第一章機械工程材料及熱處理2023/12/28第一章機械工程材料及熱處理第一節(jié)金屬材料的性能

引言：1.金屬材料的性能使用性能：指材料在使用過程中所表現的性能，主要包括力學性能、物理性能（）和化學性能（耐酸、堿性，抗氧化性等）。工藝性能：指在制造機械零件的過程中，材料適應各種冷、熱加工和熱處理的性能2.力學性能(又稱機械性能)

包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。

指材料在外力作用下表現出來的性能，主要有強度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強度等。2第一章機械工程材料及熱處理一．強度與塑性１、材料的拉伸曲線（1）、oe段：直線、彈性變性（2）、es段：曲線、彈性變形+塑性變形（5）、b點：出現縮頸現象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達到最大值，試樣即將斷裂。（3）、ss’段：水平線（略有波動）明顯的塑性變形屈服現象，作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長。（4）、s’b曲線：彈性變形+均勻塑性變形S’材料拉伸實驗3第一章機械工程材料及熱處理圓形拉伸試樣拉伸實驗4第一章機械工程材料及熱處理強度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。２、強度的指標（2）、抗拉強度指試樣拉斷前所承受的最大拉應力。其物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力。（1）、屈服點σb=

Fb/S0

當材料的內應力σ＞σb時，材料將產生斷裂。σb常用作脆性材料的選材和設計的依據。符號：σs材料產生屈服現象時的最小應力σs=Fs/S0

Fs：試樣屈服時所承受的拉伸力（N）S0

：試樣原始橫截面積（mm）§1-1強度與塑性5第一章機械工程材料及熱處理３、塑性指標

塑性是材料在靜載荷作用下產生塑性變形而不破壞的能力。評定指標是斷后伸長率和斷面收縮率。（1）、斷后伸長率（2）、斷面收縮率指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比。指試樣拉斷后縮項處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。δ=(L1-L)/Lx100%L:標距（本實驗L=100）

L1:拉斷后的試件標距。將斷口密合在一起，用卡尺直接量出。Ψ=(A0-A1)/A0x100%A0:試件原橫截面積。

A1:斷裂后頸縮處的橫截面積，用卡尺直接量出。

§1-1強度與塑性6第一章機械工程材料及熱處理二．硬度引言：1、定義：指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標，其物理含義與試驗方法有關。2、硬度的測試方法（1）布氏硬度HBS或HBW（2）洛氏硬度HR（3）維氏硬度HV一般來說，硬度越高，耐磨性越好，強度也較高7第一章機械工程材料及熱處理（1）、布氏硬度試驗（布氏硬度計）原理:用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質合金球）以相應的試驗力壓入待測材料表面，保持規(guī)定時間并達到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗力，測量材料表面壓痕直徑，以計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。１、布氏硬度布氏硬度計布氏硬度試驗原理圖

8第一章機械工程材料及熱處理（2）、布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受有平均壓力表示。如：120HBS500HBW（3）、優(yōu)缺點①.測量值較準確，重復性好，可測組織不均勻材料（鑄鐵）②.可測的硬度值不高③.不測試成品與薄件④.測量費時，效率低(4)、測量范圍

用于測量灰鑄鐵、結構鋼、非鐵金屬及非金屬材料等.9第一章機械工程材料及熱處理(1)、洛氏硬度試驗（洛氏硬度計）原理:用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗力的作用下壓入試樣表面，經規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量來計算硬度的一種壓痕硬度試驗。

2、洛氏硬度洛氏硬度測量原理圖

洛氏硬度計

10第一章機械工程材料及熱處理(2)、洛氏硬度值用測量的殘余壓痕深度表示?？蓮谋肀P上直接讀出。如：50HRC一般淬火鋼件(3)、優(yōu)缺點HRB軟鋼、退火鋼、銅合金①試驗簡單、方便、迅速HRA硬質合金、表面淬火鋼②壓痕小，可測成品，薄件③數據不夠準確，應測三點取平均值④不應測組織不均勻材料，如鑄鐵。(4)、測量范圍

用于測量淬火鋼、硬質合金等材料.11第一章機械工程材料及熱處理(1)、維氏硬度試驗原理:用夾角為136°的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗力F（49.03-980.07N）壓入試樣表面，測出壓痕對角線長度d，進而算出壓痕表面積，最后求出壓痕表面積上的平均壓力。(2)、維氏硬度值

用壓痕表面積上的平均壓力表示。如：640HV。

(4)、測量范圍

常用于測薄件、鍍層、化學熱處理后的表層等。3、維氏硬度(3)、優(yōu)缺點①測量準確，應用范圍廣（硬度從極軟到極硬）②可測成品與薄件

③試樣表面要求高，費工。12第一章機械工程材料及熱處理一、鋼鐵材料的生產過程鐵礦石生鐵鋼錠型材

鑄鐵軋制、擠壓、拉拔、鍛造等壓力加工方法1、生鐵的冶煉原料：鐵礦石燃料：焦炭熔劑：石灰石設備：高爐2、鋼的冶煉原料：生鐵、廢鋼燃料：焦炭熔劑：石灰石；氧化劑，脫氧劑設備：電弧爐（鋼板、型鋼、鋼管）第二節(jié)鋼13第一章機械工程材料及熱處理電弧爐14第一章機械工程材料及熱處理二．鋼的分類與編號鋼碳素鋼低合金鋼（<5%）合金鋼:中合金鋼（5~10%）(按合金元素總量分)高合金鋼（>10%）（1）按含碳量分低碳鋼0.0218%<C<0.25%中碳鋼0.25%<C<0.6%高碳鋼0.6%<C<2.11%（2）按質量和用途分碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼碳素工具鋼易切削結構鋼鑄鋼１、鋼的分類15第一章機械工程材料及熱處理２、鋼的牌號及其應用（1）、碳素結構鋼：牌號：Q+屈服點數值＋質量等級符號＋脫氧方法符號例如：Q195，Q275等。用途：薄板，鐵絲，釘，小軸，螺栓等。（2）、優(yōu)質碳素結構鋼：牌號：用兩位數字表示，該數字表示鋼中平均含碳量的萬倍。例如：08F，20，45，60等。用途：用作各種較重要的機器零件如：齒輪、主軸等。16第一章機械工程材料及熱處理（3）、碳素工具鋼牌號：用“T”加數字表示，該數字表示鋼中平均含碳量的千倍。如：T8，T9等。

T8：表示碳的平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼。用途：用來制作各種刀具、量具和模具。（4）、易切削用鋼：主要用在自動機床上加工大批量的零件，如螺釘，螺母等。其牌號如：Y20,表示易切削結構鋼，其平均含碳量為0.2%。

（5）、鑄鋼：用于澆注成鑄件的鋼。其強度高于各類鑄鐵，同時具有良好的塑性和韌性，適于制造形狀復雜、強度和韌性要求高的零件，如火車輪、大齒輪等。其牌號如：ZG230-450。牌號意義：ZG屈服點－抗拉強度17第一章機械工程材料及熱處理三．雜質對鋼性能的影響（1）、硅和錳的影響：

有益元素。不但可以溶于F中，產生強化作用，使鋼的強度和硬度提高；而且Mn能消除硫對鋼的危害。（2）、磷的影響：

有害元素，使鋼產生冷脆性。（3）、硫的影響：

有害元素，使鋼產生熱脆性。18第一章機械工程材料及熱處理第三節(jié)合金鋼

1、合金元素對鋼性能的影響一概述（1）提高了鋼的力學性能（2）提高了鋼的淬透性（3）使鋼具有某些特殊性能

鈦、釩等合金元素的加入提高了鋼的強度和硬度，細化了晶粒，也提高了塑性與韌性。鉻、硅、鎳、錳、硼等合金元素的加入提高鋼的淬透性。

鉻、錳等合金元素的加入使鋼具有了耐高溫、耐熱、耐磨、不生銹等特殊性能。19第一章機械工程材料及熱處理2、合金鋼的分類與牌號合金鋼合金結構鋼合金工具鋼特殊性能鋼：機器合金結構鋼

：工程合金結構鋼

：普通低合金結構鋼

不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼合金刃具鋼：

合金彈簧鋼、合金滲碳鋼合金調質鋼、合金軸承鋼合金模具鋼

：

合金量具鋼：

低合金刃具鋼、高合金刃具鋼、高速鋼冷作模具鋼、熱作模具鋼

沒有專用鋼種.20第一章機械工程材料及熱處理1合金結構鋼：兩位數字+合金元素符號+數字平均含碳量的萬分數合金元素含量的百分數（<1.5%不注，1.5-2.5%注2，…）合金工具鋼特殊鋼一位數字+元素符號+數字平均含碳量的千分數（≥1%時不注，高速鋼不注）

合金元素含量的百分數<1.5%不注，1.5-2.5%注2，…3、合金鋼的牌號例如：

9SiCr,Cr12,5CrMnMo高速鋼：W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2例如：60Si2Mn,09Mn2,40Cr等。21第一章機械工程材料及熱處理特殊用途鋼：滾動軸承鋼——牌號前加“G”（滾）

（GCr15——含Cr量的千分數）高級優(yōu)質鋼：牌號后加“A”

注意與碳素結構鋼的質量等級符號區(qū)別！22第一章機械工程材料及熱處理二、合金結構鋼1、普通低合金結構鋼

低碳，合金含量小于3%。主加元素為Mn其強化了鐵素體，提高了強度；V，Ti等元素使晶粒細化，使韌性提高。在建筑、橋梁、車輛、船舶中應用廣泛。以16Mn為最廣。船舶橋梁23第一章機械工程材料及熱處理2、合金滲碳鋼

含碳量為0.1%--0.2%,以保證心部具有足夠的韌性，合金含量小于3%。主加元素為Cr、Mn、鈦、釩，提高了淬透性，使晶粒細化，耐磨性提高。（常用滲碳鋼）

主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足夠強度和韌性的零件，如：汽車變速箱的齒輪等。變速齒輪撥叉常用的牌號有20Cr、20CrTiMn、18Cr2Ni4WA。24第一章機械工程材料及熱處理3、合金調質鋼

含碳量為0.25%--0.5%,主加元素為Cr、Mn、Si、Ni等以提高淬透性和強化鐵素體.調質鋼具有良好的綜合力學性能。

合金調質鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿等。

曲軸

連桿

（常用調質鋼）

25第一章機械工程材料及熱處理4、合金彈簧鋼它具有高的彈性、疲勞強度及沖動韌度。含碳量為0.5%--0.7%,主加元素為Cr、Mn、Si等以提高淬透性和彈性極限。

合金彈簧鋼是一種專用結構鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。

拉力彈簧

離合器彈簧

（常用彈簧鋼）

26第一章機械工程材料及熱處理5、滾動軸承鋼

主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內外套圈等，屬專用結構鋼。

碳質量分數一般為0.95%--1.10%，以保證其高硬度、高耐磨性和高強度。鉻為基本合金元素，鉻含量為0.40%--1.65%。高碳低鉻。如：GCr15(滾珠軸承鋼)

表示鉻含量的千倍27第一章機械工程材料及熱處理三、合金工具鋼

合金工具鋼是制造刃具、量具和模具的鋼種。不僅有更高的硬度和耐磨性,還具有更高的紅硬性。1、合金刃具鋼

用途：主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、絲錐、鉆頭等。

性能：（1）高硬度，60HRC以上；（2）高的耐磨性；（3）高熱硬性；（4）足夠的塑性和韌性。銑刀英制模板刀28第一章機械工程材料及熱處理合金刃具鋼的種類及牌號

(1)低合金刃具鋼(2)高速鋼

最高工作溫度不超過300℃。

①高碳：碳質量分數為0.9%--1.1%，以保證高硬度和高耐磨性。

②Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回火穩(wěn)定性；

W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持細小的晶粒。

高速鋼是高合金刃具鋼，具有很高的熱硬性，高速切削中刃部溫度達600℃時，其硬度無明顯下降。

①高碳：碳質量分數在0.70%以上，最高可達1.5%左右，

②加入Cr、W、Mo、V等合金元素：

Cr提高淬透性。

W、Mo保證高的熱硬性。

V提高耐磨性，細化晶粒。

（如：9SiCr、9Mn2V）（如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2

）常用合金刃具鋼和高速鋼

29第一章機械工程材料及熱處理2、合金量具鋼

用途：量具用鋼用于制造各種測量工具，如卡尺、千分尺、塊規(guī)。性能要求：(1)高硬度（大于56HRC）和高耐磨性；

(2)高尺寸穩(wěn)定性，在存放和使用過程中，尺寸不發(fā)生變化。螺紋規(guī)

游標卡尺千分尺30第一章機械工程材料及熱處理量具用鋼的選用舉例

量具鋼號平樣板或卡板10、20或50、55、60、60Mn、65Mn一般量規(guī)與塊規(guī)T10A、T12A、9SiCr高精度量規(guī)與塊規(guī)Cr（刃具鋼）、CrMn高精度且形狀復雜的量規(guī)與塊規(guī)CrWMn(低變形鋼)抗蝕量具4Cr13,9Cr18(不銹鋼)31第一章機械工程材料及熱處理3、合金模具鋼合金模具鋼按其用途分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。

冷作模具鋼

用途：冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200℃～300℃。熱作模具鋼如：9Mn2V、CrWMn

用途：熱作模具鋼用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達600℃以上。如：5CrMnMo、5CrNiMo

性能要求：①高硬度，58～62HRC;②高耐磨性;③足夠的韌性和疲勞抗力32第一章機械工程材料及熱處理四、特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理和化學性能的一種高合金鋼.它主要包括不銹鋼,耐磨鋼等.1、不銹鋼

能抵抗大氣,酸,堿或其它介質腐蝕的鋼。

不銹鋼在石油化工、國防工業(yè)和一些尖端科學技術及日常生活中都得到廣泛應用，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，醫(yī)療手術器械，防銹刃具和量具等。

根據不銹鋼室溫下組織的不同,常用的不銹鋼可分三種:馬氏體型不銹鋼

鐵素體型不銹鋼

奧氏體型不銹鋼

33第一章機械工程材料及熱處理馬氏體型不銹鋼

如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13

不銹鋼船用螺旋槳不銹鋼剪刀含碳為0.1%--0.4%,含鉻為12%--13%.主要用于力學性能要求較高,耐蝕性要求較低的零件.如:34第一章機械工程材料及熱處理鐵素體型不銹鋼

這類鋼的鉻質量分數為17%～30%，碳質量分數低于0.15%.主要用作耐蝕性要求很高而強度要求不高的構件，例如容器和管道等。

奧氏體型不銹鋼

這類不銹鋼屬鉻鎳不銹鋼,碳含量很低（約0.1%），耐蝕性很好，但切削加工性較差。

如：1Cr17、1Cr17Ti等如：0Cr18Ni9,1Cr18Ni9等35第一章機械工程材料及熱處理2、耐磨鋼

（就是高錳鋼如:ZGMn13—鑄鋼）

履帶

鐵軌分道叉

破碎機顎板挖掘機斗齒高錳鋼不能采用壓力加工和切削加工成形，通常都是直接鑄造成零件，經淬火后使用。主要用于嚴重摩擦和強烈撞擊條件下工作的零件。如：36第一章機械工程材料及熱處理第四節(jié)鑄鐵

引言:1、何為鑄鐵？鑄鐵是碳質量分數大于2.11%、并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。

用于制造機床的床身、床頭箱,發(fā)動機的汽缸體、機器的底座等，是工程上最常用的金屬材料之一。

箱體啟動閥37第一章機械工程材料及熱處理2、鑄鐵分幾類？根據碳在鑄鐵中存在形式不同，可分三大類：（1）白口鑄鐵（2）灰口鑄鐵（3）麻口鑄鐵C的存在形式：滲碳體(Fe3C)，斷口為白色。性能硬而脆，難以切削加工。主要用作煉鋼原料，高耐磨零件（如軋輥、犁鏵等）。C的存在形式：石墨，斷口為灰黑色。

C的存在形式：石墨+滲碳體，斷口為黑白色?；诣T鐵是鑄造性能最好，應用最廣泛的鑄鐵材料。性能：脆性大，很少使用。38第一章機械工程材料及熱處理根據石墨（G）在鑄鐵中存在形態(tài)，可分為：普通灰鑄鐵：石墨呈片狀可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀球墨鑄鐵：石墨呈球狀3、灰口鑄鐵的種類39第一章機械工程材料及熱處理一普通灰鑄鐵１、灰鑄鐵的組織灰鑄鐵有鐵素體、珠光體、(鐵素體+珠光體)+石墨三種基本組織。F+片狀石墨（F+P）+片狀石墨P+片狀石墨40第一章機械工程材料及熱處理

由于石墨片對鋼基體產生的割裂作用，破壞了鋼基體的連續(xù)性、完整性，減少了鋼基體的有效面積，使其抗拉強度低于鋼、而塑性和韌性近于零，屬于脆性材料?；诣T鐵具有非常優(yōu)良的鑄造性能。２、灰鑄鐵的性能與應用

但其抗壓強度與鋼相近，因此普通灰鑄鐵廣泛用于作承受壓力載荷的零件和結構，如機座、機床床身、滑動軸承等。葉輪

發(fā)動機飛輪

41第一章機械工程材料及熱處理３、灰鑄鐵的牌號HT+三位數字，數字表示最低抗拉強度。４、灰鑄鐵的熱處理如：HT150，HT200，HT250

熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布，對提高性能效果不大。通常對其進行熱處理的方法和目的是：（1）、消除內應力退火（2）、高溫退火：消除白口組織（3）、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度。42第一章機械工程材料及熱處理二可鍛鑄鐵１、生產方法：先將鑄鐵澆注成白口鑄鐵,然后進行高溫石墨化退火,使?jié)B碳體分解得到團絮狀石墨。２、可鍛鑄鐵的組織可鍛鑄鐵有鐵素體和珠光體兩種基體。

43第一章機械工程材料及熱處理３、可鍛鑄鐵的牌號４、可鍛鑄鐵的性能及應用可鍛鑄鐵較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼?？慑戣T鐵不可鍛。鐵素體可鍛鑄鐵以“KT”表示，珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ”表示。其后的兩組數字表示最低抗拉強度和最低斷后伸長率。

如：KT350-10、KTZ600-3可鍛鑄鐵的牌號和機械性能

44第一章機械工程材料及熱處理三球墨鑄鐵１、生產方法：在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接獲得球狀石墨,得到球墨鑄鐵.２、球墨鑄鐵的組織45第一章機械工程材料及熱處理３、球墨鑄鐵的牌號４、球墨鑄鐵的用途和機械性能

用“QT”標明，其后兩組數值表示最低抗拉強度和最低伸長率。QT420-10、QT600-2、QT800-2如:

機械性能

牌號基體

b

MPa

0.2

MPa

%ak

kJ/m2HB應用舉例QT400-17鐵素體40025017600≤179汽車、拖拉機床底盤零件；16-64大氣壓閥門的閥體、閥蓋QT420-10鐵素體42027010300≤207QT500-5鐵素體+球光體5003505－147～241機油泵齒輪QT600-2球光體6004202－2297～302柴油機、汽油機曲軸；磨床、銑床、車床的主軸；空壓機、冷凍機缸體、缸套QT700-2球光體7004902－2297～302QT800-2球光體8005602－2417～32146第一章機械工程材料及熱處理６、球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能

機械性能熱處理工藝

顯微組織σb

MPa

%ak

kJ/m2

HB調質:980℃退火后,900℃油淬+580℃回火回火索氏體+石墨

800～1000

1.7～2.7

260～320

240～340正火:980℃退火后,

900℃正火+580℃去應力退火珠光體+5%鐵素體+石墨

700

2.5

100

317～321

５、球墨鑄鐵的應用

具有與鋼相近的力學性能，可代替鋼和合金鋼使用。球墨鑄鐵管道接口

47第一章機械工程材料及熱處理四蠕墨鑄鐵

１、生產方法：

在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與程序與球墨鑄鐵基本相同。

２、蠕墨鑄鐵的組織蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，其石墨片的長厚比較小，端部較鈍。呈蠕蟲狀。48第一章機械工程材料及熱處理蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料。它的強度接近于球墨鑄鐵，并且有一定的韌性、較高的耐磨性；同時又有和灰鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導熱性。

３、蠕墨鑄鐵的牌號、性能和應用

蠕墨鑄鐵以“RuT”表示，其后的數字表示最低抗拉強度。

RuT300、RuT420

如：蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內燃機汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。

牌號：性能：應用：排氣管

進氣管

49第一章機械工程材料及熱處理五特殊性能鑄鐵

在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。

1、耐磨鑄鐵（加鉻）2、耐熱鑄鐵

（Al、Si、Cr

）扇形擴散器托架襯板彎管50第一章機械工程材料及熱處理第五節(jié)、有色金屬及硬質合金一、有色金屬

黑色金屬以外其他的金屬1、鋁及鋁合金

①、純鋁

具有銀白色金屬光澤，面心立心晶格，密度為2.72g/cm3,熔點為660℃具有良好的塑性、導電性、導熱性和耐腐蝕能力。純鋁強度低，σb＝80~100MPa能承受各種冷、熱加工處理代表牌號主要有：L1、L2、L3、L4、L5、L6等，編號越大，純度越低。工業(yè)中常用于配制鋁合金或制作強度要求不高但具有導熱、耐大氣腐蝕的器皿，如熱交換器、散熱器等。51第一章機械工程材料及熱處理②、鋁合金

在純鋁中若加入適量的銅、硅、錳、鎂、鋅等元素形成合金，并經冷變形處理和熱處理后可獲得良好的力學性能。分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類．常用的變形鋁合金防銹鋁具有很好的耐蝕性，但不能進行熱處理強化．常用的牌號用LF5、LF21等，用于焊接油箱、油管、焊條、鉚釘等。硬鋁強度較高，耐蝕性較差．常用的牌號用LY1、LY11、LY12等，用于中、高等強度結構件。超硬鋁

強度高，耐蝕性差．常用的牌號用LＣ４、LＣ６等，用于受力構件，如飛機大梁、起落架等。鍛鋁強度與硬鋁相當，有良好的鍛造性能，常用的牌號用LＤ５、LＤ１０等。主要用于形狀復雜的鍛件。

52第一章機械工程材料及熱處理常用的鑄造鋁合金鋁硅鑄造合金具有良好的鑄造性能，密度小，常用于制造要求重量輕、形狀復雜的工件。常用的牌號有ＺＡlSi12（簡單硅鋁明）鋁銅合金具有較高的耐熱性，適于內燃機氣缸頭、活塞等在較高溫度下工作的工件。鋁鎂合金具有較高的耐蝕性，適于艦船配件等在大氣或海水中工作的工件。鋁鋅合金鑄造性能好，強度高，適于制造汽車、飛機上形狀復雜的工件。53第一章機械工程材料及熱處理2、銅及銅合金

①、工業(yè)純銅

銅是工業(yè)上極為重要的有色金屬材料之一，其熔點比鐵還低。

又稱紫銅，面心立心晶格，密度為8.96g/cm3,熔點為1083℃具有優(yōu)良的導電性和導熱性具有良好的塑性，易于熱壓和冷壓加工。在大氣和淡水中具有良好的耐腐蝕性．純銅的強度不高（σb＝200~240MPa），硬度較低，不宜作結構材料。

主要用作導線、銅管等，常用牌號有T1、T2

、T3、T4

，數字越大，純度越低。54第一章機械工程材料及熱處理②、銅合金

按化學成分分，可分為黃銅、青銅、白銅三大類黃銅是銅與鋅的合金，常用牌號有H68、H70、H80等，主要用作彈殼和精密儀器。白銅是銅與鎳的合金。青銅是除了黃銅和白銅外的其他所有銅基合金(1)錫青銅以錫為主加元素的銅合金，耐磨、耐蝕性好，常用于耐磨、耐蝕工件。常用牌號：QSn4-355第一章機械工程材料及熱處理(２)鈹青銅以鈹為主加元素，常用于制造彈性元件、耐磨零件，如彈簧、軸承、墊圈等。常用牌號：QBe2.(３)鋁青銅以鋁為主加元素，耐磨、耐蝕性好，價格便宜。常用于制造耐磨、耐蝕工件，如齒輪、軸套、蝸輪等。56第一章機械工程材料及熱處理3、軸承合金

用來制造滑動軸承中的軸瓦及內襯的合金。①、錫基軸承合金又稱錫基巴氏合金，是Sn-Sb-Cu系合金。由美國人巴比特發(fā)明而得名。因其呈白色，又稱白合金。摩擦系數小，具有良好的塑性、耐腐蝕性及導熱性適用于制造重要軸承，如汽輪機、內燃機、渦輪機中的高速軸承。

57第一章機械工程材料及熱處理又稱鉛基巴氏合金，是Pb-Sb-Sn-Cu系合金。性能略低于錫基軸承合金，但由于價格便宜，故常用作低速、低載荷的軸瓦材料一般工作溫度不超過120℃②、鉛基軸承合金58第一章機械工程材料及熱處理二、硬質合金1.組成用高硬度、高熔點的金屬碳化物和金屬粘結劑(如Co、Ni、Mo等)，經過高壓成形，并在1500℃左右的高溫下燒結而成的粉末治金材料。2.性能硬質合金的硬度高達89—95HRA，耐磨性很好，耐熱性可達800—1000℃缺點是抗彎強度低、脆性大、怕振動、怕沖擊、制造工藝性差。59第一章機械工程材料及熱處理3.硬質合金的分類、牌號鎢鈷類硬質合金(YG)鎢鈦鈷類硬質合金(YT)鎢鉭(鈮)鉆類硬質合金(YA)鎢鈦鉭(鈮)鈷類硬類硬質合金(YW)碳化鈦基硬質合金(YN)4.硬質合金的應用主要用于制造高速切削刀具60第一章機械工程材料及熱處理一．塑料塑料是高分子合成材料，以合成樹脂為基礎，加入添加劑制成。（1）塑料的組成合成樹脂是塑料的主要組成部分，決定塑料的基本特性。添加劑主要有填充劑（如石棉纖維、玻璃纖維）、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑(防老化劑)、潤滑劑，用來提高塑料的強度、可塑性和防止過早老化等。第六節(jié)常用非金屬材料61第一章機械工程材料及熱處理（２）塑料的特性密度小，僅為鋼鐵的1/8~1/4．耐腐蝕一般能耐酸、堿的腐蝕，聚四氟乙烯能耐王水的腐蝕。絕緣性能好良好的減摩性和耐磨性強度和剛度低，耐熱性差，大多數塑料只能在100℃以下使用易老化，易燃燒62第一章機械工程材料及熱處理

①按使用范圍分

通用塑料產量大、價格低、用途廣，占塑料總產量的3/4以上。大多用于生活用品，包裝材料，以及要求不高的工程制品。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等

工程塑料具有較高的強度、剛度、和韌性，耐熱和耐蝕性、絕緣性較好。主要用于在機械設備和工程結構中作結構材料。常見品種主要有ABS塑料、酚醛塑料（PF）、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、有機玻璃(PMMA)、環(huán)氧塑料(EP)

（３）塑料的分類63第一章機械工程材料及熱處理

②按樹脂熱性能分

熱塑性塑料受熱時軟化冷卻后硬化的過程能反復進行。對于這類塑料，在加工過程中產生的邊角料及廢品可以回收摻入原料中使用屬于熱塑性塑料的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有機玻璃、聚酰胺（尼龍）、聚碳酸酯等

熱固性塑料受熱時軟化冷卻后硬化的過程不能反復進行。屬于熱固性塑料的有酚醛、環(huán)氧、氨基塑料、有機硅塑料等

64第一章機械工程材料及熱處理二．橡膠

天然橡膠與合成橡膠高聚物的彈性體

橡膠工業(yè)的發(fā)展歷史

十五世紀，哥倫布的發(fā)現擦子(rubber)1839年，美國人古德伊爾(CharlesGoodyear)偶然將天然橡膠進行了硫化1845年，英國工程師R．W．湯姆森在車輪周圍套上一個合適的充氣橡膠管，并獲得了這項設備的專利1890年，輪胎被正式用在自行車上1888年，英國人鄧祿普發(fā)明汽車輪胎，1895年開始生產汽車，汽車工業(yè)的興起，更激起了對橡膠的巨大需求，膠價隨之猛漲。隨著汽車數量的大量增加，用于制造輪胎的橡膠的需求量也變成了天文數字。如此廣泛的應用使天然橡膠供不應求。面對橡膠生產的嚴峻形勢，各國競相研制合成橡膠。

65第一章機械工程材料及熱處理(2)特性

①具有高彈性；有良好的耐磨性、隔音性、阻尼性和絕緣性等。②溫度敏感性未經硫化的橡膠會因溫度上升而變軟發(fā)粘，發(fā)出刺鼻的氣味。

橡膠制品通常只有硫化后才能使用。(3)常用的合成橡膠有：丁苯橡膠、丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等(4)用途：制造輪胎、膠板、膠布、膠鞋、膠管、密封圈、粘合劑及有機涂料等66第一章機械工程材料及熱處理三．陶瓷材料

（1）陶瓷材料的結構

一般由晶相、玻璃相和氣相組成。其性能在很大程度上取決于各相的組成、數量、幾何形狀和分布情況等。

（2）陶瓷材料的性能特點

①硬度高，彈性模量大，脆性大，幾乎沒有塑性，抗拉強度低，抗壓強度高。②化學穩(wěn)定性好，有良好的抗氧化能力。③大多數陶瓷是電絕緣體。

陶瓷是各種無機非金屬材料的總稱?，F代工業(yè)的三大主要固體材料之一67第一章機械工程材料及熱處理（3）常用陶瓷材料

④氮化硼陶瓷

由BN粉末經冷壓或熱壓燒結而成特點：具有良好的化學穩(wěn)定性、耐熱性和機械加工性工業(yè)應用：冶煉用的坩堝、器皿、管道、半導體容器和各種散熱絕緣件立方氮化硼用作磨料及金屬切削刀片①普通陶瓷

粘土類陶瓷特點：質地堅硬，絕緣性、耐蝕性、工藝性好，可耐1200℃高溫。工業(yè)應用：絕緣的電瓷和對酸堿有一定耐蝕性的化學瓷，有時也可作承載要求較低的結構零件②氧化鋁陶瓷

以Al2O3為主要成分,強度比普通陶瓷高3~6倍。工業(yè)應用：高溫測溫熱電偶絕緣套管、耐磨、耐蝕用水泵，拉絲模及切削淬火鋼的刀片等③氮化硅陶瓷

將硅粉經反應燒結或將Si3N4經熱壓燒結而成工業(yè)應用：燃氣輪機轉子葉片、轉子發(fā)動機刮片和切削加工用的刀片等68第一章機械工程材料及熱處理第七節(jié)、鋼的熱處理一概述2、熱處理的概念

將固態(tài)鋼材采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織與性能的工藝。1、改善鋼的性能的兩種方法合金化，熱處理基本的熱處理工藝曲線示意圖69第一章機械工程材料及熱處理3、熱處理的目的

（1）提高鋼的力學性能（2）改善鋼的工藝性能4、熱處理與其它加工方法的區(qū)別只改變組織和性能，不改變尺寸形狀70第一章機械工程材料及熱處理普通熱處理感應加熱火焰加熱電接觸加熱激光加熱滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬表面熱處理熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學熱處理5、熱處理的分類71第一章機械工程材料及熱處理二鋼的熱處理原理鋼奧氏體組織加熱保溫1、工件表面與中心溫度一致2、奧氏體組織不同的冷卻條件不同的組織不同的機械性能72第一章機械工程材料及熱處理1、鐵碳合金的基本組織（1）、鐵素體（F）：碳與α-Fe形成的間隙固溶體。性能---強度和硬度低，塑性和韌性好。（2）、奧氏體（A）：碳與γ-Fe形成的間隙固溶體。高溫組織，在大于727℃時存在。性能---塑性好，強度和硬度高于F。在鍛造、軋制時常要加熱到A，可提高塑性，易于加工。（3）、滲碳體（Fe3C）：鐵與碳形成的金屬化合物。性能---硬度高，脆性大。（4）、珠光體（P）：F與Fe3C組成的機械混合物。性能---力學性能介于兩者之間。（5）、萊氏體（Ld）：A與Fe3C組成的機械混合物。性能---硬度高，塑性差。鐵碳合金73第一章機械工程材料及熱處理2、鐵碳相圖分析引言：關于鐵碳合金狀態(tài)圖

概念：表示鐵碳合金在不同成分和溫度下的組織、性能以及它們之間相互關系的圖形。又稱鐵碳合金相圖或鐵碳合金平衡圖。

是在長期的生產實踐和大量科學實驗的基礎上建立起來的。

作用：是研制新材料，制定合金熔煉、鑄造、壓力加工和熱處理等工藝的重要工具。

鐵碳合金74第一章機械工程材料及熱處理鐵碳合金75第一章機械工程材料及熱處理鐵碳相圖分析（1）、相圖的坐標縱坐標：代表溫度。橫坐標：代表含碳量。（2）、幾個概念純鐵鋼鑄鐵共析鋼亞共析鋼過共析鋼共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵鐵碳合金76第一章機械工程材料及熱處理純鐵的冷卻曲線和晶格變化

77第一章機械工程材料及熱處理（3）、特性點A點：純鐵的熔點1538℃C點：共晶點1148℃D點：滲碳體的熔點1227℃S點：共析點727℃G點：純鐵的同素異晶轉變點912℃E點：C在γ-Fe中最大溶解度1148℃P點：C在α-Fe中最大溶解度727℃Q點：600℃時C在α-Fe中最大溶解度鐵碳合金78第一章機械工程材料及熱處理（4）、特性線

ACD：液相線，液相冷卻至此開始析出固相，固相加熱至此全部轉化為液相。AECF：固相線，液態(tài)合金至此線全部結晶為固相，固相加熱至此開始轉化。GS：A開始析出F的轉變線，加熱時F全部溶入A，又稱A3線。

ES：C在A中的溶解度曲線，又稱Acm線。

ECF：共晶線，含C量2.11%--6.69%的鐵碳合金至此發(fā)生共晶反應，結晶出A與Fe3C混合物---萊氏體Ld。

PSK：共析線，含C量在0.0218%--6.69%的鐵碳合金至此反生共析反應，產生珠光體P，又稱A1線。鐵碳合金79第一章機械工程材料及熱處理3.鐵碳相圖的應用(1)、選用材料由鐵碳相圖可知，合金中隨著含碳量的不同，其組織各不相同，從而導致其力學性能不同。因此，我們就可以根據機器零件所要求的性能來選擇不同含碳量的材料。(2)、判斷切削加工性能低碳鋼中鐵素體較多，塑性好，加工性不好；中碳鋼中鐵素體含量比例適當，鋼的硬度適當，易于加工。(3)、制定熱加工工藝在鑄造工藝方面，根據相圖可以確定合適的熔化溫度和澆注溫度，含碳量為4.3%的鑄鐵鑄造性最好；在鍛造工藝方面，可以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫度范圍應在奧氏體區(qū)。(4)、應用于熱處理生產由相圖可知合金在固態(tài)加熱和冷卻過程中均有組織的變化，可以進行熱處理，并且可以正確選擇加熱溫度。鐵碳合金80第一章機械工程材料及熱處理熱處理的理論依據鋼的熱處理81第一章機械工程材料及熱處理三、鋼的退火與正火（1）、概念：將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后在爐中緩慢地冷卻的熱處理工藝。（2）、目的：

1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）細化晶粒，消除組織缺陷；3）消除內應力。1、鋼的退火鋼的熱處理82第一章機械工程材料及熱處理（3）、分類：根據鋼的成分和處理目的的不同，可分為完全退火、球化退火和去應力退火。完全退火①、定義：將鋼加熱Ac3以上30~50oC,完全奧氏體后，保溫一定時間隨之緩慢冷卻到500oC以下，出爐空冷。②、目的：細化晶粒，消除內應力，降低硬度，以利于切削加工。③、適用范圍：亞共析鋼型材。鋼的熱處理83第一章機械工程材料及熱處理

球化退火

①、定義：將鋼加熱到Ac1以上20~30

oC,保溫后隨爐緩冷至600oC，出爐空冷。

②、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。

③、適用范圍：主要用于過共析鋼及合金工具鋼。鋼的熱處理84第一章機械工程材料及熱處理（3）去應力退火

①、定義：將鋼加熱到500--600

oC,保溫后隨爐緩冷至200--300oC出爐空冷。又稱低溫退火。

②、目的：消除鑄件、鍛件和焊接件的內應力。（沒有發(fā)生組織變化）

③、適用范圍：用于所有的鋼。鋼的熱處理85第一章機械工程材料及熱處理2、鋼的正火（1）、概念：

將鋼件加熱到Ac3或Accm線以上30~50oC，保溫適當的時間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。（2）、目的：

1）對低碳鋼，可細化晶粒，提高硬度，改善加工性能；2）對中碳鋼，可提高硬度和強度，作為最終熱處理；3）對高碳鋼，可為球化退火作準備。鋼的熱處理86第一章機械工程材料及熱處理退火與正火的加熱溫度范圍鋼的熱處理A3A1Acm87第一章機械工程材料及熱處理四鋼的淬火與回火（2）、目的：提高鋼的硬度、強度和耐磨性并保持足夠的韌性。（1）、概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時間后，快速冷卻的熱處理工藝。獲得馬氏體＋細粒狀滲碳體1、鋼的淬火鋼的熱處理88第一章機械工程材料及熱處理（3）、淬火劑：水、礦物油、鹽水和堿水等。

為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開裂，必須采用已有的淬火介質再配以各種冷卻方法才能解決。通常的淬火方法包括單液淬火、雙液淬火、分級淬火等，如圖所示。（4）.淬火方法:鋼的熱處理89第一章機械工程材料及熱處理淬火方法：（1）單液淬火：將加熱后的零件投入一種冷卻劑中冷卻至室溫。

特點：操作簡單，容易實現自動化。應用：形狀簡單的工件

（2）雙液淬火：先水后油，或先油后空氣。特點：可防止變形與開裂。

應用：中等形狀復雜的工件

（3）分級淬火：先放入一定溫度的鹽浴或堿浴中，再空冷。特點：有效減小內應力，防止變形與開裂；但只適于小尺寸工件。應用：形狀復雜，小型的碳鋼和合金鋼工件鋼的熱處理90第一章機械工程材料及熱處理2、鋼的回火（1）、回火的概念：將淬火后鋼件再加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時間后，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。（2）、回火的目的：

降低淬火鋼的脆性，提高韌性，調整硬度，消除內應力，穩(wěn)定工件的尺寸，獲得所需要的力學性能。鋼的熱處理91第一章機械工程材料及熱處理（3）、回火的種類按回火溫度的不同，回火可分以下三種：低溫回火：150oC~250oC

中溫回火：350oC~500oC

高溫回火：500oC~650oC

鋼的熱處理92第一章機