1、第四章第一节基 本 概 念一、表面粗糙度的定义二、表面粗糙度对零件使用性能的影响第二节表面粗糙度的术语及评定参数一、常用基本术语及其定义二、评定参数三、评定参数值的规定第三节表面结构的标注一、表面结构符号二、表面结构代号三、表面结构在图样上的标注方法四、表面粗糙度的测量简介第一节金属材料的性能一、金属材料的力学性能二、金属的物理、化学及工艺性能第二节碳素钢一、杂质元素对钢的影响二、碳素钢的分类三、常用碳素钢第三节钢的热处理一、金属及合金的构造二、钢平衡状态下的组织和性能三、钢的加热和冷却四、钢的普通热处理五、钢的表面热处理六、钢的表面处理第四节合金钢一、合金钢的特点及分类二、常用合金钢第五节铸
2、铁一、铸铁的分类及石墨化二、常用铸铁件第六节非铁金属材料一、铝及铝合金二、铜及铜合金三、滑动轴承合金四、硬质合金第一节金属材料的性能一、金属材料的力学性能1.强度和塑性2.硬度3.冲击韧度4.疲劳强度1.强度和塑性(1)拉伸试验拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长量，并测量其力学性能的试验。1.强度和塑性表4-1金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照1.强度和塑性1)拉伸试样。图4-1圆柱形拉伸试样a)拉断前b)拉断后2)试验方法。(2)力伸长曲线在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量L之间的关系曲线，称为力伸长曲线。1.强度和塑性图4-2拉伸试验机示意图1试
3、样2工作台3立柱4表盘5拉杆6工作活塞7上夹头8下夹头1.强度和塑性图4-3退火低碳钢的力伸长曲线图(3)强度指标金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服强度、规定残1.强度和塑性余伸长强度、抗拉强度等。1)屈服强度和规定残余伸长强度。2)抗拉强度。(4)塑性指标金属材料的塑性可以用拉伸试样断裂时的最大相对变形量来表示，如拉伸后的断后伸长率和断面收缩率。1)断后伸长率。2)断面收缩率。2.硬度图4-4布氏硬度试验原理(1)布氏硬度(HB)布氏硬度试验是根据GB/T 231.12009的规定，以直径为D的硬质合金球作压头，在压力F下压入金属表面，2.硬度保持一定时间后卸去载荷、移去压头，此时试样表面出
4、现直径为d的压痕，如图4-4所示。(2)洛氏硬度(HR)洛氏硬度试验是用一个顶角为120的金刚石圆锥压头，在一定载荷下压入被测零件表面，以压入深度来确定硬度值。二、金属的物理、化学及工艺性能1.物理性能2.化学性能3.工艺性能第二节碳素钢一、杂质元素对钢的影响1.锰和硅2.硫和磷二、碳素钢的分类1.按碳的质量分数分类2.按钢的质量分类3.按用途分类4.按冶炼时脱氧程度的不同分类1.按碳的质量分数分类1)低碳钢 w(C)0.25%。2)中碳钢 w(C)在0.25%0.60%之间。3)高碳钢 w(C)0.60%。2.按钢的质量分类1)普通碳素钢钢中硫、磷含量较高，其中，w(S)=0.035%0.0
5、50%，w(P)=0.035%0.045%。2)优质碳素钢钢中硫、磷含量较低，其中w(S)0.035%，w(P)0.035%。3)高级优质碳素钢钢中含有硫、磷杂质很低，其中w(S)=0.020%0.030%，w(P)=0.025%0.030%。3.按用途分类1)碳素结构钢用于制造机械零件和工程结构的碳钢，其碳的质量分数大多在0.70%以下。2)碳素工具钢用于制造各种工具(如刃具、模具及其他工具等)用的碳钢，其碳的质量分数大多在0.70%以上。4.按冶炼时脱氧程度的不同分类1)沸腾钢为不脱氧的钢。2)镇静钢为完全脱氧钢。3)半镇静钢为半脱氧钢。三、常用碳素钢1.碳素结构钢2.优质碳素结构钢3.碳
6、素工具钢4.铸钢第三节钢的热处理一、金属及合金的构造1.纯金属的构造2.合金的构造1.纯金属的构造图4-5常见金属的晶格类型1.纯金属的构造图4-6纯铁的冷却曲线2.合金的构造(1)固溶体合金在固态下，组元间能够互相溶解而形成的均匀相称为固溶体。(2)金属化合物合金的晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物，并可用分子式表示其组成。(3)机械混合物它是由两种或两种以上的金属晶体相互混合而成的组织。二、钢平衡状态下的组织和性能1.钢的基本组织和性能2.钢的组织对性能的影响1.钢的基本组织和性能(1)铁素体碳溶解在-Fe中形成的固溶体叫铁素体，通常用F表示。(2)奥氏体碳溶解在-Fe
7、中形成的固溶体叫奥氏体，通常用A表示。(3)渗碳体碳与铁相互作用形成的化合物Fe3C叫渗碳体。(4)珠光体由铁素体和渗碳体组成的机械混合物叫珠光体，通常用P表示。三、钢的加热和冷却1.钢在加热时的组织转变2.钢在冷却时的组织和性能三、钢的加热和冷却图4-7热处理工艺曲线三、钢的加热和冷却图4-8加热、冷却时钢的相变温度1.钢在加热时的组织转变图4-9共析钢的奥氏体化过程a)界面形核b)A核长大c)未溶渗碳体的溶解d)A均匀化2.钢在冷却时的组织和性能(1)冷却的目的冷却的目的是将加热到高温奥氏体状态的钢，冷却到低温，使钢中奥氏体发生转变的过程。(2)钢热处理的冷却方式钢热处理的冷却方式有等温冷
8、却和连续冷却两种。(3)钢在冷却时的转变钢在冷却时所发生的转变以及转变后的组织和力学性能，主要取决于钢的冷却速度和转变温度。1)珠光体型转变。珠光体转变：当钢从高温奥氏体状态，以极缓慢的速度(随炉缓慢冷却)冷却时，在727650之间，奥氏体分解成铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用符号“P”表示。由于分解温度高，所以得到的组织层粗、强化作用小，强度、硬度低(15HRC)，而塑性、韧性好。2.钢在冷却时的组织和性能 索氏体转变(又称细珠光体转变)：当钢从高温奥氏体状态，以较快的速度冷却时，在650600之间，奥氏体分解成层片较细的铁素体与渗碳体的机械混合物，称为细珠光体或索氏体，用符号“S
9、”表示。由于分解温度降低，故层片变细，其强化作用增大，强度、硬度比粗层片的珠光体高(30HRC)，而塑性、韧性比粗层片的珠光体差。托氏体转变(又称极细珠光体)：当钢从高温奥氏体状态，以更快的速度冷却时，在600550之间，奥氏体分解成层片极细的铁素体与渗碳体的机械混合物，称为极细珠光体或托氏体，用符号“T”表示。由于分解温度更低，故层片极细、极密，其强化作用更大，强度、硬度更高(40HRC)，而塑性、韧性更低。2)马氏体转变。四、钢的普通热处理1.退火2.正火3.淬火4.回火1.退火(1)完全退火完全退火是指将钢完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火工艺。(2)球化退火球化退火是将
10、钢加热到工艺预定的温度，经长时间保温，钢中片状渗碳体自发地转变为颗粒状(球状)渗碳体，然后以缓慢的速度冷却到室温的工艺方法。(3)去应力退火去应力退火是将钢加热到600650左右，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温的工艺方法。3.淬火(1)淬火加热温度的选择各种钢的淬火加热温度主要由其组织的类型及临界温度来确定。(2)淬火加热的保温淬火加热后保温的目的是为了热透工件，使组织转变一致，化学成分均匀。(3)淬火介质淬火是使钢获得马氏体的过程，其冷却速度必须大于临界冷却速度。(4)淬火方法及应用1)单介质淬火：单介质淬火是指将钢件奥氏体化后，浸入一种淬火介质中连续冷却至室温。3.淬火2)双介质淬火：双
11、介质淬火是指将钢件奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质，在钢件还未到达该淬火介质温度之前即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如先水后油、先水后空气等。3)马氏体分级淬火：马氏体分级淬火是指将钢件奥氏体化后，随着浸入温度稍高或稍低于钢的上马氏体点(Ms)的液态介质(盐浴或碱浴)中，保持适当时间，待钢件的内外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。4)贝氏体等温淬火：贝氏体等温淬火是指将钢件加热到奥氏体化后，随之快冷到贝氏体转变温度区间(260400)等温，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也称等温淬火，等温淬火产生的淬火应力与变形极小，适于小型复杂钢件的淬火工艺。3
12、.淬火(5)淬透性与淬硬性：淬透性是指钢淬火后所能获得淬硬层深度的能力。4.回火(1)低温回火低温回火的温度为150250，得到的组织为回火马氏体。(2)中温回火中温回火的温度为350450，得到的组织为回火托氏体。(3)高温回火高温回火的温度为500650，得到的组织为回火索氏体，它具有较高的强度和冲击韧度的力学性能。五、钢的表面热处理1.表面淬火2.化学热处理2.化学热处理(1)渗碳渗碳是使介质分解出的活性碳原子渗入工件表层，提高表层组织中的碳的质量分数，经淬火及低温回火使工件表层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持原来的组织和性能的热处理工艺方法。(2)渗氮渗氮是使化学介质分解出的活性氮原
13、子，渗入工件表层形成氮化层的热处理工艺方法。六、钢的表面处理1.氧化2.磷化第四节合金钢一、合金钢的特点及分类1.合金钢的特点2.分类3.合金钢钢号的表示方法1.合金钢的特点1)力学性能好。2)具有较好的淬透性。3)某些合金钢还具有特殊的物理、化学性能。3.合金钢钢号的表示方法P92a.tif3.合金钢钢号的表示方法P92b.tif3.合金钢钢号的表示方法P92c.tif二、常用合金钢1.低合金高强度结构钢2.机械结构用合金钢3.合金工具钢和高速工具钢4.特殊性能钢2.机械结构用合金钢(1)合金渗碳钢合金渗碳钢碳的质量分数在0.15%0.25%之间，主要加入锰、铬、硼等合金元素。(2)合金调质
14、钢合金调质钢碳的质量分数在0.3%0.5%之间，主要加入锰、硅、铬、钼、钒等合金元素，改善了钢的淬透性。(3)合金弹簧钢合金弹簧钢碳的质量分数在0.45%0.70%之间，主要加入锰、硅、铬、钒等合金元素，经过淬火及中温回火后，能获得高的弹性。(4)滚动轴承钢滚动轴承钢是制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体的专用钢，也可用于制造工具、量具和模具等。3.合金工具钢和高速工具钢(1)合金工具钢1)量具刃具钢。2)耐冲击工具钢。3)模具钢。冷作模具钢是用来制造冷冲模、下料模、剪切模、拉丝模等冷态工作的模具。工作时，要求模具具有高的硬度(5060HRC)、耐磨性和一定的韧性，同时要求在热处理时变形小，通常可
15、以采用T10A、T12A、9Mn2V和9SiCr等。对于形状复杂，要求高精度、高耐磨性的模具，则选用Cr12和Cr12MoV等来制造。3.合金工具钢和高速工具钢 热作模具钢如热锻模、热压模，在工作过程中常常受到加热和冷却的交替作用，因此要求模具有足够的室温强度和韧性外，还应具有高的高温强度和耐热疲劳性。目前，常用的热作模具钢有5CrMnMo和5CrNiMo等。(2)高速工具钢高速工具钢是一种高合金钢，碳的质量分数范围为0.70%1.65%之间，主要合金元素有钨、钼、钒等，w(Me)达10%25%，具有很高的淬透性。4.特殊性能钢(1)不锈钢不锈钢具有抵抗空气、水、酸、碱等腐蚀作用的能力，其成分
16、特点是铬和镍的质量分数较高，碳的质量分数较低。(2)耐热钢耐热钢能适应高温条件下工作，即在高温条件下仍具有高的强度和不被氧化的性能。(3)耐磨钢耐磨钢可以在严重磨损及强烈撞击条件下工作。第五节铸铁一、铸铁的分类及石墨化1.分类2.影响石墨化的因素1.分类(1)白口铸铁碳全部以渗碳体的形式存在，其断口呈白亮色。(2)灰铸铁碳大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色，在工业中得到广泛的应用。(3)可锻铸铁碳大部分以团絮状石墨存在，有较高的塑性、韧性。(4)球墨铸铁碳大部分以自由状态的球状存在，其抗拉强度、塑性和韧性都大大超过灰铸铁，在一定程度上可以代替钢用于制造重要零件。(5)蠕墨铸铁将高碳、低硫
17、、低磷及含有一定硅、锰的铁液，经过炉前处理后，得到的一种蠕虫状石墨的铸铁，具有良好的铸造性能和较高的力学性能。2.影响石墨化的因素(1)化学成分的影响碳和硅是促进石墨化的元素。(2)冷却速度的影响铸铁的冷却速度对铸铁的石墨化影响很大。图4-10铸铁成分和冷却速度对铸铁组织的影响二、常用铸铁件1.灰铸铁2.可锻铸铁3.球墨铸铁4.蠕墨铸铁第六节非铁金属材料一、铝及铝合金1.纯铝2.铝合金2.铝合金(1)变形铝合金按GB/T 31902008规定，变形铝合金采用四位字符牌号命名，牌号用28系列表示。1)防锈铝合金。2)硬铝合金。3)超硬铝合金。4)锻造铝合金。(2)铸造铝合金铸造铝合金的代号用“铸
18、铝”二字的汉语拼音字首“ZL”加三位数字表示。二、铜及铜合金1.纯铜2.黄铜3.青铜2.黄铜(1)普通黄铜普通黄铜为简单的铜锌合金。(2)特殊黄铜特殊黄铜是在普通黄铜中另加铝、锰、锡、铁、镍等元素，以提高强度。3.青铜(1)锡青铜锡青铜的特点是具有高的耐磨性、耐磨蚀性和良好的铸造性能。(2)特殊青铜其中以铝为主加合金元素的铜合金，称为铝青铜；铝青铜具有高的强度、耐蚀性和抗磨性，适于制作蜗轮等零件。三、滑动轴承合金1)足够的强度，以便承受载荷。2)足够的硬度和耐磨性，以免过早磨损而失效。3)良好的减摩性、耐磨性。4)良好的耐蚀性和导热性。5)足够的韧性、塑性，以抵抗冲击和振动。1.锡基轴承合金2
19、.铅基轴承合金5)足够的韧性、塑性，以抵抗冲击和振动。图4-11轴承合金组织示意图四、硬质合金1.钨钴类硬质合金2.钨钛钴类硬质合金2.钨钛钴类硬质合金1.什么叫强度?机器零件工作时所受到的应力如果大于ReL将会发生什么变化?2.什么叫塑性?常用的塑性指标有哪些?写出它们的计算公式。3.常用的硬度试验方法有哪两种?测定原材料常用什么硬度试验?测定淬火钢常用什么硬度试验?4.下列几种材料和零件各用什么硬度试验来测定其硬度?1)检验车刀(高碳钢)、锉刀的硬度。2)检验钢材库的钢材。3)检验青铜的硬度。5.什么叫冲击韧度?写出冲击韧度的符号。6.什么叫金属的疲劳现象?疲劳强度的符号是什么?7.写出下
20、列符号代表的含义：ReL、Rm、A、Z、aK。2.钨钛钴类硬质合金8.金属的工艺性能包括哪些内容?9.铁碳合金的基本组织有哪些?它们的性能如何?10.说明碳含量对铁碳合金组织及性能的影响。11.钢中的硫、磷杂质给钢的性能带来什么危害?原因是什么?12.通常所述的中碳钢碳含量的范围是多少?低碳钢和高碳钢碳含量的范围是多少?13.普通、优质、高级优质碳素钢是如何划分的?14.说明下列钢号的含义：45、Q215 AF、65Mn、T10A、ZG270500。15.举例说明下列各种材料的应用：T7、T10A、T12、65Mn、40、08F、ZG230450。16.什么是钢的热处理?热处理的基本方法有哪几
21、种?2.钨钛钴类硬质合金17.何谓碳素结构钢?何谓碳素工具钢?它们的碳含量范围如何?18.什么是马氏体?它的性能有何特点?19.什么是退火?常用的退火方法有哪几种?20.什么叫正火?正火的主要目的是什么?21.什么叫淬火?淬火目的及常用的方法有哪几种?22.什么叫回火?回火的目的是什么?按回火温度不同，回火可分为哪几种?23.什么叫表面淬火?其目的是什么?常用的表面淬火方法有哪两种?24.什么叫化学热处理?试述其基本过程。25.什么是合金钢?合金钢中常见的合金元素有哪些?26.合金元素对钢的性能有哪些影响?2.钨钛钴类硬质合金27.合金钢的分类方法有哪些?按钢中合金元素的总量多少如何分类?按用
22、途如何分类?28.试述下列钢号是什么钢，各合金元素含量为多少?29.什么叫渗碳钢?说明渗碳钢的热处理、性能和用途。30.说明合金调质钢的热处理、性能和用途。31.滚动轴承钢有什么特点?32.常用的高速钢有哪两类?W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2各属哪一类?用途如何?33.指出下列钢号各属哪种模具钢：34.常用的不锈钢有哪些?35.什么叫耐热钢?什么叫耐磨钢?2.钨钛钴类硬质合金36.什么叫铸铁?根据碳在铸铁中存在形态的不同，铸铁可分为哪几类?37.什么叫铸铁的石墨化?影响石墨化的因素有哪些?38.什么叫灰铸铁?按基体组织，灰铸铁可以分为哪几类?39.什么叫可锻铸铁?可锻铸铁是怎样获得的?可锻铸铁是否可以进行锻造加工?40.为什么球墨铸铁的强度和韧性要比灰铸铁、可锻铸铁的高?41.写出下列牌号的名称、字母和数字的含义：42.试述纯铝的特性和用途。43.铝合金如何分类?44.硬铝合金属于哪类铝合金?试述其代号、性能及用途。45.什么是黄铜?牌号如何表示?什么是青铜?牌号如何表示?2.钨钛钴类硬质合金46.铸造铝硅合金的特点是什么?47.什么叫轴承合金?其组织具有哪些特点?48.什么叫硬质合金?常用的硬质合金有哪两类?49.YG8和YT15各属于哪类硬质合金?它们的组成物各有哪些?含量为多少?分别适用加工什么材料?
