隨著鑄鐵的廣泛應(yīng)用，對(duì)鑄鐵性能的要求也越來(lái)越高。不但要求鑄鐵具有更高的力學(xué)性能，還要求其具有某種特殊的性能（如耐熱、耐磨、耐蝕等）。為滿足要求可在常用灰鑄鐵或球墨鑄鐵中加入一定量的合金元素，這些鑄鐵稱為特殊性能鑄鐵，又叫合金鑄鐵。特殊性能鑄鐵是在腐蝕介質(zhì)中、高溫條件下或劇烈摩擦、磨損等場(chǎng)合使用的鑄鐵。與相似條件下使用的合金鋼相比，熔煉鑄造更簡(jiǎn)便，成本低廉，且有良好的使用性能。缺點(diǎn)是力學(xué)性能比合金鋼低，脆性較大，容易破裂。根據(jù)特殊性能鑄鐵的特性，可將其分為抗磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵。加熱爐爐底板、馬弗罐、廢氣管道、

金屬型常用的材料有鑄鐵、鑄鋼和銅合金。(1)鑄鐵鑄鐵是制造金屬型的主要材料，其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，鑄造和機(jī)械加工性能好，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率較差，特別是在高溫下（425℃以上）的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，易產(chǎn)生裂紋及燒傷。在灰鑄鐵中加入一定量的鉻、銅、鉬等合金元素，可提高其性能和使用壽命。任何情況下制作金屬型的灰鑄鐵都不應(yīng)含有一次滲碳體。孕育鑄鐵具有較高的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，組織均一性好，同時(shí)對(duì)鑄件壁厚變化敏感性低。球墨鑄鐵具有良好的耐熱和耐蝕性能，比片狀石墨鑄鐵金屬型產(chǎn)生裂紋的可能性小，蠕墨

常用冷作模具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及用途如下。1)低合金冷作模具鋼。這類鋼的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，加工性能好，能基本上滿足模具的工作要求。其中應(yīng)用較廣泛的鋼號(hào)有9Mn2V、9SiCr、CrWMn和GCr15等，與碳素工具鋼相比，低合金模具鋼具有較高的淬透性、較好的耐磨性和較小的淬火變形，因其耐回火性較好而可在稍高的溫度下回火，故綜合力學(xué)性能較佳，常用來(lái)制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜、精度較高的模具。2) Cr12型冷作模具鋼。Cr12型模具鋼是目前較常用的冷作模具鋼，相對(duì)于碳素工具鋼和低合金工具鋼來(lái)說(shuō)，這類鋼具有更高的淬透

蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能，介于基體組織相同的優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。當(dāng)化學(xué)成分一定時(shí)。這類鑄鐵的強(qiáng)度比灰鑄鐵高，破壞時(shí)應(yīng)變較大，具有一定的韌性。又由于石墨是相連接的，因此強(qiáng)度和韌性都不如球墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵對(duì)斷面的敏感性較灰鑄鐵要小。有資料表明，當(dāng)斷面增厚到200mm時(shí)，蠕墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度雖然下降了20%~30%，但其絕對(duì)值仍有300MPa左右，但當(dāng)普通灰鑄鐵或高強(qiáng)度灰鑄鐵的斷面增厚到100mm時(shí)，強(qiáng)度便要下降50%，其絕對(duì)值更低。蠕墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度對(duì)碳當(dāng)量變化的敏感性比普通灰鑄鐵要小得多，甚至當(dāng)珠光體或鐵素體蠕墨鑄鐵的

1．熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)應(yīng)該很小以減小熱應(yīng)力，這主要取決于金相組織的類型。組織為馬氏體、貝氏體和鐵素體的所有鋼通常具有相同的熱膨脹系數(shù)，而奧氏體鋼的熱膨脹系數(shù)要大得多。2．導(dǎo)熱性高的導(dǎo)熱性可減小溫度梯度，從而減小熱應(yīng)力。3．熱屈服強(qiáng)度熱屈服強(qiáng)度決定著塑性變形的大小，由于熱裂是由熱疲勞造成的，而塑性變形控制著疲勞破壞的程度，所以熱屈服強(qiáng)度高，意味著塑性變形小，從而熱疲勞破壞的程度低。具有較高熱屈服強(qiáng)度的模具材料能很好地抵抗熱裂紋的產(chǎn)生。4．抗回火性如果模具材料開始時(shí)熱屈服強(qiáng)度較高，使用時(shí)由于接觸高溫逐漸軟化，這樣塑性

高速工具鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%~1.65%，可以保證形成足夠的合金碳化物，淬火加熱時(shí)部分碳化物溶于奧氏體，保證了馬氏體的高硬度，另一部分未溶碳化物則可阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。高速工具鋼中加入的鎢、鋁、鉻、釩、鉆等合金元素，可提高淬透性、熱硬性及耐磨性。鎢是提高熱硬性的主要元素，它在高速工具鋼中形成很穩(wěn)定的合金碳化物( Fe4W2C)，淬火后形成含有大量鎢（及其他合金元素）的馬氏體，提高了馬氏體的耐回火性；并且在560℃的回火過(guò)程中鎢又以彌散的特殊碳化物(W2C)析出，可造成二次硬化，使鋼具有高的熱硬性；未溶的合金碳化

對(duì)于承受交變應(yīng)力、對(duì)綜合力學(xué)性能要求較高的球墨鑄鐵件，如連桿、曲柄等可采用調(diào)質(zhì)處理。淬火加熱溫度為880~ 920℃，保溫后一般采用油淬火得到細(xì)片馬氏體，再經(jīng)550~600℃回火，其組織為回火索氏體加球狀石墨，調(diào)質(zhì)處理后不僅強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度可達(dá)800~ 1000MPa，而且塑性、韌性比正火狀態(tài)好，但僅適用于小型鑄件，尺寸過(guò)大時(shí)，內(nèi)部淬不透，調(diào)質(zhì)效果不好。球墨鑄鐵淬火后硬度可達(dá)到58~60HRC，但脆性大，必須進(jìn)行回火，球墨鑄鐵的回火也分為低溫回火(140~250℃)、中溫回火(350~500℃)和高溫回火(500~

耐熱鋼是指在高溫下具有較好的抗氧化性并兼有高溫強(qiáng)度的鋼。它主要用于制造動(dòng)力機(jī)械（如內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)），鍋爐，石油、化工設(shè)備及航空航天設(shè)備中某些在高溫下工作的零件或構(gòu)件。(1)高溫抗氧化性  金屬的高溫抗氧化性是指在高溫下金屬表面能迅速氧化形成一層致密的氧化膜，使金屬不再繼續(xù)氧化。一般鋼鐵材料在570℃以上的溫度下表面容易氧化，這主要是由于在較高溫度下鋼表面生成疏松多孔的FeO，氧原子容易通過(guò)FeO向鋼的內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散，使其不斷被氧化，溫度越高，氧化速度越快，致使零件被破壞。為了提高鋼材在高

鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)叫做淬火冷卻介質(zhì)。淬火冷卻介質(zhì)冷卻能力越大，鋼的冷卻速度越快，越容易超過(guò)鋼的臨界冷卻速度，則工件越容易淬透，淬透層的深度越深。但是，冷卻速度過(guò)大將產(chǎn)生巨大的淬火應(yīng)力，易于使工件產(chǎn)生變形或開裂。650℃以上應(yīng)當(dāng)緩慢冷卻，以盡量降低淬火熱應(yīng)力。650~400℃之間應(yīng)當(dāng)快速冷卻，以通過(guò)過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域，避免發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變。在400℃以下Ms點(diǎn)附近的溫度區(qū)域，應(yīng)當(dāng)緩慢冷卻以盡量減小馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。常用淬火冷卻介質(zhì)有水、鹽水或堿水溶液及各種礦物油等，其冷卻

控制軋制和控制冷卻工藝是一項(xiàng)節(jié)約合金，簡(jiǎn)化工序，節(jié)約能源消耗的先進(jìn)軋鋼技術(shù)。它能通過(guò)工藝手段充分挖掘鋼材潛力，大幅度提高鋼材綜合性能。由于它具有形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的綜合作用，所以既能提高鋼材強(qiáng)度又能改善鋼材的韌性和塑性?？刂栖堉? Controlled rolling)是在熱軋過(guò)程中通過(guò)對(duì)金屬加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使熱塑性變形與固態(tài)相變結(jié)合，以獲得細(xì)小晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能的軋制新工藝。對(duì)于低碳鋼、低合金鋼來(lái)說(shuō)，采用控制軋制工藝主要是通過(guò)控制工藝參數(shù)，細(xì)化變形奧氏體晶粒，經(jīng)過(guò)奧氏體

(1)力學(xué)性能 灰鑄鐵的組織相當(dāng)于以鋼為基體再加片狀石墨。基體中含有比鋼更多的硅、錳等元素，這些元素可溶入鐵素體而使基體強(qiáng)化，因此其基體的強(qiáng)度與硬度不低于相應(yīng)的鋼。片狀石墨的強(qiáng)度、塑性、韌性幾乎為零，可近似地把它看成是一些微裂紋，它不僅割裂了基體組織的連續(xù)性，縮小了基體承受載荷的有效截面，而且在石墨的尖端容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)鑄鐵件受拉力或沖擊力作用時(shí)容易產(chǎn)生脆斷。因此，灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、塑性、韌性遠(yuǎn)比相同基體的鋼低很多。鑄鐵中石墨片的數(shù)量越多、石墨片越粗大、分布越不均勻，對(duì)基體的割裂作用和應(yīng)力集

鑄鐵中的碳原子以石墨形式析出的過(guò)程稱為石墨化。鑄鐵的石墨化可以按照Fe-G相圖，由液態(tài)和固態(tài)中直接生成石墨；也可以按照Fe-Fe3C相圖結(jié)晶出滲碳體，隨后滲碳體在一定條件下分解出石墨。現(xiàn)以過(guò)共晶合金的鐵液為例，當(dāng)它以極緩慢的速度冷卻，并全部按Fe-G相圖進(jìn)行結(jié)晶時(shí)，鑄鐵的石墨化過(guò)程可分為以下三個(gè)階段。第一階段石墨化。是指從過(guò)共晶鐵液中析出一次石墨和在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)析出共晶石墨，以及由一次滲碳體及共晶滲碳體在高溫下分解析出石墨的過(guò)程。第二階段石墨化。從共晶結(jié)晶至共析結(jié)晶階段，稱二次結(jié)晶階段。包括奧氏體沿E′S

鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵合金，是將鑄造生鐵（部分煉鋼生鐵）在爐中重新熔化，并加入鐵合金、廢鋼、回爐鐵調(diào)整成分而得到的。鑄鐵由于其生產(chǎn)設(shè)備、熔煉工藝簡(jiǎn)單，且價(jià)格低廉，并具有優(yōu)良的鑄造性能、可加工性、減摩性及減振性等一系列性能特點(diǎn)，因此，是目前應(yīng)用最廣泛的鑄造合金。特別是近年來(lái)由于稀土鎂球墨鑄鐵的發(fā)展，更進(jìn)一步打破了鋼與鑄鐵的使用界限，不少過(guò)去是使用碳素鋼和合金鋼制造的零件如今已成功地用球墨鑄鐵來(lái)代替，這不僅節(jié)約了大量的優(yōu)質(zhì)鋼材，同時(shí)還大大降低了生產(chǎn)成本，從而使鑄鐵的應(yīng)用范圍更為廣泛。鑄鐵中的碳是以化合態(tài)的滲

某些機(jī)器零件在復(fù)雜應(yīng)力條件下工作時(shí)，表面和心部承受不同的應(yīng)力狀態(tài)，往往要求零件表面和心部具有不同的性能。為此，除上述整體熱處理外，還發(fā)展了表面熱處理技術(shù)，其中包括只改變工件表面層組織的表面淬火工藝和既改變工件表面層組織，又改變表面化學(xué)成分的化學(xué)熱處理工藝。表面淬火是將工件快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。齒輪、凸輪、曲軸及各種軸類等零件在扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變載荷下工作，并承受摩擦和沖擊，其表面要比心部承受更高的應(yīng)力。因此，要求零件表面具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，要求心部具有一定的強(qiáng)度

為了提高鋼的耐蝕性主要采取以下三種措施。(1)形成鈍化膜在鋼中加入大量的合金元素（常用鉻），使金屬表面形成一層致密的、牢固的氧化膜（如Cr2O3等），使鋼與外界隔絕而阻止進(jìn)一步氧化。(2)提高電極電位在鋼中加入大量合金元素，使鋼基體（鐵素體、奧氏體、馬氏體）的電極電位顯著提高，從而提高其抵抗電化學(xué)腐蝕的能力。常加入的合金元素有鉻、鎳、硅等。(3)形成單相組織在鋼中加入大量鉻或鉻合金元素，使鋼能形成單相的鐵素體或奧氏體組織，以阻止形成微電池，從而顯著提高其耐蝕性。

銅和銅合金的焊接可用焊條電弧焊、氣焊、埋弧焊、氬弧焊、氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、電子束焊等方法進(jìn)行。由于銅的電阻很小，不宜采用電阻焊方法。焊接紫銅和青銅時(shí)，采用氬弧焊能有效地保證質(zhì)量。因?yàn)闅寤『改鼙Ｗo(hù)熔池不被氧化，而且熱源熱量集中，能減少變形，并保證焊透。焊接時(shí)，可用特制的含硅、錳等脫氧元素的紫銅焊絲進(jìn)行焊接，也可用一般的紫銅絲或從焊件上剪料作焊絲，但此時(shí)必須使用熔劑來(lái)溶解銅的氧化物，以保證焊接質(zhì)量。焊接紫銅和錫青銅所用熔劑主要成分為硼砂和硼酸，焊接鋁青銅時(shí)所用溶劑主要成分是氯化物和氟化物。氣焊時(shí)應(yīng)采用嚴(yán)格的中性焰，

工業(yè)上用于焊接的有紫銅、黃銅和青銅。與低碳鋼相比，焊接性較差，其焊接特點(diǎn)如下。(1)難熔合  銅及銅合金的導(dǎo)熱性很強(qiáng)，焊接時(shí)熱量很快從加熱區(qū)傳導(dǎo)出去，導(dǎo)致焊件溫度難以升高，金屬難以熔化，填充金屬與母材不能良好熔合。另外，由于流動(dòng)性好，造成焊縫成形能力差。(2)易變形開裂  銅及銅合金的線膨脹系數(shù)及收縮率都較大，并且由于導(dǎo)熱性好，使焊接熱影響區(qū)變寬，導(dǎo)致焊件易產(chǎn)生較大的變形。另外，銅及銅合金在高溫液態(tài)下極易氧化，生成的氧化銅與銅形成低熔點(diǎn)共晶體沿晶界分布，使焊縫的塑性和韌性顯著

大多數(shù)熱處理過(guò)程，首先必須把鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s以獲得所期望的組織和性能。通常把鋼加熱獲得奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為“奧氏體化”。加熱時(shí)形成的奧氏體的化學(xué)成分、均勻化程度及晶粒大小以及加熱后溶入奧氏體中的碳化物等過(guò)剩相的數(shù)量和分布狀況，直接影響鋼在冷卻后的組織和性能。因此，研究鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，控制加熱規(guī)范以改變鋼在高溫下的組織狀態(tài)，對(duì)于充分挖掘鋼材性能潛力、保證熱處理產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。共析鋼中奧氏體的形成由下列四個(gè)基本過(guò)程組成：奧氏體形核、奧氏體長(zhǎng)大、剩余滲碳體溶

(1)合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的影響  大多數(shù)合金元素（除鈷外）均能溶入奧氏體，使原子的擴(kuò)散速度降低，奧氏體穩(wěn)定性增大，使等溫轉(zhuǎn)變圖位置右移，臨界冷卻速度減小，鋼的淬透性提高。通常合金鋼采用冷卻能力較低的淬火冷卻介質(zhì)淬火（如油冷），就可以得到馬氏體組織，從而減小零件的淬火變形和開裂傾向。合金元素不僅使等溫轉(zhuǎn)變圖位置右移，而且對(duì)等溫轉(zhuǎn)變圖形狀也有影響。含有非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素的低合金鋼，其等溫轉(zhuǎn)變圖形狀與碳素鋼相似，具有一個(gè)鼻尖。當(dāng)碳化物形成元素溶入奧氏體后，由于它們對(duì)推遲珠光

鋼的熱處理工藝就是通過(guò)加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種熱加工技術(shù)。鋼在加熱和冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律為制定正確的熱處理工藝提供了理論依據(jù)，為使鋼滿足性能要求，其熱處理工藝參數(shù)的確定必須符合鋼的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同，熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理）及形變熱處理等。按照熱處理在零件整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中位置和作用的不同，熱處理工藝又分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。退火和正火是生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的預(yù)備熱處理工