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1、第第1章章 工程材料工程材料1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.2 铁碳合金铁碳合金1.3 钢的热处理钢的热处理1.4 常用金属材料常用金属材料1.5 其他材料简介其他材料简介1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.1.1强度强度 强度是金属材料在力的作用下强度是金属材料在力的作用下.抵抗塑性变形和断裂的能力。抵抗塑性变形和断裂的能力。强度有多种判据强度有多种判据.工程上以屈服强度和抗拉强度最为常用。屈工程上以屈服强度和抗拉强度最为常用。屈服强度和抗拉强度可用拉伸试验测定。服强度和抗拉强度可用拉伸试验测定。1.屈服强度屈服强度 屈服强度是指拉伸试样产生屈服现象时的应力屈服强
2、度是指拉伸试样产生屈服现象时的应力.2.抗拉强度抗拉强度 抗拉强度是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力抗拉强度是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力.下一页返回1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.1.2塑性塑性 塑性是指在外力作用下金属材料产生永久变形而不被破坏的塑性是指在外力作用下金属材料产生永久变形而不被破坏的能力。塑性指标也是由拉伸试验测得的能力。塑性指标也是由拉伸试验测得的.在测定金属材料的强在测定金属材料的强度时度时.可以同时测定它们的塑性。常用的塑性指标是延伸率和可以同时测定它们的塑性。常用的塑性指标是延伸率和断面收缩率。断面收缩率。1.1.3硬度硬度 硬度是衡量金属
3、材料软硬程度的一种性能。金属材料的硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能。金属材料的硬度是通过硬度试验来测定的是通过硬度试验来测定的.目前测定金属材料硬度的方法有很目前测定金属材料硬度的方法有很多种多种.基本上可分为压人法和刻划法两大类。在压人法中基本上可分为压人法和刻划法两大类。在压人法中.根根据加载速率不同又可分为静载压人法和动载压人法。据加载速率不同又可分为静载压人法和动载压人法。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 1.布氏硬度布氏硬度 1)布氏硬度的测定原理布氏硬度的测定原理 使用一定直径为使用一定直径为D(mm)的淬火钢球或硬质合金球为压头的淬火钢球或硬质
4、合金球为压头.施施以一定的载荷以一定的载荷F(kg).将其压人试样表面将其压人试样表面.经规定保持时间经规定保持时间t(S)后卸除载荷后卸除载荷.然后测量试样表面压痕直径然后测量试样表面压痕直径d(mm).用压用压痕表面积痕表面积S除载荷除载荷F所得的商值即为布氏硬度值所得的商值即为布氏硬度值.下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 2)应用及优缺点应用及优缺点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头.因而所得压痕面积因而所得压痕面积较大。压痕面积大的一个优点是其硬度值能反映金属材料在较大。压痕面积大的一个优点是其硬度值能反映金属材料在较
5、大范围内各组成相的平均性能较大范围内各组成相的平均性能.而不受个别组成相及微小不而不受个别组成相及微小不均匀性的影响。因此均匀性的影响。因此.布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。压痕轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。压痕较大的另一个优点是试验数据稳定较大的另一个优点是试验数据稳定.重复性好。布氏硬度试验重复性好。布氏硬度试验的缺点是对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载的缺点是对不同金属材料需要更换不同直径的压头和改变载荷荷.压痕直径的测量也较麻烦压痕直径的测量也较麻烦.因而用于自动检测时受到限
6、制因而用于自动检测时受到限制;当压痕较大时不宜在成品上进行试验。当压痕较大时不宜在成品上进行试验。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 2.洛氏硬度洛氏硬度 1)洛氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理 洛氏硬度试验是以顶角为洛氏硬度试验是以顶角为120的金的金刚石圆锥体为压头刚石圆锥体为压头.在规定的载荷下在规定的载荷下.垂直地压人被测金属材垂直地压人被测金属材料表面料表面.卸载后依据压人深度卸载后依据压人深度h.由刻度盘上的指针直接指示出由刻度盘上的指针直接指示出硬度值。硬度值。2)常用洛氏硬度标尺常用洛氏硬度标尺 采用不同的压头和载荷采用不同的压头和载荷.可组合成几种不同
7、的洛氏硬度标尺。可组合成几种不同的洛氏硬度标尺。每一种标尺用一个字母在每一种标尺用一个字母在HR后注明。我国最常用的标尺的有后注明。我国最常用的标尺的有A,B,C3种种.其硬度值的符号分别用其硬度值的符号分别用HRA,HRB及及HRC表示。表示。用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系.不能直接进行比较。不能直接进行比较。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 3)优缺点优缺点 洛氏硬度试验的优点是操作简便迅速洛氏硬度试验的优点是操作简便迅速.硬度值可直接读出硬度值可直接读出.压压痕较小痕较小.可在工件上直接进行试验可在工件上直接进行试验.采用
8、不同标尺可测定各种采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属材料和厚薄不一的试样的硬度软硬不同的金属材料和厚薄不一的试样的硬度.因而广泛用于因而广泛用于热处理质量的检验。其缺点是压痕较小热处理质量的检验。其缺点是压痕较小.代表性差代表性差.由于金属由于金属材料中有偏析及组织不均匀等缺陷材料中有偏析及组织不均匀等缺陷.致使所测硬度值重复性差致使所测硬度值重复性差.分散度大。分散度大。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 3.维氏硬度及显微硬度维氏硬度及显微硬度 1)维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理 维氏硬度的试验原理与布氏硬度的相同维氏硬度的试验原理与布氏硬度的相同.也是根据压
9、痕单位面也是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值。所不同的是积所承受的载荷来计算硬度值。所不同的是.维氏硬度试验的维氏硬度试验的压头不是球体压头不是球体.而是两相对面夹角为而是两相对面夹角为136的正四棱锥体金刚的正四棱锥体金刚石石.压头在载荷压头在载荷F(kg)的作用下的作用下.保持一定时间后卸除载荷保持一定时间后卸除载荷.将在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕将在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕.测量出试样表面压测量出试样表面压痕对角线长度痕对角线长度d(mm)用以计算硬度值。维氏硬度和压痕表用以计算硬度值。维氏硬度和压痕表面积除载荷的商成比例面积除载荷的商成比例.下一页返回上一页1.1
10、 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 2)维氏硬度试验的优缺点维氏硬度试验的优缺点 维氏硬度试验的优点是不存在布氏硬度试验时要求载荷与压维氏硬度试验的优点是不存在布氏硬度试验时要求载荷与压头直径之间所规定条件的约束头直径之间所规定条件的约束.也不存在洛氏硬度试验时不同也不存在洛氏硬度试验时不同标尺的硬度值无法统一的弊端。维氏硬度试验时不仅载荷可标尺的硬度值无法统一的弊端。维氏硬度试验时不仅载荷可任意选取任意选取.而且压痕测量的精度较高而且压痕测量的精度较高.硬度值较为精确。唯一硬度值较为精确。唯一的缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计的缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才
11、能进行计算或查表算或查表.因此工作效率比洛氏硬度试验低得多。因此工作效率比洛氏硬度试验低得多。3)显微硬度显微硬度 显微硬度试验实质上就是小载荷的维氏硬度试验显微硬度试验实质上就是小载荷的维氏硬度试验.其原理和维其原理和维氏硬度试验一样氏硬度试验一样.所不同的是载荷以克计量所不同的是载荷以克计量.压痕对角线以压痕对角线以m m计量计量.显微硬度符号用显微硬度符号用HM表示。主要用来测定各种组成表示。主要用来测定各种组成相的硬度和表面硬化层的硬度分布。相的硬度和表面硬化层的硬度分布。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 4.里氏硬度里氏硬度 里氏硬度是一种动载荷试验方法。
12、其基本原理是用规定质量里氏硬度是一种动载荷试验方法。其基本原理是用规定质量的冲击体的冲击体(碳化钨球冲头碳化钨球冲头)在弹力作用下以一定速度冲击试样在弹力作用下以一定速度冲击试样表面表面.用冲头在距试样表面用冲头在距试样表面1mm处的处的回弹速度回弹速度vR与冲击、速与冲击、速度度vA的比值计算硬度值。的比值计算硬度值。里氏硬度试验法有其独特的优点里氏硬度试验法有其独特的优点.它主要用于大型金属产品及它主要用于大型金属产品及部件的硬度检验部件的硬度检验.特别适用于其他硬度计难以胜任的、不易移特别适用于其他硬度计难以胜任的、不易移动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。其动的大型工件和
13、不易拆卸的大型部件及构件的硬度检验。其缺点是试验结果的准确性受人为因索影响较大缺点是试验结果的准确性受人为因索影响较大.硬度测量精度硬度测量精度较低。较低。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.1.4冲击韧性与疲劳强度冲击韧性与疲劳强度 1.冲击韧性冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。1)冲击试验的原理冲击试验的原理 冲冲击韧性通常采用摆锤式冲击试验机测定。测定时一般是将击韧性通常采用摆锤式冲击试验机测定。测定时一般是将带缺日的标准冲击试样放在试验机上带缺日的标准冲击试样放在试验机上.然后用
14、摆锤将其一次冲然后用摆锤将其一次冲断断.并以试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功表示其冲击并以试样缺口处单位截面积上所吸收的冲击功表示其冲击韧性。韧性。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 2)小能量多次冲击试验小能量多次冲击试验 机器零件在实际工作中承受冲击载荷时机器零件在实际工作中承受冲击载荷时.很少是在大能量下一很少是在大能量下一次冲击而破坏的次冲击而破坏的.大多是受到小能量多次重复冲击而破坏的大多是受到小能量多次重复冲击而破坏的.因此因此.在大能量、一次冲断条件下来测定冲击韧度在大能量、一次冲断条件下来测定冲击韧度.虽然方法虽然方法简便简便.但对大多数在工作中承
15、受小能量、重复冲击的机器零件但对大多数在工作中承受小能量、重复冲击的机器零件来说就不一定适合。来说就不一定适合。实践表明一次冲击韧度高的金属材料实践表明一次冲击韧度高的金属材料.在小能量多次冲击试验在小能量多次冲击试验条件下其抗力却不一定高条件下其抗力却不一定高.反过来也一样。反过来也一样。试验研究表明试验研究表明.金属材料受大能量的冲击载荷作用时金属材料受大能量的冲击载荷作用时.其冲击其冲击抗力主要取决于冲击韧度的大小抗力主要取决于冲击韧度的大小.而在冲击载荷不太大的情况而在冲击载荷不太大的情况下下.金属材料承受多次重复冲击的能力金属材料承受多次重复冲击的能力.主要取决于金属材料主要取决于金
16、属材料的强度的强度.而不要求过高的冲击韧度而不要求过高的冲击韧度.下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 2.疲劳强度疲劳强度 1)疲劳的概念疲劳的概念 机械上的许多零件是在周期性或非周期性动载荷的作用下工机械上的许多零件是在周期性或非周期性动载荷的作用下工作的。在疲劳载荷的作用下作的。在疲劳载荷的作用下.虽然零件所承受的应力低于金属虽然零件所承受的应力低于金属材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属材料的疲劳。生完全断裂的现象称为金属材料的疲劳。2)疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征 (1
17、)疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形.断裂前没有征兆断裂前没有征兆.而是突然破坏而是突然破坏;(2)引起疲劳断裂的应力很低引起疲劳断裂的应力很低.正常低于金属材料的屈服点正常低于金属材料的屈服点;(3)疲劳破坏的宏观断口由两部分组成疲劳破坏的宏观断口由两部分组成.即疲劳裂纹的产生及即疲劳裂纹的产生及扩展区和最后断裂区。扩展区和最后断裂区。下一页返回上一页1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 3)疲劳曲线和疲劳极限疲劳曲线和疲劳极限 金属材料的疲劳极限通常都是在旋转弯曲疲劳试验机上测定金属材料的疲劳极限通常都是在旋转弯曲疲劳试验机上测定的的.疲劳试验证明
18、在交变载荷作用下疲劳试验证明在交变载荷作用下.材料承受的交变应力值材料承受的交变应力值与断裂前的应力循环次数之间的关系称为疲劳曲线与断裂前的应力循环次数之间的关系称为疲劳曲线.在应力下在应力下降到某值之后降到某值之后.疲劳曲线成为水平线疲劳曲线成为水平线.这表示该材料可经受无这表示该材料可经受无数次应力循环而仍不发生疲劳断裂数次应力循环而仍不发生疲劳断裂.这个应力值称为疲劳极限这个应力值称为疲劳极限或疲劳强度或疲劳强度.亦即金属材料在无数次循环载荷作用下不致引起亦即金属材料在无数次循环载荷作用下不致引起断裂的最大应力。显然疲劳极限的数值愈大断裂的最大应力。显然疲劳极限的数值愈大.材料抵抗疲劳破
19、材料抵抗疲劳破坏的能力愈强。坏的能力愈强。返回上一页1.2 铁碳合金铁碳合金 钢和铸铁是现代工业上使用最广泛的金属材料钢和铸铁是现代工业上使用最广泛的金属材料.它们都是主要它们都是主要由铁与碳两种元索所组成的合金。钢铁的成分不同由铁与碳两种元索所组成的合金。钢铁的成分不同.其组织和其组织和性能也不同。下面将依据铁碳合金相图及对典型铁碳合金结性能也不同。下面将依据铁碳合金相图及对典型铁碳合金结晶过程的分析晶过程的分析.研究铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系。研究铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系。铁碳合金相图是研究钢和铸铁的基础铁碳合金相图是研究钢和铸铁的基础.对于钢铁材料的应用以对于钢铁材
20、料的应用以及制定热加工和热处理丁艺也具有重要的指导意义。及制定热加工和热处理丁艺也具有重要的指导意义。铁和碳的结合方式有两种其一是碳溶于铁中形成间隙固溶体铁和碳的结合方式有两种其一是碳溶于铁中形成间隙固溶体.其二是铁和碳发生化学作用形成一系列化合物其二是铁和碳发生化学作用形成一系列化合物.下一页返回1.2 铁碳合金铁碳合金 1.Fe-Fe3C相图中的相相图中的相 (1)液相，铁和碳的液溶体。液相，铁和碳的液溶体。(2)高温铁索体。高温铁索体。(3)铁索体铁索体 (4)奥氏体奥氏体 (5)渗碳体渗碳体下一页返回上一页1.2 铁碳合金铁碳合金 2.Fe-Fe3C相图中的特性点和特性线相图中的特性点
21、和特性线 Fe-Fe3C相图中部分特性点的温度、碳质量分数及含义如相图中部分特性点的温度、碳质量分数及含义如表表1-1所示。所示。在在Fe-Fe3C相图上相图上.有若干合金状态的分界线有若干合金状态的分界线.它们是不同成它们是不同成分合金具有相同含义的临界点的连线几条主要特性线的物理分合金具有相同含义的临界点的连线几条主要特性线的物理含义如含义如表表1-2所示。所示。返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.1钢的退火和正火钢的退火和正火 退火和正火主要用于各种铸件、锻件、热轧型材及焊接构件退火和正火主要用于各种铸件、锻件、热轧型材及焊接构件.由于处理时冷却速度较慢由于处理时冷却速度较慢.
22、故对钢的强化作用较小故对钢的强化作用较小.在许多情在许多情况下不能满足使用要求。除少数性能要求不高的零件外一般况下不能满足使用要求。除少数性能要求不高的零件外一般不作为获得最终使用性能的热处理不作为获得最终使用性能的热处理.而主要用于改善其工艺性而主要用于改善其工艺性能能.故称为预备热处理。退火和正火的目的有以下几点故称为预备热处理。退火和正火的目的有以下几点:(1)消除残余内应力消除残余内应力.防止工件变形、开裂防止工件变形、开裂;(2)改善组织改善组织.细化晶粒细化晶粒;(3)调整硬度调整硬度.改善切削性能改善切削性能;(4)为最终热处理做好组织上的准备为最终热处理做好组织上的准备.下一页
23、返回1.3 钢的热处理钢的热处理 1.退火退火 退火是将钢加热至适当温度退火是将钢加热至适当温度.保温一定时间保温一定时间.然后缓慢冷却的然后缓慢冷却的热处理工艺。根据目的和要求的不同热处理工艺。根据目的和要求的不同.工业上常用的退火工艺工业上常用的退火工艺有完全退火、球化退火、去应力退火和扩散退火有完全退火、球化退火、去应力退火和扩散退火.1)完全退火完全退火 完全退火是将钢完全奥氏体化后缓慢冷却完全退火是将钢完全奥氏体化后缓慢冷却.获得接近平衡组织获得接近平衡组织的退火工艺的退火工艺.2)球化退火球化退火 球化退火是使钢中碳化物球化退火是使钢中碳化物(渗碳体渗碳体)球状化而进行的退火工艺球
24、状化而进行的退火工艺.3)去应力退火去应力退火 去应力退火是将工件加热至去应力退火是将工件加热至Ac1以下以下100-200.保温后随炉保温后随炉缓冷的热处理工艺。缓冷的热处理工艺。4)扩散退火扩散退火 为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分的偏折和组织的不均匀为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分的偏折和组织的不均匀性性.将工件加热到将工件加热到Ac3以上以上150-200.长时间保温后缓冷的长时间保温后缓冷的热处理工艺热处理工艺.称为扩散退火或均匀化退火称为扩散退火或均匀化退火.下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理 2.钢的正火钢的正火 正火主要应用于以下几方面正火主要应用于以下几方面:(1)
25、对于力学性能要求不高的零件对于力学性能要求不高的零件.正火可作为最终热处理正火可作为最终热处理;(2)低碳钢退火后硬度偏低低碳钢退火后硬度偏低.切削加工后表面粗糙度高切削加工后表面粗糙度高.正火正火后可获得合适的硬度后可获得合适的硬度.改善切削性能改善切削性能;(3)过共析钢球化退火前进行一次正火过共析钢球化退火前进行一次正火.可消除网状二次渗碳可消除网状二次渗碳体体.以保证球化退火时渗碳体全部球粒化以保证球化退火时渗碳体全部球粒化.下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理 3.退火与正火的选择退火与正火的选择 退火与正火同属钢的预备热处理退火与正火同属钢的预备热处理.在操作过程中如装炉、
26、加热在操作过程中如装炉、加热速度、保温时间都基本相同速度、保温时间都基本相同.只是冷却方式不同只是冷却方式不同.在生产实际在生产实际中有时两者可以互相代替。究竞如何选择退火与正火一般中有时两者可以互相代替。究竞如何选择退火与正火一般可可以从以下几点考虑以从以下几点考虑:1)从切削加工性考虑从切削加工性考虑 2)从零件形状考虑从零件形状考虑 3)从经济性考虑从经济性考虑下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.2淬火淬火 1.淬火温度的选择淬火温度的选择 碳钢的淬火温度可利用碳钢的淬火温度可利用Fe-Fe3C相图来选择相图来选择.为防止奥氏体为防止奥氏体晶粒粗化，一般淬火温度不宜太高晶
27、粒粗化，一般淬火温度不宜太高.只允许超出临界点只允许超出临界点30-50。对于亚共析碳钢对于亚共析碳钢.适宜的淬火温度一般为适宜的淬火温度一般为Ac3+30-50.这样这样可以获得均匀细小的马氏体组织。可以获得均匀细小的马氏体组织。对于过共析碳钢对于过共析碳钢.适宜的淬火温度一般为适宜的淬火温度一般为Ac1+30-50.这样这样可以获得均匀细小的马氏体和粒状渗碳体的混合组织。可以获得均匀细小的马氏体和粒状渗碳体的混合组织。对于合金钢对于合金钢.淬火温度允许比碳钢稍微高一些淬火温度允许比碳钢稍微高一些.这样可使合金这样可使合金兀索充分溶解和均匀化兀索充分溶解和均匀化.以便取得较好的淬火效果。以便
28、取得较好的淬火效果。下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理 2.淬火冷却介质淬火冷却介质 淬火冷却介质是指工件进行淬火冷却时所使用的介质。在实淬火冷却介质是指工件进行淬火冷却时所使用的介质。在实际生产中还没有找到一种淬火介质能符合上述的理想淬火冷际生产中还没有找到一种淬火介质能符合上述的理想淬火冷却速度却速度.最常用的淬火冷却介质是水、水溶液、油、硝盐浴、最常用的淬火冷却介质是水、水溶液、油、硝盐浴、碱浴和空气等碱浴和空气等下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理 3.淬火方法淬火方法 为保证淬火时既能得到马氏体组织为保证淬火时既能得到马氏体组织.又能减小变形又能减小变形.避免开裂避
29、免开裂一方面可选用合适的淬火介质一方面可选用合适的淬火介质.另一方面可通过采用不同的淬另一方面可通过采用不同的淬火方法加以解决。工业上常用的淬火方法有以下几种。火方法加以解决。工业上常用的淬火方法有以下几种。1)单放淬火法单放淬火法 2)双液淬火法双液淬火法 3)分级淬火法分级淬火法 4)等温淬火法等温淬火法 5)局部淬火法局部淬火法 6)冷处理冷处理下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理 4.钢的淬透性和淬硬性钢的淬透性和淬硬性 1)淬透性淬透性 钢的淬透性是指在规定条件下钢的淬透性是指在规定条件下.决定钢材淬硬层深度和硬度分决定钢材淬硬层深度和硬度分布的特性布的特性。2)淬硬性淬硬性
30、 钢在理想条件下进行淬火硬化后所能达到的最高硬度的能力钢在理想条件下进行淬火硬化后所能达到的最高硬度的能力称为淬硬性。称为淬硬性。下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理 5.钢的淬火变形与开裂钢的淬火变形与开裂 1)热应力与相变应力热应力与相变应力(组织应力组织应力)工件淬火后出现变形与开裂工件淬火后出现变形与开裂是由内应力引起的内应力分为热应力与相变应力。是由内应力引起的内应力分为热应力与相变应力。2)减小淬火变形和开裂的措施减小淬火变形和开裂的措施 对于形状复杂的工件对于形状复杂的工件.应选用淬透性好的合金钢应选用淬透性好的合金钢.以便能在缓以便能在缓和的淬火介质中冷却和的淬火介质中
31、冷却;工件的几何形状应尽量做到厚薄均匀工件的几何形状应尽量做到厚薄均匀.截面对称截面对称.使工件淬火时各部分能均匀冷却使工件淬火时各部分能均匀冷却;高合金钢锻造时高合金钢锻造时应尽可能地改善碳化物分布应尽可能地改善碳化物分布.高碳及高碳合金钢采用球化退火高碳及高碳合金钢采用球化退火有利于减小淬火变形有利于减小淬火变形;适当降低淬火温度、采用分级淬火或等适当降低淬火温度、采用分级淬火或等温淬火都能有效地减小淬火变形温淬火都能有效地减小淬火变形.下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.3回火回火 将淬火钢重新加热到某一温度范围内将淬火钢重新加热到某一温度范围内.保温后冷却的热处理工保温
32、后冷却的热处理工艺艺.称为回火。称为回火。淬火的主要目的是消除淬火内应力淬火的主要目的是消除淬火内应力.以降低钢的脆性以降低钢的脆性.防止产防止产生裂纹生裂纹.同时使钢获得所需的力学性能。同时使钢获得所需的力学性能。根据淬火温度的不同根据淬火温度的不同.可将钢的淬火分为如下可将钢的淬火分为如下3种。种。1)低温回火低温回火 2)中温回火中温回火 3)高温回火高温回火 下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.4钢的表面热处理钢的表面热处理 1.表面淬火表面淬火 表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度.而心部仍保持而心部仍保持末淬火状态的一种局
33、部淬火方法。表面淬火时末淬火状态的一种局部淬火方法。表面淬火时.通过快速加热通过快速加热使钢件表面层很快达到淬火温度使钢件表面层很快达到淬火温度.在热量来不及传到工件心部在热量来不及传到工件心部就立即冷却就立即冷却.实现局部淬火。实现局部淬火。表面淬火可使工件表层获得马氏体组织表面淬火可使工件表层获得马氏体组织.具有高硬度、高耐磨具有高硬度、高耐磨性性.内部仍保持淬火前的组织内部仍保持淬火前的组织.具有足够的强度和韧性具有足够的强度和韧性.常用于常用于机床主轴、齿轮机床主轴、齿轮.发动机的曲轴等。发动机的曲轴等。表面淬火所采用的快速加热方法有多种表面淬火所采用的快速加热方法有多种.如电感应、火
34、焰、电如电感应、火焰、电接触、激光等接触、激光等.目前应用最广的是电感应加热法目前应用最广的是电感应加热法.下一页返回上一页1.3 钢的热处理钢的热处理 2.化学热处理化学热处理 化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温.使一种使一种或几种兀索渗人工件的表层或几种兀索渗人工件的表层.以改变其化学成分、组织和性能以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。如通过化学热处理可提高工件表面硬度、耐的热处理工艺。如通过化学热处理可提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度磨性、疲劳强度.增强耐高温、耐腐蚀性能等增强耐高温、耐腐蚀性能等 化学热处理的种类很多化学
35、热处理的种类很多.依照渗人元索的不同依照渗人元索的不同.有渗碳、渗氮、有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝、多元共渗等碳氮共渗、渗硼、渗铝、多元共渗等.以适用于不同的场合以适用于不同的场合.其中以渗碳应用最广。其中以渗碳应用最广。渗碳主要用于既受强烈摩擦、又承受冲击或疲劳载荷的工件。渗碳主要用于既受强烈摩擦、又承受冲击或疲劳载荷的工件。如汽车变速箱齿轮、活塞销、凸轮、自行车和缝纫机的零件如汽车变速箱齿轮、活塞销、凸轮、自行车和缝纫机的零件等。等。返回上一页1.4 常用金属材料常用金属材料1.4.1钢钢 根据钢的成分不同根据钢的成分不同.钢可分为碳索钢和合金钢。钢可分为碳索钢和合金钢。1.碳素钢碳
36、素钢 碳索钢是化学成分以含铁和碳为主并含有少量的硅、锰、硫、碳索钢是化学成分以含铁和碳为主并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质元索的铁碳合金磷等杂质元索的铁碳合金.简称碳钢。其中硅、锰是有益元索简称碳钢。其中硅、锰是有益元索.对钢有一定的强化作用对钢有一定的强化作用;硫、磷是有害元索硫、磷是有害元索.分别增加钢的热分别增加钢的热脆性和冷脆性。脆性和冷脆性。1)碳钢的分类碳钢的分类 (1)按碳钢中碳的质量分数分为按碳钢中碳的质量分数分为3类。类。低碳钢低碳钢 中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢 下一页返回1.4 常用金属材料常用金属材料 (2)按碳钢的质量即碳钢中有害杂质按碳钢的质量即碳钢中有害杂质S,P的
37、质量分数分为的质量分数分为3类。类。普通碳索钢普通碳索钢 优质碳索钢优质碳索钢 高级优质碳索钢高级优质碳索钢 (3)按碳钢的用途分为两类。按碳钢的用途分为两类。碳索结构钢碳索结构钢 碳索工具钢碳索工具钢 2)常用碳素钢的种类、牌号和用途常用碳素钢的种类、牌号和用途 由于碳索钢冶炼容易由于碳索钢冶炼容易.价格低廉价格低廉.工艺性能良好工艺性能良好.因此是工业上因此是工业上应用最广泛的金属材料。常用碳索钢的种类、牌号和用途如应用最广泛的金属材料。常用碳索钢的种类、牌号和用途如表表1一一3所示。所示。下一页返回上一页1.4 常用金属材料常用金属材料 2.合金钢合金钢 为了改善和提高碳钢的性能为了改善
38、和提高碳钢的性能.在碳钢的基础上有目的地加人一在碳钢的基础上有目的地加人一定量的其他合金元索的钢称为合金钢。定量的其他合金元索的钢称为合金钢。1)合金钢的分类合金钢的分类 (1)按合金元索质量分数的多少可分为。按合金元索质量分数的多少可分为。低合金钢低合金钢 中合金钢中合金钢 高合金钢高合金钢 (2)按合金钢质量即合金钢中含有害杂质按合金钢质量即合金钢中含有害杂质S,P的质量分数可为的质量分数可为分。分。普通低合金结构钢普通低合金结构钢 优质合金钢优质合金钢 高级优质合金钢高级优质合金钢 下一页返回上一页1.4 常用金属材料常用金属材料 (3)按合金钢的用途可分为。按合金钢的用途可分为。合金结
39、构钢合金结构钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢特殊性能钢 2)合金钢的种类、牌号和用途合金钢的种类、牌号和用途 合金钢的合金成分及质量分数不同。其具有的强度、塑性等合金钢的合金成分及质量分数不同。其具有的强度、塑性等机械性能也不同。一般情况下，合金钢的合金含量越高，其机械性能也不同。一般情况下，合金钢的合金含量越高，其机械性能也越好。但随着合金含量的增高，合金钢的成本也机械性能也越好。但随着合金含量的增高，合金钢的成本也增高。因此设计零件及选择材料时，在满足机械性能和工艺增高。因此设计零件及选择材料时，在满足机械性能和工艺性能要求的前提下，应尽量选择成本低廉的材料。性能要求的前提下，应尽量选
40、择成本低廉的材料。下一页返回上一页1.4 常用金属材料常用金属材料1.4.2铸铁铸铁 铸铁是碳质量分数大于铸铁是碳质量分数大于2.11、小于、小于6.69的铁碳合金的铁碳合金.此此外还含有硅、锰等合金元索及硫、磷等杂质。外还含有硅、锰等合金元索及硫、磷等杂质。根据碳在铸铁中存在形式的不同根据碳在铸铁中存在形式的不同.铸铁可分为自口铸铁、灰口铸铁可分为自口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁。工业上普遍使用的铸铁是灰口铸铁。灰口铸铁、麻口铸铁。工业上普遍使用的铸铁是灰口铸铁。灰口铸铁中的碳是以石墨的形式存在的铸铁中的碳是以石墨的形式存在的.断口呈灰色断口呈灰色.故称灰口铸铁故称灰口铸铁。灰口铸铁按石墨的形态
41、分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。灰口铸铁按石墨的形态分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。和蠕墨铸铁。铸铁种类较多铸铁种类较多.除上面几种外除上面几种外.还有耐热铸铁、耐蚀铸铁、耐还有耐热铸铁、耐蚀铸铁、耐磨铸铁、孕育铸铁、冷硬铸铁等常用铸铁。磨铸铁、孕育铸铁、冷硬铸铁等常用铸铁。下一页返回上一页1.4 常用金属材料常用金属材料1.4.3铝及铝合金铝及铝合金 铝和铝合金由于其密度小铝和铝合金由于其密度小.比强度比强度(强度强度/密度密度)高、导电导热高、导电导热性好等特点性好等特点.因此在航空、电力及日常用品中得到了广泛应用。因此在航空、电力及日常用品中得到了广泛应用。1.纯铝纯铝 纯铝的
42、熔点为纯铝的熔点为660.密度为密度为2.72g/cm3;导电、导热性好导电、导热性好.仅次于银和钢仅次于银和钢;纯铝在大气中有良好的耐蚀性纯铝在大气中有良好的耐蚀性.它的塑性好它的塑性好.强强度低。度低。2.铝合金铝合金 铝合金按加工方法可分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝铝合金按加工方法可分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金塑性好合金塑性好.适于压力加工适于压力加工.并可通过热处理来强化。并可通过热处理来强化。下一页返回上一页1.4 常用金属材料常用金属材料1.4.4铜及铜合金铜及铜合金 1.纯铜纯铜 纯铜又称紫铜纯铜又称紫铜.密度为密度为8.0g/cm3.熔点为熔点为1083.具有良好
43、具有良好的导电性、导热性、耐蚀性、塑性的导电性、导热性、耐蚀性、塑性.容易进行冷、热加工容易进行冷、热加工.但其但其强度低强度低.价格高。价格高。2.铜合金铜合金 铜合金按加工方法可分为加工铜合金和铸造铜合金铜合金按加工方法可分为加工铜合金和铸造铜合金.其中黄铜其中黄铜和青铜应用最广泛。和青铜应用最广泛。下一页返回上一页1.4 常用金属材料常用金属材料 1)黄铜黄铜 黄铜是以锌为主要合金兀索的铜基合金。普通黄铜是铜锌二黄铜是以锌为主要合金兀索的铜基合金。普通黄铜是铜锌二兀合金兀合金.具有良好的耐蚀性和切削加工性具有良好的耐蚀性和切削加工性.2)青铜青铜 铜与锡的合金称为青铜铜与锡的合金称为青铜
44、.其表面呈青灰色。习惯上把锌以外的其表面呈青灰色。习惯上把锌以外的其他兀索为主的铜基合金称为青铜其他兀索为主的铜基合金称为青铜.按主加兀索的不同按主加兀索的不同.分别分别称为锡青铜、铝青铜、铅青铜、硅青铜、被青铜等锡青铜的称为锡青铜、铝青铜、铅青铜、硅青铜、被青铜等锡青铜的 3)白铜白铜 白铜是以镍为主要合金元索的铜基合金。白铜是以镍为主要合金元索的铜基合金。返回上一页1.5 其他材料简介其他材料简介1.5.1粉末冶金材料粉末冶金材料 粉末冶金是指利用金属粉末或金属与非金属粉末作原料，经粉末冶金是指利用金属粉末或金属与非金属粉末作原料，经过配料、均匀压制成形、烧结等工艺而获得材料或零件的冶过配
45、料、均匀压制成形、烧结等工艺而获得材料或零件的冶金方法因此金方法因此.1.硬质合金硬质合金 硬质合金是将难熔金属的碳化物粉末和钻结剂粉末混合硬质合金是将难熔金属的碳化物粉末和钻结剂粉末混合.经压经压制成形、烧结而成的一种粉末冶金材料。由于硬质合金是以制成形、烧结而成的一种粉末冶金材料。由于硬质合金是以高硬度、高耐磨性、极稳定的碳化物为基体的高硬度、高耐磨性、极稳定的碳化物为基体的.所以硬质合金所以硬质合金具有硬度高、热硬性高、耐磨性好的特点。同时具有硬度高、热硬性高、耐磨性好的特点。同时.硬质合金的硬质合金的抗压强度高抗压强度高.具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性.线膨胀
46、系数小线膨胀系数小.导热性差。导热性差。目前目前.硬质合金的种类主要有硬质合金的种类主要有:钨钻类硬质合金、钨钦类硬质钨钻类硬质合金、钨钦类硬质合金、钨钦钮类硬质合金。合金、钨钦钮类硬质合金。下一页返回1.5 其他材料简介其他材料简介 2.钢结硬质合金钢结硬质合金 钢结硬质合金是一种新型的硬质合金。它是以一种或多种碳钢结硬质合金是一种新型的硬质合金。它是以一种或多种碳化物为硬化相化物为硬化相.以合金钢为钻结剂经配料、压型、烧结而成。以合金钢为钻结剂经配料、压型、烧结而成。这类硬质合金可进行锻造、热处理和焊接。经锻造退火后这类硬质合金可进行锻造、热处理和焊接。经锻造退火后.硬硬度约为度约为40H
47、RC.可进行一般切削加工。因此适于制造各种形可进行一般切削加工。因此适于制造各种形状复杂的刀具、模具和耐磨零件。加工成工具后，经淬火、状复杂的刀具、模具和耐磨零件。加工成工具后，经淬火、低温回火低温回火.硬度可达硬度可达70HRC左右左右.具有高的耐磨性具有高的耐磨性.用其作刃用其作刃具具.使用寿命与钨钻类硬质合金差不多使用寿命与钨钻类硬质合金差不多.大大超过合金工具钢。大大超过合金工具钢。下一页返回上一页1.5 其他材料简介其他材料简介 3.含油轴承含油轴承 含油轴承是一种多孔的粉末冶金材料。混合料中含有石墨含油轴承是一种多孔的粉末冶金材料。混合料中含有石墨.经经压制烧结成形后压制烧结成形后
48、.再浸入润滑油中再浸入润滑油中.因毛细现象因毛细现象.孔隙中吸附大孔隙中吸附大量的润滑油量的润滑油.故称含油轴承含油轴承有自动润滑作用故称含油轴承含油轴承有自动润滑作用.4.粉末冶金粉末冶金 采用粉末冶金方法制造机械零件采用粉末冶金方法制造机械零件.充分发挥了粉末冶金工艺无充分发挥了粉末冶金工艺无切削或少切削的优越性切削或少切削的优越性.不需或少需切削加工即为成品零件不需或少需切削加工即为成品零件.零件的尺寸精度提高零件的尺寸精度提高.表面粗糙度降低。粉末冶金结构零件还表面粗糙度降低。粉末冶金结构零件还可通过热处理强化来提高强度和耐磨性。可通过热处理强化来提高强度和耐磨性。下一页返回上一页1.
49、5 其他材料简介其他材料简介1.5.2非金属材料非金属材料 非金属材料指除金属材料以外的其他一切材料。这类材料发非金属材料指除金属材料以外的其他一切材料。这类材料发展迅速展迅速.种类繁多种类繁多.已在工业领域中广泛应用。非金属材料主已在工业领域中广泛应用。非金属材料主要包括有机高分子材料和陶瓷材料其中工程塑料和工程陶瓷要包括有机高分子材料和陶瓷材料其中工程塑料和工程陶瓷的应用在工程结构中占有重要的地位。的应用在工程结构中占有重要的地位。1.高分子材料高分子材料 根据其性质及用途根据其性质及用途.有机高分子材料主要有工程塑料、橡胶及有机高分子材料主要有工程塑料、橡胶及胶钻剂等。胶钻剂等。2.陶瓷
50、材料陶瓷材料 陶瓷是由金属和非金属兀索组成的无机化合物材料陶瓷是由金属和非金属兀索组成的无机化合物材料.其性能硬其性能硬而脆而脆.比金属材料和工程塑料更能抵抗高温环境的作用比金属材料和工程塑料更能抵抗高温环境的作用.已成已成为现代工程材料的三大支柱之一。陶瓷是经原料粉碎、压制为现代工程材料的三大支柱之一。陶瓷是经原料粉碎、压制成形、高温烧结而成。成形、高温烧结而成。下一页返回上一页1.5 其他材料简介其他材料简介 3.复合材料复合材料 由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质.经人工合成的经人工合成的材料称为复合材料。它不仅具有各组成材料的优点材料称为复