中职学校《金属加工与实训》高考知识点总复习课件.doc

1、职业教育中心校本教材金属加工与实训高考知识点总复习 编者：胡云天 2019 年秋期前 言 本书是按照四川省2016年普通高校对口招生加工制造类职业技能考试大纲中，关于金属加工与实训课程的考试内容及要求而编写的课程高考知识点复习指南。 本书旨在帮助师生把握课程的知识点要求，突出考试要求中的“掌握”、“理解”知识点内容，引导学生全面把握复习的重点要求；帮助学生强化专业知识结构、巩固基本专业技能，提高专业素养。 本书中章节内容以劳社版中职通用教材金属加工与实训基础常识与技能训练第二版（李英杰等主编）为准。 本书可作为机械加工类专业学生参加对口高职招生考试复习用书，也可作为相关专业教师作为教学参考。金

2、属加工与实训高考知识点总复习 绪 论 本课程 是中等职业学校机械类及工程技术类相关专业的一门基础课程。 金属材料及性能 如物理性能、 化学性能、 力学性能及工艺性能等。一、 金属和金属材料的定义 金属、金属材料 （纯金属和合金）二、 金属材料的分类 工程材料有金属材料和非金属材料两大类。 金属材料有： 钢铁材料、 非铁金属（有色金属） 材料。 三、 金属材料在国民经济中的作用和地位 金属材料在国民经济中具有重要作用和突出地位,它是人类社会发展的重要物质基础。四、 金属材料加工的现状与发展趋势五、 金属材料加工的发展历史六、 金属材料加工的主要工种分类及特点 金属材料加工 是指采用合理的加工工艺

3、方法对金属材料进行加工,获得符合设计要求的金属制品的工艺过程。 金属材料加工过程 包括将金属材料制成毛坯,将毛坯加工成零件,再将零件装配成部件或机器的整个生产过程。 金属加工方法分类 主要包括热加工和冷加工两大类。 热加工主要包括铸造、 锻压、 焊接、 热处理等加工方法， 它们主要用于生产金属毛坯。 热处理是改善金属材料性能和质量的重要工艺方法,它包括预先处理和最终热处理。 冷加工主要包括各种机械加工方法 如冲压加工、 钻削加工、 车削加工、刨削加工、 铣削加工、 磨削加工、 拉削加工、 数控加工、 特种加工等。 它们主要用于对各种毛坯或原材料进行精确加工， 逐步改变毛坯或原材料的形状、 尺寸

4、及表面质量,使其获得所需精度要求的合格零件。七、 金属材料加工安全生产规范要求 安全生产对于金属材料加工行业来说,是一项非常重要的教育内容。八、 金属材料加工与实训的性质与任务 第1章 金属材料的力学性能 考纲要求：了解金属材料的强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等力学性能，理解金属材料工艺性能的概念； 金属材料性能 金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。 第一节 金属材料的强度与塑性一、力学性能的概念 力学性能： 是指金属材料在外力作用下表现出来的一系列性能指标，又称机械性能。 内力： 导致物体内部之间产生的相互作用的力，单位 N ； 应力： 单位面积上的内力 ； 应变： 由外力所引起的物体原始

5、尺寸或形状的相对变化。 金属材料的力学性能, 是评定金属材料质量的主要依据, 也是金属构件设计时选材和进行强度计算的主要依据。二、 拉伸试验过程分析 拉伸试验: 强度、塑性指标获得的方法. 试样、试验机 拉伸曲线 载荷F和伸长量L之间的关系曲 拉伸曲线的几个变形阶段：三、 强度 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力. 1.屈服强度和规定残余延伸强度 屈服强度 表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力值，以 ReL表示，即: 屈服强度是工程技术上重要的力学性能试验指标之一,也是大多数机械零件选材和设计的依据。 残余延伸强度 一些脆性材料（如高碳钢、铸铁等） ,

6、 没有明显的屈服现象，可用残余延伸强度来代替其屈服强度。 2.抗拉强度 抗拉强度 是指拉伸试样拉断前所承受的最大标称拉应力,用符号 Rm 表示。 抗拉强度也是工程技术上重要的力学性能试验指标之一,是脆性材料（如铸铁等） 零件选材和设计的依据。 四、 塑性 塑性 是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。塑性指标也由拉伸曲线试验数据确定，有断后伸长率和断面收缩率两个指标。 1. 断后伸长率 试样拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值的百分率，用符号A表示。 2.断面收缩率 试件拉断后断口处（缩紧处）横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号 Z 表示。 材料的塑性表示材料

7、在断裂前能够发生塑性变形的程度，影响材料的加工性能，通常要求机械零件要具有一定的塑性。 第二节 金属材料的硬度 硬度 是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力学性能指标之一。硬度指标分类： 洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度 HRC 和布氏硬度 HB。硬度应用广泛： 试验基本上不损伤工件,操作简便、迅速,可直接在工件上进行测试；同时, 硬度又是一项综合力学性能指标,硬度高低与强度和塑性、耐磨性相关。 试验方法：车间现场常用压入法测定硬度，也有其它方法。一、 布氏硬度（HBW） 布氏硬度试验原理是用一定直径的硬质合金球, 加载并卸除试验力,测量试样表面

8、的压痕直径 d, 然后根据压痕直径 d 计算其硬度值的方法。布氏硬度指标 HBW 布氏硬度标注 布氏硬度试验的特点及应用 试验时金属材料表面压痕大, 能在较大范围内反映被测金属材料的平均硬度, 测得的硬度值比较准确, 数据稳定。但由于压痕较大, 对金属表面的损伤较大, 不宜测定太小或太薄的试样。布氏硬度试验主要用于测定原材料的硬度, 如铸铁、非铁金属、经退火处理或正火处理的金属材料及其半成品。二、 洛氏硬度（HR） 洛氏硬度 其试验原理是将锥角为 120 的金刚石圆锥体或球(淬火钢球或硬质合金球)，分两步加载压入试样表面,根据试样残余压痕深度增量来衡量试样硬度的大小。 洛氏硬度指标 有三个标尺

9、： HRA、 HRB、 HRC（多用）洛氏硬度标注 50HRC 洛氏硬度试验特点及应用： 硬度试验压痕小， 表面损伤小，试验操作简便,直接读取硬度值。但硬度值的准确性不如布氏硬度高。洛氏硬度是生产中广泛应用的一种硬度试验方法， HRC 标尺多用于测定淬火钢、工具（刃具、量具、模具）的成品或半成品零件的硬度。三、 维氏硬度（HV） 维氏硬度 维氏硬度的测定原理维氏硬度指标 HV5-1000，一个指标从极软到极硬拉通。 维氏硬度标注 如： 640HV30 维氏硬度试验特点及应用： 维氏硬度试验法适用范围宽, 从很软的材料到很硬的材料都可以测量, 其测量结果精确可靠。但测取维氏硬度操作较麻烦，对试样

10、表面的质量要求也高, 测量效率较低。维氏硬度试验主要用于精密、极薄板、渗碳层深度以及科研实验室等场合。 第三节 金属材料的韧性 韧性 是金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。冲击试验 金属材料韧性的大小通常采用吸收能量 K(单位为焦耳)指标来衡量,而测定金属材料的吸收能量,通常采用夏比摆锤冲击试验方法来测定。一、夏比摆锤冲击试样 夏比摆锤冲击试样有 V 形缺口试样和 U 形缺口试样两种 ，冲击实验装置示意图。二、夏比摆锤冲击试验方法 夏比摆锤冲击试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。 韧性指标： 冲击功 KV 2 = Epv1 Epv2三、温度对吸收能量的影响 冷脆现象： 当温度越低时，金属材料的韧

11、性下降，脆性就增大。 第四节 金属材料的疲劳强度一、疲劳现象 循环（交变）应力。 疲劳现象 部分机械零件(如轴、齿轮、弹簧等)是在循环应力作用下工作的。零件在低于材料的屈服强度的循环应力作用下,经过一定工作时间后会发生突然断裂, 这种现象称为金属材料的疲劳。 注意：疲劳破坏不同于零件一次超载引起的强度破坏。 疲劳断口 疲劳断口特征明显，有疲劳源、疲劳裂纹扩展区（光滑、面积较大）、最后脆断区（粗糙新断，面积较小）。 疲劳破坏的危害 在工作应力低于正常值下发生突然断裂，断前无预兆，易造成严重事故。机器零件损坏中的 80% 是疲劳破坏。二、疲劳强度 金属材料在循环应力作用下能经受无限多次循环而不的最

12、大应力值称为金属材料的疲劳强度。 疲劳试验： 对结构钢，疲劳强度约为其抗拉强度的二分之一。 防止零件发生疲劳破坏的措施： 影响疲劳强度的因素很多, 在设计时在结构上注意避免零件应力集中； 通过改善零件表面粗糙度值和表面残余应力状态， 减小缺口效应， 从而提高零件的疲劳强度。 第2章 常用工程材料考纲要求：了解常用金属材料的分类，能正确识读常用金属材料的牌号，了解常用金属材料的性能及用途； 工程材料 是指在生活、生产和科技领域中， 用于制造结构件、机器、工具和功能部件的各类材料的统称。 工程材料的类别 按其特性，可分为金属材料和非金属材料。第一节 非合金钢低合金钢和合金钢 钢：铁碳合金（碳的质量

13、分数2.11%），还含有硫(S)、磷( P)、硅( Si)、锰(Mn)等杂质元素。 杂质元素对钢的影响： 硅、锰是有益元素，能提高钢的强度、硬度；而硫、磷是有害元素，造成钢的脆性，其中S造成钢的热脆， P造成钢的冷脆，其含量决定钢的质量。 加入各种合金元素的目的是为了满足各种特殊性能要求。一、非合金钢的分类、牌号及用途 1. 非合金钢（碳素钢）的分类 钢的类别主要按钢的化学成分、钢的品质、钢的用途来分类。 （1）按化学成分分类 铁+碳+杂质 低碳钢 碳的质量分数wc0.25 中碳钢 碳的质量分数wc0.250.6 高碳钢 碳的质量分数wc0.6 （2）按钢的品质分类（主要根据有害杂质硫、磷的含

14、量分类） 普通质量钢 有害杂质硫、磷的含量较多。 如： Q235。 优质钢 有害杂质硫、磷的含量较低。如： 45、 T7。 特殊质量钢 有害杂质硫、磷的含量控制严格。如： T7A、 T12A。 （3）按用途分类 结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为低、中碳钢。如：建筑钢筋（Q235）、机器零件(65Mn)等 工具钢 主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。如：锉刀（T12）等 （4）钢的其它分类方法 如按专业分：锅炉、桥梁等等。 通过工程材料的牌号一般能大致了解钢铁的“类别、化学成分、质量、性能、热处理方法和用途” 等信息。 2. 非合金钢（碳钢）的牌号及用

15、途 （1） 碳素结构钢的牌号及用途 牌号： 例如 Q 235 A F，表示屈服强度为235 MPa 的 A 级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。常用牌号： Q195-Q275，典型： Q 235 质量： 普通质量，也分A、 B、 C、 D等级， A级最低 脱氧程度： F、 Z（省）、 TZ 用途： 此类钢塑性好，可焊性好，通常不热处理，用于受力不大的非重要场合。 如：一般建筑钢筋、钢板、要求不高的小轴、螺钉垫圈等标准件。 （2） 优质碳素结构钢的牌号及用途 牌号： 用两位平均碳的质量分数的万分数表示。如： 45号钢表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。质量全是优质钢。 用途： 大量用作

16、一般机器零件，一般要通过热处理强化零件（20、 25渗碳、中碳钢可调质）。如：冲压件、轴、齿轮、受力的螺纹标准件等等。 （3） 其它专用优质非合金钢的牌号及用途 1）铸造碳钢： 牌号： 如： ZG200-400，“ZG”表示“铸钢”的拼音字头， 200、 400分别表示铸钢的屈服强度和抗拉强度的Mpa值。 用途：主要用于形状复杂适合铸造、力学性能要求较高又不能用铸铁的大型机器结构。如：机器横梁、箱体、大型齿轮等等。 2）其它专用钢：主要有易切削钢、锅炉用钢、焊接用钢等。 （4） 碳素工具钢的牌号及用途 牌号： 碳素工具钢的碳的质量分数在0.7%1.4%。其牌号以“T” 后面加数字表示钢中平均碳

17、的质量分数的千分数；有优质钢和高级优质钢两类， 若是高级优质碳素工具钢， 则在数字后面加“A” ， 如T10A等。 用途： 用作一般工具（刃具、量具），都要通过热处理提高硬度及耐磨性。如：榔头、手锯条、锉刀、低档游标卡尺等等。 二、 低合金钢的分类、牌号及用途 低合金钢 合金总量较低（成本低），焊接性较好，性能优于碳素钢；主要用于重要的工程结构。主加元素为： Si、 Mn、 P、 Cu等。 1. 低合金钢的分类 按低合金钢的质量等级分，可分为普通、优质和特殊质量；按用途低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金专用钢。 2. 低合金钢的牌号及用途 （1）低合金高强度结构钢 牌号： 与碳素结构钢的

18、牌号基本一致，不同的是屈服强度值较高。如：Q345Q690 。 性能与用途： 与碳素结构钢相比，有较高的强度、韧性、耐腐蚀性及焊接性。价格稍高。大量用作较重要的建筑、桥梁、船舶、容器等等。 （2）低合金耐候钢 （3）低合金专用钢三、合金钢的分类、牌号及用途 合金钢 种类较多，在工业上具有重要用途。它具有高强度、高硬度、高耐磨性及特殊的物理、化学性能等；价格较高；用于制作重要的机器零件工、量、模具等。大多需要热处理后使用。 1.合金钢的分类 1）按钢的质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类） 优质钢 硫、磷的含量较低，如： 20CrMnTi、 40Cr等。 特殊质量钢 硫、磷的含量控制严格。

19、如： 38CrMoA、 W18Cr4V等。 （2）按用途分类 结构钢 主要用于制造重要的机器零件等，一般为低、中碳钢。如：轴、齿轮(40Cr)、弹簧（60Si2Mn）等。 工具钢 主要用于制造各种重要的刃具、模具和量具。一般为高碳钢。如：高速钢(W18Cr4V)等。 特殊性能钢 具有特殊物理化学性能的钢。 如：不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 2. 合金钢牌号及用途 （1）合金结构钢的牌号 牌号： 如： 20Cr、 45Mn2、 38CrMoA等，是在优质碳素结构钢基础上加上合金元素组成。 两位数字表示碳的质量分数为万分之几，合金元素符号后的数字表面该元素的质量分数为几%（含量小于1.5%省略不标）

20、；后面的A表示高级优质钢，无A表示优质钢。 用途： 合金渗碳钢 20Cr、 20CrMnTi ，活塞销、汽车齿轮等。 合金调质钢 40Cr、 45Mn2，主轴、重要齿轮、连杆、曲轴等。 合金弹簧钢 60Si2Mn，大尺寸弹簧、板簧等。 （2）滚动轴承钢 牌号： 典型： GCr15、 GCr15SiMn， G是滚动轴承钢的拼音字头，都是高碳钢（碳的质量分数省略不标）， Cr元素的质量分数为千分之1.5。都是高级优质钢（省略）。 用途： 制造各类滚动轴承的内、外圈和滚动体，也可以制造工、量具等。 注意： 滚动轴承钢是一种专用钢，滚动轴承虽然是机器零件，但其工作性质决定需要高耐磨的性能，因此滚动轴承

21、钢就与合金工具钢类似，也能制造工具。 （3）合金工具钢 牌号： 典型： 9SiCr、 CrWMn、 W18Cr4V。首位数字是碳的质量分数为千分之几（大于1%省略不标）；后面是合金元素及其含量（几%，含量1.5%省略含量不标）；都是高级优质钢（省略）。 用途：低合金工具钢 9SiCr、 CrWMn， 低速、复杂的切削刀具，如丝锥、板牙、机铰刀、量具、冷作模等。 高速钢 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2，红硬性600 C， 各类中速切削刀具，如车刀、铣刀、齿轮滚刀等。 （4）特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢 不锈钢：如： 1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9、 2Cr13，牌号与合金结构

22、钢表示方法相同，只是当碳的质量分数很低时，用0或00表示。 主要用于耐腐蚀要求的零件及工具，也用于装饰材料。如医疗器械、化工机械、厨具等。 耐热钢：如： 2Cr21Nil2N，牌号与合金结构钢表示方法相同。主要用于高温环境下工作的机件。如发动机排气门、锅炉燃烧部件等。 耐磨钢（高锰钢）：如： ZGMn13，因为耐磨钢一般铸造后就使用，所以用“ZG”表示。主要用于强烈磨损的场合。如，履带、铲齿等。四、钢铁及合金牌号统一数字代号体系（略）第二节 铸铁一、铸铁概述 铸铁 是碳的质量分数 为 2.11% 6.69%， 硫、磷、 硅、锰等杂质元素含量较高的铁碳合金。主要用于形状较复杂的箱体、机座、带轮等

23、零件。 铸铁的性能 优： 具有良好的铸造性能、耐磨性、减摩性、减振性和切削加工性， 而且加工成本低，应用广泛。缺： 铸铁由于强度低， 塑性及韧性较差。 铸铁的分类： 按铸铁中碳（石墨）的分布形式分类。 1. 铸铁的石墨化及影响因素 铸铁组织中的碳主要是以石墨的形态出现的，铸件组织可以认为是“钢基体+石墨”，铸铁中石墨的形态及分布，对铸铁性能有很大的影响。 铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为铸铁的石墨化。 影响石墨化的因素： 化学成分和冷却速度。 2. 铸铁的分类 根据碳在铸铁中存在的形式不同铸铁可分为以下几种铸铁： 常用白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁，此外，还有蠕墨铸铁、 合金铸铁。二、

24、常用铸铁的牌号和用途 1. 灰铸铁的牌号和用途 特征： 铸件中碳以“片状石墨”形态出现，且断口呈浅灰色。 性能： 灰铸铁虽然力学性能不好，抗拉强度低、脆性大，但与钢相比，还有其它优良性能：抗压强度好、切削加工性好、耐磨性好、铸造性好、减震性好、小的缺口敏感性等。 牌号： HT100、 HT200HT350等八个牌号， HT是“灰铁”的拼音字头，后面数字是抗拉强度（如200MPa） 用途： 灰铸铁价格低廉、产量大，广泛用于机床床身、机座、缸体、箱体、手轮等形状复杂，要求不高的零件。 2. 球墨铸铁的牌号和用途 特征： 铸件中碳以“球状石墨”形态出现。 性能： 球墨铸铁是近几十年发展起来的高强度铸

25、铁，力学性能比其它铸铁好（接近于钢），且保留了铸件的全部优点。 牌号： QT400-15等， QT是“球铁”的拼音字头，后面数字是抗拉强度和伸长率。 用途： 能实现“以铁代钢”。 用于形状复杂、受力复杂的机器零件、薄壁件等场合。如：曲轴、连杆、凸轮、阀门、井盖等等。 3. 可锻铸铁的牌号和用途 特征： 铸件中碳以“团絮状石墨”形态出现。 牌号： KHT330-08等， KT是“可铁”的拼音字头， H是黑心可铁， Z是珠光体可铁，后面数字是抗拉强度和伸长率。 注意： 可锻铸铁不可锻，且大多被球墨铸铁取代。 4. 蠕墨铸铁的牌号和用途 5. 合金铸铁的牌号和用途 第三节 非铁金属 非铁金属（有色金

26、属）：除钢铁材料以外的其它金属材料。因冶炼成本较高，产量和使用远不如钢铁材料，但非铁金属有许多优良的物理、化学性能，使用也日益广泛。 如： 铝合金、铜合金、钛合金、硬质合金等等。一、铝及铝合金的性能分类、牌号和用途 我国变形铝及铝合金牌号表示法 有国际四位数字体系和四位字符体系两种命名方法。 国际四位数字体系牌号，对于命名为国际四位数字体系牌号的变形铝合金，应按四位数字体系。 1. 纯铝 轻金属（密度2.72g/cm3），导电、导热，低熔点（660 C）、抗氧化、塑性好，但强度、硬度低。 牌号： 1xxx、 1Axx（旧L1L6）。 如： 1A97。 用途： 工业纯铝，主要用作导电、导热材料。

27、 2.铝合金 在纯铝中加入一种或几种其它元素形成的合金，如铜、硅、镁、锰、锌等。 铝合金的分类、牌号及应用二、 铜及铜合金的性能分类、牌号和用途 铜，在地球上的储量较少，但铜合金是人类历史上最早使用的金属材料。工业上使用的主要有纯铜、黄铜、青铜和白铜。 1. 工业纯铜的性能、牌号和用途 牌号：如 T1 、 T2、 T3，工业纯铜，呈玫瑰红色，又叫紫铜、电解铜。 用途：主要用作导电、导热材料。 2. 铜合金的性能、牌号和用途 三、轴承合金 制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。四、钛合金 钛合金是一种新型材料，重量轻、强度高，价格贵，目前多用于航空业， 有人称为是下个世纪的钢。 1.

28、 纯钛 轻金属（密度4.5g/cm3），熔点高1677 C，耐腐蚀， 塑性好，比强度高，工艺性能好。 2. 钛合金 钛合金可分为a型钛合金、 b型钛合金和a+b型钛合金三类。五、 硬质合金 硬质合金 的制备方法： 是以WC、 TiC 等金属化合物 粉末为原料，以金属Co为粘接剂，通过高温烧结而成的。 1. 硬质合金 的性能特点 优点 与高速钢相比：硬质合金具有高硬度、高耐磨（高1520倍）、高热硬性（达8001000 C）、高的抗压强度。 缺点 抗弯强度较低、冲击韧性差、导热性差等不足。 2. 硬质合金 的分类、代号及用途 硬质合金按用途可分为切削工具、地质矿山、耐磨零件等不同类别。 按用途分

29、： P、 M、 K、 N、 S、 H等六大类。同组内，按耐磨性的韧性的不同再分组：01、 02、 10、 20、 30 第3章 钢的热处理考纲要求：了解金属材料热处理的概念，了解退火、正火、淬火、回火及表面热处理的目的、方法及应用范围。 钢的热处理 把钢加热、保温、冷却，通过改变钢的内部组织，来达到改变（强化）钢的性能的一种工艺方法。 钢热处理的目的 （1）强化作用：合理地改善零件的组织和性能，提高零件的质量和使用寿命，最大限度地挖掘钢材的使用潜力和经济价值。 （2）改善钢的加工工艺性能： 通过热处理还可以降低材料硬度、提高塑性，达到改善工艺性能（如切削加工性、冲压性）的目的，如退火等等。 钢

30、热处理的应用 热处理在机械制造中占有重要的地位， 绝大多数的机械零件都需要进行热处理。 第一节 热处理概述一、热处理概念 钢的热处理 把钢加热、保温、冷却，通过改变钢的内部组织，来达到改变（强化）钢的性能的一种工艺方法。二、热处理工艺的分类 热处理方法种类很多，主要有整体热处理、 表面热处理、 化学热处理。 三、热处理原理 加热、保温： 将钢加热到临界温度以上保温一定时间，使其全部或部分转变成奥氏体组织。 冷却： 将加热保温后的钢（奥氏体组织）采用适当的方式（炉冷、空冷、水冷或油冷等方式）冷却到室温，得到需要的各种组织（珠光体类、贝氏体类、马氏体等显微组织）。 对零件进行热处理，一般不改变工件

31、的尺寸，而是改变工件的显微组织或表层的化学成分或组织，来达到改变工件力学性能的目的。*四、铁碳合金相图 铁碳合金相图又称铁碳合金状态图， 它是表示平衡状态下不同化学成分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织和状态的图形。金属材料在加热或冷却过程中， 发生相变的温度称为临界点(或相变点)。 第二节 退火与正火 退火与正火是钢铁材料常用的两种基本热处理工艺方法， 主要用来处理毛坯件(如铸件、锻件、焊件等)， 为以后的切削加工和最终热处理作组织准备。因此， 退火与正火通常又称为预备热处理。对一般铸件、锻件、焊件以及性能要求不高的工件来讲， 正火也可作为最终热处理。一、退火 1. 退火的概念和目的 退火

32、是将工件加热到适当温度， 保温一定的时间， 然后缓慢冷却的热处理工艺。在机械零件的制造过程中， 一般将退火作为预备热处理工序， 并安排在粗加工之前 。 退火的目的 是降低钢铁材料的硬度， 提高其塑性， 改善其切削加工性能和锻压加工性能； 细化钢铁材料的组织， 均匀其化学成分； 消除钢铁材料的内应力， 防止其变形和开裂； 为钢铁材料进行后续加工或热处理作准备。 2. 退火的方法和应用二、 正火 1. 正火的概念和目的 正火 是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 正火与退火的比较 一般加热温度比退火高； 冷却速度比退火快， 过冷度较大， 因此正火后得到的组织比较细， 强度和硬度比退火高

33、些。另外， 正火与退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效率高、生产成本低的特点。 正火的目的 是细化晶粒， 提高钢铁材料的硬度， 消除钢铁材料中的网状碳化物(或渗碳体)并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。 2. 正火的方法和应用 第三节 淬火与回火 淬火与回火 淬火是为了提高钢的硬度（强化钢），但淬火后工件需及时回火，以稳定组织与尺寸，防止工作变形与开裂。一、淬火 1. 淬火的概念和目的 淬火 是指工件加热奥氏体化后以较快的冷却方式，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。 马氏体 是碳或合金元素在 a-Fe 中的过饱和固溶体，是单相亚稳定组织， 硬度较高，用符号 M 表示。马氏体的硬度主要

34、取决于马氏体中碳的质量分数，马氏体中碳的质量分数越高， 其硬度也越高。 淬火的主要目的 是使钢铁材料获得马氏体（或贝氏体）组织，提高钢铁材料的硬度和强度，并与回火工艺合理配合，获得需要的使用性能。 2. 淬火工艺原理 （1）淬火的加热温度 不同的钢种其淬火加热温度不同。非合金钢的淬火加热温度可由铁碳合金相图确定。 亚共析钢 淬火加热温度为 Ac3 以上 3050。共析钢和过共析钢 淬火加热温度为 Ac1 以上 3050。如果加热温度超出上述范围， 都会使钢淬火后带来缺陷。 （2） 加热时间 升温与保温时间 （3）淬火速度 钢淬火的最佳效果： 淬火得到马氏体组织（特别是工件芯部） ， 又要防止工

35、件变形与开裂。 钢的C曲线: C鼻尖、 Ms线、 Mt线。 钢的理想淬火冷却速度 在C曲线鼻尖附近要快冷， 防止出现非马氏体组织， 在Ms附近要慢冷， 以防止工件变形与开裂。 水：冷速快， 易淬透， 但Ms附近也太快， 工件易变形与开裂。只适合于碳钢小零件的淬火。油： 冷速不如水快， 不易淬透， 但Ms附近冷速理想， 工件不易变形与开裂。适合于淬透性本来就较好的合金钢。 3. 淬火方法和应用 根据钢材化学成分及对组织、性能和钢件尺寸精度的要求， 在保证技术要求规定的前提下，应尽量选择简便、经济的淬火方法。 常用的淬火方法有： 单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。二、 回火 1

36、. 回火的概念和目的 回火 是指工件淬硬后， 加热到 Ac1 以下的某一温度， 保温一定时间， 然后冷却到室温的热处理工艺。回火是在淬火之后进行的， 通常也是零件进行热处理的最后一道工序。 回火目的 1）消除淬火后的残余内应力2）稳定组织、稳定尺寸3）调节钢的力学性能 回火温度与力学性能的关系 着回火温度的提高，钢的内应力逐渐消失，韧性、塑性提高，而硬度、强度逐渐下降。 2. 回火的方法和应用 根据钢材在回火过程中的温度范围 回火的方法和应用 ， 可将回火分为三种:低温回火、中温回火和高温回火。 1）低温回火（150250 C） 目的： 降低淬火内应力，提高韧性，同时保持高硬度和耐磨性。 组织

37、： 回火马氏体， 58 62HRC。 用途： 高碳钢制造的各种工具、量具和模具，滚动轴承，及其它耐磨零件。 2）中温回火（250450 C） 组织： 回火托氏体， 35 50HRC。 目的及用途： 具有高的弹性极限、屈服强度和一定的韧性。主要用于制造各类较大尺寸的弹簧。 3）高温回火（500650 C） 淬火+高温回火调质 目的： 中碳钢调质后获得了较合理的硬度、强度、塑性和韧性，具有良好的综合力学性能。 组织： 回火索氏体， 200 330HBW。 用途： 调质广泛用于受力复杂，抗疲劳破坏，需要较好综合力学性能的螺栓、连杆、齿轮、主轴等重要零件的热处理。 第四节 时效 时效： 金属材料经过冷

38、加工、热加工或固溶处理后， 在室温下放置或适当升温加热时， 发生的力学和物理性能随着时间而变化的现象。 时效方法： 常用的时效方法主要有自然时效、热时效、 变形时效、振动时效和沉淀硬化时效等。一、 自然时效 自然时效 是指钢铁材料（铸、锻、焊件） 经过冷加工、热加工或固溶处理后， 在室温下发生性能随着时间（半年或几年） 而变化的现象。 特点： 利用自然时效可以消除工件内的部分残余应力（消除 10% 12%），稳定工件的形状和尺寸。自然时效的优点是不使用任何设备， 不消耗能源， 但时效周期长， 工件内部的残余应力不能完全消除。 二、热时效 热时效： 较高温度下进行的时效处理是人工热时效； 方法：

39、 将钢件加热到80-150摄氏度， 5-20小时保温后随炉或取出在空气中冷却。 时效温度一般均比低温回火要低或更低，保温时间要长或更长。 特点： 金属结构件经过热时效处理，达到消除残余内应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生，生产周期较短，目前是广泛采用的传统方法。三、其它时效 1. 变形时效2. 振动时效3. 沉淀硬化时效 第五节 表面热处理与化学热处理一、表面热处理 表面热处理 是为改变工件表面的组织和性能， 仅对其表面进行热处理的工艺。其中表面淬火是最常用的表面热处理工艺之一。 表面淬火 是仅对工件表层进行淬火的工艺，其目的是使工件表层获得高硬度、高耐磨性，而心部保持原有良好的塑性和

40、韧性。 表面淬火方法 根据加热方法不同，分为感应加热、火焰加热和电接触加热等。 1. 感应淬火 感应淬火： 利用感应电流对工件产生的热效应， 使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的一种淬火方法。 （1） 感应淬火的基本原理 将一个用薄壁纯铜管制作的加热感应器(或线圈)通以交流电流时， 就会在钢件表面感应出电“涡流”，其热效应使工件表面迅速加热到淬火温度（约900C ）（而钢心部温度几乎不变），然后迅速喷水冷却，实现了表面淬火。 （2） 感应淬火的特点 感应淬火具有工件加热速度快、时间短、变形小、基本无氧化和无脱碳的特点。工件表面经感应淬火后， 在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力， 可以有

41、效地提高工件的疲劳强度； 另外， 感应淬火生产率高， 易实现机械化、自动 淬火喷水套化， 适合于大批量生产。 淬火时工件表面加热深度主要取决于交流电流的频率。生产上可通强过调整交流电流的频率获得不同的淬硬层深度。 （3） 感应淬火的应用 感应淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢(如 40、 45、 40Cr、 40MnB 钢等)制造的、形状不复杂的工件。 2. 火焰淬火 火焰淬火 是利用乙炔-氧或其他可燃气体燃烧的火焰对工件表层进行加热， 随之快速冷却的淬火工艺。 火焰淬火的特点： 火焰淬火的淬硬层深度一般为 26mm， 若淬硬层过深， 往往会使工件表面产生过热， 甚至产生变形与裂纹。火焰淬火操作简

42、便， 不需要特殊设备， 生产成本低， 但工件表面淬火质量难以控制， 生产率低。 主要用于单件或小批量生产的大模数齿 烧嘴轮、轴、工具、轧辊等。二、化学热处理 化学热处理： 是将工件置于适当的活性介质中加热、 淬硬层保温， 使一种或几种元素渗入到它的表层， 以改变其化学 工件加热层成分、组织和性能的热处理工艺。 化学热处理特点： 与表面淬火相比， 其特点是表层不仅有组织的变化， 而且还有化学成分的变化。 化学热处理方法： 通常以渗入元素来命名， 如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。 化学热处理过程： 由分解、吸收和扩散三个基本过程组成。 1. 渗碳 渗碳： 将低碳钢零件置于活性碳介质中经长时间加热、保温，然后冷却下来，使零件表层获得高碳（wc = 0.81.1%）成分的热处理方法。 渗碳用钢： 一般为低碳钢(wc = 0.10.25%），如： 15、 20、 20Cr、20CrMnTi等。 渗碳层深度： 0.5 2.5mm 。 渗碳方法： 气体、固体、液体渗碳方法。 渗碳后热处理： 工件渗碳后，必须进行淬火+低温回火的热处理，才能使零件表面具为高硬高耐磨的性能。 一般渗碳零件的加工工艺流程是： 毛坯（轧材或锻造）正火粗加工半精加工渗碳淬火低温回火精加工检验。 2. 渗氮 渗氮在钢表面渗一层氮元素，高硬高耐磨，且不需后续淬火，但氮化层较薄。 也可碳氮共渗，但仍要进行淬