第一章机械工程材料及热处理课件.ppt

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1、1,章机械工程材料及热处理,常用金属材料的性能、牌号及应用常用非金属材料钢的热处理原理、方法及应用,2,第一节 金属材料的性能,引言：,1.金属材料的性能,使用性能：,指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能（）和化学性能（耐酸、碱性，抗氧化性等）。,工艺性能：,指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能,2.力学性能(又称机械性能),包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。,指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。,3,一 强度与塑性,、材料的拉伸曲线,（1）、oe段：直线

2、、弹性变性,（2）、es段：曲线、弹性变形+塑性变形,（5）、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。,（3）、s s段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。,（4）、sb曲线：弹性变形+均匀塑性变形,S,材料拉伸实验,4,圆形拉伸试样,拉伸实验,5,强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。,、强度的指标,（2）、抗拉强度,指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。,（1）、屈服点,b = Fb/S0,当材料的内应力b时，材料将产生断裂。b常用作脆性材料的选材和设计的依据。

3、,符号： s 材料产生屈服现象时的最小应力,s = Fs/S0,Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）,1-1 强度与塑性,6,、塑性指标,塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。,（1）、断后伸长率,（2）、断面收缩率,指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。,指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。,=(L1-L)/L x 100%,L:标距（本实验L=100）L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。,=(A0-A1)/A0 x 100%,A0:试件原横截面积。A1:

4、断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。,1-1 强度与塑性,7,二硬度,引言：,1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。,2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 HBS或HBW （2）洛氏硬度 HR （3）维氏硬度 HV,一般来说，硬度越高，耐磨性越好，强度也较高,8,（1）、布氏硬度试验（布氏硬度计）,原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。,、布氏硬度,布氏硬度计,布氏硬度试验原理图,9,（2）、

5、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如：120HBS 500HBW,（3）、优缺点.测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）.可测的硬度值不高.不测试成品与薄件 .测量费时，效率低,(4)、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.,10,(1)、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）,原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。,2、洛氏硬度,洛氏硬度测量原理图,洛氏硬度计,11,(2)、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC 一

6、般淬火钢件,(3)、优缺点 HRB 软钢、退火钢、铜合金试验简单、方便、迅速 HRA 硬质合金、表面淬火钢压痕小，可测成品，薄件 数据不够准确，应测三点取平均值 不应测组织不均匀材料，如铸铁。,(4)、测量范围 用于测量淬火钢、硬质合金等材料.,12,(1)、维氏硬度试验,原理:用夹角为136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d，进而算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力。,(2)、维氏硬度值 用压痕表面积上的平均压力表示。如：640HV。,(4)、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。,3、维氏硬度,(3

7、)、优缺点 测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬） 可测成品与薄件 试样表面要求高，费工。,13,一、钢铁材料的生产过程铁矿石 生铁 钢锭 型材,铸铁,轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法,1、生铁的冶炼原料：铁矿石燃料：焦炭熔剂：石灰石设备：高炉,2、钢的冶炼原料：生铁、废钢燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：电弧炉,（钢板、型钢、钢管）,第二节钢,14,电弧炉,15,二钢的分类与编号,钢,碳素钢,低合金钢（10%）,（1）按含碳量分,低碳钢 0.0218 % C 0.25%,中碳钢 0.25 % C 0.6%,高碳钢 0.6% C2.11%,（2）按质量和用途分,碳素结构钢,优质

8、碳素结构钢,碳素工具钢,易切削结构钢,铸钢,、钢的分类,16,、钢的牌号及其应用,（1）、碳素结构钢：,牌号：Q+屈服点数值质量等级符号脱氧方法符号 例如： Q195， Q 275等。,用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。,（2）、优质碳素结构钢：,牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的万倍。 例如： 08F，20，45，60等。,用途：用作各种较重要的机器零件 如：齿轮、主轴等。,17,（3）、碳素工具钢 牌号：用“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含 碳量的千倍。 如： T8， T9等。 T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 用途：用来制作各种刀具、量具和模具。（4）

9、、易切削用钢：主要用在自动机床上加工大批量的零件，如螺钉，螺母等。其牌号如：Y20,表示易切削结构钢，其平均含碳量为0.2%。 （5）、铸钢：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其牌号如：ZG230-450。 牌号意义：ZG屈服点抗拉强度,18,三杂质对钢性能的影响,（1）、硅和锰的影响： 有益元素。不但可以溶于F中，产生强化作用，使钢的强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。（2）、磷的影响： 有害元素，使钢产生冷脆性。（3）、硫的影响： 有害元素，使钢产生热脆性。,19,第三节合金钢,1、合金元

10、素对钢性能的影响,一概述,（1）提高了钢的力学性能,（2）提高了钢的淬透性,（3）使钢具有某些特殊性能,钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细 化了晶粒，也提高了塑性与韧性。,铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入提高钢的淬透性。,铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、耐磨、不生锈等特殊性能。,20,2、合金钢的分类与牌号,合金钢,合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢：,机器合金结构钢 ：,工程合金结构钢 ：,普通低合金结构钢,不锈钢 、耐热钢、耐磨钢,合金刃具钢：,合金弹簧钢、合金渗碳钢合金调质钢、合金轴承钢,合金模具钢 ：,合金量具钢：,低合金刃具钢、高合金刃具钢、高速钢,冷作模

11、具钢、热作模具钢,没有专用钢种.,21,1 合金结构钢：两位数字 +合金元素符号 + 数字,平均含碳量的万分数,合金元素含量的百分数（1.5%不注，1.5-2.5%注2，）,合金工具钢 特殊钢,一位数字 + 元素符号 + 数字,平均含碳量的千分数（1%时不注，高速钢不注）,合金元素含量的百分数1.5%不注，1.5-2.5%注2，,3、合金钢的牌号,例如： 9SiCr, Cr12,5CrMnMo高速钢：W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2,例如：60Si2Mn , 09Mn2,40Cr等。,22,特殊用途钢：滚动轴承钢 牌号前加“G” （滚） （GCr15 含Cr量的千分数）,高级优质钢：牌号

12、后加“A”注意与碳素结构钢的质量等级符号区别！,23,二、合金结构钢,1、普通低合金结构钢,低碳，合金含量小于3%。主加元素为Mn其强化了铁素体，提高了强度；V，Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。 在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn为最广。,船舶,桥梁,24,2、合金渗碳钢,含碳量为0.1%-0.2%,以保证心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。,（常用渗碳钢）,主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性的零件，如：汽车变速箱的齿轮等。,变速齿轮,拨叉,常用的牌号有20Cr、20CrTiMn、18Cr2Ni4

13、WA。,25,3、合金调质钢,含碳量为0.25%-0.5%,主加元素为Cr、Mn、Si、Ni等以提高淬透性和强化铁素体.调质钢具有良好的综合力学性能。,合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆等。,曲轴,连杆,（常用调质钢）,26,4、合金弹簧钢,它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-0.7%,主加元素为Cr、Mn、Si等以提高淬透性和弹性极限。,合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。,拉力弹簧,离合器弹簧,（常用弹簧钢）,27,5、滚动轴承钢,主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属

14、专用结构钢。,碳质量分数一般为0.95%-1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素 ，铬含量为0.40%-1.65%。高碳低铬。,如：GCr15,(滚珠轴承钢),表示铬含量的千倍,28,三、合金工具钢,合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度和耐磨性,还具有更高的红硬性。,1、合金刃具钢,用途：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、丝锥、钻头等。,性能：（1）高硬度，60HRC以上；（2）高的耐磨性；（3）高热硬性 ；（4）足够的塑性和韧性 。,铣刀,英制模板刀,29,合金刃具钢的种类及牌号,(1) 低合金刃具钢,(2) 高速钢,最高工作温度不超过3

15、00 。 高碳：碳质量分数为0.9%-1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。 Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si还能提高钢的回火稳定性； W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。,高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度达600 时，其硬度无明显下降。 高碳：碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右， 加入Cr、W、Mo、V等合金元素： Cr 提高淬透性。 W、Mo 保证高的热硬性。 V 提高耐磨性，细化晶粒。,（如：9SiCr 、9Mn2V）,（如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 ）,常用合金刃具钢和高速钢,30,2、合金量具钢,用途：

16、量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。,性能要求：(1) 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； (2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。,螺纹规,游标卡尺,千分尺,31,量具用钢的选用举例,32,3、合金模具钢,合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。,冷作模具钢,用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200 300 。,热作模具钢,如：9Mn2V、CrWMn,用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600 以上。,如：5CrMnMo、5CrNiMo,性能要求： 高硬

17、度，5862 HRC; 高耐磨性; 足够的韧性和疲劳抗力,33,四、特殊性能钢,特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢.它主要包括不锈钢,耐磨钢等.,1、不锈钢,能抵抗大气,酸,碱或其它介质腐蚀的钢。,不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。,根据不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种:,马氏体型不锈钢,铁素体型不锈钢,奥氏体型不锈钢,34,马氏体型不锈钢,如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13,不锈钢船用螺旋桨,不锈钢剪刀,含碳为0.1%-0.4%,含铬为12%-

18、13%.主要用于力学性能要求较高,耐蚀性要求较低的零件.如:,35,铁素体型不锈钢,这类钢的铬质量分数为17%30%，碳质量分数低于0.15%.主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道等。,奥氏体型不锈钢,这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低（约0.1%），耐蚀性很好，但切削加工性较差。,如：1Cr17、1Cr17Ti等,如： 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9等,36,2、耐磨钢 （就是高锰钢 如:ZGMn13铸钢）,履带,铁轨分道叉,破碎机颚板,挖掘机斗齿,高锰钢不能采用压力加工和切削加工成形，通常都是直接铸造成零件，经淬火后使用。主要用于严重摩擦和强烈撞击条件下工作的零

19、件。如：,37,第四节铸 铁,引言:,1、何为铸铁？,铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。,用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。,箱体,启动阀,38,2、铸铁分几类？,根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：,（1）白口铸铁,（2）灰口铸铁,（3）麻口铸铁,C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。,性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。,C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。,C的存在形式：石墨+渗碳体，断口为黑白色。,灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。

20、,性能：脆性大，很少使用。,39,根据石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为：,普通灰铸铁：石墨呈片状,可锻铸铁：石墨呈团絮状,蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状,球墨铸铁：石墨呈球状,3、灰口铸铁的种类,40,一 普通灰铸铁,、灰铸铁的组织,灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体+珠光体)+石墨三种基本组织。,F+片状石墨,（F+P）+片状石墨,P+片状石墨,41,由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。,、灰铸铁的性能与应用,但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载

21、荷的零件和结构，如机座、机床床身、滑动轴承等。,叶轮,发动机飞轮,42,、灰铸铁的牌号,HT+三位数字，数字表示最低抗拉强度。,、灰铸铁的热处理,如：HT150，HT200，HT250,热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和目的是：,（1）、消除内应力退火（2）、高温退火：消除白口组织（3）、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。,43,二 可锻铸铁,、生产方法：,先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行高温石墨化退火,使渗碳体分解得到团絮状石墨。,、可锻铸铁的组织,可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。,44,、可锻铸铁的牌号,、可锻铸铁的性

22、能及应用,可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。可锻铸铁不可锻。,铁素体可锻铸铁以“KT”表示，珠光体可锻铸铁以“KTZ”表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。,如：KT350-10、KTZ600-3,可锻铸铁的牌号和机械性能,45,三 球墨铸铁,、生产方法：,在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨,得到球墨铸铁.,、球墨铸铁的组织,46,、球墨铸铁的牌号,、球墨铸铁的用途和机械性能,用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和最低伸长率。,QT420-10、QT600-2、QT800-2,如:,47,、球墨铸铁调质和正火后的组织性能,、球墨铸铁

23、的应用,具有与钢相近的力学性能，可代替钢和合金钢使用。,球墨铸铁管道接口,48,四 蠕墨铸铁,、生产方法：,在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。,、蠕墨铸铁的组织,蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。,49,蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。,、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用,蠕墨铸铁以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。,RuT300、RuT420,如：,蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器

24、、内燃机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。,牌号：,性能：,应用：,排气管,进气管,50,五 特殊性能铸铁,在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。,1、耐磨铸铁（加铬）,2、耐热铸铁 （Al、Si、Cr ）,扇形扩散器,托架,衬板,弯管,51,第五节、有色金属及硬质合金,一、有色金属 黑色金属以外其他的金属,1、铝及铝合金,、纯铝,具有银白色金属光泽，面心立心晶格，密度为2.72g/cm3,熔点为660具有良好的塑性、导电性、导热性和耐腐蚀能力。纯铝强度低， b 80100MPa能承受各种冷、热加工处理代表牌号主要有：L1、L2、L3、L4、L5、L6等，编号越

25、大，纯度越低。工业中常用于配制铝合金或制作强度要求不高但具有导热、耐大气腐蚀的器皿，如热交换器、散热器等。,52,、铝合金,在纯铝中若加入适量的铜、硅、锰、镁、锌等元素形成合金，并经冷变形处理和热处理后可获得良好的力学性能。分为变形铝合金和铸造铝合金两大类 常用的变形铝合金防锈铝具有很好的耐蚀性，但不能进行热处理强化常用的牌号用LF5、LF21等，用于焊接油箱、油管、焊条、铆钉等。硬铝强度较高，耐蚀性较差常用的牌号用LY1、 LY11、 LY12等，用于中、高等强度结构件。超硬铝强度高，耐蚀性差常用的牌号用L、 L等，用于受力构件，如飞机大梁、起落架等。锻铝强度与硬铝相当，有良好的锻造性能，常

26、用的牌号用L、 L等。主要用于形状复杂的锻件。,53,常用的铸造铝合金铝硅铸造合金具有良好的铸造性能，密度小，常用于制造要求重量轻、形状复杂的工件。常用的牌号有lSi12（简单硅铝明）铝铜合金具有较高的耐热性，适于内燃机气缸头、活塞等在较高温度下工作的工件。铝镁合金具有较高的耐蚀性，适于舰船配件等在大气或海水中工作的工件。铝锌合金铸造性能好，强度高，适于制造汽车、飞机上形状复杂的工件。,54,2、铜及铜合金,、工业纯铜,铜是工业上极为重要的有色金属材料之一，其熔点比铁还低。,又称紫铜，面心立心晶格，密度为8.96g/cm3,熔点为1083具有优良的导电性和导热性具有良好的塑性，易于热压和冷压加

27、工。在大气和淡水中具有良好的耐腐蚀性纯铜的强度不高（ b 200240MPa ），硬度较低，不宜作结构材料。 主要用作导线、铜管等，常用牌号有T1、 T2 、 T3、 T4 ，数字越大，纯度越低。,55,、铜合金,按化学成分分，可分为黄铜、青铜、白铜三大类黄铜是铜与锌的合金，常用牌号有H68、H70、H80等，主要用作弹壳和精密仪器。白铜是铜与镍的合金。青铜是除了黄铜和白铜外的其他所有铜基合金 (1)锡青铜以锡为主加元素的铜合金，耐磨、耐蚀性好，常用于耐磨、耐蚀工件。常用牌号：QSn4-3,56,()铍青铜以铍为主加元素，常用于制造弹性元件、耐磨零件，如弹簧、轴承、垫圈等。常用牌号：QBe2.

28、()铝青铜以铝为主加元素，耐磨、耐蚀性好，价格便宜。常用于制造耐磨、耐蚀工件，如齿轮、轴套、蜗轮等。,57,3、轴承合金,用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金。,、锡基轴承合金,又称锡基巴氏合金，是Sn-Sb-Cu系合金。由美国人巴比特发明而得名。因其呈白色，又称白合金。摩擦系数小，具有良好的塑性、耐腐蚀性及导热性适用于制造重要轴承，如汽轮机、内燃机、涡轮机中的高速轴承。,58,又称铅基巴氏合金，是Pb-Sb-Sn-Cu系合金。性能略低于锡基轴承合金，但由于价格便宜，故常用作低速、低载荷的轴瓦材料一般工作温度不超过120,、铅基轴承合金,59,二、硬质合金,1. 组成 用高硬度、高熔点的金属碳

29、化物和金属粘结剂(如Co、Ni、Mo等)，经过高压成形，并在1500左右的高温下烧结而成的粉末治金材料。,2. 性能硬质合金的硬度高达8995HRA，耐磨性很好，耐热性可达8001000缺点是抗弯强度低、脆性大、怕振动、怕冲击、制造工艺性差。,60,3. 硬质合金的分类、牌号,钨钴类硬质合金(YG) 钨钛钴类硬质合金(YT) 钨钽(铌)钻类硬质合金(YA) 钨钛钽(铌)钴类硬类硬质合金(YW) 碳化钛基硬质合金(YN),4. 硬质合金的应用,主要用于制造高速切削刀具,61,一塑料 塑料是高分子合成材料，以合成树脂为基础，加入添加剂制成。（1）塑料的组成合成树脂是塑料的主要组成部分，决定塑料的基

30、本特性。添加剂主要有填充剂（如石棉纤维、玻璃纤维）、增塑剂、固化剂、稳定剂(防老化剂)、润滑剂，用来提高塑料的强度、可塑性和防止过早老化等。,第六节 常用非金属材料,62,（）塑料的特性,密度小，仅为钢铁的1/81/4耐腐蚀一般能耐酸、碱的腐蚀，聚四氟乙烯能耐王水的腐蚀。绝缘性能好良好的减摩性和耐磨性强度和刚度低，耐热性差，大多数塑料只能在100以下使用易老化，易燃烧,63,按使用范围分 通用塑料 产量大、价格低、用途广，占塑料总产量的3/4以上。大多用于生活用品，包装材料，以及要求不高的工程制品。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 工程塑料具有较高的强度、刚度、和韧性，耐热和耐蚀性、

31、绝缘性较好。主要用于在机械设备和工程结构中作结构材料。常见品种主要有ABS塑料、酚醛塑料（PF）、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、有机玻璃(PMMA)、环氧塑料(EP),（）塑料的分类,64,按树脂热性能分,热塑性塑料受热时软化冷却后硬化的过程能反复进行。对于这类塑料，在加工过程中产生的边角料及废品可以回收掺入原料中使用属于热塑性塑料的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯等 热固性塑料受热时软化冷却后硬化的过程不能反复进行。属于热固性塑料的有酚醛、环氧、氨基塑料、有机硅塑料等,65,二橡胶,天然橡胶与合成橡胶 高聚物的弹性体橡胶工业的发展历史十五世纪

32、，哥伦布的发现擦子(rubber)1839年，美国人古德伊尔(Charles Goodyear)偶然将天然橡胶进行了硫化1845年，英国工程师RW汤姆森在车轮周围套上一个合适的充气橡胶管，并获得了这项设备的专利1890年，轮胎被正式用在自行车上1888年，英国人邓禄普发明汽车轮胎，1895年开始生产汽车，汽车工业的兴起，更激起了对橡胶的巨大需求，胶价随之猛涨。 随着汽车数量的大量增加，用于制造轮胎的橡胶的需求量也变成了天文数字。如此广泛的应用使天然橡胶供不应求。面对橡胶生产的严峻形势，各国竞相研制合成橡胶。,66,(2)特性 具有高弹性；有良好的耐磨性、隔音性、阻尼性和绝缘性等。 温度敏感性未

33、经硫化的橡胶会因温度上升而变软发粘，发出刺鼻的气味。 橡胶制品通常只有硫化后才能使用。(3)常用的合成橡胶有：丁苯橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶等(4)用途：制造轮胎、胶板、胶布、胶鞋、胶管、密封圈、粘合剂及有机涂料等,67,三陶瓷材料,（1）陶瓷材料的结构 一般由晶相、玻璃相和气相组成。其性能在很大程度上取决于各相的组成、数量、几何形状和分布情况等。 （2）陶瓷材料的性能特点 硬度高，弹性模量大，脆性大，几乎没有塑性，抗拉强度低，抗压强度高。化学稳定性好，有良好的抗氧化能力。大多数陶瓷是电绝缘体。,陶瓷是各种无机非金属材料的总称。,现代工业的三大主要固体材料之

34、一,68,（3）常用陶瓷材料,氮化硼陶瓷由BN粉末经冷压或热压烧结而成特点：具有良好的化学稳定性、耐热性和机械加工性工业应用：冶炼用的坩埚、器皿、管道、半导体容器和各种散热绝缘件立方氮化硼用作磨料及金属切削刀片,普通陶瓷 粘土类陶瓷特点：质地坚硬，绝缘性、耐蚀性、工艺性好，可耐1200高温。工业应用：绝缘的电瓷和对酸碱有一定耐蚀性的化学瓷，有时也可作承载要求较低的结构零件,氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分,强度比普通陶瓷高36倍。工业应用：高温测温热电偶绝缘套管、耐磨、耐蚀用水泵，拉丝模及切削淬火钢的刀片等,氮化硅陶瓷将硅粉经反应烧结或将Si3N4经热压烧结而成工业应用：燃气轮机转子叶片、转子

35、发动机刮片和切削加工用的刀片等,69,第七节、 钢的热处理,一概述,2、热处理的概念,将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺。,1、改善钢的性能的两种方法合金化，热处理,基本的热处理工艺曲线示意图,70,3、热处理的目的,（1）提高钢的力学性能（2）改善钢的工艺性能,4、热处理与其它加工方法的区别只改变组织和性能，不改变尺寸形状,71,普通热处理,感应加热火焰加热电接触加热激光加热,渗碳渗氮碳氮共渗渗金属,表面热处理,热处理,退火正火淬火回火,表面淬火,化学热处理,5、热处理的分类,72,二 钢的热处理原理,钢,奥氏体组织,加热,保温,1、工件表面与中心温度一致

36、2、奥氏体组织,不同的冷却条件,不同的组织,不同的机械性能,73,1、 铁碳合金的基本组织,（1）、铁素体（F）：碳与-Fe形成的间隙固溶体。 性能-强度和硬度低，塑性和韧性好。（2）、奥氏体（A）：碳与-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727时存在。 性能-塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、 轧制时常要加热到A，可提高塑性，易于加工。（3）、渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成的金属化合物。 性能-硬度高，脆性大。（4）、珠光体（ P ）：F与Fe3C组成的机械混合物。 性能-力学性能介于两者之间。（5）、莱氏体（ Ld ）：A与Fe3C组成的机械混合物。 性能-硬度高，塑性差。,铁碳合

37、金,74,2、 铁碳相图分析,引言：关于铁碳合金状态图 概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是在长期的生产实践和大量科学实验的基础上建立起来的。 作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。,铁碳合金,75,铁碳合金,76,铁碳相图分析,（1）、相图的坐标纵坐标：代表温度。横坐标：代表含碳量。（2）、几个概念 纯铁 钢 铸铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁,铁碳合金,77,纯铁的冷却曲线和晶格变化,78,（3）、特性点 A点：纯铁的熔点 1538 C

38、点：共晶点 1148 D点：渗碳体的熔点 1227 S点：共析点 727 G点：纯铁的同素异晶转变点 912 E点：C在-Fe中最大溶解度 1148 P点：C在-Fe中最大溶解度 727 Q点： 600时C在-Fe中最大溶解度,铁碳合金,79,（4）、特性线 ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热至此开始转化。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。 ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量2.11 % -6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出A与Fe

39、3C混合物-莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % -6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。,铁碳合金,80,3. 铁碳相图的应用,(1)、选用材料 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。(2)、判断切削加工性能 低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。(3)、制定热加工工艺 在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材

40、的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。(4)、应用于热处理生产 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理，并且可以正确选择加热温度。,铁碳合金,81,热处理的理论依据,钢的热处理,82,三、 钢的退火与正火,（1）、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。,（2）、目的： 1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2）细化晶粒，消除组织缺陷； 3）消除内应力 。,1、钢的退火,钢的热处理,83,（3）、分类： 根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。完全退火 、定义：将钢加热Ac3以上3050C,完全奥氏体后，

41、保温一定时间随之缓慢冷却到500C以下，出炉空冷。 、目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。 、适用范围：亚共析钢型材。,钢的热处理,84,球化退火 、定义：将钢加热到Ac1以上2030 C,保温后随炉缓冷至600 C，出炉空冷。 、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。 、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。,钢的热处理,85,（3）去应力退火 、定义：将钢加热到500-600 C,保温后随炉缓冷至200-300 C出炉空冷。又称低温退火。 、目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。（没有发生组织变化） 、适用范围：用于所有的钢。,钢的热处理,86,2、钢的正火,（

42、1）、概念： 将钢件加热到Ac3或Accm线以上3050 C ，保温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。,（2）、目的： 1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加工性能； 2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理； 3）对高碳钢，可为球化退火作准备 。,钢的热处理,87,退火与正火的加热温度范围,钢的热处理,A3,A1,Acm,88,四 钢的淬火与回火,（2）、目的： 提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。,（1）、概念： 将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。 获得马氏体细粒状渗碳体,1、钢的淬火,钢的热处理,89,（3）、淬火剂：水

43、、矿物油、盐水和碱水等。,为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如图所示。,（4）. 淬火方法:,钢的热处理,90,淬火方法： （1）单液淬火：将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 特点：操作简单，容易实现自动化。应用：形状简单的工件 （2）双液淬火：先水后油，或先油后空气。 特点：可防止变形与开裂。应用：中等形状复杂的工件 （3）分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再空冷。 特点：有效减小内应力，防止变形与开裂； 但只适于小尺寸工件。应用：形状复杂，小型的碳钢和合金钢工件,钢

44、的热处理,91,2、钢的回火,（1）、回火的概念： 将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。,（2）、回火的目的： 降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。,钢的热处理,92,（3）、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150 C 250 C 中温回火：350 C 500 C 高温回火：500 C 650 C,钢的热处理,93,、低温回火 回火温度：（150250）C 回火组织：回火马氏体,硬度为58-64HRC。 目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力,减少钢的脆性。

45、 主要用于：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件。稳定化处理：为了提高精密零件与量具的尺寸稳定性，可在（150250）C 进行长时间（几十小时）的低温回火。,钢的热处理,94, 、中温回火回火温度： （350500）C 回火组织：回火托氏体,硬度为35-45HRC. 目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。 又称弹性处理。 主要用于：弹性零件及热锻模具等。,95, 、高温回火 回火温度： （500650）C 回火组织：回火索氏体,硬度为25-35HRC. 目的：消除内应力，获得良好的综合力学性能。又称调质处理。主要用于中碳钢和中碳合金钢 主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮

46、及轴承。,96,五、 钢的表面热处理,引言: 为了兼顾零件表面和心部两种不同性能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法,即表面淬火和化学热处理.1、表面淬火 （1）、概念：指仅改变钢的表层组织的局部热处理工艺。,钢的热处理,97,（2）、种类 、火焰加热表面淬火 ： 用氧乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。 适用于含C 0.35% 0.7%的中碳钢和中碳合金钢，如45，40Cr。优点：设备简单，使用方便，灵活性大。缺点：加热温度不易控制，容易过热，硬度不均应用：单件小批量生产或大型工件,钢的热处理,98, 、感应加热表面淬火 用一定频率的感应电流使工件表面

47、被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。感应加热的原理：电磁感应、集肤效应、热传导 适用于含C 0.4% 0.5%的中碳钢和中碳合金钢，如40，40Cr。优点：加热速度快，淬火质量好，硬度比普通淬火高23倍，淬硬层深度易于控制。缺点：设备较昂贵应用：大批量生产,99,六 、钢的化学热处理,引言 概念：将钢置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。 分类：渗碳、渗氮、 碳氮共渗,钢的热处理,化学热处理的基本过程：1、加热工件2、由介质中分解出渗入元素的活性原子3、工件表面吸收活性原子，即其进入铁的晶格形成固溶体或特殊化合物4、被工

48、件吸收的原子由表面外内部扩散，形成一定厚度的扩散层,100,1、 钢的渗碳,概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。,目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。,渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。常用的渗碳剂：煤油、甲醇、丙酮等。目前广泛应用的是气体渗碳法。,渗碳用钢：含碳量为0.1%0.25%的低碳钢和低碳合金钢。注意：为提高工件表层的硬度和耐磨性，渗碳后必须淬火低温回火处理。,钢的热处理,101,2、 钢的渗氮,概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入

49、工件表面的热处理工艺。,目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。,渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮（介质为氨气）。,渗氮用钢：优质碳素结构钢，如20，40等；一般合金结构钢，如40Cr等；渗氮专用钢，如38CrMoAlA。渗氮特点：不需再进行淬火处理即有更高的硬度和耐磨性，且红硬性好。,钢的热处理,102,3、 其它化学热处理方法,碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。,渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。,渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。,钢的热处理,