摩材料；氮化硅的耐热温度比氧化铝 低，而抗氧化温度高于碳化物和硼化物；1200 ℃以下具有较高的机械性能和化学稳定性，且 热膨胀系数小、抗热冲击，可做优良的高温结 构材料；耐各种无机酸（氢氟酸除外）和碱溶 液浸蚀，优良的耐腐蚀材料。 反应烧结法得到的α -Si3N4用于制造各种泵 的耐蚀、耐磨密封环等零件。5.氮热压烧结法得到的β-Si3N4, 用于制造高温轴承、 转子叶片、静叶片以及加工难切削材料的刀具等。在Si3N4中加一定量Al2O3烧制成陶瓷可制造柴油机 的气缸、活塞和燃气轮机的转动叶轮。氮化硅陶瓷刀具氮化硅陶瓷滚珠（ 2 ） 氮 化 六方氮化硼为六方晶体结构，也叫“白色 石墨”；硬度低，可进行各种切削加工；导热 和抗热性能高，耐热性好，有自润滑性能；高硼陶瓷温下耐腐蚀、绝缘性好。用于高温耐磨材料和电绝缘材料、耐火润滑剂等。 在高压和1360 ℃时六方氮化硼转化为立 方β-BN，硬度接近金刚石的硬度，用作金刚 石的代用品, 制作耐磨切削刀具、高温模具和 磨料等。
6. 碳 化 物 陶 碳化物陶瓷有很高的熔点、硬度（近于金瓷刚石）和耐磨性（特别是在浸蚀性介质中）， 缺点是耐高温氧化能力差（约900℃～1000℃）、 脆 性 极 大 。 （ 1 ） 碳 化 硅 陶 瓷 碳化硅陶瓷密度为 3.2×103 kg/m3，弯曲 强度为 200 MPa～250 MPa，抗压强度1000 MPa～ ～1500 MPa，硬度莫氏9.2，热导率很高，热膨 胀 系 数 很 小 ， 在 900 ℃ ～ 1300 ℃ 时 慢 慢 氧 化 。 主要用于制造加热元件、石墨表面保护 层以及砂轮及磨料等。碳化硅陶瓷坩埚（ 2 ） 碳 化 硼 碳化硼陶瓷硬度极高，抗磨粒磨损能力很陶瓷强；熔点达2450℃，高温下会快速氧化，与热 或熔融黑色金属发生反应，使用温度限定在 980℃ 以 下 主要用于作磨料，有时用于制造超硬质工 具 材 料 （ 3 ） 其 它 碳 化 物 碳化钼、碳化铌、碳化钽、碳化钨和碳化 锆陶瓷的熔点和硬度都很高，在2000 ℃以上的 中性或还原气氛作高温材料；碳化铌、碳化钛 用于2500 ℃以上的氮气气氛中的高温材料。。 陶 。 瓷7. 硼 化 物 陶 硼化物陶瓷有硼化铬、硼化钼、硼化钛、 硼 化 钨 和 硼 化 锆 硼化物陶瓷具有高硬度, 同时具有较好的 等瓷 。耐化学浸蚀能力。熔点范围为1800 ℃～2500 ℃。比起碳化物陶瓷，硼化物陶瓷具有较高的 抗高温氧化性能，使用温度达1400 ℃。硼化物主要用于高温轴承、内燃机喷嘴、各种高温器件、处理熔融非铁金属的器件等。 各 种 硼 化 物 还 用 作 电 触 点 材 料 。§ 4.3复 合 材 料由两种或两种以上性质不同的物质，经人 工组合而成的多相固体材料。 一、复合材料的组成和分类 （一）复合材料的组成 全部相：基体相――起粘结作用。有金属 与非金属 增强相――提高强度或韧性。 分为颗粒、层叠、纤维增强 性能：结构――制作结构件 功能――具有某种物理功能和效应（二）复合材料的分类二、常用复合材料的性能特点和应用 （一）复合材料的性能特点 1.比强度和比模量高；材料的比强度或比 模量越高，构件的自重就会越小，或者体积会 越小 。 2.抗疲劳性能好；碳纤维增强树脂的疲劳 强度为拉伸强度的70%～80%，一般金属材料 却仅为30%～50%。 3.减振性能好；纤维与基体界面有吸收振 动能量的作用，产生振动也会很快衰减。 4.高温性能好。碳纤维复合材料在非氧化 气氛下在2400 ℃～2800 ℃长期使用。（二）常用复合材料的应用 1.纤维增强复合材料 （1）玻璃纤维增强复合材料 热塑性玻璃钢――热塑性树脂为粘结剂热固性玻璃钢――热固性树脂为粘结剂（2）碳纤维增强复合材料 2.层状复合材料――由两层或两层以上不 同材料复合而成 3.颗粒复合材料――由一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成。第5章铸造熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入 铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能铸件 的成形方法。 按生产方法分为：砂型铸造和特种铸造 优点：1.能制造各种尺寸和形状复杂的铸 件； 2.绝大多数金属均能用铸造方法制 成铸件； 3.原材料来源广泛，价格低廉。 缺点：废品率高，性能不如锻件，表面 粗糙，精度低。§ 5.1砂 型 铸 造 工 艺用型砂紧实成型的铸造方法。一.造型材料――制造铸型或型芯用的材料 （一）型（砂）砂的性能 （1）强度；（2）透气性；（3）可塑性； （4）耐火度； （5）退让性。（二）