金屬工藝學第五章2,3

1、1 第二節(jié)第二節(jié) 鑄鐵鑄鐵 本節(jié)重點本節(jié)重點 鑄鐵的分類，牌號，性能。鑄鐵的分類，牌號，性能。2第二節(jié)第二節(jié) 主要內容主要內容 概述概述 常用鑄鐵常用鑄鐵3一、一、 概述概述 1 1、在鐵碳合金中，碳存在形式：在鐵碳合金中，碳存在形式： 固溶體；固溶體； 化合物態(tài)的滲碳體化合物態(tài)的滲碳體(Fe(Fe3 3C)C)亞穩(wěn)相；亞穩(wěn)相； 游離態(tài)石墨游離態(tài)石墨（G G）穩(wěn)定相。穩(wěn)定相。 42.2.鑄鐵的分類鑄鐵的分類灰口鑄鐵灰口鑄鐵： 普通灰鑄鐵：普通灰鑄鐵： 片狀；片狀； 可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵： 團絮狀；團絮狀； 蠕墨鑄鐵：蠕墨鑄鐵： 蠕蟲狀；蠕蟲狀； 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵： 球狀；球狀；按照碳的存在形式

2、可分為：按照碳的存在形式可分為： 麻口鑄鐵：麻口鑄鐵： 白口鑄鐵：白口鑄鐵：5復線鐵碳合金相圖復線鐵碳合金相圖 鑄鐵組織中石鑄鐵組織中石墨的形成過程。墨的形成過程。 3 3、鑄鐵的石墨化、鑄鐵的石墨化 鑄鐵石墨化的過程鑄鐵石墨化的過程鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖復線相圖復線相圖 6鑄鐵的石墨化的影響因素鑄鐵的石墨化的影響因素1)1)冷卻速度冷卻速度化學成分相同時，冷卻速度越慢越有利于化學成分相同時，冷卻速度越慢越有利于石墨化，得到灰鑄鐵。石墨化，得到灰鑄鐵。2)2)化學成分化學成分碳和硅有利于石墨化。碳和硅有利于石墨化。 磷能促進石墨化，作用較弱；磷能促進石墨化，作用較弱；硫和錳阻礙石墨化。硫和錳

3、阻礙石墨化。7二、常用鑄鐵二、常用鑄鐵 灰鑄鐵灰鑄鐵 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 特殊性能鑄鐵特殊性能鑄鐵8 力學性能力學性能 a a）缺點：抗拉強度、塑性、韌性低。）缺點：抗拉強度、塑性、韌性低。 b b）優(yōu)點：灰鑄鐵的減振性、缺口敏感性低、耐磨性、）優(yōu)點：灰鑄鐵的減振性、缺口敏感性低、耐磨性、 抗壓性好。抗壓性好。1 1、灰鑄鐵、灰鑄鐵 即普通灰鑄鐵即普通灰鑄鐵 顯微組織顯微組織 基體組織：基體組織：F F、P P、F+P GF+P G：片狀石墨：片狀石墨 用途：用途： 如：機床床身、機架、導軌等。如：機床床身、機架、導軌等。910牌號：牌號：HT + HT +

4、數(shù)字（數(shù)字（表示最低抗拉強度表示最低抗拉強度 ） 如：如：HT200HT200、HT250HT250等。等。提高灰鑄鐵力學性能的措施提高灰鑄鐵力學性能的措施 1 1）改變石墨形態(tài)：）改變石墨形態(tài)：片狀片狀 蠕蟲狀、團絮狀、球狀，蠕蟲狀、團絮狀、球狀， 或減少石墨數(shù)量，并均勻分布或減少石墨數(shù)量，并均勻分布 2 2）強化基體：）強化基體：合金化或熱處理改變基體組織。合金化或熱處理改變基體組織。熱處理：熱處理： 去應力退火；去應力退火； 表面淬火表面淬火 ：112 2、可鍛鑄鐵（又稱瑪鋼）、可鍛鑄鐵（又稱瑪鋼） 顯微組織：顯微組織： 基體組織：基體組織：F F、P P； G G ：團絮狀石墨：團絮狀

5、石墨牌號：牌號： 黑心（鐵素體）可鍛鑄鐵：黑心（鐵素體）可鍛鑄鐵：KTH+KTH+數(shù)字數(shù)字- -數(shù)字數(shù)字 珠光體可鍛鑄鐵：珠光體可鍛鑄鐵：KTZ+KTZ+數(shù)字數(shù)字- -數(shù)字數(shù)字性能：性能： 除強度高于灰鑄鐵外，突出特點是沖擊韌除強度高于灰鑄鐵外，突出特點是沖擊韌度和耐腐蝕性好。度和耐腐蝕性好。用途：用途： 制造形狀復雜，承受沖擊和振動的薄壁零件。制造形狀復雜，承受沖擊和振動的薄壁零件。例：建筑用扣件、管接頭等。例：建筑用扣件、管接頭等。12133 3、球墨鑄鐵、球墨鑄鐵用途：用途： 強度要求較高，形狀復雜的中型零件。強度要求較高，形狀復雜的中型零件。如小型柴油機的曲軸、凸輪軸、連桿等。如小型柴

6、油機的曲軸、凸輪軸、連桿等。顯微組織：顯微組織： 基體：基體：F F，P P，P PF F； G G；呈球狀，；呈球狀，牌號：牌號：QT+QT+數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字性能：性能： 兼有灰鑄鐵的鑄造性能和鋼的力學性能。兼有灰鑄鐵的鑄造性能和鋼的力學性能。 強度和硬度與鋼接近，彈性和塑性比鋼稍低。強度和硬度與鋼接近，彈性和塑性比鋼稍低。14154 4、蠕墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵顯微組織：顯微組織： 基體：基體：F F，P P G G：蠕蟲狀石墨：蠕蟲狀石墨牌號：牌號：RuTRuT + + 數(shù)字數(shù)字性能：性能： 1 1）強度接近于球墨鑄鐵，韌性、耐磨性較高。）強度接近于球墨鑄鐵，韌性、耐磨性較高。 2 2）具有良

7、好的熱導性。）具有良好的熱導性。用途：用途： 如重型機床床身、箱體及內燃機的氣缸蓋、活如重型機床床身、箱體及內燃機的氣缸蓋、活塞環(huán)等。塞環(huán)等。16 第三節(jié)第三節(jié) 有色金屬及其他材料有色金屬及其他材料 本節(jié)重點：本節(jié)重點： 了解鋁、銅及合金的牌號了解鋁、銅及合金的牌號17工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁一、鋁及鋁合金一、鋁及鋁合金鋁合金鋁合金18 1 1）性能）性能 密度小，導電、導熱性好，在大氣中耐腐蝕。密度小，導電、導熱性好，在大氣中耐腐蝕。1 1、工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋁( (在地球中的儲量居首位在地球中的儲量居首位) )2 2）應用）應用 不受力的結構件，如電線，電纜；不受力的結構件，如電線，電纜； 要求導熱

8、、抗大氣腐蝕、強度不高的用品要求導熱、抗大氣腐蝕、強度不高的用品和器皿。和器皿。 塑性較高（塑性較高（A=45%A=45%，Z=80%Z=80%）。）。192 2、鋁合金分類、鋁合金分類變形鋁合金變形鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金按成分和工藝性能分按成分和工藝性能分20飛機主起落架飛機主起落架（超硬鋁合金）（超硬鋁合金）21活塞活塞( (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金) )22鑄鑄造造鋁鋁 鎂鎂合金合金鼓風機用密封件鼓風機用密封件鑄鑄造造鋁鋁 鋅鋅合金合金23純銅純銅二、銅及銅合金二、銅及銅合金銅合金銅合金24應用：應用： 制造電線、電纜、電刷、銅管、散熱器、冷凝器。制造電線、電纜、電刷、銅管、散熱

9、器、冷凝器。1 1、純銅、純銅 導磁性材料，導電性和導熱性良好，在大氣和淡水導磁性材料，導電性和導熱性良好，在大氣和淡水中耐腐蝕；抗拉強度不高，塑性很好；中耐腐蝕；抗拉強度不高，塑性很好； 只能通過加工硬化和合金化強化只能通過加工硬化和合金化強化, ,面心立方晶格。面心立方晶格。252 2、銅合金、銅合金分類：分類： 普通黃銅：銅鋅合金；普通黃銅：銅鋅合金；H62 H62 特殊黃銅：除鋅，還加特殊黃銅：除鋅，還加PbPb、SnSn、MnMn等。等。 HMn58HMn582 2 （MnMn主元素，主元素，5858含銅含銅5858， 2 2含含Mn2Mn2） 1 1）黃銅）黃銅是工業(yè)上應用最為廣泛

10、的銅合金。是工業(yè)上應用最為廣泛的銅合金。特點：特點： a a）具有良好的力學性能、加工成形性、導電性和導熱性；）具有良好的力學性能、加工成形性、導電性和導熱性； b b）色澤美麗、價格較低。）色澤美麗、價格較低。26法蘭閥法蘭閥閘閥閘閥冷凝器管冷凝器管v彈殼黃銅彈殼黃銅 - H70- H70v日用黃銅日用黃銅 - H62- H62常用的黃銅應用常用的黃銅應用v金獎黃銅金獎黃銅 - H90- H9027應用：應用： 海水或蒸汽中使用的精密儀器、儀表，低溫海水或蒸汽中使用的精密儀器、儀表，低溫 熱電偶、熱電偶補償導線等。熱電偶、熱電偶補償導線等。2 2）白銅）白銅特點：特點： 具有很高的耐蝕性，優(yōu)

11、良的冷、熱加工性，具有很高的耐蝕性，優(yōu)良的冷、熱加工性， 組織呈單相，不能熱處理強化。組織呈單相，不能熱處理強化。分類：分類： 簡單白銅：銅鎳二元合金。簡單白銅：銅鎳二元合金。B5B5（NiNi質量分數(shù)為質量分數(shù)為5 5） 特殊白銅：除鎳外，加入特殊白銅：除鎳外，加入ZnZn、MnMn、FeFe等等 B B特殊元素符號特殊元素符號NiNi的質量分數(shù)特殊元素的質量分數(shù)的質量分數(shù)特殊元素的質量分數(shù)BMn3-12BMn3-12表示鎳含量約為表示鎳含量約為3%3%，錳含量約為，錳含量約為12% 12% 28（1 1）錫青銅）錫青銅 錫為主加元素，錫為主加元素， 特點：隨著含錫量特點：隨著含錫量，塑性，

12、塑性，強度，強度， 有一定的耐腐蝕性。有一定的耐腐蝕性。 應用：制造軸承、襯套及化工機械。應用：制造軸承、襯套及化工機械。3 3、青銅、青銅 指除黃銅、白銅之外的所有銅合金。指除黃銅、白銅之外的所有銅合金。 （2 2）鋁青銅）鋁青銅 鋁為主鋁為主加元素加元素， 特點：良好的強度，耐蝕性、耐磨性好。特點：良好的強度，耐蝕性、耐磨性好。 鑄造性好。鑄造性好。 應用：制造齒輪、軸套、蝸輪等高強度抗磨零件，應用：制造齒輪、軸套、蝸輪等高強度抗磨零件， 彈簧和其它高耐蝕性彈性元件。彈簧和其它高耐蝕性彈性元件。29（3 3）鈹青銅）鈹青銅 鈹為主加元素鈹為主加元素； 特點：特點： a a）能熱處理強化，力

13、學性能好，耐蝕、耐磨、無磁性，）能熱處理強化，力學性能好，耐蝕、耐磨、無磁性， 導電和導熱性好。導電和導熱性好。 b b）受沖擊無火花。）受沖擊無火花。 c c）冷熱加工性能好，鑄造性能也好。）冷熱加工性能好，鑄造性能也好。 應用：應用： a a）彈性零件、耐磨零件。）彈性零件、耐磨零件。 b b）高速、高溫、高壓零件。）高速、高溫、高壓零件。 c c）防爆合金，如煉油廠、煤氣站常用的防爆工具。）防爆合金，如煉油廠、煤氣站常用的防爆工具。30本章小結本章小結1、合金元素在鋼中的作用。、合金元素在鋼中的作用。2、工業(yè)用鋼、工業(yè)用鋼 1）分類）分類 結構鋼：碳素結構鋼，低合金結構鋼；結構鋼：碳素結

14、構鋼，低合金結構鋼； 合金結構鋼：合金結構鋼： 工具鋼：碳素工具鋼，合金工具鋼。工具鋼：碳素工具鋼，合金工具鋼。 特殊性能鋼：不銹鋼，耐熱鋼，耐磨鋼。特殊性能鋼：不銹鋼，耐熱鋼，耐磨鋼。 2）以結構鋼為重點，掌握鋼的典型鋼號。）以結構鋼為重點，掌握鋼的典型鋼號。 從牌號從牌號類別類別碳及合金的含量碳及合金的含量主要性主要性 能，常用熱處理工藝等。能，常用熱處理工藝等。31 3、鑄鐵、鑄鐵 鑄鐵的組織、性能、分類、牌號；鑄鐵的組織、性能、分類、牌號； 4、有色金屬及其合金、有色金屬及其合金 銅、鋁合金分類銅、鋁合金分類32 第四節(jié)第四節(jié) 零件的失效零件的失效 與材料的選用原則與材料的選用原則33

15、二、機械零件選材原則二、機械零件選材原則三、典型零件的選材三、典型零件的選材機械工程材料的合理選用機械工程材料的合理選用一、失效的形式和分析一、失效的形式和分析34一、失效的形式和分析一、失效的形式和分析常溫下過量變形失效常溫下過量變形失效斷裂失效斷裂失效表面磨損失效表面磨損失效高溫下零件的失效高溫下零件的失效35二、機械零件選材原則二、機械零件選材原則1、使用性能原則：保證零件在使用過程中良好的工作能力；、使用性能原則：保證零件在使用過程中良好的工作能力；2、工藝性能原則：保證零件便于加工制造；、工藝性能原則：保證零件便于加工制造；3、經濟性原則、經濟性原則：保證零件的總成本盡可能低。保證零

16、件的總成本盡可能低。36三、典型工件的選材三、典型工件的選材1 1、齒輪選材、齒輪選材1 1）工作條件：）工作條件：齒根齒根交變彎曲應力；交變彎曲應力；齒部齒部沖擊載荷；沖擊載荷；齒面齒面壓應力及摩擦力。壓應力及摩擦力。2 2）失效形式：）失效形式：疲勞斷裂，齒面磨損，齒面接觸疲勞破壞，疲勞斷裂，齒面磨損，齒面接觸疲勞破壞，過載斷裂。過載斷裂。37材料：材料： 合金滲碳鋼合金滲碳鋼20Cr 20Cr 或或20CrMnTi20CrMnTi；汽車齒輪汽車齒輪 受力較大，沖擊頻繁；需受力較大，沖擊頻繁；需要具備耐磨性、疲勞強度、要具備耐磨性、疲勞強度、沖擊韌性等。沖擊韌性等。機床齒輪機床齒輪傳遞動力

17、不大，轉速傳遞動力不大，轉速中等，工作平穩(wěn)，無中等，工作平穩(wěn)，無強烈沖擊。強烈沖擊。材料：材料： 一般：一般： 中碳鋼中碳鋼(45(45鋼鋼) )； 合金調質鋼合金調質鋼(40Cr(40Cr鋼鋼) )； 低速齒輪：低速齒輪： HT250HT250、HT350HT350、 QT500-5QT500-5、 QT600-2QT600-2等。等。 38 下料下料鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調質調質精加工精加工 表面淬火低溫回火表面淬火低溫回火精磨精磨 正火正火鍛造組織均勻化鍛造組織均勻化+方便切削加工方便切削加工調質調質處理處理較高的綜合力學性能較高的綜合力學性能+改善齒心的強韌改善齒心的強韌 性性+

18、能承受較大的彎曲載荷和沖擊載荷。能承受較大的彎曲載荷和沖擊載荷。表面淬火表面淬火提高齒輪表面的硬度，耐磨性和疲勞性能。提高齒輪表面的硬度，耐磨性和疲勞性能。低溫回火低溫回火消除淬火應力。消除淬火應力。 機床齒輪的機床齒輪的加工工藝路線加工工藝路線：39 下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳 淬火低溫回火淬火低溫回火噴丸噴丸磨削加工磨削加工 滲碳淬火處理滲碳淬火處理可使齒面具有高硬度、高耐可使齒面具有高硬度、高耐磨性和高的疲勞性能，心部保持良好的強韌性磨性和高的疲勞性能，心部保持良好的強韌性噴丸噴丸作為進一步強化手段，可使齒面硬度作為進一步強化手段，可使齒面硬度提高提高13HRC，增

19、加表層殘余壓應力，進而提，增加表層殘余壓應力，進而提高疲勞極限。高疲勞極限。汽車齒輪汽車齒輪工藝路線工藝路線為：為：402 2、軸類選材、軸類選材1 1）工作條件：）工作條件： 受交變彎曲和扭轉應力；局部（軸頸等受交變彎曲和扭轉應力；局部（軸頸等處）存在摩擦和磨損；受沖擊載荷；處）存在摩擦和磨損；受沖擊載荷；2 2）失效方式：）失效方式： 疲勞斷裂，表面過度磨損，大載荷或沖擊載荷疲勞斷裂，表面過度磨損，大載荷或沖擊載荷引起的過量變形、斷裂。引起的過量變形、斷裂。41材料：材料： 一般：一般：4545鋼或鋼或40Cr40Cr鋼；鋼； 機床主軸：機床主軸： 受彎曲和扭轉復合應力，載荷和轉速不高，沖

20、受彎曲和扭轉復合應力，載荷和轉速不高，沖擊載荷不大；擊載荷不大； 局部（軸頸或花鍵處）：較高硬度和耐磨性。局部（軸頸或花鍵處）：較高硬度和耐磨性。 424545鋼鋼( (或或40Cr40Cr鋼鋼) )機床主軸的加工路線為：機床主軸的加工路線為： 下料下料鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工 調質調質半半精加工精加工表面淬火低溫回火表面淬火低溫回火精磨精磨成品成品433 3、彈簧選材、彈簧選材1 1）工作條件）工作條件承受彎曲應力或扭轉應力，承受交變應力和沖擊載荷的作用承受彎曲應力或扭轉應力，承受交變應力和沖擊載荷的作用2 2）失效形式：）失效形式：塑性變形、疲勞斷裂、脆性斷裂。塑性變形、疲勞斷裂、脆性

21、斷裂。汽車板簧汽車板簧緩沖和吸振，需要高的屈服強度和疲勞強度緩沖和吸振，需要高的屈服強度和疲勞強度材料：材料：輕型汽車：輕型汽車：65Mn65Mn、60Si2CrA60Si2CrA44高速切削用的刃具高速切削用的刃具 4 4、刃具選材、刃具選材1 1）工作條件：）工作條件：彎曲應力，扭轉應力，沖擊與振動。彎曲應力，扭轉應力，沖擊與振動。2 2）失效形式）失效形式磨損，斷裂，刃部軟化。磨損，斷裂，刃部軟化。手鋸鋸條、銼刀、手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀木工用刨刀手用刃具手用刃具 車刀、銑刀、車刀、銑刀、鉆頭鉆頭高速鋼高速鋼等；等；碳素工具鋼碳素工具鋼絲錐、板牙絲錐、板牙9SiCr9SiCr；45工程

22、材料部分知識小結工程材料部分知識小結 第第13章：基本理論基礎章：基本理論基礎 第第4 4章：強化材料的途徑章：強化材料的途徑熱處理熱處理 以鋼的熱處理原理與工藝為重點。以鋼的熱處理原理與工藝為重點。 第第5 5章：常用機械工程材料介紹章：常用機械工程材料介紹 以鋼材為重點。以鋼材為重點。 在前五章知識的基礎上，學會合理選材。在前五章知識的基礎上，學會合理選材。46為典型零件選擇為典型零件選擇材料和熱處理方式材料和熱處理方式471 1、銼刀、銼刀 熱處理：預先熱處理正火熱處理：預先熱處理正火+ +球化退火球化退火 最終熱處理淬火最終熱處理淬火+ +低溫回火低溫回火要求：高硬度、高耐磨性要求：高

23、硬度、高耐磨性選材：含碳量較高的鋼。選材：含碳量較高的鋼。牌號：如牌號：如T12T12，wcwc=1.2%=1.2% 碳素工具鋼碳素工具鋼482 2、手鋸、手鋸熱處理：預先熱處理正火熱處理：預先熱處理正火+ +球化退火球化退火 最終熱處理淬火最終熱處理淬火+ +低溫回火低溫回火要求：高硬度、高耐磨性要求：高硬度、高耐磨性選材：含碳量較高的鋼。選材：含碳量較高的鋼。牌號：牌號：T10 T10 ，wcwc=1.0%=1.0% 碳素工具鋼碳素工具鋼493 3、沙發(fā)彈簧、沙發(fā)彈簧 熱處理：最終熱處理淬火熱處理：最終熱處理淬火+ +中溫回火中溫回火要求：高彈性、疲勞強度要求：高彈性、疲勞強度牌號：牌號：

24、65Mn65Mn 優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼504 4、機床主軸、絲杠、機床主軸、絲杠 熱處理：最終熱處理淬火熱處理：最終熱處理淬火+ +高溫回火高溫回火要求：力學性能好要求：力學性能好選材：價格經濟的碳素鋼選材：價格經濟的碳素鋼牌號：牌號：4545 優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼515 5、機床傳動齒輪、機床傳動齒輪熱處理：調質熱處理：調質+ +齒面高頻淬火齒面高頻淬火+ +低溫回火低溫回火要求：要求： 耐摩擦、一定的抗沖擊能力，與汽車、拖耐摩擦、一定的抗沖擊能力，與汽車、拖 拉機的變速齒輪相比，工作時相對比較平拉機的變速齒輪相比，工作時相對比較平 穩(wěn)，傳遞的動力相對較小穩(wěn)，傳遞的動力相對較小選材：整體力學性能好，齒面耐磨選材：整體力學性能好，齒面耐磨牌號：牌號：4545 優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼526 6、拖拉機變速箱齒輪、拖拉機變速箱齒輪熱處理：滲碳熱處理：滲碳+ +齒面高頻淬火齒面高頻淬火+ +低溫回火低溫回火要求：耐摩擦、抗沖擊，屬受重載的齒輪要求：耐摩擦、抗沖擊，屬受重載的齒輪選材：齒面耐磨、高硬，心部韌性和強度選材