1、吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師教案用紙第一次課 碳鋼；合金結(jié)構(gòu)鋼；碳鋼的金相組織觀察項目一 非合金鋼（碳鋼）鋼在自然界中儲量較多，冶煉方便，加工容易，價格低廉，力學(xué)性能較優(yōu)良，因此，應(yīng)用最廣，用量最大。盡管其應(yīng)用領(lǐng)域已部分被有色金屬、陶瓷、塑料及復(fù)合材料所取代，但它仍將占主導(dǎo)地位，占鋼產(chǎn)量8090%，所以選材應(yīng)首先考慮碳鋼。一、碳素鋼的分類1、按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類 （1）低碳鋼：Wc<0.25。（2）中碳鋼：0.25Wc0.6。 （3）高碳鋼：Wc>0.6。2、按鋼的用途分類（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 用于機(jī)械零件（橋梁、鍋爐等）和工程構(gòu)件（軸、螺釘、螺母、曲軸和連桿等），多為低、中碳鋼。（2）碳素

2、工具鋼 制作刀具、量具和模具，為高碳鋼。3、按質(zhì)量等級分類（1）普通碳素鋼它在生產(chǎn)過程中不需要特別控制質(zhì)量的鋼種，主要包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素鋼筋鋼等。（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼它在生產(chǎn)過程中需要特別控制質(zhì)量的鋼種，如磷、硫含量，晶粒度等，主要有壓力容器用鋼。（3）特殊質(zhì)量碳素鋼需特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能，常用的有鐵道特殊碳鋼、碳素彈簧鋼、碳素工具鋼等。二、碳素鋼的牌號、性能和用途（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼1.牌號牌號表示方法：Q+S數(shù)值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號。例如，Q235A·F，表示s235Mpa,質(zhì)量等級為A、（A、B、C、D）級（A級質(zhì)量最差），脫氧方法為沸騰鋼（F、b、Z）的碳素結(jié)構(gòu)鋼。2.成

3、分特點(diǎn)Wc=0.06%0.38%。3.性能特點(diǎn)強(qiáng)度低，塑性好，焊接性、冷成形性優(yōu)良。3.用途通過熱軋成各種型材（如圓鋼、方鋼、鋼板等），不經(jīng)熱處理而直接使用。Q195、Q215常軋制成薄板、鋼筋供應(yīng)市場；如Q235C、D級可用作焊接用材，又如鉚釘。（二）、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼所含硫、磷及非金屬夾雜物都比碳素結(jié)構(gòu)鋼少，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動范圍也小，力學(xué)性能比較均勻，塑韌性比較好。1.牌號牌號表示方法：兩位數(shù)字。數(shù)字為Wc的萬分?jǐn)?shù)，或數(shù)字+元素符號。常見牌號有15、20、35、45、55、65、65Mn。（1）根據(jù)化學(xué)成分不同，部分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為正常錳含量和較高錳含量優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩類

4、。如20鋼，20Mn鋼（WMn=0.7%1.0%），60Mn鋼（WMn=0.9%1.2%）。（2）高級優(yōu)質(zhì)：Ws、WP分別0.030%，牌號后加“A”，如45A。（3）特級優(yōu)質(zhì)Ws0.020%，（WP0.025%，牌號后加“E”，如45E。2.成分特點(diǎn)Wc=0.08%0.65%。3.性能特點(diǎn)與用途（1）08、10鋼 屬極軟低碳鋼，強(qiáng)硬度很低，塑韌性很好，具有優(yōu)良的沖壓、拉伸和焊接性能，淬透性、淬硬性差，難切削加工。 用于制造冷沖壓零件和各種容器、儀表板、機(jī)器罩等，如扎制薄板、薄帶冷變形材料、各種容器、車身、墊圈等。 （2）15、20鋼 也有良好的冷沖壓性能和可焊接性能。 常用來制造受力不大、韌

5、性要求較高的中小結(jié)構(gòu)件或零件。如焊接容器、螺釘、螺母、軸套等。如經(jīng)過滲碳處理，可制造凸輪、齒輪等。 （3）35、40、45、50鋼 強(qiáng)度較高，綜合力學(xué)性能良好，淬透性低，水淬易產(chǎn)生裂紋，小型件宜采用調(diào)質(zhì)處理，大型件宜采用正火。主要用來制造齒輪、連桿、軸類等。 （4）60、70鋼 強(qiáng)硬度高，但塑韌性較差。經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅Ｓ脕碇圃鞆椈伞椈蓧|圈、鋼絲、低速車輪圈和扎輥等。（三）、碳素工具鋼1.牌號牌號表示方法：T+數(shù)字。數(shù)字為Wc的千分?jǐn)?shù)。如T8、T10、T12。如果含錳量較高，則加Mn，如T8Mn。高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼則附加“A”，如T12A，T8MnA。2. 成分特點(diǎn)Wc=0.65%1.35

6、%。3.性能特點(diǎn)成本低，加工性能優(yōu)良，強(qiáng)硬度較高，耐磨性好，但韌性較差，熱硬性差，淬透性低，淬火時易變形開裂。4.用途適用于制造各種低速刀具、量具。此類鋼一般以退火狀態(tài)供應(yīng)市場，使用時再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。如大錘、鉆頭、沖子、斧子、鋸條、銼刀、絲錐、車刀、銑刀刻刀等。項目二 合金結(jié)構(gòu)鋼由于碳鋼在某些方面不能滿足性能要求，因而人們研制并開發(fā)了合金鋼。在碳鋼的基礎(chǔ)上有目的加入一種或幾種元素而獲得的鋼就稱為合金鋼。一、鋼的分類 GB/T133041991鋼分類：非合金鋼、低合金鋼、合金鋼。 1、低合金鋼低合金鋼合金元素的種類和含量低于國標(biāo)規(guī)定范圍的鋼。普通質(zhì)量低合金鋼 按質(zhì)量等級低合金鋼可分為優(yōu)質(zhì)低合

7、金鋼特殊質(zhì)量低合金鋼 2、合金鋼低合金鋼（WMe<5） 按合金元素總量中合金鋼（WMe510）高合金鋼（WMe>10） 按合金元素種類：鉻鋼、錳鋼、硅錳鋼、鉻鎳鋼等 按用途：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、不銹鋼及耐熱鋼（特殊性能鋼）、合金專用鋼等。 按退火組織分類：亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、萊氏體鋼。 按正火組織分類：珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。二、合金鋼的牌號表示方法牌號：數(shù)字元素符號數(shù)字拼音字母。以60Si2Mn為例：Wc60/100000.6， Wsi2， WMn<1.5。1Cr13：Wc1/1000， WCr13特例：GCr15（Wcr1.5）， 0Cr18N

8、i9(Wc<0.08)，00Cr12（(Wc<0.03)。合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的合金鋼。三、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 1、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分 （1）低碳 Wc0.20%,WMe3。 （2）主加合金元素 Mn、Si、Ti、Nb、V等。 2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號、性能、及用途 （1）牌號 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。 （2）性能 高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性，良好的焊接性、耐蝕性和冷成形性。 （3）用途橋梁、車輛、船舶、壓力容器。四、合金滲碳鋼 1、合金滲碳鋼的化學(xué)成分 （1）低碳 Wc0.100.25。 （2）主加合金元素 Cr、Ni、Mn

9、、Si、B（提高淬透性）W、Mo、V、Ti（碳化物強(qiáng)化相）。 2、常用合金滲碳鋼 牌號：20 Cr、20 CrMnTi、20 Cr2Ni4 性能：外硬內(nèi)韌。 用途：用于承受沖擊的耐磨零件，如汽車變速齒輪軸、活塞銷等。 3、合金滲碳鋼的 正火（預(yù)處理）滲碳淬火低溫回火。五、合金調(diào)質(zhì)鋼1、合金調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分 （1）中碳 Wc0.250.5。（2）主加合金元素 Cr、Ni、Mn、Si、B（提高淬透性）W、Mo、V、Ti（碳化物強(qiáng)化相）。 2、常用合金調(diào)質(zhì)鋼 牌號：40Cr、35CrMo、38CrMoAI、40CrNiMoA等 性能：良好的綜合力學(xué)性能。 用途：用于制造在多種載荷（如扭轉(zhuǎn)、彎曲、沖擊

10、）下工作，受力比較復(fù)雜，要求具有良好綜合力學(xué)性能的重要零件。 3、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 （1）正火或退火淬火高溫回火。 （2）正火調(diào)質(zhì)處理表面淬火低溫回火。項目三 鐵碳合金平衡組織觀察【實驗?zāi)康摹?1觀察和識別鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。 2分析不同成分的鐵碳合金顯微組織特征，加深理解其成分、室溫平衡組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系。 3了解金相顯微鏡的使用方法。 【實驗設(shè)備與試樣】 1臺式金相顯微鏡（附圖）。附圖4XA金相顯微鏡外形結(jié)構(gòu)圖2鐵碳合金金相試樣一套。 3鐵碳合金金相照片掛圖一套。附表 金相試樣材料、狀態(tài)、組織及侵蝕劑序號試樣材料名稱狀態(tài)室溫顯微組織侵蝕劑1工業(yè)純鐵退火F4%硝酸酒精220鋼

11、退火F+P4%硝酸酒精345鋼退火F+P4%硝酸酒精4T8退火P4%硝酸酒精5T12退火P+Fe3C4%硝酸酒精【實驗方法與步驟】1觀察已制備好的顯微組織樣品，樣品有：20、45、60、T8及T12鋼，研究每個樣品的組織特征，并結(jié)合鐵碳合金相圖分析其組織形成過程。2分析一個未知試樣。指出它是何種鋼，是什么組織。小結(jié)：1、碳鋼與合金鋼的分類；2、碳鋼的典型牌號、組織、性能及應(yīng)用；3、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼的典型牌號、性能及應(yīng)用。作業(yè)：課程報告碳鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼的典型牌號、性能與應(yīng)用。第二次課 鑄造；鍛造；熱處理；淬火實驗項目一 鑄造在毛坯成形方法中，鑄造占有很大的比例。今天我們來學(xué)習(xí)鑄造的有關(guān)知識。一、概

12、述鑄造是將熔化后的金屬液澆入鑄型中，待凝固、冷卻后獲得具有一定形狀和性能鑄件的成形方法。 1鑄造的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性廣，成本低；質(zhì)量好，生產(chǎn)率高。 缺點(diǎn)：有鑄造缺陷，力學(xué)性能一般。 2，鑄造方法分類 （1）砂型鑄造（2）特種鑄造 金屬鑄造，壓力鑄造，熔模鑄造，離心鑄造，實型鑄造。二、金屬的鑄造能力鑄造性能是指鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力。1流動性流動性金屬液的流動能力。（1）流動性對鑄件質(zhì)量的影響 流動性好，易充型，可獲得高質(zhì)量鑄件；流動性差，易出現(xiàn)冷隔、澆不到、氣孔、夾渣等缺陷。 （2）常用鑄造合金的流動性 金屬的流動性可用螺旋試樣來測定。螺旋線越長，流動性越好。（3）影響

13、流動性的因素 合金的種類與化學(xué)成分；澆注的工藝條件。2收縮率收縮率是鑄造合金從液態(tài)凝固和冷卻至室溫過程中產(chǎn)生的體積尺寸的縮減。 收縮分為：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮。 （1）收縮對鑄件的影響 縮孔與縮松； 變形與開裂； （2）影響收縮率的因素 合金的種類和成分； 工藝條件。三、砂 型 鑄 造砂型鑄造工序： 模樣與芯盒準(zhǔn)備型砂與芯砂配制造型、造芯熔煉、澆注落砂、清理檢驗入庫。（一）模樣和芯盒 模樣和芯盒是用來造型和造芯的基本工藝裝備。（二）造型材料型沙：原砂、粘結(jié)劑、附加物、水、舊砂按一定比例混合而成。型沙與型沙的性能要求：（1）足夠的強(qiáng)度；（2）較高的耐火性；（3）良好的透氣性；（4）較好的

14、退讓性。（三）造型與造芯 1造型 （1）手工造型 用手工或手動工具完成的造型工序。（2）機(jī)器造型 用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。2造芯制芯也分為手工造芯和機(jī)器造型。將鑄型的各組元(上型、下型、芯、澆口杯)組合成一個完整的鑄型便可用于澆注。（四）熔煉與澆注 1熔煉 熔煉設(shè)備：沖天爐、感應(yīng)電爐等。 爐料：金屬料、燃料、熔劑。 2澆注澆注金屬液應(yīng)在一定的溫度范圍內(nèi)按規(guī)定的速度注入鑄型， 澆注溫度在液相線以上200，一般為12501470，過高過低都不行。 澆注的流量和線速度要適宜，過快過慢都不行。（五）落砂、清理、檢驗落砂用手工或機(jī)器使鑄件與型沙、砂箱、分開的操作。清理采用滾筒、噴丸、

15、拋丸等方法清除芯砂及鑄件表面粘砂，并切除鑄件上多余金屬（澆冒口、飛翅和氧化皮）的過程。 檢驗：鑄件質(zhì)量分為合格品、一等品、優(yōu)等品三個等級。四、特 種 鑄 造（一）金屬型鑄造1金屬型的材料與結(jié)構(gòu)2金屬型鑄造工藝要點(diǎn)3金屬型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍（二）壓力鑄造1壓力鑄造工藝過程2壓力鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍（三）熔模鑄造1熔模鑄造的工藝過程2熔模鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用（四）離心鑄造1離心鑄造的方法2離心鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用項目二 鍛造工程中許多零件的毛坯都是經(jīng)鍛壓加工的。下面我們來學(xué)習(xí)鍛壓的有關(guān)知識。一、概述鍛造是對坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機(jī)械零件、工件或毛坯的成形加工方

16、法。鍛造加工能改善金屬的內(nèi)部組織，提高金屬的力學(xué)性能。二、可鍛性可鍛性：材料在鍛造過程中經(jīng)受塑性變形而不開裂的能力。指標(biāo)：塑性；塑性變形抗力。三、鍛造的加熱與冷卻 1鍛造溫度范圍 鍛造加熱的目的：提高坯料塑性，降低變形抗力易成形。始鍛溫度：固相線以下200左右。終鍛溫度：亞共析鋼 A150100；過共析鋼 AcmA1。2加熱速度3鍛件冷卻方法 方法：空冷、坑冷（或箱冷）、爐冷。四、自由鍛 1自由鍛的基本工序拔長 （1）拔長 在平砧上拔長。 在芯棒上拔長。 （2）鐓粗主要形式：完全鐓粗、中間鐓粗、端部鐓粗。高徑比：h/d2.5 （3）沖孔 單面沖孔法； 雙面沖孔法。（4）其他（彎曲、錯移、鍛結(jié)、

17、扭轉(zhuǎn)、切割）。2自由鍛的生產(chǎn)特點(diǎn)和應(yīng)用 特點(diǎn)：設(shè)備簡單，通用性好，成本低。 應(yīng)用：單件、小批量生產(chǎn)，特別是大型鍛件。五、模鍛1單膛模鍛2多膛模鍛 （1）拔長模膛，（2）滾壓模膛，（3）彎曲模膛，（4）預(yù)鍛模膛，（5）終鍛模膛。 3錘上模鍛的特點(diǎn)和應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率高，表面質(zhì)量高，加工余量少，尺寸準(zhǔn)確，操作簡單， 缺點(diǎn)：鍛模制造周期長，成本高，鍛件質(zhì)量較低。 應(yīng)用：小型鍛件的大批量生產(chǎn)。項目三 鋼的普通熱處理整體熱處理工藝主要有退火、正火、淬火和回火。退火和正火為預(yù)備熱處理，目的是消除組織缺陷，或為機(jī)加作準(zhǔn)備；而淬火和回火作為最終熱處理，目的是提高工件的使用性能。一、退火1. 退火工藝及其目的工

18、藝：加熱、保溫、緩冷。 目的：降低硬度，改善成形和切削加工性能，均勻成分和組織，細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力。 2常用退火工藝方法 （1）完全退火與等溫退火加熱Ac3以上2030，保溫時間隨工件大小和厚度而定，爐冷至600°左右出爐空冷。生產(chǎn)中常用等溫退火代替完全退火。目的：細(xì)化晶粒，消除過熱組織，降低硬度和改善切削加工性能。 適用中、高碳鋼的亞共析鋼。 （2）球化退火 加熱Ac1以上2030，保溫后的冷卻方式有兩種 普通球化退火：隨爐緩冷至500600后，出爐空冷。 等溫球化退火：先在Ar1以下20保溫足夠時間后，隨爐緩冷至500600，再出爐空冷。組織：在F基體上分布著粒狀碳化物（球化體

19、）。對于過共析鋼鑄、鍛、焊件，進(jìn)行球化退火可使?jié)B碳體球狀化，改善切削加工性能，為淬火作組織準(zhǔn)備，減小變形和開裂傾向。 （3）去應(yīng)力退火 加熱Ac1以下，（一般為500650），冷卻盡量緩慢，目的去除殘余應(yīng)力。二、正火 1正火工藝及其目的 工藝：加熱（奧氏體化）、保溫、空冷。 加熱通常在Ac3或Acm以上3050。組織：細(xì)珠光體。 目的：細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，為機(jī)加提供合適的硬度，也可作為最終熱處理（如受力小、性能低的碳鋼提供合適的力學(xué)性能）。2正火與退火的選用 （1）從改善切削加工性能考慮 低碳鋼正火。中碳鋼正火代替退火（成本低）。Wc0.50.75的鋼完全退火。Wc>0.75的高碳鋼或

20、工具鋼球化退火。 （2）從使用性能方面考慮 受力小、性能要求低的工件正火。（3）從經(jīng)濟(jì)方面考慮 盡量用正火。三、淬火1淬火工藝及其目的 工藝：加熱到Ac3、Ac1以上某一溫度保溫，快速冷卻。 目的：獲得馬氏體或下貝氏體組織，以便在不同的回火溫度獲得不同的性能。 2淬火加熱溫度亞共析鋼Ac3以上3050； 共、過共析鋼Ac1以上3050。 3淬火冷卻介質(zhì) 淬火冷卻時，為得到M，冷速必須大于M臨界冷速。淬火冷卻介質(zhì)冷卻能力越強(qiáng)，工件越易于淬硬，淬硬層越深，但產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力越大，變形或開裂傾向越大。因此，理想的淬火介質(zhì)如左圖所示。它可減少淬火應(yīng)力，避免變形和開裂。常見的冷卻介質(zhì)有油、水、鹽水、堿水，其

21、冷卻能力依次增強(qiáng)。碳鋼一般用水淬，合金鋼一般用油淬。鹽水和堿水適用尺寸較大，外形簡單，硬度要求較高，而淬火變形要求不高的碳鋼零件。此外還有堿浴、硝鹽浴，其冷卻能力介于水和油之間。常用于形狀復(fù)雜、尺寸較小和變形要求小的零件。目前廣泛采用的新型淬火劑如水玻璃堿水溶液、過飽和的硝鹽水溶液等會在工件表面形成薄膜，使工件冷卻均勻，避免了軟點(diǎn)，減少了變形與開裂傾向。又具有無毒、無煙、無腐蝕、不燃燒等特點(diǎn)。4常用淬火方法 （1）單介質(zhì)淬火 如水、油。 （2）雙介質(zhì)淬火 如先水冷后油冷或先水冷后空冷。 （3）馬氏體分級淬火 先鹽浴后空冷。（4）貝氏體等溫淬火 先鹽浴后空冷。四、回火1回火工藝及其目的工藝：將淬

22、火鋼重新加熱Ac1以下某一溫度，保溫、冷卻。 目的：減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，降低脆性，獲得所需力學(xué)性能。 2淬火鋼回火時組織和性能的變化一般規(guī)律：回火溫度升高，強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性上升。3回火種類和應(yīng)用 （1）低溫回火（<250）。組織：回火馬氏體。性能：高的硬度、強(qiáng)度和良好的耐磨性。目的：降低淬火應(yīng)力和脆性。應(yīng)用：刀具、量具、滾動軸承、滲碳件等。（2）中溫回火（250500）。組織：回火托氏體。性能：彈性極限高，強(qiáng)度、硬度較高，塑性和韌性良好。應(yīng)用：彈性元件及熱作模具。（3）高溫回火（>500）。組織：回火索氏體。性能：綜合力學(xué)性能優(yōu)良。應(yīng)用：曲軸、連桿、螺栓

23、、齒輪等。項目四 淬火實驗熱處理是將金屬在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織及性能的一種工藝方法。對于同一種金屬材料而言，采用不同的熱處理工藝可獲得不同的力學(xué)性能，從而滿足不同零件的使用要求和工藝性能要求，有效地拓寬了材料的使用范圍，有利于最大限度的發(fā)揮材料的潛能。一、實驗?zāi)康?了解碳鋼整體熱處理的工藝特點(diǎn)，初步掌握操作方法。2分析加熱溫度、冷卻速度、回火溫度對碳鋼組織和力學(xué)性能的影響。二、實驗設(shè)備和試樣 1實驗設(shè)備箱式電阻爐，溫控儀表，夾鉗，水槽，油槽。2試樣45鋼，T12。三、實驗內(nèi)容 將鋼加熱到Ac1（共析鋼和過共析鋼）或Ac3以上某一溫度，保溫一定時間，然后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻下來，使A轉(zhuǎn)變成M。 1淬火溫度的選擇 淬火溫度的選擇主要取決于Wc，對于亞共析鋼，其加熱溫度為Ac3+30°50&