第1章 工程材料

制造工程基礎(chǔ)賈江鳴浙江理工大學(xué)工業(yè)工程系手機(jī)件：jarky@126.com1教材結(jié)構(gòu)第1章工程材料第2章鑄造成形第3章金屬塑性成形第5章金屬切削基礎(chǔ)第6章金屬切削加工第7章機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)第8章機(jī)械加工工藝控制第9章典型零件加工第10章機(jī)械裝配2考核方式70%期末+30%平時(shí)（作業(yè)和點(diǎn)名）期末閉卷考試（必修課）如何理解成績(jī)的三公：公開、公正和公平3第01章工程材料第一節(jié)工程材料的結(jié)構(gòu)與性能第二節(jié)金屬的結(jié)晶與二元合金相圖第三節(jié)鋼的熱處理第四節(jié)常用的工程材料

4機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬鋼有色金屬鑄鐵合金鋼無機(jī)非金屬材料有機(jī)材料塑料橡膠陶瓷合成纖維鋁合金銅合金其他有色合金5工程材料-工程材料的結(jié)構(gòu)與性能金屬材料的結(jié)構(gòu)非金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織工程材料的性能

6金屬材料的結(jié)構(gòu)工程材料分為：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料固體物質(zhì)按其原子或分子的聚集狀態(tài)可分為晶體和非晶體兩類晶體是內(nèi)部質(zhì)子（原子、離子或分子）在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體晶體具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定的熔點(diǎn)、各向異性的特點(diǎn)非晶體沒有固定的熔點(diǎn)且各向同性

7金屬材料與非金屬材料8金屬材料-晶體點(diǎn)陣9金屬材料-晶體結(jié)構(gòu)的基本類型體心立方晶格面心立方晶格密排六方立方晶格10動(dòng)畫示意11金屬材料-晶體缺陷1、點(diǎn)缺陷（空位、雜質(zhì)）2、線缺陷3、面缺陷12晶格畸變13合金的結(jié)構(gòu)合金可通過溶合成均勻液體和凝固而得組成合金的獨(dú)立的、最基本的單位稱為組元組元的數(shù)目分為：二元合金、三元合金和多元合金等合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一，并以界面相互隔開的組成部分為相固溶體、金屬化合物、機(jī)械混合物14固溶體動(dòng)畫演示15非金屬材料-陶瓷陶瓷材料（無機(jī)玻璃、玻璃陶瓷、晶體陶瓷）晶體相：陶瓷的主要組成相，多為多相多晶體，在晶粒生長(zhǎng)過程中，易析出一些雜質(zhì)，通常聚集在晶界上玻璃相：非晶態(tài)低熔點(diǎn)固體相，將分散的晶體相粘接在一起，填補(bǔ)晶體間的空隙；玻璃相熔點(diǎn)低，熱穩(wěn)定性差，其中存在雜質(zhì)使得陶瓷的絕緣性降低；工業(yè)陶瓷中玻璃相含量控制為20%-40%；氣相：陶瓷中存在體積5%-10%的氣孔，成為組織中的氣相；氣孔使陶瓷組織致密性下降，密度減少，能夠吸收震動(dòng)，應(yīng)力集中，強(qiáng)度降低，絕緣性下降；特種陶瓷的氣孔率在5%以下；16非金屬材料-高分子材料高分子材料以分子量大于10000的高分子化合物為主要組成部分的材料包含各種添加劑：固化劑、增塑劑、穩(wěn)定劑等高分子鏈結(jié)構(gòu)：線型、支型和體型聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：晶態(tài)、非晶態(tài)、取向態(tài)和液晶態(tài)17工程材料的性能彈性階段彈性極限p屈服階段屈服點(diǎn)s強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限b頸縮階段18工程材料主要參數(shù)工程材料的剛度、強(qiáng)度、彈性、塑性是通過拉伸實(shí)驗(yàn)來測(cè)定的，標(biāo)準(zhǔn)試樣如圖所示，把試樣安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，并對(duì)試樣施加一個(gè)緩慢增加的軸向拉力，試樣產(chǎn)生變形，直至斷裂。力學(xué)性能（機(jī)械性能）：指工程材料具有的抵抗一定外力作用而不被破壞的性能。工程材料的力學(xué)性能主要有：剛度、強(qiáng)度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。

19拉伸曲線：以低碳鋼為例，其拉伸曲線如圖1-9所示，負(fù)荷為縱坐標(biāo)，絕對(duì)伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)。低碳鋼拉伸曲線1.強(qiáng)度

拉伸曲線oe段是直線，金屬材料處在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例關(guān)系，服從虎克定律，其比值稱彈性模量，是衡量材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)。

1）彈性極限。金屬材料產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力值，單位MPa

。即發(fā)生完全彈性變形的最大載荷（N）；原始橫截面積（mm2）。式中202）抗拉強(qiáng)度。當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)增加超過s點(diǎn)后，變形量隨著負(fù)荷的增加而急劇增加，當(dāng)負(fù)荷超過b點(diǎn)，變形集中在試樣的某一部位上，試樣在該部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，拉伸變形集中在縮頸處。繼續(xù)施加負(fù)荷，試樣在k點(diǎn)斷裂。材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，即為抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限），它也是試樣能夠保持均勻塑性變形的最大應(yīng)力。

試樣被拉斷前所承受的最大載荷（N）；試樣的原始橫截面積（mm2）。式中213）屈服點(diǎn)

。開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，其含義指在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力，也即材料抵抗微量塑性變形的能力。

條件屈服極限：有些塑性較低的材料沒有明顯的屈服點(diǎn)，難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。故規(guī)定當(dāng)試樣產(chǎn)生0.2%的塑性變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服極限。

零件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)塑性材料采用屈服強(qiáng)度；脆性材料采用抗拉強(qiáng)度。

試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷（N）；試樣的原始橫截面積（mm2）。式中222.塑性塑性指金屬材料在靜載荷作用時(shí)，在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力，反映材料塑性的力學(xué)性能指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率。1）延伸率。指試樣拉斷后其標(biāo)距長(zhǎng)度的相對(duì)伸長(zhǎng)值。即

2）斷面收縮率。指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大相對(duì)收縮值。

試樣斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度；試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度；式中試樣斷裂出的最小橫截面積；試樣的原始橫截面積；式中233.硬度硬度指金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，也是衡量金屬材料軟硬程度的一種力學(xué)性能指標(biāo)。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

1）布氏硬度HBS(HBW)。布氏硬度是在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后，卸除實(shí)驗(yàn)力，在試樣表面形成壓痕，以壓痕球形表面所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值。

布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)力（kgf）；球體直徑（mm）；壓痕平均直徑（mm）。式中24在做布氏試驗(yàn)時(shí)，只需測(cè)量出d值即可從有關(guān)表格上查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為鋼球時(shí)，為HBS，適用于布氏硬度450以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，為HBW，適用于布氏硬度650以下的材料。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，缺點(diǎn)：壓痕大，不適合成品檢驗(yàn)。

2）洛氏硬度。洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為測(cè)量硬度值的依據(jù)。可以直接從洛氏硬度計(jì)的表盤上讀出，它是一個(gè)相對(duì)值，人們規(guī)定每0.002mm壓痕深度為一個(gè)洛氏硬度單位。洛氏硬度用HRA、HRB和HRC來表示。HRC采用頂角為120°的金剛石圓錐體為壓頭，施加150kgf的外力，主要用于淬火鋼等較硬材料的測(cè)定，常用硬度值為20-67HRC；HRA采用外加載荷為60kgf，用于測(cè)量高硬度薄層，常用硬度值為70-85HRA；HRB采用直徑1.588mm的鋼球，100kgf的外加載荷，用于硬度較低的材料，常用硬度值為25-100HRB。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量迅速簡(jiǎn)便，壓痕小，可在成品零件上檢測(cè)。253）維氏硬度HV。測(cè)試的基本原理與布氏硬度相同，但壓頭采用錐面夾角136°的金剛石正四棱錐體，維氏硬度試驗(yàn)所用載荷小，壓痕深度淺，適用于測(cè)量零件薄的表面硬化層的硬度。試驗(yàn)載荷可任意選擇，故可測(cè)硬度范圍寬，工作效率較低。4.疲勞強(qiáng)度1）交變應(yīng)力（周期性應(yīng)力）。應(yīng)力的大小、方向周期性變化。有對(duì)稱周期性應(yīng)力和非對(duì)稱周期性應(yīng)力。2）疲勞。構(gòu)件在低于屈服強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生突然斷裂，而無明顯的塑性變形的現(xiàn)象。263）疲勞曲線。反映承受的交變應(yīng)力與斷裂前的應(yīng)力周期次數(shù)間的關(guān)系曲線，如圖所示。疲勞曲線4）疲勞極限。由圖可見，應(yīng)力愈高，循環(huán)次數(shù)愈少，反之亦然。當(dāng)應(yīng)力低到一定值時(shí)，循環(huán)次數(shù)無窮大，表示材料可經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不失效；此應(yīng)力即為疲勞強(qiáng)度（疲勞極限）。對(duì)稱彎曲疲勞極限用表示；無限次當(dāng)然不是數(shù)學(xué)上的無窮大，只是一個(gè)很大的數(shù)而已，對(duì)于鋼鐵材料為107，有色金屬材料為108

。275.沖擊韌度

指金屬材料抵抗沖擊負(fù)荷的能力，可用擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)來測(cè)定金屬材料的沖擊值。沖擊韌度值可用下式計(jì)算。沖擊韌度（J/cm2）

；沖擊吸收功（J）；擺錘重量（N）；擺錘抬升高度（m）；擺錘沖擊后的高度（m）；試樣缺口底部處橫截面積（cm2）。式中28影響力學(xué)性能的主要因素1、含碳量含碳量越高，強(qiáng)度和硬度越高，但塑性顯著降低。

2、雜質(zhì)元素：有益Si、Mn，有害S、P3、合金元素加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學(xué)性能，并獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。

4、溫度一般，低溫條件下強(qiáng)度有所增加，塑性和沖擊韌性下降，高溫條件下相反。

5、熱處理工藝29工程材料的其他性能物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、套熱性、導(dǎo)電性、磁性化學(xué)性能：耐酸性、抗氧化性、耐腐蝕性工藝性能：鑄造性能、塑性加工性能、焊接性能、切削加工性能301.2金屬的結(jié)晶與二元合金相圖-金屬結(jié)晶過程1、晶胚；2、晶核形成；3、晶核長(zhǎng)大和新的晶核產(chǎn)生；4、晶核長(zhǎng)大；5、所有液態(tài)形成晶核

31結(jié)晶曲線與過冷現(xiàn)象1、理論結(jié)晶溫度2、過冷現(xiàn)象：實(shí)際結(jié)晶過程只有在理論結(jié)晶溫度以下才能進(jìn)行的現(xiàn)象叫過冷現(xiàn)象。32過冷度對(duì)于晶核形成率和成長(zhǎng)速率的影響1、晶體與液體的自由能差（△F），是晶核形成和長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力；2、液體中原子遷移能力或擴(kuò)散系數(shù)（D），是晶核形成和長(zhǎng)大的必須條件。33細(xì)化晶粒方法1.控制過冷度為結(jié)晶過程提供了更多的能量

。2.變質(zhì)處理

在液態(tài)金屬中加入一定變質(zhì)劑（粉末狀、細(xì)顆粒），促進(jìn)形核，以增加晶核數(shù)目或抑制晶粒長(zhǎng)大，從而細(xì)化晶粒。

3.機(jī)械振動(dòng)法（如攪動(dòng)）﹑超聲波振動(dòng)法等。34金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變——在固態(tài)下，隨著溫度的變化，金屬的晶體結(jié)構(gòu)從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程。L1538℃1394℃912℃一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì)—稱為同素異晶性。Fe、Sn、Ti、Mn溫度℃時(shí)間1538℃1394℃912℃體心面心體心Fe35鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變36典型合金-鐵碳合金鐵碳合金中的基本相中有:鐵素體（F）奧氏體(A)滲碳體(Fe3C)37珠光體和萊氏體Ld38五種基本組織的關(guān)系C溶入α-Fe溶入γ-FeFAFe3C與Fe化合P混合LdLd’混合混合39鐵碳合金平衡狀態(tài)圖1、相圖（狀態(tài)圖）2、相圖的組成（1）縱坐標(biāo)：溫度；（2）橫坐標(biāo)：成分；（3）圖中的每一條相變線；（4）每一相變線組成的相區(qū)。40狀態(tài)圖表示合金系的成分、溫度、組織、狀態(tài)之間關(guān)系的圖表。

狀態(tài)圖溫度℃時(shí)間1538℃1394℃912℃體心面心體心1538℃1394℃912℃成分狀態(tài)圖的作用是研究合金的成分、溫度、組織、狀態(tài)之間變化規(guī)律的工具。

41鐵碳相圖中的特性點(diǎn)及意義AESPQGKD70.02C%1148℃1538℃727℃PLAF溫度℃912℃CFe3C6.69FA—純鐵的熔點(diǎn)。D—Fe3C的熔點(diǎn)。

E—C在γ-Fe中的最大溶解度點(diǎn)。1148℃2.11%C鋼和鐵的分界點(diǎn)。Ld42相圖“點(diǎn)”介紹C——共晶點(diǎn)，1148℃4.3%C共晶點(diǎn)——發(fā)生共晶反應(yīng)的點(diǎn)。

共晶反應(yīng)——在一定的溫度下，由一定成分的液體同時(shí)結(jié)晶出一定成分的兩個(gè)固相的反應(yīng)。

共晶反應(yīng)的產(chǎn)物——共晶體——機(jī)械混合物

L（4.3%C）A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C）1148℃Ld

G——純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)。

912℃

P——C在α-Fe中的最大溶解度點(diǎn)。727℃0.02%C43相圖“點(diǎn)”介紹

S—共析點(diǎn)。727℃0.77%℃

共析點(diǎn)—發(fā)生共析反應(yīng)的點(diǎn)。

共析反應(yīng)—在一定的溫度下，由一定成分的固相同時(shí)結(jié)晶出一定成分的另外兩個(gè)固相的反應(yīng)。

共析反應(yīng)的產(chǎn)物—共析體—機(jī)械混合物

A（0.77%C）F（0.002%C）+Fe3C（6.69%C）727℃P44相圖“線”介紹AESPQGKD70.02C%1148℃1538℃Ld727℃PLAF溫度℃912℃CFe3C6.69FAECF線—固相線

ACD線—液相線AE—A析出終了線ECF—共晶線

1148℃AC—析出ACD—析出Fe3CAL+Fe3CL+Fe3CⅡF+AA+A+LdLd+Fe3C45相圖“線”介紹ES線—C在γ-Fe中的溶解度曲線。析出二次Fe3CⅡGS線—溶解度曲線A—FGP線—F析出終了線。PSK線—共析線727℃PQ線—碳在α-Fe中的溶解度曲線。46相圖“區(qū)”介紹（1）單相區(qū)：L、F、A、Fe3C（2）兩相區(qū)：L+A、L+Fe3C、A+F、F+Fe3C（3）三相區(qū)：L+A+Fe3C、A+F+Fe3C47Fe-Fe3C48工業(yè)純鐵、鋼和生鐵的分類、成分及室溫組織49鋼和生鐵相圖轉(zhuǎn)變231LAAL+P1LAAL+A+P+F432F41LL+A+P+Fe3C23AAFe3C1L2LdLd’1LA+L+LdP+Fe3C+Ld’A+Ld+32AFe3C31L2L+Fe3CFe3C+Fe3C+Ld’Ld

共析鋼:亞共析鋼:過共析鋼:

共晶生鐵:亞共晶生鐵:過共晶生鐵:50鐵碳合金平衡狀態(tài)圖51一些顯微圖片鐵素體的顯微組織52一些顯微圖片奧氏體的顯微組織53一些顯微圖片珠光體的顯微組織54一些顯微圖片萊氏體的顯微組織55一些顯微圖片亞共析鋼顯微組織過共析鋼顯微組織56一些顯微圖片亞共晶白口生鐵組織過共晶白口生鐵組織57鐵碳合金的化學(xué)成分、組織和性能的關(guān)系按照鐵碳相圖,鐵碳合金在室溫下的組織都由F和Fe3C兩相組成。隨碳含量的增加,F的量逐漸變少,由100%按直線關(guān)系變至0%(碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%C時(shí));Fe3C的量則逐漸增多,由0%按直線關(guān)系變至100%。在室溫下,碳含量不同時(shí),不僅F和Fe3C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化,而且兩相相互組合的形態(tài)即合金的組織也在變化。合金含碳量組織小于0.0218%組織全部為F等于0.77%C組織全部為P等于4.3%C組織全部為L(zhǎng)d’等于6.69%C組織全部為Fe3C在上述碳含量之間,則為相應(yīng)組織組成物的混合組織。58隨碳含量增大,組織按下列順序變化：FF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+Ld’Ld’Ld'+Fe3CIFe3C59鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用；鑄造工藝方面的應(yīng)用；熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用；熱處理工藝方面的應(yīng)用。601.3鋼的熱處理

熱處理：將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。熱處理的三個(gè)階段：加熱、保溫、冷卻。如圖所示是最基本的熱處理工藝曲線。溫度加熱保溫冷卻時(shí)間

熱處理工藝曲線611.3鋼的熱處理熱處理是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成的。在大多數(shù)熱處理工藝中，鋼加熱的主要目的是獲得奧氏體組織。62奧氏體的形成珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變示意圖（1）奧氏體晶核形成（2）奧氏體晶核長(zhǎng)大（3）殘余滲碳體溶解（4）奧氏體成分均勻化

63奧氏體的粒度加熱溫度、保溫時(shí)間、加熱速度、化學(xué)成分

①碳含量:②合金元素:

64鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)，主要的冷卻方式有兩種:

一種是等溫冷卻，另一種是連續(xù)冷卻。不同冷卻方式示意圖

65過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線(1)碳含量

(2)合金元素

(3)加熱溫度和保溫時(shí)間66珠光體型組織的形成67退火退火，就是將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的實(shí)質(zhì)是將鋼加熱奧氏體化后進(jìn)行珠光體型轉(zhuǎn)變。退火后的組織，對(duì)亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體;對(duì)共析或過共析鋼則是粒狀珠光體?？傊?，退火組織是接近平衡狀態(tài)的組織。①降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。②細(xì)化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織及成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院蟮臒崽幚碜鰷?zhǔn)備。③消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂68正火將鋼加熱到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。由于正火將鋼加熱到完全奧氏體化狀態(tài)，使鋼中原始組織的缺陷基本消除，然后再控制以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，所以正火得到以索氏體為主的組織。正火與退火兩者的目的基本相同，但正火的冷卻速度比退火稍快，故正火鋼組織比較細(xì)，它的強(qiáng)度、硬度比退火鋼高。69淬火鋼的淬火就是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻獲得馬氏體和(或)下貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體(或下貝氏體)型轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，獲得所需的力學(xué)性能。70淬火加熱溫度

在具體選擇鋼的淬火加熱溫度時(shí)，除了遵循一般原則外，還應(yīng)考慮工件的化學(xué)成分、技術(shù)要求、尺寸形狀、原始組織以及加熱設(shè)備、冷卻介質(zhì)等諸多因素的影響，對(duì)加熱溫度予以適當(dāng)調(diào)整。碳鋼的淬火加熱溫度范圍71淬火介質(zhì)生產(chǎn)中實(shí)際使用的淬火介質(zhì)可分為兩大類:

一類是工件在冷卻過程中會(huì)發(fā)生物態(tài)變化的介質(zhì);

另一類是不發(fā)生物態(tài)變化的介質(zhì)。其冷卻特性的不同，直接影響了工件的冷卻速度。鋼在理想淬火介質(zhì)中冷卻速度示意圖72淬火冷卻方法①單液淬火:②雙介質(zhì)淬火:③馬氏體分級(jí)淬火:④下貝氏體等溫淬火:⑤延遲淬火冷卻:⑥局部淬火:⑦深冷處理:常用淬火方法冷卻曲線示意圖

73回火回火就是鋼淬硬后，再加熱到低于Ac1以下的某一溫度，保溫一定的時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康?合理調(diào)整力學(xué)性能，使工件滿足使用要求;穩(wěn)定組織，使工件在使用過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而保證工件的形狀、尺寸不變;降低或消除內(nèi)應(yīng)力，以減少工件的變形并防止開裂。淬火鋼回火時(shí)力學(xué)性能總的變化趨勢(shì)是：隨著回火溫度的上升，硬度、強(qiáng)度降低，塑性、韌性升高。74回火對(duì)淬火鋼硬度的影響不同碳含量的碳鋼回火溫度與硬度的關(guān)系75回火對(duì)鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性的影響76鋼的表面熱處理感應(yīng)加熱示意圖77感應(yīng)加熱表面淬火后的組織及性能①感應(yīng)加熱表面淬火后的組織:②感應(yīng)加熱表面淬火后的力學(xué)性能:●硬度:●疲勞強(qiáng)度:●耐磨性:淬火鋼感應(yīng)加熱表面淬火后的組織、硬度與加熱溫度之間關(guān)系78鋼的化學(xué)熱處理滲碳

(1)滲碳概述

(2)氣體滲碳

(3)滲碳后的熱處理及其性能

①滲碳后的熱處理:②滲碳淬火后的組織:

一類是從表面到心部組織依次為馬氏體+殘余奧氏體→馬氏體→心部組織;

另一類是馬氏體+殘余奧氏體+碳化物→馬氏體+殘余奧氏體→馬氏體→心部組織。

79滲氮?dú)怏w滲氮工藝曲線801.4常用工程材料機(jī)械工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬鋼有色金屬鑄鐵合金鋼無機(jī)非金屬材料有機(jī)材料塑料橡膠陶瓷合成纖維鋁合金銅合金其他有色合金81常用金屬材料-碳素鋼1）按鋼的含碳量分類：

低碳鋼中碳鋼高碳鋼2）按鋼的質(zhì)量分類：有害雜質(zhì)硫、磷的含量普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼1.分類82碳素鋼3）按用途分為：

碳素結(jié)構(gòu)鋼：

制造各種機(jī)器零件及工程構(gòu)件，大都是低碳鋼、中碳鋼，屬普通碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼。

碳素工具鋼：

制造各種刃具、量具和模具等，大都是高碳鋼，屬優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。4）按冶煉時(shí)脫氧程度的不同分類沸騰鋼：不脫氧的鋼；鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧鋼；半鎮(zhèn)靜鋼：半脫氧鋼。

5）按金相組織分亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼。83碳素鋼2.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼含碳量在0.06%～0.38%之間，硫、磷含量較高，在供應(yīng)狀態(tài)下使用，不需熱處理。常用于一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件。其牌號(hào)（表示方法）由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(A、B、C、D)和脫氧方法符號(hào)(F、b、Z、TZ)組成。如Q235--A·F，表示其屈服點(diǎn)為235MPa，質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)，沸騰鋼。3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按化學(xué)成分和力學(xué)性能供應(yīng)，雜質(zhì)含量少，表面質(zhì)量、組織結(jié)構(gòu)的均勻性較好，需經(jīng)熱處理，用于重要的零件。其牌號(hào)采用兩位數(shù)字來表示，表示該鋼號(hào)的平均含碳量的萬分之幾。根據(jù)含錳量不同分為普通含錳量（0.25%～0.8%）和較高含錳量（0.75%～1.2%）兩種，后者加“Mn”，如20鋼為含碳0.2%，65Mn為含碳0.65%，較高含錳量。84合金鋼1.分類合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼建筑及工程用鋼或構(gòu)件用鋼機(jī)器制造用鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼刃具鋼模具鋼量具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼磁鋼1）按用途分:85合金鋼2）按合金元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分：3）按所含合金元素種類分為：鉻鋼、錳鋼、鎳鋼、鉻錳鋼、硅錳鋼等。4）按金相組織分為：珠光體鋼、馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼。

低合金鋼（合金元素總含量<5%）中合金鋼（合金元素總含量5%-10%）高合金鋼（合金元素總含量>10%）86合金鋼1）低合金結(jié)構(gòu)鋼。Q+×××+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)，如Q345C；Q表示屈服點(diǎn)的“屈”，345表示屈服點(diǎn)數(shù)值，C表示質(zhì)量等級(jí)，有A、B、C、D、E五個(gè)等級(jí)。

2）合金結(jié)構(gòu)鋼。數(shù)字+化學(xué)元素符號(hào)+數(shù)字，前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以萬分之幾表示，后面數(shù)字表示該合金元素的平均含量，以百分之幾表示，但低于1.5%時(shí)不標(biāo)。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在最后加“A”字，如60Si2Mn，滾動(dòng)軸承鋼，GCr15SiMn。4）特殊性能鋼。數(shù)字+化學(xué)元素符號(hào)+數(shù)字。前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以千分之幾表示，但當(dāng)平均含碳量小于等于0.03%時(shí)標(biāo)為00，小于等于0.08%時(shí)標(biāo)為0，如2Cr13。

3）合金工具。數(shù)字+化學(xué)元素符號(hào)+數(shù)字。前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以千分之幾表示，但高于1.0%時(shí)不標(biāo)，高速鋼例外，其低于1.0%時(shí)也不標(biāo)，其余同合金結(jié)構(gòu)鋼，如5CrMnMo。

87鑄鐵鑄鐵含碳量大于2.11%的鐵碳合金，一般含碳量2.5%～4.0%，含有較多的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。

1）白口鑄鐵。即生鐵,碳除少量溶于鐵素體外，絕大部分以滲碳體形式存在，其斷口呈銀白色。特點(diǎn)是硬和脆，難以加工，但耐磨。一般不直接用來制造機(jī)器零件，常用作煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵件。

2）灰鑄鐵。碳主要以自由狀態(tài)的片狀石墨形態(tài)存在，斷口為暗灰色。強(qiáng)度低，塑性差，但易切削，減摩消振性好，且鑄造性能好，應(yīng)用最廣泛。

3）可鍛鑄鐵。碳主要以團(tuán)絮狀石墨形態(tài)存在，因而有較高的塑性和韌性。用于受沖擊和振動(dòng)的薄壁小件?？慑戣T鐵由白口鑄鐵經(jīng)高溫退火處理獲得。

4）球墨鑄鐵。鐵液在澆注前經(jīng)球化處理，碳大部分或全部以自由狀態(tài)的球狀石墨存在，有時(shí)出現(xiàn)少量團(tuán)絮狀。強(qiáng)度、塑性均高于可鍛鑄鐵，抗拉強(qiáng)度甚至高于碳鋼。

88鑄鋼1）鑄鋼件。將鋼液直接鑄成零件毛坯，以后不再進(jìn)行鍛造的鋼件。常用于要求較高而復(fù)雜的零件。

2）含碳量。鑄造碳鋼的含碳量在0.20%～0.60%之間，含碳量太高則塑性差，易冷裂，硫、磷含量在0.040%以下。

3）牌號(hào)?！癦G+兩組數(shù)字”表示，數(shù)字分別表示最低屈服點(diǎn)和最低抗拉強(qiáng)度的值。如ZG200-400

。89有色金屬純銅的性能特點(diǎn)：具有很高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，僅次于銀；化學(xué)穩(wěn)定性高，抗大氣腐蝕性好，無磁性，塑性好，但強(qiáng)度低。

工業(yè)生產(chǎn)中通常稱鐵和鐵基合金為黑色金屬，而把鐵和鐵基合金以外的金屬稱為有色金屬。1.銅及銅合金銅及其合金是人類應(yīng)用最早的金屬，目前工業(yè)上使用的主要有工業(yè)純銅、黃銅、青銅。1）工業(yè)純銅。純銅呈玫瑰紅色，因表面經(jīng)常形成一層紫紅色的氧化物，俗稱紫銅，電解銅。其熔點(diǎn)為10830C，密度為8.96g/cm3，為面心立方晶格。

90銅1）純銅T+順序號(hào)，T1,T2,T3,T4；序號(hào)越大，純度越低。

2）黃銅以鋅為主要合金元素的銅基合金。它具有良好的力學(xué)性能、加工成形性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，價(jià)格較低，是重有色金屬中應(yīng)用最廣的金屬材料?？煞譃槠胀ê吞厥恻S銅兩類，按加工方式分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅。3）青銅除黃銅、白銅以外的銅合金均稱為青銅。工業(yè)上常用的有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。一般都有高的耐蝕性、較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及良好的切削加工性。分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。前者的代號(hào)為Q+第一個(gè)主加元素的化學(xué)符號(hào)及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)-數(shù)字（其它合金元素的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)），如QSn4-3表示含錫4%，含鋅3%，后者的代號(hào)為ZCu+合金元素1的化學(xué)符號(hào)及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)+合金元素2及其名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)+……如ZCuSn10Zn2.91鋁和鋁合金1）工業(yè)純鋁。其熔點(diǎn)為660.370C，密度為2.7g/cm3，為面心立方晶格，呈銀白色。強(qiáng)度（=80—100MPa）和硬度(20HBS)很低，塑性(=80%)很高，有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性。工業(yè)純鋁為L(zhǎng)1-L7，其順序數(shù)越大，純度越低。2）鋁合金。由于純鋁的強(qiáng)度低，不宜作承力結(jié)構(gòu)材料，向純鋁中加入適量的硅、銅、鎂、鋅、錳等元素，通過固溶強(qiáng)化，沉淀硬化及組織強(qiáng)化，而得到的高強(qiáng)度合金。鋁合金的分類：根據(jù)鋁合金的成分以及生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，鋁合金可分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。鋁合金的一般類型相圖如圖1-28所示，在D點(diǎn)以左的合金，在加熱到DF線以