1、金金 屬屬 工工 藝藝 學(xué)學(xué)第一章第一章 金屬材料的主要性能金屬材料的主要性能第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能l 金屬材料的力學(xué)性能又稱機(jī)械性能，是金屬材料的力學(xué)性能又稱機(jī)械性能，是材料在力的作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。材料在力的作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。l金屬材料的主要力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、金屬材料的主要力學(xué)性能：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性1、強(qiáng)度強(qiáng)度：金屬材料在力的作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。：金屬材料在力的作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)：拉伸試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力。：拉伸試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力

2、。抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度：金屬材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。：金屬材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。2、塑性塑性：金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。：金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。延伸率延伸率： 斷面收縮率斷面收縮率： 0AFss0AFbb%100001lll%100010AAA應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說(shuō)明：說(shuō)明：用斷面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接用斷面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。近真實(shí)變形。二、二、硬度硬度：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力。性變形、壓痕的能力。1、布氏

3、硬度（、布氏硬度（HB） 2、洛氏硬度（、洛氏硬度（HR）三、三、韌性韌性：金屬材料斷裂前吸收的變形：金屬材料斷裂前吸收的變形能量。能量。l韌性常用指標(biāo)為沖擊韌度。韌性常用指標(biāo)為沖擊韌度。l沖擊韌度常采用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。沖擊韌度常采用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。)/(2cmJAAkkl沖擊韌度：沖擊韌度：l沖擊值大小受沖擊值大小受試樣形狀、表面試樣形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組粗糙度、內(nèi)部組織、環(huán)境溫度影織、環(huán)境溫度影響。響。四、四、疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度l疲勞斷裂：承受疲勞載荷的零件疲勞斷裂：承受疲勞載荷的零件發(fā)生斷裂時(shí)，其應(yīng)力值大大低于該發(fā)生斷裂時(shí)，其應(yīng)力值大大低于該材料的強(qiáng)度極限。材料的強(qiáng)度極限。物

4、質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異同素異1538c1394c912c室溫室溫-Fe -Fe- Fe體心立方體心立方面心立方面心立方體心立方體心立方金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的慨念金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的慨念 金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義 可以用熱處理的方法即可通過(guò)加可以用熱處理的方法即可通過(guò)加熱、保溫、冷卻來(lái)改變材料的組織，熱、保溫、冷卻來(lái)改變材料的組織，從而達(dá)到改善材料性從而達(dá)到改善材料性 能的目的。能的目的。1、固溶體：、固溶體

5、：鐵素體、鐵素體、奧氏體奧氏體2、化合物：、化合物：滲碳體滲碳體Fe3C3、機(jī)械混合、機(jī)械混合物：珠光體、物：珠光體、 萊氏體萊氏體(1) 鐵素體：鐵素體：碳在碳在 -Fe中的固溶體稱中的固溶體稱鐵素體鐵素體, 用用F 或或 表示。表示。 碳在碳在-Fe中的固溶體稱中的固溶體稱 -鐵素體鐵素體，用，用 表示。表示。 都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低很低,在在727時(shí)最大為時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似性能與純鐵相似。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直

6、。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、強(qiáng)度低、塑性好塑性好，鋼材熱加工都在鋼材熱加工都在 區(qū)進(jìn)行。區(qū)進(jìn)行。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體奧氏體鐵素體鐵素體Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), 該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度很小，因而中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要常溫下碳在鐵碳合金中主要以以Fe3C或或石墨石墨的形式存在的形式存在。 鑄鐵中的石墨鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體鋼中的滲碳體(4)珠光體：珠光體：是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)是

7、奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體（析體（P）。）。(5)萊氏體：萊氏體：是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體與滲碳共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體與滲碳體的共晶體（體的共晶體（Ld）。硬度高，塑）。硬度高，塑性差。性差。兩種反應(yīng)：兩種反應(yīng)：1、共晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)一定成分的一定成分的液相液相在一定的溫度下同時(shí)在一定的溫度下同時(shí)結(jié)晶結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)出兩種成分和結(jié)構(gòu)均均不相同不相同的固相的反應(yīng)。的固相的反應(yīng)。2 、共析反應(yīng)、共析反應(yīng)一定成分的一定成分的固相固相在一定的溫度下同時(shí)在一定的溫度下同時(shí)析出析出兩種成分和結(jié)構(gòu)均兩種成分和結(jié)構(gòu)均不相同

8、不相同的的 新的新的固相固相的反應(yīng)。的反應(yīng)。鋼是含碳量小于鋼是含碳量小于2.11的鐵碳合金。的鐵碳合金。一、鋼的分類一、鋼的分類1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：含碳量小于、碳素結(jié)構(gòu)鋼：含碳量小于0.38（1）常用牌號(hào)：）常用牌號(hào)：Q215、Q235、Q255 數(shù)字表示該鋼種在厚度小于數(shù)字表示該鋼種在厚度小于16mm時(shí)的最低屈服點(diǎn)時(shí)的最低屈服點(diǎn)(Mpa)鋼的牌號(hào)尾部，可用鋼的牌號(hào)尾部，可用A、B、C、D表示鋼的質(zhì)量等級(jí)。表示鋼的質(zhì)量等級(jí)。A為普通級(jí)，為普通級(jí)，B、C、D表示硫磷含量較低的優(yōu)等級(jí)別。表示硫磷含量較低的優(yōu)等級(jí)別。鋼的牌號(hào)尾部還可用符號(hào)標(biāo)志其冶煉時(shí)的脫氧程度。鋼的牌號(hào)尾部還可用符號(hào)標(biāo)志其冶煉時(shí)的脫氧程

9、度。F：未完全脫氧的沸騰鋼；：未完全脫氧的沸騰鋼；Z：已完全脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。：已完全脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。（2） Q235：用途最廣的碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬低碳鋼，通常熱：用途最廣的碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬低碳鋼，通常熱軋成鋼板、型鋼、鋼管、鋼筋等。塑性、韌性較好。軋成鋼板、型鋼、鋼管、鋼筋等。塑性、韌性較好。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：硫、磷量小于、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：硫、磷量小于0.035，主要用于制，主要用于制造較為重要的機(jī)件。造較為重要的機(jī)件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字是鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字是鋼中平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。中平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。 08、10、15、20、25：低碳鋼。

10、塑性好，易于拉拔、沖：低碳鋼。塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。壓、擠壓、鍛造和焊接。30、35、40、45、50、55：中碳鋼。強(qiáng)度、硬度較高，：中碳鋼。強(qiáng)度、硬度較高，淬火后硬度可顯著提高。淬火后硬度可顯著提高。60、65、70、75：高碳鋼。經(jīng)淬火、回火后，不僅強(qiáng)度、：高碳鋼。經(jīng)淬火、回火后，不僅強(qiáng)度、硬度提高，且彈性優(yōu)良，常用來(lái)制造小彈簧、發(fā)條、鋼絲硬度提高，且彈性優(yōu)良，常用來(lái)制造小彈簧、發(fā)條、鋼絲繩、軋輥等。繩、軋輥等。3、碳素工具鋼：含碳量、碳素工具鋼：含碳量0.71.35，淬火后有較高硬，淬火后有較高硬度（度（HRC60）和良好的耐磨性，常用于制造鍛工、木工、）和良好的耐

11、磨性，常用于制造鍛工、木工、鉗工工具和小型模具。淬透性和紅硬性較差。鉗工工具和小型模具。淬透性和紅硬性較差。常用牌號(hào)：常用牌號(hào)：T8、T10、T10A、T12 后面的數(shù)字表示鋼中平均含碳量的后面的數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分?jǐn)?shù)千分?jǐn)?shù)T8：共析鋼，韌性好，多用于制造承受沖擊的工具，如：共析鋼，韌性好，多用于制造承受沖擊的工具，如鏨子、鍛工工具等；鏨子、鍛工工具等；T10、T10A：硬度較高，有一定韌性，常用于制造鋸條、：硬度較高，有一定韌性，常用于制造鋸條、小沖模等；小沖模等；T12：硬度高，耐磨性好，脆性大，適用于不承受沖擊的：硬度高，耐磨性好，脆性大，適用于不承受沖擊的耐磨工具，如鋼銼、刮刀

12、等。耐磨工具，如鋼銼、刮刀等。三、合金鋼：三、合金鋼：為改善鋼的某些性能、特意加為改善鋼的某些性能、特意加入一種或幾種合金元素所煉成的鋼，或者鋼入一種或幾種合金元素所煉成的鋼，或者鋼中的含硅量大于中的含硅量大于0.5，或者鋼中的含錳量大，或者鋼中的含錳量大于于1.0。1、合金結(jié)構(gòu)鋼：比碳素鋼具有更好的力學(xué)性能，熱處、合金結(jié)構(gòu)鋼：比碳素鋼具有更好的力學(xué)性能，熱處理性能優(yōu)良，便于制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜或要理性能優(yōu)良，便于制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜或要求淬火變形小的零件，如求淬火變形小的零件，如16Mn、20Cr、40Mn22、合金工具鋼：主要用于制造刃具、模具和量具，適、合金工具鋼：主要用于制造刃

13、具、模具和量具，適于制造形狀復(fù)雜、尺寸較大、切削速度較高或工作于制造形狀復(fù)雜、尺寸較大、切削速度較高或工作溫度較高的工具和模具，如溫度較高的工具和模具，如9Cr2、CrWMn、9SiCr、W18Cr4V3、特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼、耐磨鋼、特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼、耐磨鋼第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述l鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)下，通過(guò)加熱、鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)下，通過(guò)加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織，從而獲得保溫和冷卻，以改變鋼的組織，從而獲得所需性能的工藝方法。所需性能的工藝方法。第二節(jié)第二節(jié) 退火和正火退火和正火一、退火一、退火l退火：將鋼加熱、保

14、溫，然后隨爐冷卻或埋入退火：將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中使其緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱灰中使其緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。處理工藝。l退火目的退火目的：(1)降低硬度，以利于切削加工或其降低硬度，以利于切削加工或其他種類加工；他種類加工；(2)細(xì)化晶粒，提高鋼的塑性和韌細(xì)化晶粒，提高鋼的塑性和韌性；性；(3)消除內(nèi)應(yīng)力，為淬火工序做好準(zhǔn)備。退消除內(nèi)應(yīng)力，為淬火工序做好準(zhǔn)備。退火主要用于鑄件、鍛件、焊件及其它毛坯的預(yù)火主要用于鑄件、鍛件、焊件及其它毛坯的預(yù)備熱處理。備熱處理。l常用退火方法：完全退火、球化退火、低溫退常用退火方法：完全退火、球化退火、低溫退火火1、完

15、全退火、完全退火l將亞共析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到Ac3以上以上3050，保溫后緩慢冷卻。為了提，保溫后緩慢冷卻。為了提高生產(chǎn)率，也可在緩慢冷卻到高生產(chǎn)率，也可在緩慢冷卻到500 以下時(shí)從爐內(nèi)取出，使其在以下時(shí)從爐內(nèi)取出，使其在空氣中冷卻到室溫?？諝庵欣鋮s到室溫。l主要用于鑄鋼件和重要鍛件、淬火后返修件。主要用于鑄鋼件和重要鍛件、淬火后返修件。2、球化退火、球化退火l將鋼加熱到將鋼加熱到Ac1以上以上2030 ，保溫后緩慢冷卻，保溫后緩慢冷卻l主要用于過(guò)共析鋼鍛件。主要用于過(guò)共析鋼鍛件。l其目的是降低硬度，改善切削加工性，為淬火做準(zhǔn)備。其目的是降低硬度，改善切削加工性，為淬火做準(zhǔn)備。3、低溫退

16、火、低溫退火l將鋼加熱到將鋼加熱到Ac1以下，保溫后緩慢冷卻以下，保溫后緩慢冷卻l去應(yīng)力退火：主要用于消除工件內(nèi)應(yīng)力（工件加熱溫度去應(yīng)力退火：主要用于消除工件內(nèi)應(yīng)力（工件加熱溫度500650 ）、）、l再結(jié)晶退火：消除冷變形所產(chǎn)生的加工硬化（工件加熱溫度再結(jié)晶退火：消除冷變形所產(chǎn)生的加工硬化（工件加熱溫度650750 ，保溫后空冷），保溫后空冷）二、正火二、正火l正火：將鋼加熱到正火：將鋼加熱到Ac3以上以上3050 （亞共析鋼）或（亞共析鋼）或Acm以以上上3050 （過(guò)共析鋼）（過(guò)共析鋼） ，保溫后在空氣中冷卻的熱處，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。理工藝。l正火目的正火目的：(1)取代部

17、分取代部分完全退火，中碳合金鋼、完全退火，中碳合金鋼、高碳鋼及復(fù)雜件以退火高碳鋼及復(fù)雜件以退火為宜；為宜；(2)用于普通結(jié)構(gòu)件用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理；的最終熱處理；(3)用于用于過(guò)共析鋼，以減少或消除過(guò)共析鋼，以減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。退火做準(zhǔn)備。第三節(jié)第三節(jié) 淬火和回火淬火和回火一、淬火一、淬火l淬火：將鋼加熱到淬火：將鋼加熱到Ac3或或Ac1以上以上 3050 ，保溫后在淬火，保溫后在淬火介質(zhì)中快速冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。介質(zhì)中快速冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。l馬氏體（馬氏體（M）：嚴(yán)重過(guò)飽和）：嚴(yán)重過(guò)飽和固溶體。具有較高硬

18、度和耐磨性。固溶體。具有較高硬度和耐磨性。l為防止淬火時(shí)產(chǎn)生裂紋，常為防止淬火時(shí)產(chǎn)生裂紋，常采取措施：采取措施：（1）嚴(yán)格控制淬火加熱溫度；）嚴(yán)格控制淬火加熱溫度；（2）合理選擇淬火介質(zhì)；）合理選擇淬火介質(zhì)；（3）正確選擇淬火方法。）正確選擇淬火方法。二、回火二、回火l將淬火鋼重新加熱到將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某溫度，保溫后冷卻的熱以下某溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。處理工藝。l回火目的：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，以降低鋼的脆性，防止回火目的：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，以降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋，同時(shí)使鋼獲得所需的力學(xué)性能。產(chǎn)生裂紋，同時(shí)使鋼獲得所需的力學(xué)性能。l回火溫度越高，析出碳化物愈多，鋼的強(qiáng)度、硬度下回火溫度越高，析出碳化物愈多，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性升高。降，塑性、韌性升高。l回火種類：回火種類：低溫回火（低溫回火（150250 ）：降低淬火鋼的內(nèi)應(yīng)力和脆性，基本）：降低淬火鋼的內(nèi)應(yīng)力和脆性，基本保持淬火所獲得的高硬度保持淬火所獲得的高硬度(5664HRC)和高耐磨性。主要用于和高耐磨性。主要用于工具鋼的熱處理，如各種刃具、模具、滾動(dòng)軸承和耐磨件。工具鋼的熱處理，如各種刃具、模具、滾動(dòng)軸承和耐磨件。中溫回火（中溫回火（350500 ）：使鋼獲得高彈性，保持較高硬度）：使鋼獲得高彈性，保持較高硬度(3550HRC)和一定韌性，主要用于各種彈簧、發(fā)條、鍛模。和一定韌性，主要用于