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1、第1章 机械工程常用材料及钢的热处理,1.1机械工程常用材料,1.2 钢的热处理,1.3常用金属材料,1.4 钢铁材料的现场鉴别,是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。,力学性能,指标：强度、硬度、塑性、韧性等。,强度与塑性,静载单向静拉伸实验,应力()：单位横截面积的内力,标准拉伸试样：长试样L0=10d0 短试样L0=5d0,1.1机械工程常用材料,2.硬度,材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。,硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念,硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其他机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。,硬度试验方法很多，机械工业普遍采
2、用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。,3.冲击韧性(Ak或ak),韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力,冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。,ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F 单位为焦耳/厘米（J/cm）,ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形,ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。,Ak=mg(h1-h2),冲击吸收(Ak)：,单位为焦耳,冲击韧度(ak)：,韧脆转变温度：冲击吸收功急剧 变化或断口韧性急剧转变 的温度区域。,指材料适应加工工艺要求的能力,1.铸造性能指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，,包括：
3、流动性能、收缩性、偏析等。,2.焊接性能指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口 处是否能满足使用目的的特性。,3.锻造性能金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不 破裂的能力。,含碳量越高，焊接性越差。,含碳量越高，锻造性越差。,材料的工艺性能,含碳量4.3%的铁碳合金铸造性最好。,4.切削加工性：指材料被切削加工成合格零件的难易程度。,包含：刀具耐用度；切削力，切削温度，表面加工质量，,切屑的形状或断屑难易程度。,5.冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。,含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。,含碳量越高，冲压性越差。,6.热处理工艺性：指材料被热处理时达到性能等要求的难
4、易程度。,如：淬硬性、淬透性。,1.2 钢的热处理,采用适当方式对材料或工件在固态下进行加热、保温和冷却，以获得预期组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。,热处理的实质,热处理工艺,热处理的原理,热处理,加热、保温、冷却,组织转变规律,改变组织结构 性能,钢的整体热处理,钢的退火与正火,钢的退火与正火,冷却速度慢，获得接近平衡组织。可降低硬度、细化晶粒、消除应力。,冷却速度比退火快，晶粒更细小。低碳钢和低碳合金钢正火可提高硬度；中碳钢正火可提高力学性能；高碳钢正火可消除网状渗碳体。,退火的主要特点：,正火的主要特点：,钢的淬火与回火,是将钢加热至临界点(Ac3或Ac1)以上，保温后以大于VK的
5、速度冷却，使奥氏体转变成马氏体(或下贝氏体)的热处理工艺。,淬火,回火,是将淬火后的钢加热至A1以下的某一温度后进行冷却的热处理工艺。,淬火的目的是为了得到马氏体组织。,一般淬火后的钢都要进行回火，才能使钢具有不同的力学性能。,钢的表面热处理,钢的表面淬火,将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺。,表面淬火前应对工件正火或调质，表面淬火后应低温回火。,利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。,1.感应淬火,高频感应淬火：200300kHz，淬硬层深度为0.52mm。主要用于要求淬硬层较
6、薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件等。,工频感应淬火：50Hz，淬硬层深度为1020mm。主要用于大直径零件。,最适宜的钢种是中碳钢(如40钢、45钢)和中碳合金钢。,(1)感应淬火频率的选用,中频感应淬火：25008000Hz，淬硬层深度为210mm。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件。,加热速度极快；工件表层获得极细小的马氏体组织；工件表面质量好，变形小；生产效率高,(2)感应淬火加热的特点,2.火焰淬火,火焰淬火是利用氧-乙炔(或其他可燃气体)火焰对工件表层加热，并快速冷却的淬火工艺。淬硬层深度一般为26mm。用于单件、小批生产。,钢的化学热处理,将工件置于适当的活性介质中加热
7、、保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变表层一定深度的化学成分、组织和性能的热处理工艺,基本过程,分解,吸收,扩散,渗层,1.渗碳,固体渗碳法,单件、小批生产,(1)渗碳的方法,气体渗碳法,大批量生产,将工件置于密封的井式渗碳炉中，滴入易分解和气化的液体或直接通入渗碳气体，加热到渗碳温度。活性碳原子C被工件表面吸收而溶于高温奥氏体中，并向工件内部扩散形成一定深度的渗碳层。,(2)渗碳用钢、渗碳后组织及热处理,渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢,表层为过共析组织，与其相邻为共析组织，再向里为亚共析组织的过渡层，心部为原低碳钢组织。,渗碳后的组织,按化学成分,非合金钢,低合金钢,合金钢,钢的分类,1.
8、3常用金属材料,钢铁及合金牌号统一数字代号体系,大写拉丁字母有：A、B、C、E、F、H、J、L、M、P、Q、S、T、U、W。其中A表示合金结构钢；L表示低合金钢；U表示非合金钢；T表示工具钢等。第一位阿拉伯数字有09。在不同的钢中，每一位数字所代表的含义各不相同。如在合金结构钢细分类中，0代表Mn（x）、MnMo（x）钢；1代表SiMn（x）、SiMnMo（x）钢。在低合金钢细分类中，0代表低合金一般结构钢；1代表低合金专用结构钢。在非合金钢中，1代表非合金一般结构及工程结构钢；2代表非合金机械结构钢等,钢铁及合金牌号统一数字代号体系,灰口铸铁,白口铸铁,麻口铸铁,按碳存在的形式分类,普通灰铸
9、铁 石墨呈片状蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状可锻铸铁 石墨呈棉絮状球墨铸铁 石墨呈球状,按石墨的形态分类,按化学成分分类,普通铸铁合金铸铁,铸铁的分类,铝合金的分类,根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。,（1）,变形铝合金,不可热处理强化铝合金防锈铝,可热处理强化铝合金硬铝、超硬铝和锻铝,（2）,变形铝合金,铸造铝合金,具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好,铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。,按化学成分,黄铜,青铜,白铜,以Zn为主要合金元素。良好的加工性能，良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。,以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零
10、件。抗腐蚀性比黄铜还好。,以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。,铜合金的分类,工业纯铜,纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为4种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。工业纯铜除配制铜合金和其他合金外，主要用于电器工业，制造电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器等。,纯铜的强度低，不宜用作结构材料,1.4 钢铁材料的现场鉴别,常用的鉴别方法有火花鉴别法、色标鉴别法、断口鉴别法和音色鉴别法等。,20钢的火花特征,45钢的火花特征,T12钢的火花特征,HT200的火花特征,火花鉴别法,色标鉴别法,碳素结构钢Q235钢为红色；
11、优质碳素结构钢20钢为棕色加绿色，45钢为白色加棕色；合金结构钢20CrMnTi钢为黄色加黑色，40CrMo钢为绿色加紫色；铬轴承钢GCr15钢为蓝色；高速钢W18Cr4V钢为棕色加蓝色；不锈钢1Cr18Ni9Ti钢为绿色加蓝色；热作模具钢5CrMnMo钢为紫色加白色。,断口宏观鉴别法,若断口呈纤维状，无金属光泽，颜色发暗，无结晶颗粒，且断口边缘有明显的塑性变形特征，则表明钢材具有良好的塑性和韧性，含碳量较低。若断口齐平，呈银灰色，且具有明显的金属光泽和结晶颗粒，则表明属脆性材料。而过共析钢或合金经淬火后，断口呈亮灰色，具有绸缎光泽，类似于细瓷器断口特征。低碳钢不易敲断，断口边缘有明显的塑性变形特征，有微量颗粒；中碳钢的断口边缘的塑性变形特征没有低碳钢明显，断口颗粒较细、较多；高碳钢的断口边缘无明显塑性变形特征，断口颗粒很细密；铸铁极易敲断，断口无塑性变形，晶粒粗大，呈暗灰色。,音色鉴别法,根据钢铁敲击时发出的声音不同，以区别钢和铸铁的方法称为音色鉴别法。敲击时，发出比较清脆声音的材料为钢，发出较低沉声音的材料为铸铁。为了准确地鉴别材料，在以上几种现场鉴别的基础上，一般还可采用化学分析、金相检验以及硬度试验等手段进行鉴别。,THE END!,
