金屬材料與熱處理（高職）PPT完整全套教學(xué)課件

金屬材料與熱處理學(xué)習(xí)情境1金屬的性能學(xué)習(xí)情境2金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶學(xué)習(xí)情境3工業(yè)用鋼與鑄鐵學(xué)習(xí)情境4鋼的熱處理學(xué)習(xí)情境5有色金屬及其合金學(xué)習(xí)情境6粉末冶金及新材料學(xué)習(xí)情境7金屬材料的選用學(xué)習(xí)情境一金屬的性能

單元一：金屬的力學(xué)性能單元二：金屬的物理、化學(xué)性能和工藝性能

學(xué)習(xí)導(dǎo)航金屬材料的力學(xué)性能；金屬材料的物理化學(xué)性能；金屬材料的工藝性能。

單元一：金屬材料的力學(xué)性能知識目標：掌握金屬材料的常用力學(xué)性能：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度等。技能目標：能夠根據(jù)零件的工況條件選擇合理的力學(xué)性能評判指標。

力學(xué)性能是指材料在載荷（外力）作用下所表現(xiàn)出的抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的能力。通過不同的標準試驗測定的相關(guān)參量的臨界值或規(guī)定值，即可作為力學(xué)性能指標。衡量材料機械性能的主要指標有強度、塑性、硬度、疲勞強度、沖擊韌性、斷裂韌性和耐磨性等。材料的力學(xué)性能是零件設(shè)計、材料選擇及工藝評定的主要依據(jù)。

一、彈性和剛度金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形，當外力去掉后能恢復(fù)其原來形狀的性能稱為彈性。這種隨外力消除而消除的變形，稱為彈性變形。

材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值稱為彈性模量E，單位為Mpa。彈性模量E標志著材料抵抗彈性變形的能力用來表示材料的剛度。其值愈大，材料產(chǎn)生一定量的彈性變形所需的應(yīng)力愈大，表明材料不易產(chǎn)生彈性變形，即材料的剛度大。

二、強度材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力稱為強度。1．屈服強度機械零件在使用時，一般不允許發(fā)生塑性變形，所以屈服強度是大多數(shù)機械零件設(shè)計時選材的主要依據(jù)，也是評定金屬材料承載能力的重要力學(xué)性能指標。2．抗拉強度

三、塑性塑性是指材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。常用的性能指標有斷后伸長率和斷面收縮率，可在拉伸實驗中，把試樣拉斷后將其對接起來進行測量而得到。1．斷后伸長率斷后伸長率是指試樣拉斷后標距長度的伸長量與原始標距長度的百分比。用符號δ表示2．斷面收縮率斷面收縮率是指斷后試樣橫截面積最大縮減量與原始橫截面積之比的百分率，用符號ψ表示

四、硬度硬度是反映材料軟硬程度的一種性能指標，它表示村料表面局部區(qū)域內(nèi)抵抗其它物體壓入的能力。

1．布氏硬度

2．洛氏硬度

3．維氏硬度

五、沖擊韌性材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力稱為沖擊韌性。

六、疲勞1．疲勞的概念許多機械零件在交變載荷作用下，即使零件所承受的應(yīng)力遠低于其屈服強度，但長時間后也會產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為材料的疲勞。零件的疲勞斷裂過程可分為裂紋產(chǎn)生、裂紋擴展和瞬間斷裂三個階段。

2．疲勞強度常用鋼材的循環(huán)基數(shù)為107，有色金屬和某些超高強度鋼的循環(huán)基數(shù)為108。影響疲勞強度的因素很多。除設(shè)計時在結(jié)構(gòu)上注意減小零件應(yīng)力集中外，改善零件表面粗糙度和進行熱處理（如高頻淬火、表面形變強化、化學(xué)熱處理以及各種表面復(fù)合強化等）也是提高疲勞強度的方法。

七、斷裂韌性工程上有時會出現(xiàn)材料在遠低于σs的情況下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。研究表明，這是材料中存在微小裂紋并擴展所致。這種在低于材料屈服強度時發(fā)生的脆性斷裂稱為低應(yīng)力脆斷。

單元二：金屬的物理、化學(xué)性能和工藝性能知識目標：熟悉金屬材料常見的物理化學(xué)性能指標，了解金屬的工藝性能指標。技能目標：熟悉常見金屬（如：鐵、銅、鋁、鎂等）的物理化學(xué)性能。

一、物理性能工程材料的物理性能包括密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等，各種機械零件由于用途不同，對材料的物理性能要求也有所不同。1．密度2．熔點3．導(dǎo)熱性4．熱膨脹性5．導(dǎo)電性6．磁性

二、化學(xué)性能金屬及合金的化學(xué)性能主要指它們在室溫或高溫時抵抗各種介質(zhì)的化學(xué)侵蝕能力，主要有耐腐蝕性、抗氧化性。1．耐腐蝕性2．抗氧化性材料抵抗高溫氧化的能力稱為抗氧化性。

三、工藝性能工藝性能是指材料適應(yīng)加工工藝要求的能力。1．鑄造性鑄造性是指澆注鑄件時，材料能充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。對金屬材料而言，評價鑄造性能好壞的主要指標有流動性、收縮率、偏析傾向等。流動性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性也好。一般來說，共晶成份的合金鑄造性好。2．可鍛性可鍛性是指材料是否易于進行壓力加工的性能?？慑懶院脡闹饕圆牧系乃苄院妥冃慰沽砗饬?。

3．焊接性焊接性是指材料是否易于焊接在一起并能保證焊縫質(zhì)量的性能，一般用焊接處出現(xiàn)各種缺陷的傾向來衡量。低碳鋼具有優(yōu)良持焊接性，而鑄鐵和鋁合金的焊接性就很差4．切削加工性切削加工性是指材料是否易于切削加工的性能。它與材料種一類、成分、硬度、韌性、導(dǎo)熱性及內(nèi)部組織狀態(tài)等許多因素有關(guān)。有利切削的材料硬度為160~230HB。切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨損小，加工表面光潔。

1．什么是強度？什么是塑性？衡量這兩種性能的指標有哪些？各用什么符號表示?2．HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表用什么方法測出的硬度?各種硬度測試方法的特點有何不同？3．什么是疲勞現(xiàn)象？什么是疲勞強度？4．什么是材料的工藝性能？金屬材料與熱處理學(xué)習(xí)情境二金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

單元一：金屬的晶體結(jié)構(gòu)單元二：純金屬的結(jié)晶單元三：合金的相結(jié)構(gòu)單元四：二元合金相圖單元五：鐵碳合金相圖單元六：金屬的塑性變形與再結(jié)晶

學(xué)習(xí)導(dǎo)航：金屬的晶體結(jié)構(gòu)；金屬的結(jié)晶；合金的結(jié)構(gòu)和相圖；金屬的塑性變形與再結(jié)晶。

單元一：金屬的晶體結(jié)構(gòu)知識目標：掌握晶體與非晶體的定義及特征，有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷的一些概念。技能目標：能根據(jù)晶體及非晶體的特征區(qū)分常見固體材料的種類。

一、晶體結(jié)構(gòu)的基本概念晶體結(jié)構(gòu)就是晶體內(nèi)部原子排列的方式及特征。1．晶格2．晶胞3．致密度與配位數(shù)晶胞中原子本身所占有的體積與晶胞體積之比稱為致密度，晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子最近鄰、等距離的原子數(shù)目稱為配位數(shù)。

二、常見純金屬的晶格類型1．體心立方晶格α-Fe、Cr、V、W、Mo等2．面心立方晶格γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等3．密排六方晶格Mg、Zn、Be、Cd等

三、晶體的各向異性由于晶體中不同晶面（晶體中各種方位上的原子面）和晶向（各種方向上的原子列）上的原子密度不同，因而便造成了它在不同方向上的性能差異，晶體的這種“各向異性”的特點是它區(qū)別于非晶體的重要標志之一。

四、實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)１．多晶體實際的金屬都是由很多小晶體組成的，這些外形不規(guī)則的顆粒狀小晶體稱為晶粒。每一個晶粒相當于一個單晶體。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。這種由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體

2．晶體缺陷實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)不像理想晶體那樣規(guī)則和完整。由于各種因素的作用，晶體中不可避免地存在著許多不完整的部位，這些部位稱為晶體缺陷。根據(jù)幾何特征，可將晶體缺陷分為點缺陷、線缺陷和面缺陷三種類型。

（1）點缺陷空位間隙原子

置換原子

（2）線缺陷線缺陷是指晶體內(nèi)沿某一條線，附近原子的排列偏離了完整晶格所形成的線形缺陷區(qū)。其特征是：二維尺度很小，而第三維尺度很大，亦稱為一維缺陷。位錯就是一種最重要的線缺陷。

（3）面缺陷面缺陷是指二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷，亦稱二維缺陷，包括晶界和亞晶界。

點缺陷的存在，破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲（稱為晶格畸變），從而引起性能變化，使金屬的電阻率增加，強度、硬度升高，塑性、韌性下降。位錯密度愈大，塑性變形抗力愈大，因此，目前通過塑性變形，提高位錯密度，是強化金屬的有效途徑之一。面缺陷是晶體中不穩(wěn)定區(qū)域，原子處于較高能量狀態(tài)，它能提高材料的強度和塑性。細化晶粒，增大晶界總面積是強化晶體材料力學(xué)性能的有效手段。

單元二：純金屬的結(jié)晶知識目標：結(jié)晶的概念及過程，晶粒大小對性能的影響，金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。技能目標：能夠掌握細化晶粒的方法。

一、金屬結(jié)晶時的過冷現(xiàn)象

二、結(jié)晶的過程金屬的結(jié)晶都要經(jīng)歷晶核的形成和晶核的長大兩個過程

3．影響晶核的形成和成長速率的因素（1）過冷度的影響結(jié)晶時的冷卻速度愈大或過冷度愈大時，金屬的晶粒度便愈細。（2）未熔雜質(zhì)的影響在金屬結(jié)晶時，從為向液態(tài)金屬中加入某種難溶雜質(zhì)來有效地細化金屬的晶粒，以達到提高其力學(xué)性能的目的，這種細化晶粒的方法叫做“變質(zhì)處理”，所加入的難溶雜質(zhì)叫“變質(zhì)劑”或“人工晶核”。

三、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變固態(tài)金屬在不同溫度區(qū)間具有不同晶格類型的性質(zhì)，稱為同素異構(gòu)性。材料在固態(tài)下改變晶格類型的過程稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

單元三：合金中的相結(jié)構(gòu)知識目標：掌握有關(guān)合金的一些基本概念，掌握固溶體與金屬化合物的種類和性能特點。技能目標：能夠根據(jù)固態(tài)相的性能特點判斷其種類。

一、有關(guān)合金的一些基本概念由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)稱為合金。1．組元：組成合金最基本的、獨立的物質(zhì)稱為組元，或簡稱為元。一般來說，組元就是組成合金的元素，但也可以是穩(wěn)定的化合物。由兩個組元組成的合金稱為二元合金，由三個組元組成的合金稱為三元合金。2．相：固態(tài)合金中的相是合金組織的基本組成部分，它具有一定的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，具有均勻的化學(xué)成分。

3．合金系：由給定的組元可以配制成一系列成分不同的合金，這些合金組成一個合金系統(tǒng)，稱為合金系。4．組織：在金屬學(xué)中，組織是指用肉眼或借助各種不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬材料內(nèi)部的情景，包括晶粒的大小、形狀、種類以及各種晶粒之間的相對數(shù)量和相對分布。

二、固溶體合金在固態(tài)時，組元之間相互溶解，形成在某一組元晶格中包含有其他組元原子的新相，這種新相稱為固溶體。固溶體可以分為置換固溶體和間隙固溶體。

固溶體比純金屬和化合物具有較為優(yōu)越的綜合力學(xué)性能。各種金屬材料大都是以固溶體作為其基體的。在物理性能方面，隨著溶質(zhì)原子濃度的增加，固溶體的電阻率升高，因此工業(yè)上應(yīng)用的精密電阻和電熱材料等，都廣泛應(yīng)用固溶體合金。通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強化。

三、金屬化合物金屬化合物是指合金組元間按一定比例發(fā)生相互作用而形成的一種新相，又稱中間相，其晶格類型及性能均不同于任何一組元，一般可用分子式大致表示其組成。在金屬化合物中，主要以金屬鍵結(jié)合，因而它具有一定的金屬性質(zhì)，所以稱之為金屬化合物。根據(jù)形成條件及結(jié)構(gòu)特點，金屬化合物主要有以下幾類：1．正常價化合物2．電子化合物3．間隙化合物

單元四：二元合金相圖知識目標：掌握有關(guān)相圖的一些基本概念，熟悉相圖的測定過程，掌握二元勻晶相圖、二元共晶相圖的基本特點。技能目標：能夠根據(jù)已知相圖分析不同成分合金的結(jié)晶過程

與純金屬的結(jié)晶相比，合金的結(jié)晶有如下特點：一是合金的結(jié)晶在很多情況下是在一個溫度范圍內(nèi)完成的；另一個特點是合金的結(jié)晶不僅會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化，還會伴有成分的變化。

相圖是表示合金系中，合金的狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的圖解，是表示合金系在平衡條件下，在不同溫度和成分時各相關(guān)系的圖解，因此又稱為狀態(tài)圖或平衡圖。所謂平衡，也稱為相平衡。是指合金在相變過程中，原子能充分擴散，各相的成分相對質(zhì)量保持穩(wěn)定，不隨時間改變的狀態(tài)。在實際的加熱或冷卻過程中，控制十分緩慢的加熱或冷卻速度，就可以認為是接近了相平衡條件。

相圖是研究合金材料的十分重要的工具。利用相圖可以表示不同成分的合金、在不同溫度下，由哪些相組成、相的成分和相的相對量如何，以及合金在加熱或冷卻過程中可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變等。

一、二元合金相圖的測定

二、二元勻晶相圖1．相圖分析

2．合金的平衡結(jié)晶過程液、固相線不僅是相區(qū)分界線，也是結(jié)晶時的兩相成分變化線。還可以看出，勻晶轉(zhuǎn)變是變溫轉(zhuǎn)變，在結(jié)晶過程中，液、固兩相的成分隨溫度而變化。在以后所接觸的相圖中，除水平線和垂直線外其他相線都是成分隨溫度的變化線。

3．杠桿定律在液、固兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時，由相圖不僅可以知道液、固兩相平衡相的成分，還可以用杠桿定律求出兩平衡相的質(zhì)量分數(shù)。

4．枝晶偏析這種在一個晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內(nèi)偏析。因為固溶體的結(jié)晶一般是按樹枝狀方式長大，首先結(jié)晶出枝干，剩余的液體填入枝間，這就使先結(jié)晶的枝干成分與后結(jié)晶的枝間成分不同，由于這種晶內(nèi)偏析成樹枝分布，故又稱枝晶偏析。

三、二元共晶相圖1.相圖分析

2．合金的平衡結(jié)晶過程

四、二元共析相圖

五、相圖與性能的關(guān)系1．合金的使用性能與相圖的關(guān)系2．合金的工藝性能與相圖的關(guān)系

單元五：鐵碳合金相圖知識目標：掌握鐵碳合金的基本組織（名稱、符號及性能特點），掌握相圖中點、線、區(qū)的含義，掌握不同成分鐵碳合金的結(jié)晶過程，熟悉鐵碳合金的分類，掌握含碳量與性能之間的相互關(guān)系。技能目標：能夠根據(jù)含碳量判斷其種類、并會分析其結(jié)晶過程，知道其室溫組織。

一、鐵碳合金的基本組織鐵碳合金在液態(tài)時鐵和碳可以無限互溶；在固態(tài)時根據(jù)含碳量的不同，碳可以溶解在鐵中形成固溶體，也可以與鐵形成化合物，或者形成固溶體與化合物組成的機械混合物。因此，鐵碳合金在固態(tài)下出現(xiàn)以下幾種基本組織。1．鐵素體碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，以符號“F”或“α”表示。鐵素體中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃時，為0.0218%，隨著溫度的降低，其溶解度逐漸減小，室溫時鐵素體中只能溶解0.0008%的碳。鐵素體的力學(xué)性能以及物理、化學(xué)性能與純鐵極相近，塑性、韌性很好（δ=30%~50%），強度、硬度很低（σb=180~280Mpa）。

2．奧氏體碳溶解在γ-Fe形成的間隙固溶體，以符號“A”或“γ”表示。奧氏體的溶碳能力比鐵素體大，在1148℃時，碳在γ-Fe中的最大溶解度為2.11%，隨著溫度降低，其溶解度也減小，在727℃時，為0.77%。奧氏體的強度、硬度低，塑性、韌性高。在鐵碳合金平衡狀態(tài)時，奧氏體為高溫下存在的基本相，也是絕大多數(shù)鋼種進行鍛壓、軋制等加工變形所要求的組織。

3．滲碳體滲碳體是具有復(fù)雜晶格的鐵與碳的間隙化合物，每個晶胞中有一個碳原子和三個鐵原子。滲碳體一般以“Fe3C”表示，其含碳量為6.69%。滲碳體的硬度很高，為800HB，塑性、韌性很差，幾乎等于零，所以滲碳體的性能特點是硬而脆。滲碳體在鋼與鑄鐵中，一般呈片狀、網(wǎng)狀或球狀存在。滲碳體是鋼中重要的硬化相，它的數(shù)量、形狀、大小和分布對鋼的性能有很大的影響。

4．珠光體珠光體是鐵素體與滲碳體的機械混合物，用符號“P”表示。其含碳量為0.77%。珠光體由滲碳體片和鐵素體片相間組成，其性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度、硬度較好、脆性不大。

5．萊氏體萊氏體是奧氏體和滲碳體的機械混合物，用符號“Ld”表示，其含碳量為4.3%。萊氏體由含碳量為4.3%的金屬液體在1148℃時發(fā)生共晶反應(yīng)時生成。在室溫時變?yōu)樽儜B(tài)萊氏體，用稱號“Ld′”表示。萊氏體硬度很高，塑性很差。

二、鐵碳合金相圖

三、鐵碳合金的分類根據(jù)鐵碳合金的含碳量及組織不同，可將其分為三類：1．工業(yè)純鐵（ωc<0.0218%）組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體；2．鋼（ωc=0.0218%~2.11%）根據(jù)室溫組織不同，鋼又可分為：亞共析鋼（ωc<0.77%）：組織是鐵素體和珠光體；共析鋼（ωc=0.77%）：組織是珠光體；過共析鋼（ωc>0.77%）：組織是珠光體和二次滲碳體。3．白口鑄鐵（ωc=2.11%~6.99%）根據(jù)室溫組織的不同，白口鑄鐵又可分為：亞共晶白口鑄鐵（ωc<4.3%）：組織是珠光體、二次滲碳體和萊氏體；共晶白口鑄鐵（ωc=4.3%）：組織是萊氏體；過共晶白口鑄鐵（ωc>4.3%）：組織是一次滲碳體和萊氏體

四、典型鐵碳合金平衡結(jié)晶過程及組織

1．共析鋼的結(jié)晶過程分析

2．亞共析鋼的結(jié)晶過程分析

3．過共析鋼的結(jié)晶過程分析

4．共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程分析

5．亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程分析

6．過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程分析

五、含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響

1．含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響

2．含碳量對力學(xué)性能的影響

3．含碳量對工藝性能的影響（1）鑄造性鑄鐵的流動性比鋼好，易于鑄造，特別是靠近共晶成分的鑄鐵，其結(jié)晶溫度低，流動性好，鑄造性能最好。從相圖上盾，結(jié)晶溫度越高，結(jié)晶溫度區(qū)間越大，越容易形成分散縮孔和偏析，鑄造性能越差。（2）可鍛性低碳鋼比高碳鋼好。由于鋼加熱呈單相奧氏體狀態(tài)時，塑性好、強度低，便于塑性變形，所以一般鍛造都是在奧氏體狀態(tài)下進行?？珊感院剂吭降?，鋼的焊接性能越好，所以低碳鋼比高碳鋼更容易焊接。切削加工性含碳量過高或過低，都會降低其切削加工性能。一般認為中碳鋼的塑性比較適中，硬度在160~230HB時，切削加工性能最好。

單元六金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、單晶體的塑性變形單晶體試樣拉伸變形示意圖

位錯運動時的原子位移圖孿生變形過程示意圖

二、多晶體的塑性變形多晶體金屬的塑性變形與單晶體比較并無本質(zhì)上的差別，即每個晶粒（單晶體）的塑性變形仍以滑移或?qū)\生的方式進行，但由于晶界的存在和每個晶粒中的晶格位向不同，因此多晶體中的塑性變形過程要比單晶體的塑性變形復(fù)雜得多。

三、塑性變形對金屬組織和性能的影響1．塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響2．對金屬力學(xué)性能的影響3．對金屬的物理、化學(xué)性能的影響4．對殘余內(nèi)應(yīng)力的影響

四、回復(fù)與再結(jié)晶

五、金屬的熱加工熱加工是對組織和性能的影響

1．為什么合金比純金屬應(yīng)用的更為廣泛？2．金屬化合物可以分為幾類？試比較它們之間的差別3．合金的結(jié)晶和純金屬相比有哪些特點？4．何謂合金？為什么比純金屬應(yīng)用廣泛？5．二元合金相圖表達了合金的哪些關(guān)系？6．試分析共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的異同點。

7．說明下列各滲碳體的生成條件：一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析滲碳體。8．何謂鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體？分別寫出它們的符號及性能特點。9．說明珠光體和萊氏體在含碳量、相結(jié)構(gòu)及其相對量、顯微組織和性能上有何不同。10．為什么鑄造合金常選用接近共晶成分的合金，而壓力加工合金常選用單相固溶體成分合金？11．含碳量對鋼鐵材料的力學(xué)性能和工藝性能有何影響

1．常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種類型，繪出其晶胞圖，說明其主要特征。2．請計算面心立方晶格的原子半徑和致密度（晶格常數(shù)為a）。3．有哪些常見的晶體缺陷？簡述晶體缺陷對材料力學(xué)性能的影響。4．什么叫過冷度？過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？為什么金屬結(jié)晶時必須過冷？5．簡述影響晶核的形成和成長速率的因素。金屬材料與熱處理學(xué)習(xí)情境三工業(yè)用鋼與鑄鐵

單元一：碳鋼單元二：合金鋼單元三：特殊性能鋼單元四：鑄鐵

學(xué)習(xí)導(dǎo)航鋼、鑄鐵的分類和編號方法；不同碳鋼的性能特點、應(yīng)用場合；合金元素在鋼中的作用常用合金鋼的性能特點、應(yīng)用場合及熱處理方法；特殊性能鋼的性能特點、應(yīng)用場合；各種鑄鐵的成分及性能特點、應(yīng)用場合。

單元一：碳鋼知識目標：熟悉碳鋼中常見的雜質(zhì)對性能的影響及其分類，掌握普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、鑄鋼的牌號表示方法，熟悉常見鋼種的性能特點及應(yīng)用場合。技能目標：能夠根據(jù)鋼的牌號判斷其種類、大致化學(xué)成分或力學(xué)性能、主要用途。

一、碳鋼中的常存雜質(zhì)及對性能的影響鋼中有些常存雜質(zhì)，主要有硅、錳、硫、磷這四種，另外還有氧、氫、氮等。1．硅硅在鋼中是有益元素。硅能溶入鐵素體使之強化，提高鋼的強度、硬度，而塑性和韌性降低。2．錳錳在鋼中也是有益元素。錳能溶入鐵素體使之強化，提高鋼的強度、硬度。錳還可與硫形成MnS，消除硫的有害作用，并能起斷屑作用，可改善鋼的切削加工性。3．硫硫在鋼中是有害元素。使鋼沿晶界處開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆

4．磷磷在鋼中也是有害元素。磷在常溫固態(tài)下能全部溶入鐵素體中，使鋼的強度、硬度提高，但使塑性、韌性顯著降低，在低溫時表現(xiàn)尤為突出。5．氧鋼中含氧量增加，氧化物夾雜數(shù)量增加，使鋼的塑性、韌性降低，疲勞強度、耐蝕性和熱加工性能變壞。故應(yīng)嚴格控制鋼中氧含量。

6．氫隨著鋼中含氫量的增加，鋼的塑性、韌性急劇降低，引起所謂氫脆。因此氫是鋼中的有害雜質(zhì)。7．氮含氮的淬火鋼易引起時效硬化，使強度、硬度升高，塑性、韌性下降。這種時效硬化現(xiàn)象對鍋爐鋼板、化工容器及深沖零件都是不利的，所以從時效的角度考慮N是有害元素。

二、碳鋼的分類1．按照冶煉時脫氧程序的不同根據(jù)冶煉時脫氧程序的不同，鋼可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。2．按含碳量低碳鋼：wC≤0.25%中碳鋼：0.25≤wC≤0.6%高碳鋼：wC＞0.6~1.3%3．按鋼的用途碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼主要用于制造各類工程構(gòu)件（如橋梁、船舶、建筑物等）及各種機器零件（如齒輪、螺釘、螺母、連桿等）。它多屬于低碳鋼和中碳鋼。碳素工具鋼這類鋼主要用于制造各種刃具、量具和模具。這類鋼中碳的含量較高，一般屬于高碳鋼。特殊性能鋼包括不銹鋼、耐磨鋼、耐熱鋼等。

4．按鋼的質(zhì)量主要按鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量分為以下幾種。普通碳素鋼：S≤0.055%P≤0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P≤0.035~0.040%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S≤0.02~0.03%，P≤0.03~0.035%5．按組織分按退火組織可將鋼分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。按正火組織可將鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼和萊氏體鋼等。

三、碳鋼的牌號、性能及應(yīng)用1．普通碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼主要保證機械性能，故其牌號體現(xiàn)其機械性能。符號用Q＋數(shù)字表示，其中Q”為屈服點“屈”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示屈服強度的數(shù)值。例如Q275表示屈服強度為275Mpa。若牌號后面標注字母A，B，C，D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，即硫、磷質(zhì)量分數(shù)不同。其中A級鋼，硫、磷質(zhì)量分數(shù)最低，即A，B，C，D表示鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號后面標注字母“F”則為沸騰鋼，標注“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，標注“Z”為鎮(zhèn)靜鋼，注“TZ”為特殊鎮(zhèn)靜鋼。

2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼必須同時保證化學(xué)成分和力學(xué)性能。其硫、磷的含量較低，均控制在0.01%以下。非金屬夾雜物也較少，質(zhì)量級別較高。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號是采用兩位數(shù)字表示鋼中平均碳質(zhì)量分數(shù)的萬倍。例如45鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)wC為0.45%；08鋼表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)wC為0.08%。這類鋼按含錳量不同，分為普通含錳量（0.35-0.8%）和較高含錳量(0.7-1.2%)兩組。含錳量較高的一組，在鋼號后加“Mn”。若為沸騰鋼，則在數(shù)字后加“F”，如08F為含碳量為0.08％的沸騰鋼。

3．碳素工具鋼碳素工具鋼含碳量為0.65-1.35％，Si≤0.35％，Mn≤0.4％，硫、磷的含量是優(yōu)質(zhì)鋼的含量范圍(S≤0.03％，P≤0.035％)。碳素工具鋼的牌號以“T+數(shù)字+字母”表示，鋼號前面的“T”表示碳素工具鋼，其后的數(shù)字表示以千分數(shù)表示的碳的質(zhì)量分數(shù)。如Wc=0.8%的碳素工具鋼，其鋼號為“T8”。

如為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在其鋼號后加“A”，例如，“T10A”。

4．鑄鋼許多形狀復(fù)雜的零件，不便通過鍛壓等方法加工成形，用鑄鐵時性能又難以滿足需求，此時常常選用鑄鋼鑄造獲取鑄鋼件，所以，鑄造碳素鋼在機械制造尤其是重型機械制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。鑄造合金鋼鋼的牌號根據(jù)GB/T5613—1995的規(guī)定，有兩種表示方法：以強度表示的鑄鋼牌號，是由鑄鋼代號“ZG”與表示力學(xué)性能的兩組數(shù)字組成，第一組數(shù)字代表最低屈服點，第二組數(shù)字代表最低抗拉強度值。例如ZG200—400，表示σs(σ0.2)不小于200MPa，σb不小于400MPa；

單元二：合金鋼知識目標：熟悉合金元素在合金鋼中的作用，合金鋼的分類、合金鋼的牌號表示方法、常見合金鋼鋼種的性能特點、熱處理方法及應(yīng)用場合。技能目標：能夠根據(jù)鋼的牌號判斷其種類、大致化學(xué)成分、主要用途。

一、合金鋼的分類合金鋼種類繁多，為了便于生產(chǎn)、選材、管理及研究，根據(jù)某些特性，從不同角度出發(fā)可以將其分成若干種類。1．按用途分類（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：可分為機械制造用鋼和工程結(jié)構(gòu)用鋼等，主要用于制造各種機械零件、工程結(jié)構(gòu)件等。（2）合金工具鋼：可分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼三類，主要用于制造刃具、模具、量具等。（3）特殊性能鋼：可分為抗氧化用鋼、不銹鋼、耐磨鋼、易切削鋼等。2．按合金元素含量分類（1）低合金鋼：合金元素的總含量在5%以下。（2）中合金鋼：合金元素的總含量在5%～10%之間。（3）高合金鋼：合金元素的總含量在10%以上。

3．按金相組織分類（1）按平衡組織或退火組織分類，可以分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼和萊氏體鋼。（2）按正火組織分類，可以分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體和奧氏體鋼。4．其它分類方法除上述分類方法外，還有許多其它的分類方法，如按工藝特點可分為鑄鋼、滲碳鋼、易切削鋼等；按質(zhì)量可以分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級質(zhì)量鋼，其區(qū)別主要在于鋼中所含有害雜質(zhì)（S、P）的多少。

二、合金元素在鋼中的作用1．合金元素對鋼中基本相的影響

2．合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響

3．合金元素對鋼熱處理的影響（1）合金元素對鋼加熱時組織轉(zhuǎn)變的影響（2）合金元素對鋼冷卻時組織轉(zhuǎn)變的影響

（3）合金元素對鋼回火時組織轉(zhuǎn)變的影響淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力稱為回火穩(wěn)定性。由于合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)，使回火的硬度降低過程變緩，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。

三、合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為工程用鋼和機器用鋼兩大類。1．合金結(jié)構(gòu)鋼的編號我國規(guī)定合金結(jié)構(gòu)鋼的編號方法為：基本組成為“兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字+……”，前兩位數(shù)字表示平均碳質(zhì)量分數(shù)的萬倍（wC×10000）；元素符號后面的數(shù)字為該元素平均質(zhì)量分數(shù)的百倍（wE×100），當其wE<1.5%時，只標出元素符號，而不標明數(shù)字；當平均質(zhì)量分數(shù)wE≥1.5%、2.5%、3.5%、4.5%……時，相應(yīng)標注為2、3、4、5……如18Cr2Ni4W表示平均成分為：C0.18%，Cr2%，Ni4%，W<.1.5%；若S、P含量達到高級優(yōu)質(zhì)鋼時，則在鋼號后加“A”，如38CrMoAlA。

易切削鋼在鋼號前加“Y”字（“易”字聲母），如Y12、Y40Mn，Y40CrSCa，其含碳量和合金元素含量均與結(jié)構(gòu)鋼編號一樣，如Y40CrSCa，表示易切削鋼的成分為：wC=0.4%，wCr<1.5%，S、Ca為易切削元素（wS=0.05%～0.3%），一般情況下wCa<0.015%。滾動軸承鋼的編號是在鋼號前加“G”（“滾”字聲母），其后數(shù)字為平均含Cr量，以千倍（wCr×1000）表示，平均碳的質(zhì)量分數(shù)wC≥1.0%時不標出，如GCr15、GCr9等鋼中含鉻的質(zhì)量分數(shù)wCr分別為1.5%和0.9%。

2．普通低合金結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，也稱普低鋼，又稱普通低合金高強度鋼，它是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入少量的合金元素發(fā)展起來的。從成分上看其為含低碳的低合金鋼種，是為了適應(yīng)大型工程結(jié)構(gòu)(如大型橋梁，壓力容器及船舶等)減輕結(jié)構(gòu)重量，提高可靠性及節(jié)約材料的需要。

3．合金滲碳鋼滲碳鋼是經(jīng)滲碳后使用的鋼種，主要用于制造要求高耐磨性、承受高接觸應(yīng)力和沖擊載荷即要求“內(nèi)韌外硬”的重要零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪，內(nèi)燃機凸輪軸、活塞銷等。

4．合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼是指調(diào)質(zhì)處理后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼，廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其他機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。

5．合金彈簧鋼彈簧是廣泛應(yīng)用于交通、機械、國防、儀表等行業(yè)及日常生活中的重要零件，用來制造各種彈性零件如板簧、螺旋彈簧、鐘表發(fā)條等的鋼稱為彈簧鋼。

6．滾動軸承鋼用來制作各種滾動軸承零件如軸承內(nèi)外套圈，滾動體(滾珠、滾柱、滾針等)的專用鋼稱為滾動軸承鋼。7．易切削鋼易切削鋼指在鋼中加入一種或幾種易切削元素，使其切削加工性能得到明顯改善的結(jié)構(gòu)鋼，可簡稱為易切鋼。

四、合金工具鋼1．合金工具鋼的編號合金工具鋼牌號的標注方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，基本組成為“一位數(shù)字（或無數(shù)字）+元素符號+數(shù)字+……”，其平均含碳量是用質(zhì)量分數(shù)的千倍（wC×1000）表示，而且，當碳質(zhì)量wC≥1.0%時，鋼號中不標出，如9SiCr鋼（成分：C0.9%，wSi<1.5%

，wCr<1.5%）；CrWMn鋼（wC≥1.0%，wCr、

wW

、wMn均<1.5%）。高速鋼，如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，它們的碳質(zhì)量分數(shù)均<1.0%，但不標明其數(shù)字；合金元素含量與合金工具鋼的標注方法相同，如W18Cr4V鋼的成分為：C0.7%～0.8%，W18%，Cr4%，wC<1.5%。合金工具鋼均屬于高級優(yōu)質(zhì)鋼，但鋼號后不加“A”字。屬于這一編號方法的鋼種還有不銹鋼、奧氏體型和馬氏體型耐熱鋼

2．合金刃具鋼刃具鋼主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、刨刀及鉆頭等。

3．合金模具鋼模具是機械、儀表等工業(yè)部門中的主要加工工具。專門用于制造各種模具的鋼材稱為模具鋼。根據(jù)使用狀態(tài)，模具鋼可分為兩大類：一類是用于冷成形的冷作模具鋼，工作溫度不超過200℃～300℃；另一類是用于熱成形的熱作模具鋼，模具表面溫度可達600℃以上。

4．合金量具鋼量具用鋼用于制造各種量測工具，如卡尺、千分尺、螺旋測微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。用于制造量具的合金鋼稱為合金量具鋼。

單元三：特殊性能鋼知識目標：熟悉常見的特殊性能鋼的種類，掌握金屬銹蝕的基本原理，熟悉不銹鋼的化學(xué)成分特點、常用不銹鋼的牌號，熟悉耐熱鋼、耐磨鋼的概念及應(yīng)用場合。技能目標：能夠根據(jù)鋼的牌號判斷其屬于哪種特殊性能鋼、大致化學(xué)成分。

一、不銹鋼不銹鋼是指在大氣和一般介質(zhì)中具有很高耐腐蝕性的鋼種。主要包括兩類：耐大氣腐蝕的鋼（稱不銹鋼）和耐化學(xué)介質(zhì)（如酸類）腐蝕的鋼（稱耐酸不銹鋼）。前者不一定耐酸性介質(zhì)，而耐酸不銹鋼在大氣中也有良好的耐蝕性能。

金屬腐蝕是指金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起金屬破壞的現(xiàn)象。按腐蝕機理的不同，金屬腐蝕一般分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類。

要提高金屬的耐電化學(xué)腐蝕能力，通?？刹扇∫韵麓胧海?）在合金鋼中加入較多數(shù)量的Cr、Ni等合金元素，盡量使金屬在獲得均勻的單相組織條件下使用，這樣金屬在電解職質(zhì)溶液中只有一個極，使微電池難以形成。如在鋼中加入大于24%（質(zhì)量分數(shù)）的Ni,會使鋼在常溫下獲得單相的奧氏體組織。（2）加入合金元素提高金屬基體的電極電位，例如在鋼中加入大于13%（質(zhì)量分數(shù)）的Cr，則鐵素體的電極電位由-0.56V提高到0.2V，從而使金屬的耐腐蝕性能提高。（3）加入合金元素，在金屬表面形成一層致密的氧化膜，又稱純化膜，把金屬與介質(zhì)分隔開，從而防止進一步的腐蝕。

二、耐熱鋼在發(fā)動機、化工、航空等部門有很多零件是在高溫下工作，要求具有高和耐熱性的鋼稱為耐熱鋼

1．耐熱鋼的一般概念鋼的耐熱性包括高溫抗氧化性和高溫強度兩方面的涵義。金屬的高溫抗氧化性是指金屬在高溫下對氧化作用的抗力；而高溫強度是指鋼在高溫下承受機械負荷的能力。所以耐熱鋼是高溫抗氧化性能好、高溫強度高的鋼。

為了提高鋼的高溫強度，通常采用以下幾種措施：①固溶強化。②析出強化。③強化晶界。

三、耐磨鋼從廣泛的意義上講表面強化結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼和滾動軸承鋼等具有高耐磨性的鋼種都可稱做耐磨鋼，但這里所指的耐磨鋼主要是指在強烈沖擊載荷或高壓力的作用下發(fā)生表面硬化而具有高耐磨性的高錳鋼，如車輛履帶、挖掘機鏟斗、破碎機顎板和鐵軌分道叉等。常用的高錳鋼的牌號有ZGMn13鋼(ZG是鑄鋼兩字漢語拼音的字母)等，這種鋼的含碳量為0.8%～1.4%，保證鋼的耐磨性和強度；含錳11%～14%，錳是擴大奧氏體區(qū)的元素，它和碳配合，使鋼在常溫下呈現(xiàn)單相奧氏體組織，因此高錳鋼又稱為奧氏體錳鋼。

為了使高錳鋼具有良好的韌性和耐磨性，必須對其進行“水韌處理”，即將鋼加熱到1000℃～1100℃，保溫一定時間，使碳化物全部溶解，然后在水中快冷，碳化物來不及析出，在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。此時鋼的硬度很低(約為210HBS)，而韌性很高。當工件在工作中受到強烈沖擊或強大壓力而變形時，高錳鋼表面層的奧氏體會產(chǎn)生變形出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，并且還發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變及碳化物沿滑移面析出，使硬度顯著提高，能迅速達到500HB～600HB，耐磨性也大幅度增加，心部則仍然是奧氏體組織，保持原來的高塑性和高韌性狀態(tài)。需要指出的是高錳鋼經(jīng)水韌處理后，不可再回火或在高于300℃的溫度下工作，否則碳化物又會沿奧氏體晶界析出而使鋼脆化。

單元四：鑄鐵知識目標：熟悉鑄鐵的分類、鑄鐵的石墨化過程，掌握普通灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的牌號表示方法、性能特點及應(yīng)用場合。技能目標：能夠根據(jù)鑄鐵的牌號判斷其種類、力學(xué)性能、主要用途。

一、鑄鐵的分類鑄鐵的種類較多，可按照以下幾種方法進行分類：1．按碳存在的形式分類（1）白口鑄鐵：碳全部或大部分以滲碳體形式存在，因斷裂時斷口呈銀白色，故稱白口鑄鐵。（2）灰鑄鐵：碳大部分或全部以游離的石墨形式存在，因斷裂時斷口呈灰暗色，故稱為灰鑄鐵。（3）麻口鑄鐵：碳既以滲碳體形式存在，又以游離形式存在。斷口上黑白相間構(gòu)成麻點，由此得名。

2．按石墨的形態(tài)分類（1）普通灰鑄鐵：石墨呈片狀。（2）可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀。（3）球墨鑄鐵：石墨呈球狀。（4）蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀。3．按化學(xué)成分分類（1）普通鑄鐵：即常規(guī)元素鑄鐵，如普通灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵。（2）合金鑄鐵：又稱為特殊性能鑄鐵，是向普通鑄鐵中加入一定量的合金元素，如Cr、Ni、Cu、V、Pb等使其具有一些特定性能的鑄鐵，如耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。

二、鑄鐵的石墨化鐵碳合金按照Fe-G相圖進行結(jié)晶，則鑄鐵的石墨化過程可分為如下三個階段：第一階段：即在1153時通過共晶反應(yīng)而形成石墨。第二階段：即在范圍內(nèi)冷卻過程中自奧氏體中不斷析出二次石墨。第三階段：即在時通過共析反應(yīng)而形成石墨。

影響石墨化過程的因素有：1．化學(xué)成分的影響在一般鑄造條件下，鑄鐵中較高的含碳量是石墨化的必要條件，而一定的含硅量是石墨化的充分條件，碳與硅含量越高越易石墨化；若碳、硅含量過低則易出現(xiàn)白口；如果碳、硅含量過高，將導(dǎo)致石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量多，鑄鐵的力學(xué)性能下降。2．溫度及冷卻速度的影響鑄件的冷卻速度對石墨化的影響也很大，即冷卻愈慢，愈有利于擴散，對石墨化便愈有利，而快冷則阻止石墨化。在鑄造時，除了造型材料和鑄造工藝影響冷卻速度以外，鑄件的壁厚不同也會具有不同的冷卻速度，也會得到不同的組織。

三、灰口鑄鐵灰口鑄鐵的牌號中的“HT”為“灰鐵”二字漢語拼音的第一個字母，用以表示灰鑄鐵，其后面的數(shù)字表示最低抗拉強度。

四、球墨鑄鐵球墨鑄鐵牌號用“QT”及其后面兩組數(shù)字表示?！癚T”為球鐵二字漢語拼音的第一個字母，用以表示球墨鑄鐵。后面的第一組數(shù)字表示其最低抗拉強度，第二組數(shù)字表示其最低伸長率。

五、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的牌號是以“蠕”“鐵”二字拼音的大小寫字母“ＲｕＴ”作為代號，后面的一組數(shù)字表示最低抗拉強度值。

六、可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵牌號中“KT”是“可鐵”二字漢語拼音的第一個大寫字母，表示可鍛鑄鐵；其后加漢語拼音“H”，表示黑心可鍛鑄鐵，加“Z”表示珠光體基體可鍛鑄鐵；隨后的兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和最低延伸率。

七、合金鑄鐵1．耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵按其工作條件和磨損形式的不同可分為兩大類，一是減摩鑄鐵，二是抗磨鑄鐵。2．耐熱鑄鐵普通灰鑄鐵的耐熱性較差，只能在低于400℃左右的溫度下工作。耐熱鑄鐵是指在高溫下具有良好的抗氧化和抗生長能力的鑄鐵。3．耐蝕鑄鐵在鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等合金元素，能在鑄鐵表面形成一層連續(xù)致密的保護膜，可有效地提高鑄鐵的耐蝕性。

1．鋼中常存雜質(zhì)元素有哪幾種？對性能各有什么影響？2．鋼按不同的分類方法共分為幾類？3．試比較普通碳素結(jié)構(gòu)鋼與優(yōu)質(zhì)碳素鋼的不同之處？比較這兩種碳素鋼的性能，并舉例說明其用途。4．在什么情況下采用鑄鋼？它有什么特點？5．合金鋼中經(jīng)常加入的合金元素有哪些？按其與碳的作用如何分類？6．合金元素對Fe-Fe3C合金狀態(tài)圖有什么影響？這種影響有什么工業(yè)意義？金屬材料與熱處理學(xué)習(xí)情境四鋼的熱處理

單元一：熱處理基礎(chǔ)理論知識單元二：鋼的整體熱處理單元三：鋼的表面熱處理

學(xué)習(xí)導(dǎo)航：熱處理的定義及分類；鋼在加熱時組織的變化規(guī)律；鋼在等溫冷卻和連續(xù)冷卻條件下組織的變化情況；退火、正火、淬火和回火的定義、作用和工藝路線等；常見的表面熱處理方法（表面淬火、滲碳、滲氮）的主要目的，適用范圍等。

單元一：熱處理基礎(chǔ)理論知識知識目標：掌握熱處理的定義、熟悉熱處理的分類，掌握鋼加熱時發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變，掌握等溫轉(zhuǎn)變曲線CCT圖（C曲線），熟悉連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線TTT圖以及其與C曲線的關(guān)系，掌握四種整體熱處理的概念、作用，掌握表面淬火、滲碳、滲氮的作用及應(yīng)用場合。技能目標：能根據(jù)材料的種類、零件的使用性能、工藝性能的要求安排合理的熱處理。

一、熱處理的定義及分類鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。

二、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變

1．奧氏體的形成

2．奧氏體晶粒的長大及其影響因素（1）奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度是指將鋼加熱到臨界點（A、A或A）以上某一溫度，并保溫規(guī)定的時間所得到奧氏體晶粒的大小。①起始晶粒度是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。通常情況下，起始晶粒度總是比較細小均勻的。②實際晶粒度是指在某一具體的熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。③本質(zhì)晶粒度根據(jù)國家標準，在（930±10）℃保溫3～8h下，冷卻后，測得的奧氏體晶粒的大小稱為本質(zhì)晶粒度。

2.影響奧氏體晶粒度的因素（1）加熱溫度和保溫時間奧氏體剛形成時晶粒很小，隨著加熱溫度升高晶粒將逐漸長大。奧氏體晶粒長大伴隨著晶界面積的減小，導(dǎo)致體系能量下降。所以在高溫下，奧氏體晶粒長大是一個自發(fā)過程，溫度越高，晶粒長大越明顯。在一定溫度下保溫時間越長，奧氏體晶粒也越粗大。（2）加熱速度當加熱溫度確定后，加熱速度越快，奧氏體晶粒越細小。因此，快速高溫加熱和短時間保溫，是生產(chǎn)中常用的一種細化晶粒的方法。（3）鋼中的成分

三、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

1．過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變

（1）珠光體轉(zhuǎn)變—高溫轉(zhuǎn)變（Ar1～550℃）

（2）貝氏體轉(zhuǎn)變-中溫轉(zhuǎn)變（550℃～Ms）

（3）馬氏體轉(zhuǎn)變-低溫轉(zhuǎn)變（Ms以下）

C曲線的形狀和位置并不是固定不變的，影響C曲線的因素有：（1）含碳量（2）合金元素

（3）加熱溫度和保溫時間

2．過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變

單元二：鋼的整體熱處理知識目標：掌握退火、回火、淬火和回火的概念、分類及作用。技能目標：能根據(jù)材料的種類、零件的使用性能、工藝性能的要求安排合理的熱處理。

一、鋼的退火退火是將工件加熱到臨界點以上或在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，以十分緩慢的冷卻速度（一般為隨爐冷卻）進行冷卻的一種操作。根據(jù)鋼的成分、組織狀態(tài)和退火目的不同，退火工藝可分為：完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火和去應(yīng)力退火等。

1．完全退火完全退火又稱重結(jié)晶退火，是將工件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一定時間后，隨爐緩慢冷卻到600℃左右，然后在空氣中冷卻。用于亞共析鋼成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接件。這種工藝的目的是細化晶粒，降低硬度，改善工件的切削加工性能。但這種工藝過程比較費時間。為克服這一缺點，產(chǎn)生了等溫退火工藝。

2．等溫退火等溫退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上，過共析鋼加熱到Ac1以上，保溫一定的時間，再快速冷卻至稍低于Ar1的某一溫度等溫停留，使過冷奧氏體完成向珠光體的轉(zhuǎn)變，隨后出爐或冷卻至600℃左右時出爐，等溫退火與普通退火相比可大大縮短時間。

3．球化退火球化退火是將鋼件加熱到Ac1以上10～30℃，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600℃后出爐空冷。同樣為縮短退火時間，生產(chǎn)上常采用等溫球化退火，它的加熱工藝與普通球化退火相同，只是冷卻方法不同。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，球化退火后的組織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體。這樣可降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火做準備。球化退火主要用于共析或過共析成分的碳鋼及合金鋼。對于有網(wǎng)狀二次滲碳體存在的過共析鋼，在球化退火之前應(yīng)先進行正火來打碎滲碳體網(wǎng)狀化組織。

4．擴散退火（均勻化退火）擴散退火是把鋼加熱到略低于固相線（固相線以下100℃～200℃）的溫度，長時間保溫（10h～15h），然后緩冷至室溫的工藝。其目的是為了消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化。實質(zhì)是使鋼中各元素的原子在奧氏體中進行充分擴散。工件經(jīng)擴散退火后，奧氏體的晶粒十分粗大，因此必須進行完全退火或正火處理來細化晶粒，消除過熱缺陷。

5．去應(yīng)力退火（低溫退火）這種退火是把鋼加熱到低于Ac1的某一溫度，通常為500～650℃,保溫后隨爐緩冷的工藝。主要目的是用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件（或冷拔件）及機加工的殘余內(nèi)應(yīng)力。這些應(yīng)力若不消除會導(dǎo)致隨后的切削加工或使用中的變形開裂，降低機器的精度，甚至?xí)l(fā)生事故。

二、鋼的正火將工件加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，使鋼轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火與退火的差別是冷卻速度的不同，正火的冷卻速度較大，獲得的珠光體類組織較細，因而強度與硬度也較高。正火后的力學(xué)性能和生產(chǎn)效率都較高，成本也低，因而一般情況下盡可能地用它來代替退火，正火主要應(yīng)用于下列方面。（1）用于普通結(jié)構(gòu)零件，作為最終熱處理，細化晶粒提高機械性能。（2）用于低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理，得合適的硬度便于切削加工。（3）用于過共析鋼，消除網(wǎng)狀Fe3C，有利于球化退火的進行。

三、鋼的淬火淬火就是將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然后快速冷卻（>V,一般為油冷或水冷），從而使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（或下貝氏體）的一種操作。馬氏體強化是鋼的主要強化手段，因此淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能。淬火是鋼最重要的熱處理工藝，也是熱處理中應(yīng)用最廣的工藝之一。

1．淬火工藝（1）淬火溫度

（2）保溫時間（3）淬火冷卻介質(zhì)

2．淬火的方法（1）單液淬火法（單介質(zhì)淬火）將奧氏體化后的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻獲得馬氏體組織的淬火方法稱單液淬火。這種方法操作簡單，容易實現(xiàn)機械化，自動化，如碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。但其缺點是不符合理想淬火冷卻速度的要求，水淬容易產(chǎn)生變形和裂紋，油淬容易產(chǎn)生硬度不足或硬度不均勻等現(xiàn)象。（2）雙液淬火法（雙介質(zhì)淬火）將奧氏體化后的工件先在快速冷卻的介質(zhì)中冷卻，跳過C曲線鼻尖部分，到接近馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms時，立即轉(zhuǎn)入另一種緩慢冷卻的介質(zhì)中冷卻至室溫，以降低馬氏體轉(zhuǎn)變時的應(yīng)力，防止變形開裂，這種方法稱為雙液淬火法。如形狀復(fù)雜的碳鋼工件常采用水淬油冷的方法，即先在水中冷卻到300℃后在油中冷卻；而合金鋼則采用油淬空冷，即先在油中冷卻后在空氣中冷卻。

(3)分級淬火法將奧氏體化后的工件先放入溫度稍高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中，保溫2～5min，使零件內(nèi)外的溫度均勻后，立即取出在空氣中冷卻，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這種淬火方法稱為分級淬火法。這種方法可以減少工件內(nèi)外的溫差和減慢馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，從而有效地減少內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形和開裂。但由于鹽浴或堿浴的冷卻能力低，只能適用于零件尺寸較小，要求變形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。（4）等溫淬火法將奧氏體化后的工件放入溫度稍高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中，等溫冷卻以獲得下貝氏體組織的淬火方法。這種淬火方法能顯著降低內(nèi)應(yīng)力，淬火變形小。同時得到的下貝氏體與回火馬氏體相比，在含碳量相近，硬度相當?shù)那闆r下，前者比后者具有較高的塑性與韌性，而且等溫淬火后一般不需進行回火，適用于尺寸較小，形狀復(fù)雜，要求變形小，具有高硬度和強韌性的工具，模具等。

3．鋼的淬透性淬透性是鋼的重要熱處理工藝性能，也是合理選材和正確制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。（1）淬透性的概念鋼在一定的冷卻條件下淬火時獲得馬氏體組織的能力稱為鋼的淬透性。它是鋼材本身固有的一個屬性。淬透性的大小反映了鋼在接受淬火后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的能力，通常用規(guī)定條件下得到淬透層（淬硬層）的深度來表示。

（2）影響淬透性的因素①合金元素的影響②碳質(zhì)量分數(shù)的影響③奧氏體化溫度的影響④鋼中未溶第二相

四、鋼的回火回火是將淬火鋼重新加熱到A1點以下的某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的一種操作。其目的如下。（1）改善淬火鋼的性能，達到要求的力學(xué)性能。（2）穩(wěn)定鋼件尺寸。（3）消除或減小淬火內(nèi)應(yīng)力，降低馬氏體脆性，防止工件的變形和開裂。

1．鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變

（1）馬氏體分解（100～200℃）（2）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200～300℃）（3）滲碳體的形成（250～400℃）（4）滲碳體聚集長大和α相再結(jié)晶（>400℃）

2．回火的種類和應(yīng)用淬火鋼回火后的組織與性能右回火溫度決定，鋼的回火按回火溫度不同可分為以下三種：（1）低溫回火回火溫度范圍150～250℃，回火后的組織為回火馬氏體。內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低，但保持了馬氏體的高硬度和高耐磨性。主要應(yīng)用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工模具、滾動軸承及滲碳和表面淬火的零件?；鼗鸷蟮挠捕纫话銥?8-64HRC。（2）中溫回火回火溫度范圍為350～500℃，回火后的組織為回火托氏體，硬度35-45HRC，具有一定的韌性和較高的彈性極限及屈服強度。主要應(yīng)用于各類彈簧和模具等。（3）高溫回火回火溫度范圍為500～650℃，回火后的組織為回火索氏體，其硬度25-35HRC，具有強度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、機床等機械中的重要結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿、螺栓、齒輪等

3．淬火鋼回火時力學(xué)性能的變化淬火鋼回火時，總的變化趨勢是隨著回火溫度的升高，碳鋼的硬度、強度降低；塑性提高，但回火溫度太高，塑性會有所下降；沖擊韌性隨著回火溫度升高而增大。但在250℃～400℃和450℃～650℃溫度區(qū)間回火，出現(xiàn)沖擊韌性顯著降低的現(xiàn)象，這種隨回火溫度的升高而沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為回火脆性。（1）第一類回火脆性（低溫回火脆性）（2）第二類回火脆性（高溫回火脆性）

單元三：鋼的表面熱處理知識目標：掌握表面熱處理的定義、工作原理及分類，掌握表面淬火、滲碳、滲氮的作用及應(yīng)用場合。技能目標：能根據(jù)材料的種類、零件的使用性能、工藝性能的要求安排合理的表面熱處理。

一、鋼的表面淬火僅對工件表層進行淬火的工藝，稱為表面淬火。它是利用快速加熱使鋼件表面奧氏體化，而中心尚處于較低溫度即迅速予以冷卻，表層被淬硬為馬氏體，而中心仍保持原來的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。表面淬火一般適用于中碳鋼（WC=0.4～0.5%）和中碳低合金鋼（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具鋼，低合金工具鋼（如T8、9Mn2V、GCr15等），以及球墨鑄鐵等。

1.感應(yīng)加熱表面淬火它是工件中引入一定頻率的感應(yīng)電流（渦流），使工件表面層快速加熱到淬火溫度后立即噴水冷卻的方法。

2.火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是用乙炔—氧或煤氣—氧的混合氣體燃燒的火焰，噴射至零件表面上，使它快速加熱，當達到淬火溫度時立即噴水冷卻，從而獲得預(yù)期的硬度和淬硬層深度的一種表面淬火方法。

3.激光加熱表面淬火激光加熱表面淬火是一種新型的表面強化方法。它利用激光來掃描工件表面，使工件表面迅速加熱至鋼的臨界點以上，達到淬火溫度然后快冷的表面淬火方法。

二、鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件置于活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層，以改變其表面層的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的熱處理工藝。根據(jù)滲入元素的類別，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等。

1．化學(xué)熱處理的三個基本過程任何化學(xué)熱處理方法的物理化學(xué)過程基本相同，都是元素的原子向工件內(nèi)部擴散的過程，一般都要經(jīng)過分解、吸收和擴散三個過程：（1）介質(zhì)分解：加熱使介質(zhì)分解出活性的[N]或[C]原子；（2）吸收：分解出的活性原子被工件表面吸收。所謂吸收是活性原子溶于鋼的固溶體中或與鋼中某元素形成化合物。（3）擴散：吸收的活性原子在工件表面形成濃度梯度，因而必將由表及里的向內(nèi)部擴散，形成一定深度的滲透層。

2．鋼的滲碳將低碳工件放在滲碳性介質(zhì)中加熱、保溫，使其表面層滲入碳原子的一種化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳。（1）滲碳的目的及滲碳用鋼滲碳的目的是提高工件表層含碳量。經(jīng)過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，提高工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強度，而心部仍保持良好的塑性和韌性。工業(yè)生產(chǎn)中滲碳鋼一般都是=0.10～0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如15、20、20Cr鋼等。滲碳層深度一般都在0.5～2.5mm。（2）滲碳方法根據(jù)所采用的滲碳劑的不同，滲碳方法可分為氣體滲碳、液體滲碳、固體滲碳。目前常用的就是氣體滲碳，其次是固體滲碳。

3．鋼的滲氮向鋼件表面滲入氮，形成含氮硬化層的化學(xué)熱處理過程稱為氮化。與滲碳相比、氮化工件具有以下特點：（1）氮化前需經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，以便使心部組織具有較高的強度和韌性；（2）表面硬度、耐磨性、疲勞強度及熱硬性均高于滲碳層；（3）氮化表面形成致密氮化物組成的連續(xù)薄膜，具有一定的耐腐蝕性；（4）氮化處理溫度低，滲氮后不需再進行其它熱處理，因此工件變形小。氮化處理適用于耐磨性和精度都要求較高的零件或要求抗熱、抗蝕的耐磨件。如：發(fā)動機的汽缸、排氣閥、高精度傳動齒輪等。

４．碳氮共滲碳氮共滲是向鋼的表面同時滲入碳和氮的過程，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝，習(xí)慣上又稱氰化。目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氧化）應(yīng)用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度、耐磨性和疲勞強度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

1.說明A、A、A、A、A、A、A、A、A各臨界點的意義。2.何謂熱處理？鋼的熱處理有哪些基本類型？試說明熱處理在機械制造中的作用。3.繪出共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)轉(zhuǎn)變圖，并指出兩者的不同之處。4.球化退火一般用于什么鋼？其目的是什么？低碳鋼在什么情況下用完全退火？5.正火和退火的區(qū)別是什么？說明下列情況下采用正火還是退火（何種退火）（1）ZG35的鑄造齒輪。（2）20鋼齒輪鍛件。（3）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度。（4）T12鋼齒輪鍛件。（5）45鋼齒輪鍛件。

6.何謂淬硬性？淬硬性主要由什么決定？7.珠光體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？8.貝氏體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？9.淬火臨界冷卻速度Vk的大小受哪些因素影響？它與鋼的淬透性有何關(guān)系？10.退火的主要目的是什么？生產(chǎn)上常用的退火操作有哪幾種？指出退火操作的應(yīng)用范圍。11.一批45鋼試樣（尺寸Φ15×10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。擬采用以下幾種退火工藝；（1）緩慢加熱至700℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細小晶粒，選何種工藝最合適？

12.淬火的目的是什么？亞共析碳鋼及過共析碳鋼淬火加熱溫度應(yīng)如何選擇？試從獲得的組織及性能等方面加以說明。13.淬透性與淬硬層深度兩者有何聯(lián)系和區(qū)別？影響鋼淬透性的因素有哪些？影響鋼制零件淬硬層深度的因素有哪些？14.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應(yīng)用范圍。15.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍。并說明表面淬火前應(yīng)采用何種預(yù)先熱處理。16.化學(xué)熱處理包括哪幾個基本過程？常用的化學(xué)熱處理方法有哪幾種？

17.擬用T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為：鍛造—熱處理—機加工—熱處理—磨加工(1)試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；(2)指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；(3)制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)）18.某型號柴油機的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韌性（Ak>40J），原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進行高頻淬火，最后低溫回火，現(xiàn)因工廠庫存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說明：（1）原45鋼各熱處理工序的作用；（2）改用15鋼后，應(yīng)按原熱處理工序進行能否滿足性能要求？為什么？（3）改用15鋼后，為達到所要求的性能，在心部強度足夠的前提下采用何種熱處理工藝？19.有一用45鋼制造的機床變速箱齒輪，其加工工序為：下料→鍛造→熱處理①→粗機加工→熱處理②→精機加工→熱處理③→熱處理④→磨加工，說明各熱處理工序的名稱、目的及使用狀態(tài)的組織。金屬材料與熱處理學(xué)習(xí)情境五有色金屬及其合金

單元一：鋁及其合金單元二：銅及其合金單元三：滑動軸承合金及其他有色金屬

學(xué)習(xí)導(dǎo)航：常見的有色金屬種類；鋁及鋁合金的分類、性能、牌號及應(yīng)用；銅及銅合金的分類、性能、牌號及應(yīng)用；滑動軸承合金的性能特點、組織特征及常見種類；鈦合金、鎂合金的分類及應(yīng)用。

單元一：鋁及其合金知識目標：熟悉純鋁的物理化學(xué)性質(zhì)、及分類，熟悉鋁合金的分類及常用牌號的表示方法。技能目標：能夠根據(jù)鋁合金的牌號判斷其種類、和牌號的含義。

一、純鋁純鋁是一種銀白色的輕金屬，熔點為660℃，具有面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。它的密度小，具有很高的比強度和比剛度；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，僅次于Au、Cu和Ag，室溫時，鋁的導(dǎo)電能力約為銅62％；若按單位質(zhì)量材料的導(dǎo)電能力計算，鋁的導(dǎo)電能力為銅的2倍。純鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，在大氣中極易氧化，在表面形成一層牢固致密的氧化膜，有效隔絕鋁和氧的接觸，從而阻止鋁表面的進一步氧化，使它在大氣和淡水中具有良好的耐蝕性。純鋁在低溫下，甚至在超低溫下都具有良好的塑性（Ψ=80％）和韌性，這與鋁具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)有關(guān)。鋁的強度低（σb=80～100MPa），冷變形加工硬化后強度可提高到σb=150～250MPa，但其塑性卻降低到Ψ=50～60﹪。

純鋁按純度可分為3類：（1）工業(yè)純鋁。純度為98.0%～99.0%，牌號有L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7。鋁材用漢語拼音第一個字母“L”表示，數(shù)字越大，純度越低。L1、L2、L3：用于高導(dǎo)電體、電纜、導(dǎo)電機件和防腐機械。L4、L5、L6：用于器皿、管材、棒材、型材和鉚釘?shù)取7：用于日用品。（2）工業(yè)高純鋁。純度為98.85%～99.9%。牌號有L0和L00等。用于制造鋁箔、包鋁及冶煉鋁合金的原料。（3）高純鋁。純度為99.93%～99.99%，牌號有L01、L02、L03、L04等。數(shù)字越大，純度越高。主要用于特殊化學(xué)機械、電容器片和科學(xué)研究等。

二、鋁合金1．鋁合金的分類（1）變形鋁合金：（2）鑄造鋁合金：

2．鋁合金的代號、牌號表示方法變形鋁合金根據(jù)其性能特點和用途可分為防銹鋁合金（LF）、硬鋁合金（LY）、超硬鋁合金（LC）及鍛鋁合金（LD），其典型代號有LF5、LY12、LC4、LD5等，其中數(shù)字為順序號。

3．常用的變形鋁合金不可熱處理強化的鋁合金（1）Al－Mn系合金（2）Al－Mg系合金（3）Al－Zn－Mg－Cu系合金

可熱處理強化的鋁合金（1）硬鋁合金（Al－Cu－Mg系）標準硬鋁：高強度硬鋁：（2）超硬鋁合金（Al－Zn－Mg－Cu系）（3）鍛鋁合金（Al－Cu－Mg－Si系）

4．常用的鑄造鋁合金（1）鋁硅合金（Al－Si系）（2）鋁銅合金（Al－Cu系）（3）鋁鎂合金（Al－Mg系）（4）鋁鋅合金（Al－Zn系）

5．鋁合金的強化鋁合金的強化方式主要以下幾種：（1）固溶強化（2）時效強化經(jīng)過固溶處理的過飽和鋁合金在室溫下或加熱到某一溫度后，放一段時間，其強度和硬度隨時間的延長而增高，但塑性、韌性則降低，這個過程稱為時效。在室溫下進行的時效稱為自然時效，在加熱條件下進行的時效稱為人工時效。

單元二：銅及其合金知識目標：熟悉純銅的物理化學(xué)性能、分類、牌號，熟悉銅合金的種類、牌號表示方法，熟悉常見銅合金的性能特點及應(yīng)用場合。技能目標：能夠根據(jù)銅合金的牌號判斷其化學(xué)成分。

一、純銅純銅呈玫瑰紅色，但容易和氧化合，表面形成氧化銅薄膜后，外觀呈紫紅色，故又稱紫銅。純銅具有面心立方晶格，無同素異晶轉(zhuǎn)變。密度為8.9g/cm3，熔點為1083℃。純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，其導(dǎo)電性在各種元素中僅次于銀，故純銅主要用作導(dǎo)電材料。銅是逆磁性物質(zhì)，用純銅制作的各種儀器和機件不受外磁場的干擾，故純銅適合制作磁導(dǎo)儀器、定向儀器和防磁器械等。

純銅的強度很低，軟態(tài)銅的抗拉強度不超過240Mpa，但是具有極好的塑性，可以承受各種形式的冷熱壓力加工。因此，銅制品多是經(jīng)過適當形式的壓力加工制成的。在冷變形過程中，銅有明顯的加工硬化現(xiàn)象，并且導(dǎo)電性略微降低。加工硬化是純銅的唯一強化方式。冷變形銅材退火時，也和其他金屬一樣，產(chǎn)生再結(jié)晶。再結(jié)晶的程度和晶粒的大小顯著影響銅的性能，再結(jié)晶軟化退火溫度一般選擇500～700℃。純銅的化學(xué)性能比較穩(wěn)定，在大氣、水、水蒸汽、熱水中基本上不遭受腐蝕。工業(yè)純銅中常含有微量的雜質(zhì)元素，會降低純銅的導(dǎo)電性，使銅出現(xiàn)“熱脆”性和“冷脆”性。純銅中還有無氧銅，牌號有TU1、TU2，它們含氧極低（＜0.003％），其他雜質(zhì)也很少，主要用于制作電真空器件及高導(dǎo)電性銅線。這種導(dǎo)線能抵抗氫的作用，不發(fā)生氫脆現(xiàn)象。根據(jù)雜質(zhì)的含量，工業(yè)純銅可分為四種：T1、T2、T3、T4?！癟”為銅的漢語拼音字頭，編號越大，純度越低。

二、銅合金的分類純銅的強度不高，用加工硬化方法雖可提高銅的強度，但卻使塑性大大下降，因此常用合金化的方法來獲得強度較高的銅合金，作為結(jié)構(gòu)材料。根據(jù)化學(xué)成分，可將銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。最常用的是前兩類。

三、黃銅以鋅為唯一或主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅具有良好的塑性和耐腐蝕性、良好的變形加工性能和鑄造性能，在工業(yè)中有很好的應(yīng)用價值。按化學(xué)成分的不同，黃銅可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類。

1．普通黃銅普通黃銅是銅-鋅二元合金。

2．特殊黃銅為了獲得更高的強度、耐蝕性和某些良好的工藝性能，在銅鋅合金中加入鉛、錫、鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素，形成各種特殊黃銅。特殊黃銅的編號方法是：“H+主加元素符號+銅的平均質(zhì)量分數(shù)+主加元素的平均質(zhì)量分數(shù)”。特殊黃銅可分為壓力加工黃銅（以黃銅加工產(chǎn)品供應(yīng)）和鑄造黃銅兩類，其中鑄造黃銅在編號前加“Z”。