學(xué)習(xí)單元二鋼鐵材料

學(xué)習(xí)單元二鋼鐵材料學(xué)習(xí)任務(wù)一金屬晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶2020/12/1812020/12/1822020/12/183大多數(shù)金屬為銀白色大多數(shù)金屬為固體大多數(shù)金屬有光澤大多數(shù)金屬熔沸點(diǎn)高大多數(shù)金屬能導(dǎo)電導(dǎo)熱大多數(shù)金屬有延展性銅（紫紅色）金（黃色）汞（液態(tài)）2020/12/184主頁(yè)前進(jìn)后退物理性質(zhì)物理性質(zhì)比較導(dǎo)電性（以銀的導(dǎo)電性為100作標(biāo)準(zhǔn)）密度（g·cm-3）熔點(diǎn)(℃)硬度（以金剛石的硬度為10作標(biāo)準(zhǔn)）銀銅金鋁鋅鐵鉛10099746127177.9（優(yōu)）（良）金鉛銀銅鐵鋅鋁19.311.310.58.927.867.142.70（大）（?。╂u鐵銅金銀鋁錫3410153510831064962660232（高）（低）鉻鐵銀銅金鋁鉛94~52.5~42.5~32.5~32~2.91.5（大）（?。?020/12/185金屬之最地殼中含量最高的金屬元素──目前世界年產(chǎn)量最高的金屬──導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬──人體中含量最高的金屬元素──熔點(diǎn)最高的金屬──熔點(diǎn)最低的金屬──你知道嗎？鋁鈣鐵銀鎢汞2020/12/186

根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)和表中提供的信息，并查閱有關(guān)資料分析下列問(wèn)題。1、為什么菜刀、鐮刀、錘子等用鐵制而不用鉛制？2、銀的導(dǎo)電性比銅好，為什么電線一般用銅制而不用銀制？3、為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？如果用錫制的話，可能出現(xiàn)什么情況？4、為什么有的鐵制品如水龍頭等要鍍鉻？如果鍍金怎么樣？2020/12/187使用是否便利資源廢料是否易于回收價(jià)格是否美觀對(duì)環(huán)境的影響

考慮物質(zhì)的用途時(shí)，需要考慮那些因素？2020/12/188資源豐富無(wú)毒輕便耐磨耐腐蝕美觀、易加工2020/12/189第一節(jié)晶體的基本知識(shí)一、晶體與非晶體晶體：原子（或分子）在三維空間按一定的幾何規(guī)律作周期性地排列的物體非晶體：原子（或分子）在三維空間無(wú)規(guī)則排列的物體

2020/12/1810性能上的區(qū)別：2020/12/1811二、晶格、晶胞和晶格常數(shù)晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子規(guī)則排列的方式晶格：通過(guò)原子中心劃出許多空間直線，由這些直線形成的空間格架晶胞：反映晶格特征最小組成單元晶格常數(shù)：描述晶胞幾何特征的參數(shù)棱長(zhǎng)：a、b、c

夾角：α、β、γ2020/12/1812第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、金屬的特性和金屬鍵金屬晶體是金屬鍵結(jié)合除晶體共有的特征外，還具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和塑性

2020/12/1813二、金屬中常見(jiàn)的晶格要求：能夠畫(huà)出體心立方晶格和面心立方晶格2020/12/1814第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第三節(jié)合金的晶體結(jié)構(gòu)一、幾個(gè)重要的概念合金——由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)，如鋁合金、鎂合金組元——組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)，可以是純?cè)鼗蛘叻€(wěn)定的化合物二元合金——由兩個(gè)組元構(gòu)成的合金,如鐵碳合金相——合金中具有同一化學(xué)成分且結(jié)構(gòu)相同，并有界面與其它部分分開(kāi)的均勻部分2020/12/1815二、合金的相結(jié)構(gòu)合金中的基本相：固溶體和金屬化合物（一）固溶體：合金在固態(tài)下，組元間仍能互相溶解而形成的均勻相1、分類間隙固溶體：溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格各結(jié)點(diǎn)間的空隙中（有限固溶體）置換固溶體：溶質(zhì)原子取代溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)上的原子間隙固溶體置換固溶體2020/12/18162、固溶體的性能固溶強(qiáng)化:通過(guò)溶入溶質(zhì)元素形成固溶體，使金屬材料的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。溶質(zhì)原子溶入形成合金→固溶體晶格畸變→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→滑移變形困難→強(qiáng)度硬度↑但同時(shí)塑性韌性↓

這是提高金屬材料力學(xué)性能的重要途徑之一2020/12/1817（二）金屬化合物:兩組元相互作用化合形成的新相，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，晶格類型與組成化合物各組元的晶格類型完全不同，可用化學(xué)分子式表示1、分類（1）正常價(jià)化合物（2）電子化合物（3）間隙化合物2、性能：熔點(diǎn)高，性能硬而脆彌散強(qiáng)化：當(dāng)金屬化合物呈細(xì)小顆粒均勻分布在固溶體基體上時(shí)，將使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性明顯提高的現(xiàn)象常見(jiàn)的是鐵和碳的化合物，如Fe3C2020/12/1818第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第四節(jié)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)理想晶體+晶體缺陷——實(shí)際晶體實(shí)際晶體——單晶體和多晶體一、多晶體與亞組織單晶體：晶體內(nèi)部晶格位向完全一致，各向異性多晶體：由許多晶粒組成的晶體，各向同性（多晶體中各晶粒位向不同，表現(xiàn)出它們的平均性能——各向同性）一般金屬材料都是多晶體亞組織：晶粒內(nèi)部存在的許多尺寸更小、位向差也很小的小晶塊。相鄰亞組織間的邊界稱為亞晶界2020/12/1819二、晶體的缺陷2020/12/1820點(diǎn)缺陷造成局部晶格畸變，使晶體性能發(fā)生改變，如強(qiáng)度、硬度和電阻增加（一）點(diǎn)缺陷——空位和間隙原子空位：晶格中沒(méi)有原子的結(jié)點(diǎn)，如2、4、5間隙原子：位于晶格間隙中的原子，如32020/12/1821金屬材料在高強(qiáng)度下，具有塑性變形能力，就是因?yàn)闀?huì)發(fā)生位錯(cuò)（二）線缺陷——位錯(cuò)位錯(cuò)：晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象刃型位錯(cuò)：晶體的一部分相對(duì)另一部分出現(xiàn)一個(gè)多余的原子面2020/12/1822線缺陷——位錯(cuò)2020/12/1823金屬材料在高強(qiáng)度下，具有塑性變形能力，就是因?yàn)闀?huì)發(fā)生位錯(cuò)（三）面缺陷——晶界和亞晶界晶界：晶粒與晶粒之間的接觸界面亞晶界：相鄰亞組織間的邊界2020/12/1824學(xué)習(xí)任務(wù)二

碳鋼、合金鋼、鑄鐵1.能正確識(shí)別汽車(chē)上使用的碳鋼件、合金鋼件及鑄鐵件2.了解碳鋼、合金鋼及鑄鐵的性能2020/12/1825金屬材料是汽車(chē)用材的主體，單單以重量而言，金屬材料就占到全車(chē)的65％－80％，但是金屬材料的種類有成千上萬(wàn)，怎么才能從中挑選出所需要的材料用來(lái)制造相應(yīng)的零件呢？汽車(chē)上的金屬零件2020/12/18261制造零件選取相應(yīng)的材料需要了解以下內(nèi)容：

零件的主要性能要求2所選用材料的主要特性3影響材料性能的主要因素4材料的大致加工工藝2020/12/18271．碳鋼

碳鋼通常指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的鐵碳合金。因其冶煉方便，加工容易，價(jià)格便宜，性能可以滿足一般工程使用要求，所以是汽車(chē)工業(yè)用材的主體，占汽車(chē)用材總量的3/4左右。一、碳鋼（1－1）2020/12/18281.碳鋼的分類①按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分：低碳鋼——碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為WC≤0.25%的鋼；中碳鋼——碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%＜WC＜0.60%的鋼；高碳鋼——碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為WC＞0.60%的鋼。一、碳鋼（1－2）2020/12/1829②按材質(zhì)(主要根據(jù)硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù))分：普通鋼——WS＜0.055%，WP＜0.045%；優(yōu)質(zhì)鋼——WS＜0.040%，WP＜0.040%；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼——WS＜0.030%，WP＜0.035%；特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼——WS＜0.025%，WP＜0.030%。一、碳鋼（1－3）2020/12/1830③按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機(jī)器零件和工程結(jié)構(gòu)件。多為低碳鋼和中碳鋼。碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具和模具。多為高碳鋼。④按冶煉方法分：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼。⑤按煉鋼的脫氧程度分：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和

半鎮(zhèn)靜鋼。一、碳鋼（1－4）2020/12/18312.汽車(chē)常用碳鋼①普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼主要保證機(jī)械性能，故其牌號(hào)體現(xiàn)其機(jī)械性能。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用“Q+數(shù)字”表示，其中“Q”為屈服點(diǎn)“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示屈服強(qiáng)度的數(shù)值。例如：Q275表示屈服強(qiáng)度為275MPa。一、碳鋼（1－5）2020/12/1832

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼成分及性能特點(diǎn)成分特點(diǎn)：

雜質(zhì)和非金屬夾雜物較多性能特點(diǎn)：

冶煉容易，工藝性好，價(jià)格便宜，產(chǎn)量大常用牌號(hào)和用途牌號(hào):Q215-A.FQ235Q255

牌號(hào)解釋:Q215表示屈服點(diǎn)為215MPa的A級(jí)沸騰鋼。2020/12/1833普通碳素結(jié)構(gòu)鋼用途

廠房2020/12/1834普通碳素結(jié)構(gòu)鋼鉚釘2020/12/1835普通碳素結(jié)構(gòu)鋼套環(huán)2020/12/1836普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼軌2020/12/1837優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用途

法蘭盤(pán)2020/12/1838優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

曲軸2020/12/1839優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

螺旋彈簧2020/12/1840普通碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車(chē)零件中的應(yīng)用一、碳鋼（1－6）輪輻消聲器輪輞2020/12/1841②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼必須保證鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能。根據(jù)化學(xué)成分不同，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼又分為普通含錳鋼和較高含錳鋼兩類。一、碳鋼（1－7）2020/12/1842優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼成分及性能特點(diǎn)成分特點(diǎn):

含硫，磷及非金屬夾雜物量較少性能特點(diǎn)：低碳鋼強(qiáng)度，硬度較低，塑性，韌性及焊接性良好；中碳鋼較高的強(qiáng)度，硬度，其塑性和韌性隨含碳量的增加而逐步降低高碳鋼較高的強(qiáng)度，硬度和彈性，但焊接性不好常用牌號(hào)和用途牌號(hào)：08F204560Mn牌號(hào)解釋：08F表示平均含碳量0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,沸騰鋼。20表示平均含碳量0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.60Mn表示平均含碳量0.60%的高錳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.2020/12/1843碳素工具鋼成分及性能特點(diǎn)成分特點(diǎn):

含碳量高,硫，磷及非金屬夾雜物量較少性能特點(diǎn)：

鋼強(qiáng)度，硬度高，淬透性低,加工性良好，價(jià)格低廉常用牌號(hào)和用途牌號(hào)：T8T10AT12牌號(hào)解釋：T8表示平均含碳量0.8%的碳素工具鋼。

T10A表示平均含碳量1.0%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼.

2020/12/1844碳素工具鋼用途

模具2020/12/1845碳素工具鋼

絲錐2020/12/1846碳素工具鋼

銼刀2020/12/1847碳素鑄鋼在汽車(chē)零件中的應(yīng)用一、碳鋼（1－11）化油器齒輪2020/12/1848根據(jù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱處理和用途的不同，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼還可分為以下三類。滲碳鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%~0.25%；

調(diào)質(zhì)鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%~0.50%；

彈簧鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55%~0.9%。一、碳鋼（1－8）2020/12/1849優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在汽車(chē)零件中的應(yīng)用一、碳鋼（1－9）油底殼機(jī)油泵齒輪凸輪軸2020/12/1850③碳素鑄鋼鑄鋼能制造形狀復(fù)雜的零件，而鍛造件則無(wú)法做到，所以汽車(chē)上許多零件是用鑄鋼鑄造而成的。鑄鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.15%－0.6%之間，使用前應(yīng)進(jìn)行熱處理改善性能。一、碳鋼（1－10）2020/12/1851鑄造碳鋼

成分及性能特點(diǎn)成分特點(diǎn):以碳為主要合金元素并含有少量其他元素性能特點(diǎn)：較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，成本較低常用牌號(hào)和用途牌號(hào)：ZG200-400ZG200-400ZG270-500ZG310-570

牌號(hào)解釋：ZG200-400表示屈服強(qiáng)度不小于200MPa,抗拉強(qiáng)度不小于400MPa的鑄造碳鋼.2020/12/1852鑄造碳鋼用途

機(jī)座2020/12/1853鑄造碳鋼

連桿2020/12/1854鑄造碳鋼

大齒輪2020/12/1855問(wèn)題

選擇適當(dāng)?shù)闹圃觳牧?020/12/1856齒輪受力情況：工作時(shí)齒表面承受較大的壓力和摩擦，齒部還承受較大的交變應(yīng)力和沖擊力性能要求：較高強(qiáng)度，硬度，優(yōu)良的綜合力學(xué)性能材料選擇：含碳量適當(dāng)?shù)奶妓劁撝圃?/p>

葉片受力情況：承受較小的沖擊載荷和磨檫力性能要求：要求一般的強(qiáng)度，硬度材料選擇：含碳量適當(dāng)?shù)奶妓劁撝圃?/p>

銼刀受力情況：承受較大的磨檫力性能要求：要求高的硬度，耐磨性材料選擇：含碳量較高的碳素鋼制造分析2020/12/1857碳素鋼齒輪選材：中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼如55鋼

任務(wù)實(shí)施

葉片選材：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼如Q195

銼刀選材：碳素工具鋼如T122020/12/1858碳素鋼

小結(jié)碳素鋼的分類按鋼的含碳量分低碳鋼中碳鋼高碳鋼按鋼的質(zhì)量分普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按鋼的用途分結(jié)構(gòu)鋼工具鋼按冶煉時(shí)脫氧程度的不同分沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼分類

牌號(hào)

主要用途

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

Q235-A.F廠房、船舶、橋梁建筑結(jié)構(gòu)或受力不大零件優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

4508重要機(jī)械零件如法蘭盤(pán),齒輪等碳素工具鋼

T10T12制造刀具,量具,模具等鑄造碳鋼

ZG200-400制造形狀復(fù)雜力學(xué)性能要求較高的零件2020/12/1859

碳素鋼作業(yè)解釋下列牌號(hào)并各舉一例說(shuō)明主要用途。

Q215–A.F2040MnT12ZG200-400為下列構(gòu)件選擇合適的制造材料構(gòu)件名稱材料牌號(hào)齒輪機(jī)座銼刀葉片彈簧2020/12/1860

所謂合金鋼，就是在碳鋼的基礎(chǔ)上，為了獲得某種特定的性能，有目的地加入一種或多種元素的鋼。加入的元素稱為合金元素。二、合金鋼（2－1）1.合金元素對(duì)鋼性能的影響含碳量低的鋼加入鉻能提高強(qiáng)度和硬度；

含鎳在6%以下時(shí)能使鋼具有高強(qiáng)度和高的韌度；

含錳量在2%以下時(shí)，就能使鋼的強(qiáng)度顯著提高，而且有一定的韌度；

硅能提高鋼的強(qiáng)度、硬度、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性和抗氧化性。2020/12/1861鎢能提高鋼的強(qiáng)度及耐磨性，使鋼具有良好的熱硬性；

釩能使鋼的強(qiáng)度和韌度同時(shí)提高，并提高鋼的耐磨性和回火穩(wěn)定性；

鋁能提高鋼的抗氧化性能。

氮能提高鋼的硬度和耐熱性；

鈦能提高鋼的強(qiáng)度，硬度和耐磨性，對(duì)塑性影響較??；

稀土元素對(duì)冶煉和鑄造有良好的作用，還能提高鋼的塑性和韌度，改善鋼的特殊性能(耐熱、耐蝕、抗氧化等)。二、合金鋼（2－2）2020/12/18622.合金鋼的分類及應(yīng)用①分類：按用途分：合金結(jié)構(gòu)鋼：用來(lái)制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)合金工具鋼：用來(lái)制造各種重要的工具和量具、刃具

特殊性能鋼：用來(lái)制造有特殊性能要求的結(jié)構(gòu)件和機(jī)

器零件二、合金鋼（2－3）2020/12/1863按合金元素的含量分為：低合金鋼——合金元素總含量小于5%中合金鋼——合金元素的總含量為5%－10%高合金鋼——合金元素的總含量大于10%按用途分為：

合金鋼可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具

鋼和特殊性能鋼三類二、合金鋼（2－4）2020/12/1864②應(yīng)用

合金結(jié)構(gòu)鋼在汽車(chē)上應(yīng)用廣泛，主要是在優(yōu)質(zhì)或高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量合金元素的鋼。它主要用于制造各種重要的機(jī)器零件和受力工程結(jié)構(gòu)，要求它有較高的機(jī)械性能和較好的加工工藝性能。二、合金鋼（2－5）2020/12/1865合金鋼在汽車(chē)零件中的應(yīng)用二、合金鋼（2－6）保險(xiǎn)杠氣門(mén)氣門(mén)彈簧2020/12/1866●低合金結(jié)構(gòu)鋼(GB1591-1988)低合金結(jié)構(gòu)鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在0.1%－0.25%之間，所加入的合金元素不大于3%。

低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點(diǎn)為低碳、低合金。

這類鋼具有良好的塑性、韌度、焊接性及較好的耐磨性和耐蝕性。

主要用于制造工程結(jié)構(gòu)如汽車(chē)大梁、船舶、車(chē)輛、壓力容器和建筑結(jié)構(gòu)橋梁及各種焊接構(gòu)件。

一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用。二、合金鋼（2－7）2020/12/1867●合金滲碳鋼(GB3077-1988)合金滲碳鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在0.1%－0.25%之間，合金滲碳鋼是在滲碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一定量的合金元素而形成的。合金滲碳鋼提高零件抵抗沖擊載荷的能力；使工件在滲碳后可直接淬火，還能提高耐磨性。合金滲碳鋼與碳鋼滲碳件相比，具有工藝性能好、使用性能高的特點(diǎn)。二、合金鋼（2－8）2020/12/1868●合金調(diào)質(zhì)鋼(GB3077-1988)

合金調(diào)質(zhì)鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在0.25%－0.50%之間，合金調(diào)質(zhì)鋼是在調(diào)質(zhì)鋼中加入一定量的合金元素而形成的。合金調(diào)質(zhì)鋼零件具有高而均勻的綜合力學(xué)性能。二、合金鋼（2－9）2020/12/1869●合金彈簧鋼(GB1222-1984)合金彈簧鋼的碳質(zhì)分?jǐn)?shù)比合金調(diào)質(zhì)鋼的高，一般在0.46%－0.70%之間。

在彈簧鋼中加入合金元素即形成了合金彈簧鋼。提高零件彈性、鋼的淬透性，提高鋼的彈性極限和屈強(qiáng)比。二、合金鋼（2－10）2020/12/1870軸承●滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼是用來(lái)制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外圈的專用鋼。必須具有高的硬度和耐磨性，高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌度和抗蝕性。二、合金鋼（2－11）2020/12/1871②灰口鑄鐵

有一定的機(jī)械性能和良好的切削加工性。③可鍛鑄鐵

主要用于要求韌度較好的薄壁類零件。④球墨鑄鐵

球墨鑄鐵的強(qiáng)度和韌度比灰口鑄鐵、可鍛鑄

鐵高，可代替鋼材制造某些重要的機(jī)械零件。三、鑄鐵（3－1）1.鑄鐵的組織特征和分類①白口鑄鐵

為了得到表層的高硬度和耐磨性，常用激冷

的方法使表層獲得白口鑄鐵的組織而心部由

于冷卻速度較慢仍為灰口鑄鐵組織。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.11%－6.69%的鐵碳合金稱為鑄鐵。

在汽車(chē)上約50%－70%的金屬材料為鑄鐵。2020/12/18722.鑄鐵的特性

鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌度遠(yuǎn)不如鋼。當(dāng)鑄鐵承受壓縮載荷時(shí)，具有較高的抗壓強(qiáng)度。

石墨的存在固然降低了鑄鐵的力學(xué)性能，但給鑄鐵帶來(lái)了一系列良好的其他性能如：優(yōu)良的鑄造性能;良好的切削加工性;較好的耐磨性和減震性;較低的缺口敏感性。三、鑄鐵（3－2）2020/12/18733.常用鑄鐵

①灰口鑄鐵：灰口鑄鐵良好的切削加工性、較高的耐磨性、減振性、低的缺口敏感性，且價(jià)格低廉。

三、鑄鐵（3－3）飛輪

汽缸蓋

灰口鑄鐵在汽車(chē)零件中的應(yīng)用2020/12/1874

②球墨鑄鐵：球墨鑄鐵的力學(xué)性能較高，在抗拉強(qiáng)度、屈服比、疲勞強(qiáng)度等方面都可以與鋼媲美(沖擊韌度則不如鋼)。

球墨鑄鐵具有灰鑄鐵的許多優(yōu)點(diǎn)，如良好的減振性、耐磨性、低的缺口敏感性等，都是鋼所不及的;且價(jià)格又比鋼便宜。

三、鑄鐵（3－4）曲軸

球墨鑄鐵在汽車(chē)零件中的應(yīng)用2020/12/1875③可鍛鑄鐵：一種具有團(tuán)絮狀石墨的高強(qiáng)度鑄鐵。其因塑性優(yōu)于灰鑄鐵而得名，實(shí)際上并不能進(jìn)行鍛造加工。④蠕墨鑄鐵：用蠕墨鑄鐵制造的制動(dòng)鼓的使用壽命比灰鑄鐵的高3倍多。三、鑄鐵（3－5）減速器殼體2020/12/1876⑤合金鑄鐵：在灰口鑄鐵或球墨鑄鐵中地加入一定量的合金元素的鑄鐵稱為合金鑄鐵。

加入合金元素后可使鑄鐵具有耐熱、耐酸或耐磨的特殊性能。

三、鑄鐵（3－6）2020/12/1877由于合金鑄鐵加工工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，具有良好的使用性能，所以運(yùn)用很廣泛，但合金鑄鐵有較大的脆性和較低的機(jī)械性能。三、鑄鐵（3－7）活塞環(huán)

汽缸套

鑄鐵在汽車(chē)零件中的應(yīng)用2020/12/1878一、選擇題1．碳鋼通常指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于（）的鐵碳合金。（A）1.11%（B）2.11%（C）3.11%2．含碳量低的鋼加入鉻能提高（）和（）。（A）強(qiáng)度和硬度

（B）塑性和韌度；

（C）耐蝕性和抗氧化性

3．碳素結(jié)構(gòu)鋼有（

），碳素工具鋼有（

），優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有（

）。（A）Q235-A（B）Q235-B（C）40（D）78（E）T12A二、填空題1.齒輪材料主要性能要求：具有

，尤其是彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。齒心應(yīng)有足夠的

，以防止輪齒受

時(shí)斷裂。2.合金滲碳鋼碳質(zhì)分?jǐn)?shù)在

之間，合金滲碳鋼是在滲碳鋼的基礎(chǔ)上，加入一定量的

而形成的。3．QT500-05牌號(hào)中，QT表示

，數(shù)字500表示

，數(shù)字05表示

。三、問(wèn)答題1.碳鋼中常存元素對(duì)碳鋼性能有何影響？2.合金鋼如何分類？3.鑄鐵具有哪些特性？2020/12/1879學(xué)習(xí)任務(wù)三

鋼的熱處理1.知道碳鋼的性能、類型及在汽車(chē)的應(yīng)用2.了解碳鋼的熱處理類型2020/12/1880

將固態(tài)金屬或合金（固態(tài)鋼件）通過(guò)加熱、保溫和冷卻的工藝方法，使合金（鋼件）的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。什么叫熱處理？為什么要熱處理？

改變零件或毛坯的內(nèi)部組織和力學(xué)性能，而不改變其形狀和尺寸。（1）提高鋼的力學(xué)性能（2）改善鋼的工藝性能熱處理的理論依據(jù)：鐵碳相圖2020/12/1881熱處理方法熱處理普通熱處理表面熱處理特殊熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理火焰加熱感應(yīng)加熱(高、中、低頻)滲碳氮化碳氮共滲其他形變真空其他2020/12/1882一、鋼的退火和正火退火：將鋼加熱保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中緩慢冷卻。退火目的：1、退火細(xì)化晶粒，改善組織，提高鋼的塑性和韌性；降低鋼的硬度，提高切削性能；消除、減少內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸；消除阻止缺陷，使成分均勻化，為下一道熱處理工序（如淬火）作準(zhǔn)備。鋼的常用熱處理工藝2020/12/1883退火種類：

表5-3退火和正火的熱處理工藝熱處理名稱熱處理工藝熱處理后的組織應(yīng)用場(chǎng)合目的完全退火將亞共析碳鋼加熱到Ac3以上30～50℃，保溫，隨爐緩冷到600℃以下，出爐空冷鐵素體＋珠光體用于亞共析碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以便于隨后的切削加工。等溫退火將奧氏體化后的鋼快冷至珠光體形成溫度，等溫保溫，使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，空冷至室溫。鐵素體＋珠光體用于奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼與完全退火相同，但所需時(shí)間可縮短一半，且組織也較均勻2020/12/1884表5-3退火和正火的熱處理工藝（續(xù)）熱處理名稱熱處理工藝熱處理后的組織應(yīng)用場(chǎng)合目的球化退火將過(guò)共析碳鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫2～4h，使片狀滲碳體發(fā)生不完全溶解斷開(kāi)成細(xì)小的鏈狀或點(diǎn)狀，形成均勻的顆粒狀滲碳體鐵素體基體上均勻分布的粒狀滲碳體組織---球狀珠光體用于共析鋼、過(guò)共析鋼和合金工具鋼降低硬度、改善切削加工性能；獲得均勻組織，為以后的淬火作組織準(zhǔn)備均勻化退火將工件加熱到Ac3或Accm以上150-300℃，保溫10～15h，隨爐緩冷到350℃，再出爐空冷。工件經(jīng)均勻化退火后，奧氏體晶粒十分粗大，必須進(jìn)行一次完全退火或正火來(lái)細(xì)化晶粒，消除過(guò)熱缺陷用于高質(zhì)量要求的優(yōu)質(zhì)高合金鋼的鑄錠和成分偏析嚴(yán)重的合金鋼鑄件高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫，使原子充分?jǐn)U散，消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化去應(yīng)力退火將工件隨爐緩慢加熱到500～650℃，保溫，隨爐緩慢冷卻至200℃出爐空冷組織無(wú)變化用于鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機(jī)加工件消除殘余內(nèi)應(yīng)力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開(kāi)裂2020/12/1885T10鋼球化退火組織(化染)5002020/12/18862、正火方法：加熱到Ac3或Accm以上30～50℃保溫，在空氣中冷卻。目的：細(xì)化晶粒，并使組織均勻化，提高低碳鋼工件的硬度和切削加工性能；消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀碳化物，為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備。退火與正火的主要區(qū)別：正火的冷卻速度比退火稍快些應(yīng)用范圍:1.預(yù)備熱處理:調(diào)整低、中碳鋼的硬度;消除過(guò)共析鋼中的Fe3CⅡ。2.最終熱處理:用于力學(xué)性能要求不高的普通零件。2020/12/18873、正火與退火的選擇圖5-14幾種退火和正火的加熱溫度范圍及工藝曲線示意圖2020/12/18883、正火與退火的選擇（1）從使用性能上考慮：（2）從切削加工性上考慮：低碳鋼用正火，高碳鋼和工具鋼采用退火（3）從作用上考慮：過(guò)共析鋼在球化退火之前往往要先進(jìn)行一次正火，以抑制網(wǎng)狀二次滲碳體的形成。（4）從經(jīng)濟(jì)上考慮優(yōu)先選用正火2020/12/1889

淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上，保溫一定時(shí)間后快速冷卻（大于臨界冷卻速度），以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。

淬火鋼得到的組織主要是馬氏體（或下貝氏體），其目的是提高鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。

二、鋼的淬火2020/12/1890圖5-15碳鋼的淬火加熱溫度范圍二、鋼的淬火（一）加熱溫度和淬火組織●亞共析鋼：Ac3+30~50℃

保溫時(shí)組織：A

淬火組織：M+A’（少量）●共析、過(guò)共析鋼：Ac1+30~50℃

保溫時(shí)組織：A+Fe3C（粒）淬火組織：

M+A’（少量）+Fe3C（粒）

粒狀的Fe3C可以提高淬火組織的耐磨性。2020/12/1891（二）淬火加熱時(shí)間τ＝αKD式中：τ－加熱時(shí)間（min）；α－加熱系數(shù)（min/mm）K－裝爐修正系數(shù)；D－工件有效厚度（mm）淬火加熱缺陷：過(guò)熱、過(guò)燒或表面氧化、脫碳等過(guò)熱是指工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。使馬氏體粗大，引起脆斷、淬火裂紋。糾正過(guò)熱工件：進(jìn)行細(xì)化晶粒的退火或正火。過(guò)燒是指工件在淬火加熱時(shí)，溫度過(guò)高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象，過(guò)燒的工件無(wú)法補(bǔ)救，只得報(bào)廢。表面氧化、脫碳：工件與加熱介質(zhì)相互作用。2020/12/1892（三）淬火冷卻介質(zhì)１．理想淬火冷卻速度理想冷卻速度快慢慢圖5-16鋼的理想淬火冷卻速度淬火介質(zhì)決定了冷卻速度→淬火后的組織。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)達(dá)到的兩個(gè)要求：（1）足夠高的冷卻速度；得到盡可能多的馬氏體。（2）防止零件變形、開(kāi)裂，在繞過(guò)“鼻尖”部后，應(yīng)減緩冷卻速度所以理想的冷卻速度如圖所示，開(kāi)始冷卻緩慢，在快要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時(shí)快冷，隨后再慢冷讓馬氏體轉(zhuǎn)變慢慢的進(jìn)行。2020/12/18932.常用淬火介質(zhì)

水：淬火冷卻能力較強(qiáng)，冷卻特性不理想，用于尺寸較小的碳鋼零件；鹽水：冷卻能力很強(qiáng)（水的10倍），用于淬透性較差的碳鋼零件；礦物油：冷卻速度比水小很多，常用于淬透性較高的合金鋼，或尺寸小，形狀復(fù)雜的碳鋼件。硝鹽浴和堿?。豪鋮s能力介于水和油之間，適用于截面不大，形狀復(fù)雜，變形要求嚴(yán)格的碳素工具鋼和合金鋼，分級(jí)淬火、等溫淬火等。2020/12/1894（四）淬火方法１．單液淬火２．雙液淬火法３．分級(jí)淬火４．等溫淬火

圖5-17鋼的常用淬火方法2020/12/1895單液淬火：直冷，簡(jiǎn)單易操作。雙液淬火：先快后慢，降低組織應(yīng)力。分級(jí)淬火：快-恒-快，降低熱應(yīng)力與組織應(yīng)力。等溫淬火：得到B下（工模具、彈簧）。局部淬火：量具等的局部區(qū)域。冷處理：-70～-80℃，降低A殘%，穩(wěn)定尺寸。卡規(guī)局部淬火特點(diǎn)2020/12/1896（五）鋼的淬透性１、淬透性指鋼在一定條件下淬火后，獲得淬硬層深度的能力。一般規(guī)定，由鋼的表面至內(nèi)部馬氏體組織量占50%處的距離稱為淬硬性深度。在熱處理生產(chǎn)中常用臨界淬透直徑（心部能淬透的最大直徑）來(lái)衡量淬透性的大小。

表5－6列出部分常用鋼材的臨界淬透直徑。

淬硬性是指鋼淬火后形成的馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度，它主要取決于馬氏體中的含碳量，合金元素的含量對(duì)淬硬性影響不大。2020/12/18972、影響淬透性的因素主要取決于臨界冷卻速度Vk，臨界冷卻速度越小，淬透性越好。（1）化學(xué)成分大多數(shù)合金元素（除Co外）都能顯著提高鋼的淬透性。共析鋼的淬透性最好（2）加熱溫度及保溫時(shí)間提高奧氏體化溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間，會(huì)使奧氏體成分均勻，晶粒粗大，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增加，臨界冷卻速度減小，淬透性提高。2020/12/1898三、鋼的回火回火：將淬火鋼重新加熱到A1以下某一溫度，保溫后冷卻下來(lái)的一種熱處理工藝。回火的目的：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，穩(wěn)定工件的尺寸；調(diào)整硬度，提高塑韌性，獲得工件最終所需要的力學(xué)性能。2020/12/1899（一）淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼淬火后組織：馬氏體+少量殘余奧氏體(不穩(wěn)定非平衡組織)

階段轉(zhuǎn)變特征馬氏體分解100～200℃以ε相（Fe2.4C）的形式析出殘余奧氏體分解200～300℃馬氏體繼續(xù)分解，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成下貝氏體回火托氏體(屈氏體）的形成250～400℃馬氏體分解結(jié)束，α相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。在鐵素體基體上分布著細(xì)顆粒狀滲碳體的混合物組織，稱為回火托氏體滲碳體聚集長(zhǎng)大和鐵素體再結(jié)晶400℃以上彌散分布的滲碳體長(zhǎng)大成顆粒狀，同鐵素體發(fā)生再結(jié)晶，失去淬火馬氏體的板條狀或片狀形態(tài)，而成為等軸多邊形態(tài)，此時(shí)鐵素體和滲碳體的混合物稱為回火索氏體2020/12/181001.馬氏體的分解（100～200℃）回火馬氏體 回火時(shí)馬氏體中過(guò)飽和的碳以ε相（Fe2.4C）的形式析出，過(guò)飽和α相含碳量下降。

低過(guò)飽和α＋ε碳化物回火馬氏體2．殘余奧氏體的分解（200～300℃）馬氏體繼續(xù)分解，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成下貝氏體。

組織：回火馬氏體＋下貝氏體

（一）淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變2020/12/181013．回火托氏體(屈氏體)的形成（250～400℃） 馬氏體分解結(jié)束，α相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。過(guò)渡碳化物ε相（Fe2.4C）轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定滲碳體，形成了在鐵素體基體上分布著細(xì)顆粒狀滲碳體的混合物組織，稱為回火托氏體。

F＋Fe3C（彌散分布）→回火托氏體4．滲碳體聚集長(zhǎng)大和鐵素體再結(jié)晶（回火索氏體的形成）（400℃以上） 彌散分布的滲碳體長(zhǎng)大成顆粒狀，同時(shí)鐵素體發(fā)生再結(jié)晶，失去淬火馬氏體的板條狀或片狀形態(tài)，而成為等軸多邊形態(tài)，此時(shí)鐵素體和滲碳體的混合物稱為回火索氏體組織：等軸晶F＋顆粒狀Fe3C→回火索氏體

（一）淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變2020/12/18102回火組織實(shí)例2020/12/18103回火馬氏體組織金相圖2020/12/18104回火托氏體組織金相圖2020/12/18105回火索氏體組織金相圖2020/12/18106（二）回火的分類及應(yīng)用回火種類回火溫度回火產(chǎn)物低溫回火150～250℃回火馬氏體，硬度58～62HRC中溫回火350～500℃回火托氏體，硬度35～45HRC高溫回火500～650℃回火索氏體，硬度25～35HRC2020/12/181071）低溫回火回火溫度為150－200℃，組織：回火馬氏體，性能：高硬度，58－62HRC，高耐磨性。應(yīng)用：刃具、量具、冷作模具、滾動(dòng)軸承和滲碳工件2）中溫回火回火溫度為350－500℃

組織：回火托氏體性能：具有較高的彈性極限和屈強(qiáng)比，沖擊韌性。應(yīng)用：彈簧鋼等彈性零件和熱鍛模如刀桿、軸套等。（二）回火的分類及應(yīng)用2020/12/18108（二）回火的分類及應(yīng)用3）高溫回火回火溫度為500－650℃組織：回火索氏體，性能：具有良好的綜合力學(xué)性能。應(yīng)用：主要用于重要結(jié)構(gòu)零件，特別是交變載荷下的結(jié)構(gòu)零件，如各種軸、連桿、齒輪等。調(diào)質(zhì)處理：工業(yè)上通常將淬火與高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。2020/12/18109調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理：工業(yè)上通常將淬火與高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。表5-745鋼（Φ20mm～Φ40mm）調(diào)質(zhì)與正火處理后力學(xué)性能的比較熱處理狀態(tài)σb（MPa）δ（%）αk（J）HBS組織正火700～80015～2040～64163～220索氏體(片狀)調(diào)質(zhì)750～85020～2564～96210～250回火索氏體(顆粒狀)2020/12/18110（三）回火脆性圖5-19鋼的回火脆性示意圖低溫回火脆性（第一類），250℃～350℃，析出薄片狀碳化物引起的，不可消除。高穩(wěn)回火脆性（第二類），450℃～600℃，冷卻速度較慢引起，可消除，可逆回火脆性。一般情況下，回火溫度升高，硬度、強(qiáng)度下降；塑性、韌性提高。回火脆性：在回火過(guò)程中出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象稱為回火脆性,主要是由于碳化物析出和長(zhǎng)大所致。2020/12/18111第四節(jié)鋼的表面熱處理工藝為什么要進(jìn)行表面熱處理許多零件（齒輪，軸承等）需要表面具有高硬度，高耐磨性，而心部具有好的塑韌性，表面淬火即可達(dá)到這一要求。2020/12/18112表面淬火是只對(duì)工件表層進(jìn)行淬火的工藝。一、鋼的表面淬火淬火工藝：將鋼件表面迅速加熱到奧氏體化后，急冷使表面層形成馬氏體。而心部組織不發(fā)生變化，這樣表面具有強(qiáng)硬特征而心部保持好的韌性。用于表面淬火用鋼大多為低C或中C鋼（即為亞共析鋼）。淬火組織：由于從表面到心部的溫度不同，淬火后組織也不同表面：溫度>AC3，表面奧氏體化，淬火后為細(xì)小的馬氏體（M）中間：溫度在AC1～AC3之間，加熱組織為A＋F，淬火后得到

M＋F