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1、材料科学基础,2007.12,第十一章 材料概论,主要内容:合金元素在钢中的作用低合金高强度钢合金结构钢合金工具钢不锈钢与耐热钢铸铁有色金属铝合金铜合金,11.1合金元素在钢中的作用,一、合金元素对钢性能的影响增加淬透性淬火回火钢力学性能相似性：不同成分机器零件用钢完全淬透再回火至相同硬度时，钢的各种常规力学性能大致相同；影响强度主要因素：马氏体量除钴外，所有合金元素都使C曲线向右降低临界冷却速度，淬硬层加深，淬透性提高，马氏体量增加，强度提高；,11.1合金元素在钢中的作用,一、合金元素对钢性能的影响提高回火抗力回火抗力：在较高回火温度下仍能保持高硬度或强度的能力回火稳定性；Si、Cr、Mo
2、、W等阻止马氏体分解，阻碍回火过程进行；合金元素必须溶入奥氏体才能起作用；二次硬化：高速钢等高温回火，回火硬度高于淬火硬度的现象：合金碳化物的弥散析出；二次淬火：残余奥氏体中碳含量下降，转变成马氏体。,11.1合金元素在钢中的作用,一、合金元素对钢性能的影响,获得碳钢不具备的特殊性能获得单相组织(F、A)或双相组织(F+A)耐腐蚀、耐热、低温性能好等；,合金元素对回火硬度的影响,11.1合金元素在钢中的作用,二、Me对钢平衡组织的影响合金元素在钢中的分布形成非金属夹杂：MnS,Cr2O3等；溶入固溶体：Ni、Si、Co等只溶于 铁素体；形成强化相：碳化物：VC、TiC、NbC、WC等；合金碳化
3、物：(FeMn)3C、(FeCr)3C；其他：AlN，金属间化合物等；自由存在:以游离状态存在于基体中，如银Ag、铅Pb。,11.1合金元素在钢中的作用,二、Me对钢平衡组织的影响合金元素对Fe-Fe3C相图的影响扩大相区的元素：C、N、Ni、Mn，提高A4点，降低A3及A1温度，相稳定存在区域扩大奥氏体形成(稳定)元素；缩小相区的元素：Cr、V、Mo、Ti、Si等，A4下降，A3及A1上升，缩小相区铁素体形成元素；所有合金元素使E点和S点左移。,11.1合金元素在钢中的作用,三、Me对钢不平衡组织的影响除Co外所有溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移提高淬透性；非或弱碳化物形成元素使C曲线整体
4、右移不改变曲线形状；强碳化物形成元素使C曲线分成两部分珠光体转变曲线和贝氏体转变曲线：Cr等强烈阻碍贝氏体转变，对珠光体转变影响不大；Mo(W)等则有效推迟珠光体转变而对贝氏体转变影响较小。,11.1合金元素在钢中的作用,钢的分类,低合金高强度钢,渗碳钢调质钢弹簧钢轴承钢,刃具钢模具钢,不锈钢耐热钢,钢的分类,按金相组织分,钢的分类,按冶炼方法分,冶炼设备,脱氧程度,钢的分类,按冶金质量分(S、P含量),钢的分类,按成分分,11.2低合金高强度钢,低合金高强度钢:HSLA(High Strength Low Alloy steel)构件用钢,低碳、低合金，高强度，保持塑性、韧性。一、低合金高强
5、度钢的性能要求高屈服强度减轻自重,降低成本;良好的塑性和韧性，塑脆转变温度低；好的工艺性能(冷加工成形能力和可焊性)和耐蚀性,普通低碳钢：s240MPaHSLA钢:s350500MPa,320mm厚的钢板：521%,ak纵向80Jcm-2,ak横向60Jcm-2，Tk-40,11.2低合金高强度钢,二、低合金高强度钢的成分与组织成分低碳：wc0.2%碳含量增加，b提高，s影响不大，脆断倾向大大增加，工艺性能变差。主加合金元素：Mn强化效果有显著的固溶强化作用；细化铁素体晶粒；增加珠光体数量.,Mn:扩大相区的元素,明显降低Ar3线,奥氏体向铁素体转变温度降低.,Mn含量不能超过1.5%出现贝氏
6、体;加入V、Nb、N等形成碳化物或氮化物沉淀强化；加入稀土元素改善夹杂物形态；加入少量P、Cu增加耐大气腐蚀性。,11.2低合金高强度钢,二、低合金高强度钢的成分与组织组织s500MPa，低碳贝氏体、铁素体+贝氏体、铁素体+马氏体。三、控制轧制微合金化钢成分：低碳+少量Nb、Ti、V；控制轧制：首先在高温奥氏体快速再结晶区粗轧几道；降温一定时间;降温至奥氏体不能再结晶和两相区时，终轧，继续变形；停轧后转变成晶粒极为细小的铁素体。,初轧温度高,碳化物等溶入奥氏体,奥氏体动态再结晶,晶粒不长大；,随温度降低,碳、氮化物析出,阻碍晶粒长大；,因Nb、Ti、V作用,奥氏体不能再结晶的温度增高.,已再结
7、晶的晶粒变扁平,界面面积增加,内部缺陷增多,产生变形带,铁素体转变形核位置增加.,11.2低合金高强度钢,四、双相钢双相钢：小岛状马氏体或下贝氏体分布在细小等轴铁素体基体上马氏体-铁素体或贝氏体-铁素体双相钢。成分：低碳,wMn1.5%,wSi0.5%,wV0.05%;组织形成：钢板轧制后在(+)两相区连续退火，形成富碳和富合金的奥氏体小岛分布在铁素体基体上，冷却后小岛转变为马氏体或贝氏体。性能：s=370MPa，b=665MPa，伸长率22%，冷变形加工性能好；变形后低温回火去应力，屈服强度有较大提高。,11.3合金结构钢,一、超高强度钢保证不断裂的条件下强度尽可能高：s1400MPa成分：
8、中碳合金钢 40CrNiMo热处理：淬火加低温回火冶炼、成分、热处理、加工等应严格控制多用于航空航天部门,11.3合金结构钢,二、具有综合力学性能的结构钢调质钢要求钢的强度和塑性韧性有最佳配合。成分：中碳，适量合金元素(保证淬透性即可)；热处理：淬火加高温回火调质，得回火索氏体；应用：各种轴类，连杆等,11.3合金结构钢,三、具有高弹性极限和疲劳强度的结构钢弹簧钢吸收冲击能量，减轻振动和冲击作用。储存能量，驱动零件完成预定工作。受力：周期交变应力。失效形式：疲劳断裂及过量塑性变形。性能要求：1.高的s、P、-1以及s/b；2.一定的塑性和韧性；,11.3合金结构钢,化学成分碳碳素弹簧钢 0.6
9、0.9%C 接近共析成分P提高;合金弹簧钢 0.5-0.7%C 合金元素使共析点左移。合金元素主加元素：Mn、Si;辅加元素：Cr、Mo、V、B、W等;热处理：淬火加中温回火，可附加喷丸处理,11.3合金结构钢,四、具有高接触疲劳强度和耐磨性能的钢轴承钢受力：周期接触应力(高压负荷)、冲击、磨损；失效：疲劳剥落、磨损、断裂、锈蚀等；,性能要求：1)高抗压强度、高-1(接触应力达4000-5000 MPa);2)高弹性极限不产生塑性变形；3)高而均匀的硬度和耐磨性；4)尺寸稳定性好；5)淬透性好,磨削性能好。,11.3合金结构钢,化学成分1.高碳 0.95-1.15%C保证淬硬性,提高硬度和耐磨
10、性。高P、高耐磨性要求C高，而-1不允许C太高。2.合金元素主要Me:Cr、Mn、Si。热处理：球化退火:获均匀分布粒状P,降低硬度便于机加工。淬火加低温回火。,11.3合金结构钢,五、表面具有高耐磨性和疲劳强度、心部有足够强度和韧性的结构钢渗碳钢受力情况：齿根部交变弯曲应力；啮合齿面接触疲劳和磨损；齿牙较大冲击(突然接合或刹车时)。失效形式：齿面磨损和剥落，齿牙断裂。性能要求：高的弯曲疲劳强度、高的接触疲劳强度、高的耐磨性，心部较高强韧性。,11.3合金结构钢,化学成分 低碳：wc0.10%-0.25%心部碳含量合金元素：Cr、Ni、Mn、Mo、W等.热处理正火+渗碳+渗后淬火+低温回火最终
11、组织表层：M回细粒状K少量A 高硬度、高耐磨性、高接触疲劳强度；心部：低碳M(淬透)或低碳MF(未淬透)，高强韧性表面有残余压应力提高弯曲疲劳强度。,11.4合金工具钢,一、工具钢的分类、成分与组织工具钢分类,工具,11.4合金工具钢,工具钢分类冷作工模具钢热作工模具钢高速钢耐冲击工模具钢塑料模具钢,a,b,c的性能要求：高硬度、高耐磨性、高红硬性，足够的塑性和韧性。成分特点：碳含量较高；大量碳化物形成元素。正常组织：极细隐晶马氏体加弥散分布在基体上细小碳化物颗粒少量残余奥氏体。,11.4合金工具钢,二、碳素工具钢和低合金工具钢碳素工具钢：T7T13，wc：0.7%-1.3%；T7、T8 aK
12、较高，耐磨性低，用于制做受冲击的凿子、木工工具等。T10、T12 aK低，耐磨性高，用来作锯条(T10)、车刀、锉刀(T12)及冷冲模等。优点：易锻造，易加工，价格便宜；缺点：淬透性低，水淬开裂倾向大；组织稳定性低，无红硬性(受热200硬度下降)；耐磨性不够。,11.4合金工具钢,低合金工具钢碳素工具钢加一种或多种合金元素(Cr、Mn、Si、W、Mo、V)构成，碳含量：0.75-1.5%范围，合金元素总量5%；应用：板牙、丝锥、搓丝板等精度和耐磨性要求高的薄刃工具。热处理预先热处理球化退火；最终热处理淬火、低温回火。,11.4合金工具钢,三、高速工具钢化学成分:高碳高合金,碳含量:0.7-1.
13、15%;主要合金元素：W、Mo、Cr、V、Co等利用二次硬化;分类:钨系，T1:W18Cr4V,18-4-1;钼系，M2：W6Mo5Cr4V2,6-5-4-2 性能特点：高淬透性、高红硬性、高强度、适宜的塑性和韧性。用途：各种加工工具。,11.4合金工具钢,热处理热加工：目的是破碎、细化粗大共 晶碳化物,提高aK值。退火：降低硬度，获得碳化物均匀 分布的粒状组织，为淬火做 组织准备。最终热处理：淬火加三次高温回火。硬度和红硬性要求为主,韧性要求不高时，取较高淬火温度，1280；形状复杂、厚薄不均，易变形开裂时，取较低淬火温度，1220。回火工艺：550560/1-1.5h 三次。一次:M淬火M
14、回,15%AM1,约10%A保留；二次:MM回，5-6%AM2；三次回火后可使A降低到1-2%水平。,11.4合金工具钢,四、高碳铬钢高碳高铬钢 Cr12MoV成分特点：高碳(1.45-2.3%)、高铬(11-13%);性能:淬透性高,高强度、高硬 度、高耐磨性，足够的韧 性，淬火变形微小；热处理:锻造、球化退火；淬火回火：一次硬化：淬火+低温回火，二次硬化：淬火+高温回火。,11.4合金工具钢,高碳中铬钢 Cr5Mo成分特点：C、Cr含量低于高碳高铬钢，wc约1%，wCr约5%；性能:淬透性高,高强度、高硬 度、韧性极好；五、热变形模具钢锤锻模 5CrNiMo摩擦，交变热应力，冲击，工作温度
15、300-400，截面大；成分特点：C 0.5-0.6%Ni、Cr、Mo、Mn；性能：高淬透性、良好综合力学 性能，较高热强性。,11.4合金工具钢,热挤压模 3Cr2W8V特点：工作面温升高(铝合金550,黑色金属可达900以上)，受力复杂，急冷急热热应力。性能要求：更高的高温强度和热稳定性，更好的热疲劳、热磨损抗力及好的韧性。成分特点：0.3-0.4%C 7.5-9.0%W 2.2-2.7%Cr 0.2-0.5%V优点：热稳定性高，耐磨性高。,11.5不锈钢与耐热钢,一、金属电化学腐蚀的基本概念电化学腐蚀：由于不同金属或金属的不同相间电极电位不同而在电解质作用下产生的腐蚀。,铁的电位低为阳极
16、，铜的电位高为阴极，两者由导线相连且同处于H2SO4电解质中：阳极(铁板)：FeFe 2+2e 不断失电子被腐蚀 阴极(铜板)：2H+2eH2 析出氢气,同一金属置于电解质溶液中时亦可因不同相间存在不同电极电位而形成原电池。,11.5不锈钢与耐热钢,形成原电池条件：1)存在电极电位差；2)有联接；3)处于同一电解质溶液中。腐蚀电池分类宏观腐蚀电池：不同金属直接接触组成；微观腐蚀电池：同一金属表面的不均匀性引起。减少电化学腐蚀的方法表面形成连续、致密的氧化膜；提高铁的电极电位；减少第二相，形成单项固溶体。,11.5不锈钢与耐热钢,碳C耐蚀性能为主时尽量少加；耐蚀性与力学性能并重时，可适当提高wc
17、 0.1%0.2%，最高0.4%；加C可得M型或F+M型不锈钢。,Cr对Fe-Cr合金电极电位的影响,二、不锈钢的化学成分与腐蚀抗力不锈钢的化学成分铬Cr在表面形成致密氧化膜Cr2O3;提高铁的电极电位，n/8规律；形成单相铁素体,不锈钢中最低铬含量wCr13%；镍Ni形成单相奥氏体；多与Cr共用，Cr可减少形成单相奥氏体时Ni的用量；,11.5不锈钢与耐热钢,不锈钢的抗腐蚀性能大气、水蒸气、水、弱腐蚀介质、汽油及食品中所有不锈钢耐蚀；在氧化性介质(硝酸)中不锈钢表面易于形成氧化膜，可在短时间内钝化不锈钢Cr含量需高于17%；稀硫酸等含氧量低，不易产生完整钝化膜，一般铬或铬镍不锈钢不耐蚀，可加
18、入钼、铜等。强有机酸中含氧量亦低，铬锰不锈钢耐蚀性好于铬镍不锈钢，加入适量钼、铜效果更好。含Cl-介质中易发生点蚀，含钼不锈钢耐点蚀性较好。,11.5不锈钢与耐热钢,三、不锈钢的脆性相析出FeCr金属间化合物，硬而脆，550-800长时间停留析出，常存在于晶界并伴有体积效应，造成脆性可在850以上长时间保温消除；475脆wCr15%，在400-520间保温或缓冷造成室温脆性。原因：此温度范围Cr原子易有序化，形成富Cr的相并与母相共格，畸变应增加，冲击韧性下降可快冷消除；,11.5不锈钢与耐热钢,晶间腐蚀脆性危险性极大原因：在敏化温度(450-800)加热或时效过程中沿界析出Cr23C6，造成
19、晶界附近贫铬，当铬含量低于13%时失去钝化效果。防止措施：1.固溶处理成分均匀；2.C减少Cr23C6的析出；3.定碳及稳定化处理加入铌、钛形成稳定碳化物NbC、TiC，减少Cr23C6的形成。4.改变Cr23C6析出数量及分布调整成分使组织中存在少量铁素体，Cr23C6优先在/界面析出，减少其晶界析出数量，降低晶间腐蚀。,11.5不锈钢与耐热钢,四、不锈钢的种类铁素体型不锈钢低碳：0.1%C，极限含量0.15%C；C是A形成元素，且与Cr形成Cr23C6，降低耐蚀性。高铬：13-30%，提高耐蚀性，保证形成F组织。组织：F+Cr23C6，不发生相变，保持单一铁素体组织不能用热处理方法强化。性
20、能及应用：1)耐蚀性好，尤其在硝酸等氧化性酸中耐蚀性特别好，常用于尿素生产厂家；2)抗氧化性较好，常作为耐热钢件用，如汽车排气阀等。3)抗应力腐蚀及切削加工性能优于奥氏体不锈钢。,11.5不锈钢与耐热钢,马氏体型不锈钢碳含量范围较大，从1Cr13的0.08-0.15%，到9Cr18的0.90-1.00%。铬取低限，大多12-14%，少数达17-19%；因碳是奥氏体形成元素，故加热冷却过程中有 相变，可淬火处理，Ms点在室温以上。性能：耐蚀性、塑性和焊接性能不如奥氏体、铁素体不 锈钢，但在耐蚀性基础上具有较好的力学性能，价廉，是不锈钢中最便宜的一种。主要钢号：1Cr13、2Cr13、3Cr13、
21、4Cr13,11.5不锈钢与耐热钢,奥氏体不锈钢铬-镍不锈钢成分特点：高铬18%,高镍9%,Cr、Ni相辅相成获得单一A；铬、镍总量：18%+9%=27%耐蚀电位：2/8;低(超低)碳0.1%减少K，提高耐蚀性；其他元素钛、铌、钼等，提高耐蚀性，固定C原子，防止晶间腐蚀。性能：1)耐蚀性最好，优于F和M不锈钢；2)塑性好、韧性高，无冷脆转变温度；3)无磁性；4)热强性高；5)可焊性好；6)切削加工性能低；7)晶间腐蚀敏感性较高。,11.5不锈钢与耐热钢,组织：平衡组织F+A+Cr23C6；热处理组织A+F+(Cr,Fe)23C6。非A稳定化钢，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9等，冷变形可引
22、起形变诱发马氏体相变；A稳定化钢，如0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti，则无此现象，强化效果有限。热处理固溶处理:消除应力和晶间腐蚀倾向，提高耐蚀性;消除应力处理:消除冷加工内应力,消除焊接应力及应力腐蚀敏感;稳定化处理:优先形成稳定的TiC、NbC，不形成或少形成Cr23C6，防止晶间腐蚀。,11.5不锈钢与耐热钢,沉淀硬化不锈钢指在马氏体基础上经过时效处理产生沉淀强化而得到超高强度的钢，主要有A-M沉淀硬化不锈钢和M沉淀硬化不锈钢两类。主要通过调整钢的成分，使Ms点降低，固溶处理后得到不稳定残余奥氏体或M+A组织，随后经时效析出金属间化合物强化。特点：易于加工，高强度、好的塑性、优
23、异的耐腐蚀性能。,11.5不锈钢与耐热钢,五、耐热钢能在高温下工作，有一定强度，抗氧化、耐腐蚀的铁基合金：抗氧化钢铁素体型；热强钢珠光体型、马氏体型、奥氏体型。铁素体抗氧化钢在铁素体不锈钢基础上发展起来的，主要添加Si、Al等抗氧化Me元素，且随Cr含量增加，抗氧化性提高。高温下迅速氧化，形成连续、致密、并牢固附着在金属材料表面的氧化薄膜，保护材料不被继续氧化。,11.5不锈钢与耐热钢,珠光体耐热钢特点：合金元素低，高温强度高,抗氧化及耐蚀性好,组织稳定性高不球化和石墨化,工艺性能好，价格低，可在600左右工作。按碳含量及用途可分为两类：低碳珠光体耐热钢(锅炉管线用钢)；中碳珠光体耐热钢.热处
24、理低碳:正火加高温回火,可得贝氏体、低碳马氏体及铁素体加珠光体组织。中碳:淬火加高温回火，组织回火索氏体。,11.5不锈钢与耐热钢,马氏体耐热钢常用:叶片用钢汽轮机叶片，工作温度450-620;排气阀用钢工作温度700-850,燃气含硫、钠、钒及盐类；性能：耐蚀性、热强性、耐磨性、抗氧化性；成分：Cr13型添加Mo、W、V、Nb、B等;较高碳、加硅提高抗氧化性能热处理：调质处理,11.6铸铁,一、概述铸铁：以铁、碳、硅为主要成分、有具有共晶转变的多元铁基合金。成分：wC=2.5%-4.0%，wSi=1.0%-3.0%，wP=0.4%-1.5%，wS=0.02%-0.2%。性能：铸造性能优良，工
25、艺简单，成本低廉。优良的减震性、耐磨性和可切削加工性能。,11.6铸铁,二、铸铁的石墨化及其影响因素铸件结晶的热力学与动力学铁碳合金双重状态图按Fe-Fe3C状态图结晶白口铸铁;按Fe-C状态图灰铸铁。,11.6铸铁,热力学条件1148 t 1154时，F+G最低，结晶出A+G；t 1148时，F+G和F+Fe3C均低于FL，但F+G最低，故有利于A+G形成。动力学条件Fe3C的wC为6.67%，而石墨的wC接近100%，Fe3C形核所需的能量起伏远小于石墨形核，因此，动力学条件有利于A+Fe3C的形成。石墨化两阶段：第一阶段：液相析出一次石墨、共晶石墨及一次渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨的过程
26、；第二阶段：共析石墨及共析渗碳体分解石墨。中间阶段：奥氏体析出二次石墨及二次渗碳体分解石墨；,11.6铸铁,影响因素冷却速度的影响冷却速度越慢，越有利于按Fe-C状态图结晶；冷速快，则按Fe-Fe3C状态图结晶；铸件壁厚、浇注温度和铸型材料对石墨化的影响可归结为冷却速度的影响，壁厚大、浇注温度高及砂型都有利于石墨化。化学成分的影响C、Si强烈促进各阶段石墨化；P亦促进石墨化，但作用小于C和Si；碳化物形成元素都阻碍石墨化；非碳化物形成元素影响较复杂。Mn和S的影响。,11.6铸铁,三、灰铸铁灰铸铁的组织金属基体加条形片状石墨;金属基体有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体三种。,11.6铸铁,灰铸铁
27、的性能抗拉强度 100-400 MPa石墨的缩减作用和切割作用；抗压强度:抗拉强度2.5-4.0:1(硬度范围130-270HBS)。石墨片粗大、量多，硬度、抗压强度下降；伸长率极小：0.2%-0.7%；冲击韧性：2-8J/cm2；耐磨性：灰铸铁耐磨性很好，脱落石墨润滑剂，石墨脱落后的微孔储存润滑油，存放磨损微粒。减振性：石墨割裂基体，阻止振动传播，减振效果好。,11.6铸铁,灰铸铁的变质处理机理：加入孕育剂(变质剂)，形成外来晶核，激发自生晶核产生细化组织处理;经变质(孕育)处理的灰铸铁为孕育铸铁;常用孕育剂：硅铁合金、硅钙合金、硅钙稀土合金和硅钡钙合金。方法：破碎，烘烤，置于浇道，冲入浇包
28、；组织：珠光体基体，细小石墨片均匀分布在P上，石墨的缩减和切割作用减小；性能：壁厚敏感性小，强度、耐磨性明显提高，塑性、韧性提高不大(与灰铁比)。,11.6铸铁,四、可锻铸铁可锻铸铁是白口铸铁石墨化退火后得到的高强度铸铁。分类：黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁。可锻铸铁的获得前提：有合格的纯白口组织铸铁，应降低促进石墨化元素的含量。成分：2.4-2.7%C,1.4-1.8%Si,0.5-0.7%Mn,0.08%P,0.25%S,少量孕育剂Al等。石墨化退火白口铸铁加热至高温长时间退火，渗碳体分解，形成团絮状石墨。,11.6铸铁,KTH300-06,石墨化退火处理,未浸蚀,KTH300
29、-06,石墨化退火处理,4%硝酸酒精溶液浸蚀,11.6铸铁,可锻铸铁的性能力学性能高于灰铸铁，接近球墨铸铁；工艺简单，成本低；水及盐水中耐蚀性优于碳素钢；耐热性优于灰铸铁和碳钢；黑心可锻铸铁有较高塑性和韧性，可承受冲击和振动；珠光体可锻铸铁具有较高强度和好的耐磨性，用于要求高强度、耐磨铸件；切削加工性能好。,11.6铸铁,五、球墨铸铁球墨铸铁：灰铸铁经球化和孕育处理，石墨成球形;球铁的强度、塑性和韧性较灰铸铁高得多，并有良好的耐磨性和减振性。,11.6铸铁,球铁的成分与制造工艺C、Si偏高，S、P低：wC=3.6%-3.9%，wSi=2.2%-2.7%；wS0.02%-0.32%,wP0.06
30、%;石墨的球化球化处理：铁液中加入球化剂，促使石墨结晶为球状的处理称为球化处理。球状石墨：多晶体，各单晶体(0001)面垂直半径。,11.6铸铁,常用球化剂：镁、稀土-硅铁、稀土-硅铁-镁(最多).球化处理同时应进行孕育处理，否则有白口倾向。原因：球化剂多为阻碍石墨化元素，难以产生石墨核心，孕育剂为强烈促进石墨化的元素(硅铁)。球铁的组织、性能与应用组织：基体组织加球状石墨铁素体球墨铸铁铁素体占80%以上；珠光体球墨铸铁珠光体占80%以上；贝氏体球墨铸铁等温淬火，基体主要为贝氏体。,11.6铸铁,性能及应用：F球铁：抗拉强度、塑性、冲击韧性均高于灰铁，伸长率达10%以上，汽车、拖拉机等的底盘零
31、件。P球铁：抗拉强度高于F球铁，屈强比高，常做汽车、拖拉机的曲轴。B球铁：高强度、高硬度、高疲劳极限和良好冲击韧性，可做汽车、拖拉机的传动齿轮。,11.6铸铁,球墨铸铁的热处理退火：去应力退火消除铸造应力；高温石墨化退火消除渗碳体；低温石墨化退火提高塑性韧性。正火：高温正火(完全A化正火)：880-950增加珠光体数量，细化P组织，提高强度和耐磨性。低温正火(不完全A化正火)：840-860细珠光体加碎块铁素体，提高塑性和韧性。淬火及等温淬火。,11.6铸铁,六、白口铸铁C以渗碳体形式存在的铸铁；高硬度，高耐磨性，韧性极低；多用于耐磨件：磨盘、磨轮、磨球、衬板等。,11.7铝合金,铝及其合金是
32、除钢铁外应用最多的金属材料，早在1886年，开始铝的工业生产；铝的蕴藏量极为丰富，大于其它有色金属的总和(8.2%)；1980年，全世界生产有色金属3500万吨，其中铝占1600万吨。铝及铝合金的特点：比重小，重量轻；导热、导电性能好；抗大气腐蚀性能好，无毒；工艺加工性能优异。,11.7铝合金,一、铝合金的强化常用合金元素主加元素(在铝中固溶度1%)Zn(32.2)、Mg(14.9)、Cu(5.65)、Li(4.2)、Mn(1.82)、Si(1.65)铝合金的强化方式：时效强化、固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、细化组织强化及冷作硬化强化等；时效强化不能有效提高疲劳极限；在拉应力和腐蚀介质共同作
33、用下易发生应力腐蚀裂纹垂直于拉应力方向且沿晶界扩展。,11.7铝合金,铝合金的分类变形铝合金Me含量B点；不能热处理强化的铝合金Me含量B点；,11.7铝合金,二、变形铝合金不能热处理强化的铝合金Al-Mg,Al-Mn系形变强化铝合金；室温析出的GP区热力学上不稳定,无明显时效强化效应,有固溶强化;成形性和焊接性能好，耐蚀性高防锈铝合金.可以热处理强化的铝合金Al-Cu、Al-Cu-Mg：硬铝系列组织:+(Al-Cu)、+S(Al-Cu-Mg)Al-Cu系：GP区(CuAl2)；Al-Cu-Mg:GP区SS(Al2CuMg);性能:耐蚀性不高，可热处理强化，自然时效。应用：飞机大梁、蒙皮、框架
34、等。,11.7铝合金,可以热处理强化的铝合金Al-Mg-Si系：锻铝组织:+强化相Mg2Al;性能:中等强度,良好的热塑性、成型性和挤压性能，耐蚀性好，对应力腐蚀不敏感；热处理：520淬火，170时效。AL-Zn-Mg,Al-Zn-Mg-Cu系AL-Zn-Mg系：中等强度，抗拉强度可达320MPa；易焊接，焊接后冷却可自然硬化；室温下可显著时效强化，主要通过GP区强化，可二次时效提高性能，先自然，后人工。Al-Zn-Mg-Cu系：属超硬铝，强度高600-700MPa，耐蚀性低，塑性较低，可焊性低，亦可二次时效。多用于航空、航天工业。,11.7铝合金,三、铸造铝合金Al-Si系：硅铝明成分：10
35、-13%Si(共晶成分11.7%)加少量Cu、Mg、Mn等；组织：粗大硅针在几乎是纯铝的基体上，变质处理可得细小共晶加树枝状初晶(力学性能改善)。,性能：可铸性好，耐蚀性高，强度低(150MPa)，不能热处理强化，加入Cu、Mg、Mn、Ni等可获得热处理强化的Al-Si合金。应用：内燃机零件如缸体、缸盖等。,11.8钛合金,一、钛的特性纯钛为密排六方结构,因c/a较小,滑移面增多,易于塑性变形;低温性能优良,可在液氮甚至液氢温度保持塑性可做航天器燃料贮箱;密度小,重量轻,有较高的比强度和比刚度,较高的高温强度;易于形成稳定、致密的氧化膜,腐蚀抗力高;有同素异构转变,转变点883:883,体心立
36、方,相;883,密排六方,相.,11.8钛合金,合金元素的影响:稳定相的扩大相区:Al、O、N、C等；稳定相且与同晶型的与相互溶、扩大相区：Mo、V等；稳定相，但发生共析转变的Si、Cu、Mn、Fe、Ni、Co等。,11.8钛合金,二、钛合金的分类工业纯钛及钛合金工业纯钛：纯度99.0%99.5%,杂质主要是氧氮碳和铁；级别和强度主要决定于氧含量；强度较低，耐蚀性很好，对硝酸、氯化物、硫化物都有抗蚀性，加入少量铅后在非氧化性酸(硫酸、盐酸、磷酸)中也有很好的耐蚀性能。全钛合金：成分：Ti-wAl5%-wSn2.5%;Al和Sn均能稳定相，也都有固溶强化效果；极好的低温材料。,11.8钛合金,+
37、钛合金典型合金成分:Ti-wAl6%-wV4%;性能：易于焊接、锻造和切削加工，热处理后抗拉强度最高可达1173MPa,热稳定性好。淬透性差。热处理：工艺：低于转变线，高于Ms温度固溶处理后淬火时效；组织：淬火后+钛马氏体；高温时效后马氏体中析出细小相。用途：火箭发动机壳体、航空发动 机压缩机叶片、结构锻件，紧固件等。,11.8钛合金,三、钛合金的应用在宇航工业中的应用；在化工及一般工程上的应用；作为生物材料应用。,11.9铜合金,一、铜合金的一般特性纯铜的基本特性：比重大，导电导热性能好，面心立方结构，无同素异构转变，耐大气腐蚀性好，在氧化性酸及盐类溶液中不耐蚀，无磁性；力学性能：纯铜 b
38、200-240MPa，50%；冷变形后 b 400-500MPa,6%；没有低温脆性。铜合金的分类黄铜(Cu+Zn)白铜(Cu+Ni)青铜(Cu+其他元素),11.9铜合金,二、主要的铜合金及性能黄铜黄铜中的相：1)相Zn溶于Cu中的固溶体，面心立方；2)相CuZn(电子化合物)为基的固溶体，体心立方,高温下塑性极高,低温硬而脆();单相黄铜(H68)抗蚀性、室温塑性好，强度较高可冷加工变形，多用于各种冷加工成形件，弹壳等；+双相黄铜强度主，室温塑性差，需高温热加工，可作水管、油管等，用途广泛；,11.9铜合金,青铜锡青铜：锡为主加元素的Cu-Sn二 元合金；性能：铸件致密性差；随锡含量增加，强度、塑性都增加，但7%Sn后塑性剧减；耐蚀性好于纯钢和黄铜。应用：压力加工锡青铜弹性元件、耐磨件等；铸造锡青铜阀门、管配件、轴瓦、衬套等耐磨件。,11.9铜合金,铝青铜：铝为主加元素的Cu-Al二 元合金性能：1)铸造流动性好，铸件致密，但易产生集中缩孔及粗大 柱状晶，可加入复合变质剂(Ti+V+B)细化晶粒；2)强度、硬度、耐磨性、腐蚀性能都超过锡青铜和黄铜；应用：弹性元件、齿轮、轴套、轴承等高强度耐磨件。,课程全部结束,
