補(bǔ)充機(jī)械工程常用材料及鋼的熱處理

1、補(bǔ)充補(bǔ)充 機(jī)械工程常用材料及鋼的熱處理機(jī)械工程常用材料及鋼的熱處理參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)史美堂，史美堂，金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理，上?？茖W(xué)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，技術(shù)出版社，2003齊寶森等，齊寶森等，機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料，哈爾濱工業(yè)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，大學(xué)出版社，2003戈曉嵐等，戈曉嵐等，工程材料工程材料，東南大學(xué)出版社，東南大學(xué)出版社，2004其他與金屬材料及熱處理的相關(guān)書籍其他與金屬材料及熱處理的相關(guān)書籍28/kecheng/jixie/multimedia.htm我校精品課程網(wǎng)站我校精品課程網(wǎng)站主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二

2、節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能第三節(jié)第三節(jié) 常用的工程材料常用的工程材料第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理第五節(jié)第五節(jié) 表面精飾表面精飾第六節(jié)第六節(jié) 精密儀器材料選用原則精密儀器材料選用原則第一節(jié)第一節(jié) 概述概述機(jī)械工機(jī)械工程材料程材料金屬金屬材料材料非金屬非金屬材料材料黑色金屬黑色金屬鋼鋼有色金屬有色金屬鑄鐵鑄鐵合金鋼合金鋼無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料有機(jī)材料有機(jī)材料塑料塑料橡膠橡膠陶瓷陶瓷合成纖維合成纖維鋁合金鋁合金銅合金銅合金其他有色合金其他有色合金材料、信息、能源稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱。材料、信息、能源稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱。 金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。金屬材料的

3、性能包括使用性能和工藝性能。金屬的力學(xué)性能是指材料在各種載荷（靜載金屬的力學(xué)性能是指材料在各種載荷（靜載荷、沖擊載荷、疲勞載荷等）作用下表現(xiàn)出荷、沖擊載荷、疲勞載荷等）作用下表現(xiàn)出來的抵抗變形和破壞的能力。常用的力學(xué)性來的抵抗變形和破壞的能力。常用的力學(xué)性能指標(biāo)有：能指標(biāo)有：強(qiáng)度強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、沖擊、剛度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。韌度和疲勞強(qiáng)度等。第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能強(qiáng)度強(qiáng)度 材料在外力作用，抵抗材料在外力作用，抵抗破壞破壞的能力。工程上常用的能力。工程上常用的金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)有的金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度( ( s) )和和抗拉強(qiáng)度

4、抗拉強(qiáng)度( ( b) )等等；往往通過金屬拉伸試驗來測定。往往通過金屬拉伸試驗來測定。應(yīng)力極限應(yīng)力極限彈性階段彈性階段彈性極限彈性極限 p屈服階段屈服階段屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) s強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 b頸縮階段頸縮階段第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能動畫：材料拉伸實驗剛度：在比例極限范圍內(nèi)，材料抵抗剛度：在比例極限范圍內(nèi)，材料抵抗變形變形的的能力（能力（E），），E= / 塑性：材料破壞時，遺留變形的大小塑性：材料破壞時，遺留變形的大小 伸長率伸長率 、斷面收縮率、斷面收縮率 硬度：材料抵抗硬物壓入的能力硬度：材料抵抗硬物壓入的能力 布氏硬度布氏硬度HBW、洛氏硬度、洛氏

5、硬度HRC、 維氏硬度維氏硬度HV第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能影響力學(xué)性能的主要因素影響力學(xué)性能的主要因素 1、含碳量含碳量 含碳量越高，強(qiáng)度和硬度越高，但塑性顯著降低。含碳量越高，強(qiáng)度和硬度越高，但塑性顯著降低。 2、雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素：有益：有益Si、Mn，有害，有害S、P 3、合金元素合金元素 加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學(xué)性加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學(xué)性能，并獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。能，并獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。 4、溫度溫度 一般，低溫條件下強(qiáng)度有所增加，塑性和沖擊韌一般，低溫條件下強(qiáng)度有所增加，塑性和沖擊韌性下降性下降 ，高溫條

6、件下相反。，高溫條件下相反。 5、熱處理工藝、熱處理工藝第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能鋼鐵材料（黑色金屬）鋼鐵材料（黑色金屬）:工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 含碳量小于含碳量小于0.02%0.02%的鐵碳合金。的鐵碳合金。鋼鋼: : 含碳量為含碳量為0.02%0.02%2.11%2.11%的鐵碳合金。的鐵碳合金。生鐵生鐵: : 含碳量為含碳量為2.11%2.11%6.69%6.69%的鐵碳合金。的鐵碳合金。1、非合金鋼（碳鋼）、非合金鋼（碳鋼） 含碳含碳2以下的鐵碳合金、少量雜質(zhì)以下的鐵碳合金、少量雜質(zhì) 按含碳量分類按含碳量分類： 低碳鋼低碳鋼（C0.25%） 、中碳鋼、中碳鋼（0.2

7、5%0.6%） 按質(zhì)量等級按質(zhì)量等級(雜質(zhì)雜質(zhì)S，P含量）分類含量）分類： 普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼 按用途分類按用途分類： 碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料2、合金鋼、合金鋼 人為加入人為加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有等，具有高的強(qiáng)度、韌性、硬度，以及某些特殊性能高的強(qiáng)度、韌性、硬度，以及某些特殊性能（如耐腐蝕性、高溫強(qiáng)度等）。（如耐腐蝕性、高溫強(qiáng)度等）。 3、鑄鐵（、鑄鐵（生鐵）生鐵） 良好的良好的鑄造性能鑄造性能、減摩性能、吸振性能、減摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生產(chǎn)工藝切

8、削加工性能、低的缺口敏感性，生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉。簡單、成本低廉。但強(qiáng)度、塑性、韌性遠(yuǎn)不但強(qiáng)度、塑性、韌性遠(yuǎn)不如鋼。如鋼。 第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料根據(jù)碳在生鐵中的存在形式不同，生根據(jù)碳在生鐵中的存在形式不同，生鐵可分為：鐵可分為：白口鑄鐵白口鑄鐵(white cast iron)：C以以Fe3C形式存在形式存在（亞共晶白口鐵，共晶白口鐵，過共晶白口鐵）（亞共晶白口鐵，共晶白口鐵，過共晶白口鐵）灰口鑄鐵灰口鑄鐵：灰鑄鐵灰鑄鐵 ：C自由狀態(tài)的片狀石墨形式。成本低、鑄自由狀態(tài)的片狀石墨形式。成本低、鑄造性能好，良好的減振性。但脆性大。用于無力學(xué)性造性能好，良好的減振性。但脆性大。用

9、于無力學(xué)性能要求或只承受靜載荷的部件。如底座、床身和法蘭能要求或只承受靜載荷的部件。如底座、床身和法蘭盤。盤。 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：C球狀石墨形式，較高的強(qiáng)度球狀石墨形式，較高的強(qiáng)度 ，良好的，良好的塑性和韌性?？估瓘?qiáng)度、塑性、韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰口鑄塑性和韌性?？估瓘?qiáng)度、塑性、韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過灰口鑄鐵，可與鋼相當(dāng)，同時具有灰鐵良好的優(yōu)點(diǎn)。用于受鐵，可與鋼相當(dāng)，同時具有灰鐵良好的優(yōu)點(diǎn)。用于受力復(fù)雜、負(fù)荷較大、耐磨的重要鑄、鍛件，如：曲軸、力復(fù)雜、負(fù)荷較大、耐磨的重要鑄、鍛件，如：曲軸、連桿、凸輪軸、齒輪等。（代替鋼）連桿、凸輪軸、齒輪等。（代替鋼） 麻口鑄鐵麻口鑄鐵：C以以Fe3C和石墨混合存在和石墨混

10、合存在 ，其斷口呈，其斷口呈灰白相間的麻點(diǎn)狀，性能不好，極少應(yīng)用灰白相間的麻點(diǎn)狀，性能不好，極少應(yīng)用 有色金屬有色金屬1、銅及其合金：、銅及其合金：良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、耐磨性和延展性、耐蝕性、耐磨性和延展性 工業(yè)純銅、工業(yè)純銅、 黃銅（銅鋅二元合金）、黃銅（銅鋅二元合金）、 青銅（錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、錳青銅等）青銅（錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、錳青銅等）2、鋁及其合金：、鋁及其合金：比重小比重??；抗大氣腐蝕能力好；導(dǎo)電、導(dǎo)熱；抗大氣腐蝕能力好；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好性好 ；易冷成型易冷成型，易切削易切削，不耐磨；豐富不耐磨；豐富 純鋁、硬鋁、鑄鋁純鋁、硬鋁

11、、鑄鋁3、鈦及其合金：、鈦及其合金：重量輕、重量輕、比強(qiáng)度高、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕耐高溫、耐腐蝕以及以及良好的低溫韌性良好的低溫韌性 ；親生物性親生物性 純鈦、鈦合金純鈦、鈦合金第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料非金屬非金屬1、工程塑料、工程塑料 特點(diǎn)：密度小，比強(qiáng)度高，良好的抗蝕特點(diǎn)：密度小，比強(qiáng)度高，良好的抗蝕 型，優(yōu)良的型，優(yōu)良的電絕緣性電絕緣性，耐磨、減摩、自潤滑，耐磨、減摩、自潤滑性好，工藝性好性好，工藝性好 分類：熱固性塑料、熱塑性塑料分類：熱固性塑料、熱塑性塑料2、橡膠：、橡膠：高彈性高彈性、絕緣性、不透氣不透水、絕緣性、不透氣不透水密封件（墊圈）、緩沖件、絕緣件密封件（

12、墊圈）、緩沖件、絕緣件 上述二者易老化，難回收（污染）上述二者易老化，難回收（污染）3、人工合成礦物：剛玉（寶石）、石英、人工合成礦物：剛玉（寶石）、石英第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料鋼的鋼的熱處理熱處理 是將固態(tài)金屬或合金在是將固態(tài)金屬或合金在固態(tài)范圍固態(tài)范圍內(nèi)，在一定介質(zhì)中內(nèi)，在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻加熱、保溫和冷卻，以改變整體或表面組織，從而，以改變整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝。熱處理獲得所需性能的工藝。熱處理，但，但。 種類種類 1、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火 2、表面熱處理和化學(xué)熱處理：、表面熱處理和化學(xué)熱處理： 感應(yīng)

13、加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、滲碳、氮化、碳氮共滲滲碳、氮化、碳氮共滲 3、其他熱處理、其他熱處理第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理退火退火：加熱、保溫、隨爐冷卻：加熱、保溫、隨爐冷卻將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度（將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度（臨界臨界溫度溫度之上之上2030度）、保溫一定時間，然后緩慢度）、保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般為爐冷）以獲得接近平衡狀態(tài)組織的冷卻（一般為爐冷）以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。熱處理工藝。臨界溫度：金屬材料內(nèi)部發(fā)生相變的溫度。優(yōu)質(zhì)碳素臨界溫度：金屬材料內(nèi)部發(fā)生相變的溫度。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)

14、構(gòu)鋼的臨界溫度溫度結(jié)構(gòu)鋼的臨界溫度溫度710750攝氏度攝氏度目的：退火為預(yù)先熱處理。目的：退火為預(yù)先熱處理。1細(xì)化晶粒，改善組織、為淬火做組織上的準(zhǔn)細(xì)化晶粒，改善組織、為淬火做組織上的準(zhǔn)備。備。2獲得適合的硬度，為切削加工做準(zhǔn)備。獲得適合的硬度，為切削加工做準(zhǔn)備。3消除消除內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力、防止變形或開裂。、防止變形或開裂。第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理正火正火：加熱、保溫、空氣冷卻：加熱、保溫、空氣冷卻將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度（臨界將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度（臨界溫度之上溫度之上3050度）、保溫一定時間，?；幚矶龋⒈匾欢〞r間，常化處理（使鋼的組織正?；?。（使

15、鋼的組織正?；?。正火和退火的區(qū)別是，正火在空氣中冷卻，冷卻正火和退火的區(qū)別是，正火在空氣中冷卻，冷卻速度大于退火時的冷卻速度，因此可以獲得比退速度大于退火時的冷卻速度，因此可以獲得比退火后的組織更細(xì)的組織，從而也能得到較高的力火后的組織更細(xì)的組織，從而也能得到較高的力學(xué)性能學(xué)性能可作為最終熱處理可作為最終熱處理淬火淬火：加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻：加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻將鋼加熱到相變溫度（臨界溫度之上將鋼加熱到相變溫度（臨界溫度之上30-50 C）以上，保溫一定時間，快速冷卻（水、油或者鹽以上，保溫一定時間，快速冷卻（水、油或者鹽水），獲得馬氏體組織，從而提高鋼的硬度，達(dá)水），獲得馬

16、氏體組織，從而提高鋼的硬度，達(dá)到強(qiáng)化目的。到強(qiáng)化目的。目的：提高零件的硬度和耐磨性，強(qiáng)化材料。目的：提高零件的硬度和耐磨性，強(qiáng)化材料。但淬火后，出現(xiàn)但淬火后，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，材料變脆，須回火內(nèi)應(yīng)力，材料變脆，須回火。方法：單介質(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火方法：單介質(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火回火回火：零件淬火后，加熱至：零件淬火后，加熱至臨界溫度之下臨界溫度之下，保溫，以一定速度冷卻。保溫，以一定速度冷卻。目的：達(dá)到設(shè)計要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。目的：達(dá)到設(shè)計要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。回火工藝的種類：回火工藝的種類： 1、低溫回火（、低溫回火（150350 C） 2、中溫回火（、中溫回火（350500 C） 3、高溫回火

17、（、高溫回火（500650 C） 調(diào)質(zhì)處理淬火高溫回火調(diào)質(zhì)處理淬火高溫回火第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理表面熱處理：僅對鋼的表面進(jìn)行加熱和冷卻表面熱處理：僅對鋼的表面進(jìn)行加熱和冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。而不改變其成分的熱處理工藝。 目的：提高零件的表層硬度、抗磨損性能。目的：提高零件的表層硬度、抗磨損性能。 方式：方式： 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱：利用交流電的集膚效應(yīng)，對零件：利用交流電的集膚效應(yīng)，對零件進(jìn)行加熱，并通過控制電流頻率得到不同的進(jìn)行加熱，并通過控制電流頻率得到不同的淬硬層深度。淬硬層深度。 火焰加熱：利用火焰加熱工件表面，然后立火焰加熱：利用火焰加熱工件表面，然后立即用水噴射冷

18、卻。調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動速即用水噴射冷卻。調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動速度即可得到不同厚度的淬硬層。度即可得到不同厚度的淬硬層。第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種化學(xué)元素滲入其表面，改變其使一種或幾種化學(xué)元素滲入其表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能、滿足化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能、滿足技術(shù)要求的熱處理過程。技術(shù)要求的熱處理過程。目的目的：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性和疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能。氧化性和疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能。按表面滲入元素的不同，分

19、為滲碳（固體、按表面滲入元素的不同，分為滲碳（固體、氣體）、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種氣體）、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種類。類。第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理各種表面熱處理和化學(xué)熱處理的比較各種表面熱處理和化學(xué)熱處理的比較感應(yīng)淬火：耐磨性及硬度要求一般，形狀簡感應(yīng)淬火：耐磨性及硬度要求一般，形狀簡單，變形要求較小的工件。如：曲軸。單，變形要求較小的工件。如：曲軸。滲碳：耐磨性要求較高，受重載和較大沖擊滲碳：耐磨性要求較高，受重載和較大沖擊載荷工件。如：齒輪。載荷工件。如：齒輪。碳氮共滲：耐磨性要求較高，形狀復(fù)雜，變碳氮共滲：耐磨性要求較高，形狀復(fù)雜，變形要求較小的工件。形要求較小的工件。氮化：耐磨性要求較高，氮化：耐磨性要求較高，耐蝕性耐蝕性和精度要求和精度要求高的零件。如：機(jī)床主軸。高的零件。如：機(jī)床主軸。表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，以達(dá)到防蝕、裝飾等目的。以達(dá)到防蝕、裝飾等目的。 種類種類電鍍：電鍍：鍍鉻：鍍鉻：鍍鉻層具有良好的外觀和較高的硬度和耐磨性。但鉻的滲透能力鍍鉻層具有良好的外觀和較高的硬度和耐磨性。但鉻的滲透能力和擴(kuò)散性較和擴(kuò)散性較