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YCF（中职）机械基础（第3单元）电子课件模块一模块一 工程材料概述工程材料概述一、工程材料分类一、工程材料分类工程材料主要是指结构材料。工程材料按组成特点分类，可分为金属材料、陶瓷材料、有机高分子材料和复合材料四大类。二、工程材料的性能二、工程材料的性能工程材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指工程材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能、生物功能。工艺性能是指工程材料在制造机械零件和工具的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。模块一模块一 工程材料概述工程材料概述三、金属材料概述三、金属材料概述金属是指在常温常压下，在游离状态下呈不透明的固体状态，具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有特殊光泽的物质。金属材料是由金属元素或以金属元素为主，其他金属或非金属元素为辅构成的，并具有金属特性的工程材料。1金属材料分类金属材料包括纯金属和合金。另外，金属材料还可分为钢铁材料（或称黑色金属）和非铁金属（或称有色金属）两大类。合金是由一种金属元素同另一种或几种其他元素，通过熔化或其他方法结合在一起所形成的具有金属特性的金属材料。例如，普通黄铜是由铜和锌两种金属元素组成的合金。钢铁材料（或称黑色金属）是以铁或以铁为主而形成的金属材料，如各种钢材和铸铁。非铁金属（或称有色金属）除钢铁材料以外的其它金属材料，如金、银、铜、铝、镁、锌等。模块一模块一 工程材料概述工程材料概述四、陶瓷材料概述四、陶瓷材料概述陶瓷材料是无机非金属材料的统称，是用天然的或人工合成的粉状化合物，通过成形和高温烧结而制成的多晶体固体材料，它包括陶瓷、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石膏等。五、有机高分子材料概述五、有机高分子材料概述高分子材料是以高分子化合物或高分子聚合物为主要组分所构成的材料，它分为有机高分子材料和无机高分子材料。有机高分子材料按用途和使用状态分类，可分为塑料、橡胶、胶粘剂、合成纤维等。六、复合材料概述六、复合材料概述复合材料是由两种或两种以上不同物理或化学性质或不同组织结构的材料，以微观或宏观形式组合而成的多相材料。不同材料复合后，通常是其中一种材料作为基体材料，起粘结作用；另一种材料作为增强剂材料，起承载作用。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料钢铁材料包括钢和铸铁两大类。钢是指碳的质量分数介于0.02%2.11%之间的铁碳合金的统称。铸铁是指碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金。钢按化学成分分类，可分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类。非合金钢又称为碳素钢、碳钢，是指以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2.11%以下并含有少量其他元素的钢铁材料。为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能（如耐腐蚀性、抗氧化性、耐磨性、热硬性、高淬透性等），在炼钢时有意加入的元素，称为合金元素。含有一种或数种有意添加的合金元素的钢称为合金钢。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料一、铁碳合金相图一、铁碳合金相图铁碳合金相图是研究铁碳合金组织、化学成分、温度关系的重要图形。1铁碳合金的基本组织铁碳合金在固态下存在的基本组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。铁素体（F）是指-Fe或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体，用符号F(或)表示。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料奥氏体是指-Fe内固溶有碳和(或)其它元素所形成的晶体点阵为面心立方的固溶体，常用符号A(或)表示。渗碳体(Fe3C)是指晶体点阵为正交点阵、化学成分近似于Fe3C的一种间隙式化合物。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料珠光体（P）是铁素体(软相)和渗碳体(硬相)组成的机械混合物，用符号“P”表示。在珠光体中，铁素体和渗碳体仍保持各自原有的晶格类型。莱氏体（Ld）是指高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变时所形成的奥氏体和碳化物渗碳体所组成的共晶体。在室温时莱氏体由珠光体和渗碳体所组成。为了区别起见，将727以上存在的莱氏体称为高温莱氏体(Ld)，在727以下存在的莱氏体称为低温莱氏体（Ld），或称变态莱氏体。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料2铁碳合金相图铁碳合金相图是表示铁碳合金在极缓慢冷却(或加热)条件下，不同化学成分的铁碳合金，在不同温度下所具有的组织状态的一种图形。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料3铁碳合金的分类铁碳合金按碳的质量分数和室温平衡组织的不同，可分为工业纯铁、钢和白口铸铁(生铁)三类。4碳对铁碳合金的组织和性能铁碳合金的平衡组织是由铁素体和渗碳体两相所构成。其中铁素体是含碳极微的固溶体，是钢中的软韧相，渗碳体是硬而脆的金属化合物，是钢中的强化相。当碳的质量分数W（C）0.9%时，不仅钢的塑性和韧性，而且钢的强度也降低。5铁碳合金相图的应用在工程上为零件选材以及制定零件铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工艺提供了理论依据。例如，从铁碳合金相图中可以看出，共晶成分的铁碳合金不仅其结晶温度最低，而且其温度范围也最小（为零），因此，共晶成分的铁碳合金具有良好的铸造性能，在铸造生产中应用广泛。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料二、非合金钢的分类、牌号及二、非合金钢的分类、牌号及用途用途1非合金钢的分类（1）按非合金钢的碳的质量分数分类。非合金钢按其碳的质量分数高低进行分类，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。（2）按非合金钢主要质量等级和主要性能或使用特性分类。非合金钢按其主要质量等级进行分类，可分为普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢三类。（3）按非合金钢的用途分类。非合金钢按其用途进行分类，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。（4）非合金钢的其他分类方法。非合金钢还可以从其它角度进行分类，如按专业进行分类，可分为锅炉用钢、桥梁用钢、矿用钢、造船用钢、铁道用钢、汽车用钢、建筑结构用钢等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料2碳素结构钢的牌号及用途碳素结构钢的牌号由屈服强度字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。碳素结构钢的质量等级分A、B、C、D四级，从左至右质量依次提高。屈服强度用“屈”的汉语拼音字母“”和一组数字表示；脱氧方法用F、Z、TZ分别表示沸腾钢、镇静钢、特殊镇静钢。在牌号中“Z”可以省略。例如，235BF，表示屈服强度大于235MPa，质量为B级的沸腾碳素结构钢。碳素结构钢主要有195、215A、215B、235A、235B、235C、235D、275A、275B、275C、275D。碳素结构钢的塑性好，常用于制作薄板、中板、型材、线材、钢管、铁钉、铆钉、垫圈、地脚螺栓、冲压件、钢筋、螺栓、拉杆、连杆、销、轴、法兰盘、键、机壳等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料3优质碳素结构钢的牌号及用途优质碳素结构钢的牌号是采用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均碳的质量分数的万分之几(以0.01%为单位)，如35钢表示平均碳的质量分数W（C）=0.35%的优质碳素结构钢；08表示平均碳的质量分数W（C）=0.08%的优质碳素结构钢。如果是沸腾钢或半镇静钢，则在数字后分别加“F”或“b”，如08F或“08b”等。优质碳素结构钢主要有：08F钢或08钢、10F钢或10钢、15钢、20钢、25纲、30钢、35钢、40钢、45钢、50钢、55钢、60钢、65钢、70钢、75钢、80钢和85钢等。4易切削结构钢的牌号及用途易切削结构钢是在钢中加入一种或几种元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的夹杂物，来改善钢材切削加工性的钢材。易切削结构钢牌号以“Y数字”表示，“Y”是“易”字汉语拼音首位字母，数字是易切削结构钢中平均碳的质量分数的万分之几，如Y12表示其平均碳的质量分数W（C）=0.12%的易切削结构钢。常用易切削结构钢有：Y08钢、Y12钢、Y20钢、Y30钢、Y35钢、Y40Mn钢、Y45Ca钢等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料5碳素工具钢的牌号及用途碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具等。碳素工具钢的牌号以“碳”的汉语拼音字首“T”开头，其后的数字表示平均碳的质量分数的千分数。例如，T8表示平均碳的质量分数是W（C）=0.80%的碳素工具钢。如果是高级优质碳素工具钢，则在钢的牌号后面标以字母“A”，如T12A表示平均碳的质量分数是W（C）=1.20%的高级优质碳素工具钢。常用碳素工具钢有T7或T7A、T8或T8A、T10或T10A、T12或T12A等。6铸造非合金钢铸造非合金钢广泛用于制造箱体、曲轴、连杆、轧钢机机架、水压机横梁、锻锤砧座等机械结构件。一般工程用铸造碳钢的牌号是用“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表铸钢屈服强度的最低值，第二组数字代表铸钢抗拉强度的最低值。例如，ZG200-400表示屈服强度200MPa，抗拉强度400MPa的一般工程用铸造碳钢。一般工程用铸造碳钢的牌号有：ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料三、低合金钢和合金钢的分类、牌号及用途三、低合金钢和合金钢的分类、牌号及用途（一）低合金钢和合金钢的分类（一）低合金钢和合金钢的分类1低合金钢的分类低合金钢是指合金元素的种类和含量低于国家标准规定范围的钢。（1）低合金钢按其主要质量等级进行分类，可分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢三类。（2）低合金钢按其主要性能及使用特性进行分类，可分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢和其它低合金钢。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料2合金钢的分类合金钢是指合金元素的种类和含量高于国家标准规定范围的钢。（1）合金钢按其主要质量等级进行分类，可分为优质合金钢和特殊质量合金钢两类。（2）合金钢按主要性能及使用特性分类，可分为工程结构用合金钢，如一般工程结构用合金钢、合金钢筋钢、高锰耐磨钢等；机械结构用合金钢，如调质处理合金结构钢、表面硬化合金结构钢、合金弹簧钢等；不锈、耐蚀和耐热钢，如不锈钢、抗氧化钢和热强钢等；工具钢，如合金工具钢、高速工具钢；轴承钢，如高碳铬轴承钢、不锈轴承钢等；特殊物理性能钢，如软磁钢、永磁钢、无磁钢以及特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢和合金等；其它，如铁道用合金钢等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料（二）低合金钢和合金钢的牌号（二）低合金钢和合金钢的牌号1低合金高强度结构钢的牌号低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音首位字母“Q”、屈服强度数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）等三部分按顺序组成。例如，Q460E表示屈服强度460MPa，质量等级为E级的低合金高强度结构钢。2合金结构钢(包括部分低合结构钢)的牌号合金结构钢的牌号是按照合金结构钢中碳的质量分数及所含合金元素的种类(元素符号)和其质量分数来编制的。牌号的首部是表示钢中平均碳的质量分数的数字，是表示钢中平均碳的质量分数的万分之几。例如，60Si2Mn表示W(C)=0.60%、W(Si)=2%、W(Mn)1.5%的合金结构钢；09Mn2表示W(C)=0.09%、W(Mn)=2%的合金结构钢。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料3合金工具钢和高速钢的牌号当合金工具钢中W(C)1.0%时，牌号前的“数字”以千分之几(一位数)表示其碳的质量分数；当合金工具钢中W(C)1%时，为了避免与合金结构钢相混淆，牌号前不标出碳的质量分数的数字。例如，9Mn2V表示W(C)=0.9%，W(Mn)=2%、W(V)1.5%的合金工具钢；CrWMn表示钢中W(C)1.0%、W(Cr)1.5%、W(W)1.5%、W(Mn)1.5%的合金工具钢；高速钢的W(C)=0.71.5%，一般在高速钢的牌号中不标出碳的质量分数值，如W18Cr4V钢、W6Mo5Cr4V2等。4.高碳铬轴承钢的牌号对于高碳铬轴承钢，其牌号前面冠以汉语拼音字母“G”，其后是铬元素符号Cr，铬的质量分数以千分之几表示，其余合金元素含量及其表示方法均与合金结构钢牌号中的规定相同，如GCr4钢、GCr15钢、GCr15SiMn钢等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料3低合金专业用钢低合金专业用钢包括锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁道用钢、自行车用钢、矿山用钢、工程建设混凝土及预应力用钢和建筑结构用钢等。例如，汽车大梁用钢420L钢、09MnREL钢等；钢筋混凝土用余热处理钢筋（如20MnSi钢）和预应力混凝土用热处理钢筋（如40Si2Mn钢、45Si2Cr钢）。（四）合金（四）合金钢钢的用途的用途合金钢通常是钢材中冶炼质量最优、强度和硬度较高的钢材，主要用于制造重要的零部件。一般来说，采用合金钢制造的零部件大多数需要经过热处理后才能投入使用。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料1高锰耐磨钢耐磨钢是指具有良好耐磨损性能的钢铁材料的总称。耐磨钢出现于19世纪后半叶，至今已有100多年的历史，其中应用最广的是高锰耐磨钢。高锰耐磨钢的W（C）=1.0%1.3%，W（Mn）=11%14%，其牌号有：ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4和ZGMn13-5等。2机械结构用合金钢机械结构用合金钢主要用于制造机械零件，如轴、连杆、销、套、齿轮、弹簧、轴承等，此类钢按其用途和热处理特点进行分类，可分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和超高强度钢等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料3高碳铬轴承钢高碳铬轴承钢的W（C）=0.95%1.10%，钢中W（Cr）=0.4%1.65%，具有均匀的组织、高硬度、高耐磨性、高耐压强度和高疲劳强度等性能。最常用的高碳铬轴承钢是GCr15、GCr15SiMn钢等，它们主要用于制造滚动轴承的滚动体（如球、圆柱、圆锥体等）、轴承内圈、轴承外圈，其次也可用于制作量具、模具、低合金刃具等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料4合金工具钢合金工具钢是指用于制造量具、刃具、耐冲击工具、模具等的钢种。（1）制作量具及刃具用的合金工具钢主要用于制造金属切削刀具(刃具)、量具和冷冲模等。例如，9SiCr钢、CrWMn钢常用于制作冷剪切刀、板牙、丝锥、铰刀、搓丝板、拉刀、圆锯等。（2）常用的制作冷作模具的合金工具钢主要有Cr12MoV钢、Cr12钢、CrWMn钢、9CrWMn钢等，它们主要用于制造冷冲模、拉丝模、搓丝板、冷挤压模等。（3）常用的制作热作模具的合金工具钢主要有5CrNiMo钢、5CrMnMo钢、3Cr2W8V钢、8Cr3钢、4Cr3Mo3SiV钢等，它们主要用于制造热锻模、压铸模、热挤压模、精锻模、非铁金属成形模等。（4）高速工具钢(简称高速钢)具有高耐磨性和高热硬性。热硬性是指钢能够在600以下保持高硬度和高耐磨性的能力。常用的高速工具钢牌号有W18Cr4V、9W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co8钢等，它们用于制造中速或高速切削工具，如车刀、铣刀、麻花钻头、齿轮刀具、拉刀等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料5不锈钢不锈钢是指以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬的质量分数至少为10.5%，碳的质量分数最大不超过1.2%的钢。不锈钢最突出的性能是良好的耐蚀性，其次还具有良好的力学性能以及良好的冷、热加工和焊接工艺性能。不锈钢按其使用时的组织特征进行分类，可分为奥氏体型不锈钢（如12Cr18Ni9钢、06Cr19Ni10钢、022Cr17Ni7N等）、铁素体型不锈钢（如10Cr17钢、008Cr30Mo2钢等）、马氏体型不锈钢（如12Cr13钢、06Cr11Ti、68Cr17钢等）、奥氏体-铁素体型不锈钢（如022Cr19Ni5Mo3Si2N钢、14Cr18Ni11Si4AlTi钢等）和沉淀硬化型不锈钢（如05Cr17Ni4Cu4Nb钢、07Cr15Ni7Mo2Al钢）五类。不锈钢主要用于制作建筑装饰品、电器、医疗器械、食品设备、化工设备，耐腐蚀部件（如轴、弹簧、容器、刃具、量具、滚珠轴承）等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料6耐热钢耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性或较高强度的钢。在耐热钢中主要加入Cr、Al、Si、Mo、W、Ti等合金元素，这些元素在高温下与氧作用，在钢材表面会形成一层致密的高熔点氧化膜(如Cr2O3、Al2O3、SiO2)，能有效地保护钢材在高温下不被氧化，也可以阻碍晶粒长大，提高耐热钢的高温热强性。耐热钢分为抗氧化钢和热强钢。抗氧化钢是指在高温下能够抵抗气体腐蚀而不会使氧化皮剥落的钢。常用的抗氧化钢种有：26Cr18Mn12Si2N钢、22Cr20Mn10Ni2Si2N钢等；热强钢是指在高温条件下能够抵抗气体腐蚀而又有较高强度的钢。例如，12CrMo钢、15CrMo钢、15CrMoV钢、24CrMoV钢可制造在350以下工作的锅炉钢管件等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料7特殊物理性能钢特殊物理性能钢是指在钢的定义范围内具有特殊磁性、电性、弹性、膨胀性等物理特性的钢，它包括软磁钢、永（硬）磁钢（如下图）、无磁钢以及特殊弹性钢、特殊膨胀钢、高电阻钢及合金等。8铸造合金钢铸造合金钢包括一般工程与结构用低合金铸钢、大型低合金铸钢、特殊铸钢三类。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料四、常用铸铁四、常用铸铁铸铁包括白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁等，它具有良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能及低的缺口敏感性。1灰铸铁的性能、牌号及用途灰铸铁是指碳主要以片状石墨形式析出的铸铁，因断口呈灰色，故称灰铸铁。灰铸铁具有优良的铸造性能、良好的吸振性能、较低的缺口敏感性能、良好的切削加工性能和减摩性能。但抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多。灰铸铁的牌号用“HT”及数字组成。常用灰铸铁有HT100、HT150、HT250、HT350等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料2球墨铸铁的性能、牌号及用途球墨铸铁是指铁液经过球化处理而不是在凝固后经过热处理，使石墨大部分或全部呈球状，有时少量石墨呈团絮状的铸铁。球墨铸铁的牌号用“T”符号及其后面两组数字表示。“T”是“球铁”两字汉语拼音的第一个字母，两组数字分别代表其最低抗拉强度和最低断后伸长率，如QT400-15表示最低抗拉强度是400MPa、最低断后伸长率是15%的球墨铸铁。常用灰铸铁有QT450-10、QT500-7、QT500-7、QT700-2、QT900-2等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料3蠕墨铸铁的牌号、性能及用途蠕墨铸铁是指金相组织中石墨形态主要为蠕虫状的铸铁。蠕墨铸铁的牌号用“RuT”符号及其数字表示。“RuT”是“蠕铁”两字汉语拼音字母，其后数字表示最低抗拉强度，如RuT380表示最低抗拉强度是380MPa的蠕墨铸铁。常用蠕墨铸铁有RuT260、RuT300、RuT340、RuT380、RuT420等，它们主要用于制造受热、要求组织致密、强度较高、形状复杂的大型铸件，如机床的立柱，柴油机的气缸盖、缸套和排气管等。4可锻铸铁的牌号、性能及用途可锻铸铁俗称玛钢、马铁，是由一定化学成分的白口铸铁经石墨化退火，使渗碳体分解而获得团絮状石墨的铸铁。常用可锻铸铁铁有KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10、KTH370-12、KTZ550-04、KTZ700-02、KTB380-12、KTB400-05等，它们广泛应用于制造管件、阀门、电动机壳、万向节、农机具等。模块模块二二 钢铁材料钢铁材料可锻铸铁的牌号是由三个字母及两组数字组成。其中前两个字母“KT”是“可铁”两字汉语拼音的第一个字母；第三个字母代表类别，“H”表示“黑心”（即铁素体基体），“Z”表示珠光体基体，“B”表示白心（铸件中心是珠光体，表面是铁素体）；后两组数字分别表示可锻铸铁的最低抗拉强度和最低断后伸长率。例如，KTH350-10表示最低抗拉强度是350MPa、最低断后伸长率是10%的黑心可锻铸铁。5合金铸铁常规元素硅、锰高于普通铸铁规定含量或含有其他合金元素，具有较高力学性能或某种特殊性能的铸铁，称为合金铸铁。常用的合金铸铁有耐磨铸铁、耐热铸铁及耐蚀铸铁等。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理设备主要包括加热设备、温度控制仪表、冷却设备和辅助设备等。一、热处理的基本原理一、热处理的基本原理热处理的基本原理是借助铁碳合金相图，通过钢在加热和冷却时内部组织发生相变的基本规律，使钢材（或零件）获得人们需要的组织和使用性能，从而实现改善钢材性能目的。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述热处理的工艺过程通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。金属材料在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为相变点（或临界点）。二、热处理的分类和应用二、热处理的分类和应用根据零件热处理的目的、加热和冷却方法的不同，热处理工艺可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。热处理按其工序位置和目的不同，又可分为预备热处理和最终热处理。预备热处理是指为调整原始组织，以保证工件最终热处理或（和）切削加工质量，预先进行的热处理工艺，如退火、正火、调质等。最终热处理是指使钢件达到使用性能要求的热处理，如淬火与回火、表面淬火、渗氮等。整体热处理是对工件整体进行穿透加热的热处理。它包括退火、正火、淬火、淬火和回火、调质、固溶处理等。表面热处理是指为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。它包括表面淬火和回火、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体化学气相沉积等。化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。它包括渗碳、碳氮共渗、渗氮、渗金属、多元共渗、溶渗等。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述三、退火与正火三、退火与正火1退火退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。根据钢材的化学成分和退火目的进行分类，退火通常分为：完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、均匀化退火等。退火广泛应用于机械零件的加工过程中，通常安排在铸造、锻造、焊接等工序之后，粗切削加工之前，主要用来消除前一工序中所产生的某些组织缺陷或残余内应力，为后续工序做好组织准备。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述2正火正火是指工件加热奥氏体化后在空气中或其他介质中冷却获得以珠光体组织为主的热处理工艺。正火的目的是细化晶粒，提高钢材硬度，消除钢材中的网状碳化物（或渗碳体），并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。四、淬火四、淬火淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。马氏体是碳或合金元素在-Fe中的过饱和固溶体。淬火的目的是使钢铁材料获得马氏体(或贝氏体)组织，提高钢材的硬度和强度，并与回火工艺合理配合，获得需要的使用性能。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述1淬火的加热温度亚共析钢的淬火加热温度是Ac3+3050，过共析钢的淬火加热温度是Ac1+3050。2淬火介质淬火冷却时所用的物质称为淬火介质。常用的淬火冷却介质有：水、油、水溶液（如盐水、碱水等）、熔盐、熔融金属、空气等。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述3常用淬火方法常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。五、回火五、回火回火是指工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间（通常为13h），然后冷却到室温的热处理工艺。回火是安排在淬火之后及时进行的工序，通常也是钢件进行热处理的最后一道工序。根据淬火钢件在回火时的加热温度进行分类，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述六、时效六、时效时效是指合金工件经固溶处理，或铸造、冷塑性变（或锻造）、焊接及机械加工之后，将工件在较高温度放置或室温保持一定时间后，工件的性能、形状和尺寸等随时间而变化的热处理工艺。固溶处理是指工件加热至适当温度并保温，使过剩相充分溶解，然后快速冷却以获得过饱和固溶体的热处理工艺。常用的时效方法主要有：自然时效、人工时效、热时效、变形时效、振动时效和沉淀硬化时效等。七、表面热处理七、表面热处理表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。表面淬火按加热方法的不同，可分为感应淬火、火焰淬火、接触电阻加热淬火、激光淬火、电子束淬火等。模块三模块三 钢的热处理概述钢的热处理概述八、化学热处理八、化学热处理化学热处理是指将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理方法主要有渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。模块四模块四 非铁金属非铁金属常用的非铁金属主要有：铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、镁及镁合金、滑动轴承合金、硬质合金等。一、铝及铝合金一、铝及铝合金铝及铝合金包括纯铝和铝合金。1纯铝的性能及用途纯铝分为工业高纯铝（W(Al)99.85%）和工业纯铝（99.85%W(Al)99.0%）。纯铝的密度是2.7g/cm3，属于轻金属；纯铝的熔点是660，无铁磁性；纯铝的导电和导热性能仅次于银和铜纯铝的牌号用“1四位数字”或“四位字符表示”，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量。例如，1A93，其w(Al)=99.93%；1A97，其w(Al)=99.97%。纯铝主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆、电器元件、换热器件、器皿以及要求制作质轻、导热、导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电构件等。模块四模块四 非铁金属非铁金属2铝合金的性能及用途铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌等)构成的合金。铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。（1）变形铝合金是指塑性高、韧性好，适合于压力加工的铝合金。变形铝合金按其性能特点和用途进行分类，可分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝等。（2）铸造铝合金是指塑性差，适合于铸造成形的铝合金。铸造铝合金具有良好的铸造性能，塑性与韧性较低，不能进行压力加工。铸造铝合金按所添加合金元素进行分类，可分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系铸造铝合金。3铝合金的热处理铝合金常用的热处理方法有：退火，淬火加时效等。退火可消除铝合金的加工硬化，恢复其塑性变形能力，也可消除铝合金铸件的内应力和化学成分偏析。淬火加时效是铝合金强化的主要方法。模块四模块四 非铁金属非铁金属二、铜及铜合金二、铜及铜合金铜及其合金主要有：加工铜（纯铜）、黄铜、青铜及白铜。1加工铜（纯铜）的性能及用途加工铜呈玫瑰红色，故俗称紫铜，又称电解铜。加工铜的熔点是1083，密度是8.91g/cm3，属于重金属。加工铜具有良好的导电性和导热性，而且无磁性。加工铜的牌号用汉语拼音字母“T”加顺序号表示，共有T1、T2、T3三种，顺序号数字越大，则其纯度越低。加工铜主要用于制造电线、电缆、电子器件、导热器件、雷管、耐腐蚀器件以及作为冶炼铜合金的原料等。2铜合金的性能及用途在纯铜中加入其他合金元素形成的合金，称为铜合金。铜合金按其化学成分进行分类，可分为黄铜、白铜和青铜三类。模块四模块四 非铁金属非铁金属（1）黄铜是指以铜为基体金属，以锌为主加元素的铜合金。黄铜包括普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜是由铜和锌组成的铜合金；特殊黄铜是在普通黄铜中再加入其它合金元素所形成的铜合金，如铅黄铜、锰黄铜、铝黄铜、镍黄铜、铁黄铜、锡黄铜、加砷黄铜、硅黄铜等。根据生产方法的不同，黄铜又可分为加工黄铜与铸造黄铜两类。常用普通黄铜有H96、H90、H85、H80、H70、H68、H65、H63、H62、H59等。普通黄铜的牌号是用“黄”字汉语拼音字首“H”加数字表示，其中数字表示平均铜的质量分数，如H90表示W（Cu）=90%，W（Zn）=10%的普通黄铜。特殊黄铜的牌号用“黄”字汉语拼音字首“H”加主加元素（Zn除外）符号，加铜及相应主加元素的质量分数来表示，如HPb59-1表示W（Cu）=59%，W（Pb）=1%的特殊黄铜（或称铅黄铜）。模块四模块四 非铁金属非铁金属（2）白铜是指以铜为基体金属，以镍为主加元素的铜合金。白铜包括普通白铜和特殊白铜。普通白铜是由铜和镍组成的铜合金；特殊白铜是在普通白铜中再加入其它合金元素所形成的铜合金，如锌白铜、锰白铜、铝白铜等。根据生产方法的不同，白铜又可分为加工白铜与铸造白铜两类。普通白铜的牌号是用“B+数字”表示，其中“B”是“白”字的汉语拼音字首，数字表示镍的质量百分数。例如，B30表示W（Ni）=30%，W（Cu）=70%的普通白铜。常用普通白铜有B0.6、B5、B19、B25、B30等。特殊白铜的牌号用“B+主加元素符号+几组数字”表示，数字依次表示镍和主加元素的质量百分数，如BMn3-12表示平均W（Ni）=3%、W（Mn）=12%的锰白铜。常用特殊白铜有BA16-1.5（铝白铜）、BFe30-1.1（铁白铜）、BMn3-12（锰白铜）等。模块四模块四 非铁金属非铁金属（3）青铜是指以除锌和镍以外的合金元素为主添加元素的铜合金（或指除黄铜和白铜以外的铜合金）。以锡为合金元素的青铜称为锡青铜，以铝为主要合金元素的青铜称铝青铜。其他青铜主要有铍青铜、硅青铜、锰青铜等。根据生产方法的不同，青铜可分为加工青铜与铸造青铜两类。加工青铜的牌号是用“+第一个主加元素的化学符号及数字+其它元素符号及数字”方式表示，“”是“青”字汉语拼音字首，数字依次表示第一个主加元素和加入元素的平均质量百分数。例如，Be2是W（Be）=2%的铍青铜；Sn4-3是W（Sn）=4%，W（Zn）=3%的锡青铜。加工青铜用于制作齿轮、轴套、蜗轮、蜗杆以及抗磁零件等。3铸造铜合金铸造铜合金是指用来生产铜合金铸件的合金。铸造铜合金的牌号表示方法是用“ZCu+主加元素符号+主加元素质量百分数+其他加入元素符号和质量百分数”组成。例如，ZCuZn30表示W（Zn）=30%的铸造铜合金。常用铸造铜合金有：ZCuZn38、ZCuZn16Si4、ZCuZn40Pb2、ZCuSn10Zn2、ZCuPb30等。铸造锡青铜适合于铸造对外形及尺寸要求较高的铸件以及形状复杂、壁厚较大的零件。模块四模块四 非铁金属非铁金属三、钛及钛合金三、钛及钛合金1加工钛（纯钛）的性能及用途加工钛呈银白色，密度为4.51g/cm3，熔点为1668，热膨胀系数小，塑性好，强度低，容易加工成形。在许多介质中钛的耐腐蚀性比大多数不锈钢更优良，尤其是抗海水的腐蚀能力非常突出。加工钛的牌号是用“TA+顺序号”表示，如TA2表示2号工业纯钛。工业纯钛的牌号有TA1、TA2、TA3、TA4四个牌号，顺序号越大，杂质含量越多。加工钛主要用于制造飞机骨架、蒙皮、发动机部件等；在化工部门主要用于制造热交换器、泵体、搅拌器、蒸馏塔、叶轮、阀门等；在海水净化装置及舰船方面用于制造相关耐腐蚀零部件，如阀门、管道等；另外，加工钛还可用于制造压缩机气阀、柴油机活塞等。2钛合金为了提高加工钛的强度和耐热性等，可加入铝、锆、钼、钒、锰、铬、铁等合金元素，形成不同类型的钛合金。模块四模块四 非铁金属非铁金属钛合金按其退火后的组织形态进行分类，可分为型钛合金、型钛合金和(+)型钛合金。钛合金的牌号是用“T+合金类别代号+顺序号”表示。“T”是“钛”字汉语拼音字首，合金类别代号分别用A、B、C表示型型钛合金、型型钛合金、(+)型钛合金。例如，TA5表示5号型钛合金；TB3表示3号型钛合金；TC4表示4号(+)型钛合金。常用的型钛合金有：TA5、TA6、TA7、TA9、TA10等。型钛合金一般用于制造使用温度不超过500的零件，如飞机蒙皮、骨架零件，航空发动机压气机叶片和管道等；型钛合金一般用于制造使用温度在350以下的结构零件和紧固件，如压气机叶片、轴、轮盘及航空航天结构件等；(+)型钛合金一般用于制造使用温度在500以下和低温下工作的结构零件，如各种容器、泵、低温部件、舰艇耐压壳体、坦克履带、飞机发动机结构件和叶片，火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件等。模块四模块四 非铁金属非铁金属四、镁及镁合金四、镁及镁合金1纯镁的性能及用途纯镁具有金属光泽，呈亮白色。纯镁的熔点是650，密度是1.738g/cm3，也是最轻的非铁金属。纯镁的牌号有：1号纯镁、2号纯镁和3号纯镁，主要用于制作合金以及作为保护其他金属的牺牲阴极。2镁合金的性能及用途镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。镁合金包括变形镁合金和铸造镁合金两大类。镁合金具有良好的减振性能和降噪性能，是制造飞机轮毂的理想材料；镁合金具有良好的电磁屏蔽性能和防辐射性能；镁合金的熔点比铝合金熔点略低，其压铸成形性能好。镁合金铸件的抗拉强度与铝合金铸件相当。工业中应用较广泛的镁合金主要有4个系列：AZ系列（Mg-Al-Zn合金）、AM系列（Mg-Al-Mn合金）、AS系列（Mg-Al-Si合金）和AE系列（Mg-Al-RE合金）。镁合金主要用于航空、航天、国防、交通运输、化工等部门。模块四模块四 非铁金属非铁金属五、滑动轴承合金五、滑动轴承合金滑动轴承合金是用于制造滑动轴承轴瓦及其内衬的铸造合金，它具有良好的耐磨性、磨合性、抗咬合性、减摩性、导热性和耐腐蚀性等，主要用于制造汽轮机、柴油机、发动机、压缩机、电动机、空压机、减速器中的滑动轴承等。1滑动轴承合金的组织状态类型滑动轴承合金的组织状态有两种类型：第一种类型是在软的基体上分布着硬质点；第二种类型是在硬的基体上分布着软质点。2常用滑动轴承合金常用滑动轴承合金有：锡基、铅基、铜基、铝基等滑动轴承合金，它们一般采用铸造方式成形。例如，ZSnSb11Cu6表示W（Sb）=11%、W（Cu）=6%、其余W（Sn）=83%的铸造锡基滑动轴承合金。模块五模块五 陶瓷、有机高分子材料和复合材料陶瓷、有机高分子材料和复合材料一、陶瓷材料一、陶瓷材料陶瓷材料是无机非金属材料的统称，是用天然的或人工合成的粉状化合物，通过成形和高温烧结而制成的多晶体固体材料。陶瓷材料包括陶瓷、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石膏等。由于陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、硬度高等优点，它不仅用于制造餐具类生活制品，而且在现代工业中得到愈来愈广泛的应用。目前，陶瓷材料已同金属材料、有机高分子材料成为现代工程材料的三大支柱。陶瓷按其成分和来源进行分类，可分为普通陶瓷(传统陶瓷)和特种陶瓷(近代陶瓷)两大类。普通陶瓷是以天然的硅酸盐矿物，如粘土、长石、石英等原料为主，经过粉碎、成形和烧结制成的产品。它包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷(耐酸碱用瓷)和多孔陶瓷(过滤、隔热用瓷)等。特种陶瓷主要是指采用高纯度人工合成化合物，如Al2O3、ZrO2、MgO、BeO、SiC、Si3N4、BN等，制成具有特殊物理化学性能的新型陶瓷（包括功能陶瓷）。模块五模块五 陶瓷、有机高分子材料和复合材料陶瓷、有机高分子材料和复合材料二、有机高分子材料二、有机高分子材料高分子化合物或高分子聚合物（简称高聚物）是指由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂（助剂）所构成的材料，它分为有机高分子材料和无机高分子材料。其中有机高分子材料是由相对分子质量大于104并以碳、氢元素为主的有机高分子化合物组成。一般说来，有机高分子化合物具有较好的强度、弹性和塑性。有机高分子材料按其用途和使用状态进行分类，可分为塑料、橡胶、胶粘剂、合成纤维等；有机高分子材料按其来源进行分类，可分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和人工合成高分子材料。天然高分子材料包括松香、蛋白质、天然橡胶、皮革、蚕丝、木材等。模块五模块五 陶瓷、有机高分子材料和复合材料陶瓷、有机高分子材料和复合材料1塑料塑料是指以合成树脂高分子化合物为主要成分，加入某些添加剂之后且在一定温度、压力下塑制成形的材料或制品的总称。常用塑料主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）、酚醛塑料(PF)、