機制機構分析與使用3

§2-2

鋼的熱處理及常用非金屬材料1、熱處理的概念2、熱處理的目的

鋼的熱處理是指鋼在固態(tài)下采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織與性能的工藝。（1）提高鋼的力學性能（2）改善鋼的工藝性能零件經適當熱處理后，可以提高強度和硬度，增強耐磨性或改善塑性，切削加工性等。一、鋼的熱處理根據工藝類型、工藝名稱和實現工藝的加熱將熱處理分為：（1）普通（整體）熱處理（2）表面熱處理表面淬火、化學熱處理退火、正火、淬火、回火3、熱處理種類4、熱處理的基本過程無論何種熱處理工藝，其基本過程是加熱、保溫和冷卻。如圖2-1所示。圖2-1熱處理工藝曲線概念：將鋼加熱到適當溫度，（高于或低于臨界溫度，臨界溫度即使材料發(fā)生組織轉變的溫度），保持一定時間，然后在爐中緩慢地冷卻的熱處理工藝。目的：

1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；

2）細化晶粒，消除組織缺陷；

3）消除內應力。1、鋼的退火普通（整體）熱處理2、鋼的正火概念：將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。目的：

1）對低碳鋼，可細化晶粒，提高硬度，改善加工性能；

2）對中碳鋼，可提高硬度和強度，作為最終熱處理；

3）對高碳鋼，可為球化退火作準備。3、鋼的淬火目的：提高零件的硬度和耐磨性概念：淬火是將工件加熱到某一溫度，保持一定時間，在水中或油中快速冷卻的熱處理工藝。它是強化鋼的最主要方法。

淬火后的零件塑性和韌性下降，并產生了內應力。因此為改善零件的性能，消除內應力淬火后的零件應及時回火。4、鋼的回火概念：鋼件淬硬后，再加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。目的：（1）減少或消除淬火內應力；（2）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸；（3）降低脆性、獲得所需要的力學性能；（4）高溫回火，降低硬度，便于切削加工。鋼的表面熱處理僅對工件表層進行熱處理以改變組織和性能的工藝稱表面熱處理。為了兼顧零件表面和心部兩種不同性能要求,生產中廣泛采用表面熱處理的方法。

常用的表面熱處理工藝有表面淬火和表面化學熱處理兩種。

1、表面淬火概念：指僅改變鋼的表層組織的局部熱處理工藝。種類（1）感應加熱表面淬火：

用一定頻率的感應電流使工件表面被快速加熱到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。適用于含C0.4%~0.5%的中碳鋼和中碳合金鋼，如40Cr。感應加熱進入工件表層的深度主要取決于電流頻率，電流頻率越高，電流透入深度越小，工件加熱層越薄，淬硬層越淺?；鹧娲慊鹗抢每扇細饣鹧妫ㄈ缪酢胰?、氧-煤氣）使工件表面、局部或整體加熱并快速冷卻（噴水冷卻）的淬火工藝?；鹧娲慊鸬拇阌矊由疃纫话銥?mm～6mm，無需特殊設備，操作簡單，工藝靈活，淬火成本較低。但火焰淬火的加熱溫度和淬硬層深度不容易控制，質量不穩(wěn)定。所以，火焰淬火只用于中碳鋼、中碳合金鋼、鑄鐵、鍍件等單件、小批量生產以及大型工件（如大模數齒輪、大軸軸頸、錘子等）的表面淬火。（2）火焰加熱表面淬火2、化學熱處理

概念：化學熱處理是將工件置于適當的活性介質中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理?；瘜W熱處理的過程也是加熱→保溫→冷卻的三個階段，其不同的是在一定介質中保溫。

分類：有滲碳、滲氮(氮化)、滲硼、滲金屬、碳氮共滲及多元共滲等等。組成：化學熱處理通常都是由分解、吸附和擴散三個基本過程組成的。

熱處理常用加熱設備

熱處理中常用的加熱設備主要有加熱爐、測溫儀表、冷卻設備和硬度計等。其中加熱爐有很多種，常用電阻爐和鹽浴爐。

1.電阻爐

電阻爐是利用電流通過電熱元件（如金屬電阻絲，SiC棒等）產生的熱量來加熱工件。

2.鹽溶爐

鹽浴爐是用熔融鹽作為加熱介質（即工件放入熔融的鹽中加熱）的加熱爐。使用較多的是電極式鹽浴爐和外熱式鹽浴爐。鹽浴爐常用的鹽為氯化鋇、氯化鈉、硝酸鉀和硝酸鈉。由于工件加熱是在熔融鹽中進行，與空氣隔開，工件的氧化、脫碳少，加熱質量高，且加熱速度快而均勻。

二、常用非金屬材料非金屬材料無機非金屬材料（陶瓷）復合材料（鋼筋混凝土、輪胎）有機高分子材料塑料橡膠纖維粘結劑除金屬材料以外的一切工程材料統(tǒng)稱為非金屬材料。高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。高分子化合物是指相對分子質量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有機高分子化合物和無機高分子化合物兩類。有機高分子化合物又分為天然的和合成的。機械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有機高分子聚合物（簡稱高聚物），例如塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料和膠接劑等。1、高分子材料（1）塑料塑料的組成：塑料是以合成樹脂為主要成分，加入一些用來改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的高分子材料。樹脂的種類、性能、數量決定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以樹脂的名稱命名的，例如聚氯乙烯塑料的樹脂就是聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹脂主要是合成樹脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。塑料的分類：按使用范圍分通用塑料工程塑料耐熱塑料熱塑性塑料熱固性塑料按合成樹脂的熱性能分①聚乙烯(PE)

按生產工藝不同，分為高壓聚乙烯、中壓聚乙烯和低壓聚乙烯。高壓聚乙烯化學穩(wěn)定性高，柔軟性、絕緣性、透明性、耐沖擊性好，宜吹塑成薄膜、軟管、瓶等。低壓聚乙烯質地堅硬，耐磨性、耐蝕性、絕緣性好，適宜制作化工用管道、槽，電線、電纜包皮，承載小的齒輪、軸承等；又因其無毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。②聚氯乙烯(PVC)

分為硬質和軟質兩種。硬質聚氯乙烯強度較高，絕緣性和耐蝕性好，耐熱性差，在－15～60℃溫度范圍使用，用于化工耐蝕的結構材料，如輸油管、容器、離心泵、閥門管件等，用途很廣。軟質聚氯乙烯強度低于硬質聚氯乙烯，伸長率大，絕緣性較好，在－15～60℃的溫度范圍使用。用于電線、電纜的絕緣包皮，農用薄膜，工業(yè)包裝等。因其有毒，不能包裝食品。③聚丙烯(PP)

密度小，是常用塑料中最輕的一種。度、硬度、剛性、耐熱性均高于低壓聚乙烯，可在120℃以下長期工作。絕緣性好，且不受濕度影響，無毒無味，但低溫脆性大，不耐磨，易老化，用于一般機械零件，如齒輪、耐蝕件（如泵葉輪、化工管道、容器）；絕緣件；電視機、收音機、電扇、電機罩等殼體；生活用具，醫(yī)療器械，食品和藥品包裝等。④聚酰胺(PA)

俗稱尼龍或錦綸。強度、韌性、耐磨、耐蝕性、吸振性、自潤滑性、成形性好，摩擦系數小，無毒無味，可在100℃以下使用。蠕變值大，導熱性差，吸水性高，成形收縮率大。常用的有尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍1010等。用于制造耐磨、耐蝕的某些承載和傳動零件，如軸承、機床導軌、齒輪、螺母及一些小型零件。也可用于制作高壓耐油密封圈，或噴涂在金屬表面作防腐、耐磨涂層，應用較廣。2、橡膠

以生膠為基礎加入適量的配合劑制成的高分子材料。天然橡膠（主要成分異戊二烯）合成橡膠（丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等）種類：按生料原料來源按應用范圍通用橡膠特種橡膠應用：密封件、減振防振件、傳動件、輪胎、絕緣件等。特點：在使用溫度范圍內處于高彈狀態(tài)；具有優(yōu)良的伸縮性和積儲能量的能力；具有良好的耐磨性、隔音性和絕緣性。3、粘結劑

在膠接過程中，用以產生粘合力的物質。膠接：借助于一種物質在固體表面產生的粘合力將材料牢固地連接在一起的方法。膠接的特點：接頭處的應力分布均勻，可以減輕結構重量，適應性強，可以粘結各種材料，操作簡單，成本低。2、無機非金屬材料陶瓷材料各種無機非金屬材料的通稱，同金屬材料、高分子材料一起被稱為三大固體工程材料。陶瓷材料的基本性能：（1）力學性能：與金屬材料相比，具有很高的彈性模量和硬度，抗壓強度較高；脆性較大，韌性較低，抗拉強度很低。（2）熱性能：熔點高，抗蠕變能力強，耐熱性好，熱硬性達1000℃以上，是優(yōu)良的絕熱材料；抗急冷急熱性能差。（3）化學性能：組織結構非常穩(wěn)定，具有很好的抗氧化、抗酸、堿、鹽及熔融金屬的侵蝕能力。（4）電性能：大多數是絕緣體，少數具有導電的特種陶瓷（氧化物半導體）。陶瓷材料的分類及應用按原料和用途普通陶瓷特種陶瓷（1）普通陶瓷以天然的硅酸鹽礦物（粘土、長石、石英等）為原料，經加工、成形、燒結而成。應用：日常生活、建筑、衛(wèi)生、電力及化工等領域（2）特種陶瓷以化工原料（氧化物、氮化物、碳化物）經配料、成形和燒結而制成。根據主要成分分為氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷。氮化化硅

氧化鋁陶瓷：熔點高，耐高溫，硬度高，絕緣性、耐蝕性優(yōu)良。廣泛用于刀具、內燃機火花塞、坩堝、熱電偶的絕緣套。但其脆性大，抗急冷急熱性差。氮化化硅

氮化硅陶瓷：抗急冷急熱性優(yōu)良，硬度高化學穩(wěn)定性好，電緣絕緣性優(yōu)良，自潤滑性、耐磨性好。廣泛用于耐磨、耐蝕、耐高溫和絕緣的零件，如高溫軸承、耐蝕水泵密封環(huán)、閥門。3、復合材料有兩種以上物理、化學性質不同的材料經人工組合而得到的多相固體材料。組成：基體相（形成幾何形狀和粘結作用）增強相（提高強度、韌性）特點：不僅具有各組成材料的優(yōu)點，而且可獲得單一材料無法具備的優(yōu)良綜合性能，某些性能指標還要超過各組成材料性能的總和。①以熱塑性樹脂（尼龍、聚烯烴類、聚苯乙烯類等）為基體相制成的玻璃鋼（1）玻璃纖維-樹脂復合材料（玻璃鋼）：以玻璃纖維及其制品為增強相，樹脂為基體。特點：與普通塑料相比，其抗拉強度、抗彎強度和抗疲勞強度提高2-3倍，沖擊韌性提高1-4倍，蠕變強度提高2-5倍。應用：軸承、齒輪、儀表盤、空調扇葉、汽車前后燈特點：密度小（鋼的1/4-1/6），強度高，耐腐蝕絕緣、絕熱性好，成