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。第1章 鋼的合金化概論表1.15 常用各類(lèi)合金鋼剛好表示方法鋼類(lèi)鋼號(hào)舉例表示方法及說(shuō)明合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr20CrMnTi18Cr2Ni4W38CrMoAlA40CrNiMo碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般用萬(wàn)分之幾表示，列于鋼號(hào)開(kāi)頭。主要合金元素一般用百分之十幾表示，當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)=1.0%不標(biāo)，1.0%用千分之幾表示。低鉻合金工具鋼中Cr含量用千分之幾表示，并在表示含量的數(shù)字前加0.塑料模具冠SM；高速鋼不標(biāo)碳含量合金元素含量百分之幾表示第2章 工程結(jié)構(gòu)鋼（力學(xué)性能為主，兼顧一定的物理性能）1.工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼分為Q195，Q215，Q235,Q275(最低強(qiáng)度)四個(gè)等級(jí)。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼最低屈服強(qiáng)度為 345MPa2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼，耐腐蝕鋼，低溫用鋼，耐磨鋼，鋼筋鋼，鋼軌剛及其他專(zhuān)業(yè)用鋼3.工程機(jī)構(gòu)鋼以工藝性能為主，力學(xué)性能為輔，主要性能要求如下 足夠的強(qiáng)度和韌度 良好的焊接性和成型工藝性 良好的耐腐蝕性4.合金元素通過(guò)固溶強(qiáng)化，析出彌散強(qiáng)化，細(xì)化晶粒強(qiáng)化和增加珠光體含量這四種強(qiáng)化機(jī)制提高這類(lèi)鋼的強(qiáng)度5.所謂優(yōu)良的焊接性是指焊接工藝簡(jiǎn)單，焊縫與母材結(jié)合牢固強(qiáng)度不低于母材，焊縫熱影響區(qū)保持足夠的強(qiáng)度和韌性，沒(méi)有裂紋及各種缺陷6.少量Cu可以非常有效的提高鋼耐大氣腐蝕的能力。7.低合金高強(qiáng)鋼合金元素強(qiáng)化方法：固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化7.第3章 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼1.機(jī)械零件要求有良好的服役性能，如具有足夠高的強(qiáng)度，塑形，韌度，疲勞強(qiáng)度，耐磨性等2.根據(jù)熱處理強(qiáng)化工藝特點(diǎn)分為整體強(qiáng)化態(tài)鋼和表面強(qiáng)化態(tài)鋼。根據(jù)鋼的生產(chǎn)工藝和用途可分為調(diào)質(zhì)鋼，非調(diào)質(zhì)鋼，低碳馬氏體鋼，超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，滲碳鋼氮化鋼，彈簧鋼，軸承鋼等3.機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼主要性能 具有良好的冷熱加工工藝性 具有良好的力學(xué)性能4.機(jī)械零件用鋼的合金化元素主要有Cr,Mn,Si,Ni,Mo,W,V,B等或是單獨(dú)加入，或是復(fù)合加入。其中，主加元素為Cr,Mn,Si,Ni。主加元素的作用主要是提高鋼的淬透性和力學(xué)性能。輔加元素有Mo,W,V,B，能降低鋼的過(guò)熱敏感性，消除鋼的回火脆性，進(jìn)一步提高淬透性等作用，但含量一般都不高5.一般機(jī)械零件的主要失效形式是變形和斷裂6.整體強(qiáng)化態(tài)鋼均承受拉，壓，扭等交變應(yīng)力，大部分是整體受力。其主要失效形式是疲勞破壞，主要性能指標(biāo)為，抗拉強(qiáng)度，沖擊吸收能量KV（KU），斷裂韌度等?？傮w上要求具有良好的綜合力學(xué)性能。這些鋼主要制造軸，桿，軸承類(lèi)零件，如連桿，螺栓，主軸，半軸等。這類(lèi)鋼主要有調(diào)質(zhì)鋼，彈簧鋼，軸承鋼，低碳馬氏體鋼，超高強(qiáng)度鋼等。7.調(diào)質(zhì)鋼：結(jié)構(gòu)鋼在淬火高溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能，有較高強(qiáng)韌性，適用于這種熱處理的鋼稱(chēng)為調(diào)質(zhì)鋼。調(diào)質(zhì)鋼含碳量一般是中碳，調(diào)質(zhì)鋼按淬透性分級(jí)：低淬透性鋼，中淬透性鋼、高淬透性鋼。調(diào)質(zhì)鋼中合金元素作用:Mn：淬透性，易使鋼有過(guò)熱傾向，回火脆性?xún)A向Cr：提高淬透性、提高回火穩(wěn)定性，有回火脆性?xún)A向Ni：非碳化物形成元素，韌度Ni-Cr復(fù)合加入：提高淬透性作用很大，也有回火脆性Mo：進(jìn)一步提高淬透性，回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，有效消除回火脆性?xún)A向V：碳化物形成元素，細(xì)化晶粒，溶入奧氏體會(huì)提高淬透性，降低過(guò)熱敏感性復(fù)合熱處理綜合強(qiáng)化也得到了許多應(yīng)用，即熱處理強(qiáng)化，表面處理及形變強(qiáng)化結(jié)合起來(lái)。8.彈簧鋼 1.彈簧的主要作用是儲(chǔ)能減震，它一般是在動(dòng)負(fù)荷下工作，即在沖擊，振動(dòng)或長(zhǎng)期均勻的周期改變應(yīng)力的條件下工作。它起到緩和沖擊力，使與它配合的零部件不受到?jīng)_擊而早期破壞 2.要求彈簧鋼具有高的彈性極限以及彈性減退抗力好，較高的屈強(qiáng)比，高的疲勞強(qiáng)度和足夠的塑性和韌度。對(duì)淬火強(qiáng)化處理的彈簧鋼還應(yīng)有做夠的淬透性，較好的冶金質(zhì)量和組織均勻性，要求嚴(yán)格控制材料內(nèi)部缺陷。 3.常用彈簧材料是碳素鋼和低合金彈簧鋼。碳素鋼含碳量在0.60-1.05，高碳，低合金彈簧鋼0.40-0.74.常加入Si，Mn，Cr，V等合金元素。Cr和Mn主要是提高淬透性，Si提高彈性極限，V提高淬透性和細(xì)化晶粒 4.彈簧在熱成型后，進(jìn)行淬火及回火強(qiáng)化處理 5.彈簧鋼常用熱處理工藝是淬火和中溫回火，得到回火托氏體9.滾動(dòng)軸承鋼 1.在各種載荷作用下，運(yùn)行一段時(shí)間后將產(chǎn)生解除疲勞破壞，即在軸承套圈和滾體表面出現(xiàn)小塊剝落，形成麻點(diǎn)，使噪聲和振動(dòng)增大，磨損加劇，工作溫度不斷上升，最后導(dǎo)致軸承破壞失效2.軸承鋼性能要求 1.高而均勻的硬度和耐磨性 2.高的接觸疲勞強(qiáng)度 3.高的彈性極限和一定的韌度 4.尺寸穩(wěn)定性好 5.一定的耐蝕性 6.良好的冷熱加工工藝性3.對(duì)軸承鋼的質(zhì)量要求是純凈和組織均勻4.非金屬夾雜物根據(jù)化學(xué)成分主要有氧化物，硫化物，硅酸鹽三種5.軸承鋼球化退火的主要目的是為最終淬火處理做好組織準(zhǔn)備6.軸承鋼淬火后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火。（一般為淬火+低溫回火，精密為淬火+冷處理+低溫回火）10.合金滲碳鋼（低碳，淬火+低溫回火，表硬里韌） 1.表面具有高硬度，高耐磨性，高接觸疲勞抗力，芯部具有良好的綜合力學(xué)性能 2.滲碳鋼含碳量0.12-0.25，低碳。常用合金化元素Mn,Cr,Ni,W,V,Ti,Mo。Mn,Cr,Ni的主要作用是提高淬透性。 3.滲碳鋼按淬透性大小分類(lèi)低淬透性鋼，中淬透性鋼，高淬透性鋼 4.20Cr,20CrV制造受力較輕的零件，如活塞銷(xiāo)。20CrMnTi高速中載受沖擊力和磨損的重要零件。20Cr2Ni4A,18Cr2Ni4WA高速柴油機(jī)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，齒輪。20用于制造軸套，不重要的小齒輪。12Cr2Ni4高負(fù)荷齒輪，蝸輪蝸桿。 5.減少殘留奧氏體方法，淬火后冷處理和淬火前高溫回火11.氮化鋼（調(diào)質(zhì)，滲氮，高溫回火）含碳低 1.工作載荷不大，基本無(wú)沖擊力，有摩擦，比齒輪等磨損輕，受交變疲勞應(yīng)力，要求能保持高精度12.耐磨鋼 1.高錳鑄鋼化學(xué)成分特點(diǎn)是高碳高錳，鑄件使用 2.ZGMn13力學(xué)性能差，耐磨性低不宜直接使用，經(jīng)固溶處理（水韌處理）后顯微組織為單相奧氏體 3.水韌處理注意 1.溫度在以上，一定保溫時(shí)間下使碳化物全部溶入奧氏體 2.高錳鋼導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大，鑄件尺寸大，所以要緩慢加熱避免裂紋 3.鑄件出爐至入水時(shí)間盡量縮短，避免碳化物析出。水冷 4.高錳鋼冷作硬化本質(zhì)是通過(guò)大的形變?cè)趭W氏體基體中產(chǎn)生大量層錯(cuò)，形變欒晶，馬氏體和馬氏體 成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。能承受強(qiáng)有力沖擊不破裂，廣泛用于承受大沖擊載荷強(qiáng)烈磨損工況下的零件，襯板，磨球坦克履帶 13.材料選擇基本原則 1.材料的使用性能要求 2.材料的工藝性能 3.經(jīng)濟(jì)性 4.其他因素（尺寸，外形特點(diǎn)） 14.選擇零件材料思路 1.分析零件的工作條件、盡寸形狀和應(yīng)力狀態(tài)，科學(xué)合理地確定零件的技術(shù)要求 2.通過(guò)分析或?qū)嶒?yàn)，結(jié)合同類(lèi)零件失效分析結(jié)果，找出零件實(shí)際工作時(shí)的失效抗力指標(biāo)作為選材依據(jù) 3.根據(jù)主要力學(xué)性能選擇 4.考慮鋼種是否滿(mǎn)足次要失效抗力指標(biāo)的工藝性和可能采用的工藝措施5.審查所選鋼種是否滿(mǎn)足所有工藝性基本要求和組織生產(chǎn)可能性，進(jìn)一步考察材料經(jīng)濟(jì)性和成本 第4章 工模具鋼（高碳）1. 工模具鋼：用來(lái)制造刃具、模具、量具等各種工具的鋼稱(chēng)為工模具鋼。2. 按用途分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼三大類(lèi)刃具鋼可分為碳素、低合金工具鋼和高速鋼三大類(lèi)模具鋼按工作溫度可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼量具鋼用來(lái)制作量規(guī)、卡尺、樣板等。用來(lái)測(cè)量工件尺寸和形狀3. 工具鋼性能特點(diǎn)：耐磨、熱穩(wěn)定性、足夠強(qiáng)度與韌度。4. 工具鋼基本性能：強(qiáng)度和塑形韌度硬度及耐磨淬透性熱穩(wěn)定性（鋼在較高溫度下仍保持一定強(qiáng)度的性質(zhì)）變形開(kāi)裂傾向大5. 含碳量高，形成足夠碳化物保證高耐磨性6. 一般要求碳化物呈球狀，細(xì)小均勻分布7. 成分組織:一般含0.61.3%CM+足夠數(shù)量K。M硬度高、切斷抗力較高、耐磨性好Cr、W、Mo、V等:淬透性、耐磨性和熱穩(wěn)定性;Mn、Si輔助加入:淬透性,回火穩(wěn)定性;第二相K球狀、細(xì)小、均勻分布 4.2碳素鋼及低合金刃具鋼碳素工具鋼 1.含碳量 0.651.35%高碳（不完全淬火+低溫回火） 鋼號(hào)從T7到T13。做低速切削的刃具和簡(jiǎn)單冷沖模。淬透性低,斷面尺寸15mm的工具T7有較好的塑韌性,宜做受沖擊的刃具,如鑿子等T8易過(guò)熱,制造形狀簡(jiǎn)單的木工工具等T10、T12耐磨性較好,強(qiáng)度高,但韌度低,制造不受沖擊或沖擊較小形狀簡(jiǎn)單的工具,如車(chē)刀、銑刀等。 二、低合金工具鋼（采用球化退火不完全淬火低回）合金元素作用：Cr:1%左右,細(xì)化K,均勻分布;Mn:主要是提高淬透性Si:提高低溫回火穩(wěn)定性,還可強(qiáng)化鐵素體,降低切削加工性;增大脫碳敏感性,不單獨(dú)加w:在Cr含量較高的鋼易固溶于特殊碳化物,含量過(guò)多會(huì)形成碳化物,且使碳化物分布不均勻,惡化性能。V:降低過(guò)熱敏感性,細(xì)化晶粒,提高回火穩(wěn)定性9sic Si、Cr淬透性,D油60HRCK細(xì)小、均勻不容易崩刃分級(jí)淬火或等溫淬火處理,變形較小Si使鋼的脫碳傾向增大。 適于制作形狀較復(fù)雜、變形要求小的工件,特別是薄刃工具,如絲錐、扳牙、鉸刀等。CrWMn：Cr、W、Mn復(fù)合加入:淬透性,D油=5070mnAR在18-20%,淬火后變形 含Cr、W的碳化物較多且穩(wěn)定,晶粒細(xì)小高硬度、高耐磨性回火穩(wěn)定性較好,250回火,硬度才60HRCW使碳化物易形成網(wǎng)狀。適于制作要求變形小、耐磨性高的工件,如拉刀等也可做量具及形狀復(fù)雜的高精度沖模。高速鋼熱處理特點(diǎn)：高淬高回 一、高速鋼中合金元素的作用一般高速鋼含0.71.65%C: 形成足夠數(shù)量的碳化物,淬火回火之后硬熱硬性都提高；保證馬氏體中固溶碳量。C%過(guò)高影響：a.AR增多;b.碳量的提高使固相線降低,晶界熔化溫度降低淬火溫度A中Me%紅硬性;c.韌性低。W：造成紅硬性的主要元素 退火時(shí)主要以型碳化物存在 強(qiáng)烈阻礙回火時(shí)馬氏體中碳原子析出,提高回火穩(wěn)定性,在600回火時(shí),仍為過(guò)飽和固溶體,具有高的紅硬性 回火時(shí)在馬氏體中彌散析出W2C,造成二次硬化,具有高的紅硬性和耐磨性。 部分M6C型碳化物未溶入奧氏體 強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。保證淬火加熱采用12201310的高溫,使足夠數(shù)量的碳化物溶入奧氏體,保證高的紅硬性,提高耐磨性。 W熱導(dǎo)率鋼導(dǎo)熱性差。 W和Mo相似,1%Mo可取代1.52.0%W。 V顯著個(gè)紅硬性、硬度和耐磨性,細(xì)化晶粒，過(guò)熱敏感性。以VC存在。Cr加熱時(shí)全溶,保證鋼淬透性,4%Cr改善抗氧化能力、切削能力Co可顯著個(gè)紅硬性、有5%、8%和12%三個(gè)級(jí)別。但鋼的韌性,鋼脫碳傾向。 二、高速鋼中的碳化物 1.碳化物的類(lèi)型 在所有的高速鋼中,除鈷高速鋼以外,退火狀態(tài)下都含有、 三種碳化物,在含W、Mo較少的高速鋼中還有型碳化物。在淬火狀態(tài)下,只有?；鼗馉顟B(tài)有M2C、MC析出淬火態(tài)：加熱時(shí),K溶解順序?yàn)?M2C3、M23C6型在100左右溶解完M6C型在1200時(shí)比分溶解MC型比較穩(wěn)定,在1200時(shí)，開(kāi)始少量溶解?；鼗饝B(tài)：主要為等碳化物。冷作模具鋼：金屬在冷態(tài)下變形所用的模具鋼1.特點(diǎn) 工作溫度不高，模具主要承受高的壓力和沖擊力，金屬之間有強(qiáng)烈摩擦2.要求 具有高硬度和耐磨性，也要有一定韌性3.高鉻鋼是含Cr12左右的高碳亞共晶萊氏體鋼。Cr12MoV具有高的淬透性，用于制造大尺寸，形狀復(fù)雜，承受載荷較大的模具. 冷作模具王牌4.一次硬化法采用較低溫度淬火和低溫回火，淬火溫度低，晶粒細(xì)小，強(qiáng)韌性好。二次硬化法采用高的淬火溫度，進(jìn)行多次高溫回火熱作模具鋼：用于制造使加熱金屬或液態(tài)金屬后會(huì)獲得所需形狀的模具1.特點(diǎn) 受熱時(shí)間長(zhǎng)，沖擊力大2.要求 高的抗熱塑性變形能力，高韌度，高抗熱疲勞性和良好的抗熱燒蝕性第5章 不銹鋼1. 鋼電化學(xué)腐蝕形式：均勻腐蝕、晶界腐蝕、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕磨損2. 不銹鋼分類(lèi)：馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼（考牌號(hào)加應(yīng)用）3. 定律：固溶體中的Cr量達(dá)到12.5原子比（1/8）時(shí)，鐵固溶體電極電位有一個(gè)突然升高，當(dāng)Cr量提高到25%（2/8）時(shí)，點(diǎn)位有一次突然提高，這種現(xiàn)象稱(chēng)為tammann定律，也稱(chēng)二元合金固溶體點(diǎn)位的定律。4. 晶間腐蝕：不銹鋼在腐蝕介質(zhì)作用下，在晶粒之間產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象稱(chēng)為晶間腐蝕。5. 固溶處理：把鋼加熱到ES線以上，才有可能使碳化物溶解。6. 穩(wěn)定化處理：也可稱(chēng)穩(wěn)定化退火。穩(wěn)定化處理為使工件在長(zhǎng)期服役的條件下形狀和尺寸變化能夠保持在規(guī)定范圍內(nèi)的熱處理。7. 敏化處理：Cr-Ni不銹鋼中，如果在450-800范圍工作，或在該溫度時(shí)效處理，也會(huì)得到同樣效果，這種時(shí)效處理考察不銹鋼晶間腐蝕的敏感性，所以又稱(chēng)不銹鋼的敏化處理。表5.1 典型鐵素體不銹鋼棒的熱處理與性能表5.2 常用馬氏體不銹鋼的熱處理與性能第6章 耐熱鋼1. 耐熱鋼：通常把在高溫條件下工作的鋼成為耐熱鋼。兩個(gè)基本性能：良好高溫強(qiáng)度、塑性高溫化學(xué)穩(wěn)定性好。根據(jù)不同服役條件分：熱強(qiáng)鋼、抗氧化鋼。2. 鋼的熱強(qiáng)性指標(biāo)：蠕變極限、持久強(qiáng)度、高溫疲勞性能、持久壽命。3. 強(qiáng)化途徑：基體強(qiáng)化：原子結(jié)合力，熔點(diǎn)晶界強(qiáng)化：凈化雜質(zhì)、填充空位彌散強(qiáng)化：第二向細(xì)小、彌散、均布工藝措施：熱處理第7章 超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼第8章 鑄鐵1. 鑄鐵是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11%以上或組織中具有共晶組織的鐵碳合金。是以鐵、碳、硅為主要組成元素并含有較多錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的多元合金。2. 石墨化：鑄鐵中碳原子析出和形成石墨的過(guò)程。3. 影響鑄態(tài)組織的因素：化學(xué)成分的影響：Si1） 使共晶點(diǎn)共析點(diǎn)含碳量隨Si含量增加而減少2） 使共晶和共析轉(zhuǎn)變?cè)谝粋€(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行3） 提高了共晶和共析溫度冷卻速度的影響：鑄件過(guò)冷度越小，冷速越慢，越有利于石墨化過(guò)程充分進(jìn)行，越容易得到粗大石墨。4. 孕育處理：把孕育劑加入到鐵液中去，以改變鐵液的冶金狀態(tài)，從而改善鑄鐵組織的性能。5. 球石墨與片石墨的區(qū)別：球石墨對(duì)基體的縮減、切割作用大大減小，球墨鑄鐵基體的利用率7090%。片石墨減少了金屬基體受負(fù)荷的有效面積，石墨的縮減作用，使基體利用率只有3050%。6. 球化處理：鑄鐵澆注時(shí)，加入一定球化劑進(jìn)行孕育處理，獲得很多非自發(fā)晶核，獲得細(xì)小均勻分布的球狀鑄鐵。第2篇 有色金屬合金有色金屬?gòu)?qiáng)化方式：變形、固溶、時(shí)效、過(guò)剩相第9章 鋁合金1. 特點(diǎn)：密度小，優(yōu)良導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；良好耐蝕性；優(yōu)良的塑形和加工性能。2. 鋁合金時(shí)效處理過(guò)程：1） 形成銅原子富集區(qū)2） 銅原子富集區(qū)有序化3） 形成過(guò)渡相4） 形成穩(wěn)定的3. 按合金中所含主要元素成分可分為(四位數(shù)字體牌號(hào)): 工業(yè)純鋁(1XXX系), Al-Cu合金(2XXX系), Al-Mn合金(3XXX系), Al-Si合金(4XXX系), Al-Mg合金(5XXX系), Al-Mg-Si合金(6XXX系) ,Al-Zn-Mg-Cu 合金(7XXX系),Al-其它合金元素(8XXX系)及備用合金組(9XXX系) 這三種方法各有特點(diǎn),有事互相交叉、相互補(bǔ)充。在工業(yè)生產(chǎn)中,國(guó)際上慣用第三種分類(lèi)方法,即合金中所含主要元素成分的4位數(shù)碼法分類(lèi)。這種分類(lèi)方法較本質(zhì)的反應(yīng)合金的基本性能,也便于編碼、記憶和計(jì)算機(jī)管理。4. 表9.2 典型變形鋁合金牌號(hào)及意思（只記舊牌號(hào)）（認(rèn)識(shí)牌號(hào)的意思即可）防銹鋁合金LF21硬鋁合金LY1超硬鋁合金LC3鍛鋁合金LD2LY10LC9LD6LF