1、金属材质及热处理基础金属材质及热处理基础 金属的定义v金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的分类v黑色金属黑色金属 主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。v有色金属有色金属 黑色金属以外的金属称为有色金属。LL+Fe3C+Fe3CL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeT JNHA1Fe3C4.32.1111487270.770.02186.691495L+0.0008工业纯铁工业纯铁钢钢铸铁铸铁按照铁碳相图，根据碳含量不同分为三大类：铁碳合金分类铁碳合金分类铁钢铸铁v工业铁工业铁 含碳量不大于0.021的成为纯铁v钢钢 是指
2、含碳量大于0.021%小于2.11%的铁碳合金v铸铁铸铁 是指含碳量大于2.11%小于6.69%铁碳合金钢的分类钢的分类钢的分类钢的分类1 1、按化学成分分类、按化学成分分类可分为碳素钢和合金钢可分为碳素钢和合金钢2 2、碳素钢按含碳量多少可分为、碳素钢按含碳量多少可分为3 3、合金钢按合金元素的含量又可分为、合金钢按合金元素的含量又可分为 低合金钢低合金钢（合金元素总含量5%）；中合金钢中合金钢（合金元素总含量=5%-10%）高合金钢高合金钢（合金元素总含量10%）。4 4、合金钢按合金元素的种类可分为、合金钢按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、
3、硅锰钢等 Wc 0.6%低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢 5、按冶金质量分类、按冶金质量分类 按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为：为：普通钢普通钢 （S%0.055%，P%0.045%）优质钢优质钢 （S%、P%0.040%）高级优质钢高级优质钢（S%0.030%，P%0.035%）6、按冶炼时脱氧程度，可将钢分为：、按冶炼时脱氧程度，可将钢分为：沸腾钢沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。和半镇静钢三类。7、按用途分类、按用途分类 分结构钢、工具钢分结构钢、工具钢和特殊性能钢特殊性能钢 结构钢结构钢又分为：工程构件用钢工程构件用钢和机器机器零件用钢零件用钢
4、工具钢工具钢分为：刃具钢、量具钢、模具刃具钢、量具钢、模具钢钢 特殊性能钢特殊性能钢分为：不锈钢、耐热钢：不锈钢、耐热钢等 8、按金相组织分类、按金相组织分类 按退火态的金相组织可分为：亚共析钢、共析钢、过共：亚共析钢、共析钢、过共析钢析钢三种。按正火态的金相组织可分为：珠光体钢、贝氏体钢、马珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。氏体钢、奥氏体钢等四种。v奥氏体 碳与合金元素溶解在-fe中的固溶体，仍保持-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处 v珠光体铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。LL+Fe3C+Fe3CL+Fe
5、3CCESPQGKFDABC%FeT JNHA1Fe3C4.32.1111487270.770.02186.691495L+0.0008工业纯铁工业纯铁共析钢共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铁亚共晶白口铁共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁过共晶白口铁亚共析钢亚共析钢铁铁碳碳平平衡衡图图碳素钢碳素钢合金钢合金钢v碳素钢：除铁、碳 和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。v合金钢：在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。锰、铬、硅、镍、钨、钒、铝、硼、铝、铜和稀土等合金元素，所获得的钢种（五硅八锰）低碳钢特点：特点：塑性好、韧性好、硬度强度低（
6、软刚）、耐塑性好、韧性好、硬度强度低（软刚）、耐磨性差。磨性差。热处理：热处理：通常情况下将其进行渗碳，然后淬火，再低通常情况下将其进行渗碳，然后淬火，再低温回火后使用。温回火后使用。中碳钢特点：特点：热加工及切削性能良好，强度硬度比低碳钢热加工及切削性能良好，强度硬度比低碳钢高，韧性塑性低于低碳钢，焊接性能较差。高，韧性塑性低于低碳钢，焊接性能较差。热处理：热处理：通常采用完全（加热到单相奥氏体区得到单通常采用完全（加热到单相奥氏体区得到单相均匀奥氏体）淬火加中温或高温回火的热相均匀奥氏体）淬火加中温或高温回火的热处理工艺。处理工艺。高碳钢特点：特点：具有高硬度和高耐磨性，焊接性能差。具有高
7、硬度和高耐磨性，焊接性能差。热处理：热处理：1.预先热处理采用球化退火；预先热处理采用球化退火；2.采用不完全（加热到两相区得到奥氏体加采用不完全（加热到两相区得到奥氏体加未溶碳化物）淬火加低温回火的热处理工艺。未溶碳化物）淬火加低温回火的热处理工艺。（1）碳素结构钢）碳素结构钢 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 （0.06%0.4%）力性要求力性要求 Q195、Q215、Q235-AF、Q255、Q275；与旧标准的对比：与旧标准的对比：Q235A3 -为构件用钢为构件用钢:建筑、桥梁、船舶、压力容器、管道等建筑、桥梁、船舶、压力容器、管道等 优质碳素结构钢优质碳素结构钢(0.06%0.70%)
8、08F、10、20:塑韧性、焊接性好冷冲、焊接、塑韧性、焊接性好冷冲、焊接、渗碳件渗碳件调质后综合机性好调质后综合机性好 调调质件质件强度高、弹性极限高强度高、弹性极限高 弹弹性元件性元件 25、30、35、40、45:50、60、65:v2 碳素工具钢碳素工具钢 成分特点：高碳（0.65%1.35%C）典型钢种 T7、T8：一定韧性的 冲头、锤子、凿子 T9、T10：硬度高、韧性适中的钻头、手锯条、刨刀 T12、T13：硬度高、韧性低的锉、刮刀等合金结构钢合金结构钢 合金结构钢包括：合金结构钢包括：低合金高强度结构钢、易切低合金高强度结构钢、易切钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等钢、调
9、质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等一、低合金高强度结构钢一、低合金高强度结构钢 1 用途：压力容器、桥梁、机车车辆、用途：压力容器、桥梁、机车车辆、输油管道、锅炉等输油管道、锅炉等 2 性能要求：性能要求：强度高、塑韧性好；强度高、塑韧性好；冷热压力加工性能好；冷热压力加工性能好；焊接性能好焊接性能好 抗环境作用：大气、海水、低温抗环境作用：大气、海水、低温4 典型钢种典型钢种：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460 （新标准GB/T1591-94）16Mn、15MnV、14MnNb等 （旧标准GB/1591-88）AE：代表质量等级（由低到高），主要是S、P含量的差异新旧标准低合金
10、结构钢牌号对照新旧标准低合金结构钢牌号对照 v低合金刃具钢低合金刃具钢 化学成分特点 高碳：0.9%1.5%C;典型钢种：9SiCr、9Mn2V、CrWMn 等v 高速钢高速钢 化学成分特点：高碳：0.7%1.65%C;用作高速切削的车刀、铣刀、高速钻头等 典型钢种：W18Cr4V；Mo8Cr4V2;W6Mo5Cr4V2合金工具钢合金工具钢特殊性能钢定义特殊性能钢定义 v具有特殊物理、化学性能的钢。具有特殊物理、化学性能的钢。v分类：分类：不锈钢不锈钢 耐热钢耐热钢 耐磨钢耐磨钢 耐酸钢耐酸钢不锈钢不锈钢v不锈钢 是指含铬不小于12%，含镍不小于8%的合金钢。v200系列铬-镍-锰 奥氏体不锈
11、钢 v300系列铬-镍 奥氏体不锈v400 系列铁素体和马氏体不锈钢v500 系列耐热铬合金钢。v600 系列马氏体沉淀硬化不锈钢。不锈钢常识不锈钢常识 v常见的不锈钢有铬不锈钢和铬镍不锈钢。v铬不锈钢的牌号如：1 Cr13、2 Cr13和3 Cr13等，通称Cr13型不锈钢 1 Cr13、2 Cr13具有良好的抗大气、海水、蒸汽等介质腐蚀的能力，塑性、韧性交较好，适用于汽轮机叶片、水压机阀门；3 Cr13、3 Cr13Mo、7 Cr13等硬度较高，适用于弹簧、轴承、医疗器械。v铬镍不锈钢的牌号如0 Cr19 Ni9，1 Cr19 Ni9等，通称188型不锈钢。这类不锈钢的特点是含碳量低，镍含
12、量较高，无磁性，耐蚀性、塑性、韧性比Cr13型不锈钢好；适用于强腐蚀介质（酸碱）中工作的零件，如吸收塔壁、贮槽、管道及容器等。最新国内外不锈钢牌号对照表最新国内外不锈钢牌号对照表 中国GB1220 日本JIS 美国AISI、ASTM 1Cr17Ni7 SUS301 301,S30100 0Cr18Ni9 SUS304 304,S30400 0Cr19Ni9N SUS304N1 00Cr19Ni10 SUS304L 304L,S30403 00Cr18Ni10N SUS304LN 1Cr18Ni9Ti 305 最新国内外不锈钢牌号对照表（续）最新国内外不锈钢牌号对照表（续）0Cr18Ni10Ti
13、 SUS321 321,S32100 0Cr17Ni12Mo2 SUS316 316,S31600 0Cr18Ni12Mo2Ti 0Cr17Ni12Mo2N SUS316N 316N,S31651 00Cr17Ni14Mo2 SUS316L 316L,S31603 00Cr17Ni13Mo2N SUS316LN 0Cr19Ni13Mo3 SUS317 317,S31700 00Cr19Ni13Mo3 SUS317L 317L,S31703 0Cr18Ni11Nb SUS347 347,S34700 0Cr25Ni20 SUS310S 310S,S31008 铸铁分类铸铁分类 v根据碳的存在形式
14、不同分：白口铸铁：断口呈现银白色，脆、硬，很难切削。灰铸铁：断口呈现暗灰色，性能较好。广泛应用。麻口铸铁：断口呈现灰白色，脆性大，工业上少用。按碳在铁碳合金中存在的状态，可将铸铁分为、v 白口铸铁、白口铸铁、v 灰口铸铁、灰口铸铁、v 可煅铸铁、可煅铸铁、v 蠕墨铸铁蠕墨铸铁v 球墨铸铁。球墨铸铁。铸铁优缺点铸铁优缺点 v优点：成本低，铸造性、切削加工性好，耐优点：成本低，铸造性、切削加工性好，耐压、耐磨、减震性好。压、耐磨、减震性好。v缺点：力学性能差。缺点：力学性能差。常用铸铁常用铸铁基础基础一、灰铸铁一、灰铸铁 灰铸铁的成分与组织灰铸铁的成分与组织1 1）、成分：含）、成分：含C C量：
15、量：2.7%3.6%2.7%3.6%、含、含SiSi量：量：1.0%2.2%1.0%2.2%、S S0.15%、P0.3%。2）、组织：由金属基体和在基体中分布的片状石墨组成。（铁素）、组织：由金属基体和在基体中分布的片状石墨组成。（铁素体灰铸铁、铁素体体灰铸铁、铁素体珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁）珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁）性能：良好的切削加工性能、铸造性能、耐磨性、减震性、性能：良好的切削加工性能、铸造性能、耐磨性、减震性、以及低的缺口敏感性。以及低的缺口敏感性。俗称马钢、玛钢。是白口铸铁通过石墨化退火，俗称马钢、玛钢。是白口铸铁通过石墨化退火，使渗碳体分解成团絮状的石墨而获得的。使渗碳体分
16、解成团絮状的石墨而获得的。1 1、可锻铸铁的组织与性能、可锻铸铁的组织与性能1 1）、生产过程：）、生产过程：首先铸造成白口铸铁件，然后进行长时间的石墨化退火。2 2）、成分：）、成分：C：2%2.8%、Si:1.2%1.8%、Mn：0.4%0.6%、P0.1%、S0.25%.可锻铸铁可锻铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 铁水在浇注前经球化处理，使析出的石墨大部分或全部呈球状的铸铁。（加入球化剂:如纯镁、镁合金、稀土镁合金）球墨铸铁的组织与性能1）、成分：C：3.6%3.9%、Si：2.0%2.8%、Mn：0.6%0.8%、S0.07%、P0.1%2)组织：石墨呈球状3）按其基体组织不同，可分为铁素体球
17、墨铸铁、铁素体珠光体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁。球墨铸铁球墨铸铁性能性能 v强度和塑性已经超过灰铸铁和可锻铸铁，接强度和塑性已经超过灰铸铁和可锻铸铁，接近铸钢。近铸钢。v铸造性能和切削性能、耐磨、减震性较好。铸造性能和切削性能、耐磨、减震性较好。蠕墨铸铁蠕墨铸铁 在高碳、低硫、低磷的铁水中加入蠕化剂（目前采用的蠕化剂有镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金），经过蠕化处理后，使石墨变成蠕虫状的高强度铸铁。性能：介于灰铸铁和蠕墨铸铁之间。性能：介于灰铸铁和蠕墨铸铁之间。v 金属的牌号金属的牌号碳素结构的钢牌号碳素结构的钢牌号 v汉语拼音字母汉语拼音字母+化学元素符号化学元素符号+阿拉伯数字阿拉伯数字
18、 vQQ：屈服点的汉语拼音字母；：屈服点的汉语拼音字母；v屈服点数值；屈服点数值；v质量等级符号：质量等级符号：A A、B B、C C、D D（D D质量最好）质量最好）v脱氧方法符号：脱氧方法符号：F F、b b、Z Z、TZTZv例如：例如：Q235AFQ235AF：屈服点为：屈服点为235Mpa235Mpa的的A A级沸腾钢。级沸腾钢。优质碳素结构钢的牌号优质碳素结构钢的牌号 v两位阿拉伯数字，表示平均含碳量为万分之几万分之几；v常见的表示钢的用途的符号。C船 K矿用钢 Q桥用梁 G锅炉钢 H焊接用钢 R压力容器用钢v例如：45：平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢08：平均含碳量为0
19、.08%的优质碳素结构钢50Mn：平均含碳量为0.50%的优质碳素结构钢，且含锰量较高。10F：平均含碳量为0.10%的优质碳素结构钢，沸腾钢。20g：平均含碳量为0.20%的优质碳素结构钢，锅炉用钢。碳素工具的钢牌号碳素工具的钢牌号 v“碳碳”的汉语拼音字头的汉语拼音字头“T”T”；v1 12 2位的数字，表示平均含碳量为千分之几。位的数字，表示平均含碳量为千分之几。v质量等级质量等级:不标注表示为优质工具钢，不标注表示为优质工具钢，A A为高级优质为高级优质工具钢。工具钢。v例如：例如：T8T8：表示平均含碳量为：表示平均含碳量为0.80%0.80%的优质碳素工具钢。的优质碳素工具钢。T1
20、2AT12A：表示平均含碳量为：表示平均含碳量为1.2%1.2%的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。铸造碳钢的牌号铸造碳钢的牌号v“铸钢铸钢”两汉字的汉语拼音字头两汉字的汉语拼音字头“ZG”ZG”；v屈服点屈服点抗拉强度抗拉强度v例如：例如：ZG270500ZG270500：表示屈服点不小于：表示屈服点不小于270Mpa270Mpa，抗拉强度不小于抗拉强度不小于500Mpa500Mpa的铸造碳钢。的铸造碳钢。合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号 v两位数字（碳的平均含量）两位数字（碳的平均含量）+合金元素的种类符号合金元素的种类符号及其含量及其含量+质量等级质量等级v说明说明 ：前面两位数
21、字表示钢的平均含碳量为万分之几；前面两位数字表示钢的平均含碳量为万分之几；元素符号表示钢中所含元素，数字表示该元素的含量；元素符号表示钢中所含元素，数字表示该元素的含量；合金元素含量小于合金元素含量小于1.5%1.5%时不标注，时不标注，1.5%1.5%2.5%2.5%、2.5%2.5%3.5%3.5%、3.5%3.5%4.5%4.5%时，则相应地标注时，则相应地标注2 2、3 3、44A A表示为高级优质，不标注则表示优质。表示为高级优质，不标注则表示优质。例：例：v40Cr40Cr钢为优质合金结构钢，平均含碳量为钢为优质合金结构钢，平均含碳量为0.40%0.40%，主要合金元素为铬，其含量
22、在，主要合金元素为铬，其含量在1.5%1.5%以下。以下。v60Si2MnA60Si2MnA钢为高级优质合金结构钢，平均含钢为高级优质合金结构钢，平均含碳量为碳量为0.60%0.60%，主要合金元素为，主要合金元素为1.5%1.5%2.5%2.5%的硅和的硅和1.5%1.5%的锰。的锰。合金工具钢的牌号合金工具钢的牌号 v一位数字（碳的平均含量）一位数字（碳的平均含量）+合金元素的种类合金元素的种类符号及其含量符号及其含量+质量等级质量等级 v说明：说明：前面一位数字表示钢的平均含碳量为千分之几，前面一位数字表示钢的平均含碳量为千分之几，当碳的平均含量当碳的平均含量1%1%时，不标注；时，不标
23、注；元素符号表示钢中所含元素，数字表示该元素的元素符号表示钢中所含元素，数字表示该元素的含量；含量；合金元素含量小于合金元素含量小于1.5%1.5%时不标注，时不标注，1.5%1.5%2.5%2.5%、2.5%2.5%3.5%3.5%、3.5%3.5%4.5%4.5%时，则相应地标时，则相应地标注注2 2、3 3、44A A表示为高级优质，不标注则表示优质。表示为高级优质，不标注则表示优质。例：例：v9CrSi9CrSi钢为优质合金工具钢，平均含碳量为钢为优质合金工具钢，平均含碳量为0.90%0.90%，主要合金元素为铬和硅，含量都小，主要合金元素为铬和硅，含量都小于于1.5%1.5%。vCr
24、12MoVACr12MoVA钢为高级优质合金工具钢，平均钢为高级优质合金工具钢，平均含碳量大于含碳量大于1.0%1.0%，主要合金元素为钼钒，含，主要合金元素为钼钒，含量都小于量都小于1.5%1.5%。特殊性能钢的牌号特殊性能钢的牌号 v大多数与合金工具钢相同，个别的与合金结大多数与合金工具钢相同，个别的与合金结构钢相同。构钢相同。v举例：不锈钢2 Cr13表示平均含碳量为0.20%，铬约为（12.5%13.5%）。20 Cr3W3NbN表示平均含碳量为0.20%，钨、铬约为（2.5%3.5%），铌、氮含量都小于1.5%。特殊专用钢的牌号特殊专用钢的牌号 v汉语拼音字母字头汉语拼音字母字头+合
25、金元素符号及含量合金元素符号及含量 v说明：说明：汉语拼音字母字头表示钢的用途；汉语拼音字母字头表示钢的用途；平均含碳量不标注；平均含碳量不标注；牌号中铬元素后面的数字表示含铬量牌号中铬元素后面的数字表示含铬量千分之几千分之几，其它，其它元素仍按元素仍按百分之几百分之几。v举例：举例：G Cr15滚珠轴承钢，含铬为1.5%。G Cr15SiMn滚珠轴承钢，含铬为1.5%，硅、锰含量都小于1.5%。灰铁的牌号灰铁的牌号 v“灰铁灰铁”两字的汉语拼音字母字头两字的汉语拼音字母字头+最低抗拉最低抗拉强度（数字）强度（数字）v例如：例如：HT200HT200：灰铸铁，最低抗拉强度：灰铸铁，最低抗拉强度
26、200Mpa200Mpa。可锻铸铁的牌号可锻铸铁的牌号 由三个字母及两组数字组成。由三个字母及两组数字组成。KTKT（可铁）第三个（可铁）第三个字母表示可锻铸铁的类别：字母表示可锻铸铁的类别：H H表示黑心可锻铸铁，表示黑心可锻铸铁，Z Z表示珠光体可锻铸铁。后面的两组数字分别表示最表示珠光体可锻铸铁。后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和断后伸长率。低抗拉强度和断后伸长率。KTH30010KTH30010：表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度：表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为为300Mpa300Mpa，伸长率为，伸长率为10%10%KTZ55004KTZ55004：表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉
27、强：表示珠光体可锻铸铁，其最低抗拉强度为度为550Mpa550Mpa，伸长率为，伸长率为6%6%。球墨铸铁的牌号球墨铸铁的牌号QT（球铁）及两组数字组成，两组数字分别代表最低抗拉强度和断后伸长率vQT40018QT40018：表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为：表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为400Mpa400Mpa，伸长率为，伸长率为18%18%。vQT6002QT6002：表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为：表示球墨铸铁，其最低抗拉强度为600Mpa600Mpa，伸长率为，伸长率为2%2%。蠕墨铸铁的牌号蠕墨铸铁的牌号v牌号：牌号：“RUT”+RUT”+最低抗拉强度最低抗拉强度v例如：例如：RUT3
28、40RUT340：表示蠕墨铸铁，其最低抗：表示蠕墨铸铁，其最低抗拉强度为拉强度为340Mpa340Mpa。v 金属的性能金属的性能性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 指在服役条件下，能保证安全可靠工作所必备的性能。力学性能力学性能 物理性能物理性能 化学性能化学性能 强度、硬度、塑性、韧性、蠕变和疲劳 熔点、密度以及电、磁、光和热 耐腐蚀和抗老化 性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 铸造铸造 塑性加工塑性加工焊接焊接 指材料的可加工性。热处理热处理 粉末冶金粉末冶金 机械加工机械加工 使用性能使用性能：力学性能力学性能(强度、硬度、塑性、韧性等强度、硬度、塑性、韧性等)；物理性能物理性能（
29、光、电、磁等）；（光、电、磁等）；化学性能化学性能(抗氧化性、抗腐蚀性等抗氧化性、抗腐蚀性等)；其它性能其它性能(耐磨性、热硬性、消振性等耐磨性、热硬性、消振性等)；工艺性能：工艺性能：材料制备、加工过程中所表现的材料制备、加工过程中所表现的 铸造性能铸造性能 （流动性、收缩、偏析等（流动性、收缩、偏析等)；压力加工性能压力加工性能 冷加工性能冷加工性能 锻造性能等锻造性能等 切削加工性切削加工性 焊接性焊接性 热处理性能；热处理性能；等等等等使用性能使用性能 力学性能：力学性能：工程材料在外力作用下所反应出来的性能工程材料在外力作用下所反应出来的性能 又称机械性能又称机械性能 主要包括：强度
30、、塑性、硬度、韧性等主要包括：强度、塑性、硬度、韧性等强度与塑性的测定强度与塑性的测定借助应力应变曲线借助应力应变曲线结构材料最重要、最基本的性能结构材料最重要、最基本的性能力学性能及指标力学性能及指标（一）（一）强度强度 材料抵抗变形或断裂的能力称为。材料抵抗变形或断裂的能力称为。1 弹性极限弹性极限(e)：规定弹性极限：规定弹性极限2 屈服强度：材料开始发生明显塑性变形时的屈服强度：材料开始发生明显塑性变形时的应力值应力值(s),Mpa。3 抗拉强度：材料在破断前所承受的最大应抗拉强度：材料在破断前所承受的最大应力值（力值（b）,Mpa。产生最大均匀塑性变形的抗力。产生最大均匀塑性变形的抗
31、力。4 屈强比（屈强比（s/b）：）：0.60.85 屈强比高，强度利用率高；屈强比高，强度利用率高；屈强比低，安全性高屈强比低，安全性高 综合考虑材料利用率和安全性综合考虑材料利用率和安全性 材料断裂前发生永久不可逆变形的能力。材料断裂前发生永久不可逆变形的能力。(1)伸长率（伸长率（）：）：试样拉断后标距的增长量与原始标距长度之比;=(L断后-L原始)/L原始%=L/L0%(2)断面收缩率（断面收缩率（）：）：试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比.=(A原始-A断后)/A原始%=A/A0%（二）（二）塑性塑性 材料抵抗另一硬物压入其内的能力，即受压时抵材料抵抗另一硬物压入其内的能力
32、，即受压时抵抗表面局部塑性变形的能力。抗表面局部塑性变形的能力。衡量材料软硬程度的指标衡量材料软硬程度的指标 硬度与强度间存在一定关系硬度与强度间存在一定关系 (1)布氏硬度布氏硬度(HB)较软材料较软材料有色金属有色金属 (2)洛氏硬度洛氏硬度(HR)硬度中等硬度中等钢铁材料钢铁材料 具体：具体：HRA、HRB、HRC 其中其中HRC：软硬范围较宽，应用最广：软硬范围较宽，应用最广 （3）维氏硬度）维氏硬度(HV)较硬材料较硬材料（4）显微硬度）显微硬度(HV)测定材料内部微区的相、组织的测定材料内部微区的相、组织的硬度硬度（三）（三）硬度硬度球面压痕单位表面积上所承受的平均压力值球面压痕单
33、位表面积上所承受的平均压力值 较软材料：有色金属、灰口铸铁等较软材料：有色金属、灰口铸铁等 布氏硬度布氏硬度(HB)通常碳素钢：通常碳素钢：bHB测定压痕深度测定压痕深度 HR=(k-h)/0.002 注：注：h:压痕深度压痕深度 k:常数，常数，0.2或或0.26mm;0.002mm:一个洛氏硬一个洛氏硬度单位度单位适合测量的材料适合测量的材料HRA：硬质合金：硬质合金；HRC:淬火钢淬火钢HRB:低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁 洛氏硬度洛氏硬度（HR）维氏硬度：维氏硬度：(HV)压痕单位表面积上压痕单位表面积上所承受的平均压力值所承受的平均压力值金刚石正四棱锥
34、体金刚石正四棱锥体压头压头 硬度表示方法：硬度表示方法：HBS200 HBW400HRA55 HRB30 HRC45HV900 HV1100F（四）韧性（四）韧性 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力力当加载速度极快时，不能用静载荷下的当加载速度极快时，不能用静载荷下的 s、b作失效判据。作失效判据。引入冲击韧性引入冲击韧性(k):用破坏材料时所消耗的功衡量用破坏材料时所消耗的功衡量,是强度与塑性的综合指标是强度与塑性的综合指标5、冲击值金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。称为冲击韧性。符号用 AK 表示 aK
35、 aK 值越大，值越大，表示材料的冲击韧性越好。表示材料的冲击韧性越好。6 6、疲劳强度疲劳强度概念：在交变应力作用下，零件所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断裂的现象称为金属的疲劳。合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用v镍：增加强韧性、耐蚀性、耐磨性、弹性细述和低温冲击抵抗性镍：增加强韧性、耐蚀性、耐磨性、弹性细述和低温冲击抵抗性v铬：增加耐磨性、耐蚀性及高温强度铬：增加耐磨性、耐蚀性及高温强度v钨：增加耐磨性及高温强度、硬度钨：增加耐磨性及高温强度、硬度v硅：增加耐热性、耐蚀性；低合金钢之强度增加，增加电磁气性硅：增加耐热性、耐蚀性；低合金钢之强
36、度增加，增加电磁气性质质v锰：高温之抗拉强度、硬度增加，防止因硫而产生的脆性锰：高温之抗拉强度、硬度增加，防止因硫而产生的脆性v钼：作用与钨相同，但效果大两倍钼：作用与钨相同，但效果大两倍v钴：增加硬度与磁性钴：增加硬度与磁性v钒：增加韧性、耐磨性、淬火性钒：增加韧性、耐磨性、淬火性v钛：增加耐高温强度及对海水的耐蚀性钛：增加耐高温强度及对海水的耐蚀性v铜：增加在空气中之抗氧化性及抗蚀性铜：增加在空气中之抗氧化性及抗蚀性v铝：增加流动性铝：增加流动性v磷：增加耐蚀性，但超过磷：增加耐蚀性，但超过0.10.1时会有热脆性时会有热脆性v硫：增加钢的切削性及热脆性，但一般含量要少硫：增加钢的切削性及
37、热脆性，但一般含量要少v 金属的热处理金属的热处理热处理：热处理：定义定义热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺 热处理的目的：热处理的目的：、提高零件的使用性能；、充分发挥钢材的潜力；、延长零件的使用寿命；、改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。热处理方法有热处理方法有：退火、正火、淬火、回火及表面热处理退火、正火、淬火、回火及表面热处理。热处理使钢性能发生变化的原因：热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。但任何一种均由加热、保温、冷却三阶段所组成。但任何一种均由
38、加热、保温、冷却三阶段所组成。热处理热处理普通（整体）热处理普通（整体）热处理表面热处理表面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表面化学热处理表面化学热处理感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火等激光加热表面淬火等渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗渗金属等渗金属等金属热处理分类金属热处理分类铁碳合金相图（FeFe3C）的组成。1、铁碳合金相图是表示在缓慢冷却（或缓慢加热）条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。LL+Fe3C+Fe3CL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeT JNA1Fe3C4.32.11114872
39、70.770.02186.691495L+0.00080.530.171538912H 铁碳平衡图铁碳平衡图J点点包晶点包晶点 1495 0.17%CC点点共晶点共晶点 1148 4.3%CS点点共析点共析点 727 0.77%LL+Fe3C+Fe3CL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeT JNHA1Fe3C4.32.1111487270.770.02186.691495L+0.0008E点点的最大溶碳量的最大溶碳量 2.11%CP点点的最大溶碳量的最大溶碳量 0.0218%C铁碳平衡图铁碳平衡图铁碳平衡图铁碳平衡图 铁碳合金的五种基本组织：铁素体（F、Fe）奥素体（A、-Fe）渗碳体(
40、Fe3C)珠光体（P）莱氏体（Ld）根据组织特征，将铁碳合金分为七种类型：（1）工业纯铁 Wc0.0218 （2）共析钢 Wc=0.77 （3）亚共析钢 Wc=0.02180.77 （4）过共析钢 Wc=0.772.11 （5）共晶白口铁 Wc=4.3 （6）亚共晶白口铁 Wc=2.114.3 （7）过共晶白口铁 Wc=4.306.69 (2)线的含义：线的含义：ACD线：液相线，在此线的上方所有的铁碳合金都为液体。AECF线：固相线，在此线的下方所有的铁碳合金都为固体。在ACD线与AECF线之间是结晶区，即过渡区。GS线：从线：从A中析出中析出F的开始线，又称的开始线，又称A3线线 ES线：
41、线：C在在A中溶解度曲线，亦称为中溶解度曲线，亦称为Acm线。线。PSK线：共析线，线：共析线，727 ，A1线线 共晶线，温度为1148 727 实际加热，钢转变总高于相图临界点，分别用：实际加热，钢转变总高于相图临界点，分别用：Ac1Ac1、Ac3 Ac3 、AccmAccm；实际冷却，钢转变总低于相图临界点，分别用：实际冷却，钢转变总低于相图临界点，分别用：Ar1Ar1、Ar3Ar3、ArcmArcm。热处理的基础方法热处理的基础方法 退火退火1 1、概念：、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。2 2、退火的主要目的是：、退火的主要目
42、的是：1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织上的准备；3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。2、退火工艺、退火工艺v退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。扩散退火、去应力退火、再结晶退火。v 完全退火完全退火l将工件加热到将工件加热到Ac3+3050保温保温后缓冷的退火工艺，后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析主要用于亚共析钢钢.v 等温退火等温退火v亚共析钢加热到亚共析钢加热到Ac3+3050,共析、过
43、共析钢加热到共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较v 球化退火球化退火v球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l将工件加热到将工件加热到Ac1+30-50 保温后缓冷，或者加热后保温后缓冷，或者加热后快冷到略低于快冷到略低于 Ar1 的温度的温度下保温，使珠光体中的渗下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。
44、主碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。要用于共析、过共析钢。v 去应力退火去应力退火l将工件缓慢加热（将工件缓慢加热（100150/小小时）到时）到500600，经过一段保温，经过一段保温后，随炉缓慢冷却到后，随炉缓慢冷却到300200 以以下，再出炉空冷。下，再出炉空冷。l主要用来消除热加工、冷加工等主要用来消除热加工、冷加工等工件中的残余内应力。工件中的残余内应力。l一般情况下，去应力退火应安排一般情况下，去应力退火应安排在精加工之前，或在淬火之前。在精加工之前，或在淬火之前。v热处理的基础方法热处理的基础方法 退火退火v正火是将亚共析钢加热到正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 5
45、0，共析钢加热到，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢，过共析钢 加热到加热到Accm+30 50保温保温 后空冷的工艺。后空冷的工艺。v正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。v1、正火后的组织：、正火后的组织：0.6%C时，组织为时，组织为F+S；0.6%C时，组织为时，组织为S。正火温度正火温度v2、正火的目的、正火的目的v 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。，目的与退火的相同。v 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。组织准备。l 普通件最终热处理。普通件最终热处理。l要改善切削性
46、能，低碳要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用球火或正火，高碳钢用球化退火。化退火。热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度热处理的基础方法热处理的基础方法淬火淬火1、概念：、概念：将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后快速冷却，以获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。2、淬火加热温度：、淬火加热温度：亚共析钢的淬火加热：Ac3以上3050共析钢和过共析钢的淬火加热：Ac1以上30503、淬火冷却介质淬火冷却介质 常用淬火冷却介质：油、水、盐水、碱水等。其中碳钢适
47、用冷却介质-一般为“水”；合金钢-“油”。4 4、淬火方法：、淬火方法：1）、单液淬火法；2）、双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。3）、马氏体分级淬火；4）、贝氏体等温淬火。5 5、钢的淬透性、淬硬性钢的淬透性、淬硬性 1)、淬透性 、指在规定条件下，钢淬火冷却时所获M组织深度的能力。、用不同的钢制成相同形状、尺寸工件，在同样的淬火条件下，淬透性好的钢获M深度较深；淬透性差的钢获M深度较浅。、淬透性与钢的V临有关；当钢的V临越低钢的淬透性越好。v钢的淬透性越好，淬火回火后截面组织均匀、综合力学性能好。v 钢的淬透性越好在冷却时可用较缓和冷却介质，变形开裂。v淬透性好的钢，其淬硬性不一定好。
48、2 2）淬硬性：）淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度的能力。、淬硬性主要取决于：钢中的含碳量。C%，钢淬硬性。、淬硬性与淬透性是两个完全不同的概念。6 6、淬火缺陷：、淬火缺陷：1）、氧化与脱碳 2）、过热和过烧 3）、变形与开裂 4）、硬度不足 5）、软点热处理的基础方法热处理的基础方法回火回火1、概念：、概念：将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。2、回火目的：、回火目的：1）消除内应力；2）获得所需要的力学性能；3）稳定组织和尺寸。3、淬火钢在回火时组织与性能的变化、淬火钢在回火时组织与性能的变化 其基本的趋势是：随着回火温度的升
49、高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。4、回火的分类及应用。、回火的分类及应用。1）淬火钢回火的组织转变过程是由非平衡组织平衡组织转变，依靠原子扩散而进行的，原子扩散速度取决于温度，温度越高，扩散速度愈高。决定钢回火后的组织、性能的主因素是：回火温度2）回火种类有：、低温回火低温回火：（150-250）-获回火M工件性能：保持高硬度(58-64 HRC)和耐磨性，一定的韧性（钢的淬火应力、脆性）。中温回火中温回火:（350-500）-获回火T 工件性能：高弹性极限、适当韧性，硬度可达：35-50HRC。主用于：弹性零件、热锻模具等。高温回火高温回火：（500-650）-获回火S工件性能：良
50、好的综合力学性能(足够强度、高韧性,硬度15-36 HRC)。广泛用于：受力构件。如：螺栓、连杆、齿轮、曲轴等。调质工艺：淬火调质工艺：淬火+高温回火，高温回火，1 用途：用途：汽车、拖拉机、机床等的重要零件如：汽车、拖拉机、机床等的重要零件如：轴类、连杆、齿轮、螺栓等轴类、连杆、齿轮、螺栓等 2 性能要求性能要求 受力复杂：较大的循环载荷、复合应力受力复杂：较大的循环载荷、复合应力 高强度、良好塑韧性、高的疲劳强高强度、良好塑韧性、高的疲劳强度度 要求高的综合机械性能。要求高的综合机械性能。热处理的基础方法热处理的基础方法调质调质钢的表面热处理钢的表面热处理 概述：概述：在机械设备中，有许多
