金屬工藝學(xué)教案

1、 金屬工藝學(xué) 教案金屬工藝學(xué)教案 71 金屬工藝學(xué)緒論1. 金屬工藝學(xué)的性質(zhì)是高等工科院校機械類專業(yè)必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課?；A(chǔ)課（橋梁） 專業(yè)課 金屬材料工藝學(xué)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，對專業(yè)課和基礎(chǔ)課起著橋梁的作用。2.為什么要學(xué)金屬工藝學(xué)？(目的)a.獲得有關(guān)金屬熱處理、金屬材料的基本知識。b.熟悉常見金屬材料的牌號、性能特點及應(yīng)用；了解它們之間成分、組織、性能、熱處理的關(guān)系。c.具有選擇零件材料的能力，確定加工工藝路線的能力。d.為后續(xù)課程和從事技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。 3.金屬工藝學(xué)的研究對象（主要內(nèi)容）：常用的工程材料、材料的各種加工處理工藝。例如：鋼鐵、鋁合金、銅合金、塑料等材料及熱處理工藝

2、、焊接工藝、鑄造工藝、切削加工工藝等加工處理工藝。4.工程材料是國家工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。a.國家工業(yè)發(fā)展的三大支柱：材料、信息、微機。b.工業(yè)和日常生活都離不開工程材料的使用，研究材料最終是為人類的文明進步而服務(wù)。5.金屬材料工藝學(xué)的特點：a. 綜合性強：系統(tǒng)介紹了從工程材料到成形加工的機械產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程b. 本課程同實踐緊密相聯(lián)系，是一門實踐性很強的學(xué)科。通過生產(chǎn)實踐才能融會貫通地學(xué)習(xí)掌握（鉗工、金工實習(xí)）。6.怎樣才能學(xué)好機械工程材料工藝學(xué)？a.注意各章節(jié)的聯(lián)系、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、鞏固、應(yīng)用、總結(jié)。b.要理解、要提問題、不能累計問題。c.抓住主要內(nèi)容：金屬材料及熱處理基本知識，鑄造、鍛造、焊接

3、、切削加工基本常識。 第一章 材料的力學(xué)性能1.材料的性能：使用性能：物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能（機械性能）。工藝性能：熱處理性能、鑄造性能、焊接性能、鍛造性能、切削加工性能。2.力學(xué)性能的定義：材料在外力作用下，表現(xiàn)出的性能。主要有強度、塑性、硬度、韌性、疲勞極限等。力學(xué)性能是判定材料優(yōu)劣的主要指標(biāo)，主要通過實驗測定第一節(jié) 強度與塑性1.強度：定義：是指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。強度大小通常用應(yīng)力表示。應(yīng)力是作用力除以式樣原始橫截面積的商，用符號表示，單位為MPa。衡量指標(biāo)：屈服強度、抗拉強度。（1） 屈服點：定義：發(fā)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力。公式：sFs/So （MPa）Fs材料發(fā)生屈服現(xiàn)

4、象時的力。So材料的原始橫截面面積。條件屈服強度規(guī)定：r0.2F0.2/Ao (無明顯的屈服現(xiàn)象的材料)應(yīng)用：汽缸蓋和汽缸體之間的密封性（螺栓聯(lián)接）超過螺栓材料本身的屈服強度。（2）抗拉強度：定義：是指試樣拉斷過程中最大拉力所對應(yīng)的最大應(yīng)力值。公式：bFb/SoFb最大的載荷。So材料的原始截面面積。應(yīng)用：汽缸的密封、鋼繩吊重物、機車的牽引等。s/b 屈強比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。2.塑性：定義：斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形能力稱為塑性。衡量指標(biāo)：斷后伸長率、斷面收縮率。（1）斷后伸長率：定義：是指試樣拉斷后標(biāo)距地伸長量與原標(biāo)距長度的百分比，符號公式：（L1L0）/L0 

5、5;100L1拉斷后的長度。L0原來的試樣長度。注意：長、短試樣測出的值不相等（比較大小，要同樣的試樣）。L05d0 5 L010d0 105>5% 塑性材料、5<5脆性材料。45：518.7% 1<5（2）斷面收縮率：定義：公式：（A0A1）/A0×100S0原截面面積。S1斷口處斷面面積。5 10值越大，塑性越好?？偨Y(jié)： 越大，塑性越好，越易變形但不會斷裂。二、 硬度硬度：定義：抵抗更硬物體壓入的能力。衡量：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。1.布氏硬度：HB試驗：GB84。一定直徑的鋼球HBS（硬質(zhì)合金HBW），規(guī)定的載荷及時間后。HBF/S (N/mm2) &

6、lt;650舉例：鋼球直徑：10mm，載荷：30KN（F30D2），時間：規(guī)定10（s）。材料：壓痕直徑：d03.92mm 查表： HBS239 （1）應(yīng)用范圍：鑄鐵、有色金屬、非金屬材料。（2）優(yōu)缺點： 精確、方便、材料限制、非成品檢驗和薄片。2.洛氏硬度：HR、（HRA、HRB、HRC）試驗：GB83。一定錐形的金剛石（淬火鋼球），在規(guī)定載荷和時間后，測出的壓痕深度差即硬度的大?。ū肀P表示）。HRA、HRB、HRC。一般通常習(xí)慣用HRC（無單位）。（1）應(yīng)用范圍：鋼及合金鋼。（2）優(yōu)缺點：測成品、薄的工件，無材料限制，但不精確。三、 韌性1.定義：金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。判據(jù)：沖擊

7、吸收功，斷裂韌度2沖擊吸收功：規(guī)定形狀和尺寸的式樣在沖擊試驗力一次性作用折斷時所吸收的功。測定：通過夏比缺口沖擊實驗測定。衡量指標(biāo)：Akv=mgh1-mgh2擺錘一次沖斷式樣所失去的位能稱為沖擊吸收功。沖擊吸收功表示了材料抵抗沖擊力而不破壞的能力，是評定材料韌性好壞的重要指標(biāo)。3多沖抗力：4.斷裂韌度低應(yīng)力脆斷：在材料所承受的應(yīng)力遠低于許用應(yīng)力的情況下，突然發(fā)生無明顯塑性變形的脆性斷裂。低應(yīng)力脆斷是由材料中的宏觀裂紋的擴展引起的。斷裂韌度：是指材料抵抗裂紋擴展的能力，用Klc表示。是度量材料韌性好壞的一個定量指標(biāo)。 四、 疲勞強度1疲勞：材料在循環(huán)應(yīng)力和變應(yīng)力作用下產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一

8、定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程稱為材料的疲勞。2.在機械零件斷裂中有80%是由于疲勞引起的3.疲勞強度：當(dāng)金屬材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲勞強度。材料疲勞的判據(jù)：疲勞極限D(zhuǎn)疲勞極限值在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機上測得。 第二節(jié) 金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能一、物理性能：1.比重：單位體積內(nèi)物體的重量。密度：單位體積內(nèi)物體的質(zhì)量。鐵：7.8克/厘米3、銅：8.9克/厘米3、鋁：2.7克/厘米3、鈦：4.51克/厘米3<5g/cm3輕金屬、>5g/cm3重金屬。應(yīng)用：飛機制造業(yè)、子彈頭、檢驗材料、煉鐵、煉鋼、鉛球等。2.熔點：固體液體的溫度點

9、。 凝固點：液體固體的溫度點。鐵：1538、銅：1083、鋁：660、鈦：1660。應(yīng)用：耐高溫材料（飛機、導(dǎo)彈、航天）、防火安全閥、熔斷器（保險絲）等。3.熱漲性：一般而言，金屬材料具有熱脹冷縮的性能。材料不同，熱脹冷縮的大小也不同。應(yīng)用：電線的形態(tài)、橋梁的架設(shè)、鋼軌的鋪設(shè)、精密的測量工具、電冰箱、電飯鍋等。4. 導(dǎo)熱性：金屬具有傳導(dǎo)熱能的性質(zhì)。導(dǎo)熱材料的順序：銀、銅、鋁等。金屬材料的雜質(zhì)越多、導(dǎo)熱性越差。高速鋼導(dǎo)熱性差，加熱要緩慢，以防開裂。應(yīng)用：陶瓷、水壺的水垢等。5. 導(dǎo)電性：金屬具有傳遞電流的性質(zhì)。導(dǎo)電材料的順序：銀、銅、鋁等。應(yīng)用：電火花加工、電解加工、電子束加工及制造電線、電纜、

10、玻璃拉絲模等。6.磁性；金屬材料在磁場的情況下磁化（分為軟磁和硬磁）。例如：鐵、鎳、鈷等。應(yīng)用：手表材料、磨床的磨削加工等。二、化學(xué)性能：1.耐蝕性（耐酸堿性）：金屬材料抵抗腐蝕的性能。例如：鋼鐵生鐵銹、銅生銅綠 （造成重大事故）。應(yīng)用：食品行業(yè)、飲料行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、化工行業(yè)等。2.抗氧化性：高溫時抵抗氧化的能力。應(yīng)用：鍛打、電焊、熱處理等。3.化學(xué)穩(wěn)定性：在常溫下，化學(xué)穩(wěn)定的性能。應(yīng)用：耐熱設(shè)備、高溫鍋爐等。三、工藝性能：是指是否易于進行冷、熱加工的性能。包括：熱處理性能、鑄造性能、焊接性能、鍛造性能、切削加工性能。 第二章 鐵碳合金（鋼和鑄鐵） 第一節(jié) 純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶轉(zhuǎn)變一、金

11、屬的結(jié)晶結(jié)晶：液態(tài)金屬凝結(jié)成固態(tài)金屬的現(xiàn)象。 冷卻速度越大，過冷度越大。金屬的實際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，Tn<To。過冷度：ToTnT（變量）。冷卻速度越大，過冷度越大。1.在ab段：金屬均呈現(xiàn)液體，2.在bc段：液體中某些原子結(jié)成晶核（自發(fā)晶核）（晶坯）晶核不斷長大形成枝晶直到晶粒。3.在cd段：每一個晶核形成一個晶粒，從而形成含有多晶體的金屬固體。概念： 晶粒、 晶界。晶核枝晶晶粒多晶體。晶核枝晶晶粒晶界；晶粒。晶粒越多，晶界也越多，則晶粒移動所受的阻力越大，宏觀來看，材料越不容易發(fā)生變形，即材料的硬度越高，強度越好?？偨Y(jié)：晶粒越小，則材料的力學(xué)性能越好。采用的主要途徑是：晶

12、核數(shù)目越多晶粒越多晶粒越細小，從而提高材料的力學(xué)性能。（1）提高過冷度： （>107/s 非晶態(tài)金屬）實驗測出：冷卻速度越大，生核速率越大>長大速率。（2）變質(zhì)處理（孕育處理）：在液態(tài)金屬中，加入一些細小的金屬粉末（變質(zhì)劑）（孕育劑）形成非自發(fā)晶核，使晶核數(shù)目增多，晶粒變細小。（3）機械振動：使枝晶破碎成為幾個晶核，使晶核數(shù)目增多（超生波振動等）。二、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)概念：原子球、結(jié)點、晶格、晶胞、晶格常數(shù)（a、b、c、）致密度：晶胞中原子占有的體積與晶胞體積之比。純金屬的晶格類型：1.體心立方晶胞例如：純鐵（-Fe）912、W、Mo、V、Cr（Ti）882立方體: abc ； 9

13、0º原子數(shù)：8×1/812致密度：0.68原子的晶格結(jié)構(gòu)不同，則性能不同，即使原子的晶格結(jié)構(gòu)相同，但由于原子的質(zhì)量不同，性能也不同。2.面心立方晶格立方體 abc 90º原子數(shù)：8×1/86×1/24致密度：0.74舉例：銅：abc=3.608×108、銅原子M63.54×1.67×1024g銅原子的直徑：D2.5505Å，計算銅的密度？純鐵（Fe）9121394、Al、Cu、Ag、Mn等。三、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變（舉列鉆石和石墨）純鐵：Fe（912）Fe（1394）-Fe（1538）L 二次結(jié)晶或重結(jié)晶。

14、提問：一定質(zhì)量的純鐵加熱到9121394時，體積是增加還是減少，若繼續(xù)加熱到13941538時，體積是增大還是減少？ 第二節(jié) 鐵碳合金的基本組織合金：金屬元素同另一種或幾種金屬元素或非金屬元素組成的具有金屬特性的新材料。金屬特性：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、光澤。例如：鋼鐵合金：FeCMnSi、鋁合金：（AlMgMn）、（AlZeMn）、銅合金：（CuZn）、（CuSn）、（CuNi）等。產(chǎn)生具有優(yōu)良的使用性能和工藝性能方面的新材料（特出的物理、化學(xué)性能）。組元：定義：合金中的最小單元。合金系：合金中百分含量不同的組元構(gòu)成的一系列合金。鋁合金（AlMgMn）。鋁合金：Al：99、97、95、. Mg

15、：0.5、2、2、. Mn：0.5、1、3、.二元合金系、三元合金系、四元合金系。相：具有同一化學(xué)成分，同一聚集狀態(tài)，且有明顯界面分開的獨立均勻部分。例如：液單相、固相單相、液固兩相。一、固溶體：溶質(zhì)原子進入溶劑中，依然保持晶格類型的金屬晶體。置換固溶體：d質(zhì)/d劑>0.85。（胖子到教室形象舉例）晶格歪扭、畸變，晶體缺陷。無限置換固溶體：CuNi有限置換固溶體：Cu+Zn溫度越高，則溶解度（固溶量）越大。間隙固溶體：d質(zhì)/d劑<0.59。（瘦子到教室形象舉例）晶格歪扭、畸變，晶體缺陷。只能形成有限固溶體：CFe、 727 0.0218。因形成固溶體使材料強度、硬度升高的現(xiàn)象固溶強

16、化。（合金的好處）1.鐵素體F：CFe中形成的固溶體。單相、層片狀、體心立方晶格。20 0.0008C （工業(yè)純鐵）。727 0.0218C 。機械性能：3050、7080、ku160200J/cm2、b180280MPa、HBS5080 （770磁性）。（應(yīng)用簡略提一下）（飽和的鹽水凝固點21、其沸點108。 飽和NaOH溶液沸點314。）2.奧氏體A：CFe中形成的固溶體。單相、層片狀、面心立方晶格。727 0.77%C、1148 2.11%C。機械性能：4060、b40050MPa、HBS170220、抗磁性。（應(yīng)用提一下）二、金屬化合物（中間相）（強化相）形成：溫度降低時析出的一種新材

17、料。Fe3C、Fe2.4C、VC、WC、CuZn、Cu21Zn22、HRC、ku。滲碳體C：FC層片相間疊加。硬度極高，而塑性、韌性極低。三、機械混合物：定義：固溶體固溶體金屬化合物金屬化合物例如：鋼鐵、鋁合金、銅合金、鈦合金等。1. 珠光體P：FFe3C兩相，機械混合物。 0.77C。機械性能：2025、b800850MPa、 HBS280260。強度高、硬度較高。（應(yīng)用提一下）2.萊氏體Ld、Ld： 兩相機械混合物，含碳量：4.3C。 LdAC 7271148。（高溫萊氏體） LdPC 20727。（低溫萊氏體）機械性能：HB560600、45。性能與滲碳體相近。（應(yīng)用較少）第三節(jié) 鐵碳合

18、金狀態(tài)圖T A L D A E LA C LC F G AC AC LdAC Ld LdC727F P S K 600QPF P PC PC LdPC Ld LdC0 0.77 2.11 4.30 6.69 FC 一、鐵碳合金狀態(tài)圖的建立 （1）配制不同成分的鐵碳合金，用熱分析法測定各合金的冷卻曲線。 （2）從各冷卻曲線上找出臨界點，并將各臨界點分別畫到成分溫度坐標(biāo)中。 （3）將意義相同的臨界點連接起來。二、FeFe3C合金狀態(tài)圖的分析：1.點（特性點）：A 1538 100Fe的熔點 ； D 1227 100Fe3C的熔點；G 912 100Fe的同素異晶轉(zhuǎn)變點（重結(jié)晶溫度點）；C 1148

19、 4.3C 共晶點LLd（AC） 共晶反應(yīng)；F 1148 6.69C 虛點 ； P 727 100Fe虛點；K 727 6.69C虛點、E 1148 2.11C 碳在Fe中的最大固溶量；S 727 0.77C 碳在Fe中的最小固溶量，共析點AP 共析反應(yīng)。2.線（特性線）：（1）AC線：液相線 開始結(jié)晶出奧氏體：LLA。DC線：液相線 開始結(jié)晶出滲碳體：LL+C。（2）AE線：固相線 奧氏體結(jié)晶終了線：LAA。ECF線：固相線（共晶線）：共晶反應(yīng) LLd。（3）GS線A3線：從奧氏體中開始析出鐵素體線。（4）ES線Acm線：從奧氏體中開始析出滲碳體線（碳在奧氏體中的固溶線）。（5）PSK線A1

20、線：共析線； 共析反應(yīng) AP（FC）共晶體。（6）PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線。這種由鐵素體中析出的滲碳體為三次滲碳體。3.分類：含含碳量分類： 工業(yè)純鐵：C0.0218C 鋼：0.0218<C2.11 白口鐵：2.11<C<6.69鋼分類： 共析鋼：0.77 P 亞共析鋼： C<0.77 PF 過共析鋼： C>0.77 PC共晶白口鐵分類： 共晶白口鐵：4.3C Ld 亞共晶白口鐵：C<4.3C LdPC過共晶白口鐵：C>4.3C LdC三、鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變實驗：熱分析法（C：06.69）實用價值。1.共析鋼：0.77C：LLAAP分析：在

21、727發(fā)生共析反應(yīng)，A中含碳多少？P中含碳多少？（727:F88.78、C11.22）2.亞共析鋼：0.5C：LLAAAFPF分析：AAF 在點以上A中含碳多少？隨著溫度降低，A中含碳是逐漸增加還是減少？AFPF 在冷卻到點時，A中含碳增加到0.77C，發(fā)生共析反應(yīng) AP，727時，P、F各占百分多少？727: F35.34、P64.66。20:F92.64、C7.36。3.過共析鋼：1.0C：LLAAACPC （P96.1、C3.9）分析：AAC 在點以上，A中含碳多少？C中含碳多少？在點以下，隨著溫度降低，A中含碳逐漸增加還是減少？ACPC 當(dāng)冷卻到時，A中含碳逐漸減少到0.77C，發(fā)生共

22、析反應(yīng)AP，727,P、C相對含量是多少？.亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵請學(xué)生自行分析。鐵碳合金的組織和性能：工業(yè)純鐵：F 塑性好。亞共析鋼：FP 取決于F、P的含量。共析鋼：P 強度高。過共析鋼：PC 取決于P、C的含量（C為網(wǎng)狀的二次滲碳體，脆、不合格）。亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵自行分析。力學(xué)性能和含碳量的關(guān)系曲線圖。力學(xué)性能 ku HB S b含碳量（鋼1.4C） 0 0.77 1.40 2.11 4.3 4.FeFe3C狀態(tài)圖的應(yīng)用。正確選材：.C0.25，低碳鋼：塑性好，韌性好。0.25<C<0.60，中碳鋼：綜合機械性能好。.0.60

23、C1.4，高碳鋼：硬度高，耐磨性好。制定工藝性能：鑄造方面：共晶成分的鐵碳合金鑄造時，組織致密，不易偏析。鍛造方面：鋼加熱到固相線AE以下200及A3線上170之間，利用奧氏體塑性好。焊接方面：熱處理方面： 第四節(jié) 工業(yè)用鋼簡介復(fù)習(xí)舊課：碳對鐵碳合金組織和性能的影響。一、鋼的分類碳鋼的分類、編號和用途：分類：低碳鋼：<0.25C 亞共析鋼： 0.0080.77C。中碳鋼：0.25C<0.60% 共析鋼： 0.77C。高碳鋼：0.60<C1.4 過共析鋼：0.772.11C。質(zhì)量：普通碳素鋼：S0.05、P0.045。優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S0.04、P0.04。（和國際不接軌）高級優(yōu)質(zhì)

24、碳素鋼：S0.03、P0.035。用途： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：碳素工具鋼：冶煉：平爐鋼（逐漸淘汰） 轉(zhuǎn)爐鋼（使用） 電弧爐鋼。酸堿性：酸性鋼 堿性鋼 中性鋼。鋼的分類：碳素鋼和合金鋼。二、碳素鋼：鋼中雜質(zhì)含量對其性能的影響1.錳Mn：0.250.8Mn，有益元素，脫氧劑。提高鋼的強度和硬度，特別是降低鋼的的脆性。2.硅Si：<0.4Si，有益元素，脫氧劑。提高鋼的強度。3.硫S：<0.050，有害元素，熱脆（紅脆性）。（FeSFe）為共晶體，985為液體。硫的含量越高，熱脆性越嚴重。4.磷P：<0.0045，有害元素，冷脆。使鋼常溫下其塑性和韌性急劇下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，在低溫時，

25、這種現(xiàn)象更加嚴重。5.氫H：<0.0001，有害元素，氫脆，白點。過多的氫分子會導(dǎo)致鋼的開裂?？傊s質(zhì)元素對鋼材的性能與質(zhì)量影響很大，必須嚴格控制在所規(guī)定的范圍內(nèi)。碳素鋼分如下三類：（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：新：Q235A（F、b、Z）、s235MPa。舊：甲類鋼：A1、A2、A3、A7滿足機械性能要求的。 乙類鋼：B1、B2、B3、.B7滿足化學(xué)性能要求的。 特類鋼：C2、C3、.C5滿足機械和化學(xué)性能要求的。通常用于制造型材、螺釘、鐵釘、鐵絲、建筑材料等。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 普通含錳量鋼：0.250.8Mn。 較高含錳量鋼：0.701.20Mn。舉例：45： 0.45C左右、 0.

26、500.80Mn左右。 45Mn ： 0.45C左右、 0.701.00Mn左右。常用于齒輪、主軸、連桿45。彈簧、板簧、發(fā)條65、65Mn。（3）.碳素工具鋼： 優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼：T數(shù)字。 高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼：T數(shù)字A。舉例：T7、T8、T9、.T14。含義：0.7、0.80、0.9.1.4T7A、T8A、T9A、.T14A。主要用于剪刀、斧頭、鋸子、銼刀等。三、合金鋼：鋼：非合金鋼、低合金鋼、合金鋼。合金鋼：低合金鋼、合金鋼。碳鋼在200時，機械性能劇烈下降，而合金鋼在650時，其機械性能才略為下降。質(zhì)量：優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼（A）、特級優(yōu)質(zhì)鋼（E）。1.合金結(jié)構(gòu)鋼起首兩位數(shù)字表示平均含碳量的

27、萬分之幾，其后的符號表示所含的主要元素；若元素含量<1.5，不標(biāo)數(shù)，元素含量1.5，其后的數(shù)表示其百分含量。最后標(biāo)“A”則稱為高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼（滾動軸承鋼除外）。例：12CrNi3：0.12C、Cr<1.5、3Ni20CrMnTi：0.20C、Cr、Mn、Ti<1.515Cr、20Mn2B、55Si2MnA2.合金工具鋼當(dāng)含碳量1.0時，不標(biāo)含碳量數(shù)當(dāng)含碳量<1.0時，起首數(shù)表示含碳量的千分之幾。合金元素同上。例：9Mn2V：0.9C、2Mn、V<1.5CrWMn：C1.0、Cr、W、Mn<1.5。W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、9SiCr。3.特殊

28、性能鋼起首數(shù)表示含碳量的千分之幾，若起首為“0”，則表示含碳量<0.10；若起首數(shù)為“00”，則表示含碳量為0.03，合金元素同上。例：9Cr18： 0.9C、18Cr。1Cr18Ni9Ti：0.1C、18Cr、9Ni、Ti<1.5。0Cr17Mn13Mo2V：C<0.1、17Cr、13Mn、2Mo、N<1.50Cr18Ni9Ti、1Cr13、1Cr28、0Cr17Ti。 第五節(jié) 零件選材的一般原則選擇材料的一般原則如下：1.應(yīng)能滿足零件的工作要求：安全第一。2.應(yīng)能滿足工藝性能要求：質(zhì)量第一。3.必須重視材料的經(jīng)濟性：效率第一。（以鐵代鋼，以鑄代鍛）問答題：一、根據(jù)鐵

29、碳合金狀態(tài)圖，說明下列原因：1.含碳1.0的鋼比含碳0.5的鋼硬度高。2.含碳1.2的鋼比含碳0.6的鋼強度高。3.鋼宜壓力加工成形，鑄鐵宜鑄造成形。4.鉗工鋸T8、T10鋼比鋸10、20鋼費力，鋸條宜鈍。5.在1100含碳0.4的鋼能鍛造，而含碳4.0的生鐵不能鍛造。6.捆扎物品的鐵絲一般都用低碳鋼，而吊車用的鋼纜卻用中碳鋼。7.制造滾動軸承的材料均是高碳鋼。8.制造刮刀、刻字刀具均用高碳鋼。9.制造型材的鋼均用08、10號鋼。二、選擇對應(yīng)的材料：45 65 A3（Q235A） T13 T8A 10 ZG280500。彈簧 主軸 螺釘 鋸子 銼子 箱體 油箱蓋。布置作業(yè)：課后總結(jié)：授課時間：

30、 班級： 本課課題：鋼的熱處理教學(xué)目的和要求：1.掌握退火的目的、種類、方法及應(yīng)用。 2.掌握正火的目的、方法及應(yīng)用。重點與難點：正火和退火的應(yīng)用。教學(xué)方法：講授法和錄像觀摩。課型：理論課 教學(xué)過程第一節(jié) 概述復(fù)習(xí)舊課：碳素鋼的分類和牌號及其應(yīng)用。第四章 鋼的熱處理現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了不斷提高金屬下材料的機械性能，采用兩種方法：合金化法碳鋼中加入合金元素（調(diào)整鋼的化學(xué)成分）。熱處理法碳鋼進行工藝處理（調(diào)整鋼的組織）。熱處理：鋼在固態(tài)范圍內(nèi)，通過加熱、保溫、冷卻，改變金屬材料的內(nèi)部組織，改變材料的力學(xué)性能。一個條件，三個過程：Sold hotkeepcold。分類： 普通熱處理：退火、正火、淬火

31、、回火。熱處理 表面淬火：火焰加熱和感應(yīng)加熱法。 表面熱處理 化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、二元、多元共滲。【第一節(jié)：熱處理的基本原理】（教課書省略）一、鋼的加熱和保溫時的組織轉(zhuǎn)變：絕大多數(shù)的熱處理均是把鋼加熱到使其轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織且盡量保持細小的晶粒。1.鋼在加熱（冷卻）時組織轉(zhuǎn)變的溫度。AC1加熱時，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。Ar1冷卻時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的溫度。AC3加熱時，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。Ar3冷卻時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始溫度。ACCm加熱時，二次滲碳體在奧氏體中的溶解的終了溫度。ArCm冷卻時，二次滲碳體從奧氏體中析出的終了溫度。鋼號： 10 25 30 50 T10 T12AC

32、1： 727 735 732 727 730 730AC3： 876 840 813 774Ar3： 850 824 796 755Ar1： 710 710 714 718 718 713ACCm： 800 820加熱、冷卻時的理想溫度：A1、A3、ACm實際加熱溫度： AC1、AC3、ACCm （020）實際冷卻溫度： Ar1、Ar3、ArCm （020）2.鋼加熱時的變化：以共析鋼為例：加熱到AC1以下時，依然是P；加熱到AC1時，A晶核產(chǎn)生；繼續(xù)加熱，A晶核長大，F(xiàn)A、C溶解；殘余C溶解；均勻化。亞共析鋼、過共析鋼分析： 共析鋼等溫曲線圖 （溫度） A1 600 550 500 230

33、Ms 50 Mf 0 0.1 1 10 102 103 104 105 106 S（時間）根據(jù)組織分成三個轉(zhuǎn)變區(qū)：1.高溫轉(zhuǎn)變區(qū)（珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)）：A1550， P。A1650, AP粗、HRC1522、20、b550MPa。650600, AP細（索氏體S）、HRC2227、18、b870MPa。600550, AP極細（托氏體T）、HRC2743、18、b1100MPa。2.高溫轉(zhuǎn)變區(qū)（貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)）：550Ms，AABC粒F。550350, AB上（羽毛狀）C粒F條狀，HRC4045。350Ms，AB下（竹葉狀）C粒F針，HRC4555。3.低溫轉(zhuǎn)變區(qū)（馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)）：MsMf ，AAMA

34、殘。M：C-Fe（過飽和地溶解），HRC6566，硬度很高。特點：MsMf范圍 ；內(nèi)應(yīng)力很大；A不能100轉(zhuǎn)變?yōu)镸。三、鋼的冷卻曲線應(yīng)用： 等溫冷卻：定性 連續(xù)冷卻：定量爐冷：10/min、空冷：10/s、油冷：150/s、水冷：600/s。 P SP STM MA殘臨界冷卻速度VkV臨。】補充內(nèi)容：影響C曲線的因素：含碳量：C<0.77 CC曲線右移。C>0.77 CC曲線左移。合金元素：除Co外所有的合金元素均使C曲線右移。加熱溫度：溫度越高，C曲線右移。 保溫時間：時間越長，C曲線右移。 亞共析鋼的C曲線 過共析鋼的C曲線 Ar3 Arcm 550 550320 Ms 175

35、 Ms 50 Mf 80 Mf 0 1 10 100 S 0 1 10 100 S第二節(jié) 退火和正火方法： 普通熱處理：退火、正火、淬火、回火。熱處理 表面淬火：火焰加熱和感應(yīng)加熱法。表面熱處理 化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、二元、多元共滲。一、退火：把鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（爐冷）的熱處理工藝法。目的：提高鋼的塑性和韌性（利于切削加工）；消除鋼的內(nèi)應(yīng)力（以防鋼件變形和開裂）；均勻組織；為隨后的熱處理做準備（組織上為以后的熱處理做準備）。退火的種類：（1）完全退火：（亞共析鋼）把鋼加熱到AC3線以上3050的溫度，保溫一定時間（1.52.5min/mm30min/m3)（碳鋼按

36、有效厚度或直徑每25毫米為1小時，合金鋼按有效厚度或直徑每20毫米為 1小時，保溫時間與工件形狀、材料質(zhì)量、裝爐量等有關(guān)）然后隨爐冷卻的一種工藝。組織分析：PFAAPF （重結(jié)晶退火）。（實際生產(chǎn)中在爐中冷卻到500左右即可出爐冷卻）（2）球化退火：（過共析鋼）把鋼加熱到AC1線以上2030的溫度，保溫一定時間（56min/mm1hour/m3）然后隨爐冷卻的一種工藝。組織分析：PFe3C網(wǎng)AFe3C網(wǎng)AFe3C球PFe3C球。（實際生產(chǎn)中冷卻到500以下時，組織轉(zhuǎn)變完成，可取出空冷）。有些難于形成顆粒球狀滲碳體的鋼，可以多次并重復(fù)上述過程循環(huán)退火（周期化退火）。（3）低溫退火：（亞、共、過共

37、析鋼）把鋼加熱到500650，保溫一定時間（68min/mm、1.5hour/m3），然后隨爐冷卻的一種工藝。（低溫退火）若用于消除加工硬化（650750），空冷，則稱為再結(jié)晶退火。組織分析：PFPFPFPFP學(xué)生分析。PFe3C網(wǎng)學(xué)生分析。（4）擴散退火：（亞、過共析鋼）把鋼加熱到AC3線以上150200、ACCm線以上150200，保溫一定時間（1020hour）然后隨爐冷卻的一種工藝。（加熱溫度高，保溫時間長，成本高，鋼的燒損量大，晶粒粗大），這種工藝是為了消除鋼中的成分不均勻的現(xiàn)象。二、正火：把鋼加熱到AC3線或ACCm線以上3050的溫度，經(jīng)過保溫后，隨空氣冷卻的一種工藝。目的：提高

38、低碳鋼的硬度。（利于切削加工）消除網(wǎng)狀滲碳體組織。（冷卻速度較大，網(wǎng)狀來不及形成）改善鋼的組織。（細化晶粒，均勻組織）因正火是在空氣中冷卻，得到的組織晶粒細小，且縮短了冷卻時間，提高了生產(chǎn)率和設(shè)備利用率，是一種比較經(jīng)濟的方法，應(yīng)用較廣泛。但是難于消除再結(jié)晶退火。組織分析：PFAAASF PFe3C網(wǎng)AAASFe3C粒應(yīng)用：對一些大型或形狀復(fù)雜的零件，淬火有開裂的危險，用正火；對于含碳量0.30.5的鋼件，用正火代替退火；含碳量低于0.3的鋼件，采用正火，能提高硬度利于切削。 A3912 A1727 T 0 擴散退火 0.77 2.11 完全退火 球化退火 正火 去應(yīng)力退火 第三節(jié) 淬火和回火一

39、、淬火：在固態(tài)范圍內(nèi)，把鋼加熱到一定的溫度（亞共析鋼Ac33050°、共析鋼及過共析鋼Ac13050°），保溫一定時間，（1.52.5min/mm、 30min/m3)(時間與鋼的成分、原始組織、工件形狀和尺寸加熱介質(zhì)、裝爐方法，雖經(jīng)驗公式熱處理手冊，但生產(chǎn)實際中是綜合上述的因素通過實驗才能合理的選定）以大于或等于臨界冷卻速度冷卻下來的一種熱處理工藝。（>Vk）目的：獲得馬氏體組織，從而提高鋼的硬度和耐磨性。（1）嚴格控制淬火加熱溫度。（2）合理選擇淬火冷卻介質(zhì)。目的：既能得到高硬度的馬氏體，也不會產(chǎn)生變形、開裂。 M 溫度 Ac1 N NMs T （a） （b） （

40、c） Mf 0 時間 共析鋼等溫冷卻C曲線圖 （a）實際水中的冷卻曲線。（b）實際油中的冷卻曲線。（c）理想淬火劑的冷卻曲線。分析MNQT（c）冷卻曲線：MN冷卻速度慢，目的是不易變形、開裂；NQ冷卻速度快，目的是A不會轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；QT冷卻較慢，目的是既能得到高硬度的馬氏體，不變形、開裂。而且冷卻介質(zhì)使用過程中不易變質(zhì)，不易燃，無毒性，無污染，來源充足，價格便宜，能反復(fù)多次重復(fù)使用。滿足以上所有要求的淬火劑是理想的淬火劑，但目前尚未找到還有待于我去研究和開發(fā)。水： 碳鋼優(yōu)點：650550、 V600/S ； A P、S、T、B。缺點：300200、 V270/S ； 易使工件變形、開裂。（若

41、水溫超過40，在650550，冷卻速度大為AP、S、T、B,不易淬硬，水中淬火易形成表面蒸氣膜，若不及時去掉，影響工件內(nèi)部冷卻形成軟點。鹽水、堿水有水優(yōu)點以外，并能自由去除薄膜，不會造出淬不硬及軟點，但在200300之間冷卻，依然很快，易變形、開裂）。礦物油（機油）： 合金鋼優(yōu)點：300200 、 V30/S ； 工件不會變形、開裂。缺點：650550 、 V150/S； AP、S、T、B。（機油溫度不能提的太高，過高的油溫將會引起油面的燃燒，油長時間使用易老化，為了尋求理想的淬火介質(zhì)：水玻璃溶液、聚乙烯醇水溶液聚醚水溶液.而當(dāng)前熱處理工藝發(fā)展的趨勢是：在淬火冷卻介質(zhì)的改進和研究方向，主要是在

42、現(xiàn)有的淬火油中加入各種添加劑，以提高冷卻能力，減緩油的老化，延長使用時間，.）。（3）正確選擇淬火方法：（由于淬火冷卻介質(zhì)不能完全滿足淬火質(zhì)量的要求，所以在熱處理工藝方面還應(yīng)考慮從淬火方法上加以解決）。單液淬火：把鋼加熱到淬火溫度，經(jīng)保溫后，放入一種冷卻介質(zhì)中。（這種方法操作簡單，易機械化、自動化，通常工件是形狀簡單的碳鋼和合金鋼。在水中或鹽水中進行單液淬火，操作雖然簡單，單淬火變形大，如果采用油冷又難以取得淬硬的效果，這就可將油、水冷卻結(jié)合起來進行如下的雙液淬火）。應(yīng)用：卡規(guī)、軸承、鋸子等。雙液淬火：把加熱到淬火的溫度的工件，經(jīng)保溫后，先放入水或鹽水中冷到400300，再迅速移到油中或空氣中

43、冷卻水淬油冷法。（雙液淬火廣泛應(yīng)用于各種零件或工具，能得到高硬度，又能減少淬火內(nèi)應(yīng)力，缺點是操作難，且未能很好地改進工件表面與心部的溫差這一缺點。技術(shù)還要熟練）。應(yīng)用：齒輪、缸體、閥體等。分級淬火：把工件加熱到淬火溫度，經(jīng)保溫后，迅速冷卻到Ms點，附近，稍加停留（A B），待工件表面和中心溫度基本一致時，再取出放入油中或空氣中冷卻冷卻熱浴淬火法。（這種淬火法由于在奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變前，工件的溫度經(jīng)等溫停留后逐漸趨于一致，使隨后的組織轉(zhuǎn)變得以在表層和內(nèi)部同時進行，由此可大大減小淬火內(nèi)應(yīng)力和變形，主要應(yīng)用于形狀復(fù)雜、小尺寸的碳鋼和合金鋼。）應(yīng)用：油泵齒輪、滾珠、滾針等。等溫淬火：把加熱到淬火溫度的

44、工件，經(jīng)保溫后，放入稍高于Ms點的鹽浴或堿浴中，并等溫到奧氏體轉(zhuǎn)變層成下貝氏體后，再取出空冷。（等溫淬火硬度雖然沒有分級淬火高，但工件在獲得較高硬度的同時還具有良好的塑性和韌性，還可以有效地減少應(yīng)力和變形，其缺點是不適應(yīng)用界面尺寸大的工件，其心部易產(chǎn)生珠光體，生產(chǎn)周期長，適用于薄、細而形狀發(fā)復(fù)雜的零件。）應(yīng)用；油嘴、小圓筒等。冷處理：把淬冷到室溫的鋼繼續(xù)冷卻到7080，保溫一段時間，使殘余過冷奧氏體在繼續(xù)冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。（是用干冰78.5或103的液化乙烯、192的液態(tài)氮成本很高，易產(chǎn)生應(yīng)力、變形，很少應(yīng)用。）應(yīng)用：游標(biāo)卡尺、螺旋尺、鋼尺、砝碼等。V1單液淬火、V2雙液淬火、V3分級淬火、V4等溫淬火。 A1 550 Ms V1 V2 V3 V4 Mf0 T（s） 二、回火：定義：將淬火后的鋼加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時間（15小時），然后冷卻的一種工藝。目的：降低材料的脆性、消除內(nèi)應(yīng)力；獲得要求的力學(xué)性能；穩(wěn)定工件尺寸；降低合金