第1章机械工程常用材料及钢的热处理.ppt

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1、第第1 1章章 机械工程常用材料及机械工程常用材料及钢的热处理钢的热处理1.1机械工程常用材料1.2 钢的热处理1.3常用金属材料1.4 钢铁材料的现场鉴别是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。力学性能指标：强度、硬度、塑性、韧性等。1.强度与塑性静载单向静拉伸实验应力()：单位横截面积的内力标准拉伸试样：长试样L0=10d0 短试样L0=5d0 1.1机械工程常用材料2.硬度 材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念 硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其他机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。硬度试验方法很多，机

2、械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。3.冲击韧性(Ak或ak)韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F 单位为焦耳/厘米（J/cm）ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。Ak=mg(h1-h2)冲击吸收(Ak)：单位为焦耳冲击韧度(ak)：韧脆转变温度：冲击吸收功急剧 变化或断口韧性急剧转变 的温度区域。人民邮电出版社指材料适应加工工艺要求的能力1.铸造性能指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，包括：流

3、动性能、收缩性、偏析等。2.焊接性能指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口 处是否能满足使用目的的特性。3.锻造性能金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不 破裂的能力。含碳量越高，焊接性越差。含碳量越高，锻造性越差。材料的工艺性能含碳量4.3%的铁碳合金铸造性最好。人民邮电出版社4.切削加工性：指材料被切削加工成合格零件的难易程度。包含：刀具耐用度；切削力，切削温度，表面加工质量，切屑的形状或断屑难易程度。5.冲压性能：金属材料承受冲压变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，冲压性越差。6.热处理工艺性：指材料被热处理时达到性能等要求的难易程度。如：淬

4、硬性、淬透性。人民邮电出版社1.2 钢的热处理采用适当方式对材料或工件在固态下进行加热、保温和冷却，以获得预期组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。热处理的实质热处理工艺热处理的原理热处理加热、保温、冷却组织转变规律改变组织结构 性能人民邮电出版社钢的整体热处理钢的退火与正火种种 类类加加热热温度温度冷却方式冷却方式目目 的的应应 用用退退火火完全完全退火退火Ac3以上以上3050随炉冷至随炉冷至600左左右后出炉空冷右后出炉空冷消除残余消除残余应应力；力；细细化化晶粒晶粒亚亚共析共析钢钢的的铸铸、锻锻、焊焊件件球化球化退火退火Ac1以上以上10 20 冷至略低于冷至略低于Arl温度，保温后温

5、度，保温后随炉冷至随炉冷至600左右，左右，出炉空冷出炉空冷片状珠光体片状珠光体转变转变球状球状珠光体，降低硬珠光体，降低硬度，改善切削加度，改善切削加工性，工性，为为淬火作淬火作组织组织准准备备过过共析共析钢钢的的刃具、量刃具、量具、模具具、模具等等等温等温退火退火Ac3以上以上3050或或Ac1以以上上1020较较快冷却到珠光快冷却到珠光体体转变转变温度区温度区间间的适当温度的适当温度等温，使奥氏等温，使奥氏体体转变为转变为珠光珠光体体类组织类组织后在后在空气中冷却空气中冷却与完全退火和球化退与完全退火和球化退火相同，但火相同，但组织组织更均匀、晶粒更更均匀、晶粒更细细小，小，缩缩短生短生

6、产产周期周期高碳高碳钢钢、合、合金工具金工具钢钢和高合金和高合金钢钢人民邮电出版社均匀化均匀化退火退火钢钢熔点以下熔点以下100200保温保温1015 h后后缓缓冷冷 消除消除铸铸造造过过程中程中产产生的枝晶偏析，使成分生的枝晶偏析，使成分均匀化均匀化 亚亚共析共析钢钢的的铸锭铸锭去去应应力退火力退火A1以下以下100200随炉随炉缓缓300200出出炉空冷炉空冷 消除残余消除残余应应力，力，稳稳定尺寸，减少定尺寸，减少变变形形 铸铸件、件、锻锻件、件、焊焊接件、冷冲接件、冷冲压压件及件及机械加工件等机械加工件等再再结结晶退火晶退火T再再=（0.350.40）T熔熔点（点（K）缓缓冷冷 消除加

7、工硬化，提消除加工硬化，提高塑性，改善切削加工高塑性，改善切削加工性及成形性能。性及成形性能。进进一步冷一步冷变变形形钢钢件件,冷冷变变形形钢钢材及其材及其它合金成品它合金成品正正火火Ac3或或Accm以以上上30 50空冷空冷 细细化晶粒；改善切化晶粒；改善切削加工性；削加工性；为为最最终热处终热处理作理作组织组织准准备备 低碳低碳钢钢、中碳、中碳钢钢的的预备热处预备热处理；消理；消除除过过共析共析钢钢的网状的网状渗碳体；一般要求渗碳体；一般要求钢钢件的最件的最终热处终热处理。理。钢的退火与正火人民邮电出版社 冷却速度慢，获得接近平衡组织。可降低硬度、细化冷却速度慢，获得接近平衡组织。可降低

8、硬度、细化晶粒、消除应力。晶粒、消除应力。冷却速度比退火快，晶粒更细小。低碳钢和低碳合金钢正火可提高硬度；中碳钢正火可提高力学性能；高碳钢正火可消除网状渗碳体。退火的主要特点：正火的主要特点：人民邮电出版社 钢的淬火与回火 是将钢加热至临界点(Ac3或Ac1)以上，保温后以大于VK的速度冷却，使奥氏体转变成马氏体(或下贝氏体)的热处理工艺。淬火回火是将淬火后的钢加热至A1以下的某一温度后进行冷却的热处理工艺。淬火的目的是为了得到马氏体组织。一般淬火后的钢都要进行回火，才能使钢具有不同的力学性能。人民邮电出版社淬淬火火Ac3以上以上3050Ac1以上以上3050以大于以大于钢钢的淬火的淬火临临界

9、冷却速度冷却，界冷却速度冷却，一般合金一般合金钢钢油淬，油淬，非合金非合金钢钢水淬水淬获获得得马马氏体，个氏体，个别获别获得下得下贝贝氏体，提高氏体，提高钢钢的硬度和耐磨性的硬度和耐磨性各种工具、模各种工具、模具、量具、具、量具、滚滚动轴动轴承等承等回回火火低温低温回火回火150250空冷空冷在保持高硬度的同在保持高硬度的同时时，降低淬火内降低淬火内应应力和脆力和脆性性工具、模具、工具、模具、量具、量具、轴轴承，承，渗碳件及渗碳件及经经表表面淬火的工件。面淬火的工件。中温中温回火回火350500空冷空冷提高提高弹弹性极限和屈服性极限和屈服强强度度各种各各种各类弹类弹簧簧以及其它以及其它结结构构

10、钢钢高温高温回火回火500650空冷空冷获获得良好的得良好的综综合力学合力学性能，硬度一般性能，硬度一般为为2535HRC各种重要的机各种重要的机器器结结构件，特构件，特别别是受交是受交变载变载荷的零件，如荷的零件，如连连杆、杆、轴轴等等人民邮电出版社 钢的表面热处理 钢的表面淬火 将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺。表面淬火前应对工件正火或调质，表面淬火后应低温回火。利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。1.感应淬火人民邮电出版社高频感应淬火：200300kHz，淬硬层深度为0

11、.52mm。主要用于要求淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件等。工频感应淬火：50Hz，淬硬层深度为1020mm。主要用于大直径零件。最适宜的钢种是中碳钢(如40钢、45钢)和中碳合金钢。(1)感应淬火频率的选用中频感应淬火：25008000Hz，淬硬层深度为210mm。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件。人民邮电出版社 加热速度极快；工件表层获得极细小的马氏体组织；工件表面质量好，变形小；生产效率高(2)感应淬火加热的特点2.火焰淬火 火焰淬火是利用氧-乙炔(或其他可燃气体)火焰对工件表层加热，并快速冷却的淬火工艺。淬硬层深度一般为26mm。用于单件、小批生产。人民邮电出版社

12、 钢的化学热处理 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其表层，以改变表层一定深度的化学成分、组织和性能的热处理工艺 基本过程分解 吸收 扩散 渗层 1.渗碳 固体渗碳法 单件、小批生产(1)渗碳的方法 人民邮电出版社气体渗碳法 大批量生产 将工件置于密封的井式渗碳炉中，滴入易分解和气化的液体或直接通入渗碳气体，加热到渗碳温度。活性碳原子C被工件表面吸收而溶于高温奥氏体中，并向工件内部扩散形成一定深度的渗碳层。(2)渗碳用钢、渗碳后组织及热处理 渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢 人民邮电出版社 表层为过共析组织，与其相邻为共析组织，再向里为亚共析组织的过渡层，心部为原低碳钢组织

13、。渗碳后的组织 人民邮电出版社按化学成分非合金钢低合金钢合金钢 钢的分类1.3常用金属材料人民邮电出版社 钢铁及合金牌号统一数字代号体系人民邮电出版社 大写拉丁字母有：A、B、C、E、F、H、J、L、M、P、Q、S、T、U、W。其中A表示合金结构钢；L表示低合金钢；U表示非合金钢；T表示工具钢等。第一位阿拉伯数字有09。在不同的钢中，每一位数字所代表的含义各不相同。如在合金结构钢细分类中，0代表Mn（x）、MnMo（x）钢；1代表SiMn（x）、SiMnMo（x）钢。在低合金钢细分类中，0代表低合金一般结构钢；1代表低合金专用结构钢。在非合金钢中，1代表非合金一般结构及工程结构钢；2代表非合金

14、机械结构钢等 钢铁及合金牌号统一数字代号体系人民邮电出版社 灰口铸铁 白口铸铁 麻口铸铁 按碳存在的形式分类 普通灰铸铁 石墨呈片状蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状可锻铸铁 石墨呈棉絮状球墨铸铁 石墨呈球状 按石墨的形态分类 按化学成分分类 普通铸铁合金铸铁 铸铁的分类人民邮电出版社 铝合金的分类 根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。（1）变形铝合金不可热处理强化铝合金防锈铝可热处理强化铝合金硬铝、超硬铝和锻铝（2）变形铝合金 铸造铝合金 具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好人民邮电出版社铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。按化学成分

15、黄铜 青铜 白铜 以Zn为主要合金元素。良好的加工性能，良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。铜合金的分类 人民邮电出版社 工业纯铜 纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为4种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。工业纯铜除配制铜合金和其他合金外，主要用于电器工业，制造电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器等。纯铜的强度低，不宜用作结构材料人民邮电出版社1.4 钢铁材料的现场鉴别 常用的鉴别方法有火花鉴别法、色标鉴别法、断口鉴别

16、法和音色鉴别法等。20钢的火花特征45钢的火花特征人民邮电出版社T12钢的火花特征HT200的火花特征火花鉴别法人民邮电出版社色标鉴别法 碳素结构钢Q235钢为红色；优质碳素结构钢20钢为棕色加绿色，45钢为白色加棕色；合金结构钢20CrMnTi钢为黄色加黑色，40CrMo钢为绿色加紫色；铬轴承钢GCr15钢为蓝色；高速钢W18Cr4V钢为棕色加蓝色；不锈钢1Cr18Ni9Ti钢为绿色加蓝色；热作模具钢5CrMnMo钢为紫色加白色。人民邮电出版社断口宏观鉴别法 若断口呈纤维状，无金属光泽，颜色发暗，无结晶颗粒，且断口边缘有明显的塑性变形特征，则表明钢材具有良好的塑性和韧性，含碳量较低。若断口齐

17、平，呈银灰色，且具有明显的金属光泽和结晶颗粒，则表明属脆性材料。而过共析钢或合金经淬火后，断口呈亮灰色，具有绸缎光泽，类似于细瓷器断口特征。低碳钢不易敲断，断口边缘有明显的塑性变形特征，有微量颗粒；中碳钢的断口边缘的塑性变形特征没有低碳钢明显，断口颗粒较细、较多；高碳钢的断口边缘无明显塑性变形特征，断口颗粒很细密；铸铁极易敲断，断口无塑性变形，晶粒粗大，呈暗灰色。人民邮电出版社音色鉴别法 根据钢铁敲击时发出的声音不同，以区别钢和铸铁的方法称为音色鉴别法。敲击时，发出比较清脆声音的材料为钢，发出较低沉声音的材料为铸铁。为了准确地鉴别材料，在以上几种现场鉴别的基础上，一般还可采用化学分析、金相检验以及硬度试验等手段进行鉴别。人民邮电出版社