工程材料及成形技术基础复习重点完整版.pdf

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1、一、一、二元相图的建立二元相图的建立合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析，相图是用来表达合金系中各合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析，相图是用来表达合金系中各金在缓冷条件下结晶过程的简明图解，又称状态图或平衡图。金在缓冷条件下结晶过程的简明图解，又称状态图或平衡图。合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的一系列不同成分的合金。组元是指组成合金的最简朴、最基本、可以独立存在的物质。组元是指组成合金的最简朴、最基本、可以独立存在的物质。多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反映多

2、数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反映的合物也可看作组元的合物也可看作组元,如如 Fe-CFe-C 合金中的合金中的 FeFe3 3C C。相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被两条线分为三个相区，相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区液相线以上为液相区 L L，固相线以下为，固相线以下为 固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+L+）。(3)(3)枝晶偏析枝晶偏析合金的结晶只有在缓慢冷却条件下才干得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结合金的结晶只有在缓慢

3、冷却条件下才干得到成分均匀的固溶体。但实际冷速较快，结晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴具有较多的高熔点元素晶时固相中的原子来不及扩散，使先结晶出的枝晶轴具有较多的高熔点元素(如如 Cu-NiCu-Ni 合金合金中的中的 Ni),Ni),后结晶的枝晶间具有较多的低熔点元素，如后结晶的枝晶间具有较多的低熔点元素，如 Cu-NiCu-Ni 合金中的合金中的 Cu)Cu)。在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。与冷速有关并在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。与冷速有关并且与液固相线的间距有关。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重枝晶

4、偏析会影且与液固相线的间距有关。冷速越大，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重枝晶偏析会影响合金的力学、耐蚀、加工等性能。响合金的力学、耐蚀、加工等性能。生产上常将铸件加热到固相线以下生产上常将铸件加热到固相线以下 100-200100-200长时间保温，以使原子充足扩散、成分均长时间保温，以使原子充足扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热解决工艺称作扩散退火。匀，消除枝晶偏析，这种热解决工艺称作扩散退火。2 2、二元共晶相图、二元共晶相图当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生共晶反映时所构成的相图称当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生共晶反映时所构成的相图称作共晶相图。以

5、作共晶相图。以 Pb-SnPb-Sn 相图为例进行分析。相图为例进行分析。(1)(1)相图分析相图分析 相：相图中有相：相图中有 L L、三种相，三种相，是溶质是溶质 SnSn 在在 PbPb 中的固溶体，中的固溶体，是溶质是溶质 PbPb 在在 SnSn中的固溶体。中的固溶体。相区：相图中有三个单相区：相区：相图中有三个单相区：L L、；三个两相区：；三个两相区：L+L+、L+L+、+。液固相线：液相线液固相线：液相线 AEBAEB，固相线，固相线 ACEDBACEDB。A A、B B 分别为分别为 PbPb、SnSn 的熔点。的熔点。固溶线固溶线:溶解度点的连线称固溶线。溶解度点的连线称固

6、溶线。相图中的相图中的 CFCF、DGDG 线分别为线分别为 SnSn 在在 PbPb 中和中和 PbPb在在 SnSn 中的固溶线。固溶体的溶解度随温度减少而下降。中的固溶线。固溶体的溶解度随温度减少而下降。共晶线：水平线共晶线：水平线 CEDCED 叫做共晶线。叫做共晶线。在共晶线相应的温度下（在共晶线相应的温度下（183183），E E 点成分的合金同时结晶出点成分的合金同时结晶出 C C 点成分的点成分的 固溶体固溶体和和 D D 点成分的点成分的 固溶体，形成这两个相的机械混合物固溶体，形成这两个相的机械混合物 L LE E(C C+D D)在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶在一

7、定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反映。转变称作共晶转变或共晶反映。一、一、铁碳合金的组元和相铁碳合金的组元和相1.1.组元：组元：FeFe、FeFe3 3C C2.2.相相 铁素体铁素体 碳在碳在-Fe-Fe 中的固溶体称铁素体，中的固溶体称铁素体，用用 F F 或或表达碳在表达碳在 FeFe 中的中的固溶体用固溶体用表达，体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低，在表达，体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低，在727727时最大时最大为为 0.0218%0.0218%，室温下仅为室温下仅为 0.0

8、008%0.0008%。铁素体的组织为多边形晶粒，铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。性能与纯铁相似。(2)(2)奥氏体奥氏体碳在碳在 -Fe-Fe 中的固溶体称奥氏体。中的固溶体称奥氏体。用用 A A 或或 表达。表达。是面心立方晶格的间隙是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，固溶体。溶碳能力比铁素体大，11481148时最大为时最大为 2.11%2.11%。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在在 区进行，碳钢室温组织中无奥氏体。区进行，碳钢室温组织中无奥氏体。(3)(3)渗碳体渗碳体(

9、Fe(Fe3 3C)C)含碳含碳 6.69%6.69%，用，用FeFe3 3C C 或或 C Cmm表达。表达。FeFe3 3C C 硬度高、强度低硬度高、强度低(b b 35MPa 35MPa)，脆，脆性大，塑性几乎为零。由于碳在性大，塑性几乎为零。由于碳在-Fe-Fe 中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中重要以中重要以 FeFe3 3C C 或石墨的形式存在。或石墨的形式存在。重要知识点第一节第一节退火和正火退火和正火一般零件的工艺路线为：毛坯（铸造或锻造）退火或正火机械（粗）加工淬火一般零件的工艺路线为：毛坯（铸造或锻造）退火或正火机械（粗）加工

10、淬火+回火（或表面热解决）机械（精）加工。回火（或表面热解决）机械（精）加工。退火与正火常作为预备热解决，其目的是为消除毛坯的组织缺陷，或为以后的加工作退火与正火常作为预备热解决，其目的是为消除毛坯的组织缺陷，或为以后的加工作准备；淬火和回火工艺配合可强化钢材，提高零件使用性能，作为最终热解决。准备；淬火和回火工艺配合可强化钢材，提高零件使用性能，作为最终热解决。一、退火一、退火将工件加热到适当温度，保温一定期间，缓慢冷却热解决工艺将工件加热到适当温度，保温一定期间，缓慢冷却热解决工艺【目的】【目的】根据不同情况，根据不同情况，退火的作为可归纳为减少硬度，退火的作为可归纳为减少硬度，改善钢的成

11、形和切削加工性能；改善钢的成形和切削加工性能；五个重要的成份点五个重要的成份点:P:P、S S、E E、C C、F F四条重要的线四条重要的线:ECF:ECF、PSKPSK、ESES、GSGS三个重要转变三个重要转变:共晶转变反映式、共析转变反映式、包晶转变（本节略）共晶转变反映式、共析转变反映式、包晶转变（本节略）二个重要温度二个重要温度:1148:1148 、727727 均匀钢的化学成分和组织；消除内应力等。均匀钢的化学成分和组织；消除内应力等。调整硬度以便进行切削加工；调整硬度以便进行切削加工；消除残余内应力，以防止钢件在淬火时产生变形或开裂消除残余内应力，以防止钢件在淬火时产生变形或

12、开裂;细化晶粒，改善组织，提高力学性能，为最终热解决作准备。细化晶粒，改善组织，提高力学性能，为最终热解决作准备。1 1、退火类型、退火类型(1)(1)完全退火完全退火完全退火是将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火工艺。完全退火是将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火工艺。【工艺】加热温度为【工艺】加热温度为 Ac3Ac3 以上以上 20203030，保温时间依工件的大小和厚度而定，使工件，保温时间依工件的大小和厚度而定，使工件热透，保证所有得到均匀化的奥氏体，冷却方式可采用随炉缓慢冷却，实际生产时为提高热透，保证所有得到均匀化的奥氏体，冷却方式可采用随炉缓慢冷却

13、，实际生产时为提高生产率，退火冷却至生产率，退火冷却至 600600左右即可出炉空冷。左右即可出炉空冷。（2 2）球化退火）球化退火【工艺】球化退火的加热温度为【工艺】球化退火的加热温度为 Ac1Ac1 以上以上 20203030，采用随炉缓冷，至，采用随炉缓冷，至 500500600600后出炉空冷；后出炉空冷；（3 3）去应力退火）去应力退火去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接导致的内应力及铸件内存在的残余内应力而去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接导致的内应力及铸件内存在的残余内应力而进行的退火工艺。进行的退火工艺。【工艺】去应力退火加热温度较宽，但不超过【工艺】去应力退火加热温度较宽，

14、但不超过 AC1AC1 点，一般在点，一般在 500500650650之间，铸铁之间，铸铁件去应力退火温度一般为件去应力退火温度一般为500500 550550；焊接工件的去应力退火温度一般为；焊接工件的去应力退火温度一般为500500600600。去应力退火的保温时间也要根据工件的截面尺寸和装炉量决定。去应力退火后的。去应力退火的保温时间也要根据工件的截面尺寸和装炉量决定。去应力退火后的冷却应尽量缓慢，以免产生新的应力。冷却应尽量缓慢，以免产生新的应力。（4 4）扩散退火）扩散退火为减少铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线（固相线以为减少铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀

15、性，将其加热到略低于固相线（固相线以下下 100100200200）的温度，长时间保温）的温度，长时间保温(10h(10h15h)15h)，并进行缓慢冷却的热解决工艺，称为，并进行缓慢冷却的热解决工艺，称为扩散退火或均匀化退火。扩散退火或均匀化退火。二、正火二、正火1 1、正火的概念、正火的概念【工艺】正火解决的加热温度通常在【工艺】正火解决的加热温度通常在Ac3Ac3 或或 AccmAccm 以上以上 30305050。对于具有。对于具有V V、Ti Ti、NbNb等碳化物形成元素的合金钢，采用更高的加热温度（等碳化物形成元素的合金钢，采用更高的加热温度（AC3+100AC3+1001501

16、50）。正火冷却方式常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用正火冷却方式常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢的冷却速度，达成规定的组织和性能。吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢的冷却速度，达成规定的组织和性能。第二节第二节钢的淬火钢的淬火将亚共析钢加热到将亚共析钢加热到 Ac3Ac3 以上，共析钢与过共析钢加热到以上，共析钢与过共析钢加热到 Ac1Ac1 以上，低于以上，低于 AccmAccm 的温度，的温度，保温后以大于保温后以大于 VkVk 的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体或贝氏体的热解决工艺

17、叫淬火。的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体或贝氏体的热解决工艺叫淬火。马氏体强化是钢的重要强化手段，因此淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的机马氏体强化是钢的重要强化手段，因此淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的机械性能。淬火是钢的最重要的热解决工艺也是热解决中应用最广的工艺之一。械性能。淬火是钢的最重要的热解决工艺也是热解决中应用最广的工艺之一。1 1、淬火温度的拟定、淬火温度的拟定淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火的重要工艺参数之一。选择淬火温度的原则是淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火的重要工艺参数之一。选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体组织。获得均匀细小的奥氏体组织。亚共析

18、钢的淬火温度一般为亚共析钢的淬火温度一般为 Ac3Ac3 以上以上 30503050，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。温度过高，奥氏体晶粒粗大而得到粗大的马氏体组织，而使钢的机械性能恶化，特别温度过高，奥氏体晶粒粗大而得到粗大的马氏体组织，而使钢的机械性能恶化，特别是塑性和韧性减少；是塑性和韧性减少；淬火温度低于淬火温度低于 Ac3Ac3，淬火组织中会保存未溶铁素体，淬火组织中会保存未溶铁素体，使钢的强度硬度下使钢的强度硬度下降。降。4 4、钢的淬透性、钢的淬透性（1 1）淬透性与淬硬性的概念）淬透性与淬硬性的概念钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体

19、的能力（也称为淬透层深度）钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力（也称为淬透层深度），其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深度来表达。其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深度来表达。淬硬层深度指由工件表面到半马氏体区淬硬层深度指由工件表面到半马氏体区(50%M(50%M+50%P)50%P)的深度。淬硬性是指钢淬火后的深度。淬硬性是指钢淬火后所能达成的最高硬度，即硬化能力。所能达成的最高硬度，即硬化能力。淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺

20、寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。淬硬层深。淬透性与工件尺寸、淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，它只用于不同材料之间的比较，通过尺寸、通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来拟定的。冷却介质相同时的淬硬层深度来拟定的。（2 2）淬透性的测定及其表达方法）淬透性的测定及其表达方法同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸，冷却介质有关，工件尺寸小、冷却能力强，同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸，冷却介质有关，工件尺寸小、冷却能力强，淬硬层深，工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深，而淬透性与工件尺寸、冷却介质无淬硬层深，工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深，而淬透性与工件尺

21、寸、冷却介质无关，它只用于不同材料之间的比较，是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深关，它只用于不同材料之间的比较，是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深HRC度进行比较的。淬透性常用末端淬火法测定（如下图所示）度进行比较的。淬透性常用末端淬火法测定（如下图所示），将标准化试样奥氏体化后，对，将标准化试样奥氏体化后，对Jd末端进行喷水冷却。然后从水冷段开始，每隔一定距离测量一个硬度值，即可得到试样沿末端进行喷水冷却。然后从水冷段开始，每隔一定距离测量一个硬度值，即可得到试样沿轴向的硬度分布曲线，称为钢的淬透性曲线。轴向的硬度分布曲线，称为钢的淬透性曲线。即用即用表达表达J J

22、表达末端淬透性；表达末端淬透性；d d 表达半马氏体区到水冷端的距离；表达半马氏体区到水冷端的距离；HRCHRC 为半马氏体区的硬度。为半马氏体区的硬度。(3)(3)影响淬透性的因素影响淬透性的因素钢的淬透性取决于临界冷却速度钢的淬透性取决于临界冷却速度 V VK K，V VK K越小，越小，淬透性越高。淬透性越高。V VK K取决于取决于 C C 曲线的位置，曲线的位置，C C 曲线越靠右，曲线越靠右，V VK K越小。越小。凡是影响凡是影响 C C 曲线的因素都是影响淬透性的因素，即除曲线的因素都是影响淬透性的因素，即除 CoCo 外，凡溶入奥氏体的合金元外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的

23、淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。影响淬硬层深度的因素影响淬硬层深度的因素淬透性淬透性冷却介质冷却介质工件尺寸工件尺寸对于截面承载均匀的重要件对于截面承载均匀的重要件,要所有淬透。如连杆、模具等。对于承受弯曲、扭要所有淬透。如连杆、模具等。对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为半径的淬硬层深度一般为半径的 1 1/2-12-1/3)3)，如轴类、齿轮等。淬，如轴类、齿轮等。淬硬层深度与工件尺寸有关硬层深度与工件尺寸有关,设计时应注意尺寸效应。设计时应注意尺寸效应。第三节第

24、三节钢的回火钢的回火回火回火将淬火钢加热到将淬火钢加热到 Ac1Ac1 以下的某温度保温后冷却的热解决工艺。以下的某温度保温后冷却的热解决工艺。1 1、回火的目的、回火的目的消除或减少淬火内应力，防止工件变形或开裂；消除或减少淬火内应力，防止工件变形或开裂；获得工艺所规定的力学性能；获得工艺所规定的力学性能；稳定工件尺寸。稳定工件尺寸。淬火马氏体和残余奥氏体都是非平衡组织，有自发向平衡组织铁素体加渗碳体淬火马氏体和残余奥氏体都是非平衡组织，有自发向平衡组织铁素体加渗碳体转变的倾向。回火可使马氏体和残余奥氏体转变为平衡或接近平衡的组织，防止使转变的倾向。回火可使马氏体和残余奥氏体转变为平衡或接近

25、平衡的组织，防止使用时变形。用时变形。对于未经淬火的钢，回火是没故意义的，而淬火钢不经回火一般也不能直接使对于未经淬火的钢，回火是没故意义的，而淬火钢不经回火一般也不能直接使用，为避免淬火件在放置过程中发生变形或开裂，钢件经淬火后应及时回火。用，为避免淬火件在放置过程中发生变形或开裂，钢件经淬火后应及时回火。3 3、回火工艺、回火工艺（1 1）低温回火（）低温回火（250500500）高温回火后得到回火索氏体组织，即为在多边性铁素体基体上分布着颗粒状高温回火后得到回火索氏体组织，即为在多边性铁素体基体上分布着颗粒状 Fe3CFe3C 的的组织组织。工件淬火并高温回火的复合热解决工艺称为调质。高

26、温回火重要合用于中碳结构钢。工件淬火并高温回火的复合热解决工艺称为调质。高温回火重要合用于中碳结构钢或低合金结构钢制作的曲轴、连杆、螺栓、汽车半轴、等重要的机器零件。或低合金结构钢制作的曲轴、连杆、螺栓、汽车半轴、等重要的机器零件。4 4、回火时的性能变化、回火时的性能变化回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。韧性提高。5 5、回火脆性、回火脆性淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。在某些温度范围内回火时，会出

27、现冲击韧性下降的现象。性下降的现象。（1 1）低温回火脆性）低温回火脆性淬火钢在淬火钢在 250250350350范围内回火时出现的脆性叫做低温回火脆性。范围内回火时出现的脆性叫做低温回火脆性。几乎所有的钢都几乎所有的钢都存在这类脆性。这是一种不可逆回火脆性，目前尚无有效办法完全消除这类回火脆性。所存在这类脆性。这是一种不可逆回火脆性，目前尚无有效办法完全消除这类回火脆性。所以一般都不在以一般都不在 250250350350这个温度范围内回火。这个温度范围内回火。（2 2）高温回火脆性）高温回火脆性淬火钢在淬火钢在 500500650650范围内回火时出现的脆性称为高温回火脆性，称为第二类回火

28、范围内回火时出现的脆性称为高温回火脆性，称为第二类回火脆性。这种脆性重要发生在含脆性。这种脆性重要发生在含 CrCr、NiNi、Si Si、MnMn 等合金元素的结构钢中。等合金元素的结构钢中。这种脆性与加热、冷却条件有关。加热至这种脆性与加热、冷却条件有关。加热至 600600以上后，以缓慢的冷却速度通过脆化以上后，以缓慢的冷却速度通过脆化温度区时，出现脆性；快速通过脆化区时，则不出现脆性。此类回火脆性是可逆的，在出温度区时，出现脆性；快速通过脆化区时，则不出现脆性。此类回火脆性是可逆的，在出现第二类回火脆性后，重新加热至现第二类回火脆性后，重新加热至 600600以上快冷，可消除脆性。以上

29、快冷，可消除脆性。第四节第四节钢的表面淬火钢的表面淬火钢的表面热解决有两大类：一类是表面加热淬火热解决，通过对零件表面快速加热及钢的表面热解决有两大类：一类是表面加热淬火热解决，通过对零件表面快速加热及快速冷却使零件表层获得马氏体组织，从而增强零件的表层硬度，提高其抗磨损性能。另快速冷却使零件表层获得马氏体组织，从而增强零件的表层硬度，提高其抗磨损性能。另一类是化学热解决，通过改变零件表层的化学成分，从而改变表层的组织，使其表层的机一类是化学热解决，通过改变零件表层的化学成分，从而改变表层的组织，使其表层的机械性能发生变化。械性能发生变化。1 1、表面淬火、表面淬火表面具有高的强度、硬度和耐磨

30、性，不易产生疲劳破坏，而心部则规定有足够的塑性表面具有高的强度、硬度和耐磨性，不易产生疲劳破坏，而心部则规定有足够的塑性和韧性。采用表面淬火可使钢的表面得到强化，满足工件这种和韧性。采用表面淬火可使钢的表面得到强化，满足工件这种“表硬心韧表硬心韧”的性能规定。的性能规定。(1)(1)表面淬火目的表面淬火目的使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。合用心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。合用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击零件于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击零件(2)(2)表面淬火用材料表面

31、淬火用材料0.4-0.5%C0.4-0.5%C 的中碳钢。的中碳钢。含碳量过低，含碳量过低，则表面硬度、则表面硬度、耐磨性下降含碳量过高，耐磨性下降含碳量过高，心部韧性下降；心部韧性下降；铸铁铸铁提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。(3)(3)预备热解决预备热解决工艺工艺对于结构钢为调质或正火。前者性能高，用于规定高的重要件，后者用于规定不对于结构钢为调质或正火。前者性能高，用于规定高的重要件，后者用于规定不高的普通件。高的普通件。目的目的 为表面淬火作组织准备为表面淬火作组织准备 获得最终心部组织。获得最终心部组织。表面淬火后的回火表面淬火后的回火采用低温回火，采用低温回火，温度不高于温度不

32、高于 200200。目的为减少内应力保存淬火高硬度耐磨性。目的为减少内应力保存淬火高硬度耐磨性。表表面淬火面淬火+低温回火后的组织：低温回火后的组织：表层组织为表层组织为 MM 回；回；心部组织为心部组织为 S S 回回(调质调质)或或 F+S(F+S(正火正火)。第五节第五节化学热解决化学热解决化学热解决是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它化学热解决是将钢件置于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面，改变其化学成分和组织，达成改善表面性能，满足技术规定热解决过程。的表面，改变其化学成分和组织，达成改善表面性能，满足技术规定热解决过程。【目的】【目的】1

33、 1、提高渗层硬度和耐磨性，如渗碳、氮等；、提高渗层硬度和耐磨性，如渗碳、氮等；2 2、提高零件接触疲劳强度和提高抗擦伤能力，渗氮等；、提高零件接触疲劳强度和提高抗擦伤能力，渗氮等；3 3、提高零件抗氧化、耐高温性能，如渗入铝、铬等；、提高零件抗氧化、耐高温性能，如渗入铝、铬等；4、提高零件抗蚀性，如渗入硅、铬等。提高零件抗蚀性，如渗入硅、铬等。化学热解决基本过程化学热解决基本过程（1 1）介质的分解）介质的分解 即加热时介质中的化合物分子发生分解并释放出活性原子；即加热时介质中的化合物分子发生分解并释放出活性原子；（2 2）工件表面的吸取）工件表面的吸取即活性原子向固溶体中溶解或与钢中某些元

34、素形成化合即活性原子向固溶体中溶解或与钢中某些元素形成化合物；物；（3 3）原子向内部扩散原子向内部扩散即溶入的元素原子在浓度梯度的作用下由表层向钢内部的即溶入的元素原子在浓度梯度的作用下由表层向钢内部的扩散。扩散。1 1、渗碳原理、渗碳原理渗碳是指向钢表面渗入碳原子的过程。渗碳是指向钢表面渗入碳原子的过程。渗碳是为了使低碳钢工件渗碳是为了使低碳钢工件（含碳量为（含碳量为0.1%0.1%0.25%0.25%）表面获得高的碳浓度）表面获得高的碳浓度 0.85%0.85%1.05%1.05%，从而提高工件表面的硬度、耐磨性及，从而提高工件表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性和塑性。

35、疲劳强度，同时保持心部良好的韧性和塑性。若采用中碳以上的钢渗碳，则将减少工件心部的韧性。渗碳重要用于那些对若采用中碳以上的钢渗碳，则将减少工件心部的韧性。渗碳重要用于那些对耐磨性规定较高、同时承受较大冲击载荷的零件。耐磨性规定较高、同时承受较大冲击载荷的零件。（2 2）渗碳件用钢）渗碳件用钢一般采用碳质量分数为一般采用碳质量分数为0.1%0.25%0.1%0.25%的低碳钢或低碳合金钢，的低碳钢或低碳合金钢，2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi 等。可使渗碳件表面高硬度、耐磨，心部高强韧性、承受较大冲击。等。可使渗碳件表面高硬度、耐磨，心部高强韧性、承受较大冲击。（3

36、3）渗碳后的热解决及性能）渗碳后的热解决及性能渗碳缓冷后组织：表层为渗碳缓冷后组织：表层为 P+P+网状网状 Fe3CFe3C;心部为心部为 F+PF+P；中间为过渡区。中间为过渡区。渗碳后必须经淬火渗碳后必须经淬火+低温回火后才干满足使用性能的规定。热解决后使渗碳件低温回火后才干满足使用性能的规定。热解决后使渗碳件表面具有马氏体和碳化物的组织，表面硬度表面具有马氏体和碳化物的组织，表面硬度 5864HRC5864HRC。而心部根据采用钢材淬透。而心部根据采用钢材淬透性的大小和零件尺寸大小，性的大小和零件尺寸大小，获得低碳马氏体或其他非马氏体组织，获得低碳马氏体或其他非马氏体组织，具有心部良好

37、强具有心部良好强韧性。韧性。常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到 Ac1+30-50Ac1+30-50淬火淬火+低温回火。表层：低温回火。表层：MM回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量),),心部：淬透时心部：淬透时,M,M 回回+F+F。2 2、渗氮、渗氮渗氮是在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学渗氮是在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热解决工艺。方法重要有气体渗氮和离子渗氮等。热解决工艺。方法重要有气体渗氮和离子渗氮等。（1 1）气体渗氮）气体渗氮渗氮温度一般为渗氮温度一般为 500560500560，时间一般为，时间

38、一般为 20502050 小时，采用氨气小时，采用氨气(NH3)(NH3)作渗氮介质。氨气在作渗氮介质。氨气在 450450以上温度时即发生分解，产生活性以上温度时即发生分解，产生活性氮原子：氮原子：2NH32NH33H2+2N3H2+2N（2 2）渗氮的特点）渗氮的特点渗氮件的表面硬度高达，相称于渗氮件的表面硬度高达，相称于 65HRC65HRC72HRC72HRC。并可保持到。并可保持到 560560600600而而不减少。氮化后钢件不需其他热解决，渗氮件的变形小。不减少。氮化后钢件不需其他热解决，渗氮件的变形小。渗氮后具有良好的耐腐蚀性能。渗氮后具有良好的耐腐蚀性能。这是由于渗氮后表面形

39、成致密的氮化物薄膜，这是由于渗氮后表面形成致密的氮化物薄膜，气体渗氮所需时间很长，气体渗氮所需时间很长，渗氮层也较薄一般为渗氮层也较薄一般为 0.3-0.6mm0.3-0.6mm，38CrMoAl38CrMoAl 钢制压缩机活钢制压缩机活塞杆为获得塞杆为获得 0.4-0.6mm0.4-0.6mm 的渗氮层深度气体渗氮保温时间需的渗氮层深度气体渗氮保温时间需 60h60h 左右。左右。【氮化缺陷】工艺复杂，成本高，氮化层薄。用于耐磨性、精度规定高的零件【氮化缺陷】工艺复杂，成本高，氮化层薄。用于耐磨性、精度规定高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。及耐热、耐磨及耐蚀件。第六节第六节铸铸铁铁一、铸铁的成分

40、、组织和性能特点一、铸铁的成分、组织和性能特点1 1、铸铁的成分特点、铸铁的成分特点a.a.含碳量含碳量理论上含理论上含 C C：2.11%6.69%2.11%6.69%的铁碳合金都属的铁碳合金都属于铸铁，于铸铁，但工业上常用铸铁的含碳量一般在：但工业上常用铸铁的含碳量一般在：2.50%4.00%2.50%4.00%之间。之间。三、铸铁的分类三、铸铁的分类1 1、灰口铸铁（普通铸铁）、灰口铸铁（普通铸铁）石墨呈片状，典型灰口铸铁，这类铸铁机械性能不高，但生产工艺简朴，价格低廉，石墨呈片状，典型灰口铸铁，这类铸铁机械性能不高，但生产工艺简朴，价格低廉，工业上所用铸铁几乎所有属于这类铸铁。灰口铸铁

41、又根据第三阶段石墨化限度的不同分为：工业上所用铸铁几乎所有属于这类铸铁。灰口铸铁又根据第三阶段石墨化限度的不同分为：铁素体灰铁、铁素体灰铁、F+PF+P 灰铁、珠光体灰铁灰铁、珠光体灰铁2 2、白口铸铁（炼钢生铁）、白口铸铁（炼钢生铁）第一、二、三阶段石墨化过程完全被克制，第一、二、三阶段石墨化过程完全被克制，Fe-CFe-C 合金完全按照合金完全按照 Fe-Fe3CFe-Fe3C结晶而得到的铸结晶而得到的铸铁，以铁，以 FeFe3 3C C 形式存在组织中存在莱氏体组织，断口呈白亮色，故得名白口铸铁。白口铸铁形式存在组织中存在莱氏体组织，断口呈白亮色，故得名白口铸铁。白口铸铁硬脆，重要作为炼

42、钢原料。硬脆，重要作为炼钢原料。3 3、可锻铸铁（韧性铸铁，玛钢）、可锻铸铁（韧性铸铁，玛钢）石墨呈团絮状，用白口铸铁经长时间高温退火后，石墨呈团絮状，用白口铸铁经长时间高温退火后，FeFe3 3C C 分解而得到团絮状石墨组织的分解而得到团絮状石墨组织的铸铁。铸铁。由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片状石墨小一些，故机械性能（特别冲击韧由于石墨呈团絮状，对基体的割裂作用比片状石墨小一些，故机械性能（特别冲击韧性）高于灰口铸铁。可锻铸铁由于生产工艺复杂，成本较高，应用很少。性）高于灰口铸铁。可锻铸铁由于生产工艺复杂，成本较高，应用很少。4 4、球墨铸铁、球墨铸铁石墨组织呈球状，这种铸铁强度高

43、，生产工艺比可锻铸铁简朴，且可通过热解决进一石墨组织呈球状，这种铸铁强度高，生产工艺比可锻铸铁简朴，且可通过热解决进一步提高强度。球墨铸铁既保持了铸铁的特点，又具钢的高强度、高韧性，故应用越来越多。步提高强度。球墨铸铁既保持了铸铁的特点，又具钢的高强度、高韧性，故应用越来越多。（1 1）球化解决与孕育解决）球化解决与孕育解决 球化解决球化解决铁水浇铸前，加入一定量的球化剂（镁，硅铁铁水浇铸前，加入一定量的球化剂（镁，硅铁-镁，铜镁，铜-镁系）镁系），以促使石墨结晶时生长，以促使石墨结晶时生长成为球状的工艺，称为球化解决。成为球状的工艺，称为球化解决。孕育解决（变质解决）孕育解决（变质解决）球化

44、解决只能在铁水中有石墨核心产生时，才干促使石墨生长成球状，而球化剂都是球化解决只能在铁水中有石墨核心产生时，才干促使石墨生长成球状，而球化剂都是阻碍石墨化的元素，阻碍石墨化的元素，所以必须进行孕育解决所以必须进行孕育解决（变质解决）（变质解决），往铁水中加入变质剂往铁水中加入变质剂（75%Si-Fe75%Si-Fe）。第七节第七节铝及铝合金铝及铝合金（1 1）性能特点）性能特点纯铝银白色金属光泽，密度小纯铝银白色金属光泽，密度小 2.722.72，熔点低，熔点低 660.4660.4，导电导热性能优良。耐大气腐，导电导热性能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格。具有

45、面心立方晶格。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。类。（3 3）形变铝合金的牌号、性能）形变铝合金的牌号、性能变形铝及铝合金牌号表达方法，国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字变形铝及铝合金牌号表达方法，国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。GB 3190-82GB 3190-82 中的旧牌号表达方法为中的旧牌号表达方法为防锈铝合金：防锈铝合金：LF+LF+序号序号硬铝合金：硬铝合金：LY

46、+LY+序号序号超硬铝合金：超硬铝合金：LC+LC+序号序号锻铝合金：锻铝合金：LD+LD+序号序号（4 4）铸造铝合金牌号、分类）铸造铝合金牌号、分类 Al-SiAl-Si 系：系：代号为代号为 ZL1+ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号 Al-CuAl-Cu 系：代号为系：代号为 ZL2+ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号 Al-MgAl-Mg 系：代号为系：代号为 ZL3+ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号 Al-ZnAl-Zn 系：系：代号为代号为 ZL4+ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号二、铜及铜合金二、铜及铜合金（1 1）性能特点）性能特点纯铜呈紫红色，又称紫铜，具有面心

47、立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜呈紫红色，又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。（2 2）黄铜）黄铜以以 ZnZn 为重要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄为重要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。单相黄铜塑性好，常用牌号有单相黄铜塑性好，常用牌号有 H80H80、H70H70、H 68H 68。适于

48、制造冷变形零件，如弹壳、冷凝。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。器管等。（三七黄铜）（三七黄铜）两相黄铜热塑性好两相黄铜热塑性好,强度高。常用牌号有强度高。常用牌号有H59H59、H62H62。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、。适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。导管、散热器等。（四六黄铜）（四六黄铜）（3 3）青铜）青铜青铜重要是指青铜重要是指 Cu-SnCu-Sn 合金。加工青铜的牌号为：合金。加工青铜的牌号为：Q+Q+主加元素符号及其平均百分含量主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量。其他元素平均百分含量。【QSn4-3QSn4-3】含】含 4%Sn4%Sn3%

49、Zn)3%Zn)常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。常用牌号有：常用牌号有：QSn4-3QSn4-3、QSn6.5-0.4QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1ZCuSn10Pb1轴承合金轴承合金制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。滑动轴承是许多机器设备中制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑。对旋转轴起支撑。由轴承体和轴瓦两部分组成。与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，由轴承体和轴瓦两部分组成。与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪

50、音及拆装方便等优点。无噪音及拆装方便等优点。一、组织性能规定一、组织性能规定速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。足够的强韧性，承受交变冲击载荷；足够的强韧性，承受交变冲击载荷；较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防止轴与轴瓦之间咬合；较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防止轴与轴瓦之间咬合；较小的摩擦系数，较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。保证轴与轴瓦良好的跑合。为满足上述性能规定，轴承合金的组织应是软的基