金屬材料與熱處理基礎(chǔ)課件

第一章金屬的分類與用途金屬材料的分類金屬材料可分為兩大類：黑色金屬(或鋼鐵)和有色金屬（也稱非鐵金屬），如圖所示

鑄鐵

黑色金屬工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼鋼工具鋼不銹鋼及耐熱鋼金屬材料

輕金屬：鋁、鎂、鈦等重金屬：銅、鋅、鋁、等有色金屬貴金屬:金、銀、鉑等稀有金屬：鎢、鉬、釩、鋰、鈷等放射金屬：鐳、鈾、釷等

第一章金屬的分類與用途金屬材料的分類1第一節(jié)：鐵碳合金鋼鐵是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的金屬材料。碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金。1.純鐵：工業(yè)純鐵的含碳量一般為Wfe=99.8%~99.9%,常含有0.1%~0.2%的雜質(zhì)，其中主要是碳。工業(yè)純鐵的力學(xué)性能大致如下：抗拉強(qiáng)度σb=180~280MPa;屈服強(qiáng)度σ0.2=100~170MPa；伸長(zhǎng)率δ=30%~50%；斷面收縮率ψ=70%~80%；沖擊韌度αk=160~200J/cm2；硬度50~80HBS?？梢姡冭F的塑性韌性很好，但其強(qiáng)度硬度低，很少用作結(jié)構(gòu)材料。純鐵的主要用途是利用它的鐵磁性。純鐵具有高的磁導(dǎo)率，可用于要求軟性的場(chǎng)合，例如各種儀器的鐵芯等。純鐵的熔點(diǎn)：1538℃純鐵的密度：7.87g/CM3鐵的牌號(hào)：Fe生鐵和鋼的區(qū)別是含碳量不同，生鐵一般含碳量2—4.3%鋼含碳量0.03—2%.第一節(jié)：鐵碳合金2碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工藝性能的影響對(duì)切削加工性能的影響

金屬材料的切削加工性，一般可以從允許的切削速度、切削力、表面粗糙度、刀具壽命等幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)切削加工性能的有一定的影響，低碳鋼中的鐵素體較多，塑性韌性很好，切削加工時(shí)產(chǎn)生的切削熱較大，容易粘刀，而且切削不易折斷，影響表面粗糙度，因此切削加工性功能不好。高碳鋼中慘碳體多，硬度較高，嚴(yán)重磨損刀具，切削性功能也差。中碳鋼中的碳素體的比例適當(dāng)，硬度和塑性也比較適中，其切削加工性功能較好。一般認(rèn)為，鋼的硬度大致為170~250HBS時(shí)切削加工性功能最好碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工藝性能的影響對(duì)切削加工性能的影響3第二節(jié)：非合金鋼非合金鋼是以鐵、碳為基本組成元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的鐵碳合金，俗稱碳素鋼，簡(jiǎn)稱碳鋼合金鋼的分類一、按鋼的用途分類（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼：這類鋼主要用于建筑行業(yè)（如建筑鋼筋、鋼板）和制造各種工程用結(jié)構(gòu)件（如橋梁、船舶、鍋爐等），或機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)零件（如軸、螺釘、螺母、曲軸和連桿等）這類鋼一般屬于低碳鋼或中碳鋼。（2）碳素工具鋼:這類鋼主要用于制造各類刃具、量具和模具。這類鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，屬于高碳鋼系列。第二節(jié)：非合金鋼非合金鋼是以鐵、碳為基本組成元素，碳的質(zhì)量分4非合金鋼的牌號(hào)和用途一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)GB700—88的規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)的牌號(hào)由于代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)等四部分按順序組成，例如:Q235—A.F符號(hào)：Q—?jiǎng)偛徘c(diǎn)“屈”字漢語(yǔ)拼音首位字母A、B、C、D—分別質(zhì)量等級(jí)F—沸騰鋼B—半鎮(zhèn)靜鋼Z—鎮(zhèn)靜鋼TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼隨著牌號(hào)的增大，其含碳量增加，強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。同一鋼號(hào)內(nèi)質(zhì)量越高，鋼的質(zhì)量越好，Q235C、Q235D級(jí)優(yōu)于Q235A、Q235B級(jí)。非合金鋼的牌號(hào)和用途一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼5優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的主要用途主要用于制造各種機(jī)械零件和彈簧08、10鋼，屬級(jí)軟底碳素鋼，強(qiáng)度、硬度很低，塑性、韌性很好，具有優(yōu)良的沖壓、拉伸及焊接性能，淬透性、淬硬性差，不宜切屑加工，因此它廣泛應(yīng)用來(lái)制造冷沖壓零件。適宜軋制成薄板、薄帶、冷變形才等，用于制造各種容器、儀表板、機(jī)器罩以及摩擦片、深沖器皿、汽車身、管子、墊圈、卡頭等。15、20鋼，也具有良好的沖壓及焊接性功能，常用來(lái)制造受力不大、韌性要求較高的中小結(jié)構(gòu)零件。如：容器、螺釘、螺母、杠桿、曲軸等。35、40、45、50鋼，強(qiáng)度較高，綜合性功能良好，淬透性低，水淬易產(chǎn)生裂紋，小型件宜采用調(diào)制處理，大型件宜采用正火處理。經(jīng)調(diào)制后，可獲得良好的綜合力學(xué)性能，用來(lái)制造齒輪、連桿、軸類等。在零件需要耐磨的部分，還需要進(jìn)行表面淬火。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的主要用途主要用于制造各種機(jī)械零件和6碳素工具鋼和碳素鑄鋼

碳素工具鋼用來(lái)制造各種刃具、刀具、模具等。碳素工具鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼，有的鋼中若含硫、磷更低，為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。

鑄鋼是冶煉后直接鑄造成型的鋼種。鑄鋼的牌號(hào)用“鑄鋼”的漢語(yǔ)拼音字母ZG表示，后面兩組數(shù)字分別表示該鑄鐵的屈服強(qiáng)度（Re）和抗拉強(qiáng)度Rm值，例如ZG200—400，ZG270—500等。鑄鐵主要用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，例如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械的齒輪、軸，以及軋輥、機(jī)座、缸體、外殼、閥體等。碳素工具鋼和碳素鑄鋼碳素工具鋼用來(lái)制造各種刃具、刀具、7合金工具鋼

工具鋼用于制造刀具、模具和量具等各種工具、合金工具鋼有一定量的一種或幾種合金元素，因而具有較好碳素工具鋼更優(yōu)越的力學(xué)性能。合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼及量具鋼等三類。一、刃具鋼1、工作條件及性能要求刃具鋼主要用于制造車刀、銑刀、鉸刀、鉆頭、絲錐、扳機(jī)等各種刀具，其中工作任務(wù)是對(duì)各種金屬或非金屬材料進(jìn)行切削加工。二、低合金刃具鋼用于制造受熱程度較低的手工工具或低速而小進(jìn)刀量的機(jī)用工具。當(dāng)對(duì)刀具有較高的性能要求時(shí)，如制造扳牙、絲錐、鉸刀、搓絲板及拉刀等低速切削刀具，則必須選用含有一定量合金元素的低合金刃具鋼。三、高速鋼1、化學(xué)成分高速鋼是一種用于制造高速切削刃具的高合金工具鋼。高速鋼具有良好的熱硬性、高硬度及耐磨等特殊性能。當(dāng)溫度達(dá)到600℃左右時(shí)，其硬度值仍無(wú)明顯下降，因而廣泛應(yīng)用于制造各種不同用途、不同種類的高速切削刃具，如車刀、銑刀、刨刀、拉刀及鉆頭等。用高速鋼制造的刀具，在切削時(shí)明顯比一般低合金刃具鋼制的刀具更加鋒利，因此又俗稱峰鋼。合金工具鋼工具鋼用于制造刀具、模具和量具等各種工具、8模具鋼模具是使金屬材料或非金屬材料成型的工具，其工作條件及性能要求，與被成型材料的性能、溫度及狀態(tài)等有著密切關(guān)系。因此，模具鋼大體可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼。一、冷作模具鋼(1)工作條件及性能要求冷作模具是使金屬或非金屬材料在常溫狀態(tài)下成形的模具，主要的種類有沖載、成型、冷靜壓、冷鐓、冷擠、冷滾壓、等。冷作模具在工作過程中主要受擠壓、彎曲、沖擊及摩擦作用，其主要損壞形式是磨損、斷裂、崩刃及變形。因此，冷作模具鋼經(jīng)過適當(dāng)熱處理后應(yīng)具有高的硬度、高的耐磨性、足夠的強(qiáng)度及韌性。常用鋼種(1)工作時(shí)載荷較輕、形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小的冷作模具，可選用碳素工具鋼，如T8A、T10A、T12A等制造模具鋼模具是使金屬材料或非金屬材料成型的工具，其工作9模具鋼常用鋼種2）、工作時(shí)載荷較輕，但形狀復(fù)雜或尺寸較大的冷作模具，可選用低合金刃具鋼，如9Si Cr、9Mn2V、CrWMn等制造；3）、重載荷，要求高耐磨性、高淬透性、變形量小的形狀復(fù)雜的冷作模具，選用Cr12性鋼制造。近幾年來(lái)發(fā)展了Cr6WV、Cr4W2MoV及基本鋼等用于制造重負(fù)荷的模具。

在冷作模具鋼中，應(yīng)用得較廣泛，最具有代表性的鋼種是Cr12型鋼，其中最常用的是Cr12Cr12型鋼鍛造后的預(yù)先熱處理采用球化退火，最終熱處理則根據(jù)模具的工作條件及性能要求而定。二、熱作模具鋼（1）工作條件及性能要求熱作模具是使金屬或非金屬材料在被加熱狀態(tài)下成型的工具。模具鋼常用鋼種10模具鋼

模具的平均溫度在500~600℃之間。由于模具的溫度在升高，導(dǎo)致其組織、性能發(fā)生變化，從而影響其使用壽命。因此熱作模具在工作時(shí)此次采用必要的冷卻措施，以控制模具的溫升。熱作模具的失效形式主要有塑性變形、斷裂、磨損及熱疲勞。三、塑料模具鋼塑料制品的成型主要有壓塑、擠塑、注塑、擠出、發(fā)泡和吹塑等六種。由于各種塑料的性質(zhì)及成分不相同，成型方法也不同，因而對(duì)成型模具的硬度拋光性能、耐腐蝕性能要求和使用溫度也不相同。對(duì)壓塑、擠塑、注射、擠出模具材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235、35、45鋼40Cr、20CrMnTi、38CrMoAl，碳素工具鋼T8~T10，合金工具鋼5CrNiMo、9Mn2V、CrWMn、Cr12，不銹鋼2Cr13;而泡沫塑料及吹塑模具主要選擇有色金屬鋅、鋁、銅及其合金或鑄鐵制造。模具鋼模具的平均溫度在500~600℃之間。11鑄鐵碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。從成份上看與鋼的主要區(qū)別是鑄鐵的碳、硅含量較高，雜質(zhì)元素硫、磷較多。1、灰鑄鐵：牌號(hào)“HT”代表灰鐵，后面三位數(shù)字表示其最小抗拉強(qiáng)度。2、可鍛鑄鐵：牌號(hào)“KT”表示“可鐵”其后“H”表示黑心可鍛鑄鐵，“Z”表示珠光體可鍛鑄鐵。后面兩組數(shù)字分別表示最小抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率3、球墨鑄鐵：是一種高強(qiáng)度鑄鐵，牌號(hào)“QT”表示球鐵，后面兩組數(shù)字的第一組表示最小抗拉強(qiáng)度，第二組表示伸長(zhǎng)率。4、儒墨鑄鐵：是近幾年來(lái)發(fā)展的一種新型高強(qiáng)度鑄鐵。它是在鐵水中加入一定量的蠕化劑經(jīng)處理而練成，牌號(hào)“RuT”加最小抗拉強(qiáng)度表示舉例說(shuō)明：HT100KTHKTZQT400—18RuT420鑄鐵碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。從成份上看12常用到的金屬鋁：熔點(diǎn)為660℃沸點(diǎn)2467℃密度2.72g/CM3約為鋼的1/3.元素符號(hào)Al生鋁（翻砂鋁），生鋁是從一種天然提煉的化學(xué)成分氧化鋁中提取出來(lái)的純度不高的鋁。是不純凈的鋁，它和生鐵一樣，使勁一敲就碎。常見的鋁制品又輕又薄，這是熟鋁鋁合金是在純鋁里摻進(jìn)少量的鎂、錳、銅等金屬，冶煉而成的抗腐蝕本領(lǐng)和硬度得到很大的提高。生鋁成分：98%以下鋁，性質(zhì)脆硬，只能翻砂鑄造產(chǎn)品。熟鋁成分：98%以上的鋁，性質(zhì)柔軟，可壓延或沖軋多種器皿。常用到的金屬鋁：熔點(diǎn)為660℃沸點(diǎn)2467℃密度2.7213銅銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，早在三千多年前人類就開始使用銅。金屬銅：元素符號(hào)Cu,密度8.96g/cm3,熔點(diǎn)1083℃沸點(diǎn)2567℃銅的分類：1、黃銅：銅和鋅的合金.牌號(hào)用“H”表示黃，數(shù)字表示銅的含量，余量為鋅。2、青銅：銅和錫的合金。牌號(hào)用“Q”表示+第一主加元素及質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）+其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）表示。3、白銅：銅和鈷鎳合金銅是重有色金屬，純銅是玫瑰紅色金屬銅表面氧化后表面呈紫色銅銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，早在三千多年前人類就開始使14硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是粉末冶金工具材料應(yīng)用最普遍的一種。與工具鋼相比，它硬度高達(dá)（69~81HRC），熱硬性好（可達(dá)900~1000℃），硬質(zhì)合金以碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）等高熔點(diǎn)、高硬度化合物為主要元素制成的材料成為金屬陶瓷硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是粉末冶金工具材料應(yīng)用最普遍的一種。與工具鋼15學(xué)習(xí)目的：

通過本章的學(xué)習(xí)具備所必需的汽車所使用的金屬材料基本知識(shí)。學(xué)習(xí)要求：

掌握金屬的力學(xué)性能指標(biāo)及常用數(shù)據(jù)。掌握鋼的熱處理的基本知識(shí)及常用的熱處理方法、工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。掌握常用的機(jī)械工程材料類型、牌號(hào)、力學(xué)性能及用途。初步具有選擇工程材料的能力。第二章金屬材料與熱處理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目的：第二章金屬材料與熱處理基礎(chǔ)16第一節(jié)金屬的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的特性。力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度及疲勞強(qiáng)度等。

一、強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。強(qiáng)度指標(biāo)一般可以通過金屬拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。把標(biāo)準(zhǔn)試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，然后對(duì)試樣緩慢施加拉力，使之不斷變形直到拉斷為止。在此過程中，試驗(yàn)機(jī)能自動(dòng)繪制出載荷F和試樣變形量AL的關(guān)系曲線。此曲線叫做拉伸曲線。

1．拉伸曲線圖2-1為低碳鋼的拉伸曲線，圖中縱坐標(biāo)表示載荷單位為N；橫坐標(biāo)表示絕對(duì)伸長(zhǎng)量△L，單位為mm。第一節(jié)金屬的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用下17從圖2-1中可以看出下面幾個(gè)變形階段：（1）Oe———彈性變形階段 （2）es———屈服階段 （3）sb———強(qiáng)化階段 （4）bk———縮頸階段 從圖2-1中可以看出下面幾個(gè)變形階段：18

2．強(qiáng)度指標(biāo)材料受到外力作用會(huì)發(fā)生變形，同時(shí)在材料內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)抵抗變形的力稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，單位為Pa（帕），即N/m2工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。（1）屈服點(diǎn)σs材料產(chǎn)生屈服時(shí)的最小應(yīng)力。單位為MPa。σs=Fs/AO（2-1）式中，F(xiàn)s是屈服時(shí)的最小載荷(N)；A0是試樣原始截面積。對(duì)于無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料（如高碳鋼、鑄鐵），測(cè)量屈服點(diǎn)很困難，工程上經(jīng)常采用殘余伸長(zhǎng)為0.2％原長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力σ0.2作為屈服強(qiáng)度指標(biāo)，稱為規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力。σ0.2=F0.2/AO（2-2）（2）抗拉強(qiáng)度σb材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力，單位為MPa?？估瓘?qiáng)度表示材料抵抗均勻塑性變形的最大能力，也是設(shè)計(jì)機(jī)械零件和選材的主要依據(jù)。σb=Fb/AO（2-3）式中，F(xiàn)b是試樣斷裂前所承受的最大載荷（N）。2．強(qiáng)度指標(biāo)19

二、塑性金屬材料在載荷的作用下，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性。通過拉伸試驗(yàn)測(cè)得的常用塑性指標(biāo)有：斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。

1．?dāng)嗪笊扉L(zhǎng)率δ試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量和原始標(biāo)距之比δ=(L1—L0)/L0×100％（2-4）式中，L1試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度。L0試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度。

2．?dāng)嗝媸湛s率ψ試樣拉斷處ψ=×100％橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比ψ==(A0—A1)/AO

×100％

（2-5）式中，Ao是試樣的原始橫截面積；A．是試樣斷口處的橫截面積。二、塑性20

三、硬度硬度是指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用來(lái)測(cè)定硬度的方法有布氏硬度試驗(yàn)法和洛氏硬度試驗(yàn)法。

1．布氏硬度試驗(yàn)法如圖2-2所示采用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定載荷F的作用下，壓入被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)定壓痕直徑，求出壓痕球形的表面積，壓痕單位表面積上所承受的平均壓力（F/A）即為布氏硬度值，壓頭為淬火鋼球時(shí)用HBS表示，壓頭為硬質(zhì)合金球用時(shí)HBW表示。例如120HBS，450HBW。三、硬度212．洛氏硬度試驗(yàn)法采用頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭．如圖2-3所示。試驗(yàn)時(shí)先施加初載荷，使壓頭與試樣表面接觸良好，保證測(cè)量準(zhǔn)確，再施加主載荷，保持到規(guī)定的時(shí)間后再卸除主載荷，依據(jù)壓痕的深度來(lái)確定材料的硬度值。2．洛氏硬度試驗(yàn)法22

四、沖擊韌度

對(duì)于承受沖擊載荷的材料，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞，不僅要求具有高的強(qiáng)度和一定的塑性，還必須具備足夠的沖擊韌度。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。沖擊韌度的測(cè)定方法，如圖2-4所示。是將被測(cè)材料制成標(biāo)準(zhǔn)缺口試樣，在沖擊試驗(yàn)機(jī)上由置于一定高度的重錘自由落下而一次沖斷。沖斷試樣所消耗的能量稱為沖擊功，其數(shù)值為重錘沖斷試樣的勢(shì)能差。沖擊韌度值aKV就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功，這個(gè)值越大，則韌性越好，受沖擊時(shí)，越不容易斷裂。四、沖擊韌度23

五、疲勞強(qiáng)度在汽車上的許多零件中，比如各種軸、齒輪、彈簧、連桿等，要受到大小和方向呈周期性變化的載荷作用。這種交變載荷雖然小于材料的強(qiáng)度極限，甚至小于其彈性極限，但經(jīng)多次循環(huán)后，在沒有明顯的外觀變形時(shí)也會(huì)發(fā)生斷裂，這種破壞稱作疲勞破壞或疲勞斷裂。這種破壞都是突然發(fā)生的，具有很大的危險(xiǎn)性。疲勞強(qiáng)度σ-1是表示材料以周期性交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，其大小與應(yīng)力變化的次數(shù)有關(guān)。對(duì)于黑色金屬規(guī)定循環(huán)次數(shù)為107次，有色金屬循環(huán)次數(shù)為108次。為了提高金屬的疲勞強(qiáng)度，可以通過改善零件的結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中，減小表面粗糙度值，進(jìn)行表面熱處理和強(qiáng)化處理等方法。五、疲勞強(qiáng)度24

一、鋼的熱處理原理

1．概述熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。根據(jù)熱處理的目的和工藝方法的不同，熱處理可分為：第二節(jié)鋼的熱處理常識(shí)一、鋼的熱處理原理第二節(jié)鋼的熱處理常識(shí)25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(gè)階段所組成的。熱處理工藝過程可用在溫度一時(shí)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，見圖2-5。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26

2．鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變?cè)跓崽幚砉に囍?，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(shí)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(duì)鋼冷卻后的組織和性能有重要影響。因此，鋼在加熱時(shí)，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(shí)間，以求在冷卻后獲得高性能的組織。

3．鋼在冷卻時(shí)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(shí)，將獲得不同的力學(xué)性能，見表2-1。2．鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變27

二、退火與正火

1．退火退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。

2．正火正火是指把鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上保溫，使其完全奧氏體化，在空氣中冷卻的熱處理工藝。

三、淬火與回火

1．淬火淬火是將鋼的組織加熱到轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，以大于臨界冷卻速度快速冷卻的熱處理工藝。

2．回火鋼的回火是指將淬火后的鋼，在組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以下加熱，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。二、退火與正火28

四、表面熱處理常用的表面熱處理方法有表面淬火及化學(xué)熱處理兩種。

1．表面淬火（1）火焰加熱表面淬火（如圖2-8所示）（2）感應(yīng)加熱表面淬火（如圖2-9所示）四、表面熱處理29

2．化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是指將鋼件放入一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其表層化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理種類很多，最常用的是滲碳和滲氮。（1）鋼的滲碳將工件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝，如圖2-10所示。（2）鋼的滲氮是指在一定溫度下，使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。2．化學(xué)熱處理30第三節(jié)常用金屬材料金屬材料可分為鋼鐵材料和非鐵材料（有色金屬材料）兩大類，而鋼又可分為碳素鋼和合金鋼，鋼鐵以外的其他金屬稱為非鐵金屬材料或有色金屬材料。

一、鋼鋼的分類方法很多，常用的是按鋼的用途分類，可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼。

二、鑄鐵鑄鐵中的碳主要以滲碳體和石墨兩種形式存在，根據(jù)碳的存在形式不同，鑄鐵可以分為下列幾種：（1）白口鑄鐵（2）灰鑄鐵碳（3）麻口鑄鐵

根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)不同，鑄鐵又可分為：灰鑄鐵中的石墨呈片狀；可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀；球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，蠕墨鑄鐵中的石墨呈蠕蟲狀。第三節(jié)常用金屬材料金屬材料可分為鋼鐵材料和非鐵材料（有31金屬材料與熱處理基礎(chǔ)課件32

三、有色金屬及其合金有色金屬是指鋼鐵以外的其他金屬。有色金屬種類很多，又具有某些獨(dú)特的性能，是工業(yè)上不可缺少的金屬材料，有色金屬應(yīng)用較廣的是鋁、銅、鈦及其合金和滑動(dòng)軸承合金。

1．鋁及鋁合金

2．銅及銅合金

3．滑動(dòng)軸承合金三、有色金屬及其合金33復(fù)習(xí)試題

一、選擇題1、拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷前所能夠承受的最大應(yīng)力稱為材料的（）。A、彈性極限B、抗拉強(qiáng)度C、屈服點(diǎn)2、用拉伸試驗(yàn)可測(cè)定材料的（）性能指標(biāo)。A、強(qiáng)度B、韌性C、硬度3、將鋼件奧氏體化后，先浸入一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中，然后迅速浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的淬火方法稱（）。A、分級(jí)淬火B(yǎng)、等溫淬火C、水冷淬火D、雙介質(zhì)淬火4、如果鋼件有嚴(yán)重的碳化物網(wǎng)，應(yīng)先進(jìn)行（）消除碳化物，然后再球化退火。A、去應(yīng)力退火B(yǎng)、正火C、完全退火D、淬火復(fù)習(xí)試題一、選擇題345、制造小彈簧宜選用（）

，制造冷壓件宜選用（）鋼。A、08FB、45C、65MnD、T12A6、滾動(dòng)軸承鋼GCrl5中的平均含鉻量為（）

。A、0.15B、1.5C、15D、0.0157、合金滲碳鋼滲碳后必須進(jìn)行（）熱處理才能使用。A、淬火加高溫回火B(yǎng)、淬火加中溫回火 C、淬火加低溫回火D、高溫回火8、鑄鐵中的碳以石墨形態(tài)析出的過程稱為（）

。A、石墨化B、變質(zhì)處理C、球化處理D、結(jié)晶9、選擇下列材料的零件：汽車后橋外殼（）

，柴油機(jī)曲軸（）

。A、HT200B、KTH350-10C、QT500-05D、RUT42010、不是工業(yè)純鋁的特點(diǎn)的是（）

。A、密度小B、導(dǎo)電性好C、強(qiáng)度高D、抗腐蝕能力高5、制造小彈簧宜選用（），制造冷壓件宜選用（）35

二、判斷題1、材料的屈服點(diǎn)越低，則允許的工作應(yīng)力越高。（）2、洛氏硬度值是沒有單位的。（）3、布氏硬度測(cè)量法不適合于測(cè)量成品及較薄的零件。（）4、鑄鐵的鑄造性能比鋼好得多，所以常用來(lái)鑄造復(fù)雜的工件。（）5、對(duì)鋼進(jìn)行熱處理的目的都是為了獲得細(xì)小、均勻的奧氏體組織。（）6、退火與正火的目的大致相同，它們主要的區(qū)別是保溫時(shí)間長(zhǎng)短。（）7、回火的目的主要是消除應(yīng)力，降低硬度，便于進(jìn)行切削加工。（）8、感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)所使用的電流頻率越高，則工件表面的淬硬層嘗試越大。（）9、滲碳的零件可以是低碳鋼也可以是高碳鋼。（）二、判斷題3610、碳素工具鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都大于0.7％。（）11、灰口鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。（）12、從灰鑄鐵的牌號(hào)上可以看出它的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌度值。（）13、耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵都屬于合金鑄鐵。（）14、通過熱處理可以改變灰鑄鐵的基體組織，故可以顯著地提高力學(xué)性能。（）15、QT400-18是指σb=400MPa，σ=1.8％的球墨鑄鐵。（）16、A1-Si系鑄造合金，又叫硅鋁明。鑄造性能良好，強(qiáng)度韌性較高。（）17、在去應(yīng)力退火過程中，鋼的組織不發(fā)生變化。（）18、合金鋼只有經(jīng)過熱處理，才能顯著提高其力學(xué)性能。（）19、可鍛鑄鐵比灰鑄鐵的塑性好，因此可以進(jìn)行鍛壓加工。（）20、工業(yè)純鋁具有較高的強(qiáng)度，常用作工程結(jié)構(gòu)材料。（）10、碳素工具鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都大于0.7％。（37

三、填空題1、金屬材料的使用性能包括————、————和————等；工藝性能包括————、————、————、————和————等。2、材料的力學(xué)性能包括————、————、————、————和————等。3、強(qiáng)度是指金屬材料在————作用下，抵抗————和————的能力。4、斷裂前金屬材料————材料的能力稱為塑性。金屬材料的————和————的數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。5、金屬材料抵抗————作用而不破壞的能力，稱為沖擊韌度。6、熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行————、————和————以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。7、生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)有————、————和————等。8、生產(chǎn)中在鋼淬火后進(jìn)行————的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后的組織為————。9、Q235—A·F表示————為235MPa，質(zhì)量為————級(jí)的鋼三、填空題38

10、ZG270-500表示σb=————，σs=—