金属材料学全套课件691P.ppt

1 金金 属属 材材 料料 学学 2 教教 材材1.1.《《 金金 属属 材材 料料 学学》》 吴承建、陈国良、强文江吴承建、陈国良、强文江 编著编著2.2.《《钢钢 铁铁 材材 料料 学学》》 章守华、吴承建章守华、吴承建 主编主编3.3.《《合金钢合金钢》》 章守华主编章守华主编3 考核考核1.1.期末考试采用闭卷笔试期末考试采用闭卷笔试2.2.成绩评定：期末考试占成绩评定：期末考试占7070％，％， 平时成绩占平时成绩占3030％3.3.平时成绩由考勤、作业、笔记、回答平时成绩由考勤、作业、笔记、回答问题等部分组成问题等部分组成 4 绪绪 论论一、本课程主要内容一、本课程主要内容 1 1、钢铁材料、钢铁材料(1)(1)合金化原理合金化原理 ① ①合金元素在钢中与合金元素在钢中与FeFe，，C C的相互作用。

的相互作用 ② ②合金元素在相变中的作用合金元素在相变中的作用 5 (2)(2)各类钢铁材料各类钢铁材料2 2、有色金属材料、有色金属材料 介绍铜合金、铝合金、镁合金、钛合介绍铜合金、铝合金、镁合金、钛合金的特点及应用金的特点及应用6二、研究思路二、研究思路使用条件使用条件→→性能要求性能要求→→组织结构组织结构→→化学成分化学成分 ↑ ↑ 生产工艺生产工艺1 1、化学成分：碳含量；合金元素种类及含量化学成分：碳含量；合金元素种类及含量2 2、生产工艺：、生产工艺： (1) (1) 材料生产的全过程材料生产的全过程7(2) (2) 不同钢种生产过程中的特殊问题不同钢种生产过程中的特殊问题 如工程结构钢的带状组织，轴承钢的如工程结构钢的带状组织，轴承钢的夹杂物，高碳钢的碳化物不均匀性等夹杂物，高碳钢的碳化物不均匀性等。

3) (3) 不同钢种的热处理特点不同钢种的热处理特点 不同的合金元素，对淬火加热温度、不同的合金元素，对淬火加热温度、冷却方式、回火温度、回火冷却方式等冷却方式、回火温度、回火冷却方式等热处理工艺制度的不同影响热处理工艺制度的不同影响8关键：对具体问题进行具体分析关键：对具体问题进行具体分析固溶强化：固溶强化：1 1、回火马氏体：碳、回火马氏体：碳 室温使用；高温使用室温使用；高温使用2 2、铁素体、奥氏体：合金元素、铁素体、奥氏体：合金元素 强化效率；价格；对其它性能的影响强化效率；价格；对其它性能的影响93 3、金属材料的性能、金属材料的性能(1) (1) 使用性能：金属材料在使用时抵抗外使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力界作用的能力 ① ①力学性能力学性能 ② ②化学性能化学性能 ③ ③物理性能物理性能10 (2) (2)工艺性能：金属材料适应实际生产工艺性能：金属材料适应实际生产工艺要求的能力工艺要求的能力 主要包括：铸造性；锻造性；深主要包括：铸造性；锻造性；深冲性；冷弯性；切削性；淬透性；焊冲性；冷弯性；切削性；淬透性；焊接性等。

接性等 11 使用性能是保证能不能使用，而使用性能是保证能不能使用，而工艺性能是保证能不能生产和制造的工艺性能是保证能不能生产和制造的问题两者既有联系又有不同，有时问题两者既有联系又有不同，有时是一致的，有时互相矛盾是一致的，有时互相矛盾 12如建造九江长江大桥如建造九江长江大桥15MnVN15MnVN钢的焊接性钢的焊接性 如含铜时效钢如含铜时效钢06MnNiCuNb06MnNiCuNb，淬透性好，，淬透性好，强度高，可焊性好强度高，可焊性好 σbσb：：690MPa690MPa，，σ0.2σ0.2：：620MPa620MPa，， δδ：：23%23%，，ΨΨ：：80%80%，，-40℃ak:255j-40℃ak:255j 13二二. .钢铁材料的分类钢铁材料的分类 非合金钢非合金钢 低合金钢低合金钢 合合 金金 钢钢 高温合金高温合金 铸铸 钢钢 铸铸 铁铁141 1、钢：以铁为主要元素，含碳量一般在、钢：以铁为主要元素，含碳量一般在2%2%以下，并含有其它元素的金属材料。

以下，并含有其它元素的金属材料 注：在铬钢中含碳量可能大于注：在铬钢中含碳量可能大于2%2%，，但但2%2%通常是钢和铸铁的分界线通常是钢和铸铁的分界线2 2、高温合金：不以碳作为主要在强化元、高温合金：不以碳作为主要在强化元素，通常也不以铁作为基体素，通常也不以铁作为基体 153 3、铸铁：含碳量大于、铸铁：含碳量大于2.11%2.11%的铁碳合金，的铁碳合金，其杂质含量比钢高其杂质含量比钢高4 4、合金元素：为了提高钢的某些性能，、合金元素：为了提高钢的某些性能，有目的地在钢中加入的、含量在一定有目的地在钢中加入的、含量在一定范围内的元素范围内的元素 16 5 5、杂质元素：由于冶炼工艺、原料等、杂质元素：由于冶炼工艺、原料等原因，不可避免地存在于钢中的元素，原因，不可避免地存在于钢中的元素，含量要求低于某一标准值含量要求低于某一标准值 (1)(1)常存元素：常存元素： SiSi，，MnMn，，S S，，P P，，N N，，H H，，O O (2) (2)残余元素：残余元素： CrCr，，NiNi，，MoMo，，W W，，CuCu，，V V，，TiTi 176 6、非合金钢：、非合金钢： 内涵比内涵比“碳素钢碳素钢”广泛，不但包广泛，不但包括括“碳素钢碳素钢”，还包括电工用纯铁，还包括电工用纯铁（（C<0.02%C<0.02%称纯铁）、原料纯铁、及其称纯铁）、原料纯铁、及其他专用的具有特殊性能的非合金钢。

他专用的具有特殊性能的非合金钢 187 7、低合金钢、低合金钢 MnMn，，CrCr，，CuCu，，MoMo，，NiNi，，SiSi，，TiTi，，V V，，W W等元素含量在非合金钢和合金钢含等元素含量在非合金钢和合金钢含量之间 1920 我国低合金钢从我国低合金钢从5050年代开始研制，生年代开始研制，生产目前标准牌号约产目前标准牌号约100100个，以个，以MnMn为主，为主，重点牌号为重点牌号为16Mn16Mn，有些加入微量元素，有些加入微量元素MoMo，，V V，，NbNb，，CuCu，，N N，，ReRe等如按照国际标准划等如按照国际标准划类，类，16Mn16Mn等这类钢只能划为等这类钢只能划为“非合金钢非合金钢”，与我国历史、现状和发展前途不适应与我国历史、现状和发展前途不适应21三、合金钢分类三、合金钢分类1 1、按质量等级分类、按质量等级分类(1)(1)优质钢：优质钢： 结构钢：结构钢：S≤0.045%S≤0.045%，，P≤0.040%P≤0.040% 工具钢：工具钢：S≤0.030%S≤0.030%，，P≤0.035%P≤0.035%。

2)(2)高级优质钢：高级优质钢：S≤0.020%S≤0.020%，，P≤0.030%P≤0.030% 注：非合金钢，低合金钢中还含普注：非合金钢，低合金钢中还含普通质量钢通质量钢222 2、按金相组织分类、按金相组织分类(1)(1)按退火组织按退火组织亚共析钢，共析钢，过共析钢，莱氏体钢亚共析钢，共析钢，过共析钢，莱氏体钢2)(2)按正火组织分类按正火组织分类珠光体钢，贝氏体钢，马氏体钢，奥氏体钢珠光体钢，贝氏体钢，马氏体钢，奥氏体钢23(3)(3)按加热和冷却时有无相变及室温组按加热和冷却时有无相变及室温组织分类织分类 铁素体钢：加热和冷却时始终为铁素铁素体钢：加热和冷却时始终为铁素体奥氏体钢：加热和冷却时始终为奥氏奥氏体钢：加热和冷却时始终为奥氏体24半铁素体钢：加热和冷却时，只有半铁素体钢：加热和冷却时，只有部分发生部分发生α/γα/γ相变，其它部分始终相变，其它部分始终保持铁素体保持铁素体半奥氏体钢：加热和冷却时，只有半奥氏体钢：加热和冷却时，只有部分发生部分发生α/γα/γ相变，其它部分始终相变，其它部分始终保持奥氏体保持奥氏体 25 3 3、按合金元素总量分类、按合金元素总量分类 低合金：总量低合金：总量<5%<5% 中合金：总量中合金：总量5 5～～10%10% 高合金：总量高合金：总量>10%>10% 264 4、按用途分类、按用途分类(1)(1)结构钢结构钢 工程结构用合金钢工程结构用合金钢 机械制造用合金钢机械制造用合金钢(2)(2)工具钢工具钢(3)(3)不锈钢、耐热钢不锈钢、耐热钢 27四、合金钢和低合金钢编号方法四、合金钢和低合金钢编号方法 编号方法：编号方法： 碳含量＋合金元素种类和数量＋质量碳含量＋合金元素种类和数量＋质量 碳含量：区分不同钢种的主要标志。

碳含量：区分不同钢种的主要标志 281 1、合金元素种类和数量：、合金元素种类和数量： 种类：用化学符号表示种类：用化学符号表示 数量：数量：<1.5%<1.5%，不表示，不表示 1.51.5～～2.5%2.5%，用，用2 2表示表示 2.52.5～～3.5%3.5%，用，用3 3表示表示 （以下类推）（以下类推） 2 2、质量：高级优质钢加、质量：高级优质钢加A A，其余不表示其余不表示293 3、碳含量：不同钢种有不同表示方法、碳含量：不同钢种有不同表示方法 （区分不同钢种的主要标志）（区分不同钢种的主要标志） (1) (1) 低合金钢和合金结构钢低合金钢和合金结构钢 如：如：40Cr40Cr，，42CrMo42CrMo，，09CuPTi09CuPTi，， 15MnVN15MnVN，，15MnVB15MnVB①①含含C C量以量以0.01%0.01%为单位，用两位数为单位，用两位数字表示。

字表示30 ② ②有时两个钢种，其中一个主要有时两个钢种，其中一个主要合金元素含量不同，但都小于合金元素含量不同，但都小于1.5%1.5%，，其余成分相同，此时含量较高的在元其余成分相同，此时含量较高的在元素后面标素后面标“1 1”来加以区别来加以区别 如如:12CrMoV:12CrMoV，，CrCr：：0.40.4～～0.6%0.6% 12Cr1MoV 12Cr1MoV，，CrCr：：0.90.9～～1.2%1.2%31 (2) (2) 轴承钢轴承钢①①前面标以前面标以G G，表示滚动轴承钢表示滚动轴承钢 如：如：GCr15GCr15，，GCr15SiMnGCr15SiMn，，GCr9GCr9②②含含C C量量≥≥1%1%，故不表示故不表示③③含含CrCr量以量以0.1%0.1%为单位，其余合金为单位，其余合金元素方法不变元素方法不变32(3) (3) 不锈、耐蚀和耐热钢不锈、耐蚀和耐热钢①①含碳量以含碳量以0.1%0.1%为单位如：如：1Cr131Cr13，，2Cr132Cr130 0：：≤≤0.08%0.08%；； 0000：：≤≤0.03%0.03%。

如：如：0Cr18Ni90Cr18Ni9，，00Cr18Ni1000Cr18Ni10 ②②含碳量很低时，用含碳量很低时，用0 0，，0000表示33(4) (4) 工具钢工具钢 ① ①含碳量以含碳量以0.1%0.1%为单位，用为单位，用1 1位数字表位数字表示当≥≥1%1%时不表示时不表示 如：如：9CrSi9CrSi，，CrWMnCrWMn ② ②含含CrCr量低于量低于1%1%的铬合金工具钢，的铬合金工具钢，CrCr含含量以量以0.1%0.1%为单位，并在前面加一个为单位，并在前面加一个“0 0”字表示 如：如：Cr06, Cr, Cr2Cr06, Cr, Cr234③③高速钢含碳量小于高速钢含碳量小于1 1％时，通常也不标％时，通常也不标注含碳量注含碳量 如：如：W18Cr4VW18Cr4V：： 含碳量含碳量 0.7-0.8% 0.7-0.8% W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2：： 含碳量含碳量 0.8-0.9%0.8-0.9% 合金元素相同，含碳量不同的要标合金元素相同，含碳量不同的要标注含碳量，如注含碳量，如9W18Cr4V9W18Cr4V。

35第一章第一章 钢中的合金元素钢中的合金元素 36 §1 §1－－1 1 铁基固溶体铁基固溶体铁基固溶体：铁基固溶体： 铁素体（铁素体（F F）；奥氏体（）；奥氏体（A A）一、合金元素对铁基固溶体的影响一、合金元素对铁基固溶体的影响1 1、奥氏体形成元素、奥氏体形成元素 使使A3A3温度下降，温度下降，A4A4温度上升，扩温度上升，扩大大γγ相区37(1) (1) 开启开启γγ相区：相区： MnMn，，CoCo，，NiNi：与：与γγ－－FeFe可以无限固溶可以无限固溶 NiNi含量高时，可使含量高时，可使γγ稳定到室温稳定到室温2) (2) 扩大扩大γγ相区：相区： C C，，N N，，CuCu：与：与γγ－－FeFe有限固溶有限固溶38 2 2、铁素体形成元素、铁素体形成元素 使使A A3 3温度上升，温度上升，A A4 4温度下降，缩小温度下降，缩小γγ相区 (1) (1) 封闭封闭γγ相区相区 V V，，CrCr，，TiTi，，W W，，MoMo，，AlAl，，P P A3 A3和和A4A4在一定浓度时汇合形成在一定浓度时汇合形成γγ圈。

圈 39 CrCr，，V V：与：与αα－－FeFe无限固溶；无限固溶； 其余元素为有限固溶其余元素为有限固溶2) (2) 缩小缩小γγ相区相区 B B，，ZrZr，，NbNb，，S S：出现了金属间化：出现了金属间化合物，破坏了合物，破坏了γγ圈 40 3. 3. 热力学讨论热力学讨论 用用CαCα，，CγCγ分别表示在温度分别表示在温度T T时某时某元素在元素在αα相和相和γγ相的平衡浓度，在平相的平衡浓度，在平衡状态下得：衡状态下得：41△H△H：热焓的变化：热焓的变化 △ △H H＝＝HγHγ－－HαHα HγHγ、、 HαHα：单位溶质元素溶于：单位溶质元素溶于γγ相、相、αα相的溶解热相的溶解热铁素体形成元素：铁素体形成元素： HαHα< 0H>0，，CαCα> >CγCγ奥氏体形成元素：奥氏体形成元素： HαHα> >HγHγ，，△△H<0H<0，，CαCα<

中间隙尺寸大，故溶解度较大2 2、置换固溶体：、置换固溶体： 铁素体形成元素在铁素体形成元素在γγ－－FeFe中溶解度小；中溶解度小；在在αα－－FeFe中大 奥氏体形成元素在奥氏体形成元素在αα－－FeFe中溶解度小；中溶解度小；在在γγ－－FeFe中大43影响置换固溶体溶解度的因素：影响置换固溶体溶解度的因素： (1) (1) 尺寸因素：尺寸因素： △ △d d：：<8<8～～10%10%，无限溶解，无限溶解 (2) (2) 晶体结构因素：晶体结构因素： (3) (3) 化学亲和力因素：化学亲和力因素： 负电性差负电性差△△x<0.4x<0.4～～0.50.5，有利于形，有利于形成固溶体成固溶体 (4) (4) 电子轨道因素电子轨道因素 44说明：说明：1.Nb,Zr1.Nb,Zr在在αα－－Fe Fe 和和γγ－－FeFe中的溶解中的溶解度都较小，并且后者比前者稍大度都较小，并且后者比前者稍大 NbNb：： 1.8% (1.8% (αα) 2.0% () 2.0% (γγ) ) ZrZr：： 0.3% (0.3% (αα) 0.7% () 0.7% (γγ) )2.B2.B原子半径为原子半径为0.97A0.97A ，在，在αα－－Fe Fe 和和γγ－－FeFe中的溶解度都非常小。

中的溶解度都非常小 0.008% (0.008% (αα) 0.018% () 0.018% (γγ) )45§1§1－－2 2 合金元素与钢中晶体缺陷的相互作合金元素与钢中晶体缺陷的相互作用用一、相互作用一、相互作用合金元素和杂质元素在晶体缺陷处偏聚合金元素和杂质元素在晶体缺陷处偏聚 1 1、晶界内吸附（晶界偏聚）：溶质原、晶界内吸附（晶界偏聚）：溶质原子在晶界、相界、亚晶界等处的浓度远远子在晶界、相界、亚晶界等处的浓度远远超过在基体中的平均浓度超过在基体中的平均浓度462. 2. 柯垂耳气团柯垂耳气团 溶质原子在刃型位错处的吸附溶质原子在刃型位错处的吸附3. 3. 铃木气团铃木气团 溶质原子在层错处的吸附溶质原子在层错处的吸附47二、产生相互作用的原因二、产生相互作用的原因 溶质原子在完整晶体内引起的畸溶质原子在完整晶体内引起的畸变能很大因此，溶质原子在晶体缺变能很大因此，溶质原子在晶体缺陷处偏聚，可使点阵畸变松弛，从而陷处偏聚，可使点阵畸变松弛，从而降低系统的内能降低系统的内能 48三、影响相互作用的因素三、影响相互作用的因素 C Cg g：溶质原子在缺陷区的吸附浓度。

溶质原子在缺陷区的吸附浓度 C C0 0：溶质原子在基体晶格内的浓度溶质原子在基体晶格内的浓度 Q Q：畸变能之差畸变能之差 单位溶质原子在晶格未畸变区和晶体单位溶质原子在晶格未畸变区和晶体缺陷处引起的畸变能之差缺陷处引起的畸变能之差491.1.畸变能差（畸变能差（Q Q）） Q↑→Cg/CQ↑→Cg/C0 0↑↑，偏聚严重偏聚严重NbNb：原子半径和：原子半径和FeFe相差大，在铁素体和奥相差大，在铁素体和奥氏体中均在晶界和位错处强烈富集氏体中均在晶界和位错处强烈富集如在层错富集析出如在层错富集析出NbCNbC沉淀相B B：在：在550℃550℃～～950℃950℃时在奥氏体晶界产生时在奥氏体晶界产生强烈的内吸附含强烈的内吸附含0.0010.001～～0.005%0.005%时可时可显著增加淬透性显著增加淬透性502. 2. 温度（温度（T T）） (1) (1) 温度升高使偏聚浓度下降温度升高使偏聚浓度下降 B B：：1100℃1100℃加热时，内吸附基本消失，不加热时，内吸附基本消失，不增加淬透性增加淬透性P P：：400400～～600℃600℃回火，产生内吸附，空冷回火，产生内吸附，空冷时出现脆性。

重新加热到时出现脆性重新加热到650℃650℃，内吸，内吸附大大降低附大大降低T↑→ Q/RT↓→CT↑→ Q/RT↓→Cg g/C/C0 0↓↓（设（设Q Q不变）不变）T↑→E↓→Q↓→CT↑→E↓→Q↓→Cg g/C/C0 0↓ ↓ 51(2) (2) 低于临界温度时不发生显著内吸附低于临界温度时不发生显著内吸附 不同原子都有一个发生显著内吸附不同原子都有一个发生显著内吸附的临界温度：的临界温度：H H：：0℃0℃以下；以下； C C，，N N：室温附近室温附近P P：：350℃350℃；； NbNb，，MoMo：：500℃500℃ 523.3.原始浓度（原始浓度（C C0 0）） C C0 0越低，产生显著晶界偏聚的时间越低，产生显著晶界偏聚的时间也越长4. 4. 多种溶质原子之间的相互作用多种溶质原子之间的相互作用 (1) (1) 畸变能差大的元素优先发生偏聚畸变能差大的元素优先发生偏聚 (2) (2) 影响晶界偏聚速度影响晶界偏聚速度 (3) (3) 影响在晶界的溶解度影响在晶界的溶解度 (4) (4) 发生共偏聚。

发生共偏聚53 四、对合金组织和性能的影响四、对合金组织和性能的影响 晶界强化、晶界脆性、晶间腐蚀、晶界强化、晶界脆性、晶间腐蚀、相变时晶体缺陷处形核、高温回火脆相变时晶体缺陷处形核、高温回火脆性等都与此有关性等都与此有关54§§1 1－－3 3 钢中碳化物形成规律钢中碳化物形成规律一、合金元素与钢中碳的相互作用一、合金元素与钢中碳的相互作用1. 1. 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 在钢中不与碳结合形成碳化物在钢中不与碳结合形成碳化物 CoCo，，NiNi，，CuCu，，AlAl，，SiSi，，P P，，S S，，N N等等 2. 2. 碳化物形成元素碳化物形成元素 在钢中可以与碳结合形成碳化物在钢中可以与碳结合形成碳化物55 3 3．碳化物的稳定性．碳化物的稳定性　　　碳化物稳定性越高，其硬度、熔　　　碳化物稳定性越高，其硬度、熔点也越高，晶体结构也越简单点也越高，晶体结构也越简单 强碳化物形成元素：强碳化物形成元素：TiTi，，ZrZr，，NbNb，，V V 中强碳化物形成元素：中强碳化物形成元素：W W，，MoMo，，CrCr。

弱碳化物形成元素：弱碳化物形成元素：MnMn 56二、碳化物的结构二、碳化物的结构1.1.间隙相间隙相　　(1) (1) 形成面心立方点阵的碳化物（形成面心立方点阵的碳化物（TiTi，，ZrZr，，NbNb，，V V）） MCMC型：型：TiCTiC，，ZrCZrC，，NbCNbC，，VCVC (2) (2) 形成六方点阵的碳化物（形成六方点阵的碳化物（W W，，MoMo）） MCMC型：简单六方点阵型：简单六方点阵WCWC，，MoCMoC M M2 2C C型：密排六方点阵型：密排六方点阵W W2 2C C，，MoMo2 2C C572. 2. 间隙化合物间隙化合物 r rC C/r/rM M>0.59>0.59，形成复杂点阵的碳化物，形成复杂点阵的碳化物 (1) (1) 复杂立方点阵：（复杂立方点阵：（CrCr，，MnMn）） M M2323C C6 6型：型：CrCr2323C C6 6，，MnMn2323C C6 6 (2) (2) 复杂六方点阵（复杂六方点阵（CrCr，，MnMn）） M M7 7C C3 3型：型：CrCr7 7C C3 3，，MnMn7 7C C3 3。

(3) (3) 正交晶系点阵正交晶系点阵 M M3 3C C型：型：MnMn3 3C C，，FeFe3 3C C583. 3. 三元碳化物三元碳化物 （（W W、、MoMo）－）－FeFe－－C C，均为间隙化合物均为间隙化合物 (1) (1) 复杂立方点阵复杂立方点阵(M(M6 6C C型碳化物型碳化物) ) FeFe3 3W W3 3C C，，FeFe4 4W W2 2C C，，FeFe3 3MoMo3 3C C，，FeFe4 4MoMo2 2C C，，(2) (2) 复杂立方点阵复杂立方点阵(M(M2323C C6 6型碳化物型碳化物) ) Fe Fe2121W W2 2C C6 6，，FeFe2121MoMo2 2C C6 659三、碳化物的相互溶解三、碳化物的相互溶解1. 1. 完全互溶完全互溶 只能发生在同类碳化物形成元素的相同只能发生在同类碳化物形成元素的相同晶格类型的碳化物之间晶格类型的碳化物之间 除了除了ZrCZrC和和VCVC之间因原子尺寸相差大，之间因原子尺寸相差大，不能完全互溶外，其余碳化物之间均可完不能完全互溶外，其余碳化物之间均可完全互溶。

全互溶1) Ti(1) Ti，，ZrZr，，NbNb，，V V形成的碳化物形成的碳化物60 (2) W(2) W和和MoMo形成的碳化物形成的碳化物 相同结构的碳化物之间可完全互溶相同结构的碳化物之间可完全互溶 (3) Fe(3) Fe和和MnMn形成的碳化物形成的碳化物 FeFe3 3C C和和MnMn3 3C C之间可完全互溶之间可完全互溶 612. 2. 有限互溶有限互溶(1) Fe3C(1) Fe3C中：中： 可溶解一定量的可溶解一定量的CrCr，，MoMo，，W W，，V V等，形等，形成合金渗碳体成合金渗碳体 超过溶解度后，将由合金渗碳体变为超过溶解度后，将由合金渗碳体变为特殊碳化物特殊碳化物 (2) Cr(2) Cr的碳化物中：的碳化物中： 可溶解一定量的可溶解一定量的FeFe，，MnMn，，MoMo，，W W，，V V等 62 (3) W(3) W和和MoMo的碳化物中：的碳化物中： 可溶解较多的可溶解较多的CrCr (4) Ti(4) Ti，，ZrZr，，NbNb，，V V形成的碳化物中：形成的碳化物中： 可溶解较多的可溶解较多的W W和和MoMo，可溶解较少量，可溶解较少量的的CrCr，，MnMn。

633. 3. 相互溶解对稳定性的影响相互溶解对稳定性的影响(1)(1)强的碳化物形成元素溶入较弱的碳化强的碳化物形成元素溶入较弱的碳化物中，可提高其稳定性物中，可提高其稳定性如如42CrMo42CrMo钢：生成的（钢：生成的（Fe,Cr,Mo)Fe,Cr,Mo)3 3C C，稳，稳定性比定性比FeFe3 3C C，淬火温度升高淬火温度升高如奥氏体耐热钢如奥氏体耐热钢4Cr4Cr1414NiNi1414W W2 2MoMo：生成的：生成的（（Cr,W,Mo,Fe,Ni)Cr,W,Mo,Fe,Ni)2323C C6 6稳定性比稳定性比CrCr2323C C6 6高，可以作为强化相高，可以作为强化相 64(2) (2) 较弱的碳化物形成元素溶入较强的较弱的碳化物形成元素溶入较强的碳化物中，可降低其稳定性碳化物中，可降低其稳定性 如如15MnV15MnV钢，形成的（钢，形成的（V V，，MnMn））C C稳稳定性比定性比VCVC低，溶入奥氏体中的温度也低，溶入奥氏体中的温度也随之降低，当随之降低，当MnMn=1.47%=1.47%时，由时，由1100℃1100℃降至降至900℃900℃。

65四、碳化物形成元素在退火钢中的分布倾四、碳化物形成元素在退火钢中的分布倾向向66五、钢中的碳化物五、钢中的碳化物1.1.强碳化物形成元素即使在钢中含量很强碳化物形成元素即使在钢中含量很低（低（<0.1%<0.1%）时，也要优先形成）时，也要优先形成MCMC型型碳化物2. 2. 中强碳化物形成元素在钢中含量较高中强碳化物形成元素在钢中含量较高时，可形成特殊碳化物时，可形成特殊碳化物; ;含量较低时含量较低时只能溶入只能溶入FeFe3 3C C中，形成合金渗碳体中，形成合金渗碳体3. 3. 弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素MnMn在钢中只形成合在钢中只形成合金渗碳体金渗碳体67§§1 1－－4 4钢中的氮化物钢中的氮化物一、钢中氮的来源一、钢中氮的来源1. 1. 冶炼时来自大气中的氮冶炼时来自大气中的氮2. 2. 作为合金元素加入钢中的氮作为合金元素加入钢中的氮3. 3. 表面渗氮表面渗氮68二、钢中氮化物的结构二、钢中氮化物的结构1. 1. 过渡族金属的氮化物过渡族金属的氮化物 r rC C/r/rM M<0.59,<0.59,均为间隙相均为间隙相 (1) (1) 面心立方点阵的氮化物面心立方点阵的氮化物 TiNTiN，，NbNNbN，，ZrNZrN，，VNVN，，Mo2NMo2N，，W2NW2N，，CrNCrN，，MnNMnN，，γγ－－Fe4NFe4N，，εε－－Mn2NMn2N。

(2) (2) 密排六方点阵的氮化物密排六方点阵的氮化物 WNWN，，MoNMoN，，Nb2NNb2N，，Cr2NCr2N，，Mn2NMn2N692 2、铝的氮化物、铝的氮化物 AlNAlN：正常价非金属化合物，密：正常价非金属化合物，密排六方点阵排六方点阵三、氮化物和碳化物相互溶解形成碳、三、氮化物和碳化物相互溶解形成碳、氮化物氮化物 如含如含TiTi钢中，可形成钢中，可形成Ti(CTi(C，，N)N)TiNTiN为金黄色，为金黄色，TiTi（（C C，，N N）的颜色随）的颜色随含碳量增加由桔红变为紫色含碳量增加由桔红变为紫色70四、氮化物的稳定性四、氮化物的稳定性 1. 1. 强氮化物形成元素：强氮化物形成元素：TiTi，，ZrZr，，NbNb，，V V 几乎不溶于奥氏体几乎不溶于奥氏体 2. 2. 中强氮化物形成元素：中强氮化物形成元素：W W，，MoMo 稳定性较高稳定性较高3. 3. 弱氮化物形成元素：弱氮化物形成元素：CrCr，，MnMn，，FeFe 高温时溶于奥氏体，低温时析出高温时溶于奥氏体，低温时析出 。

4. 4. AlNAlN：稳定性很高稳定性很高71五、氮化物的作用五、氮化物的作用1. 1. 细化晶粒细化晶粒2. 2. 提高表面耐磨性和疲劳强度提高表面耐磨性和疲劳强度3. 3. 提高表面耐蚀性提高表面耐蚀性 72 §§1 1－－5 5 钢中的硼化物钢中的硼化物一、钢中硼的来源一、钢中硼的来源1. 1. 作为合金元素加入作为合金元素加入 微硼钢微硼钢(0.001(0.001～～0.005%B)0.005%B)：提高淬透性提高淬透性 高硼钢高硼钢(0.1(0.1～～4.5%B)4.5%B)：吸收中子，用于核反：吸收中子，用于核反应堆2. 2. 表面渗硼表面渗硼 73二、钢中硼化物的结构二、钢中硼化物的结构1. Fe1. Fe2 2B B (1) (1)具有复杂结构具有复杂结构 (2) (2) 硬度较高，硬度较高，HV1200HV1200～～17001700 (3) (3) 在高硼钢中存在，表面渗硼时也可在高硼钢中存在，表面渗硼时也可获得 742. 2. FeBFeB (1) (1)具有复杂结构具有复杂结构 (2) (2) 硬度高，硬度高，HV1800HV1800～～20002000，脆性大。

脆性大 (3) (3) 表面渗硼时在渗层表面得到表面渗硼时在渗层表面得到 75 3. Fe3. Fe2323（（C C，，B B））6 6 (1) (1) 碳硼化物，其结构和碳硼化物，其结构和CrCr2323C C6 6相同 (2) (2) 在微硼钢中出现，一般位于晶界，在微硼钢中出现，一般位于晶界，使钢脆性增大，形成硼脆使钢脆性增大，形成硼脆 (3)(3)可溶入其他元素，形成复杂硼化物可溶入其他元素，形成复杂硼化物 76§§1 1－－6 6 钢中的金属间化合物钢中的金属间化合物一、一、σσ相相1. σ1. σ相为正方晶系，相为正方晶系，a=a=b≠cb≠c单位晶胞单位晶胞有有3030个原子2. 2. 二元系中二元系中σσ相的形成条件相的形成条件 (1) (1) 原子尺寸相差不大，原子尺寸相差不大，△△d<12%d<12% (2) (2) 平均族数在平均族数在5.75.7～～7.67.6范围内773 3、、 第三种元素会影响第三种元素会影响σσ相形成的浓度和相形成的浓度和温度范围温度范围如如FeCrFeCr相，在相，在820℃820℃以下稳定以下稳定加入加入NiNi把稳定温度提高到把稳定温度提高到850℃850℃。

加入加入SiSi把稳定温度提高到把稳定温度提高到900900～～950℃950℃加入加入MnMn，，MoMo把稳定温度提高到把稳定温度提高到1000℃1000℃78 4 4、在高、在高CrCr，高，高CrCr、、NiNi的不锈钢，耐的不锈钢，耐热钢中出现热钢中出现σσ相因为σσ相硬度很高，相硬度很高，使钢的塑性、韧性显著下降，脆性增加使钢的塑性、韧性显著下降，脆性增加 当σσ相沿晶界形成网状时，更为严重相沿晶界形成网状时，更为严重 79二、二、ABAB2 2相（拉维斯相）相（拉维斯相）1. 1. 合金钢中出现的合金钢中出现的ABAB2 2相主要是复杂六方相主要是复杂六方点阵的点阵的MgZnMgZn2 2型 如如MoFeMoFe2 2，，WFeWFe2 2，，NbFeNbFe2 2，，TiFeTiFe2 22. 2. 多元合金钢中出现复合的多元合金钢中出现复合的ABAB2 2相，尺寸相，尺寸较小的较小的CrCr，，MnMn，，NiNi可置换可置换FeFe，尺寸较大，尺寸较大的的W W，，MoMo，，NbNb处于处于A A的位置3. 3. 耐热钢和马氏体沉淀硬化不锈钢的强耐热钢和马氏体沉淀硬化不锈钢的强化相。

化相80三、三、ABAB3 3相（有序相）相（有序相）1. 1. 钢和合金中使用着相当数量的有序相钢和合金中使用着相当数量的有序相 一部分有序相接近无序固溶体一部分有序相接近无序固溶体 另一部分有序相的有序状态可保持到另一部分有序相的有序状态可保持到熔点 2. Ni2. Ni3 3AlAl是耐热钢和耐热合金中重要的强是耐热钢和耐热合金中重要的强化相化相 81§§1 1－－7 7 合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响一、合金元素对临界点的影响一、合金元素对临界点的影响 1 1、对、对S S，，E E点成分的影响点成分的影响 合金元素使合金元素使S S，，E E点向左移动，使点向左移动，使S S，，E E点碳含量下降点碳含量下降 亚共析钢平衡组织中珠光体增多亚共析钢平衡组织中珠光体增多82 当合金元素含量高时，对钢的组当合金元素含量高时，对钢的组织影响很大：织影响很大： 如：如：3Cr133Cr13：： 0.3%C0.3%C、、13%Cr13%Cr，组织为，组织为共析钢 4Cr134Cr13：： 0.4%C0.4%C、、13%Cr13%Cr，组织为，组织为过共析钢。

过共析钢 如：如：W18Cr4VW18Cr4V：：0.7-0.8%C0.7-0.8%C，， 组织中有组织中有大量莱氏体存在大量莱氏体存在 832. 2. 对对A1A1，，A3A3点的影响点的影响 奥氏体形成元素：使奥氏体形成元素：使A1A1，，A3A3点下降 铁素体形成元素：使铁素体形成元素：使A1A1，，A3A3点上升84二、对奥氏体相区的影响二、对奥氏体相区的影响1 1、扩大或缩小奥氏体相区、扩大或缩小奥氏体相区2 2、奥氏体钢、奥氏体钢 镍、锰含量高的钢，可以使奥镍、锰含量高的钢，可以使奥氏体稳定到室温，成为室温组织氏体稳定到室温，成为室温组织3 3、铁素体钢、铁素体钢 铬含量高的钢，奥氏体相区完全铬含量高的钢，奥氏体相区完全消失，使铁素体成为高温组织消失，使铁素体成为高温组织85§1§1－－8 8合金元素对钢在加热时转变的影响合金元素对钢在加热时转变的影响一、合金元素对奥氏体形成的影响一、合金元素对奥氏体形成的影响 γγ相的形成依赖于碳化物的溶解和碳相的形成依赖于碳化物的溶解和碳的扩散 1.1.强和中强碳化物形成元素阻碍奥氏体形强和中强碳化物形成元素阻碍奥氏体形成成 (1)(1)形成特殊碳化物或合金渗碳体，稳定形成特殊碳化物或合金渗碳体，稳定性比性比FeFe3 3C C高，难以溶解。

高，难以溶解2)(2)增加碳的扩散激活能，阻碍碳扩散增加碳的扩散激活能，阻碍碳扩散 862. 2. 弱碳化物形成元素锰，对奥氏体形成弱碳化物形成元素锰，对奥氏体形成影响不大影响不大3. 3. 非碳化物形成元素非碳化物形成元素NiNi，，CoCo促进奥氏体促进奥氏体形成 降低碳的扩散激活能，促进碳的扩降低碳的扩散激活能，促进碳的扩散87二、合金元素对奥氏体成分均匀化的影响二、合金元素对奥氏体成分均匀化的影响1. 1. 奥氏体形成时，奥氏体中碳化物形成奥氏体形成时，奥氏体中碳化物形成元素和碳的分布不均匀元素和碳的分布不均匀2. 2. 碳化物形成元素均匀化是奥氏体成分碳化物形成元素均匀化是奥氏体成分均匀化的控制因素均匀化的控制因素 碳化物形成元素扩散系数小碳化物形成元素扩散系数小 碳化物形成元素对碳有吸引力碳化物形成元素对碳有吸引力88三、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响三、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响1. V1. V，，TiTi，，NbNb，，ZrZr，，AlAl强烈阻止奥氏体晶强烈阻止奥氏体晶粒长大2. C2. C，，P P，，MnMn（高碳）促进奥氏体晶粒长（高碳）促进奥氏体晶粒长大大 C C，，P P在在γγ晶界内吸附，改变了晶界晶界内吸附，改变了晶界原子扩散激活能。

原子扩散激活能 锰促进碳的扩散锰促进碳的扩散89§§1 1－－9 9合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响V V，，TiTi，，NbNb，，ZrZr，，W W，，MoMo：： 强烈推迟强烈推迟P P转变，转变，P P转变温度上升转变温度上升 推迟推迟B B转变较少，转变较少，B B转变温度下降转变温度下降CrCr，，MnMn：： 强烈推迟强烈推迟P P转变，推迟转变，推迟B B转变更显著转变更显著 B B转变温度下降转变温度下降90 SiSi：推迟：推迟B B转变更显著转变更显著NiNi：推迟：推迟P P转变更显著转变更显著 91一、合金元素对珠光体转变的影响一、合金元素对珠光体转变的影响 γ→Pγ→P（（αα＋＋K K）） FeFe：扩散型转变重建晶格扩散型转变重建晶格 C C，，MeMe：扩散重新分布扩散重新分布1.1.合金元素对珠光体转变时碳化物形成的合金元素对珠光体转变时碳化物形成的影响影响 92 (1) (1) 碳化物中合金元素的含量碳化物中合金元素的含量 碳化物形成元素在特殊碳化物和碳化物形成元素在特殊碳化物和合金渗碳体中的含量远高于奥氏体合金渗碳体中的含量远高于奥氏体中的平均含量。

中的平均含量 非碳化物形成元素非碳化物形成元素SiSi，，AlAl不存在不存在于碳化物中，只存在于于碳化物中，只存在于αα相中93(2) (2) 合金元素的影响合金元素的影响 合金元素在形成碳化物时要重新分合金元素在形成碳化物时要重新分配，而合金元素的扩散系数比碳小配，而合金元素的扩散系数比碳小5 5个个数量级，因而大大推迟碳化物的形成，数量级，因而大大推迟碳化物的形成，故推迟珠光体转变故推迟珠光体转变942. 2. 合金元素对珠光体转变时合金元素对珠光体转变时γ→αγ→α转变转变的影响的影响 (1) (1) γγ→α→α转变是扩散型转变，受转变是扩散型转变，受αα相相形核功和形核功和FeFe自扩散激活能的控制自扩散激活能的控制 (2) (2) 合金元素的影响合金元素的影响 MnMn，，NiNi：增加：增加αα相形核功，在过冷相形核功，在过冷度小时作用显著度小时作用显著 95CrCr，，MoMo，，W W，，SiSi：： 增加增加FeFe自扩散激活能，在过冷度大自扩散激活能，在过冷度大时作用显著。

时作用显著 以上两类元素同时加入时，作用显以上两类元素同时加入时，作用显著增加 如如 8.5%Cr8.5%Cr：孕育期：孕育期60s60s ＋＋2.5%Ni2.5%Ni：孕育期：孕育期20min20min ＋＋5%Co5%Co：孕育期：孕育期7min7min963. 3. 合金元素对先共析铁素体析出的影响合金元素对先共析铁素体析出的影响 (1) (1) 碳的扩散是先共析铁素体析出的控碳的扩散是先共析铁素体析出的控制因素制因素 γγ相中析出先共析相中析出先共析αα时，时，C C原子要原子要从相界面向从相界面向γγ相中扩散，由于扩散距相中扩散，由于扩散距离长，所以碳的扩散已成为先共析离长，所以碳的扩散已成为先共析αα析出的控制因素析出的控制因素97 (2) W(2) W，，MoMo，，CrCr等中强碳化物形成元素等中强碳化物形成元素阻碍碳的扩散，因而推迟先共析铁素阻碍碳的扩散，因而推迟先共析铁素体的析出体的析出4. 4. 相间沉淀相间沉淀(1) (1) 形态形态 含含V V，，TiTi，，NbNb，，W W，，MoMo，，CrCr等亚共等亚共析钢中，过冷奥氏体转变为铁素体时，析钢中，过冷奥氏体转变为铁素体时，特殊碳化物在铁素体中呈平行列状分特殊碳化物在铁素体中呈平行列状分布。

布98 (2) (2) 形成机理形成机理 当当γγ／／αα相界面前沿相界面前沿γγ相中碳原子相中碳原子浓度达到临界值后，特殊碳化物在相浓度达到临界值后，特殊碳化物在相界面形核析出界面形核析出 因碳化物在因碳化物在γγ／／αα相界面析出，相界面析出，故称为相间沉淀故称为相间沉淀5. 5. 合金元素对过冷奥氏体发生珠光合金元素对过冷奥氏体发生珠光体转变的综合作用体转变的综合作用99100B B：产生内吸附，降低奥氏体晶界能产生内吸附，降低奥氏体晶界能 ☆ ☆推迟低碳钢作用显著推迟低碳钢作用显著 ☆ ☆推迟先共析铁素体开始析出时间，推迟先共析铁素体开始析出时间，对珠光体转变终了时间影响不大对珠光体转变终了时间影响不大 1011.1.多元合金化多元合金化 采用多种合金元素，发挥各自不同采用多种合金元素，发挥各自不同的作用，大大提高过冷奥氏体的稳定性的作用，大大提高过冷奥氏体的稳定性 35Cr Me:1.75% F-P35Cr Me:1.75% F-P孕育期孕育期20S 20S 35CrMo Me:1.38% F-P 35CrMo Me:1.38% F-P孕育期孕育期35S35S40CrNiMo Me:3.25% F-P40CrNiMo Me:3.25% F-P孕育期孕育期500S500S18Cr2Ni4Mo Me:6.34% 500-700℃18Cr2Ni4Mo Me:6.34% 500-700℃不发不发生生P P转变转变 1022. 2. SiMnMoVSiMnMoV系列钢系列钢 采用中国富产的合金元素采用中国富产的合金元素MoMo、、V V，，研制的系列钢种研制的系列钢种, ,用于替代用于替代CrCr，，NiNi钢，钢，得到广泛使用。

得到广泛使用 如如:35SiMn2MoV :35SiMn2MoV 55SiMnMoV 55SiMnMoV103二、合金元素对贝氏体转变的影响二、合金元素对贝氏体转变的影响 γ→αγ→α＋＋K K半扩散转变：半扩散转变： C C：扩散重新分布扩散重新分布 MeMe：不扩散 FeFe：切变重组晶格切变重组晶格转变的控制因素：转变的控制因素： C C的扩散的扩散 γ→αγ→α转变的形核功转变的形核功1041. Cr1. Cr，，MnMn，，NiNi：： 降低降低γγ相的自由能，因而增加了相的自由能，因而增加了αα相形核功，减慢相形核功，减慢γ→αγ→α转变，推迟转变，推迟贝氏体转变贝氏体转变2. W2. W，，MoMo，，V V，，TiTi：： 增加增加C C在在γγ相中的扩散激活能，相中的扩散激活能，降低扩散系数，推迟贝氏体转变，但降低扩散系数，推迟贝氏体转变，但作用比作用比CrCr，，MnMn，，NiNi小1053. 3. 以上两类元素均降低以上两类元素均降低BsBs点，含量高时点，含量高时会在贝氏体转变和珠光体转变之间出会在贝氏体转变和珠光体转变之间出现一个过冷奥氏体稳定区。

现一个过冷奥氏体稳定区4. W4. W、、MoMo、、V V、、TiTi推迟推迟B B转变的作用比推转变的作用比推迟迟P P转变作用弱，在空冷时易获得贝转变作用弱，在空冷时易获得贝氏体组织氏体组织106三、合金元素对马氏体转变的影响三、合金元素对马氏体转变的影响特点：非扩散转变，合金元素对特点：非扩散转变，合金元素对M Ms s，，M Mf f及及马氏体精细结构有影响马氏体精细结构有影响1. 1. 对对M Ms s点的影响点的影响 降低降低M Ms s：：C C最强烈，最强烈， MnMn，，CrCr，，NiNi次之，次之， V V，，MoMo，，W W，，SiSi再次之 升高升高M Ms s：：CoCo，，AlAl107 2. 2. 对残余奥氏体的影响对残余奥氏体的影响 MsMs点越低，室温中残余奥氏体越多点越低，室温中残余奥氏体越多3. 3. 对马氏体形态和亚结构的影响对马氏体形态和亚结构的影响 合金元素一般都增加形成孪晶马氏合金元素一般都增加形成孪晶马氏体的倾向。

体的倾向108§§1 1－－10 10 合金元素对淬火钢回火转变的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响一、合金元素对马氏体分解的影响一、合金元素对马氏体分解的影响 马氏体分解：马氏体分解： M→CM→C在晶体缺陷处偏聚在晶体缺陷处偏聚→→αα（（0.25%C0.25%C）＋）＋εε－－FexCFexC →α →α＋＋FeFe3 3C C 1. 1. 碳化物形成元素阻碍马氏体分解，提碳化物形成元素阻碍马氏体分解，提高马氏体分解温度高马氏体分解温度 原因：和碳有强烈的相互吸引作用原因：和碳有强烈的相互吸引作用 1092. 2. 非碳化物形成元素非碳化物形成元素SiSi，，AlAl，明显阻碍，明显阻碍马氏体分解马氏体分解 SiSi：可由：可由260℃260℃提高到提高到350℃350℃ 原因：原因：εε－－FexCFexC中可以含中可以含SiSi，为钢中，为钢中平均含量，所以不需要发生扩散而平均含量，所以不需要发生扩散而FeFe3 3C C中不含中不含SiSi，故必须发生，故必须发生SiSi的扩散的扩散才能形成才能形成FeFe3 3C C。

即马氏体分解）即马氏体分解） 110二、合金元素对回火时残留奥氏体转变二、合金元素对回火时残留奥氏体转变的影响的影响1. 1. 残留奥氏体转变规律基本遵循过冷奥残留奥氏体转变规律基本遵循过冷奥氏体恒温转变规律氏体恒温转变规律2. 2. 如高合金钢过冷奥氏体分解在如高合金钢过冷奥氏体分解在P P和和B B转转变之间有一个中温奥氏体稳定区，则变之间有一个中温奥氏体稳定区，则残留奥氏体回火时在此温度间也有一残留奥氏体回火时在此温度间也有一个稳定区个稳定区 111 3. 3. “二次淬火二次淬火” 高合金钢残留奥氏体在中温稳定高合金钢残留奥氏体在中温稳定区（区（500500－－600℃600℃）保温一段时间后，）保温一段时间后，冷却时将发生残留奥氏体向马氏体转冷却时将发生残留奥氏体向马氏体转变 112原因：原因：(1) (1) 残留奥氏体在加热时析出部残留奥氏体在加热时析出部分碳化物，使残留奥氏体中碳和合金分碳化物，使残留奥氏体中碳和合金元素含量降低，元素含量降低，MsMs点升高，冷却时发点升高，冷却时发生马氏体相变生马氏体相变 (2) (2) 残留奥氏体并未析出碳化物，残留奥氏体并未析出碳化物，而是发生反稳定现象，使而是发生反稳定现象，使MsMs上升，冷上升，冷却时发生马氏体相变。

却时发生马氏体相变作用：用以消除高速钢，高合金模具钢作用：用以消除高速钢，高合金模具钢等钢种的残留奥氏体等钢种的残留奥氏体113三、合金元素对碳化物析出的影响三、合金元素对碳化物析出的影响 1.1.碳化物形成元素提高了形成合金渗碳碳化物形成元素提高了形成合金渗碳体的温度体的温度MeMe在在αα相中开始显著扩散的温度：相中开始显著扩散的温度： MnMn：：350℃350℃，，CrCr：：400400－－450℃450℃，， MoMo：：500℃500℃，，W W，，V V：：500500－－550℃550℃ 114 2. 2. 强和中强碳化物形成元素阻碍合金强和中强碳化物形成元素阻碍合金渗碳体的聚集和长大渗碳体的聚集和长大 (1) (1) 增加合金渗碳体的稳定性，减慢了增加合金渗碳体的稳定性，减慢了溶解 (2) (2) 增加增加C C在在αα相的扩散激活能，减慢相的扩散激活能，减慢碳的扩散碳的扩散1153. 3. 强和中强碳化物形成元素在钢中强和中强碳化物形成元素在钢中M/CM/C较高时，能析出特殊碳化物较高时，能析出特殊碳化物 (1)(1)原位析出（原位析出（CrCr）） 合金渗碳体中碳化物形成元素发合金渗碳体中碳化物形成元素发生富集，当浓度超过溶解度时，其点生富集，当浓度超过溶解度时，其点阵改组为特殊碳化物的点阵。

阵改组为特殊碳化物的点阵 原位析出时，通常碳化物颗粒较原位析出时，通常碳化物颗粒较粗大，粗大，( (由于原始合金渗碳体较粗大）由于原始合金渗碳体较粗大）弥散硬化作用较弱弥散硬化作用较弱 116 (2) (2) 异位析出（异位析出（W W，，MoMo，，V V，，TiTi，，NbNb）） 合金渗碳体中碳化物形成元素浓合金渗碳体中碳化物形成元素浓度超过溶解度后，合金渗碳体向度超过溶解度后，合金渗碳体向αα相相基体溶解，特殊碳化物直接从基体溶解，特殊碳化物直接从αα相中相中析出 异位析出时，由于碳化物颗粒细异位析出时，由于碳化物颗粒细小，且与基体共格，有弥散硬化作用，小，且与基体共格，有弥散硬化作用，硬度反而上升硬度反而上升1174. 4. 碳化物类型的转变碳化物类型的转变 CrCr，，W W，，MoMo能形成多种碳化物，能形成多种碳化物，在回火时随着温度升高和时间延长，在回火时随着温度升高和时间延长，会发生碳化物类型转变会发生碳化物类型转变CrCr：（：（FeFe，，CrCr））3 3C→C→（（CrCr，，FeFe））7 7C C3 3→→（（CrCr，，FeFe））2323C C6 6W W，，MoMo：（：（FeFe，，MoMo））3 3C→MoC→Mo2 2C→MoC→Mo6 6C C 118 四、合金元素对析出金属间化合物的影四、合金元素对析出金属间化合物的影响响 低碳和微碳的合金马氏体回火时，从低碳和微碳的合金马氏体回火时，从基体中析出金属间化合物，并可产生沉基体中析出金属间化合物，并可产生沉淀强化作用。

淀强化作用 如在如在Fe-NiFe-Ni系马氏体中加入系马氏体中加入TiTi和和NbNb，，在在450450－－550 ℃550 ℃析出析出NiNi3 3TiTi、、NiNi3 3MoMo金属间金属间化合物119第二章第二章 工程结构钢工程结构钢120使用条件：使用条件： 用于制造桥梁、船体、建筑钢结用于制造桥梁、船体、建筑钢结构、管道、锅炉、高压容器、车辆、构、管道、锅炉、高压容器、车辆、油井架或矿井架及海上勘采设备等工油井架或矿井架及海上勘采设备等工程结构件程结构件 121性能要求：性能要求：1 1、高的强度高的强度2 2、良好的塑性良好的塑性3 3、冲击韧性好冲击韧性好一定的常温冲击韧性；尽可能低的脆（一定的常温冲击韧性；尽可能低的脆性转变温度；低的时效敏感性）性转变温度；低的时效敏感性）4 4、良好的可焊性良好的可焊性122§2§2－－1 1 工程结构钢的合金化工程结构钢的合金化一、工程结构钢的强化一、工程结构钢的强化1 1、固溶强化、固溶强化 合金元素溶入铁素体，提高铁素体的合金元素溶入铁素体，提高铁素体的强度和硬度强度和硬度 MnMn，，SiSi：起主要作用。

起主要作用1%Mn1%Mn：：35MPa; 1%Si35MPa; 1%Si：：90Mpa90Mpa1232 2、细晶强化、细晶强化(1) (1) 强碳化物形成元素（强碳化物形成元素（V V，，TiTi，，NbNb）和）和AlAl细化奥氏体晶粒细化奥氏体晶粒 ① ①未溶碳、氮化物颗粒钉扎奥氏体晶界未溶碳、氮化物颗粒钉扎奥氏体晶界 作用大小：作用大小： Ti Ti ＞＞ NbNb ＞＞ Al Al ＞＞ V V ② ②固溶的固溶的NbNb、、AlAl偏聚在奥氏体晶界，阻止偏聚在奥氏体晶界，阻止晶界运动晶界运动2) Cr(2) Cr，，MnMn，，NiNi增加过冷奥氏体的过冷能力，增加过冷奥氏体的过冷能力，降低相变温度，细化铁素体和珠光体降低相变温度，细化铁素体和珠光体1243 3、沉淀强化、沉淀强化 固溶于奥氏体中的固溶于奥氏体中的V V，，TiTi，，NbNb，发生，发生相间沉淀和在铁素体中析出极细小的碳化相间沉淀和在铁素体中析出极细小的碳化物颗粒，产生弥散强化作用物颗粒，产生弥散强化作用1) (1) 产生原因产生原因 V V，，TiTi，，NbNb是强碳化物形成元素，有优是强碳化物形成元素，有优先形成碳化物的特性。

先形成碳化物的特性 V V，，TiTi，，NbNb在奥氏体转变为铁素体时溶在奥氏体转变为铁素体时溶解度急剧下降解度急剧下降125(2) (2) 形态形态相间沉淀：在相间沉淀：在αα／／γγ相界面析出相界面析出紊乱分布：在铁素体内位错线和基体紊乱分布：在铁素体内位错线和基体上析出1264 4、增加珠光体数量、增加珠光体数量 (1) (1) 合金元素增加珠光体数量，使抗拉强合金元素增加珠光体数量，使抗拉强度增加 (2) (2) 含碳量小于含碳量小于0.1%0.1%时，珠光体数量对屈时，珠光体数量对屈服强度无影响服强度无影响 (3) (3) 珠光体对塑性、韧性产生不利影响珠光体对塑性、韧性产生不利影响不采用增加碳含量来提高强度不采用增加碳含量来提高强度 (4) (4) 发展无珠光体钢，满足焊接、深冲、发展无珠光体钢，满足焊接、深冲、耐低温等要求耐低温等要求127二、铁素体－珠光体组织的冷脆性二、铁素体－珠光体组织的冷脆性 1 1、碳含量、碳含量 随碳含量增加，珠光体数量增加，随碳含量增加，珠光体数量增加，韧韧- -脆转变温度升高脆转变温度升高 2 2、、MnMn、、NiNi、、CrCr 降低韧降低韧- -脆转变温度。

脆转变温度 128 MnMn：常用元素常用元素 >1.5%>1.5%时，产生非铁素体组织，明显降低时，产生非铁素体组织，明显降低韧性 NiNi：对耐低温钢尤其重要对耐低温钢尤其重要 CrCr：含量较低时提高韧性含量较低时提高韧性3 3、、P P、、SiSi 明显降低冲击韧性，升高韧明显降低冲击韧性，升高韧- -脆转变脆转变温度129 4 4、、N N 固溶于铁素体时可明显降低冲击韧固溶于铁素体时可明显降低冲击韧性，升高韧性，升高韧- -脆转变温度，并产生应变时脆转变温度，并产生应变时效 加铝、钛，生成稳定的氮化物，可加铝、钛，生成稳定的氮化物，可固定氮，并细化晶粒，降低韧固定氮，并细化晶粒，降低韧- -脆转变温脆转变温度1305 5、、V V，，TiTi，，NbNb 产生的细晶强化可以补偿弥散强化产生的细晶强化可以补偿弥散强化对韧性的损害对韧性的损害 6 6、非金属夹杂物、非金属夹杂物 MnSMnS夹杂塑性好，沿形变方向呈条带夹杂塑性好，沿形变方向呈条带状分布，降低横向冲击韧性状分布，降低横向冲击韧性。

加稀土元素可形成球状夹杂物，使加稀土元素可形成球状夹杂物，使横向与纵向冲击韧性趋于一致横向与纵向冲击韧性趋于一致131三、工程结构钢的焊接性三、工程结构钢的焊接性1 1、可焊性、可焊性 在简单可行的焊接工艺条件下，钢在简单可行的焊接工艺条件下，钢材焊接后不产生裂纹，并获得良好的焊材焊接后不产生裂纹，并获得良好的焊缝区性能缝区性能2 2、热影响区、热影响区 由于焊后冷却速度快，易得到马氏体由于焊后冷却速度快，易得到马氏体组织，内应力大，产生裂纹组织，内应力大，产生裂纹1323 3、碳当量、碳当量 要求：要求：CECE不大于不大于0.4-0.5%0.4-0.5% 碳及合金元素的作用，反映了钢的淬碳及合金元素的作用，反映了钢的淬透性和淬硬性透性和淬硬性 四、工程结构钢的耐大气腐蚀性能四、工程结构钢的耐大气腐蚀性能 钢中加入少量的铜、磷，提高钢的耐大钢中加入少量的铜、磷，提高钢的耐大气腐蚀性能气腐蚀性能 如：如：09CuPTi09CuPTi耐候钢133 §§2 2－－2 2 铁素体铁素体- -珠光体钢珠光体钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢 1. 1. 编号编号 Q Q＋屈服点＋质量等级＋脱氧＋屈服点＋质量等级＋脱氧 Q Q：表示屈服强度：表示屈服强度 屈服点：分为屈服点：分为5 5个等级：个等级：195195，，215215，， 235235，，255255，，275275（（MPaMPa））134质量等级：质量等级： 分分A A，，B B，，C C，，D D四个等级，表示对四个等级，表示对冲击试验的要求不一样。

冲击试验的要求不一样A A：不要求，：不要求， B B：：20℃20℃时时≥≥27J27JC C：：0℃0℃时时≥≥27J27J，， D D：－：－20℃≥27J20℃≥27J脱氧：镇静钢：不表示脱氧：镇静钢：不表示 沸腾钢：沸腾钢：F F；； 半镇静钢：半镇静钢：b b1352. 2. 特点：特点： (1)(1)碳含量较低碳含量较低0.06-0.38%C0.06-0.38%C (2) (2)热轧态供货，不需热处理，组织为热轧态供货，不需热处理，组织为F F＋＋P P (3) S(3) S，，P P含量随质量等级提高而减少含量随质量等级提高而减少3. 3. 用途用途 主要用于工程结构钢主要用于工程结构钢 产量大136二、高强度低合金钢二、高强度低合金钢特点：显微组织中，特点：显微组织中，F F：：7575－－90%90%，， P P：：1010－－25%25%1 1、低碳：、低碳：C≤0.15%C≤0.15%2 2、热轧态或正火态供货。

热轧态或正火态供货3 3、强度较低：、强度较低：σsσs：：345345－－440MPa440MPa137典型钢种：典型钢种：16Mn 345MPa 16Mn 345MPa MnMn：起固溶强化和：起固溶强化和 细化晶粒作用细化晶粒作用15MnV 390MPa 15MnV 390MPa 增加增加V V的微合金化，的微合金化， 起细化晶粒和沉淀强化作用起细化晶粒和沉淀强化作用15MnVN 440MPa 15MnVN 440MPa 增加增加V V，，N N复合微合复合微合金化，起细化晶粒和沉淀强化作用金化，起细化晶粒和沉淀强化作用138三、微合金钢三、微合金钢 微合金钢：在高强度低合金钢中加入微合金钢：在高强度低合金钢中加入0.1%0.1%左右的左右的V V、、TiTi、、NbNb等合金元素等合金元素 关键：采用控制轧制和控制冷却的生关键：采用控制轧制和控制冷却的生产工艺，充分发挥微合金元素的细化晶产工艺，充分发挥微合金元素的细化晶粒和沉淀强化作用粒和沉淀强化作用139 轧制：加热温度高于轧制：加热温度高于1200℃,1200℃,钒的碳、钒的碳、氮化物完全溶入奥氏体，铌和钛的碳、氮化物完全溶入奥氏体，铌和钛的碳、氮化物一部分溶入奥氏体，一部分未溶氮化物一部分溶入奥氏体，一部分未溶解。

解 溶入奥氏体的溶入奥氏体的V V、、TiTi、、NbNb在轧制过程在轧制过程中析出，抑制再结晶和晶粒长大；在轧中析出，抑制再结晶和晶粒长大；在轧后的冷却时继续析出，产生沉淀强化作后的冷却时继续析出，产生沉淀强化作用 未溶的碳、氮化物阻止加热时奥氏未溶的碳、氮化物阻止加热时奥氏体晶粒长大体晶粒长大1401 1、抑制奥氏体形变再结晶抑制奥氏体形变再结晶 铌作用最强，钛作用次之，钒较弱铌作用最强，钛作用次之，钒较弱 (1) (1) 应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物，应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上，阻碍晶界沉淀在晶界、亚晶界和位错上，阻碍晶界和位错运动，抑制再结晶和位错运动，抑制再结晶 (2) (2) 固溶的铌原子偏聚在奥氏体晶界，阻固溶的铌原子偏聚在奥氏体晶界，阻碍晶界运动碍晶界运动1412 2、阻止奥氏体晶粒长大、阻止奥氏体晶粒长大 每一道次轧制奥氏体再结晶完成后，每一道次轧制奥氏体再结晶完成后，就要发生晶粒长大钛、铌、钒的氮化就要发生晶粒长大钛、铌、钒的氮化物颗粒能阻止奥氏体晶粒长大物颗粒能阻止奥氏体晶粒长大。

3 3、沉淀强化、沉淀强化 钒：析出钒：析出VCVC的沉淀强化效果非常显著的沉淀强化效果非常显著 铌：铌： ≥ ≥0.04%0.04%，沉淀强化显著沉淀强化显著142 4 4、细化铁素体组织、细化铁素体组织 (1) (1) 固溶在奥氏体中的铌、钒提高了奥固溶在奥氏体中的铌、钒提高了奥氏体的稳定性，降低相变温度氏体的稳定性，降低相变温度 (2) (2) 细小的奥氏体和未再结晶的形变奥细小的奥氏体和未再结晶的形变奥氏体增加了铁素体形核数量氏体增加了铁素体形核数量 铁素体铁素体- -珠光体组织的低合金钢和微珠光体组织的低合金钢和微合金钢，屈服强度的极限为合金钢，屈服强度的极限为440Mpa,440Mpa,超过超过此强度需采用其他强化措施此强度需采用其他强化措施143§2§2－－3 3低碳贝氏体和马氏体钢低碳贝氏体和马氏体钢一、低碳贝氏体钢一、低碳贝氏体钢1 1、特点、特点 在热轧或正火后直接产生贝氏体组织，在热轧或正火后直接产生贝氏体组织，屈服强度较高屈服强度较高 2 2、碳含量低，保证韧性和焊接性碳含量低，保证韧性和焊接性 C C：：0.10-0.20%0.10-0.20%，一般为，一般为0.10-0.16%0.10-0.16%。

1443 3、合金化、合金化 以以0.5%Mo0.5%Mo，或，或0.5%Mo+B0.5%Mo+B为基础，同时为基础，同时加入加入MnMn，，CrCr，，NiNi及及V V，，TiTi，，NbNb1) Mo(1) Mo，，B B：保证空冷条件下获得贝氏体：保证空冷条件下获得贝氏体组织 原因：强烈推迟先共析铁素体析出和原因：强烈推迟先共析铁素体析出和珠光体转变珠光体转变145(2) Cr(2) Cr，，NiNi，，MnMn：： 增加淬透性，使贝氏体转变温度降低，增加淬透性，使贝氏体转变温度降低，便于得到下贝氏体组织，具有更低的脆性便于得到下贝氏体组织，具有更低的脆性转变温度转变温度3) V(3) V，，TiTi，，NbNb：： 细化晶粒，弥散强化细化晶粒，弥散强化1464 4、典型钢种、典型钢种14MnMoV14MnMoV：： σsσs：：490Mpa490Mpa，用于制造容器用于制造容器 板厚小于板厚小于14mmm14mmm，热轧态 板厚大于板厚大于14mmm14mmm，正火加高温火正火加高温火14CrMnMoVB14CrMnMoVB：： σsσs：：640Mpa640Mpa，用于制造高，用于制造高压容器。

压容器 147二二、针状铁素体钢、针状铁素体钢1 1、化学成分、化学成分 实质上属于低碳或超低碳贝氏体钢实质上属于低碳或超低碳贝氏体钢典型钢种：典型钢种：C<0.1%C<0.1%，， MnMn（（1.2-2.0%1.2-2.0%），）， MoMo（（0.2-0.6%0.2-0.6%），），NbNb（（0.04-0.06%0.04-0.06%）有时还加有时还加0.06%V0.06%V，，0.01%Ti0.01%Ti 148 2 2、显微组织、显微组织 具有高位错密度亚结构和弥散沉淀相具有高位错密度亚结构和弥散沉淀相的细晶粒的针状铁素体的细晶粒的针状铁素体 1493 3、强化机制、强化机制(1) (1) 细晶强化：细小的铁素体晶粒细晶强化：细小的铁素体晶粒2) (2) 位错强化：铁素体内切变形成的高密位错强化：铁素体内切变形成的高密度位错3) (3) 沉淀强化：沉淀强化：Nb(C,NNb(C,N) )，，VCVC沉淀相4) (4) 固溶强化：铁素体中固溶的碳和合金固溶强化：铁素体中固溶的碳和合金元素150 4 4、典型钢种、典型钢种 09MnMoVNb09MnMoVNb：： σs≥470MPaσs≥470MPa，，δ≥20%δ≥20%，，-15℃-15℃冲击韧性冲击韧性≥≥90J90J。

采用控制轧制和控制冷却用于制造采用控制轧制和控制冷却用于制造寒冷地区的输油管线寒冷地区的输油管线 151三、低碳马氏体钢三、低碳马氏体钢 1 1、性能、性能 强度高，强度高，σbσb可达可达1000Mpa1000Mpa；； 韧性好；韧性好； 焊接性好焊接性好 2 2、显微组织、显微组织 以低碳马氏体为主以低碳马氏体为主1523 3、合金化、合金化 (1) (1) 碳含量：低碳碳含量：低碳2) (2) 合金元素：合金元素：MnMn、、CrCr、、MoMo、、NbNb、、V V、、B B 提高淬透性，防止铁素体析出和珠光提高淬透性，防止铁素体析出和珠光体转变1534 4、典型钢种、典型钢种 BHS-1BHS-1：：C C：：0.1%0.1%，， MnMn：：1.8%1.8%，， MoMo：：0.45%0.45%，， NbNb：：0.05%0.05% 锻轧后空冷：锻轧后空冷：B + M + FB + M + F混合组织混合组织 σbσb：：1049Mpa1049Mpa，，AkAk：：96J96J。

淬火：低碳马氏体淬火：低碳马氏体 σbσb：：1197Mpa1197Mpa，， AkAk：：50J50J154四、双相钢四、双相钢1 1、特点、特点 金相组织是由金相组织是由7070－－80%80%的细晶多边的细晶多边状铁素体和状铁素体和2020－－30%30%的马氏体组成，后的马氏体组成，后者以小岛态或纤维状均匀分布在铁素者以小岛态或纤维状均匀分布在铁素体基体上体基体上2. 2. 性能性能 具有优良的深冲性能，是具有优良的深冲性能，是F F，，F+PF+P类型低合金钢不能满足的类型低合金钢不能满足的155 (1) (1) σsσs下降，下降，δδ上升 （碳含量低，铁素体占（碳含量低，铁素体占80%80%）） (2) (2) σbσb上升上升 （（20%20%的马氏体）的马氏体） （铁素体的加工硬化）（铁素体的加工硬化） (3) (3) 均匀延伸提高，塑性应变比上升均匀延伸提高，塑性应变比上升 （与岛状马氏体的形态分布有关）（与岛状马氏体的形态分布有关）1563. 3. 热处理双相钢热处理双相钢加热：加热：αα＋＋γγ双相区。

双相区740℃740℃－－800℃800℃））冷却：空冷时岛状冷却：空冷时岛状γγ因因C C和合金元素含量和合金元素含量高，转变为马氏体高，转变为马氏体 157 4. 4. 热轧双相钢热轧双相钢 热轧冷却时先析出热轧冷却时先析出80%80%以上的铁素以上的铁素体，未转变的奥氏体因体，未转变的奥氏体因C C和合金元素含和合金元素含量高，转变为马氏体量高，转变为马氏体 158§§2 2－－4 4工程结构钢的冶金工艺特点工程结构钢的冶金工艺特点一、冶炼工艺一、冶炼工艺 1 1、氧气炼钢、氧气炼钢 可降低钢中的含氮量可降低钢中的含氮量1592 2、铝终脱氧、铝终脱氧(1) (1) 脱氧充分，含氧量低脱氧充分，含氧量低2) (2) 保证保证TiTi、、NbNb、、V V的收得率的收得率3) (3) 形成形成AlNAlN，固定钢中的氮，减少应变，固定钢中的氮，减少应变时效，细化晶粒时效，细化晶粒1603 3、控制、控制MnSMnS夹杂夹杂(1) (1) 采取脱硫措施，降低含硫量采取脱硫措施，降低含硫量2) (2) 加入稀土元素，生成难以变形的复加入稀土元素，生成难以变形的复合硫化物。

合硫化物 161 4 4、降低杂质，提高纯净度降低杂质，提高纯净度 (1) (1) 采用钢液真空处理、钢包精炼等炉采用钢液真空处理、钢包精炼等炉外精炼新技术外精炼新技术 (2) (2) 加入稀土元素，和杂质元素生成难加入稀土元素，和杂质元素生成难熔化合物熔化合物162二、控制轧制和控制冷却二、控制轧制和控制冷却 1 1、传统控制轧制、传统控制轧制(1) (1) 特点：控制道次压下量特点：控制道次压下量2) 950℃(2) 950℃以上，发生动态再结晶以上，发生动态再结晶3) 950℃(3) 950℃以下，发生静态再结晶或回复以下，发生静态再结晶或回复4) (4) 铁素体在形变奥氏体的晶界和晶内形变铁素体在形变奥氏体的晶界和晶内形变带上形核，细化铁素体带上形核，细化铁素体5) (5) 缺点：终轧温度低，轧机负荷大缺点：终轧温度低，轧机负荷大1632 2、再结晶控制轧制、再结晶控制轧制(1) (1) 特点：以特点：以TiNTiN阻止奥氏体晶粒粗化，阻止奥氏体晶粒粗化，以以V(C,N)V(C,N)为沉淀强化相为沉淀强化相2) (2) 含钛量控制在含钛量控制在0.01-0.02%0.01-0.02%，保证钢液，保证钢液凝固后从奥氏体中析出弥散分布的凝固后从奥氏体中析出弥散分布的TiNTiN，能抑制高温形变后再结晶奥氏体的粗，能抑制高温形变后再结晶奥氏体的粗化，经多道形变细化奥氏体。

化，经多道形变细化奥氏体 164(3) (3) 终轧温度高于终轧温度高于950℃950℃，，V(C,N)V(C,N)在奥氏在奥氏体中无应变诱导析出，而在低温下发生体中无应变诱导析出，而在低温下发生相间沉淀和从铁素体中析出，产生沉淀相间沉淀和从铁素体中析出，产生沉淀强化4) (4) 优点：轧机负荷低钢材焊接性好优点：轧机负荷低钢材焊接性好165 3 3、控制冷却、控制冷却(1)(1)增大冷却速度，细化铁素体和珠光体增大冷却速度，细化铁素体和珠光体2) (2) 降低相变温度，细化沉淀相尺寸降低相变温度，细化沉淀相尺寸3) (3) 采用强制风冷、喷雾、喷水等措施采用强制风冷、喷雾、喷水等措施166第三章第三章 机械制造用结构钢机械制造用结构钢167特点：制造各种机械零件，如汽车、拖特点：制造各种机械零件，如汽车、拖拉机、机床、矿山机械、冶金机械、拉机、机床、矿山机械、冶金机械、电站设备等机器上的轴、齿轮、连杆、电站设备等机器上的轴、齿轮、连杆、弹簧、紧固件等弹簧、紧固件等成分：成分： C C：：0.080.08－－0.65%0.65% Me Me：通常合金元素含量不超过：通常合金元素含量不超过5%5%。

168质量：质量： 一般为优质钢，少数为高级优质钢一般为优质钢，少数为高级优质钢按用途分类：按用途分类： 调质钢、低碳马氏体钢、轴承钢、渗调质钢、低碳马氏体钢、轴承钢、渗碳钢、氮化钢、弹簧钢、易切削钢等碳钢、氮化钢、弹簧钢、易切削钢等169 §§3-1 3-1 结构钢的强度与韧性结构钢的强度与韧性一、结构钢的强化一、结构钢的强化1 1、加工硬化、加工硬化ττ＝＝τ0τ0＋＋αGbρ1/2αGbρ1/2途径：冷形变；相变过程中的切变途径：冷形变；相变过程中的切变170 2 2、细晶强化、细晶强化 σsσs=σ0+kyd-1/2=σ0+kyd-1/2d d：淬火前奥氏体晶粒尺寸淬火前奥氏体晶粒尺寸 （淬火回火钢）（淬火回火钢）途径：未熔碳化物阻止奥氏体晶粒长大途径：未熔碳化物阻止奥氏体晶粒长大1713 3、固溶强化、固溶强化 利用固溶的代位溶质原子或间隙固利用固溶的代位溶质原子或间隙固溶原子产生晶格畸变，提高基体的屈溶原子产生晶格畸变，提高基体的屈服强度1)(1)铁素体基体：代位溶质原子铁素体基体：代位溶质原子　（正火，淬火加中温、高温回火　（正火，淬火加中温、高温回火) )(2)(2)马氏体基体：间隙溶质原子马氏体基体：间隙溶质原子　（淬火加低温回火）　（淬火加低温回火）1724. 4. 沉淀强化沉淀强化 将多量的合金元素溶入将多量的合金元素溶入αα铁中，铁中，形成过饱和固溶体，然后通过时效或形成过饱和固溶体，然后通过时效或回火处理，使过饱和原子析出新相，回火处理，使过饱和原子析出新相，产生强化作用。

产生强化作用合金钢：析出碳化物合金钢：析出碳化物马氏体时效钢：析出金属间化合物马氏体时效钢：析出金属间化合物（（NiNi3 3TiTi，，NiNi3 3MoMo，，FeFe2 2MoMo等）173结构钢的强度水平：结构钢的强度水平： 中碳回火索氏体钢、低碳马氏体钢：中碳回火索氏体钢、低碳马氏体钢： σbσb 1200-1400MPa 1200-1400MPa 中碳低合金马氏体钢：中碳低合金马氏体钢： σbσb 1400-2000MPa 1400-2000MPa 微碳马氏体时效钢：微碳马氏体时效钢：σbσb 1900-2300MPa 1900-2300MPa 174 形变热处理中合金钢：形变热处理中合金钢：σbσb 2400-3200MPa 2400-3200MPa 将过冷奥氏体在中温区域进行将过冷奥氏体在中温区域进行60--60--90%90%形变，然后立即淬火形变，然后立即淬火强度来源：强度来源： 形变：高密度位错（加工硬化）；形变：高密度位错（加工硬化）； 奥氏体析出碳化物（沉淀强化）奥氏体析出碳化物（沉淀强化） 淬火：马氏体强化。

淬火：马氏体强化175 高碳冷拉钢丝：高碳冷拉钢丝：σbσb 3000-4000MPa 3000-4000MPa 900 900－－950℃950℃奥氏体化，奥氏体化，500℃500℃铅浴形铅浴形成细珠光体，冷拔量达到成细珠光体，冷拔量达到90%90% 强度来源：强度来源： 加工硬化加工硬化 弥散强化（碎化的渗碳体）弥散强化（碎化的渗碳体）176二、结构钢韧性二、结构钢韧性1 1、韧性指标、韧性指标(1) (1) 冲击韧性冲击韧性(2) (2) 韧韧- -脆转变温度脆转变温度(3) (3) 断裂韧性：高强度钢中存在有微小断裂韧性：高强度钢中存在有微小的裂纹，当裂纹尺寸增大到一定尺寸的裂纹，当裂纹尺寸增大到一定尺寸时，裂纹突然扩展，零件发生脆断时，裂纹突然扩展，零件发生脆断177二、结构钢的脆性断裂二、结构钢的脆性断裂1 1 来自强化来自强化 σsσs↑↑，使塑性变形能力下降，脆，使塑性变形能力下降，脆断倾向增加断倾向增加2 2 来自脆化来自脆化 生产、加工过程中产生了缺陷，生产、加工过程中产生了缺陷，σsσs不增加，而不增加，而σfσf下降。

下降178§§3-2 3-2 结构钢的淬透性结构钢的淬透性一、淬透性对机械性能的影响一、淬透性对机械性能的影响1. 1. 组织和机械性能的关系组织和机械性能的关系 对于碳钢、对于碳钢、CrCr钢、钢、CrNiCrNi钢、钢、CrMnSiCrMnSi钢当钢当HB<500HB<500时：时：σb≈1/3HBσb≈1/3HB（（kg/mm2kg/mm2），），与组织无关与组织无关而而σs/σbσs/σb，，σσ－－1 1，，δδ，，AkAk，脆转温度不，脆转温度不仅与硬度有关，也与组织有关仅与硬度有关，也与组织有关179 在硬度要求不高的情况下，马氏在硬度要求不高的情况下，马氏体回火组织比相同硬度的体回火组织比相同硬度的F F＋＋P P组织有组织有较好的综合机械性能较好的综合机械性能 　　　　　　 马氏体回火组织：颗粒状碳化物马氏体回火组织：颗粒状碳化物 F + P F + P 组织：组织： 片层状碳化物片层状碳化物1802 2、淬透性对机械性能的影响、淬透性对机械性能的影响(1) (1) 淬透的零件比相同硬度的未淬透零淬透的零件比相同硬度的未淬透零件有较好的综合机械性能。

件有较好的综合机械性能2) (2) 在都淬火得到马氏体前提下，碳素在都淬火得到马氏体前提下，碳素结构钢和合金结构钢回火后同样都具结构钢和合金结构钢回火后同样都具有良好的综合室温机械性能有良好的综合室温机械性能3) (3) 碳素结构钢的主要弱点在于淬透性碳素结构钢的主要弱点在于淬透性差，以致在尺寸较大的零件上，淬火差，以致在尺寸较大的零件上，淬火得不到所需厚度的马氏体层得不到所需厚度的马氏体层181(4) (4) 对不同负荷的零件，有不同的淬透对不同负荷的零件，有不同的淬透层要求拉力、剪切力：全部马氏体拉力、剪切力：全部马氏体弯曲、扭转：表层有一定厚度的全马氏弯曲、扭转：表层有一定厚度的全马氏体组织，心部马氏体约占体组织，心部马氏体约占50%50% 182二、顶端淬火曲线及其应用二、顶端淬火曲线及其应用1. 1. 顶端淬火曲线的特征点顶端淬火曲线的特征点(1)(1)淬硬性：距端面淬硬性：距端面1.5mm1.5mm处的硬度，代处的硬度，代表钢的淬硬性表钢的淬硬性2) (2) 淬透性淬透性 马氏体占马氏体占99.9%99.9%时的最远距离时的最远距离 马氏体占马氏体占50%50%时的距离。

时的距离1832 2、顶端淬火曲线的应用、顶端淬火曲线的应用(1)(1)已知要求淬火硬度处的冷却速度时，已知要求淬火硬度处的冷却速度时，可直接查表可直接查表如要求如要求φ25mmφ25mm圆棒油淬中心处硬度圆棒油淬中心处硬度HRC40HRC40查表：查表：φ25mmφ25mm圆棒油淬中心处冷速相当于圆棒油淬中心处冷速相当于端距端距9mm9mm；；凡是端距凡是端距9mm9mm处硬度为处硬度为HRC40HRC40的钢种均可的钢种均可184(2)(2)不知道要求淬火硬度处的冷却速度不知道要求淬火硬度处的冷却速度☆☆直接测量冷却速度直接测量冷却速度☆☆用已有钢种来反推冷速用已有钢种来反推冷速 用已有钢种生产该零件，测出要求用已有钢种生产该零件，测出要求淬火硬度处的硬度，从顶端曲线上找出淬火硬度处的硬度，从顶端曲线上找出该硬度所对应的端距找出在此端距处该硬度所对应的端距找出在此端距处硬度符合要求的钢种硬度符合要求的钢种1853. 3. 淬火带淬火带 同一钢号由于成分波动引起的硬度同一钢号由于成分波动引起的硬度波动 成分波动：不同厂家、不同炉号、成分波动：不同厂家、不同炉号、不同钢锭、钢锭不同部位。

不同钢锭、钢锭不同部位 186 三、合金元素对结构钢淬透性的影响三、合金元素对结构钢淬透性的影响1. 1. 所有合金元素（除所有合金元素（除CoCo单独加入外）溶单独加入外）溶入奥氏体中均增加淬透性入奥氏体中均增加淬透性2. 2. 含强、中强碳化物形成元素的合金钢，含强、中强碳化物形成元素的合金钢，淬火加热温度较高，淬火保温时间较淬火加热温度较高，淬火保温时间较长，以便合金元素充分溶入奥氏体中长，以便合金元素充分溶入奥氏体中3. 3. 除了低淬透性钢之外，合金结构钢的除了低淬透性钢之外，合金结构钢的淬透性均优于碳素结构钢淬透性均优于碳素结构钢187 §§3-33-3调质钢调质钢一、调质钢的性能要求一、调质钢的性能要求1 1、用途、用途 采用淬火加高温回火工艺，制造要采用淬火加高温回火工艺，制造要求良好的综合机械性能的齿轮、轴、求良好的综合机械性能的齿轮、轴、拉杆等零件拉杆等零件 良好的综合机械性能：较高的强度、良好的综合机械性能：较高的强度、良好的塑性和韧性良好的塑性和韧性2 2、显微组织、显微组织 回火索氏体：再结晶后的块状铁素体回火索氏体：再结晶后的块状铁素体基体上分布着颗粒状的碳化物。

基体上分布着颗粒状的碳化物188 3 3、性能要求、性能要求(1) (1) 良好的综合机械性能良好的综合机械性能 H H＝＝HF+αSHF+αSH H：调质钢硬度；：调质钢硬度；HFHF：铁素体硬度；：铁素体硬度；αα：系数；：系数； S S：碳化物颗粒总面积碳化物颗粒总面积189 HFHF：取决于铁素体晶粒大小和合金元素：取决于铁素体晶粒大小和合金元素的固溶强化的固溶强化 S S：取决于碳化物总量和分散度取决于碳化物总量和分散度 S S：太小，强度不够太小，强度不够 S S：太大，塑性、韧性不够太大，塑性、韧性不够190(2) (2) 足够的淬透性足够的淬透性 单向均匀拉、压、剪切：单向均匀拉、压、剪切： 心部心部>90%>90%马氏体 弯扭：弯扭： 离表面离表面0.3R0.3R处处>90%>90%马氏体3) (3) 防止高温回火脆性防止高温回火脆性191二、调质钢的合金化二、调质钢的合金化1 1、碳、碳 0.300.30－－0.50%0.50%形成一定数量的碳化物，。

形成一定数量的碳化物，保证强度和塑性、韧性的要求保证强度和塑性、韧性的要求2 2、合金元素、合金元素 调质钢采用完全淬火，加热时完全奥调质钢采用完全淬火，加热时完全奥氏体化，只有强碳化物形成元素形成的特氏体化，只有强碳化物形成元素形成的特殊碳化物未完全溶解，其余合金元素均溶殊碳化物未完全溶解，其余合金元素均溶入奥氏体入奥氏体192(1) (1) 增加淬透性；增加淬透性； 作用显著：作用显著：MnMn，，MoMo，，CrCr，，B B 作用较小：作用较小：SiSi，，NiNi，，W W，，V V 当当CrCr＝＝1%1%，，Ni=3%Ni=3%，淬透性显著增加淬透性显著增加 193 (2) (2) 防止高温回火脆性；防止高温回火脆性； 对对MnMn钢，钢，CrCr钢尤为重要钢尤为重要 MoMo：：0.2-0.3%0.2-0.3%，不大于，不大于0.6%0.6%，， (3) (3) 提高回火稳定性提高回火稳定性 V V，，W W，，MoMo，，Cr Cr 阻碍合金渗碳体长阻碍合金渗碳体长大，阻碍大，阻碍αα相再结晶。

相再结晶194(4) (4) 细化奥氏体晶粒细化奥氏体晶粒 V V：：0.1-0.2%0.1-0.2% 淬火加热时淬火加热时TiCTiC、、NbCNbC难于溶入奥难于溶入奥氏体，氏体，VCVC可部分溶解考虑到增加淬可部分溶解考虑到增加淬透性的需要，采用钒细化晶粒透性的需要，采用钒细化晶粒 热处理时只要控制好淬火加热温热处理时只要控制好淬火加热温度，通常奥氏体晶粒不会过分粗大度，通常奥氏体晶粒不会过分粗大195三、合金元素对韧性的影响三、合金元素对韧性的影响 1 1、锰、锰 含量为含量为1%-1.5%1%-1.5%时，提高韧性时，提高韧性 2 2、镍、镍 提高韧性提高韧性 3 3、硅、硅 降低韧性降低韧性196四、常用调质钢四、常用调质钢1. 1. 低淬透性调质钢；低淬透性调质钢； 油淬临界直径油淬临界直径30-40mm30-40mm 锰钢：锰钢：45Mn245Mn2，，45Mn2V45Mn2V 硅锰钢：硅锰钢：42SiMn42SiMn 硼钢：硼钢：50B50B，，40MnB40MnB，，40MnVB40MnVB。

铬钢：铬钢：40Cr40Cr，，38CrSi38CrSi，，40CrV40CrV197 2. 2. 中淬透性调质钢；中淬透性调质钢； 油淬临界直径油淬临界直径40-60mm40-60mm 铬钼钢：铬钼钢：42CrMo42CrMo 铬镍钢：铬镍钢：40CrNi40CrNi 锰钼硼钢：锰钼硼钢：40MnMoB40MnMoB 铬锰钢：铬锰钢：40CrMn40CrMn，，30CrMnSi30CrMnSi1983. 3. 高淬透性调质钢高淬透性调质钢 油淬临界直径大于油淬临界直径大于60-100mm60-100mm 高铬镍钢：高铬镍钢：37CrNi337CrNi3，油淬，油淬200mm200mm可淬可淬透 铬镍钼钢：铬镍钼钢：40CrNiMo40CrNiMo 铬锰钼钢：铬锰钼钢：40CrMnMo40CrMnMo 硅锰钼钒钢：硅锰钼钒钢：35SiMn2MoV35SiMn2MoV199 §3-4 §3-4 低温回火状态下的结构钢低温回火状态下的结构钢一、低温回火钢的显微组织及力学性能一、低温回火钢的显微组织及力学性能 1 1、显微组织、显微组织 回火马氏体（碳的过饱和固溶体，回火马氏体（碳的过饱和固溶体，与与αα相格的相格的εε－－FexCFexC沉淀相）沉淀相） 2002 2、强度、强度强度来源：强度来源： 碳的固溶强化，碳的固溶强化， 沉淀强化，沉淀强化， 马氏体相变的冷作硬化。

马氏体相变的冷作硬化强度与含碳量的关系如下所示：强度与含碳量的关系如下所示：σbσb=2880×C+800 =2880×C+800 （（1700-2300MPa1700-2300MPa）） C>0.5%C>0.5%时，脆性急剧增加，工艺性时，脆性急剧增加，工艺性能变坏，未见用于生产能变坏，未见用于生产 2013 3、韧性、韧性(1) (1) 碳含量碳含量0.25%0.25%以下：为板条马氏体，韧性好以下：为板条马氏体，韧性好0.25%0.25%以上：片状马氏体数量增加，韧以上：片状马氏体数量增加，韧性降低2) (2) 合金元素：合金元素：MnMn：：1%1%；； CrCr：：1.5%1.5%；； MoMo：：0.5%0.5%；； NiNi：：1-4% 1-4% 可提高韧性可提高韧性3) (3) 细化晶粒细化晶粒V V：：0.05-0.20%0.05-0.20%2024 4、低温回火脆性、低温回火脆性(1) (1) 避免在避免在250-350℃250-350℃回火2) (2) 降低杂质元素含量降低杂质元素含量3) (3) 加入加入SiSi，提高低温回火脆性的产生，提高低温回火脆性的产生温度。

温度203二、低碳马氏体结构钢二、低碳马氏体结构钢1 1、特点、特点(1)(1)高强度、塑性和韧性好，可替代调质高强度、塑性和韧性好，可替代调质钢2)(2)和调质钢比，冷成型和焊接性好，热和调质钢比，冷成型和焊接性好，热处理脱碳倾向小，缺口敏感性低处理脱碳倾向小，缺口敏感性低2 2、合金化、合金化(1) (1) 含含C C量：量：0.150.15－－0.25%C0.25%C204(2) (2) 合金元素：合金元素：MnMn、、CrCr、、NiNi、、MoMo、、V V、、Si Si 和调质钢基本相同和调质钢基本相同①①提高淬透性提高淬透性比调质钢要求更高比调质钢要求更高☆☆含含C C量比调质钢低，淬透性差量比调质钢低，淬透性差☆☆以回火马氏体状态使用，如淬不透，达以回火马氏体状态使用，如淬不透，达不到强度不到强度205②②降低降低MsMs点，防止自回火点，防止自回火 由于低碳钢由于低碳钢MsMs点高（点高（0.2%C0.2%C，，Ms450℃Ms450℃），淬火后所得马氏体易发生），淬火后所得马氏体易发生自回火现象，使硬度、强度下降加自回火现象，使硬度、强度下降。

加入合金元素使入合金元素使MsMs点下降，可防止自回点下降，可防止自回火2063 3、低碳马氏体钢的应用、低碳马氏体钢的应用(1)15CrMo(1)15CrMo：： 950℃950℃加热，加热，10%NaOH10%NaOH淬火，淬火，150℃150℃回火 制作开启石油井出油口的射孔器，制作开启石油井出油口的射孔器，使用寿命和使用寿命和37CrNi3Mo37CrNi3Mo相同，平均使用相同，平均使用寿命寿命1515次 207(2)15MnVB(2)15MnVB：： 替代替代40Cr40Cr调质钢，制作汽车用高强调质钢，制作汽车用高强度螺栓度螺栓 880℃880℃加热，加热，10%NaCl10%NaCl淬火，淬火，200℃200℃回回火，火，HRC38HRC38－－4141 强度高，塑性和韧性好，生产工艺强度高，塑性和韧性好，生产工艺简单，头部由热锻改为冷镦，螺纹有简单，头部由热锻改为冷镦，螺纹有利辊压208三、低合金超高强度钢三、低合金超高强度钢 超高强度钢是自超高强度钢是自2020世纪四十年代逐渐世纪四十年代逐渐发展起来的一个新型钢种，主要用于航空发展起来的一个新型钢种，主要用于航空航天，也可用于常规武器和高压容器。

航天，也可用于常规武器和高压容器 超高强度钢的强度标准，通常要求超高强度钢的强度标准，通常要求σbσb>1370MPa>1370MPa或或σsσs>1245MPa>1245MPa因为AlAl合金合金的的σbσb可达可达600MPa600MPa，而比重约为钢的，而比重约为钢的1/31/3 低合金超高强度钢由调质钢发展而来，低合金超高强度钢由调质钢发展而来，利用马氏体强化提高强度利用马氏体强化提高强度2091 1、特点、特点(1) C(1) C：：0.30.3－－0.5%0.5%，， Me Me：总量在：总量在5%5%以下以下 从调质钢发展而来从调质钢发展而来2) (2) 以回火马氏体或下贝氏体状态使用以回火马氏体或下贝氏体状态使用 采用淬火加低温回火或等温淬火采用淬火加低温回火或等温淬火如得不到回火马氏体或下贝氏体，则达如得不到回火马氏体或下贝氏体，则达不到此强度，故淬透性非常重要不到此强度，故淬透性非常重要2102 2、合金化、合金化(1) (1) 保证足够的淬透性保证足够的淬透性 MnMn，，CrCr，，SiSi，，NiNi，，MoMo等。

等 在截面上得到全马氏体，保证碳在截面上得到全马氏体，保证碳的强化作用的强化作用2) (2) 推迟低温回火脆性推迟低温回火脆性 1 1～～2%Si2%Si，使低温回火脆性移向更，使低温回火脆性移向更高温，可选用尽可能高的温度，得到高温，可选用尽可能高的温度，得到塑性和韧性的配合塑性和韧性的配合211(3) (3) 细细化化奥奥氏氏体体晶晶粒粒, ,改改善善塑塑性性、、韧韧性性 加入加入V V，，NbNb3 3、常用钢种、常用钢种 40CrNiMo 40CrNiMo 国外广泛使用国外广泛使用212(1) (1) 提高淬透性：提高淬透性：CrCr，，NiNi，，MoMo(2) (2) 改善回火马氏体韧性：改善回火马氏体韧性：NiNi，，MoMo900℃900℃淬火，淬火，200℃200℃回火，回火，σb≥1884MPaσb≥1884MPa 40SiNiCrMoV 40SiNiCrMoV：：在在40CrNiMo40CrNiMo基础上加基础上加1.451.45－－1.80%Si1.80%Si，，0.050.05－－0.10%V0.10%V。

870℃870℃淬火，淬火，300℃300℃回火，回火，σbσb=2020MPa=2020MPa，，用于大型飞机起落架用于大型飞机起落架2132 2、、35Si2Mn2MoVA 35Si2Mn2MoVA 中国研制（不含中国研制（不含CrCr，，NiNi））(1) Si(1) Si，，MnMn，，MoMo，，V V：提高淬透性提高淬透性2) Si(2) Si：提高回火稳定性，提高低温回：提高回火稳定性，提高低温回火脆性发生温度火脆性发生温度3) Mo(3) Mo：改善韧性改善韧性4)(4)　　V V：细化晶粒细化晶粒 920℃920℃淬火，淬火，320℃320℃回火，回火， σbσb＝＝18001800－－1950MPa1950MPa2144 4、缺点、缺点(1) (1) 使用温度低；使用温度低；(2) (2) 耐蚀性差耐蚀性差 215 §3-5 §3-5 高合金超高强度钢高合金超高强度钢 一、特点一、特点 航空和宇航工业的发展，对钢的强航空和宇航工业的发展，对钢的强度提出更高的要求。

但是，如果继续走度提出更高的要求但是，如果继续走以碳强化的道路，将无法克服碳带来的以碳强化的道路，将无法克服碳带来的严重脆性马氏体时效钢放弃了以碳强严重脆性马氏体时效钢放弃了以碳强化的途径，采用超低碳，以时效析出的化的途径，采用超低碳，以时效析出的金属间化合物产生沉淀强化获得高强度，金属间化合物产生沉淀强化获得高强度，是一个突破性的进展是一个突破性的进展2161 1、不仅有高强度，而且有良好的塑性、、不仅有高强度，而且有良好的塑性、韧性和缺口强度值韧性和缺口强度值2 2、热处理工艺简单热处理工艺简单1) (1) 不存在脱不存在脱C C问题2) (2) 不需急冷，变形和开裂倾向小不需急冷，变形和开裂倾向小3 3、便于冷成形和切削加工，焊接便于冷成形和切削加工，焊接217二、强化机理二、强化机理 马氏体时效钢是通过奥氏体－马氏马氏体时效钢是通过奥氏体－马氏体－时效马氏体的转变获得所需组织和体－时效马氏体的转变获得所需组织和性能1 1、固溶强化、固溶强化 合金元素溶入合金元素溶入α-Feα-Fe产生固溶强化产生固溶强化 强化效果达强化效果达150150－－250MPa250MPa，贡献不大。

贡献不大 218(1) (1) 强化效率不高强化效率不高2) (2) 时效后固溶度下降时效后固溶度下降2 2、相变冷作硬化、相变冷作硬化 相变后马氏体中有高密度位错相变后马氏体中有高密度位错 强化效果达强化效果达500500－－600MPa600MPa2193 3、时效强化、时效强化 弥散分布的时效相引起强化弥散分布的时效相引起强化 强化效果达强化效果达1100MPa1100MPa，起主要作用起主要作用三、马氏体时效钢的化学成分三、马氏体时效钢的化学成分1 1、超低碳：、超低碳：C≤0.03%C≤0.03%2 2、、NiNi作为主要合金元素作为主要合金元素220含量分为三个类型，含量分为三个类型，18%Ni18%Ni，，20%Ni20%Ni，，25%Ni25%Ni1) (1) 保证高温时得到单相奥氏体因为保证高温时得到单相奥氏体因为时效强化元素均为铁素体形成元素，时效强化元素均为铁素体形成元素，所以要加入大量镍所以要加入大量镍2)(2)保证足够的淬透性，空冷时得到马氏保证足够的淬透性，空冷时得到马氏体3)(3)析出金属间化合物，产生时效强化作析出金属间化合物，产生时效强化作用。

用 2213 3、、TiTi，，AlAl，，NbNb，，MoMo 作为时效强化作用元素，析出作为时效强化作用元素，析出Ni3TiNi3Ti，，Ni3MoNi3Mo等，产生时效强化作用等，产生时效强化作用4 4、、CoCo(1) (1) 保证高温时得到单相奥氏体保证高温时得到单相奥氏体2) (2) 升高升高MsMs点，减少残余奥氏体点，减少残余奥氏体3) (3) 增加时效强化效果，析出增加时效强化效果，析出 （（Fe,Ni,CoFe,Ni,Co））2Mo2Mo 222四、马氏体时效钢的热处理工艺四、马氏体时效钢的热处理工艺1 1、淬火：得到马氏体，并让合金元素溶、淬火：得到马氏体，并让合金元素溶解在马氏体中，为时效做好准备解在马氏体中，为时效做好准备2 2、时效：产生时效强化达到要求强度时效：产生时效强化达到要求强度1) 18%Ni(1) 18%Ni815℃815℃加热，空冷，得到马氏体，加热，空冷，得到马氏体，HRC HRC 28-3228-32，，ARAR多480℃480℃时效，析出时效，析出Fe2Mo,Ni3TiFe2Mo,Ni3Ti，，Ni3MoNi3Mo。

223(2) 20%Ni(2) 20%Ni 淬火和时效工艺与淬火和时效工艺与18%Ni18%Ni型基本相同型基本相同 不同之处：因不同之处：因Ni%Ni%高，淬火后高，淬火后ARAR增多，增多，需要进行一次冷处理（－需要进行一次冷处理（－70℃70℃），减少），减少ARAR后再时效后再时效3) 25%Ni(3) 25%Ni：： 淬火和时效工艺与淬火和时效工艺与18%Ni18%Ni型基本相同型基本相同 不同之处：淬火后不同之处：淬火后ARAR很多，硬度很低，很多，硬度很低，HV160-230HV160-230224 消除消除ARAR有两种方法：有两种方法：①①冷处理前时效冷处理前时效 在在705℃705℃保温几个小时，奥氏体中析保温几个小时，奥氏体中析出一部分金属间化合物，奥氏体合金含量出一部分金属间化合物，奥氏体合金含量降低，降低，MsMs升高，随后冷却并进行冷处理，升高，随后冷却并进行冷处理，奥氏体基本上可转变为马氏体奥氏体基本上可转变为马氏体②②冷加工变形冷加工变形 进行进行εε＝＝25%25%的冷变形，使的冷变形，使MsMs升高，再升高，再进行冷处理，使奥氏体转变为马氏体。

进行冷处理，使奥氏体转变为马氏体225§§3 3－－6 6 轴承钢的合金化轴承钢的合金化一、滚动轴承的工作条件一、滚动轴承的工作条件1. 1. 受力状况受力状况 (1) (1) 高的接触应力；高的接触应力； (2) (2) 交变负荷；交变负荷； (3) (3) 摩擦；摩擦； (4) (4) 腐蚀作用腐蚀作用2262. 2. 破坏形式破坏形式 正常破坏形式是接触疲劳破坏，正常破坏形式是接触疲劳破坏， 其次是磨损使精度丧失其次是磨损使精度丧失1) (1) 在接触表面下在接触表面下0.786b0.786b处产生疲劳裂处产生疲劳裂纹 b b：滚动体与套圈接触带的宽度滚动体与套圈接触带的宽度 227内因：内因：此次处切应力达到最大值此次处切应力达到最大值. .回火回火马氏体在切应力作用下转变为回火索马氏体在切应力作用下转变为回火索氏体Ø 强度降低；强度降低；Ø 比容减小，引起附加张应力比容减小，引起附加张应力外因：存在非金属夹杂和粗大碳化物外因：存在非金属夹杂和粗大碳化物228 (2) (2) 疲劳裂纹的扩展疲劳裂纹的扩展 裂纹沿切应力方向发展，扩展方裂纹沿切应力方向发展，扩展方向与表面呈向与表面呈4545°°夹角，沿内部组织、夹角，沿内部组织、成分、应力不均匀区延伸至表面。

成分、应力不均匀区延伸至表面2293 3、轴承钢的显微组织、轴承钢的显微组织(1) (1) 碳浓度均匀的混合型回火马氏体碳浓度均匀的混合型回火马氏体 ① ①含含C C量量0.45%,0.45%,为板条马氏体和片状马为板条马氏体和片状马氏体混合物时疲劳寿命最高氏体混合物时疲劳寿命最高 含含C C量低时，马氏体强度低；量低时，马氏体强度低； 含含C C量高时，马氏体脆性大量高时，马氏体脆性大 230②②马氏体中碳浓度均匀可阻止裂纹扩展马氏体中碳浓度均匀可阻止裂纹扩展 高碳区脆性大，低碳区强度低，裂纹高碳区脆性大，低碳区强度低，裂纹通常沿高碳区和低碳区的交界处扩展通常沿高碳区和低碳区的交界处扩展2) (2) 均匀分布、数量为均匀分布、数量为8%8%、颗粒细小、大、颗粒细小、大小匀称的未溶碳化物小匀称的未溶碳化物 未溶碳化物提高耐磨性，并在淬火加未溶碳化物提高耐磨性，并在淬火加热时细化奥氏体晶粒热时细化奥氏体晶粒0.5-0.6μm0.5-0.6μm））231(3) (3) 少量残余奥氏体少量残余奥氏体少量残余奥氏体可阻碍裂纹形成和扩展。

少量残余奥氏体可阻碍裂纹形成和扩展①①吸收应变能，减少应力集中吸收应变能，减少应力集中②②产生加工硬化和相变强化产生加工硬化和相变强化 残余奥氏体过多会降低硬度和耐磨残余奥氏体过多会降低硬度和耐磨性，并影响尺寸稳定性性，并影响尺寸稳定性232(4) (4) 淬火晶粒度在淬火晶粒度在8-98-9级①①马氏体组织的细化及改善碳浓度的均马氏体组织的细化及改善碳浓度的均匀性②②提高强度和韧性提高强度和韧性③③提高抗裂纹扩展能力提高抗裂纹扩展能力2334 4、高碳高铬轴承钢的化学成分、高碳高铬轴承钢的化学成分 GCr15 GCr15在在19011901年面世，在国内外广年面世，在国内外广泛使用，占总量泛使用，占总量90%90%以上1) 1% C(1) 1% C 保证马氏体的碳含量和未溶碳化物保证马氏体的碳含量和未溶碳化物的数量 234(2) 1.5% Cr(2) 1.5% Cr①①提高淬透性提高淬透性②②形成细小颗粒、均匀分布的未溶碳化形成细小颗粒、均匀分布的未溶碳化物形成比较稳定的（物形成比较稳定的（FeFe，，CrCr））3C3C，加，加热时溶解慢。

热时溶解慢3. Mo3. Mo，，MnMn，，SiSi，，V V：： 进一步增加淬透性进一步增加淬透性( ( 大型轴承大型轴承) )235二、轴承钢的冶金质量二、轴承钢的冶金质量 轴承钢由于冶金质量缺陷造成的失效占轴承钢由于冶金质量缺陷造成的失效占65%65%，其疲劳裂纹的产生和扩展均与冶金质，其疲劳裂纹的产生和扩展均与冶金质量有关 对轴承钢冶金质量的要求是：纯净和组对轴承钢冶金质量的要求是：纯净和组织均匀 纯净：杂质元素和夹杂物含量要低纯净：杂质元素和夹杂物含量要低 组织均匀：非金属夹杂物和碳化物应当组织均匀：非金属夹杂物和碳化物应当细小和均匀分布细小和均匀分布2361 1、非金属夹杂物、非金属夹杂物(1) (1) 危害危害: :破坏了金属的连续性，在交变应破坏了金属的连续性，在交变应力作用下，易于引起应力集中，成为疲劳力作用下，易于引起应力集中，成为疲劳裂纹源，显著降低疲劳寿命裂纹源，显著降低疲劳寿命2)(2)影响影响 与数量、类型、大小、形态和分布有与数量、类型、大小、形态和分布有关，需综合考虑关，需综合考虑237①①杂物尺寸越大，危害也越大。

杂物尺寸越大，危害也越大 <6-8 <6-8µm m，不影响疲劳寿命不影响疲劳寿命 >20-30 >20-30µm m，急剧降低疲劳寿命急剧降低疲劳寿命②②夹杂物的塑性及热膨胀系数小，危害大夹杂物的塑性及热膨胀系数小，危害大 在相同尺寸大小情况下，危害大小程度在相同尺寸大小情况下，危害大小程度顺序为：刚玉、点状夹杂物、半塑性夹杂物、顺序为：刚玉、点状夹杂物、半塑性夹杂物、塑性硅酸盐塑性硅酸盐238 ☆☆塑性：塑性：◇◇塑性低的夹杂物，形变时其周围金属塑性低的夹杂物，形变时其周围金属基体发生相对滑动，出现裂纹或空洞，基体发生相对滑动，出现裂纹或空洞，形成疲劳破坏的形成疲劳破坏的““胚芽胚芽””◇◇交变应力作用下夹杂物和基体如不能交变应力作用下夹杂物和基体如不能协调一致发生变形或协调一致发生变形或““振动振动””，基体变，基体变形，夹杂物不变形，有可能发生夹杂物形，夹杂物不变形，有可能发生夹杂物和基体脱开，为形成裂纹创造条件和基体脱开，为形成裂纹创造条件239 ☆☆热膨胀系数：热膨胀系数：◇◇夹杂物热膨胀系数比基体小，冷却时夹杂物热膨胀系数比基体小，冷却时使基体产生残余拉应力，易产生裂纹。

使基体产生残余拉应力，易产生裂纹 ③③夹杂物的数量越多，寿命越低夹杂物的数量越多，寿命越低 LglLgl=1.718-0.035×m-0.079×n=1.718-0.035×m-0.079×n l l：寿命，百万转数寿命，百万转数240m m：宽度：宽度>20>20µm m的硅酸盐夹杂物的硅酸盐夹杂物n n：宽度：宽度>20>20µm m的刚玉夹杂物个数的刚玉夹杂物个数④④夹杂物的形态及分布夹杂物的形态及分布形态：细条状塑性夹杂物危害较小，棱形态：细条状塑性夹杂物危害较小，棱角锋锐的脆性夹杂物危害最大角锋锐的脆性夹杂物危害最大分布：分布均匀危害小分布：分布均匀危害小241(3)(3)消除消除①①钢液彻底脱氧，减少夹杂物钢液彻底脱氧，减少夹杂物②②使产生的夹杂物上浮使产生的夹杂物上浮 用用AlAl脱氧，生成脱氧，生成Al2O3Al2O3界面张力大，界面张力大，上浮比上浮比MnMn，，SiSi脱氧快③③保留合适的残余保留合适的残余AlAl量 残余残余0.02%Al0.02%Al时，夹杂物最少时，夹杂物最少 242④④采用新冶炼技术和工艺采用新冶炼技术和工艺。

真空熔炼，电渣重熔，炉外精炼，真真空熔炼，电渣重熔，炉外精炼，真空脱气等空脱气等⑤⑤利用硫化物夹杂减弱利用硫化物夹杂减弱Al2O3Al2O3夹杂的影响夹杂的影响 适当提高钢中含适当提高钢中含S S量，在钢液凝固前，量，在钢液凝固前，以悬浮于钢液中细小刚玉晶体为核心，析以悬浮于钢液中细小刚玉晶体为核心，析出出MnSMnS相当于塑性夹杂物把脆性夹杂物包相当于塑性夹杂物把脆性夹杂物包围起来2432 2、轴承钢的碳化物不均匀性、轴承钢的碳化物不均匀性(1) (1) 网状碳化物网状碳化物形成：终轧温度过高；形成：终轧温度过高； 轧后冷却速度过慢轧后冷却速度过慢预防：控制轧制工艺参数预防：控制轧制工艺参数消除：正火处理消除：正火处理244(2) (2) 带状碳化物带状碳化物形成：形成： 钢锭有枝晶偏析，在各枝晶之间富集钢锭有枝晶偏析，在各枝晶之间富集C C和和CrCr，这些富，这些富C C和富和富CrCr区沿轧制方向延区沿轧制方向延伸，形成带状碳化物伸，形成带状碳化物消除：扩散退火消除：扩散退火245(3) (3) 液析碳化物液析碳化物形成：形成： 在成分严重偏析时，局部地区达到在成分严重偏析时，局部地区达到共晶成分，产生离异共晶，粗大的共晶共晶成分，产生离异共晶，粗大的共晶碳化物从共晶组织中离异出来，共晶碳碳化物从共晶组织中离异出来，共晶碳化物在热加工时被压碎，并沿轧向呈条化物在热加工时被压碎，并沿轧向呈条带状分布带状分布消除：高温扩散退火。

消除：高温扩散退火246(4)(4)碳化物不均匀的危害碳化物不均匀的危害 ① ①淬火组织和硬度不均匀；淬火组织和硬度不均匀； ② ②机械性能呈各向异性；机械性能呈各向异性； ③ ③降低接触疲劳强度降低接触疲劳强度247三、高碳铬轴承钢的热处理三、高碳铬轴承钢的热处理1 1、轴承钢的球化退火、轴承钢的球化退火(1)(1)目的：获得均匀细粒状珠光体组织目的：获得均匀细粒状珠光体组织①①降低硬度，便于切削加工；降低硬度，便于切削加工；②②为淬火作组织准备；为淬火作组织准备；③③消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔消除加工硬化，增加塑性，便于冷拔和冲压加工和冲压加工248(2)(2)球化退火工艺球化退火工艺①①加热温度：加热温度：780-800℃780-800℃ 控制加热温度是控制控制加热温度是控制K K形态的关键形态的关键 温度过高：温度过高：K K溶解过多，奥氏体成分均溶解过多，奥氏体成分均匀，得到粗片状珠光体或大块聚集碳化物匀，得到粗片状珠光体或大块聚集碳化物 温度过低：温度过低：K K没完全溶解和团聚，奥氏没完全溶解和团聚，奥氏体中成分极不均匀，得到片状或细小链状体中成分极不均匀，得到片状或细小链状碳化物。

碳化物249②②保温时间保温时间 2-6h2-6h，依具体情况而定依具体情况而定③③冷却速度冷却速度 连续冷却：连续冷却：20-30℃20-30℃／／h h；； 等温冷却：等温冷却：700℃700℃等温等温2-4h2-4h；； 冷却速度是控制碳化物弥散度的关键冷却速度是控制碳化物弥散度的关键 冷速快：大量细密的碳化物冷速快：大量细密的碳化物 冷速慢：碳化物颗粒粗大冷速慢：碳化物颗粒粗大 合适硬度：合适硬度：HB205-215HB205-2152502 2、轴承钢正火、轴承钢正火(1)(1)正火目的正火目的 ① ①消除网状碳化物；消除网状碳化物； ② ②返修退火不合格品返修退火不合格品 251(2)正火工艺正火工艺 ① ①930-950℃930-950℃加热：消除粗大网状碳化加热：消除粗大网状碳化物 ② ②850-870℃850-870℃加热；返修，消除细网状加热；返修，消除细网状碳化物 冷却：速度冷却：速度≥≥50℃/min50℃/min 冷却方式：空冷、风冷、喷雾、浸水冷却方式：空冷、风冷、喷雾、浸水2523 3、轴承钢的淬火和回火、轴承钢的淬火和回火(1)(1)淬火加热温度：淬火加热温度：830-860℃830-860℃ 是控制淬火质量的重要因素。

是控制淬火质量的重要因素 温度过高：温度过高：K K溶解过多，溶解过多，M M粗大，粗大，ARAR过过多，未溶多，未溶K K少 温度过低：温度过低：K K溶解过少，溶解过少，M M含碳低，出含碳低，出现非现非M M组织，未溶组织，未溶K K多253(2) (2) 防止脱防止脱C C采用真空淬火或者保护气氛加热采用真空淬火或者保护气氛加热3) (3) 冷却冷却 650 650－－250℃250℃必须快冷，不发生必须快冷，不发生B B、、P P和转变 250℃ 250℃以下必须慢冷，减少变形开裂以下必须慢冷，减少变形开裂 冷却方式：冷却方式： D<12mm D<12mm，油冷；，油冷； D>12mm D>12mm，苏打水；，苏打水； 薄壁套圈：分级淬火：薄壁套圈：分级淬火： 120-180℃ 120-180℃，，2-5min2-5min254(4)(4)回火回火 150-170℃150-170℃，，2.5h2.5h 消除残余应力，提高韧性，提高组消除残余应力，提高韧性，提高组织尺寸稳定性。

织尺寸稳定性5)(5)稳定化处理稳定化处理 淬火后立即冷处理（淬火后立即冷处理（-40-40～～-70℃-70℃） 消除残余奥氏体，保证尺寸稳定消除残余奥氏体，保证尺寸稳定 255(6)(6)磨削后回火磨削后回火 130 130～～150℃150℃，，3 3－－6h6h 消除磨削应力，防止尺寸变化和龟裂消除磨削应力，防止尺寸变化和龟裂256 §3-7 §3-7 渗碳钢和氮化钢渗碳钢和氮化钢一、渗碳钢一、渗碳钢 1 1、用途、用途 采用表面渗碳工艺，制作工作时受采用表面渗碳工艺，制作工作时受到周期性变化的扭转或弯曲，并有相对到周期性变化的扭转或弯曲，并有相对摩擦和高的接触应力的工件摩擦和高的接触应力的工件 2572 2、性能要求和组织、性能要求和组织表面：表面： 高弯曲、疲劳强度，高耐磨性高弯曲、疲劳强度，高耐磨性――高高C C的回火马氏体、细小的未溶碳化物的回火马氏体、细小的未溶碳化物心部：心部： 高的屈服强度、高的冲击韧性高的屈服强度、高的冲击韧性――低碳的回火马氏体低碳的回火马氏体2583 3、合金化、合金化含量范围：含量范围：Si<1.2%Si<1.2%；； MnMn<3.3%<3.3%；； Cr<2%Cr<2%；； Ni<4%Ni<4%；； Mo<0.6%Mo<0.6%；； W<1.2%W<1.2%；； V<0.3%V<0.3%；； Ti<0.12%Ti<0.12%；； B<0.001-0.005%B<0.001-0.005%。

1) (1) 根据心部性能要求根据心部性能要求 ① ①含含C C量：量：0.100.10－－0.25%C0.25%C；； 低碳马氏体保证高的强韧性低碳马氏体保证高的强韧性259②②提高淬透性提高淬透性 心部淬火应得到低碳马氏体，否则保心部淬火应得到低碳马氏体，否则保证不了强度证不了强度③③细化奥氏体细化奥氏体 渗碳温度高，时间长（渗碳温度高，时间长（930℃930℃，几～，几～几十个小时）几十个小时） 渗碳后热处理温度不一定高于心部渗碳后热处理温度不一定高于心部Ac3Ac3，心部组织不一定可重新细化心部组织不一定可重新细化 0.05 0.05－－0.30%V0.30%V，，0.060.06－－0.12%Ti0.12%Ti 260(2) (2) 根据渗碳层性能要求根据渗碳层性能要求①①渗碳层表面有适宜的含碳量（渗碳层表面有适宜的含碳量（0.80.8－－1.05%C1.05%C）） Cr Cr、、MoMo、、W W：增大钢表面吸收碳原子：增大钢表面吸收碳原子的能力，增加渗层的碳浓度但不能含的能力，增加渗层的碳浓度但不能含量过高，避免钢表面碳浓度过高。

量过高，避免钢表面碳浓度过高 NiNi、、SiSi、、MnMn：降低钢表面吸收碳原：降低钢表面吸收碳原子的能力，降低渗层的碳浓度子的能力，降低渗层的碳浓度261②②渗碳速度快渗碳速度快 MnMn、、CrCr、、MoMo、、W W：促进渗层厚度增：促进渗层厚度增加吸收C C原子，表面原子，表面C C浓度增加，促浓度增加，促进进C C的扩散）的扩散） Si Si、、NiNi：阻碍渗层厚度增加阻碍渗层厚度增加SiSi阻碍碳扩散，阻碍碳扩散，NiNi加速碳扩散）加速碳扩散）③③渗层中残余奥氏体不能多渗层中残余奥氏体不能多 MnMn、、CrCr、、NiNi含量不能过高含量不能过高2624 4、常用渗碳钢、常用渗碳钢(1) (1) 低淬透性渗碳钢低淬透性渗碳钢20Cr20Cr：常用渗碳钢，受力较小的工件常用渗碳钢，受力较小的工件表层：渗碳后奥氏体晶粒粗大，渗碳层表层：渗碳后奥氏体晶粒粗大，渗碳层碳含量高，易形成网状碳化物碳含量高，易形成网状碳化物心部：淬透性低心部：淬透性低 20Mn2 20Mn2，，20Mn2B20Mn2B，，20Mn2V20Mn2V：：20Cr20Cr的替的替代钢种。

代钢种 20CrV20CrV：晶粒细化，可直接淬火晶粒细化，可直接淬火2632. 2. 中淬透性渗碳钢中淬透性渗碳钢 20CrMnTi20CrMnTi：： 表层：奥氏体晶粒不易粗大，过渡表层：奥氏体晶粒不易粗大，过渡层均匀，表面碳浓度适中层均匀，表面碳浓度适中 心部：淬透性较好心部：淬透性较好20Mn2TiB20Mn2TiB，，20MnVB20MnVB，，25MnTiBRe 25MnTiBRe 20SiMnVB20SiMnVB：用于替代：用于替代20CrMnTi20CrMnTi2643. 3. 高淬透性渗碳钢高淬透性渗碳钢22CrMnMo22CrMnMo：淬透性较高，制作重载大型：淬透性较高，制作重载大型齿轮、轴等齿轮、轴等18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W：淬透性高，制作大型齿轮、：淬透性高，制作大型齿轮、轴等265二、氮化钢的特点二、氮化钢的特点1 1、用途：、用途： 适用于采用氮化处理，以提高工件适用于采用氮化处理，以提高工件疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀能力的结构疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀能力的结构钢 2 2、性能要求、性能要求(1) (1) 氮化工艺性能氮化工艺性能 在尽可能短时间里获得所需的表面硬在尽可能短时间里获得所需的表面硬度，氮化层厚度和金相组织。

度，氮化层厚度和金相组织266(2) (2) 淬透性淬透性 保证心部得到回火索氏体组织保证心部得到回火索氏体组织3)(3)回火稳定性回火稳定性 经经510510－－570℃570℃，，3 3－－100h100h氮化，心部氮化，心部保持强度不下降保持强度不下降4) (4) 不发生明显的高温回火脆性不发生明显的高温回火脆性 510510－－570℃570℃氮化后缓冷氮化后缓冷2673 3、合金化、合金化 在中碳调质钢基础上，添加某些合在中碳调质钢基础上，添加某些合金元素，以提高或改善其氮化性能和其金元素，以提高或改善其氮化性能和其他力学性能他力学性能1) (1) 碳含量碳含量 0.3 0.3－－0.5%0.5%，保证回火索氏体的强韧性保证回火索氏体的强韧性 268(2) (2) 氮化工艺性氮化工艺性①①氮化物形成元素能在氮化物形成元素能在αα相中形成超显微相中形成超显微的氮化物颗粒，起弥散强化作用的氮化物颗粒，起弥散强化作用 非氮化物形成元素阻碍非氮化物形成元素阻碍N N原子吸收，降原子吸收，降低表面氮浓度，减少氮化层深度。

低表面氮浓度，减少氮化层深度②②AlAl、、V V、、TiTi、、NbNb弥散强化作用大，但减弥散强化作用大，但减少氮化层深度少氮化层深度 Cr Cr、、W W、、MoMo弥散强化作用较弱，但氮化弥散强化作用较弱，但氮化层较厚269(3) (3) 钢的淬透性钢的淬透性 Cr Cr、、MoMo、、MnMn4) (4) 消除高温回火脆性消除高温回火脆性 0.2 0.2－－0.5%Mo0.5%Mo4 4、常用钢号、常用钢号 38CrMoAl 38CrMoAl；氮化时生成；氮化时生成AlNAlN，氮化钼，，氮化钼，氮化铬 270 §3-8 §3-8 其它机械制造钢其它机械制造钢一、弹簧钢一、弹簧钢1 1、工作条件、工作条件 在动载荷（冲击、振动、交变应力、在动载荷（冲击、振动、交变应力、弯曲、扭转）作用下起到缓和冲击力，弯曲、扭转）作用下起到缓和冲击力，或控制零件某一工作过程的作用或控制零件某一工作过程的作用2 2、性能要求、性能要求(1) (1) 高的屈服强度和弹性极限，高的屈高的屈服强度和弹性极限，高的屈强比，避免发生永久变形。

强比，避免发生永久变形271(2) (2) 高的疲劳极限高的疲劳极限3) (3) 有一定的冲击韧性和塑性有一定的冲击韧性和塑性4) (4) 一定的淬透性一定的淬透性3 3、组织、组织 经淬火和中温回火后得到回火屈氏经淬火和中温回火后得到回火屈氏体组织渗碳体以细小的颗粒状分布在板条和（渗碳体以细小的颗粒状分布在板条和孪晶未完全消失的基体上）孪晶未完全消失的基体上）2724 4、合金化、合金化(1) (1) 含含C C量量 0.46 0.46－－0.75%C0.75%C，合金弹簧钢合金弹簧钢 0.60 0.60－－1.05%C1.05%C，碳素弹簧钢碳素弹簧钢2) (2) 合金元素合金元素①①提高淬透性：提高淬透性：CrCr、、MnMn、、SiSi、、MoMo②②细化奥氏体晶粒：细化奥氏体晶粒：V V、、NbNb③③提高回火稳定性：提高回火稳定性：CrCr、、MoMo、、V V、、NbNb④④提高弹性极限：提高弹性极限：SiSi（强化铁素体）强化铁素体）2735 5、合金弹簧钢、合金弹簧钢①①锰弹簧钢锰弹簧钢 65Mn65Mn：： 价格便宜，强度较低，制作尺寸小价格便宜，强度较低，制作尺寸小的弹簧。

的弹簧 有过热倾向，淬透性较低，有回火有过热倾向，淬透性较低，有回火脆性向274②②硅弹簧钢硅弹簧钢 55Si2Mn55Si2Mn：： 淬透性显著提高，淬透性显著提高，2020－－25mm25mm，油淬 铁素体显著强化，屈强比铁素体显著强化，屈强比0.8-0.90.8-0.9 易脱碳，易石墨化，有回火脆性易脱碳，易石墨化，有回火脆性 制作汽车、拖拉机、铁路车辆上在高制作汽车、拖拉机、铁路车辆上在高应力作用下的弹簧应力作用下的弹簧55Si2MnB55Si2MnB：采用硼增加淬透性采用硼增加淬透性275③③铬弹簧钢铬弹簧钢 50CrV50CrV，，50CrMn50CrMn，，60Si2Cr60Si2Cr：： 淬透性提高，油中淬透淬透性提高，油中淬透5050－－80mm80mm 没有晶粒长大倾向，没有石墨化倾没有晶粒长大倾向，没有石墨化倾向，不易脱碳向，不易脱碳 工作温度较高，工作温度较高，300℃300℃，制作大型，制作大型高负荷弹簧高负荷弹簧276④④无铬弹簧钢无铬弹簧钢 55SiMnMoV55SiMnMoV，，55SiMnMoVNb55SiMnMoVNb：： 淬透性高，无回火脆性。

回火稳定性淬透性高，无回火脆性回火稳定性高，晶粒细化高，晶粒细化 可用于重载弹簧可用于重载弹簧⑤⑤耐热弹簧钢耐热弹簧钢 30W4Cr2VA30W4Cr2VA：： 10501050－－1100℃1100℃淬火，淬火，550550－－650℃650℃回火 可在可在500℃500℃以下使用以下使用2776 6、热轧弹簧钢的热处理、热轧弹簧钢的热处理(1) (1) 采用淬火加中温回火，得回火屈氏体采用淬火加中温回火，得回火屈氏体组织2) (2) 注意防止表面脱碳注意防止表面脱碳 55Si2Mn 55Si2Mn，，σσ－－1 1（（MPaMPa）） 未脱碳：未脱碳：700700，， 脱碳：脱碳：410410，， 严重脱碳：严重脱碳：3203207 7、弹簧钢的表面强化、弹簧钢的表面强化 喷丸处理产生残余压应力，寿命提高喷丸处理产生残余压应力，寿命提高2 2－－6 6倍278 二、易切削钢二、易切削钢1 1、特点、特点 使正常钢中某些成分变化或附加某些使正常钢中某些成分变化或附加某些成分，有意识地获得高的被切削性能。

成分，有意识地获得高的被切削性能被切削性能：被切削性能： 刀具寿命，切削速度，表面光洁度，刀具寿命，切削速度，表面光洁度，切削阻力和断屑形状切削阻力和断屑形状 易切削钢存在于各类钢中，如碳素钢，易切削钢存在于各类钢中，如碳素钢，低、中合金钢、不锈钢、高速钢、模具钢、低、中合金钢、不锈钢、高速钢、模具钢、耐热钢等耐热钢等2792 2、用途、用途(1) (1) 适应自动车床的高速切削适应自动车床的高速切削 生产率提高生产率提高1.31.3－－4 4倍，成本降低倍，成本降低1 1／／4 4－－1 1／／2 22) (2) 一些精密仪表零件需要极高的加工一些精密仪表零件需要极高的加工表面光洁度表面光洁度3) (3) 提高某些钢材的切削性，如不锈钢提高某些钢材的切削性，如不锈钢 28053CaS53CaS：照相机行业；：照相机行业； Y0Cr18Ni9MnY0Cr18Ni9Mn：：表壳；表壳；0Cr18Mo2Ca0Cr18Mo2Ca，，1Cr18Ni10S1Cr18Ni10S3 3、合金化、合金化作用：破坏金属的连续性，切屑易折断，作用：破坏金属的连续性，切屑易折断，减少切削量；降低刀具磨损。

减少切削量；降低刀具磨损1) (1) 加加CaCa、、S S生成非金属夹杂物生成非金属夹杂物(2) (2) 加加PbPb以单质存在以单质存在2814 4、常用易切削钢、常用易切削钢(1) (1) 硫系易切削钢硫系易切削钢①①S S含量含量 生成生成MnSMnS，硬度较低，起断屑，减少，硬度较低，起断屑，减少摩擦作用摩擦作用 根据对机械性能和切削性能的不同根据对机械性能和切削性能的不同要求，要求，S S含量在含量在0.04-0.33%0.04-0.33%282②②MnMn含量含量MnMn／／S S：在：在2.52.5－－4.54.5之间MnMn／／S S太低：不利于太低：不利于S S以以MnSMnS形式存在形式存在MnMn／／S S太高：加大太高：加大MnSMnS夹杂的长宽比夹杂的长宽比MnSMnS在钢锭中以球形，纺锤形存在，热在钢锭中以球形，纺锤形存在，热轧后沿轧制方向延伸形成条状或拉长的轧后沿轧制方向延伸形成条状或拉长的纺锤状宽纺锤状宽2 2－－3μm3μm，长宽比为，长宽比为6 6））283③③P P含量含量低碳钢可含低碳钢可含0.05-0.15%P0.05-0.15%P，进一步增加，进一步增加切削性。

切削性原因：原因：P P提高铁素体硬度，使切屑易折提高铁素体硬度，使切屑易折断④④缺点缺点 MnSMnS沿压延方向伸长，使纵向，横沿压延方向伸长，使纵向，横向机械性能差异大向机械性能差异大 锻造性降低，易开裂锻造性降低，易开裂284(2) (2) 铅系易切削钢铅系易切削钢①①含含0.1-0.25%Pb0.1-0.25%Pb②②切削性可提高切削性可提高20-50%20-50%，机械性能基本，机械性能基本不变 原因：原因：PbPb以球状单质存在以球状单质存在③③热塑性变形使热塑性变形使PbPb颗粒尺寸更细小颗粒尺寸更细小2μm2μm以下）以下）④④有比重偏析，有有比重偏析，有PbPb蒸汽污染蒸汽污染285(3) (3) 钙系易切削钢钙系易切削钢①①含含0.002%Ca0.002%Ca，生成复杂夹杂物：，生成复杂夹杂物：2CaO·Al2O3·SiO22CaO·Al2O3·SiO2②②对横向机械性能影响较小，也不影响对横向机械性能影响较小，也不影响接触疲劳强度接触疲劳强度③③单独用钙处理，只能在用硬质合金刀单独用钙处理，只能在用硬质合金刀具时才具有易切削性。

具时才具有易切削性 用钙硫铅、钙硫处理，在用高速钢用钙硫铅、钙硫处理，在用高速钢刀具时也具有易切削性刀具时也具有易切削性286三、高锰钢三、高锰钢1 1、特点、特点 在高冲击载荷作用下发生冷作硬化，在高冲击载荷作用下发生冷作硬化，具有高抗冲击磨损性能的高合金铸钢具有高抗冲击磨损性能的高合金铸钢适于制造承受较大冲击负荷的抗磨零部适于制造承受较大冲击负荷的抗磨零部件，如球磨机的衬板，破碎机的颚板，件，如球磨机的衬板，破碎机的颚板，挖掘机的斗齿，坦克的履带板挖掘机的斗齿，坦克的履带板2872 2、性能、性能(1)(1)固溶处理后为单相奥氏体固溶处理后为单相奥氏体软、冲击韧软、冲击韧性高 HB180HB180－－220220；； akak>150J/cm2>150J/cm22) (2) 表面应力超过屈服强度时会产生加工表面应力超过屈服强度时会产生加工硬化，形成马氏体硬度提高到硬化，形成马氏体硬度提高到HB450HB450－－500500，耐磨性提高，内部仍保持原来软而韧，耐磨性提高，内部仍保持原来软而韧的状态3) (3) 如表面不受强烈冲击，不易产生加工如表面不受强烈冲击，不易产生加工硬化而不耐磨。

硬化而不耐磨2883 3、合金化、合金化 (1) (1) 碳碳 0.9-1.4%C 0.9-1.4%C过低：加工硬化后达不到要求的硬度过低：加工硬化后达不到要求的硬度过高：固溶时碳化物难完全溶解，降低过高：固溶时碳化物难完全溶解，降低冲击韧性和耐磨性冲击韧性和耐磨性 289(2) (2) 锰：锰：1111－－14%14%过低：不能形成单相奥氏体过低：不能形成单相奥氏体过高：产生粗大柱状晶，易形成裂纹过高：产生粗大柱状晶，易形成裂纹3) Cr(3) Cr，，MoMo，，V V形成细小的碳化物，提高强度、冲击韧形成细小的碳化物，提高强度、冲击韧性和耐磨性性和耐磨性290(4) (4) 稀土稀土①①改善铸造性改善铸造性, ,降低热裂倾向降低热裂倾向 高锰钢收缩率大，导热性差，因而高锰钢收缩率大，导热性差，因而热裂倾向大热裂倾向大收缩率：（收缩率：2.4-3%2.4-3%；导热性：；导热性：400℃400℃以以下为下为ZG25ZG25的的50%50%））②②延缓碳化物析出，增加冷作硬化效果延缓碳化物析出，增加冷作硬化效果2914 4、热处理、热处理(1) (1) 水韧处理水韧处理目的：得到硬度低，韧性好的单相奥氏体目的：得到硬度低，韧性好的单相奥氏体组织。

组织工艺：加热：工艺：加热：10501050－－1100℃1100℃ 使碳化物充分溶入奥氏体，同时晶粒使碳化物充分溶入奥氏体，同时晶粒不过分粗大不过分粗大冷却：水冷冷却：水冷 入水温度入水温度>950℃>950℃，不析出碳化物不析出碳化物292(2) (2) 细化晶粒处理细化晶粒处理 高锰钢的铸态组织为粗大奥氏体和碳高锰钢的铸态组织为粗大奥氏体和碳化物，水韧处理时只发生碳化物溶解，基化物，水韧处理时只发生碳化物溶解，基本未发生奥氏体转变，因而奥氏体晶粒度本未发生奥氏体转变，因而奥氏体晶粒度未改变 工艺：先在工艺：先在500500－－600℃600℃加热加热1010－－30h30h，发生共析转变，再进行水韧处理，能得，发生共析转变，再进行水韧处理，能得到细小的奥氏体晶粒到细小的奥氏体晶粒2935 5、常用高锰钢、常用高锰钢 (1) ZGMn13(1) ZGMn13 (2) ZGMn13Re (2) ZGMn13Re (3) ZGMn6Cr2Re (3) ZGMn6Cr2Re 奥氏体稳定性较低，冷作硬化能力强，奥氏体稳定性较低，冷作硬化能力强，可在受冲击力条件下使用。

可在受冲击力条件下使用294 按用途分为：按用途分为： 刃具钢、模具钢、量具钢三大类刃具钢、模具钢、量具钢三大类 刃具钢具有高的硬度、耐磨性、热刃具钢具有高的硬度、耐磨性、热硬性和一定的塑性、韧性，用于制造硬性和一定的塑性、韧性，用于制造车刀、刨刀、铣刀、钻头、丝锥、锯车刀、刨刀、铣刀、钻头、丝锥、锯条等 第四章第四章 工具钢工具钢295 模具钢按工作温度可分为冷作模具模具钢按工作温度可分为冷作模具钢和热作模具钢钢和热作模具钢 冷作模具钢具有高的硬度、耐磨性冷作模具钢具有高的硬度、耐磨性和一定的韧性，用于制作冲切模、冷镦和一定的韧性，用于制作冲切模、冷镦模、搓丝模、拉伸模等模、搓丝模、拉伸模等 热作模具钢具有高的高温强度、高热作模具钢具有高的高温强度、高温硬度、抗热疲劳性和足够的塑性与韧温硬度、抗热疲劳性和足够的塑性与韧性，用于制作热锻模、挤压模等性，用于制作热锻模、挤压模等296 量具钢具有高的硬度、耐磨性、尺寸量具钢具有高的硬度、耐磨性、尺寸稳定性和一定的耐蚀性。

稳定性和一定的耐蚀性 在使用上，同一钢种往往可兼作不同在使用上，同一钢种往往可兼作不同用途，可根据使用条件，钢的性能，经济用途，可根据使用条件，钢的性能，经济效益等合理使用效益等合理使用 按成分分为：按成分分为：碳素及低合金工具钢（刃、冷模、量具）碳素及低合金工具钢（刃、冷模、量具）合金工具钢（冷、热模具）合金工具钢（冷、热模具）高速钢（刃具）高速钢（刃具）297§§4 4－－1 1 碳素及低合金工具钢碳素及低合金工具钢 特点：特点： 含碳量较高，热处理后具有高碳的含碳量较高，热处理后具有高碳的回火马氏体和未溶碳化物，因而硬度回火马氏体和未溶碳化物，因而硬度高、耐磨性好高、耐磨性好一、碳素工具钢一、碳素工具钢 T7T7－－T13T13，，T8MnT8Mn，共，共8 8种298 T T：表示工具钢表示工具钢 含碳量：以含碳量：以0.1%0.1%为单位表示为单位表示 含碳量：含碳量：0.650.65～～1.35%1.35% 质量：优质钢，不表示质量：优质钢，不表示 高级优质钢：用高级优质钢：用A A表示 锰量较高时，用锰量较高时，用MnMn表示，如表示，如T8MnT8Mn（（0.4-0.4-0.8%Mn0.8%Mn））299 2 2、热处理工艺及性能、热处理工艺及性能 淬火：淬火：760760－－800℃800℃，盐水冷却。

盐水冷却 回火：回火：150150－－250℃250℃ HRC58HRC58－－6464，但韧性，耐磨性不同但韧性，耐磨性不同300 T7-T8 T7-T8：韧性较好，耐磨性较差韧性较好，耐磨性较差 用途：用途： 承受冲击负荷的工具如冲头，凿子承受冲击负荷的工具如冲头，凿子 切削软材料的工具如木工工具切削软材料的工具如木工工具301T9-T10T9-T10：韧性，耐磨性较适中韧性，耐磨性较适中 用途：承受少许振动的工具如板牙，丝用途：承受少许振动的工具如板牙，丝锥，手锯条锥，手锯条T11-T13T11-T13：韧性差，耐磨性高韧性差，耐磨性高 用途：不受振动的工具如锉刀，刮刀用途：不受振动的工具如锉刀，刮刀3023. 3. 优点优点 成本低，冷热加工性好成本低，冷热加工性好4.4.缺点缺点 只宜作尺寸较小，形状简单，受热温度只宜作尺寸较小，形状简单，受热温度不高的工件不高的工件 原因：原因：(1) (1) 淬透性差油冷淬透性差油冷5mm)5mm) (2) (2) 组织稳定性差。

组织稳定性差200℃200℃）） 303二、低合金工具钢二、低合金工具钢1. 1. 合金化合金化 常用合金元素：常用合金元素：CrCr、、SiSi、、MnMn、、V V、、W W1) (1) 提高淬透性提高淬透性 CrCr、、MnMn、、Si Si 、、V V、、W(W(加热时溶入奥加热时溶入奥氏体的部分）氏体的部分） 304 (2) (2) 提高回火稳定性提高回火稳定性 CrCr、、W W、、V V、、Si(Si(加热时溶入奥氏加热时溶入奥氏体的部分体的部分) )(3) (3) 提高耐磨性提高耐磨性 CrCr、、V V、、W (W (淬火加热时未溶碳化物淬火加热时未溶碳化物) )(4) (4) 细化晶粒细化晶粒 V V、、W (W (淬火加热时未溶碳化物淬火加热时未溶碳化物) )3052.2.常用钢种常用钢种(1)Cr(1)Cr钢钢 如：如：Cr06Cr06、、CrCr、、Cr2Cr2、、9Cr29Cr2等 CrCr的作用：的作用： ① ①一部分溶于一部分溶于γγ，增加淬透性，回火，增加淬透性，回火稳定性。

稳定性 ② ②一部分未溶（一部分未溶（FeFe，，CrCr））3C3C，增加耐，增加耐磨性 ③ ③减轻脱减轻脱C C和石墨化倾向和石墨化倾向306(2)9SiCr(2)9SiCr 在在CrCr钢的基础上加入钢的基础上加入1.2-1.6%Si1.2-1.6%Si特点：特点： ① ①淬透性好淬透性好Φ40-50mmΦ40-50mm可油淬CrCr钢为钢为2020－－25mm25mm，，Cr2Cr2钢为钢为3030－－35mm35mm）） ② ②回火稳定性好在低合金工具钢中最好回火稳定性好在低合金工具钢中最好250(250－－300℃300℃回火后，回火后，>HRC60)>HRC60) ③ ③碳化物分布均匀，不易崩刃碳化物分布均匀，不易崩刃 ④ ④脱脱C C倾向大307 (3) (3) CrWMnCrWMn 在在CrCr钢的基础上加入钢的基础上加入MnMn、、W W①①淬透性，耐磨性较好淬透性，耐磨性较好②②变形较小（变形较小（MnMn降低降低MsMs，，A AR R增多，抵消增多，抵消马氏体的体积膨胀）马氏体的体积膨胀）308 (4) CrW5(4) CrW5　　　在　　　在CrCr钢基础上加入钢基础上加入5%W5%W，生成，生成M M6 6C C碳化物，淬火加热时未溶碳化物，淬火加热时未溶K K多。

多①①淬透性差；淬透性差；②②高硬度，高耐磨性高硬度，高耐磨性309三、碳素和低合金工具钢的热处理工艺三、碳素和低合金工具钢的热处理工艺特点特点1. 1. 热加工热加工 特点：导热慢，碳化物不均匀，组织脆特点：导热慢，碳化物不均匀，组织脆性大 (1) (1) 入炉温度不宜太高（入炉温度不宜太高（A1A1以下），加以下），加热速度不宜太快热速度不宜太快 (2) (2) 变形量足够大，终轧温度较低，冷变形量足够大，终轧温度较低，冷速较快，控制碳化物形态速较快，控制碳化物形态 (3) (3) 轧后缓冷，避免开裂轧后缓冷，避免开裂3102. 2. 球化退火球化退火　有一般退火和等温退火两种　有一般退火和等温退火两种特点：特点：T7T7，，T8T8，，T9T9：因：因C C含量在共析点附近，难含量在共析点附近，难得到满意的球化组织，需控制加热温得到满意的球化组织，需控制加热温度在度在740740～～750℃750℃，保温时间尽可能短保温时间尽可能短低合金工具钢：因组织中含有合金碳化低合金工具钢：因组织中含有合金碳化物，易获得均匀的球化组织物，易获得均匀的球化组织3113. 3. 淬火及回火淬火及回火采用不完全淬火加低温回火。

采用不完全淬火加低温回火金相组织为：回火马氏体基体上均匀分金相组织为：回火马氏体基体上均匀分布细颗粒碳化物布细颗粒碳化物淬火：淬火： 碳素工具钢采用水淬油冷的双液淬火法碳素工具钢采用水淬油冷的双液淬火法 低合金工具钢采用油冷或熔盐分级淬火低合金工具钢采用油冷或熔盐分级淬火回火：回火： 低温回火，一般小于低温回火，一般小于200℃200℃312 §§4 4－－2 2 高速工具钢高速工具钢19101910年开始应用年开始应用W18Cr4VW18Cr4V19321932年到年到19371937年，应用钼系，年，应用钼系，W2Mo9Cr4VW2Mo9Cr4V和钨－钼系，和钨－钼系，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V219391939年出现高碳高钒，超硬高速钢年出现高碳高钒，超硬高速钢313一、高速钢的合金化及常用钢号一、高速钢的合金化及常用钢号1 1、高速钢的性能要求、高速钢的性能要求(1) (1) 高的热（红）硬性高的热（红）硬性 在在600℃600℃时，时，>HRC55>HRC55，保证高速切削保证高速切削 高的热硬性是高速钢最重要的特点高的热硬性是高速钢最重要的特点。

2) (2) 高的耐磨性高的耐磨性 保证使用寿命长保证使用寿命长3142 2、高速钢的显微组织、高速钢的显微组织 高碳高合金回火马氏体基体上分高碳高合金回火马氏体基体上分布着弥散的特殊碳化物沉淀相，及多布着弥散的特殊碳化物沉淀相，及多量的未溶特殊碳化物量的未溶特殊碳化物3153 3、高速钢的合金化、高速钢的合金化(1) (1) 碳碳① ① 作用：形成足够数量的碳化物作用：形成足够数量的碳化物 保证马氏体中固溶碳量保证马氏体中固溶碳量② ② 数量：（定比碳公式）数量：（定比碳公式） C C＝＝0.033W0.033W＋＋0.063Mo0.063Mo＋＋0.2V0.2V＋＋0.06Cr0.06Cr 符合此公式时，红硬性（二次硬化）符合此公式时，红硬性（二次硬化）作用强316影响：影响：C%C%过高产生下列缺陷过高产生下列缺陷　　　　①①ARAR增多 ② ②红硬性下降红硬性下降 （含碳量升高使钢熔点降低，导致淬（含碳量升高使钢熔点降低，导致淬火温度降低，奥氏体中火温度降低，奥氏体中Me% Me% 降低）降低） 　　 ③ ③韧性降低。

韧性降低317(2) W(2) W、、MoMo W W：造成红硬性的主要元素造成红硬性的主要元素 退火时主要以退火时主要以M M6 6C C型碳化物存在型碳化物存在 淬火加热时：淬火加热时： 一部分一部分M M6 6C C型碳化物溶入奥氏体型碳化物溶入奥氏体 一部分一部分M M6 6C C型碳化物未溶入奥氏体型碳化物未溶入奥氏体 318溶入奥氏体的溶入奥氏体的 W W、、MoMo：： ① ①强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出，强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出，提高回火稳定性，在提高回火稳定性，在600℃600℃回火时，仍为回火时，仍为过饱和固溶体，具有高的红硬性过饱和固溶体，具有高的红硬性 ② ②回火时在马氏体中弥散析出回火时在马氏体中弥散析出M M2 2C C，造，造成二次硬化，具有高的红硬性和耐磨性成二次硬化，具有高的红硬性和耐磨性319 未溶入奥氏体的未溶入奥氏体的 M6CM6C型碳化物：型碳化物：①①强烈阻止奥氏体晶粒长大保证淬火强烈阻止奥氏体晶粒长大保证淬火加热采用加热采用12201220－－1310℃1310℃的高温，使足的高温，使足够数量的碳化物溶入奥氏体，保证高够数量的碳化物溶入奥氏体，保证高的红硬性。

的红硬性②②提高耐磨性提高耐磨性320MoMo：代替：代替W W，，1%Mo1%Mo代替代替2%W2%W优点：优点： 合金总量减少；合金总量减少；　　　　碳化物不均匀性减少；　　　　碳化物不均匀性减少； 弯曲强度及韧性好；弯曲强度及韧性好； 淬火加热温度低淬火加热温度低321缺点：缺点： 红硬性稍差红硬性稍差 脱碳倾向严重脱碳倾向严重 淬火加热温度窄，易过热淬火加热温度窄，易过热322 (3) V(3) V 退火时以退火时以VCVC形式存在形式存在 作用机理与作用机理与W W相同 （当含量超过（当含量超过1 1％时，耐磨性显著提高）％时，耐磨性显著提高）323 (4) Cr(4) Cr 所有高速钢都含有所有高速钢都含有4%Cr4%Cr 主要作用：提高淬透性主要作用：提高淬透性 退火时主要形成退火时主要形成CrCr2323C C6 6，淬火加热时，淬火加热时全部溶入全部溶入γγ中。

中 少量少量CrCr溶入溶入M M6 6C C中，淬火加热时促进中，淬火加热时促进M M6 6C C溶解 324325 (5) Co(5) Co 提高红硬性提高红硬性①①使莱氏体熔化温度升高，淬火温使莱氏体熔化温度升高，淬火温度也升高，使度也升高，使A A中中Me%Me%升高，红硬升高，红硬性升高②②降低降低W W在在α-Feα-Fe中扩散系数，使中扩散系数，使W W2 2C C不易析出和长大不易析出和长大 3264 4、常用钢号、常用钢号(1)(1)　　W W系高速钢；系高速钢；　　　　W18Cr4VW18Cr4V（（1818－－4 4－－1 1）型 19101910年开始应用年开始应用2) W-Mo(2) W-Mo系高速钢；系高速钢；　　　　W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2（（6 6－－5 5－－4 4－－2 2）型 327 (3) Co(3) Co系高速钢；系高速钢； 在前二者基础上增加在前二者基础上增加5-15%Co5-15%Co 如：如：W18Cr4VCo5W18Cr4VCo5，，W6Mo5Cr4V2Co8W6Mo5Cr4V2Co8。

优点：优点：HRC68HRC68－－7070，红硬性高，切，红硬性高，切削性好 缺点：脆性大，容易脱碳缺点：脆性大，容易脱碳328 (4) (4) 超硬高速钢超硬高速钢 高高V V：：W6Mo4Cr4V5SiW6Mo4Cr4V5Si 加加AlAl：：W10Mo4Cr4V3AlW10Mo4Cr4V3Al329以以W18Cr4VW18Cr4V为例：为例：开始结晶时析出开始结晶时析出δδ1400℃1400℃发生包晶反应，发生包晶反应，L+δ→γL+δ→γ1345℃1345℃发生包共晶反应，发生包共晶反应，L+δ→γL+δ→γ＋＋M6CM6C13301330－－1300℃1300℃发生共晶反应，发生共晶反应， L→L→（（γγ＋＋M6CM6C）330 M6CM6C为鱼骨状，基体为为鱼骨状，基体为γγ继续冷却时继续冷却时γγ中析出中析出MCMC和和M23C6M23C6800℃800℃发生三元共析转变，发生三元共析转变，γ→γ→（（αα＋＋M6CM6C＋＋Fe3CFe3C）331二、高速钢的铸态组织二、高速钢的铸态组织1. 1. 高速钢的平衡结晶过程高速钢的平衡结晶过程 平衡组织为：平衡组织为：Ld′+K+PLd′+K+P。

2. 2. 高速钢的实际铸态组织高速钢的实际铸态组织 实际铸态组织：大量鱼骨状实际铸态组织：大量鱼骨状Ld′Ld′和黑色屈氏体及白亮马氏体和残余奥和黑色屈氏体及白亮马氏体和残余奥氏体332 (1) (1) 黑色组织黑色组织 由于包晶和包共晶转变需要固相由于包晶和包共晶转变需要固相扩散，使扩散，使δδ达到所需达到所需C C和和MeMe，才能转，才能转变为变为γγ，所以不能充分进行部分，所以不能充分进行部分δδ被保留，随后发生共析转变，被保留，随后发生共析转变， δ→γδ→γ＋＋K K，称为，称为δδ共析因为在金共析因为在金相组织中呈黑色，又称黑色组织相组织中呈黑色，又称黑色组织333 (2) (2) 白亮组织白亮组织 γγ的共析反应被抑制，过冷到较的共析反应被抑制，过冷到较低温度转变为低温度转变为M M＋＋ARAR，在金相组织中，在金相组织中呈白色，称白色组织呈白色，称白色组织3) (3) 共晶组织增多共晶组织增多 由于包晶和包共晶转变不彻底，由于包晶和包共晶转变不彻底，δδ没有完全消失，没有完全消失，L L相对增加，使相对增加，使Ld′Ld′增多。

增多 334三、高速钢的热处理三、高速钢的热处理1. 1. 退火：采用球化退火退火：采用球化退火 2. 2. 淬火淬火 (1) (1) 两次预热；两次预热；(560℃(560℃，，840℃)840℃) (2) (2) 淬火温度；淬火温度； W18Cr4VW18Cr4V：：12701270－－1310℃1310℃ W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2：：12101210－－1240℃1240℃335要求：要求：①①奥氏体中溶有足够的奥氏体中溶有足够的C C和和MeMe ② ②保留相当多的未溶碳化物阻止奥保留相当多的未溶碳化物阻止奥氏体晶粒长大氏体晶粒长大3) (3) 冷却冷却 特点：特点： ① ①淬透性好，空冷可得马氏体淬透性好，空冷可得马氏体 ② ②在在650-350℃650-350℃有过冷奥氏体稳定区有过冷奥氏体稳定区 336方式：方式： ① ①油冷至油冷至300℃300℃出油；出油； ② ②分级淬火：分级淬火： 560℃560℃（（2 2倍淬火加热时间）等温，倍淬火加热时间）等温， ③ ③等温淬火：等温淬火： 240℃-280℃240℃-280℃，，2-4h2-4h。

3373. 3. 回火回火 淬火后组织：淬火淬火后组织：淬火M M＋＋A AR R（（20%20%以上）以上） 回火工艺：回火工艺： 560℃560℃三次回火三次回火 每次回火后需冷至室温每次回火后需冷至室温338 (1) 560℃(1) 560℃回火后硬度反而升高，有二次回火后硬度反而升高，有二次硬化现象硬化现象 ① ①弥散硬化作用弥散硬化作用 560℃560℃回火析出弥散的回火析出弥散的M2CM2C和和VCVC ② ②二次淬火二次淬火 A AR R在回火后的冷却过程中转变为马在回火后的冷却过程中转变为马氏体，故每次回火后必须冷至室温氏体，故每次回火后必须冷至室温339 (2) (2) 二次淬火所得到的淬火马氏体还需二次淬火所得到的淬火马氏体还需要回火，因为要回火，因为A AR R需要两次回火才能完需要两次回火才能完全转变，所以需要三次回火全转变，所以需要三次回火340§§４－４－3 3 冷作模具钢冷作模具钢一、冷作模具钢的概况一、冷作模具钢的概况1. 1. 用途用途 制造使金属在常温状态下变形的模具。

制造使金属在常温状态下变形的模具2. 2. 性能要求性能要求 (1)(1)高硬度、高强度、高耐磨性高硬度、高强度、高耐磨性 (2)(2)一定的韧性一定的韧性 (3)(3)淬透性高淬透性高 (4) (4) 淬火变形小淬火变形小341 3. 3. 常用钢种常用钢种(1)(1)碳素及低合金工具钢碳素及低合金工具钢2)(2)高铬及中铬冷作模具钢高铬及中铬冷作模具钢3)(3)基体钢及低碳高速钢基体钢及低碳高速钢 (4)(4)新型冷作模具钢新型冷作模具钢342二、高铬及中铬冷作模具钢二、高铬及中铬冷作模具钢1. 1. 高铬冷作模具钢高铬冷作模具钢(1) (1) 主要钢号主要钢号 Cr12Cr12：：2-2.3%C2-2.3%C，，12%Cr12%Cr Cr12MoVCr12MoV：：1.45-1.7%C1.45-1.7%C，，12%Cr12%Cr，， 0.5%Mo0.5%Mo，，0.2%V0.2%V343 (2) (2) 主要特点主要特点①①铸态组织为高碳亚共晶组织铸态组织为高碳亚共晶组织②②淬火加热时有大量未溶碳化物淬火加热时有大量未溶碳化物 （（CrCr7 7C C3 3），耐磨性好。

耐磨性好③③淬透性好，空冷可淬硬淬透性好，空冷可淬硬④④650-350℃650-350℃有过冷奥氏体稳定区有过冷奥氏体稳定区 344 (3) (3) 热处理热处理 ① ①一次硬化法一次硬化法( (低温淬火加低温回火低温淬火加低温回火) ) 980-1030℃ 980-1030℃淬火，淬火，150-170℃150-170℃回火 HRC61-63 HRC61-63 特点：未溶碳化物多，耐磨性好特点：未溶碳化物多，耐磨性好 变形小345②②二次硬化法（高温淬火加高温回火）二次硬化法（高温淬火加高温回火） 1120-1130℃1120-1130℃淬火，淬火， ARAR多，多，HRC40-50HRC40-50 510-520℃510-520℃回火回火(2(2－－3 3次次) )，，HRC60-61HRC60-61 二次硬化的原因主要是二次硬化的原因主要是AR→MAR→M，和高，和高速钢不完全相同速钢不完全相同 适用于需要化学热处理的模具适用于需要化学热处理的模具3462 2、中铬冷作模具钢、中铬冷作模具钢(1) (1) 主要钢号：主要钢号： Cr6WVCr6WV：：1.1%C1.1%C，，6%Cr6%Cr，，1.3%W1.3%W，，0.6%V0.6%V。

Cr4W2MoVCr4W2MoV：：1.2%C1.2%C，，4%Cr4%Cr，，2.3%W2.3%W，，1%Mo1%Mo，，1%V1%V347(2) (2) 主要特点主要特点 ① ①碳低，铬低，共晶碳化物量少且分碳低，铬低，共晶碳化物量少且分布均匀，是替代布均匀，是替代Cr12Cr12型的节铬钢型的节铬钢 ② ②均属过共析钢，铸态下由于偏析有均属过共析钢，铸态下由于偏析有少量共晶碳化物少量共晶碳化物 ③ ③碳化物以碳化物以M M7 7C C3 3型为主，少量型为主，少量M M6 6C C型和型和MCMC型348(3)(3)性能性能Cr6WVCr6WV：只能采用一次硬化法只能采用一次硬化法 耐磨性耐磨性 比比Cr12Cr12稍低Cr4W2MoVCr4W2MoV：： 因含有因含有V V，能细化奥氏体晶粒，可采，能细化奥氏体晶粒，可采用一次硬化法和二次硬化法，耐磨性，用一次硬化法和二次硬化法，耐磨性，回火稳定性比回火稳定性比Cr6WVCr6WV强349三、基体钢及低碳高速钢三、基体钢及低碳高速钢1 1、基体钢、基体钢 根据高速钢淬火后基体成分设计根据高速钢淬火后基体成分设计的钢种，既有高速钢基体的强度和热的钢种，既有高速钢基体的强度和热硬性，又因不含大量碳化物而使韧性，硬性，又因不含大量碳化物而使韧性，疲劳强度优于高速钢。

疲劳强度优于高速钢350 2 2、、50Cr4Mo3W2V50Cr4Mo3W2V(1) (1) 相当于相当于W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高速钢的基体成高速钢的基体成分 C C：：0.50.5，，W W：：2%2%，，MoMo：：2.75%2.75%，、，、 CrCr：：4.5%4.5%，，V V：：1%1%2) (2) 过共析钢过共析钢 (3) 1110-1120℃(3) 1110-1120℃淬火后，未溶碳化物为淬火后，未溶碳化物为5%5%，，A AR R较多 510-620℃510-620℃，多次回火，，多次回火，HRc61-65HRc61-654) (4) 制作冷作模具，使用寿命比制作冷作模具，使用寿命比W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高速钢长高速钢长3513 3、、65Cr4W3Mo2VNb65Cr4W3Mo2VNb（（65Nb65Nb））(1) (1) 以高速钢以高速钢W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2 为母体，淬火为母体，淬火基体成份为：基体成份为：(wt%)(wt%) C0.5 C0.5，，Cr4Cr4，，W2W2，，Mo3Mo3，，V1V1。

在此基础上适当增加含碳量，添加在此基础上适当增加含碳量，添加少量少量NbNb，调整，调整W W，，MoMo含量2) (2) 抗弯强度和冲击韧性比高速钢好抗弯强度和冲击韧性比高速钢好352(3)1080℃(3)1080℃淬火：未溶碳化物淬火：未溶碳化物5 5－－11%11%，， 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度1111－－1212级，韧性较好级，韧性较好 1180℃1180℃淬火：未溶碳化物淬火：未溶碳化物2 2－－5%5%，， 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度9 9－－1111级，强度较高级，强度较高 520520－－550℃550℃二次回火二次回火4) (4) 制作冷作模具为主，兼作热模具制作冷作模具为主，兼作热模具3534 4、低碳高速钢、低碳高速钢(1) (1) 典型钢种典型钢种 6W6Mo5Cr4V6W6Mo5Cr4V碳和钒的含量比碳和钒的含量比W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高速钢低高速钢低2) (2) 属莱氏体钢属莱氏体钢3) 1180-1200℃(3) 1180-1200℃淬火淬火, 560-580℃, 560-580℃，三，三次回火，次回火，HRc60-63HRc60-63。

4) (4) 强度、韧性和耐磨性较高，用做冷强度、韧性和耐磨性较高，用做冷挤压模，寿命比高铬冷作模具钢好挤压模，寿命比高铬冷作模具钢好354四、新型冷作模具钢四、新型冷作模具钢1 1、典型钢种、典型钢种 7Cr7Mo2V2Si7Cr7Mo2V2Si合金元素总量为合金元素总量为12%12%2 2、淬透性好，热处理变形小淬透性好，热处理变形小3 3、淬火加热时未溶碳化物少（、淬火加热时未溶碳化物少（3%3%），韧），韧性好3554 4、钢中碳化物以、钢中碳化物以VCVC为主，耐磨性好为主，耐磨性好5 5、、1100℃1100℃淬火淬火, 550℃, 550℃，三次回火：，三次回火： 强韧性好强韧性好 1150℃1150℃淬火淬火, 560℃, 560℃，三次回火：，三次回火： 耐磨性好耐磨性好6 6、用于制作冷镦模，冷冲模，冷挤压模用于制作冷镦模，冷冲模，冷挤压模 356§§４－４－4 4 热作模具钢热作模具钢一、热锻模钢一、热锻模钢1. 1. 工作条件工作条件 (1) (1) 冲击负荷大冲击负荷大 (2) (2) 压应力，张应力和弯曲应力大。

压应力，张应力和弯曲应力大 (3) (3) 热疲劳表面反复加热到热疲劳表面反复加热到400℃400℃，再，再冷却 (4) (4) 摩擦3572 2、性能要求、性能要求 (1) (1) 高的强度和高的冲击韧性；高的强度和高的冲击韧性； (2) (2) 一定的硬度和耐磨性：（一定的硬度和耐磨性：（HRC33HRC33－－4747）） (3) (3) 高的淬透性高的淬透性, ,使模具钢整体性能均使模具钢整体性能均匀；匀； (4) (4) 良好的导热性；良好的导热性； (5) (5) 优良的耐热疲劳优良的耐热疲劳3583 3、常用钢号、常用钢号(1) 5CrNiMo(1) 5CrNiMo：有较好的韧性，导热性和：有较好的韧性，导热性和一定的硬度一定的硬度2) 3Cr2MoWVNi(2) 3Cr2MoWVNi：热稳定性高，回火温度：热稳定性高，回火温度较高3594 4、热处理、热处理(1) (1) 完全退火完全退火2) (2) 淬火淬火 加热：加热：840840－－860℃860℃因工件尺寸大，加热时因工件尺寸大，加热时间长，应该防止脱碳间长，应该防止脱碳冷却：空气中预冷至冷却：空气中预冷至750750－－780℃780℃，再入油。

再入油 冷至冷至150150－－180℃180℃出油空冷出油空冷360 (3) (3) 回火回火淬火后立即回火，防止开裂淬火后立即回火，防止开裂先在先在350350－－400℃400℃保温保温3 3小时后再升至回火小时后再升至回火温度回火温度：回火温度：450450－－580℃580℃回火硬度：回火硬度：HRC36-48HRC36-48回火冷却：油冷回火冷却：油冷消除应力处理：油冷后进行消除应力处理：油冷后进行200℃200℃回火 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 361二、热挤压模和压铸模钢二、热挤压模和压铸模钢1 1、工作条件、工作条件 (1) (1) 使高温金属挤压变形或凝固；使高温金属挤压变形或凝固； (2) (2) 反复加热、冷却，因和高温金属接反复加热、冷却，因和高温金属接触时间长，比热锻模严重触时间长，比热锻模严重 (3) (3) 金属液流的腐蚀作用金属液流的腐蚀作用362 2. 2. 性能要求性能要求 (1) (1) 良好的高温机械性能（强度、韧性、良好的高温机械性能（强度、韧性、耐磨性）；耐磨性）； (2) (2) 优良的耐热疲劳性；优良的耐热疲劳性； (3) (3) 耐腐蚀性。

耐腐蚀性3633 3、合金化、合金化(1) 0.25-0.45%(1) 0.25-0.45%：保证硬度、热疲劳性：保证硬度、热疲劳性和冲击韧性和冲击韧性2) Cr(2) Cr：高温强度，抗回火软化，弥散：高温强度，抗回火软化，弥散强化，抗氧化性强化，抗氧化性364(3) W(3) W，，MoMo，，V V：高温强度，抗回火软化，：高温强度，抗回火软化，弥散强化弥散强化(4) Si(4) Si：提高抗氧化性，回火稳定性，：提高抗氧化性，回火稳定性，抗龟裂性抗龟裂性5) (5) NbNb，，TiTi：细化晶粒细化晶粒3654 4、常用钢号及热处理、常用钢号及热处理(1) 4Cr5Mo2VSi(1) 4Cr5Mo2VSi 为过共析钢为过共析钢 有大量有大量CrCr的碳化物，淬火加热时易溶于的碳化物，淬火加热时易溶于奥氏体中，发挥作用奥氏体中，发挥作用1020-1050℃1020-1050℃淬火淬火: :晶粒度晶粒度8-108-10级，少量级，少量未溶碳化物，一定量的残余奥氏体未溶碳化物，一定量的残余奥氏体580-600℃580-600℃回火，回火，HRc48-50HRc48-50366(2) 3Cr3Mo3VNb(2) 3Cr3Mo3VNb 在保持在保持4Cr5Mo2VSi4Cr5Mo2VSi优点基础上，优点基础上，降低降低CrCr含量，增加含量，增加MoMo含量，提高了热含量，提高了热稳定性和高温强度。

稳定性和高温强度367第五章第五章 不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢368 §5-1 §5-1钢的耐蚀性钢的耐蚀性一、钢的钝化现象一、钢的钝化现象 1 1、电化学腐蚀、电化学腐蚀 由于微区域间成分、组织和应力不均由于微区域间成分、组织和应力不均匀，导致了电位差异，形成了微阳极区和匀，导致了电位差异，形成了微阳极区和微阴极区，在电解质溶液的作用下，形成微阴极区，在电解质溶液的作用下，形成了微电池，阳极被腐蚀了微电池，阳极被腐蚀 3692 2、极化、极化 在腐蚀过程中，阳极电位低，金属在腐蚀过程中，阳极电位低，金属正离子进入溶液被腐蚀；阴极电位高，正离子进入溶液被腐蚀；阴极电位高，接受电子接受电子1) (1) 阳极极化：阳极极化： 阳极表面产生了保护膜，阻碍阳极阳极表面产生了保护膜，阻碍阳极金属离子进入溶液，降低了阳极表面金属离子进入溶液，降低了阳极表面电荷密度，使阳极电位升高电荷密度，使阳极电位升高370(2) (2) 阴极极化：阴极极化： 阴极消耗电子的速度较慢，造成阴阴极消耗电子的速度较慢，造成阴极表面电子堆积，阴极表面电荷密度极表面电子堆积，阴极表面电荷密度升高，使阴极电位降低。

升高，使阴极电位降低3713 3、钝化、钝化 具有活化具有活化- -钝化转变的金属的阳极钝化转变的金属的阳极极化曲线可分为三个区间极化曲线可分为三个区间 (1) (1) 活化区：活化区： 由于极化作用，阳极电位升高，电流由于极化作用，阳极电位升高，电流增大并达到最大值增大并达到最大值(I(IP P) )，此时阳极电位，此时阳极电位为为εPεP I IP P：临界电流临界电流 εεP P：初始钝化电位初始钝化电位372(2) (2) 钝化区：钝化区： 产生阳极钝化，电位继续增加电流产生阳极钝化，电位继续增加电流突然降到最小值，并在很宽的阳极电突然降到最小值，并在很宽的阳极电位范围内保留最小的腐蚀电流位范围内保留最小的腐蚀电流3) (3) 过钝化区：阳极电位继续增加，超过过钝化区：阳极电位继续增加，超过一定值一定值( (εεT T) )后，腐蚀电流又增加后，腐蚀电流又增加 εεT T：过钝化电位过钝化电位 εεb b：击穿电位（接近过钝化电位）击穿电位（接近过钝化电位）373(4) (4) 钝化的稳定性钝化的稳定性 当阴极极化曲线和阳极极化曲线当阴极极化曲线和阳极极化曲线只有一个交点，且此交点在钝化区，只有一个交点，且此交点在钝化区，此时合金钝化状态是稳定的，能够自此时合金钝化状态是稳定的，能够自钝化，具有很小的腐蚀速度。

钝化，具有很小的腐蚀速度3744 4、电化学腐蚀的主要形式、电化学腐蚀的主要形式(1) (1) 一般腐蚀：均匀分布在整个表面的腐一般腐蚀：均匀分布在整个表面的腐蚀从技术观点看危险最小从技术观点看危险最小 (2) (2) 晶间腐蚀晶间腐蚀(3) (3) 点腐蚀点腐蚀(4) (4) 应力腐蚀应力腐蚀375 5.5.耐蚀性标准耐蚀性标准 晶间腐蚀、点腐蚀和应力腐蚀危晶间腐蚀、点腐蚀和应力腐蚀危险性很大，不允许发生如果发生，险性很大，不允许发生如果发生，即认为钢在此介质中是不耐蚀的即认为钢在此介质中是不耐蚀的对于一般腐蚀，根据腐蚀条件和耐蚀性分对于一般腐蚀，根据腐蚀条件和耐蚀性分为两大类为两大类 376①①不锈钢：在大气和弱腐蚀介质中耐蚀的不锈钢：在大气和弱腐蚀介质中耐蚀的钢 腐蚀速度：腐蚀速度：<0.01mm/<0.01mm/年，完全耐蚀年，完全耐蚀 <0.1mm/<0.1mm/年，耐蚀年，耐蚀②②耐酸钢：在强腐蚀介质中耐蚀的钢耐酸钢：在强腐蚀介质中耐蚀的钢 腐蚀速度：腐蚀速度：<0.1mm/<0.1mm/年，完全耐蚀。

年，完全耐蚀 <1.0mm/<1.0mm/年，耐蚀年，耐蚀377二、成分对钢钝化的影响二、成分对钢钝化的影响 当钢的表面生成一层致密的具有当钢的表面生成一层致密的具有尖晶石结构的尖晶石结构的γ-Fe2O3γ-Fe2O3薄膜，薄膜和薄膜，薄膜和钢牢固地结合在一起，可以阻碍微电钢牢固地结合在一起，可以阻碍微电池的腐蚀起到钝化作用要提高钢的池的腐蚀起到钝化作用要提高钢的耐蚀性和钝化能力，必须提高钝化膜耐蚀性和钝化能力，必须提高钝化膜的稳定性的稳定性 1 1、、CrCr378 (1) (1) 提高钝化膜稳定性的必要元素提高钝化膜稳定性的必要元素 当钢中当钢中CrCr的含量超过的含量超过12%12%后，钝化后，钝化膜中富集了膜中富集了CrCr的氧化物，膜的稳定性的氧化物，膜的稳定性增加，初始钝化电位明显下降，最小增加，初始钝化电位明显下降，最小腐蚀电流急剧降低，钝化电位范围显腐蚀电流急剧降低，钝化电位范围显著扩大，钢的耐蚀性显著提高著扩大，钢的耐蚀性显著提高 (2) n/8(2) n/8定律定律 当当CrCr的摩尔分数每达到的摩尔分数每达到1/81/8，，2/82/8，，3/83/8……时，合金的腐蚀速度都相应有时，合金的腐蚀速度都相应有一个突然的降低。

一个突然的降低379 2 2、、NiNi (1) (1) 提高铬不锈钢在硫酸、醋酸、草酸提高铬不锈钢在硫酸、醋酸、草酸及中性盐中的耐蚀性及中性盐中的耐蚀性 (2) (2) 在非氧化性的硫酸中更为显著在非氧化性的硫酸中更为显著3 3、、MnMn 提高铬不锈钢在有机酸，如醋酸、提高铬不锈钢在有机酸，如醋酸、甲酸及乙醇酸中的耐蚀性效果比镍甲酸及乙醇酸中的耐蚀性效果比镍好380 4 4、、MoMo (1) (1) 形成含钼的钝化膜，提高不锈钢形成含钼的钝化膜，提高不锈钢钝化能力，扩大钝化介质范围，在热硫酸、钝化能力，扩大钝化介质范围，在热硫酸、稀盐酸、磷酸及有机酸中耐蚀稀盐酸、磷酸及有机酸中耐蚀 (2) (2) 防止氯离子对膜的破坏，抗点腐防止氯离子对膜的破坏，抗点腐蚀 3815 5、、CuCu 在不锈钢表面沉积下来，作为附加在不锈钢表面沉积下来，作为附加微阴极，使不锈钢在很小的阳极电流下微阴极，使不锈钢在很小的阳极电流下达到钝化状态，提高耐蚀性，一般加入达到钝化状态，提高耐蚀性，一般加入2-3%2-3% 6 6、、SiSi 提高不锈钢在盐酸、硫酸及高浓度提高不锈钢在盐酸、硫酸及高浓度硝酸中的耐蚀性，一般加入硝酸中的耐蚀性，一般加入2-4%2-4%。

382三、环境对不锈钢耐蚀性的影响三、环境对不锈钢耐蚀性的影响 1 1、大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质 加入加入13%Cr13%Cr即可 383 2 2、氧化性酸、氧化性酸 如硝酸，由于有足够的氧，可在短期如硝酸，由于有足够的氧，可在短期内达到钝化但由于酸中有内达到钝化但由于酸中有H H­­+ +，，H H­­+ +是是阴极去极化剂，故随着阴极去极化剂，故随着H H­­+ +浓度增加，钝浓度增加，钝化所需化所需CrCr含量要增加到含量要增加到17%17%以上才能有以上才能有较高的钝化能力较高的钝化能力 阴极去极化：阴极去极化：H H+ +＋＋e→He→H，加速电子的消耗，加速电子的消耗384 3 3、非氧化性酸、非氧化性酸 如稀硫酸，由于介质中含氧量低，如稀硫酸，由于介质中含氧量低，SO4SO4-2-2又不是氧化剂，而又不是氧化剂，而H H+ +浓度又高，一浓度又高，一般般CrCr，，Cr-NiCr-Ni不锈钢难以钝化，因而不不锈钢难以钝化，因而不耐蚀钢中加入耐蚀钢中加入NiNi、、MoMo，，CuCu能增加钢的能增加钢的钝化能力。

钝化能力3854 4、强有机酸、强有机酸 由于介质中含氧量低，又有由于介质中含氧量低，又有H H+ +存在，存在，一般一般CrCr，，Cr-NiCr-Ni不锈钢难以钝化，因而不锈钢难以钝化，因而不耐蚀钢中加入不耐蚀钢中加入MoMo，，CuCu、、MnMn能增加能增加钢的钝化能力钢的钝化能力386 5 5、含、含ClCl-1-1的介质的介质 ClCl-1-1破坏钢表面氧化膜，穿透并与破坏钢表面氧化膜，穿透并与钢表面起作用，产生点腐蚀钢中加钢表面起作用，产生点腐蚀钢中加入入MoMo能增强抗点蚀能力能增强抗点蚀能力387 §§5 5－－2 2不锈耐蚀钢的组织不锈耐蚀钢的组织一、铬当量和镍当量状态图一、铬当量和镍当量状态图 可根据［可根据［NiNi］和［］和［CrCr］状态图，来］状态图，来判断钢的组织类型判断钢的组织类型 [Ni]=Ni%+0.5%Mn+30%[C+N][Ni]=Ni%+0.5%Mn+30%[C+N]；； [Cr]=Cr%+Mo%+1.5Si%+0.5Nb%[Cr]=Cr%+Mo%+1.5Si%+0.5Nb%。

要获得单相奥氏体组织，必须使这要获得单相奥氏体组织，必须使这两类元素达到平衡两类元素达到平衡388二、不锈耐蚀钢的分类二、不锈耐蚀钢的分类1 1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢1Cr131Cr13，，2Cr132Cr13，，3Cr133Cr13，，4Cr134Cr13和和9Cr189Cr18：：淬火后基体为马氏体淬火后基体为马氏体0Cr130Cr13和和Cr17Ni2Cr17Ni2：： 淬火后为马氏体和铁素体复相组织淬火后为马氏体和铁素体复相组织3892 2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢 如如0Cr17Ti0Cr17Ti，，Cr25TiCr25Ti，，Cr26Mo1Cr26Mo13 3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢 Cr-NiCr-Ni系：如系：如1Cr18Ni91Cr18Ni9，，1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti，， 00Cr18Ni1000Cr18Ni10，，0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti Cr-Cr-MnMn-Ni-Ni系：如系：如1Cr18Mn8Ni5N1Cr18Mn8Ni5N Cr-Cr-MnMn-N-N系：如系：如1Cr17Mn13N1Cr17Mn13N。

390 4 4、奥氏体－铁素体复相不锈钢、奥氏体－铁素体复相不锈钢 如如Cr21Ni5TiCr21Ni5Ti，，00Cr22Ni5Mo3N00Cr22Ni5Mo3N，，00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2铁素体量为铁素体量为50-70%50-70%5 5、沉淀硬化不锈钢、沉淀硬化不锈钢 通过热处理可得到马氏体，并在马通过热处理可得到马氏体，并在马氏体基体上析出金属间化合物，产生沉氏体基体上析出金属间化合物，产生沉淀强化属于高强度钢不锈钢属于高强度钢不锈钢391 §§5 5－－3 3不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性一、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀一、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀1 1、晶间腐蚀、晶间腐蚀 富铬的富铬的CrCr2323C C6 6碳化物沿晶界呈网状连碳化物沿晶界呈网状连续析出，在晶界附近形成续析出，在晶界附近形成1010-5-5cmcm宽的贫宽的贫铬区，当贫铬区铬区，当贫铬区CrCr含量下降到含量下降到12%12%以下时以下时钝化能力急剧下降，贫钝化能力急剧下降，贫CrCr区作为阳极发区作为阳极发生腐蚀，腐蚀集中在晶界附近。

生腐蚀，腐蚀集中在晶界附近392 关键：关键：(1) (1) 析出碳化物析出碳化物2) (2) 贫铬区没有得到铬的补充贫铬区没有得到铬的补充 （铬在（铬在F F中扩散系数比中扩散系数比γγ相大相大10001000倍，倍，不会产生贫铬区，铁素体不锈钢一般不不会产生贫铬区，铁素体不锈钢一般不发生晶间腐蚀）发生晶间腐蚀）3932 2、消除措施、消除措施(1) (1) 钢中含钢中含C C量降到量降到0.03%0.03%以下600℃600℃以下奥氏体中碳的溶解度为以下奥氏体中碳的溶解度为0.02%0.02%，，所以超低碳不锈钢，如所以超低碳不锈钢，如00Cr18Ni1000Cr18Ni10不析出不析出碳化物，也不发生晶间腐蚀但冶炼工艺碳化物，也不发生晶间腐蚀但冶炼工艺复杂，成本高复杂，成本高 394 (2) (2) 加入加入TiTi，，NbNb，生成稳定的，生成稳定的TiCTiC，，NbCNbC，固定钢中，固定钢中C C，不生成铬的碳化物不生成铬的碳化物 0.8% ≥Ti% ≥50.8% ≥Ti% ≥5（（C-0.02C-0.02）） 1.0% ≥1.0% ≥NbNb% ≥10% ≥10（（C-0.02C-0.02）） 395(3) (3) 改变改变CrCr2323C C6 6析出的位置及分布状态。

析出的位置及分布状态 调整化学成分，出现调整化学成分，出现1010－－50%δ50%δ铁素铁素体，使体，使CrCr2323C C6 6在在δ/γδ/γ相界相界δδ相一侧呈点状相一侧呈点状析出，避免了在奥氏体晶界析出铬在析出，避免了在奥氏体晶界析出铬在δδ相中扩散快，不会产生贫铬区相中扩散快，不会产生贫铬区4) (4) 在在550-800℃550-800℃长时间加热，通过铬的长时间加热，通过铬的扩散消除奥氏体中的贫铬区扩散消除奥氏体中的贫铬区396 3 3、其它原因产生的晶间腐蚀、其它原因产生的晶间腐蚀 (1) σ(1) σ相在晶界析出相在晶界析出 超低碳奥氏体不锈钢特别是含钼钢，超低碳奥氏体不锈钢特别是含钼钢，如如00Cr18Ni9Ti00Cr18Ni9Ti，，00Cr17Ni13Mo200Cr17Ni13Mo2钢，钢，σσ相在晶界析出，使晶界产生贫铬区相在晶界析出，使晶界产生贫铬区397 (2) Cr2N(2) Cr2N在晶界析出在晶界析出 氮含量高于氮含量高于0.16%0.16%时，沿晶界析出时，沿晶界析出Cr2NCr2N，增加晶间腐蚀倾向。

增加晶间腐蚀倾向 (3) (3) 杂质元素在晶界偏聚杂质元素在晶界偏聚 奥氏体不锈钢经奥氏体不锈钢经1050℃1050℃固溶处理后，固溶处理后，由于杂质元素磷、硅的偏聚，也会发生由于杂质元素磷、硅的偏聚，也会发生晶间腐蚀晶间腐蚀398二、不锈钢的应力腐蚀二、不锈钢的应力腐蚀 1 1、应力腐蚀、应力腐蚀 在拉应力作用下，不锈钢在某些介在拉应力作用下，不锈钢在某些介质中经过不长的时间就会发生破裂，质中经过不长的时间就会发生破裂，而且拉应力越大，越易发生破裂而且拉应力越大，越易发生破裂 分为两个阶段：分为两个阶段： 399 (1) (1) 裂纹的诱发期裂纹的诱发期 先形成保护膜，产生极化作用电位先形成保护膜，产生极化作用电位升高，随后保护膜被破坏，电位下降升高，随后保护膜被破坏，电位下降金属溶解，形成细小的裂纹金属溶解，形成细小的裂纹 (2) (2) 裂纹的传播期裂纹的传播期 微裂纹开始扩展、传播，试样伸长，微裂纹开始扩展、传播，试样伸长，最终引起应力腐蚀破坏最终引起应力腐蚀破坏400 2 2、滑移、滑移- -溶解机制溶解机制 张应力使位错运动形成表面滑移台张应力使位错运动形成表面滑移台阶，破坏了表面钝化膜。

裸露的滑移阶，破坏了表面钝化膜裸露的滑移台阶若来不及修补成完整的钝化膜，台阶若来不及修补成完整的钝化膜，会发生阳极溶解形成蚀坑，并继续向会发生阳极溶解形成蚀坑，并继续向内部扩展，形成腐蚀裂纹内部扩展，形成腐蚀裂纹401 3 3、影响应力腐蚀的因素、影响应力腐蚀的因素 (1) (1) 腐蚀介质腐蚀介质 ① ①ClCl- -强烈引起应力腐蚀随强烈引起应力腐蚀随ClCl- -浓度升浓度升高，应力腐蚀破坏时间缩短高，应力腐蚀破坏时间缩短 ② ②在微酸性在微酸性FeClFeCl2 2、、MgClMgCl2 2溶液中，氧促溶液中，氧促进应力腐蚀破坏进应力腐蚀破坏 ③ ③在在PHPH值小于值小于4-54-5的酸性介质中，的酸性介质中，H H+ +促促进应力腐蚀破坏进应力腐蚀破坏402(2) (2) 应力应力 ① ①只有张应力才会产生应力腐蚀只有张应力才会产生应力腐蚀 张应力：热处理、焊接、冷加工的残张应力：热处理、焊接、冷加工的残余应力、外负荷余应力、外负荷 ② ②应力越大，破坏时间越短应力越大，破坏时间越短 ③ ③应力与钢的屈服强度比值越高，应力应力与钢的屈服强度比值越高，应力腐蚀越敏感。

腐蚀越敏感403(3)(3)温度温度 在含在含ClCl- -的水溶液中，的水溶液中，80℃80℃以上才产以上才产生应力腐蚀温度越高，破坏时间越短生应力腐蚀温度越高，破坏时间越短404(4) (4) 组织和成分组织和成分 ① ①铁素体在形变时发生交滑移，表面钝铁素体在形变时发生交滑移，表面钝化膜破坏少，易于修补化膜破坏少，易于修补对对ClCl- -引起的应力腐蚀：引起的应力腐蚀： 含含Cr15-28%Cr15-28%的铁素体不锈钢不敏感的铁素体不锈钢不敏感 含铁素体的复相不锈钢敏感性低含铁素体的复相不锈钢敏感性低 Cr18Ni9Cr18Ni9型奥氏体不锈钢很敏感型奥氏体不锈钢很敏感405②②高镍奥氏体不锈钢（高镍奥氏体不锈钢（Ni>45%Ni>45%）对应力腐）对应力腐蚀不敏感蚀不敏感 镍提高层错能，形变采用交滑移，镍提高层错能，形变采用交滑移，表面台阶小，钝化膜不易破坏表面台阶小，钝化膜不易破坏③③不稳定的奥氏体不锈钢中，形变产生的不稳定的奥氏体不锈钢中，形变产生的马氏体对应力腐蚀有害马氏体对应力腐蚀有害。

腐蚀中渗入的氢，形变时促进马氏腐蚀中渗入的氢，形变时促进马氏体转变，并在马氏体中形成裂缝体转变，并在马氏体中形成裂缝406④④氮促进应力腐蚀裂纹的诱发和传播氮促进应力腐蚀裂纹的诱发和传播⑤⑤在高于在高于12%Cr12%Cr的奥氏体不锈钢中，的奥氏体不锈钢中，CrCr含含量越高，应力腐蚀越敏感量越高，应力腐蚀越敏感407 4 4、防止应力腐蚀的措施、防止应力腐蚀的措施 (1) (1) 加入加入2-4%2-4%的的SiSi或或2%2%的的CuCu 如如0Cr18Ni14Si40Cr18Ni14Si4奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 (2) (2) 氮含量氮含量<0.04%<0.04%，并尽量降低磷、砷、，并尽量降低磷、砷、锑、铋等杂质元素含量锑、铋等杂质元素含量 (3) (3) 采用高纯度铁素体不锈钢采用高纯度铁素体不锈钢 (4) (4) 采用奥氏体－铁素体复相不锈钢，采用奥氏体－铁素体复相不锈钢，铁素体占铁素体占50-70%50-70% 如如00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2408 2 2、夹杂物、晶界析出物、晶界是点腐、夹杂物、晶界析出物、晶界是点腐蚀易发生的地点。

蚀易发生的地点 MnSMnS易在无机酸中溶解，易在无机酸中溶解， 晶界碳化物晶界碳化物或或σσ相析出造成晶界的贫铬区相析出造成晶界的贫铬区 这些地点表面钝化膜的均匀性受到破这些地点表面钝化膜的均匀性受到破坏，使坏，使ClCl- -容易穿透钝化膜与基体发生容易穿透钝化膜与基体发生反应409 3 3、防止点腐蚀的措施、防止点腐蚀的措施 (1) (1) 提高铬含量，加入钼，增强钝化膜提高铬含量，加入钼，增强钝化膜的稳定性的稳定性 如如Cr22Ni26Mo5TiCr22Ni26Mo5Ti (2) (2) 氮提高阳极的击穿电压，氮含量大氮提高阳极的击穿电压，氮含量大于于0.3%0.3%的不锈钢不发生点腐蚀的不锈钢不发生点腐蚀 如如00Cr22Ni22Mo2.5N00Cr22Ni22Mo2.5N410 (3) (3) 降低杂质元素含量，特别是硫含量，降低杂质元素含量，特别是硫含量，提高钢的纯净度提高钢的纯净度 如超低硫如超低硫Cr18Ni8MoNCr18Ni8MoN；； 高纯的高纯的Cr26Mo1Cr26Mo1，，Cr26Mo4Cr26Mo4。

411 §§5 5－－4 4 不锈钢的强化与脆化不锈钢的强化与脆化一、铁素体不锈钢一、铁素体不锈钢1 1、晶粒粗大、晶粒粗大(1) (1) 原因：铁素体由于原子扩散快，晶原因：铁素体由于原子扩散快，晶粒粗化温度低，晶粒粗化速度快，粒粗化温度低，晶粒粗化速度快，600℃600℃开始晶粒长大奥氏体不锈开始晶粒长大奥氏体不锈钢钢900℃900℃晶粒开始长大）晶粒开始长大）412(2) (2) 消除措施消除措施 ① ①钢中形成少量的奥氏体，可以细化钢中形成少量的奥氏体，可以细化铁素体，提高韧性铁素体，提高韧性 单相铁素体钢不发生相变，无法用热单相铁素体钢不发生相变，无法用热处理细化晶粒处理细化晶粒 ② ②钢中加钢中加TiTi，形成，形成TiCTiC，可以阻止晶粒，可以阻止晶粒长大4132 2、、475℃475℃脆性脆性 在在400400－－550℃550℃较长时间停留后，较长时间停留后，高高CrCr（（>15%>15%）铁素体不锈钢在室温变）铁素体不锈钢在室温变得很脆，冲击韧性和塑性接近零得很脆，冲击韧性和塑性接近零414(1) (1) 原因：原因：αα－－FeFe中析出富中析出富CrCr（（80%Cr80%Cr，，20%Fe20%Fe）相，）相，bccbcc结构，点阵常数大结构，点阵常数大于于αα－－FeFe，与基体保持共格关系，高，与基体保持共格关系，高度弥散分布，使强度升高，韧性、塑度弥散分布，使强度升高，韧性、塑性下降。

性下降415 (2) (2) 预防：避免在预防：避免在400400－－550℃550℃停留3) (3) 消除：消除：600600－－650℃650℃保温保温1h1h后快冷416 3 3、杂质及夹杂物、杂质及夹杂物 采用精炼技术，如真空感应熔炼、采用精炼技术，如真空感应熔炼、电子束精炼、氩氧混吹脱氧等，可大电子束精炼、氩氧混吹脱氧等，可大大降低间隙元素和杂质元素的含量，大降低间隙元素和杂质元素的含量，显著提高塑性和韧性显著提高塑性和韧性 如如Cr26Mo1Cr26Mo1铁素体不锈钢精炼后，铁素体不锈钢精炼后，C C降降到到0.001%0.001%，，N N降到降到0.01%0.01% 如高铬铁素体不锈钢精炼后，如高铬铁素体不锈钢精炼后，AkAk由由100J100J上升到上升到200J200J，脆转温度由，脆转温度由100℃100℃降降低到低到-50℃-50℃417二、奥氏体不锈钢二、奥氏体不锈钢 1 1、组织稳定的奥氏体不锈钢、组织稳定的奥氏体不锈钢 强度低，塑性、韧性好，脆转温度低强度低，塑性、韧性好，脆转温度低。

1) (1) 强度来源：强度来源：①①合金元素的固溶强化间隙元素合金元素的固溶强化间隙元素C C，，N N的强化效率高）的强化效率高）418 ② ②细晶强化细晶强化 (2) (2) 对超低碳不锈钢可采用氮固溶强化对超低碳不锈钢可采用氮固溶强化 如如0.21%N0.21%N使使Cr18Ni9Cr18Ni9钢的强度从钢的强度从200MPa200MPa提高到提高到370MPA370MPA4192.2.亚稳奥氏体不锈钢亚稳奥氏体不锈钢 (1) (1) 在在MdMd-Ms-Ms形变时发生部分马氏体相变，形变时发生部分马氏体相变，产生冷作硬化和马氏体强化产生冷作硬化和马氏体强化 (2) (2) 温度越低，形变量越大，马氏体数量温度越低，形变量越大，马氏体数量越大 (3) (3) 用于制作弹簧用于制作弹簧 在零下温度轧制，有较好的强化效果在零下温度轧制，有较好的强化效果为消除内应力，提高弹性、塑性，可在为消除内应力，提高弹性、塑性，可在400℃400℃回火420三、高强度不锈钢三、高强度不锈钢 加入加入MoMo、、TiTi、、AlAl，经过适当热处理，，经过适当热处理，可得到马氏体组织，并在马氏体基体上可得到马氏体组织，并在马氏体基体上通过时效析出金属间化合物，产生沉淀通过时效析出金属间化合物，产生沉淀强化，属于超高强度不锈钢。

强化，属于超高强度不锈钢1 1、马氏体型沉淀强化不锈钢、马氏体型沉淀强化不锈钢 421(1) (1) 化学成分化学成分 在在17-7PH17-7PH钢基础上减铬增镍以消除铁钢基础上减铬增镍以消除铁素体，加入钼、钛、铝素体，加入钼、钛、铝 如如PH13-8MoPH13-8Mo钢：钢：CrCr：：13%13%，，NiNi：：8%8%，，MoMo：：2.2%2.2%，，AlAl：：1.1%1.1%2) (2) 热处理热处理 高温奥氏体化，淬火得到马氏体，高温奥氏体化，淬火得到马氏体，510℃510℃时效 422 (3) (3) 机械性能机械性能 σSσS：：1450Mpa1450Mpa；；σbσb：：1550Mpa1550Mpa；；δ=12%δ=12%；；HRc47HRc472 2、半奥氏体型沉淀硬化不锈钢、半奥氏体型沉淀硬化不锈钢 (1) (1) 化学成分化学成分 在在Cr17Ni7Cr17Ni7钢基础上加入强化元素钢基础上加入强化元素423 如如PH15-7MoPH15-7Mo钢：钢：CrCr：：15%15%，，NiNi：：7%7%，，MoMo：：2.2%2.2%，，AlAl：：1.2%1.2%。

(2)(2)热处理热处理 高温固溶处理后，室温组织为奥氏体高温固溶处理后，室温组织为奥氏体加少量（加少量（8-10%8-10%））δδ铁素体 获得马氏体有三种方法获得马氏体有三种方法424 ① ①两次时效：两次时效：760℃760℃，，1.5h1.5h；； 510℃510℃，，0.5h0.5h ② ②冷处理及时效：冷处理及时效：-73℃-73℃，，8h8h；； 510℃510℃，，1h1h ③ ③冷加工及时效：室温冷形变，形变量冷加工及时效：室温冷形变，形变量60%60%；； 480℃480℃，，1h1h3)(3)机械性能机械性能σSσS：：1550Mpa1550Mpa；；σbσb：：1655Mpa1655Mpa；；δ=6%δ=6%；；HRc48HRc48425 §§5 5－－5 5 不锈耐蚀钢钢种不锈耐蚀钢钢种一、一、Cr18Ni9Cr18Ni9型奥氏体不锈钢型奥氏体不锈钢 18Cr%18Cr%＋＋9%Ni9%Ni称称Cr18Ni9Cr18Ni9型，过去称型，过去称18-818-8型 还可添加其它元素，如还可添加其它元素，如1Cr18Ni11Nb1Cr18Ni11Nb，，习惯上仍称习惯上仍称Cr18Ni9Cr18Ni9。

4261 1、优点、优点(1) (1) 耐蚀性好耐蚀性好2) (2) 塑性好，易于变形加工塑性好，易于变形加工3) (3) 焊接性能良好焊接性能良好4) (4) 韧性及低温韧性好韧性及低温韧性好 缺点：合金元素含量高，价格昂贵缺点：合金元素含量高，价格昂贵 容易加工硬化，难以切削加工容易加工硬化，难以切削加工 4272 2、用途：用量最大的不锈钢，广泛用于化、用途：用量最大的不锈钢，广泛用于化工、石油、航空及民用等工艺部门工、石油、航空及民用等工艺部门3 3、使用、使用 (1) (1) 不需要焊接，选用不需要焊接，选用1Cr18Ni91Cr18Ni9，，0Cr18Ni90Cr18Ni9 (2) (2) 需要焊接，选用需要焊接，选用1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti，，1Cr18Ni11Nb1Cr18Ni11Nb；；00Cr18Ni1000Cr18Ni10 (3) (3) 需要深冲，选用需要深冲，选用00Cr17Ni7Cu200Cr17Ni7Cu2，，00Cr17Ni8SiCu200Cr17Ni8SiCu2428二、含镍高的奥氏体不锈钢二、含镍高的奥氏体不锈钢 制作在液氮（制作在液氮（-196℃-196℃）或更低温度液）或更低温度液体的压力容器。

体的压力容器 高镍的奥氏体不锈钢高镍的奥氏体不锈钢MsMs点低，在极低温点低，在极低温保持单相奥氏体，塑、韧性好保持单相奥氏体，塑、韧性好三、含氮的铬锰和铬镍锰奥氏体不锈钢三、含氮的铬锰和铬镍锰奥氏体不锈钢 氮的固溶强化效果显著，用于制作要氮的固溶强化效果显著，用于制作要求耐蚀和较高强度的工件求耐蚀和较高强度的工件 429四、亚稳奥氏体不锈钢钢四、亚稳奥氏体不锈钢钢 制作高强度不锈钢弹簧如制作高强度不锈钢弹簧如1Cr18Ni81Cr18Ni8，，1Cr18Ni8Mo1Cr18Ni8Mo，，Cr15Mn14NCr15Mn14N五、在非氧化性酸中工作五、在非氧化性酸中工作 选用含钼、铜和镍含量高的钢种选用含钼、铜和镍含量高的钢种 如如1Cr18Ni12Mo3Ti1Cr18Ni12Mo3Ti，， 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti，， 0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti430六、在含卤素元素离子介质中工作六、在含卤素元素离子介质中工作 选用抗点腐蚀钢种。

选用抗点腐蚀钢种七、在应力腐蚀环境下工作七、在应力腐蚀环境下工作 选用抗应力腐蚀钢种选用抗应力腐蚀钢种431八、铁素体不锈钢八、铁素体不锈钢 1 1、、0Cr17Ti0Cr17Ti(1) (1) 在硝酸和有机酸（除醋酸、蚁酸和草在硝酸和有机酸（除醋酸、蚁酸和草酸）中耐蚀性好用于石油、化工工业，酸）中耐蚀性好用于石油、化工工业，可替代可替代1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti2) (2) 超低硫超低碳的超低硫超低碳的Cr17Ti,Cr17Ti,耐蚀性、冷加耐蚀性、冷加工性和焊接性进一步提高工性和焊接性进一步提高432(3) (3) 含含 钼钼 、、 铌铌 的的 超超 低低 碳碳 和和 氮氮 的的Cr17Mo1NbCr17Mo1Nb，，在在抗抗点点腐腐蚀蚀、、应应力力腐腐蚀蚀、、一般腐蚀和焊接性方面有更大的提高一般腐蚀和焊接性方面有更大的提高·4332 2、高铬铁素体不锈钢、高铬铁素体不锈钢 通过精炼降低碳、氮含量，提高了通过精炼降低碳、氮含量，提高了塑性和低温韧性，改善了焊接性，有高塑性和低温韧性，改善了焊接性，有高的抗点腐蚀和应力腐蚀能力的抗点腐蚀和应力腐蚀能力。

如高纯如高纯Cr26Mo1Cr26Mo1用于热水锅炉，高纯用于热水锅炉，高纯Cr26Mo4Cr26Mo4用于海水热交换器用于海水热交换器434九、九、Cr17Ni2Cr17Ni2马氏体不锈钢马氏体不锈钢(1) (1) 特点：加入特点：加入2%Ni2%Ni，使铁素体钢转变为，使铁素体钢转变为铁素体＋马氏体钢铁素体＋马氏体钢 既保持了既保持了Cr17Cr17钢的耐蚀性，又具有钢的耐蚀性，又具有1Cr131Cr13，，2Cr132Cr13的机械性能的机械性能2) (2) 组织：组织： 一般，铁素体量占一般，铁素体量占1010－－15%15%，不呈网状，不呈网状分布，可保证机械性能分布，可保证机械性能435(3) (3) 热处理热处理 淬火：淬火：980980－－1000℃1000℃加热，油冷加热，油冷回火：回火：275275－－350℃350℃，回火马氏体回火马氏体 HB350HB350－－402402，高强度，耐腐蚀好高强度，耐腐蚀好回火：回火：550550－－700℃700℃，回火索氏体回火索氏体 强韧性好，耐蚀性也好。

强韧性好，耐蚀性也好4) (4) 使用：制作在使用：制作在400℃400℃以下工作的耐以下工作的耐蚀高强度工件蚀高强度工件436十、十、Cr13Cr13型马氏体不锈钢型马氏体不锈钢 (1) 0Cr13(1) 0Cr13 保留部分保留部分δδ铁素体，在弱腐蚀介铁素体，在弱腐蚀介质中耐蚀性能好质中耐蚀性能好437 (2) 1Cr13(2) 1Cr13、、2Cr13 2Cr13 淬火温度：淬火温度：950-1000℃950-1000℃ 冷却：空冷，风冷，油冷冷却：空冷，风冷，油冷回火：回火：600600－－750℃750℃，得到回火索氏体得到回火索氏体 强韧性好，保证耐蚀性（因为温度强韧性好，保证耐蚀性（因为温度高，高，CrCr能充分扩散，析出能充分扩散，析出Cr23C6Cr23C6的附的附近贫近贫CrCr区重新获得区重新获得CrCr的平衡）的平衡）用于制作蒸汽涡轮叶片等用于制作蒸汽涡轮叶片等438(3) 3Cr13(3) 3Cr13，，4Cr134Cr13 淬火温度：淬火温度：950-1000℃950-1000℃。

回火：回火：200200－－280℃280℃，得到回火马氏体得到回火马氏体 硬度高，耐蚀性好硬度高，耐蚀性好 用于制作医疗器械和日用刀具用于制作医疗器械和日用刀具 439 第六章第六章 耐热钢和耐热合金耐热钢和耐热合金440 §6 §6－－1 1耐热钢和耐热合金的合金化耐热钢和耐热合金的合金化一、耐热钢和耐热合金的用途一、耐热钢和耐热合金的用途用于制作高温下工作的动力机械用于制作高温下工作的动力机械1 1、蒸汽锅炉、蒸汽涡轮蒸汽锅炉、蒸汽涡轮2 2、燃气涡轮、内燃机燃气涡轮、内燃机3 3、加热炉构件加热炉构件441二、耐热钢和耐热合金的工作条件二、耐热钢和耐热合金的工作条件 1 1、高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、、高温下承受各种载荷，如拉伸、弯曲、扭转、疲劳和冲击等扭转、疲劳和冲击等 2 2、表面与高温燃气、空气、蒸汽发生氧、表面与高温燃气、空气、蒸汽发生氧化或腐蚀化或腐蚀442三、高温强度三、高温强度 1 1、高温形变机制、高温形变机制 室温下：滑移变形机制晶界强度室温下：滑移变形机制晶界强度> >晶内强度，细晶强化。

晶内强度，细晶强化 高温下：扩散形变机制高温下：扩散形变机制 443 ☆ ☆扩散易通过晶界进行晶界强度扩散易通过晶界进行晶界强度< <晶内强度粗晶粒钢高温强度高于细晶晶内强度粗晶粒钢高温强度高于细晶粒钢 ☆ ☆扩散与时间有关金属在长时间扩散与时间有关金属在长时间的恒温、恒应力作用下，发生缓慢的塑的恒温、恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形蠕变）性变形蠕变） 444 2 2、高温强度指标、高温强度指标(1) (1) 蠕变强度蠕变强度 在规定温度和规定时间产生一定蠕变在规定温度和规定时间产生一定蠕变变形量的应力变形量的应力2) (2) 持久强度持久强度 在规定温度和规定时间引起断裂的应在规定温度和规定时间引起断裂的应力 (3) (3) 持久寿命持久寿命 在规定温度和规定应力作用下引起断在规定温度和规定应力作用下引起断裂的时间裂的时间4453 3、提高高温强度的途径、提高高温强度的途径(1) (1) 提高基体强度提高基体强度 ① ①以奥氏体作为基体以奥氏体作为基体 奥氏体的原子排列较致密，原子间奥氏体的原子排列较致密，原子间结合力强，比铁素体热强性好。

结合力强，比铁素体热强性好 ② ②固溶强化固溶强化446(2) (2) 晶界强化晶界强化①①纯化晶界：使晶界处分布的纯化晶界：使晶界处分布的P P，，S S及其它及其它低熔点杂质形成稳定的难熔化合物低熔点杂质形成稳定的难熔化合物②②填充空位：加入填充空位：加入B B填充晶界空位，阻止填充晶界空位，阻止扩散③③晶界沉淀强化：沉淀相在晶界不连续析晶界沉淀强化：沉淀相在晶界不连续析出，形成强化相骨架出，形成强化相骨架 447(3) (3) 沉淀强化：沉淀强化： 在晶内析出具有高的高温强度和高在晶内析出具有高的高温强度和高温稳定性的碳化物、金属间化合物温稳定性的碳化物、金属间化合物四、高温化学稳定性四、高温化学稳定性 在高温下长期工作不致因介质侵蚀在高温下长期工作不致因介质侵蚀而破坏4481 1、铁的氧化过程和保护膜、铁的氧化过程和保护膜 575℃575℃以下氧化：生成以下氧化：生成Fe2O3Fe2O3和和Fe3O4Fe3O4这两种氧化物很致密，阻碍内部金属进一步种氧化物很致密，阻碍内部金属进一步氧化。

氧化575℃575℃以上氧化时：生成以上氧化时：生成FeOFeOFeOFeO是铁原子是铁原子缺位的固溶体，缺位的固溶体，FeFe原子容易通过原子容易通过FeOFeO膜膜扩散，故抗氧化能力差，氧化严重扩散，故抗氧化能力差，氧化严重4492 2、提高抗氧化性的途径、提高抗氧化性的途径 (1) (1) 阻止阻止FeOFeO生成 CrCr，，SiSi，，AlAl提高提高FeOFeO生成温度生成温度 （（1.03%Cr1.03%Cr：：600℃600℃，，1.14%Si1.14%Si：：750℃750℃，，1.1%Al+0.4%SI1.1%Al+0.4%SI：：800℃800℃））(2) (2) 形成稳定、致密、结合牢固的氧化膜，形成稳定、致密、结合牢固的氧化膜，阻碍铁原子扩散阻碍铁原子扩散 CrCr，，AlAl含量高时，可形成致密的含量高时，可形成致密的 Cr2O3Cr2O3、、Al2O3Al2O3保护膜450五、耐热钢和耐热合金的合金化五、耐热钢和耐热合金的合金化1 1、提高抗氧化性、提高抗氧化性 CrCr，，SiSi，，Al Al （（CrCr是主要元素，是主要元素，SiSi因因脆性大，作为作为辅助元素）。

脆性大，作为作为辅助元素）2 2、固溶强化、固溶强化 W W，，Mo Mo （（V V，，TiTi，，NbNb优先形成优先形成K K，促使，促使W W，，MoMo固溶）4513 3、沉淀强化、沉淀强化 W W，，V V，，TiTi，，NbNb，，AlAl4 4、形成奥氏体基体，改善工艺性能和热、形成奥氏体基体，改善工艺性能和热强性强性 NiNi、、MnMn、、N N （（N N是是MnMn，，NiNi的替代元素）的替代元素）452 §6 §6－－2 2工业炉用耐热钢工业炉用耐热钢 用途：制作工业加热炉和热处理炉用途：制作工业加热炉和热处理炉的耐热构件，如炉底板，马弗炉，料盘，的耐热构件，如炉底板，马弗炉，料盘，导轨等 特点：承受的负荷不大，要求耐高特点：承受的负荷不大，要求耐高温一般采用奥氏体型耐热钢一般采用奥氏体型耐热钢 453一、铬镍奥氏体炉用钢一、铬镍奥氏体炉用钢1 1、化学成分、化学成分 CrCr：：>18%>18%，抗氧化性好，可在，抗氧化性好，可在1000-1000-1200℃1200℃长期工作。

长期工作 NiNi：＞：＞20%20%，得到奥氏体组织得到奥氏体组织SiSi：：2%2%，提高抗氧化性提高抗氧化性4542 2、优点、优点 (1) (1) 塑性好，在室温能冲压，轧制塑性好，在室温能冲压，轧制 (2) (2) 焊接性好焊接性好3 3、典型钢种、典型钢种 1Cr25Ni20Si21Cr25Ni20Si2：：1200℃1200℃使用 11001100－－1150℃1150℃固溶处理后，水冷固溶处理后，水冷4554 4、节镍钢种、节镍钢种 特点：以特点：以C C，，N N代替部分代替部分NiNi （（N N：：0.2-0.3%0.2-0.3%））3Cr24Ni7N3Cr24Ni7N：可在：可在1100℃1100℃使用4Cr22Ni4N4Cr22Ni4N：可在：可在1050℃1050℃使用456二、铬锰碳氮炉用耐热钢二、铬锰碳氮炉用耐热钢 1 1、优点、优点 以以N N、、MnMn来替代来替代NiNi，经固溶处理后得，经固溶处理后得到单相奥氏体，降低成本到单相奥氏体，降低成本 2 2、典型钢种、典型钢种 3Cr19Mn12Si2N3Cr19Mn12Si2N；；2Cr20Mn9Ni2Si2N2Cr20Mn9Ni2Si2N。

（（N N：：0.2-0.3%0.2-0.3%））457 3 3、特点、特点 (1) 700-900℃(1) 700-900℃使用，析出大量的碳化使用，析出大量的碳化物和氮化物，韧性下降物和氮化物，韧性下降 (2) (2) 高温下使用，仍有较高的韧性高温下使用，仍有较高的韧性458三、铁铝锰系炉用耐热钢三、铁铝锰系炉用耐热钢1 1、化学成分、化学成分 C C：：0.65-0.85%,0.65-0.85%,，， MnMn：：25-30%25-30%，， AlAl：：6-10%6-10%，， SiSi：：1.0-1.5%1.0-1.5%，， TiTi：：0.1%0.1%，， ReRe：：≤≤0.1%0.1%4592 2、合金元素的作用、合金元素的作用 (1) (1) 铝：抗氧化，抗渗碳铝：抗氧化，抗渗碳 (2) (2) 碳、锰：扩大奥氏体相区碳、锰：扩大奥氏体相区 碳：太高，会析出碳化物及得到珠碳：太高，会析出碳化物及得到珠光体，增加脆性光体，增加脆性 锰：对抗氧化不利，减少锰：对抗氧化不利，减少5%5%锰相当于锰相当于增加增加1%1%铝。

铝460(3) (3) 稀土：提高抗氧化性和钢液流动性，稀土：提高抗氧化性和钢液流动性，改善表面质量和热裂倾向改善表面质量和热裂倾向3 3、典型钢种、典型钢种 (1) 6Mn28Al7TiRe(1) 6Mn28Al7TiRe 900℃ 900℃以下使用铝含量取下限，单以下使用铝含量取下限，单一奥氏体组织，强度较高一奥氏体组织，强度较高461 (2) 6Mn28Al8TiRe(2) 6Mn28Al8TiRe 950℃ 950℃以上使用铝含量取上限，以上使用铝含量取上限，奥氏体加少量铁素体奥氏体加少量铁素体( (＜＜25%)25%) 4 4、优点、优点 经济效益比铬镍奥氏体炉用钢好经济效益比铬镍奥氏体炉用钢好462 §§6 6－－3 3 铁素体型耐热钢铁素体型耐热钢 一、铁素体－珠光体耐热钢一、铁素体－珠光体耐热钢1 1、特点、特点(1) (1) 在正火状态下，显微组织由在正火状态下，显微组织由F+PF+P（粒（粒状贝氏体）组成状贝氏体）组成2) (2) 合金元素含量低，工艺性能好合金元素含量低，工艺性能好。

3) (3) 用作用作450-620℃450-620℃工作的锅炉蒸汽管工作的锅炉蒸汽管463 2 2、合金化、合金化(1) (1) 固溶强化固溶强化 （（W W，，MoMo，，CrCr）） 增强原子间结合力增强原子间结合力 W W，，MoMo作用大，作用大，CrCr作用较弱作用较弱464(2) (2) 碳化物强化碳化物强化 ① ①不同类型碳化物的强化效果：不同类型碳化物的强化效果： MCMC＞＞M M2 2C C＞＞M M6 6C C＞＞M M7 7C C3 3 碳化物稳定性越高，越不容易聚集碳化物稳定性越高，越不容易聚集长大，强化效果越好长大，强化效果越好 ② ②V V先形成先形成MCMC型碳化物如果有多余的碳，型碳化物如果有多余的碳，依次形成依次形成W W、、MoMo的的M M2 2C C、、M M6 6C C465(3) (3) 抗氧化和气体腐蚀抗氧化和气体腐蚀 CrCr、、SiSi4) (4) 改善晶界性能改善晶界性能 B B，，Re Re 4663 3、常用钢号及热处理工艺、常用钢号及热处理工艺(1) 15CrMo(1) 15CrMo：：0.8-1.1%Cr0.8-1.1%Cr，，0.4-0.5%Mo0.4-0.5%Mo，， 930930－－960℃960℃正火，正火，680680－－730℃730℃回火。

回火 ≤≤500℃ 500℃ 过热器管子过热器管子2) 12Cr1MoV(2) 12Cr1MoV：：0.90.9－－1.2%Cr1.2%Cr，，0.3%Mo0.3%Mo，，0.150.15－－0.3%V0.3%V 980980－－1020℃1020℃正火，正火，720720－－760℃760℃回火≤≤580℃ 580℃ 过热器管子过热器管子467(3) 12Cr2MoWVSiTiB(3) 12Cr2MoWVSiTiB：：1.61.6－－2.1%Cr2.1%Cr，， 0.50.5－－0.65%Mo0.65%Mo，，0.300.30－－0.50%W0.50%W，，0.280.28－－0.42%V0.42%V，，0.060.06－－0.12%Ti0.12%Ti，， ≤≤0.008%B0.008%B 10401040－－1090℃1090℃正火，得粒状贝氏体正火，得粒状贝氏体 790℃790℃回火 用于制作用于制作600600－－620℃620℃过热器管子过热器管子468 钒、钛：全部形成钒、钛：全部形成MCMC型碳化物。

型碳化物 钨、钼：少部分形成钨、钼：少部分形成M M6 6C C型碳化物；型碳化物；大部分固溶于铁素体大部分固溶于铁素体 铬：少部分溶入铬：少部分溶入M M6 6C C型碳化物；大部型碳化物；大部分固溶于铁素体分固溶于铁素体 硅：固溶于铁素体硅：固溶于铁素体 硼：偏聚在晶界硼：偏聚在晶界469二、马氏体耐热钢二、马氏体耐热钢1 1、主要用途、主要用途 制造蒸汽轮机叶片制造蒸汽轮机叶片2 2、低碳、低碳Cr13Cr13型马氏体耐热钢型马氏体耐热钢 钢号：钢号：1Cr131Cr13，，2Cr132Cr13 470淬火：淬火：950950－－1000℃1000℃，，高温回火，高温回火，650650－－700℃700℃1Cr131Cr13：工作温度：工作温度≤≤480℃480℃2Cr132Cr13：工作温度：工作温度≤≤450℃450℃优点：抗氧化性和耐蚀性高优点：抗氧化性和耐蚀性高缺点：热强性不足缺点：热强性不足4713 3、、Cr12Cr12型马氏体耐热钢型马氏体耐热钢 (1)(1)合金化合金化V V，，NbNb：生成：生成VCVC、、NbCNbC，沉淀强化。

沉淀强化MoMo，，W W：主要固溶于基体，固溶强化主要固溶于基体，固溶强化 少部分溶入少部分溶入M M2323C C6 6型碳化物，沉型碳化物，沉淀强化CrCr：由：由CrCr7 7C C3 3型碳化物转变为型碳化物转变为M M2323C C6 6 型型 碳化物碳化物, ,沉淀强化沉淀强化B B：强化晶界强化晶界472(2) (2) 典型钢种典型钢种2Cr12WMoV2Cr12WMoV：： (Cr,Mo,W,Fe)23C6(Cr,Mo,W,Fe)23C6型碳化物稳定性高，型碳化物稳定性高，大于大于650℃650℃才开始聚集长大才开始聚集长大 1000-1050℃1000-1050℃淬油，淬油，650650－－750℃750℃回火，回火， 回火屈氏体回火屈氏体- -索氏体使用：工作温度在使用：工作温度在500-580℃500-580℃的汽轮机转的汽轮机转子、涡轮叶片等子、涡轮叶片等4731Cr9W2MoVNbNB1Cr9W2MoVNbNB：： 强化相：强化相：MCMC，，MNMN，，M23C6M23C6，，M6CM6C。

固溶强化：固溶强化：MoMo，，W W B B：强化晶界强化晶界 1050℃1050℃空冷，空冷，800℃800℃回火 使用：工作温度不超过使用：工作温度不超过650℃650℃474 §§6 6－－4 4奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢 铁素体耐热钢在铁素体耐热钢在600-650℃600-650℃蠕变强蠕变强度明显下降，奥氏体耐热钢在度明显下降，奥氏体耐热钢在600600－－750℃750℃仍有较高的高温强度，对强度要仍有较高的高温强度，对强度要求不高的零件可在求不高的零件可在850℃850℃工作，用于制工作，用于制作燃气轮机的叶片，轮盘等部件作燃气轮机的叶片，轮盘等部件475一、固溶强化型奥氏体耐热钢一、固溶强化型奥氏体耐热钢 1 1、、1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 用于制作用于制作600℃600℃工作的工件工作的工件 2 2、、1Cr18Ni11Nb1Cr18Ni11Nb 增加含镍量，消除铁素体及避免出现增加含镍量，消除铁素体及避免出现σσ相，提高强度、韧性。

相，提高强度、韧性 3 3、、1Cr14Ni19W2NbB1Cr14Ni19W2NbB、、1Cr18Ni14Mo2Nb 1Cr18Ni14Mo2Nb 以以W W、、MoMo固溶强化，以固溶强化，以B B晶界强化，提晶界强化，提高强度NiNi含量相应增加含量相应增加 476二、碳化物沉淀强化耐热钢二、碳化物沉淀强化耐热钢 1 1、以析出的、以析出的MCMC型碳化物为沉淀强化相，型碳化物为沉淀强化相， 以以W W、、MoMo固溶强化固溶强化 2 2、、GH36GH36：：4Cr13Ni8Mn8MoVNb4Cr13Ni8Mn8MoVNb (1) V (1) V：：1.4%1.4%，，NbNb：：0.4%0.4%形成 （（V,NbV,Nb））C C沉淀相，即沉淀相，即VCVC中溶入中溶入NbNb477 (2) Mo(2) Mo：：1.3%1.3%，主要溶入奥氏体，起固，主要溶入奥氏体，起固溶强化作用溶强化作用 (3) Cr(3) Cr：大部分溶入奥氏体，提高化学：大部分溶入奥氏体，提高化学稳定性及固溶强化稳定性及固溶强化少部分形成复合的少部分形成复合的M23C6M23C6型碳化物，无强型碳化物，无强化作用。

化作用 (4) Ni(4) Ni，，MnMn：形成奥氏体基体形成奥氏体基体 4783 3、热处理、热处理 固溶：固溶：1140℃1140℃，水冷防止，水冷防止MCMC型碳化型碳化物析出 两次时效：两次时效：670℃670℃，，16h16h，析出非常细，析出非常细小而均匀的（小而均匀的（V,NbV,Nb））C C 760760－－800℃800℃，，1414－－16h16h，（，（V,NbV,Nb））C C适适当长大，但分布均匀当长大，但分布均匀 4 4、用于制作、用于制作650℃650℃工作的零件，如涡轮盘工作的零件，如涡轮盘件件479三、金属间化合物沉淀强化的奥氏体耐热三、金属间化合物沉淀强化的奥氏体耐热钢钢 1 1、以析出的、以析出的γγ＇＇-Ni3(Ti,Al)-Ni3(Ti,Al)为沉淀强化为沉淀强化相，以相，以W W、、MoMo固溶强化固溶强化 2 2、、GH132GH132：： 0Cr15Ni26MoTi2AlVB 0Cr15Ni26MoTi2AlVB (1) Ti (1) Ti：：2%2%，，AlAl：：0.4%0.4%，经时效处理，形，经时效处理，形成成γγ‘-Ni3(Ti,Al)-Ni3(Ti,Al)沉淀强化相。

沉淀强化相480(2) Mo(2) Mo：：1.3%1.3%，溶入奥氏体，起固溶强化，溶入奥氏体，起固溶强化作用3) Cr(3) Cr：提高化学稳定性固溶强化提高化学稳定性固溶强化4) Ni(4) Ni：形成奥氏体基体；形成：形成奥氏体基体；形成γγ＇＇- -NiNi3 3(Ti,Al)(Ti,Al)沉淀强化相沉淀强化相5) V(5) V：：0.3%0.3%，生成，生成VCVC，避免在晶界析出，避免在晶界析出M M2323C C6 6，提高塑性提高塑性6) B(6) B：强化晶界使晶界沉淀相由连续：强化晶界使晶界沉淀相由连续网状变为断续网状，提高塑性网状变为断续网状，提高塑性4813 3、热处理、热处理 固溶处理：固溶处理：980980－－1000℃1000℃ 时效：时效：700700－－760℃760℃ 4 4、使用：燃气涡轮发动机部件使用：燃气涡轮发动机部件 要求强度高：要求强度高：650650－－700℃700℃工作；工作； 要求强度低：要求强度低：850℃850℃工作5 5、、GH302GH302：： Cr14Ni40W4Mo2Ti2.5Al2 Cr14Ni40W4Mo2Ti2.5Al2 用用W W，，MoMo，，TiTi，，AlAl进一步强化，进一步强化，NiNi含含量也要相应增加。

量也要相应增加 482§§6 6－－5 5 镍基耐热合金镍基耐热合金 铁基耐热合金的最高工作温度只能得铁基耐热合金的最高工作温度只能得到到750-850℃750-850℃，在更高温度下必须使用，在更高温度下必须使用镍基合金镍基合金一、化学成分一、化学成分 在在Cr20Ni80Cr20Ni80的基础上加入大量的钛、的基础上加入大量的钛、铝、钨、钼、钴、钒等强化元素铝、钨、钼、钴、钒等强化元素483二、合金化二、合金化 1 1、、AlAl、、TiTi (1) (1) 生成生成γγ＇＇-Ni3(Ti,Al)-Ni3(Ti,Al)沉淀强化相沉淀强化相 (2) (2) 使用温度较低时，不必担心过时效使用温度较低时，不必担心过时效此时，此时，Al/TiAl/Ti比小，比小，γγ＇＇-Ni3(Ti,Al)-Ni3(Ti,Al)中中TiTi含量高，增大含量高，增大γγ＇点阵常数，主要由＇点阵常数，主要由晶格畸变造成共格强化晶格畸变造成共格强化 484(3) (3) 使用温度较高时，要考虑热稳定性使用温度较高时，要考虑热稳定性①①增加增加AlAl、、TiTi的总量，提高的总量，提高γγ＇＇- -NiNi3 3(Ti,Al)(Ti,Al)的数量。

可达的数量可达60-70%60-70%））②②加大加大Al/TiAl/Ti比，使比，使γγ＇＇-Ni-Ni3 3(Ti,Al)(Ti,Al)中中TiTi含量低，减小含量低，减小γγ＇点阵常数，使晶格＇点阵常数，使晶格畸变降低，主要靠畸变降低，主要靠γγ＇在位错切割时＇在位错切割时形成的反相畴界强化形成的反相畴界强化4852 2、、W W、、MoMo (1) (1) 固溶强化固溶强化 (2) (2) 使用温度较高时，增大基体的点阵使用温度较高时，增大基体的点阵常数，降低常数，降低γγ＇的晶格畸变＇的晶格畸变486 3 3、、CoCo (1) (1) 固溶于固溶于γγ＇，增加其稳定性＇，增加其稳定性 (2) (2) 增加增加γγ＇的数量＇的数量 (3) (3) 降低镍基合金的层错能，阻碍位错降低镍基合金的层错能，阻碍位错运动，提高强度运动，提高强度 4 4、、CrCr (1) (1) 提高抗氧化性提高抗氧化性 (2) (2) 固溶强化固溶强化487三、热处理三、热处理 1 1、固溶处理、固溶处理 采用两次固溶处理采用两次固溶处理 (1) (1) 一次固溶一次固溶 如如GH33GH33，，1080℃1080℃固溶，固溶， M M7 7C C3 3溶入基体，溶入基体，固溶冷却时无法析出，固溶冷却时无法析出，700℃700℃时效时大量时效时大量析出，在晶界呈网状析出，增加脆性。

析出，在晶界呈网状析出，增加脆性488(2) (2) 两次固溶两次固溶 如如GH33GH33，，1200℃1200℃第一次固溶，第一次固溶，M M7 7C C3 3溶入基体炉冷到溶入基体炉冷到1000℃1000℃保温保温16h16h第二第二次固溶，次固溶，M M7 7C C3 3在晶界少量析出，呈断续在晶界少量析出，呈断续链状强化晶界同时，在碳化物周围链状强化晶界同时，在碳化物周围产生贫铬区，增大了铝、钛的固溶度，产生贫铬区，增大了铝、钛的固溶度，无无γγ＇析出，提高晶界的塑性，延缓＇析出，提高晶界的塑性，延缓了应力集中，可提高强度三倍了应力集中，可提高强度三倍489 2 2、时效处理、时效处理 采用两次时效采用两次时效 如如GH33GH33，，850℃850℃时效时效24h24h，再经，再经700℃700℃时效时效16h16h，分别在高温和较低温度析出，分别在高温和较低温度析出较粗和较细的较粗和较细的γγ＇，可增加塑性及使＇，可增加塑性及使用寿命两倍用寿命两倍490 §§6 6－－6 6 新型耐热合金新型耐热合金一、定向凝固耐热合金一、定向凝固耐热合金 1 1、特点、特点 大多数耐热合金的蠕变裂纹产生在大多数耐热合金的蠕变裂纹产生在垂直于主应力的晶界上。

定向凝固柱垂直于主应力的晶界上定向凝固柱状晶叶片没有横向晶界，单晶叶片没状晶叶片没有横向晶界，单晶叶片没有晶界，因而使用温度可分别提高有晶界，因而使用温度可分别提高2525和和50℃50℃4912 2、生产工艺、生产工艺 控制合金的温度梯度控制合金的温度梯度G G和凝固速率和凝固速率R R的比值，得到平面或胞状凝固的比值，得到平面或胞状凝固3 3、单晶叶片已在民用和军用航空发动机、单晶叶片已在民用和军用航空发动机上使用4 4、定向共晶叶片性能更好，但生产工艺、定向共晶叶片性能更好，但生产工艺有待解决有待解决492二、粉末高温合金二、粉末高温合金 高温合金由于合金元素数量多，成分高温合金由于合金元素数量多，成分复杂，因而热加工性差，只能在铸态使复杂，因而热加工性差，只能在铸态使用；同时偏析严重，组织和性能不均匀用；同时偏析严重，组织和性能不均匀采用粉末冶金工艺生产高温合金，能完全采用粉末冶金工艺生产高温合金，能完全克服以上两个缺点克服以上两个缺点 FGH95FGH95合金，合金，650℃ σ=1030Mpa650℃ σ=1030Mpa时持时持久寿命久寿命200h200h。

已用于发动机的涡轮盘、已用于发动机的涡轮盘、压气机等重要零件压气机等重要零件493 三氧化物弥散强化（三氧化物弥散强化（ODSODS）高温材料）高温材料 在合金粉末中加入氧化物在合金粉末中加入氧化物Y2O3Y2O3粉末，粉末，通过热挤、热轧成形，热处理后发挥固通过热挤、热轧成形，热处理后发挥固溶强化、定向晶粒强化、溶强化、定向晶粒强化、γγ＇沉淀强化＇沉淀强化和氧化物弥散强化，得到优异的综合强和氧化物弥散强化，得到优异的综合强化效果494 第七章第七章 铸铁铸铁 铸铁：以铁为主要元素，含碳量在铸铁：以铁为主要元素，含碳量在2%2%以上，以上，SiSi、、P P含量较高，并含有其它元素含量较高，并含有其它元素的材料 根据碳在铸铁中存在形态和石墨形状根据碳在铸铁中存在形态和石墨形状不同，常分为：不同，常分为： 白口铸铁：碳绝大部分以渗碳体形式存白口铸铁：碳绝大部分以渗碳体形式存在，断口呈白色，硬度高，脆性大。

在，断口呈白色，硬度高，脆性大495灰口铸铁：碳大部分或全部以片状石墨形灰口铸铁：碳大部分或全部以片状石墨形式存在，断口呈灰黑色式存在，断口呈灰黑色蠕墨铸铁：碳大部分或全部以蠕虫状石墨蠕墨铸铁：碳大部分或全部以蠕虫状石墨形式存在形式存在球墨铸铁：碳大部分或全部以球状石墨形球墨铸铁：碳大部分或全部以球状石墨形式存在496 可锻铸铁：碳大部分或全部以絮状石墨形可锻铸铁：碳大部分或全部以絮状石墨形式存在合金铸铁：加入各种合金元素，具有特殊合金铸铁：加入各种合金元素，具有特殊性能，用于耐磨、耐热和耐蚀等专门性能，用于耐磨、耐热和耐蚀等专门用途497 §§7 7－－1 1 铸铁中石墨的形态控制铸铁中石墨的形态控制一、铸铁中石墨的形成过程一、铸铁中石墨的形成过程1 1、第一阶段、第一阶段 从液体中得到一次石墨、形成共晶石墨从液体中得到一次石墨、形成共晶石墨以及一次渗碳体和共晶渗碳体分解而得以及一次渗碳体和共晶渗碳体分解而得到石墨 498 2 2、中间阶段、中间阶段 从奥氏体中析出石墨及二次渗碳体从奥氏体中析出石墨及二次渗碳体分解而得到石墨分解而得到石墨。

第一阶段和中间阶段温度高，铁、第一阶段和中间阶段温度高，铁、碳原子扩散快，往往进行得较充分如碳原子扩散快，往往进行得较充分如进行得不充分，有莱氏体和游离渗碳体进行得不充分，有莱氏体和游离渗碳体存在，称麻口铸铁存在，称麻口铸铁4993 3、第二阶段、第二阶段共析反应形成石墨及共析渗碳体分解而得共析反应形成石墨及共析渗碳体分解而得到石墨第二阶段因为温度低，铁、碳原子扩散慢，第二阶段因为温度低，铁、碳原子扩散慢，往往进行得不充分往往进行得不充分 如进行充分：基体为如进行充分：基体为F F 如进行不充分：基体为如进行不充分：基体为F+PF+P或或P P500二、铸铁中各种元素对石墨化的作用二、铸铁中各种元素对石墨化的作用 各种元素对石墨化作用排列如下：各种元素对石墨化作用排列如下：AlAl；；C C；；SiSi；；TiTi；；NiNi；；CuCu；；P P；；CoCo；；ZrZr；；（（NbNb）；）；W W；；MnMn；；MoMo；；S S；；CrCr；；V V；；FeFe；；MgMg；；CeCe；；B B 501石墨化元素：削弱铁原子和碳原子间结石墨化元素：削弱铁原子和碳原子间结合力，以及增大铁原子自扩散能力的合力，以及增大铁原子自扩散能力的元素，有利于形成石墨，排列在元素，有利于形成石墨，排列在NbNb的的左边。

左边反石墨化元素：不利于形成石墨，排列反石墨化元素：不利于形成石墨，排列在在NbNb的右边5021 1、碳和硅、碳和硅(1) C(1) C、、SiSi都是强石墨化元素都是强石墨化元素2) Si(2) Si和和P P均降低共晶点的碳含量，可用均降低共晶点的碳含量，可用CECE代替碳含量，估算铸铁组织代替碳含量，估算铸铁组织 CECE＝＝C C＋＋1 1／／3 3（（SiSi＋＋P P））5032 2、锰、锰(1) (1) 是反石墨化元素，但间接促进石墨化是反石墨化元素，但间接促进石墨化 与与S S形成形成MnSMnS，抵消了，抵消了S S的明显反石墨的明显反石墨化作用2) (2) 如果要获得珠光体组织，需要有较高如果要获得珠光体组织，需要有较高的含的含MnMn量5043 3、硫、硫(1) (1) 强烈阻碍石墨化强烈阻碍石墨化2) (2) 少量硫（少量硫（>0.02%>0.02%）可形成）可形成FeSFeS或或MnSMnS, , S S含量通常越低越好含量通常越低越好4 4、磷、磷(1) (1) 石墨化元素石墨化元素505(2) (2) 在铸铁中生成在铸铁中生成Fe3PFe3P，形成磷共晶。

形成磷共晶 二元磷共晶：二元磷共晶：Fe3PFe3P基体上分布着粒基体上分布着粒状奥氏体分解的产物状奥氏体分解的产物 三元磷共晶：三元磷共晶：Fe3PFe3P基体上分布着粒基体上分布着粒状奥氏体分解的产物和针状状奥氏体分解的产物和针状Fe3CFe3C3) (3) 磷共晶形成连续网状时，明显降低铸磷共晶形成连续网状时，明显降低铸铁的强度和韧性；数量少而均匀分布时，铁的强度和韧性；数量少而均匀分布时，不降低强度，并明显提高耐磨性，应用不降低强度，并明显提高耐磨性，应用于耐磨铸铁中于耐磨铸铁中506三、铸铁中石墨的形态三、铸铁中石墨的形态1 1、片状石墨、片状石墨(1) (1) 片状石墨是在铁液凝固过程中，从铁片状石墨是在铁液凝固过程中，从铁液中析出的液中析出的2) (2) 石墨的形态呈片状，在金相磨片上呈石墨的形态呈片状，在金相磨片上呈条状3) (3) 可采用非自发形核的方法，加入硅铁可采用非自发形核的方法，加入硅铁颗粒，细化石墨片颗粒，细化石墨片5072 2、球状石墨、球状石墨(1) (1) 铁液中加入球化剂和孕育剂，在铁液铁液中加入球化剂和孕育剂，在铁液凝固过程中析出球状石墨。

凝固过程中析出球状石墨 (2) (2) 球状石墨是一个多晶体，各单晶体基球状石墨是一个多晶体，各单晶体基面（面（00010001）位相垂直于半径位相垂直于半径508(3) (3) 石墨球化的螺旋位错理论石墨球化的螺旋位错理论 在多面体晶核的各基面上存在有在多面体晶核的各基面上存在有螺型位错，螺型位错的台阶有利于碳螺型位错，螺型位错的台阶有利于碳原子团生长，从形式上看，石墨沿基原子团生长，从形式上看，石墨沿基面生长，但效果是在垂直于基面上的面生长，但效果是在垂直于基面上的方向上发展方向上发展 509(4) (4) 石墨球化的气泡理论石墨球化的气泡理论 铁液经球化处理后形成大量的小气铁液经球化处理后形成大量的小气泡，在气泡界面上形成许多石墨晶核，泡，在气泡界面上形成许多石墨晶核，沿气泡面长成板状晶体，再向气泡内进沿气泡面长成板状晶体，再向气泡内进一步生长铁液中气泡的大小和数量支一步生长铁液中气泡的大小和数量支配着球状石墨的大小和数量配着球状石墨的大小和数量5103 3、蠕虫状石墨、蠕虫状石墨(1) (1) 铁液中加入蠕化剂，在铁液凝固过铁液中加入蠕化剂，在铁液凝固过程中析出蠕虫状石墨。

程中析出蠕虫状石墨 (2) (2) 蠕虫状石墨介于球状和片状之间，蠕虫状石墨介于球状和片状之间，长宽比为长宽比为3-103-105114 4、团絮状石墨、团絮状石墨(1) (1) 团絮状石墨是由白口铸铁经过退火团絮状石墨是由白口铸铁经过退火而得到的而得到的2) (2) 对铁液进行孕育处理，孕育剂在铁对铁液进行孕育处理，孕育剂在铁液中形成氮化物、碳化物，可作为石液中形成氮化物、碳化物，可作为石墨化退火中石墨团絮的核心，缩短退墨化退火中石墨团絮的核心，缩短退火时间512 §§7 7－－2 2 常用的铸铁常用的铸铁一、灰口铸铁一、灰口铸铁1 1、特点、特点(1) (1) 铸造性能好铸造性能好 （熔点低，流动性好，凝固收缩小，填（熔点低，流动性好，凝固收缩小，填充铸型能力好）充铸型能力好）513 (2) (2) 切削加工性好切削加工性好 石墨片有断屑，润滑，储油（石石墨片有断屑，润滑，储油（石墨孔洞）作用墨孔洞）作用3) (3) 减震性能好减震性能好 铸铁中石墨可起减震作用铸铁中石墨可起减震作用514 (4) (4) 拉伸强度、塑性、韧性低，抗压强度拉伸强度、塑性、韧性低，抗压强度较高。

较高 石墨可看成是基体上的裂纹或空洞，石墨可看成是基体上的裂纹或空洞，对基体的抗拉强度、塑性、韧性起到削对基体的抗拉强度、塑性、韧性起到削弱作用但抗压强度取决于基体组织，弱作用但抗压强度取决于基体组织，石墨片影响不大石墨片影响不大 用于制作承受压应力和要求消震的用于制作承受压应力和要求消震的床身机架、箱体、导轨和缸体床身机架、箱体、导轨和缸体5152 2、组织、组织(1) (1) 随铸件截面尺寸增加，凝固时冷却速度随铸件截面尺寸增加，凝固时冷却速度的降低，组织依下列顺序变化：的降低，组织依下列顺序变化： 白口铸铁－白口铸铁－- -麻口铸铁－麻口铸铁－- -珠光体基体灰口珠光体基体灰口铸铁－铸铁－- -铁素体＋珠光体基体灰口铸铁－铁素体＋珠光体基体灰口铸铁－- -铁素体基体灰口铸铁铁素体基体灰口铸铁 516(2) (2) 随随C C和和SiSi含量增加，组织由白口铸铁向铁含量增加，组织由白口铸铁向铁素体灰口铸铁转变素体灰口铸铁转变3) (3) 根据铸件尺寸决定根据铸件尺寸决定C C、、SiSi含量，获得所需含量，获得所需的组织。

的组织5173 3、孕育处理、孕育处理(1)(1)在铁液中加入孕育剂－硅铁、硅钙合在铁液中加入孕育剂－硅铁、硅钙合金，可使石墨片细化金，可使石墨片细化 ① ①提供异质形核的核心提供异质形核的核心 ② ②高浓度高浓度SiSi促进石墨结晶促进石墨结晶 (2) (2) 可获得细密珠光体基体上分布着细小可获得细密珠光体基体上分布着细小石墨片的高强度灰口铸铁石墨片的高强度灰口铸铁5184 4、合金化、合金化常加入常加入CrCr、、NiNi、、CuCu、、MoMo、、V V、、TiTi等合金元等合金元素1) (1) 固溶强化铁素体固溶强化铁素体2) (2) 细化珠光体并增加珠光体数量细化珠光体并增加珠光体数量3) (3) 阻止热生长阻止热生长519①①热生长：灰口铸铁在热生长：灰口铸铁在650-950℃650-950℃反复加反复加热和冷却时，体积将逐渐长大，最后出热和冷却时，体积将逐渐长大，最后出现裂纹或发生断裂现裂纹或发生断裂②②原因：原因： 共析转变产生体积膨胀引起微裂纹共析转变产生体积膨胀引起微裂纹。

微裂纹的氧化产生附加的体积膨胀微裂纹的氧化产生附加的体积膨胀③③消除：加入消除：加入CrCr、、MoMo、、V V等元素提高珠光等元素提高珠光体的稳定性，抑制其转变体的稳定性，抑制其转变5205 5、热处理、热处理对石墨片的形状、大小几乎无影响，仅改对石墨片的形状、大小几乎无影响，仅改善基体组织善基体组织1) (1) 消除应力退火消除应力退火 消除铸造内应力，避免铸件变形消除铸造内应力，避免铸件变形 退火温度：退火温度：550550－－600℃600℃，时间不宜过长时间不宜过长521(2) (2) 消除局部白口组织退火消除局部白口组织退火 铸件在表面或薄壁处出现白口组织，铸件在表面或薄壁处出现白口组织，硬度大，脆性大，难以切削加工硬度大，脆性大，难以切削加工 退火温度：退火温度：900900－－950℃950℃，， 使共晶渗碳体分解为石墨使共晶渗碳体分解为石墨 522 6 6、灰口铸铁的牌号及机械性能、灰口铸铁的牌号及机械性能 HT100 σb≥100MpaHT100 σb≥100Mpa HT150 HT150 σbσb ≥150Mpa ≥150Mpa。

HT200 HT200 σbσb ≥200Mpa ≥200Mpa HT250 HT250 σbσb ≥250Mpa ≥250Mpa HT300 HT300 σbσb ≥300Mpa ≥300Mpa HT350 HT350 σbσb ≥350Mpa ≥350Mpa523二、球墨铸铁二、球墨铸铁1 1、特点、特点 球状石墨对基体的破坏作用和应力球状石墨对基体的破坏作用和应力集中作用大为降低集中作用大为降低, ,能够较充分发挥基能够较充分发挥基体的强度、塑性和韧性体的强度、塑性和韧性, , 机械性能接机械性能接近钢的水平，是高强韧性铸铁近钢的水平，是高强韧性铸铁 在曲轴、凸轮轴、连杆、摇臂、减在曲轴、凸轮轴、连杆、摇臂、减速齿轮等重要部件获得广泛的应用速齿轮等重要部件获得广泛的应用524 2 2、化学成分、化学成分(1) C(1) C和和SiSi C C：：3.6-3.9%3.6-3.9%，，SiSi：：2.0-2.5%2.0-2.5% CECE＝＝4.3-4.7%4.3-4.7%，等于或稍高于共晶成，等于或稍高于共晶成分，有利于球化和避免白口组织。

分，有利于球化和避免白口组织 SiSi不宜过高不宜过高, ,固溶于铁素体增大脆性固溶于铁素体增大脆性2) S(2) S：越低越好，：越低越好，<0.05-0.1%<0.05-0.1%525(3) (3) 球化元素球化元素①①MgMg：主要的球化元素，残留：主要的球化元素，残留MgMg：：0.03-0.03-0.08%0.08% 首先脱硫，然后再起石墨球化作用首先脱硫，然后再起石墨球化作用②②ReRe：辅助球化剂残留量：：辅助球化剂残留量：0.02-0.04%0.02-0.04% 同时和硫的结合力比同时和硫的结合力比MgMg强，使铁水中的强，使铁水中的MgMg更好地发挥球化剂作用更好地发挥球化剂作用526 (4) (4) 孕育元素孕育元素①①SiSi：： 防止球化剂带来的白口倾向防止球化剂带来的白口倾向 使石墨球更加圆整和细化，提高塑性、使石墨球更加圆整和细化，提高塑性、韧性527②Si②Si，，CaCa，，AlAl，，MoMo，，SrSr：： 复合孕育剂，延长孕育有效时间复合孕育剂，延长孕育有效时间 增加球化元素在铁液中的吸收率，增加球化元素在铁液中的吸收率，细化共晶团，改善组织均匀性，减少细化共晶团，改善组织均匀性，减少壁厚敏感性和增加韧性。

壁厚敏感性和增加韧性5283 3、球墨铸铁的组织和性能、球墨铸铁的组织和性能(1) (1) 铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 ① ①组织：组织：F > 80%F > 80% ② ②特点：特点：σbσb，，σsσs，，δδ，，akak和多次冲击和多次冲击抗力都高于可锻铸铁抗力都高于可锻铸铁 ③ ③热处理：低温退火热处理：低温退火 730730－－780℃780℃，，3 3－－6h6h；炉冷；炉冷600℃600℃出炉529④④用途：制造汽车后桥外壳等用途：制造汽车后桥外壳等⑤⑤牌号：牌号：QT400QT400－－18 18 σbσb > 400Mp δ≥18% F > 400Mp δ≥18% FQT400QT400－－15 15 σbσb > 400MPa δ≥15% F > 400MPa δ≥15% FQT450QT450－－10 10 σbσb > 450MPa δ≥10% F > 450MPa δ≥10% F530(2) (2) 珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 ① ①组织：组织：P>80%P>80% ② ②特点：具有较高的强度和疲劳强度。

特点：具有较高的强度和疲劳强度 使用带肩带孔试样时高于使用带肩带孔试样时高于4545铸钢，使铸钢，使用光滑试样时低于用光滑试样时低于4545铸钢531③③热处理：热处理： 高温正火：完全奥氏体化高温正火：完全奥氏体化 目的：增加基体中珠光体数量；细化珠目的：增加基体中珠光体数量；细化珠光体组织光体组织 加热：加热：880880－－900℃900℃，，1 1－－3h3h 冷却：空冷，风冷，喷雾冷却冷却：空冷，风冷，喷雾冷却532 低温正火：部分奥氏体化低温正火：部分奥氏体化 目的：在细珠光体中保留少量铁素体，目的：在细珠光体中保留少量铁素体，增加塑性和韧性增加塑性和韧性 加热：加热：820820－－860℃860℃ ④④用途：制造汽车、拖拉机的曲轴用途：制造汽车、拖拉机的曲轴533⑤⑤牌号：牌号： QT500QT500－－7 7 σbσb>500MPa δ≥7% F+P>500MPa δ≥7% F+PQT600QT600－－3 3 σbσb>600MPa δ≥3% F+P>600MPa δ≥3% F+PQT700QT700－－2 2 σbσb>700MPa δ≥2% P>700MPa δ≥2% P534(3) (3) 贝氏体球墨铸铁贝氏体球墨铸铁 ① ①组织：组织：B>60%B>60% ② ②特点：高强度、高硬度、高疲劳极限、特点：高强度、高硬度、高疲劳极限、良好的冲击韧性。

良好的冲击韧性 ③ ③热处理：等温淬火热处理：等温淬火 加热：加热：850850－－900℃900℃，， 等温等温250250－－350℃350℃535④④用途：制造要求耐磨性并承受交变负荷用途：制造要求耐磨性并承受交变负荷的零件，如重负荷减速齿轮的零件，如重负荷减速齿轮⑤⑤牌号牌号 QT900QT900－－2 2，，σbσb>900MPa>900MPa，，δ≥2% δ≥2% ，，B B 536三、蠕墨铸铁三、蠕墨铸铁 1 1、形状系数、形状系数 K=4πA/L2 AK=4πA/L2 A：单个石墨的截面积单个石墨的截面积 L L：单个石墨的截面周长单个石墨的截面周长 K< 0.15K< 0.15：片状石墨，：片状石墨， 0.15 < K < 0.80.15 < K < 0.8：蠕虫状石墨，：蠕虫状石墨， K >0.8K >0.8：球状石墨：球状石墨5372 2、蠕化剂、蠕化剂 采用采用MgMg、、TiTi、、AlAl制成复合蠕化剂制成复合蠕化剂。

同时采用硅铁作为孕育剂，消除同时采用硅铁作为孕育剂，消除MgMg的的白口倾向白口倾向3 3、性能、性能 强度、塑性和韧性均优于灰口铸铁强度、塑性和韧性均优于灰口铸铁538强度、塑性和韧性均优于灰口铸铁强度、塑性和韧性均优于灰口铸铁RUT260 σb≥260MpaRUT260 σb≥260Mpa F FRUT300 σb≥300MpaRUT300 σb≥300Mpa F+PF+PRUT340 σb≥340MpaRUT340 σb≥340Mpa F+PF+PRUT380 σb≥380MpaRUT380 σb≥380Mpa P PRUT420 σb≥420MpaRUT420 σb≥420Mpa P P539四、可锻铸铁四、可锻铸铁 1 1、特点、特点(1) (1) 由于石墨呈团絮状，减轻了对基体的由于石墨呈团絮状，减轻了对基体的破坏作用，是强度、塑性、韧性都较好破坏作用，是强度、塑性、韧性都较好的铸铁，但并非真正可锻压加工。

的铸铁，但并非真正可锻压加工540 (2) (2) 制作壁薄，形状复杂的零件时制作壁薄，形状复杂的零件时, , 铸钢的铸造性能不好，灰口铸铁的塑性、铸钢的铸造性能不好，灰口铸铁的塑性、韧性差，球墨铸铁的薄壁件易得白口组韧性差，球墨铸铁的薄壁件易得白口组织，可锻铸铁比铸钢、灰口铸铁和球墨织，可锻铸铁比铸钢、灰口铸铁和球墨铸铁都优越铸铁都优越 5412 2、黑心可锻铸铁、黑心可锻铸铁(1) (1) 特点特点 白口铸铁件于密封条件下在中性介白口铸铁件于密封条件下在中性介质中高温长时间退火，渗碳体分解为团质中高温长时间退火，渗碳体分解为团絮状石墨，断口呈暗灰色絮状石墨，断口呈暗灰色2) (2) 成分成分 严格控制，既要保证得到白口组织，严格控制，既要保证得到白口组织，又要保证退火时渗碳体快速分解又要保证退火时渗碳体快速分解 若铸造时，已得到片状石墨，则退若铸造时，已得到片状石墨，则退火时会依附石墨片而长大，得不到团絮火时会依附石墨片而长大，得不到团絮状石墨542 C C：：2.2-2.82.2-2.8；； SiSi：：1.2-2.01.2-2.0；； MnMn：：0.8-1.20.8-1.2；； C C：不能太高，以保证强度。

不能太高，以保证强度SiSi：退火时促进石墨化退火时促进石墨化MnMn：稳定珠光体，阻止第二阶段石墨化，：稳定珠光体，阻止第二阶段石墨化，保证强度保证强度5433 3、孕育处理、孕育处理 在铁液中加入在铁液中加入AlAl，，B B，硅等元素，，硅等元素，形成形成AlNAlN，，BNBN等细小而弥散的化合物质点等细小而弥散的化合物质点在退火过程中起到石墨核心的作用，从在退火过程中起到石墨核心的作用，从而促进石墨化过程，并使团絮状石墨细而促进石墨化过程，并使团絮状石墨细小而分散小而分散5444 4、退火工艺、退火工艺(1) 930(1) 930－－970℃970℃保温发生第一阶段石墨化，保温发生第一阶段石墨化，渗碳体分解为奥氏体和石墨时间根据渗碳体分解为奥氏体和石墨时间根据工件壁厚而定，要保证完成工件壁厚而定，要保证完成 (2) 100(2) 100－－150℃150℃／／h h，缓冷发生中间阶段，缓冷发生中间阶段石墨化，可以完成石墨化，可以完成 545(3) 680(3) 680－－730℃730℃保温发生第二阶段石墨保温发生第二阶段石墨化 保温时间长，完全进行得到保温时间长，完全进行得到F F基体。

基体 保温时间短，不完全进行得到保温时间短，不完全进行得到P P基体5465 5、用途、用途 (1) (1) 铁素体可锻铸铁中，强度较高的可铁素体可锻铸铁中，强度较高的可承受较高的冲击、振动及扭转载荷，承受较高的冲击、振动及扭转载荷，用来制作汽车、拖拉机前后轮壳、转用来制作汽车、拖拉机前后轮壳、转向节壳、制动器等向节壳、制动器等 强度较低的只能承受较低的静载荷，强度较低的只能承受较低的静载荷，用来制作如管弯头、三通等用来制作如管弯头、三通等547 (2) (2) 珠光体可锻铸铁能承受较高的动、静珠光体可锻铸铁能承受较高的动、静载荷，并有较高的耐磨性，用来制作载荷，并有较高的耐磨性，用来制作曲轴、凸轮轴、摇臂等曲轴、凸轮轴、摇臂等6 6、牌号、牌号KT300KT300－－6 6 σbσb>300Mp δ≥6% F>300Mp δ≥6% FKT330KT330－－8 8 σbσb>330MPa δ≥8% F>330MPa δ≥8% FKT350KT350－－10 10 σbσb> 350MPa δ≥10% F> 350MPa δ≥10% F548 KT370KT370－－12 12 σbσb>370MPa δ≥12% F>370MPa δ≥12% F KTZ450 KTZ450－－5 5 σbσb>450MPa δ≥5% P>450MPa δ≥5% P KTZ500 KTZ500－－4 4 σbσb>500MPa δ≥4% P>500MPa δ≥4% P KTZ600 KTZ600－－3 3 σbσb> 600MPa δ≥3% P> 600MPa δ≥3% P KTZ700 KTZ700－－3 3 σbσb> 700MPa δ≥2% P> 700MPa δ≥2% P 549 第三节第三节 合金铸铁合金铸铁一、耐磨合金铸铁一、耐磨合金铸铁1 1、铬系耐磨合金铸铁、铬系耐磨合金铸铁 铬系耐磨合金铸铁可分为低铬、中铬铬系耐磨合金铸铁可分为低铬、中铬和高铬三个系列，在工程中广泛应用的和高铬三个系列，在工程中广泛应用的是高铬耐磨合金铸铁。

是高铬耐磨合金铸铁550(1) (1) 化学成分化学成分 ① ①碳：碳：2.4--3.6%2.4--3.6% 根据耐磨工件承受的应力决定碳含量根据耐磨工件承受的应力决定碳含量 低应力：低应力：2.4-2.8%2.4-2.8%，， 中应力：中应力：2.8-3.2%2.8-3.2%，， 高应力：高应力：3.2-3.6%3.2-3.6%551②②铬：铬：12-28%12-28% 形成形成Cr7C3Cr7C3型特殊碳化物：型特殊碳化物： 硬度高（硬度高（HV1400-1800HV1400-1800），耐磨性好耐磨性好不以网状分布，韧性比一般白口铸铁好不以网状分布，韧性比一般白口铸铁好 随铬含量升高，随铬含量升高，CrCr7 7C C3 3型碳化物数量增型碳化物数量增加，加，(Fe,Cr)(Fe,Cr)3 3C C数量减少数量减少552③③钼、锰、铜镍：提高淬透性钼、锰、铜镍：提高淬透性④④钒、钛、稀土：细化共晶组织和碳化物钒、钛、稀土：细化共晶组织和碳化物2) (2) 铸态组织铸态组织 随合金成分及铸件尺寸不同，组织也随合金成分及铸件尺寸不同，组织也有所不同。

有所不同 一般铸态组织为共晶碳化物、马氏体、一般铸态组织为共晶碳化物、马氏体、残留奥氏体残留奥氏体553(3) (3) 热处理热处理 淬火：淬火：950-1000℃950-1000℃加热，奥氏体中析加热，奥氏体中析出二次碳化物，降低碳和合金元素含量出二次碳化物，降低碳和合金元素含量 冷却：空冷、风冷或油冷奥氏体转冷却：空冷、风冷或油冷奥氏体转变为马氏体变为马氏体554Ø 现象：灰口铸铁反复加热到现象：灰口铸铁反复加热到900℃900℃以上以上时，体积将逐渐长大，最后出现裂纹或时，体积将逐渐长大，最后出现裂纹或发生断裂发生断裂Ø原因：共析转变产生体积膨胀，引起微原因：共析转变产生体积膨胀，引起微裂纹；裂纹； 微裂纹的产生及其氧化产生附加微裂纹的产生及其氧化产生附加的体积膨胀的体积膨胀Ø消除：加入消除：加入CrCr、、MoMo、、V V等元素提高珠光体等元素提高珠光体的稳定性，抑制其转变的稳定性，抑制其转变 555二、可锻铸铁的热处理二、可锻铸铁的热处理1. 1. 退火工艺退火工艺Ø 第一阶段石墨化要完成，第一阶段石墨化要完成， 930930－－970℃970℃，保温。

保温Ø中间阶段石墨化要完成，中间阶段石墨化要完成， 100100－－150℃150℃／／h h，缓冷556Ø第二阶段石墨化第二阶段石墨化 680680－－730℃ 730℃ 　　保温长　　保温长, ,完全进行完全进行, ,得到得到F F基体基体 保温短保温短, ,不完全进行不完全进行, ,得到得到P P基体基体2. 2. 低温时效预处理低温时效预处理 退火前在退火前在300300－－500℃500℃，保温，保温4 4－－5h5h作用：增加石墨核心数量，节省退火作用：增加石墨核心数量，节省退火时间，提高机械性能时间，提高机械性能5572. 2. 球化元素球化元素 (1) Mg(1) Mg 主要的球化元素主要的球化元素 残留残留MgMg：：0.03-0.08%0.03-0.08%Ø使石墨在结晶时呈球状析出使石墨在结晶时呈球状析出Ø因形成氧化镁、硫化镁，有脱氧、因形成氧化镁、硫化镁，有脱氧、脱硫作用脱硫作用Ø在铁水中气化使铁水沸腾，能去在铁水中气化使铁水沸腾，能去H H，，N N和夹杂物。

和夹杂物 558(2) Re(2) Re 具有一定的球化作用具有一定的球化作用 残留量：残留量：0.02-0.04%0.02-0.04%Ø使石墨在结晶时呈球状析出；使石墨在结晶时呈球状析出；Ø有脱氧、去氢、去氮作用；有脱氧、去氢、去氮作用；Ø和硫的结合力比和硫的结合力比MgMg强，先与强，先与S S发生发生反应，使铁水中的残余反应，使铁水中的残余MgMg量增加，量增加，使使MgMg发挥球化剂作用发挥球化剂作用 5593. 3. 孕育元素孕育元素 (1) Si(1) SiØ防止球化剂带来的白口倾向；防止球化剂带来的白口倾向；Ø使石墨球更加圆整和细化，提高塑使石墨球更加圆整和细化，提高塑性、韧性性、韧性 (2) Ca(2) Ca，，AlAl，，MoMo，，SrSrØ与与SiSi配成复合孕育剂配成复合孕育剂 5604. 4. 合金元素合金元素 (1) Mo(1) MoØ细化石墨球；细化石墨球；Ø细化珠光体和增加珠光体量细化珠光体和增加珠光体量 (2) Cu(2) CuØ促进共晶石墨化及细化石墨球；促进共晶石墨化及细化石墨球；Ø细化珠光体和增加珠光体量。

细化珠光体和增加珠光体量 561 (3) Ni(3) NiØ促进共晶石墨化；促进共晶石墨化；Ø细化珠光体和增加珠光体量细化珠光体和增加珠光体量 (4) V(4) VØ细化石墨球；细化石墨球；Ø增加珠光体数量；增加珠光体数量；Ø形成形成VCVC，，VNVN等微细颗粒起弥散强化等微细颗粒起弥散强化作用5623. 3. 气泡理论气泡理论(1) (1) 铁液经球化处理后形成大量的小气泡；铁液经球化处理后形成大量的小气泡； (2) (2) 在气泡界面上形成许多石墨晶核，在气泡界面上形成许多石墨晶核，沿气泡面长成板状晶体，直到互相接沿气泡面长成板状晶体，直到互相接触后，向气泡内进一步生长；触后，向气泡内进一步生长； (3) (3) 根据石墨数量的多少，长成空心或根据石墨数量的多少，长成空心或实心石墨球，或长成实心石墨球后继实心石墨球，或长成实心石墨球后继续对外侧生长；续对外侧生长； 　563　 (4) (4) 铁液中气泡的大小和数量支配着球状铁液中气泡的大小和数量支配着球状石墨的大小和数量；石墨的大小和数量； (5) Mg(5) Mg在铁液中形成气泡，在铁液中形成气泡，ReRe极易吸收极易吸收H H，在高温铁液中放出，在高温铁液中放出H H而形成大量气泡，而形成大量气泡，促进了石墨球化。

促进了石墨球化564三、球墨铸铁的组织和性能三、球墨铸铁的组织和性能1.1.铁素体球墨铸铁铁素体球墨铸铁 组织：组织：F>80%F>80% 特点：特点：σbσb，，σsσs，，δδ，，akak和多次冲击抗和多次冲击抗力都高于可锻铸铁力都高于可锻铸铁 用途：制造汽车后桥外壳等用途：制造汽车后桥外壳等 5652.2.珠光体球墨铸铁珠光体球墨铸铁组织：组织：P>80%P>80%特点：特点：(1)(1)与正火的与正火的4545铸钢相比，铸钢相比，σbσb，，σsσs，，σsσs／／σbσb都高；都高； (2)(2)弯曲疲劳强度和扭转疲劳强度：弯曲疲劳强度和扭转疲劳强度：使用带肩带孔试样时高于使用带肩带孔试样时高于4545铸钢，使用铸钢，使用光滑试样时低于光滑试样时低于4545铸钢；铸钢； （（3 3）冲击韧性明显低于）冲击韧性明显低于4545铸钢，但铸钢，但多次冲击抗力高于多次冲击抗力高于4545铸钢用途：制造汽车、拖拉机的曲轴等用途：制造汽车、拖拉机的曲轴等5663.3.贝氏体球墨铸铁贝氏体球墨铸铁 组织：组织：B>60%B>60% 特点：高强度、高硬度、高疲劳极限和特点：高强度、高硬度、高疲劳极限和 良好的冲击韧性。

良好的冲击韧性 用途：制造要求耐磨性并承受交变负荷用途：制造要求耐磨性并承受交变负荷 的零件，如重负荷减速齿轮的零件，如重负荷减速齿轮567四、球墨铸铁的热处理四、球墨铸铁的热处理1. 1. 退火退火 (1) (1) 高温石墨化退火高温石墨化退火 (900(900－－950℃) 950℃) 目的：消除游离的渗碳体目的：消除游离的渗碳体 (2) (2) 低温石墨化退火低温石墨化退火 (730(730－－780℃) 780℃) 目的：消除珠光体，得高韧性的铁目的：消除珠光体，得高韧性的铁素体基体素体基体　　5682. 2. 正火正火 (1) (1) 高温正火高温正火 特点：完全奥氏体化特点：完全奥氏体化目的：增加基体中珠光体数量目的：增加基体中珠光体数量 细化珠光体组织细化珠光体组织加热：加热：880880－－900℃900℃，，1 1－－3h3h冷却：空冷，风冷，喷雾冷却冷却：空冷，风冷，喷雾冷却 569第八章第八章 铝合金铝合金 570 §§8-1 8-1 铝合金中的合金元素铝合金中的合金元素 铝合金主要应用固溶强化、沉淀铝合金主要应用固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、细晶强化、冷变强化、过剩相强化、细晶强化、冷变形强化等方法来提高其力学性能。

形强化等方法来提高其力学性能571一、铝基固溶体一、铝基固溶体 MnMn、、MgMg、、ZnZn不产生沉淀强化，主要溶不产生沉淀强化，主要溶于铝基固溶体，起固溶强化作用于铝基固溶体，起固溶强化作用1 1、镁、镁 共晶温度共晶温度449℃449℃时，极限溶解度为时，极限溶解度为17.4%17.4%，室温溶解度为，室温溶解度为1.9%1.9%但MgMg5 5AlAl8 8析出非常缓慢，退火也能得到过饱和析出非常缓慢，退火也能得到过饱和固溶体 Mg < 6%Mg < 6%，可得到单相固溶体可得到单相固溶体5722 2、锰、锰 共晶温度共晶温度658.5℃658.5℃时，极限溶解度为时，极限溶解度为1.82%1.82%，室温溶解度为，室温溶解度为0.2%0.2%MnAl6MnAl6不具不具有沉淀强化效果，但可阻止晶粒长大有沉淀强化效果，但可阻止晶粒长大 MnMn在在1.0-1.6%1.0-1.6%，有较高的强度和良好，有较高的强度和良好的塑性3 3、锌、锌 ZnZn在铝中有很大的溶解度，溶解量可在铝中有很大的溶解度，溶解量可达达13%13%，铸造冷却时不发生分解，可获得，铸造冷却时不发生分解，可获得较大的固溶强化效果。

较大的固溶强化效果573二、铝合金中的沉淀强化相二、铝合金中的沉淀强化相 铝合金中沉淀强化相的基本条件：铝合金中沉淀强化相的基本条件： (1) (1) 硬度高 (2) (2) 高温溶解度大，随温度降低，溶解度高温溶解度大，随温度降低，溶解度急剧减小，能析出较多数量的沉淀相急剧减小，能析出较多数量的沉淀相 (3) (3) 时效过程中，沉淀相有一系列介稳相，时效过程中，沉淀相有一系列介稳相，弥散分布，且与基体共格，在基体中产生弥散分布，且与基体共格，在基体中产生较大的共格应变区较大的共格应变区5741 1、、θ-CuAl2θ-CuAl2相相 以以4%Cu4%Cu＋＋AlAl合金为例，讨论时效过程合金为例，讨论时效过程固溶：固溶：αα相（相（548℃548℃时，溶解度为时，溶解度为5.7%5.7%））冷却：过饱和冷却：过饱和αα相相(1) (1) 时效过程时效过程 随温度升高，可分为四个阶段随温度升高，可分为四个阶段575①①形成铜原子偏聚区（形成铜原子偏聚区（GPGP区）区） CuCu原子在｛原子在｛100100｝晶面上富集，形成铜原｝晶面上富集，形成铜原子富集区（子富集区（GPGP区）。

区）☆ ☆ GPGP区呈小圆片状，直径区呈小圆片状，直径8080－－100A100A，厚，厚度度3 3－－6A6A☆ ☆ 与基体保持共格关系，产生严重的点与基体保持共格关系，产生严重的点阵畸变，提高硬度、强度阵畸变，提高硬度、强度576②②形成过渡相形成过渡相θθ’’☆ GP☆ GP区进一步扩大，并有序化，具有正区进一步扩大，并有序化，具有正方点阵，称为方点阵，称为θθ’’☆ ☆ θθ’’长约长约1500A1500A，厚度约，厚度约100A100A☆ ☆ 与基体保持共格关系，强化效果最强与基体保持共格关系，强化效果最强烈577③③形成过渡相形成过渡相θθ’☆ ☆ 铜、铝原子之比为铜、铝原子之比为1 1：：2 2时，形成过渡时，形成过渡相相θθ’，具有正方点阵具有正方点阵☆ ☆ 与基体保持半共格关系，强化效果下与基体保持半共格关系，强化效果下降，处于过时效阶段降，处于过时效阶段④④形成稳定的形成稳定的θθ☆ ☆ 形成稳定相形成稳定相CuAl2CuAl2，称，称θθ，正方点阵正方点阵☆ ☆ 与基体共格关系完全破坏，合金强度、与基体共格关系完全破坏，合金强度、硬度进一步降低硬度进一步降低。

578 (2) (2) 时效工艺时效工艺 ① ① 先在较低温度时效，得到弥散的先在较低温度时效，得到弥散的GPGP区 ② ② 再在较高温度时效，以弥散分布的再在较高温度时效，以弥散分布的GPGP区作为核心析出脱溶相区作为核心析出脱溶相 与直接在较高温度下时效相比，双重与直接在较高温度下时效相比，双重时效可以得到更弥散分布的时效相时效可以得到更弥散分布的时效相5792 2、、S S相（相（AlAl2 2CuMgCuMg）） 在在Al-Cu-MgAl-Cu-Mg合金中，当合金中，当Cu/Mg≥2Cu/Mg≥2时，时，出现出现S S相3 3、、η-MgZnη-MgZn2 2相相 在在Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合金中，合金中，η-MgZnη-MgZn2 2相可产相可产生很高的沉淀强化效果生很高的沉淀强化效果5804 4、、ββ相（相（MgMg2 2SiSi）） 在在Al-Mg-SiAl-Mg-Si合金中，出现合金中，出现ββ相相（（MgMg2 2SiSi）作为沉淀强化相作为沉淀强化相5 5、、δδ相相( (AlLiAlLi) ) 在在Al-LiAl-Li合金中，可析出合金中，可析出δδ相。

相 以上各沉淀强化相均符合沉淀强化相以上各沉淀强化相均符合沉淀强化相的三个基本条件的三个基本条件581三、铝合金共晶中的过剩相三、铝合金共晶中的过剩相 1 1、铸造铝合金共晶组织中的第二相不溶、铸造铝合金共晶组织中的第二相不溶于固溶体，称为过剩相于固溶体，称为过剩相 2 2、、Al-SiAl-Si系铸造合金中，共晶体由系铸造合金中，共晶体由αα相相和硅晶体组成和硅晶体组成 共晶硅为粗针状或片状，强度和塑性共晶硅为粗针状或片状，强度和塑性低 共晶硅为细小粒状，可显著改善塑性，共晶硅为细小粒状，可显著改善塑性，提高强度提高强度582四、铝合金中的微量合金相四、铝合金中的微量合金相 在结晶过程中起非自发形核核心作在结晶过程中起非自发形核核心作用，细化晶粒，产生细晶强化用，细化晶粒，产生细晶强化1 1、微量元素钛、锆，可形成难熔的金属、微量元素钛、锆，可形成难熔的金属间化合物间化合物TiAl3TiAl3和和Al3ZrAl3Zr2 2、锰和铬在铝合金中形成、锰和铬在铝合金中形成MnAlMnAl6 6和和AlAl1212MgMg2 2CrCr。

3 3、稀土元素在铝合金中形成、稀土元素在铝合金中形成AlAl4 4ReRe4 4、加入、加入Al-Ti-BAl-Ti-B，，Al-Ti-CAl-Ti-C中间合金，形中间合金，形成的成的TiBTiB2 2和和TiCTiC583五、铝合金中的微量元素五、铝合金中的微量元素 稀土元素在铝合金中起以下作用稀土元素在铝合金中起以下作用 1 1、与氢生成稀土金属氢化物，大大减少、与氢生成稀土金属氢化物，大大减少了自由氢的含量，降低氢致缺陷了自由氢的含量，降低氢致缺陷 氢是铝合金中的有害元素在合金氢是铝合金中的有害元素在合金凝固时析出氢分子，导致疏松、针孔和凝固时析出氢分子，导致疏松、针孔和晶间裂纹等缺陷晶间裂纹等缺陷5842 2、与氧、硫、硅、铁等杂质元素形成化、与氧、硫、硅、铁等杂质元素形成化合物，起净化作用合物，起净化作用3 3、降低液态铝合金的表面张力，提高流、降低液态铝合金的表面张力，提高流动性，改善铸造性能动性，改善铸造性能585 §§8-2 8-2 变形铝合金变形铝合金 特点：经过不同的压力加工方式生特点：经过不同的压力加工方式生产成材，由于比强度高。

产成材，由于比强度高分类：分类：1 1、非热处理强化变形铝合金、非热处理强化变形铝合金 耐蚀性好，是防锈铝合金，牌号用耐蚀性好，是防锈铝合金，牌号用LFLF加序号表示加序号表示5862 2、热处理强化变形铝合金、热处理强化变形铝合金 强度高，可分为三种强度高，可分为三种1) (1) 硬铝：硬铝：Al-Cu-MgAl-Cu-Mg为主为主, , 牌号用牌号用LYLY加序加序号表示2) (2) 锻铝：锻铝：Al-Mg-SiAl-Mg-Si为主为主, , 牌号用牌号用LDLD加序加序号表示3) (3) 超硬铝：超硬铝：Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu为主为主, , 牌号用牌号用LCLC加序号表示加序号表示3 3、新发展的铝合金、新发展的铝合金 铝锂合金，快速凝固铝合金等铝锂合金，快速凝固铝合金等587一、非热处理强化变形铝合金一、非热处理强化变形铝合金 特点：特点： 采用固溶强化和冷加工强化，成分和采用固溶强化和冷加工强化，成分和组织单一组织单一 优良的抗腐蚀性能优良的抗腐蚀性能 良好的塑性与焊接性。

良好的塑性与焊接性5881 1、铝锰防锈铝合金、铝锰防锈铝合金(1) (1) 锰的作用锰的作用 MnMn：：1.0-1.6%1.0-1.6%①①形成形成MnAlMnAl6 6沉淀相，强化作用小，但可沉淀相，强化作用小，但可阻止晶粒长大，细化晶粒阻止晶粒长大，细化晶粒②②固溶强化固溶强化③③提高再结晶温度提高再结晶温度④④降低铁的危害作用降低铁的危害作用589 Fe Fe可形成可形成FeAlFeAl3 3相，电极电位比相，电极电位比αα相相高，加速基体腐蚀加入高，加速基体腐蚀加入MnMn后，形成后，形成（（MnMn，，FeFe））Al6Al6，电极电位与，电极电位与αα相接近，相接近，腐蚀电流小腐蚀电流小2) (2) 显微组织显微组织 含含MnMn的的αα固溶体和弥散分布的固溶体和弥散分布的MnAlMnAl6 6质质点，塑性好点，塑性好3) (3) 稀土元素稀土元素 可成倍提高合金的耐蚀性可成倍提高合金的耐蚀性0.3-0.3-0.5%0.5%（加入量）加入量）590(4) (4) 均匀退火均匀退火 MnMn是高熔点金属，易产生晶内偏析。

是高熔点金属，易产生晶内偏析 600600－－620℃620℃，铸锭均匀退火铸锭均匀退火5) (5) 典型合金（典型合金（LF21LF21））①①特点：在大气和海水中耐蚀性和纯铝相特点：在大气和海水中耐蚀性和纯铝相当，有良好的工艺性能当，有良好的工艺性能②②用途：承受深冲加工而受力不大的零件用途：承受深冲加工而受力不大的零件如油箱，润滑油导管，铆钉等如油箱，润滑油导管，铆钉等591③③力学性能力学性能状态状态 σbMPaσbMPa σ0.2MPa δ10 σ0.2MPa δ10M 127 49 23M 127 49 23Y2 167 127 10Y2 167 127 10Y Y（硬）（硬） 216 176 5216 176 5M M（退火（退火350350－－500℃500℃））Y2Y2（半硬（半硬250250－－280℃280℃））5922 2、铝镁防锈铝合金、铝镁防锈铝合金(1) (1) 合金元素合金元素①①镁：固溶强化，效果显著，强度高于铝镁：固溶强化，效果显著，强度高于铝锰合金。

锰合金 ②②硅：改善流动性，减少焊接裂纹倾向硅：改善流动性，减少焊接裂纹倾向③③锰：固溶强化；改善耐蚀性锰：固溶强化；改善耐蚀性④④钒、钛：细化晶粒，提高强度、塑性钒、钛：细化晶粒，提高强度、塑性⑤⑤稀土：减少偏析和铸造缺陷；提高热塑稀土：减少偏析和铸造缺陷；提高热塑性；成倍提高耐蚀性性；成倍提高耐蚀性593(2) (2) 显微组织显微组织①①Mg<5%Mg<5%时，为单相合金，组织，成分均匀，时，为单相合金，组织，成分均匀，耐蚀性好耐蚀性好②②Mg>5%Mg>5%，退火析出，退火析出MgMg5 5AlAl8 8相，连续分布在相，连续分布在晶界，电极电位低于晶界，电极电位低于αα相，有晶间腐蚀相，有晶间腐蚀和应力腐蚀倾向和应力腐蚀倾向 可在退火前施以可在退火前施以2%2%变形，退火时变形，退火时MgMg5 5AlAl8 8在晶内，晶界以颗粒状析出，大在晶内，晶界以颗粒状析出，大大减轻上述腐蚀倾向大减轻上述腐蚀倾向594(3) (3) 牌号牌号 牌号为牌号为LF2-LF12LF2-LF12含MgMg量从量从2-9%2-9%））(4) (4) 特点特点 Al-MgAl-Mg合金是我国主要的防锈铝合金，合金是我国主要的防锈铝合金，在大气和海水中耐蚀性优于在大气和海水中耐蚀性优于LF21LF21合金，合金，在酸性和碱性介质中比在酸性和碱性介质中比LF21LF21稍差。

稍差595(5) (5) 典型合金典型合金应用最广泛的是应用最广泛的是LF2LF2，，LF3LF3LF2LF2：：MgMg：：2.0-2.8%2.0-2.8%，，MnMn：：0.15-0.4%0.15-0.4%，， CrCr：：0.15-0.4%0.15-0.4%LF3LF3：：MgMg：：3.2-3.8%3.2-3.8%，，MnMn：：0.3-0.6%0.3-0.6%，，SiSi：：0.5-0.8%0.5-0.8%596力学性能：力学性能： 处理状态处理状态 σbMPaσbMPa σ0.2MPa δ% σ0.2MPa δ% LF2 MLF2 M（退火）（退火） 196 98 23 196 98 23 Y2Y2（半硬）（半硬） 245 196 10 245 196 10 LF3 M(LF3 M(退火退火) 215 108 20) 215 108 20597二、热处理强化铝合金二、热处理强化铝合金 通过固溶强化和时效强化，铝合金通过固溶强化和时效强化，铝合金强度显著提高。

强度显著提高1 1、硬铝、硬铝(1) (1) 特点特点 是使用最早，用途最广泛的铝合金是使用最早，用途最广泛的铝合金有强烈的时效强化作用，时效后有很高有强烈的时效强化作用，时效后有很高的硬度、强度，故称为硬铝的硬度、强度，故称为硬铝598(2) (2) 化学成分化学成分属属Al-Cu-Mg-Al-Cu-Mg-MnMn合金CuCu：：2.2-5.0%2.2-5.0%，， MgMg：：0.2-2.6%0.2-2.6%，， MnMn：：0-1.0%0-1.0%3) (3) 强化相强化相①①可产生两种强化相：可产生两种强化相：θθ（（CuAlCuAl2 2）相，）相，S S（（CuMgAlCuMgAl2 2）相②②S S相有很高的稳定性和沉淀强化效果，相有很高的稳定性和沉淀强化效果，强化作用高于强化作用高于θθ③③成分由铜高镁低转变到铜低镁高时，成分由铜高镁低转变到铜低镁高时，强化相由强化相由θθ相转变为相转变为S S相599(4)(4)锰的作用锰的作用①①消除铁的有害影响，改善耐蚀性消除铁的有害影响，改善耐蚀性②②固溶强化固溶强化③③抑制再结晶抑制再结晶600(5)(5)典型合金典型合金LY12LY12：使用最广：使用最广, ,强度最高的硬铝强度最高的硬铝. .①Cu=4.3%①Cu=4.3%，，MgMg＝＝1.4%1.4%。

主要强化相：主要强化相：S S相，相，辅助强化相：辅助强化相：θθ相②②固溶处理：固溶处理：495495－－503℃503℃加热，水冷加热，水冷③③时效工艺：时效工艺： 人工时效：人工时效：190℃190℃工作温度工作温度150℃150℃）） 601 自然时效：自然时效：4 4天后可使用天后可使用④④性能：性能：σbσb：：460MPa460MPa，， σ0.2σ0.2：：320MPa320MPa，，δδ：：17%17%，，ψψ：：30%30%⑤⑤用途：飞机蒙皮、壁板；飞机隔框、翼用途：飞机蒙皮、壁板；飞机隔框、翼肋等6022 2、锻铝、锻铝(1) (1) 特点特点 有良好的热塑性，可锻制形状复杂的有良好的热塑性，可锻制形状复杂的零件2) (2) 化学成分化学成分属属Al-Mg-SiAl-Mg-Si合金MgMg：：0.4-0.8%0.4-0.8%，， SiSi：：0.5-1.2%0.5-1.2%，， MnMn：：0.4-0.8%0.4-0.8%，， CuCu：：1.8-4.8%1.8-4.8%603(3) (3) 强化相强化相主要强化相：主要强化相：ββ（（MgMg2 2SiSi）及）及θθ（（CuAlCuAl2 2））(4) (4) 锰的作用锰的作用 ① ①减少减少Al-Mg-SiAl-Mg-Si合金的停放效应。

室合金的停放效应室温长时间停留，沉淀强化相长大，强度温长时间停留，沉淀强化相长大，强度下降）下降） ② ②固溶强化，提高韧性和耐蚀性固溶强化，提高韧性和耐蚀性604(5) (5) 典型合金典型合金 LD10LD10：是锻铝中最重要的一个品种是锻铝中最重要的一个品种①①主要强化相：主要强化相：ββ和和θθ，及少量，及少量S S相②②固溶处理：固溶处理：500℃500℃加热，水淬加热，水淬③③时效处理：时效处理：165℃165℃，，6 6－－15h15h④④性能：性能：σbσb：：490MPa490MPa，， σ0.2σ0.2：：380MPa380MPa，，δδ：：10%10%6053 3、超硬铝、超硬铝(1) (1) 特点：特点：①①强度最高，韧性储备也最高强度最高，韧性储备也最高②②良好的工艺性能（热塑性和焊接性）良好的工艺性能（热塑性和焊接性） 是飞机工业中重要的结构材料是飞机工业中重要的结构材料606(2) (2) 化学成分化学成分在在Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合金基础上发展起来的合金基础上发展起来的Al-Zn-Al-Zn-Mg-CuMg-Cu系合金。

系合金①①Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合金合金☆☆生成生成MgZn2MgZn2和和Al2Mg3Zn3Al2Mg3Zn3，有强烈的沉淀，有强烈的沉淀强化作用强化作用☆☆Zn+MgZn+Mg=9%=9%时，强度达到最高时，强度达到最高607②Cu②Cu☆☆固溶强化固溶强化☆☆生成生成S S（（CuMgAl2CuMgAl2）沉淀强化相沉淀强化相☆☆增加沉淀相的弥散度，消除晶界网状脆增加沉淀相的弥散度，消除晶界网状脆化相，改善晶界腐蚀倾向化相，改善晶界腐蚀倾向 608③③少量的少量的MnMn，，CrCr，，TiTi MnMn：：0.2-0.6%0.2-0.6%，， CrCr：：0.1-0.25%0.1-0.25%，， TiTi：：0.02-0.10%0.02-0.10%☆☆CrCr和和TiTi：形成金属间化合物，强烈提高：形成金属间化合物，强烈提高再结晶温度，阻止晶粒长大再结晶温度，阻止晶粒长大☆☆MnMn：固溶强化，提高强度以增强应力腐：固溶强化，提高强度以增强应力腐蚀抗力609(3) (3) 典型合金典型合金 LC4LC4①Zn①Zn：：6%6%，，MgMg：：2.3%2.3%，，CuCu：：1.7%1.7%②470℃②470℃固溶处理。

固溶处理 ③ ③两次时效：两次时效：120℃3h120℃3h；；160℃3h160℃3h④④性能：性能：σb≥490MPaσb≥490MPa，，σ0.2≥412MPaσ0.2≥412MPa，，δ≥7%δ≥7%⑤⑤用途：飞机结构如翼梁，蒙皮等，使用用途：飞机结构如翼梁，蒙皮等，使用温度低于温度低于120℃120℃6104 4、铝锂合金、铝锂合金(1) (1) 特点特点 ① ①强度高 析出介稳相析出介稳相AlLi3AlLi3，与基体完全共，与基体完全共格，产生强烈的沉淀强化格，产生强烈的沉淀强化 ② ②质量轻 锂是一种超轻元素（锂是一种超轻元素（0.53g/cm30.53g/cm3），），1%1%锂减轻体积质量锂减轻体积质量3%3% ③ ③塑性和断裂韧性低塑性和断裂韧性低611(2) Mg(2) Mg、、CuCu 固溶强化，沉淀强化固溶强化，沉淀强化3) (3) ZrZr 细化晶粒细化晶粒4) (4) 典型合金典型合金 8090-CP2718090-CP271612状态状态 σS/MPaσS/MPa，， σb/MPaσb/MPa，， δ/%δ/%人工时效人工时效 445 555 7445 555 7不完全时效不完全时效 435 535 6435 535 6形变后人工时效形变后人工时效 490 540 7490 540 7613 §§8-3 8-3 铸造铝合金铸造铝合金 铸造铝合金应具有良好的铸造性能，铸造铝合金应具有良好的铸造性能，即高的流动性，较小的收缩性，热裂、即高的流动性，较小的收缩性，热裂、缩孔和疏松倾向小。

缩孔和疏松倾向小一、铝硅合金一、铝硅合金(1) (1) 特点特点 ① ①流动性好流动性好 ② ②比重轻，焊接性好比重轻，焊接性好614(2) (2) 变质处理变质处理①①改变共晶硅的形态，由粗针状或片状变改变共晶硅的形态，由粗针状或片状变为细小颗粒状为细小颗粒状②②提高共晶成分，由共晶或过共晶组织变提高共晶成分，由共晶或过共晶组织变为亚共晶组织为亚共晶组织③③提高强度和韧性提高强度和韧性 ZL102ZL102：：σbσb由由147Mpa147Mpa增加到增加到166MPa166MPa，，δδ由由2%2%增加到增加到6-10%6-10%615 (3) (3) 变质剂变质剂①①钠盐：有效变质时间短钠盐：有效变质时间短②②锶（锶（SrSr），），ReRe：有效变质时间长有效变质时间长4) (4) 典型合金典型合金 ZL102 ZL102 ①Si①Si：：10-13%10-13%②②σbσb：：166MPa166MPa，，δδ：：6-10%6-10%③③用途：制作形状复杂，薄壁，受力不用途：制作形状复杂，薄壁，受力不大的精密铸件大的精密铸件616ZL104ZL104①Si①Si：：8 8－－10.5%10.5%，，MgMg：：0.17-0.3%0.17-0.3%（形成（形成强化相强化相Mg2SiMg2Si））②②时效处理后：时效处理后：σbσb：：235MPa235MPa，，δδ：：2%2%③③用途：高负荷复杂形状零件，工作温度用途：高负荷复杂形状零件，工作温度<200℃<200℃。

如发动机缸体，发动机机匣如发动机缸体，发动机机匣617二、铝铜铸造合金二、铝铜铸造合金(1) (1) 特点：特点：①①较高的强度和热稳定性较高的强度和热稳定性②②耐蚀性降低，铸造性能变差耐蚀性降低，铸造性能变差2) (2) 典型合金典型合金 （（ZL203ZL203））①①加入加入SiSi形成部分三元共晶组织，可形成部分三元共晶组织，可改善流动性，减少铸后热裂倾向改善流动性，减少铸后热裂倾向618② 515℃② 515℃，，1010－－15h15h加热，加热， 8080－－100℃100℃热水中冷却热水中冷却③③自然时效：自然时效：σσb b：：210MPa210MPa，， σσ0.20.2：：106Mpa106Mpa，，δδ：：8%8%④④人工时效：人工时效：σbσb：：240MPa240MPa，， σσ0.20.2：：144Mpa144Mpa，，δδ：：5%5%⑤⑤用途：制作工作温度低于用途：制作工作温度低于200℃200℃，中等，中等负荷的零件负荷的零件619三、铝镁铸造合金三、铝镁铸造合金(1) (1) 特点特点 ①①比重轻。

比重轻②②强度和韧性较好强度和韧性较好③③优良的耐蚀性，切削性和抛光性优良的耐蚀性，切削性和抛光性 620(2) (2) 典型合金典型合金 ZL301ZL301①Mg①Mg：：9.5-11.5%9.5-11.5%，此时强度和韧性最佳此时强度和韧性最佳如如MgMg量再增加，量再增加，ββ－－Al8MgAl8Mg5 5难以完全固难以完全固溶，而使性能下降溶，而使性能下降②②430℃430℃，，1010－－20h20h加热（保证铸态组织中加热（保证铸态组织中少量离异共晶的少量离异共晶的Al8MgAl8Mg5 5溶入溶入αα相）621③③自然时效后，自然时效后，σσb b：：343MPa343MPa，， σσ0.20.2：：167Mpa167Mpa，，δδ：：10%10% ZL303ZL303①①加入加入0.8-1.2%Si0.8-1.2%Si，改善流动性改善流动性②②加入微量加入微量TiTi，形成，形成TiAl3TiAl3，细化晶粒细化晶粒 622 第九章第九章 镁合金镁合金 镁的特性：镁的特性：1 1、储量丰富，占地壳、储量丰富，占地壳2.1%2.1%，仅次于，仅次于AlAl和和FeFe，占第三位。

占第三位2 2、体积质量小，为、体积质量小，为1.74g/cm31.74g/cm3，是工业用金，是工业用金属中最轻的一种属中最轻的一种6233 3、熔点、熔点650℃650℃，在熔化温度极易氧化燃烧在熔化温度极易氧化燃烧4 4、密排六方点阵，冷塑性变形能力很差密排六方点阵，冷塑性变形能力很差5 5、在、在250-350℃250-350℃有较好的塑性，可进行挤压、有较好的塑性，可进行挤压、锻造、轧制锻造、轧制6 6、在、在HFHF及矿物油和大气中有较高的抗腐蚀及矿物油和大气中有较高的抗腐蚀性7 7、在淡水和海水中抗腐蚀性差在淡水和海水中抗腐蚀性差624 §9-1 §9-1 镁合金中的合金元素镁合金中的合金元素一、镁的合金化一、镁的合金化 合金元素在镁合金中，产生固溶合金元素在镁合金中，产生固溶强化，时效强化和细晶强化，以及提强化，时效强化和细晶强化，以及提高抗蚀性和耐热性能高抗蚀性和耐热性能625 固溶固溶 时效时效 细化细化 抗蚀抗蚀 耐热耐热Al Al 有有 MgMg1717AlAl1212 Zn Zn 较强较强 MgMg2 2ZnZn3 3 MnMn 较强较强 有有 有有 ZrZr 较强较强 液态中先液态中先 析出析出αα－－ZrZr 有有 有有Re MgRe Mg9 9ReRe，， MgMg1212Re Re 有有626二、镁合金的热处理二、镁合金的热处理 采用固溶加时效处理。

和铝合金相采用固溶加时效处理和铝合金相比，有以下特点：比，有以下特点：1 1、组织粗大，且为不平衡组织，故加热、组织粗大，且为不平衡组织，故加热时温度较低，保温时间长时温度较低，保温时间长2 2、合金元素在镁基固溶体中扩散慢合金元素在镁基固溶体中扩散慢1) (1) 固溶冷却可采用空冷或固溶冷却可采用空冷或7070－－100℃100℃水水冷不宜用冷水冷却不宜用冷水冷却2) (2) 应采用人工时效，不宜用自然时效应采用人工时效，不宜用自然时效627 §§9-2 9-2 镁合金镁合金 镁合金按生产工艺可分为变形镁合镁合金按生产工艺可分为变形镁合金和铸造镁合金两大类许多镁合金既金和铸造镁合金两大类许多镁合金既可以铸造，又可以变形可以铸造，又可以变形变形镁合金牌号：如变形镁合金牌号：如MB1MB1，，MB2MB2，，MB15MB15等铸造镁合金牌号：如铸造镁合金牌号：如ZM1ZM1，，ZM3ZM3，，ZM5ZM5等628一、镁－锌－锆合金一、镁－锌－锆合金 锌：固溶强化，时效强化锌：固溶强化，时效强化 锆：固溶强化，细化晶粒，提高抗蚀、锆：固溶强化，细化晶粒，提高抗蚀、耐热性。

耐热性1 1、、MB15MB15(1) (1) 合金化：合金化：5-6%Zn5-6%Zn，， 0.3-0.9%Zr0.3-0.9%Zr，， 0.1%Mn0.1%Mn629(2) (2) 热处理工艺及性能热处理工艺及性能 ① ①固溶处理加人工时效固溶处理加人工时效 505-515℃,505-515℃,保温保温24h24h，空冷 150-170℃150-170℃时效时效24h24h σσ0.20.2：：343MPa343MPa，，σσb b：：363MPa363MPa，， δδ：：9.5%9.5%630②②热变形加人工时效热变形加人工时效 避免固溶时产生的晶粒粗大，提高塑避免固溶时产生的晶粒粗大，提高塑性 380-420℃380-420℃热变形 170-180℃170-180℃时效时效10-24h10-24h σσ0.20.2：：324MPa324MPa，，σσb b：：355MPa355MPa，， δδ：：16.7%16.7%6312 2、、ZM1ZM1(1) (1) 合金化：合金化：3.5-5.5%Zn3.5-5.5%Zn，，0.5-1.0%Zr0.5-1.0%Zr。

2) (2) 热处理工艺：铸件直接人工时效热处理工艺：铸件直接人工时效3) (3) 性能：性能：σ0.2σ0.2：：167MPa167MPa，， σbσb：：275MPa275MPa，，δδ：：7.5%7.5%632二、镁二、镁- -铝铝- -锌合金锌合金 应用最早，使用最广的一类镁合金应用最早，使用最广的一类镁合金AlAl：固溶强化、时效强化固溶强化、时效强化ZnZn：固溶强化、时效强化固溶强化、时效强化MnMn：固溶强化、提高抗热、耐蚀性固溶强化、提高抗热、耐蚀性6331 1、、MB2MB2(1) (1) 合金化：合金化：3 3－－4%Al4%Al，，0.2-0.6%Zn0.2-0.6%Zn，，0.15-0.5%Mn0.15-0.5%Mn(2) (2) 性能：性能：σbσb：：250MPa250MPa，，σ0.2σ0.2：：140MPa140MPa2 2、、ZM5ZM5(1)(1)合金化：合金化：7.5-9%Al7.5-9%Al，，0.2-0.8%Zn0.2-0.8%Zn，，0.15-0.5%Mn0.15-0.5%Mn(2) (2) 性能：性能：σ0.2σ0.2：：118MPa118MPa，，σbσb：：250MPa250MPa，，δδ：：3.5%3.5%。

634 第十章第十章 铜合金铜合金 §§10-110-1工业纯铜工业纯铜一、工业纯铜的性能一、工业纯铜的性能1 1、导电性和导热性高，仅次于银导电性和导热性高，仅次于银1) (1) 冷形变后电导率下降小，可在冷加工冷形变后电导率下降小，可在冷加工状态用作导电材料状态用作导电材料635(2) (2) 杂质元素会降低导电性和导热性杂质元素会降低导电性和导热性2 2、耐蚀性好，可在大气、淡水、水蒸气、耐蚀性好，可在大气、淡水、水蒸气及海水中工作及海水中工作3 3、无磁性，用于制造不受磁场干扰的磁、无磁性，用于制造不受磁场干扰的磁学仪器4 4、塑性极高塑性极高636二、杂质元素对铜塑性的影响二、杂质元素对铜塑性的影响1 1、铋和铅与铜形成低熔点共晶，加热时、铋和铅与铜形成低熔点共晶，加热时在晶界形成液膜，造成热脆在晶界形成液膜，造成热脆2 2、铋和锑在晶界偏聚，降低晶界能，产、铋和锑在晶界偏聚，降低晶界能，产生强烈的晶界脆化生强烈的晶界脆化3 3、含氧铜在还原气氛中退火，氢渗入铜、含氧铜在还原气氛中退火，氢渗入铜与氧生成水蒸气，造成破裂。

与氧生成水蒸气，造成破裂637三、工业纯铜的应用三、工业纯铜的应用1 1、无氧铜：、无氧铜：TU1TU1，，TU2TU2锰脱氧铜：锰脱氧铜：TMUTMU用做电真空器件用做电真空器件2 2、磷脱氧铜：、磷脱氧铜：TUPTUP用做焊接铜材，制作用做焊接铜材，制作热交换器、冷凝管等热交换器、冷凝管等3 3、含氧铜（、含氧铜（>0.01%>0.01%））(1) T1(1) T1，，T2T2：含氧较低，用于导电合金含氧较低，用于导电合金2) T3(2) T3，，T4T4：含氧较高，用于一般铜材含氧较高，用于一般铜材638 §§10-210-2黄铜黄铜一、二元黄铜的组织和性能一、二元黄铜的组织和性能黄铜：铜－锌合金黄铜：铜－锌合金1 1、、Zn≤36%Zn≤36%(1) (1) 组织：单相组织：单相αα固溶体，固溶体，ZnZn起固溶强化起固溶强化作用2) (2) 性能：塑性好，能承受冷热塑性变形性能：塑性好，能承受冷热塑性变形但在但在200200－－700℃700℃存在低塑性区存在低塑性区6392 2、、ZnZn：：3636－－46%46%(1) (1) 组织：双相。

组织：双相 468℃468℃以上：以上：αα＋＋ββ，（，（ββ为以电子为以电子化合物化合物CuZnCuZn为基的固溶体），可形变为基的固溶体），可形变 468℃468℃以下：以下：αα＋＋ββ’（（ ββ有序化后有序化后为为ββ’）不可形变不可形变2) (2) 性能：强度上升，塑性下降性能：强度上升，塑性下降6403 3、性能及用途、性能及用途(1) (1) 低锌黄铜：低锌黄铜：H96H96，，H90H90，，H85H85 良好的导电性、导热性、和耐蚀性，良好的导电性、导热性、和耐蚀性，适宜的强度和良好的塑性适宜的强度和良好的塑性 用于制作冷凝器和散热器用于制作冷凝器和散热器 641(2) (2) 三七黄铜：三七黄铜：H70H70，，H68H68 强度较高，塑性特别好用于深冲和强度较高，塑性特别好用于深冲和深拉制造形状复杂的零件如散热器外深拉制造形状复杂的零件如散热器外壳，导管，波纹管，枪弹和炮弹壳体壳，导管，波纹管，枪弹和炮弹壳体3) (3) 四六黄铜：四六黄铜：H62H62，，H59H59。

强度高，塑性较好可承受热加工强度高，塑性较好可承受热加工 用于制作销钉、螺帽及散热器零件用于制作销钉、螺帽及散热器零件642二、多元黄铜二、多元黄铜 在二元黄铜的基础上加入其它合金元在二元黄铜的基础上加入其它合金元素的黄铜素的黄铜 常用合金元素：常用合金元素：SiSi，，AlAl，，SnSn，，PbPb，，MnMn，，FeFe，，NiNi等1 1、虚拟锌含量、虚拟锌含量ZnZn＊＊ 综合反映合金元素扩大或缩小综合反映合金元素扩大或缩小αα相区相区的影响 6432 2、铝黄铜、铝黄铜 (1) (1) 形成致密氧化膜，提高耐蚀性形成致密氧化膜，提高耐蚀性 (2) (2) 固溶强化固溶强化3 3、锡黄铜、锡黄铜 (1) (1) 提高海水中的耐蚀性提高海水中的耐蚀性 (2) (2) 固溶强化固溶强化4 4、铅黄铜、铅黄铜 提高切削性提高切削性 644 三、黄铜的热处理三、黄铜的热处理1 1、低温退火、低温退火(1) (1) 目的：消除内应力，防止应力腐蚀和目的：消除内应力，防止应力腐蚀和变形2)(2)工艺：工艺：260260－－300℃300℃，，1h1h。

2 2、再结晶退火、再结晶退火(1) (1) 目的：消除加工硬化，恢复塑性目的：消除加工硬化，恢复塑性2) (2) 工艺：工艺：550550－－650℃650℃645 §§10-3 10-3 青铜青铜 青铜是铜和青铜是铜和SnSn，，AlAl，，SiSi，，BeBe，，MnMn，，ZrZr，，TiTi等合金的通称按成分可分为等合金的通称按成分可分为锡青铜和特殊青铜锡青铜和特殊青铜一、锡青铜一、锡青铜 锡青铜是人类历史上最早应用的合金锡青铜是人类历史上最早应用的合金1 1、化学成分、化学成分 SnSn：：≤≤14%14%6462 2、组织、组织 (1) Sn≤6%(1) Sn≤6%：：αα相固溶体相固溶体2) (2) SnSn>6%>6%：：αα＋＋δδ（（δδ为电子化合物为电子化合物CuCu3131SnSn8 8）） 加热到加热到700700－－800℃800℃，为单相，为单相αα；退；退火冷却时由于火冷却时由于δδ相析出慢，室温下仍为相析出慢，室温下仍为αα相单相固溶体相单相固溶体。

6473 3、特点、特点 (1) (1) 铸件集中收缩小，适于铸造形状复杂，铸件集中收缩小，适于铸造形状复杂，壁厚变化大的器件壁厚变化大的器件2) (2) 分散缩孔多，致密性差，高压下容易分散缩孔多，致密性差，高压下容易渗漏 原因：液固相线结晶间隔大，枝状原因：液固相线结晶间隔大，枝状晶发达，液体流动性差，易形成分散缩晶发达，液体流动性差，易形成分散缩孔，集中收缩小孔，集中收缩小6484 4、性能、性能 强度：随强度：随SnSn% %升高而增加；升高而增加；塑性：随塑性：随SnSn% %升高而增加，升高而增加，SnSn>6%>6%后急剧下后急剧下降6495 5、用途、用途SnSn<7%<7%，变形锡青铜塑性高，强度适宜变形锡青铜塑性高，强度适宜 SnSn>10%>10%，铸造锡青铜，如，铸造锡青铜，如QZSn10QZSn10 在大气，海水和碱性溶液中有良好的耐蚀在大气，海水和碱性溶液中有良好的耐蚀性，用于铸造海上船舶和矿山机械零件性，用于铸造海上船舶和矿山机械零件6506 6、多元锡青铜、多元锡青铜 在锡青铜中加入其它合金元素，改在锡青铜中加入其它合金元素，改善工艺性能和力学性能。

善工艺性能和力学性能1) (1) 锡磷青铜锡磷青铜 ① ①P<0.4%P<0.4%：固溶强化，提高弹性极限和：固溶强化，提高弹性极限和疲劳强度疲劳强度 如如QZSn6.5QZSn6.5－－0.1(P)0.1(P)：采用冷形变硬化，：采用冷形变硬化，用于制作导电性好的弹簧、接触片、仪器用于制作导电性好的弹簧、接触片、仪器齿轮等耐磨和抗磁元件齿轮等耐磨和抗磁元件651②P=1%②P=1%：生成：生成α+δ+Cu3Pα+δ+Cu3P三元共晶，提高三元共晶，提高耐磨性，但不能形变耐磨性，但不能形变如如QZSn10QZSn10－－1 1（（P P），铸造青铜，用于制作），铸造青铜，用于制作耐磨的轴承合金耐磨的轴承合金2) (2) 锡锌青铜锡锌青铜 锌：提高铜液的流动性，脱氧除气，提锌：提高铜液的流动性，脱氧除气，提高铸件密度固溶强化高铸件密度固溶强化如如QSn4QSn4－－3 3（（ZnZn），用于制作弹簧等弹性），用于制作弹簧等弹性元件和抗磁元件元件和抗磁元件652二、铝青铜二、铝青铜 铝青铜有良好的力学性能、耐蚀性铝青铜有良好的力学性能、耐蚀性含耐磨性，是应用最广泛的一种特殊青含耐磨性，是应用最广泛的一种特殊青铜。

铜1 1、组织、组织(1) Al≤5-8%(1) Al≤5-8%：为单相：为单相αα合金 铝有强的固溶强化作用塑性好，可铝有强的固溶强化作用塑性好，可形变加工形变加工653(2) Al>8%(2) Al>8%：高温为：高温为αα＋＋ββ，可承受热加，可承受热加工或铸造成形工或铸造成形ββ相：以电子化合物相：以电子化合物Cu3AlCu3Al为基的固溶体，为基的固溶体，bccbcc点阵 565℃565℃发生共析转变，形成发生共析转变，形成αα＋＋γ2γ2也可淬火得到马氏体也可淬火得到马氏体 γ2γ2相硬而脆，能提高合金的耐磨性相硬而脆，能提高合金的耐磨性6542 2、铸造性能、铸造性能(1) (1) 流动性极高，缩孔集中，致密度高流动性极高，缩孔集中，致密度高2) (2) 体积收缩大，要求有大的冒口体积收缩大，要求有大的冒口3 3、耐蚀性、耐蚀性 表面生成致密的复合氧化膜，耐蚀表面生成致密的复合氧化膜，耐蚀性优于黄铜和锡青铜性优于黄铜和锡青铜6554 4、多元铝青铜、多元铝青铜FeFe：细化铸态组织，改善热塑性（凝固时：细化铸态组织，改善热塑性（凝固时形成细小形成细小FeAl3FeAl3质点）。

质点） 阻碍再结晶，细化晶粒阻碍再结晶，细化晶粒 减慢减慢ββ相共析分解，淬火后回火时相共析分解，淬火后回火时ββ相分解，使合金强化相分解，使合金强化NiNi：提高热稳定性和耐蚀性提高热稳定性和耐蚀性 形成细小弥散的形成细小弥散的K K相，提高强度相，提高强度6565 5、典型牌号、典型牌号QAl10QAl10－－4 4－－4 4：：10%Al10%Al，，4%Ni4%Ni，，4%Fe4%Fe性能：性能：σbσb：：650MPa650MPa，，δδ：：40%40%σbσb：：1000MPa1000MPa，，δδ：：12%12%（冷变形状态）（冷变形状态）用途：制造受力大，转速高，要求耐热，用途：制造受力大，转速高，要求耐热，耐磨的零件如排气门座，齿轮，蜗杆耐磨的零件如排气门座，齿轮，蜗杆657 §§10-4 10-4 白铜白铜 白铜是以白铜是以NiNi为主要合金元素的铜合为主要合金元素的铜合金，可分为结构白铜和电工白铜金，可分为结构白铜和电工白铜一、结构白铜一、结构白铜1 1、普通白铜、普通白铜658(1) (1) 只含只含NiNi，常用牌号为，常用牌号为B10B10，，B20B20，，B30B30等。

等2) (2) 为单相固溶体为单相固溶体3) (3) 耐蚀性好耐蚀性好4)(4)　冷热加工性好　冷热加工性好5) (5) 广泛用于船舶，电站，石油化工，医广泛用于船舶，电站，石油化工，医疗器械等部门，如冷凝器，热交换器疗器械等部门，如冷凝器，热交换器6592 2、锌白铜、锌白铜(1) Zn(1) Zn在白铜中起固溶强化，提高耐蚀性在白铜中起固溶强化，提高耐蚀性作用2) (2) 以以BZn15BZn15－－2020应用最广（应用最广（NiNi：：15%15%，，ZnZn：：20%20%）3) (3) 高强度，高弹性高强度，高弹性4) (4) 用于仪器，医疗器械，艺术制品等用于仪器，医疗器械，艺术制品等 6603 3、铝白铜、铝白铜(1) Al(1) Al析出析出θθ－－NiAlNiAl，，ββ－－NiAl2NiAl2，起沉，起沉淀强化作用淀强化作用 900℃900℃固溶，冷轧形变量为固溶，冷轧形变量为25%25%，，550℃550℃时效 σbσb：：800800－－900MPa900MPa，，δδ：：5 5－－10%10%2) (2) 高强度，高弹性，高耐蚀性高强度，高弹性，高耐蚀性。

3) (3) 制作弹簧等高强度零件，舰船冷凝器制作弹簧等高强度零件，舰船冷凝器等661二、电工白铜二、电工白铜1 1、康铜（含、康铜（含NiNi：：40%40%，，MnMn：：1.5%1.5%））制作热电偶，工作温度：－制作热电偶，工作温度：－200200～～600℃600℃2 2、考铜（含、考铜（含NiNi：：43%43%，，MnMn：：0.5%0.5%））制作热电偶，工作温度：－制作热电偶，工作温度：－253253～室温3 3、、B0.6B0.6白铜（含白铜（含NiNi：：0.6%0.6%））可作铂铑－铂热电偶补偿导线可作铂铑－铂热电偶补偿导线662第十一章第十一章 钛合金钛合金663 钛钛在在地地壳壳中中的的含含量量仅仅次次于于AlAl，，FeFe，，MgMg而而占占第第四四位位，，比比CuCu，，NiNi，，PbPb，，ZnZn的的总总和和还还多多1616倍倍从从工工业业价价值值，，资资源源寿寿命命，，发发展展前前景景看看，，它它仅仅次次于于FeFe和和AlAl，，被称为正在崛起的第三金属被称为正在崛起的第三金属664 §§11-1 11-1 工业纯钛工业纯钛一、钛的性能一、钛的性能1. 1. 固态下有同素异构转变。

固态下有同素异构转变 <882℃<882℃，，hcphcp结构，称结构，称αα－－TiTi 882-1678℃882-1678℃，，bccbcc结构，称结构，称ββ－－TiTi2. 2. 比重小，比强度高比重小，比强度高3. 3. 优良的耐蚀性优良的耐蚀性 6654. 4. 低温性能好低温性能好5. 5. 塑性好，有极高的冷加工硬化效应塑性好，有极高的冷加工硬化效应6. 6. 耐热性较差耐热性较差7. 7. 导热系数低，线膨胀系数小导热系数低，线膨胀系数小 666 二、杂质元素的影响二、杂质元素的影响1. 1. 氧氧 (1) (1) 主要杂质元素，固溶强化作用明显主要杂质元素，固溶强化作用明显 (2) (2) 一般含量为一般含量为0.10-0.20%0.10-0.20%2. 2. 氮氮 (1) (1) 间隙固溶强化作用比氧强烈，塑性急间隙固溶强化作用比氧强烈，塑性急剧降低 (2) (2) 一般含量为一般含量为<0.03-0.06%<0.03-0.06%667 3. 3. 氢氢 最有害的杂质元素最有害的杂质元素 (1) (1) 高温时形成间隙固溶体，室温时几高温时形成间隙固溶体，室温时几乎全部以乎全部以TiHTiH2 2化合物析出。

化合物析出 (2) (2) 强烈降低冲击韧性，增大缺口敏感强烈降低冲击韧性，增大缺口敏感性4. 4. 碳碳 一般不超过一般不超过0.1%0.1%，形成间隙固溶体形成间隙固溶体668三、牌号及用途三、牌号及用途1 1、牌号及性能、牌号及性能 牌号：牌号：TA1TA1，，TA2TA2，，TA3TA3 杂质元素含量递增，强度递增，塑杂质元素含量递增，强度递增，塑性下降 σbσb：：350350－－700MPa700MPa，，δδ：：4040－－20%20%669 2 2、热处理、热处理再结晶退火：再结晶退火：600600－－700℃700℃，空冷消除应力退火：消除应力退火：450450－－650℃650℃，空冷3 3、用途、用途 飞机、船舶、化工及海水淡化方面的飞机、船舶、化工及海水淡化方面的零件 670§§11-2 11-2 钛的合金化钛的合金化 一、一、 合金元素的分类合金元素的分类1 1、、αα相稳定元素相稳定元素 提高提高αα－－ββ转变温度，扩大转变温度，扩大αα相区相区 AlAl，，O O，，N N，，C C等。

等2 2、、ββ相稳定元素相稳定元素 降低降低αα－－ββ转变温度，扩大转变温度，扩大ββ相区相区 671 (1) (1) 无限固溶型无限固溶型ββ稳定元素稳定元素 与与ββ相形成无限固溶体相形成无限固溶体 MoMo，，V V，，NbNb，，TaTa2) (2) 共析型共析型ββ稳定元素稳定元素 与与ββ相形成有限固溶体，并具有相形成有限固溶体，并具有共析转变共析转变 CuCu，，AgAg，，SiSi，，FeFe，，MnMn，，CrCr，，CoCo，，Ni Ni 6723 3、中性元素、中性元素 对对αα－－ββ转变影响不大转变影响不大 (1) (1) ZrZr，，HfHf：与：与αα，，ββ均无限固溶均无限固溶 (2) (2) SnSn：与：与ββ无限固溶，与无限固溶，与αα有限固溶有限固溶 673二、二、 常用合金元素对性能的影响常用合金元素对性能的影响1 1、固溶强化、固溶强化 ZrZr、、SnSn、、AlAl、、V V、、MoMo、、CuCu、、SiSi。

2 2、提高热强性、提高热强性 AlAl、、V V、、MoMo、、CuCu、、SiSi3 3、减少氢脆、减少氢脆 AlAl、、V V、、MoMo4 4、时效强化、时效强化 CuCu 674 §§11-3 α11-3 α型钛合金型钛合金 显微组织是显微组织是αα相组织没有相变，可相组织没有相变，可通过冷形变和退火控制通过冷形变和退火控制αα相晶粒大小相晶粒大小675一、一、 合金化合金化1 1、主要合金元素：、主要合金元素：αα稳定元素稳定元素AlAl2 2、次要合金元素：中性元素、次要合金元素：中性元素SnSn，，ZrZr3 3、作用：固溶强化，提高热强性，减、作用：固溶强化，提高热强性，减少氢脆 6764 4、典型合金：、典型合金：TiTi－－5Al5Al－－2.5Sn2.5Sn(1)300℃(1)300℃以下应用以下应用2)(2)冷加工困难，易加工硬化冷加工困难，易加工硬化 (3) (3) 用途：焊丝材料；汽车，眼镜架，用途：焊丝材料；汽车，眼镜架，钟表，高尔夫球头等。

钟表，高尔夫球头等677二、二、 AlAl当量当量 1 1、、 AlAl当量＝当量＝AlAl＋＋1 1／／3Sn3Sn＋＋1 1／／6Zr6Zr＋＋1 1／／2Ga2Ga＋＋1010（（O O＋＋C C＋＋2N2N）） 2 2、当、当AlAl当量当量>9>9时，产生时，产生TiTi3 3AlAl，使脆性，使脆性增加 3 3、采用增加合金元素的方法，进一步提、采用增加合金元素的方法，进一步提高强度有困难高强度有困难678三、三、 时效硬化（发展方向之一）时效硬化（发展方向之一）1 1、加入、加入2.5%Cu2.5%Cu，，400400／／475℃475℃二次时效二次时效IMI230Ti-25CuIMI230Ti-25Cu合金）合金）2 2、析出团盘状细小共格的、析出团盘状细小共格的Ti2CuTi2Cu相产生时效硬化时效硬化3 3、可冷加工、焊接可冷加工、焊接4 4、唯一广泛应用于发动机铸件和法兰盘、唯一广泛应用于发动机铸件和法兰盘的真正的时效硬化钛合金的真正的时效硬化钛合金679四、近四、近αα钛合金（发展方向之一）钛合金（发展方向之一） 1 1、加入少量、加入少量ββ稳定元素（稳定元素（≤≤2%2%），产生），产生少量少量ββ相。

相 2 2、、ββ相的作用：相的作用： (1) (1) 改善热加工性改善热加工性 (2) (2) 改善性能改善性能680 ① ①通过通过β→αβ→α转变，得到等轴转变，得到等轴αα相 等轴等轴αα相有高的拉伸强度和低周疲劳性相有高的拉伸强度和低周疲劳性能 ② ②由由β→αβ→α转变，得到片状转变，得到片状αα组织 片状片状αα相有高的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩相有高的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性6813 3、典型合金、典型合金(1) Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si (1) Ti-11Sn-2.25Al-5Zr-1Mo-0.2Si （（IMI679IMI679））(2) (2) SnSn：含量高，产生固溶强化作用，同：含量高，产生固溶强化作用，同时时AlAl当量低3) (3) ZrZr：加强固溶强化作用加强固溶强化作用 682(4) Mo(4) Mo：稳定：稳定ββ，提高热加工性提高热加工性5) Si(5) Si：固溶于：固溶于αα相后在位错处偏析，使相后在位错处偏析，使σbσb↑↑，，σσ蠕蠕↑↑ (6) (6) 性能性能 σσb b：：1100MPa; σ1100MPa; σ0.20.2：：990MPa; δ990MPa; δ：：15%15%。

683 §§11-4 α11-4 α＋＋ββ型合金型合金 显微组织为显微组织为αα＋＋ββ相混合组织是相混合组织是目前最重要，使用最广泛的钛合金目前最重要，使用最广泛的钛合金　　684一、一、 特点特点1 1、含有较多的、含有较多的αα相稳定元素和相稳定元素和4 4－－6%β6%β相相稳定元素，稳定元素，αα，，ββ相数量都较多相数量都较多2 2、、ββ相在冷却时不转变，而在时效时产生相在冷却时不转变，而在时效时产生析出强化析出强化3 3、退火或淬火时效态使用；可在、退火或淬火时效态使用；可在αα＋＋ββ相相区或区或ββ相区热加工组织，性能调整余地相区热加工组织，性能调整余地大685二、二、 Ti-6Al-4VTi-6Al-4V　　　占整个钛合金用量的　　　占整个钛合金用量的50%50% 1. 1. 既有高强度又有好的加工成型性既有高强度又有好的加工成型性 2. 400℃2. 400℃以上，蠕变强度稍逊以上，蠕变强度稍逊6863.3.用途用途 (1) (1) 用作压气机盘件，叶片和其它锻件，用作压气机盘件，叶片和其它锻件，重量减轻约重量减轻约30%30%。

(2) (2) 蒸汽轮机叶片，长蒸汽轮机叶片，长101.6cm101.6cm，用于，用于7070万万KαKα透平机 (3) (3) 深海压力容器（深海压力容器（1 1万米深）万米深） (4) (4) 电磁烹调器具电磁烹调器具 (5) (5) 火箭发动机外壳火箭发动机外壳687三、三、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6MoTi-6Al-2Sn-4Zr-6Mo 在在Ti-6-2-4-2Ti-6-2-4-2合金中增加合金中增加MoMo含量，含量，使强度更高，淬透性更好使强度更高，淬透性更好 σbσb：：1270MPa1270MPa，，σ0.2σ0.2：：1170MPa1170MPa，， δδ：：10%10% 用于用于F100F100发动机风扇盘发动机风扇盘 688§§14-6 β14-6 β型钛合金型钛合金显微组织为显微组织为ββ组织一、一、 特点特点1. 1. 加工性能好加工性能好2. 2. 强度高3. 3. 热稳定性较差热稳定性较差4. 4. 合金元素含量高，易产生偏析合金元素含量高，易产生偏析689二、二、 合金化合金化1. β1. β稳定元素含量高，不产生形变诱发稳定元素含量高，不产生形变诱发马氏体，提高冷成型性。

马氏体，提高冷成型性2. 2. 较多的较多的αα稳定元素和中性元素，时效稳定元素和中性元素，时效析出析出αα相，提高强度相，提高强度3. 3. 稳定共析反应的元素不可多，否则不稳定共析反应的元素不可多，否则不利于时效析出利于时效析出 690三、三、 典型合金典型合金 1 1、、Ti-13V-11Cr-3AlTi-13V-11Cr-3Al 最先研制的最先研制的ββ型钛合金型钛合金 (1) (1) 淬火＋淬火＋480℃480℃时效，时效，σσb b：：1300MPa1300MPa 用于制作用于制作SR-71SR-71飞机蒙皮飞机蒙皮 (2) (2) 缺点：长期使用因析出缺点：长期使用因析出TiCr2TiCr2而脆化，而脆化，焊接时析出焊接时析出ωω相，可焊性差相，可焊性差691 2 2、、Ti-4.5Sn-6Zr-11.5MoTi-4.5Sn-6Zr-11.5Mo (1)750 (1)750－－775℃775℃固溶快冷，固溶快冷，475℃475℃时效，时效，析出细小析出细小αα相，相，σσb b：：1400MPa1400MPa (2)(2)冷变形加工强化析出强化。

冷变形加工强化析出强化 σσb b：：1700MPa1700MPa，且不产生缺口敏感性且不产生缺口敏感性。