1、第二章第二章 机械工程常用材料及钢的热处理机械工程常用材料及钢的热处理参考文献参考文献史美堂，史美堂，金属材料及热处理金属材料及热处理，上海科学，上海科学技术出版社，技术出版社，2003齐宝森等，齐宝森等，机械工程材料机械工程材料，哈尔滨工业，哈尔滨工业大学出版社，大学出版社，2003戈晓岚等，戈晓岚等，工程材料工程材料，东南大学出版社，东南大学出版社，2004其他与金属材料及热处理的相关书籍其他与金属材料及热处理的相关书籍主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能第三节第三节 常用的工程材料常用的工程材料第四节第四节 钢的热处理钢的热处理第五节第
2、五节 表面精饰表面精饰第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则第一节第一节 概述概述机械工机械工程材料程材料金属金属材料材料非金属非金属材料材料黑色金属黑色金属钢钢有色金属有色金属铸铁铸铁合金钢合金钢无机非金属材料无机非金属材料有机材料有机材料塑料塑料橡胶橡胶陶瓷陶瓷合成纤维合成纤维铝合金铝合金铜合金铜合金其他有色合金其他有色合金应力极限应力极限弹性阶段弹性阶段弹性极限弹性极限 p屈服阶段屈服阶段屈服点屈服点 s强化阶段强化阶段强度极限强度极限 b颈缩阶段颈缩阶段第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能强度：材料抵抗破坏的能力强度：材料抵抗破坏的能力刚度：材料抵抗变形的
3、能力（刚度：材料抵抗变形的能力（E、G）塑性：材料破坏时，遗留变形的大小塑性：材料破坏时，遗留变形的大小 伸长率伸长率、断面收缩率、断面收缩率 硬度：材料抵抗硬物压入的能力硬度：材料抵抗硬物压入的能力 布氏硬度布氏硬度HBW、洛氏硬度、洛氏硬度HRC、维氏硬度维氏硬度HV第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能影响力学性能的主要因素影响力学性能的主要因素 1、含碳量、含碳量 含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。2、杂质元素：有益、杂质元素：有益Si、Mn，有害，有害S、P 3、合金元素、合金元素 加入某些合金元素，可提高和改善其综合
4、力学性加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能，并获得某些特殊的物理和化学性能。能，并获得某些特殊的物理和化学性能。4、温度、温度 一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降性下降，高温条件下相反。，高温条件下相反。5、热处理工艺、热处理工艺第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能钢铁材料（黑色金属）钢铁材料（黑色金属）1、非合金钢（碳钢）、非合金钢（碳钢）含碳含碳2以下的铁碳合金、少量杂质以下的铁碳合金、少量杂质 按质量分数分类按质量分数分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢低碳钢、中碳钢、高碳钢 按质量等级分类按质量等级分类：普通质量、优
5、质和特殊质量普通质量、优质和特殊质量 按用途分类按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢碳素结构钢、碳素工具钢第三节第三节 常用工程材料常用工程材料2、合金钢、合金钢 人为加入人为加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有等，具有高的强度、韧性、硬度，以及某些特殊性能高的强度、韧性、硬度，以及某些特殊性能（如耐腐蚀性、高温强度等）。（如耐腐蚀性、高温强度等）。3、铸铁：、铸铁：良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生产工艺切削加工性能、低的缺口敏感性，生产工艺简单、成本低廉。简单、成本低廉。灰铸铁：灰铸铁：C自由状态的片状石墨形式自由状态
6、的片状石墨形式 球墨铸铁：球墨铸铁：C球状石墨形式，较高的强球状石墨形式，较高的强度度，良好的塑性和韧性。，良好的塑性和韧性。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料有色金属有色金属1、铜及其合金：、铜及其合金：工业纯铜、工业纯铜、黄铜（铜锌二元合金）、黄铜（铜锌二元合金）、青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜等）铜、锰青铜等）2、铝及其合金：、铝及其合金：纯铝、硬铝、铸铝纯铝、硬铝、铸铝3、钛及其合金：纯钛、钛合金、钛及其合金：纯钛、钛合金第三节第三节 常用工程材料常用工程材料非金属非金属1、工程塑料、工程塑料 特点：密度小，比强度高，良好的抗蚀特点：
7、密度小，比强度高，良好的抗蚀 型，优良的电绝缘性，耐磨、减摩、自润滑型，优良的电绝缘性，耐磨、减摩、自润滑性好，工艺性好性好，工艺性好 分类：热固性塑料、热塑性塑料分类：热固性塑料、热塑性塑料2、橡胶：高弹性、绝缘性密封件、缓冲件、橡胶：高弹性、绝缘性密封件、缓冲件、绝缘件绝缘件 上述二者易老化，难回收（污染）上述二者易老化，难回收（污染）3、人工合成矿物：刚玉、石英、人工合成矿物：刚玉、石英第三节第三节 常用工程材料常用工程材料钢的热处理钢的热处理 加热、保温、冷却加热、保温、冷却改变金属整体或表面改变金属整体或表面组织，获得所需性能。组织，获得所需性能。种类种类 1、普通热处理：退火、正火
8、、淬火、回火、普通热处理：退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理和化学热处理：、表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗 3、其他热处理、其他热处理第四节第四节 钢的热处理钢的热处理退火：加热、保温、随炉冷却退火：加热、保温、随炉冷却目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力，目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力，预先热处理预先热处理正火：加热、保温、空气冷却正火：加热、保温、空气冷却目的：同退火，更高的力学性能目的：同退火，更高的力学性能淬火：加热，保温，水、油或盐水冷却淬火：加热，保温，水
9、、油或盐水冷却目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。方法：单介质淬火；双介质淬火方法：单介质淬火；双介质淬火第四节第四节 钢的热处理钢的热处理回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。保温，以一定速度冷却。目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。力。回火工艺的种类：回火工艺的种类：1、低温回火（、低温回火（150250 C）2、中温回火（、中温回火（350500 C）3、高温回火
10、（、高温回火（500650 C）调质处理淬火高温回火调质处理淬火高温回火第四节第四节 钢的热处理钢的热处理表面热处理：仅对钢的表面进行加热和冷却表面热处理：仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分的热处理工艺。而不改变其成分的热处理工艺。目的：提高零件的表层硬度、抗磨损性能。目的：提高零件的表层硬度、抗磨损性能。方式：方式：感应加热感应加热：利用交流电的集肤效应，对零件：利用交流电的集肤效应，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。淬硬层深度。火焰加热火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立：利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧
11、嘴的位置和移动速即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速度即可得到不同厚度的淬硬层。度即可得到不同厚度的淬硬层。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理化学热处理化学热处理 将钢件置于一定温度的活性介质中保温，将钢件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面，改变其化学使一种或几种元素渗入其表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能、满足技术成分和组织，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。要求的热处理过程。目的目的：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和疲劳强度等力学性能。氧化性和疲劳强度等力学性能。按表面渗入元素的不同，分为按表面渗入元素的
12、不同，分为渗碳渗碳、氮化、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等种类。碳氮共渗、渗硼、渗铝等种类。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理表面精饰是指在金属零件的表面附上一层覆表面精饰是指在金属零件的表面附上一层覆盖层，以达到防蚀、装饰等目的。盖层，以达到防蚀、装饰等目的。种类种类电镀：镀铬、镀镍、镀锌、镀镉、镀银电镀：镀铬、镀镍、镀锌、镀镉、镀银化学处理：氧化和磷化化学处理：氧化和磷化涂漆涂漆第五节第五节 表面精饰表面精饰第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则使用要求、工艺要求、经济要求使用要求、工艺要求、经济要求FeFe3C相图相图奥氏体连续冷却时的组织转变奥氏体连续冷却时的组织转变感应加热感应加热火焰加热火焰加热气体渗碳法示意气体渗碳法示意
