第1章 工程材料

1、精品課程立體化教材系列精品課程立體化教材系列 制造工程基礎(chǔ)賈江鳴 浙江理工大學工業(yè)工程系手機郵件：制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所教材結(jié)構(gòu)o 第1章 工程材料o 第2章 鑄造成形o 第3章 金屬塑性成形o 第5章 金屬切削基礎(chǔ)o 第6章 金屬切削加工o 第7章 機械加工工藝設(shè)計o 第8章 機械加工工藝控制o 第9章 典型零件加工o 第10章 機械裝配 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所考核方式o 70%期末+30%平時（作業(yè)和點名）o 期末閉卷考試（必修課）o 如何理解成績的三公：公開、公正和公平制造工程基礎(chǔ)制

2、造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所第第01章章 工程材料工程材料o 第一節(jié)第一節(jié) 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能工程材料的結(jié)構(gòu)與性能o 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的結(jié)晶與二元合金相圖金屬的結(jié)晶與二元合金相圖o 第三節(jié)第三節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理o 第四節(jié)第四節(jié) 常用的工程材料常用的工程材料 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所機械工程材料機械工機械工程材料程材料金屬金屬材料材料非金屬非金屬材料材料黑色金屬黑色金屬鋼鋼有色金屬有色金屬鑄鐵鑄鐵合金鋼合金鋼無機非金屬材料無機非金屬材料有機材料有機材料塑料塑料橡膠橡膠陶瓷陶瓷合成纖維合成纖維鋁合金鋁合金銅合金銅合金其他有色合金其

3、他有色合金制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所工程材料工程材料-工程材料的結(jié)構(gòu)與性能工程材料的結(jié)構(gòu)與性能o 金屬材料的結(jié)構(gòu)金屬材料的結(jié)構(gòu)o 非金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織非金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織o 工程材料的性能工程材料的性能 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所金屬材料的結(jié)構(gòu)金屬材料的結(jié)構(gòu)o 工程材料分為：金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復(fù)合材料o 固體物質(zhì)按其原子或分子的聚集狀態(tài)可分為晶體和非晶體兩類o 晶體是內(nèi)部質(zhì)子（原子、離子或分子）在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體o 晶體具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定的熔點、各向異性的特點o 非晶體沒

4、有固定的熔點且各向同性 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所金屬材料與非金屬材料金屬材料與非金屬材料制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所金屬材料金屬材料-晶體點陣晶體點陣制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所金屬材料金屬材料-晶體結(jié)構(gòu)的基本類型晶體結(jié)構(gòu)的基本類型體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方立方晶格密排六方立方晶格制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所動畫示意制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所金屬材料金屬材料-晶體缺陷晶體缺陷1、點缺陷（空位

5、、雜質(zhì)）、點缺陷（空位、雜質(zhì)）2、線缺陷、線缺陷3、面缺陷、面缺陷制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所晶格畸變制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所合金的結(jié)構(gòu)合金的結(jié)構(gòu)o 合金可通過溶合成均勻液體和凝固而得o 組成合金的獨立的、最基本的單位稱為組元o 組元的數(shù)目分為：二元合金、三元合金和多元合金等o 合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一，并以界面相互隔開的組成部分為相o 固溶體、金屬化合物、機械混合物制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所固溶體動畫演示制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所非金屬材料非金

6、屬材料-陶瓷陶瓷o 陶瓷材料（無機玻璃、玻璃陶瓷、晶體陶瓷）o 晶體相：陶瓷的主要組成相，多為多相多晶體，在晶粒生長過程中，易析出一些雜質(zhì)，通常聚集在晶界上o 玻璃相：非晶態(tài)低熔點固體相，將分散的晶體相粘接在一起，填補晶體間的空隙；玻璃相熔點低，熱穩(wěn)定性差，其中存在雜質(zhì)使得陶瓷的絕緣性降低；工業(yè)陶瓷中玻璃相含量控制為20%-40%；o 氣相：陶瓷中存在體積5%-10%的氣孔，成為組織中的氣相；氣孔使陶瓷組織致密性下降，密度減少，能夠吸收震動，應(yīng)力集中，強度降低，絕緣性下降；特種陶瓷的氣孔率在5%以下；制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所非金屬材料非金屬材料-高分子材料

7、高分子材料o 高分子材料以分子量大于10000的高分子化合物為主要組成部分的材料o 包含各種添加劑：固化劑、增塑劑、穩(wěn)定劑等o 高分子鏈結(jié)構(gòu)：線型、支型和體型o 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：晶態(tài)、非晶態(tài)、取向態(tài)和液晶態(tài)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所工程材料的性能工程材料的性能彈性階段彈性階段彈性極限彈性極限 p屈服階段屈服階段屈服點屈服點 s強化階段強化階段強度極限強度極限 b頸縮階段頸縮階段制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所工程材料主要參數(shù) 工程材料的剛度、強度、彈性、塑性是通過拉伸實工程材料的剛度、強度、彈性、塑性是通過拉伸實驗來測定的，標準試樣

8、如圖所示，把試樣安裝在拉伸試驗來測定的，標準試樣如圖所示，把試樣安裝在拉伸試驗機上，并對試樣施加一個緩慢增加的軸向拉力，試樣驗機上，并對試樣施加一個緩慢增加的軸向拉力，試樣產(chǎn)生變形，直至斷裂。產(chǎn)生變形，直至斷裂。 力學性能（機械性能）：力學性能（機械性能）：指工程材料具有的抵抗一定指工程材料具有的抵抗一定外力作用而不被破壞的性能。工程材料的力學性能主要有：外力作用而不被破壞的性能。工程材料的力學性能主要有：剛度、強度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和剛度、強度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞強度等。疲勞強度等。 拉伸曲線：拉伸曲線：以低碳鋼為例，其拉伸曲線如圖以低碳鋼為例，其

9、拉伸曲線如圖1-91-9所示，所示，負荷為縱坐標，絕對伸長量為橫坐標。負荷為縱坐標，絕對伸長量為橫坐標。0kbsePPPbsePl低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線1.1.強度強度 拉伸曲線拉伸曲線oeoe段是直線，段是直線，金屬材料處在彈性變形階金屬材料處在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比例關(guān)系，服從虎克定律，其關(guān)系，服從虎克定律，其比值稱彈性模量，是衡量比值稱彈性模量，是衡量材料抵抗彈性變形能力的材料抵抗彈性變形能力的指標。指標。 1 1）彈性極限）彈性極限。 金屬材料產(chǎn)生完全彈性變形時所能承受的最金屬材料產(chǎn)生完全彈性變形時所能承受的最大應(yīng)力值，單位大應(yīng)力值，單位MPaMPa

10、 。即。即0APeeeP發(fā)生完全彈性變形的最大載荷（發(fā)生完全彈性變形的最大載荷（N）；）；0A原始橫截面積（原始橫截面積（mm2 ）。）。式中式中2 2）抗拉強度。）抗拉強度。 當負荷繼續(xù)增加超過當負荷繼續(xù)增加超過s s點后，變形量隨著負點后，變形量隨著負荷的增加而急劇增加，當負荷超過荷的增加而急劇增加，當負荷超過b b點，變形集中在試樣的點，變形集中在試樣的某一部位上，試樣在該部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，拉伸變形集中某一部位上，試樣在該部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，拉伸變形集中在縮頸處。繼續(xù)施加負荷，試樣在在縮頸處。繼續(xù)施加負荷，試樣在k k點斷裂。材料斷裂前所點斷裂。材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，即為抗拉強度（強

11、度極限），它也是試承受的最大應(yīng)力，即為抗拉強度（強度極限），它也是試樣能夠保持均勻塑性變形的最大應(yīng)力樣能夠保持均勻塑性變形的最大應(yīng)力 。 b0APbbbP試樣被拉斷前所承受的最大載荷（試樣被拉斷前所承受的最大載荷（N）；）；0A試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mm2 ）。）。式中式中3 3）屈服點）屈服點 。 開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力稱為屈服點，開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力稱為屈服點，其含義指在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力，其含義指在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力，也即材料抵抗微量塑性變形的能力。也即材料抵抗微量塑性變形的能力。 s0APss 條件屈服極限：條件屈服極

12、限：有些塑性較低的材料沒有明顯的屈服有些塑性較低的材料沒有明顯的屈服點，難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。故規(guī)定當試樣產(chǎn)點，難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。故規(guī)定當試樣產(chǎn)生生0.2%0.2%的塑性變形時所對應(yīng)的應(yīng)力作為材料開始產(chǎn)生明顯的塑性變形時所對應(yīng)的應(yīng)力作為材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的屈服強度，稱為條件屈服極限塑性變形時的屈服強度，稱為條件屈服極限 。 2 . 0 零件設(shè)計時對塑性材料采用屈服強度；脆性材料采用零件設(shè)計時對塑性材料采用屈服強度；脆性材料采用抗拉強度?？估瓘姸?。 sP試樣發(fā)生屈服時的載荷（試樣發(fā)生屈服時的載荷（N）；）；0A試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mm2 ）。）

13、。式中式中2.2.塑性塑性 塑性塑性指金屬材料在靜載荷作用時，在斷裂前產(chǎn)生塑性指金屬材料在靜載荷作用時，在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力，反映材料塑性的力學性能指標有延伸率變形的能力，反映材料塑性的力學性能指標有延伸率 和和斷面收縮率斷面收縮率 。1 1）延伸率。）延伸率。 指試樣拉斷后其標距長度的相對伸長值。即指試樣拉斷后其標距長度的相對伸長值。即 %10000lllk2 2）斷面收縮率。）斷面收縮率。 指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大相對收縮值。相對收縮值。 %10000AAAkkl試樣斷裂后的標距長度；試樣斷裂后的標距長度；0l試樣的原始標距長度；試樣的原始標距

14、長度；式中式中kA試樣斷裂出的最小橫截面積；試樣斷裂出的最小橫截面積；0A試樣的原始橫截面積試樣的原始橫截面積；式中式中3.3.硬度硬度 硬度硬度指金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，也是衡指金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，也是衡量金屬材料軟硬程度的一種力學性能指標。工程上常用的量金屬材料軟硬程度的一種力學性能指標。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。 1 1）布氏硬度）布氏硬度HBS(HBW)HBS(HBW)。 布氏硬度是在布氏硬度計上進行測布氏硬度是在布氏硬度計上進行測量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球為壓頭，以相應(yīng)的實量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合

15、金球為壓頭，以相應(yīng)的實驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后，卸除實驗力，在試驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后，卸除實驗力，在試樣表面形成壓痕，以壓痕球形表面所承受的平均負荷作為布樣表面形成壓痕，以壓痕球形表面所承受的平均負荷作為布氏硬度值。氏硬度值。 222HBS(HBW)dDDDF布氏硬度實驗原理圖布氏硬度實驗原理圖F實驗力（實驗力（kgf）；）；D球體直徑（球體直徑（mm）；）；d壓痕平均直徑（壓痕平均直徑（mm）。）。式中式中 在做布氏試驗時，只需測量出在做布氏試驗時，只需測量出d值即可從有關(guān)表格上值即可從有關(guān)表格上查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為鋼球時，為查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為鋼球時

16、，為HBSHBS，適用于，適用于布氏硬度布氏硬度450450以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時，為以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時，為HBWHBW，適用于布氏硬度適用于布氏硬度650650以下的材料。以下的材料。優(yōu)點：測量結(jié)果準確，優(yōu)點：測量結(jié)果準確，缺點：壓痕大，不適合成品檢驗缺點：壓痕大，不適合成品檢驗。 2 2）洛氏硬度洛氏硬度。 洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為測洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為測量硬度值的依據(jù)。可以直接從洛氏硬度計的表盤上讀出，量硬度值的依據(jù)?？梢灾苯訌穆迨嫌捕扔嫷谋肀P上讀出，它是一個相對值，它是一個相對值，人們規(guī)定每人們規(guī)定每0.002mm0.002mm壓痕深度為一個

17、洛氏壓痕深度為一個洛氏硬度單位。洛氏硬度用硬度單位。洛氏硬度用HRAHRA、HRBHRB和和HRCHRC來表示來表示。HRCHRC采用采用頂頂角為角為120120的金剛石的金剛石圓圓錐體錐體為壓頭，施加為壓頭，施加150kgf150kgf的外力，主的外力，主要用于淬火鋼等較硬材料的測定，常用硬度值為要用于淬火鋼等較硬材料的測定，常用硬度值為20-67HRC20-67HRC； HRAHRA采用外加載荷為采用外加載荷為60kgf60kgf，用于測量高硬度薄層，常用硬用于測量高硬度薄層，常用硬度值為度值為70-85HRA70-85HRA；HRBHRB采用直徑采用直徑1.588mm1.588mm的鋼球

18、，的鋼球，100kgf100kgf的的外加載荷，用于硬度較低的材料，常用硬度值為外加載荷，用于硬度較低的材料，常用硬度值為25-100HRB25-100HRB。優(yōu)點：測量迅速簡便，壓痕小，可在成品零件上檢測優(yōu)點：測量迅速簡便，壓痕小，可在成品零件上檢測 。3 3）維氏硬度）維氏硬度HVHV。 測試的基本原理與布氏硬度相同，但測試的基本原理與布氏硬度相同，但壓頭采用錐面夾角壓頭采用錐面夾角136136的金剛石正四棱錐體，維氏硬度的金剛石正四棱錐體，維氏硬度試驗所用載荷小，壓痕深度淺，適用于測量零件薄的表試驗所用載荷小，壓痕深度淺，適用于測量零件薄的表面硬化層的硬度。試驗載荷可任意選擇，故可測硬度

19、范面硬化層的硬度。試驗載荷可任意選擇，故可測硬度范圍寬，工作效率較低。圍寬，工作效率較低。4. 疲勞強度疲勞強度1 1）交變應(yīng)力（周期性應(yīng)力）交變應(yīng)力（周期性應(yīng)力）。 應(yīng)力的大小、方向周期應(yīng)力的大小、方向周期性變化。有對稱周期性應(yīng)力性變化。有對稱周期性應(yīng)力和非對稱周期性應(yīng)力。和非對稱周期性應(yīng)力。2）疲勞）疲勞。 構(gòu)件在低于屈服強度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)構(gòu)件在低于屈服強度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過較長時間工作而發(fā)生突然斷裂，而無明顯的塑性變過較長時間工作而發(fā)生突然斷裂，而無明顯的塑性變形的現(xiàn)象形的現(xiàn)象。3）疲勞曲線）疲勞曲線。 反映承受的交變應(yīng)力與斷裂前的應(yīng)力周期反映承受的交變應(yīng)力與斷裂前的應(yīng)力周期次

20、數(shù)間的關(guān)系曲線，如圖所示。次數(shù)間的關(guān)系曲線，如圖所示。疲勞曲線疲勞曲線4 4）疲勞極限。）疲勞極限。 由圖可見，應(yīng)力由圖可見，應(yīng)力愈高，循環(huán)次數(shù)愈少，反之亦然。愈高，循環(huán)次數(shù)愈少，反之亦然。 當應(yīng)力低到一定值時，循環(huán)次數(shù)當應(yīng)力低到一定值時，循環(huán)次數(shù)無窮大，表示材料可經(jīng)無限次應(yīng)無窮大，表示材料可經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不失效；此應(yīng)力即為疲力循環(huán)而不失效；此應(yīng)力即為疲勞強度（疲勞極限）。對稱彎曲勞強度（疲勞極限）。對稱彎曲疲勞極限用疲勞極限用 表示表示 ；無限次當無限次當然不是數(shù)學上的無窮大，只是一然不是數(shù)學上的無窮大，只是一個很大的數(shù)而已，對于鋼鐵材料個很大的數(shù)而已，對于鋼鐵材料為為10107 7，有

21、色金屬材料為，有色金屬材料為10108 8 。15. 沖擊韌度沖擊韌度 指金屬材料抵抗沖擊負荷的能力，可用擺錘沖擊試驗指金屬材料抵抗沖擊負荷的能力，可用擺錘沖擊試驗機來測定金屬材料的沖擊值。沖擊韌度值可用下式計算。機來測定金屬材料的沖擊值。沖擊韌度值可用下式計算。FGhGHFAkkk沖擊韌度（沖擊韌度（J/cm2 ） ；kA沖擊吸收功（沖擊吸收功（J）；）；G擺錘重量（擺錘重量（N）；）；H擺錘抬升高度（擺錘抬升高度（m）；）；h擺錘沖擊后的高度（擺錘沖擊后的高度（m）；F試樣缺口底部處橫截面積（試樣缺口底部處橫截面積（cm2 ）。）。式中式中制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先

22、進制造研究所影響力學性能的主要因素 1、含碳量 含碳量越高，強度和硬度越高，但塑性顯著降低。 2、雜質(zhì)元素：有益Si、Mn，有害S、P 3、合金元素 加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學性能，并獲得某些特殊的物理和化學性能。 4、溫度 一般，低溫條件下強度有所增加，塑性和沖擊韌性下降 ，高溫條件下相反。 5、熱處理工藝制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所工程材料的其他性能o 物理性能：密度、熔點、熱膨脹性、套熱性、導電性、磁性o 化學性能：耐酸性、抗氧化性、耐腐蝕性o 工藝性能：鑄造性能、塑性加工性能、焊接性能、切削加工性能制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江

23、理工大學先進制造研究所1.2 金屬的結(jié)晶與二元合金相圖-金屬結(jié)晶過程 1、晶胚； 2、晶核形成； 3、晶核長大和新的晶核產(chǎn)生；4、晶核長大； 5、所有液態(tài)形成晶核 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所結(jié)晶曲線與過冷現(xiàn)象1、理論結(jié)晶溫度2、過冷現(xiàn)象：實際結(jié)晶過程只有在理論結(jié)晶溫度以下才能進行的現(xiàn)象叫過冷現(xiàn)象。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所過冷度對于晶核形成率和成長速率的影響1、晶體與液體的自由能差（F），是晶核形成和長大的驅(qū)動力；2、液體中原子遷移能力或擴散系數(shù)（D），是晶核形成和長大的必須條件。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理

24、工大學先進制造研究所細化晶粒方法1. 控制過冷度 為結(jié)晶過程提供了更多的能量 。2. 變質(zhì)處理 在液態(tài)金屬中加入一定變質(zhì)劑（粉末狀、細顆變質(zhì)劑（粉末狀、細顆粒）粒），促進形核，以增加晶核數(shù)目或抑制晶粒長大，從而細化晶粒。 3. 機械振動法（如攪動）超聲波振動法等。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變FeFeFe同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變在固態(tài)下，隨著溫度的變化，金屬的晶體在固態(tài)下，隨著溫度的變化，金屬的晶體結(jié)構(gòu)從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程。結(jié)構(gòu)從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程。L1538 1394 912 一種金屬能以幾種晶格類型存

25、在的性質(zhì) 稱為同素異晶性。Fe、Sn、Ti、Mn溫度時間1538 1394 912 體心面心體心FeFeFeFe制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所典型合金-鐵碳合金鐵碳合金中的基本相中有:l鐵素體（F）l奧氏體(A)l滲碳體(Fe3C)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所珠光體和萊氏體Ld制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所五種基本組織的關(guān)系C溶入溶入-Fe溶入溶入-FeFAFe3C與與Fe化化合合P混混合合LdLd混混合合混合混合制造工

26、程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鐵碳合金平衡狀態(tài)圖鐵碳合金平衡狀態(tài)圖o 1、相圖（狀態(tài)圖）o 2、相圖的組成 （1）縱坐標：溫度； （2）橫坐標：成分； （3）圖中的每一條相變線； （4）每一相變線組成的相區(qū)。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所狀態(tài)圖表示合金系的成分、溫度、組織、狀態(tài)之間關(guān)系的圖表。 狀態(tài)圖溫度時間1538 1394 912 體心面心體心1538 1394 912 成分狀態(tài)圖的作用是研究合金的成分、溫度、組織、狀態(tài)之間變化規(guī)律的工具。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鐵碳相圖中的特性點及意義鐵碳相

27、圖中的特性點及意義AESPQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.02C%C%114114881538 1538 727727P PL LAF F溫度912912CFe3C6.696.69FA純鐵的熔點。DFe3C的熔點。 EC在-Fe中的最大溶解度點。1148 2.11%C 鋼和鐵的分界點。L Ld d制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所相圖“點”介紹C共晶點，1148 4.3%C 共晶點發(fā)生共晶反應(yīng)的點。 共晶反應(yīng) 在一定的溫度下，由一定成分的液體同時結(jié)晶出一定成分的兩個固相的反應(yīng)。 共晶反應(yīng)的產(chǎn)物共晶體機械混合物 L（4.3%C） A（2

28、.11%C ）+ Fe3C （6.69%C ）1148Ld G 純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點。 912 P C在-Fe中的最大溶解度點。727 0.02%C 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所相圖“點”介紹 S 共析點。 727 0.77% 共析點 發(fā)生共析反應(yīng)的點。 共析反應(yīng)在一定的溫度下，由一定成分的固相同時結(jié)晶出一定成分的另外兩個固相另外兩個固相的反應(yīng)。 共析反應(yīng)的產(chǎn)物 共析體 機械混合物 A A（0.77%C0.77%C） F F（0.002%C 0.002%C ）+ Fe+ Fe3 3C C（6.69%C 6.69%C ）727727P P制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)

29、制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所相圖“線”介紹AESPQGKD4.34.32.112.110.770.770.020.02C%C%114114881538 1538 L Ld d727727P PL LAF F溫度912912CFe3C6.696.69FAECFAECF線固相線 ACDACD線液相線AEAEA A析出終了線ECFECF共晶線 1148ACAC析出A ACDCD析出 FeFe3 3C CAL+Fe3CL+Fe3CF+AA+A+LdLd + Fe3C制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所相圖“線”介紹ES線 C在-Fe中的溶解度曲線。析出二次Fe3CG

30、S線 溶解度曲線 AF GP線 F析出終了線。PSK線 共析線 727PQ線 碳在-Fe中的溶解度曲線。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所相圖“區(qū)”介紹（1）單相區(qū)：L、F、A、Fe3C （2）兩相區(qū)：L+A、L+ Fe3C、A+F、F+ Fe3C（3）三相區(qū)：L+A+ Fe3C、A+F+ Fe3C制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所Fe-Fe3C制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所工業(yè)純鐵、鋼和生鐵的分類、成分及室溫組織制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鋼和生鐵相圖轉(zhuǎn)變2 23 31

31、1LAAL+P1 1LAAL+A+P+F4 43 32 2F4 41 1LL+A+P+Fe3C2 23 3AAFe3C1 1L2 2LdLd1 1LA+L+LdP+Fe3C+LdA+Ld +3 32 2AFe3C3 31 1L2 2L+ Fe3CFe3C+Fe3C+LdLd 共析鋼: 亞共析鋼: 過共析鋼: 共晶生鐵: 亞共晶生鐵: 過共晶生鐵:鐵鐵碳碳合合金金平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)圖圖 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所一些顯微圖片鐵素體的顯微組織鐵素體的顯微組織制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所一些顯微圖片奧氏體的顯微組織奧氏體的顯微組織制

32、造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所一些顯微圖片珠光體的顯微組織珠光體的顯微組織制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所一些顯微圖片萊氏體的顯微組織萊氏體的顯微組織制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所一些顯微圖片亞共析鋼顯微組織亞共析鋼顯微組織過共析鋼顯微組織過共析鋼顯微組織制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所一些顯微圖片亞共晶白口生鐵組織亞共晶白口生鐵組織過共晶白口生鐵組織過共晶白口生鐵組織制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鐵碳合金的化學成分、組織和性能的關(guān)系鐵碳合金

33、的化學成分、組織和性能的關(guān)系o按照鐵碳相圖, 鐵碳合金在室溫下的組織都由F和Fe3C兩相組成。隨碳含量的增加, F的量逐漸變少, 由100%按直線關(guān)系變至0%(碳質(zhì)量分數(shù)為6.69%C時); Fe3C的量則逐漸增多, 由0%按直線關(guān)系變至100%。o在室溫下, 碳含量不同時, 不僅F和Fe3C的質(zhì)量分數(shù)變化, 而且兩相相互組合的形態(tài)即合金的組織也在變化。o 合金含碳量 組 織 小于0.0218% 組織全部為F 等于0.77%C 組織全部為P 等于4.3%C 組織全部為Ld 等于6.69%C 組織全部為Fe3C在上述碳含量之間, 則為相應(yīng)組織組成物的混合組織。隨碳含量增大, 組織按下列順序變化：

34、FF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+ LdLdLd+Fe3CIFe3C制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用o鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用； o鑄造工藝方面的應(yīng)用； o熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用；o熱處理工藝方面的應(yīng)用。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所1.3 鋼的熱處理 熱處理：熱處理：將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。 熱處理的三個階段熱處

35、理的三個階段：加熱、保溫、冷卻：加熱、保溫、冷卻。如圖所示是最基本。如圖所示是最基本的熱處理工藝曲線。的熱處理工藝曲線。溫溫度度加熱加熱保溫保溫冷卻冷卻時間時間 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所1.3 鋼的熱處理 熱處理是由加熱、保溫和冷卻三個基本環(huán)節(jié)組成的。 在大多數(shù)熱處理工藝中，鋼加熱的主要目的是獲得奧氏體組織。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所奧氏體的形成珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變示意圖（1）奧氏體晶核形成（2）奧氏體晶核長大 （3）殘余滲碳體溶解 （4）奧氏體成分均勻化 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)

36、浙江理工大學先進制造研究所奧氏體的粒度加熱溫度、保溫時間、加熱速度、化學成分 碳含量: 合金元素: 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 鋼在冷卻時，主要的冷卻方式有兩種: 一種是等溫冷卻，另一種是連續(xù)冷卻。 不同冷卻方式示意圖 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線 (1)碳含量 (2)合金元素 (3)加熱溫度和保溫時間制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所珠光體型組織的形成制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所退火o 退火，就是將金屬或合金加熱到適當溫度，

37、保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的實質(zhì)是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體型轉(zhuǎn)變。退火后的組織，對亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體;對共析或過共析鋼則是粒狀珠光體?？傊?，退火組織是接近平衡狀態(tài)的組織。o 降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。 o 細化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織及成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理做準備。 o 消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所正火 o 將鋼加熱到Ac3(或Accm)以上3050，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱 處理工藝稱為正火。由于正火將鋼加熱到完全奧

38、氏體化狀態(tài)，使鋼中原始組織的缺陷基本消除，然后再控制以適當?shù)睦鋮s速度，所以正火得到以索氏體為主的組織。 o 正火與退火兩者的目的基本相同，但正火的冷卻速度比退火稍快，故正火鋼組織比較細，它的強度、硬度比退火鋼高。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所淬火 o 鋼的淬火就是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當速度冷卻獲得馬氏體和(或)下貝氏體組織的熱處理工藝。 o 淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體(或下貝氏體)型轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，獲得所需的力學性能。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制

39、造研究所淬火加熱溫度 在具體選擇鋼的淬火加熱溫度時，除了遵循一般原則外，還應(yīng)考慮工件的化學成分、技術(shù)要求、尺寸形狀、原始組織以及加熱設(shè)備、冷卻介質(zhì)等諸多因素的影響，對加熱溫度予以適當調(diào)整。 碳鋼的淬火加熱溫度范圍制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所淬火介質(zhì) 生產(chǎn)中實際使用的淬火介質(zhì)可分為兩大類: 一類是工件在冷卻過程中會發(fā)生物態(tài)變化的介質(zhì); 另一類是不發(fā)生物態(tài)變化的介質(zhì)。其冷卻特性的不同，直接影響了工件的冷卻速度。 鋼在理想淬火介質(zhì)中冷卻速度示意圖 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所淬火冷卻方法 單液淬火: 雙介質(zhì)淬火:馬氏體分級淬火: 下

40、貝氏體等溫淬火: 延遲淬火冷卻: 局部淬火: 深冷處理:常用淬火方法冷卻曲線示意圖 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所回火 o 回火就是鋼淬硬后，再加熱到低于Ac1以下的某一溫度，保溫一定的時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。o 回火的目的:合理調(diào)整力學性能，使工件滿足使用要求;穩(wěn)定組織，使工件在使用過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而保證工件的形狀、尺寸不變;降低或消除內(nèi)應(yīng)力，以減少工件的變形并防止開裂。o 淬火鋼回火時力學性能總的變化趨勢是：隨著回火溫度的上升，硬度、強度降低，塑性、 韌性升高。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所回火對淬火鋼硬度

41、的影響不同碳含量的碳鋼回火溫度與硬度的關(guān)系制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所回火對鋼的強度、塑性和韌性的影響 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鋼的表面熱處理 感應(yīng)加熱示意圖制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所感應(yīng)加熱表面淬火后的組織及性能感應(yīng)加熱表面淬火后的組織:感應(yīng)加熱表面淬火后的力學性能: 硬度: 疲勞強度: 耐磨性: 淬火鋼感應(yīng)加熱表面淬火后的組織、硬度與加熱溫度之間關(guān)系制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鋼的化學熱處理 滲碳 (1)滲碳概述 (2)氣體滲碳 (3)滲碳后的熱處理

42、及其性能 滲碳后的熱處理: 滲碳淬火后的組織: 一類是從表面到心部組織依次為馬氏體+殘余奧氏體馬氏體心部組織; 另一類是馬氏體+殘余奧氏體+碳化物馬氏體+殘余奧氏體馬氏體心部組織。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所滲氮氣體滲氮工藝曲線制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所1.4 常用工程材料機械工機械工程材料程材料金屬金屬材料材料非金屬非金屬材料材料黑色金屬黑色金屬鋼鋼有色金屬有色金屬鑄鐵鑄鐵合金鋼合金鋼無機非金屬材料無機非金屬材料有機材料有機材料塑料塑料橡膠橡膠陶瓷陶瓷合成纖維合成纖維鋁合金鋁合金銅合金銅合金其他有色合金其他有色合金制造工

43、程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所常用金屬材料-碳素鋼1 1）按鋼的含碳量分類：）按鋼的含碳量分類： 低碳鋼低碳鋼 中碳鋼中碳鋼 高碳鋼高碳鋼 %25. 0%04. 0cw%6 . 0%25. 0cwcw%6 . 02 2）按鋼的質(zhì)量分類）按鋼的質(zhì)量分類：有害雜質(zhì)硫、磷的含量：有害雜質(zhì)硫、磷的含量普通碳素鋼普通碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼 %050. 0 %,045. 0spww%035. 0 %,035. 0spww%030. 0 %,035. 0spww1.分類分類制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所碳素鋼3 3

44、）按用途分為：按用途分為： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：碳素結(jié)構(gòu)鋼： 制造各種機器零件及工程構(gòu)件，大都是低碳制造各種機器零件及工程構(gòu)件，大都是低碳鋼、中碳鋼，屬普通鋼、中碳鋼，屬普通碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼。碳素鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼。 碳素工具鋼：碳素工具鋼： 制造各種刃具、量具和模具等，大都是高碳制造各種刃具、量具和模具等，大都是高碳鋼，屬優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。鋼，屬優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。4 4）按冶煉時脫氧程度的不同分類）按冶煉時脫氧程度的不同分類沸騰鋼：不脫氧的鋼；沸騰鋼：不脫氧的鋼；鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧鋼；鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧鋼；半鎮(zhèn)靜鋼：半脫氧鋼。半鎮(zhèn)靜鋼：半脫氧鋼。 5）按金相組織分）按金相組織分亞共析鋼、共析鋼、過共析

45、鋼。亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所碳素鋼2.2.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 含碳量在含碳量在0.06%0.06% 0.38%0.38%之間，硫、磷含量較高，在供應(yīng)狀態(tài)下之間，硫、磷含量較高，在供應(yīng)狀態(tài)下使用，不需熱處理。常用于一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件。其牌號（表使用，不需熱處理。常用于一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件。其牌號（表示方法）由代表屈服點的字母示方法）由代表屈服點的字母Q Q、屈服點的數(shù)值、質(zhì)量等級符號屈服點的數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A(A、B B、C C、D)D)和脫氧方法符號和脫氧方法符號(F(F、b b、Z Z、TZ)TZ)組成。如

46、組成。如Q235-AQ235-AF F，表示，表示其屈服點為其屈服點為235MPa235MPa，質(zhì)量等級為質(zhì)量等級為A A級，沸騰鋼。級，沸騰鋼。3.3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 按化學成分和力學性能供應(yīng)，雜質(zhì)含量少，表面質(zhì)量、組織結(jié)按化學成分和力學性能供應(yīng)，雜質(zhì)含量少，表面質(zhì)量、組織結(jié)構(gòu)的均勻性較好，需經(jīng)熱處理，用于重要的零件。其牌號采用兩位構(gòu)的均勻性較好，需經(jīng)熱處理，用于重要的零件。其牌號采用兩位數(shù)字來表示，表示該鋼號的平均含碳量的萬分之幾。根據(jù)含錳量不數(shù)字來表示，表示該鋼號的平均含碳量的萬分之幾。根據(jù)含錳量不同分為普通含錳量（同分為普通含錳量（0.25%0.25% 0.8%0.8%）

47、和較高含錳量（）和較高含錳量（0.75%0.75% 1.2%1.2%）兩種，后者加兩種，后者加“MnMn”，如，如2020鋼為含碳鋼為含碳0.2%0.2%，65Mn65Mn為含碳為含碳0.65%0.65%，較高，較高含錳量。含錳量。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所合金鋼1. 分類分類合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼建筑及工程用鋼或構(gòu)件用鋼建筑及工程用鋼或構(gòu)件用鋼機器制造用鋼機器制造用鋼滲碳鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼彈簧鋼滾動軸承鋼滾動軸承鋼刃具鋼刃具鋼模具鋼模具鋼量具鋼量具鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼耐磨鋼耐磨鋼磁鋼磁鋼1）按用途分）按用

48、途分:制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所合金鋼2 2）按合金元素含量（質(zhì)量分數(shù)）分：）按合金元素含量（質(zhì)量分數(shù)）分：3 3）按所含合金元素種類分為：）按所含合金元素種類分為：鉻鋼、錳鋼、鎳鋼、鉻錳鋼、鉻鋼、錳鋼、鎳鋼、鉻錳鋼、硅錳鋼等。硅錳鋼等。4 4）按金相組織分為：）按金相組織分為：珠光體鋼、馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧珠光體鋼、馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼。氏體鋼。 低合金鋼（合金元素總含量低合金鋼（合金元素總含量10%）制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所合金鋼1 1）低合金結(jié)構(gòu)鋼。）低合金結(jié)構(gòu)鋼。 Q+Q+ +質(zhì)量等級符號，如質(zhì)量等級符

49、號，如Q345CQ345C；Q Q表示屈表示屈服點的服點的“屈屈”，345345表示屈服點數(shù)值，表示屈服點數(shù)值，C C表示質(zhì)量等級，有表示質(zhì)量等級，有A A、B B、C C、D D、E E五個等級。五個等級。 2 2）合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼。 數(shù)字數(shù)字+ +化學元素符號化學元素符號+ +數(shù)字數(shù)字，前面數(shù)字表示鋼的平，前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以萬分之幾表示，后面數(shù)字表示該合金元素的平均含量，均含碳量，以萬分之幾表示，后面數(shù)字表示該合金元素的平均含量，以百分之幾表示，但低于以百分之幾表示，但低于1.5%1.5%時不標。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼在最后加時不標。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼在最后加“A”A”字，字，如如60

50、Si2Mn60Si2Mn，滾動軸承鋼，滾動軸承鋼，GCr15SiMnGCr15SiMn。4 4）特殊性能鋼。特殊性能鋼。數(shù)字數(shù)字+ +化學元素符號化學元素符號+ +數(shù)字數(shù)字。前面數(shù)字表示鋼的平均含。前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以千分之幾表示，但當平均含碳量小于等于碳量，以千分之幾表示，但當平均含碳量小于等于0.03%0.03%時標為時標為0000，小，小于等于于等于0.08%0.08%時標為時標為0 0，如如2Cr132Cr13。 3 3）合金工具。）合金工具。數(shù)字數(shù)字+ +化學元素符號化學元素符號+ +數(shù)字。前面數(shù)字表示鋼的平均含數(shù)字。前面數(shù)字表示鋼的平均含碳量，以千分之幾表示，但高于碳量，

51、以千分之幾表示，但高于1.0%1.0%時不標，高速鋼例外，其低于時不標，高速鋼例外，其低于1.0%1.0%時也不標，其余同合金結(jié)構(gòu)鋼，如時也不標，其余同合金結(jié)構(gòu)鋼，如5CrMnMo5CrMnMo。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鑄鐵 鑄鐵鑄鐵含碳量大于含碳量大于2.11%2.11%的鐵碳合金，一般含碳量的鐵碳合金，一般含碳量2.5%2.5% 4.0%4.0%，含有較多，含有較多的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。 1）白口鑄鐵。）白口鑄鐵。即生鐵即生鐵,碳除少量溶于鐵素體外，絕大部分以滲碳體形碳除少量溶于鐵素體外，絕大部分以滲碳體形式存在，其斷口呈銀

52、白色。特點是硬和脆，難以加工，但耐磨。一般式存在，其斷口呈銀白色。特點是硬和脆，難以加工，但耐磨。一般不直接用來制造機器零件，常用作煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵件。不直接用來制造機器零件，常用作煉鋼原料或制造可鍛鑄鐵件。 2 2）灰鑄鐵。）灰鑄鐵。碳主要以自由狀態(tài)的片狀石墨形態(tài)存在，碳主要以自由狀態(tài)的片狀石墨形態(tài)存在，斷口為暗灰色。強度低，塑性差，但易切削，減摩斷口為暗灰色。強度低，塑性差，但易切削，減摩消振性好，且鑄造性能好，應(yīng)用最廣泛。消振性好，且鑄造性能好，應(yīng)用最廣泛。 3 3）可鍛鑄鐵。）可鍛鑄鐵。碳主要以團絮狀石墨形態(tài)存在，因碳主要以團絮狀石墨形態(tài)存在，因而有較高的塑性和韌性。用于受沖擊和

53、振動的薄壁而有較高的塑性和韌性。用于受沖擊和振動的薄壁小件?？慑戣T鐵由白口鑄鐵經(jīng)高溫退火處理獲得小件?？慑戣T鐵由白口鑄鐵經(jīng)高溫退火處理獲得。 4 4）球墨鑄鐵。）球墨鑄鐵。 鐵液在澆注前經(jīng)球化處理，碳大鐵液在澆注前經(jīng)球化處理，碳大部分或全部以自由狀態(tài)的球狀石墨存在，有時出部分或全部以自由狀態(tài)的球狀石墨存在，有時出現(xiàn)少量團絮狀。強度、塑性均高于可鍛鑄鐵，抗現(xiàn)少量團絮狀。強度、塑性均高于可鍛鑄鐵，抗拉強度甚至高于碳鋼。拉強度甚至高于碳鋼。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鑄鋼1 1）鑄鋼件。）鑄鋼件。將鋼液直接鑄成零件毛坯，以后不再進行鍛造將鋼液直接鑄成零件毛坯，以后

54、不再進行鍛造的鋼件。常用于要求較高而復(fù)雜的零件。的鋼件。常用于要求較高而復(fù)雜的零件。 2 2）含碳量。）含碳量。 鑄造碳鋼的含碳量在鑄造碳鋼的含碳量在0.20%0.20% 0.60%0.60%之間，含之間，含碳量太高則塑性差，易冷裂，硫、磷含量在碳量太高則塑性差，易冷裂，硫、磷含量在0.040%0.040%以下。以下。 3 3）牌號。）牌號?！癦G+ZG+兩組數(shù)字兩組數(shù)字”表示，數(shù)字分別表示最低屈服表示，數(shù)字分別表示最低屈服點和最低抗拉強度的值。如點和最低抗拉強度的值。如ZG200-400ZG200-400 。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所有色金屬 純銅的性能特

55、點：純銅的性能特點：具有很高的導電導熱性，僅次于銀；具有很高的導電導熱性，僅次于銀；化學穩(wěn)定性高，抗大氣腐蝕性好，無磁性，塑性好，但強化學穩(wěn)定性高，抗大氣腐蝕性好，無磁性，塑性好，但強度低。度低。 工業(yè)生產(chǎn)中通常稱鐵和鐵基合金為黑色金屬，而把工業(yè)生產(chǎn)中通常稱鐵和鐵基合金為黑色金屬，而把鐵和鐵基合金以外的金屬稱為有色金屬。鐵和鐵基合金以外的金屬稱為有色金屬。1.銅及銅合金銅及銅合金 銅及其合金是人類應(yīng)用最早的金屬，目前工業(yè)上使銅及其合金是人類應(yīng)用最早的金屬，目前工業(yè)上使用的主要有工業(yè)純銅、黃銅、青銅。用的主要有工業(yè)純銅、黃銅、青銅。 1）工業(yè)純銅。）工業(yè)純銅。 純銅呈玫瑰紅色，因表面經(jīng)常形成一層

56、紫純銅呈玫瑰紅色，因表面經(jīng)常形成一層紫紅色的氧化物，俗稱紅色的氧化物，俗稱紫銅，電解銅紫銅，電解銅。其熔點為。其熔點為108310830 0C C，密密度為度為8.96g/cm8.96g/cm3 3，為面心立方晶格。為面心立方晶格。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所銅1 1） 純銅純銅T+T+順序號，順序號，T1,T2, T3,T4T1,T2, T3,T4；序號越大，純度越低。序號越大，純度越低。 2 2） 黃銅黃銅以鋅為主要合金元素的銅基合金。它具有良好的力學性能、以鋅為主要合金元素的銅基合金。它具有良好的力學性能、加工成形性、導電性和導熱性，價格較低，是重有色

57、金屬中應(yīng)用最廣加工成形性、導電性和導熱性，價格較低，是重有色金屬中應(yīng)用最廣的金屬材料?？煞譃槠胀ê吞厥恻S銅兩類，按加工方式分為壓力加工的金屬材料?？煞譃槠胀ê吞厥恻S銅兩類，按加工方式分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅黃銅和鑄造黃銅。3）青銅）青銅除黃銅、白銅以外的銅合金均稱為青銅。工業(yè)上常用的有錫青除黃銅、白銅以外的銅合金均稱為青銅。工業(yè)上常用的有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。一般都有高的耐蝕性、較高的導電導熱性及良銅、鋁青銅、鈹青銅等。一般都有高的耐蝕性、較高的導電導熱性及良好的切削加工性。分為好的切削加工性。分為壓力加工青銅和鑄造青銅壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。前者的代號為兩類。前者的代號為Q+Q+第

58、一個主加元素的化學符號及其名義質(zhì)量分數(shù)第一個主加元素的化學符號及其名義質(zhì)量分數(shù)- -數(shù)字（其它合金元素的數(shù)字（其它合金元素的名義質(zhì)量分數(shù)），如名義質(zhì)量分數(shù)），如QSn4-3QSn4-3表示含錫表示含錫4%4%，含鋅，含鋅3%3%，后者的代號為，后者的代號為ZCuZCu+ +合合金元素金元素1 1的化學符號及其名義質(zhì)量分數(shù)的化學符號及其名義質(zhì)量分數(shù)+ +合金元素合金元素2 2及其名義質(zhì)量分數(shù)及其名義質(zhì)量分數(shù)+ +如如ZCuSn10Zn2.ZCuSn10Zn2.制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學先進制造研究所鋁和鋁合金1 1）工業(yè)純鋁。）工業(yè)純鋁。其熔點為其熔點為660.37660.

59、370 0C C，密度為密度為2.7g/cm2.7g/cm3 3，為面心立方晶格，為面心立方晶格，呈銀白色。強度（呈銀白色。強度（=80=80100MPa100MPa）和硬度和硬度(20HBS)(20HBS)很低，塑性很低，塑性(=80%)(=80%)很很高，有良好的導熱導電性。工業(yè)純鋁為高，有良好的導熱導電性。工業(yè)純鋁為L1-L7L1-L7，其順序數(shù)越大，純度越其順序數(shù)越大，純度越低。低。2 2）鋁合金鋁合金。 由于純鋁的強度低，不宜作承力結(jié)構(gòu)材料，向純鋁中加由于純鋁的強度低，不宜作承力結(jié)構(gòu)材料，向純鋁中加入適量的硅、銅、鎂、鋅、錳等元素，通過固溶強化，沉淀硬化及組入適量的硅、銅、鎂、鋅、錳

60、等元素，通過固溶強化，沉淀硬化及組織強化，而得到的高強度合金。織強化，而得到的高強度合金。 鋁合金的分類：鋁合金的分類：根據(jù)鋁合金的成分以及生產(chǎn)工藝特點，鋁合金可根據(jù)鋁合金的成分以及生產(chǎn)工藝特點，鋁合金可分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。鋁合金的一般類型相圖如圖分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。鋁合金的一般類型相圖如圖1-281-28所示，所示，在在D D點以左的合金，在加熱到點以左的合金，在加熱到DFDF線以上時，得到單相固溶體組織，塑性線以上時，得到單相固溶體組織，塑性好，適于壓力加工，故稱形變鋁合金；成分在好，適于壓力加工，故稱形變鋁合金；成分在F F點以左的合金，冷卻時點以左的合金，冷卻時組織不隨