1、第一章第一节金属学相关知识一、二元相图及杠杆定律二、铁-渗碳体相图的运用三、金属的实际晶体结构一、二元相图及杠杆定律1.二元匀晶相图()相图分析图1-1为Cu-Ni匀晶相图。图1-1Cu-Ni合金的匀晶相图及结晶过程分析一、二元相图及杠杆定律(2)合金结晶过程分析现以成分为x的合金(即wNi为x%)为例阐述其结晶过程及产物，如图1-1所示。2.二元共晶相图(1)简单共晶相图即液态时两组元能完全互溶，而固态下完全不能互溶的共晶相图。一、二元相图及杠杆定律图1-2共晶相图a)简单共晶相图b)按组织组成物填写的简单共晶相图一、二元相图及杠杆定律图1-3一般共晶相图一、二元相图及杠杆定律(2)一般共晶
2、相图两组元在液态下能完全互溶，在固态下仅能有限互溶形成有限固溶体的共晶相图称为一般共晶相图。图1-4一般共晶相图的分析一、二元相图及杠杆定律图1-5具有匀晶转变的共析相图一、二元相图及杠杆定律3.二元共析相图1)固态下原子扩散比液态困难得多，所以在实际冷却条件下，共析转变很容易过冷，有较大的过冷度。2)共析转变过冷度大，所以共析产物比共晶产物细密得多。3)共析转变前后相的晶体构造、晶格的致密度不同，所以转变时伴随着体积的变化，从而引起内应力，有时内应力还比较大。4.二元包晶相图一、二元相图及杠杆定律图1-6包晶相图一、二元相图及杠杆定律5.杠杆定律的应用图1-7杠杆定律的证明一、二元相图及杠杆
3、定律一、二元相图及杠杆定律一、二元相图及杠杆定律图1-8杠杆定律的力学比喻一、二元相图及杠杆定律6.二元合金相图的分析和应用(1)二元合金相图的分类及其特征见表1-1。(2)二元合金相图遵循的规律1)在所有二元合金相图中，相邻的相区之间相数差必定为1(点接触情况除外)。2)两个单相区之间必定有一个由这两个相所组成的两相区隔开。WB1.eps一、二元相图及杠杆定律图1-9两个单相区之间的两相区一、二元相图及杠杆定律图1-10三相水平线及两个水平线之间的两相区一、二元相图及杠杆定律(3)二元合金相图的应用1)根据相图分析合金热处理的可能性。2)根据相图判断合金的力学性能。图1-11合金力学性能与相
4、图的关系一、二元相图及杠杆定律Z1.eps二、铁-渗碳体相图的运用1.铁-渗碳体相图的知识图1-12简化后的Fe-FC相图二、铁-渗碳体相图的运用(1)Fe-Fe3C相图中的特性点C点为共晶点。(2)Fe-Fe3C相图中的特性线二元相图中的线条都是一些具有共同特征的点的连线。(3)Fe-Fe3C相图中的相区简化后的Fe-Fe3C相图共有12个相区：5个单相区，5个双相区，2个三相区。2.铁碳合金的分类二、铁-渗碳体相图的运用表1-2Fe-FC相图中的相区()工业纯铁wC0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。()钢0.0218%wC2.11%的铁碳合金称为钢。1)亚共析钢：0.0218%wC0.
5、77%。2)共析钢：wC=0.77%。二、铁-渗碳体相图的运用3)过共析钢：0.77%wC2.11%。(3)白口铸铁2.11%wC6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。1)亚共晶白口铸铁：2.11%wC4.3%。2)共晶白口铸铁：wC=4.3%。3)过共晶白口铸铁：4.3%wC6.69%。3.典型铁碳合金的结晶过程(1)共析钢图1-14中合金即wC为0.77%的共析钢。二、铁-渗碳体相图的运用图1-13典型铁碳合金在Fe-FC相图中的位置：工业纯铁：共析钢：亚共析钢：过共析钢：共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁二、铁-渗碳体相图的运用图1-14共析钢冷却结晶过程示意图二、铁-渗碳体相图的
6、运用图1-15亚共析钢结晶冷却过程示意图二、铁-渗碳体相图的运用(2)亚共析钢图1-15中合金即wC为0.4%的亚共析钢。(3)过共析钢图1-16中合金即wC为1.2%的亚共析钢。图1-16过共析钢结晶冷却过程示意图二、铁-渗碳体相图的运用4.Fe-Fe3C相图的应用(1)根据Fe-Fe3C相图判断铁碳合金的力学性能合金的性能取决于组织，而合金的组织又是和成分密切相关的。图1-17铁碳合金室温平衡组织与的关系二、铁-渗碳体相图的运用图1-18碳钢的力学性能与的关系二、铁-渗碳体相图的运用(2)作为选用钢铁材料的依据根据Fe-Fe3C相图所表示的成分组织和性能的规律，如需要强度较高，塑性、韧性好
7、，焊接性好的各种金属构件用的钢材，可选用含碳量较低的钢；如需要强度、塑性和韧性都比较好的各种机器零件用钢，可选用含碳量适中的钢；如需要强度较高、硬度高和耐磨性好的工具用钢，则可选用含碳量较高的钢。(3)制定铸锻和热处理等热加工工艺的依据见图1-19。二、铁-渗碳体相图的运用图1-19Fe-FC相图与铸、锻等工艺的关系二、铁-渗碳体相图的运用图1-20Fe-FC相图与热处理温度的关系三、金属的实际晶体结构1.单晶体和多晶体图1-21单晶体和多晶体结构示意图a)单晶体b)多晶体三、金属的实际晶体结构2.实际金属的晶体缺陷(1)点缺陷点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的一种缺陷，包括空位、间隙原子、置换
8、原子和杂质等。1)空位：在实际晶体中，位于点阵结点上的原子并非是静止不动的，而是以其平衡位置为中心作热振动。图1-22空位和间隙原子示意图三、金属的实际晶体结构2)间隙原子：在形成空位的过程中，离开平衡位置的原子，既可能跳到晶体表面上的正常位置(或其他空位上)，也可能跳到晶体中原子之间的间隙位置，在后一种情况下，在产生一个空位的同时，也形成一个间隙原子。(2)线缺陷所谓线缺陷，就是在晶体的某一平面上，沿着某一方向伸展的线状分布的缺陷。图1-23刃型位错示意图a)立体图b)平面图三、金属的实际晶体结构1)刃型位错：刃型位错见图1-23a，在一个完整晶体的某一晶面(ABCD)的上方，多出了半个原子
9、面(EFGH)，它中断于ABCD面上的EF处，由于这原子面像刀刃一样切入晶体，故称为刃型位错。2)螺型位错：螺型位错见图1-24。图1-24螺型位错示意图a)立体图b)平面图三、金属的实际晶体结构(3)面缺陷面缺陷是指在两个方向上尺寸很大，第三个方向上尺寸很小而呈面状分布的缺陷。1)晶界的结构与特征：实际金属是由许多位向不同的晶粒组成的多晶体，因此在实际金属内有很多晶界。图1-25小角度晶界示意图三、金属的实际晶体结构 原子排列不规则，因此对金属的塑性变形起着阻碍作用，晶界越多，其作用越明显。显然，晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的强度和硬度也就越高。所以在常温下(高温条件下却不同)使用的金属
10、材料，一般总是力求获得细小的晶粒。晶界处原子具有较高的能量，且杂质较多(往往是一些低熔点的杂质)，因此其熔点较低，有时还未加热到金属的熔点，晶界处已先行熔化了。晶界处原子能量较高而容易满足固态相变所需要的能量起伏，因此新相往往在旧相晶界处形核。晶粒越细小，晶界越多，新相的形核率就越高。三、金属的实际晶体结构 晶界处有较多的空位，因此原子沿晶界的扩散速度也快。晶界处电阻较高，且易被腐蚀。图1-26亚结构示意图三、金属的实际晶体结构2)亚结构及亚晶界：在金属多晶体中，每一个晶粒内部的原子排列只是大体上整齐有序，并不是绝对完整的。第二节常用钢的牌号、性能及用途一、碳素钢二、合金钢一、碳素钢1.碳钢中
11、常存元素对其性能的影响(1)硅硅是在炼钢后期，以硅铁盐浴校正剂进行脱氧反应后残留在钢中的元素。(2)锰锰是炼钢过程中用锰铁脱氧而残留在钢中的。(3)硫硫是在炼钢过程中由矿石和燃料带来的有害元素。(4)磷磷是由生铁带入钢中的有害元素。一、碳素钢(5)氧、氮、氢氧及氧化物夹杂物(如Fe3O4、FeO、MnO、SiO2、Al2O3等)对钢的力学性能不利，使钢的强度塑性及疲劳强度降低；氮的存在虽能提高钢的硬度强度，但塑性和韧性则急剧下降，若炼钢时用铝钛脱氮，便可消除氮的这种影响；氢能引起钢的氢脆和白点等缺陷。2.碳素钢的分类(1)按钢的含碳量分类按钢中的含碳量，碳钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种。(
12、2)按钢的质量分类钢的质量好坏一般是以钢中的有害杂质硫、磷含量的多少来确定的。一、碳素钢(3)按钢的用途分类3.碳素钢的牌号及用途(1)碳素结构钢碳素结构钢价格便宜，产量较大，广泛用于型材金属构件及要求不高的一般机械零件，通常在供应状态下直接使用。(2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢主要用来制造各种重要的机器零件。WB2.eps一、碳素钢表1-4优质碳素结构钢的代号、牌号和化学成分2.表中所列牌号为优质钢，一、碳素钢钢中w(P)、w(S)均不得大于0.035%；如果是高级优质钢，则w(P)、w(S)均不得大于0.030%；如果是特级优质钢，则w(P)、w(S)均不得大于0.025%。3.表中数据
13、摘自国家标准GB/T 6991999。表1-5优质碳素结构钢的牌号、热处理工艺、力学性能一、碳素钢表1-5优质碳素结构钢的牌号、热处理工艺、力学性能2.表中所列正火推荐保温时间不少于30min，空冷；淬火推荐保温时间不少于30min，75、80和85钢为油冷，其余钢为水冷；回火推荐保温时间不少于1h。一、碳素钢3.表中数据摘自国家标准GB/T 6991999。(3)碳素工具钢碳素工具钢是用于制造刀具模具和量具的钢。一、碳素钢表1-6碳素工具钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能和用途一、碳素钢(4)铸造碳钢冶炼后直接铸造成形的钢材称铸钢。二、合金钢Z2.eps1.合金钢的分类及编号(1)合金
14、钢的分类合金钢的分类方法很多，最常用的是下面三种分类方法。1)按用途分类 合金结构钢。用于制造各种机械零件和工程结构件的钢。合金工具钢。用于制造各种加工工具的钢。二、合金钢 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)按合金元素总含量分类 低合金钢。合金元素总含量wMe5%，Me指合金元素。中合金钢。合金元素总含量5%wMe10%。高合金钢。合金元素总含量wMe10%。3)按质量分类和碳钢一样，合金钢也可根据钢中杂质(主要是硫、磷)的含量，分为普通钢、优质钢合高级优质钢。二、合金钢(2)合金钢的牌号我国合金钢牌号采用碳的质量分数、合金元素的种类及含量、质量级别来编号
15、。1)合金结构钢：其牌号采用两位数字+元素符号+数字来表示。2)合金工具钢合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳质量分数的表示方法不同，它用一位数字表示钢中含碳量的千分之几；而当钢中碳质量分数大于或等于1.00%时，则不标碳质量分数。3)特殊性能钢：这种钢的牌号与合金工具钢的牌号表示方法相同，如不锈钢3Cr13表示wC为0.30%，wCr小于13.5%。二、合金钢2.合金结构钢(1)低合金结构钢在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素(通常合金元素质量分数的总量小于3%)的工程用钢称为低合金结构钢。1)低合金高强度钢：这类钢中wC较低(通常在0.10%0.25%范围内)，加入的主要合金元素有
16、Mn、Si、V、Nb和Ti等。二、合金钢表1-7低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及应用二、合金钢表1-7低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及应用2)低合金耐候钢：即耐大气腐蚀钢，是在低碳钢的基础上加入少量Cu、P、Cr、Ni、Mo、Ti、V等合金元素，在其金属表面形成保护层，以提高钢材的耐腐蚀性。二、合金钢表1-8焊接结构用耐候钢的牌号和力学性能二、合金钢表1-9高耐候性结构钢的牌号和力学性能3)低合金专业用钢：是在低合金高强度钢的基础上发展起来具有专门用途的钢。二、合金钢(2)合金渗碳钢是用来制造既有优良的耐磨性、耐疲劳性，又能承受冲击载荷的作用零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机中的
17、凸轮和活塞销等。(3)合金调质钢二、合金钢表1-10常用合金渗碳钢的牌号、力学性能和用途(4)合金弹簧钢弹簧是各种机器和仪表中的重要零件，是利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击，二、合金钢或依靠弹性贮存能量以起驱动作用。(5)滚动轴承钢WB3.eps二、合金钢表1-3常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理工艺和用途3.合金工具钢二、合金钢(1)合金刃具钢主要是用来制造车刀、铣刀、钻头等各种金属切削刀具。1)低合金刃具钢：是在碳钢基础上加入少量合金元素的钢。2)高速钢：是一种具有高热硬性、高耐磨性的高合金工具钢。(2)合金模具钢主要用来制造各种金属成形用的模具。1)冷作模具钢：是用于制造使金属在
18、冷态下变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、拉丝模等，工作中要承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。二、合金钢2)热作模具钢：是用来制造使金属在高温下成形的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模等。WB4.eps二、合金钢WB5.eps二、合金钢(3)合金量具钢量具是用来测量工件尺寸的工具，如游标卡尺、量规和样板等，它们的工作部分一般要求高硬度、高耐磨性、高尺寸稳定性和足够的韧性。表1-16量具钢应用实例 15钢、20钢经渗碳淬火后使用。4.特殊性能钢(1)不锈钢不锈钢是不锈耐酸钢的简称。二、合金钢1)铁素体型不锈钢钢中wCr为17%30%并含微量碳(wC0.15%)，获得均匀的铁素体组织的不锈钢，称为
19、铁素体不锈钢。2)奥氏体型不锈钢钢中wCr为12%30%，wNi及wMn为6%20%，并且含微量碳(wC0.20%)，得到单相奥氏体组织的不锈钢，称为奥氏体型不锈钢。3)马氏体型不锈钢钢中wCr为13%18%，wC为0.1%1.0%，淬火后可得到马氏体组织的不锈钢称为马氏体型不锈钢。二、合金钢4)奥氏体-铁素体型不锈钢当钢中稳定奥氏体的元素不足以使钢在常温下获得单一的奥氏体组织时，就可能以奥氏体-铁素体组织存在，属于这一类的不锈钢有：1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N等。(2)耐酸钢在高温下具有高的抗氧化性能和较高强度的钢称为耐酸钢。1)抗氧化钢是指在高温下有较好的抗氧化能
20、力且具有一定强度的钢。2)热强钢是指在高温下具有良好抗氧化能力且具有较高的高温强度的钢。二、合金钢(3)耐磨钢主要用于承受严重摩擦和强烈冲击的零件，如车辆履带、破碎机颚板、球磨机衬板、挖掘机铲斗和铁道分道岔等。WB6.eps第三节正确选择材料的知识一、使用性能与选材二、选材与材料工艺性能的关系三、经济性与选材第三节正确选择材料的知识Z3.eps一、使用性能与选材1.满足零件的服役条件2.零件失效形式及原因表1-18零件失效的形式一、使用性能与选材表1-19零件失效的主要原因表1-20几种常用零件的工作条件、失效形式及所要求的主要力学性能一、使用性能与选材表1-20几种常用零件的工作条件、失效形
21、式及所要求的主要力学性能二、选材与材料工艺性能的关系三、经济性与选材1.材料的直接成本2.零件的总成本3.国家资源第四节铸铁及其热处理一、铸铁的分类及其石墨化二、灰铸铁三、可锻铸铁四、球墨铸铁第四节铸铁及其热处理Z4.eps一、铸铁的分类及其石墨化1.铸铁的分类和编号(1)灰铸铁石墨呈片状分布。(2)可锻铸铁石墨呈团絮状分布。(3)球墨铸铁石墨呈球状分布。(4)蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状和少量球状分布。2.铸铁的石墨化及其影响因素(1)铸铁的石墨化过程碳以石墨状态析出的过程称为石墨化。一、铸铁的分类及其石墨化图1-27铁碳合金双重相图一、铸铁的分类及其石墨化(2)影响铸铁石墨化的因素铸铁石墨化程度受
22、到许多因素的影响，但试验证明，铸铁化学成分和结晶时的冷却速度是影响石墨化的主要因素。1)化学成分一、铸铁的分类及其石墨化 碳和硅。它们都是强烈促进石墨化元素，铸铁中的含碳量、含硅量越高，石墨化程度越充分。因为随着含碳量的增加，液态铸铁中石墨晶核数量也增多，因而促进石墨化；硅与铁原子的结合力较强，硅溶于铁素体中不仅会削弱铁、碳原子间的结合力，而且还会降低共晶点的含碳量，提高共晶转变温度，以利于石墨的析出。实践证明，铸铁中每增加wSi1%，共晶点的wC相应降低0.3%，为了综合考虑碳和硅的影响，通常把含硅量折合成相当的含碳量，再与实际含碳量相加，其总和称为碳当量。一、铸铁的分类及其石墨化利用碳当量
23、，可近似估计出铸铁在Fe-Fe3C相图上的实际位置，因此，调整碳当量是控制组织与性能的基本措施之一。锰。锰是阻碍石墨化的元素，锰溶入铁素体或渗碳体中，不仅增加铁、碳原子的结合力，而且还会使共析转变温度降低，这都不利于石墨的析出。但是锰与硫能形成MnS，它能减弱硫对石墨化的阻碍作用，所以它又间接地起着促进石墨化的作用，因而铸件中含锰量要适当。一、铸铁的分类及其石墨化 硫。硫是强烈阻碍石墨化的元素，因为硫不仅增加铁、碳原子的结合力，而且形成硫化物后常以共晶体形式分布在晶界上，阻碍碳原子的扩散。此外，硫还降低铁液的流动性和促使高温铸件开裂。所以，硫是有害元素，其含量越低越好。磷。磷是微弱促进石墨化的
24、元素。它能提高铁液的流动性，但形成的Fe3P常常以共晶体形式分布于晶界上，从而增加铸铁的脆性，致使铸件在冷却时开裂。所以，一般铸铁中的磷含量应严格控制。2)冷却速度的影响：在实际生产中往往发现同一铸件厚壁处为灰口，而薄壁处出现白口的现象。二、灰铸铁1.灰铸铁的成分、组织和性能(1)化学成分如前所述，化学成分是影响石墨化的主要因素。(2)金相组织灰铸铁的组织是由片状石墨和金属基体所组成的。(3)灰铸铁的性能1)力学性能：由于Si、Mn元素可溶于铁素体使其得到强化，所以，灰铸铁的基体强度和硬度不低于相应钢的强度和硬度。2)铸造性能好。二、灰铸铁3)减摩性好：石墨本身具有润滑作用，而且脱落的石墨孔隙
25、具有储油功能，可减缓摩擦面油膜的破损。4)减振性好：由于铸铁在受振动时石墨起缓冲作用，它把振动转变为热能，故常用铸铁制作承受振动的机床底座。图1-28石墨分布形状图a)A型b)B型二、灰铸铁图1-28石墨分布形状图(续)c)C型d)D型二、灰铸铁图1-28石墨分布形状图(续)e)E型f)F型二、灰铸铁5)切削加工性能好：石墨割裂了基体的连续性，铸铁的切屑容易脆断，且石墨对刀具有一定的润滑作用，刀具在使用时磨损较小。6)缺口敏感性低：由于灰铸铁含有大量的片状石墨，它相当于许多原始的缺口，这使得铸件对后来人为的制作缺口不那么敏感。2.灰铸铁的孕育处理3.灰铸铁的热处理(1)消除内应力退火当铸件形状
26、复杂、壁厚不均匀时，因浇注后各部位冷却速度不同而存在温差，从而在铸件内部产生很大的内应力。二、灰铸铁(2)石墨化退火1)高温石墨化退火:铸件薄壁部位在冷却时会时常产生白口；化学成分控制不当、孕育处理不足时，铸件会出现麻口、白口，使切削加工难以进行。2)低温石墨化退火：铸件组织有时虽然是灰口，但是因共析阶段的石墨化进行得不充分，且珠光体的弥散度太高，致使硬度偏高，难以切削加工。(3)正火目的是增加基体中的珠光体组织，提高铸件的强度、硬度和耐磨性，并且可作为表面热处理的预处理。二、灰铸铁(4)表面淬火表面淬火的目的是提高铸件表面的硬度和耐磨性。三、可锻铸铁1.可锻铸铁的化学成分、组织和性能(1)化
27、学成分目前生产中可锻铸铁的化学成分为wC=2.8%，wSi=1.2%2.0%，wMn=0.4%1.2%，wS、wP0.2%。(2)组织可锻铸铁根据退火工艺特性的不同，可分为石墨化(又称黑心可锻铸铁)和脱碳可锻铸铁(又称白心可锻铸铁)。(3)性能目前我国以生产铁素体可锻铸铁为主，同时也生产少量的珠光体可锻铸铁。2.可锻铸铁的生产工艺三、可锻铸铁(1)孕育处理为了缩短可锻铸铁的退火周期，在浇注前往铁液中投加少量Al-Bi、B-Bi等孕育剂进行孕育处理，使铁液内产生大量均匀分布的晶核，使石墨片及基体组织得到细化。(2)石墨化退火一般在中性气氛炉中进行，把白口铸件装箱，周围用硅砂填充，箱盖用耐火泥密封
28、后入炉退火。1)升温：因为铸铁的导热性差，故铸铁应随冷炉缓慢加热至临近点。三、可锻铸铁2)高温石墨化阶段：铸件在9201000下长时间保温，使生坯白口铸铁中的共晶渗碳体及二次渗碳体石墨化。3)中间石墨化阶段：第一阶段石墨化后，自高温随炉冷至的过程中，奥氏体随温度的降低溶解度减小，析出二次石墨。4)低温石墨化阶段：低温石墨化阶段是使铸件在750720相变区内进行缓慢冷却，冷却速度为35/h。四、球墨铸铁1.球墨铸铁的组织和性能2.球墨铸铁的热处理(1)退火目的一般是为了获得铁素体基体。(2)正火正火的目的是使铸态基体下的混合组织转变为珠光体基体，从而提高强度和耐磨性。(3)等温淬火形状复杂的铸件
29、多采用等温淬火工艺，以获得高的综合力学性能。(4)调质处理对于受力复杂、截面尺寸较大、综合力学性能要求高的铸件，正火和等温淬火难以满足要求，故采用调质处理。第五节非铁金属及其热处理一、铝及铝合金二、铜及铜合金三、钛及钛合金四、硬质合金及轴承合金一、铝及铝合金1.工业纯铝的性能特点2.铝合金概述图1-29铝合金分类示意图1变形铝合金2铸造铝合金3不能热处理强化的铝合金4能热处理强化的铝合金一、铝及铝合金(1)不能热处理强化的铝合金即成分小于D点的合金，这类合金具有良好的耐蚀性，故称防锈铝。(2)能热处理强化的铝合金成分在B与D之间的合金，这类合金有硬铝、超硬铝和锻铝。3.铝及铝合金的牌号表示方法
30、(1)铸造铝合金牌号的表示方法铸造铝合金的牌号用“铸铝”二字的汉语拼音字首“ZL”加三位数字表示。一、铝及铝合金(2)工业纯铝及变形铝合金牌号的表示方法工业纯铝牌号由“L+顺序号”构成，L代表铝的汉语拼音字首，顺序号表示杂质含量，顺序号越大，其杂质含量越高。4.变形铝合金一、铝及铝合金表1-21常用变形铝合金牌号及化学成分(1)常用变形铝合金1)防锈铝：它是Al-Mn系或Al-Mg系合金。一、铝及铝合金2)硬铝：它是Al-Cu-Mg系合金，具有强烈的时效强化作用，故称硬铝合金。3)超硬铝：Al-Zn-Cu-Mg系合金是室温强度较高的一类铝合金，其强度值达500700MPa，超过高强度硬铝2A1
31、1合金，故称超硬铝合金。4)锻铝：Al-Mg-Si-Cu系合金具有优良的可锻性能，主要用于制作外形复杂的锻件，故称锻铝。(2)变形铝合金的热处理1)退火：目的是消除冷变形产生的残余应力，加热温度一般为200300。一、铝及铝合金2)淬火与时效：这是可热处理强化铝合金的最终处理工艺。5.铸造铝合金表1-22常用铸造铝合金的代号及主要化学成分一、铝及铝合金(1)铸造铝合金的特点及用途1)Al-Si系：这类合金铸造性能好，热裂倾向小，具有较高的耐蚀性。2)Al-Cu系：由于Cu在铝中有较大的固溶度，且随温度而变化，因而，可以通过固溶强化及时效强化提高强度。3)Al-Mg系：具有最小的密度和较高的机械
32、强度，比其他铸造铝合金的耐蚀性好，但铸造性能差，热强度低。4)Al-Zn系：这种合金含锌量高，因此密度大，耐蚀性差，但工艺性能好，铸态下的机械强度较高。一、铝及铝合金(2)铸造铝合金的热处理特点及代号除ZL102、ZL302外，其他铝合金均能热处理强化。表1-23铸造铝合金热处理的工艺方法、代号、特点与目的表1-23铸造铝合金热处理的工艺方法、代号、特点与目的二、铜及铜合金1.纯铜(1)纯铜的性质及应用纯铜外观呈紫色，俗称紫铜。(2)强化纯铜的途径纯铜的强度不高，抗拉强度仅为230240MPa。WB7.eps二、铜及铜合金2.铜合金的分类及编号(1)黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。(2
33、)白铜以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜。(3)青铜除锌和镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金称为青铜。3.黄铜(1)普通黄铜普通黄铜在室温平衡状态下，有和两个基本相，相是塑性较好的固溶体，适宜冷、热压力加工。二、铜及铜合金WB8.eps二、铜及铜合金(2)特殊黄铜在普通黄铜中加入铝、硅、锰、锑等元素的黄铜称为特殊黄铜。(3)黄铜的热处理因为铜无同素异构转变，所以普通黄铜的强化不能通过热处理实现。1)低温退火：目的是消除应力，防止黄铜的应力腐蚀开裂和工件加工时发生变形。2)再结晶退火：目的是消除加工硬化和恢复塑性，为下道冷加工工序做准备。4.青铜(1)锡青铜wSn小于5%的锡青铜经变形和退
34、火后获得单相固溶体，它具有良好的塑性。二、铜及铜合金表1-27几种黄铜的退火温度(2)铝青铜它是以铝为主加元素的铜合金。(3)铍青铜它是以铍为主加元素的铜合金。三、钛及钛合金1.纯钛的基本特性(1)物理性能纯钛的密度为4.507g/cm3，介于铝和铁之间。(2)化学性能钛与氧、氮可形成化学稳定性极高的致密氧化物和氮化物保护膜。(3)力学性能高纯度钛的强度低、塑性好。(4)高温性能钛在550以下抗氧化能力好；超过这个温度后，基体金属开始吸收氧化膜，并与氧、碳、氮强烈作用，使金属迅速脆化，无法使用。2.钛合金的性能三、钛及钛合金)TA7合金：合金中加入Al、Sn元素，目的是提高室温强度和高温强度。
35、2)TC4合金：它是一种高强度+相钛合金。3)TB1合金：这是一种高强度型钛合金，具有良好的冷成形性。表1-28钛合金牌号及热处理方法四、硬质合金及轴承合金1.硬质合金Z5.eps(1)金属陶瓷硬质合金这是一种将难熔金属碳化物粉末，如WC、TiC等与粘结剂钴、镍混合，加压成形，再烧结而成的一种粉末冶金材料。1)钨钴类：合金由WC和Co组成。2)钨钴钛类：这类合金由WC、TiC及Co组成。四、硬质合金及轴承合金(2)钢结硬质合金它是一种新型的工具材料，其性能介于高速钢与硬质合金之间，硬质相是难熔金属的碳化物，但粘结相则是钢的基体、高速钢、不锈钢、合金钢等。2.滑动轴承合金(1)对滑动轴承合金的性
36、能要求轴在旋转时与轴瓦之间产生剧烈摩擦，两种材料的磨损是不可避免的，因轴的生产工艺复杂、成本较高，所以应将轴瓦设计为易损件。1)足够的抗压强度和抗疲劳强度。2)良好的减摩性和耐磨性。四、硬质合金及轴承合金3)具有一定的塑性、韧性，以承受冲击。4)具有较小的膨胀系数和良好的导热性，在摩擦条件瞬时不良时，以保证不发生咬合。5)应具有良好的磨合性。6)应具有良好的镶嵌性，以保证油中杂质和金属碎屑能嵌入轴承合金中，而不致于划伤轴颈表面。7)轴承的生产制造容易、成本低廉。8)具有良好的耐蚀性及内衬与钢背结合的有关工艺性。(2)对滑动轴承合金的组织要求为满足滑动轴承的工作条件，金相组织有两种。四、硬质合金
37、及轴承合金(3)常用的轴承合金及牌号轴承合金牌号前的字母“Z”表示“铸造”，其后由基体金属元素及主要合金元素的化学符号组成。WB9.eps四、硬质合金及轴承合金1)锡基与铅基轴承合金(巴氏合金)：轴承合金牌号表示方法为：“铸”、“承”两字拼音字首“ZCh”+基体元素(锡或铅)符号+主加元素及辅加元素含量。2)铜基轴承合金：铜基轴承合金主要有锡青铜、铅青铜、铝青铜等铸造铜基合金。3)铝基轴承合金：这种合金的特点是比重小，导热性好、承载强度和疲劳强度高，并具有高的高温硬度，优良的耐蚀性和减摩性。四、硬质合金及轴承合金表1-30各种轴承合金的性能比较表1-30各种轴承合金的性能比较第六节编制热处理工
38、艺的知识一、编制热处理工艺的原则二、编制热处理工艺的步骤第六节编制热处理工艺的知识A2.eps一、编制热处理工艺的原则1)可靠性：所确定的工艺路线、工艺规程是以达到零件技术要求为前提，零件批量生产质量可靠稳定。2)先进性：尽量采用先进技术。3)经济性：在保证产品质量的前提下，工序简单、操作容易、原材料消耗少、生产效率高、生产成本低，并能合理选用设备，充分发挥现有设备的潜力。4)安全无公害：优先选用无公害的热处理工艺方法，保证安全生产、改善劳动条件、降低劳动强度、保证操作人员的身体健康。二、编制热处理工艺的步骤1.收集资料及调研分析(1)研究图样规定的热处理技术要求的可行性与合理性1)根据零件服
39、役条件恰当地提出性能要求：如传动轴主要承受弯曲应力和扭转应力的复合作用，因此，对淬火只要求能淬透到零件半径的1/2或1/3即可。2)热处理要求只能订在所选钢号淬透性和淬硬性允许范围之内：要求大截面零件获得小尺寸试样的性能指标或者要求低碳钢不经化学热处理达到高硬度等都是不合理的。二、编制热处理工艺的步骤3)热处理要求应该允许有一定的热处理变形：由于零件热处理时受相变应力和热应力作用，因此热处理变形是不可避免的。4)经济性：提出零件的热处理技术要求应综合考虑该零件的制造成本、使用寿命等经济因素。(2)研究毛坯或材料的供应状态根据毛坯或材料的供应状态，确定是否要增加预先热处理来满足最终热处理要求以及
40、毛坯尺寸的精密程度。(3)根据零件制造加工路线确定热处理工序最佳位置机械零件一般经过毛坯制造、切削加工、热处理工艺来完成。二、编制热处理工艺的步骤1)热处理与切削加工性的关系：钢的切削加工性的好坏与其化学成分、金相组织和力学性能有关。2)零件加工工艺路线对热处理的影响：零件加工工艺路线安排是否合理，将直接影响到热处理的质量。2.确定热处理工艺方案1)以零件技术要求为依据，提出可能实施的几种热处理工艺方案，并对工艺操作的繁简及质量的可靠性等方面进行分析比较，再根据生产批量的大小，现有设备及国内外热处理技术发展趋势，进行综合技术经济分析，从而确定最经济、最完善的工艺方案。二、编制热处理工艺的步骤2
41、)对选用新材料零件的热处理方案确定一般分三个步骤：首先，在实验室对所确定热处理工艺进行试验。3)依据标准或相关技术文件确定工艺参数或经工艺试验验证调整后的工艺参数。4)结合工艺、零件特征、能源政策和本企业设备条件选择热处理设备。5)按工艺方案要求设计工艺工装；按零件要求和工艺实施路线安排辅助工序(清洗、清理、校正、保护等)。6)确定检验方法及设备，按需要设计检验专用工装。3.制定热处理工艺规程二、编制热处理工艺的步骤1)零件概况：即零件名称及编号、材料牌号、质量大小、轮廓尺寸及热处理有关尺寸、工艺路线等。2)热处理技术要求：热处理工艺卡上的技术要求比图纸上提出的热处理技术要求更详细、更具体。3
42、)零件简图：在工艺卡上应绘制零件简图，便于识别、核对零件，同时局部热处理、硬度检查部位等一目了然。4)装炉方式及装炉量。5)设备及工装名称、编号。6)工艺参数：包括：保温时间、冷却方式、冷却介质等。二、编制热处理工艺的步骤7)质量检查的内容、检查方法及抽查率。4.热处理工艺的会签、批准第七节编制热处理工艺训练实例1.拖拉机减速器壳体退火2.球墨铸铁连杆的正火1.火花鉴别法的设备2.火花鉴别法操作步骤3.常用钢的火花特征3.制定热处理各工序工艺参数1.20Cr滚柱渗碳2.38CrMoAl钢齿轮气体渗氮处理3.20钢圆环碳氮共渗1.选择设备2.操作过程1.拖拉机减速器壳体退火(1)核对工件的工艺卡
43、、材料、数量(2)分析工件技术要求和使用性能拖拉机减速器壳体工作中承受一定的冲击性，需具有较好的塑性、韧性和耐冲击性，球墨铸铁制造可较好地满足要求。(3)选用工艺方法和设备球墨铸铁高温石墨化退火过程中，通过控制其共析转变阶段温度可获得珠光体+铁素体组织和完全铁素体组织两种，根据本工件的性能要求，退火后的组织为铁素体(90以上)+石墨，以获得较好的韧性和耐冲击性，其工艺曲线见图1-30。1.拖拉机减速器壳体退火图1-30球墨铸铁高温石墨化退火工艺规范(4)退火操作过程1.拖拉机减速器壳体退火1)检查所用设备的电气元件、接头与测温仪表是否正常运行。2)室温或低温(200300)装炉，工件之间以及工
44、件与炉底板之间保持50100mm间隔，以保证工件均匀加热。3)关闭炉门，接通电源升温，调整控温仪表至工艺温度，将电源开关打至“自动控温”档。4)炉温到达设定工艺温度后记录保温时间，在工件保温充足后关闭电源开关，让工件随炉降温。5)炉温冷至600以下时，打开炉门，将工件出炉空炉，以避免脆性的出现。1.拖拉机减速器壳体退火6)工件冷至室温后，取一件做金相检查，高温石墨化退火后的组织应为铁素体+石墨。2.球墨铸铁连杆的正火(1)核对工件的工艺卡、材料及数量(2)分析工件使用性能和技术要求连杆作为汽车传动部件，须具有一定的强度、韧性和耐磨性。(3)选择工艺方法和设备球墨铸铁正火可分为高温正火和低温正火
45、，高温正火后的球墨铸铁可获得较多的珠光体组织，强度、硬度、耐磨性较好，是本工件选择的正火方法。图1-31球墨铸铁连杆正火+回火工艺规范2.球墨铸铁连杆的正火(4)正火操作过程1)检查设备机械、电气部位，测温仪表是否正常运行，检查工装夹具有无异常。2)工件装炉(300)，垂直吊挂于吊具上，随吊具一齐进炉，注意工件间隔不小于50mm，每炉可装工件2025件。3)关闭炉门，将电源开关拨至“自动控温”档升温，调整仪表至工艺温度。4)工件在工艺温度保温充足后，关闭电源，打开炉门，将工件随挂具垂直出炉并悬挂于空气中自然风冷。2.球墨铸铁连杆的正火5)由于铸铁件导热性差，正火后存在较大内应力，所以工件在冷到
46、室温后还需进行一道回火去应力处理。6)将冷却至室温的工件进行硬度检查。1.火花鉴别法的设备(1)火花鉴别的设备和操作方法1)设备：主要设备是手提式砂轮机和台式砂轮机，常用砂轮机的转速：28004000r/min砂轮片：直径150200mm，砂粒为普通氧化铝，粒度为4060号，硬度中软。1.火花鉴别法的设备2)操作方法：火花鉴别的工作场地不宜太亮，最好在暗处，避免阳光直射影响火花的光色和清晰度，使用手提式砂轮机时，将工件或钢材排列在地面上，手拿砂轮机，打开开关使砂轮平稳旋转，用砂轮圆周接触钢材进行磨削，用力要适宜，并使火花束大致向略高于水平方向发射，以便于对火花全面观察，使用台式砂轮机时，打开开
47、关，待砂轮机起动旋转后，手拿工件或试块与砂轮圆周接触进行磨削，操作时使火花光束与视线有一适当角度(约6080)，可仔细观察火花束长度和特征。3)操作注意事项1.火花鉴别法的设备 操作时，应带无色平光防护眼镜，以免砂粒飞射入眼内。操作时，站立砂轮一侧，不得面对砂轮站立。用手拿紧工件并轻压砂轮，用力适度。成批挑选混料时，用力一致，不要因用力大小不一而影响判断。判断结论不要草率，初判时防止可能发生的错觉，可与已知化学成分的标准钢样对照鉴别。火花鉴定钢种的精确度和操作者的熟练程度有关，所以平时要多做对比练习。(2)火花的组成和名称1)根花：靠近砂轮部位的火花。1.火花鉴别法的设备2)间花：在火束中间部
48、位，火花最密集的一段。3)尾花：火束末端接近消失的部位，根据尾花形状，可以判断钢中所含合金元素。4)流线：高温的粉末微粒沿砂轮切线飞行时产生线条状的亮体称为流线，通常分为3种：直线状流线；断续状流线；波纹状流线。5)节点、流线和节花(火星)：流线中途爆裂的亮点叫节点，爆裂时发射出来的流线叫芒线。2.火花鉴别法操作步骤(1)鉴别流线1)颜色：碳钢的流线多是亮白色，合金钢和铸铁是橙色和红色，高速钢的流线接近暗红色。2)形状：碳钢的流线为直线状，高速钢的流线呈断续状或波纹状。3)长短：在相同的压力下，碳质量分数越大流线越短，高速钢的流线比碳钢的流线短。(2)鉴别节花1)碳钢：有节花，随着碳质量分数增
49、加，节花更多。2.火花鉴别法操作步骤2)高速钢：一般没有节花，相比之下钼高速钢W6Mo5Cr4V2稍有些节花，而钨高速钢W18Cr4V不见节花并且流线断续状明显。(3)鉴别尾花不同碳质量分数、不同的合金元素火花的节花及尾花不同。图1-32常见的节花和尾花3.常用钢的火花特征(1)20钢见图1-33。图1-3320钢火花(2)45钢见图1-34。3.常用钢的火花特征图1-3445钢火花(3)T7钢见图1-35。3.常用钢的火花特征图1-35T7钢火花(4)T10钢见图1-36。3.常用钢的火花特征图1-36T10钢火花(5)T13钢见图1-37。3.常用钢的火花特征图1-37T13钢火花(6)C
50、rWMn钢见图1-38。3.常用钢的火花特征图1-38CrWMn钢火花(7)GCr15钢见图1-39。3.常用钢的火花特征图1-39GCr15钢火花(8)Cr13钢见图1-40。3.常用钢的火花特征图1-40Cr13钢火花3.常用钢的火花特征图1-41W6Mo5Cr4V2钢火花(9)W6Mo5Cr4V2钢见图1-41。(10)W18Cr4V钢：见图1-42。3.常用钢的火花特征图1-42W18Cr4V钢火花1.了解工件的工作条件，了解设计要求的合理性，从而实现设计的性能要求2.分析工件生产工艺路线，编制热处理加工工艺路线3.常用钢的火花特征1)下料后正火可以细化晶粒，减小或消除偏折，提高切削加
