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1 of be of be a  or of a In of of it is in if to at in of my is in  (a)  (b) (c) is is to a is is or is or of be is If no is as to is a be At or a is 0a or is be to of as to so it is to be in is to be as an a of   be in is to of be be in as 2 It is of to a be in or is be in to it is to do a of at of to it to be by of of At to be be in As it is of of be In to is in it of of of is of of of be to it is as is of a as of an A of it in in (a) to (b) to is to of as in of  (e) of 3 or to (d) e) by to do An of to is no of as to be in of by it is a of of  a or in a so as to or  of as in is of as or by he is TT in a of of To IT is at a is at to of  It is 23 C? it is To to a  of to it is to of at on a as be as  at of to to at  at M 4 of n in of in or be to by of of am to 80 of a to a 0 F?  00 F? 8 C?  6 C? ) is by in to at as by is as a of to or is by as or is a a of to at a by at a It is to to in or in of  5 is of of as  of or or to to it is is to is is by s a on of is of a or by in a or in 5%5%in an or or  of a on of of  of In a it is to a is to of of of  In of of or to is 3000 F?  05 C? ). a of of  no 00 F? (150 C? ). be or be of be is by to  to on 6 is of is to to as or is to to to is a to an is by at a to of  7 材料選擇與熱處理  近些年來，工程材料的選擇已經(jīng)顯得非常重要。此外．選擇過程應(yīng)該是一個(gè)對(duì)材料的連續(xù)不斷的重新評(píng)價(jià)過程．新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會(huì)減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會(huì)對(duì)材料 選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會(huì)要求使用不同的材料．來自國內(nèi)和國際競(jìng)爭、對(duì)產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力．都會(huì)促能人們對(duì)材料進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果，設(shè)汁工程師和制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。  制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)汁。設(shè)計(jì)通?？梢苑譃閹讉€(gè)明確的階段：(a)初步設(shè)計(jì)； (b)功 能設(shè)汁； (c)生產(chǎn)設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能．通常要設(shè)想和考慮幾個(gè)方案，然后決定這種想法是否可行；如果可行，則應(yīng)該對(duì)其中一個(gè)或幾個(gè)方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問屬題是：是否有性能符合要求的材料可供選用；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時(shí)間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。  在功能設(shè)計(jì)或工程設(shè)計(jì)階段，要做出一個(gè)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機(jī)或者實(shí)物模型，并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的功能、可靠性 、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗(yàn)可能會(huì)表明，在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對(duì)不能將這一點(diǎn)做為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個(gè)很有成就的公司在制造所有樣機(jī)時(shí)．所選用的材料應(yīng)該和其在生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣做對(duì)公司是很有好處的。功能完備的樣機(jī)如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟(jì)地制造出來，或者是樣機(jī)與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同．則這種樣機(jī)就沒有多大的價(jià)值。設(shè)計(jì)工程師最好能在這一階段全部完成材料的分 析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段去做。因?yàn)?，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的．這些人對(duì)產(chǎn)品的所有功能的了解可能不如設(shè)計(jì)工程 8 師。  在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易地保證供應(yīng)。  在制造過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)對(duì)使用中的材料作一些更改的情況。經(jīng)驗(yàn)表明，可以采用某些便宜材料作為替代品．然而，在大多數(shù)情況下，在進(jìn)行生產(chǎn)后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費(fèi)的代價(jià)要高．在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階 段做好材料選擇工作，可以避免大多數(shù)的這種材料更換情況。在生產(chǎn)制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品性能。但是，必須對(duì)新材料進(jìn)行認(rèn)真的評(píng)價(jià)．以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)時(shí)刻牢記．新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前．沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。  產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計(jì)人員和公司在選擇材料時(shí)，采用最好的程序。在材料選擇過程中，五個(gè)最常見的問題為： (a)不了 解或者不會(huì)使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新和最好的信息資料： (b)未能預(yù)見和考慮產(chǎn)品可能的合理用途 (如有可能，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)一步預(yù)測(cè)和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯(cuò)誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決 )； (c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或者有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時(shí)候； (d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗(yàn)證； (e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。  通過對(duì)上述五個(gè)問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對(duì)這些問題的分析研究可 以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇辦法也不能避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟，設(shè)計(jì)人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行材料選擇，可以大大減少訴訟的數(shù)量。  從上面的討論可以看出，選擇材料的人們應(yīng)該對(duì)材料的性質(zhì)，特點(diǎn)和加工方法有一個(gè)全面而基本的了解。  普遍認(rèn)同的對(duì)金屬及合金熱處理的定義是，以一定的方式加熱或冷卻固態(tài)金屬或合金以達(dá)到一定的條件和／或獲得某些性能。以熱加工 (如鍛造 )為目的的加熱，不在此定義之列。同樣地，有時(shí)用于生產(chǎn)諸如玻璃或塑料制品的熱處理也不屬于該定義的范疇．  相變曲線  熱處理的基礎(chǔ)是時(shí)間 相變曲線，即 線， 3 個(gè)參數(shù)都繪制在一個(gè)圖中。根據(jù)曲線的形狀特點(diǎn)，分別稱為 c 曲線或 s 曲線。   9 為了繪制 線，將特定的鋼置于給定溫度下，以預(yù)先確定的時(shí)間間隔檢查其結(jié)構(gòu)，記錄發(fā)生相變的量。我們知道共析鋼 (平衡條件下，在 723℃以上時(shí)全為奧氏體，而低于此溫度，則為珠光體．為了形成珠光體，碳原子將產(chǎn)生擴(kuò)散形成滲碳體。擴(kuò)散是一種漸進(jìn)過程，需要足夠的時(shí)間完成奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變。對(duì)于不同的樣品，可以記錄下在任一溫度時(shí)產(chǎn)生相變的量，然后把這些點(diǎn)繪制在一條以時(shí)間和溫度為坐標(biāo)軸的曲線上。通過這些點(diǎn)就可以得 到如圖 1所示的共析鋼的相變曲線。左邊的曲線表示任一給定溫度下奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w所需要的時(shí)間。類似地，右邊的曲線表示相變完成所需要的時(shí)間。兩條曲線之間是表示部分相變的點(diǎn)。兩條水平線燈 (和材 f 表示馬氏體轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束。   圖 1 共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線  熱處理工藝的分類  在某些場(chǎng)合熱處理過程可以根據(jù)其工藝和應(yīng)用明確地區(qū)分開來。而在另一些場(chǎng)合，因?yàn)橥瑯拥墓に嚦３？梢杂脕磉_(dá)到不同的目的，因此對(duì)該術(shù)語的說明和簡單的解釋是不夠的。例如：消除應(yīng)力的熱處理和回火處理常 常使用同樣的設(shè)備、同樣的時(shí)間和溫度循環(huán)來實(shí)現(xiàn)，但這兩種工藝的目的是不同的。  下面對(duì)主要熱處理工藝的描述大體上是按其相互關(guān)系來安排的。  正火；把鐵類合金加熱到指定的相變溫度上限以上 (通常 50? 或28~56℃ )的合適溫度．接下來在不流動(dòng)的空氣中冷卻到至少比相變溫度低得多的某 — 溫度。對(duì)于低碳鋼，得到的結(jié)構(gòu)和性能與完全退火相同．而對(duì)于大多數(shù)鐵類合金，正火和退火意義不同。  正火一般作為起調(diào)節(jié)作用的熱處理工藝，特別是用于細(xì)化在鍛造或其他熱加工工藝中經(jīng)受了高溫 的鋼的晶粒．正火處理之后通常還要接著進(jìn)行淬火、退火或回火等進(jìn)行奧氏體化。  退火：熱處理的一個(gè)通用術(shù)語，指的是加熱到一定溫度并保溫，然后以合適的速度冷卻，主要用于降低金屬材料的硬度，同時(shí)在其他性能或顯微組織方面產(chǎn) 10 作一些理想的變化。這種變化的目的是改善其機(jī)械加工性、便于冷加工 (被稱為中間退火 )，改善機(jī)械或電性能，或增加工件的尺寸穩(wěn)定性，但也不僅僅局限于此．如果僅僅用于消除應(yīng)力，就叫做去應(yīng)力退火，與應(yīng)力消除熱處理是同義詞．  當(dāng)“退火”這個(gè)術(shù)語用于鐵類合金而又無其他限制條件時(shí)，指的是完個(gè)退火。這種處理是把合金加熱到 其相變溫度以上，再進(jìn)行循環(huán)冷卻以便硬度下降最大。冷卻過程的變化范圍較大，要看具體合金的成分和特性。  淬火；把鋼或合金浸沒在液體或氣體介質(zhì)中，從奧氏體化溫度下快速冷卻。常用的淬火介質(zhì)有水、 5％的鹽水、 5％的堿性水溶液、油、聚合物溶液和氣體 {常為空氣或氮?dú)?)。  對(duì)淬火介質(zhì)的選擇主要取決于材料的淬透性以及被處理的材料的質(zhì)量 (主要是淬火部分的厚度 )。  上面列出的各種淬火介質(zhì)的冷卻能力有很大的區(qū)別．在選擇淬火介質(zhì)時(shí)，最好避免選擇比達(dá)到預(yù)期效果所需的冷卻能力更強(qiáng)的溶液，從而盡量降低處理零件開裂或變形的可能性．淬火包括直 接淬火、噴霧淬火、熱淬火，分級(jí)淬火、局部淬火、噴射淬火和限時(shí)淬火。在本章最后的術(shù)語表中對(duì)這些術(shù)語進(jìn)行了定義．  回火；在鐵類合金的熱處理中，回火指的是把奧氏體化和淬硬的鋼或鐵再加熱到預(yù)先設(shè)定的相變溫度下限以下的某一溫度 (通常低于 13000F 或 705℃ )?；鼗鹛峁┝双@得各種綜合機(jī)械性能的方法．用于淬硬鋼的回火溫度通常低于 300 F? {150℃ )。不要把回火與中間退火或去應(yīng)力退火混淆。即使 3 種處理方法的時(shí)間和溫度循環(huán)可能相同，但是被處理的材料的狀態(tài)和目的可能是不同的 。  去應(yīng)力退火：與回火相似，去應(yīng)力退火總是把鋼和鐵加熱到相變溫度下限以下的某一溫度．對(duì)于有色金屬，這個(gè)溫度可以是稍高于室溫，也可以達(dá)到幾百度，取決于合金的種類和期望去除的應(yīng)力的大小．  去應(yīng)力退火的主要目的是消除在模鑄、軋制、機(jī)加工、焊接等過程中在工件中產(chǎn)生的應(yīng)力。通常這一過程是把工件加熱到預(yù)先設(shè)定的溫度并保持足夠長的時(shí)間來降低殘留的應(yīng)力 (這是一個(gè)與時(shí)間和溫度有關(guān)的工序 )．接下來，以比較慢的速度冷卻以避免產(chǎn)生新的應(yīng)力。