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1、1.4 其他常用金属材料,贵金属：Au、Ag、Pt-,一、合金钢,合金,碳钢,合金钢,？,主要由Fe、C两元素组成，含其它杂质元素，如Si、Mn、S、P、N等,在碳素钢的基础上有目的地添加了其它合金元素，如Mn、Si、Ni、V等。,杂质元素,合金元素,同为Si、Mn等非Fe、C元素，为何在碳钢中称为杂质元素，而在合金钢中则称为合金元素？,为何要在碳钢的基础上加上其它合金元素？,为了改善钢的某种性能，有意加入的元素称为合金元素，而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素！,获得比碳素钢更好的性能强硬度、塑韧性、耐腐蚀性、尺寸稳定性、耐摩擦性能、易切削性等。,合金钢的种类
2、繁多，根据选材、生产，研究和管理等不同的要求，可采用不同的分类方法：,1.按合金钢的用途分类,1)合金结构钢 2)合金工具钢 3)特殊性能用钢,2.按合金元素的含量分类,低合金钢：钢中合金元素总量5。中合金钢：510。高合金钢：10。,3.按平衡状态或退火组织分类,亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。,合金钢的分类,牌号及其表示方法,一般表示方法：“两位数字+元素符号+数字+”,表示含碳量，万分之一为单位,表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含碳量低于1.5%时，数字省略,高级优质钢在最后加A表示,举例,60Si2Mn,w(C)=0.6%,w(Si)=1.5-2.4%,w(Mn)1
3、.5%,18Cr2Ni4WA,w(C)=0.18%,w(Cr)=1.5-2.4%,w(Ni)=3.5-4.4%,w(W)1.5%,高级优质钢,特例：滚动轴承钢（GCr15），G表示滚动轴承，Cr是常加元素，15表示含铬量千分之一为单位 易切削钢（Y40Mn），Y表示易切削钢，后面部分与一般表示方法相同,GCr25与Cr12的含铬量？,GCr25：含2.5%Cr；Cr12：含12%Cr,1)合金结构钢的编号,2)合金工具钢的编号,牌号的一般表示方法,合金元素：表示方法与合金结构钢相同,高速钢，不论含碳量多少都不标，W18Cr4V,含碳量：W(C)1.0%，不标；W(C)1.0%，以一位数表示，千
4、分之一为单位,合金结构钢中合金元素是怎么表示的？含碳量又是如何表示的？,特例,牌号表示方法,牌号的表示方法,特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！如9Cr18,不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。w(C)0.03%，在最前面用“00”表示，w(C)0.08%，在最前面用“0”表示,00Cr17Ni14Mo2，0Cr18Ni9,耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加“ZG”，“ZG+元素符号+数字.”,百分之一为单位,ZGMn13-1,返回,3)特殊性能钢的编号,一、铸铁的特点及分类,1.成分 C2.11%wt的铁碳合金称为铸铁，特点是含有较高的C和Si，同时也含有一定的Mn、P、S
5、等杂质元素。,3.性能缺点：强度、塑性及韧性较差，不能锻造 优点：具有良好的铸造性，具有高的减摩性、切削加工性和低的缺口敏感性,2.组织 铸铁中C、Si含量较高，C大部分、甚至全部以游离状态石墨（G）形式存在。,二、铸铁,4.分类,白口铸铁 渗碳体，莱氏体组织灰口铸铁 石墨麻口铸铁 渗碳体+石墨 普通灰口铸铁 石墨呈片状；孕育铸铁 石墨呈细片状；可锻铸铁 石墨呈团絮状 蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状；球墨铸铁 石墨呈球状。,1）根据C的存在形式，可以将铸铁分为：,2）根据石墨形态，灰口铸铁可以分为：,灰口铸铁的组织 钢基体+G,5.铸铁的性能,力学性能 强度、塑韧性比钢低:G的强度、韧性极低，减小钢基
6、体的有效截面，并引起应力集中。耐磨性好:石墨有利于润滑、储油。,其它性能 缺口敏感性低：表面粗糙对疲劳极限的影响不明显 消震性好：钢的十倍，G 组织松软 铸造性好：接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收缩小。切削加工性好：G 使切屑易断，还可润滑刀具。,二、白口铸铁,碳几乎全部以渗碳体（Fe3C）的形式存在，断口为银白色。,渗碳体硬而脆，一般很少直接使用。有时利用它硬度高、耐磨的特点来制造一些形状简单且不需要机加工的工具，如铁锅、犁等。,三、灰口铸铁,1.灰口铸铁的牌号、成分与组织1)牌号：新标准GB5612-85，HT（灰铁）+三位数字（最低-），表7-1。其中，HT100为F基，HT150
7、为F+P基，HT200-250为P基，HT250-350为孕育铸铁。2)成分：2.5-3.6%C，1.1-2.5%Si，0.6-1.2%Mn及少量S和P。3)组织：G呈片状，按基体分为F、F+P及P灰口铸铁，分别适用于低、中、较高负荷，图7-4。,2.灰口铸铁的性能与应用 性能：与普通碳钢相比，机械性能低；耐磨性与消震性好；工艺性能好 应用：机床床身、导轨、缸体、机座等,1.球墨铸铁的牌号、成分、组织与性能1）牌号：按GB1348-78，QT（球铁）+三位数字（最低b）+两位数字（最低）。如 QT700-2，表示 b700，2。2）成分：C、Si质量分数较高，Mn质量分数较低 3）组织：钢基体
8、（F、F+P、P、回火S、下B)+球状G 4）性能：较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有相当良好的塑性及韧性。,四、球墨铸铁 在铁水浇注前加球化剂（稀土Mg）使G球化,五、蠕墨铸铁 在铁水浇注前加蠕化剂而得,牌号：“RuT”表示“蠕铁”，如 RuT420，表示 b420。组织：钢基体+蠕虫状G性能：强度、塑韧性优于灰铸铁。应用：高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。,3.3.2 常用铸铁,六、特殊性能铸铁 加合金元素，提高耐磨、耐蚀、耐热性,耐磨铸铁：机床的导轨、托板，发动机的缸套，球蘑机的衬板、磨球等 耐热铸铁：高温下具有良好的抗氧化和抗生长能力的铸铁，热生长是指氧化性气氛沿石墨片边界和裂纹渗入铸
9、铁内部，形成内氧化以及因渗碳体分解成石墨而引起体积的不可逆膨胀 耐蚀铸铁：铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素，能在铸铁表面形成一层连续致密的保护膜，可有效地提高铸铁的抗蚀性；而在铸铁中加入铬、硅、钼、铜、镍、磷等合金元素，可提高铁素体的电极电位，以提高抗蚀性；另外，通过合金化，还可获得单相金属基体组织，减少铸铁中的微电池，从而提高其抗蚀性。,3.3.2 常用铸铁,有色金属及其合金,一、铝及铝合金,纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72)，熔点低(660.4)导电、导热性能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。,铝合金制造的机翼,（一）纯铝,铝合金既具有高强度又
10、保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。,铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类.,（二）铝合金,一、铝及铝合金,GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为:防锈铝合金：LF+序号 硬铝合金：LY+序号 超硬铝合金：LC+序号 锻铝合金：LD+序号,主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。,卫星天线（LF2）,防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能
11、进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。,（1）防锈铝合金,主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等.,(2)硬铝合金,属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金.热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有 LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件,如飞机大梁、起落架等.,飞机主起落架,（3）超硬铝合金,Al-Cu-Mg-Si系合金
12、 可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。,压气机叶片,Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。,（4）锻铝合金,Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号,5.铸造铝合金,二、钛及钛合金,纯钛密度小，熔点高。882.5发生同素异构转变-Ti-Ti,由体心立方-Ti转变为密排六方-Ti
13、.纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。,美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造,（一）纯钛,纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。,纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.,按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金和+型钛合金三类，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0TA3为工业纯钛。,钛合金泵,（二）钛合金,型钛合金主加元素为铝，还有锡、硼等。不能热处理强化，通常在退火状态下使用,组织为单相固溶体.强度低于另两类钛合
14、金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越.,常用牌号有TA5、TA7等 主要用于制造500以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。,-Ti合金组织,型钛合金加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。经淬火加时效处理后，组织为相基体上分布着细小的相粒子。这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接,应用受到限制。,型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。主要用于350以下工作的结构件和紧固件,如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。,加入的合金元素有铝、钒、钼 铬等。可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。,+型钛合金共有九个牌号
15、，其中以TC4应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织为+时效析出的针状。,+型钛合金主要用于制造400以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等。,+型钛合金,三、铜及铜合金,（一）纯铜纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性，塑性好。,热轧铜合金,铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性.铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。,以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普
16、通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。,1.黄铜,（二）铜合金,普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。常用牌号有B5、B19等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等.,白铜件,以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。分普通白铜和特殊白铜。,2.白铜,特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。用于制造精密机械、仪表零件
17、及医疗器械等。,除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。,青铜制品,3.青铜,是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为314%。锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。,（1）锡青铜,常用牌号有QSn4-3、ZCuSn10Pb1等。,主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。,以铝为主加元素
18、的铜合金，铝含量为511%。,大型水力发电设备中的抗磨环,强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。,（2）铝青铜,以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵.,铍青铜制品,常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件.,（3）铍青铜,
