1、绪 论 金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术科学。工艺方法的综合性技术科学。我国在商代就大量使用青铜器，当时青铜冶我国在商代就大量使用青铜器，当时青铜冶炼和铸造技术已经相当精湛。炼和铸造技术已经相当精湛。在春秋末期我国就出现了铁器，也比欧洲早在春秋末期我国就出现了铁器，也比欧洲早一千八百多年左右。一千八百多年左右。解放后，我国在金属材料、非金属材料及其解放后，我国在金属材料、非金属材料及其加工技术方面有了突飞猛进的发展，推动了加工技术方面有了突飞猛进的发展，推动了我国机械制造工业的发展我国机械制造工业的发展第一章第一章 金属的性能金属
2、的性能 金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用条件下所表现出使用性能是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理性能、化学性能和机来的性能，它包括物理性能、化学性能和机械（力学）性能等；械（力学）性能等；工艺性能是指金属材料在制造过程中适应加工工艺性能是指金属材料在制造过程中适应加工的性能，如铸造性能、锻造性能、焊接性能的性能，如铸造性能、锻造性能、焊接性能以及切削加工性能等以及切削加工性能等。第一节第一节 金属的物理性能与化学性能金属的物理性能与化学性能 金属的物理性能主要包括密度、熔点、热膨金属的物理性能主要包括密度、
3、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。胀性、导热性、导电性和磁性等。一、金属的物理性能一、金属的物理性能 密度密度 一般将密度小于一般将密度小于5103的金属称为轻金属，的金属称为轻金属，密度大于密度大于5103的金属称为重金属。的金属称为重金属。VM2熔点熔点 金属和合金熔化时所需要的温度称为熔点。金属和合金熔化时所需要的温度称为熔点。纯金属都有固定的熔点，合金的熔点取决纯金属都有固定的熔点，合金的熔点取决于它的化学成分。于它的化学成分。3热膨胀性热膨胀性 金属材料随温度变化而体积发生膨胀或收金属材料随温度变化而体积发生膨胀或收缩的特性称为热膨胀性。缩的特性称为热膨胀性。tllla112l
4、4导热性导热性 金属材料传递热量的性能称为导热性。金属金属材料传递热量的性能称为导热性。金属的热导率越大，它的导热性就越好。的热导率越大，它的导热性就越好。5导电性导电性 金属材料传导电流的能力称为导电性。电阻金属材料传导电流的能力称为导电性。电阻率是表示材料导电能力的性能指标。率是表示材料导电能力的性能指标。磁性磁性 金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。二、金属的化学性能二、金属的化学性能 主要的化学性能有；耐腐蚀性、抗氧化性和主要的化学性能有；耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性化学稳定性 耐腐蚀性耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧气、水蒸气及其他化学介
5、质金属材料在常温下抵抗氧气、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。2.抗氧化性抗氧化性 金属材料在加热时阻止氧化作用的能力称为抗氧化性。金属材料在加热时阻止氧化作用的能力称为抗氧化性。金属的氧化性随温度的升高而增加金属的氧化性随温度的升高而增加。化学稳定性化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。第二节第二节 金属的力学性能金属的力学性能 金属材料在外力（载荷）作用下所表现出来的金属材料在外力（载荷）作
6、用下所表现出来的性能，称为力学性能，或机械性能。力学性能性能，称为力学性能，或机械性能。力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。主要有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。一、力学基本概念一、力学基本概念1.载荷载荷 载荷就是物体受到的外力，也称负载。可以分载荷就是物体受到的外力，也称负载。可以分为静载荷、冲击载荷及交变载荷等三种。为静载荷、冲击载荷及交变载荷等三种。2变形变形 变形一般分为弹性变形和塑性变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。（1）弹性变形）弹性变形 材料在载荷作用时发生变形，材料在载荷作用时发生变形，当载荷卸去后，变形也完全消失。例如弹簧当载荷卸去后，变形也完全消失。
7、例如弹簧的变形。的变形。（2）塑性变形）塑性变形 当作用在金属材料上的载荷超当作用在金属材料上的载荷超过一定范围，这时若卸去载荷，金属材料还过一定范围，这时若卸去载荷，金属材料还有一部分变形不能消失。例如折弯的钢管。有一部分变形不能消失。例如折弯的钢管。二、强度二、强度 强度可分为屈服强度（屈服点）、抗拉强度强度可分为屈服强度（屈服点）、抗拉强度等。等。1屈服强度屈服强度 屈服强度是指金属材料在外力作用下开始产生明屈服强度是指金属材料在外力作用下开始产生明显塑性变形时的最小应力，也叫屈服极限。显塑性变形时的最小应力，也叫屈服极限。0ssAP2抗拉强度抗拉强度抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大
8、应力，抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力，故又称强度极限。故又称强度极限。0bbAP三、塑性三、塑性 金属材料的塑性通常用伸长率金属材料的塑性通常用伸长率和断面收缩率和断面收缩率 来表示。来表示。1伸长率伸长率 伸长率是试样拉断后标距增长量与原始标距伸长率是试样拉断后标距增长量与原始标距长度的百分比。长度的百分比。%100001lll2断面收缩率断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面面积断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面面积的相对收缩值。的相对收缩值。%100010AAA 四、硬度四、硬度常用的有布氏硬度（常用的有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（和
9、维氏硬度（HV）等。）等。1布氏硬度布氏硬度分为分为HBS和和HBW两种，它的代表性较全面。两种，它的代表性较全面。2洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度洛氏硬度HR根据不同的硬度标尺可分为根据不同的硬度标尺可分为HRA、HRB、HRC三种。三种。3维氏硬度维氏硬度 维氏硬度维氏硬度HV与布氏硬度与布氏硬度HB表示方法相似。表示方法相似。五、韧性五、韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫韧性，金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫韧性，也叫冲击韧性。也叫冲击韧性。0KkS六、疲劳强度六、疲劳强度 当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而没引起断当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而没引起断
10、裂的最大应力，叫疲劳强度裂的最大应力，叫疲劳强度第三节第三节 几种常用金属力学性能几种常用金属力学性能的测量方法的测量方法 抗拉强度是通过拉伸试验测定的。抗拉强度是通过拉伸试验测定的。1.拉伸试棒拉伸试棒 拉伸试棒的形状一般有圆形和矩形两类，通常采用拉伸试棒的形状一般有圆形和矩形两类，通常采用圆形试棒。圆形试棒。一、强度、塑性的测定一、强度、塑性的测定 2拉伸曲线拉伸曲线oe弹性变形阶段弹性变形阶段 es屈服阶段屈服阶段 sb强化阶段强化阶段 bd 局部变形阶段局部变形阶段二、硬度的测定二、硬度的测定有压入硬度试验法（如布氏硬度、有压入硬度试验法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏洛氏硬度、维氏硬度）
11、；划痕硬度试验法（如莫氏硬度）；回跳硬硬度）；划痕硬度试验法（如莫氏硬度）；回跳硬度试验法（如肖氏硬度）等，生产中常用的是压入度试验法（如肖氏硬度）等，生产中常用的是压入硬度试验法。硬度试验法。1.布氏硬度的测试原理布氏硬度的测试原理 布氏硬度是用一定直径的球体（淬火钢球或硬布氏硬度是用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球），以规定的试验力压入试样表面，质合金球），以规定的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量表面压经规定保持时间后卸除试验力，用测量表面压痕直径来计算硬度的一种方法。痕直径来计算硬度的一种方法。2洛氏硬度的测试原理洛氏硬度的测试原理 在初始试验力及总试验力先后作
12、用下，将压头（金刚在初始试验力及总试验力先后作用下，将压头（金刚石圆锥体或淬火钢球）压入试样表面，经规定保持时石圆锥体或淬火钢球）压入试样表面，经规定保持时间后卸除主试验力。间后卸除主试验力。3.维氏硬度的测试原理维氏硬度的测试原理 维氏硬度试验是将相对面夹角为维氏硬度试验是将相对面夹角为1360的四棱锥体金的四棱锥体金刚石作压头，以选定的试验力压入试样表面，经规刚石作压头，以选定的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量压痕对角线的长定保持时间后卸除试验力，用测量压痕对角线的长度来计算硬度。度来计算硬度。三、冲击试验三、冲击试验1.试验原理试验原理 冲击试验是在摆锤式冲击试验机
13、上进行的。冲击试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。2.冲击吸收功冲击吸收功-温度关系曲线温度关系曲线第四节、金属的工艺性能第四节、金属的工艺性能一、铸造性一、铸造性 铸造性就是金属熔化成液态后，在铸造成型时所具有铸造性就是金属熔化成液态后，在铸造成型时所具有的一种特性。的一种特性。二、锻压性二、锻压性 锻压性就是金属材料在锻造和冲压过程中承受塑性变锻压性就是金属材料在锻造和冲压过程中承受塑性变 形的性能。形的性能。三、焊接性三、焊接性 焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成满足设计焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成满足设计要求的构件，并满足预定寿命要求的能力。要求的构件，并满足预定寿命要求的
14、能力。四、切削加工性四、切削加工性 金属材料的切削加工性是指金属切削加工的难易程度。金属材料的切削加工性是指金属切削加工的难易程度。第二章 铁碳合金第一节 金属与合金的晶体结构 第一节 金属与合金的晶体结构 一.金属晶格1.晶体与非晶体 晶体是指组成原子呈规则排列。非晶体是指组成原子无规则的堆积在一起。2.晶体结构 晶格用一些假想的直线将各质点中心连接起来，形成一个空间格子，称为晶格 晶胞从晶格中选取一个能反映晶粒排列特点的最小几何单元称为晶胞 3.金属晶格的类型 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格4.金属的实际晶体结构 单晶体晶体内部的原子排列方向完全一致 多晶体 各小晶格的排列方向不
15、尽相同;多晶体材料内部以晶界分开、晶体排列方向相同，称为晶粒;两晶粒之间的交界称为晶界.二.合金的晶体组织 1.组元 组成合金的元素，2.合金系 由不同组元按一定比例配制的一系列不同成分 的合金 3.相 具有相同物理性能和化学性能，并与该系其余 部分以介面分开的物质，称为相 4.组织 金属或合金内部涉及晶体或晶粒的大小、方 向、形状及排列状况等组织关系的构造情况 三、合金的晶体结构1.固融体合金在固态下一种组元的晶格溶解另一种组元的原子而形成的晶体相 置换固融体 间隙固融体 2.金属化合物合金中各组元间原子按一定整数比结合而形成的晶体相 3.机械混合物由两相或两相以上组成的多相组织 四、结晶-
16、通过凝固形成晶体结构 共晶反应固定的合金溶液中同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相组织 共析反应 自某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相的转变 第二节 铁碳合金状的组织结构及其性能一、工业纯铁1.纯铁的同素异构转变-Fe -Fe -Fe体心立方 面心立方 体心立方 2.晶粒越细，强度越高 二、铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织 铁素体（F）碳溶解在Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示 渗碳体（Fe3C）铁与碳形成的金属化合物，其化学式为Fe3C 奥氏体（A）外观不规则的颗粒状结构 珠光体（P）珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体，由软的铁
17、素体片和硬的渗碳体片相间组成的混合物 莱氏体（Ld）莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体 铁碳合金的组织及力学性能组织名称 符号碳的质量分数/%HBS HBS/%铁素体 F0.0218180 28050 8030 30 5050160 160 220220奥氏体 A 2.11 _120 22040 40 6060 _渗碳体Fe3C 6.69 30 相当相当 800800 0 0 0 0珠光体 P 0.77 750 180 18020 20 252530 30 40 40第三节铁碳合金状态图 1.坐标Fe-Fe3C相图中纵坐标为温度，横坐标为碳的质量分数。横坐标的左
18、端表示WcC=0%，WcFe=100%的纯铁；右端表示Wc=6.69%的Fe3C。2.铁碳合金状态特性点 典型铁碳合金 1.共析钢 Wc077 2.亚共析钢 Wc=0.00218%0.77%3.过共析钢 Wc=0.778%2.1%4.共晶白口铁 Wc=4.3%5.亚共晶白口铁Wc=2.114.3 6.过共晶白口铁 Wc=.36.69 碳对铁碳合金的影响 第四节 铁碳合金状态图的应用 1.选材依据 2.加工工艺依据(铸造.锻造.焊接.热处理)3.铁碳合金相图的局限性 -未考虑杂质的影响-未考虑冷却速度的影响第四章第四章 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、
19、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、保温和和冷冷却却以获得所需组织与性能的工艺。以获得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3 3、热处理的分类、热处理的分类根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分 为：为：1 1、整体热处理、整体热处理2 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
20、火、淬火、回火钢的热处理钢的热处理4.4.热处理工艺曲线热处理工艺曲线5.5.热处理的理论依据热处理的理论依据钢的热处理钢的热处理第一节第一节 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。钢的热处理钢的热处理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 2、目的：目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬细化晶
21、粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。度，以利于切削加工。3 3、适用范围：适用范围：亚共析钢型材亚共析钢型材。钢的热处理钢的热处理（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。钢的热处理钢的热处理（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、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。钢的热处理钢的热处理二、钢的正火二、钢的正火1、
22、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 C3050 C ，保温适当的，保温适当的时间后，在时间后，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 工工性能；性能；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 。钢的热处理钢的热处理退火与正火的加热温度范围退火与正火的加热温度范围钢的热处理钢的热处理第二节第二节 钢的
23、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够提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。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。钢的热处理钢的热处理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。通常的淬火方用已有的淬火介质再配以各种冷却
24、方法才能解决。通常的淬火方法包括法包括单液淬火、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:钢的热处理钢的热处理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
25、空冷。中，再空冷。特点：有效减小内应力，防止变形与开裂；特点：有效减小内应力，防止变形与开裂；但但只适于小尺寸工件。只适于小尺寸工件。钢的热处理钢的热处理三、钢的回火1 1、回火的概念：、回火的概念：将淬火后钢件再加热到将淬火后钢件再加热到Ac1Ac1以下的某一温度，保以下的某一温度，保 温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。2、回火的目的：降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。学性能。钢的热处理钢的热处理3、回火的种类
26、按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150 C 250 C 中温回火：350 C 500 C 高温回火：500 C 650 C 钢的热处理钢的热处理1、低温回火（低温回火（150250150250）CC 目的：目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应 力力,减少钢的脆性。硬度为减少钢的脆性。硬度为58-64HRC58-64HRC。主要用于：主要用于：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火 件和表面淬火件。件和表面淬火件。2 2、中温回火（、中温回火（350500350500）C C 目的：目的：获得高的弹
27、性极限、屈服点和较好的韧性。获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称又称弹性弹性处理。硬度为处理。硬度为35-45HRC.35-45HRC.主要用于：主要用于：弹性零件及热锻模具等。弹性零件及热锻模具等。3 3、高温回火（、高温回火（500650500650）CC 目的：目的：获得良好的综合力学性能。获得良好的综合力学性能。又称又称调质调质处理。硬度为处理。硬度为25-35HRC.25-35HRC.主要用于：主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。钢的热处理钢的热处理第四节第四节 钢的表面热处理钢的表面热处理引言引言:为了兼顾零件表面和心部两种不同为
28、了兼顾零件表面和心部两种不同性能要求性能要求,生产中广泛采用表面热处理生产中广泛采用表面热处理的方法的方法,即表面淬火和化学热处理即表面淬火和化学热处理.一、表面淬火一、表面淬火 1 1、概念：指仅改变钢的表层组织的、概念：指仅改变钢的表层组织的局部热处理工艺。局部热处理工艺。钢的热处理钢的热处理 2、种类 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火：用氧用氧乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含适用于含C 0.35%0.7%C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳合金钢，如的中碳钢和中
29、碳合金钢，如4545，40Cr40Cr。感应加热表面淬火感应加热表面淬火：用一定频率的感应电流使工件表面被快速加用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含适用于含C 0.4%0.5%C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合金钢，的中碳钢和中碳合金钢，如如4040，40Cr40Cr。钢的热处理钢的热处理第五节 钢的化学热处理1、概念：将钢置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。2、分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗钢的热处理钢的热处理钢的渗碳 概念：概念：将钢放入渗
30、碳的介质中加热并保温，使活性碳将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。目的：目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。定的强度和良好的韧性配合。渗碳方法：渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳用钢：渗碳用钢：含碳量为含碳量为0.1%0.1%0.25%0.25%的低碳
31、钢和低碳合的低碳钢和低碳合 金钢。金钢。钢的热处理钢的热处理钢的渗氮 概念：概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。子渗入工件表面的热处理工艺。目的：目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。性和耐蚀性等。渗氮方法：渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。是气体渗氮。渗氮用钢：渗氮用钢：优质碳素结构钢，如优质碳素结构钢，如2020，4040等；一般合金结等；一般合金结构钢，如构钢，如40Cr40Cr等；
32、渗氮专用钢，如等；渗氮专用钢，如38CrMoAlA38CrMoAlA。钢的热处理钢的热处理其它化学热处理方法：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共
33、渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。具和工件夹具。钢的热处理钢的热处理工业用钢工业用钢 工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳钢是指碳的质量分数为两大类。碳钢是指碳的质量分数为0.02180.02182.11%2.11%的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。第一节钢的分类第一节钢的分类 从从19911991年起，实施了新的钢分类方法（年起，实施了新的钢分类方法（GB/T13304GB/T1330419911991）
34、，它是参），它是参照国际标准制订的。照国际标准制订的。按化学成分分类按化学成分分类 一一.按用途分类按用途分类 二二.按化学成分分类按化学成分分类 三三.按质量分类按质量分类 四四.按冶炼方法分类按冶炼方法分类 五五.按金相组织分类按金相组织分类 1.1.按退火组织分类按退火组织分类 2.2.按正火组织分类按正火组织分类 第二节第二节 钢中元素对钢的机械性能钢中元素对钢的机械性能的影响的影响 1.碳的影响碳能提高钢材的强度和硬度，降低钢材的塑性。2.硫的影响 引起钢的热脆。S对钢的焊接不利，引起焊缝热裂。3.磷的影响磷使钢在室温下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现象。除有害方面外，磷对钢材有很高
35、的强化作用。4.氮的影响使钢的强度极限升高，塑性下降 5.氧的影响使钢强度、塑性下降。6.氢的影响冷却速度快，氢来不及扩散到金属外部而只能聚集在晶体的缺陷处使钢材内部出现裂纹。合金元素的影响 锰（Mn）：钢中含一定量的锰，会使其有足够的韧性，和较高的强度和硬度，良好的淬性。但锰量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。铬（Cr）：铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。、镍(Ni)：能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。有较高的耐腐蚀能力和在高温下有防锈和耐热能力。第三节 碳素钢碳素钢 一、普通碳素结构钢采用“Q+屈服点数值质量等级符号脱氧方法字母”表示。二、优质碳素结构钢
36、 优质碳素结构钢的牌号用两位数字来表示，两位数字表示钢中碳的平均质量分数，单位为万分之几。三、特殊优质碳素结构钢1.易切削结构钢以“Y+数字”表示，其中Y是易的汉语拼音的首字母，数字表示钢中碳的平均质量分数，单位为万分之几。2.碳素工具钢 以“T+数字”表示，其中T是碳的汉语拼音的首字母，数字表示钢中碳的平均质量分数，单位为万分之几。第四节 低合金钢 合金元素的含量小于5。广泛的应用于桥梁、车辆、建筑和矿山机械中。一、低合金钢的分类 1按合金的质量分类：（1）普通低合金钢 （2）优质低合金钢（3）高级优质低合金钢（4）特级优质低合金钢 2按合金钢的用途分类（1）低合金结构钢 （2）低合金工具钢
37、二、低合金钢的牌号 普通低合金结构钢的牌号一般采用“Q+屈服点数值质量等级符号脱氧方法字母”表示。牌号中，Q为屈服强度汉语拼音的首字母；屈服点数值用阿拉伯数字表示；质量等级符号有A、B、C、D四种，其中D级含硫含磷量最低；脱氧方法字母有F、b、Z、TZ（后两个可省略）等四种，分别表示沸腾钢、半正静钢、镇静钢和特殊镇静钢。三、常用低合金钢 1普通低合金结构钢主要用来取代普通碳素钢制造各种钢铁结构件，如桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑材料等 2低合金刃具钢低合金刃具钢是加入了铬、锰、硅、钨、钒等元素的低合金工具钢，它的合金元素总含量小于35。第五节 常见合金钢的牌号、性能及用途一、合金钢的分
38、类 1.按合金元素总含量分为低合金钢合金元素含量5%中合金钢合金元素含量5%10%高合金钢合金元素含量10%2按用途分为：合金结构钢，合金刀具钢，合金性能钢二、二、合金钢的牌号表示方法 合金钢的牌号是采用合金元素符号和数字来表示的，即：数字合金元素符号数字 合金元素符号最前的数字表示含碳量；紧跟合金元素符号后的数字表示合金元素含量；高级优质合金钢(含S、P较低)，在牌号尾部加符号“A”；专门用途钢在牌号头部(或尾部)附以相应用途符号 三、合金结构钢 2调质结构钢 在中碳钢的基础上加入合金元素经调质处理后获得良好的综合机械性能的钢。1合金渗碳钢合金渗碳钢表面硬化的合金结构钢；主要用于制造受冲击载
39、荷和受到强烈的摩擦和磨损的条件下工作的零件；按淬透性的高低分为低淬透性钢，中淬透性钢，高淬透性钢 3.合金弹簧钢经常加入的Si、Mn提高淬透性，回火稳定性和屈强比；按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢 4.轴承钢 要求具有高而均匀的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，一定的抗蚀能力；主要用来制造各种滚动轴承的滚动体和内、外套圈。5.耐磨钢 又称高锰钢，是在强烈冲击载荷和严重磨损条件下工作的要求具有良好韧性和耐磨性的钢；Mn强化了其机械性能，提高了钢的硬度。高锰钢有强烈的加工硬化，机加工困难，只能铸造成型。四、合金工具钢 1合金刀具钢主要用4于制造各种刀具，主要指车刀
40、、铣刀、钻头、丝锥、板手等切削刀具。高硬度，高耐磨性 高的热硬性 2量具用钢加入Cr、Mn、Si、W等合金元素。良好的尺寸稳定性、较高的硬度及耐磨性。3模具钢（1）冷模具钢：冷冲模、冷镦模、冷挤压模以及拉丝模、滚丝模、搓丝板（2）热模具钢：热锻模、热挤压模、热冲裁模和金属压铸模 4.高速钢 在600时，高速钢仍能使硬度保持HRC60以上，从而保证其切削性能和耐磨性。高速钢中含有大量的合金元素W、Mo、Cr、V等，使钢具有高的硬度和耐磨性，较高的热硬性，足够的强度和韧性等。五、特殊钢 1.不锈钢（1 1）奥氏体型）奥氏体型 w wc c 0.1%0.1%，W Wcrcr18%18%，W WNiN
41、i8%8%，耐蚀，耐蚀性很好，优良的塑性、韧性和焊接性，缺点是强度很低。性很好，优良的塑性、韧性和焊接性，缺点是强度很低。（2 2）铁素体型）铁素体型 w wc c 0.15%,W0.15%,Wcrcr17%,17%,具有较好的具有较好的塑性，强度不高，对硝酸、磷酸有较高的耐蚀性。塑性，强度不高，对硝酸、磷酸有较高的耐蚀性。（3 3）马氏体型）马氏体型 w wc c 为为0.1%0.1%0.4%0.4%的的Cr13Cr13型、型、w wc c 为为0.8%0.8%1.0%1.0%的的Cr18Cr18型和型和1Cr17Ni21Cr17Ni2型。型。（4 4）奥氏体）奥氏体马氏体沉淀硬化型马氏体沉
42、淀硬化型 w wc c 为为0.04%0.04%0.13%0.13%，含，含W Wcrcr15%15%17%,17%,含含W WNiNi4%4%8%8%。超低碳的目的是为。超低碳的目的是为了保证高的耐蚀性。了保证高的耐蚀性。AlAl、MoMo、TiTi、NbNb的加入，产生沉淀的加入，产生沉淀硬化。硬化。2耐热钢按组织结构可以分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型、沉淀硬化性型耐热钢。(1)高温强度 高温强度又称热强性，是钢在高温下抵抗塑性变形和破断的能力。(2)高温抗氧化性 耐热钢在高温下表面迅速氧化形成一层致密的氧化膜，隔离了高温氧化环境与钢基体的直接作用，使钢不再被氧化。第第1章章 力学的基本
43、概念和力学模型力学的基本概念和力学模型 第一节第一节 力力 一、力的概念一、力的概念 力是物体间的相互机械作用，这种作用将引力是物体间的相互机械作用，这种作用将引起物体的机械运动状态发生改变（静止状态起物体的机械运动状态发生改变（静止状态和运动状态的改变，以及运动方向、速度快和运动状态的改变，以及运动方向、速度快慢的变化）或使物体产生变形（伸长、缩短慢的变化）或使物体产生变形（伸长、缩短或弯曲等）。或弯曲等）。力的单位是力的单位是N或或kN，1 kN=1000N第五章第五章 铸铸 铁铁 铸铁是一种铁碳合金，它在机械制造中应用铸铁是一种铁碳合金，它在机械制造中应用很广。很广。常见的汽车车身、机床
44、床身、工作台、箱体、常见的汽车车身、机床床身、工作台、箱体、底座等形状复杂或受压力及摩擦作用的机械底座等形状复杂或受压力及摩擦作用的机械器件，大多用铸铁制成。器件，大多用铸铁制成。第一节第一节 铸铁概述铸铁概述铸铁的强度、塑性和韧性比钢差，也不能进铸铁的强度、塑性和韧性比钢差，也不能进行压力加工。但是它具有良好的铸造性能、行压力加工。但是它具有良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能和切削加工性能等一系减摩性能、吸振性能和切削加工性能等一系列优良性能，而且它的生产工艺简单、成本列优良性能，而且它的生产工艺简单、成本低廉。低廉。一、铸铁的特点一、铸铁的特点二、铸铁的分类二、铸铁的分类1.白口铸铁白口铸
45、铁 全部以碳化物形式存在。普通白口铸铁的断全部以碳化物形式存在。普通白口铸铁的断口呈亮白色。口呈亮白色。2灰口铸铁灰口铸铁（灰铸铁）（灰铸铁）碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色。碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色。3球墨铸铁球墨铸铁 铁液经过球化处理后浇铸，铸铁中的碳大部铁液经过球化处理后浇铸，铸铁中的碳大部或全部成球状石墨形式存在。或全部成球状石墨形式存在。4可锻铸铁可锻铸铁 由一定成分的白口铸铁铸件经过较长时间的由一定成分的白口铸铁铸件经过较长时间的高温可锻化退火，使白口铸铁中的渗碳体大高温可锻化退火，使白口铸铁中的渗碳体大部分或全部分解成团絮状石墨。部分或全部分解成团絮状石墨。5蠕墨
46、铸铁蠕墨铸铁 碳主要以蠕虫状石墨形态存在于铸铁中，石碳主要以蠕虫状石墨形态存在于铸铁中，石墨形状介于片状与球状石墨之间，类似于片墨形状介于片状与球状石墨之间，类似于片状石墨，但片短而厚，头部较圆，形似蠕虫。状石墨，但片短而厚，头部较圆，形似蠕虫。第二节第二节 铸铁的石墨化及其影响因素铸铁的石墨化及其影响因素 一、铸铁的石墨化一、铸铁的石墨化 铸铁组织中的碳以石墨形式析出的现象称铸铁组织中的碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。为石墨化。二、影响石墨化的因素二、影响石墨化的因素1化学成分的影响化学成分的影响 一类是促进石墨化的元素，如碳、硅、铝、一类是促进石墨化的元素，如碳、硅、铝、镍、铜和钠等镍、
47、铜和钠等;另一类是阻碍石墨化的元素，如硫、铬、钨、另一类是阻碍石墨化的元素，如硫、铬、钨、钒、锰等。钒、锰等。2冷却速度的影响冷却速度的影响 冷却越快，越容易得到白口铸铁组冷却越快，越容易得到白口铸铁组 织；冷却越慢，越有利于石墨的析出，织；冷却越慢，越有利于石墨的析出，得到回口铸铁组织。得到回口铸铁组织。第三节第三节 常用铸铁常用铸铁一、灰口铸铁一、灰口铸铁1灰口铸铁的成分及组织灰口铸铁的成分及组织灰口铸铁脆性大，锤击即可破碎；塑性灰口铸铁脆性大，锤击即可破碎；塑性差，不能承受冷加工塑性变形，也不能差，不能承受冷加工塑性变形，也不能锻造和轧制；抗拉强度比钢低。锻造和轧制；抗拉强度比钢低。灰口
48、铸铁内的基本组织主要有三种：灰口铸铁内的基本组织主要有三种：铁素体铁素体 铁素体珠光体铁素体珠光体 珠光体珠光体 2灰口铸铁的性能灰口铸铁的性能（1）机械性能。灰铸铁的抗拉强度、塑性和）机械性能。灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低很多，其抗压强度并不比钢差。韧性比钢低很多，其抗压强度并不比钢差。（2）其他性能。）其他性能。良好的切削加工性良好的切削加工性 良好的消震性良好的消震性 良好的铸造性能良好的铸造性能 良好的减摩性良好的减摩性 较低的缺口敏感性较低的缺口敏感性3灰口铸铁的孕育处理灰口铸铁的孕育处理 铁液中加入孕育剂（硅铁、硅钙合金等），使铁液中加入孕育剂（硅铁、硅钙合金等），使铁水内同
49、时生成大量均匀分布的石墨晶核，铁水内同时生成大量均匀分布的石墨晶核，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织。以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织。4灰口铸铁的牌号及其应用灰口铸铁的牌号及其应用 灰口铸铁的牌号由灰口铸铁的牌号由“HT”及后面的三位数字及后面的三位数字组成。其中组成。其中“HT”是是“灰铁灰铁”两字汉语拼音的两字汉语拼音的第一个字母，其后三位数字表示该牌号灰口铸第一个字母，其后三位数字表示该牌号灰口铸铁的最低抗拉强度。铁的最低抗拉强度。例如，例如，HT200表示灰口铸铁，表示灰口铸铁，最低抗拉强度为最低抗拉强度为200MPa。5灰口铸铁的热处理灰口铸铁的热处理 灰口铸铁的热处理
50、一般用于消除铸件的内应力灰口铸铁的热处理一般用于消除铸件的内应力和白口组织，稳定铸件外形尺寸及提高铸件表和白口组织，稳定铸件外形尺寸及提高铸件表面硬度和耐磨性面硬度和耐磨性。常见热处理方法有以下几种：常见热处理方法有以下几种：（1）消除内应力退火。）消除内应力退火。（2）软化退火。）软化退火。（3）正火。）正火。（4）表面淬火。）表面淬火。二、球墨铸铁二、球墨铸铁1球墨铸铁的成分及显微组织球墨铸铁的成分及显微组织 球墨铸铁是铸件浇铸前向铁水中加入一定量球墨铸铁是铸件浇铸前向铁水中加入一定量的球化剂（稀土镁合金等）进行球化处理，的球化剂（稀土镁合金等）进行球化处理，并加入少量的孕育剂（硅铁和硅等
