1、 课课 程程 简简 介介1. 机械制造的作用机械制造的作用 机械制造广泛应用在社会生产中的各行各业，如交通、机械制造广泛应用在社会生产中的各行各业，如交通、冶金、石油、石化、电力、建筑、轻纺、航空、航天、电冶金、石油、石化、电力、建筑、轻纺、航空、航天、电子、医疗、军事等。这些行业都使用各种机器、仪器和工子、医疗、军事等。这些行业都使用各种机器、仪器和工具，统称为机械装备。机械装备是由一定形状和尺寸的零具，统称为机械装备。机械装备是由一定形状和尺寸的零部件所组成，能够生产这些零部件并装配成机械装备的工部件所组成，能够生产这些零部件并装配成机械装备的工业称为机械制造工业。业称为机械制造工业。 机
2、械制造工业是国民经济的重要基础和支柱产业，是机械制造工业是国民经济的重要基础和支柱产业，是一个国家经济实力和科学技术发展水平的重要标志。一个国家经济实力和科学技术发展水平的重要标志。 3.机械制造基础的基本内容机械制造基础的基本内容 1) 1) 金属材料的种类、性能及选用；金属材料的种类、性能及选用； 2)2)热处理工艺基础及应用；热处理工艺基础及应用； 3)3)金属材料常用的加工方法；金属切削机床、金属材料常用的加工方法；金属切削机床、 刀具、夹具等基本知识；刀具、夹具等基本知识； 4)4)钳工的基本知识及基本技能；钳工的基本知识及基本技能； 5)5)焊工的基本知识及基本技能；焊工的基本知识
3、及基本技能； 6)6)管工的基本知识及基本技能；管工的基本知识及基本技能； 3.3.本课程的特点及学习方法本课程的特点及学习方法 机械制造基础课程具有实践性强、综合性强机械制造基础课程具有实践性强、综合性强和覆盖面广的特点。和覆盖面广的特点。 学习时要重视实践性教学环节，在教学实习学习时要重视实践性教学环节，在教学实习中努力增加感性认识和实践知识，了解、熟悉企中努力增加感性认识和实践知识，了解、熟悉企业的生产和技术管理，注意理论与实践相结合。业的生产和技术管理，注意理论与实践相结合。 认真做好本课程实验、综合练习等，有助于认真做好本课程实验、综合练习等，有助于理解和掌握理论知识，有利于职业综合
4、能力的培理解和掌握理论知识，有利于职业综合能力的培养，逐步提高解决生产实际问题的能力。养，逐步提高解决生产实际问题的能力。第一部分第一部分 金属材料金属材料第一节第一节 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 1.1.使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。包括机械性能、物理、化学性能包括机械性能、物理、化学性能 2.2.工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。能、切削性能等。 一一 、塑性、塑性 1.1.塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引塑性：金属材料受
5、外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。起破坏的性能。 2.2.拉伸图以低碳钢为例分析拉深过程拉伸图以低碳钢为例分析拉深过程如图所示如图所示4.4.延伸率和断面收缩率：表示塑性大小的指标延伸率和断面收缩率：表示塑性大小的指标 1 1）延伸率：）延伸率： = =（L1-L0L1-L0）/L0 /L0 100 100 式中式中: L0: L0式样原长度，式样原长度， L1L1拉深后长度拉深后长度 2 2）断面收缩率：）断面收缩率： = =（S0 - S1S0 - S1）/S0 /S0 100 100 式中式中 S S。 试样原始截面面积试样原始截面面积(mm2)(mm2) S1 S1 试样断
6、口处的截面面积试样断口处的截面面积(mm2) (mm2) 、越大，材料塑性越好越大，材料塑性越好 ，一般，一般5%5%为塑为塑性材料，性材料，5%5%为脆性材料。为脆性材料。 二二 、强度、强度 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。常用来表示金属材料强度的指标和断裂的能力。常用来表示金属材料强度的指标 1.1.屈服强度屈服强度 ss S = Fs/So (MPa S = Fs/So (MPa) ) 式中式中: Fs : Fs 试样发生屈服象时的载荷试样发生屈服象时的载荷(N)(N)； So So 试样的原始截面面积试样的原始截面面积(mm2
7、)(mm2)。2.2.抗拉强度抗拉强度 bb b = Fb / So (MPa b = Fb / So (MPa) (13) (13) 式中式中:Fb:Fb试样在断裂前的最大拉力试样在断裂前的最大拉力(N)(N) S S。试样原始截面面积试样原始截面面积(mm2)(mm2)。 三、三、 硬度硬度硬度：指金属抵抗更硬的物体压入其表面的能力硬度：指金属抵抗更硬的物体压入其表面的能力 1.1.布氏硬度布氏硬度 HB :HB : 用直径用直径D D的淬火钢球或硬质合金球的淬火钢球或硬质合金球, ,在一定压力在一定压力P P下下, ,将将钢球垂直地压入金属表面钢球垂直地压入金属表面, ,并保持压力到规定
8、的时间后并保持压力到规定的时间后卸荷卸荷, ,测压痕直径测压痕直径d d。 HBSHBS压头用淬火钢球压头用淬火钢球, ,适于适于HBS450HBS 800,HB 800,脆脆, ,作强化相。作强化相。4.4.珠光体（珠光体（P P）：）：F+Fe3CF+Fe3C机械混合物机械混合物, ,含碳含碳0.77% 0.77% 组织组织: :两种物质相间组成，性能介于两者之间，两种物质相间组成，性能介于两者之间，强度较，强度较， 硬度硬度HBS 250HBS 250。 5.5.莱氏体：莱氏体：T727 A+Fe3CLd T727 A+Fe3CLd 高温莱氏体高温莱氏体T727 P+Fe3CLdT700
9、 HBS700 塑性极差。塑性极差。 二、铁碳合金状态图二、铁碳合金状态图 1.1.含义：含义： 是表明平衡状态下含是表明平衡状态下含C C不大于不大于6.69%6.69%的铁碳合金的铁碳合金的成分的成分, ,温度与组织之间关系温度与组织之间关系, ,是研究钢铁的成分是研究钢铁的成分, ,组织和性能之间关系的基础组织和性能之间关系的基础, ,也是制定热加工工也是制定热加工工艺的基础。艺的基础。 2.2.说明：说明： 含含C6.69C6.69的铁碳合金在工业上无实际意义的铁碳合金在工业上无实际意义, ,而而含含C C6.696.69时时,Fe,Fe与与C C形成形成Fe3CFe3C，故可看成一个
10、，故可看成一个组元，即铁碳合金状态图实际为组元，即铁碳合金状态图实际为Fe-Fe3CFe-Fe3C的的状态状态图如所示图如所示. . 3. 3.各特性点的含义各特性点的含义 1)A: 1)A: 纯铁熔点纯铁熔点 含含C= 0% C= 0% 温度：温度：1538 1538 2)C 2)C点点: : 共晶点共晶点 含含C= 4.3%C= 4.3% 温度：温度：1148 1148 3)D 3)D点点: Fe3C: Fe3C熔点熔点 含含C= 6.69C= 6.69 温度：温度：1600 1600 4)E 4)E点点: C: C在在A A中最大溶解度中最大溶解度 含含C= 2.11C= 2.11 温度
11、：温度：1148 1148 5)F 5)F点点: Fe3C: Fe3C成分点成分点 含含C= 6.69% C= 6.69% 温度：温度：1148 1148 6)G 6)G点点: -Fe: -Fe与与-Fe-Fe转变点转变点 含含C= 0%C= 0% 温度：温度：912 912 7)K 7)K点点: Fe3C: Fe3C成分点成分点 含含C= 6.69% C= 6.69% 温度：温度：727 727 8)P 8)P点点: C: C在在-Fe-Fe中最大溶解度中最大溶解度 含含C= 0.02%C= 0.02%温度：温度：727 727 9)S 9)S点点: : 共析点共析点 含含C= 0.77%
12、C= 0.77% 温度：温度：727 727 4. 4.主要线的意义主要线的意义 1) ACD:1) ACD:液相线液相线, ,液体冷却到此线开始结晶液体冷却到此线开始结晶. . 2) AECF: 2) AECF:固相线固相线 此线下合金为固态此线下合金为固态 3) ECF:3) ECF:生铁固相线生铁固相线, ,共晶线共晶线, ,液体液体Ld Ld 4) AE: 4) AE: 钢的固相线钢的固相线, ,液态到此线液态到此线A A 5) GS: 5) GS: （A3A3） A A到此线开始析出到此线开始析出F F 6) ES: 6) ES: （A cmA cm） A A到此线开始析出到此线开始
13、析出Fe3C Fe3C 7) PSK: 7) PSK:（A1A1）共析线）共析线 A A同时析出同时析出P(F+Fe3C)P(F+Fe3C) 5.5.钢铁分类钢铁分类 工业纯铁工业纯铁: : 含含C=0.02% C=0.02% 组织组织:F :F 钢钢: : 含含C=0.02% C=0.02% 2.11% 2.11% 1 1）共析钢）共析钢 含含C=0.77% C=0.77% 组织组织:P :P 2 2）亚共析钢）亚共析钢 含含C0.77% C0.77% C0.77% 组织组织:P+Fe3C11 :P+Fe3C11 铁铁 含含C: 2.11% C: 2.11% 6.69% 6.69% 1 1）
14、共晶生铁）共晶生铁 含含C=4.3C=4.3 组织组织:Ld :Ld 2 2）亚共晶生铁）亚共晶生铁 含含C4.3% C4.3% C4.3% 组织组织:Ld+ Fe3C:Ld+ Fe3C 6.亚共析钢结晶过程动画：亚共析钢结晶过程12 7.7.铁碳合金状态图的应用铁碳合金状态图的应用 1 1）了解铁碳）了解铁碳合金性能合金性能的的变化规律变化规律。 2 2）正确选材）正确选材: : 利用合金成分、组织与性能的变化规律选择材料。利用合金成分、组织与性能的变化规律选择材料。 3 3）确定热加工艺）确定热加工艺 共晶点附近铸造性能好，锻造温度区间共晶点附近铸造性能好，锻造温度区间 A A，根据状态，
15、根据状态 图制定热处理工艺。图制定热处理工艺。 三、三、碳碳 钢钢 1.1.碳钢碳钢: : 含含C2.11%CC2.11%C的铁碳合金，含少量的铁碳合金，含少量Si MnSi Mn S P S P等杂质。等杂质。 2.2.含碳量对碳钢性能的影响含碳量对碳钢性能的影响 含碳量含碳量0.9%C C0.9%C C 0.9%C C 硬硬, , 强强, , 塑塑, ,韧韧 FeC FeC分布晶界分布晶界, ,脆性脆性 3.3.钢中常见杂质对性能的影响钢中常见杂质对性能的影响 Si: Si: 溶于溶于F ,F ,强化强化F, F, 强强, ,硬硬 塑塑, ,韧韧. . 含量含量0.4% 0.4% 有有 益
16、作用不明显。益作用不明显。 MnMn: 1): 1)溶于溶于F,Fe3C.F,Fe3C.引起固溶强化引起固溶强化. . 2) 2)与与FeSFeS反应反应MnSMnS 比重轻比重轻, ,进入熔渣进入熔渣, , 含量含量0.8%0.8% 有益作用不明显。有益作用不明显。 S: FeS(FeS+FeS: FeS(FeS+Fe) )共晶体共晶体, ,熔点熔点985,985,分布晶界分布晶界, ,引起引起 脆性脆性”热脆热脆” ” P: P: 溶于溶于F,F,使强度使强度, ,硬度硬度,但室温塑性但室温塑性, ,韧性韧性冷脆冷脆 4.4.碳钢的分类碳钢的分类 1 1）按含碳量分：低碳钢：含）按含碳量分
17、：低碳钢：含C0.25%C0.6% C 0.6% 2) 2) 按质量分按质量分( (含含S,PS,P多少分多少分) ) 普通钢普通钢 S=0.055%,P=0.045% S=0.055%,P=0.045% 优质钢优质钢 S,P=0.04% S,P=0.04% 高级优质钢高级优质钢 S=0.03% P=0.035% S=0.03% P=0.035% 3) 3)按用途分按用途分普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢。普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢。5.5.碳钢的编号和用途碳钢的编号和用途 1)1)普通碳素结构钢普通碳素结构钢: Q235 : Q235 数字表示屈服强度数
18、字表示屈服强度 单位单位 MpaMpa 2)2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢: :如如4545，用二位数字表示含，用二位数字表示含C C万分之几万分之几 3)3)碳素工具钢碳素工具钢: T7: T7、T8T8、T13T13数字表示含数字表示含C C千分之几千分之几 4 4）铸钢：）铸钢： 如如ZG200-400ZG200-400其中其中ZGZG表示铸钢、屈服强度等于表示铸钢、屈服强度等于200Mpa200Mpa，抗拉强度等于抗拉强度等于400Mpa 400Mpa 第五章钢的热处理第五章钢的热处理 一一 钢的热处理钢的热处理 1.1.钢热处理的概念钢热处理的概念 把钢在固态下加热到一定的温度进行
19、必要的把钢在固态下加热到一定的温度进行必要的保温保温, ,并以适当的速度冷却到室温并以适当的速度冷却到室温, ,以改变钢的内以改变钢的内部组织部组织, ,从而得到所需性能的工艺方法。从而得到所需性能的工艺方法。 2.2.钢热处理的特点钢热处理的特点 只改变组织和性能只改变组织和性能, ,而不改变其形状和大小。而不改变其形状和大小。 3.3.钢热处理的用途钢热处理的用途 应用广泛，机械制造业中应用广泛，机械制造业中70%70%零件需热处理。零件需热处理。汽车汽车 拖拉机拖拉机 制造业制造业7070 80% 80% ，量具、刃具、，量具、刃具、模具、滚动轴承等模具、滚动轴承等100% 100% 二
20、、冷却方式二、冷却方式 1.1.连续冷却连续冷却: :将加热到将加热到A A的钢的钢, ,在温度连续下降的过程中发在温度连续下降的过程中发生组织转变的过程。常见的方式有：水冷、油冷、空冷生组织转变的过程。常见的方式有：水冷、油冷、空冷( (正火正火) )、炉冷、炉冷( (退火退火) )等。等。 2.2.等温冷却等温冷却: : 使加热到使加热到A A的钢的钢, ,先以较快的速度冷却到先以较快的速度冷却到Ar1Ar1线下某一温度线下某一温度, ,成为过冷成为过冷AA，保温，保温, ,使使AA在等温下发生在等温下发生组织转变组织转变, ,转变完转变完, ,再冷却到室温。常见的方式有：再冷却到室温。常
21、见的方式有： 等等温退火和等温淬火。温退火和等温淬火。 两种冷却方式的两种冷却方式的曲线如图所示曲线如图所示。三、共析钢过冷奥氏体的三、共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线及转变产物等温转变曲线及转变产物 1.1.高温转变产物高温转变产物: : A1 A1 650650珠光体珠光体P HRC10 P HRC10 20 20 层片较厚层片较厚 650650600600细珠光体（索氏体细珠光体（索氏体S S）HRC25HRC2535 35 层片较薄层片较薄 600600550550极细珠光体（屈氏体极细珠光体（屈氏体T T）HRC30HRC3040 40 层片层片薄薄 2.2.中温转变产物（中温转变产物
22、（550550 MsMs ） 550550350 350 ：组织为上贝氏体：组织为上贝氏体B B上上 ，在电镜下观察，渗，在电镜下观察，渗碳体不连续，短杆状，分布于许多平行而密集的铁素体碳体不连续，短杆状，分布于许多平行而密集的铁素体条之间。条之间。 350350 230230（MsMs线）：组织为下贝氏体（线）：组织为下贝氏体（B B下），下），B B下比下比B B上上 有较高强、硬、韧、塑。片状过饱和有较高强、硬、韧、塑。片状过饱和F F和其内部沉和其内部沉淀的碳化物组织（因为过饱和淀的碳化物组织（因为过饱和F F有析出有析出Fe3CFe3C倾向，但过倾向，但过冷度太大，导致碳原子没能扩散
23、超出冷度太大，导致碳原子没能扩散超出F F片，只是在片内片，只是在片内沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子）沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子） 3.3.低温转变产物：低温转变产物： 230230（MsMs线）线） -50-50（MfMf线）：线）： 组织：马氏体（组织：马氏体（M M）+ +残余残余A A 马氏体：碳在马氏体：碳在铁中形成的过饱和固溶体铁中形成的过饱和固溶体“M”M”（由于温（由于温度低，原子活动能力低，晶格转变完成，但是，度低，原子活动能力低，晶格转变完成，但是，C C原子原子不能从面心中扩散出来，仍留在体心中，形成过饱和不能从面心中扩散出来，仍留在体心中，形成过饱和固溶体）固溶
24、体） 特点：因为晶格严重畸形，所以特点：因为晶格严重畸形，所以M M硬硬 HRC65 HRC65 塑塑 韧韧0 0 四、共析钢连续冷却转变四、共析钢连续冷却转变 实际生产中常以过冷奥氏体的等温转变曲线作为依实际生产中常以过冷奥氏体的等温转变曲线作为依据，定性进似分析过冷奥氏体的连续冷却转变。将冷却据，定性进似分析过冷奥氏体的连续冷却转变。将冷却速度线画在速度线画在C C曲线上，根据它与曲线上，根据它与C C曲线所交的位置，可大曲线所交的位置，可大致估计出所获得的组织。致估计出所获得的组织。如图如图5-225-22所示所示。 根据连续冷却速度线判断所获得的组织根据连续冷却速度线判断所获得的组织
25、V1V1：相当于炉冷，组织为珠光体（：相当于炉冷，组织为珠光体（170170220HBS220HBS）。）。 V2V2：相当于空冷，组织为索氏体（：相当于空冷，组织为索氏体（252535HRC35HRC）。）。 V3V3：相当于油冷，组织为屈氏体和马氏体的混合物：相当于油冷，组织为屈氏体和马氏体的混合物 （454555HRC55HRC）。）。 V V临：冷却线与临：冷却线与C C曲线曲线“鼻尖鼻尖”相切，为该钢获得马氏体相切，为该钢获得马氏体 的最小冷却速度，称临界冷速。相当于水冷，的最小冷却速度，称临界冷速。相当于水冷， 组织：马氏体和残余奥氏体（组织：马氏体和残余奥氏体（606065HRC
26、65HRC）。）。 V5V5：相当于水冷，组织为马氏体和残余奥氏：相当于水冷，组织为马氏体和残余奥氏 体（体（606065HRC65HRC）。）。 五、退火与正火五、退火与正火1.1.退火：是将钢件加热给定的温度退火：是将钢件加热给定的温度, ,保温一定时间保温一定时间, ,随后在随后在炉内中缓慢冷却炉内中缓慢冷却, ,以获得接近平衡的组织以获得接近平衡的组织, ,这种工艺叫退这种工艺叫退火火2.2.退火目的退火目的: : 降低硬度利于切削加工；细化晶粒降低硬度利于切削加工；细化晶粒, ,改善组改善组织，提高机械性能；消除内应力，为淬火准备；提高塑织，提高机械性能；消除内应力，为淬火准备；提高
27、塑性性, ,韧性，为冷冲压韧性，为冷冲压, , 冷拉拔准备。冷拉拔准备。3.3.退火的方法、目的及应用退火的方法、目的及应用 1 1）完全退火）完全退火: : 将钢加热到将钢加热到Ac3Ac3以上以上303050,50,保温一定时间后保温一定时间后, ,缓慢缓慢冷却以获得接近平衡状态组织冷却以获得接近平衡状态组织(P+F)(P+F)的热处理工艺。的热处理工艺。 目的目的: : 通过完全重结晶通过完全重结晶, ,使锻使锻, ,铸铸, ,焊件降低硬度焊件降低硬度, ,便于切削加便于切削加工工, ,同时可消除内应力同时可消除内应力, ,使使A A充分转变成正常的充分转变成正常的F F和和P P。 应
28、用应用: : 用于亚共析钢，不能用于共析钢用于亚共析钢，不能用于共析钢, ,因为在因为在AccmAccm以上缓以上缓冷冷, ,会析出网状渗碳体会析出网状渗碳体(Fe3C),(Fe3C),脆性脆性 2 2）不完全退火）不完全退火: : （又叫球化退火）（又叫球化退火） 将共析钢或过共析钢加热到将共析钢或过共析钢加热到Ac1Ac1以上以上202030,30,适当保适当保温温, ,缓慢冷却的热处理工艺。缓慢冷却的热处理工艺。目的目的: : 使珠光体组织中的片状渗碳体转变为粒状或球状使珠光体组织中的片状渗碳体转变为粒状或球状, ,这这种组织能降低硬度种组织能降低硬度, ,改善切削加工性，并为以后淬火做
29、改善切削加工性，并为以后淬火做准备准备. .减小变形和开裂的倾向。减小变形和开裂的倾向。 应用应用: : 共析钢共析钢, ,过共析钢过共析钢( (球化退火球化退火) ) 3 3）等温退火：）等温退火： 将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3（亚共析钢）或（亚共析钢）或Ac1(Ac1(共析钢或过共共析钢或过共析钢析钢) )以上以上, ,保温后较快地冷却到稍低于保温后较快地冷却到稍低于Ar1Ar1的温度的温度, ,再等再等温处理温处理,A,A转变成转变成P P后后, ,出炉空冷。出炉空冷。 目的目的: : 节省退火时间节省退火时间, ,得到更均匀的组织得到更均匀的组织, ,性能。性能。应用应用: :
30、 合金工具钢合金工具钢, ,高合金钢高合金钢 4 4）去应力退火）去应力退火: (: (又叫低温退火又叫低温退火) ) 将钢加热到将钢加热到Ac1Ac1以下某一温度以下某一温度( (约约500500650)650)保温后保温后缓冷。缓冷。 目的目的: : 消除内应力消除内应力 应用应用: : 铸铸, ,锻锻, ,焊焊 ，不发生相变，不发生相变, ,重结晶。重结晶。 5 5）再结晶退火）再结晶退火: : 将钢件加热到再结晶温度以上将钢件加热到再结晶温度以上150150250,250,即即650650750,750,保温保温, ,空冷。空冷。 目的目的: : 发生再结晶发生再结晶, ,消除加工硬化
31、消除加工硬化. . 应用应用: : 冷扎冷扎, ,冷拉冷拉, ,冷压等，可能发生相变。冷压等，可能发生相变。 6 6）扩散退火）扩散退火: :（均匀化退火）（均匀化退火） 将钢加热到将钢加热到Ac3Ac3以上以上150150250,250,长时间保温（长时间保温（10102020小时）小时）, ,缓慢冷却的热处理工艺。缓慢冷却的热处理工艺。 目的目的: : 消除偏析消除偏析, , 应用应用: : 铸件铸件 （各种退火的加热如图）（各种退火的加热如图）4.4.正火正火 1 1）正火的含义：）正火的含义： 钢件加热到钢件加热到Ac3(Ac3(亚亚) )或或AccmAccm( (过共过共) )以上以
32、上303050,50,保温保温, ,空冷。空冷。 2 2）正火的特点：）正火的特点： 正火作用与退火相似正火作用与退火相似, ,区别是正火冷速快区别是正火冷速快, ,得到非平得到非平衡的珠光体组织衡的珠光体组织, ,细化晶粒细化晶粒, ,效果好效果好, ,能得到片层间距较能得到片层间距较小的珠光体组织。小的珠光体组织。 4 4）正火目的）正火目的: : a. a.提高机械性能提高机械性能 b. b.改善切削加工性改善切削加工性 c. c.为淬火作组织准备为淬火作组织准备大晶粒易开裂大晶粒易开裂 。六、淬火与回火六、淬火与回火 （一）淬火（一）淬火 1. 1. 淬火的含义淬火的含义 将钢件加热到
33、将钢件加热到Ac3(Ac3(亚亚) )或或Ac1(Ac1(过过) )以上以上303050,50,经过保经过保温温, ,然后在冷却介质中迅速冷却然后在冷却介质中迅速冷却, ,以获得高硬度组织的一以获得高硬度组织的一种热处理工艺种热处理工艺 。 2.2.目的目的: :提高硬度提高硬度, ,耐磨性耐磨性 3.3.应用应用: :工具工具, ,模具模具, ,量具量具, ,滚动轴承滚动轴承. . 4. 4.组织组织: :马氏体、下贝氏体马氏体、下贝氏体 5.5.淬火温度的选择淬火温度的选择 对于共析钢和过共析钢，一般为对于共析钢和过共析钢，一般为Ac1 + 30Ac1 + 305050，可，可获得均匀细小
34、片状马氏体和粒状渗碳体的混合物。获得均匀细小片状马氏体和粒状渗碳体的混合物。 对于亚共析钢，一般为对于亚共析钢，一般为Ac3 + 30Ac3 + 305050，可获得板条，可获得板条状马氏体。状马氏体。 6.6.常用淬火的冷却介质特点常用淬火的冷却介质特点 1 1）水：）水： 使用方便、经济、冷却能力强、但在使用方便、经济、冷却能力强、但在650650550550范围内范围内冷却能力不够大，而在冷却能力不够大，而在200200300300范围内冷却能力又偏范围内冷却能力又偏大。主要用于形状简单、截面尺寸较大的碳钢工件。大。主要用于形状简单、截面尺寸较大的碳钢工件。 2 2）盐和碱的水溶液）盐和
35、碱的水溶液 主要增加主要增加650650550550范围内的冷却能力。，范围内的冷却能力。， 3 3）矿物油）矿物油 冷却能力较小、在冷却能力较小、在200200300300范围内冷却能力较低、易范围内冷却能力较低、易老化、易着火等。主要用于形状复杂的中、小合金钢工老化、易着火等。主要用于形状复杂的中、小合金钢工件。件。 以上的冷却介质都达不到理想冷却速度的要求，理想冷以上的冷却介质都达不到理想冷却速度的要求，理想冷却速度两头慢中间快，减少内应力。却速度两头慢中间快，减少内应力。 7.7.常用淬火方法常用淬火方法: : （冷却曲线如图（冷却曲线如图5-295-29所示）所示） 1 1）单液淬火
36、）单液淬火( (普通淬火普通淬火):): 在一种淬火介质中连续冷却至室温在一种淬火介质中连续冷却至室温. .如碳钢水冷如碳钢水冷 特点特点: : 易变形易变形, ,开裂，易硬度不足开裂，易硬度不足, ,易作易作, ,易自动化。易自动化。 2) 2) 双液淬火双液淬火: : 先在冷却能力较强的介质中冷却到先在冷却能力较强的介质中冷却到300300左右左右, ,再放入再放入冷却到冷却能力较弱的介质中冷却冷却到冷却能力较弱的介质中冷却, ,获得马氏体。获得马氏体。 特点：对于形状的碳钢件特点：对于形状的碳钢件, ,先水冷先水冷, ,后空冷。后空冷。 3) 3)分级淬火分级淬火: : 工件加热后迅速投
37、入温度稍高于工件加热后迅速投入温度稍高于MsMs点的冷却介质点的冷却介质中中,(,(如盐浴或碱浴槽中如盐浴或碱浴槽中) )停停2 25 5分分( (待表面与心部的温差待表面与心部的温差减少后再取出减少后再取出) )取出空冷。取出空冷。 特点特点: : 工艺理想工艺理想, ,操作容易，只适合小件，防变形操作容易，只适合小件，防变形, ,开裂开裂 4) 4) 等温淬火等温淬火: : 将加热后的钢件放入稍高于将加热后的钢件放入稍高于MsMs温度的盐浴中保温使其温度的盐浴中保温使其发生下贝氏体转变发生下贝氏体转变, ,随后空冷。随后空冷。 应用应用: : 形状复杂的小件形状复杂的小件, ,硬度较高硬度
38、较高, ,韧性好韧性好, ,防变形开裂防变形开裂 13动画：淬火冷却方法淬火冷却方法8.8.钢的淬透性与淬硬性钢的淬透性与淬硬性 1 1）淬透性）淬透性: : 钢在淬火时具有获得淬硬层深度的能钢在淬火时具有获得淬硬层深度的能力。力。 2 2）淬硬性）淬硬性: : 在淬火后获得的马氏体达到的硬度在淬火后获得的马氏体达到的硬度, ,它它的大小取决于淬火时溶解在奥氏体中的碳的大小取决于淬火时溶解在奥氏体中的碳含量含量. . 3 3）淬硬层深度：）淬硬层深度： 指工件表面到半马氏体区的距离。指工件表面到半马氏体区的距离。（二）回火（二）回火 1.1.回火回火 将淬火后的钢加热到将淬火后的钢加热到Ac1
39、Ac1以下某一温度以下某一温度, ,保温一定时间保温一定时间, ,后冷却到室温的热处理工艺。后冷却到室温的热处理工艺。 2.2.目的目的: : 消除内应力消除内应力, ,降低脆性降低脆性, ,防止变形防止变形, ,开裂开裂, ,调整机械性能。调整机械性能。 3.3.回火的方法回火的方法 1 1）低温回火）低温回火: :加热温度加热温度 150150250 250 组织组织: : 回火马氏体回火马氏体 目的目的: : 消除内应力消除内应力, ,硬度不降，硬度不降，HRC58HRC5864 64 。 应用应用: : 量具量具, ,刃具刃具 2 2）中温回火）中温回火: :加热温度加热温度 3503
40、50500 500 组织组织: : 回火屈氏体回火屈氏体 目的目的: :减少内应力减少内应力, ,提高弹性提高弹性, ,硬度略降硬度略降. . 应用应用:(0.45:(0.450.9%)0.9%)弹簧弹簧, ,模具模具 高强度结构钢高强度结构钢 3 3）高温回火）高温回火:500:500650 650 组织组织: : 回火索氏体回火索氏体 目的目的: : 消除内应力消除内应力, ,较高韧性较高韧性, ,硬度更低硬度更低. . 应用应用: : 齿轮齿轮, ,曲轴曲轴, ,连杆等连杆等( (受交变载荷受交变载荷) ) 七、表面热处理七、表面热处理 1.1.表面淬火：表面层淬透到一定深度而中心部仍保
41、持原表面淬火：表面层淬透到一定深度而中心部仍保持原状态。状态。 应用应用: :既受摩擦既受摩擦, ,又受交变又受交变, ,冲击载荷的件冲击载荷的件. . 目的目的: :提高表面的硬度提高表面的硬度, ,提高表面耐磨性提高表面耐磨性, ,疲劳强度疲劳强度 加热方法加热方法:1:1）火焰）火焰: : 单件小批局部单件小批局部, ,质量不稳质量不稳 2 2）感应加热）感应加热: : 质量稳定质量稳定 2.2.化学热处理：将工件放在某种化学介质中加热化学热处理：将工件放在某种化学介质中加热, ,保温保温, ,使化学元素渗入工件表面使化学元素渗入工件表面, ,改善工件表面性能。改善工件表面性能。 应用应
42、用: : 受交变载荷受交变载荷, ,强烈磨损强烈磨损, ,或在腐蚀或在腐蚀, ,高温等条件下高温等条件下工作的工件工作的工件 1 1）渗）渗C C处理处理: : 表面成高碳钢表面成高碳钢, ,细针状高碳马氏体细针状高碳马氏体(0.85(0.851.05%),1.05%),心心部又有高韧性的受力较大的齿轮部又有高韧性的受力较大的齿轮, ,轴类件。轴类件。 a. a.渗渗C C处理固的方法：固体渗碳处理固的方法：固体渗碳, , 液体渗碳液体渗碳, ,气体渗碳。气体渗碳。 b.b.常用渗碳剂常用渗碳剂: : 甲醇甲醇+ +丙酮丙酮 c.c.加热温度：加热温度： 900900930 930 d. d.
43、常用渗碳用钢：常用渗碳用钢： C C0.250.25 e.e.如如: : 低碳钢渗碳后低碳钢渗碳后, ,表层组织表层组织:P+Fe3C:P+Fe3C内部组织内部组织:P+F :P+F f. f.热处理方法热处理方法: : 淬火淬火+ +低温回火低温回火 得到回火得到回火M(M(细小片状细小片状)+ )+ Fe3C Fe3C 2 2）渗）渗N N处理处理: : 表面硬度表面硬度, ,耐磨性耐磨性, ,耐蚀性耐蚀性, ,疲劳强度疲劳强度 a. a.温度温度: 500: 500570 570 最后工序最后工序. . 为保证内部性能为保证内部性能, ,氮氮化前调质化前调质 b. b.优点优点: : 氮
44、化后不淬火氮化后不淬火, ,硬度高硬度高, ,氮化层残余压应力氮化层残余压应力, ,疲劳疲劳强度强度，氮化物抗腐蚀，温度低，氮化物抗腐蚀，温度低, ,变形小变形小。 第六章合金钢第六章合金钢一、合金钢的含义与性能一、合金钢的含义与性能1.1.合金钢的含义：在碳钢中加入合金元素形成的钢。常加合金钢的含义：在碳钢中加入合金元素形成的钢。常加合金元素合金元素: Mn: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B( Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼硼) ) 稀土元稀土元素素(Xt(Xt) )等等 2.2.合金钢的性能：具有较高的强度、硬度、耐磨性、热强合金钢的性能：具有较高的强度、硬度
45、、耐磨性、热强性、红硬性、一定的韧性和塑性，高的淬透性、回火稳性、红硬性、一定的韧性和塑性，高的淬透性、回火稳定性等。定性等。二、合金钢的分类和牌号的表示方法二、合金钢的分类和牌号的表示方法1.1.合金钢的分类合金钢的分类 1 1）按合金元素含量分：低合金钢元素含量）按合金元素含量分：低合金钢元素含量 5%10%10% 2 2）按合金元素名称分：有锰钢、铬钢、硅锰钢等。）按合金元素名称分：有锰钢、铬钢、硅锰钢等。 3 3）按用途分：）按用途分： 有合金结构钢、合金工具钢、特殊用途钢。有合金结构钢、合金工具钢、特殊用途钢。2.2.合金钢的牌号的表示方法合金钢的牌号的表示方法 “ “数数 + +
46、元素符号元素符号 + + 数数”表示表示 数数含碳万分之几，符号含碳万分之几，符号合金元素，符号合金元素，符号后面数表示含合金后面数表示含合金 %, %, 1 1）含碳量的表示法）含碳量的表示法 a.a.低合金钢、合金结构钢、合金弹簧钢用二位数低合金钢、合金结构钢、合金弹簧钢用二位数字表示平均含碳量（以万分之几计）。字表示平均含碳量（以万分之几计）。 b.b.不锈钢、耐热钢等，一般用一位数字表示平均不锈钢、耐热钢等，一般用一位数字表示平均含碳量（以千分之几计）；平均含碳量小于千分含碳量（以千分之几计）；平均含碳量小于千分之一的用之一的用“0”0”表示，含碳量不大于表示，含碳量不大于0.03%0
47、.03%的用的用“00”00”表示。表示。 c.c.合金工具钢、高速钢、高碳轴承钢等，一般不合金工具钢、高速钢、高碳轴承钢等，一般不标出含碳量数字；平均含碳量小于标出含碳量数字；平均含碳量小于1.00%1.00%时，可时，可用一位数字表示含碳量（以千分之几计）用一位数字表示含碳量（以千分之几计） 2 2）合金量的表示法）合金量的表示法 a.a.平均合金含量平均合金含量1.5%1.5%不标不标 b.b.平均合金含量为平均合金含量为1.51.52.49% 2.49% 、2.52.53.49% 3.49% 、3.53.54.49% 4.49% 、时，响应写成时，响应写成2 2、3 3、44。 c.c
48、.高碳铬轴承钢的铬的含量用千分之几计，并在牌号头高碳铬轴承钢的铬的含量用千分之几计，并在牌号头部加符号部加符号“G”G”如如G Gr9,G Gr9,铬的含量为铬的含量为0.0.9% 9% 。 d.d.低铬（低铬（铬的含量铬的含量 1% 1% ）合金工具钢的铬含量用千分之）合金工具钢的铬含量用千分之几计，并在含量数值前加以个几计，并在含量数值前加以个“0”0”：如：如Gr06Gr06，铬的含，铬的含量为量为0.60.6% % 。 3 3）高级优质合金钢、弹簧钢等，后加）高级优质合金钢、弹簧钢等，后加A A ；专门用途钢在；专门用途钢在牌号后标注用途符号。牌号后标注用途符号。 如如: 60Si2M
49、n 0.6%C, 2%Si 1.5%Mn : 60Si2Mn 0.6%C, 2%Si 1.5%Mn 18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni, 1.5%W 18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni, 1.5%W 高高级优质级优质 三、合金元素在钢中的作用三、合金元素在钢中的作用 1.1.形成固溶体，产生固溶强化形成固溶体，产生固溶强化 2.2.形成合金碳化物，产生弥散强化形成合金碳化物，产生弥散强化 3.3.阻碍奥氏体的晶粒长大，产生细化强化阻碍奥氏体的晶粒长大，产生细化强化 4.4.提高钢的淬透性，保证马氏体强化提高钢的淬透性，保证马氏体强化 5.5.提高
50、钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性 6.6.产生二次硬化产生二次硬化 7.7.对钢的加工性能工艺参数产生影响对钢的加工性能工艺参数产生影响 8.8.对钢的特殊性能产生影响对钢的特殊性能产生影响四、合金结构钢四、合金结构钢（一）低合金钢（一）低合金钢1. 低合金钢的特性低合金钢的特性 具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性，一定的具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性，一定的 强度。强度。2.主要用途：广泛用于桥梁、船舶、车辆、压力容器和主要用途：广泛用于桥梁、船舶、车辆、压力容器和 建筑结构等方面。建筑结构等方面。（二）合金渗碳钢（二）合金渗碳钢1. 合金渗碳钢的性能合金渗碳钢的性能 1）有较高的屈
