機(jī)械工程材料成型及工藝6

本次課內(nèi)容塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的影響；一、塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響1. 晶粒拉長(zhǎng)，纖維組織→各向異性(沿纖維方向的強(qiáng)度、塑性最大）變形10%100×變形40%100×變形80%纖維組織100×工業(yè)純鐵

不同變形度

的顯微組織2.織構(gòu)(形變織構(gòu)）金屬塑性變形到很大程度(70%以上)時(shí),由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),使各晶粒的位向趨近于一致,形成特殊的擇優(yōu)取向,這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。形變織構(gòu)一般分兩種：一種是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向,稱為絲織構(gòu)。例如低碳鋼經(jīng)高度冷拔后,其<100>平行于拔絲方向;另一種是各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向,稱為板織構(gòu),低碳鋼的板織構(gòu)為{001}<110>。

晶粒拉長(zhǎng)，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長(zhǎng)，且出現(xiàn)織構(gòu)。因形變織構(gòu)造成深沖制品的制耳示意圖

3.加工硬化（形變強(qiáng)化）加工硬化的原因：塑性變形→位錯(cuò)密度增加，相互纏結(jié)，亞晶界，運(yùn)動(dòng)阻力加大→變形抗力↑；晶粒破碎細(xì)化。金屬在冷變形時(shí)，強(qiáng)度、硬度↑，塑性、韌性↓。P21，圖1-17加工硬化的實(shí)際意義有效的強(qiáng)化機(jī)制；均勻塑性變形和壓力加工的保證；零件安全的保證。4）形成亞結(jié)構(gòu)；金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí),由于位錯(cuò)的密度增大和發(fā)生交互作用,大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū),并相互纏結(jié),形成不均勻的分布,使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊,而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。金屬經(jīng)變形后的亞結(jié)構(gòu)

6）殘余內(nèi)應(yīng)力：外力去除后，殘留于金屬內(nèi)部且

平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。由金屬內(nèi)部不均勻變形引起

，殘余應(yīng)力分為第一類應(yīng)力；第二類應(yīng)力和第三類應(yīng)力。

殘余內(nèi)應(yīng)力的危害：引起零件加工過程變形、開裂；耐蝕性↓。5）塑性變形可影響金屬的物理、化學(xué)性能。如使電阻增大,耐腐蝕性降低。

二、塑性變形后的金屬在加熱時(shí)

組織和性能的變化加熱時(shí)冷變形金屬組織和性能隨溫度的升高可分為三個(gè)階段：1．回復(fù)2．再結(jié)晶3．晶粒長(zhǎng)大

回復(fù)變形后的金屬在較低溫度進(jìn)行加熱，會(huì)發(fā)生回復(fù)過程。產(chǎn)生回復(fù)的溫度T回復(fù)為：

T回復(fù)=(0.25～0.3)T熔點(diǎn)

式中：T熔點(diǎn)表示該金屬的熔點(diǎn),單位為絕對(duì)溫度(K)。由于加熱溫度不高,原子擴(kuò)散能力不很大,只是晶粒內(nèi)部位錯(cuò)、空位、間隙原子等缺陷通過移動(dòng)、復(fù)合消失而大大減少，而晶粒仍保持變形后的形態(tài)，變形金屬的顯微組織不發(fā)生明顯的變化。此時(shí)材料的強(qiáng)度和硬度只略有降低，塑性有增高，但殘余應(yīng)力則大大降低。工業(yè)上常利用回復(fù)過程對(duì)變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火，以降低殘余內(nèi)應(yīng)力，保留加工硬化效果。

再結(jié)晶

1.再結(jié)晶過程及其對(duì)金屬組織、性能的影響

變形后的金屬在較高溫度加熱時(shí)，由于原子擴(kuò)散能力增大，被拉長(zhǎng)（或壓扁）、破碎的晶粒通過重新生核、長(zhǎng)大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶。這個(gè)過程稱為再結(jié)晶。變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶后，金屬的強(qiáng)度和硬度明顯降低，而塑性和韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除，此時(shí)內(nèi)應(yīng)力全部消失，物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。再結(jié)晶生成的新的晶粒的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型均一樣。

2.再結(jié)晶溫度

變形后的金屬發(fā)生再結(jié)晶的溫度是一個(gè)溫度范圍，并非某一恒定溫度。一般所說的再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度(T再),通常用經(jīng)大變形量(70%以上)的冷塑性變形的金屬,經(jīng)一小時(shí)加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來表示。最低再結(jié)晶溫度與該金屬的熔點(diǎn)有如下關(guān)系：

T再=(0.35～0.4)T熔點(diǎn)

式中的溫度單位為絕對(duì)溫度(K)。最低再結(jié)晶溫度與下列因素有關(guān)：

①預(yù)先變形度：金屬再結(jié)晶前塑性變形的相對(duì)變形量稱為預(yù)先變形度。預(yù)先變形度越大,

金屬的晶體積缺陷就越多,組織越不穩(wěn)定,最低再結(jié)晶溫度也就越低。當(dāng)預(yù)先變形度達(dá)到一定大小后,金屬的最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。

②金屬的熔點(diǎn)：熔點(diǎn)越高,最低再結(jié)晶溫度也就越高。

③雜質(zhì)和合金元素：由于雜質(zhì)和合金元素特別是高熔點(diǎn)元素,阻礙原子擴(kuò)散和晶界遷移,可顯著提高最低再結(jié)晶溫度。如高純度鋁(99.999%)的最低再結(jié)晶溫度為80℃,而工業(yè)純鋁(99.0%)的最低再結(jié)晶溫度提高到了290℃。

④加熱速度和保溫時(shí)間：再結(jié)晶是一個(gè)擴(kuò)散過程,需要一定時(shí)間才能完成。提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶在較高溫度下發(fā)生,而保溫時(shí)間越長(zhǎng),再結(jié)晶溫度越低。

晶粒長(zhǎng)大變形80%工業(yè)純鐵再結(jié)晶退火顯微照片100×變形80%600℃退火8小時(shí)

變形80%400℃退火8小時(shí)再結(jié)晶后的晶粒度影響因素：1）加熱溫度T、保溫時(shí)間t↑→晶粒直徑D↑；

2）預(yù)變形度的影響。2～10％

金屬材料塑性變形的加工：熱加工和冷加工1．冷、熱加工的劃分的標(biāo)準(zhǔn)：再結(jié)晶溫度來劃分。2．金屬熱加工時(shí)組織和性能的變化。形成流線鍛造曲軸切削加工曲軸細(xì)化晶粒；焊合氣孔、疏松，消除成分不均勻；熱加工時(shí)金屬塑性好；熱加工時(shí)金屬表面有氧化、對(duì)某些金屬不易加工、對(duì)薄壁或細(xì)的軋件不易保溫、加工后的強(qiáng)度和硬度不及冷變形加工。三、材料的同素異構(gòu)現(xiàn)象把—種金屬具有兩種或兩種以上的晶格結(jié)構(gòu)稱為同素異構(gòu)性，這種金屬的晶格結(jié)構(gòu)隨溫度變化而改變的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬結(jié)晶存在著明顯區(qū)別，主要表現(xiàn)在：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)晶界處能量較高，新的晶核往往在原晶界上形成；固態(tài)下原子擴(kuò)散比較困難，固態(tài)轉(zhuǎn)變需要較大的過冷；固態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積變化，在金屬中引起較大的內(nèi)應(yīng)力。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同位素、同素異構(gòu)體、同分異構(gòu)體的差別同位素：研究同種元素的不同原子,它們的中子數(shù)不同,比如碳12和碳14。同素異構(gòu)體：元素相同，晶體結(jié)構(gòu)不同，如鐵的三種同素異構(gòu)體。同分異構(gòu)體：研究分子式相同的分子的不同結(jié)構(gòu),同分異構(gòu)體原子的連接順序,方式不同,如基團(tuán)位置,官能團(tuán)的差異,比如乙醇和甲醚。思考題某車間用冷拉鋼絲繩吊裝工件隨爐加熱到700℃，保溫1h后起吊出爐，鋼絲繩突然斷裂，試分析其原因。一曲線尺（純錫材料）經(jīng)反復(fù)彎曲發(fā)現(xiàn)其逐漸變硬，在房間內(nèi)放置一段時(shí)間后，其性能恢復(fù)如初，試分析其原因。材料的同素異構(gòu)現(xiàn)象第三章二元合金相圖及其應(yīng)用（一）基本概念

在介紹合金的結(jié)晶之前，先介紹幾個(gè)基本的概念：

1．合金

是指由兩種或兩種以上元素經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的材料。

2．組元

組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。組元可以是元素，也可以是穩(wěn)定的化合物，如Fe3C，在鐵、碳合金中它也可以作為組元

3．相

合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)、成分基本相同并有明確界面與其它部分分開的均勻組成部分。這個(gè)界面稱為相界面。

4．組織

是指用肉眼或顯微鏡所觀察到的不同組成相的形狀、分布及各相之間的組合狀態(tài)稱為組織

5．合金系

由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，稱為合金系；由兩個(gè)組元組成的合金系叫二元合金系；三個(gè)組元組成的合金系叫三元合金系；三個(gè)以上組元組成的合金系叫多元合金系。如鐵、碳二元合金中，鐵和碳可以以不同的比例，配制成若干種Fe-C二元合金。所以、對(duì)于Fe-C二元合金來說，不是一種，而是由不同配比組成的一系列不同成分的合金，所以叫Fe-C二元合金系。不同成分的合金具有不同的性能。

相圖的建立1．勻晶相圖相圖（平衡圖、狀態(tài)圖）平衡條件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+銅-鎳合金勻晶相圖CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+純銅熔點(diǎn)純鎳熔點(diǎn)液相線固相線液相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)勻晶合金的結(jié)晶過程abcdT,CtLLL勻晶轉(zhuǎn)變

L

冷卻曲線CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。杠桿定律CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+12acba1b1c1T1T21.在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度，兩相的成分是確定的。2.隨著溫度的降低，兩相的成分分別沿液相線和固相線變化。杠桿定律：在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)每一確定的溫度T1，兩相質(zhì)量的比值是確定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠桿定律推論：在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度T1時(shí)兩相在合金b中的相對(duì)質(zhì)量各為QL/QH=b1c1/a1c1Q/QH=a1b1/a1c1 =1-QL/QH例：求30%Ni合金在1280時(shí)相的相對(duì)量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+ac30a1b1c11280C解：作成分線和溫度線如圖。6618根據(jù)杠桿定律推論，

Q/

QH

=a1b1/a1c1=12/48=1/4答：所求合金在1280時(shí)相的相對(duì)質(zhì)量為1/4。2．共晶相圖PbSnSn%T,C鉛-錫合金共晶相圖液相線L固相線+

L

+L

+固溶線固溶線共晶轉(zhuǎn)變分析PbSnT,CL+

L

+L

+共晶反應(yīng)線表示從c點(diǎn)到e點(diǎn)范圍的合金，在該溫度上都要發(fā)生不同程度上的共晶反應(yīng)。ce共晶點(diǎn)表示d點(diǎn)成分的合金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。dLd

c

+

e共晶反應(yīng)要點(diǎn)PbSnT,CL+

L

+L

+183ced共晶轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行。轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個(gè)不同的固相。存在一個(gè)確定的共晶點(diǎn)。在該點(diǎn)凝固溫度最低。成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。X1合金結(jié)晶過程分析cefgX1T,CtLLLL+

冷卻曲線+

ⅡⅡ1234{PbSnT,CL+

L

+L

+183cedX1合金結(jié)晶特點(diǎn)T,CtLLLL+

冷卻曲線+

Ⅱ

Ⅱ1.沒有共晶反應(yīng)過程，而是經(jīng)過勻晶反應(yīng)形成單相固相。2.要經(jīng)過脫溶反應(yīng)，室溫組織組成物為+

Ⅱ組織組成物組織中，由一定的相構(gòu)成的，具有一定形態(tài)特征的組成部分。X2合金結(jié)晶過程分析

（共晶合金）X2T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶體冷卻曲線(+)PbSnT,CL+

L

+L

+183cedX3合金結(jié)晶過程分析

（亞共晶合金）X3T,CtLL+

(+)++

Ⅱ12(+)+PbSnT,CL+

L

+L

+183cedL+(+)+標(biāo)注了組織組成物的相圖3．包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變：Ld

+

c

ePtAgAg%T,C鉑-銀合金包晶相圖L+

L

+L

+cedfgT,CtLL+L+

+Ⅱ4.共析相圖共析轉(zhuǎn)變：

(+)共析體ABT,C+

+

+cedL

+L相圖與性能的關(guān)系合金的使用性能與相圖的關(guān)系●固溶體中溶質(zhì)濃度↑→強(qiáng)度、硬度↑●

組織組成物的形態(tài)對(duì)強(qiáng)度影響很大。組織越細(xì)密，強(qiáng)度越高。2.合金的工藝性能與相圖的關(guān)系●鑄造性能液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈?。ㄈ缃咏簿С煞值暮辖穑瑒t流動(dòng)性好，不易形成分散縮孔?！皴懺臁④堉菩阅軉蜗喙倘荏w合金，

變形抗力小，變形均勻，

不易開裂。1．鐵碳相圖

2．結(jié)晶過程

3．成分-組織-性能關(guān)系

4．Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用鐵碳合金的結(jié)晶第七講

1．鐵碳相圖

(Fe-Fe3

C相圖)(1)Fe-Fe3

C相圖的組元●Fe——α–Fe、δ-Fe(bcc)和γ-Fe(fcc)

強(qiáng)度、硬度低，韌性、塑性好?！馞e3

C——熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。(2)Fe-Fe3

C相圖的相●Fe3

C（Cem，Cm，滲碳體）——復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)●液相L●δ相（高溫鐵素體）——δ–Fe（C）固溶體●γ相（A，奧氏體）——γ-Fe（C）固溶體●α相（F，鐵素體）——α-Fe（C）固溶體(3)相圖中重要的點(diǎn)和線液相線ABCD固相線AHJECF包晶線HJB，包晶點(diǎn)J

共晶線ECF，共晶點(diǎn)CL4.3(A2.11+Fe3C)高溫萊氏體,Le或Ld共析線PSK，共析點(diǎn)SA0.77(F0.02+Fe3C)珠光體,PES線：C在A中的固溶線PQ線：C在F中的固溶線2．鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程Fe-C合金分類工業(yè)純鐵——C%≤0.0218%鋼——0.0218%＜C%≤2.11% 亞共析鋼＜0.77%

共析鋼＝0.77%

過共析鋼＞0.77%白口鑄鐵——2.11%＜C%＜6.69% 亞共晶白口鐵＜4.3%共晶白口鐵＝4.3%過共晶白口鐵＞4.3%類型亞共析鋼共析鋼過共析鋼鋼號(hào)204560T8T10T12碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)／％0.200.450.600.801.001.20幾種

常見

碳鋼(1)工業(yè)純鐵(C%≤0.0218%)結(jié)晶過程室溫組織

F

+

Fe3CⅢ

(微量)

500×第八講

(2)共析鋼

(C%=0.77%)結(jié)晶過程室溫組織:

層片狀

P

(

F

+

共析

Fe3C

) 500×(3)亞共析鋼

(C%=0.4%)結(jié)晶過程室溫組織:

F

+

P，500×(4)過共析鋼

(C%=1.2%)結(jié)晶過程室溫組織:

P

+

Fe3CII

400×(5)共晶白口鐵

(C%=4.3%)結(jié)晶過程室溫組織:（低溫）萊氏體Le′

（P

+

Fe3CII+

共晶

Fe3C

）,500×萊氏體Le′的性能：硬而脆標(biāo)注了組織組成物的相圖3．鐵碳合金的

成分-組織-性能關(guān)系含碳量與相的相對(duì)量關(guān)系：

C

%↑→F

%↓，F(xiàn)e3C

%↑含碳量與組織關(guān)系：

圖（a）和（b）含碳量與性能關(guān)系

HB：取決于相及相對(duì)量強(qiáng)度：C%=0.9%時(shí)最大塑性、韌性：隨C%↑而↓4．鐵碳相圖的應(yīng)用鋼鐵選材：相圖性能用途局限性

相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實(shí)際情況有較大差異。鑄件選材和確定澆注溫度確定鍛造溫度(

在

A

區(qū)）制定熱處理工藝復(fù)習(xí)——相與組織相：有一定的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)的均勻組成部分。合金中有兩類基本相——固溶體和化合物組織：材料內(nèi)部的微觀形貌，體現(xiàn)相的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。金屬材料性能由組織決定，而組織由化學(xué)成分和工藝過程決定。過共析鋼x400第四章金屬熱處理及材料改性熱處理的概念把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻，

以改變其組織和性能的一種工藝。熱處理的分類根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)的不同，將熱處理工藝分類：普通熱處理：退火、正火、淬火和回火；表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理；其他熱處理：真空熱處理、形變熱處理、控制氣氛熱處理、激光熱處理。加熱和冷卻對(duì)臨界轉(zhuǎn)變溫度的影響1．奧氏體的形成

——Fe，C原子擴(kuò)散和晶格改變的過程。共析鋼加熱到Ac1

以上時(shí)，

P→A共析鋼A化過程——形核、長(zhǎng)大、Fe3

C

完全溶解、C

的均勻化。亞（過）析鋼的A化——P

→

A

后，先共析F或Fe3CⅡ

溶解。影響A轉(zhuǎn)變速度的因素加熱溫度和速度↑→轉(zhuǎn)變快C%↑或Fe3

C片間距↓→界面多，形核多→轉(zhuǎn)變快合金元素→A化速度↑或↓A晶粒度加熱溫度，保溫時(shí)間↑

→晶粒尺寸↓合金碳化物↑，C%↓→晶粒尺寸↓1.過冷A的等溫轉(zhuǎn)變過冷A:

T<A1時(shí)，A不穩(wěn)定。A等溫轉(zhuǎn)變曲線

(TTT

或C曲線)共析鋼的C曲線高溫轉(zhuǎn)變，A1

~550℃過冷A→P型組織中溫轉(zhuǎn)變，550℃~MS

過冷A→貝氏體(

B)低溫轉(zhuǎn)變，MS~Mf

過冷A→馬氏體(

M)P型組織——F+層片狀Fe3C珠光體P

索氏體S

屈氏體T層片間距：P>S>T珠光體P，3800×索氏體S8000×屈氏體T8000×高溫轉(zhuǎn)變過程——晶格改變和Fe，C原子擴(kuò)散。中溫轉(zhuǎn)變（550℃~MS）——C原子擴(kuò)散，F(xiàn)e原子不擴(kuò)散過冷A→貝氏體B（碳化物+含過飽和C的F）上B，550~350℃產(chǎn)物

——羽毛狀，小片狀Fe3C分布在F間。上B強(qiáng)度和韌性差光學(xué)顯微照片1300×電子顯微照片5000×45鋼，上B+下B，×400下B，350℃~MS產(chǎn)物下B韌性高，綜合機(jī)械性能好。F針內(nèi)定向分布著細(xì)小Fe2.4C顆粒電子顯微照片12000×T8鋼，下B，黑色針狀光學(xué)顯微照片×400亞（過）共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變與共析鋼相比，C曲線左移，

多一條過冷AF（Fe3CⅡ）的轉(zhuǎn)變開始線，且Ms、Mf線上（下）移。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物CCT和TTT曲線的比較CCT位于TTT曲線右下方CCT中沒有A→B轉(zhuǎn)變爐冷→

P (V

≈０)空冷→

S (V

≤Vk')油冷→

T+M+A'(Vk'

～Vk)水冷→

M+A'

(V≥Vk)馬氏體（M）轉(zhuǎn)變特點(diǎn)

1)無擴(kuò)散

Fe和C原子都不進(jìn)行擴(kuò)散，

M是體心正方的C過飽和的F，

固溶強(qiáng)化顯著。2)瞬時(shí)性

M的形成速度很快，

溫度↓則轉(zhuǎn)變量↑3)不徹底

M轉(zhuǎn)變總要?dú)埩羯倭緼，

A中的C%↑則MS、Mf↓

，殘余A含量↑4)M形成時(shí)體積↑，

造成很大內(nèi)應(yīng)力。M的形態(tài)C%<0.25%時(shí)，為板條M（低碳M）。

板條M,平行的細(xì)板條束組成針狀M（凸透鏡狀）C%>1.0%時(shí)，為針狀M

。C%=0.25~1.0%時(shí)，為混合M

。Fe-1.8C，冷至-100℃Fe-1.8C，冷至-60℃M的性能C%↑→M

硬度↑針狀M硬度高，塑韌性差。板條M強(qiáng)度高，塑韌性較好。亞共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→

F+P空冷→

F+S油冷→

T+M水冷→

M過共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→

P+Fe3CⅡ空冷→

S+Fe3CⅡ油冷→

T+M+A'水冷→

M+A'轉(zhuǎn)變溫度對(duì)共析鋼

硬度和韌性

的影響按轉(zhuǎn)變溫度的高低，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分別是：P、S、T，上B、下B、M，其硬度依次增加。2.4.3

鋼的普通熱處理1．退火

2．正火

3．淬火

4．回火1．退火加熱、保溫后，緩冷(爐冷)→近平衡組織P（+F或Fe3CII

）完全退火（亞共析鋼）

加熱溫度

Ac3

+

20～30℃

緩冷→F+P

目的：

細(xì)化晶粒，均勻化組織

降低硬度→切削性↑

等溫退火：

等溫轉(zhuǎn)變→F+P，再緩冷球化退火（過共析鋼）

在Ac１+

20～30℃等溫，使Fe3CⅡ球化，再緩冷→球狀P（F+球狀Cm）目的：硬度↓,切削性↑,韌性↑擴(kuò)散退火

加熱至略低于固相線

目的：使成分、組織均勻

再結(jié)晶退火：

加熱溫度

TR

+

30～50℃目的：消除加工硬化去應(yīng)力退火

加熱溫度＜

Ac1，

一般為

500～650℃目的：消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力

圖4-11碳鋼各種退火的工藝規(guī)范示意圖２．正火應(yīng)用：

1)鋼的最終熱處理細(xì)化晶粒，組織均勻化，增加亞共析鋼中P(S)%→強(qiáng)度、韌性、硬度↑

2)預(yù)先熱處理——淬火、球化退火前改善組織。

3)增加低碳鋼的硬度，以改善切削加工性能。加熱溫度

Ac3(Accm)

+30～50℃，空冷→S（+F或Fe3CII

）3．淬火（蘸火）加熱到Ac3、Ac1以上，保溫，快速冷卻→M。淬火溫度1)亞共析鋼Ac3+30～50℃2)過共析鋼Ac1+30～50℃，→M+Fe3CII+A'，硬度大。

A中C%↓→

M

脆性↓，殘余A%↓

淬火溫度低

→

M細(xì)小，淬火應(yīng)力小。冷卻介質(zhì)

冷卻速度：

鹽水

＞

水

＞

鹽浴

＞

油淬火方法單介質(zhì)淬火：水、油冷雙介質(zhì)淬火：水冷+油冷分級(jí)淬火：＞Ms鹽浴中均溫＋空冷等溫淬火（在鹽、堿浴中）→下B鋼的淬透性淬火時(shí)得到M的能力，取決于臨界冷卻速度VK

。淬透性的應(yīng)用按負(fù)載，選擇不同淬透性的材料。淬硬性：淬火后獲得的最高硬度，C%↑→淬硬性↑影響淬透性的因素除Co外，合金使VK↓,淬透性↑(a)完全淬透(b)淬透較大厚度(c)淬透較小厚度

淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能的比較4．回火淬火后，加熱到Ac1以下，保溫，冷卻。目的：消除淬火應(yīng)力，調(diào)整性能。低溫回火（150～250℃）→回火M(過飽和F+薄片狀Fe2.4C)+A'

淬火應(yīng)力↓，韌性↑，保持淬火后的高硬度。用于高C工具鋼等。中溫回火（350～500℃）→回火T(F+細(xì)粒狀Cm)

彈性極限和屈服強(qiáng)度↑，韌性和硬度中等。用于彈簧等。高溫回火（500～650℃）→回火S(等軸狀F+粒狀Cm)綜合機(jī)械性能最好,即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。用于重要零件。調(diào)質(zhì)處理

——淬火+高溫回火回火產(chǎn)物的組織形態(tài)比較

回火M

×400

回火T

×7500回火S

×7500M

低倍

T×1000

S×1000

回火時(shí)性能的變化回火溫度↑→硬度、強(qiáng)度↓，塑性↑2.4.4

鋼的表面熱處理（表面淬火）

不改變心部組織，利用快速加熱將表層A化后進(jìn)行淬火。目的：提高表面硬度，保持心部良好的塑韌性。感應(yīng)加熱表面淬火交變磁場(chǎng)→感應(yīng)表面電流→表面加熱特點(diǎn)1)加熱速度快，晶粒度小，硬度↑，脆性↓2)表層殘余壓應(yīng)力→提高疲勞強(qiáng)度3)不易氧化、脫碳、變形小。4)加熱溫度和淬硬層厚度容易控制?；鹧婕訜岜砻娲慊穑ㄒ胰玻醯然鹧妫┰O(shè)備簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)率低。2.4.5

鋼的化學(xué)熱處理將工件置于特定的介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，以改變表層的化學(xué)成分、組織和性能。分類——滲

C、N化、C

N共滲、滲硼、滲鉻、滲Al等。鋼的滲

C——?dú)怏w、固體滲

C低C鋼在高C介質(zhì)中加熱到900～950℃、保溫→高碳表層（約1.0%）目的：表面硬度，耐磨性↑，心部保持一定的強(qiáng)度和塑韌性。滲碳后的的熱處理淬火直接淬火——晶粒粗大，殘余A多，耐磨性低，變形大。一次淬火——加熱溫度Ac3以上（心部性能↑）或Ac1以上（表面性能↑）二次淬火——Ac3以上（心部性能↑）+Ac1以上（表面性能↑）低溫回火,150～200℃，消除淬火應(yīng)力，提高韌性。鋼的氮化工件表面滲入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。氮化溫度低(500～600℃)，時(shí)間長(zhǎng)（20～50h），滲層薄。氮化前調(diào)質(zhì)處理、氮化后無須淬火。第五章金屬材料3.1.1

碳鋼的成分和分類3.1.2

碳鋼的牌號(hào)及用途3.1碳鋼3.1.1碳鋼的成分和分類１.成分——w(C)≤2.11%

Mn、Si→固溶強(qiáng)化

S→熱脆

P→冷脆

O、N、H→強(qiáng)度、塑性、韌性↓２.分類

1）按C含量分低C鋼w(C)≤0.25%中C鋼0.25%＜w(C)≤0.6%高C鋼w(C)＞0.6%

2）按質(zhì)量分（S、P含量）——普通碳素鋼；優(yōu)質(zhì)碳素鋼；高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

3）按用途分——碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。3.1.2碳鋼的牌號(hào)及用途1．碳素結(jié)構(gòu)鋼

2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

3．碳素工具鋼GB/T700-1988標(biāo)準(zhǔn)GB700-79標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和力學(xué)性能均須保證A類鋼——保證力學(xué)性能，B類鋼——保證化學(xué)成分，C類鋼——保證化學(xué)成分及力學(xué)性能。Q195A1；B1Q215A2；C2Q235A3；C3Q255A4；C4Q275C5碳素結(jié)構(gòu)鋼新、老標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)對(duì)照表3-2碳素結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能(GB/T700-1988)牌號(hào)等級(jí)拉伸試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)屈服點(diǎn)s

，MPa抗拉

強(qiáng)度b/MPa伸長(zhǎng)率

s

,

%溫度℃V型沖擊功(縱向)J鋼材厚度(直徑)，mm鋼材厚度(直徑),mm16>40~60>100~150>15016>40~60>100~150>150不小于不小于不小于Q195－195－－－315-39033－－－－－Q215A/B215195175165335-41031292726－/20－/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221－/200/-20－/27Q255A/B255235215205410-51024222019－/20－/27Q275－275255235225490-61020181615－－用途鋼板、鋼筋、型鋼等，作橋梁、建筑等構(gòu)件。熱處理：熱軋空冷組織：S＋F多邊型角鋼螺釘、鉚釘鋼筋、螺紋鋼建筑構(gòu)件鋼橋梁2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)——如45鋼，含C量為45/10000=0.45%。表3-4優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和性能鋼號(hào)化學(xué)成分，%s

，MPa≥CMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.37<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035175205245315335355375400420(摘自GB/T699-1999)用途較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。汽車曲軸熱處理：

滲碳、淬火、回火等。3．碳素工具鋼

牌號(hào)——如

T12A

鋼，含C量為12/1000=1.2%，

A表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)，w(S)0.020%，w(P)0.030%。鋼號(hào)C,%Mn,%Si,%S,%P,%退火后HBS,水冷淬火溫度，℃T7T8T8MnT9T10MnT10T12T130.65-0.740.75-0.840.80-0.900.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1.350.400.400.40-0.600.400.40-0.600.400.400.400.350.350.350.350.350.35

0.350.350.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03518718718719219207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780表3-4碳素工具鋼的化學(xué)成分和性能（淬火后HRC≥62)(摘自GB/T1298-1986)用途沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。螺紋量規(guī)熱處理：淬火+低溫回火組織：回火M＋粒狀Fe3C

+A'3.2.1

概論

3.2.2

合金結(jié)構(gòu)鋼

3.2.3

合金工具鋼

3.2.4

特殊性能鋼3.2合金鋼3.2.1

概論１.合金鋼的分類（按用途分類）

合金結(jié)構(gòu)鋼——低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲C鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。合金工具鋼——刃具、模具、量具鋼。特殊性能鋼——不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。２.合金鋼的編號(hào)結(jié)構(gòu)鋼——如60Si2Mn，w(C)=0.6%，w(Si)=2%，w(Mn)＜1.5%工具鋼、特殊性能鋼——如9SiCr

，w(C)=0.9%，w(Si)、w(Cr)均＜1.5%

而CrWMn

中，w(C)＞1.0%

專用鋼——如，滾動(dòng)軸承鋼GCr15，w(C)=1.0%，w(Cr)=1.5%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼——如，20Cr2Ni4A3.2.2合金結(jié)構(gòu)鋼1．低合金結(jié)構(gòu)鋼

2．滲碳鋼

3．調(diào)質(zhì)鋼

4．彈簧鋼

5．滾動(dòng)軸承鋼1．低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)舊鋼號(hào)主要化學(xué)成分，%機(jī)械性能CMnSi，s

，MPab

，MPa5，%Q29509MnNb

12Mn0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能（厚度(直徑)16mm，AKV≥34J）成分

——w(C)＜0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。性能

——強(qiáng)度、韌性高，焊接、冷成形性能好。(摘自GB/T1591-1994)熱處理、組織

——熱軋空冷，S＋F高壓容器橋梁船舶車輛應(yīng)用2．滲碳鋼成分

——w(C)=0.1～0.25%,韌性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,細(xì)化晶粒。性能

——滲層硬度高，耐磨，抗接觸疲勞；心部韌性高、強(qiáng)度大。滲C鋼的牌號(hào)（摘自GB/T3077-1999）（滲C:930℃，回火：200℃）p172主要化學(xué)成分,%預(yù)備處理／淬火,℃CMnCr，Ni0.17~0.24

0.17~0.240.50~0.80

1.30~1.600.70~1.00

880／800水,油880水,油0.17~0.230.17~0.23

0.90~1.200.80~1.10

0.90~1.201.00~1.30

850油880

／870油鋼號(hào)20Cr

20MnV20CrMn20CrMnTi

淬透性低中高18Cr2Ni4WA

20Cr2Ni4A0.13~0.19

0.17~0.23W0.8~1.2

0.30~0.601.35~1.65

4.0~4.51.25~1.65

3.25~3.75950

／850空

880／780

油機(jī)械性能

bMPasMPa835

785540

5909301080

735835

1180

1180835

1080aKU2J47

554755

78

63熱處理組織

——表層：回火M+碳化物+A′；

心部：低C的回火M（+T+F）

應(yīng)用

——耐磨件

20Cr，小軸、活塞銷、小齒輪。

20CrMnTi，汽車齒輪。

18Cr2Ni4WA，如曲軸、連桿。滲碳→淬火→低溫回火3．調(diào)質(zhì)鋼成分

——w(C)=0.25～0.50%，合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,強(qiáng)化F。性能

——綜合機(jī)械性能高調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)（摘自GB/T3077－1999）淬透性鋼號(hào)主

要

成

分,%淬火

℃回火

℃CMnSi

Cr低450.42~

0.500.50~

0.800.17~

0.37830~

840水580~

640空40Cr0.37~

0.450.50~

0.80Cr0.8

~1.10850油500

水，油中高35CrMo0.32~

0.400.40~

0.70Cr0.8

~1.10850油550

水，油38CrMoAlA0.35~

0.42Al0.7

~1.1Cr1.35

~1.65940

水，油640

水，油40CrMnMo0.37~

0.450.90~

1.20Cr0.9

~1.20850油600

水，油機(jī)械性能

bMPasMPaaKU2J6003553940MnB0.37~

0.441.10~

1.400.20~

0.40850油500

水，油9807854798078547980835639808357198078563熱處理組織

——表層：回火S應(yīng)用

40Cr，一般尺寸重要零件，如齒輪、主軸。

35CrMo，較大截面零件，如曲軸、連桿。

40CrNiMo，大截面重載零件，如汽輪機(jī)主軸和葉輪。

調(diào)質(zhì)，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。

汽車曲軸4．彈簧鋼成分

——w(C)=0.45～0.70%，Si,Mn為主要元素，提高屈強(qiáng)比。性能

——σe

、σs、屈強(qiáng)比和疲勞抗力高，塑性大，耐震動(dòng)、沖擊。鋼號(hào)主

要

成

分,%淬火

油

℃回火

℃機(jī)械性能

CMnSi,CrbMPasMPa10

%akkJ/m2650.62~

0.700.50~

0.800.17~

0.37840

油50010008009450850.82~

0.900.50~

0.800.17~

0.37820

油48011501000660065Mn0.62~

0.700.90~

1.200.17~

0.37830

油5401000800880060Si2Mn0.56~

0.640.60~

0.901.50~

2.00870

油48013001200580050CrVA0.46~

0.540.50~

0.80Cr0.8

~1.10850

油5001300115059800（摘自GB/T1222－1985）汽車板簧火車螺旋彈簧應(yīng)用

65Mn、60Si2Mn：汽車，拖拉機(jī)，機(jī)車的板簧和螺旋彈簧。熱處理

熱軋彈簧：熱成型→淬火+中溫回火→噴丸

冷軋彈簧：淬火+中溫回火→冷成型→去應(yīng)力→噴丸組織

——回火T5．滾動(dòng)軸承鋼成分

——w(C)=0.95～1.10%，主加元素是Cr，形成細(xì)小的碳化物。性能

——高接觸疲勞強(qiáng)度、高硬度和耐磨性，韌性、淬透性好。鋼號(hào)主要化學(xué)成分，w/%熱處理規(guī)范及性能CCrSiMn淬火℃回火℃回火后HRCGCr40.95~1.050.35~0.00.15~0.300.15~0.30800~820150~17062~66GCr150.95~1.051.40~1.650.15~0.350.25~0.45820~840150~16062~66GCr15SiMn0.95~1.051.40~1.650.45~0.750.95~1.25820~840170~200>62GMnMoVRE0.95~1.050.15~0.401.10~1.40770~810170562GSiMoMnV0.95~1.100.45~0.650.75~1.05780~820175~20062（摘自GB/T18254－2002）應(yīng)用

GCr15：中小型軸承，冷沖模，量具，絲錐。熱處理球化退火+淬火+低溫回火

冷處理，時(shí)效（120～140℃,10～20h）：穩(wěn)定尺寸，去應(yīng)力。組織

——回火M＋細(xì)碳化物＋少量A'1．合金刃具鋼

2．合金模具鋼

3．量具用鋼3.2.3

合金工具鋼1．合金刃具鋼（１）性能要求高硬度

——機(jī)加工刀具HRC＞60高耐磨性

——刀具壽命和生產(chǎn)率↑

組織要求——硬而細(xì)小的碳化物，均勻分布在強(qiáng)而韌的鋼基體中。高的熱硬性（紅硬性）——高溫下保持高硬度的能力，與回火穩(wěn)定性有關(guān)。足夠的韌性

——以承受沖擊載荷（２）低合金刃具鋼成分

——w(C)=0.9~1.5%，合金元素＜5%。性能

——HRC＞60，使用溫度200~300℃

。鋼號(hào)主要化學(xué)成分，w/%熱處理及性能CMnSiCr淬火℃回火℃回火后HRC9SiCr0.85~0.950.30~0.601.20~1.600.95~1.25860~880油180~20060~62CrWMn0.90~1.050.80~1.10W1.2~1.600.90~1.20820~840油140~16062~65（摘自GB/T1299－2000）熱處理

——球化退火（+機(jī)加工）+淬火+低溫回火最終組織

——回火M+合金碳化物+少量A'應(yīng)用

——如9SiCr，做板牙、絲錐等。板牙絲錐（３）高速鋼成分

——w(C)=0.7~1.2%，合金元素＞10%。性能

高硬度、耐磨性——VC等彌散硬化

高熱硬性——600℃時(shí)HRC≈62，W2C等提高熱硬性。

高淬透性——尺寸不大時(shí)可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。鋼號(hào)主要化學(xué)成分，w，%熱處理及性能CWVCrMo淬火℃回火℃回火后HRCW18Cr4V0.70~0.8017.5~19.01.00~1.403.80~4.401270~1285油550~570

三次≥63W6Mo5Cr4V20.80~0.905.50~6.751.75~2.203.80~4.404.75~5.501210~1230油540~560

三次≥63熱處理（鍛造+）球化退火（+機(jī)加工）

→淬火+回火鍛造目的

——成型；使鑄態(tài)粗大碳化物破碎、細(xì)化、分布均勻。淬火，1280℃——增加A、M中合金含量，提高熱硬性。淬火組織（左圖）：M+碳化物+A'最終組織（右圖）：回火M+粒狀碳化物+少量A'回火，560℃，三次——W2C、VC彌散硬化，二次淬火基本消除A'。應(yīng)用

——

高速車刀、鉆頭、銑刀等。（２）熱模具鋼——熱鍛、熱擠壓、壓鑄模等。性能

——耐熱性、熱疲勞抗力高。應(yīng)用

中小型模具——5CrMnMo等。

大型模具——3Cr2W8V等，淬透性好。最終熱處理

——淬火+高溫回火最終組織

——回火T

或回火S3．量具用鋼——卡尺、千分尺、塞規(guī)等性能

——高的硬度和耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性。應(yīng)用

簡(jiǎn)單量具——T10A、T12A等。

高精度量具——GCr15、CrWMn等。最終熱處理

——淬火+（-70～-80℃）冷處理

+低溫回火+時(shí)效處理

時(shí)效處理：120～130℃，保溫幾～幾十小時(shí)，使M、A'穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力。最終組織

——回火M+碳化物+少量A'1．不銹鋼

2．耐熱鋼

3．耐磨鋼3.2.4

特殊性能鋼1.不銹鋼鋼的抗腐蝕措施形成單相組織。加入Cr，降低兩相的電極電位差。加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜。常用不銹鋼

F型——如1Cr17，化工設(shè)備、食品工業(yè)。

M型——如1Cr13用于汽輪機(jī)葉片；3Cr13做手術(shù)器具及刀具。

A型——如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、醫(yī)療行業(yè)。不銹鋼的成分、熱處理、性能鋼號(hào)主

要

化

學(xué)

成

分,%淬火

℃回火

℃CCrNiTi類別機(jī)械性能bMPasMPa5

%HRC

HB1Cr13

0.1512~

14950~

1000水,油700~

7504Cr130.36~

0.4512~

141050~

1100油200~

300M型540345680400254159501Cr17

0.1216~

18780~

850正火0Cr18Ni9

0.0717~

198~

121010~

1150水F型A型A-F型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti

0.1217~

199~

120.5

~0.8920~

1150水520205401871Cr21Ni5Ti0.09~

0.1420~

224.8~

5.80.35

~0.8950~

1100水,空60035020２.耐熱鋼抗氧化性：金屬在高溫下的抗氧化能力熱強(qiáng)性：熱強(qiáng)性是指鋼在高溫下的強(qiáng)度用途：鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等類別鋼號(hào)主

要

化

學(xué)

成

分,%淬火

℃回火

℃CCrNiTiM型1Cr13

0.1512~

14950~

1000油700~

7501Cr11MoV0.11~

0.1810~

11.5Mo0.5

~0.71050~

1100空720~

740A型1Cr18Ni9Ti

0.1217~

198~

110.5

~0.8920~

1150水機(jī)械性能bMPasMPa5403454906855202055

%2040HB159159187３.耐磨鋼ZGMn13熱處理：1000℃～1100℃，保溫，水冷→A，硬度低，韌性高。性能：工件在工作中受到?jīng)_擊變形時(shí)，表層產(chǎn)生加工硬化，及M轉(zhuǎn)變，硬度顯著提高，心部保持高韌性。用途：履帶、鐵道岔道第9章機(jī)械零件失效分析及選材機(jī)械零件的失效分析；選材的一般原則；選材的實(shí)際過程。失效的概念和失效分析的目的失效的基本概念：任何零件都具有一定的設(shè)計(jì)功能與壽命。當(dāng)其在使用過程中，因零件的外部形狀尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而失去原有的設(shè)計(jì)功能，使其低效工作或無法工作或提前退役的現(xiàn)象稱為失效。

失效分析的目的：就是要分析零件失效的原因并提出相應(yīng)的防止和改進(jìn)措施，其結(jié)論對(duì)零件的設(shè)計(jì)、選材、加工與使用都有重大的指導(dǎo)意義。失效的形式變形失效彈性變形塑性變形蠕變變形斷裂失效韌性斷裂脆性斷裂低應(yīng)力斷裂疲勞斷裂蠕變斷裂介質(zhì)加速斷裂表面損傷失效磨損腐蝕表面接觸疲勞物理性能降級(jí)電、磁、熱等性能衰減失效的主要原因設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想有誤工作條件分析錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)外形不合理材質(zhì)選材不當(dāng)材質(zhì)低劣（冶金缺陷）加工各種冷、熱加工缺陷使用安裝不良、維護(hù)不善、操作不當(dāng)、過載使用失效分析的工具肉眼及光學(xué)顯微鏡（OM）；掃描電子顯微鏡（SEM）；透射電子顯微鏡（TEM）；X射線熒光鏡；X射線衍射及立體顯微鏡。失效分析的基本步驟調(diào)查取證；整理分析；斷口分析；成分組織性能的分析與測(cè)試；綜合分析得出結(jié)果。選材的一般原則使用性能；工藝性能；經(jīng)濟(jì)性能。使用性能選材原則分類典型性能用途力學(xué)性能強(qiáng)度各機(jī)械裝置、承載結(jié)構(gòu)剛度韌性物理性能密度航天、航空導(dǎo)熱性熱交換器、隔熱裝置導(dǎo)電性電機(jī)電器、輸變電設(shè)備化學(xué)性能耐熱性加熱設(shè)備、化工設(shè)備耐蝕性功能器件，敏感元件功能特性電、磁、聲、光、熱等性能第二十二講

2）按使用性能選材的方法與步驟分析零件的工作條件，確定其使用性能；進(jìn)行失效分析；將零件的使用性能要求轉(zhuǎn)化為對(duì)材料性能指標(biāo)和具體數(shù)值的要求。典型零件按使用性能分析零件工作條件常見失效形式性能要求應(yīng)力

種類載荷

性質(zhì)受載

狀態(tài)螺栓拉、剪靜載--過量變形，斷裂強(qiáng)度，塑性傳動(dòng)軸彎、扭循環(huán)

沖擊軸頸

摩擦疲勞斷裂，過量變形

，軸頸磨損綜合力學(xué)性能傳動(dòng)齒輪壓、彎循環(huán)

沖擊摩擦

振動(dòng)斷齒，磨損，

疲勞斷裂，接觸疲勞表面高硬度及疲勞極限

，心部強(qiáng)度及韌性彈簧扭、彎交變

沖擊振動(dòng)彈性失穩(wěn)，

疲勞破壞彈性極限，屈強(qiáng)比

，疲勞極限按力學(xué)性能選材需注意的問題材料性能與零件性能的關(guān)系；力學(xué)性能指標(biāo)在選材中的應(yīng)用意義；材料強(qiáng)度與塑性、韌性的合理配合；注意提高零件的結(jié)構(gòu)效率。工藝性能的選材原則金屬材料的工藝性能；高分子材料的工藝性能；陶瓷材料經(jīng)濟(jì)性能選材原則產(chǎn)品價(jià)值分析；產(chǎn)品的總成本分析；材料成本分析。第10章鑄造前言鑄造的概念；鑄造的特點(diǎn)；鑄造的缺點(diǎn)。鑄造成形的理論基礎(chǔ)合金的鑄造性能：液態(tài)合金的充型能力；收縮；偏析；氧化和吸氣等。合金的流動(dòng)性：影響合金流動(dòng)性的因素（成分、物理性質(zhì)、溫度、雜質(zhì)和氣體）；充型能力的影響因素：

鑄型條件；鑄型的發(fā)氣；鑄型溫度；鑄件結(jié)構(gòu)。鑄造合金的收縮收縮的概念；收縮的階段：1）液態(tài)收縮；

2）凝固收縮；

3）固態(tài)收縮。影響收縮的因素合金成分；澆注溫度；鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型鑄件中的縮松和縮孔縮孔：存在于鑄件上部或最后凝固的部位，縮孔的外形特征：多呈倒錐形，內(nèi)表面不光滑?？s孔的形成過程見書圖10－4。縮松：多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆口附近甚至厚大鑄件的整個(gè)斷面，它分布面廣，難于控制。其形成過程見書圖10－5。鑄造應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋熱應(yīng)力；機(jī)械應(yīng)力；鑄件的變形及其防止：變形－－鑄件厚的部分受拉應(yīng)力，薄的部分受壓應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力超過合金的屈服極限時(shí)，鑄件就會(huì)產(chǎn)生變形。防止：采用同時(shí)凝固；反變形法；加強(qiáng)筋。鑄件的裂紋及防止：熱裂－凝固后期高溫下形成的，主要是由于收縮受到機(jī)械阻礙作用而形成的。冷裂－在較低溫度下形成的，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位。砂型鑄造砂型鑄造的生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)砂型鑄造的生產(chǎn)工藝流程見書圖10－14。手工造型－操作靈活，生產(chǎn)效率低，鑄件質(zhì)量不高；機(jī)器造型－生產(chǎn)量大，但是不能生產(chǎn)厚壁和大型鑄件。砂型鑄造工藝過程簡(jiǎn)介造型；熔煉和澆注；落砂與清理。鑄造工藝圖澆注位置的選擇；鑄型分型面的選擇；工藝參數(shù)的確定；鑄造工藝圖。特種鑄造熔模鑄造；金屬型鑄造；壓力鑄造；離心鑄造。常用合金鑄件生產(chǎn)特點(diǎn)1）鑄鐵件灰鑄鐵：主要采用沖天爐熔煉，砂型鑄造，容易鑄造薄壁鑄件，一般不設(shè)置補(bǔ)縮手段，小件可采用濕型鑄造。2）球墨鑄鐵球化處理見圖10－32所示。3）可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是用低C低Si的鐵水澆注出的白口組織的鑄件毛坯，然后經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的高溫石墨化退火使白口鑄件中的滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，從而得到由團(tuán)絮狀石墨和不同基體組成的鑄鐵。特點(diǎn)：收縮大，流動(dòng)性差。4）蠕墨鑄鐵生產(chǎn)過程和球墨鑄鐵相似。特點(diǎn)：流動(dòng)性好，可以澆鑄出復(fù)雜鑄件和薄壁鑄件。一般澆注后不進(jìn)行熱處理，鑄態(tài)時(shí)直接使用。鑄鋼件鑄鋼分為鑄造碳鋼和鑄造合金鋼；鑄鋼的特點(diǎn)：綜合力學(xué)性能高于各類鑄鐵，不僅強(qiáng)度高，且有優(yōu)良的塑性和韌性，焊接性好；缺點(diǎn)：晶粒粗大、組織不均勻，常存在一些殘余應(yīng)力，需進(jìn)行熱處理。鑄鋼的熔煉三相電弧爐；感應(yīng)電爐；平爐。鑄鋼的鑄造工藝特點(diǎn)熔點(diǎn)高（約1500℃）、流動(dòng)性差、收縮率高（達(dá)到2％）。在熔煉過程中易吸氣和氧化，在澆注過程中易產(chǎn)生粘砂、澆不足、冷隔、縮孔、變形、裂紋、夾渣和氣孔。鑄鋼所用型砂須有良好的透氣性、耐火性、強(qiáng)度和退讓性。一般應(yīng)遵守順序凝固的原則，設(shè)置冒口和冷鐵。對(duì)薄壁件應(yīng)遵循同時(shí)凝固的原則。第11章壓力加工金屬的塑性成形又稱為壓力加工，是指在外力的作用下，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的型材、毛坯或零件的成形加工方法。塑性加工的產(chǎn)品主要有原材料、毛坯和零件三大類。壓力加工的方法：軋制、擠壓、拉拔、自由鍛造、模型鍛造和板料沖壓壓力加工的優(yōu)缺點(diǎn)壓力加工的理論基礎(chǔ)金屬的纖維組織及鍛造比金屬的鍛造性能金屬的變形規(guī)律金屬的纖維組織及鍛造比金屬的鍛造性能金屬的變形規(guī)律常用鍛造方法自由鍛自由鍛造，簡(jiǎn)稱自由鍛，它是利用鍛壓設(shè)備上下砧塊和一些簡(jiǎn)單通用工具，使坯料在壓力作用下產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)鍛造設(shè)備類型不同，自由鍛可分為鍛錘自由鍛和水壓機(jī)自由鍛二種。前者用于鍛造中、小鍛件，后者用于鍛造大型鍛件。自由鍛造具有以下三個(gè)特點(diǎn)：自由鍛造具有以下三個(gè)特點(diǎn)：①自由鍛使用工具簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，靈活性大，因此適合單件小批鍛件的生產(chǎn)。②自由鍛件是由坯料逐步變形而成，工具只與坯料部分接觸，故所需設(shè)備功率比模鍛要小得多，所以自由鍛適于鍛造大型鍛件。如萬噸模鍛水壓機(jī)只能模鍛幾百公斤重的鍛件，而萬噸自由鍛水壓機(jī)卻可鍛造重達(dá)百噸以上的大型鍛件?？梢姡瑢?duì)于大型鍛件，只能采用自由鍛成型。③自由鍛是靠人工操作來控制鍛件的形狀和尺寸，所以鍛件的精度差，鍛造生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。1.自由鍛設(shè)備根據(jù)施加在鍛件上作用力的性質(zhì)，自由鍛設(shè)備可分為鍛錘(空氣錘、蒸汽—空氣錘)和液壓機(jī)(水壓機(jī)、油壓機(jī))兩大類。鍛錘產(chǎn)生沖擊力，液壓機(jī)產(chǎn)生靜壓力使金屬變形。(1)空氣錘空氣錘的規(guī)格以落下部分重量來表示，一般為50～1000㎏?？諝忮N的特點(diǎn)是：錘頭速度可達(dá)到7～8m／s，不需要輔助設(shè)備，操作方便，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，錘擊能力有限，廣泛應(yīng)用于中小型鍛件的生產(chǎn)。(2)水壓機(jī)水壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于它以靜壓力代替鍛錘的沖擊力，上抵鐵速度約為0.1～0.3m／s。從而避免了對(duì)地基及建筑物的震動(dòng)，工作環(huán)境噪音小，也比較安