1、第第2章章 机械工程材料机械工程材料21常见工程材料的分类、标识及应用常见工程材料的分类、标识及应用1、铁素体（、铁素体（F）：碳与：碳与-Fe形成的间隙固溶体。形成的间隙固溶体。性能性能-强度和硬度低，塑性和韧性好。强度和硬度低，塑性和韧性好。2、奥氏体（奥氏体（A）：碳与：碳与-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727时存在。时存在。性能性能-塑性好，强度和硬度高于塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、。在锻造、轧制时常要轧制时常要加热到加热到A，可提高塑性，易于加工。，可提高塑性，易于加工。3、渗碳体（、渗碳体（Fe3C）：铁与碳形成的金属化合物。：铁与
2、碳形成的金属化合物。性能性能-硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。4、珠光体（、珠光体（P）：F与与Fe3C组成的机械混合物。组成的机械混合物。性能性能-力学性能介于两者之间。力学性能介于两者之间。5、莱氏体（、莱氏体（Ld）：A与与Fe3C组成的机械混合物。组成的机械混合物。性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。铁碳合金的相铁碳合金的相铁碳相图分析关于铁碳合金状态图 1、概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下 的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通过实验的方法建立起来的。2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。铁碳合
3、金状态图铁碳相图分析1、相图的坐标纵坐标：代表温度。横坐标：代表含碳量。2、几个概念 纯铁 钢 铸铁 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 3、特性点 A点：纯铁的熔点 1538 C点：共晶点 1148 D点：渗碳体的熔点 1227 S点：共析点 727 G点：纯铁的同素异晶转变点 912 E点：C在-Fe中最大溶解度 1148 P点：C在-Fe中最大溶解度 727 Q点：室温时C在-Fe中最大溶解度 4、特性线 ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全部转化为液相。AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热至此开始转化。GS：
4、A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。ECF：共晶线，含C量2.11%-6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物-莱氏体Ld。PSK：共析线，含C量在0.0218%-6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P，又称A1线。铁碳相图的应用1、选用材料、选用材料：由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。零件
5、所要求的性能来选择不同含碳量的材料。2、叛断切削加性能、叛断切削加性能：低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。3、制定热加工工艺：、制定热加工工艺：在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。4
6、、应用于热处理生产：、应用于热处理生产：由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。高炉工业用钢工业用钢电弧炉 工业用钢工业用钢钢碳素钢合金钢1、按含碳量分低碳钢 0.0218%C 0.25%中碳钢 0.25%C 0.6%高碳钢 0.6%C1%1%时不标出；当时不标出；当Wc1%前前面数字表示面数字表示含碳量含碳量的的千倍千倍。如：9SiCr,Cr12,5CrMnMo9SiCr,Cr12,5CrMnMo等。等。但但高速钢高速钢不标含碳量，只写出合金元素
7、不标含碳量，只写出合金元素符号符号及其含量。及其含量。如:W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2一、合金结构钢一、合金结构钢1 1、普通低合金结构钢、普通低合金结构钢 低碳，合金含量小于低碳，合金含量小于3%3%。主加元素为。主加元素为MnMn其强化了铁素体，其强化了铁素体，提高了强度；提高了强度；V V，TiTi等元素使晶粒细化，使韧性提高。等元素使晶粒细化，使韧性提高。在在建筑、桥梁、车辆、船舶建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以中应用广泛。以16Mn16Mn为最广。为最广。船舶船舶桥梁桥梁2、合金渗碳钢 含碳量为含碳量为0.1%-0.2%,0.1%-0.
8、2%,以保障心部具有足够的韧性，合以保障心部具有足够的韧性，合金含量金含量小于小于3%3%。主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、钛、钒、钛、钒，提高了淬透，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高性，使晶粒细化，耐磨性提高。（常用渗碳钢）主要用于表面要主要用于表面要求硬而耐磨，心部具求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性的有足够强度和韧性的零件，如：汽车变速零件，如：汽车变速箱的齿轮等。箱的齿轮等。以以2 20Cr0Cr、20CrTiMn20CrTiMn为最广。为最广。变速齿轮变速齿轮拨叉拨叉3 3、合金调质钢、合金调质钢 含碳量为含碳量为0.25%-0.5%,0.25%-0.5%,主加元素为主加
9、元素为CrCr、MnMn、SiSi、NiNi等以提等以提高淬透性和强化铁素体高淬透性和强化铁素体.调质钢具有良好的综合力学性能调质钢具有良好的综合力学性能。合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆齿轮、轴类件、连杆等。等。曲轴曲轴 连杆连杆 （常用调质钢）4 4、合金弹簧钢、合金弹簧钢 它具有高的它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为含碳量为0.5%-0.5%-0.7%,0.7%,主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、SiSi等以提高淬透性和弹性
10、极限。等以提高淬透性和弹性极限。合金弹簧钢是一种合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于专用结构钢，主要用于制造各种制造各种弹簧弹簧和弹性元和弹性元件件。拉力弹簧拉力弹簧 离合器离合器弹簧弹簧（常用弹簧钢）5 5、滚动轴承钢、滚动轴承钢 主要用来制造滚动轴承的主要用来制造滚动轴承的滚动体滚动体（滚珠、滚柱、滚（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。针）、内外套圈等，属专用结构钢。碳质量分数一般为碳质量分数一般为0.95%-1.10%0.95%-1.10%，以保证其高硬，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。度、高耐磨性和高强度。铬铬为基本合金元素为基本合金元素 ，铬含量，铬含量为为0.40%-
11、1.65%0.40%-1.65%。高碳低铬高碳低铬。如：如：GCr15GCr15(滚珠轴承钢)二、合金工具钢二、合金工具钢 合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度和耐磨性和耐磨性,还具有更高的还具有更高的红硬性红硬性。1 1、合金刃具钢、合金刃具钢 用途：用途：主要用于制造各种主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。钻头等。性能：性能：（1 1）高硬度，）高硬度，60HRC60HRC以上；以上；（2 2）高的耐磨性；）高的耐磨性；（3 3）高热硬性）高热硬性 ；（4 4）足够的塑性
12、和韧性）足够的塑性和韧性 。铣刀铣刀 英制模板刀英制模板刀合金工具钢的合金工具钢的种类及牌号种类及牌号 (1)(1)低合金刃具钢低合金刃具钢 (2)(2)高速钢高速钢 最高工作温度不超过最高工作温度不超过300 300。高碳：碳质量分数为高碳：碳质量分数为0.9%-1.1%0.9%-1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。，以保证高硬度和高耐磨性。CrCr、MnMn、SiSi主要是提高钢的淬透性，主要是提高钢的淬透性，SiSi还能提高钢的回火稳定性；还能提高钢的回火稳定性；W W、V V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。高速钢
13、是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度达达600 600 时，其硬度无明显下降。时，其硬度无明显下降。高碳：碳质量分数在高碳：碳质量分数在0.70%0.70%以上，最高可达以上，最高可达1.5%1.5%左右，左右，加入加入CrCr、W W、MoMo、V V等合金元素：等合金元素：Cr Cr 提高淬透性。提高淬透性。W W、Mo Mo 保证高的热硬性。保证高的热硬性。V V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。（如：（如：9SiCr 9SiCr、9Mn2V9Mn2V）（如：（如：W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo
14、5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 ）常用合金刃具钢和高速钢 2 2、合金量具钢、合金量具钢 用途：量具用钢用于制造各种用途：量具用钢用于制造各种测测量工具，如卡尺、千分尺、块规。量工具，如卡尺、千分尺、块规。性能要求：性能要求：(1)(1)高硬度（大于高硬度（大于56 HRC56 HRC）和高耐磨性；）和高耐磨性；(2)(2)高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。螺纹规螺纹规 游标卡尺游标卡尺 千分尺千分尺 3、合金模具钢、合金模具钢合金模具钢按其用途分为合金模具钢按其用途分为冷作模具钢冷作模具钢和和热作模具钢热作模具钢两大类。两大
15、类。冷作模具钢冷作模具钢 用途：冷模具用于制造用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度压模和拉丝模等，工作温度不超过不超过200 200 300 300。热热作模具钢作模具钢如：如：9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn 用途：热作模具钢用于制造各用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达铸模等，工作时型腔表面温度可达600 600 以上。以上。如：如：5CrMnMo5CrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo 性能要求：性能要求：高硬度，高硬度，585862 HR
16、C;62 HRC;高耐磨性高耐磨性;足够的韧性和疲劳抗力足够的韧性和疲劳抗力量具用钢的选用举例量具用钢的选用举例 量量 具具 钢钢 号号 平样板或卡板平样板或卡板 1010、2020或或5050、5555、6060、60Mn60Mn、65Mn 65Mn 一般量规与块规一般量规与块规 T10AT10A、T12AT12A、9SiCr 9SiCr 高精度量规与块规高精度量规与块规 CrCr（刃具钢）、（刃具钢）、CrMnCrMn、GCr15 GCr15 高精度且形状复杂的量规与块规高精度且形状复杂的量规与块规 CrWMn(CrWMn(低变形钢低变形钢)抗蚀量具抗蚀量具 4Cr13,9Cr18(4Cr
17、13,9Cr18(不锈钢不锈钢)三、特殊性能钢特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢钢.它主要包括它主要包括不锈钢不锈钢,耐磨钢耐磨钢等等.1 1、不锈钢、不锈钢 能抵抗大气能抵抗大气,酸酸,咸或其它介质腐蚀的钢咸或其它介质腐蚀的钢。不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。医疗手术器械，防锈刃具和量具等。根据根据不锈钢
18、室温下组织的不同不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种常用的不锈钢可分三种:马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 奥氏体型奥氏体型不锈钢不锈钢 马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 如：如：1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13 不锈钢船用螺旋桨不锈钢船用螺旋桨不锈钢剪刀不锈钢剪刀 含碳为含碳为0.1%-0.4%,0.1%-0.4%,含铬为含铬为12%-13%.12%-13%.主要用于力学性能要求不高主要用于力学性能要求不高,耐蚀性要求较低的零件耐蚀性要求较低的零件.如如:铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 这类钢的铬质量分数为这类
19、钢的铬质量分数为17%17%30%30%，碳质量分数低于，碳质量分数低于0.15%.0.15%.主要用主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道容器和管道等。等。奥氏体型奥氏体型不锈钢不锈钢 这类不锈钢属铬镍不锈钢这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低（约碳含量很低（约0.1%0.1%），耐蚀性很好。），耐蚀性很好。如：如：1Cr171Cr17、1Cr17Ti1Cr17Ti等等如：如：0Cr18Ni9,1Cr18Ni90Cr18Ni9,1Cr18Ni9等等2 2、耐磨钢、耐磨钢 （就是高锰钢（就是高锰钢 如如:ZGMn13:ZGMn13）履
20、带履带 铁轨分道叉铁轨分道叉 破碎机颚板破碎机颚板挖掘机斗齿挖掘机斗齿铸铸 铁铁 引言引言:1 1、何为铸铁？、何为铸铁？铸铁是碳质量分数大于铸铁是碳质量分数大于2.11%2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。等元素的铁碳合金。用于制造机床的床身、床头箱用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。，是工程上最常用的金属材料之一。箱体箱体启动阀启动阀2 2、铸铁分几类？、铸铁分几类？根据碳在铸铁中存在形根据碳在铸铁中存在形不同，可分三大类：不同，可分三大类：（1 1）白口铸铁）
21、白口铸铁（2 2）灰口铸铁）灰口铸铁（3 3）麻口铸铁）麻口铸铁 根据根据石墨石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为：在铸铁中存在形态，可分为：普通灰铸铁：石墨呈普通灰铸铁：石墨呈片状片状可锻铸铁：石墨呈可锻铸铁：石墨呈团絮状团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球墨铸铁：石墨呈球状球状3 3、灰口铸铁的种类、灰口铸铁的种类普通灰铸铁普通灰铸铁 灰铸铁有铁素体、珠光体、灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体铁素体+珠光体珠光体)+石墨三石墨三种基本组织种基本组织。由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连
22、续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。二、灰铸铁的性能与应用二、灰铸铁的性能与应用但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件和结构，如和结构，如机座、机床床身、轴承机座、机床床身、轴承等。等。叶轮叶轮 发动机飞轮发动机飞轮 HTHT+三位数字三位数字数字表示最低抗拉强度数字表示最低抗拉强度如：如：HT150，HT200，
23、HT250热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和平共处目的是：平共处目的是：1 1、消除内应力退火：、消除内应力退火：2 2、高温退火：消除白口组织、高温退火：消除白口组织3 3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。可锻铸铁可锻铸铁一、生产方法：一、生产方法：先将铸铁浇注成白口铸铁先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行然后进行高温石墨化退火高温石墨化退火,使渗碳体分解使渗碳体分解得到得到团絮状石墨团
24、絮状石墨。二、可锻铸铁的组织二、可锻铸铁的组织可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。三、可锻铸铁的牌号三、可锻铸铁的牌号四、可锻铸铁的性能及应用四、可锻铸铁的性能及应用 可锻铸铁可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。可可锻铸铁不可锻。锻铸铁不可锻。铁素体可锻铸铁以铁素体可锻铸铁以“KTKT”表示，珠光体可锻铸铁以表示，珠光体可锻铸铁以“KTZKTZ”表表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。如：如：KT350-10KT350-10、KTZ600-3KTZ
25、600-3可锻铸铁的牌号和机械性能可锻铸铁的牌号和机械性能 球墨铸铁球墨铸铁一、生产方法：一、生产方法：在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨,得到得到球墨铸铁球墨铸铁.二、球墨铸铁的组织二、球墨铸铁的组织三、三、球墨铸铁球墨铸铁的牌号的牌号四、球墨铸铁的和机械性能四、球墨铸铁的和机械性能 用用“QT”QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。QT420-10、QT600-2、QT800-2如如:机械性能机械性能牌号牌号基体基体 b b MPaMPa 0.20.2 MPaMPa
26、 5 5%a ak k kJ/mkJ/m2 2HBHB应应 用用 举举 例例QT400-17QT400-17铁素体铁素体4004002502501717600600179179 汽车、拖拉机床底盘零汽车、拖拉机床底盘零件；件；16-6416-64大气压阀门的大气压阀门的阀体、阀盖阀体、阀盖QT420-10QT420-10铁素体铁素体4204202702701010300300207207QT500-5QT500-5铁素体铁素体+球光体球光体5005003503505 5147147241241 机油泵齿轮机油泵齿轮QT600-2QT600-2球光体球光体6006004204202 222972
27、297302302 柴油机、汽油机曲轴；柴油机、汽油机曲轴；磨床、铣床、车床的主轴；磨床、铣床、车床的主轴；空压机、冷冻机缸体、缸空压机、冷冻机缸体、缸套套QT700-2QT700-2球光体球光体7007004904902 222972297302302QT800-2QT800-2球光体球光体8008005605602 224172417321321六、六、球墨铸铁调质和正火后的组织性能球墨铸铁调质和正火后的组织性能 机械性能 热处理工艺 显微组织 b MPa 5%ak kJ/m2 HB 调质:980退火后,900油淬+580回火 回火索氏体+石墨 8001000 1.72.7 260320
28、240340 正火:980退火后,900正火+580去应力退火 珠光体+5%铁素体+石墨 700 2.5 100 317321 五、五、球墨铸铁的应用球墨铸铁的应用 具有与钢相近的力学具有与钢相近的力学性能，可代替钢和合金钢性能，可代替钢和合金钢使用。使用。球墨球墨铸铁铸铁管道管道接口接口 蠕墨铸铁蠕墨铸铁 一、生产方法：一、生产方法：在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。程序与球墨铸铁基本相同。二、二、蠕墨蠕墨铸铁的组织铸铁的组织 蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨蠕墨铸铁的石墨具有
29、介于片状和球状之间的中间形态，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。片的长厚比较小，端部较钝。呈呈蠕虫状。蠕虫状。蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。一样的良好的铸造性能和导热性。三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用 蠕墨铸铁以蠕墨铸铁以“RuTRuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。表示，其后的数字表示最低抗拉强度。RuT300RuT300、RuT420RuT420 如
30、：如：蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。牌号牌号：性能性能：应用应用：排排气气管管 进进气气管管 特殊性能铸铁特殊性能铸铁 在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。金铸铁。1 1、耐磨铸铁（加铬）、耐磨铸铁（加铬）2 2、耐热铸铁耐热铸铁（AlAl、SiSi、CrCr）扇形扩散器扇形扩散器托架托架 衬板衬板弯管弯管石墨呈片状石墨呈石墨呈团絮状团絮状石墨呈石墨呈球状球状石墨
31、呈石墨呈蠕虫状蠕虫状 石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬度仅为度仅为35HBS35HBS，伸长率近于零，伸长率近于零。铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石墨对基体产生墨对基体产生割裂作用割裂作用。因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力学性能越差。学性能越差。但石墨的存在也赋予铸铁许多
32、钢所不及的优良性能，如但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如铸造铸造性能、减振性和减摩性性能、减振性和减摩性等。等。铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁铸铁（1 1）铸铁中）铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化称为石墨化 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。而得到。
33、铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁铸铁（1 1）铸铁中）铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化称为石墨化 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。而得到。2.2 2.2 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 引言：引言：1 1、金属材料的性能、金属材料的性能使用性能：使用性能：指
34、材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。能、物理性能和化学性能。工艺性能：工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。工和热处理的性能。2 2、金属材料金属材料力学性能力学性能 包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能加工性能和热处理工艺性能等。等。指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、强度、塑性、硬度、冲击韧度硬
35、度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。第一节 强度与塑性一、材料的拉伸曲线一、材料的拉伸曲线1 1、oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性2 2、eses段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+塑性变形塑性变形5 5、b b点：点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3 3、s ss s段：水平线（略有波动）明显段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。变，试样连续伸长。4 4、sbs
36、b曲线：弹性变形曲线：弹性变形+均匀塑性变均匀塑性变形形强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。一、强度的指标一、强度的指标2 2、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。1 1、屈服点、屈服点b=F Fb b/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力b b时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。符号：符号：s 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最
37、小应力s s=F Fs s/S/S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm）二、塑性指标二、塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率2 2、断面收缩率、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩
38、减量与原始横截面积的百分比。=(L=(L1 1-L)/L x 100%-L)/L x 100%L:L:标距（本实验标距（本实验L=100L=100）L1:L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。=(A0-A1)/A0 x 100%=(A0-A1)/A0 x 100%A0:A0:试件原横截面积。试件原横截面积。A1:A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。第二节 硬度引言：引言：1 1、定义：、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它
39、是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的
40、一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。表示。如：120HBS 500HBW4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效率低测量费时，效率低1 1、洛氏硬度
41、试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）原理原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料.3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅
42、速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据数据不够准确，应测三点取平均值不够准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。硬度试验原理图1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理:用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：64
43、0HV640HV。4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成可测成品与薄件品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。冲击韧度 韧性是指材料抵抗冲击载荷的能力。冲击韧度是材料抗冲击能力的指标之一，它是用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的韧性，其试验原理如图所示。冲击试验原理图 疲劳强度n疲劳的概念疲劳的概念 许多机械零件，如轴、齿轮、轴承、许多机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等
44、，在工作过程中各点的应力叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称循环期性变化的应力称为交变应力（也称循环应力）。在交变应力作用下，虽然零件所应力）。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。断裂的现象称为金属的疲劳。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件失效中大约有据统计，在机械零件失效
45、中大约有80以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故。事故。疲劳断裂宏观断口示意图 2.3 2.3 钢的热处理钢的热处理引言：引言：1 1、热处理的概念、热处理的概念 2 2、热处理的目的、热处理的目的 将固态钢材采用适当的方式进行将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温加热、保温和和冷冷却以获得却以获得所需组织与性能的工艺。所需组织与性能的工艺。（1 1）提高钢的力学性能）提高钢的力学性能（2 2）改善钢的工艺性能）改善钢的工艺性能第一节第一节 钢的热处理原理钢的热处理原理根据工艺类型、
46、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：1、整体热处理、整体热处理2、表面热处理、表面热处理表面淬火、气相沉积表面淬火、气相沉积3 3、化学热处理：、化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗渗碳、氮化、碳氮共渗退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火热处理的理论依据热处理的理论依据 钢的退火与正火1、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。2、目的：1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）细化晶粒，消除组织缺陷；3）消除内应力。3、分类：根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。（1）完
47、全退火 1、定义：将钢加热Ac3以上3050C,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到500C以下，出炉空冷。2、目的目的：细化晶粒，消除内应力，：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。降低硬度，以利于切削加工。3、适用范围适用范围：亚共析钢型材：亚共析钢型材。（2）球化退火 1、定义：将钢加热到Ac1以上2030 C,保温后随炉缓冷至600 C，出炉空冷。2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。（3）去应力退火 1、定义：将钢加热到500-600 C,保温后随炉缓冷至200-300 C出炉空冷。又称低温退火。2、目的：消除铸件、
48、锻件和焊接件的内应力。（没有发生组织变化）3、适用范围：用于所有的钢。钢的正火钢的正火1、概念、概念：将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或AccmAccm线以上线以上3050 3050 C C ，保温适当，保温适当的时间后，在的时间后，在空气空气中冷却的热处理工艺。中冷却的热处理工艺。2 2、目的、目的：1 1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加 工性工性能；能；2 2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理；）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理；3 3）对高碳钢，可为球化退火作准备）对高碳钢，可为球化退火作准备 。退火与正火的加热温
49、度范围退火与正火的加热温度范围钢的淬火与回火钢的淬火与回火2 2、目的、目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。够的韧性。1 1、概念、概念：将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或Ac1Ac1以上某一温度，保持一以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。定时间后，快速冷却的热处理工艺。3 3、淬火剂：、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水水、矿物油、盐水和碱水等。等。为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包已有的淬火介质
50、再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包括括单液淬火、双液淬火、分级淬火单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如图所示。等，如图所示。4.4.淬火方法淬火方法:4 4、淬火方法：、淬火方法：（1 1）单液淬火）单液淬火：将加热后的零件投入一种：将加热后的零件投入一种 冷却冷却 剂中冷却至室温。剂中冷却至室温。特点：操作简单，容易实现自动化。特点：操作简单，容易实现自动化。（2 2）双液淬火）双液淬火：先水后油，或先油后空气。先水后油，或先油后空气。特点：可防止变形与开裂。特点：可防止变形与开裂。（3 3）分级淬火）分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再空冷。中，再空
