金屬工藝學(xué)黃博規(guī)格嚴(yán)格、功夫到家課程體系欲講授的知識1、金屬材料根本知識2、熱加工：鑄造塑性加工：鍛、沖、軋等。焊接3、冷加工〔切削加工〕：切削、機(jī)床、常用切削方法特種加工典型外表加工工藝過程及零件結(jié)構(gòu)工藝性分析第一局部金屬材料根本知識1.1金屬材料的主要性能力學(xué)性能〔機(jī)械性能〕強(qiáng)度與塑性(衡量材料的靜載荷作用下力學(xué)性能〕硬度(衡量材料的靜載荷作用下力學(xué)性能〕韌性(衡量材料的動載荷作用下力學(xué)性能〕疲勞強(qiáng)度(衡量材料的交變載荷作用下力學(xué)性能〕物理性能密度、熔點(diǎn)、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等化學(xué)性能耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫工藝性能加工中的綜合反響：鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性等1.1.1——金屬材料的力學(xué)性能靜載時材料的力學(xué)性能靜拉伸試驗〔彈性和剛度、也就是強(qiáng)度與塑性〕硬度〔布氏硬度、洛氏硬度〕動載時材料的力學(xué)性能沖擊韌性〔αK〕疲勞強(qiáng)度高溫力學(xué)性能〔蠕變、其它力學(xué)性能〕斷裂韌性1〕力學(xué)性能之——彈性和剛度(反之那么塑性)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣1.1.1——金屬材料的力學(xué)性能[1]線彈性階段：拉伸曲線中OA段表示材料的線彈性階段。試樣的變形隨著載荷的增大而增大，兩者成線性關(guān)系。該階段變形是完全彈性變形，無任何剩余變形〔塑性變形〕此階段中材料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系呈線性關(guān)系。[2]屈服階段：當(dāng)載荷增加到一定數(shù)值時，在低碳鋼拉伸曲線上出現(xiàn)水平平臺或鋸齒現(xiàn)象。這種載荷保持不變或在一定范圍內(nèi)波動，而變形繼續(xù)增加的現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。一些低碳鋼材料存在上屈服極限和下屈服極限。一般屈服極限都是指下屈服極限。下屈服極限是屈服階段中應(yīng)力的最小值。材料屈服時將產(chǎn)生不能消失的塑性變形，因此工程中將此定義為材料的破壞。屈服應(yīng)力稱為屈服極限,用σs表示，是表征材料抵抗破壞能力的重要強(qiáng)度指標(biāo)。1.1.1金屬材料的力學(xué)性能工程中利用冷作硬化工藝的例子很多(利弊參半，合理利用〕，把鋼筋預(yù)拉超過屈服極限、構(gòu)件外表進(jìn)行噴丸處理等，均能提高材料屈服極限，亦即提高材料抵抗破壞的能力。拉伸曲線最高點(diǎn)C點(diǎn)對應(yīng)的載荷為材料的強(qiáng)度載荷，用b表示，此時對應(yīng)的應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限或抗拉極限。[4]頸縮階段：拉伸曲線中的CD段表示材料的頸縮階段。載荷到達(dá)最大值后，變形多集中在局部，此處伸長和橫向收縮的速度比其他地方要快，成為頸縮。由于頸縮使橫截面積減小，試樣承載能力下降，最后導(dǎo)致斷裂。斷裂后試樣的彈性變形消失，塑性變形將永遠(yuǎn)保存在斷裂的試樣上。材料的塑性性能通常用伸長率δ和面積收縮率ψ來表示。1.1.1金屬材料的力學(xué)性能[3]強(qiáng)化階段：拉伸曲線中的BC段表示材料的強(qiáng)化階段。材料屈服后，抵抗變形的能力有所增強(qiáng)。因此假設(shè)使材料繼續(xù)變形，就要不斷增加載荷。在強(qiáng)化階段如果卸載，彈性變形會隨之消失，但塑性變形將永久保存下來。假設(shè)卸載后重新加載，材料的比例極限、屈服極限明顯提高，而塑性性能會相應(yīng)下降。這種現(xiàn)象稱之為形變硬化或冷作硬化。彈性E=/ElasticModulus，又稱Young'sModulus〔楊氏模量〕材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系〔即符合胡克定律〕，應(yīng)力與應(yīng)變的比例稱為彈性模量強(qiáng)度Strengths、屈服點(diǎn)〔yeildstrength〕b、抗拉強(qiáng)度〔tensilestrength〕塑性Plasticity越大相對越好=(L1-L0)/L0〔伸長率〕=(F0-F1)/F0〔斷面收縮率〕1.1.1金屬材料的力學(xué)性能

σ.Σ.sigmaε.Ε.epsilonδ.Δ.deltaψ.Ψ.psi布氏硬度試驗1.1.1金屬材料力學(xué)性能—硬度硬度：材料外表抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕、劃痕的能力硬度直接影響材料的耐磨性，所以刀具、量具、模具等要求高硬度。硬度過高那么切削困難，所以一般都是“先加工，后熱處理提高最終硬度〞工藝。洛氏硬度試驗RockwellHardness維氏硬度HV主要用于薄工件或薄外表硬化層的硬度測試，參照GB4340-84顯微硬度HV用于材料微區(qū)硬度(如單個晶粒、夾雜物)的測試，參照GB4342-84莫氏硬度一種刻劃硬度，用于陶瓷和礦物的硬度測定，如金剛石對應(yīng)于莫氏硬度10級1.1.1金屬材料力學(xué)性能—硬度1.1.1金屬材料力學(xué)性能—硬度αKU＝A/S〔J/cm2〕A為沖斷試樣的沖擊功；S缺口處橫截面積A=(GH1-GH2)×9.8單位：H〔m〕、A〔J〕、G〔kg〕1.1.1力學(xué)性能—沖擊韌度αKU1.1.1力學(xué)性能—疲勞強(qiáng)度鋼鐵材料：107次非鐵合金：108次疲勞強(qiáng)度—機(jī)械零件在周期性或非周期性動載荷〔稱為疲勞載荷〕的作用下工作發(fā)生斷裂時的應(yīng)力，用表示，該應(yīng)力往往低于屈服點(diǎn)，這種斷裂稱為疲勞斷裂〔約為抗拉強(qiáng)度的一半〕1.1.1力學(xué)性能—常用材料材料名稱牌號材料狀態(tài)抗剪強(qiáng)度

/MPa抗拉強(qiáng)度

b/MPa伸長率

/%屈服點(diǎn)

s/MPa彈性模量E/MPa電工純鐵DT1已退火18023026

普通碳素鋼Q235未退火310-380375-46021-26235

碳素工具鋼45已退火440-560550-7001636020400070已正火600

7609430210000優(yōu)質(zhì)彈簧鋼60Si2Mn已退火720900101200200000鋁1070A已退火8075-1102550-8072000硬鋁2A112淬硬后280-310400-4401536872000純銅T1軟1602003070108000錫Sn1

30-4040-50-1241500錫磷青銅QSn4-3硬4805503-5

100000高溫下：

s、b、E、HRC降低屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、洛氏硬度C等強(qiáng)度指標(biāo)、、αKU

升高伸長率、斷面收縮率、沖擊韌度等塑性指標(biāo)發(fā)生蠕變現(xiàn)象1.1.1力學(xué)性能—高溫下28三月2025物理性能：對工程材料的選用有重要意義；也對材料的加工工藝產(chǎn)生一定的影響?！惨弧趁芏取捕碂釋W(xué)性能⒈熔點(diǎn)；⒉熱容；⒊熱膨脹；⒋熱傳導(dǎo)〔三〕電學(xué)性能⒈電阻率ρ；⒉電阻溫度系數(shù)；⒊介電性〔四〕磁學(xué)性能⒈磁導(dǎo)率μ；⒉飽和磁化強(qiáng)度Ms和磁矯頑力Ｈc1.1.2金屬材料的物理性能28三月2025化學(xué)性能：材料在生產(chǎn)、加工和使用時，均會與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響，從而使其性能惡化或功能喪失?！惨弧郴瘜W(xué)腐蝕〔二〕電化學(xué)腐蝕(三〕提高零件耐蝕性的主要措施工藝性能： 易于進(jìn)行冷、熱加工的性能〔物理、化學(xué)、力學(xué)綜合反映〕 分為： 鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性等。1.1.2金屬材料化學(xué)及工藝性能小結(jié)力學(xué)性能〔機(jī)械性能〕強(qiáng)度與塑性硬度韌性疲勞強(qiáng)度物理性能密度、熔點(diǎn)、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等化學(xué)性能耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫工藝性能上述性能在加工中的綜合反響：鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性等1.2鐵碳合金——應(yīng)用最普遍純鐵結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)鐵碳合金根本組織固溶體化合物機(jī)械混合物鐵碳合金狀態(tài)圖狀態(tài)圖的分析鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)“鐵碳合金〞的思路：鐵為什么加碳？鐵是什么樣？鐵和碳在一起有什么形式？鐵加多少碳會怎么樣？〔不同的碳含量在合金中會表達(dá)成什么形式？不同溫度又會如何？〕純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)變金屬在固態(tài)下一般都是晶體；晶體—原子在空間呈規(guī)律性排列：在固態(tài)時呈規(guī)律性排列，而在液態(tài)時金屬原子的排列并不規(guī)律。金屬的結(jié)晶就是金屬液轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程。純金屬的結(jié)晶是在一定溫度下進(jìn)行的，在冷卻曲線上出現(xiàn)一段水平段，見圖：時間變化，固體增加，但金屬的溫度并不下降，這是由于金屬結(jié)晶時放出熱量，致使溫度不下降。1.2.1純鐵結(jié)晶——假設(shè)干概念過冷度：理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度不一樣，實際結(jié)晶溫度低一些，這種現(xiàn)象叫過冷，溫度差叫過冷度金屬結(jié)晶過程的根本規(guī)律：晶核不斷的形成和長大。自發(fā)晶核—形成晶粒原子自發(fā)地聚集在一起形成自發(fā)晶核，金屬的冷卻速度越快，自發(fā)的晶核越多外來晶核—形成晶粒金屬液中高熔點(diǎn)雜質(zhì)起晶核的作用晶軸—晶核形成后會長大，但各方向速度不一樣，會形成晶軸，晶軸有一次晶軸，兩次晶軸等，呈樹枝狀長大。1.2.1純鐵結(jié)晶——假設(shè)干概念晶粒：每個晶核長成的晶體稱為晶粒；晶粒的外形是不規(guī)那么的，晶粒的內(nèi)部原子排列的位向也各不相同；晶粒之間的接觸面叫晶界〔薄弱環(huán)節(jié)〕。金屬晶粒的粗細(xì)對金屬力學(xué)性能影響很大：一般說，同一成分的金屬晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度越高，硬度也越高，塑性韌性也越好。晶核越多，晶粒越細(xì)。細(xì)化鑄態(tài)金屬晶粒的主要途徑：加快冷卻速度，以增加晶核；變質(zhì)處理〔加孕育劑〕，以增加外來晶核。細(xì)化固態(tài)金屬晶粒途徑：熱處理、或塑性加工的方法晶格—晶體中原子用點(diǎn)表示，原子的中心用假想的直線連接，形成的格子。晶胞—晶格中最根本的幾何單元。 晶胞的邊長稱為晶格常數(shù)，用?〔?！扯攘?，1?＝10-8cm金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要差異是晶格類型和晶格常數(shù)的不同。1.2.1純鐵的晶體結(jié)構(gòu)—抽象化1.2.1純鐵結(jié)晶——假設(shè)干概念純鐵的晶格有體心立方和面心立方兩種：體心立方晶格面心立方晶格結(jié)晶類型大多數(shù)金屬：結(jié)晶后直至室溫，晶格類型不變；鐵及錫、鈦、錳等：不同溫度下，呈現(xiàn)不同的晶格。同素異晶轉(zhuǎn)變—隨著溫度的改變，固態(tài)金屬晶格也隨之改變的現(xiàn)象。純鐵在1394℃和912℃發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變。重結(jié)晶〔兩次結(jié)晶〕—就是同素異晶轉(zhuǎn)變。是在固態(tài)下原子重新排列的過程，也遵循晶核形成和晶核長大的結(jié)晶規(guī)律，也在一定的過冷度下進(jìn)行，也產(chǎn)生結(jié)晶熱效應(yīng)。組織應(yīng)力—同素異晶轉(zhuǎn)變時，原子的排列密度隨之改變，金屬的體積也發(fā)生改變，這種金屬的體積改變使金屬內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱組織應(yīng)力。1.2.1純鐵結(jié)晶—同素異晶轉(zhuǎn)變1.2.1純鐵結(jié)晶—同素異晶轉(zhuǎn)變912度的面心—體心對熱處理極為重要：鐵比鐵致密，轉(zhuǎn)換時將伴隨體積膨脹或收縮，將產(chǎn)生組織應(yīng)力〔內(nèi)應(yīng)力〕1538：液態(tài)-體心〔〕1394：體心-面心〔〕912度：面心-體心〔〕1.2.1小結(jié)金屬的結(jié)晶結(jié)晶過程。。。晶粒大小。。。純鐵的晶體結(jié)構(gòu)面心&體心。。。純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變〔1538〕〔1394〕〔912〕第一堂課的收獲總結(jié)〔請幾個同學(xué)來說說〕1.2.2鐵碳合金的根本組織合金：兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬和非金屬元素熔合在一起，構(gòu)成具有金屬特性的物質(zhì)，稱為合金。機(jī)械中大量使用合金的原因：合金比純金屬強(qiáng)度、硬度高，且本錢低?？梢愿淖兒辖鸬某煞趾瓦M(jìn)行不同的熱處理，在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其性能。組元：組成合金的元素，稱為組元。合金中的穩(wěn)定化合物也可作組元，例如Fe3C相：在合金中，凡化學(xué)成分和晶格構(gòu)造相同、并與其他局部有界面分開的均勻組成局部，稱為相。例如：鋼液與固體鋼是兩個相。鐵碳合金的組織：按顯微鏡下各相的形態(tài)特征，又可分成不同的組織：固溶體、金屬化合物，和機(jī)械混合物。溶劑和溶質(zhì)——對鐵碳合金，一局部碳原子溶入到鐵的晶格內(nèi)，保持鐵的晶格，那么鐵是溶劑，碳是溶質(zhì)。固溶體——溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格，仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。置換固溶體—溶質(zhì)原子代替了一局部溶劑原子，占據(jù)了溶劑的某些節(jié)點(diǎn)。溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15%以內(nèi)時，易于形成置換固溶體，銅鎳二元合金即形成置換固溶體間隙固溶體—溶質(zhì)的原子進(jìn)入溶劑晶格空隙局部，不占據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置。溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比小于0.59，所以一般都是碳、氫等非金屬小原子鐵碳合金的固溶體都是間隙固溶體，碳的溶解度是有限的，屬于有限固溶體，碳在鐵中的溶解度主要取決于鐵的晶格類型，并隨溫度的升高而增加。固溶體強(qiáng)化——形成固溶體時，溶劑的晶格產(chǎn)生不同程度的畸變，這種畸變使塑性變形阻力增加，表現(xiàn)為固溶體的強(qiáng)度、硬度增加，這種現(xiàn)象稱為固溶體強(qiáng)化。1.2.2鐵碳合金——固溶體〔1〕1.2.2鐵碳合金——固溶體〔1〕鐵素體F〔ferrite〕：碳溶解于α—Fe中形成的固溶體600℃時溶碳量為0.006％，727℃時0.0218％鐵素體溶碳量少，故固溶體強(qiáng)化作用甚微，其力學(xué)性能和純鐵相近，特征是強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。鐵素體顯微圖像為明亮多邊形晶粒；晶界曲折；奧氏體A〔austenitic〕：碳溶入γ-Fe中形成的固溶體，呈面心立方。1148℃時最大溶碳量2.11％，在727℃時溶碳量為0.77％，奧氏體為高溫組織〔727以上〕。力學(xué)性能和溶碳量有關(guān)，一般強(qiáng)度及硬度不高，塑性優(yōu)良。鍛造軋制時，通常將鋼加熱到高溫，使之呈奧氏體狀態(tài)。奧氏體呈多邊形晶粒，但晶界較平直，存有雙晶帶。1.2.2鐵碳合金——化合物〔2〕金屬化合物：〔含碳量多少？12.01、55.85〕各組元按一定的整數(shù)比結(jié)合而成、并具有金屬性質(zhì)的均勻物質(zhì)，屬單相組織。金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶格，且和各組元的晶格不相同，其性能特征是硬而脆。滲碳體Fe3C是金屬化合物〔cementite〕。硬度極高800HBS可以劃玻璃，塑性韌性極低，伸長率和沖擊韌性近于零。滲碳體是強(qiáng)化相，其組織呈片狀、球狀、網(wǎng)狀等不同形狀；滲碳體的數(shù)量、形態(tài)、和分布對鋼的性能影響很大。滲碳體在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C石墨三次滲碳體1.2.2鐵碳合金—機(jī)械混合物〔3〕機(jī)械混合物：在結(jié)晶過程中形成的兩相組織，可以是純金屬、固溶體、或化合物的混合物，各相保持原有的晶格，混合物的性能介于各組成相之間，和各相的形狀、大小、和分布有關(guān)。鐵碳合金中的機(jī)械混合物有珠光體和萊氏體。1.珠光體P或〔F+Fe3C；鐵素體+滲碳體pearlite〕珠光體的含碳量為0.77％；由于滲碳體的強(qiáng)化作用，珠光體有良好的力學(xué)性能。2.萊氏體〔奧氏體+滲碳體Ld；珠光體+滲碳體Ld’Ledeburite)萊氏體含碳量為4.3％，性能和滲碳體相近，即極為硬、脆。高溫萊氏體Ld或〔A+Fe3C〕，727℃以上。低溫萊氏體L′d或〔P+Fe3C〕，727℃以下。1.2.2總結(jié)固溶體鐵碳合金都是間隙固溶體鐵素體Fferrite：鐵基，低溫，含碳量低，塑性好奧氏體Aaustenitic：鐵基，較高溫，含碳量較高，塑性較好，鍛造常用化合物滲碳體Fe3C:硬而脆機(jī)械混合物珠光體P：F+Fe3C，0.77C，力學(xué)性能好，塑性韌性一般萊氏體Ledeburite，含碳4.3%，滲碳體含量多，硬脆高溫萊氏體奧氏體+滲碳體Ld〔A+Fe3C〕，727C以上低溫萊氏體珠光體+滲碳體Ld’〔P+Fe3C〕，727C以下稍事休息思考：碳往哪里去？——去路！〔鐵碳合金的不同形式〕碳在常溫下的穩(wěn)定存在形式？鐵素體、奧氏體、滲碳體的含碳量各自多少？為什么會有“特殊的混合物〞？1.2.3鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金的結(jié)晶過程復(fù)雜；不同含碳量結(jié)晶過程差異很大；配置不同含碳量的合金，加熱后緩慢冷卻，記錄數(shù)據(jù)，并繪制它們的冷卻曲線〔溫度、時間)從冷卻曲線上找出臨界點(diǎn)，并畫到圖1-16的成分—溫度坐標(biāo)中;相同意義的點(diǎn)連接起來，形成狀態(tài)圖1.2.3鐵碳合金狀態(tài)圖溫度含碳含義A15380純鐵熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體熔點(diǎn)E11482.11碳在鐵中最大溶解度F11486.69滲碳體成分點(diǎn)G9120鐵同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)S7270.77共析點(diǎn)P7270.0218碳在鐵中最大溶解度Q6000.006碳在鐵中最大溶解度600度時1.2.3鐵碳合金狀態(tài)圖--分析ACD線——液相線，用L表示，此線以上是液體，溫度降至此線開始結(jié)晶。AECF線——固相線，合金溫度降至此線全部結(jié)晶成固態(tài)。ACE區(qū)域：L+ACDF區(qū)域：L+Fe3CIC點(diǎn)：溫度為1148oC含碳量為4.3％，發(fā)生共晶反響結(jié)晶出奧氏體和滲碳體，是一種機(jī)械混合物，稱為萊氏體，Ld〔A+Fe3C〕ECF線又稱共晶線，含碳量為2.11％～6.639％得所有合金〔即鑄鐵〕經(jīng)此線都要發(fā)生共晶反響，形成一定量的萊氏體，只有C點(diǎn)全部結(jié)晶為萊氏體。GS線——常用A3表示，溫度降至此線奧氏體析出鐵素體，這是同素異晶轉(zhuǎn)變的結(jié)果。ES線——碳在奧氏體中的溶解度曲線，常用Acm表示，溫度越低，奧氏體的溶碳量越小，過飽和的碳將以滲碳體的形式析出PSK線——共析線，當(dāng)S點(diǎn)成分的奧氏體冷卻到PSK線時，發(fā)生共析反響，同時析出鐵素體和滲碳體，合稱珠光體PP(F+Fe3C)。PQ線——碳在鐵素體中的溶解度曲線鐵素體冷卻到此線，將以Fe3C形式析出過飽和的碳，形成的滲碳體，稱為三次滲碳體Fe3CIII，三次滲碳體數(shù)量極少，對鋼鐵性能影響一般可忽略不計。1.2.3狀態(tài)圖—合金分類根據(jù)含碳量的不同，鐵碳合金可分為鋼和鑄鐵兩大類：鋼含碳量小于2.11％的鐵碳合金鑄鐵即生鐵含碳量為2.11％～6.69％的鐵碳合金

工業(yè)純鐵共析鋼亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵1.2.3鋼結(jié)晶過程中組織轉(zhuǎn)變1共析鋼2亞共析鋼結(jié)晶過程如下：L→1點(diǎn)→L+A→2點(diǎn)→A→3點(diǎn)→A+F→4點(diǎn)→F+P注意合金成分的變化，例如3.4點(diǎn)之間，當(dāng)溫度下降到3點(diǎn)后奧氏體中析出鐵素體，鐵素體中含碳量很低，使奧氏體中的碳沿著GS線變化，到4點(diǎn)后發(fā)生共析反響，形成珠光體。1.2.3鋼結(jié)晶過程中組織轉(zhuǎn)變3過共析鋼結(jié)晶過程如下：L→1點(diǎn)→L+A→2點(diǎn)→A→3點(diǎn)→A+Fe3CII→4點(diǎn)→P+Fe3CII注意成分的變化：過3點(diǎn)后，奧氏體的溶碳能力不斷地下降，將以滲碳體的形式沿著晶界析出碳，稱為二次滲碳體，F(xiàn)e3CII,滲碳體的含碳量較高，剩余的奧氏體的含碳量將沿著它的溶解度曲線ES降低最后，達(dá)共析成分，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP。

*1.2.3鋼結(jié)晶過程中組織轉(zhuǎn)變1.2.3鐵碳合金狀態(tài)圖鑄鐵鑄鐵中有白口鑄鐵和灰鑄鐵白口鑄鐵有相當(dāng)比例的萊氏體，性能硬而脆，難以切削加工，少用于機(jī)械零件；機(jī)械制造廣泛應(yīng)用的是灰鑄鐵：是第一階段石墨化過程充分進(jìn)行而得到的鑄鐵，其中碳主要以石墨形式存在，斷口呈灰暗色，因此得名，現(xiàn)稱為灰鑄鐵。化學(xué)成分：C%=2.5－4.0Si%=1.0－2.5Mn%=0.5－1.4微量S、P獲得方法：將上述成分的鐵水緩慢冷卻即可獲得,不經(jīng)過熱處理。顯微組織：片狀石墨＋基體組織〔F、F+P、P)鐵碳合金狀態(tài)圖學(xué)習(xí)本課程和其他課程的根底。

小結(jié)鐵碳合金〔回憶與整理思路〕鋼的分類按化學(xué)成分分：碳素鋼、合金鋼兩大類。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼按質(zhì)量分：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼按脫氧程度分：鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼等1.3工業(yè)用鋼簡介1.3工業(yè)用鋼簡介碳素鋼碳鋼，Wc＜1.54％以下，并有硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)。碳對鋼的組織和性能影響很大，見圖1-23：

1.3

碳素鋼亞共析鋼:隨含碳量的增加,珠光體增加鐵素體減少，表現(xiàn)為鋼的強(qiáng)度增加，硬度增加，而塑性、韌性下降，含碳量超過共析成分時:出現(xiàn)網(wǎng)狀兩次滲碳體，含碳量增加，硬度增加，但由於脆性增加，強(qiáng)度反而下降。雜質(zhì)對鋼的性能的影響：磷—有害雜質(zhì)使鋼的塑性韌性下降，具有冷脆性。硫—有害雜質(zhì)可造成鋼的熱脆，硫在晶界處形成低熔點(diǎn)的共晶體。硅—有益元素可提高鋼的強(qiáng)度和硬度，是作為脫氧劑進(jìn)入鋼的。錳—有益元素可提高鋼的強(qiáng)度和硬度，可抵消硫的有害作用，是作為脫氧劑進(jìn)入鋼的。1.3

碳素鋼★碳素鋼可分為三類：1.碳素結(jié)構(gòu)鋼*含碳量小于0.38％，常用小于0.25％，即以低碳鋼為主。*結(jié)構(gòu)鋼的牌號：Q+三位數(shù)字表示，例：Q215—A·FQ—屈服點(diǎn)的首字母、215—屈服點(diǎn)的數(shù)值，Mpa，這里是215MPaA—質(zhì)量等級，分為A、B、C、D，其中A是普通級，D是優(yōu)等，硫磷含量較低F—脫氧程度，F(xiàn)是沸騰鋼，Z是鎮(zhèn)靜鋼。Z可不標(biāo)*常見的牌號有： Q195AQ195B、Q215AQ215B、Q235AQ235BQ235CQ235D、Q255AQ255B、Q275*Q235是用途最廣的碳素結(jié)構(gòu)鋼,屬低碳鋼,通常經(jīng)熱軋成鋼板、型鋼、鋼管、棒材等供給,因鐵素體較多故塑性和韌性優(yōu)良,常用于建筑構(gòu)件,不重要的軸類,螺釘,螺母,沖壓件,焊接件鍛件等。*Q235—C及Q235—D還可用于重要的焊接件。1.3

碳素鋼1.3

碳素鋼1.3

碳素鋼1.3

合金鋼化學(xué)元素表鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)合金元素的平均含量的百分?jǐn)?shù)，小于1.5％時，不標(biāo)數(shù)字。1.3

合金鋼—分類：3種2.合金工具鋼主要用來制造刃具，模具，和量具。合金元素作用是增加鋼的淬透性〔Si、Cr、Mn〕，耐磨性及紅硬性〔W、Mo、V〕。適于制造形狀復(fù)雜，尺寸較大，切削速度較高或工作溫度較高的工具和模具。工具鋼的牌號：數(shù)字+元素符號+數(shù)字

例9Cr2—平均含碳量為0.9％；CrWMn--平均含碳量為1.0％9SiCr、9Mn2V常用的低合金刃具鋼，制造切削速度不高的工具和小的模具。例如絲錐，等W18Cr4V----是高速工具鋼，制造鉆頭銑刀，拉刀等，600°時仍保持高硬度，故可用較高切削速度切削。1.3

合金鋼—分類合金元素的平均含量的百分?jǐn)?shù)，小于1.5％時，不標(biāo)數(shù)字。用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，超過1.0％時不標(biāo)。3.特殊性能鋼不銹鋼，耐熱鋼，耐磨鋼等，常用的不銹鋼牌號是2Cr13、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Ti1.應(yīng)滿足零件的工作要求例如：受力狀態(tài)，工作溫度，環(huán)境介質(zhì)等2.應(yīng)能滿足工藝性能要求金屬材料的根本加工方法有鑄造，鍛造，沖壓，焊接，切削加工和熱處理，各種加工工藝對材料均有其工藝性能要求。例如焊接選用低碳鋼或低碳合金鋼，沖壓件選用低碳沸騰鋼，沖模選用淬透性優(yōu)良的合金工具鋼。3.必須重視材料的經(jīng)濟(jì)性一般說，優(yōu)先選用價格低的材料，例如優(yōu)先選用碳素鋼或灰鑄鐵，難以滿足要求時，選用合金鋼，球墨鑄鐵，鑄鋼或其它材料。16Mn比Q235本錢略高，但強(qiáng)度高46％，可減少用量材料的牌號應(yīng)符核國家標(biāo)準(zhǔn)，品種少而集中。1.3零件選材的一般原那么1.4鋼的熱處理保溫臨界溫度冷卻時間加熱熱處理工藝曲線1.4.1常用熱處理的熱冷方式1.4.1鋼加熱時組織轉(zhuǎn)變多數(shù)情況，鋼加熱至臨界溫度以上，使原有組織轉(zhuǎn)變成奧氏體后，再以不同的冷卻方式和速度轉(zhuǎn)變成所需的組織，到達(dá)預(yù)期性能。實際臨界溫度曲線存在如右圖所示誤差A(yù)c1，Ac3，Accm，Ar1，Ar3，Arcm必須加熱到紅線以上溫度，方能完全變?yōu)閵W氏體；初始奧氏體晶粒細(xì)小，很好；加熱溫度過高或保溫時間過長，都將引起晶粒急劇增大；因此，需根據(jù)狀態(tài)圖及含碳量合理選定加熱時間及保溫時間加熱時奧氏體形成共析鋼加熱到Ac1時，發(fā)生P向A轉(zhuǎn)變。A晶核首先在F與Fe3C交界面上形成這是因為F的含碳量低，F(xiàn)e3C含碳量高，A的含碳量介于兩者之間。形成晶核后，A晶核不斷合并相鄰的F，且Fe3C不斷溶解于A中，以供給碳分。A不斷長大，直至P全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳。這是因為F的含碳量低，F(xiàn)e3C含碳量高，A的含碳量介于兩者之間。亞共析鋼加熱到Ac1以上時，P

A，此時組織為F＋A繼續(xù)升溫，F(xiàn)向A轉(zhuǎn)變，超過Ac3時，F(xiàn)消失，組織為細(xì)而0單一A。過共析鋼轉(zhuǎn)變情況與上述相似，只是晶粒較粗大。1.4.1鋼加熱時—奧氏體形成影響奧氏體化因素〔共析鋼而言〕1〕加熱溫度和加熱速度。加熱溫度高，轉(zhuǎn)變較快加熱速度快，轉(zhuǎn)變起始溫度高，終了溫度也高2〕含碳量含碳量高，滲碳體也較多，F(xiàn)與Fe3C的界面也多，利于A形成3〕鋼原始組織原始組織愈細(xì)愈有利于A的形成1.4.1鋼加熱時—奧氏體形成室溫時鋼的機(jī)械性能，與加熱、保溫獲得的奧氏體晶粒大小有關(guān)，決定于奧氏體經(jīng)冷卻后所獲得組織。奧氏體的組織轉(zhuǎn)變與冷卻方式、冷卻速度有直接關(guān)系。鋼的熱處理工藝有兩種冷卻方式

(1)連續(xù)冷卻方式加熱A溫度連續(xù)下降到室溫例如水冷、油冷、空冷等。

(2)等溫冷卻1.4.1鋼冷卻時——組織轉(zhuǎn)變奧氏體化的鋼A1線以下，產(chǎn)生過冷奧氏體奧氏體轉(zhuǎn)變得所需組織，發(fā)生A向P轉(zhuǎn)變。過冷奧氏體：

被冷卻到A1溫度以下，尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變而暫時存在的奧氏體。較快地冷卻保溫冷卻到室溫珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)〔Ar1-550度〕珠光體P，粗片狀；Ar1-650度索氏體S，細(xì)片狀；650-600度托氏體T，極細(xì)片；600-550度貝氏體B，550-Ms中溫區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，Ms以下低溫區(qū)假設(shè)過冷奧氏體快速冷卻至Ms以下，那么由于鐵快速轉(zhuǎn)變?yōu)殍F，鋼中的碳難以從溶鐵能力低的鐵中擴(kuò)散出去，形成了鐵過飽和固溶體，即馬氏體，由于馬氏體嚴(yán)重畸變，因此硬度高，韌性差。1.4.1鋼冷卻時——組織轉(zhuǎn)變1.4.1鋼冷卻時的產(chǎn)物及效果冷卻方法

抗拉強(qiáng)度/MPa

屈服點(diǎn)

/MPa

斷后伸長率/％

斷面收縮率/％

硬度/HRC

隨爐冷卻

530