材料科学概论(1).ppt

材料科学概论材料科学概论q铁及铁及铁基合金概述铁基合金概述q钢的热处理钢的热处理q合金钢合金钢q铸铁铸铁q非铁金属及其合金非铁金属及其合金第三章第三章 金属材料金属材料 金金属属材材料料：是是指指纯纯金金属属和和以以纯纯金金属属为为基基的的合合金金。大大部部分分金金属属的的结结合合键键完完全全为为金金属属键键，过过渡渡族族金金属属的的结结合合键键为为金金属属键键和和共共价价键键的的混混合合键键，但但以以金金属属键键为为主主。金金属属具具有有以下特性：以下特性：（1）良好的导电性和导热性。）良好的导电性和导热性。（2）正正的的电电阻阻温温度度系系数数，即即随随温温度度升升高高电电阻阻增增大大。绝绝大大多多数数金金属属具具有有超超导导性性，即即在在温温度度接接近近于于绝绝对对零零度度电电阻阻突突然然下下降降，趋趋近近于于零零 （3）良良好好的的反反射射能能力力，不不透透明明性性和和金属光泽。金属光泽。（4）良好的塑性变形能力。）良好的塑性变形能力。一般金属材料分为两类：铁及铁基合金和非铁合金。一般金属材料分为两类：铁及铁基合金和非铁合金。铁和铁基合金包括纯铁、钢和铸铁；非铁合金指铁及铁铁和铁基合金包括纯铁、钢和铸铁；非铁合金指铁及铁基合金以外的所有金属和合金，如铝、铜、钛、镁及其基合金以外的所有金属和合金，如铝、铜、钛、镁及其合金等。合金等。第三章第三章 金属材料金属材料 一、纯铁一、纯铁 纯纯铁铁的的性性能能：纯纯铁铁的的熔熔点点为为1538，常常温温下下密密度度为为7.87103kg/m3，具有铁磁性，弹性模量为具有铁磁性，弹性模量为2000MPa。纯铁的结构：纯铁的结构：体心立方，体心立方，20时点阵常数为时点阵常数为0.288nm，称称为为Fe；910发生同素异构转变，发生同素异构转变，9101390具有面具有面心立方结构，心立方结构，915点阵常数为点阵常数为0.364nm，称为称为Fe；1390以上晶体结构又转变为体心立方，称为以上晶体结构又转变为体心立方，称为Fe。第一节第一节 铁及铁基合金概述铁及铁基合金概述 1、碳钢的定义：、碳钢的定义：碳碳钢钢是是指指以以铁铁和和碳碳元元素素为为主主，含含有有少少量量锰锰、硅硅、硫硫、磷磷、氧氧、氮氮等等非非特特意意加加入入元元素素的的钢钢。碳碳是是其其中中最最主主要要的的合合金金元元素素。铁铁碳碳合合金金按按碳碳的的质质量量分分数数分分为为碳碳钢钢和和铸铸铁铁w(C)2.11%两类。两类。2、碳在铁碳合金中的作用、碳在铁碳合金中的作用 C在铁碳合金中的作用反映在在铁碳合金中的作用反映在FeC相图上（相图上（P18）。）。碳碳在在铁铁、铁铁和和铁铁中中均均以以间间隙隙形形式式存存在在于于固固溶溶体体中中，分分别别称称为为铁铁素素体体、奥奥氏氏体体和和固固溶溶体体（或或高高温温铁铁素素体体）。它它还还可可以以与与铁铁一一起起形形成成可可用用分分子子式式Fe3C表表示示的的化化合合物物，称为渗碳体。称为渗碳体。二、碳钢二、碳钢3、碳钢分类、碳钢分类：碳的质量分数分为低碳钢碳的质量分数分为低碳钢w(C)0.25%、中碳钢中碳钢0.25w(C)0.6%、高碳钢高碳钢w(C)0.6%。按钢的质量（杂质硫、磷的质量分数）分为普通碳素按钢的质量（杂质硫、磷的质量分数）分为普通碳素钢钢w(S)0.055%，w(P)0.045%、优质碳素钢优质碳素钢w(S)0.040%，w(P)0.040%、高级优质碳素高级优质碳素钢钢w(S)0.030%，w(P)0.035%。按用途分为碳素结构钢（用于制造各种工程构件如桥按用途分为碳素结构钢（用于制造各种工程构件如桥梁、船舶、建筑构件等和机器零件如齿轮、轴、连杆梁、船舶、建筑构件等和机器零件如齿轮、轴、连杆等）、碳素工具钢（用于制造各种工具如刃具、量具、等）、碳素工具钢（用于制造各种工具如刃具、量具、模具等）。模具等）。3、碳钢的牌号及用途、碳钢的牌号及用途 （1）普通碳素钢：普通碳素钢：普通碳素钢简称普碳钢，按力学性能供应。国家标准普通碳素钢简称普碳钢，按力学性能供应。国家标准GB700-88规定钢号有规定钢号有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等等5中。数字表示其最低屈服强度。中。数字表示其最低屈服强度。Q195、Q215、Q235钢塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢板、钢筋、钢管钢塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢板、钢筋、钢管等，可用于制造桥梁、建筑物等构件，也可用于制造螺钉、等，可用于制造桥梁、建筑物等构件，也可用于制造螺钉、螺帽、铆钉等。螺帽、铆钉等。Q255、Q275钢强度较高，常轧制成成形钢强度较高，常轧制成成形钢、钢板作构件用。钢、钢板作构件用。（2）优质碳素结构钢：优质碳素结构钢：优优质质碳碳素素结结构构钢钢对对磷磷、硫硫的的质质量量的的分分数数限限制制较较严严格格，钢钢号号用用碳碳的的平平均均质质量量分分数数的的万万分分数数表表示示。例例如如钢钢号号“20”，表表示示w(C)0.20%的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢。“45”表表示示w(C)0.45%的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢。若若钢钢中中锰锰的的质质量量分分数数较较高高，则则在在其其钢钢号号以以符符号号“Mn”，如如15Mn、45Mn等等。优优质质碳碳素素结构钢主要用来制造各种机器零件。结构钢主要用来制造各种机器零件。（3）铸钢：）铸钢：铸钢牌号的表示是在数字前铸钢牌号的表示是在数字前“ZG”，数字则代表钢数字则代表钢中碳的平均质量分数（以万分数表达）。例如中碳的平均质量分数（以万分数表达）。例如ZG25，表表示示w(C)0.25%的铸钢。铸钢可用来制造形状复杂而需的铸钢。铸钢可用来制造形状复杂而需要一定强度、塑性和韧度的零件，如起重运输机中的齿要一定强度、塑性和韧度的零件，如起重运输机中的齿轮、联轴器及重要的机件。轮、联轴器及重要的机件。（4）碳素工具钢：）碳素工具钢：碳碳素素工工具具钢钢的的w(C)0.651.35%，钢钢号号用用碳碳的的平平均均质质量量的的千千分分数数表表示示，并并在在前前冠冠以以“T”字字。例例如如T9是是w(C)0.90%的碳素工具钢。的碳素工具钢。碳碳素素工工具具钢钢均均为为优优质质钢钢，若若属属于于高高级级优优质质钢钢，则则在在钢钢号号后后标标注注“A”字字。碳碳素素工工具具钢钢主主要要用用来来制制造造各各种种刃刃具、量具、模具等。具、量具、模具等。一、热处理的含义及其作用一、热处理的含义及其作用 热处理是将固态金属或合金在一定的介质中加热、热处理是将固态金属或合金在一定的介质中加热、保温和冷却，以改变整体或表面组织，从而获得所需保温和冷却，以改变整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。它是改善金属使用性能和工艺性能的一性能的工艺。它是改善金属使用性能和工艺性能的一种非常重要的加工方法。热处理工艺基本都包括加热、种非常重要的加工方法。热处理工艺基本都包括加热、保温和冷却保温和冷却3个阶段。个阶段。第二节第二节 钢的热处理钢的热处理 二、钢的热处理基本原理二、钢的热处理基本原理 1、钢在加热时的组织转变、钢在加热时的组织转变 以以4545钢为例说明钢在加热时的组织转变过程。钢为例说明钢在加热时的组织转变过程。4545钢室钢室温平衡组织为铁素体加珠光体（铁素体与渗碳体片层间的温平衡组织为铁素体加珠光体（铁素体与渗碳体片层间的机械混合物见机械混合物见P23P23图图3-33-3）。如图）。如图P21P21图图3-13-1所示，加热温度所示，加热温度超过超过A Ac1c1（PSKPSK）线时，珠光体转变为奥氏体。随着温度的线时，珠光体转变为奥氏体。随着温度的提高，铁素体逐渐溶入奥氏体。温度超过提高，铁素体逐渐溶入奥氏体。温度超过A Ac3c3（GSGS）线时，线时，铁素体全部溶入奥氏体，这时的组织全部为较细的奥氏体铁素体全部溶入奥氏体，这时的组织全部为较细的奥氏体颗粒，碳在奥氏体中的质量分数与钢中碳的质量分数相同。颗粒，碳在奥氏体中的质量分数与钢中碳的质量分数相同。w(C)w(C)0.77%0.77%的钢（称共析钢）加热至的钢（称共析钢）加热至A Ac1c1以上时，其组织以上时，其组织为单相奥氏体，为单相奥氏体，w(C)w(C)0.77%0.77%的过共析钢的组织为渗碳体的过共析钢的组织为渗碳体奥氏体。由此可见，所有含碳量不同的碳钢在加热温度奥氏体。由此可见，所有含碳量不同的碳钢在加热温度超过超过GSEGSE线时都可以获得单相奥氏体组织。加热使钢的室线时都可以获得单相奥氏体组织。加热使钢的室温组织转变为奥氏体的工序统称为奥氏体化。温组织转变为奥氏体的工序统称为奥氏体化。2、钢冷却时的组织转变、钢冷却时的组织转变 将将加加热热组组织织为为单单相相奥奥氏氏体体的的工工件件，以以较较高高的的速速度度冷冷却却时时，奥奥氏氏体体冷冷却却温温度度低低于于A3、A1。实实际际转转变变温温度度与与A3、A1的的差差值值称称为为过冷度。过冷度。以以w（C）=0.77%的的共共析析钢钢为为例例介介绍绍钢钢冷冷却却时时的的组组织织转转变变。奥奥氏氏体体过过冷冷到到723500之之间间，得得到到的的组组织织都都是是层层片片状状铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物，统统称称为为珠珠光光体体组组织织。但但过过冷冷度度不不同同，片片层层组组织织粗粗细细不不同同，可可将将珠珠光光体体类类组组织织分分为为珠珠光光体体、索索氏氏体体和和托托氏氏体体。过过冷冷至至230550范范围围内内长长期期保保温温时时，过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变产产物物为为贝贝氏氏体体类类组组织织。贝贝氏氏体体是是碳碳化化物物（渗渗碳碳体体）分分布布在在分分布布在在碳碳过过饱饱和和的的铁铁素素体体基基体体上上或或铁铁素素体体之之间间的的两两相相混混合合物物。转转变变温温度度不不同同，形形成成的的贝贝氏氏体体形形态态也也明明显显不不同同。通通常常将将550350之之间间形形成成的的称称上上贝贝氏氏体体，350230之之间间形形成成的的叫叫下下贝贝氏氏体。体。将奥氏体化后的工件放入水中快速冷却时，奥氏体将在更将奥氏体化后的工件放入水中快速冷却时，奥氏体将在更低温度范围内转变，转变产物为马氏体。马氏体的结构是体心低温度范围内转变，转变产物为马氏体。马氏体的结构是体心立方的单相组织，实质上是渗碳体未从奥氏体中析出，而铁原立方的单相组织，实质上是渗碳体未从奥氏体中析出，而铁原子由面心立方转变为体心立方的碳过饱和铁素体。子由面心立方转变为体心立方的碳过饱和铁素体。1、退火、退火 退退火火是是指指将将钢钢加加热热到到适适当当温温度度，保保温温一一定定时时间间，然然后后缓缓慢慢冷冷却却（一一般般为为随随炉炉冷冷却却），以以获获得得接接近近于于平平衡衡状态组织的热处理工艺叫退火。状态组织的热处理工艺叫退火。根根据据处处理理的的目目的的和和要要求求，钢钢的的退退火火分分为为完完全全退退火火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火等。等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火等。（1）完完全全退退火火：又又称称为为重重结结晶晶退退火火，通通常常用用于于亚亚共共析析钢钢，是是把把钢钢加加热热至至Ac3以以上上2030，保保温温一一段段时时间间后后缓缓慢慢冷冷却却（随随炉炉冷冷却却），以以获获得得接接近近平平衡衡组组织织的的热热处处理理工工艺艺。它它的的目目的的在在于于使使铸铸、锻锻热热加加工工造造成成的的晶晶粒粒粗粗大大、晶晶粒粒大大小小不不均均匀匀的的组组织织细细化化，以以提提高高其其力力学学性性能能；或或使使中中碳碳以以上上的的碳碳钢钢和和合合金金钢钢得得到到接接近近平平衡衡状状态态的的组组织，以降低硬度，改善切削加工性能。织，以降低硬度，改善切削加工性能。三、钢的常规热处理三、钢的常规热处理（2）等等温温退退火火：是是将将钢钢件件或或毛毛坯坯加加热热到到高高于于Ac3（或或Ac1）的的温温度度，保保温温适适当当时时间间后后，较较快快地地冷冷却却到到珠珠光光体体区区的的某某一一温温度度，并并等等温温保保持持，将将奥奥氏氏体体转转变变为为接接近近平平衡衡组组织织的的组组织织，然然后后缓缓慢慢冷冷却却的的热热处处理理工工艺艺。它它的的目目的的与与完完全全退退火火相相同同，但但转转变变较较易易控控制制，能能获获得得均均匀匀的的预预期期组组织织；对对于奥氏体较稳定的合金钢，常可大大缩短退火时间。于奥氏体较稳定的合金钢，常可大大缩短退火时间。（3）球球化化退退火火：是是使使钢钢中中碳碳化化物物球球化化状状的的热热处处理理工工艺艺。它它主主要要用用于于过过共共析析钢钢，如如工工具具钢钢、滚滚珠珠轴轴承承钢钢等等，目目的的是是使使渗渗碳碳体体（或或碳碳化化物物）球球化化，以以降降低低硬硬度度，改改善善切切削削功功能，并为以后的淬火作组织准备。能，并为以后的淬火作组织准备。（4）扩扩散散退退火火：为为减减少少钢钢锭锭、铸铸件件的的化化学学成成分分的的不不均均匀匀性性，将将钢钢锭锭、铸铸件件加加热热到到略略低低于于始始熔熔温温度度的的温温度度，长长时时间间保保温温并并缓缓慢慢冷冷却却的的热热处处理理工工艺艺，称称为为扩扩散散退退火火，亦亦称称均均匀匀退火。退火。（5）去去应应力力退退火火：为为消消除除铸铸造造、焊焊接接、锻锻造造和和机机加加工工、冷冷变变形形等等冷冷热热加加工工在在工工件件中中造造成成的的残残留留应应力力而而进进行行的的低低温温退火，称为去应力退火。加热温度一般为退火，称为去应力退火。加热温度一般为550600。2、正火、正火 钢钢材材或或钢钢件件加加热热到到Ac3（亚亚共共析析钢钢）和和Acm（过过共共析析钢钢）以以上上3050，保保温温适适当当时时间间后后，在在空空气气中中均均匀匀冷冷却却，得得到到珠珠光光体体类类组组织织（一一般般为为索索氏氏体体）的的热热处处理称为正火。理称为正火。正正火火与与完完全全退退火火的的主主要要差差别别在在于于冷冷却却速速度度快快，使使钢的组织比较细，一般用于以下几方面：钢的组织比较细，一般用于以下几方面：最最终终热热处处理理，可可以以细细化化奥奥氏氏体体颗颗粒粒，使使组组织织均均匀匀化化；减减少少亚亚共共析析钢钢中中的的铁铁素素体体，使使珠珠光光体体含含量量增增多多并并细细化化，从从而而提提高高钢钢的的强强度度、硬硬度度和和韧韧度度。对对于于普普通通结结构构钢钢零零件件，力力学学性性能能要要求求不不很很高高时时，可可以以正正火火作作为为最最终终热热处处理。理。作作为为预预先先热热处处理理，截截面面较较大大的的合合金金结结构构钢钢件件，在在淬淬火火或或调调质质处处理理（淬淬火火高高温温回回火火）前前常常进进行行回回火火，以以消消除代状组织等，并获得细小而均匀的组织。除代状组织等，并获得细小而均匀的组织。改改善善切切削削加加工工功功能能，低低碳碳钢钢或或低低合合金金钢钢退退火火后后硬硬度度太太低低，不不便便于于切切削削加加工工。正正火火可可提提高高其其硬硬度度，改改善善切切削削加工功能。加工功能。3、淬火、淬火 将钢加热至奥氏体化后，快速冷却，使组织转变将钢加热至奥氏体化后，快速冷却，使组织转变为马氏体的热处理加工工艺称为淬火。马氏体的形态与为马氏体的热处理加工工艺称为淬火。马氏体的形态与钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小和形成条件有密切关钢的成分、原始奥氏体晶粒的大小和形成条件有密切关系。奥氏体晶粒越小，马氏体越细。细奥氏体转变成的系。奥氏体晶粒越小，马氏体越细。细奥氏体转变成的马氏体，在光学显微镜下分辨不出组织特征，称隐针马马氏体，在光学显微镜下分辨不出组织特征，称隐针马氏体。氏体。马氏体的形态一般分板条状和针状（或片状）马氏体的形态一般分板条状和针状（或片状）2种，种，主要决定于奥氏体中碳的质量百分数。主要决定于奥氏体中碳的质量百分数。P23图图3-4表明，表明，碳的质量百分数在碳的质量百分数在0.6以下时，基本上是板条马氏体，以下时，基本上是板条马氏体，碳的质量百分数低于碳的质量百分数低于0.25时，为典型的板条马氏体；时，为典型的板条马氏体；碳的质量百分数大于碳的质量百分数大于1.0者，则大多数是针状马氏体，者，则大多数是针状马氏体，而碳的质量百分数在而碳的质量百分数在0.6-1.0之间时，为板条和针状马之间时，为板条和针状马氏体的混合组织。氏体的混合组织。4、回火、回火 钢钢件件淬淬火火后后，为为了了消消除除内内应应力力并并获获得得所所要要求求的的性性能能，将将其其加加热热到到Ac1以以下下的的某某一一温温度度，保保温温一一定定时时间间，然然后后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。冷却到室温的热处理工艺叫做回火。淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。这是因淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。这是因为：第一，淬火后得到的是很脆的马氏体组织，并存为：第一，淬火后得到的是很脆的马氏体组织，并存在内应力，工件很容易产生变形和开裂；第二，淬火在内应力，工件很容易产生变形和开裂；第二，淬火马氏体和尚未发生转变的残余奥氏体都是不稳定组织，马氏体和尚未发生转变的残余奥氏体都是不稳定组织，在工作中会发生转变，导致零件尺寸变化，这对于精在工作中会发生转变，导致零件尺寸变化，这对于精密零件是不允许的；第三，需要获得要求的强度、硬密零件是不允许的；第三，需要获得要求的强度、硬度、塑性和韧度的配合，以满足零件的使用要求。度、塑性和韧度的配合，以满足零件的使用要求。（1 1）钢钢在在回回火火时时的的组组织织转转变变：钢钢淬淬火火后后得得到到的的是是不不稳稳定定的的马马氏氏体体和和残残余余奥奥氏氏体体。回回火火加加热热能能促促进进其其发发生生转转变变。根根据据转转变变过过程程和和形形成成的组织，回火可分为的组织，回火可分为4 4个阶段：个阶段：第第一一阶阶段段（200200以以下下）马马氏氏体体分分解解。在在200200以以下下加加热热时时，马马氏氏体体中中的的碳碳以以碳碳化化物物的的形形式式析析出出，而而使使过过饱饱和和度度减减小小，正正方方度度降降低低，形成的组织为回火马氏体。形成的组织为回火马氏体。第第二二阶阶段段（200200300300）残残余余奥奥氏氏体体分分解解。马马氏氏体体不不断断分分解解为为回回火火马马氏氏体体，体体积积缩缩小小，降降低低了了对对残残余余奥奥氏氏体体的的压压力力，使使之之转转变变为为下下贝贝氏氏体体，下下贝贝氏氏体体和和回回火火马马氏氏体体本本质质相相似似。残残余余奥奥氏氏体体从从200200开开始始分分解解，到到300300基基本本完完成成，得得到到的的下下贝贝氏氏体体不不多多，所所以以这这个个阶阶段段的组织主要是回火马氏体。的组织主要是回火马氏体。第第三三阶阶段段（250250400400）回回火火托托氏氏体体的的形形成成。马马氏氏体体和和残残余余奥奥氏氏体体在在250250以以下下分分解解形形成成碳碳化化物物和和过过饱饱和和度度较较低低的的固固溶溶体体后后，继继续续升升高高温温度度时时，过过饱饱和和固固溶溶体体很很快快转转变变成成铁铁素素体体；亚亚稳稳定定的的碳碳化化物物也也逐逐渐渐转转变变为为稳稳定定的的渗渗碳碳体体，此此阶阶段段到到400400时时基基本本完完成成，所形成的铁素体和细粒状渗碳体的混合组织叫做回火托氏体。所形成的铁素体和细粒状渗碳体的混合组织叫做回火托氏体。第第四四阶阶段段（400400以以上上）渗渗碳碳体体的的聚聚集集长长大大。回回火火托托氏氏体体中中的的固固溶溶体体已已恢恢复复为为不不再再过过饱饱和和的的铁铁素素体体，但但仍仍保保留留着着原原马马氏氏体体的的形形态态，与与此此同同时时，渗渗碳碳体体不不断断聚聚集集长长大大，于于约约400400时时聚聚集集球球化化，600600以以上上时时迅迅速速粗粗化化，如如此此所所形形成成的的铁铁素素体体和和粒粒状状渗渗碳碳体体的的混混合合组组织织叫做回火索氏体。叫做回火索氏体。一、概述一、概述 随着工业的发展，碳钢不能满足高强度，抗高温、随着工业的发展，碳钢不能满足高强度，抗高温、高压，耐低温，耐磨损等等要求。于是人们在碳钢中特高压，耐低温，耐磨损等等要求。于是人们在碳钢中特意加入一种或多种合金元素，形成了能够满足上述要求意加入一种或多种合金元素，形成了能够满足上述要求的合金钢。的合金钢。1.合金钢的分类合金钢的分类 按所含合金元素的多少，分为低合金钢、中合金钢和高按所含合金元素的多少，分为低合金钢、中合金钢和高合金钢；合金钢；按所含主要合金元素种类，分为铬钢、铬镍钢、锰钢、按所含主要合金元素种类，分为铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等；硅锰钢等；按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢等。按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢等。第第三节三节 合金合金钢钢2、各种合金钢简介、各种合金钢简介工程构件用钢工程构件用钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢合金刃具钢合金刃具钢合金模具钢合金模具钢合金量具钢合金量具钢不锈钢不锈钢耐热钢及高温合金耐热钢及高温合金耐磨钢耐磨钢一、概述一、概述铸铁是碳的质量分数大于铸铁是碳的质量分数大于2.11的铁碳合金，通常含有的铁碳合金，通常含有较多的较多的Si、S、P等元素。等元素。1.铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程 石墨化就是铸铁中碳原子形成石墨的过程。铸铁的石石墨化就是铸铁中碳原子形成石墨的过程。铸铁的石墨化过程可分为墨化过程可分为3个阶段：个阶段：v铸铁液体结晶出一次石墨和在铸铁液体结晶出一次石墨和在1154石墨与奥氏体同时石墨与奥氏体同时从液相中析出的共晶反应形成共晶石墨；从液相中析出的共晶反应形成共晶石墨；v在在1154738范围内奥氏体析出二次石墨；范围内奥氏体析出二次石墨；v在在738石墨与铁素体同时由奥氏体通过共析反应析出石墨与铁素体同时由奥氏体通过共析反应析出石墨。石墨。第四节第四节 铸铁铸铁2.铸铁中的合金元素铸铁中的合金元素按对石墨化的作用，合金元素可分为两大类：按对石墨化的作用，合金元素可分为两大类：促进石墨化的元素促进石墨化的元素C、Si、Al、Cu、Ni、Co等；等；阻碍石墨化的元素阻碍石墨化的元素Cr、W、V等，以及杂质元素等，以及杂质元素P、S。3.铸铁的组织和分类铸铁的组织和分类名称名称石墨化程度石墨化程度显微组织显微组织第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段灰口铸铁灰口铸铁充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行充分进行部分进行部分进行充分进行充分进行部分进行部分进行不进行不进行F+G（石墨）石墨）P+F+GP+G麻口铸铁麻口铸铁部分进行部分进行部分进行部分进行不进行不进行Ld+P+G白口铸铁白口铸铁不进行不进行不进行不进行不进行不进行Ld P Fe3C 根据石墨的形态对非白口铸铁分类：片状石墨的为灰根据石墨的形态对非白口铸铁分类：片状石墨的为灰口铸铁；团絮状的为可锻铸铁；球状石墨的为球墨铸铁；口铸铁；团絮状的为可锻铸铁；球状石墨的为球墨铸铁；蠕虫状石墨的铸铁为球墨铸铁。蠕虫状石墨的铸铁为球墨铸铁。4.4.铸铁性能特点铸铁性能特点 石墨对基体的严重割裂导致灰口铸铁的抗拉强度和石墨对基体的严重割裂导致灰口铸铁的抗拉强度和塑性较低。应力集中对石墨形态十分敏感，片状石墨引塑性较低。应力集中对石墨形态十分敏感，片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状石墨引起的应力集中较起严重应力集中，团絮状和球状石墨引起的应力集中较轻。轻。由于石墨的存在，铸铁具有某些特殊性能：由于石墨的存在，铸铁具有某些特殊性能：q因石墨造成脆性切屑，铸铁切削加工性能优异；因石墨造成脆性切屑，铸铁切削加工性能优异；q铸铁的锻造性能良好，铸铁凝固时形成石墨形成所产生铸铁的锻造性能良好，铸铁凝固时形成石墨形成所产生的膨胀，减小了铸件的体积收缩，并且降低了铸件中的的膨胀，减小了铸件的体积收缩，并且降低了铸件中的内应力；内应力；q石墨有良好的润滑作用，并能存储润滑油，使铸铁有良石墨有良好的润滑作用，并能存储润滑油，使铸铁有良好的耐磨性；好的耐磨性；q石墨对震动的传递起削弱作用，使铸铁具有良好的减振石墨对震动的传递起削弱作用，使铸铁具有良好的减振性能；性能；q大量石墨的割裂作用，使铸铁具有良好的减振性能；大量石墨的割裂作用，使铸铁具有良好的减振性能；q大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。二、各种铸铁的组织性能二、各种铸铁的组织性能一、铝及铝合金一、铝及铝合金1.铝及铝合金的特性：铝及铝合金的特性：密度低、比强度高；优良的物理、化学性能；加工性能良好。密度低、比强度高；优良的物理、化学性能；加工性能良好。2.纯铝纯铝 纯铝按纯度分为纯铝按纯度分为3分类：高纯铝；工业高纯铝；工业纯铝。纯分类：高纯铝；工业高纯铝；工业纯铝。纯铝的强度很低，不能作为结构材料使用。铝的强度很低，不能作为结构材料使用。3.铝合金铝合金q铝合金的固溶处理和时效铝合金的固溶处理和时效:将成分位于（将成分位于（p49)相图中相图中D与与F之间的之间的合金加热到合金加热到 相区，经保温获得单相相区，经保温获得单相 固溶体后迅速水冷，可在固溶体后迅速水冷，可在室温得到过饱和的室温得到过饱和的 固溶体。这种热处理过程叫做固溶处理。这固溶体。这种热处理过程叫做固溶处理。这种组织不稳定，在室温下放置或低温加热时，强度和硬度会明显种组织不稳定，在室温下放置或低温加热时，强度和硬度会明显升高。这种现象称为时效或时效硬化。升高。这种现象称为时效或时效硬化。q铝合金的分类：铝合金的分类：分为形变铝合金和铸造铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金2类。成分低于类。成分低于D的的合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变形加工，合金，加热时能形成单相固溶体组织，塑性较好，适于变形加工，称为形变铝合金；成分接近称为形变铝合金；成分接近D的合金，熔点较低，溶液流动性好，的合金，熔点较低，溶液流动性好，适于铸造生产，称为铸造铝合金。适于铸造生产，称为铸造铝合金。第五节第五节 非铁金属及其合金非铁金属及其合金二、铜及铜合金二、铜及铜合金1.铜及铜合金的特性：铜及铜合金的特性：优异的物理、化学性能；加工性能良好；某些特殊的力学性能；色优异的物理、化学性能；加工性能良好；某些特殊的力学性能；色泽美观。泽美观。2.纯铜纯铜 纯铜常称紫铜，主要用于制作电导体及配制合金。强度低，不宜纯铜常称紫铜，主要用于制作电导体及配制合金。强度低，不宜用作结构材料。用作结构材料。3.铜合金铜合金q黄铜黄铜:以以Zn黄铜不仅有良好的变形加工性能，而且有优良的铸造黄铜不仅有良好的变形加工性能，而且有优良的铸造性能。黄铜的耐蚀性比较好，与纯铜接近，超过铁、碳钢以及许性能。黄铜的耐蚀性比较好，与纯铜接近，超过铁、碳钢以及许多合金钢。为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，可多合金钢。为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，可加入加入Al、Fe、Si、Mn等元素，形成复杂黄铜。等元素，形成复杂黄铜。q青铜：青铜：原指铜锡合金，但工业上统称含原指铜锡合金，但工业上统称含Al、Si等的铜基合金，包等的铜基合金，包括锡青铜、铝青铜、铍青铜。括锡青铜、铝青铜、铍青铜。q白铜：白铜：以以Ni为主要合金元素的铜合金称为白铜。普通白铜具有较为主要合金元素的铜合金称为白铜。普通白铜具有较好的强度和塑性，能进行冷热变形，冷变形能提高强度和硬度。好的强度和塑性，能进行冷热变形，冷变形能提高强度和硬度。它的抗蚀性很好，电阻率较高。它的抗蚀性很好，电阻率较高。三、钛及钛合金三、钛及钛合金1.钛及钛合金的特性：钛及钛合金的特性：密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀及低温韧性良好等。密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀及低温韧性良好等。2.纯钛纯钛 纯钛塑性好、强度低，容易加工成形，可制成细丝和薄纯钛塑性好、强度低，容易加工成形，可制成细丝和薄片。固态时有两种结构，片。固态时有两种结构，Ti、Ti。3.钛合金钛合金q钛合金钛合金:钛中加入铝、硼等钛中加入铝、硼等稳定化元素获得稳定化元素获得钛合金。钛合金。其室温强度低于其室温强度低于钛合金和（钛合金和（）钛合金的，但高温钛合金的，但高温下高，并且组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性下高，并且组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能良好。能良好。q钛合金：钛合金：钛中加入钼、铬等后获得钛中加入钼、铬等后获得钛合金。钛合金。钛合金钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，并可通过淬火和时效有较高的强度、优良的冲压性能，并可通过淬火和时效进行强化。进行强化。q（）钛合金：钛合金：塑性很好，容易锻造、压延和冲压，塑性很好，容易锻造、压延和冲压，并可通过固溶处理和时效进行强化。并可通过固溶处理和时效进行强化。四、镁及镁合金四、镁及镁合金1.纯纯镁镁 纯镁是最轻的工程金属，纯镁的抗蚀性很差，纯镁是最轻的工程金属，纯镁的抗蚀性很差，容易受到腐蚀。镁的力学性能很低，不能用作容易受到腐蚀。镁的力学性能很低，不能用作结构材料。结构材料。2.镁镁合金合金 镁合金作为结构材料，具有一下特性：镁合金作为结构材料，具有一下特性：q密度低，比强度高；密度低，比强度高；q比铝合金有较大的承受载荷的能力；比铝合金有较大的承受载荷的能力；q具有优良的可切削加工性和可抛光性。具有优良的可切削加工性和可抛光性。五、轴承合金五、轴承合金1.概述概述 轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦和内衬的材料，轴承合金轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦和内衬的材料，轴承合金应有一下特性：足够的强度和硬度；足够的韧性和韧度；应有一下特性：足够的强度和硬度；足够的韧性和韧度；良好的磨合能力；搞的耐磨性；良好的耐蚀性、导热性，良好的磨合能力；搞的耐磨性；良好的耐蚀性、导热性，较小的膨胀系数。常用的轴承合金分为锡基、铅基、铝基、较小的膨胀系数。常用的轴承合金分为锡基、铅基、铝基、铜基等。铜基等。2.锡基轴承锡基轴承合金合金 是一种软基体硬颗粒类型的轴承合金。摩擦系数和膨胀系数是一种软基体硬颗粒类型的轴承合金。摩擦系数和膨胀系数小，塑性好导热性好，疲劳强度较低，许用温度也较低。小，塑性好导热性好，疲劳强度较低，许用温度也较低。3.铜基轴承铜基轴承合金合金 是一种硬基体软颗粒的轴承合金。较高的疲劳强度和承载能是一种硬基体软颗粒的轴承合金。较高的疲劳强度和承载能力，优良的耐磨性、导热性和低的摩擦系数。力，优良的耐磨性、导热性和低的摩擦系数。4.铝基轴承铝基轴承合金合金 密度低、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好等优点。密度低、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好等优点。