工程材料与机械制造基础总复习6400.pptx

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1、总复习5/10/2023n n教学目的教学目的教学目的教学目的 ：使学生基本掌握钢铁材料的主要用途及其材料改性的使学生基本掌握钢铁材料的主要用途及其材料改性的使学生基本掌握钢铁材料的主要用途及其材料改性的使学生基本掌握钢铁材料的主要用途及其材料改性的基本途经；了解材料成形加工和切削加工的基本工艺方法及使用的主基本途经；了解材料成形加工和切削加工的基本工艺方法及使用的主基本途经；了解材料成形加工和切削加工的基本工艺方法及使用的主基本途经；了解材料成形加工和切削加工的基本工艺方法及使用的主要设备，要设备，要设备，要设备，获得工程材料和机械制造工艺的基本知识，建立机械制造生获得工程材料和机械制造工艺

2、的基本知识，建立机械制造生获得工程材料和机械制造工艺的基本知识，建立机械制造生获得工程材料和机械制造工艺的基本知识，建立机械制造生产过程的基本概念，为学习机械制造相关后续课程及将来从事工程技产过程的基本概念，为学习机械制造相关后续课程及将来从事工程技产过程的基本概念，为学习机械制造相关后续课程及将来从事工程技产过程的基本概念，为学习机械制造相关后续课程及将来从事工程技术工作打下必要的基础术工作打下必要的基础术工作打下必要的基础术工作打下必要的基础。n n课程任务课程任务课程任务课程任务 ：（1 1 1 1）通过）通过）通过）通过材料部分材料部分材料部分材料部分的学习的学习的学习的学习 ，应使学

3、生：，应使学生：，应使学生：，应使学生：能基本掌握材料的能基本掌握材料的能基本掌握材料的能基本掌握材料的成分成分成分成分、组组组组织织织织、性能性能性能性能三者之间的关系；三者之间的关系；三者之间的关系；三者之间的关系；了解改善材料的组织和性能的基本途径了解改善材料的组织和性能的基本途径了解改善材料的组织和性能的基本途径了解改善材料的组织和性能的基本途径热处理工艺热处理工艺热处理工艺热处理工艺；了解常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及了解常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及了解常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及了解常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及其其其其应用应用应用应用,使学生使

4、学生使学生使学生初步具有选材的能力初步具有选材的能力初步具有选材的能力初步具有选材的能力。（2 2 2 2）通过）通过）通过）通过毛坯制造工艺毛坯制造工艺毛坯制造工艺毛坯制造工艺的学习，应使学生对毛坯加工工艺及其使用的的学习，应使学生对毛坯加工工艺及其使用的的学习，应使学生对毛坯加工工艺及其使用的的学习，应使学生对毛坯加工工艺及其使用的主要设备有一个较全面的了解，从而主要设备有一个较全面的了解，从而主要设备有一个较全面的了解，从而主要设备有一个较全面的了解，从而初步具备选择毛坯加工方法的能初步具备选择毛坯加工方法的能初步具备选择毛坯加工方法的能初步具备选择毛坯加工方法的能力力力力。（3 3 3

5、 3）通过）通过）通过）通过切削加工技术基础切削加工技术基础切削加工技术基础切削加工技术基础的学习，应使学生了解金属切削加工的基的学习，应使学生了解金属切削加工的基的学习，应使学生了解金属切削加工的基的学习，应使学生了解金属切削加工的基本原理，常用加工方法的工艺特点及其应用，对机械加工工艺过程有本原理，常用加工方法的工艺特点及其应用，对机械加工工艺过程有本原理，常用加工方法的工艺特点及其应用，对机械加工工艺过程有本原理，常用加工方法的工艺特点及其应用，对机械加工工艺过程有一个初步的了解，一个初步的了解，一个初步的了解，一个初步的了解，初步具有编制简单典型零件工艺规程的能力初步具有编制简单典型零

6、件工艺规程的能力初步具有编制简单典型零件工艺规程的能力初步具有编制简单典型零件工艺规程的能力。教学目的：教学目的：n n能基本掌握材料的能基本掌握材料的能基本掌握材料的能基本掌握材料的成分成分成分成分、组织组织组织组织、性能性能性能性能三者之间的三者之间的三者之间的三者之间的关系。关系。关系。关系。n n了解改善金属材料的组织和性能的基本途径了解改善金属材料的组织和性能的基本途径了解改善金属材料的组织和性能的基本途径了解改善金属材料的组织和性能的基本途径热处理工艺。热处理工艺。热处理工艺。热处理工艺。n n了解常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及了解常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及了解

7、常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及了解常用金属材料的分类、牌号、性能、特点及其其其其应用。应用。应用。应用。总之：金属材料及热处理篇是研究材料的金属材料及热处理篇是研究材料的金属材料及热处理篇是研究材料的金属材料及热处理篇是研究材料的成分成分成分成分、组组组组 织织织织、性能性能性能性能、热处理工艺热处理工艺热处理工艺热处理工艺、应用应用应用应用五者之间关系的，五者之间关系的，五者之间关系的，五者之间关系的，使学生初步具有使学生初步具有使学生初步具有使学生初步具有选材选材选材选材的能力。的能力。的能力。的能力。第一篇第一篇 金金 属属 材材 料料本篇主要内容本篇主要内容n n第一章第一章

8、金属材料的主要性能金属材料的主要性能n n第二章第二章 铁碳合金铁碳合金n n第三章第三章 钢的热处理钢的热处理n n第四章第四章 工业用钢工业用钢n n第五章第五章 金属材料选材的基本原则金属材料选材的基本原则 第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 使用性能使用性能指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能力学性能、物理性能物理性能和化学性能化学性能。工艺性能工艺性能指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工工艺和热处理工艺的性能。包括铸造性能铸造性能、锻造性能锻造性能、冲冲压性能压性能、焊接性能焊接性能、切削加工性能切削加工性能和热处热处理工艺性能理工艺性能等。一

9、、金属材料的力学性能 n n材料在外力外力作用下所表现出来的特性，包括五大力学性能指标：强度 静载荷静载荷静载荷静载荷作用下作用下 塑性 硬度 动载荷动载荷动载荷动载荷作用下作用下 冲击韧度 疲劳强度掌握概念、变化规掌握概念、变化规律、选用场合。律、选用场合。二、金属材料的物理性能 n n材料的物理性能包括：密度、熔点、导电性、导磁性、导热性及热膨胀性等。n n零件用途不同，对其物理性能的要求也是不同的。三、金属材料的化学性能n n材料在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力，称为化学性能。n n主要包括：耐腐蚀性、高温抗氧化性等。材料抵抗各种介材料抵抗各种介质侵蚀的能力。质侵蚀的能力。材料在高温

10、迅速氧化后，材料在高温迅速氧化后，能在表面形成一层连续而能在表面形成一层连续而致密并与母体结合牢靠的致密并与母体结合牢靠的膜，从而阻止进一步氧化膜，从而阻止进一步氧化的特性。的特性。四、金属材料的工艺性能n n材料的工艺性能就是指金属材料能够适应加工工艺要求的能力。n n材料的工艺性能是其力学性能、物理性能和化学性能的综合。工艺性能的好坏，直接影响到制造零件的工艺方法和质量以及制造成本。n n材料的工艺性能主要包括铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性等。（1）铸造性n n铸造性是指浇注铸件时，材料能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的能力。n n对金属材料而言，评价铸造性能好坏的主要指标有流动性流

11、动性、收缩率收缩率、偏析倾向偏析倾向等。n n流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料其铸造性也好。一般来说，共晶成份的合金铸造性好。(2)可锻性n n可锻性是指材料是否易于进行压力加工的性能。n n可锻性好坏主要以材料的塑性塑性和变形抗力变形抗力来衡量。n n一般来说，钢的可锻性较好，而铸铁不能进行任何压力加工。（3）焊接性n n焊接性是指材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能，一般用焊接处出现各种缺陷（如裂纹及冷脆性）的倾向来衡量。n n低碳钢、低合金结构钢具有优良的焊接性，铝合金等有色金属焊接性较差，而铸铁的焊接性最差。（4）切削加工性n n切削加工性是指材料是否易于切削加工的性能。n

12、 n它与材料种类、成分、硬度、韧性、导热性及内部组织状态等许多因素有关。n n有利切削的材料硬度为160230HB。n n切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨损小，加工表面光洁。以上四个工艺性能在后面的讲课中详细讲述，要求以上四个工艺性能在后面的讲课中详细讲述，要求随各章节内容重点复习。随各章节内容重点复习。第二章第二章 铁铁 碳碳 合合 金金 金属材料成分不同，性能不同；但即使材金属材料成分不同，性能不同；但即使材料成分相同，但经过不同的加工工艺和热料成分相同，但经过不同的加工工艺和热处理工艺，也会具有不同的性能处理工艺，也会具有不同的性能为什为什么？么？因为内部组织结构不同或被改变了。因此

13、因为内部组织结构不同或被改变了。因此要掌握金属材料的性能变化规律，首要的要掌握金属材料的性能变化规律，首要的就必须研究金属材料内部的组织结构变化就必须研究金属材料内部的组织结构变化规律。规律。本章重点掌握本章重点掌握材料材料成分成分组织组织性性能能三者之间的相互规律。三者之间的相互规律。第一节第一节 金属的晶体构造与结晶金属的晶体构造与结晶 一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构 晶体与非晶体晶体与非晶体晶体与非晶体晶体与非晶体 一切一切一切一切固态物质固态物质固态物质固态物质按其内部结构可分为：按其内部结构可分为：按其内部结构可分为：按其内部结构可分为：晶体

14、晶体晶体晶体原子按一定的次序作有规则的排序。原子按一定的次序作有规则的排序。原子按一定的次序作有规则的排序。原子按一定的次序作有规则的排序。如：如：如：如：金刚石、石墨和金刚石、石墨和金刚石、石墨和金刚石、石墨和一切固态金属及其合金都属于晶体一切固态金属及其合金都属于晶体一切固态金属及其合金都属于晶体一切固态金属及其合金都属于晶体。非晶体非晶体非晶体非晶体内部原子呈不规则的排列。内部原子呈不规则的排列。内部原子呈不规则的排列。内部原子呈不规则的排列。如：如：如：如：普通玻璃、松香、石蜡普通玻璃、松香、石蜡普通玻璃、松香、石蜡普通玻璃、松香、石蜡等。等。等。等。晶体结构不同，其性能往往相差很大。

15、晶体结构不同，其性能往往相差很大。晶体结构不同，其性能往往相差很大。晶体结构不同，其性能往往相差很大。二、二、二、二、金属的结晶过程金属的结晶过程金属的结晶过程金属的结晶过程n n凝固凝固凝固凝固金属由金属由金属由金属由液态液态液态液态变成变成变成变成固态固态固态固态的过程。的过程。的过程。的过程。n n结晶结晶结晶结晶金属由液态凝固成金属由液态凝固成金属由液态凝固成金属由液态凝固成固态晶体固态晶体固态晶体固态晶体的过程。亦即原子由不规则排列的过程。亦即原子由不规则排列的过程。亦即原子由不规则排列的过程。亦即原子由不规则排列过渡到规则有序排列的过程。过渡到规则有序排列的过程。过渡到规则有序排列

16、的过程。过渡到规则有序排列的过程。实验表明：实验表明：实验表明：实验表明：（1）纯金属纯金属的结晶是在一个恒定温度下进行的（此恒定温度称为结晶温度），的结晶是在一个恒定温度下进行的（此恒定温度称为结晶温度），即是个即是个恒温过程恒温过程。过冷过冷实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。过冷度过冷度TT实际结晶温度实际结晶温度T T1 1与理论结晶温度与理论结晶温度T T0 0之差，即：之差，即：TTT T0 0T T1 1。冷速冷速 T 晶粒细化晶粒细化特定金属的过冷度不是一个定值，它随冷却速度的变化而变化，特定金属的过冷度不是一个定值，它随冷却速度的变化而变化

17、，冷却速度越大，过冷却速度越大，过冷度冷度TT越大，金属的实际结晶温度也就越低，并使晶粒细化越大，金属的实际结晶温度也就越低，并使晶粒细化，（2 2 2 2）合金合金合金合金的结晶过程（共晶合金除外）是个的结晶过程（共晶合金除外）是个的结晶过程（共晶合金除外）是个的结晶过程（共晶合金除外）是个非恒温过程非恒温过程非恒温过程非恒温过程。合金的结晶过。合金的结晶过。合金的结晶过。合金的结晶过程是在一个温度范围内进行的，即有一个程是在一个温度范围内进行的，即有一个程是在一个温度范围内进行的，即有一个程是在一个温度范围内进行的，即有一个开始结晶温度开始结晶温度开始结晶温度开始结晶温度和和和和结晶终了温

18、结晶终了温结晶终了温结晶终了温度度度度。冷却曲线上有个。冷却曲线上有个。冷却曲线上有个。冷却曲线上有个斜线斜线斜线斜线。（3 3 3 3）液态金属的）液态金属的）液态金属的）液态金属的结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程包含两个步骤：包含两个步骤：包含两个步骤：包含两个步骤：晶核的形成晶核的形成晶核的形成晶核的形成和和和和晶核的长大晶核的长大晶核的长大晶核的长大。因此：因此：因此：因此：实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构是由许多大小、外形和晶格排列方向均不相同的是由许多大小、外形和晶格排列方向均不相同的是由许多大小、外形和晶格排列方向均不相同的是由许多大小、外

19、形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶粒所组成的晶粒所组成的晶粒所组成的多晶体结构多晶体结构多晶体结构多晶体结构。（4 4 4 4）晶粒大小对金属力学性能的影响）晶粒大小对金属力学性能的影响）晶粒大小对金属力学性能的影响）晶粒大小对金属力学性能的影响 结晶过程中形成的结晶过程中形成的结晶过程中形成的结晶过程中形成的晶核数量愈多晶核数量愈多晶核数量愈多晶核数量愈多或或或或晶核长大的速度愈慢晶核长大的速度愈慢晶核长大的速度愈慢晶核长大的速度愈慢，则得到的，则得到的，则得到的，则得到的晶粒晶粒晶粒晶粒愈细愈细愈细愈细，强度、塑性和韧性愈好强度、塑性和韧性愈好强度、塑性和韧性愈好强度、塑性和韧性愈好

20、 。金属的强度、塑性和韧性随晶粒的细化而提高，称为金属的强度、塑性和韧性随晶粒的细化而提高，称为金属的强度、塑性和韧性随晶粒的细化而提高，称为金属的强度、塑性和韧性随晶粒的细化而提高，称为细晶强化细晶强化细晶强化细晶强化。（5 5）细化晶粒的方法）细化晶粒的方法 增加过冷度（提高冷却速度）增加过冷度（提高冷却速度）进行变质处理（加入难熔质点）进行变质处理（加入难熔质点）附加振动（机械振动、超声波振动、电磁振动）附加振动（机械振动、超声波振动、电磁振动）三、三、三、三、金属的同素异构转变金属的同素异构转变金属的同素异构转变金属的同素异构转变n 纯铁的冷却曲线：纯铁的冷却曲线：n 同素异构转变同素

21、异构转变金属在金属在固态固态下下，其，其晶格形式晶格形式随温度随温度发生改变发生改变的现象。的现象。n 同素异构转变过程也包括同素异构转变过程也包括晶核晶核的形成的形成与与长大长大；转变时也放出潜；转变时也放出潜能，因而也是在能，因而也是在恒温下恒温下进行的；进行的；也有也有过冷现象过冷现象等。等。n 正是由于纯铁能够发生同素异正是由于纯铁能够发生同素异构转变，生产中才可能对钢和铸构转变，生产中才可能对钢和铸铁进行铁进行热处理热处理，以，以改变其组织和改变其组织和性能性能。第二节第二节 铁碳合金的基本知识铁碳合金的基本知识n n铁碳合金的基本知识围绕铁碳合金相图（状态图）展开。n n反映了在平

22、衡条件下（即冷却速度无限缓慢从而使原子扩散充分进行的条件下）不同铁碳合金的成分成分温度温度组织组织之间的相互关系的这样一张图称为铁碳合金相图铁碳合金相图（状态图）（状态图）。此图一般了解 n n铁碳合金相图的作用铁碳合金相图的作用是研究钢铁材料的组织及其性能的理论基础，是制定热处理工艺及热加工工艺的重要依据。铁碳合金的分类工业纯铁工业纯铁 0.0218%C钢钢 0.0218-2.11%C 亚共析钢亚共析钢 0.0218-0.77%C 共析钢共析钢 0.77%C 过共析钢过共析钢 0.77-2.11%C白口铸铁（生铁）白口铸铁（生铁）2.11-6.69%C 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11

23、-4.3%C 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 4.3%C 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 4.3-6.69%C钢常温下的组织及性能变化规律 工业纯铁工业纯铁合金名称合金名称 WcWc室温平衡组织室温平衡组织c0.0218c0.0218%F+FeF+Fe3 3C C（极少量）（极少量）亚共析钢亚共析钢 c0.77c0.77c0.77%P+FeP+Fe3 3C C 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 c4.3c4.3c4.3%FeFe3 3C C+Ld+Ld n 钢常温下的组织钢常温下的组织 n含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 含碳量对含碳量对含碳量对含碳量对铁碳合金平衡组织铁碳

24、合金平衡组织铁碳合金平衡组织铁碳合金平衡组织的影响的影响的影响的影响 结论：结论：结论：结论：含碳量不同，铁碳合金（钢和铁）的常温组织是完全不同的。含碳量不同，铁碳合金（钢和铁）的常温组织是完全不同的。含碳量不同，铁碳合金（钢和铁）的常温组织是完全不同的。含碳量不同，铁碳合金（钢和铁）的常温组织是完全不同的。含碳量对金属材料含碳量对金属材料含碳量对金属材料含碳量对金属材料力学性能力学性能力学性能力学性能的影响规律的影响规律的影响规律的影响规律：u 随含碳量不同，钢常温下的随含碳量不同，钢常温下的组织组织及其及其比例比例不同，从而决定了力学性不同，从而决定了力学性能也不同。能也不同。u 一般，一

25、般，随含碳量的增加随含碳量的增加，其其强度、强度、硬度增加硬度增加，塑性、韧性下降塑性、韧性下降，但当但当含碳量超过含碳量超过0.9%后后，由于二次渗碳由于二次渗碳体呈网状分布在珠光体的晶界上，体呈网状分布在珠光体的晶界上，削弱了珠光体与珠光体晶粒之间的削弱了珠光体与珠光体晶粒之间的结合力，导致结合力，导致强度反而降低强度反而降低了了。含碳量对含碳量对含碳量对含碳量对工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能的影响的影响的影响的影响铸造性铸造性铸造性铸造性：铸铁铸铁铸铁铸铁的流动性比钢好，的流动性比钢好，的流动性比钢好，的流动性比钢好，易于铸造易于铸造易于铸造易于铸造，特别是含碳量接近于，特别是含碳量接

26、近于，特别是含碳量接近于，特别是含碳量接近于4.34.34.34.3的共晶成分的铸铁由于其结晶温度低，流动性好，的共晶成分的铸铁由于其结晶温度低，流动性好，的共晶成分的铸铁由于其结晶温度低，流动性好，的共晶成分的铸铁由于其结晶温度低，流动性好，铸造性能最好铸造性能最好铸造性能最好铸造性能最好。从相图。从相图。从相图。从相图上看，结晶温度越高，结晶温度区间越大，过早出现阻碍液态金属流动的上看，结晶温度越高，结晶温度区间越大，过早出现阻碍液态金属流动的上看，结晶温度越高，结晶温度区间越大，过早出现阻碍液态金属流动的上看，结晶温度越高，结晶温度区间越大，过早出现阻碍液态金属流动的固体组织，越容易形成

27、分散缩孔和偏析，铸造性能越差。固体组织，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。固体组织，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。固体组织，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。可锻性可锻性可锻性可锻性：低碳钢比高碳钢好低碳钢比高碳钢好低碳钢比高碳钢好低碳钢比高碳钢好。由于钢加热至固相线下大约。由于钢加热至固相线下大约。由于钢加热至固相线下大约。由于钢加热至固相线下大约1200120012001200左右左右左右左右的高温时，获得单一的奥氏体的高温时，获得单一的奥氏体的高温时，获得单一的奥氏体的高温时，获得单一的奥氏体A A A A组织，其塑性好、强度低，便于塑性变形，组织，其塑性好、强度低

28、，便于塑性变形，组织，其塑性好、强度低，便于塑性变形，组织，其塑性好、强度低，便于塑性变形，所以锻造一般都是将钢料加热到所以锻造一般都是将钢料加热到所以锻造一般都是将钢料加热到所以锻造一般都是将钢料加热到1200120012001200左右的高温，在奥氏体左右的高温，在奥氏体左右的高温，在奥氏体左右的高温，在奥氏体A A A A状态下进状态下进状态下进状态下进行的。行的。行的。行的。可焊性可焊性可焊性可焊性：含碳量越低含碳量越低含碳量越低含碳量越低，钢的，钢的，钢的，钢的焊接性能越好焊接性能越好焊接性能越好焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容，所以低碳钢比高碳钢更容，所以低碳钢比高碳钢更容，所

29、以低碳钢比高碳钢更容易焊接。易焊接。易焊接。易焊接。切削加工性切削加工性切削加工性切削加工性：含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能含碳量过高或过低，都会降低其切削加工性能。一般认。一般认。一般认。一般认为为为为中碳钢中碳钢中碳钢中碳钢的塑性比较适中，硬度在的塑性比较适中，硬度在的塑性比较适中，硬度在的塑性比较适中，硬度在160160160160230HB230HB230HB230HB时，切削加工性能最好。时，切削加工性能最好。时，切削加工性能最好。时，切削加工性能最好。铁碳相图的应用1 1、选用材料、选用材料、

30、选用材料、选用材料：由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。一般工程上使用的钢性能来选择不同含碳量的材料。一般工程上使用的钢性能来选择不同含碳量的材

31、料。一般工程上使用的钢性能来选择不同含碳量的材料。一般工程上使用的钢 1.31.31.41.4。2 2、叛断切削加工性能、叛断切削加工性能、叛断切削加工性能、叛断切削加工性能：低碳钢低碳钢低碳钢低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中碳钢中碳钢中碳钢中铁素体含量中铁素体含量中铁素体含量中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工；比例适当，钢的硬度适当，易于加工；比例适当，钢的硬度适当，易于加工；比例适当，钢的硬度适当，易于加工；高碳钢高碳钢高碳钢高碳钢硬度高，易磨损。硬度高，易磨损。

32、硬度高，易磨损。硬度高，易磨损。3 3、制定热加工工艺的依据：、制定热加工工艺的依据：、制定热加工工艺的依据：、制定热加工工艺的依据：在在在在铸造铸造铸造铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为含碳量为含碳量为含碳量为4.3%4.3%的铸铁铸造性最好；在的铸铁铸造性最好；在的铸铁铸造性最好；在的铸铁铸造性最好；在锻造锻造锻造锻造工艺方面，可以选择钢材的工艺方面，可以选择钢材的工艺方面，可以选择钢材的工艺方面，可以选择

33、钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。4 4、制定热处理工艺的依据：、制定热处理工艺的依据：、制定热处理工艺的依据：、制定热处理工艺的依据：由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。行热处理。并且可以正确选择加热温度。行热处理。并且可以正确选择加热温度。行热处理。并且可

34、以正确选择加热温度。第三章第三章 钢的热处理基本知识钢的热处理基本知识改善改善金属材料性能的主要几种金属材料性能的主要几种途径途径：n n合金化合金化合金化合金化 即加入合金元素即加入合金元素即加入合金元素即加入合金元素，调整材料的化学成分调整材料的化学成分调整材料的化学成分调整材料的化学成分，可显著提高钢的强度、硬可显著提高钢的强度、硬可显著提高钢的强度、硬可显著提高钢的强度、硬度和韧性，并使其具有耐蚀、耐热等特殊性能。度和韧性，并使其具有耐蚀、耐热等特殊性能。度和韧性，并使其具有耐蚀、耐热等特殊性能。度和韧性，并使其具有耐蚀、耐热等特殊性能。n n热处理热处理热处理热处理 即金属材料通过不

35、同的即金属材料通过不同的即金属材料通过不同的即金属材料通过不同的加热加热加热加热、保温保温保温保温和和和和冷却冷却冷却冷却的方式，使其内部的组织的方式，使其内部的组织的方式，使其内部的组织的方式，使其内部的组织结构发生变化，以达到改善加工工艺性能和强化力学性能的目的。结构发生变化，以达到改善加工工艺性能和强化力学性能的目的。结构发生变化，以达到改善加工工艺性能和强化力学性能的目的。结构发生变化，以达到改善加工工艺性能和强化力学性能的目的。n n细晶强化细晶强化细晶强化细晶强化 即通过增加过冷度和变质处理即通过增加过冷度和变质处理即通过增加过冷度和变质处理即通过增加过冷度和变质处理细化晶粒细化晶

36、粒细化晶粒细化晶粒，使金属材料的强度、，使金属材料的强度、，使金属材料的强度、，使金属材料的强度、硬度和塑、韧性都得到提高。硬度和塑、韧性都得到提高。硬度和塑、韧性都得到提高。硬度和塑、韧性都得到提高。n n冷变形强化冷变形强化冷变形强化冷变形强化 即对金属材料进行即对金属材料进行即对金属材料进行即对金属材料进行冷塑性变形冷塑性变形冷塑性变形冷塑性变形，改变其组织、结构，使强度、，改变其组织、结构，使强度、，改变其组织、结构，使强度、，改变其组织、结构，使强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。硬度提高，而塑性、韧性下降。硬度提高，而塑性、韧性下降。硬度提高，而塑性、韧性下降。n钢的热处理概念钢的热

37、处理概念 掌握掌握n n定义定义定义定义：固态下，通过固态下，通过固态下，通过固态下，通过加热加热加热加热、保温保温保温保温、和以不同的方式、和以不同的方式、和以不同的方式、和以不同的方式冷却冷却冷却冷却来改变金属材料来改变金属材料来改变金属材料来改变金属材料 内部的组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。内部的组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。内部的组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。内部的组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。n n特点特点特点特点：在固态下，只改变工件的内部组织，不改变形状和尺寸。：在固态下，只改变工件的内部组织，不改变形状和尺寸。：在固态下，只改变工件的内部组织，不

38、改变形状和尺寸。：在固态下，只改变工件的内部组织，不改变形状和尺寸。n n目的：目的：目的：目的：（1 1）提高钢的）提高钢的）提高钢的）提高钢的力学性能力学性能力学性能力学性能 （2 2）改善钢的）改善钢的）改善钢的）改善钢的工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能n n基本过程基本过程基本过程基本过程：加热加热加热加热 保温保温保温保温 冷却冷却冷却冷却n n热处理三大工艺参数热处理三大工艺参数热处理三大工艺参数热处理三大工艺参数：加热温度、保温时间、冷却方式。：加热温度、保温时间、冷却方式。：加热温度、保温时间、冷却方式。：加热温度、保温时间、冷却方式。n n分类：分类：分类：分类：1 1 整体

39、热处理整体热处理整体热处理整体热处理 退火、正火退火、正火退火、正火退火、正火 淬火、回火淬火、回火淬火、回火淬火、回火 2 2 表面热处理表面热处理表面热处理表面热处理 表面淬火表面淬火表面淬火表面淬火 感应加热感应加热感应加热感应加热 火焰加热火焰加热火焰加热火焰加热 化学热处理化学热处理化学热处理化学热处理 渗碳渗碳渗碳渗碳 氮化氮化氮化氮化预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理表面复层处理表面复层处理 n钢的普通（整体）热处理工艺钢的普通（整体）热处理工艺n n典型零件的制造过程：典型零件的制造过程：铸铸铸铸/锻锻锻锻 预备热处理预备热处理预备热处理预备热处理 粗加工粗加工粗加工粗加

40、工 最终热处理最终热处理最终热处理最终热处理 精加工精加工精加工精加工具体目的：具体目的：消除毛坯内残余应力，防止工件变形、开裂。消除毛坯内残余应力，防止工件变形、开裂。消除毛坯内残余应力，防止工件变形、开裂。消除毛坯内残余应力，防止工件变形、开裂。改善组织，细化晶粒。改善组织，细化晶粒。改善组织，细化晶粒。改善组织，细化晶粒。调整硬度，改善切削加工性能。调整硬度，改善切削加工性能。调整硬度，改善切削加工性能。调整硬度，改善切削加工性能。为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备。为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备。为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备。为最终热处理（淬火、回火）

41、作好组织上的准备。满足使用性能要求满足使用性能要求退火和正火退火和正火淬火和回火淬火和回火消除前道工序的缺陷消除前道工序的缺陷为后续工序作组织准备为后续工序作组织准备n钢的表面热处理钢的表面热处理n n问题的提出问题的提出：在在冲击冲击、交变交变和和摩擦摩擦等等动载荷条件下动载荷条件下工作的工作的机械零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销机械零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销等汽车、拖拉机和机床零件，要求等汽车、拖拉机和机床零件，要求表面表面具有具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而，而心心部部则要有足够的塑性和韧度则要有足够的塑性和韧度。n n解决方法解决方法：

42、表面热处理。：表面热处理。n n教学要求教学要求：会选用合适的：会选用合适的 热处理方法，并说明理由。热处理方法，并说明理由。n n重点重点：表面淬火、表面渗碳（结合材料）表面淬火、表面渗碳（结合材料）零件性能要求零件性能要求表里不一表里不一第四章第四章 工工 业业 用用 钢钢 碳素钢碳素钢碳素钢碳素钢：Wc2.11%Wc2.11%Wc2.11%Wc2.11%的铁碳合金的铁碳合金的铁碳合金的铁碳合金+少量少量少量少量 Si Si Si Si、MnMnMnMn、P P P P、S S S S 钢钢钢钢：合金钢合金钢合金钢合金钢：碳钢的基础上碳钢的基础上碳钢的基础上碳钢的基础上+各种合金元素各种合

43、金元素各种合金元素各种合金元素 （MnMnMnMn、SiSiSiSi、CrCrCrCr、NiNiNiNi、MoMoMoMo、W W W W、V V V V、Ti Ti Ti Ti）铸铁铸铁铸铁铸铁:WcWcWcWc2.11%2.11%2.11%2.11%（2.5%-4.0%C2.5%-4.0%C2.5%-4.0%C2.5%-4.0%C左右）、杂质比钢多的铁碳合金左右）、杂质比钢多的铁碳合金左右）、杂质比钢多的铁碳合金左右）、杂质比钢多的铁碳合金 有色金属及其合金有色金属及其合金有色金属及其合金有色金属及其合金 粉末冶金材料与功能材料（简介）：硬质合金粉末冶金材料与功能材料（简介）：硬质合金粉末

44、冶金材料与功能材料（简介）：硬质合金粉末冶金材料与功能材料（简介）：硬质合金 非金属材料：非金属材料：非金属材料：非金属材料：高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料 陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料 复合材料复合材料复合材料复合材料 这部分了解钢的分类，牌号，性能特点，应用范围，会选用。这部分了解钢的分类，牌号，性能特点，应用范围，会选用。这部分了解钢的分类，牌号，性能特点，应用范围，会选用。这部分了解钢的分类，牌号，性能特点，应用范围，会选用。n n 碳（素）钢：碳（素）钢：碳（素）钢：碳（素）钢：Wc2.11%Wc2.11%Wc2.11%Wc2.11%的铁碳合金的铁碳合金的铁碳合金的铁碳

45、合金+少量少量少量少量 Si Si Si Si、MnMnMnMn、P P P P、S S S S 分类分类分类分类：低碳钢（低碳钢（低碳钢（低碳钢（0.25%C0.6%C0.6%C）普通质量钢（普通质量钢（普通质量钢（普通质量钢（0.045%P0.045%P，0.05%S0.05%S）按品质分：按品质分：按品质分：按品质分：优质钢（优质钢（优质钢（优质钢（0.035%P 0.035%P，0.035%S 0.035%S）高级优质钢（高级优质钢（高级优质钢（高级优质钢（0.025%P 0.025%P，0.025%S 0.025%S）按用途分：按用途分：按用途分：按用途分：结构钢结构钢结构钢结构钢用

46、于制造工程构件和机器零件用于制造工程构件和机器零件用于制造工程构件和机器零件用于制造工程构件和机器零件 工具钢工具钢工具钢工具钢制造各种刀具、模具、量具制造各种刀具、模具、量具制造各种刀具、模具、量具制造各种刀具、模具、量具 属于优质高碳优质高碳钢钢属于低碳钢低碳钢、中碳钢中碳钢 P使钢产生使钢产生冷冷脆性脆性S使钢产生使钢产生热热脆性脆性n n合金钢分类合金钢分类合金钢分类合金钢分类：按合金元素含量分按合金元素含量分按合金元素含量分按合金元素含量分：低合金钢：合金元素总量低合金钢：合金元素总量5%5%中合金钢：合金元素总量中合金钢：合金元素总量=5%-10%=5%-10%高合金钢：合金元素总

47、量高合金钢：合金元素总量10%10%按用途分按用途分按用途分按用途分：合金结构钢合金结构钢合金结构钢合金结构钢：低合金高强度结构钢：低合金高强度结构钢：Q345Q345、Q390Q390 渗碳钢：渗碳钢：20Cr20Cr、20Mn220Mn2、20CrMnTi20CrMnTi 调质钢：调质钢：40Cr40Cr、35CrMo35CrMo 弹簧钢：弹簧钢：65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn 滚动轴承钢：滚动轴承钢：GCr15GCr15、GCr15SiMnGCr15SiMn（1.5%Cr1.5%Cr）合金工具钢合金工具钢合金工具钢合金工具钢：刃具钢刃具钢刃具钢刃具钢：低合金刃具钢：低合金

48、刃具钢：9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn 高合金刃具钢：高速钢高合金刃具钢：高速钢 W18Cr4V W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2 模具钢模具钢模具钢模具钢：冷作模具钢：冷作模具钢：Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV 热作模具钢：热作模具钢：5CrMnMo5CrMnMo、3Cr2W8V3Cr2W8V 量具钢量具钢量具钢量具钢：CrMnCrMn、CrWVCrWV、GCr15GCr15 特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢：不锈钢：不锈钢：1Cr171Cr17、1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13 1Cr18Ni9T

49、i1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti 耐热钢：耐热钢：15CrMo15CrMo 耐磨钢：耐磨钢：ZGMn13 ZGMn13 n 铸铁n n定义定义定义定义：含碳量：含碳量：含碳量：含碳量2.11%2.11%（2.5%2.5%4.0%C4.0%C左右）、杂质比钢多的铁碳合金。左右）、杂质比钢多的铁碳合金。左右）、杂质比钢多的铁碳合金。左右）、杂质比钢多的铁碳合金。n n分类分类分类分类：根据铸铁中根据铸铁中根据铸铁中根据铸铁中C C C C存在的形式存在的形式存在的形式存在的形式，可分为：，可分为：，可分为：，可分为：（1 1 1 1）白口铸铁）白口铸铁）白口铸铁）白

50、口铸铁(生铁生铁生铁生铁）C C C C的存在形式的存在形式的存在形式的存在形式：渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体(Fe(Fe(Fe(Fe3 3 3 3C)C)C)C)，断口为白色，断口为白色，断口为白色，断口为白色。性能性能性能性能：硬而脆，难以切削加工，不能直接用作机器零件，主要用作硬而脆，难以切削加工，不能直接用作机器零件，主要用作硬而脆，难以切削加工，不能直接用作机器零件，主要用作硬而脆，难以切削加工，不能直接用作机器零件，主要用作 炼钢原料。炼钢原料。炼钢原料。炼钢原料。（2 2 2 2）灰口铸铁（）灰口铸铁（）灰口铸铁（）灰口铸铁（熟铁熟铁熟铁熟铁）C C C C的存在形式的存在形式的存在