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1、1,金屬材料與熱處理,2,概述,金屬材料是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的基本材料，廣泛地應(yīng)用于制造生產(chǎn)和生活用品。 金屬材料主要包括：碳素鋼，合金鋼，鑄鐵，有色金屬及硬質(zhì)合金等。 鋼的熱處理方法主要有：退火，正火，淬火，回火及表面熱處理等,3,金屬材料的性能,4,金屬的力學(xué)性能,所謂力學(xué)性能是指金屬在外力的作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括強(qiáng)度，塑性，硬度，沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等，在機(jī)械設(shè)備及工具的設(shè)計(jì)，制造中選用金屬材料時(shí)大多以其力學(xué)性能為主要依據(jù)。 載荷：加工及使用過(guò)程所受的外力，按作用性質(zhì)分為靜載荷，沖擊載荷及交變載荷；按作用形式分為拉伸載荷，壓縮載荷，彎曲載荷，剪切載荷及扭轉(zhuǎn)載荷等。 變形：金屬材料受到載荷

2、作用而產(chǎn)生的幾何形狀和尺寸的變化，分為彈性變形和塑性變形。 金屬受拉伸載荷或壓縮載荷作用時(shí)，其橫截面上的應(yīng)力計(jì)算公式為：=F/S，公式中--應(yīng)力Pa.1Pa=1N/m2當(dāng)面積用mm2時(shí)，應(yīng)力可用MPa為單位。F外力，N；S橫截面積，m2,5,金屬的力學(xué)性能,強(qiáng)度：金屬在靜載作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力，大小通常用應(yīng)力表示。 根據(jù)載荷作用方式不同分為：抗拉強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬?gòu)?qiáng)度高低的指標(biāo)。 抗拉強(qiáng)度是通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)定的，方法是用靜拉力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行軸向拉伸，同時(shí)連續(xù)測(cè)量力和相應(yīng)的伸長(zhǎng)量，直至試樣斷裂，得到有關(guān)的力學(xué)性能。,6,強(qiáng)度試驗(yàn),拉伸

3、試樣：圓形和矩形，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T397-1986)中，對(duì)試樣的形狀，尺寸及加工要求有明確的規(guī)定。根據(jù)標(biāo)距長(zhǎng)度和直徑的關(guān)系，試樣有長(zhǎng)試樣L=10d和短試樣L=5d. 力伸長(zhǎng)曲線：拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線叫做力伸長(zhǎng)曲線，也稱為拉伸曲線圖，分為五個(gè)階段，分別為：彈性變形階段，屈服階段（塑性變形階段），強(qiáng)化階段（形變強(qiáng)化或加工強(qiáng)化），縮頸階段（局部塑性變形階段），斷裂。,7,強(qiáng)度指標(biāo),屈服點(diǎn)：在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，載荷不增加（保持恒定），試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，符號(hào)s,公式如下： s=FS/S0 式中：s屈服點(diǎn)，MPa； FS試樣屈服時(shí)的載荷，N；S0 試樣原始橫截面積

4、，mm2。 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力：國(guó)標(biāo)GB/T228-1987規(guī)定0.2表示試樣卸除載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)率達(dá)到0.2%時(shí)的應(yīng)力，也稱為屈服強(qiáng)度。公式如下： 0.2=F0.2/S0 所以，材料的屈服點(diǎn)或規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力是機(jī)械零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是評(píng)定金屬材料性能的重要指標(biāo)。,8,強(qiáng)度指標(biāo),抗拉強(qiáng)度：材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力，用符號(hào)b表示，公式如下： b=Fb/S0式中：b抗拉強(qiáng)度，MPa; Fb試樣拉斷前承受的最大載荷，N; S0試樣原始橫截面積，mm2。 零件在工作中所承受的應(yīng)力，不允許超過(guò)抗拉強(qiáng)度，否則會(huì)產(chǎn)生斷裂，所以，b也是機(jī)械零件和選材的重要依據(jù)。,9,塑性指標(biāo),塑性：斷裂前

5、金屬材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。 伸長(zhǎng)率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比，用符號(hào)，公式如下： =(l1-l0)/l0*100%,長(zhǎng)短試樣分別用10和5表示，習(xí)慣上10也常寫成。 斷面收縮率：試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號(hào)表示，公式如下： =（S0-S1)/S0*100% 金屬材料的伸長(zhǎng)率（ ）和斷面收縮率（ ）數(shù)值越大，表示材料的塑性越好，可以加工成復(fù)雜形狀的零件。例如：工業(yè)純鐵的可達(dá)50%， 可達(dá)80%，可以拉制細(xì)絲，軋制薄板，而鑄鐵幾乎為零，不能進(jìn)行塑性變形加工。,10,硬度指標(biāo),硬度：材料抵抗局部變形特別是塑性變形，壓痕或劃痕的能力稱為硬

6、度。 測(cè)試方法：布氏硬度試驗(yàn)法，洛氏硬度實(shí)驗(yàn)法和維氏硬度實(shí)驗(yàn)法 硬度值可以間接反映金屬的強(qiáng)度及金屬在化學(xué)成分，金相組織和熱處理工藝上的差異，且試驗(yàn)簡(jiǎn)便易行，應(yīng)用十分廣泛。,11,硬度試驗(yàn)方法,布氏硬度原理：使用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金球），以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，然后用測(cè)量表面壓痕直徑來(lái)計(jì)算硬度。 表示方法：HBS或HBW之前的數(shù)字為硬度值，符號(hào)后面按以下順序用數(shù)字表示試驗(yàn)條件：1）球體直徑 2）試驗(yàn)力 3）試驗(yàn)力保持的時(shí)間（10-15s不標(biāo)注） 應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)：灰鑄鐵，有色金屬，各種軟鋼等硬度不高的材料。在工程上得到廣泛應(yīng)用，但是操作時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)不同材

7、料需要不同的壓頭和試驗(yàn)力，壓痕測(cè)量較費(fèi)時(shí)，又因壓痕較大不適于測(cè)量成品及薄件。,12,根據(jù)材料和布氏硬度范圍選擇試驗(yàn)條件,13,硬度試驗(yàn)方法,洛氏硬度原理:采用金剛石圓錐體或淬火鋼球壓頭，壓入金屬表面后，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力，以測(cè)量的壓痕深度來(lái)計(jì)算洛氏硬度值。 洛氏硬度沒有單位，實(shí)驗(yàn)室硬度值直接從硬度計(jì)的表盤上讀出。 硬度標(biāo)尺:HRC，HRB，HRA。 表示方法：符號(hào)HR前面的數(shù)字表示硬度值，后面的字母表示不同洛氏硬度的標(biāo)尺。 優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，讀值方便，壓痕小，可測(cè)成品及薄件，硬度值范圍大；壓痕小，內(nèi)部組織不均勻時(shí)，數(shù)值波動(dòng)大，需測(cè)試不同部位，取其平均值。,14,常用洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)

8、條件和適用范圍,15,硬度試驗(yàn)方法,維氏硬度實(shí)驗(yàn)原理：將相對(duì)面夾角為136的正四棱椎體金剛石壓頭以選定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算硬度。 表示方法：HV前面的數(shù)字表示硬度值，后面的數(shù)字依次為試驗(yàn)力和保持時(shí)間。 優(yōu)缺點(diǎn)：可測(cè)量較薄的材料，可測(cè)量表面滲碳，滲氮層的硬度，可測(cè)量很軟到很硬的各種材料的硬度，準(zhǔn)確性高；缺點(diǎn)是，測(cè)量壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度較繁，壓痕小，對(duì)試件表面質(zhì)量要求較高。,16,沖擊韌性試驗(yàn),沖擊韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力，常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 金屬材料受大能量的沖擊載荷作用時(shí)，其沖擊抗力主要取決于沖擊韌度的大小，

9、而在小能量多次沖擊條件下，其沖擊抗力主要取決于材料的強(qiáng)度和塑性。 沖擊試樣：標(biāo)準(zhǔn)試樣為10mm*10mm*55mm的U型和V型缺口試樣。 沖擊方法：大能量一次沖擊和小能量多次沖擊，一次性沖擊韌度高的材料，小能量多次沖擊抗力不一定高，反之亦然。,17,疲勞強(qiáng)度指標(biāo),疲勞概念:機(jī)械零件在工作過(guò)程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的變化，產(chǎn)生交變應(yīng)力（循環(huán)應(yīng)力），在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一，經(jīng)常造成重大事故。,18,疲勞強(qiáng)度指標(biāo),疲勞破壞的特征：1）疲勞斷裂時(shí)并沒有明顯的宏

10、觀塑性變形，斷裂前沒有預(yù)兆，而是突然破壞；2）引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于材料的屈服點(diǎn)；3）疲勞破壞的宏觀斷口由兩部分組成，即疲勞裂紋的策源地及擴(kuò)展區(qū)（光滑部分）和最后斷裂區(qū)（粗糙部分） 疲勞斷裂的原因：材料表面或內(nèi)部有缺陷（夾雜，劃痕，顯微裂紋等，局部應(yīng)力大于屈服點(diǎn)，產(chǎn)生局部塑性變形導(dǎo)致開裂，隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至最后承載的界面減少到不能承受所加載荷而突然斷裂。,19,金屬的工藝性能,工藝性能：金屬材料對(duì)不同加工工藝方法的適應(yīng)能力，它直接影響到零件制造工藝和質(zhì)量是選材和制定零件工藝路線時(shí)必須考慮的因素之一。 主要包括：鑄造性能，鍛造性能，焊接性能，切削加工性能等。,20,金

11、屬的工藝性能,鑄造性能：金屬及合金在鑄造工藝中獲得優(yōu)良鑄件的能力。衡量鑄造性能的主要指標(biāo)有流動(dòng)性，收縮性和偏析傾向等。 鍛造性能：用鍛壓成型方法獲得優(yōu)良鍛件的難易程度，鍛造性能的好壞主要同金屬的塑性和變形抗力有關(guān)。如黃銅，鋁合金及碳鋼等鍛造性能很好。 焊接性能：金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度，其中低碳鋼低合金鋼焊接性能好，高碳鋼和鑄鐵焊接性較差。 切削加工性能：切削加工金屬材料的難易程度，一般由工件切削后表面粗糙度及刀具壽命來(lái)衡量，影響切削加工性能主要有化學(xué)成分，組織狀態(tài)，硬度，塑性，導(dǎo)熱性和形變強(qiáng)化等，一般鑄鐵比鋼切削性能好，碳鋼比高合金鋼好。

12、改變化學(xué)成分和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，是改善切削加工性能的重要途徑?21,金屬的塑性變形與再結(jié)晶,金屬在外力（載荷）的作用下，首先發(fā)生彈性變形，載荷增加到一定值后除發(fā)生彈性變形外還發(fā)生塑性變形，即彈塑性變形；繼續(xù)增加載荷，塑性變形逐漸增大，直至金屬發(fā)生斷裂，即金屬在外力作用下的變形可分為彈性變形，彈塑性變形和斷裂三個(gè)連續(xù)階段。包括：?jiǎn)尉w的金屬塑性變形和多晶體金屬的塑性變形，常用的金屬材料都是多晶體。 多晶體塑性變形主要特點(diǎn)：1）晶體位向的影響，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；2）晶界的作用，晶界越多晶體的塑性變形抗力越大；3）晶粒大小的影響，晶粒越細(xì)，晶界越多，金屬材料具有較好的塑性和韌性。,22,冷塑性變形對(duì)金屬

13、性能與組織的影響,冷塑性變形對(duì)金屬性能的影響:造成形變強(qiáng)化（加工強(qiáng)化），隨塑性變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度，硬度提高，塑性，韌性下降。形變強(qiáng)化可以提高金屬的強(qiáng)度，是工件能用塑性變形方法成型的必要條件。塑性變形除影響力學(xué)性能外，還會(huì)使金屬某些物理，化學(xué)性能發(fā)生變化，如電阻增加，化學(xué)活性增大，耐蝕性降低等。 在工業(yè)生產(chǎn)中，為保持金屬經(jīng)冷塑性變形后的高強(qiáng)度，采取回復(fù)處理，以降低內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)提高塑性。,23,熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響,消除鑄態(tài)金屬的組織缺陷，提高金屬的致密度和力學(xué)性能。 細(xì)化晶粒，提高金屬的力學(xué)性能。 形成鍛造流線，保證材料的力學(xué)性能。 形成帶狀組織，可用熱處理的方法加以消除。,24

14、,鐵碳合金,合金是一種金屬元素與其他金屬元素或非金屬元素通過(guò)熔煉或其他方法結(jié)合而成的具有金屬特性的材料。合金可分為二元合金，三元合金和多元合金。合金具有更好的力學(xué)性能，通過(guò)調(diào)整元素比例以獲得性能各異的合金。 合金組織分為固溶體，金屬化合物和混合物三類。,25,合金的組織,固溶體：一種組元的原子融入另一組元的晶格中所形成的均勻固相，融入的元素為溶質(zhì)，基體元素為溶劑，其分類為間隙固溶體和置換固溶體兩種。 金屬化合物：合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)，其特點(diǎn)是熔點(diǎn)高，硬度大，脆性大。 混合物：兩種或兩種以上的相按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)，其性能取決于各組成相的性能，及分布的形態(tài)，數(shù)量

15、和大小。,26,鐵碳合金的組織,鐵碳合金中，碳與鐵可以組成固溶體，金屬化合物及混合物。 鐵碳合金的基本組織有：鐵素體（F），奧氏體（A），滲碳體（ Fe3C ），珠光體（P）和萊氏體（Ld）。 鐵碳合金的分類： 1）鋼 含碳量0.0218%0.77%，其中亞共析鋼0.0218%C0.77%;共析鋼C=0.77%;過(guò)共析鋼0.77%C2.11%。 2）白口鑄鐵 含碳量=2.11%--6.69%，其中亞共晶白口鑄鐵2.11%C4.3%；共晶白口鑄鐵C=4.3%；過(guò)共晶白口鑄鐵4.3%C6.69%,27,鐵碳合金基本組織的力學(xué)性能,注： b/MPa為抗拉強(qiáng)度， /%為伸長(zhǎng)率， HBS(HBW)為布氏

16、硬度。,28,鐵碳合金的成分，組織與性能的關(guān)系,鐵碳合金在室溫的組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成，隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體增加隨著含碳量的變化，不僅鐵素體和滲碳體的相對(duì)量有變化，而且相互組合的形態(tài)也發(fā)生變化。 鐵碳合金組織的變化，必然引起性能的變化，改變碳含量可以在很大范圍內(nèi)改變鋼的力學(xué)性能，含碳量越高，鋼的強(qiáng)度和硬度越高，而塑性和韌性越低，所以，為了保證工業(yè)生產(chǎn)使用的鋼具有足夠的硬度，并具有一定的塑性和韌性，鋼中的含碳量一般不超過(guò)1.4%。,29,碳素鋼,碳素鋼：含碳量大于0.0218%小于2.11%，且不含有特意加入合金元素的鐵碳合金，簡(jiǎn)稱碳鋼。具有良好的力學(xué)性能和工藝性

17、能，冶煉方便，價(jià)格便宜，在機(jī)械制造，建筑，交通運(yùn)輸?shù)仍S多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用。 碳素鋼常存元素：鐵，碳，硅，錳，硫，磷等，其中硅含量一般在0.17%-0.37%，可提高強(qiáng)度和硬度；錳含量一般在0.25%-0.80%，提高強(qiáng)度和硬度；硫含量不得超過(guò)0.05%，可導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)熱脆現(xiàn)象；磷含量一般限制在0.04%以下，達(dá)到0.10%時(shí)冷脆性嚴(yán)重。 在易切削鋼中適當(dāng)提高硫，磷的含量，增加鋼的脆性，利于切削時(shí)形成斷裂切屑，提高切削效率和延長(zhǎng)刀具壽命，主要用于在自動(dòng)機(jī)床上加工生產(chǎn)量大，受力不大的零件。,30,碳素鋼的分類,按鋼的含碳量分類： 1）低碳鋼： C0.25%；2）中碳鋼：C 0.25%-0.60%；

18、高碳鋼：C0.60% 按鋼的質(zhì)量（硫，磷含量）分類： 1）普通鋼：S0.05%，P0.045%；2）優(yōu)質(zhì)鋼：S0.035%，P0.035%；3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S0.025%，P0.025% 按鋼的用途分類： 1）結(jié)構(gòu)鋼：C0.70%，2）工具鋼：C0.70% 按冶煉時(shí)脫氧程度不同分類： 1）沸騰鋼：脫氧程度不完全的鋼；2）鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度完全的鋼；3）半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼。,31,碳素結(jié)構(gòu)鋼,碳素結(jié)構(gòu)鋼的雜質(zhì)和非金屬夾雜物較多，但冶煉容易，工藝性好，價(jià)格便宜，產(chǎn)量大，在性能上能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件的要求，通常被軋制成鋼板和型材（圓鋼，方鋼，扁鋼，角鋼，槽鋼，工字鋼，

19、鋼筋等）用于廠房，橋梁，船舶等建筑結(jié)構(gòu)或受力不大的機(jī)械零件（鉚釘，螺釘，螺母等） 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)有代表屈服點(diǎn)的Q，屈服點(diǎn)數(shù)值，質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)四個(gè)部分順序組成，如Q235-A.F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。,32,碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)，化學(xué)成分，力學(xué)性能,,注：以上Q235為常用碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)，其中還有Q195,Q215,Q255,Q275等牌號(hào)。 s/ MPa表示屈服點(diǎn)， b/ MPa表示抗拉強(qiáng)度，5 /%表示伸長(zhǎng)率。等級(jí)表示 硫，磷含量，A最高，D最低。,33,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是按化學(xué)成分和力學(xué)性能供應(yīng)的，鋼中所含硫，磷及非金屬夾雜物量較少，

20、常用來(lái)制造重要機(jī)械零件，一般需熱處理來(lái)改變力學(xué)性能。 優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。0825鋼的屬低碳鋼，30-55鋼屬中碳鋼，60以上鋼屬高碳鋼。普通含錳量鋼（Mn=0.35%-0.80%)和較高含錳量鋼（Mn=0.7%-1.2%),高錳鋼牌號(hào)后加標(biāo)Mn,如65Mn. 低碳鋼強(qiáng)度，硬度較低，塑性，韌性及焊接性良好，主要制作沖壓件，焊接結(jié)構(gòu)件及強(qiáng)度不高的機(jī)械零件及滲碳件，如深沖器件，壓力容器，小軸，銷子，法蘭盤，螺釘和墊圈等；中碳鋼強(qiáng)度，硬度較高，塑性，韌性降低，切削性能良好，經(jīng)調(diào)質(zhì)后有較好的綜合力學(xué)性能，主要制作受力較大的機(jī)械零件，如連桿，曲軸，齒輪和聯(lián)軸等；高碳鋼強(qiáng)度

21、，硬度和彈性較高，但焊接性不好，切削性稍差，冷塑性變形差，主要制造較高強(qiáng)度，耐磨性和彈性的零件，如氣門彈簧，彈簧墊圈，板簧和螺旋彈簧等彈性元件及耐磨零件。,34,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)，化學(xué)成分和力學(xué)性能,注： s表示屈服點(diǎn)， b表示抗拉強(qiáng)度， 5表示伸長(zhǎng)率， 表示斷面收縮率， k表示沖擊韌度。,35,碳素工具鋼,碳素工具鋼：用于制造刀具，模具和量具的鋼，由于要求其高強(qiáng)度和高耐磨性，故含碳量均在0.70%以上，都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。 碳素工具鋼的牌號(hào)以漢字“碳”的拼音字頭“T”及后面的數(shù)字表示，數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，如T10表示平均含碳量為1.0%的碳素工具鋼，如是高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則在

22、牌號(hào)后面標(biāo)以字母A。 各種牌號(hào)的碳素工具鋼經(jīng)淬火后的硬度相差不大，但是隨著含碳量的增加，未溶的二次滲碳體增多，鋼的耐磨性增加，韌性降低，所以，不同牌號(hào)的工具鋼用于制作不同使用要求的各類工具。,36,碳素工具鋼的牌號(hào)，化學(xué)成分，力學(xué)性能和用途,37,鑄造碳鋼,鑄造碳鋼一般用于制造形狀復(fù)雜，力學(xué)性能要求較高的機(jī)械零件，其廣泛用于制造重型機(jī)械的某些零件，如軋鋼機(jī)機(jī)架，水壓機(jī)橫梁，鍛錘和跕座等。 鑄造碳鋼含碳量一般在0.20%--0.60%之間，如果含碳量過(guò)高，則塑性變差，且鑄造時(shí)易產(chǎn)生裂紋。 鑄造碳鋼的牌號(hào)用“鑄造”拼音字頭“ZG”加屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度值兩組數(shù)字組成；不同牌號(hào)的鑄造碳鋼用于不同使用要求

23、的零件。,38,鑄造碳鋼的牌號(hào)及應(yīng)用,ZG270-400有良好的塑性，韌性和焊接性，用于受力不大，要求具有一定韌性的零件，如機(jī)座，變速箱體等。 ZG230-450有一定的強(qiáng)度和較好的塑性，韌性，焊接性良好，切削性能尚可，用于受力不大，要求具有一定韌性的零件，如跕座，軸承蓋，外殼，閥體，底板等。 ZG270-500用較高強(qiáng)度和較好塑性，鑄造性能良好，焊接性能較差，切削性能良好，用途較廣，如軋鋼機(jī)機(jī)架，連桿，箱體，缸體，曲軸，軸承座等。 ZG310-570強(qiáng)度和切削性能良好，塑性，韌性較差，用于負(fù)荷較高的零件，如大齒輪，缸體，制動(dòng)輪，輥?zhàn)拥取?ZG340-640有較高的強(qiáng)度，硬度和耐磨性，切削性能

24、中等，焊接性差，裂紋敏感性大，用作齒輪，棘輪等。,39,鑄造碳鋼的牌號(hào)，化學(xué)成分和力學(xué)性能,注：適用于壁厚10mm以下的鑄件。,40,鋼的熱處理,熱處理：將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱，保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。 鋼的熱處理方法有：退火，正火，淬火，回火及表面熱處理等五種。 任何一種熱處理工藝都由加熱，保溫和冷卻三個(gè)階段。,41,鋼的退火與正火,退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。 主要目的：1）降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工；2）細(xì)化晶粒，均勻鋼的組織及成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院蟮臒崽幚碜鰷?zhǔn)備；3）

25、消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂。 常用退火方法：完全退火，球化退火及去應(yīng)力退火。,42,鋼的退火方法,完全退火：將鋼加熱到完全奧氏體化（Ac3以上30--50），隨之緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝方法。主要用于中碳鋼及低，中碳合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛件，鑄件，熱軋型材等，有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)件。 球化退火：將鋼加熱到Ac1以上20-30，保溫一定時(shí)間，以不大于50/h的冷卻速度隨爐冷卻下來(lái)，使鋼中碳化物呈球狀的工藝方法。適用于共析鋼及過(guò)共析鋼，如碳素結(jié)構(gòu)鋼，合金工具鋼，軸承鋼等。 去應(yīng)力退火：將鋼加熱到略低于A1的溫度（一般取500-650），保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻的工藝方法，其目的是消除

26、由于塑性變形，焊接，切削加工，鑄造等形成的殘余應(yīng)力。由于退火溫度低于A1，所以鋼的組織不發(fā)生變化。,43,鋼的正火,正火：將鋼加熱到Ac3或Accm以上30-50，保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，在空氣中冷卻的工藝方法。其冷卻速度比退火稍快，得到的珠光體組織比較細(xì)，強(qiáng)度，硬度比退火鋼高。主要用于1）改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性；）當(dāng)力學(xué)性能要求不高時(shí)，正火可作最終處理；3）消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體，改善鋼的力學(xué)性能，并為球化退火作組織準(zhǔn)備；4）代替中碳鋼和低碳合金鋼的退火，改善它們的組織結(jié)構(gòu)和切削加工性能。 45鋼正火，退火狀態(tài)的力學(xué)性能比對(duì)：,44,鋼的淬火,淬火：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上的某一

27、溫度，保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻，以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。 淬火的主要目的是為了馬氏體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。 淬火的加熱溫度:亞共析鋼的淬火加熱溫度在Ac3以上30--50；過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度在Ac1以上30-50，這種組織耐磨性好，脆性小。 淬火冷卻介質(zhì)：油，水，鹽水，堿水等，其冷卻能力依次增加。,45,淬火方法,單液淬火法：將鋼件奧實(shí)體化后，在單一淬火介質(zhì)中冷卻到室溫的處理。碳鋼一般用水作冷卻介質(zhì)；合金鋼可用油作冷卻介質(zhì)。操作簡(jiǎn)單，但綜合的冷卻特性不夠理想，容易產(chǎn)生硬度不足或開裂等缺陷。 雙介質(zhì)淬火：將鋼件奧氏體后，先浸入一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中，冷卻到接近Ms點(diǎn)溫

28、度即鋼的組織還未開始轉(zhuǎn)變時(shí)迅速取出，馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)換的淬火。如先水后油，先水后空氣等，其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)應(yīng)力小，變形及開裂小，缺點(diǎn)是操作困難，故主要用于由碳素工具鋼制造的易開裂工件，如絲錐等。 馬氏體分級(jí)淬火：鋼件奧氏體后，隨之浸入溫度稍高或稍低于鋼的Ms點(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)中，保溫適當(dāng)時(shí)間，待工件的內(nèi)外層均達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷或油冷，從而獲得馬氏體組織。 貝氏體等溫淬火：鋼材料奧氏體后，放入溫度稍高于Ms點(diǎn)鹽浴或堿浴中，保溫足夠時(shí)間，是奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，其主要目的是強(qiáng)化鋼材，獲得強(qiáng)度和韌性的良好配合，及較高的硬度和較好的耐磨性，可以顯著地減小淬火盈利和變形，避免工件的

29、淬火開裂，故用來(lái)處理形狀復(fù)雜的各種模具，成型刀具等。,46,鋼的淬透性和淬硬性及淬火缺陷,淬透性：在規(guī)定條件下，鋼在淬火冷卻時(shí)獲得馬氏體組織的能力。鋼的淬透性與鋼的臨界冷卻速度有關(guān)，臨界冷卻速度越低，淬透性越好，合金鋼的淬透性比碳鋼好。 淬硬性：鋼在理想條件下淬火成馬氏體后所能達(dá)到的最高硬度，主要取決于含碳量。 淬火缺陷：1）氧化與脫碳；2）過(guò)熱和過(guò)燒；3）變形和開裂；4）硬度不足。 過(guò)熱：鋼在淬火加熱時(shí)溫度過(guò)高或高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而發(fā)生奧氏體晶粒粗化的現(xiàn)象，可以用正火予以糾正；過(guò)燒：加熱溫度達(dá)到固相線附近，使晶界氧化并部分溶化的現(xiàn)象，過(guò)燒后的工件只能報(bào)廢。,47,鋼的回火,回火：將淬火后的鋼

30、在加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 回火的目的：1）消除內(nèi)應(yīng)力；2）獲得所需要的力學(xué)性能；3）穩(wěn)定組織和尺寸。 淬火鋼在回火時(shí)的組織變化：1）馬氏體分解（80-200），由馬氏體和碳化合物組成回火馬氏體；2）殘余奧氏體分解（超過(guò)200）；3）滲碳體形成（300-400），由鐵素體和細(xì)粒狀滲碳體組成回火托氏體；4）滲碳體的聚集長(zhǎng)大（400以上），由滲碳體和鐵素體組成回火索氏體。 淬火鋼在回火時(shí)的性能變化：隨著回火溫度的升高，鋼的強(qiáng)度，硬度下降，塑性，韌性提高?；鼗鸷箜g性降低的現(xiàn)象為回火脆性，可采用加熱后快冷的方法加以避免。,48,回火的分類及應(yīng)用,低溫回火

31、（150-250），得到的組織是回火馬氏體，其性能是具有較高的硬度（58-64HRC），高的耐磨性和一定的韌性。主要用于刀具，量具，冷沖壓模具及其他要求硬而耐磨的零件。 中溫回火（350-500），得到的組織是回火托氏體，其性能是具有高的彈性極限，屈服點(diǎn)和適當(dāng)?shù)捻g性，硬度可達(dá)35-50HRC，主要用于彈性零件及熱鍛模具等。 高溫回火（500-650），得到的組織是回火索氏體，其性能是具有良好的綜合力學(xué)性能（足夠的強(qiáng)度與高韌性相結(jié)合），硬度可達(dá)200-330HBS，生產(chǎn)中稱為“調(diào)質(zhì)”，廣泛用于受力構(gòu)件，如螺栓，連桿，齒輪，曲軸等。 45鋼正火與調(diào)質(zhì)力學(xué)性能的比較,49,鋼的表面熱處理,表面淬火：

32、僅對(duì)工件表面進(jìn)行淬火的工藝。表面淬火主要適用中碳鋼和中碳合金鋼。主要有火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火。 火焰加熱表面淬火：應(yīng)用氧-乙炔（或其他可燃?xì)怏w）火焰對(duì)零件表面進(jìn)行快速加熱，隨之快速冷卻的工藝，淬硬層深度在26mm，加熱溫度及淬硬層深度不易控制，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，適用于單件和小批量生產(chǎn)。,50,表面淬火,感應(yīng)加熱表面淬火：利用感應(yīng)電流通過(guò)工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面局部加熱，然后快速冷卻的淬火工藝。 特點(diǎn)：1）加熱速度快；2）淬火質(zhì)量好；3）淬火層深度易于控制，適于大批量生產(chǎn)。 感應(yīng)加熱表面淬火的電流頻率,51,化學(xué)熱處理,化學(xué)熱處理：將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種

33、元素滲入他的表層，以改變其化學(xué)成分，組織和性能的熱處理工藝。 種類：滲碳，滲氮，碳氮共滲，滲金屬等。 基本過(guò)程：分解，吸收，擴(kuò)散。,52,化學(xué)熱處理,鋼的滲碳：將工件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝?？商岣吖ぜ韺拥暮剂浚?.85%-1.05%），滲碳后經(jīng)淬火及低溫回火，使零件表面獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的強(qiáng)度及較高的塑性和韌性。 滲碳方法：固體滲碳，鹽浴滲碳和氣體滲碳。 滲碳零件必須用低碳鋼和地毯合金鋼。,53,化學(xué)熱處理,鋼的滲氮：在一定溫度下，使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝，其目的是提高零件表面的硬度，耐磨性，耐蝕性及疲勞強(qiáng)度。 氣體

34、滲氮：工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝。 滲氮的特點(diǎn)：1）滲氮層具有很高的硬度和耐磨性；2）滲氮溫度低（一般約570），工件變形?。?）滲氮零件具有很好的耐性，可防止水，蒸氣，堿性溶液的腐蝕。但是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，滲氮層薄而脆，不宜承受集中的中載荷，主要用來(lái)處理重要和復(fù)雜的精密零件，如精密絲杠，鏜桿，排氣閥，精密機(jī)床的主軸等，滲氮用鋼是含有Al.Cr,Mo等合金元素的鋼，通常是38CrMoAl，35CrMo，18CrNiW等。 離子滲氮：在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩?，利用工件（陰極）和陽(yáng)極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝。其優(yōu)點(diǎn)具有速度快，生產(chǎn)周期短，滲氮質(zhì)量高，工件變形小，對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)。

35、,54,化學(xué)熱處理,碳氮共滲：在一定溫度下，將碳，氮同時(shí)滲入工件表面奧氏體中（以滲碳為主）的化學(xué)熱處理工藝，通常氣體碳氮共滲。 氣體碳氮共滲的溫度為820-870，共滲層表面含碳量0.7%-1.0%，含氮量0.15%-0.5%，熱處理后表面組織為含碳，氮的馬氏體及均勻分布的細(xì)小碳氮化合物。 優(yōu)點(diǎn)：加熱溫度低，零件表形小，生產(chǎn)周期短，且滲層有較高的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度，常用來(lái)處理汽車和機(jī)床上的齒輪，蝸桿和軸類等零件。 以滲氮為主的碳氮共滲，稱為“軟氮化”，其常用的介質(zhì)是尿素，加熱溫度一般不超過(guò)570，處理時(shí)間僅為13h,特點(diǎn)是滲層硬度較低，脆性較小，常用于處理模具，量具，高速鋼刀具等。,55,

36、熱處理新工藝簡(jiǎn)介,形變熱處理：把塑性變形于熱處理有機(jī)結(jié)合的新工藝，可達(dá)到形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的綜合效果，顯著提高鋼的力學(xué)性能。分為高溫形變熱處理和低溫形變熱處理。 高溫形變熱處理：將工件加熱到奧氏體化溫度以上，報(bào)文后進(jìn)行塑性變形，然后立即淬火，回火，提高材料的強(qiáng)度和硬度，顯著提高韌性，取得強(qiáng)韌化的效果。 低溫形變熱處理：將鋼奧氏體化，急速冷卻到過(guò)冷奧氏體孕育期最長(zhǎng)的溫度區(qū)間（500-600之間）進(jìn)行塑性變形，然后淬火并立即回火，其特點(diǎn)是保持塑性和韌性不降低的條件下，大幅度提高鋼的強(qiáng)度和抗磨損能力，主要用于要求強(qiáng)度極高的零件，如高速鋼刀具，彈簧。飛機(jī)起落架等。,56,熱處理新工藝簡(jiǎn)介,激光熱處理：利用激光束的高能量快速加熱工件表面，然后依靠零件本身的導(dǎo)熱性冷卻而使其淬火，目前主要使用CO2激光，比高頻感應(yīng)加熱淬火具有更高的硬度，耐磨性及疲勞強(qiáng)度，且變形量?jī)H為高頻感應(yīng)加熱淬火的1/3-1/10。 保護(hù)氣氛熱處理：采用無(wú)氧化加熱，一般通入高純度中性氣體氮?dú)饣驓鍤獾取?真空熱處理：將工件置于1.330.0133Pa真空度的真空介質(zhì)中加熱，可以防止零件氧化與脫碳，減少變形，不僅可用于真空退火和真空淬火，還可用于真空化學(xué)熱處理，如真空滲碳等。,