第2章金属材料与热处理基础文稿课件.ppt

字母名称字母名称大写字母大写字母小写字母小写字母字母名称字母名称大写字母大写字母小写字母小写字母AlphaNuBetaXiGammaOmicronDeltaPiEpsilonRhoZetaSigma EtaTauThetaUpsilonIota PhiKappaChiLambdaPsiMuOmega希腊字母希腊字母学习目的：学习目的：学习目的：学习目的：通过本章的学习具备所必需的汽车所使用的金属通过本章的学习具备所必需的汽车所使用的金属材料基本知识。材料基本知识。学习要求：学习要求：学习要求：学习要求：掌握金属的力学性能指标及常用数据。掌握金属的力学性能指标及常用数据。掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、工艺特点和应用范围。工艺特点和应用范围。掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能及用途。及用途。初步具有选择工程材料的能力。初步具有选择工程材料的能力。第二章金属材料与热处理基础第二章金属材料与热处理基础第一节金属的力学性能第一节金属的力学性能材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。一、强度一、强度一、强度一、强度强度强度是指金属材料在载荷是指金属材料在载荷作用下作用下抵抗变形和破坏的能力抵抗变形和破坏的能力。强度指标一般可以通过强度指标一般可以通过金金属拉伸试验属拉伸试验来测定。把标准试来测定。把标准试样装夹在试验机上，然后对试样装夹在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。在此过程中，形直到拉断为止。在此过程中，试验机能自动绘制出载荷试验机能自动绘制出载荷F F和和试样变形量试样变形量ALAL的关系曲线。此的关系曲线。此曲线叫做曲线叫做拉伸曲线拉伸曲线。从图从图2-12-1中可以看出下面几个中可以看出下面几个变形阶段：变形阶段：（1）oe 弹性变形阶段弹性变形阶段 （2）es 屈服阶段屈服阶段 （3）sb 强化阶段强化阶段 （4）bk 缩颈阶段缩颈阶段1 1拉伸曲线拉伸曲线拉伸曲线拉伸曲线图图2-1为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐标表示绝对伸长量；横坐标表示绝对伸长量L，单位为，单位为mm。缩颈现象缩颈现象（2）强度极限（抗拉强度）强度极限（抗拉强度）b ：符号：符号：b ；单位：；单位：MPa(或或N/mm2)强度极限（强度极限（ultimate strength）物体在外力作用下发生破坏时出现的物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力。一般用标称应力来表示。根据最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力。一般用标称应力来表示。根据应力种类的不同，可分为拉伸强度应力种类的不同，可分为拉伸强度(t)、压缩强度、压缩强度(c)、剪切强度、剪切强度(s)等。等。强度极限出现于强度极限出现于拉伸阶段拉伸阶段SB阶段阶段,构件在外力作用下进一步发生形变构件在外力作用下进一步发生形变.是保是保持构件机械强度下能承受的最大持构件机械强度下能承受的最大应力应力，单位为单位为MPa。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和选材的主要依据。选材的主要依据。b=Fb/A0式中，式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（是试样断裂前所承受的最大载荷（N）。）。二、塑性二、塑性二、塑性二、塑性金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。通过拉伸试验测得通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。1 1 1 1断后伸长率断后伸长率断后伸长率断后伸长率试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比 =(=(L1L0)/L0100L1L0)/L0100 式中，式中，L1L1试样原始标距长度。试样原始标距长度。L0L0试样拉断后的标距长度。试样拉断后的标距长度。2 2 2 2断面收缩率断面收缩率断面收缩率断面收缩率试样拉断处试样拉断处=100=100横截面积的缩减量与原始横截面积之比横截面积的缩减量与原始横截面积之比=(=(A0A1)/AO 100A0A1)/AO 100式中，式中，AoAo是试样的原始横截面积；是试样的原始横截面积；A A是试样断口处的横截面积。是试样断口处的横截面积。三、硬度三、硬度三、硬度三、硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。常用来测定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。1 1 1 1布氏硬度试验法布氏硬度试验法布氏硬度试验法布氏硬度试验法如图如图2-22-2所示采用所示采用直径为直径为D D的淬火钢球或的淬火钢球或硬质合金球，在规定载硬质合金球，在规定载荷荷F F的作用下，压入被的作用下，压入被测金属表面，保持一测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，测定时间后卸除载荷，测定压痕直径，求出定压痕直径，求出压痕压痕球形的表面积球形的表面积，压痕单，压痕单位表面积上所承受的平位表面积上所承受的平均压力（均压力（F/AF/A）即为）即为布布氏硬度值氏硬度值，压头为淬火，压头为淬火钢球时用钢球时用HBSHBS表示，压表示，压头为硬质合金球用时头为硬质合金球用时HBWHBW表示。例如表示。例如120HBS120HBS，450HBW450HBW。2 2 2 2洛氏硬度试验法洛氏硬度试验法洛氏硬度试验法洛氏硬度试验法采用顶角为采用顶角为120120的金刚石圆锥体或直径为的金刚石圆锥体或直径为1.588mm1.588mm的淬火钢球作的淬火钢球作为压头如图为压头如图2-32-3所示。试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接所示。试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确定材料的硬度值。主载荷，依据压痕的深度来确定材料的硬度值。四、冲击韧度四、冲击韧度四、冲击韧度四、冲击韧度 对于承受冲击载荷的材料，如汽车对于承受冲击载荷的材料，如汽车发动机中的活塞，不仅要求具有高的强发动机中的活塞，不仅要求具有高的强度和一定的塑性，还必须具备足够的冲度和一定的塑性，还必须具备足够的冲击韧度。金属材料抵抗冲击载荷作用而击韧度。金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为不破坏的能力称为冲击韧度冲击韧度。冲击韧度的测定方法，如图冲击韧度的测定方法，如图2-42-4所所示。是将被测材料制成标准缺口试样，示。是将被测材料制成标准缺口试样，在冲击试验机上由置于一定高度的重锤在冲击试验机上由置于一定高度的重锤自由落下而一次冲断。冲断试样所消耗自由落下而一次冲断。冲断试样所消耗的能量称为的能量称为冲击功冲击功，其数值为重锤冲断，其数值为重锤冲断试样的势能差。试样的势能差。冲击韧度值冲击韧度值aKVaKV就是试样缺口处单就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，这个值越位截面积上所消耗的冲击功，这个值越大，则韧性越好，受冲击时，越不容易大，则韧性越好，受冲击时，越不容易断裂。断裂。五、疲劳强度五、疲劳强度五、疲劳强度五、疲劳强度在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂。这的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂。这种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。疲劳强度疲劳强度-1-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属规定循环的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属规定循环次数为次数为107107次，有色金属循环次数为次，有色金属循环次数为108108次。次。为了提高金属的疲劳强度，可以通过改善零件的结构形状，避免为了提高金属的疲劳强度，可以通过改善零件的结构形状，避免应力集中，减小表面粗糙度值，进行表面热处理和强化处理等方法。应力集中，减小表面粗糙度值，进行表面热处理和强化处理等方法。一、钢的热处理原理一、钢的热处理原理一、钢的热处理原理一、钢的热处理原理1 1 1 1概述概述概述概述热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：第二节钢的热处理常识第二节钢的热处理常识热处理炉热处理炉台车式热处理炉台车式热处理炉热处理方法虽热处理方法虽然很多，但然很多，但任何一任何一种热处理工艺都是种热处理工艺都是由加热、保温、和由加热、保温、和冷却三个阶段所组冷却三个阶段所组成的。成的。热处理工艺热处理工艺过程可用在温度一过程可用在温度一时间坐标系中的曲时间坐标系中的曲线图表示，这种曲线图表示，这种曲线称为热处理工艺线称为热处理工艺曲线，见图曲线，见图2-52-5。2 2 2 2钢在加热时的转变钢在加热时的转变钢在加热时的转变钢在加热时的转变在热处理工艺中，钢的加热目的是为了获得奥氏体，奥氏体是钢在在热处理工艺中，钢的加热目的是为了获得奥氏体，奥氏体是钢在高温状态时的组织，其强度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及高温状态时的组织，其强度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及其均匀化程度，对钢冷却后的组织和性能有重要影响。因此，钢在加热其均匀化程度，对钢冷却后的组织和性能有重要影响。因此，钢在加热时，为了得到细小均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时时，为了得到细小均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时间，以求在冷却后获得高性能的组织。间，以求在冷却后获得高性能的组织。3 3 3 3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变冷却是热处理的关键工序，成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后，冷却是热处理的关键工序，成分相同的钢经加热获得奥氏体组织后，以不同的速度冷却时，将获得不同的力学性能，见表以不同的速度冷却时，将获得不同的力学性能，见表2-12-1。二、退火与正火二、退火与正火二、退火与正火二、退火与正火1 1 1 1退火退火退火退火退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。随炉冷却）的热处理工艺。2 2 2 2正火正火正火正火正火是指把钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上保温，使其正火是指把钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上保温，使其完全奥氏体化，在空气中冷却的热处理工艺。完全奥氏体化，在空气中冷却的热处理工艺。三、淬火与回火三、淬火与回火三、淬火与回火三、淬火与回火1 1 1 1淬火淬火淬火淬火淬火是将钢的组织加热到转变为奥氏体的临界温度以上，保温一定淬火是将钢的组织加热到转变为奥氏体的临界温度以上，保温一定时间，以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺。时间，以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺。2 2 2 2回火回火回火回火钢的回火是指将淬火后的钢，在组织转变为奥氏体的临界温度以下钢的回火是指将淬火后的钢，在组织转变为奥氏体的临界温度以下加热，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。加热，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。四、表面热处理四、表面热处理四、表面热处理四、表面热处理常用的表面热处理方法有表面常用的表面热处理方法有表面淬火及化学热处理两种。淬火及化学热处理两种。1 1 1 1表面淬火表面淬火表面淬火表面淬火（1 1）火焰加热表面淬火）火焰加热表面淬火（如图（如图2-82-8所示）所示）（2 2）感应加热表面淬火）感应加热表面淬火（如图（如图2-92-9所示）所示）2 2 2 2化学热处理化学热处理化学热处理化学热处理化学热处理是指将钢件放入化学热处理是指将钢件放入一定温度的活性介质中保温，使一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表层化学成分、组织和以改变其表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。性能的热处理工艺。化学热处理种类很多，最常化学热处理种类很多，最常用的是渗碳和渗氮。用的是渗碳和渗氮。（1 1）钢的渗碳）钢的渗碳将工件置将工件置于渗碳介质中加热并保温，使碳于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理原子渗入工件表层的化学热处理工艺，如图工艺，如图2-102-10所示。所示。（2 2）钢的渗氮）钢的渗氮是指在一是指在一定温度下，使活性氮原子渗入工定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。件表面的化学热处理工艺。第三节常用金属材料第三节常用金属材料金属材料可分为钢铁材料和非铁材料（有色金属材料）金属材料可分为钢铁材料和非铁材料（有色金属材料）两大类，而钢又可分为碳素钢和合金钢，钢铁以外的其他金两大类，而钢又可分为碳素钢和合金钢，钢铁以外的其他金属称为非铁金属材料或有色金属材料。属称为非铁金属材料或有色金属材料。一、钢一、钢一、钢一、钢钢的分类方法很多，可以按照化学成分、冶金质量和用钢的分类方法很多，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。常用的是按钢的用途分类，可分为结构钢、途对钢进行分类。常用的是按钢的用途分类，可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。工具钢和特殊性能钢。1、普通碳素结构钢、普通碳素结构钢 普通碳素结构钢的牌号以普通碳素结构钢的牌号以“Q数字字母字母数字字母字母”表示。其中，表示。其中，“Q”字是钢材的屈服强度字是钢材的屈服强度“屈屈”字的字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再其后分汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例如：别是质量等级符号和脱氧方法。例如：Q235AF即表示即表示屈服强度值为屈服强度值为235MPa的的A级沸腾钢。级沸腾钢。牌号中规定了牌号中规定了A、B、C、D四种质量等级，四种质量等级，A级质级质量最差，量最差，D级质量最好。级质量最好。按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加“F”，半镇静钢，半镇静钢在钢号后加在钢号后加“b”，镇静钢则不加任何字母。镇静钢则不加任何字母。2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢优质碳素结构钢是以优质碳素结构钢是以“两位数字两位数字”的方法的方法表示。该数字是钢中含碳量的万分数。表示。该数字是钢中含碳量的万分数。3、合金结构钢、合金结构钢 合金结构钢通常都是优质钢，其牌号由三部分组成，合金结构钢通常都是优质钢，其牌号由三部分组成，即即“数字数字+元素元素+数字数字”。前面的数字表示。前面的数字表示平均含碳量为平均含碳量为万分之几万分之几，合金元素以，合金元素以化学元素符号化学元素符号表示，后面的表示，后面的数字数字表示合金元素的含量，一般以百分之几表示。当合金元表示合金元素的含量，一般以百分之几表示。当合金元素含量素含量1.5%时，钢号中一般只标出元素而不标明含量。时，钢号中一般只标出元素而不标明含量。当合金元素含量当合金元素含量1.5%、2.5%、3.5%时，则在时，则在元素符号后面相应标出元素符号后面相应标出2、3、4高级优质合金结构高级优质合金结构钢在牌号后面加字母钢在牌号后面加字母“A”。4 4、合金工具钢与特殊性能钢、合金工具钢与特殊性能钢合合金金工工具具钢钢的的牌牌号号以以“一一位位数数字字（或或没没有有数数字字）元元素素数数字字”表表示示。其其编编号号方方法法与与合合金金结结构构钢钢大大体体相相同同，区区别别在在于于含含碳碳量量的的表表示示方方法法，当当碳碳含含量量1.0%1.0%时时，则则不不予予标标出出。而而对对于于含含铬铬量量低低的的钢钢，其其含含铬铬量量以以千千分分之之几几表表示示，并并在在数数字字前前加加“0”“0”，以以示示区区别别。如如平平均均Cr Cr=0.6%=0.6%的的低低铬铬工工具钢的钢号为具钢的钢号为“Cr06”“Cr06”。在在高高速速钢钢的的钢钢号号中中，一一般般不不标标出出含含碳碳量量，只只标标出出合合金金元素含量平均值的百分之几。元素含量平均值的百分之几。特特殊殊性性能能钢钢的的牌牌号号和和合合金金工工具具钢钢的的表表示示相相同同，但但也也有有少少数数例例外外，例例如如耐耐热热钢钢20Cr3W3NbN20Cr3W3NbN其其编编号号方方法法和和结结构构钢钢相相同，但这种情况极少。同，但这种情况极少。二、铸铁（二、铸铁（二、铸铁（二、铸铁（cast ironcast iron）铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。铸铁中的碳主要以铸铁中的碳主要以渗渗碳体碳体和和石墨石墨两种形式存在。两种形式存在。工业用铸铁一般含碳量为工业用铸铁一般含碳量为2%4%。碳在铸铁中多以。碳在铸铁中多以石墨石墨形态存在，形态存在，有时也以有时也以渗碳体渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%3%的硅，以及的硅，以及锰、磷、硫等锰、磷、硫等元素元素。合金铸铁合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是素。碳、硅是影响影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁显微组织和性能的主要元素。根据碳的存在形式不同，铸铁可以分为下列几种：根据碳的存在形式不同，铸铁可以分为下列几种：（1）白口铸铁）白口铸铁（2）灰铸铁碳）灰铸铁碳（3）麻口铸铁。）麻口铸铁。根据铸铁中石墨形态不同，铸铁又可分为：根据铸铁中石墨形态不同，铸铁又可分为：灰铸铁中的灰铸铁中的石墨呈片状石墨呈片状；可锻铸铁中的可锻铸铁中的石墨呈团絮状；石墨呈团絮状；球墨铸铁中的球墨铸铁中的石墨呈球状，石墨呈球状，蠕墨铸铁中的蠕墨铸铁中的石墨呈蠕虫状。石墨呈蠕虫状。铸铁可分为：铸铁可分为：灰口铸铁灰口铸铁。含碳量较高（。含碳量较高（2.7%2.7%4.0%4.0%），碳主要以），碳主要以片片状石墨状石墨形态存在，形态存在，断口断口呈灰色，简称灰铁。呈灰色，简称灰铁。熔点熔点低（低（1145114512501250），凝固时收缩量小，抗压强度和），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度硬度接近碳素钢，减震接近碳素钢，减震性好。用于制造性好。用于制造机床床身机床床身、汽缸、箱体等、汽缸、箱体等结构件结构件。白口铸铁白口铸铁。碳、硅。碳、硅含量含量较低，碳主要以渗碳体形态存较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹裂纹。硬度高，。硬度高，脆性脆性大，不能承受大，不能承受冲击载荷冲击载荷。多用作。多用作可锻铸铁可锻铸铁的坯件和制作耐磨的坯件和制作耐磨损的零部件。损的零部件。可锻铸铁。由白口铸铁可锻铸铁。由白口铸铁退火处理退火处理后获得，石墨呈团絮后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性塑性和和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷载荷的零件。的零件。蝶形弹簧拉伸弹簧拉伸弹簧 球墨铸铁球墨铸铁。将灰口铸铁。将灰口铸铁铁水铁水经球化处理后获得，析出的石经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度强度、较好韧性、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、和塑性。用于制造内燃机、汽车汽车零部件及农机具等。零部件及农机具等。蠕墨铸铁。蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。墨呈蠕虫状。力学性能力学性能与球墨铸铁相近，与球墨铸铁相近，铸造性能铸造性能介于灰口铸介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器仪器、仪表等、仪表等的零部件。的零部件。白口铸铁白口铸铁铸铁的分类铸铁的分类 按断口颜色分按断口颜色分 (1)(1)灰铸铁灰铸铁 这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和的片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，普遍应用于工业中。良好的被切削性能，普遍应用于工业中。(2)(2)白口铸铁白口铸铁 白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切石墨的一种铁碳合金，其断口呈白亮色，硬而脆，不能进行切削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。由于其具有很削加工，很少在工业上直接用来制作机械零件。由于其具有很高的表面硬度和高的表面硬度和耐磨性耐磨性，又称，又称激冷铸铁激冷铸铁或或冷硬铸铁。冷硬铸铁。(3)(3)麻口铸铁麻口铸铁 麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用。一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状，性能不好，极少应用。铸铁铸铁-热处理工艺热处理工艺 1.消除应力退火消除应力退火由于铸件壁厚不均匀，在加热，冷却及相变过程中，会产由于铸件壁厚不均匀，在加热，冷却及相变过程中，会产生效应力和组织应力。另外大型零件在机加工之后其内部也易生效应力和组织应力。另外大型零件在机加工之后其内部也易残存应力，所有这些内应力都必须消除。去应力退火通常的加残存应力，所有这些内应力都必须消除。去应力退火通常的加热温度为热温度为500550保温保温时间时间为为28h，然后炉冷，然后炉冷(灰口铁灰口铁)或或空冷空冷(球铁球铁)。采用这种工艺可消除铸件内应力的。采用这种工艺可消除铸件内应力的9095%，但，但铸铁组织不发生变化。若温度超过铸铁组织不发生变化。若温度超过550或保温时间过长，反而或保温时间过长，反而会引起石墨化，使铸件强度和硬度降低。会引起石墨化，使铸件强度和硬度降低。2.消除铸件白口的高温石墨化退火消除铸件白口的高温石墨化退火铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火(或正火或正火)的的方法消除白口组织。退火工艺为：加热到方法消除白口组织。退火工艺为：加热到550950保温保温25 h，随后炉冷到，随后炉冷到500-550再出炉空冷。在高温保温期间，游高再出炉空冷。在高温保温期间，游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A，在随后护冷过程中二次渗，在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从而提高了切削加工性。解，导致硬度下降，从而提高了切削加工性。3.球铁的正火球铁的正火球铁正火的目的是为了获得珠光体基体组织，并细化晶粒，球铁正火的目的是为了获得珠光体基体组织，并细化晶粒，均匀组织，以提高铸件的机械性能。有时正火也是球铁表面淬火均匀组织，以提高铸件的机械性能。有时正火也是球铁表面淬火在组织上的准备、正火分高温正火和低温正火。高温正火温度一在组织上的准备、正火分高温正火和低温正火。高温正火温度一般不超过般不超过950980，低温正火一般加热到共折温度区间，低温正火一般加热到共折温度区间820860。正火之后一般还需进行四轮处理，以消除正火时产生的。正火之后一般还需进行四轮处理，以消除正火时产生的内应力。内应力。4.球铁的淬火及回火球铁的淬火及回火为了提高球铁的机械性能，一般铸件加热到为了提高球铁的机械性能，一般铸件加热到Afc1以上以上3050(Afc1代表加热时代表加热时A形成终了温度形成终了温度)，保温后淬入油中，得到，保温后淬入油中，得到马氏体组织马氏体组织。为了适当降低淬火后的残余应力，一般淬火后应进。为了适当降低淬火后的残余应力，一般淬火后应进行回火，低温回火组织为回火马氏作行回火，低温回火组织为回火马氏作加残留贝氏体加残留贝氏体再加球状石墨。再加球状石墨。这种组织耐磨性好，用于要求高耐磨性，高强度的零件。中温回这种组织耐磨性好，用于要求高耐磨性，高强度的零件。中温回火温度为火温度为350-500回火后组织为回火后组织为回火屈氏体加球状石墨回火屈氏体加球状石墨，适用，适用于要求耐磨性好、具有一定效稳定性和弹性的厚件。高温回火温于要求耐磨性好、具有一定效稳定性和弹性的厚件。高温回火温度为度为500-60D，回火后组织为回火索氏作加球状石墨，具有韧，回火后组织为回火索氏作加球状石墨，具有韧性和强度结合良好的综合性能，因此在生产中广泛应用。性和强度结合良好的综合性能，因此在生产中广泛应用。5.5.球铁的多温淬火球铁的多温淬火球铁经等温淬火后可以获得高强度，同时兼有较好的塑性和球铁经等温淬火后可以获得高强度，同时兼有较好的塑性和韧性。多温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织全部韧性。多温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织全部A A化、不化、不残留残留F F，同时也避免，同时也避免A A晶粒长大。加热温度一般采用晶粒长大。加热温度一般采用Afc1Afc1以上以上30305050，等温处理温度为，等温处理温度为0 0350350以保证获得具有综合机械性能的以保证获得具有综合机械性能的下贝氏体组织。稀土镁铝球铁等温淬火后下贝氏体组织。稀土镁铝球铁等温淬火后b=1200b=12001400MPa1400MPa，k=3k=33.6J3.6Jcm2cm2，HRCHRC47475151。但应注意等温淬火后再加一道。但应注意等温淬火后再加一道回火工序。回火工序。6.6.表面淬火表面淬火为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，可采用为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，可采用表面淬火。灰铸铁及球铁铸件均可进行表面淬火。一般采用高表面淬火。灰铸铁及球铁铸件均可进行表面淬火。一般采用高(中中)频感应加热表面淬火和电接触表面淬火。频感应加热表面淬火和电接触表面淬火。7.7.化学热处理化学热处理对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件，可以采用类似对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件，可以采用类似于钢的化学热处理工艺，如气体软氯化、氯化、渗硼、渗硫等处于钢的化学热处理工艺，如气体软氯化、氯化、渗硼、渗硫等处理。理。三、有色金属及其合金三、有色金属及其合金三、有色金属及其合金三、有色金属及其合金有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多，有色金属是指钢铁以外的其他金属。有色金属种类很多，又具有某些独特的性能，是工业上不可缺少的金属材料。又具有某些独特的性能，是工业上不可缺少的金属材料。在工业生产中，通常把其他非铁、钴、镍金属及其合金在工业生产中，通常把其他非铁、钴、镍金属及其合金称为称为有色金属有色金属。有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密度的比强度（强度与密度 之比）等，已成为现代工业中不可之比）等，已成为现代工业中不可缺少的缺少的 金属材料。金属材料。有色金属应用较广的是铝、铜、钛及其合金和滑动轴承合金。有色金属应用较广的是铝、铜、钛及其合金和滑动轴承合金。1 1铝及铝合金铝及铝合金铝及铝合金铝及铝合金2 2铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金铜及铜合金3 3滑动轴承合金滑动轴承合金滑动轴承合金滑动轴承合金变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一。铸造有色金属及其合金的牌号表示方法统一如下铸造有色金属及其合金的牌号表示方法统一如下：铸造有色纯金属的牌号为铸造有色纯金属的牌号为铜离心铸件铜离心铸件lZ+该金属元素符号该金属元素符号+纯度百纯度百分含量数字分含量数字(或用一短横加或用一短横加顺序号顺序号)。l如如ZAl99.5和和ZTi-1。铸造有色合金的牌号为铸造有色合金的牌号为Z+基体元素符号基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分主要合金元素符号及其名义百分含量数字含量数字+其他合金元素符号及其百分含量数字。其他合金元素符号及其百分含量数字。如如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。等。混合稀土元素符号用混合稀土元素符号用RE表示。表示。优质合金在牌号后标注字母优质合金在牌号后标注字母“A”。离离心心铸铸造造铜铜蜗蜗轮轮复习试题复习试题一、选择题一、选择题一、选择题一、选择题1、拉伸试验时，试样拉断前所能够承受的最大应力称为材料的（）。A、弹性极限B、抗拉强度C、屈服点2、用拉伸试验可测定材料的（）性能指标。A、强度B、韧性C、硬度3、将钢件奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质中，然后迅速浸入另一种冷却能力弱的介质中，使之发生马氏体转变的淬火方法称（）。A、分级淬火B、等温淬火C、水冷淬火D、双介质淬火4、如果钢件有严重的碳化物网，应先进行（）消除碳化物，然后再球化退火。A、去应力退火B、正火C、完全退火D、淬火5、制造小弹簧宜选用（），制造冷压件宜选用（）钢。A、08FB、45C、65MnD、T12A6、滚动轴承钢GCrl5中的平均含铬量为（）。A、0.15B、1.5C、15D、0.0157、合金渗碳钢渗碳后必须进行（）热处理才能使用。A、淬火加高温回火B、淬火加中温回火C、淬火加低温回火D、高温回火8、铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为（）。A、石墨化B、变质处理C、球化处理D、结晶9、选择下列材料的零件：汽车后桥外壳（），柴油机曲轴（）。A、HT200B、KTH350-10C、QT500-05D、RUT42010、不是工业纯铝的特点的是（）。A、密度小B、导电性好C、强度高D、抗腐蚀能力高二、判断题二、判断题二、判断题二、判断题1、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。（）2、洛氏硬度值是没有单位的。（）3、布氏硬度测量法不适合于测量成品及较薄的零件。（）4、铸铁的铸造性能比钢好得多，所以常用来铸造复杂的工件。（）5、对钢进行热处理的目的都是为了获得细小、均匀的奥氏体组 织。（）6、退火与正火的目的大致相同，它们主要的区别是保温时间长短。（）7、回火的目的主要是消除应力，降低硬度，便于进行切削加工。（）8、感应加热表面淬火时所使用的电流频率越高，则工件表面的淬硬层尝试越大。（）9、渗碳的零件可以是低碳钢也可以是高碳钢。（）10、碳素工具钢的碳的质量分数一般都大于0.7。（）11、灰口铸铁包括灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。（）12、从灰铸铁的牌号上可以看出它的抗拉强度和冲击韧度值。（）13、耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁都属于合金铸铁。（）14、通过热处理可以改变灰铸铁的基体组织，故可以显著地提高力学性能。（）15、QT400-18是指b=400MPa，=1.8的球墨铸铁。（）16、A1-Si系铸造合金，又叫硅铝明。铸造性能良好，强度韧性较高。（）17、在去应力退火过程中，钢的组织不发生变化。（）18、合金钢只有经过热处理，才能显著提高其力学性能。（）19、可锻铸铁比灰铸铁的塑性好，因此可以进行锻压加工。（）20、工业纯铝具有较高的强度，常用作工程结构材料。（）三、填空题三、填空题三、填空题三、填空题1、金属材料的使用性能包括、和等；工艺性能包括、和等。2、材料的力学性能包括、和 等。3、强度是指金属材料在作用下，抵抗和的能力。4、断裂前金属材料材料的能力称为塑性。金属材料的和的数值越大，表示材料的塑性越好。5、金属材料抵抗作用而不破坏的能力，称为冲击韧度。6、热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行、和以获得所需要的组织结构与性能的工艺。7、生产中常用的冷却介质有、和等。8、生产中在钢淬火后进行的热处理工艺称为调质，调质后的组织为。9、Q235AF表示为235MPa，质量为级的钢10、ZG270-500表示b=，s=的工程用铸钢。11、T10A表示碳的质量分数为 的钢。12、常用来制造高速切削的车刀、刨刀的高速工具钢有 和。13、铸铁的性能决定于 和 。当基体一定时，铸铁的性能决定于 的形状、数量、大小和分布。14、合金弹簧钢中硅、锰的主要作用是 。15、不锈钢是指在 介质或大气中具有抗腐蚀性能的钢，其成分特点是含 量较高，含 量较低。16、表面要求具有高的，而心部需要足够的 的零件应进行表面热处理。17、滚动轴承钢的热处理首先采用 ，以降低锻造后钢的硬度，便于切削加工，然后采用 ，以提高轴承的硬度和耐磨性。18、白口铸铁中的碳主要以 形式存在，而灰口铸铁中的碳主要以 形式存在。bbssHRCHRCakak-1-119、普通黄铜是由、组成的二元合金。在普通黄铜中加入其他合金元素时称 黄铜。20、变形铝根据其主要性能特点不同可分为：铝、铝、铝和 铝等几种。四、连线题四、连线题四、连线题四、连线题1 1 1 1、连出下列力学性能指标、连出下列力学性能指标、连出下列力学性能指标、连出下列力学性能指标 的符号：的符号：的符号：的符号：屈服点屈服点 抗拉强度抗拉强度 冲击韧度冲击韧度 伸长率伸长率 断面收缩率断面收缩率疲劳极限疲劳极限 洛氏硬度洛氏硬度C标尺标尺 2 2 2 2、正确选用下列材料：、正确选用下列材料：、正确选用下列材料：、正确选用下列材料：机床主轴 板弹簧坦克履带 轴承滚动体 储酸槽 汽车变速齿轮 3 3 3 3、正确选用下列工具材料：、正确选用下列工具材料：、正确选用下列工具材料：、正确选用下列工具材料：高精度长丝锥 麻花钻头 医疗手术器械冷冲模 热锻模 1Cr18Ni91Cr18Ni940Cr40CrGCrl5GCrl520CrMnTi20CrMnTi60Si2Mn60Si2Mn ZGMnl3 ZGMnl3CrWMnCrWMnCrl2MoCrl2Mo4Crl34Crl3W18Cr4V W18Cr4V 5CrNiMo 5CrNiMo 4 4 4 4、正确选择牌号表示方法：、正确选择牌号表示方法：、正确选择牌号表示方法：、正确选择牌号表示方法：灰铸铁 黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁球墨铸铁5 5 5 5、正确选择钢材的分类：、正确选择钢材的分类：、正确选择钢材的分类：、正确选择钢材的分类：20CrMnTi 50CrVA 9SiCr W18Cr4V 1Crl3 ZGMnl3 4Crl4Nil4W2MoKTZ500-04KTZ500-04QT600-02QT600-02HT250HT250KTH35010KTH35010合金刃具钢合金刃具钢合金弹簧钢合金弹簧钢合金渗碳钢合金渗碳钢不