工程材料与热加工基础

工程材料及热加工基础南京航空航天大学材料学院

梁文萍

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第五章 常用工程金属材料§5.1 碳钢 §5.2 合金钢 §5.3 铸铁 §5.4 铝及其合金 §5.5 钛及其合金 §5.6 铜合金

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学习要求和难点学习重点：1. 2.

钢、铸铁的分类与编号方法 。 常用的各类型钢的牌号、成分、热处理工艺规 范及主要用途。

3.

常用铝、钛、铜合金的牌号、用途 。

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概 论工业纯铁 黑色金属 钢 铸铁 金属材料铝及其合金 钛及其合金

碳钢 合金钢

有色金属

铜及其合金 镁及其合金 …………

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§5.1 碳钢 碳钢的优点：■

价格低廉，便于获得，容易加工。 工程上的需求。

■ 通过改变含碳量和迚行不同的热处理，能满足许多

碳钢的缺点：■

淬透性低，回火抗力差，基本相软弱。 蚀、高耐磨等，碳钢也无法满足。 ——通过钢的合金化来提高钢的性能。

■ 对于一些特殊的性能要求：如耐热、耐低温、耐腐

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§5.1 碳钢

5.1.1 杂质对碳钢性能的影响1. 有益元素: Si、Mn

固溶强化Mn减小S的有害作用 S:热脆性 P:冷脆性

2. 有害元素: S、P

P、S适量，可改善切削加工性Y20 :含碳0.2%的易削钢

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§5.1 碳钢

5.1.2.分类1. 按碳含量

低碳钢(<0.25%C) 中碳钢(0.25~0.6%C)

高碳钢(>0.6%C)碳素结构钢、碳素工具钢

2. 按用途 3. 按质量等级 普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素 钢

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§5.1 碳钢

5.1.3 普通碳素结构钢1. 编号

Q 235A · F

脱氧方法： (F-沸腾钢、b-半镇静钢， Z-镇静钢，TZ-特殊镇静钢) 质量等级，A、B、C、D四级 σs≥ 200MPa 屈服强度

2. 应用: 钢板、型材, 工程结构件及要求不高的零件

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§5.1 碳钢

5.1.4 优质碳素结构钢1. 编号

08F、 45 、45A、20Mn、ZG45

数字：含碳量(0.01%)

高级优质：在数字后加AMn含量0.7~1.2%:数字后加Mn(较高含Mn 量 钢，强度、硬度更高) 铸钢：在钢号前加“ZG”

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§5.1 碳钢 2. 性能及应用

低碳钢：强度低，塑性好。冲压件、焊接件、渗 碳件，如10,15,20;

中碳钢：调质后良好综合机械性能。轴、齿轮等， 如40、45; 60钢：淬火+中温回火后弹性极限高，弹性件；80钢：冷冲头、螺旋弹簧等。

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§5.1 碳钢

5.1.5 碳素工具钢1. 编号

T 10 A优质含碳量, 0.1% 碳素工具钢 2. 性能及应用: 随含碳量增加， 淬火+低温回火后硬 度和耐磨性增加，而韧性下降 T7、T8 冲头、锻模、锤-承受振动与冲击载荷 T10、T12 丝锥、锉-不受振动、硬度极高

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§5.1 碳钢

5.1.6 铸造碳钢

ZG 200 - 400σb ≥ 400MPa σs≥ 200MPa 铸钢

铸造工艺性差。 魏氏组织:在原来粗大的的奥氏体晶粒内随温度下 降由相变产生的粗大针状铁素体。

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§

5.2 合金钢

概述为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能，

在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素(即通常称为合金元素),所得到的钢称为合金钢。

改善对象■ 提高强度； ■

提高淬透性； 提高抗氧化、耐腐蚀、耐

■ 提高高温强度、热硬性；■

热、耐磨、电磁等性能。

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§5.2 合金钢

5.2.1 钢中合金元素的作用1. 对钢中基本相的影响

(1)、溶于铁素体，形成合金铁素体

非碳化物形成元素(Ni、Si、Al、Cu、Co) 及过剩的

碳化物形成元素。(2)、形成碳化物 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：

Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。强碳化物形 成元素 中碳化物形 成元素 弱碳化物形 成元素

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§5.2 合金钢

2.对钢的力学性能的影响固溶强化 弥散强化 细晶强化

随碳化物增多, 硬度增加, 耐磨性增加, 热强度增加.

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§5.2 合金钢 3. 对Fe - Fe3C相图的影响 (1)对奥氏体相区的影响 扩大奥氏体相区: Ni、Mn、Co、C、N等。 锰对奥氏体相区的影响

当Mn 13%或Ni 9%时， S点降到0℃以下，室温

下为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。