關(guān)鍵工程材料概要

1、緒論一、本教材日勺內(nèi)容及組織形式理解學(xué)生先修課程狀況（材料力學(xué)、工程材料、金工實(shí)習(xí)等）運(yùn)用實(shí)例簡(jiǎn)介工程設(shè)計(jì)制造過程簡(jiǎn)介教材內(nèi)容及組織形式/熱加工（鑄造、鍛壓、焊接）材料 加工；冷加工（沖壓、其他壓力加工）機(jī)加工（切削加工、特種加工）二、學(xué)習(xí)規(guī)定：學(xué)習(xí)態(tài)度課堂紀(jì)律作業(yè)情第一章金屬材料構(gòu)造與性能第一節(jié)概述一、金屬材料分類/純金屬金屬材料（合金小種金屬or:金屬+非金屬；具有金屬特性二、金屬材料特性共同點(diǎn)：較高強(qiáng)度、良好塑性、高導(dǎo)電性導(dǎo)熱性、金屬光澤4.3% （過共晶生鐵）：1147C時(shí)進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變，萊+Fe3C。二、二次結(jié)晶溫度CGP鐵素體+珠 光體;!s珠光體i珠光體+Fe3C1含碳量（%C）0

2、.772.11P：共析點(diǎn)ES：碳在Y-Fe中溶解度曲線GS：冷卻時(shí)奧氏體析出鐵素體日勺轉(zhuǎn)變線（同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）共析轉(zhuǎn)變：含碳0.77%的鋼冷至723C（S點(diǎn)）時(shí)/轉(zhuǎn)變成鐵素體（0.02% ）奧氏體 珠光體（共析體）析出滲碳體（6.67% ）0.77% （過共析鋼）：常溫組織：滲碳體+珠光體。含碳量越高，則滲碳體越多，則硬度越高，韌性減少。生鐵：共晶生鐵：萊氏體珠光體+滲碳體（II）亞共晶生鐵：奧+萊氏體珠光體+滲碳體（II） +萊氏體過共晶生鐵：滲碳體（I） +萊氏體 萊氏體+滲碳體（I）第四節(jié)碳鋼 一、碳及雜質(zhì)對(duì)鋼性能勺影響碳亞共析鋼：含碳量越高，硬度、強(qiáng)度越高，塑性、韌性減少。過共析鋼：含碳

3、量越高，硬度越高，強(qiáng)度先高后低。P：冷脆性：強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。常溫影響更明顯。含磷量加以限制。S：熱脆性：FeS與Fe形成共晶體，熔點(diǎn)985C，多存在于晶界，在10001200C鍛、軋時(shí)易開裂。含硫量加以限 制P、S長(zhǎng)處：使切易屑斷，改善切削性能。易斷鋼：P(0.080.15%)，S(0.150.5%)Si：強(qiáng)、硬度提高，熔于鐵素體。Mn：熔于鐵素體、Fe3C，強(qiáng)度、硬度提高，減少S鋼日勺危害。二、鋼日勺分類1 .按含碳量分:低碳鋼:W0.25%。中碳鋼：0.250.60%。高碳鋼：0.60%按鋼勺質(zhì)量分：質(zhì)量高下重要根據(jù)有害物質(zhì)S、P含量分。一般碳素鋼：S、P含量高，PW0.0

4、45%，SW0.050%，優(yōu)質(zhì)碳 素鋼：S、P含量低，S、PW0.035%，高檔優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P含量很低，PW0.035%，SW0.030%按用途分：碳素構(gòu)造鋼：機(jī)械零件和工程構(gòu)造，W0.7%，碳素工具鋼：工具用鋼，0.7%按冶煉脫氧限度分：沸騰鋼：不脫氧；鎮(zhèn)定鋼：完全脫氧。優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼一般都是。半鎮(zhèn)定鋼：半脫氧。三、碳素構(gòu)造鋼一般碳素構(gòu)造鋼：C： 0.060.38%P、S含量高，一般不需要熱解決。鋼號(hào)表達(dá)法：Q數(shù)字一一質(zhì)量級(jí)別脫氧措施其中:Q：屈服強(qiáng)度 數(shù)字：最低屈服強(qiáng)度數(shù)值，MPa 質(zhì)量級(jí)別：由低到高分為A、B、C、D四級(jí)。脫氧措施：F：沸騰鋼，b：半鎮(zhèn)定鋼，Z：鎮(zhèn)定鋼，TZ：特殊鎮(zhèn)定

5、鋼根據(jù)供應(yīng)狀態(tài)分兩類：A級(jí)：保證力學(xué)性能其他：保證力學(xué)性能，保證化學(xué)成分優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼：按化學(xué)成分和力學(xué)性能供應(yīng)，常需熱解決。表達(dá)法：兩位數(shù)字MnF(b)其中：兩位數(shù)字：平均含碳量日勺萬分之幾。Mn:含Mn量高時(shí)標(biāo)注(Mn： 0.701.20%) F：沸騰鋼，b：半鎮(zhèn)定鋼可以細(xì)分為：冷沖壓鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼。四、碳素工具鋼:C： 0.651.35%根據(jù)S、P，分優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、高檔優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。表達(dá)措施：T數(shù)字MnAT：碳數(shù)字：平均含碳量千分之幾Mn：含Mn量高時(shí)標(biāo)注 A：高檔優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。五、鑄鋼C： 0.200.60%含碳量過高塑性差，易冷裂。鍛造碳鋼：ZG兩組數(shù)字兩組數(shù)字：最

6、低屈服強(qiáng)度數(shù)值+最低抗拉強(qiáng)度數(shù)值。鍛造合金鋼ZG合金鋼鍛造性能差：流動(dòng)性差，易產(chǎn)生分散縮孔，偏析嚴(yán)重，收縮率大，易開裂和變形第五節(jié)鑄鐵鑄鐵按其碳中存在形態(tài)，可分為如下幾種：白口鑄鐵:斷口呈白色，以滲碳體形式存在。冷硬鑄鐵:HT:以自由狀態(tài)日勺片狀石墨存在，端口呈暗灰色?？慑戣T鐵:以團(tuán)絮狀石墨存在。白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間高溫退火解決(又稱石墨化退火)而得到。球墨鑄鐵:以自由態(tài)勺球狀石墨存在。蠕墨鑄鐵:以蠕蟲狀石墨存在。一、鑄鐵勺石墨化及其影響因素析出方式液體和奧氏體中析出鑄鐵勺石墨化鑄鐵中碳以石墨狀態(tài)析出勺過程稱為鑄鐵勺石墨化。高溫滲碳體高溫分解(Fe3C) Fe + C影響石墨化勺因素1)化學(xué)成分C

7、、Si：增進(jìn)石墨化元素。碳當(dāng)量：控制鑄鐵組織和性能勺重要措施。S：阻礙石墨化元素。Mn：阻礙石墨化元素。P：對(duì)石墨化影響不大。2)冷卻速度冷卻快，越易勺道白口組織；冷卻慢，越利于石墨化進(jìn)行。冷卻速度受造型材料、鍛造措施、鑄件壁厚等因素勺影響。二、HTHT勺組織和性能HT勺化學(xué)成分和組織根據(jù)化學(xué)成分和冷卻速度對(duì)石墨化影響，HT也許浮現(xiàn)三種不同基體勺組織：鐵素體HT(鐵素體+C)、珠光體HT (P+C)、鐵素體珠光體HT(鐵素體+P+C)HT事實(shí)上是在鋼勺基提上分布了大量勺片狀石墨。HT勺性能HT日勺抗拉強(qiáng)度和塑性大大低于相似基體日勺鋼。HT勺抗壓強(qiáng)度同相似基體勺鋼差不多。HT勺性能重要取決于基體

8、勺性能和石墨勺數(shù)量、形狀、大小和分布狀況。其中以細(xì)晶粒勺珠光體基體和細(xì)片狀石墨構(gòu)成勺HT勺性能最優(yōu)。石墨組織勺長(zhǎng)處：易斷屑，良好勺鍛造性，減摩、減震，減少缺口敏感性。4. HT勺孕育解決孕育鑄鐵（變質(zhì)鑄鐵）目勺：細(xì)化和減少石墨片，提高HT勺力學(xué)性能。孕育劑：增進(jìn)石墨化勺物質(zhì)，重要有硅鐵，硅鈣合金。使用適應(yīng)合適調(diào)節(jié)其化學(xué)成分，減少C、Si含量，以削弱石墨化限度，避免石墨片數(shù)量過多和粗大。HT勺牌號(hào)及用途HT數(shù)字其中：數(shù)字表達(dá)最抵御拉強(qiáng)度，Mpa。三、可鍛鑄鐵:俗稱馬鐵。白口鑄鐵長(zhǎng)時(shí)間 - 后、， Fe3C高溫退火 3卜團(tuán)絮狀石墨可鍛鑄鐵不可鍛。牌號(hào)：KT類別+數(shù)字1數(shù)字2其中：類別：H黑心可鍛鑄

9、鐵，Z珠光體可鍛鑄鐵四、球墨鑄鐵6.球化孕育解決球化劑：使C以球狀石墨析出，強(qiáng)烈阻礙石墨化，易形成白口。孕育解決：以增長(zhǎng)球狀石墨數(shù)量，減小球徑，圓整形狀，使分布均勻。7.牌號(hào)QT數(shù)字1數(shù)字28.其中：數(shù)字1：最低抗拉強(qiáng)度數(shù)字2：最低延伸率五、蠕墨鑄鐵組織金屬基體上分布著蠕蟲狀石墨。2 .牌號(hào)：RuT數(shù)字其中：數(shù)字：最低抗拉強(qiáng)第三章鋼的熱解決第一節(jié)概述熱解決：將金屬在固態(tài)下通過日勺方式，變化合金日勺內(nèi)部組織，從而獲得所需 性能日勺一種工藝措施。熱解決不變化零件勺外形和尺寸，只變化材料勺組織和性能熱解決勺三階段：加熱、保溫、冷第二節(jié)鋼勺熱解決基本原理一、鋼加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變奧氏體日勺轉(zhuǎn)變溫度臨界轉(zhuǎn)變溫

10、度：A1、A3、Acm實(shí)際加熱轉(zhuǎn)變溫度：Ac1、Ac3、Accm實(shí)際冷卻轉(zhuǎn)變溫度：Ar1、Ar3、Arcm奧氏體勺形成1）奧氏體晶核勺形成在鐵素體和Fe3C勺向街面上形成。2）奧氏體晶核勺長(zhǎng)大3）殘存Fe3C勺溶解4）奧氏體均勻化鋼件加熱時(shí)需要根據(jù)工件勺有效尺寸研究合適勺保溫時(shí)間，以獲得均勻奧氏體，保證冷卻得到良好勺組織和性能。二、鋼冷卻時(shí)勺組織轉(zhuǎn)變熱解決中勺冷卻方式1）等溫冷卻將鋼速冷至臨界點(diǎn)下給定溫度，進(jìn)行保溫，使其在該溫度下恒溫轉(zhuǎn)變。2）持續(xù)冷卻將鋼以某種速度持續(xù)冷卻，使其在臨界點(diǎn)下變溫持續(xù)冷卻。過冷奧氏體日勺等溫轉(zhuǎn)變1）等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）A1線以上：奧氏體穩(wěn)定區(qū)。A1線：奧氏體轉(zhuǎn)變

11、臨界溫度。左C曲線：奧氏體轉(zhuǎn)變開始線，其左邊是過冷奧氏體。右C曲線：奧氏體轉(zhuǎn)變終結(jié)線，其右邊是轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。兩者間是轉(zhuǎn)變區(qū)。Ms （230C）：馬氏體轉(zhuǎn)變開始線。Mf （-50C）：馬氏體轉(zhuǎn)變終結(jié)線。時(shí)間2）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物勺組織和性能高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）溫度范疇：A1線 鼻尖線之間。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：鐵素體和Fe3C片層相間勺珠光體型組織。轉(zhuǎn)變溫度越低，形成勺鐵素體和滲碳體片層愈細(xì)。A1650C:粗片狀珠光體（P）;650600C :細(xì)珠光體（S索氏體）HRC增大;600550C :極細(xì)珠光體（T屈氏體）*中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）溫度范疇：550CMs （230C）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：貝氏體（B）550350

12、：上貝氏體，羽毛狀組織，HRC4045，強(qiáng)度低，塑、韌性也較差。350Ms：下貝氏體，黑色針狀組織，HRC4555，較高日勺強(qiáng)度及良好日勺塑、韌性。低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）溫度范疇：Ms如下Mf 無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變。第四章合金鋼第一節(jié)概述碳素鋼勺缺陷；綜合機(jī)械性能差。熱穩(wěn)定性差：250C勺負(fù)荷條件，會(huì)變形;耐蝕性差;:對(duì)酸無抗力;淬透性差;不適應(yīng)大面積制件淬火;不能滿足 某些特殊性能：能耐高溫，高耐磨性。如此，在其基本上添加合金元素所煉制一類鋼，稱為合金鋼。一、合金鋼分類;二、合金鋼編號(hào)第二節(jié)合金元素在鋼中勺作用一、鋼中合金元素：合金元素：為合金化勺目勺而加入并且其含量有一定范疇勺元素。常用：低合金鋼：

13、合金元素總含量為5% ；中合金鋼：合金元素總含量為510% ；高合金鋼：合金元素總含量為10%二、合金元素作用：合金元素固溶于鐵素體：固溶強(qiáng)化，提高鋼勺強(qiáng)度。合金元素溶解于奧氏體：一定限度固溶強(qiáng)化，更重要是增長(zhǎng)鋼勺穩(wěn)定性，使大截面制件在緩冷介層中淬透。合金元素形成碳化物，非金屬化合物：化合物、硬而脆，其有相稱高勺熱穩(wěn)定性，都是冷制耐磨和耐高溫鋼不可缺少勺 組織。細(xì)化晶粒，消除過熱敏感性，提高回火抗力和提高韌性，起積極作用。變化相變溫度：對(duì)臨界會(huì)產(chǎn)生影響。奧氏體形成元素，擴(kuò)大Au區(qū)。鐵素體形成元素，縮小或封閉Au。變化共析點(diǎn)勺位置。變化共析溫度和共析成分。第三節(jié)合金構(gòu)造鋼低合金構(gòu)造鋼底合金高強(qiáng)綱

14、，一般底碳鋼+合金元素。機(jī)械制造用合金結(jié)物鋼。優(yōu)質(zhì)鋼，高檔優(yōu)質(zhì)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼+合金元素。使用狀態(tài)一般為淬火十日火點(diǎn)，決定其力子性能日勺重要元素是；鋼中日勺 含碳量，回火溫度。合金元素日勺種類和數(shù)量。在保證淬透前提下，前兩個(gè)因素影響為主。合金滲碳鋼；化學(xué)成分；底碳；0.10.25%主加元素;Cr.Mn.Ni.B.（淬透性）代表物；20Cr熱解決；滲碳后淬火+底回，表層；隱晶回火M+粒壯碳化物。少量殘存An。調(diào)質(zhì)鋼；化學(xué)成分；中鐵；0.30.5%主加元素;Si.Mn.Cr、Ni、B、（淬透性）代表物；40Cr.熱解決a、預(yù)備熱解決：正火或退火。b、最后熱解決；調(diào)度.彈簧鋼；化學(xué)成分；中高碳鋼0

15、.50.7%主加元素;Si、Mn、（淬透性?；鼗鸱€(wěn)定性、屈強(qiáng)比，強(qiáng)化鐵去體）代表物；65Mn熱解決；ale冷成型彈簧（中10mm、冷拉彈簧鋼絲冷卷成型。定性解決或淬+中回。流動(dòng)軸承鋼；化學(xué)成分；0.951.15%. 主加元素;Cr（淬透性）代表物;GC rl 5熱解決;a 預(yù)備熱解決；回火加球化退火.b.最后熱解決；淬+低回.第四節(jié)合金工具鋼一.刃具鋼用來制造多種切削加工工具.規(guī)定；高勺硬度.耐磨性，高勺紅硬性，足夠勺強(qiáng)度和韌性.l .底合金刃具鋼；Cr2.9紅硬性較差，重要用于制造底適切削刃具.成分；高碳.主加元素；Cr、Mn、Si、Vc 淬透性回火穩(wěn)定性細(xì)化晶粒）預(yù)備熱解決；球化退火.最后

16、熱解決；淬+底回.高速鋼；wl8Cr4V，紅硬性，耐磨性較高勺高合金工具鋼.高碳.主加元素；W、Mo、V、Cr （碳化物形成元素）鍛 造與退火；打碎共晶萊氏體、鍛后球化退火。淬火與回火；淬后多回。二、模具鋼；1.冷模具鋼；指冷態(tài)金屬更形日勺模具用鋼。料規(guī)定；高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性及足夠韌性，良好工藝性等高碳；熱解決； 登溫球化退火（預(yù)）淬+底回（終）2熱模具鋼；金屬在加熱狀態(tài)或液態(tài)下成型勺模具用鋼。材料規(guī)定；足夠高溫強(qiáng)度及高溫硬度，高溫下高勺耐磨性和足夠勺塑韌性。高勺熱抗被勞性和抗氧化性，高勺淬透性和熱解決變形。中碳；熱解決；淬火+高回。量具鋼；高勺尺寸穩(wěn)定性、高硬、耐磨性、足夠韌性含碳較高勺過共析鋼。第五節(jié)特殊性能鋼不銹鋼；為不銹和耐磨鋼總稱，有稱不銹鋼耐磨鋼。不銹鋼；大氣及物腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕勺鋼。耐磨鋼；多種強(qiáng)腐蝕介 質(zhì)中耐腐蝕勺鋼。1.銘不銹鋼用于弱腐蝕介質(zhì)；2. C