1、第1章 機(jī)械工程常用材料及鋼的熱處理,1.1機(jī)械工程常用材料,1.2 鋼的熱處理,1.3常用金屬材料,1.4 鋼鐵材料的現(xiàn)場鑒別,是指金屬材料在外力作用時表現(xiàn)出來的性能。,力學(xué)性能,指標(biāo)：強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等。,強(qiáng)度與塑性,靜載單向靜拉伸實(shí)驗(yàn),應(yīng)力 ()：單位橫截面積的內(nèi)力,標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣：長試樣L0=10d0 短試樣L0=5d0,1.1機(jī)械工程常用材料,2. 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。,硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念,硬度試驗(yàn)簡單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出材料的其他機(jī)械性能，因此在生產(chǎn)和科研中應(yīng)用廣泛。,硬度試驗(yàn)方法很多，機(jī)械工業(yè)普

2、遍采用壓入法來測定硬度， 壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。,3. 沖擊韌性(Ak或ak ),韌性：材料斷裂前吸收變形能量的能力,沖擊韌性：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。,ak=沖擊破壞所消耗的功Ak/標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積F 單位為焦耳/厘米（J/cm）,ak值低的材料叫做脆性材料，斷裂時無明顯變形,ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性材料。,Ak=mg(h1-h2),沖擊吸收(Ak) ：,單位為焦耳,沖擊韌度(ak) ：,韌脆轉(zhuǎn)變溫度：沖擊吸收功急劇 變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變 的溫度區(qū)域。,指材料適應(yīng)加工工藝要求的能力,1.鑄造性能指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝

3、性能，,包括：流動性能、收縮性、偏析等。,2.焊接性能指材料焊接時其工藝方法的難易程度及接口 處是否能滿足使用目的的特性。,3.鍛造性能金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不 破裂的能力。,含碳量越高，焊接性越差。,含碳量越高，鍛造性越差。,材料的工藝性能,含碳量4.3%的鐵碳合金鑄造性最好。,4.切削加工性：指材料被切削加工成合格零件的難易程度。,包含：刀具耐用度；切削力，切削溫度，表面加工質(zhì)量，,切屑的形狀或斷屑難易程度。,5.沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。,含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。,含碳量越高，沖壓性越差。,6.熱處理工藝性：指材料被熱處理時達(dá)到

4、性能等要求的難易程度。,如：淬硬性、淬透性。,1.2 鋼的熱處理,采用適當(dāng)方式對材料或工件在固態(tài)下進(jìn)行加熱、 保溫和冷卻，以獲得預(yù)期組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的工藝方法。,熱處理的實(shí)質(zhì),熱處理工藝,熱處理的原理,熱處理,加熱、保溫、冷卻,組織轉(zhuǎn)變規(guī)律,改變組織結(jié)構(gòu) 性能,鋼的整體熱處理,鋼的退火與正火,鋼的退火與正火,冷卻速度慢，獲得接近平衡組織?？山档陀捕?、細(xì)化晶粒、消除應(yīng)力。,冷卻速度比退火快，晶粒更細(xì)小。低碳鋼和低碳合金鋼正火可提高硬度；中碳鋼正火可提高力學(xué)性能；高碳鋼正火可消除網(wǎng)狀滲碳體。,退火的主要特點(diǎn)：,正火的主要特點(diǎn)：,鋼的淬火與回火,是將鋼加熱至臨界點(diǎn)(Ac3或Ac1)以上，保

5、溫后以大于VK的速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體(或下貝氏體)的熱處理工藝。,淬火,回火,是將淬火后的鋼加熱至A1以下的某一溫度后進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。,淬火的目的是為了得到馬氏體組織。,一般淬火后的鋼都要進(jìn)行回火，才能使鋼具有不同的力學(xué)性能 。,鋼的表面熱處理,鋼的表面淬火,將工件表面快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻，使工件表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持未淬火狀態(tài)組織的熱處理工藝。,表面淬火前應(yīng)對工件正火或調(diào)質(zhì)，表面淬火后應(yīng)低溫回火。,利用感應(yīng)電流通過工件所 產(chǎn)生的熱量，使工件表層、 局部或整體加熱并快速冷 卻的淬火。,1.感應(yīng)淬火,高頻感應(yīng)淬火 ：200300kHz，淬硬層深度為0.52

6、mm。 主要用于要求淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪和中、小尺寸 軸類零件等。,工頻感應(yīng)淬火 ：50Hz，淬硬層深度為1020mm。 主要用于大直徑零件。,最適宜的鋼種是中碳鋼(如40鋼、45鋼)和中碳合金鋼。,(1)感應(yīng)淬火頻率的選用,中頻感應(yīng)淬火 ：25008000Hz，淬硬層深度為210mm。主要用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類零件。,加熱速度極快； 工件表層獲得極細(xì)小的馬氏體組織； 工件表面質(zhì)量好，變形小； 生產(chǎn)效率高,(2)感應(yīng)淬火加熱的特點(diǎn),2.火焰淬火,火焰淬火是利用氧-乙炔(或其他可燃?xì)怏w)火焰對工件表層 加熱，并快速冷卻的淬火工藝。淬硬層深度一般為26mm。 用于單件、小批生產(chǎn) 。

7、,鋼的化學(xué)熱處理,將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入其表層，以改變表層一定深度的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝,基本過程,分解,吸收,擴(kuò)散,滲層,1.滲碳, 固體滲碳法,單件、小批生產(chǎn),(1)滲碳的方法,氣體滲碳法,大批量生產(chǎn),將工件置于密封的井式滲碳 爐中，滴入易分解和氣化的液 體或直接通入滲碳?xì)怏w，加熱 到滲碳溫度。活性碳原子C 被工件表面吸收而溶于高溫奧 氏體中，并向工件內(nèi)部擴(kuò)散形 成一定深度的滲碳層。,(2)滲碳用鋼、滲碳后組織及熱處理,滲碳用鋼為低碳鋼和低碳合金鋼,表層為過共析組織，與其相鄰為共析組織，再向里為亞共析組織的過渡層，心部為原低碳鋼組織。,滲碳后

8、的組織,按化學(xué)成分,非合金鋼,低合金鋼,合金鋼,鋼的分類,1.3常用金屬材料,鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字代號體系,大寫拉丁字母有：A、B、C、E、F、H、J、L、M、P、Q、S、T、U、W。其中A表示合金結(jié)構(gòu)鋼；L表示低合金鋼；U表示非合金鋼；T表示工具鋼等。 第一位阿拉伯?dāng)?shù)字有09。在不同的鋼中，每一位數(shù)字所代表的含義各不相同。如在合金結(jié)構(gòu)鋼細(xì)分類中，0代表Mn（x）、MnMo（x）鋼；1代表SiMn（x）、SiMnMo（x）鋼。 在低合金鋼細(xì)分類中，0代表低合金一般結(jié)構(gòu)鋼；1代表低合金專用結(jié)構(gòu)鋼。 在非合金鋼中，1代表非合金一般結(jié)構(gòu)及工程結(jié)構(gòu)鋼；2代表非合金機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼等,鋼鐵及合金牌號統(tǒng)一數(shù)字

9、代號體系,灰口鑄鐵,白口鑄鐵,麻口鑄鐵,按碳存在的形式分類,普通灰鑄鐵 石墨呈片狀 蠕墨鑄鐵 石墨呈蠕蟲狀 可鍛鑄鐵 石墨呈棉絮狀 球墨鑄鐵 石墨呈球狀,按石墨的形態(tài)分類,按 化學(xué) 成分 分類,普通鑄鐵 合金鑄鐵,鑄鐵的分類,鋁合金的分類,根據(jù)合金元素的含量和加工工藝性能特點(diǎn)， 鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。,（1）,變形鋁合金,不可熱處理強(qiáng)化鋁合金防銹鋁,可熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁、超硬鋁和鍛鋁,（2）,變形鋁合金,鑄造鋁合金,具有共晶組織，塑性較差，但熔點(diǎn) 低，流動性好,銅中加入合金元素后，可提高合金的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。,按 化 學(xué) 成 分,黃銅,青銅,白銅,以Zn為主要合金元

10、素。良好的加 工性能，良的鑄造性能，耐腐蝕 性能也好。,以Sn為主要合金元素。用于鑄造 形狀復(fù)雜的零件?？垢g性比黃銅 還好。,以Ni為主要合金元素。具有較好 的強(qiáng)度和塑性，能進(jìn)行冷加工變 形，抗腐蝕性能也好。,銅合金的分類,工業(yè)純銅,純銅為紫色，又稱紫銅。工業(yè)純銅分為4種：T1、T2、T3、T4。編號越大，純度越低。工業(yè)純銅除配制銅合金和其他合金外，主要用于電器工業(yè)，制造電線、電纜、電刷、銅管、散熱器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁儀器等。,純銅的強(qiáng)度低，不宜用作結(jié)構(gòu)材料,1.4 鋼鐵材料的現(xiàn)場鑒別,常用的鑒別方法有火花鑒別法、色標(biāo)鑒別法、斷口鑒別法和音色鑒別法等。,20鋼的火花特征,45鋼

11、的火花特征,T12鋼的火花特征,HT200的火花特征,火花鑒別法,色標(biāo)鑒別法,碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235鋼為紅色；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20鋼為棕色加綠色，45鋼為白色加棕色；合金結(jié)構(gòu)鋼20CrMnTi鋼為黃色加黑色，40CrMo鋼為綠色加紫色；鉻軸承鋼GCr15鋼為藍(lán)色；高速鋼W18Cr4V鋼為棕色加藍(lán)色；不銹鋼1Cr18Ni9Ti鋼為綠色加藍(lán)色；熱作模具鋼5CrMnMo鋼為紫色加白色。,斷口宏觀鑒別法,若斷口呈纖維狀，無金屬光澤，顏色發(fā)暗，無結(jié)晶顆粒，且斷口邊緣有明顯的塑性變形特征，則表明鋼材具有良好的塑性和韌性，含碳量較低。若斷口齊平，呈銀灰色，且具有明顯的金屬光澤和結(jié)晶顆粒，則表明屬脆性材料。而過共析鋼或合金經(jīng)淬火后，斷口呈亮灰色，具有綢緞光澤，類似于細(xì)瓷器斷口特征。低碳鋼不易敲斷，斷口邊緣有明顯的塑性變形特征，有微量顆粒；中碳鋼的斷口邊緣的塑性變形特征沒有低碳鋼明顯，斷口顆粒較細(xì)、較多；高碳鋼的斷口邊緣