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1、营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,1,金属工艺学（热，冷）,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,2,教学目的,本课程为技术基础课，培养学生对金属及其合金性能，加工工艺，加工方法，加工设备等方面做基本了解。为专业课打下基础。是工科学生必学的课程。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,3,考试成绩,平时成绩：30%考试成绩：70%闭卷,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,4,第一篇 金属材料导论 4 学时 第二篇 铸造 4 学时 第三篇 金属压力加工 4 学时 第四篇 焊接 4 学时
2、金属切削加工 16 学时 合计：32 学时,课程内容,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,5,绪论,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,6,第一篇 金属材料导论,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,7,本篇重点,1.材料的力学性能2.铁碳合金的基本组织及相图3.钢的退火,正火,淬火和回火,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,8,第一章 金属材料的主要性能第一节 金属材料的力学性能,一、强度与塑性1.强度强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。（1）屈服点（2）抗拉强度2
3、.塑性是指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,9,第一章 金属材料的主要性能第一节 金属材料的力学性能,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,10,拉伸试样,拉伸试验,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,11,3 低碳钢拉伸试验图分析,N/mm2；MPa,应变：试样单位长度上的伸长量,1）应力与应变概念,应力：试样单位横截面上的内力,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,12,0.2 名义屈服强度（永久变形原长0.2%名义屈服点）,低碳钢拉伸试验图,
4、2）强度指标，单位：MPa(N/mm2）,1疲劳强度（-10.5b）,b 抗拉强度,s 屈服强度 力不增加或减少而变形继续的最小应力(屈服点）,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,13,3）塑性指标,应用中：10试样 L0=10d0 5 试样 L0=5d0,伸长率：,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,14,断面收缩率:,说明：、值愈大，表明材料的塑性愈好。,式中：F0试样变形前断面积，mm；F1试样拉伸缩颈后最小断面积，mm；,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,15,第一节 金属材料的力学性能,二、硬度硬度
5、：金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力，称为硬度。分类：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等布氏硬度：以直径为D（通常直径10MM，载荷30000N）的淬火钢球或硬质合金球为压头，在载荷F的静压力下，将压头压入被测材料的表面，停留若干秒后，卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径，并依据直径数值从专用的硬度表格中查出相应的HB值。压痕面积大，测试重复性好，但不适合成品检验,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,16,压头直径：10mm、5mm、2.5mm载荷：30KN、7.5KN、1.87KN布氏硬度HBS 用于测定软性材料（HBS450）,HBS测定,
6、营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,17,HRC测定,洛氏硬度HRC 用于测定硬质表面 材料（2067 HRC）以顶角为120度的金刚石圆锥体（钢球）为压头，在规定的载荷下，垂直地压入被测金属表面，卸载后依据压入深度，读出HR值。载荷1500N有效值20-67HRC。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,18,第一节 金属材料的力学性能,三、韧性金属材料断裂前吸收的变形能量称作韧性。韧性的常用指标的冲击韧性。塑性材料试样开缺口，脆性材料不开缺口承受冲击载荷的机器零件，一般不会受冲击而破坏，所以对冲击载荷要求不是很大，主要是要求强度。,营口
7、地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,19,三、韧性用冲击试验测定冲击韧度,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,20,金属材料的力学性能,四、疲劳强度机械上的许多零件等是在周期性或非周期性动载荷（称为疲劳载荷）的作用下工作的。这些承受疲劳载荷的零件发生断裂时，其应力往往大大低于该材料的疲劳极限，这种断裂称作疲劳断裂。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,21,材料可经受无数次应力循环而仍不发生疲劳断裂，这个应力值称为疲劳强度。各种钢材应该有一定的应力循环基数。改善结构，减少应力集中，控制内部质量，提高表面质量。,营口
8、地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,22,第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能,一、物理性能密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性和磁性二、化学性能指在常温或高温时，抵抗各种介质侵蚀的能力。耐热性、抗腐蚀性三、工艺性能是指金属材料物理化学性能和力学性能在加工过程中的反映，是指是否易于进行冷热加工的性能。铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,23,5、几种常用金属材料的力学性能,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,24,复习题,1.解释应力与应变的概念；2.说明S、0.2、b、1、k
9、、45-50HRC、300HBS的名称和含义；3.查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能 指标值：Q215-A；35；T10；HT300；QT450-10；ZG340-640(ZG55）；ZAlSi7Mg(ZL101)ZCuSn10Pb1(10-1锡青铜);。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,25,铁碳合金根据含碳量的不同可分为:碳钢：C2.06%;生铁：2.06%C5%.（铸铁：2.8%C4.0%),第二章 铁碳合金,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,26,第一节 纯铁的晶体结构及其同素异构转变1、金属的晶体结构与结晶,金属（纯铁
10、、铜、铝等）都是晶体,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,27,金属的结晶：由液态冷却变成固态，原子由不规 则排列有规则的排列,形核长大晶粒,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,28,金属和合金多为多晶体构。晶粒间的接触面（边界）称为晶界。,细化晶粒的方法：1）快速冷却，增加晶核数；2）添加高熔点弥散质点（孕育或变质处理）。,晶粒粗细对力学性能影响很大。一般规律：晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性愈好。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,29,2、纯铁的晶体结构形式,1）体心立方晶格 Fe,2）面心立方晶格
11、 Fe,纯铁在晶体状态下有两种原子（离子）排列形式：,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,30,纯金属结晶的 冷却曲线规律,2）纯金属结晶在恒温下进行，结晶冷却曲线出现水平线段。,1）金属实际结晶温度低于理论结晶温度；理论结晶温度 T 0 与实际结晶温度 Tn 之差称为过冷度，即,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,31,3、纯铁的同素异晶转变,纯铁固态下,在不同温度范围内将呈现出不同的晶格形态，这种现象称为同素异晶转变。,（液体）1538(体心)1394(面心)912(体心),2）用反应式表示,1）用冷却曲线表示（如图）,营口地区成人高
12、等教育 QQ群54356621,2006-1-1,32,第二节 铁碳合金的基本组织,组元：组成合金的元素称为 组元。合金组元的相互作用可构成不同的相。相：凡是化学成分和晶格构造相同、并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。相又可分为不同的组织。铁碳合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物,合金:两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素熔合在一起，构成具有金属特性的物质。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,33,第二节 铁碳合金的基本组织,部分碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型不变（有一定的畸变）。,奥氏体（A）碳（C）溶入-Fe中所形成的固溶体。,铁素体（F
13、）碳（C）溶入-Fe中所形成的固溶体。,一、固溶体溶质原子溶入溶质晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,34,第二节 铁碳合金的基本组织,固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体铁碳合金中的固溶体都是碳溶入铁中的置换固溶体。形成固溶体时，溶剂晶格将产生不同程度的畸变，使塑性变形阻力增加，表现为固溶体的强度硬度有所增加，这种现象称作固溶强化。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,35,铁素体F 600 0.006%C 727 0.0218%C 力学性能：b=250MPa；=45%50%；HBS=80。,奥氏体A
14、1147 2.11%C 727 0.77%C 力学性能：b=250 350MPa；HBS=160200；=40%45%。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,36,渗碳体：球压（Fe3C）800 HBW（用硬质合金 头测定）,（石 墨）。,铸铁生产中：,性 能：硬而脆，但塑性、韧性低。,二、金属化合物,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,37,三、机械混合物,白色F基体中嵌入黑片状Fe 3C,良好的力学性能：b=750MPa；=20%25%；k=30-40（J/cm2）。,成分：C 0.77%,珠光体 P（F+Fe 3C）,营口地区成人高
15、等教育 QQ群54356621,2006-1-1,38,莱氏体（Ld，4.3%C）727以上为高温Ld（A+Fe 3C）；727以下为低温Ld（P+Fe 3C）；力学性能与 Fe 3C 相似，硬而脆。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,39,三 铁碳合金状态图,显示各种不同碳量的铁碳合金在不同温度下组织形态的热分析图形,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,40,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,41,1、Fe C合金状态图的构成,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,42,1、Fe
16、 C合金状态图的构成,2）两条水平线 ECF（1148）；PSK（727）。,3）4个基本相 液相(L)；奥氏体(A)；铁素体(F)；渗碳体相(Fe 3C)。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,43,2、Fe C合金状态图的特性分析,1）共晶线ECF（C点共晶点）,说明：含2.11%6.69%C的Fe C合金(生铁)都将在1148时发生莱氏体转变，即共晶转变。,1148,表示共晶反应：,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,44,2）共析线PSK（S点共析点）,说明：含0.0218%2.06%C的 Fe C合金(钢)都将在727 时发生珠
17、光体转变，即共析 转变。在热处理中，该线温 度常以A1表示，冷却时用Ar1，加热时用Ac1。,727,表示共析反应：,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,45,3）两条固溶线GS、ES,ES 自高碳奥氏体冷却过程中析出 Fe3C的起始线。温度常以 Acm表示。冷却：表示为 Arm；加热：表示为 Acm。,GS 自低碳奥氏体冷却过程中析出铁素体晶粒的起始线，该温度常以 A3表示。冷却：Ar3；加热：Ac3。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,46,四 铁碳合金分类(据C%不同分),以E点（C2.11%）为界，分为钢 和生铁两类。生铁结晶时
18、有莱氏体转变，组织中有莱氏体。,钢以S点（0.77%C）为界，分为：亚共析钢 C0.77%；共析钢 C0.77%；过共析钢 C0.77%。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,47,生铁以C点（4.3%C）为界，分为：亚共晶生铁 2.06%C4.3%；共晶生铁 C4.3%；过共晶生铁 C4.3%6.67。,铸铁：一般是指用来制造 铸件的生铁，为亚共晶生 铁。C2.8%4.0%。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,48,五 铁碳合金状态图的应用,1、分析自液态冷却至室温时 合金的组织转变过程及室 温组织,室温组织:P,F,1）共析钢（T8
19、钢）1点以上 L 12 LA 23 A 3点 AP 3点以下 P,A,FA,A+,A,A,A,亚共析钢的结晶过程,P,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,49,2）亚共析钢(45钢）,1点以上 L 12 L 23 A+L 34 A 45 A+F 5点 AP 5点以下 P+F,A,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,50,3）过共析钢（T10),室温组织：P+Fe3C（网状）,过共析钢的结晶过程,1点以上 L 12 L+A 23 A 34 A+Fe3CII 4点 AP 4点以下 P+Fe3CII,P+Fe3C,营口地区成人高等教育 QQ群5
20、4356621,2006-1-1,51,2、分析钢从室温加热转变至奥氏体状态(俗称奥氏体 化)的组织变化,共 析 钢 PA,亚共析钢 F+PFAA,过共析钢 PFe3CIIA Fe3CII,珠光体向奥氏体转变过程示意图,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,52,第三章 钢的热处理,应用：机床制造中，热处理零件占 60%70%，汽车制造中，热处理零件占 70%80%。,方法：通过对钢件重新加热、保温并以不同条件下的冷却方式获得所需组织和性能。普通热处理:退火、正火、淬火、回火；表面热处理:表面淬火、化学热处理。,意义：将钢件在固态下使之 改善内部组织和提高其力学性能，
21、但不允许改变形状。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第一节 钢加热冷却时组织转变,多数情况，钢加热至临界温度以上，使原有组织转变成奥氏体后，再以不同的冷却方式和速度转变成所需的组织，达到预期性能。实际临界温度曲线存在如右图所示误差Ac1，Ac3，Accm，Ar1，Ar3，Arcm必须加热到红线以上温度，方能完全 变为奥氏体；初始奥氏体晶粒细小，很好；加热温度过高或保温时间过长，都将 引起晶粒急剧增大；因此，需根据状态图及含碳量合理选定加热时间及保温时间,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,加热时奥氏体形成,共析钢,加热到Ac1时，发生P向A转变。A晶核首先在F与Fe3C
22、交界面上形成这是因为F的含碳量低，Fe3C含碳量高，A的含碳量介于两者之间。形成晶核后，A晶核不断合并相邻的F，且Fe3C不断溶解于A中，以供给碳分。A不断长大，直至P全部转变为A。,亚共析钢,加热到Ac1以上时，P A，此时组织为FA继续升温，F向A转变，超过Ac3时，F消失，组织为细而单一A。,过共析钢,转变情况与上述相似，只是晶粒较粗大。,一 钢加热时奥氏体形成,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,影响奥氏体化因素（共析钢而言）1）加热温度和加热速度。加热温度高，转变较快 加热速度快，转变起始温度高，终了温度也高2）含碳量 含碳量高，渗碳体也较多，F与Fe3C的界面也 多，利于
23、A形成3）钢原始组织 原始组织愈细愈有利于A的形成,一 钢加热时奥氏体形成,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,室温时钢的机械性能，与加热、保温获得的奥氏体晶粒大小有关，决定于奥氏体经冷却后所获得组织。奥氏体的组织转变与冷却方式、冷却速度有直接关系。钢的热处理工艺有两种冷却方式(1)连续冷却方式 加热 A 温度连续下降到室温 例如水冷、油冷、空冷等。(2)等温冷却,二 钢冷却时组织转变,奥氏体化的钢 A1线以下，产生过冷奥氏体 奥氏体转变 得所需组织，发生A向P转变。过冷奥氏体：被冷却到A1温度以下，尚未发生转变而暂时存在的奥氏体。,较快地冷却,保温,冷却到室温,营口地区成人高等教育
24、 QQ群54356621,V1，珠光体组织,V2，贝(索)氏体组织,Vk，临界冷却速度,V3，快速冷却，马氏体组织,珠光体转变区（Ar1-550度）珠光体P，粗片状；Ar1-650度索氏体S，细片状；650-600度托氏体T，极细片；600-550度贝氏体B，550-Ms中温区,马氏体转变区，Ms以下低温区若过冷奥氏体快速冷却至Ms以下，则由于铁快速转变为铁，钢中的碳难以从溶铁能力低的铁中扩散出去，形成了铁过饱和固溶体，即马氏体，由于马氏体严重畸变，因此硬度高，韧性差。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,例：较慢的冷却速度，相当于炉冷，对应退火，组织P 稍快些冷却，相当于空冷，对应
25、正火，组织S，硬度HRC2535 更快冷却，相当于油冷，油淬，组织(M+T)，硬度HRC4555 再更快冷却，相当于水冷，水淬，M+A,HRC5565马氏体硬度决定于马氏体中含碳量，含碳量高，硬度也增高，晶格畸变大，淬火内应力也大，往往有显微裂纹，所以塑性、韧性很差。,又称C曲线。将共析钢加热到A1温度以上，以不同过冷度测出过冷奥氏体在恒温下开始转变和转变终了时，画在时间-温度坐标中去，可得C曲线。,三共析钢奥氏体等温转变曲线建立,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,59,第二节 退火和正火,退火 将钢件加热，保温至奥氏体化后随炉冷却(缓慢)，使其重新结晶的热处理工
26、艺。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,60,退火目的：（1）降低硬度，利于切削加工；（2）细化晶粒，提高塑性和韧性；（3)消除内应力。,主要应用于铸件、锻件、焊件等多种 毛坯加工前的预备热处理。,应用：,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,61,退火按其钢种的应用不同，分为完全退火、球化退火和低温退火三种不同工艺,完全退火应用：亚共析钢的铸、锻、焊件。加热保温：Ac3+3050，奥氏体化；冷却：炉冷至500后开炉空冷。完全退火原理：钢件被加热到Ac3以上温度时，呈完全奥氏体状态。由于初始形成的奥氏体晶粒非常小，待经过Ar3线缓慢冷却后
27、，通过重结晶使钢件获得细小晶粒，并消除了内应力。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,62,球化退火,作用：降低硬度，利于切削加工，为进一步淬火做准备。应用：过共析钢(刀具、刃具)锻坯。,组织变化特征：,加热、保温：Ac1+2030；冷却：随炉缓慢冷却；原理：将钢加热到Ac1以上20-30，此时初始形成的奥氏体内及其晶界上尚存有少量未完全溶解的渗碳体。在随后的冷却过程中，从奥氏体中经共析反应析出的渗碳体以未溶渗碳体为晶核，呈球状析出，分布在铁素体基体上。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,63,低温退火(去应力退火)加热，保温：5006
28、50以下(Ac1)原理：将工件加热到Ac1温度以下，进行较长时间保温，通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。作用：消除热应力。对冷 拔、冷拉、冲压件则消除加工硬化，以利于进一步变形。再结晶退火,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,64,二、正火正火 加热，保温过程和目的同退火，只是放到空气中冷却，比退火冷却稍快，珠光体中的 Fe 3C片层更薄，性能与退火相近。正火作用：（1）取代部分完全退火。（2）用于普通结构件的最终热处理。（3）用于过共析钢，以减少或消除网状二次渗碳体，为球化退火作准备。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,65,第三节
29、 淬火和回火一、淬火 加热，保温规范 亚共析钢：t=Ac3+3050 过共析钢：t=Ac1+3050 冷却条件：速冷（油或水中，水中冷却更快),营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,66,防止裂纹和变形的措施：（1）严格控制淬火加热温度。（2）合理选择淬火介质（3）正确选择淬火方法。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,67,二、回火将淬火钢重新加热到Ac1以下某个温度，保温后冷却的热处理工艺，称为回火。,回火意义 淬火后因“M”为不稳定组织，重新加热时，碳原子扩散能力增强，将以 Fe 3C形式析出，致使 b、HRC降低，%、k提高。,营口
30、地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,68,回火分类 按淬火后重新加热温度不同，可分为三类：,1）低温回火（150200）目的：减小内应力，降低脆性，保持良好的原淬 火硬度（5665HRC）和高的耐磨性。应用：工具、刃具、模具及其它耐磨件。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,69,2）中温回火（350500）目的：获得高弹性，保持表面较高硬度（3550HRC），获得一定的韧性。应用：弹簧、发条、锻模板。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,70,3）高温回火（500600）目的：获得高强度，高塑性和高的冲击韧性，即
31、良 好的综合力学性能。应用：广泛应用于承受疲劳载荷的中碳钢重要件，如连杆、主轴、齿轮、重力螺钉等。硬度 2035HRC。,淬火后高温回火也称为调质热处理。中碳钢（0.40.6C）亦称为调质钢。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,71,第四节 表面淬火和化学热处理,一、表面淬火 钢件表层淬火到一定深度，心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法。工艺 钢件表层快速加热到淬火温度（Ac3+3050），高 温来不 及传递到心部而立即喷水冷却，实现表层局部淬火。,表面火焰淬火,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,72,快速加热方法：电感应、火焰、激
32、光等。目的：获得表层高硬度、高耐磨性，心部仍保持淬 火以前的良好韧性。应用：机床主轴、阶梯轴、汽车发动机曲轴、齿轮 的齿形表层等,表面电感应淬火,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,73,二、化学热处理 工件置于化学介质中，并通过加热、保温，通过原子扩散和化学反应，改变其表层的化学 成分和组织，达到工件表层改性的目的。常用工艺：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,74,渗碳 低碳钢工件进入密闭渗碳炉中，通入煤油（气体渗碳）。加热：900950，保温，使表层达到1%C，淬火后再低温回火，可达5664HRC，如汽车变
33、速箱齿轮、活塞销等。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2006-1-1,75,复习题,何谓退火和正火？两者的特点和用途有什么不同？钢淬火后所获得的马氏体组织与铁素体有何相同和不同之处？钢中的马氏体组织表现出什么特性？钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的加热温度规范、目的和应用有什么不同？说明锯条、汽车钢板弹簧、车床主轴、变速箱齿轮、发动机曲轴的最终热处理工艺。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,钢的分类按化学成分分：碳素钢、合金钢两大类。按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢按质量分：普通钢、优质钢、高级优质钢按脱氧程度分：镇静钢，沸腾钢等,第四章 工业用钢,营口地区
34、成人高等教育 QQ群54356621,碳素钢碳钢，Wc1.54以下，并有硅、锰、磷、硫等杂质。碳对钢的组织和性能影响很大，见图1-23：,第一节 碳素钢,亚共析钢:随含碳量的增加,珠光体增加铁素体减少，表现为钢的强度增加，硬度增加，而塑性、韧性下降，含碳量超过共析成分时:出现网状两次渗碳体，含碳量增加，硬度增加，但由於脆性增加，强度反而下降。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,杂质对钢的性能的影响：磷有害杂质使钢的塑性韧性下降，具有冷脆性。硫有害杂质可造成钢的热脆，硫在晶界处形成低熔点的共晶体。硅有益元素可提高钢的强度和硬度，是作为脱氧剂进入钢的。锰有益元素可提高钢的强度和硬度，可
35、抵消硫的有害作用，是作为脱氧剂进入钢的。,第一节 碳素钢,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,碳素钢可分为三类：1.碳素结构钢*含碳量小于0.38，常用小于0.25，即以低碳钢为主。*结构钢的牌号：Q+三位数字表示，例：Q215AF Q屈服点的首字母、215屈服点的数值，Mpa，这里是215MPa A质量等级，分为A、B、C、D，其中A是普通级，D是优等级别，硫磷含量较低 F脱氧程度，F是沸腾钢，Z是镇静钢。Z可不标,第一节 碳素钢,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,*常见的牌号有：Q195A Q195B、Q215A Q215B、Q235A Q235B Q235C Q23
36、5D、Q255A Q255B、Q275*Q235是用途最广的碳素结构钢,属低碳钢,通常经热轧成钢板、型钢、钢管、棒材等供应,因铁素体较多故塑性和韧性优良,常用于建筑构件,不重要的轴类,螺钉,螺母,冲压件,焊接件锻件等。*Q235C 及Q235D还可用于重要的焊接件。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2.优质碳素结构钢*含硫磷量较低（0.035%)，主要用来制造较重要的机件。*结构钢的牌号：用二位数字表示 例 20表示含碳量为0.2 数字20是钢中平均含碳量的万分数 10F表示含碳量为0.1，沸腾钢。,第一节 碳素钢,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,*常用结构钢的牌号
37、 08、10、15、20、25等牌号属低碳钢，其塑性好易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接,其中20钢用途最广,常用于制造螺钉，螺母，垫圈，小轴，冲压件,焊接件;有时用于渗碳件。30、35、40、45、50、55等牌号属于中碳钢，因钢中珠光体增多，强度硬度提高，淬火后硬度显著增加，其中45钢的强度、硬度、塑性、韧性都较好，即综合性能优良，应用最广，常用于制造轴，丝杠，齿轮，重要的螺钉，螺母等。60、65、70、75等牌号属高碳钢，经淬火，回火后强度硬度提高，弹性优良，常用于制造小弹簧，钢丝绳轧辊等,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,3.碳素工具钢碳素工具钢的含碳量为0.71.35淬火后
38、硬度高（60HRC）耐磨性良好。工作温度250，否则硬度迅速下降。牌号：T+一或二位数字表示，例T7A 其中：T表示碳素工具钢7表示平均含碳量为0.7 A表示高级优质常用：T8、T10、T10A、T12 T8属共析钢，上述牌号中韧性最好，多用于制造受冲击的工具，例如錾子，锻工工具 T10,T10A硬度较高，且有一定的韧性，常用来制造锯条，小冲模等 T12 硬度最高耐磨性好，但脆性大，适于制造不受冲击的耐磨工具，如，钢锉，刮刀等 表 14 常用碳素钢的化学成分和力学性能,第一节 碳素钢,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,合金钢为改善钢的某些性能，特意加入一种或几种合金元素所炼成的钢。
39、钢中的硅含量大于0.5，或含锰量大于1.0，也属于合金钢。合金元素加入钢后，通常使钢的强度，硬度增加，合金元素超过一定量时，可能使韧性下降。当含W、Mo、V、Ti量较高时，合金钢有回火时硬度升高的现象，称为二次硬化。低合金钢合金总含量较低（3%),含碳量也较低的合金结构钢。与同等含碳量碳素钢相比，强度及塑性均好通常在退火或正火状态下使用，成型后不再进行淬火、调质等热处理。以Q*（屈服强度）表示牌号，,第二节 合金钢,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,化学元素表,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,1.合金结构钢常用Mn、Cr、Si、Ni、W、V、Ti、B等增加钢的淬透性，
40、并使晶粒细化，使大截面零件调质处理后获得更好的强、韧结合力学性能。合金结构钢：低碳用于渗碳件；中碳用于调质及渗碳件；高碳用于大弹簧性能比碳素钢有更好的力学性能，特别是热处理性能优良，因此便于制造尺寸较大、形状复杂或要求淬火变形小的零件。合金钢的牌号数字+元素符号+数字,钢的平均含碳量的万分数,合金元素的平均含量的百分数，小于1.5时，不标数字。,第二节合金钢分类：3种,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2.合金工具钢主要用来制造刃具，模具，和量具。适于制造形状复杂，尺寸较大，切削速度较高或工作温度较高的工具和模具.合金元素作用是增加钢的淬透性（Si、Cr、Mn），耐磨性及红硬性（W
41、、Mo、V）。工具钢的牌号：数字+元素符号+数字,第二节合金钢分类,合金元素的平均含量的百分数，小于1.5时，不标数字。,用一位数字表示平均含碳量的千分数，超过1.0时不标。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,例 9Cr2平均含碳量为0.9；CrWMn-平均含碳量为1.09SiCr、9Mn2V常用的低合金刃具钢，制造切削速度不高的工具和小的模具。例如丝锥，等 W18Cr4V-是高速工具钢，制造钻头铣刀，拉刀等，600时仍保持高硬度，故可用较高切削速度切削。,3.特殊性能钢不锈钢，耐热钢，耐磨钢等，常用的不锈钢牌号是2Cr13、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Ti,第二节合金钢分类,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,1.应满足零件的工作要求 例如：受力状态，工作温度，环境介质等2.应能满足工艺性能要求 金属材料的基本加工方法有铸造，锻造，冲压，焊接，切削加工和热处理，各种加工工艺对材料均有其工艺性能要求。例如焊接选用低碳钢或低碳合金钢，冲压件选用低碳沸腾钢，冲模选用淬透性优良的合金工具钢。3.必须重视材料的经济性一般说，优先选用价格低的材料，例如优先选用碳素钢或灰铸铁，难以满足要求时，选用合金钢，球墨铸铁，铸钢或其它材料。16Mn比Q235成本略高，但强度高46，可减少用量材料的牌号应符核国家标准，品种少而集中。,零件选材的一般原则,
