机械制造技术工程材料部分
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Transcript 机械制造技术工程材料部分
1、 材料的结构与性能
1.1 金属材料的性能
1.2
1.3
高分子材料的结构与性能
陶瓷材料的结构与性能
1.1
金属材料的性能
工艺性能
1.1.1
1.1.2
机械性能
1.1.3
理化性能
1.1.1 工艺性能
铸造性能：流动性、收缩性、偏析
锻造性能：塑性、变形抗力
焊接性能：焊接性、碳当量
切削性能：表面粗糙度、刀具寿命
热处理性能：淬透性
1.1.2 机械性能
强度、塑性、硬度、疲劳强度、断裂韧性
1.1.3 理化性能
● 物理性能：
密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。
● 化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性。
2、 金属材料的
组织与性能控制
2.1
纯金属的结晶
2.2
合金的结晶
2.3
金属的塑性加工
2.4
钢的热处理
2.5
2.6
钢的合金化
表面技术
2.1 纯金属的结晶
1. 纯金属的结晶条件
2.
纯金属的结晶过程
3.
同素异构转变
4. 细化铸态金属晶粒的措施
1.
纯金属的结晶条件
结晶： 液体 --> 晶体
凝固： 液体 --> 固体（晶体 或 非晶体）
液体
晶体
纯金属结晶的条件
就是应当有一定的
过冷度（克服界面能）
冷却曲线
T
T0
Tn
过冷度
T= T0 - Tn
}T
理论结晶温度
开始结晶温度
t
冷却速度越大，则过冷度越大。
2.
纯金属的结晶过程
形核和晶核长大的过程
液态金属
形核
晶核长大
完全结晶
（1）形核过程
两种形核方式 —— 自发形核 与 非自发形核
自发形核
由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成
的结晶核心。
非自发形核 —— 是依附于外来杂质上生成的晶核。
（2）晶核长大过程
两种长大方式 —— 平面生长 与 树枝状生长。
树枝状
生长
平面生长
3．同素异构转变
金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。
纯铁的同素异构转变
1394 C
912 C
-Fe，bcc -Fe，fcc -Fe，bcc
912 C
-Fe，fcc
-Fe，bcc
纯铁的冷却曲线
T
1538
}-Fe，bcc
1394
912
770
铁磁性
Cooling curve
}-Fe，fcc
}
-Fe，bcc
t
4.
细化铸态金属晶粒的措施
晶粒度 —— 表示晶粒大小，分8级（p111)。
晶粒度
1
2
3
4
5
6
7
8
单位面积晶粒数
（个/mm2）
细晶强化
16
32
64
128
256
512
102
4
2048
31
22
晶粒平均直径
（μm）
—— 晶粒细化使金属机械性能提高的现象
250
177
125
88
62
44
比较： 细晶强化-->强度、硬度、塑性、韧性↑
固溶强化-->强度、硬度↑，塑性、韧性↓
细化晶粒的措施
1.
提高过冷度
2.
变质处理
3.
振动结晶
G，N
（1）提高过冷度
N
G
T
形核率N 、长大速度G 与 过冷度T 的关系
（2）变质处理
在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织
的工艺措施。
变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。
（3）振动结晶
——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。
振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。
2.2 合金的结晶
2.2.1.
二元合金的结晶
2.2.2
合金的性能与相图的关系
2.2.3
铁碳合金的结晶
2.2.1
二元合金的结晶
1．匀晶相图
2．共晶相图
3．包晶相图
4．共析相图
1．匀晶相图
相图（平衡图、状态图）
平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。
T,C
1500
1400
1300
1200
1100
1000 1083
L
1455
L+
Ni
Cu
20
40
60
Ni%
80
100
铜-镍合金匀晶相图
液相线
液相区
T,C
1500
1400
1300
1200
1100
1083
1000
纯铜
熔点
L
L+
固相线
Ni
Cu
固相区
纯镍
熔点
1455
20
液固两相区
40
60
Ni%
80
100
匀晶合金的结晶过程
L
T,C
T,C
1500
1400
c
1300
1200d
1100
1000 1083
L
1455
L
a
L+
b
匀晶转变 L
L
Ni
Cu
匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，
100
而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。
20
40
60
80
Ni%
t
冷却曲线
杠杆定律：在两相区内，对
1. 随着温度的降低，
2.
在两相区内，对应
应每一确定的温度T1，两相
每一确定的温度，两
两相的成分分别沿液
质量的比值是确定的。即
杠杆定律
相的成分是确定的。
相线和固相线变化。
QL/Q=b1c1/a1b1
T,C
L
1500
1
1400
a1 b1
1300
L+
1200
1100a
2
1083
1000
Cu
20
b 40
1455
c
c1
60
Ni%
80
杠杆定律推论：在两
相区内，对应温度T1
时两相在合金b中的相
T1 对质量各为
T2 QL/QH=b1c1/a1c1
100
Q/QH=a1b1/a1c1
=1- QL/QH
Ni
例：求30%Ni合金在1280 时相的相对量
T,C
1500
1400
a1
1300
1200
1100a
1000 1083
Cu
18
20
解：作成分线和
温度线如图。
L
1455
b1L+
c
1280 C
c1
30 40
66
60
Ni%
80
100
根据杠杆定律推
论， Q / QH =
a1b1 /a1c1
=12/48=1/4
答：所求合金在
1280 时相的
Ni 相对质量为1/4。
2．共晶相图
液相线
铅-锡合金共晶相图
固相线
T,C
L+
L
L+
固溶线
固溶线
+
Pb
Sn
Sn%
共晶转变分析
T,C
L+
c
L
d
L+
e
+
Pb
Ld c
+ e
共晶反应线
表示从c点到e点
范围的合金，在
该温度上都要发
生不同程度上的
共晶反应。
共晶点
表示d点成分的合
Sn 金冷却到此温度
上发生完全的共
晶转变。
共晶反应要点
•
•
•
•
共晶转变在恒温下进行。
转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。
存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。
成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
T,C
183
L+
c
L
d
L+
e
+
Pb
Sn
L
X1合金结晶过程分析
T,C
T,C
1
2
183
L
L+
c
3
{
Pb
f 4
X1
L
d
L+
L+
e
+
g
L
+ Ⅱ
Sn
冷却曲线 t
Ⅱ
X1合金结晶特点
L
1.没有共晶反应过程，
而是经过匀晶反应形成
单相固相。
T,C
L
L+
L
组织组成物
+ Ⅱ
冷却曲线
2.要经过脱溶反应，
室温 组织组成物为
+ Ⅱ
t
Ⅱ
组织中，由一定的相构成的，
具有一定形态特征的组成部分。
X2合金结晶过程分析
（共晶合金）
L
(+ )
T,C
T,C
L
183
L+
c
L
d
L
L+
e
L(+ ) 共晶体
+
(+ )
Sn
Pb
X2
(+ )
冷却曲线 t
X3合金结晶过程分析
（亚共晶合金）
T,C
T,C
183
L+
c
L
d
+
Pb
L+(+ )+
L+
(+ )+
1
L+
e
2
(+ )+ + Ⅱ
Sn
X3
L
t
标注了组织组成物的相图
3．包晶相图
包晶转变：
Ld + c e
铂-银合金包晶相图
T,C
T,C
L
c
L
L+
L+
L+
d
L+
e
+
f
g
Pt
Ag%
+ Ⅱ
Ag
t
4. 共析相图
共析转变：
T,C
( + ) 共析体
L
L+
A
+
c
+
d
+
e
B
2.2.2 相图与性能的关系
1.
合金的使用性能与相图的关系
● 固溶体中溶质浓度↑ → 强度、硬度↑
● 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。
2. 合金的工艺性能与相图的关系
● 铸造性能
液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），
则流动性好，不易形成分散缩孔。
● 锻造、轧制性能
单相固溶体合金，
变形抗力小，变形均匀，
不易开裂。
2.2.3
铁碳合金的结晶
1．铁碳相图
2．结晶过程
3．成分-组织-性能关系
4．Fe-Fe3 C相图的应用
1．铁碳相图 (Fe-Fe3 C相图)
(1) Fe-Fe3 C相图的组元
● Fe —— α–Fe、δ-Fe (bcc) 和γ-Fe (fcc)
强度、硬度低，韧性、塑性好。
● Fe3 C —— 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。
(2) Fe-Fe3 C相图的相
●
液相 L
● δ相 （高温铁素体 ）—— δ–Fe（C）固溶体
● γ相（A ，奥氏体）—— γ-Fe（C）固溶体
● α相 （F，铁素体） —— α-Fe（C）固溶体
●
Fe3 C （ Cem， Cm，渗碳体）—— 复杂晶体结构
(3) 相图中重要的点和线
液相线ABCD
固相线AHJECF
包晶线 HJB，包晶点 J
共晶线 ECF，共晶点C
L4.3(A2.11+Fe3C)
高温莱氏体,Le或Ld
共析线 PSK，共析点S
A0.77(F0.02+Fe3C)
珠光体, P
ES线：C在A中的固溶线
PQ线：C在F中的固溶线
2．铁碳合金的平衡结晶过程
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
钢 —— 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 %
亚共析钢 ＜ 0.77 %
共析钢
＝ 0.77 %
过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁 —— 2.11
亚共晶白口铁 ＜
共晶白口铁
＝
过共晶白口铁 ＞
几种
常见
碳钢
% ＜ C % ＜ 6.69 %
4.3 %
4.3 %
4.3 %
类型
亚共析钢
共析钢
过共析钢
钢号
20
45
60
T8
T10
T12
碳质量分数／％
0.20
0.4
5
0.60
0.80
1.00
1.20
(1)工业纯铁 ( C % ≤ 0.0218 % )结晶过程
室温组织
F + Fe3CⅢ (微量)
500×
(2)共析钢 ( C % = 0.77 % )结晶过程
P中各相的相对量：
Fe3C % = ( 0.77 – xF ) / ( 6.69 – xF )
≈ 0.77 / 6.69 = 12 %
F % ≈ 1 – 12 % = 88 %
珠光体
强度较高，塑性、韧性和硬度介于
Fe3C 和 F 之间。
室温组织: 层片状 P
( F + 共析 Fe3C )
500×
(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
P % = ( 0.4 – 0.0218 ) / ( 0.77 – 0.0218 )
≈ 51 %
F % ≈ 1 – 51 % = 49 %
各相的相对量：
Fe3C % ≈ 0.4 / 6.69 = 6 %
F % ≈ 1 – 6 % = 94 %
室温组织:
F + P，500×
(4)过共析钢 ( C % = 1.2 % )结晶过程
各组织组成物的相对量：
Fe3CII % = ( 1.2 – 0.77 ) / ( 6.69 – 0.77 )
≈7%
P % ≈ 1 – 7 % = 93 %
各相的相对量：
Fe3CII % ≈ 1.2 / 6.69 = 18 %
F % ≈ 1 – 18 % = 82 %
室温组织:
P + Fe3CII 400×
(5)共晶白口铁 ( C % = 4.3 % )结晶过程
室温组织: （低温）莱氏体 Le′
（P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ）, 500×
莱氏体 Le′的性能：硬而脆
(６)亚共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织:
Le′+ P + Fe3CII
200×
(６)过共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程
室温组织:
Le′+ Fe3CI
500×
标注了组织组成物的相图
3．铁碳合金的
成分-组织-性能关系
含碳量与相的相对量关系：
C %↑→F %↓，Fe3C %↑
含碳量与组织关系：
图（a）和（b）
含碳量与性能关系
HB：取决于相及相对量
强度：C%=0.9% 时最大
塑性、韧性：随C%↑而↓
4．铁碳相图的应用
钢铁选材：相图性能用途
铸件选材和确定浇注温度
确定锻造温度( 在 A 区）
制定热处理工艺
局限性
相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。
小结
重点要求
1. 过冷度的概念，晶粒度的影响因素。
2. 杠杆定律及其应用。
3.
F、A、Cm、P、 Le′的组织和性能特点。
4.
Fe-Fe3C相图中共晶、共析区域分析。
5.
铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系。
一般要求
1. 同素异构转变。
2. 匀晶相图的分析方法。
3. 合金相图与性能的关系。
3、 金属材料的
组织与性能控制
3.1
纯金属的结晶
3.2
合金的结晶
3.3
金属的塑性加工
3.4
钢的热处理
3.5
2.6
钢的合金化
表面技术
2.3 金属的塑性加工
2.3.1
2.3.2
金属的塑性变形
塑性变形后的金属在加热时组织
和性能的变化
2.3.3
金属材料的热加工和冷加工
2.3.1
金属的塑性变形
1．单晶体的塑性变形
2．多晶体的塑性变形
3．塑性变形对金属组织和性能的影响
1．单晶体的塑性变形
单晶体变形的基本形式 —— 弹性变形、塑性变形（滑移 和 孪生）
正应力 使晶格发生 弹性变形 或 断裂
切应力 使晶格发生 弹性歪扭 或 塑性变形
塑性变形的实质 —— 原子移动到新的稳定位置
滑移
在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分
沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。
滑移的实现 —— 借助于位错运动
刃型位错运动
动画演示
混合型位错运动
动画演示
孪
生
在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）
和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。
黄铜中的孪晶
2．多晶体的塑性变形
晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。
晶粒小 → 晶界多 → 变形抗力大 → 强度，硬度↑（细晶强化）
晶粒小 → 变形分散，应力集中小 → 塑性↑，韧性↑
3．塑性变形对金属组织和性能的影响
(1) 晶粒拉长，纤维组织 → 各向异性 (沿纤维方向的强度、塑性最大）
变形10% 100×
工业纯铁
不同变形度
的显微组织
变形80% 纤维组织
100×
变形40% 100×
（2）织
构
绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。
晶粒拉长，但未出现织构。
晶粒拉长，且出现织构。
（3）加工硬化（形变强化
——
强化材料的手段之一）
金属在冷变形时，强度、硬度↑ ，塑性、韧性↓。
加工硬化的原因
塑性变形 → 位错密度增加，相互缠结(亚晶界)，运动阻力加
大 → 变形抗力↑
P21，图1-17
（4）残余内应力 —— 由金属内部不均匀变形引起
残余内应力的危害
引起零件加工过程变形、开裂。
耐蚀性↓
2.3.2 塑性变形后的金属在加热时
组织和性能的变化
1．回复
2．再结晶
3．晶粒长大
1. 回复
塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程（去应力退火） ：
位错和点缺陷大大↓，内应力显著↓ ，强度、硬度略有↓ 。
回复温度 =（0.25 ~ 0.3 ）T0
2. 再结晶
塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生再结晶过程（再结晶退火）：
通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。
加工硬化消除 —— 强度、硬度大大↓ ，塑性、韧性大大↑ 。
最低再结晶温度 TR
纯金属
TR =（0.4 ~ 0.35）T0
合金
TR =（0.5 ~ 0.7）T0
温度单位：绝对温度( K )
预变形度对TR的影响
再结晶后的晶粒度
加热温度 T ↑ → 晶粒直径 D↑
预变形度的影响
3. 晶粒长大
加热温度 T 和 加热时间 t ↑
→ 晶界迁移、晶粒合并长大。
工业纯铁 再结晶退火
显微照片 100×
变形80%
变形80% 400℃退火8小时
变形80% 600℃退火8小时
2.3.3
金属材料的热加工和冷加工
1．热加工对组织和性能的影响
2．冷加工对组织和性能的影响
1．热加工对组织和性能的影响
热加工 —— 在 TR 以上温度进行的变形加工， 如钢材的热锻和热轧。
热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。
热加工对组织和性能的影响
1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。
2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。
3）产生 流线 分布 —— 非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。
锻造曲轴
切削加工曲轴
２．冷加工对组织和性能的影响
冷加工 —— 在 TR 以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲。
冷加工时，无再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，
如产生加工硬化等。
小结
重点要求
1. 金属在冷加工时组织和性能的变化。
2. 金属再结晶时组织和性能的变化。
3. 加工硬化、细晶强化的概念。
一般要求
1. 塑性变形的本质和滑移机理。
2. 热加工对金属组织和性能的影响。
第2章 金属材料的
组织与性能控制 b
2.1
纯金属的结晶
2.2
合金的结晶
2.3
金属的塑性加工
2.4
钢的热处理
2.5
2.6
钢的合金化
表面技术
2.4 钢的热处理
热处理的概念
2.4.0
2.4.1
钢在加热时的转变
钢在冷却时的转变
2.4.2
钢的普通热处理
2.4.3
钢的表面热处理
2.4.4
2.4.5
2.4.6
钢的化学热处理
钢的热处理新技术
热处理的概念
把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，
以改变其组织和性能的一种工艺。
1．奥氏体的形成 —— Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。
共析钢加热到Ac1 以上时， P → A
共析钢A化过程 —— 形核 、长大、 Fe3 C 完全溶解、C的均匀化。
亚（过）析钢的A化 —— P → A 后，先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。
影响A转变速度的因素
加热温度和速度↑→ 转变快
C%↑或 Fe3 C片间距↓ → 界面多，形核多 → 转变快
合金元素 → A化速度↑或↓
A 晶粒度
加热温度，保温时间↑ → 晶粒尺寸↓
合金碳化物↑，C% ↓ → 晶粒尺寸↓
1. 过冷A的等温转变
共析钢的C 曲线
过冷A :
T < A1时，A不稳定。
A等温转变曲线
(TTT 或 C 曲线)
高温转变，A1 ~ 550℃
过冷A → P 型组织
中温转变，550℃ ~ MS
过冷A →贝氏体 ( B )
低温转变，MS ~ Mf
过冷A →马氏体 ( M )
800
T/℃
A
A1
700
过
冷
A
600
500
始
转变开
A→S
A→T
A→上
过
B
冷
A
400
300
A→P
转变结束
P 5~25HRC
S
T
25~35HRC
35~40HRC
上B
40~50HRC
下B 50~60HRC
A→下B
Ms
200
A→M
100
0
-100
60~65HRC
M+A'
Mf
M
0
1
10
10
2
10
3
10
4
5
10 时间/s
P 型组织 —— F + 层片状 Fe3C
珠光体 P
索氏体 S
屈氏体 T
层片间距：P > S > T
珠光体 P ，3800×
索氏体
S
8000×
屈氏体
T
8000×
高温转变过程 —— 晶格改变和Fe，C原子扩散。
中温转变（550℃ ~ MS） —— C原子扩散， Fe原子不扩散
过冷A → 贝氏体 B（碳化物 + 含过饱和C的F ）
上B， 550 ~ 350℃产物 —— 羽毛状，小片状Fe3C分布在F间。
上B 强度和韧性差
45钢，上B+下B，×400
光学显微照片 1300×
电子显微照片 5000×
下B， 350℃ ~ MS 产物
下B 韧性高，综合机械性能好。
T8钢，下B，黑色针状
光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒
电子显微照片 12000×
亚（过）共析钢过冷A的等温转变
与共析钢相比，C曲线左移，
多一条过冷AF （Fe3CⅡ）的转变开始线，且Ms、Mf 线上（下）移。
T/℃
800
A3
700
A
800
A→P
600
A1
A+F
A→F
A1
T/℃
800
T/℃
A
700
P+F
700
A→P
600
500
P
A→B
B
A→B
B
200
0
-100
M+A'
0
0
1
10
2
10
10
时间/s
3
10
4
-100
P+Fe3CⅡ
A→B
100
M+A'
0
Mf
0
B
Ms
200
100
M+A'
Mf
A+Fe3CⅡ
300
Ms
100
A→P
400
300
200
A1
e3CⅡ
A→F
500
400
Ms
300
A
600
500
400
Acm
Mf
1
10
2
10
10
时间/s
3
10
4
10
5
-100
0
1
10
2
10
10
时间/s
3
10
4
10
5
2. 过冷A的连续冷却转变
连续冷却 转变(CCT)曲线
Ps —— A→P 开始线
Pf —— A→P 终止线
KK' —— P型转变终止线
Vk —— 上临界冷却速度
Vk' —— 下临界冷却速度
MS —— A→ M 开始温度
Mf —— A→ M 终止温度
连续冷却 转变产物
炉冷→ P
(V ≈０)
空冷→ S
(V ≤Vk')
油冷→ T+M+A' (Vk' ～Vk)
水冷→ M+A'
(V≥Vk)
CCT 和 TTT曲线的比较
CCT 位于 TTT曲线 右下方
CCT中没有 A→B 转变
马氏体（M）转变特点
1) 无扩散
Fe 和 C 原子都不进行扩散，
M是体心正方的C过饱和的F，
固溶强化显著。
2) 瞬时性
M 的形成速度很快，
温度↓则 转变量↑
3) 不彻底
M 转变总要残留少量 A，
A中的C%↑ 则 MS、Mf ↓
，残余A含量↑
4) M形成时体积↑，
造成很大内应力。
M 的形态
板条M, 平行的细板条束组成
C% < 0.25 % 时，为板条M（低碳M）。
C% > 1.0 % 时，为针状M 。
C% = 0.25~1.0 % 时，为混合M 。
Fe-1.8C，冷至-100℃
Fe-1.8C，冷至-60℃
针状M（凸透镜状）
2.4.3
钢的普通热处理
1．退火
2．正火
3．淬火
4．回火
1．退火
加热、保温后，缓冷(炉冷)→ 近平衡组织 P（ + F 或 Fe3CII ）
完全退火（亚共析钢）
加热温度 Ac3 + 20～30℃
缓冷→ F + P
的：
细化晶粒，均匀化组织
降低硬度 → 切削性↑
等温退火：
等温转变→F + P，再缓冷
球化退火（过共析钢）
在Ac１+ 20～30℃等温，
使Fe3CⅡ球化，再缓冷 → 球
状P（F +球状Cm）
目的：
硬度↓,切削性↑,韧性↑
扩散退火
加热至略低于固相线
目的：使成分、组织均匀
再结晶退火：
加热温度 TR + 30～50℃
目的：消除加工硬化
去应力退火
加热温度＜ Ac1 ，
一般为 500～650℃
目的：
消除冷热加工后的内应力
２．正火
加热温度
Ac3 ( Accm ) + 30～50℃，
空冷 → S （ + F 或 Fe3CII ）
应用：
1) 钢的最终热处理
细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)% → 强度、韧性、硬度↑
2) 预先热处理 —— 淬火、球化退火前改善组织。
3) 增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。
3．淬火（蘸火）
加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却 → M 。
淬火温度
1) 亚共析钢 Ac3 + 30～50 ℃
2) 过共析钢 Ac1 + 30～50 ℃，
→ M + Fe3CII + A' ，硬度大。
A中C%↓→ M脆性↓ ，残余A%↓
淬火温度低 → M细小，淬火应力小。
冷却介质
冷却速度：盐水 ＞ 水 ＞ 盐浴 ＞ 油
淬火方法
单介质淬火：水、油冷
双介质淬火：水冷 + 油冷
分级淬火： ＞Ms盐浴中均温＋空冷
等温淬火（ 在盐、碱浴中） → 下B
钢的淬透性
淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度VK 。
淬硬性：淬火后获得的最高硬度，C%↑→淬硬性↑
影响淬透性的因素
除Co外，合金使VK↓ , 淬透性↑
淬透性的应用
按负载，选择不同淬透性的材料。
(a)完全淬透 (b)淬透较大厚度 (c)淬透较小厚度
淬透性不同的钢调质后机械性能的比较
4．回
火
淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。
目的：消除淬火应力，调整性能。
低温回火（150～250℃） → 回火M ( 过饱和F +薄片状Fe2.4C ) + A'
淬火应力↓ ，韧性↑ ，保持淬火后的高硬度。
用于高C工具钢等。
中温回火（350～500℃）→ 回火T (F +细粒状Cm )
弹性极限和屈服强度↑，韧性和硬度中等。
用于弹簧等。
高温回火（500～650℃）→ 回火S (等轴状F +粒状Cm )
综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都较好。
用于重要零件。
调质处理 —— 淬火 + 高温回火
回火产物的组织形态比较
回火M × 400
M 低倍
回火T
× 7500
T
× 1000
回火S
× 7500
S
× 1000
2.4.4 钢的表面热处理（表面淬火）
不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。
目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。
感应加热表面淬火
交变磁场 → 感应表面电流 → 表面加热
特点
1) 加热速度快，晶粒度小，硬度↑，脆性↓
2) 表层残余压应力 → 提高疲劳强度
3) 不易氧化、脱碳、变形小。
4) 加热温度和淬硬层厚度容易控制。
火焰加热表面淬火（乙炔－氧等火焰）
设备简单，但生产率低。
2.4.5 钢的化学热处理
将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，
以改变表层的化学成分、组织和性能。
分类 —— 渗 C、N化、C N共渗、渗硼、渗铬、渗Al等。
钢的渗 C —— 气体、固体渗 C
低C钢在高C介质中加热到900～950℃、保温 → 高碳表层（约1.0%）
目的：表面硬度，耐磨性↑ ，心部保持一定的强度和塑韧性。
渗碳后的的热处理
淬火
直接淬火 —— 晶粒粗大，残余A多，耐磨性低，变形大。
一次淬火 —— 加热温度Ac3以上（心部性能↑ ）或 Ac1以上（表面性能↑ ）
二次淬火 —— Ac3以上（心部性能↑ ）+ Ac1以上（表面性能↑ ）
低温回火, 150～200℃，
消除淬火应力，提高韧性。
钢的氮化
工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。
氮化温度低(500～600℃)，时间长（20～50h），渗层薄。
氮化前调质处理、氮化后无须淬火。
小结
重点要求
1. A等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组
织形态 、性能间的关系。
2. A连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组
织和性能的影响。
3. 四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。
一般要求
1. A晶粒长大的影响因素及控制方法。
2. 非共析钢C曲线的特点；淬透性的概念。
3. 钢的表面淬火；化学热处理。
“ 钢的热处理 ” 练习题
第2章 金属材料的
组织与性能控制 c
2.1
纯金属的结晶
2.2
合金的结晶
2.3
金属的塑性加工
2.4
钢的热处理
2.5
2.6
钢的合金化
表面技术
2.5 钢的合金化
碳钢：价格低，但是，
力学性能低，淬透性低，回火抗力差，
耐热、耐低温、耐蚀等特殊性能差。
合金钢 ：在碳钢中加入某些合金元素
2.5.1 合金元素与铁、碳的相互作用
溶于F —— 形成合金F，产生固溶强化。
形成碳化物 —— 稳定性，熔点、硬度比Cm高得多， 显著提高钢的强、硬度。
合金渗碳体，如 (Fe, Mn)3C ；
特殊碳化物，如 Cr7C3、MoC、WC、VC、TiC 。
2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
扩大或缩小A、F 区 —— 如，室温下，1Cr18Ni9 为单相A，1Cr17Ti 为单相F 。
使使共析转变点S左移 → 钢中P%↑，强度增加 。
使共晶转变点E 左移 → 钢中出现Le ' 。
2.5.3
合金元素对热处理的影响
1. 对A化的影响
减缓A化过程（Ni、Co除外）
合金碳化物难熔，阻碍C的扩散，需提高加热温度，延长保温时间。
细化晶粒 —— 合金元素及其碳化物（ Mn除外）阻止A 晶粒长大。
２. 对C曲线的影响
1) 使C曲线右移（过冷A稳定性↑ ），Vk↓，淬透性↑（Co除外）
正火时，S片间距↓（或 →B、M）, 强度↑
2）使 Ms、Mf 点下降，淬火后残余A量↑, 硬度↓
（Co，Al 除外）
非碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响
碳化物合金元素对碳钢C曲线的影响
３. 对回火转变的影响
1） 提高回火稳定性（钢对回火软化的抗力）
M 分解、碳化物长大、残余A转变、F再结晶被推迟到较高的温度才发生。
回火温度相同时，合金钢中析出的碳化物更细小，其强度更高。
２）产生二次硬化
弥散硬化
—— 第二相（沉淀）强化
回火温度较高时析出细小、
高硬度的合金碳化物，如Mo2C
，使硬度反而提高。
（韧性也大大↑ ）
二次淬火
回火时残余A中析出合金碳化物
→ A 中 C% ↓ → Ms、Mf ↑，
随后冷却时→M
w(C)=0.35%的钼钢的回火温度与
硬度的关系
３）增大回火脆性
淬火钢在某一温度范围回火时，韧性明显下降。（合金钢较明显）
第一类回火脆性，250～400℃，不可逆。
第二类回火脆性，450～650℃，可逆，回火后快冷可避免脆化。
铬镍钢的韧性与
回火温度的关系
2.5.4 合金元素对机械性能的影响
合金钢的强化机制：
合金F 的固溶强化
M位错强化
细晶强化（F、M晶粒度，P片间距↓）
第二相（沉淀）强化
小结
重点要求
1. 合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热
处理、机械性能的影响。
2. 回火稳定性、回火脆性、弥散硬化、二次硬
化等概念。
第3章 金属材料
3.1
碳钢
3.2
合金钢
3.3
3.4
铸钢与铸铁
有色金属及其合金
3.1 碳钢
3.1.1
碳钢的成分和分类
3.1.2
碳钢的牌号及用途
3.1.1
１.
碳钢的成分和分类
成分 —— w(C) ≤2.11%
Mn、Si →固溶强化
S → 热脆
P → 冷脆
O、N、H → 强度、塑性、韧性↓
２.
分类
1）按C含量分
低C钢
中C钢
高C钢
w(C) ≤ 0.25%
0.25% ＜w(C) ≤ 0.6%
w(C) ＞ 0.6%
2）按质量分（S、P含量）—— 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。
3）按用途分 —— 碳素结构钢、碳素工具钢。
3.1.2
碳钢的牌号及用途
1．碳素结构钢
2．优质碳素结构钢
3．碳素工具钢
1．碳素结构钢
牌号 —— 如 Q215B，表示 s ≥ 215 MPa（厚度 ≤ 16mm），B级质量。
表3-2
碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)
表3-1
碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)
碳素结构钢 新、老标准钢号对照
拉
伸
试 验
冲击试验
化学成分
GB/T700-1988
标准
GB700-79
屈服点
伸长率
s ,标准
%
s ，MPa
w( Si)
w(S )
w( P)
脱氧
V型冲
牌号
等级
w(C)
w(
Mn)
钢材厚度(直径)，mm A 类钢
mm %
% 钢材厚度(直径),
%
方法击功
抗拉 ——
保证力学性能，
牌
等
%
% 强度
温度 (纵向)
B 类钢 ——
化学成分和力学性能均须保证
>40
>100
>
>40不大于
>100 >
号
级
保证化学成分，
℃
b / —— 保证化学成分及力学性能。
C 类钢
Q195
0.25-0.50
0.3016 ~600.050
0.045
F,b,Z J
－ 16 0.06-0.12
150
~60 ~150 150
~150
MPa
Q215
A / BQ1950.09-0.15
0.25-0.55
0.30
0.050
/ 0.045 0.045
F,b,Z
A1；B1
不小于
不小于
不小于
Q2150.14-0.22
Q235 － A195
－
－
Q195
B Q2350.12-0.20
Q215 A/B 215 195 175
C Q255 0.18
A/B
Q235
235 215 195
C/D D Q275 0.17
0.30-0.65
－ 315-3900.3033
0.30-0.70
0.30
165 335-410 31
0.35-0.80
0.30
185
375-4600.3026
0.35-0.80
Q255 A/BA / 255
B
0.18-0.28
Q255
235 215
0.40-0.70
205
410-5100.3024
Q275 － －275 0.28-0.38
Q275
255 235
0.50-0.80
225
490-6100.3520
0.050－
－ A2；C2
A3；C3
0.045
29
27
A4；C4
0.040
24 0.035
C522
－0.045－ F,b,Z－
0.045
F,b,Z
－/20
－/27
26
0.040
Z
－/20
－/27
210.035
0/-20 TZ
0.050
－/20 Z －/27
22 / 0.045
20
190.045
18 0.05016
150.045－
Z －
用途
钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
热处理：热轧空冷
组织：S＋F
多边型角钢
钢桥梁
钢筋、螺纹钢
建筑构件
螺钉、铆钉
2．优质碳素结构钢
牌号 —— 如 45 钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。
表3-4
优质碳素钢的化学成分和性能
化学成分，%
s ，MPa
钢号
08F
10
20
35
40
45
50
60
65
C
Mn
Si
S
P
0.05-0.11
0.07-0.13
0.17-0.23
0.32-0.39
0.37-0.44
0.42-0.50
0.47-0.55
0.57-0.65
0.62-0.70
0.25-0.50
0.35-0.65
0.35-0.65
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.50-0.80
0.03
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
0.17-0.37
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
<0.035
≥
175
205
245
315
335
355
375
400
420
用途
较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。
热处理：
渗碳、淬火、回火等。
汽车曲轴
3．碳素工具钢
牌号 —— 如 T12A 钢，含C量为 12 / 1000 = 1.2 % ，
A表示高级优质，w(S) 0.020 % ，w(P) 0.030 % 。
表3-4
碳素工具钢的化学成分和性能（淬火后HRC≥62)
S, %
P, %
水冷淬火
温度，℃
钢号
C, %
Mn, %
Si, %
退火后
HBS,
T7
T8
T8Mn
T9
T10Mn
T10
T12
0.65-0.74
0.75-0.84
0.80-0.90
0.85-0.94
0.95-1.04
0.95-1.04
1.15-1.24
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
0.035
187
187
187
192
19
207
207
800-820
780-800
780-800
760-780
760-780
760-780
760-780
1.25-1.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.35
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
0.030
T13
0.40
0.40
0.40-0.60
0.40
0.40-0.60
0.40
0.40
0.40
0.030
0.035
217
760-780
用途
冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。
热处理：淬火 + 低温回火
组织：回火M＋ 粒状Fe3C + A'
螺纹量规
3.2 合金钢
3.2.1
概论
3.2.2
3.2.3
合金结构钢
合金工具钢
3.2.4
特殊性能钢
3.2.1
１.
概论
合金钢的分类（按用途分类）
合金结构钢 —— 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、弹簧钢 、轴承钢等。
合金工具钢 —— 刃具 、模具、量具钢。
特殊性能钢 —— 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。
２.
合金钢的编号
结构钢 —— 如 60Si2Mn ，w(C)=0.6% ， w(Si)=2% ，w(Mn)＜1.5%
工具钢、特殊性能钢 —— 如 9SiCr ，w(C)=0.9% ，w(Si)、w(Cr) 均＜1.5%
而 CrWMn 中，w(C)＞1.0%
专用钢 —— 如，滚动轴承钢 GCr15， w(C)=1.0% ， w(Cr)=1.5%
高级优质钢 —— 如，20Cr2Ni4A
3.2.2
合金结构钢
1．低合金结构钢
2．渗碳钢
3．调质钢
4．弹簧钢
5．滚动轴承钢
1．低合金结构钢
成分 —— w(C)＜0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。
性能 —— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。
常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV ≥34J）
主 要 化 学 成 分，%
钢号
旧钢号
09MnNb
Q295
Q345
Q390
Q420
Q460
12Mn
16Mn
C
Mn
0.16
0.80
0.18
16MnRe
16MnNb
~0.20
15MnTi
14MnVTiRe
15MnVN
14MnMoV
18MnMoNb
0.20
0.20
0.20
~1.50
1.00
~1.60
1.00
~1.60
1.00
~1.70
1.00
~1.70
机械性能
Si，
s ，MPa
b ，MPa
5 ，%
0.55
295
570
23
0.55
345
630
21~22
0.55
390
650
19~20
0.55
420
680
18~19
0.55
460
720
17
(摘自GB/T1591-1994)
热处理、组织 —— 热轧空冷，S＋F
应用
桥梁
船舶
车辆
高压容器
2．渗碳钢
成分 —— w(C)=0.1～0.25%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。
性能 —— 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。
渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃）
淬
透
性
主 要 化 学 成 分, %
钢号
C
Mn
Cr，Ni
20Cr
0.17~0.24
0.50~0.80
0.70~1.00
20MnV
0.17~0.24
1.30~1.60
20CrMn
20CrMnTi
0.17~0.23
0.17~0.23
0.90~1.20
0.80~1.10
低
中
0.90~1.20
1.00~1.30
预备处理
／
淬火, ℃
机械性能
p172
b
MPa
s
MPa
aKU2
J
880／ 800
水, 油
880水, 油
835
540
47
785
590
55
850 油
880 ／ 870
930
1080
735
835
47
55
1180
835
78
1180
1080
63
油
18Cr2Ni4WA
高
20Cr2Ni4A
0.13~0.19
0.17~0.23
W0.8~1.2
0.30~0.60
1.35~1.65
4.0~4.5
1.25~1.65
3.25~3.75
950 ／ 850
空
880／ 780
油
热处理
渗碳 → 淬火 → 低温回火
组织 —— 表层：回火M +碳化物+ A′；
心部：低C的回火M（+T + F）
应用 —— 耐磨件
20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。
20CrMnTi，汽车齿轮。
18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。
3．调质钢
成分 —— w(C)=0.25～0.50%，合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。
性能 —— 综合机械性能高
淬
透
性
钢号
45
低
40MnB
40Cr
中
35CrMo
38CrMoAlA
高
40CrMnMo
调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）
主 要 成 分, %
Si
C
Mn
Cr
0.42~ 0.50~
0.17~
0.50
0.37~
0.80
1.10~
0.37
0.20~
0.44
0.37~
1.40
0.50~
0.40
Cr 0.8
0.45
0.32~
0.80
0.40~
~1.10
Cr 0.8
0.40
0.35~
0.70
Al 0.7
~1.10
Cr 1.35
0.42
0.37~
~1.1
0.90~
0.45
1.20
~1.65
Cr 0.9
~1.20
机械性能
aKU2
b
s
MPa MPa
J
淬火
回火
℃
℃
830~
840水
580~
640空
500
水，油
500
水，油
550
水，油
640
水，油
600
600
355
39
980
785
47
980
785
47
980
835
63
980
835
71
水，油
980
785
63
850油
850油
850油
940
水，油
850油
热处理
调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。
组织 —— 表层：回火S
应用
40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。
35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。
40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。
汽车曲轴
4．弹簧钢
成分 —— w(C)=0.45～0.70 %， Si, Mn为主要元素，提高屈强比。
性能 ——σe 、σs、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。
主 要 成 分, %
淬火
钢号
65
85
65Mn
60Si2Mn
50CrVA
C
Mn
Si, Cr
油 ℃
0.62~
0.50~
0.17~
840
0.70
0.80
0.37
油
0.82~
0.50~
0.17~
820
0.90
0.80
0.37
油
0.62~
0.90~
0.17~
830
0.70
1.20
0.37
油
0.56~
0.64
0.60~
1.50~
870
0.90
2.00
油
0.46~
0.50~
850
0.54
0.80
Cr 0.8
~1.10
油
回
火
机械性能
℃
b
MPa
s
MPa
10
%
kJ/m2
500
1000
800
9
450
480
1150
1000
6
600
540
1000
800
8
800
480
1300
1200
5
800
500
1300
1150
5 9
800
ak
热处理
热轧弹簧：热成型 → 淬火 + 中温回火 → 喷丸
冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 → 冷成型 → 去应力 → 喷丸
组织 ——
回火T
应用
65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。
汽车板簧
火车螺旋弹簧
5．滚动轴承钢
成分 —— w(C)=0.95～1.10%，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。
性能 —— 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。
主要化学成分，w / %
钢号
GCr4
GCr15
GCr15SiMn
GMnMoVRE
GSiMoMnV
热处理规范及性能
C
Cr
Si
Mn
淬火℃
回火℃
0.95~
0.35~
0.15~
0.15~
800~
150~
1.05
0.95~
0.0
1.40~
0.30
0.15~
0.30
0.25~
820
820~
170
150~
1.05
0.95~
1.65
0.35
0.45~
0.45
0.95~
840
820~
160
0.75
0.15~
1.25
1.10~
840
770~
1.05
0.95~
0.40
0.45~
1.40
0.75~
810
780~
1.10
0.65
1.05
820
1.05
0.95~
1.40~
1.65
回火后 HRC
62~66
62~66
170~
200
>62
1705
62
175~
62
200
热处理
球化退火 + 淬火 + 低温回火
冷处理，时效（120～140℃,10～20h）：稳定尺寸，去应力。
组织 —— 回火M ＋细碳化物＋少量A'
应用
GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。
3.2.3
合金工具钢
1．合金刃具钢
2．合金模具钢
3．量具用钢
1．合金刃具钢
（１）性能要求
高硬度 —— 机加工刀具HRC＞60
高耐磨性 —— 刀具寿命和生产率↑
组织要求—— 硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。
高的热硬性（红硬性）—— 高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。
足够的韧性 —— 以承受冲击载荷
（２）低合金刃具钢
成分 —— w(C) = 0.9 ~ 1.5 % ，合金元素＜5 % 。
性能 —— HRC＞60，使用温度200 ~ 300 ℃ 。
主要化学成分，w / %
热处理及性能
钢号
9SiCr
CrWMn
C
Mn
Si
Cr
淬火℃
回火℃
0.85~
0.30~
1.20~
0.95~
860~
180~
0.95
0.60
1.60
1.25
880油
200
0.90~
0.80~
W1.2~
0.90~
820~
140~
1.05
1.10
1.60
1.20
840油
160
回火后HRC
60~62
62~65
热处理 —— 球化退火（+ 机加工）+ 淬火 + 低温回火
最终组织 —— 回火M + 合金碳化物 + 少量A '
应用 —— 如9SiCr ，做板牙、丝锥等。
丝锥
板牙
（３）高速钢
成分 —— w(C) = 0.7 ~ 1.2 % ，合金元素＞10 % 。
性能
高硬度、耐磨性 —— VC等弥散硬化
高热硬性 —— 600 ℃时HRC≈62 ，W2C等提高热硬性。
高淬透性 —— 尺寸不大时可空冷淬火，Cr 等元素提高淬透性。
主要化学成分，w，%
热处理及性能
钢号
W18Cr4V
W6Mo5Cr4V2
淬火℃
回火℃
3.80~
1270~
550~570
1.40
4.40
1285 油
三次
5.50~
1.75~
3.80~
4.75~
1210~
540~560
6.75
2.20
4.40
5.50
1230 油
三次
C
W
V
Cr
0.70~
17.5~
1.00~
0.80
19.0
0.80~
0.90
Mo
回火后
HRC
≥63
≥63
热处理
（锻造 +）球化退火（+ 机加工） → 淬火+回火
锻造目的 —— 成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。
淬火，1280 ℃ —— 增加A、M中合金含量，提高热硬性。
回火，560 ℃，三次 —— W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除A ' 。
淬火组织（左图）：M + 碳化物 + A '
最终组织（右图）：回火M + 粒状碳化物 + 少量 A '
应用 —— 高速车刀、钻头、铣刀等。
2．合金模具钢
（１）冷模具钢 —— 冷冲、冷镦、冷挤压模等。
性能 —— 高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。
应用
小型模具 —— 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等。
大型模具 —— Cr12、Cr12MoV 等，热处理变形小。
最终热处理 —— 淬火 + 低温回火
最终组织 —— 回火M + 碳化物 + 少量 A '
（２）热模具钢 —— 热锻、热挤压、压铸模等。
性能 —— 耐热性、热疲劳抗力高。
应用
中小型模具 —— 5CrMnMo 等。
大型模具 —— 3Cr2W8V等，淬透性好。
最终热处理 —— 淬火 + 高温回火
最终组织 —— 回火T 或 回火S
3．量具用钢—— 卡尺、千分尺、塞规等
性能 ——高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。
应用
简单量具 —— T10A、T12A 等。
高精度量具 —— GCr15、CrWMn 等。
最终热处理 —— 淬火 +（ -70～-80℃ ）冷处理 + 低温回火 + 时效处理
时效处理：120～130℃，保温几～几十小时，使M、 A ' 稳定，消除内应力。
最终组织 —— 回火M + 碳化物 + 少量A '
3.2.4
特殊性能钢
1．不锈钢
2．耐热钢
3．耐磨钢
1. 不锈钢
钢的抗腐蚀措施
形成单相组织。
加入Cr，降低两相的电极电位差。
加入Cr 、Al等，生成致密的表面氧化膜 。
常用不锈钢
F 型 —— 如 1Cr17，化工设备、食品工业。
M 型 —— 如 1Cr13 用于汽轮机叶片；3Cr13 做手术器具及刀具。
A 型 —— 如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、医疗行业。
不锈钢的成分、热处理、性能
类
别
M
型
F型
A
型
A-F
型
主 要 化 学 成 分, %
回火
℃
℃
b
MPa
s
MPa
5
%
HRC
HB
钢号
Ni
Ti
机械性能
淬火
C
Cr
1Cr13
0.15
12~
14
950~
1000水,油
700~
750
540
345
25
159
4Cr13
0.36~
0.45
12~
14
1050~
1100 油
200~
300
680
400
4
50
1Cr17
0.12
16~
18
780~
850 正火
450
205
22
183
0Cr18Ni9
0.07
17~
19
8~
12
1010~
1150 水
520
205
40
187
1Cr18Ni9Ti
0.12
17~
19
9~
12
0.5
~0.8
920~
1150 水
520
205
40
187
1Cr21Ni5Ti
0.09~
0.14
20~
22
4.8~
5.8
0.35
~0.8
950~
1100水,空
600
350
20
２. 耐热钢
抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力
热强性：热强性是指钢在高温下的强度
用途：锅炉、燃气轮机等
类
别
主 要 化 学 成 分, %
Cr
1Cr13
0.15
12~
14
1Cr11MoV
0.11~
0.18
10~
11.5
1Cr18Ni9Ti
0.12
17~
19
M
型
A型
Ni
8~
11
回火
℃
℃
b
MPa
s
MPa
5
%
HB
950~
1000油
700~
750
540
345
20
159
Mo
0.5
~0.7
1050~
1100空
720~
740
490
685
0.5
~0.8
920~
1150 水
520
205
钢号
C
机械性能
淬火
Ti
159
40
187
３. 耐磨钢
ZGMn13
热处理：1000℃～1100℃，保温，水冷→A，硬度低，韧性高。
性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著
提高，心部保持高韧性。
用途：履带、铁道岔道
小结
重点要求
1. 合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；
2. 合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。
３. 工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；
一般要求
１. 特殊性能钢；
２. 时效处理、热硬性等概念。
第3章 金属材料 b
3.1
碳钢
3.2
合金钢
3.3
3.4
铸钢与铸铁
有色金属及其合金
3.4 有色金属及其合金
铝及铝合金
3.4.1
3.4.2
铜及铜合金
3.4.3
钛及钛合金
3.4.4
轴承合金
3.4.1
铝及铝合金
1．纯铝
2．铝合金
Al及Al合金的特点
熔点660℃，密度2.7g/cm3，比强度高。
导电导热性好，耐大气腐蚀。
切削性好，塑性好、可冷成型。
铸Al合金的铸造性能好。
1．纯铝
工业纯铝 —— L1 ～ L5，做散热器、器皿等。
力学性能
σb = 80~100 MPa
δ= 30~50 %
2．铝合金
（1）分类和强化
分类 —— 变形铝合金、铸造铝合金
强化方法
固溶、冷变形、时效强化，
变质处理。
时效强化 —— 淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高
时效工艺
固溶处理（水冷淬火）→ 过饱和固溶体
时效过程 —— 过饱和固溶体分解，析出强化相 。
自然时效 —— 在室温长时间停留，如，数天。
人工时效 —— 加热至100~200℃，保温一定时间。
-CuAl2
（２）变形铝合金
合金
类别
主 要 化 学 成 分, %
机械性能
代号
热处理
Mg
Mn
其它
Cu
防锈铝 —— LF，不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉。
LF5 LY，做螺旋桨叶片、支柱。
4.5~5.5
0.3~0.6
硬铝 ——
防锈
4.8~5.5
0.3~0.6 V 0.02~0.2
超硬铝LF11
—— LC，做飞机大梁、起落架。
铝
LF21
1.0~1.6
退火
锻铝 —— LD，做锻件、模锻件。
LY1
2.2~3.0
0.2~0.5
LY11
3.8~4.8
0.4~0.8
0.4~0.8
LY12
3.8~4.9
1.2~1.8
0.3~0.9
超硬
LC4
1.4~2.0
1.8~2.8
0.2~0.6
Zn 5.0~7.0
铝
LC6
2.2~2.8
2.5~3.2
0.2~.5
Zn 7.6~8.6
LD5
1.8~2.6
0.4~0.8
0.4~0.8
Si 0.7~1.2
LD7
1.9~2.5
1.4~1.8
Ni 1~1.5
Fe 1.0~1.5
LD10
3.9~4.8
0.4~0..8
0.4~1.0
Si 0.5~1.2
硬铝
锻铝
固溶处理
+
自然时效
固溶处理
+
人工时效
σb
MPa
270
%
HB
23
70
270
23
70
130
23
30
300
24
70
420
18
100
480
11
131
600
12
150
680
7
190
420
13
105
440
13
120
480
10
135
（3）铸造铝合金
Al-Si 合金（硅铝明）——
铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。
主 要 化
学 成 分, %
机 械 性 能
合金
代号
铸造
热处
变质处理
—— 显著提高力学性能。
Si
Cu
Mg
方法
理
组织 —— 变质前，共晶体（粗针状Si + α基体 ）+ 初晶Si
ZL101
6.0~8.0
0.2~0.4
SB
T6
变质后，共晶体（细点状Si + α基体SB
）+ 初晶α
T2
铝硅
ZL102
10~13
ZL110
4.0~6.0
铝铜
ZL203
铝镁
ZL301
铝锌
ZL402
5.0~8.0
Zn5~7
%
HB
230
143
1
4
70
50
J
T2
153
2
50
J
T1
170
－
90
J
T4
210
6
60
9.5~11.5
S
T4
280
9
20
0.4~0.7
J
T1
240
4
70
0.2~0.5
4.0~5.0
6.0~8.0
b
MPa
铸造方法：SB——砂型变质； J——金属砂； S——砂型
铸造铝合金的应用
热处理： T1——不淬火，人工时效；
T2——退火；
变质处理后，×100
ZL102的铸态组织，未变质，×500
T4——淬火+自然时效；
T6——淬火+人工时效
3.4.2
铜及铜合金
1．纯铜
2．铜合金
Cu及Cu合金的特点
熔点1083℃，密度8.9g/cm3 。
导电导热性仅次于Ag。
耐大气、水腐蚀。
切削性好，塑性好，可冷、热成形。
铸Cu合金的铸造性能好。
1．纯铜 —— 紫铜（紫红色）
工业纯铜 —— T1 ~ T4 ，做电导体。
力学性能
σb = 230~250 MPa
δ= 40~50 %
纯铜管
2．铜合金
（１）黄铜 —— Cu-Zn系合金
普通黄铜 —— Cu-Zn合金
单相黄铜 —— 如 H80，含 80% Cu
，单相α，塑性好，可冷成型。
双相黄铜 —— 如 H62，α+β
可热变形。
，
铸造黄铜 —— 如 ZCuZn38，含
38% Zn 。
组织
牌号、性能
(a) 单相黄铜
α
(b) 双相黄铜
化学成分, %
代号
机械性能
Cu
Zn
加工
状态
H96
95~97
余量
退火
250
35
－
H80
79~81
余量
退火
270
50
－
H68
67~70
余量
退火
余量
40
25
－
退火
变形
300
300
420
5
H59
57~60
b
MPa
%
HB
Cu-Zn合金的显微组织
－
103
α+β’
复杂黄铜 —— 改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。
主要化学成分, %
组
别
代 号
机械性能(变形)
Pb 2.4~3.0
b
MPa
600
%
5
59.0~61.0
88.0~91.0
Pb 0.6~1.0
Sn 0.25~0.75
610
520
4
5
－
－
148
HSn 62-1
61.0~63.0
Sn 0.7~1.1
700
4
－
Al黄铜
HAl 77-2
76.0~79.0
650
12
170
Si黄铜
Al 1.8~2.6
Si 1.0~2.0
HSi 65-1.5-3
63.5~66.5
8
160
Mn黄铜
HMn 58-2
57.0~60.0
Pb 2.5~3.5
Mn 1.0~1.2
600
700
10
175
Fe黄铜
HFe 59-1-1
57.0~60.0
Fe 0.6~1.2
700
10
160
Ni黄铜
HNi 65-5
64.0~67.0
Ni 5.0~6.5
700
4
－
Pb黄铜
Sn黄铜
Cu
其它
HPb 63-3
62.0~65.0
HPb 60-1
HSn 90-1
HB
黄铜制品
（2）青铜 —— Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。
压力加工青铜
Sn青铜 —— 如 QSn4-3，含4%Sn 、3%Zn，其余为 Cu 。
做轴承、弹簧等。
Al青铜 ——如 QAl 10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。
Be青铜 —— 如 QBe2，做弹簧，高速轴承等。
铸造青铜 —— 如Sn青铜 ，ZCuSn10Zn2 。
（3）白铜 —— Cu-Ni 系合金
如，B19 ，含 19%Ni 的普通白铜，做船舶仪器零件等。
3.4.3
钛及钛合金
特性 —— 强度、塑性、比强度高，耐蚀、耐热、耐低温。
１．纯钛
银白色，熔点1680℃，密度4.54 g/cm3 。
同素异构转变 —— 882℃时，密排六方α-Ti ←→β-Ti（体心立方）。
牌号 —— 工业纯钛 TA1～TA3
2．钛合金
钛飞船
α-Ti 合金
可变形强化，如 TA7（Ti-5Al-2.5Sn）
β –Ti 合金
可时效强化，TB1（Ti-3Al-13V-11Cr）
（α+β）-Ti 合金
可时效强化，TC4（Ti-6Al-4V）
热处理
退火 —— 650～850℃（再结晶）
450～650℃（去应力）
淬火 + 时效处理
TC4 时效后的组织：
块状α＋β基体＋针状α
3.4.4
轴承合金
滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料
工作条件 —— 冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。
性能
强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。
导热、抗蚀性好。
轴瓦
Sn基轴承合金
ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）。
α软基体 + 硬质点（白方块是β-SnSb ＋白针状Cu6Sn5 ）
Pb基轴承合金
ZChPbSb16-16-2
(α＋β)共晶软基体 + 硬质点
Cu基轴承合金
——
做大载荷、高速轴承。
Pb青铜，ZQPb30，Cu硬基体＋Pb软质点。
Sn青铜，ZQSn10-1，软基体＋硬质点。
ZChSnSb11-6的组织，×100
小结
重点要求
熟悉常用Al、Cu合金的牌号、成份、热处理工艺、组织、及其应用:
LF5、LY11、LC4、ZL102
H80、H62、QSn6.5-0.1、QAl9-4、QBe2
一般要求
了解 Sn基轴承合金 ZChSnSb11-6 、Ti合金。
第4章 非金属材料
本章仅作一般了解
4.1
高分子材料
4.2
4.3
陶瓷材料
复合材料
4.1 高分子材料
一、概述
主要成分 —— 高分子化合物（分子量大，一般在103~107）
天然高分子材料 —— 松香、天然纤维、蛋白质、天然橡胶。
人工合成高分子材料 —— 塑料、合成橡胶、合成纤维（涤纶等）。
高聚物结构特点 —— 由一种或几种简单低分子化合物重复连接而成链状结构。
如聚乙烯、聚氯乙烯分别由乙烯、氯乙烯聚合而成。
分类 —— 塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂。
性能特点
低强度——σb≈100MPa
高弹性 —— 如橡胶的弹性变形率为100~1000%，金属一般为1% ；
低弹性模量 —— 塑料和橡胶分别为金属的 1/10 和 1/1000 。
高耐磨性 ——— 比金属好，如汽车外轮胎。
高绝缘性
低耐热性
低导热性 —— 是金属的1/100 ~1/1000
高热膨胀性 —— 约为金属的 3~10 倍
高耐腐蚀性 —— 耐酸、碱等。
老化 —— 受氧、光、热、机械力等长时间作用后，性能逐渐恶化。
二、工程塑料
组成
合成树脂 —— 高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。
添加剂 —— 填料或增强、增塑、固化、润滑、稳定、着色、阻燃剂等。
分类
热塑性塑料 —— 加热软化，冷却后又硬化成形，可反复进行。加工成型简便
，机械性能较好；耐热性和刚性较差。如聚乙烯。
热固性塑料 —— 受热固化后，不会再受热软化。机械性能差；耐热性和刚性
较好。如酚醛树脂、环氧树脂。
常用工程塑料
有机玻璃（PMMA) —— 密度仅玻璃的一半，σb=42~50MPa ，比普通玻璃高7~18
倍。用于透明件，装饰件，绝缘件。
聚氯乙烯（PVC）—— σb = 30~60 MPa ，使用温度-15~55℃。硬PVC 耐油、耐蚀
，用于化工管道，电器绝缘材料及电线绝缘层、套管。软PVC 富有弹
性，用作非食品包装薄膜。
聚丙烯 PP —— 刚性大, 重量轻，耐热（-35~121 ℃ ），绝缘性优越。用于机械零
件（法兰，齿轮），化工容器、管道，电器外壳等。
ABS塑料 —— 硬、韧、刚的混合特性较好；容易电镀。用于零件（齿轮，泵叶轮
, 轴承等, 电机、仪表外壳，管道，汽车零件及车身。
聚酰胺（PA, 尼龙）—— 耐磨, 减摩性及韧性好。耐蚀, 无毒。用于耐磨, 耐蚀的承
载转动零件（齿轮, 轴承, 螺钉和螺母等小型零件）。
酚醛树脂（PF）—— 如热固性酚醛树脂（胶木）, 耐磨、性脆；绝缘性好（不小
于10KV）；耐热、不耐碱。用于电器插座，开关，电话机，仪表盒；
汽车刹车片, 内燃机曲轴皮带轮, 齿轮, 耐酸泵等；日用非食物器皿。
三、橡胶
高弹性，变形量100~1000%；弹性模数低，仅1MN /m 。
天然橡胶 —— 耐油和耐溶剂性差，易老化，不耐高温。
合成橡胶 —— 如，丁苯橡胶、氯丁橡胶。
用途 —— 轮胎，工业、生活及医疗用品。
特种橡胶 —— 耐高、低温，耐酸、碱、油，辐射等的橡胶。
四、胶粘剂
粘性的树脂或橡胶 + 添加剂，代替传统的焊、铆及螺纹连接。
4.2 陶瓷材料
陶瓷 —— 用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成，由无机
非金属化合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料。
性能
力学性能 —— 刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。
熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化。耐蚀性、绝缘性好。
分类及用途
玻璃 —— 工业（光学，电工，仪表，实验室用）、建筑、日用玻璃。
普通陶瓷 —— 日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途。
特种陶瓷 —— 氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物
陶瓷等，用于电容器，压电，磁性，电光，高温零件等。
金属陶瓷 —— 工具（硬质合金），耐热零件等。
4.3 复合材料
一、概述
复合材料 —— 两种（以上）性质不同的材料组合而成
性能特点 —— 比强度和比刚度高 ，减磨性、耐蚀性好，但塑韧性较低。
结构 —— 基体＋增强相
ρ
10 kg/m
σb
MN/m
E
10 MN/m
103E/ρ
基体 —— 非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基（如，钢）。
3
3
2
3
2 σb/ρ
增强相 —— 纤维，陶瓷或金属颗粒、夹层。
钢
7.8
1010
206
129
26
铝
2.8
461
74
165
26
钛
4.5
942
112
209
25
玻璃钢
2.0
1040
39
520
20
碳纤维／环氧树脂
1.45
1472
137
1015
95
硼纤维／铝
2.65
981
196
370
74
纤维 —— 玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等纤维。
实例
玻璃钢 —— 玻璃纤维增强塑料
钨钴类硬质合金 —— 陶瓷颗粒增强钴
轮胎 —— 纤维增强橡胶
钢筋混凝土 ——陶瓷基复合材料
多孔性铁基和青铜基自润滑衬套 —— 夹层结构复合材料
碳纤维/铝锡合金
二、常见复合材料
玻璃钢
增强剂 —— 玻璃纤维（主要是SiO2），比强度和比模量高，耐蚀，绝缘。
粘结剂（基体）——热固性的酚醛、环氧树脂，热塑性的聚脂。
性能（与基体相比）—— ( 比 ) 强度，疲劳性能，韧性，蠕变抗力高。
用途 —— 轴承，轴承架，齿轮，车身。
碳纤维树脂复合材料
增强剂 —— 碳纤维 ( 石墨 ) ，强度和弹性模量高，且2000℃以上保持不变；
-180℃不变脆。
粘结剂（基体）—— 环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯。
性能（与基体相比）—— 强度，疲劳性能，韧性，耐蚀，蠕变抗力高。
用途 —— 火箭外壳 ，齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器。
硼纤维树脂复合材料
增强剂 —— 硼纤维, σb=2750～3140MPa，E=382～392MPa（4倍于玻纤）。
基体 —— 环氧树脂等。
性能 —— 抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，硬度和弹性模量高，耐辐射,
化学稳定（水, 有机溶剂, 燃料, 润滑剂）, 导热性能和导电性能好。
用途 —— 航空和宇航材料。
硼纤维金属复合材料
基体 —— 铝镁及其合金，钛及其合金。
性能 —— 如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金，比
强度高于钢和钛合金 。
用途 ——航空、火箭 。
第5章 材料的选用
5.1
5.2
选材原则
典型零件的选材与工艺
5.1 选材原则
选材的动机 —— 开发新产品、产品的改进和更新换代。
选材原则
使用 、工艺性能
经济性
环境与资源原则
一、材料的使用性能 —— 首要原则
１.
零件的工作条件和失效形式
零件失效类型
变形 —— 弹、塑性变形。
断裂 —— 脆、塑性，疲劳断裂。
表面损伤 —— 磨损、腐蚀等。
零件失效的原因
—— 设计、材料、加工、安装和使用。
工作条件
零件
应力
种类
载荷
性质
受载
状态
常见失效形式
性能要求
螺栓
拉、剪
静载
--
过量变形，断裂
强度，塑性
传动轴
弯、扭
循环
冲击
轴颈
摩擦
疲劳断裂，过量变形
，轴颈磨损
综合力学性能
传动齿轮
压、弯
循环
冲击
摩擦
振动
断齿，磨损，
疲劳断裂，接触疲劳
表面高硬度及疲劳极限
，心部强度及韧性
弹簧
扭、弯
交变
冲击
振动
弹性失稳，
疲劳破坏
弹性极限，屈强比
，疲劳极限
２.
工作环境 —— 温度，介质（如腐蚀，摩擦）。
３.
特殊功能要求 —— 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。
４.
性能要求的指标化 —— 如强硬度、塑韧性等的具体数值。
手册数据、经验公式的局限性 —— 力学性能与零件尺寸有关
40钢不同尺寸毛坯的力学性能
热处理条件
毛坯尺寸/mm
σb / MPa
δ/ %
AKU / J
5
800
16
120
30
750
15
80
50
700
15
56
100
600
13
40
850淬火
500回火
二、工艺性能 —— 铸、锻、焊、机加工、热处理
零件的加工工艺路线
一般零件 —— 毛坯 → 正火或退火 → 切削加工
轴、齿轮 等
毛坯 → 预先热处理（正火、退火）→ 粗加工
→ 最终热处理（淬火＋回火，时效，渗C等）→精加工
精密丝杠
毛坯 → 预先热处理 → 粗加工 → 最终热处理 → 半精加工→
时效（或 N化）→ 精加工 → 时效
三、经济性 —— 根本原则
１.
产品成本分析
基本材料的成本（价格、利用率）—— 占总成本的30~70%
制造（加工）成本
—— 约占零件成本的30%
材 料
美元 / t
材料
26,000,000
铂 = 工具与设备费用
工业金刚石
加工成本
+ 每件产品成本
× 生产批量
金
19,100,000
钨
26,000
钛合金
10,190～12,720
美元 / t
900,000,000
硼―环氧树脂复合材料
330,000
碳纤维复材料
200,000
玻璃纤维复合材料
2400～3300
黄铜（型材）
1650～2336
尼龙66
3289
铝合金（型材）
2000～2440
环氧树脂
1650
低碳钢（型材）
440～480
天然橡胶
1430
铸铁
硬质合金
260
66,000
氧化铝
玻璃
1100-1760
1500
四、环境与资源原则
—— 贯穿材料生产、使用、废弃的全过程
１.
减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。
重要金属的世界储量
２.
储量（106t）
可用年数
再生率(%)
环境污染小
Fe
1×106
109
31.7
废气排放少
Al
1170
35
16.9
材料回收及降解
Cu
308
24
40.9
Zn
123
18
21.2
Mo
5.4
36
Ag
0.2
14
Cr
775
112
Ti
147
51
41.0
5.2 典型零件的选材与工艺
一、齿轮选材
性能要求 —— 齿面硬度（决定弯曲、接触疲劳强度，耐磨性）
选材
强度，韧性。
调质钢 —— 调质 + 表面淬火 + 低温回火
渗C钢 —— 硬度、韧性高。
实例 —— 载重汽车变速箱齿轮
性能指标 ——σb>1000MPa，aKU2≥50J ，齿面硬度≥HRC55 。
选材 —— 20CrMnTi，σb > 1080MPa ， aKU2≥ 55J，齿面HRC≥58~63 。
最终热处理工艺 —— 930℃渗C + 预冷830℃油淬 + 200℃回火
最终组织 —— 心部：回火M + F
齿面：回火M + 碳化物 + A'
工艺路线 —— 锻造→正火→机加工→渗C、淬火＋低温回火→喷丸→磨削
二、机床主轴选材
性能要求 —— 强度、塑韧性，疲劳强度，轴颈耐磨性。
普通车床（轻载）主轴 —— 45钢调质或正火，轴颈高频表面淬火。
铣床（中载）主轴 —— 40Cr等调质，轴颈高频表面淬火。
组合机床（重载）主轴 —— 20CrMnTi ，经渗C、淬火、回火处理。
精密镗床（高精度）主轴 —— 38CrMoAl ，调质 + N化 + 时效。
实例１ —— C620 车床主轴，综合机械性能一般；大端轴颈等部位耐磨性高。
性能指标 —— 硬度220～250HB，轴颈52HRC 。
选材 —— 45钢
热处理工艺 —— 830℃水淬 + 500℃回火 + 轴颈高频淬火 + 200℃回火
最终组织 —— 心部：回火S
轴颈表面：回火M
工艺路线 —— 锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火＋低温回火→磨削
三、内燃机曲轴选材
性能要求 —— 强度，韧性，弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈耐磨性。
选材 —— 调质钢（韧性高）、球墨铸铁。
实例 —— 175A型农用柴油机曲轴
性能指标 ——σb>750MPa，整体硬度240～260HBS，
轴颈表面硬度≥625HV (HRC55), δ≥2%, aKU≥150kJ/m2。
选材 —— QT700-2
热处理工艺 —— 880~920℃正火 + 500～600℃回火 + 轴颈 N化
最终组织 —— P + G + 少量F
工艺路线 —— 铸造→高温正火→高温回火→机加工→轴颈 N化
渗C钢的牌号（摘自GB/T3077-1999）（渗C: 930℃，回火：200 ℃）
淬
透
性
主 要 化 学 成 分, %
钢号
C
Mn
Cr，Ni
20Cr
0.17~0.24
0.50~0.80
0.70~1.00
20MnV
0.17~0.24
1.30~1.60
20CrMn
20CrMnTi
0.17~0.23
0.17~0.23
0.90~1.20
0.80~1.10
低
中
0.90~1.20
1.00~1.30
预备处理
／
淬火, ℃
p172
机械性能
b
MPa
s
MPa
aKU2
J
880／ 800
水, 油
880水, 油
835
540
47
785
590
55
850 油
880 ／ 870
930
1080
735
835
47
55
1180
835
78
1180
1080
63
油
18Cr2Ni4WA
高
20Cr2Ni4A
0.13~0.19
0.17~0.23
W0.8~1.2
0.30~0.60
1.35~1.65
4.0~4.5
1.25~1.65
3.25~3.75
950 ／ 850
空
880／ 780
油
调质钢的牌号（摘自GB/T3077－1999）
淬
透
性
主 要 成 分, %
钢号
45
低
40MnB
40Cr
中
35CrMo
38CrMoAlA
高
40CrMnMo
Si
C
Mn
0.42~
0.50~
Cr
0.17~
0.50
0.37~
0.80
1.10~
0.37
0.20~
0.44
0.37~
1.40
0.50~
0.40
Cr 0.8
0.45
0.32~
0.80
0.40~
~1.10
Cr 0.8
0.40
0.35~
0.70
Al 0.7
~1.10
Cr 1.35
0.42
0.37~
~1.1
0.90~
~1.65
0.45
1.20
Cr 0.9
~1.20
淬火
p174
回火
机械性能
s
MPa
aKU2
℃
℃
b
MPa
830~
840水
580~
640空
600
355
39
850油
500
水，油
980
785
47
850油
500
水，油
980
785
47
850油
550
水，油
980
835
63
940
水，油
640
水，油
980
835
71
980
785
63
850油
J
600
水，油
C620 车床主轴
p336
p211
球墨铸铁的牌号、性能
机械性能
牌号
基体
ak
b
MPa
0.2
MPa
5
%
kJ/m2
HB
QT400-17
F
400
250
17
600
179
QT420-10
F
420
270
10
300
207
QT500-5
F+P
500
350
5
－
147-241
QT600-2
P
600
420
2
160
229-302
QT700-2
P
700
490
2
160
229-302
QT800-2
P
800
560
2
160
241-321
QT1200-1
下B
1200
840
1
300
38HRC
热处理 p213
175A型农用柴油机曲轴