1、2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅机械工程材料基础机械工程材料基础 主主 讲讲：陈君梅陈君梅 机械与电子工机械与电子工 程程 学学 院院2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅概 论 机械工程材料的定义、分类和常用的性机械工程材料的定义、分类和常用的性能指标；能指标；学习本章的目的。学习本章的目的。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅一、一、机械工程材料的定义和分类机械工程材料的定义和分类 1、定义 机械工程材料主要指用于机械机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程航空航天工程等领域的材料。2007-3-12第3
2、章 机械工程材料基础陈君梅 2、分类分类 （按按化学成分化学成分分类分类）金属材料金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最广综合性能好，用量最大、应用范围最广)高分子材料高分子材料 (质轻、质轻、耐腐蚀，常用于化工、机械、航耐腐蚀，常用于化工、机械、航 空航天等空航天等)陶瓷材料陶瓷材料 （高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于 电器、化工、航空航天等等）电器、化工、航空航天等等）复合材料复合材料 （轻、高的比强度、比刚度，结合两种材（轻、高的比强度、比刚度，结合两种材 料的性能优点，用于航空航天等领域）料的性能优点，用于航空航天等领域）2007-3-12第3
3、章 机械工程材料基础陈君梅二、二、机械工程材料的常用性能机械工程材料的常用性能 包括两方面材料材料使用性能使用性能材料材料工艺性能工艺性能力学性能力学性能（强度、塑性韧性等）强度、塑性韧性等）物理性能物理性能（光、热、电、磁等）（光、热、电、磁等）化学性能化学性能（氧化、腐蚀等）（氧化、腐蚀等）加工性能加工性能（切削、锻造等）（切削、锻造等）铸造性能铸造性能（适合铸造与否）（适合铸造与否）焊接性能焊接性能（容易焊接与否）（容易焊接与否）热处理性能热处理性能（可热处理强化）（可热处理强化）2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 三、三、学习学习机械工程材料机械工程材料的目的的目的 （1
4、）获得常用的金属材料、非金属材料的获得常用的金属材料、非金属材料的基本知识基本知识，了解各种机械工程材料的，了解各种机械工程材料的基本特性基本特性和应用范围和应用范围；（2）为以后）为以后正确设计和合理选材打下基础。正确设计和合理选材打下基础。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.1 3.1 金属材料性能金属材料性能 教学目的教学目的:了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原理；
5、理；强调各种力学性能指标的生产实际意义；强调各种力学性能指标的生产实际意义；了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺性能。性能。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 3.1.1 物理性能：物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等；3.1.2 化学性能：化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；工艺性能：工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.1.3 金属的力学性能金属的力学性能定义定义:金属材料的力学性能是指金属材料在不同金属材料的力学性能是指金属材料
6、在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。等）时所表现出的力学特征。指标指标:弹性弹性、刚度、强度、塑性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击硬度、冲击韧性韧性、断裂韧度和疲劳强度等。、断裂韧度和疲劳强度等。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.1.3 金属的力学性能金属的力学性能 一、拉伸实验与拉伸曲线一、拉伸实验与拉伸曲线P38-42拉伸试样拉伸试样2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象拉伸试验
7、拉伸试验机机2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 op段：比例弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s段）：屈服阶段；sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：形成了“缩颈”。bk段：缩颈断裂阶段，承载下降，到k点断裂。l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp拉伸曲线拉伸曲线2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅应力与应变曲线应力与应变曲线(1)应力应力：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S 0表示:F 载荷载荷(N)=(M pa)S 0 原始横截面积原始横截面积(mm2)(2)应变应变：单位长
8、度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:l伸长量(mm)=l 0原始长度原始长度(mm)(3)应力应变曲线应力应变曲线（-曲线曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位不同bse2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢 不同材料的拉伸曲线不同材料的拉伸曲线2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅二、刚度二、刚度0SF1.弹性弹性:金属材料受外力作用时产生变形金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形弹性变形:随载荷撤除而消失的变形随载荷撤除而消失的变形
9、 2.刚度：刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变表示材料抵抗弹性变形的能力。即：形的能力。即：E=/材料的材料的E越大，刚度越大；越大，刚度越大；零件的刚度主要决定于零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。，也与形状、截面等有关。E=/2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)e=(M pa)S0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)e e3.弹性极限弹性极限:2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅强度强度:
10、材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。种类种类:抗拉强度、抗拉强度、抗压强度、抗压强度、抗弯强抗弯强 度度、抗剪强度抗剪强度、抗扭强度等。抗扭强度等。(1)屈服点屈服点 与与屈服强度屈服强度:产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值.Fs s=(M Pa)S0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试样试样原始横截面积原始横截面积(mm2)s三、强度三、强度2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 屈服强度屈服强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形)F0.2 0.2 =(M Pa)S 0 试样原始横
11、截面试样原始横截面(mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)0.2：试样产生残余塑性变形：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形 屈服点屈服点 s、屈服强度、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。也是评定金属强度的重要指标之一。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(2)抗拉强度：抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。它表示材料抵抗断裂的能力。它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金属强
12、度是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。的重要指标之一。F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)b=(M Pa)S 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)bse2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 (1)断面收缩率断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩是指试样拉断处横截面积的收缩量量 S与原始横截面积与原始横截面积S0之比。之比。(2)伸长率伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原与原始标距始标距L 0之比。之比。S0-S 1 =-100%S0 四、塑性四、塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被是指材料在载
13、荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。破坏的能力。l 1-l0 =-100%l02007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 10%属塑性材料属塑性材料塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 维氏硬度维氏硬度HV锉刀法锉刀法五五.硬度硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力.硬度是各种零件和工具
14、必需具备的力学性能指硬度是各种零件和工具必需具备的力学性能指标标,常作为技术要求标注在零件工作图上常作为技术要求标注在零件工作图上.常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法:2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardness)布氏硬度计布氏硬度计 2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardness)适用范围适用范围:v 450HBS;v 450-650HBW;当压头为钢球时,硬度符号为HBS；当压头为硬质合金球时,硬度符号为HBW2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(
15、1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardness)符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。直径、载荷及载荷保持时间。如如:120HBS10/1000/30表示表示直径为直径为10mm的的钢球钢球在在1000kgf（9.807kN）载荷载荷作用下作用下保保持持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(2)洛氏硬度洛氏硬度 HR(Rockwll hardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏
16、硬度计洛氏硬度计10HRCHBS2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(3)维氏硬度维氏硬度 HV (diamond penetrator hardness)适用范围适用范围:测量薄板类测量薄板类;HVHBS;2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(5)锉刀法锉刀法:一组硬度差为一组硬度差为5HRC的锉刀。的锉刀。例如例如:10HRC、15HRC、20HRC等。等。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅六六.冲击韧性冲击韧性(notch toughness):材料在冲击载荷作用下抵抗破坏材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。的能力。2007-3-12第3章 机械工程
17、材料基础陈君梅冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅试样冲断时所消耗的试样冲断时所消耗的冲击功冲击功A k为为:A k=m g H m g h(J)冲击韧性值冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位截就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，称为冲击韧度。面积上所消耗的冲击功，称为冲击韧度。AK a k=(J/cm)S02007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅七七.疲劳强度疲劳强度(fatigue strength):表示材料经无数次交变载荷作表示材料经无数次交变载荷作 用而不致引起断裂的最大应力值用而不致引起断
18、裂的最大应力值-1。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅钢材的循环次数钢材的循环次数一般取一般取 N=107有色金属的循环次数有色金属的循环次数一般取一般取 N=108钢材的钢材的疲劳强度疲劳强度与与抗拉强度抗拉强度之间的关系之间的关系:-1=(0.45(0.450.55)0.55)b2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅1943年美国年美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.23.2 铁碳合金基础知识铁碳合金基础知识 钢铁是机械工业应用最广泛的金属材料，它主要是由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。不同的钢铁材料其力学性能差
19、别很大，这是由金属内部成分和组织结构决定的。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.2.1 3.2.1 铁碳合金的组织及性能铁碳合金的组织及性能基本组织：基本组织：含碳量、性能、工艺含碳量、性能、工艺 1.铁素体铁素体 (F)-碳溶于碳溶于Fe中的间隙固溶体。中的间隙固溶体。2.奥氏体奥氏体(A)-碳溶于碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体。中形成的间隙固溶体。3.渗碳体渗碳体(Fe3C)-铁与碳形成的金属化合物。铁与碳形成的金属化合物。4.珠光体珠光体(P)-铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体组成的机械混合物。5.莱氏体莱氏体(Ld)-奥氏体和渗碳体组成的机械混合物奥氏体和
20、渗碳体组成的机械混合物。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图渗碳体组织金相图渗碳体组织金相图珠光体组织金相图珠光体组织金相图莱氏体组织金相图莱氏体组织金相图 组织金相图组织金相图2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.2.2 铁碳合金分类及其室温组织2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.2.3 3.2.3 碳的质量分数与力学性能的关系碳的质量分数与力学性能的关系 铁素体铁素体(F)：软而韧：软而韧 渗碳体渗碳体(Fe3C):硬而脆硬而脆（1）含碳量增加，硬度）含碳量增加，硬度增加增加（2）含碳量增加，塑性）含碳量增加，塑性韧
21、性降低韧性降低（3）含碳量增加，强度）含碳量增加，强度先增后降（先增后降（0.9%最高）最高）2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅3.3 钢的热处理常识钢的热处理常识 热处理的定义热处理的定义:时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 却却2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅2.热处理的主要目的热处理的主要目的:改变钢的性能。改变钢的性能。3.热处理的应用范围热处理的应用范围:整个制造业。整个制造业。4.热处理的分类热处理的分类热处理热处理普普 通通热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化化 学学 热处理热处理
22、感应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 3.3.1 钢的普通热处理钢的普通热处理毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理:退火退火;正火正火最终热处理最终热处理:淬火淬火;回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅一一.钢的退火钢的退火一一)定义定义:把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 随炉冷却随炉冷却
23、。二二)目的目的:消除应力消除应力;降低硬度降低硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。作好组织准备。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅三三)种类种类退火退火重结晶重结晶退退 火火低温低温退火退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火普通退火普通退火等温退火等温退火普通球化普通球化 退退 火火等温球化等温球化 退退 火火2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅二二.钢的正火钢的正火一一)定义定义:把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间
24、,然后然后 在空气中冷却在空气中冷却。二二)目的目的:消除应力消除应力;调整硬度调整硬度;细化晶粒细化晶粒;均匀成均匀成分分;为最终热处理为最终热处理三三.钢的淬火钢的淬火作好组织准备。作好组织准备。三）应用范围三）应用范围:1.预备热处理预备热处理:调整低、中碳钢的硬调整低、中碳钢的硬 度度;消除过共析钢中的消除过共析钢中的Fe3C。2.最终热处理最终热处理:用于力学性能要求不用于力学性能要求不 高的普通零件。高的普通零件。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅三三.钢的淬火钢的淬火一一)定义定义:把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 30 50,保温一段时间保温一段时
25、间,然然 后后快速冷却快速冷却(常用水冷常用水冷)。二二)目的目的:为了获得马氏体组织为了获得马氏体组织,提高钢提高钢 的硬度和耐磨性。的硬度和耐磨性。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅四四.钢的回火钢的回火一一)定义定义:把把淬火后淬火后的零件重新加温到的零件重新加温到 A1线以下某个温度线以下某个温度,保温一段保温一段 时间时间,然后冷却到窒温。然后冷却到窒温。二二)目的目的:消除淬火应力消除淬火应力,降低脆性降低脆性;稳定稳定 工件尺寸工件尺寸;调整淬火零件的力调整淬火零件的力 学性能。学性能。淬火淬火+高温回火高温回火=调质处理调质处理2007-3-12第3章 机械工程材
26、料基础陈君梅 3.3.2 钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理工艺的核心工艺的核心:使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧”的力学性能。的力学性能。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅一一.表面淬火表面淬火一一)定义定义:是一种是一种不改变钢表层化学成不改变钢表层化学成 分分,但改变表层组织但改变表层组织的局部热的局部热 处理工艺。处理工艺。二二)工艺特征工艺特征:通过快速加热使钢的表通过快速加热使钢的表 层奥氏体化层奥氏体化,然后急冷然后急冷,使表层使表层 形成马氏体组织形成马氏体组织,而心部仍保而心部仍保 持不变。持不变。2007-3-1
27、2第3章 机械工程材料基础陈君梅三三)表面淬火用钢表面淬火用钢:选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。等。四四)表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法:感应加热感应加热(高、中、工频高、中、工频)、火火 焰加热焰加热、电接触加热法等。、电接触加热法等。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理感应加热的基本原理:*感应电流感应电流-涡流涡流*集肤效应集肤效应*淬火层深度淬火层深度()与电流频率与电流频率(f)的关系的关系:=500/f （mm）2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君
28、梅感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图集肤效应示意图2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅2)工艺要求工艺要求:*表面淬火前表面淬火前,必须对零件进行必须对零件进行正火正火 或调质处理或调质处理,以保证零件有良好的以保证零件有良好的 基体。基体。*表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行必须对零件进行低温低温 回火处理回火处理,以降低淬火应力和脆性。以降低淬火应力和脆性。3)生产特点生产特点:淬火件的质量好淬火件的质量好;工件变工件变 形小形小;不易氧化及脱碳不易氧化及脱碳;淬火层容易淬火层容易 控制控制;生产率高。设备投资大生产率高。设备投资大,不适不适 于复杂形
29、状零件和小批量生产。于复杂形状零件和小批量生产。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法火焰加热表面淬火的基本方法2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅2)火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面淬火的特点:*设备简单设备简单,操作方便操作方便,成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅二二.化学热处理化学热处理 (Chemical Heat Treatment)一一)定义定义:将零件置于一定
30、的化学介质将零件置于一定的化学介质 中中,通过加热、保温通过加热、保温,使介质使介质 中一种或几种元素原子渗入中一种或几种元素原子渗入 工件表层工件表层,以以改变钢表层的化改变钢表层的化 学成分和组织学成分和组织的热处理工艺。的热处理工艺。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅二二)化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程:2.吸收吸收:活性原子被活性原子被零件表面吸收和溶零件表面吸收和溶 解。解。3.扩散扩散:活性原子由零件表面向内部扩活性原子由零件表面向内部扩 散散,形成一定的扩散层形成一定的扩散层。1.分解分解:化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的的活性原子
31、活性原子。2CO CO2 +C2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅三三)化学热处理的种类化学热处理的种类:渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮碳氮 共渗共渗;渗硼渗硼;渗铝渗铝;渗硫渗硫;渗硅渗硅;渗铬等。渗铬等。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅1.钢的渗碳钢的渗碳(Carburize of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入碳原子表面渗入碳原子的过程。的过程。2)目的目的:表层增加含碳量后，再经过淬火、回火后，表层增加含碳量后，再经过淬火、回火后，获得具有高获得具有高硬度和耐磨性，而工件心部仍具有高硬度和耐磨性，而工件心部仍具有高塑性韧塑性韧性和足够的强度。性和足
32、够的强度。3)用钢用钢:低碳钢低碳钢和和低碳合金钢。如低碳合金钢。如汽车齿轮、变速轴汽车齿轮、变速轴4)方法方法:固体、气体、固体、气体、液体渗碳。液体渗碳。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅2.钢的渗氮钢的渗氮(Nitridation of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入氮原子表面渗入氮原子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧及提高疲劳强度和表硬里韧及提高疲劳强度和 抗蚀抗蚀性能的零件。性能的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。主要用于高硬度、高精度中碳合金钢。主要用于高硬度、高精度的精密零件，如阀门、精密机床主轴。的精密零件，如阀门、精密机床主轴
33、。4)方法方法:气体气体渗氮。渗氮。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅越越王勾践剑王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。出土于湖北江陵楚墓。长长55.7厘米，厘米，剑锷锋芒犀利，剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。锋能割断头发。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否处理后是否需要热处理需要热处理处理时处理时间间(h)处理温度处理温度()名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不不需要需要2050500600渗氮渗氮2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅典型零件工艺路线的制定典型零件工艺
34、路线的制定1 轴类零件（机床主轴）轴类零件（机床主轴）（1）分析工作条件：）分析工作条件：承受中等交变扭矩载荷、承受中等交变扭矩载荷、交变弯曲载荷或者是拉压载荷；局部（轴颈、交变弯曲载荷或者是拉压载荷；局部（轴颈、花键）承受摩擦和磨损。花键）承受摩擦和磨损。（2）失效形式：疲劳断裂，轴颈处磨损（主失效形式：疲劳断裂，轴颈处磨损（主要方式）；要方式）；冲击过载断裂等冲击过载断裂等（偶尔发生）（偶尔发生）2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅（3 3）性能要求：高的疲劳强度；良好的综合性能；）性能要求：高的疲劳强度；良好的综合性能；局部高硬度；局部高硬度；（4 4）中碳钢中碳钢或者中碳合
35、金钢或者中碳合金钢：45 45 （40Cr40Cr）（5 5）工艺路线：）工艺路线：下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质(淬火淬火+高温回火高温回火)局部表面淬火局部表面淬火+低温回火低温回火 精磨精磨 成品；成品；2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅2 2、齿轮（低碳钢、表面渗碳）、齿轮（低碳钢、表面渗碳）(1)(1)工作条件工作条件:齿轮根部承受交变弯曲应力；（传递扭矩齿轮根部承受交变弯曲应力；（传递扭矩时）时）;齿啮合时齿面承受较大的接触压应力并受强烈的摩擦齿啮合时齿面承受较大的接触压应力并受强烈的摩擦和磨损；和磨损；换挡、气动、制动时齿轮承受一定的冲击。换挡、气动、制动时齿轮承受一定的冲击。(2)(2)失效形式失效形式：齿的折断（疲劳断裂和冲击过载断裂）；：齿的折断（疲劳断裂和冲击过载断裂）；齿表面磨损。齿表面磨损。（3 3）性能要求）性能要求：高的疲劳强度和表面硬度，心部具有足够：高的疲劳强度和表面硬度，心部具有足够的塑性韧性。的塑性韧性。（4 4）选材）选材：低碳钢（：低碳钢（2020，2525）（5 5）工艺路线）工艺路线：下料：下料 锻造锻造 正火正火 机加工机加工渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火 喷丸喷丸精磨精磨 成品；成品；
