機(jī)械基礎(chǔ)-第二節(jié)黑色金屬、第三節(jié)有色金屬及其合金

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q+屈服強(qiáng)度+質(zhì)量等級符號+脫氧符號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)+（元素符號）碳素工具鋼：T+數(shù)字+（A）數(shù)字為碳含量萬分?jǐn)?shù)。如45、65Mn數(shù)字為碳含量千分?jǐn)?shù)，A高級優(yōu)質(zhì)鋼。如T8、T10A合金結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)+合金元素+數(shù)字

兩位數(shù)為碳含量的萬分?jǐn)?shù)，后面數(shù)字是元素含量的百分?jǐn)?shù)，如果元素含量低于1.5%，只注符號，不標(biāo)含量。如20Cr、60Si2Mn。滾動軸承鋼：G+合金元素+數(shù)字?jǐn)?shù)字是元素含量的千分?jǐn)?shù)。如GCr15合金工具鋼：一位數(shù)+合金元素+數(shù)字一位數(shù)為碳含量千分?jǐn)?shù)，碳超過1%時不注，其他同合金結(jié)構(gòu)鋼。如CrWMn、9Mn2V不銹鋼：主要有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9等。灰鑄鐵：HT+最低抗拉強(qiáng)度可鍛鑄鐵：KT+最低抗拉強(qiáng)度—最小伸長率KT后如有H、Z，H指黑心（鐵素體），Z指珠光體。如KT300—06、KTZ550—04球墨鑄鐵：QT+最低抗拉強(qiáng)度—最小伸長率如Q235A、Q275如HT300如QT400—18耐熱鋼：主要有1Cr13Si13、4Cr14Ni14W2Mo、4Cr9Si2等。鑄鋼：主要有ZGMn13。復(fù)習(xí)提問1、指出下列材料的牌號和含義HT150；GCr15；40Cr；9SiCr；W18CrV；1Cr13；KTZ550-04；15MnTi；60Si2MnHT150——GCr15——40Cr——9SiCr——最小抗拉強(qiáng)度為150MPa的灰鑄鐵。鉻平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的滾動軸承鋼。平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，鉻含量小于1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%、硅和錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%的合金工具鋼。復(fù)習(xí)提問1、指出下列材料的牌號和含義W18Cr４V——1Cr13——KTZ550-04——碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%、鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為４%、釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%的合金工具鋼。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%的不銹鋼。最低抗拉強(qiáng)度為550MPa、最小伸長率為4%、珠光體組織的可鍛鑄鐵。復(fù)習(xí)提問1、指出下列材料的牌號和含義15MnTi——60Si2Mn——平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%，錳、鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%、硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、錳含量小于1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。復(fù)習(xí)提問1、指出下列材料的牌號和含義2、什么是奧氏體？奧氏體存在于什么狀態(tài)下？奧氏體性能如何？奧氏體是碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。奧氏體只存在于高溫下。奧氏體有一定的強(qiáng)度、硬度和良好的塑性、韌性，適于進(jìn)行鍛壓加工。

(一)鋼的熱處理原理1．概述

熱處理是將鋼在固態(tài)加熱到一定溫度，并在此溫度保持一定時間，然后以選定的冷卻速度冷卻，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而獲得所需要性能的一種金屬加工工藝。根據(jù)熱處理的目的和工藝方法的不同，熱處理可分為：六、鋼的熱處理

熱處理方法雖然很多，但任何一種熱處理工藝都是由加熱、保溫、和冷卻三個階段所組成的。熱處理工藝過程可用在溫度一時間坐標(biāo)系中的曲線圖表示，這種曲線稱為熱處理工藝曲線。

2．鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變

在熱處理工藝中，鋼的加熱目的是為了獲得奧氏體，奧氏體是鋼在高溫狀態(tài)時的組織，其強(qiáng)度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及其均勻化程度，對鋼冷卻后的組織和性能有重要影響。因此，鋼在加熱時，為了得到細(xì)小均勻的奧氏體晶粒，必須嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時間，以求在冷卻后獲得高性能的組織。

3．鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

冷卻是熱處理的關(guān)鍵工序，成分相同的鋼經(jīng)加熱獲得奧氏體組織后，以不同的速度冷卻時，將獲得不同的力學(xué)性能。

(二)鋼的退火與正火

1．退火與正火的目的

退火與正火常作為中間熱處理，主要目的是：降低硬度，以利切削；消除殘余應(yīng)力，防變形、開裂；細(xì)化晶粒、改善組織，為最后的熱處理作好準(zhǔn)備。

2、退火工藝及應(yīng)用

鋼的退火是將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織狀態(tài)的熱處理工藝。

鋼的退火方法很多，常用的有完全退火、球化退火和去應(yīng)力退火。(1)完完全全退退火火將鋼鋼加加熱熱到到Ac3以上上20～～60℃℃，，保保溫溫后后隨隨爐爐緩緩冷冷到到600℃℃以以下下，，再再出出爐爐空空冷冷到到室室溫溫。。主要要用用于于亞亞共共析析鋼鋼的的鑄鑄件件、、鍛鍛件件、、熱熱軋軋型型材材和和焊焊接接結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的的退退火火。。(2)球球化化退退火火將鋼鋼加加熱熱到到Ac1以上上20～～40℃℃，，緩緩冷冷到到600℃℃出出爐爐空空冷冷到到室室溫溫。。主要要用用于于消消除除共共析析鋼鋼和和過過共共析析鋼鋼組組織織中中的的粗粗片片狀狀珠珠光光體體，，降降低低硬硬件件度度和和提提高高塑塑性性。。(3)去去應(yīng)應(yīng)力力退退火火將鋼加加熱到到Ac1以下溫溫度（（一般般500～～650℃℃），，保溫溫后隨隨爐緩緩冷到到200～～300℃℃出爐爐空冷冷到室室溫。。主要用用于消消除鑄鑄件、、焊件件及切切削加加工件件的應(yīng)應(yīng)力，，減小小變形形，穩(wěn)穩(wěn)定尺尺寸。。由于加加熱溫溫度較較低，，過程程中無無相變變發(fā)生生。3、正火工工藝及及應(yīng)用用正火是是指將將鋼件件加熱熱到Ac3（亞亞共析析鋼））或Accm（（過共共析鋼鋼）以以上30～～50℃，，經(jīng)保保溫后后在空空氣中中冷卻卻的熱熱處理理工藝藝。正火與與退火火的主主要區(qū)區(qū)別是正火火冷卻卻速度度稍快快，得得到的的組織織較細(xì)細(xì)小，，強(qiáng)度度、硬硬件度度有所所提高高，操操作簡簡單，，生產(chǎn)產(chǎn)周期期短，，成本本低。。所以以在實實際生生產(chǎn)中中，凡凡是能能用正正火代代替退退火的的零件件，就就不采采用退退火處處理。。(三)淬火火1．淬淬火淬火是是將鋼鋼的組組織加加熱到到Ac3或Acm以上30～～50℃以上，保溫溫一定時間間后在水、鹽鹽水或油中中快速冷卻的的熱處理工工藝。淬火的目的的是獲得馬馬氏體組織織，使鋼具具有高硬度度和高耐磨磨性。（1）淬火火工藝1）淬火火加熱溫度度對于亞共析析鋼，淬火火溫度一般為Ac3以上30～50℃；對于共析鋼或或過共析鋼鋼，淬火加熱溫度為為Ac1以以上30～～50℃。在實際生產(chǎn)產(chǎn)中，還需需根據(jù)工件件形狀、尺尺寸、淬火火介質(zhì)等綜綜合考慮。。2）淬火加加熱時間包括升溫和和保溫時間間。3）淬火火冷卻介質(zhì)質(zhì)生產(chǎn)中，常常用的冷卻卻介質(zhì)是水水、油、堿堿或鹽類水水溶液。（2）淬火火冷卻方法法單液淬火、、雙液淬火火、分級淬淬火、等溫溫淬火1）單液淬淬火法將加熱后的的鋼件放到到一種淬火火介質(zhì)中連連續(xù)冷卻到到室溫。操作簡單，，易實現(xiàn)自自動化；但但易產(chǎn)生淬淬火缺陷。。2）雙液淬淬火法將加熱后鋼鋼件先放到到冷卻能力力較強(qiáng)的介介質(zhì)（水或或鹽堿溶液液）中，待待溫度降到到300～～400℃℃時，取出出迅速投入入到冷卻速速度較慢的的油中冷卻卻到室溫。。此法可有效效地降低內(nèi)內(nèi)應(yīng)力，防防止鋼件的的變形和開開裂。3）分級淬淬火法將加熱鋼件件先放入鹽鹽浴或堿浴浴中冷卻，，停留一段段時間，待待其心部與與表面的溫溫差減小后后再取出放放在空氣中中冷卻。此法比雙質(zhì)質(zhì)介淬火容容易控制，，能防止鋼鋼件變形和和開裂，而而且硬度也也較均勻。。適用于形狀狀復(fù)雜、尺尺寸較小、、要求精密密的零件。。4）等溫淬淬火法將加熱鋼件件放到溫度度稍高于230℃的的鹽浴中，，停留較長長時間后，，取出在空空氣中冷卻卻。此法淬火后后的鋼件硬硬度較低，，但能在獲獲得高強(qiáng)度度的同時還還具有良好好的塑性；；應(yīng)力和變變形都很小小，但生產(chǎn)產(chǎn)周期長、、效率低。。主要用于形狀復(fù)復(fù)雜、強(qiáng)度度和韌性要要求較高的的鋼件。2、鋼的淬淬透性與淬淬硬性淬透性是指指鋼在一定定條件下淬淬火時淬硬硬層所能進(jìn)進(jìn)入的深度度。如果某種材材料的淬硬硬層深，我我們就說它它的淬透性性好。淬硬性指鋼鋼在理想條條件下淬火火所能達(dá)到到最高硬度度的能力。。淬透性好的的鋼，其淬淬硬性不一一定高。3、淬火缺缺陷及防止止方法（1）硬度度不足原因：加熱熱溫度過低低，保溫時時間不足或或冷卻速度度太慢。消除辦法：：正火后重重新淬火。。（2）過熱熱或過燒過熱或過燒燒，使鋼脆脆性增加、、強(qiáng)度低、、塑性和韌韌性變差。。原因：加熱熱溫度過高高或保溫時時間過長。。消除辦法：：正火或退退火后重新新淬火。（3）變形形或開裂原因：鋼件件在加熱或或冷卻時，，工件表層層與心部溫溫差較大。。解決辦法：：變形可校校正，開裂裂只能報廢廢。(四)回火鋼的回火是是指將淬火火后的鋼，，在組織轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏氏體的臨界界溫度以下下加熱，保保溫一定時時間，然后后冷卻到室室溫的熱處處理工藝。。1、淬火鋼鋼件回火的的目的①消除或減少少淬火應(yīng)力力，降低脆性，，防止工件件變形開裂裂。②穩(wěn)定組織，，從而穩(wěn)定工件的的尺寸。③調(diào)整硬度、強(qiáng)度度，提高塑塑性，使工件獲得較好的力學(xué)性能。2．回火種類常用的回火火方法有低溫回火、中溫回火、高溫回火。2．回火種類①低溫回火火（150～250℃）目的：減小小淬火應(yīng)力力和脆性、、保持淬火火后的高硬硬度和耐磨磨性。應(yīng)用：各種工模具具、滾動軸軸承及滲碳碳、表面淬淬火的零件件。②中溫回火（（350～～500℃℃）目的：獲得得高的彈性性極限、屈屈服強(qiáng)度和和較好的韌韌性。應(yīng)用：用于各種彈彈簧和某些些模具。③高溫回火（（500～～650℃℃）目的：獲得得強(qiáng)度、塑塑性、韌性性都較好的的綜合力學(xué)學(xué)性能。應(yīng)用：用于各種重重要結(jié)構(gòu)件件，也可作作為某些精精密零件的的預(yù)先熱處處理。調(diào)質(zhì)處理=淬火+高高溫回火，，所以中碳范范圍的結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼又稱調(diào)質(zhì)鋼。常用的表面面熱處理方方法有表面面淬火及化化學(xué)熱處理理兩種。（一）表面淬火（1）火焰焰加熱表面面淬火（2）感應(yīng)應(yīng)加熱表面面淬火七、鋼的表表面熱處理理表面淬火視視頻（二）化學(xué)熱處理理化學(xué)熱處理理是指將鋼鋼件放入一一定溫度的的活性介質(zhì)質(zhì)中保溫，，使一種或或幾種元素素滲入它的的表層，以以改變其表表層化學(xué)成成分、組織織和性能的的熱處理工工藝?；瘜W(xué)熱處理理種類很多多，最常用用的是滲碳碳和滲氮。。（1）鋼的的滲碳將將工件置于于滲碳介質(zhì)質(zhì)中加熱并并保溫，使使碳原子滲滲入工件表表層的化學(xué)學(xué)熱處理工工藝。（2）鋼的的滲氮是是指在一定定溫度下，，使活性氮氮原子滲入入工件表面面的化學(xué)熱熱處理工藝藝。第三節(jié)有有色金屬屬及其合金金在工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)中，通常常把鐵及其其合金稱為為黑色金屬，把其他非非鐵金屬及及其合金稱稱為有色金屬。有色金屬的的產(chǎn)量和用用量不如黑黑色金屬多多，但由于于其具有許多優(yōu)良良的特性，，如特殊的的電、磁、熱性能能，耐蝕性性能及高的的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與密密度之比)等，已成成為現(xiàn)代工工業(yè)中不可可缺少的金金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進(jìn)汽車中占的重量百分比汽車上常用用的有色金金屬主要有有鋁、銅及及其合金。。一、鋁鋁及鋁合金金(一)、鋁及鋁合合金性能特特點(diǎn)純鋁具有銀銀白色金屬屬光澤，密度小(2.72)，熔點(diǎn)低(660.4℃),導(dǎo)電、導(dǎo)熱熱性能優(yōu)良良。塑性好、有有良好的蝕性。鋁合金制造的機(jī)翼鋁合金比強(qiáng)度高，，同時還保保持鋁耐蝕蝕性好、導(dǎo)導(dǎo)熱性好、、質(zhì)量輕的的優(yōu)點(diǎn)。鋁合金常加加入的元素素主要有Cu、Mn、Si、、Mg、Zn等，此此外還有Cr、Ni、Ti、、Zr等等輔加元素素。鋁合金型材鋁鑄件1、變形鋁鋁合金這類鋁合金金的特點(diǎn)是是塑性好，，可進(jìn)行冷冷熱狀態(tài)下下的壓力加加工。分為為防銹鋁合金金、硬鋁合合金、超硬硬鋁合金和和鍛造鋁合合金等。按鋁合金的的成分和工工藝性能，，可分為變形鋁合金金和鑄造鋁合金金兩類。鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬（1））防防銹銹鋁鋁合合金金主要要指指鋁鋁錳錳系系、、鋁鋁鎂鎂系系合合金金衛(wèi)星天線（LF2）特點(diǎn)點(diǎn)是是具具有有很很高高的的抗抗蝕蝕性性，，故故常常稱稱為為防防銹銹鋁鋁合合金金。。此此外外，，還還具具有有良良好好的的塑塑性性和和一一定定的的焊焊接接性性能能，，但但強(qiáng)強(qiáng)度度較較低低，，不不能能進(jìn)進(jìn)行行熱熱處處理理，，只只有有經(jīng)經(jīng)過過冷冷加加工工變變形形才才能能使使其其強(qiáng)強(qiáng)化化。。（2））硬硬鋁鋁合合金金主要要指指鋁鋁-銅-鎂系系、、鋁鋁-銅-錳系系合合金金飛機(jī)機(jī)翼翼梁梁(腹腹板板為為硬硬鋁鋁合合金金)通過過淬淬火火時時效效處處理理而而獲獲得得相相當(dāng)當(dāng)高高的的強(qiáng)強(qiáng)度度，，在在淬淬火火時時效效狀狀態(tài)態(tài)下下有有較較好好的的切切削削加加工工性性，，但但耐耐蝕蝕性性較較差差。。（3））超超硬硬鋁鋁合合金金屬于于Al-Cu-Mg-Zn系合合金金,另外外還還加加入入少少量量的的鉻鉻、、錳錳。。強(qiáng)強(qiáng)度度在在鋁鋁合合金金中中最最高高，，故故稱稱超超硬硬鋁鋁。。超硬硬鋁鋁主主要要用用作作要要求求重重量量輕輕而而受受力力較較大大的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件，，如如飛飛機(jī)機(jī)上上一一些些構(gòu)構(gòu)件件。。飛機(jī)主起落架（4））鍛鍛造造鋁鋁合合金金化學(xué)學(xué)成成分分和和硬硬鋁鋁相相似似。。能通通過過時時效效處處理理來來提提高高強(qiáng)強(qiáng)度度。。加加熱熱后后有有良良好好的的塑塑性性，，可可進(jìn)進(jìn)行行熱熱變變形形加加工工。。用用于于制制作作飛飛機(jī)機(jī)零零件件。。壓氣機(jī)葉片美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)

(所用材料大部分是鋁合金)高比強(qiáng)鋁合金機(jī)翼防銹銹鋁鋁、、硬硬鋁鋁、、超超硬硬鋁鋁、、鍛鍛造造鋁鋁的的牌牌號號：：防銹銹鋁鋁合合金金的的牌牌號號：：“LF””+順順序序號號?！癓F””是““鋁鋁防防””兩兩字字漢漢語語拼拼音音的的第第1個字字母母。。例LF5、LF11表示示順順序序號號為為5或11的防防銹銹鋁鋁合合金金。。同理理，，LY12：順序序號號為為12的硬硬鋁鋁合合金金；；LC6：順序序為為6的超超硬硬鋁鋁合合金金；；LD10：順序序號號為為10的鍛鍛造造鋁鋁合合金金。。2、鑄鑄造造鋁鋁合合金金用來來制制造造鑄鑄件件的的鋁鋁合合金金,俗稱稱鑄鋁鋁。。鑄鋁鋁分分為為鋁鋁硅硅合合金金、、鋁鋁銅銅合合金金、、鋁鋁鎂鎂合合金金、、鋁鋁鋅鋅合合金金，，即即Al-Si系、、Al-Cu系、、Al-Mg系、、Al-Zn系等等。。鋁硅硅合合金金鋁硅硅合合金金廣廣泛泛用用于于制制造造內(nèi)內(nèi)燃