常用金屬材料及熱處理工藝介紹14年3月

常用金屬材料及熱處理工藝介紹14年3月常用金屬材料及熱處理工藝介紹14年3月1.煉鐵鐵在自然界中以各各種各樣的化合物的形式存在，并同其他化合物混在一起形成鐵礦石。煉鐵的實(shí)質(zhì)是把鐵從鐵礦石中還原出來(lái)。煉鐵的主要原料有鐵礦石、焦碳、和石灰石，并按一定的比例配合后熔煉。1.2煉鐵的基本過(guò)程:高爐是現(xiàn)代煉鐵的主要設(shè)備，高爐煉鐵如圖所示：爐料不斷從進(jìn)料口2加入爐內(nèi)，空氣經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱后從進(jìn)風(fēng)口吹入爐中，在冶煉的過(guò)程中爐料充滿高爐，并不斷下降，吹入高爐的空氣與化學(xué)反應(yīng)生成的氣體組成的爐氣并沿著爐料的逢隙上升，經(jīng)一段時(shí)間的冶煉后，先打開(kāi)出渣口排渣，再打開(kāi)出鐵口出鐵，從爐頂排出的的廢氣（高爐煤氣）經(jīng)煤氣出口回收。煉鐵高爐示意圖進(jìn)料口進(jìn)風(fēng)口出渣口出鐵口煤氣出口1.3高爐產(chǎn)品高爐出鐵口流出鐵為生鐵，生鐵含有碳、硅、錳、磷、硫等元素，按含硅量的不同，分為煉鋼生鐵（wsi<1.25%）和鑄造生鐵，（wsi=1.25%-3.2%）。副產(chǎn)品有爐渣和高爐煤氣。爐渣可以制造水泥，高爐煤氣經(jīng)凈化成為然料，廣泛用于加熱風(fēng)爐，及民用管道煤氣。1.4煉鋼

煉鋼的本質(zhì)是得用氧化的辦法降低生鐵中的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)和過(guò)量的碳，使化學(xué)成分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的成分。從而改善其性能。1.5煉鋼的基本過(guò)程1.5.1氧化過(guò)程生鐵中的碳、硅、錳、磷等在高溫條件下，與氧的親和力比鐵強(qiáng)，煉鐵時(shí)加入氧化劑（氧氣、鐵礦石等）將優(yōu)先與這些雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種氧化物，生成的CO氣體容易逸出，并且對(duì)鋼液有攪拌作用，促使冶煉過(guò)程順利進(jìn)行，生成硅、錳、磷等的氧化物及混入鐵中的硫，將與熔劑CaO等發(fā)生一系列的反應(yīng)生成爐渣。1.5.2.脫氧過(guò)程在氧化過(guò)程中，大量的鐵也被氧化成FeO。鋼中存在FeO將使其力學(xué)性能下降，高溫時(shí)易脆斷，因此，在冶煉后期必須往鋼液中加入脫氧劑（硅鐵、錳鐵、金屬鋁等），脫氧劑與FeO生成反應(yīng)，生成爐渣。1.6煉鋼的方法1.6.1轉(zhuǎn)爐煉鋼法爐體可以繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每煉完一爐鋼都要把爐體傾到，倒出鋼液。冶煉時(shí)以純氧作為氧化劑，直接利用吹風(fēng)管從爐頂向爐中吹入氧化，依靠化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)熱量就可以冶煉，不需要外加熱源。轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)率高，幾直分鐘就能煉一爐鋼，但必須以液態(tài)為主要原料。雜質(zhì)被氧化產(chǎn)生的熱量不僅能能使生鐵液溫度提高到鋼的溶點(diǎn)，還能使加入的廢鋼溶化，重新冶煉成好鋼，廢鋼的加入量甚至可達(dá)每爐鋼的35%。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼通常用于煉各種碳鋼。1.6.2電爐煉鋼冶煉時(shí)以鐵礦石或純氧為氧化劑，以轉(zhuǎn)爐或廢鋼為原材料，以電弧為熱源，電爐煉鋼法的冶煉溫度高，爐料比較純凈，化學(xué)成分易于控制，冶煉過(guò)程可以調(diào)節(jié)，電爐能冶煉高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，和含高熔點(diǎn)的金屬元素（鎢、鉬、鈦等）的合金鋼。煉鋼示意圖1.7鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼煉好的鋼常澆注成鋼錠或注成鋼坯，澆注時(shí)，鋼液在一個(gè)用水冷卻的鑄型中凝固，再用夾輥夾持移動(dòng)并按要求的長(zhǎng)度切斷。在煉鋼脫氧過(guò)程中，通過(guò)控制脫氧劑的種類和加入量可以控制脫氧的程度，按脫氧是否完全可以把鋼分為鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。1.7.1鎮(zhèn)靜鋼

鎮(zhèn)靜鋼是脫氧（脫氧劑主要是硅鐵或鋁）完全的鋼，澆注時(shí)不發(fā)生氧化反應(yīng)，鋼液在空中平靜的上升，凝固后在鋼錠頭部倒錐形的縮孔，鎮(zhèn)靜鋼鋼錠組織致密，但軋制鋼材時(shí)必須切除具有縮孔部分，故成材率低。1.7.2沸騰鋼沸騰鋼是脫氧（脫氧劑主要是錳鐵）不完全的鋼，澆注時(shí)有碳化反應(yīng)，生成大量的CO氣體，呈沸騰現(xiàn)象，通常是蓋上鐵板，使上層鋼液先凝固成薄殼才停止沸騰。最終鋼錠內(nèi)充滿氣孔，但頭部不出現(xiàn)大的縮孔，沸騰鋼鋼錠組織疏松，但軋制鋼材時(shí)不必切除較大的頭部，故成材率高。1.7.3半鎮(zhèn)靜鋼

介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼種。這種鋼內(nèi)部氣體少，結(jié)構(gòu)接近于鎮(zhèn)靜鋼。半鎮(zhèn)靜鋼澆鑄初期不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)頂部自然凝固封頂后（可采用瓶口模促進(jìn)封頂），由于鋼液中碳和氧的富集和溫度降低，促使在鋼錠頂部產(chǎn)生少量一氧化碳?xì)馀?，填充整個(gè)鋼液的凝固收縮空間。因此，可得到與沸騰鋼相近的鋼錠成坯率。半鎮(zhèn)靜鋼主要用于中等碳含量和中等質(zhì)量的結(jié)構(gòu)鋼，所用鑄模一般為敞開(kāi)式上小下大型。巴金的《小狗包弟》教學(xué)設(shè)計(jì)《小狗包弟》教學(xué)設(shè)計(jì)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、閱讀文本，理解作者對(duì)小狗包弟的感情變化及其原因。2、品味文本，感悟作者敢講真話、敢于自責(zé)的精神?！驹谝酝慕虒W(xué)中，我們習(xí)慣于把目標(biāo)叫作“教學(xué)目標(biāo)”。新課程強(qiáng)調(diào)教學(xué)過(guò)程是師生交往、共同學(xué)習(xí)的互動(dòng)過(guò)程，我們更應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)。因此，我們把目標(biāo)表述定位為“學(xué)習(xí)目標(biāo)”?！慷W(xué)習(xí)方法自主學(xué)習(xí)(課外搜集關(guān)于“革命”的資料，課上自主思考、主動(dòng)探究、解決問(wèn)題。)合作研討(同學(xué)之間、小組之間交流討論，共同研讀文本。)三、學(xué)時(shí)安排1課時(shí)四、學(xué)習(xí)過(guò)程(一)交流導(dǎo)入采用交流感染的方法導(dǎo)入新課學(xué)習(xí)。先讓學(xué)生結(jié)合課前資料的搜集，介紹自己所知道的“革命”，在此基礎(chǔ)上，教師再帶有感情地補(bǔ)充介紹，幫助學(xué)生進(jìn)入情境：內(nèi)容簡(jiǎn)介一、金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)二、金屬材料的性能三、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶四、鐵碳合金五、碳素鋼六、鋼的熱處理七、鑄鐵八、粉末冶金技術(shù)一、金屬材料的基本知識(shí)鋼鐵材料鋼（含碳量小于2.11%的鐵碳合金）鑄鐵（含碳量大于2.11%的鐵碳合金）根據(jù)含碳量的不同分為鋼鐵材料的生產(chǎn)方式煉鋼煉鐵鋼材生產(chǎn)鋼材種類型材：圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼、角鋼、槽鋼、螺紋鋼等板材：中厚鋼板、薄鋼板、鋼帶和硅鋼片管材：無(wú)縫鋼管和焊接鋼管（又稱有縫鋼管）線材：直徑為6～9mm的圓鋼和直徑在10mm以下的螺紋鋼1.煉鐵

鐵在自然界中以各各種各樣的化合物的形式存在，并同其他化合物混在一起形成鐵礦石。煉鐵的實(shí)質(zhì)是把鐵從鐵礦石中還原出來(lái)。煉鐵的主要原料有鐵礦石、焦碳、和石灰石，并按一定的比例配合后熔煉。1.2煉鐵的基本過(guò)程:

高爐是現(xiàn)代煉鐵的主要設(shè)備，高爐煉鐵如圖所示：爐料不斷從進(jìn)料口2加入爐內(nèi)，空氣經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱后從進(jìn)風(fēng)口吹入爐中，在冶煉的過(guò)程中爐料充滿高爐，并不斷下降，吹入高爐的空氣與化學(xué)反應(yīng)生成的氣體組成的爐氣并沿著爐料的逢隙上升，經(jīng)一段時(shí)間的冶煉后，先打開(kāi)出渣口排渣，再打開(kāi)出鐵口出鐵，從爐頂排出的的廢氣（高爐煤氣）經(jīng)煤氣出口回收。煉鐵高爐示意圖進(jìn)料口進(jìn)風(fēng)口出渣口出鐵口煤氣出口1.3高爐產(chǎn)品

高爐出鐵口流出鐵為生鐵，生鐵含有碳、硅、錳、磷、硫等元素，按含硅量的不同，分為煉鋼生鐵（wsi<1.25%）和鑄造生鐵，（wsi=1.25%-3.2%）。副產(chǎn)品有爐渣和高爐煤氣。爐渣可以制造水泥，高爐煤氣經(jīng)凈化成為然料，廣泛用于加熱風(fēng)爐，及民用管道煤氣。1.4煉鋼

煉鋼的本質(zhì)是得用氧化的辦法降低生鐵中的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)和過(guò)量的碳，使化學(xué)成分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的成分。從而改善其性能。1.5煉鋼的基本過(guò)程1.5.1氧化過(guò)程

生鐵中的碳、硅、錳、磷等在高溫條件下，與氧的親和力比鐵強(qiáng)，煉鐵時(shí)加入氧化劑（氧氣、鐵礦石等）將優(yōu)先與這些雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種氧化物，生成的CO氣體容易逸出，并且對(duì)鋼液有攪拌作用，促使冶煉過(guò)程順利進(jìn)行，生成硅、錳、磷等的氧化物及混入鐵中的硫，將與熔劑CaO等發(fā)生一系列的反應(yīng)生成爐渣。1.5.2.脫氧過(guò)程在氧化過(guò)程中，大量的鐵也被氧化成FeO。鋼中存在FeO將使其力學(xué)性能下降，高溫時(shí)易脆斷，因此，在冶煉后期必須往鋼液中加入脫氧劑（硅鐵、錳鐵、金屬鋁等），脫氧劑與FeO生成反應(yīng)，生成爐渣。1.6煉鋼的方法1.6.1轉(zhuǎn)爐煉鋼法

爐體可以繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每煉完一爐鋼都要把爐體傾到，倒出鋼液。冶煉時(shí)以純氧作為氧化劑，直接利用吹風(fēng)管從爐頂向爐中吹入氧化，依靠化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)熱量就可以冶煉，不需要外加熱源。轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)率高，幾直分鐘就能煉一爐鋼，但必須以液態(tài)為主要原料。雜質(zhì)被氧化產(chǎn)生的熱量不僅能能使生鐵液溫度提高到鋼的溶點(diǎn)，還能使加入的廢鋼溶化，重新冶煉成好鋼，廢鋼的加入量甚至可達(dá)每爐鋼的35%。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼通常用于煉各種碳鋼。1.6.2電爐煉鋼

冶煉時(shí)以鐵礦石或純氧為氧化劑，以轉(zhuǎn)爐或廢鋼為原材料，以電弧為熱源，電爐煉鋼法的冶煉溫度高，爐料比較純凈，化學(xué)成分易于控制，冶煉過(guò)程可以調(diào)節(jié)，電爐能冶煉高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，和含高熔點(diǎn)的金屬元素（鎢、鉬、鈦等）的合金鋼。煉鋼示意圖1.7鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼

煉好的鋼常澆注成鋼錠或注成鋼坯，澆注時(shí)，鋼液在一個(gè)用水冷卻的鑄型中凝固，再用夾輥夾持移動(dòng)并按要求的長(zhǎng)度切斷。在煉鋼脫氧過(guò)程中，通過(guò)控制脫氧劑的種類和加入量可以控制脫氧的程度，按脫氧是否完全可以把鋼分為鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。1.7.1鎮(zhèn)靜鋼

鎮(zhèn)靜鋼是脫氧（脫氧劑主要是硅鐵或鋁）完全的鋼，澆注時(shí)不發(fā)生氧化反應(yīng)，鋼液在空中平靜的上升，凝固后在鋼錠頭部倒錐形的縮孔，鎮(zhèn)靜鋼鋼錠組織致密，但軋制鋼材時(shí)必須切除具有縮孔部分，故成材率低。1.7.2沸騰鋼

沸騰鋼是脫氧（脫氧劑主要是錳鐵）不完全的鋼，澆注時(shí)有碳化反應(yīng)，生成大量的CO氣體，呈沸騰現(xiàn)象，通常是蓋上鐵板，使上層鋼液先凝固成薄殼才停止沸騰。最終鋼錠內(nèi)充滿氣孔，但頭部不出現(xiàn)大的縮孔，沸騰鋼鋼錠組織疏松，但軋制鋼材時(shí)不必切除較大的頭部，故成材率高。1.7.3半鎮(zhèn)靜鋼

介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼種。這種鋼內(nèi)部氣體少，結(jié)構(gòu)接近于鎮(zhèn)靜鋼。半鎮(zhèn)靜鋼澆鑄初期不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)頂部自然凝固封頂后（可采用瓶口模促進(jìn)封頂），由于鋼液中碳和氧的富集和溫度降低，促使在鋼錠頂部產(chǎn)生少量一氧化碳?xì)馀荩畛湔麄€(gè)鋼液的凝固收縮空間。因此，可得到與沸騰鋼相近的鋼錠成坯率。半鎮(zhèn)靜鋼主要用于中等碳含量和中等質(zhì)量的結(jié)構(gòu)鋼，所用鑄模一般為敞開(kāi)式上小下大型。1.8鋼材的種類1.8.1型材

圓鋼、三角鋼、方鋼、槽鋼、工字鋼1.8.2板材中厚鋼板、薄鋼板、鋼帶和硅鋼片1.8.3管材

通過(guò)成形輥把帶鋼彎成管形，再能過(guò)焊接輥焊接成有縫管材；也可先用斜軋穿孔機(jī)在實(shí)心管坯上穿孔，然后用一種特殊的方法軋制所需尺寸的管材，通常稱無(wú)縫鋼管。1.8.4線材直徑為6～9mm的圓鋼和直徑在10mm以下的螺紋鋼，直徑在6mm以下的線材多采用拉絲機(jī)生產(chǎn)，拉絲時(shí)使坯料通過(guò)一個(gè)帶漏斗形模型的拉絲模拉拔成所需尺寸的線材，拉絲時(shí)材料會(huì)硬化，常通過(guò)中間加熱使之軟化

鋼材應(yīng)用廣泛，板材可通過(guò)直接加工成零件或產(chǎn)品，型材如圓鋼，可通過(guò)切銷加工成機(jī)械零件或煅造成零件毛坯，角鋼、槽鋼、工字鋼、廣泛用于建筑、橋梁、車輛等，管材主要用于輸送水、氣、油等管道。型材示意圖二、材料的性能

2.1金屬材料的性能使用性能：指材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能：指在制造機(jī)械零件的過(guò)程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工和熱處理的性能。2.2、金屬材料力學(xué)性能包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。

指材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的性能，主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。2.3拉伸實(shí)驗(yàn)與拉伸曲線2.3.1拉伸試樣GB6397-86規(guī)定《金屬拉伸試樣》有：圓形、矩形、異型及全截面．常用標(biāo)準(zhǔn)圓截面試樣。長(zhǎng)試樣：L0=10d0;短試樣：L0=5d0拉伸試樣拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)機(jī)2.3.2拉伸試驗(yàn)op段：比例彈性變形階段；pe段：非比例彈性變形階段；平臺(tái)或鋸齒（s段）：屈服階段；sb段：均勻塑性變形階段，是強(qiáng)化階段。b點(diǎn)：形成了“縮頸”。bk段：非均勻變形階段，承載下降，到k點(diǎn)斷裂。斷裂總伸長(zhǎng)為Of，其中塑形變形Og(試樣斷后測(cè)得的伸長(zhǎng))，彈性伸長(zhǎng)gf。Δl

FΔl

bΔl

uΔl

Fbbk

Fss

ogfe

Fep

Fp2.3.3拉伸曲線強(qiáng)度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。2.4強(qiáng)度的指標(biāo)2.4.1、屈服點(diǎn)

符號(hào)：

σs

材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力σs=Fs/S0

Fs：試樣屈服時(shí)所承受的拉伸力（N）

S0

：試樣原始橫截面積（mm）σs2.4.2抗拉強(qiáng)度：

試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。

用符號(hào)：

b表示它表示材料抵抗斷裂的能力。σbσsσe注：

s

、

b

是設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù)

另：

e

表示彈性極限。在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)所承受的最大拉應(yīng)力。

符號(hào)：

σb

:試樣斷裂前承受最大標(biāo)稱拉應(yīng)力

Fb：試樣所承受的最大拉伸力（N）

S0

：試樣原始橫截面積（mm）2.4.3、塑性指標(biāo)

塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評(píng)定指標(biāo)是斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。2.4.3.1斷后伸長(zhǎng)率2.4.3.2斷面收縮率指試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。

指試樣拉斷后縮項(xiàng)處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。δ=(L1-L)/Lx100%L:標(biāo)距（本實(shí)驗(yàn)L=100）

L1:拉斷時(shí)的試件標(biāo)距。用卡尺直接量出。Ψ=(A0-A1)/A0x100%A0:試件原橫截面積。

A1:斷裂后頸縮處的橫截面積，用卡尺直接量出。

2.5硬度2.5.1、定義：指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與試驗(yàn)方法有關(guān)。2.5.2硬度的測(cè)試方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）維氏硬度（4）肖氏硬度1、布氏硬度試驗(yàn)（布氏硬度計(jì)）原理:用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入待測(cè)材料表面，保持規(guī)定時(shí)間并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量材料表面壓痕直徑，以計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)方法。2、布氏硬度值

用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示。

如：120HBS500HBW（一）布氏硬度(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計(jì)適用范圍:

＜450HBS;

＜650HBW;4、測(cè)量范圍

用于測(cè)量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等.（一）布氏硬度3、優(yōu)缺點(diǎn)（1）測(cè)量值較準(zhǔn)確，重復(fù)性好，可測(cè)組織不均勻材料（鑄鐵）（2）可測(cè)的硬度值不高（3）不測(cè)試成品與薄件（4）測(cè)量費(fèi)時(shí)，效率低1、洛氏硬度試驗(yàn)（洛氏硬度計(jì)）

原理:

用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗(yàn)力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量來(lái)計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。

2、洛氏硬度值

用測(cè)量的殘余壓痕深度表示?？蓮谋肀P(pán)上直接讀出。如：50HRC（二）洛氏硬度(2)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖4、測(cè)量范圍

用于測(cè)量淬火鋼、硬質(zhì)合金等材料.（二）洛氏硬度3、優(yōu)缺點(diǎn)（1）試驗(yàn)簡(jiǎn)單、方便、迅速（2）壓痕小，可測(cè)成品，薄件（3）數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，應(yīng)測(cè)三點(diǎn)取平均值（4）不能測(cè)組織不均勻材料，如鑄鐵。2.6韌性

2.6.1沖擊韌度αK

材料抵抗大能量一次沖擊的能力原理:沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功Ak為:

Ak=mgH–mgh(J)

沖擊韌性值ak就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。AK

ak=(J/cm2)S0

2.6.2多沖抗力

材料抵抗小能量原理:

多次沖擊的能力。材料抵抗大能量一次沖擊的能力主要取決于材料的塑性，而抵抗小能量多次沖擊的能力主要取決于材料的強(qiáng)度。韌性與環(huán)境溫度直接關(guān)聯(lián)。低溫度下—冷脆。

2.7疲勞強(qiáng)度

疲勞概念：承受交變應(yīng)力的零件，在工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度的情況下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞失效（破壞）。疲勞強(qiáng)度：材料抵抗疲勞斷裂的能力疲勞強(qiáng)度指標(biāo)：σ-1通過(guò)疲勞試驗(yàn)，繪制疲勞曲線進(jìn)行測(cè)定。疲勞失效具有隱蔽性和突發(fā)性，會(huì)造成災(zāi)難性事故。機(jī)械零件失效中有80％以上屬于疲勞破壞，也是汽車零件中最常見(jiàn)的一種失效形式。

2.8機(jī)械零部件的失效形式與選材一、零件的失效分析

概念：零件由于某種原因喪失原設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能稱為零件失效。零件未達(dá)到預(yù)期壽命的失效稱為早期失效。1．零件失效的判斷

1)零件已遭到完全破壞，不能繼續(xù)工作。2)零件受到嚴(yán)重?fù)p傷，已不能安全工作。3)零件仍能安全工作，但不能完成規(guī)定的功能。以上三種情況中只要有一種情況發(fā)生，即可判斷零件已經(jīng)失效。

2．常見(jiàn)的失效形式與成因零件失效的類型可歸納為變形、斷裂與表面損傷三種。失效的具體原因大體可以分為設(shè)計(jì)、材料、加工、安裝使用四個(gè)方面的原因。一般機(jī)械零件常見(jiàn)的失效形式見(jiàn)表l-4。如表1-5所示。

金屬材料在不同的使用場(chǎng)合下，所要求的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能以及工藝性能各不相同。雖然都是金屬材料，不同成分和不同狀態(tài)下的性能差異也非常大。造成金屬材料性能差異的主要原因是由于金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。

三金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶非晶體中的質(zhì)點(diǎn)，是雜亂無(wú)章地堆積在一起，無(wú)規(guī)則可循。3.1晶體及其特點(diǎn)根據(jù)內(nèi)部原子堆積的情況固態(tài)物質(zhì)分類晶體：如純鋁、純鐵、純銅等非晶體：玻璃、瀝青、松香、石蠟等晶體中的原子或分子，在三維空間中是按照一定的幾何規(guī)則作周期性地重復(fù)排列。晶體和非晶體的根本區(qū)別1、具有規(guī)則的外形。2、晶體具有固定的熔點(diǎn)。3、晶體具有在不同方向上有不同的性能即各向異性。晶體的特點(diǎn)晶格與晶胞：為了描述晶體的原子排列規(guī)律，把原子看成是鋼性小球，則晶休可以看成是由許多鋼性小球堆積成的物體，若把原子視為一個(gè)點(diǎn)，并用假想的線條把原子連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)空間格架，則將此空間格架稱為晶格。通常從晶格中選取一能反映晶格特征的最小幾何單元來(lái)研究原了的排列規(guī)律，這個(gè)最小幾何單元是一個(gè)單位晶格，通常稱為晶胞。3.2常見(jiàn)的晶格類型

體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格3.3金屬實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)

單晶體單晶體多晶體多晶體

在理想情況下，晶體內(nèi)部的晶格位向是完全一致的，即晶體的原子是按一定幾何規(guī)律做周期性排列而成，這種晶體稱為單晶體。

外形不規(guī)則，呈顆粒狀的小晶體稱為晶粒，每個(gè)晶粒相當(dāng)于一個(gè)單晶體，其原子排列位向是一致的，而各個(gè)晶粒的晶格位向各不相同。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界，晶界上的原子處于過(guò)渡的不規(guī)則狀態(tài)，這些由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體。晶格空位置換原子間隙原子點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是指長(zhǎng)、寬、高尺寸都很小的缺陷。常見(jiàn)的點(diǎn)缺陷在實(shí)際金屬晶體中由于結(jié)晶條件的限制以及晶體受到的外力的作用等原子的排列并不絕對(duì)規(guī)則，晶體中原子排列不規(guī)則的區(qū)域稱為晶體缺陷常見(jiàn)的晶體缺陷有三種：刃型位錯(cuò)（a）螺形位錯(cuò)

（b）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)，即發(fā)生了“位錯(cuò)”。常見(jiàn)的線缺陷面缺陷面缺陷是在兩個(gè)方向的尺寸很大，第三個(gè)方向的尺寸很小而呈面狀的缺陷，主要指晶界和亞晶界。3.4合金的晶體結(jié)構(gòu)

基本概念合金由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法結(jié)合成具有金屬特性的物質(zhì)。如黃銅是由銅和鋅組成。組元

簡(jiǎn)稱元，是指組成合金的最基本獨(dú)立物質(zhì)。組元通常是純?cè)鼗蛘叻€(wěn)定的化合物。根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少，合金可分為二元合金、三元合金或多元合金等。合金系是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按照不同比例配制成一系列不同成分的合金。相是指合金中具有同一的聚集狀態(tài)、同一的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的均勻組成部分。組織是指用肉眼或借助顯微鏡觀察到材料具有獨(dú)特微觀形貌特征的部分。組織反映材料的相組成、相形態(tài)、大小和分布狀況，它是決定材料最終性能的關(guān)鍵。固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)合金在熔點(diǎn)以上時(shí)各組元都能互相溶解，形成均勻液溶體。固態(tài)時(shí)由于各組分之間相互作用不同，可能出現(xiàn)兩種基本相：固溶體和金屬化合物。固溶體金屬化合物置換固溶體間隙固溶體

指由合金中各組元的原子按一定比例相互作用而生成的一種新的具有金屬特性的物質(zhì)。合金在固態(tài)下組元間仍能相互溶解面形成的均勻的均勻相3.5金屬的結(jié)晶

物質(zhì)由液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為凝固。如果凝固的固態(tài)物質(zhì)是原子（或分子）作有規(guī)則排列的晶體，則這種凝固又稱為結(jié)晶。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，結(jié)晶就是原子從不規(guī)則的排列（液態(tài)）過(guò)渡到按照一定的幾何形狀作有秩序排列（固態(tài)）的過(guò)程。結(jié)晶的定義Tn—實(shí)際結(jié)晶溫度TO—理論結(jié)晶溫度

—過(guò)冷度Tm—熔點(diǎn)

金屬冷卻曲線在金屬液體中，總是存在著一些類似晶體中原子有規(guī)則排列的小集團(tuán)。在熔點(diǎn)或熔點(diǎn)以上，這些小集團(tuán)是不穩(wěn)定的，時(shí)聚時(shí)散，此起彼伏。當(dāng)?shù)陀谌埸c(diǎn)時(shí)，這些小集團(tuán)中的一部分長(zhǎng)大至一定尺寸后，就能成為比較穩(wěn)定的小晶體。這些小晶體作為結(jié)晶中心，稱為晶核。實(shí)際金屬液體并不是很純的，其中總有一些固態(tài)雜質(zhì)存在，在結(jié)晶時(shí)，晶核大多依附在這些固態(tài)雜質(zhì)表面上形成。金屬的結(jié)晶過(guò)程

3.6金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬在固態(tài)下隨溫度的變化，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)閯e一種晶格的現(xiàn)象稱之為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)。四鐵碳合金現(xiàn)代工業(yè)是廣泛使用的鋼鐵材料，其基本組元是鐵和碳兩個(gè)元素，故稱鐵碳合金，鐵碳合金的性能主要取決于組織的性能。

鐵碳合金中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.20%的雜質(zhì)，稱之為工業(yè)純鐵。工業(yè)純鐵雖然塑性、導(dǎo)磁性良好，但強(qiáng)度較低，不適宜制作機(jī)械零件。為了提高純鐵的強(qiáng)度、硬度，常在純鐵中加入少量碳元素，可形成五種基本組織。4.1鐵碳合金的基本組織鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體1.鐵素體：碳溶于α-Fe形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號(hào)“F”表示，為體心立方晶格，其晶格間隙直徑很小，溶碳能力極差，在727℃時(shí)最大溶碳量為wc=0.0218%。2.奧氏體：碳溶于γ-Fe形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號(hào)“A”表示，存在于727度以上的高溫范圍，為面心立方晶格，致密度高于體心立方晶格α-Fe，但其晶格的直徑比α-Fe大，所以溶碳能力較強(qiáng)，在1148℃時(shí)溶碳量達(dá)到最大wc=2.11%3.滲碳體：滲碳體是鐵與碳相互作用形成的金屬化合物，分子式為Fe3C,具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，滲碳體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wc=6.69%，熔點(diǎn)為1227℃，硬度很高（800HBW），塑性和韌性幾乎為零，不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，4.珠光體：珠光體是由鐵素體與滲碳體形成的機(jī)械混合物，它是奧氏體從高溫緩慢冷卻至727℃時(shí)，恒溫下共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，用符號(hào)“P”表示，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wc=0.77%。5.萊氏本:萊氏體分為高溫萊氏體和低溫萊氏體，高溫萊氏體是由奧氏體和滲碳體所形成的機(jī)械混合物，用符號(hào)“Ld”表示，低溫萊氏體是由珠光體和滲碳體所形成的機(jī)械混合物，用符號(hào)“Ld'”表示，低溫萊氏體是在滲碳體的基體上分布著顆料狀的珠光體，基力學(xué)性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性韌性極差。4.2鐵碳合金相圖表2-1Fe—Fe3C相圖中的特性點(diǎn)通常根據(jù)鐵碳合金含碳量和室溫組織的特點(diǎn)，由Fe—Fe3C相圖中的P點(diǎn)和E點(diǎn)將鐵碳合金分為工業(yè)純鐵、鋼及白口鑄鐵三類。工業(yè)純鐵是指P點(diǎn)以左的鐵碳合金（含碳量小于0.0218%），室溫組織為鐵素體+少量三次滲碳體。工業(yè)純鐵的性能特點(diǎn)是塑性韌性好，硬度和強(qiáng)度較低。鋼是指高溫固態(tài)組織為單相固溶體的一類鐵碳合金，相圖中P點(diǎn)成分與E點(diǎn)成分之間的鐵碳合金（含碳量0.0218%～2.11%），具有良好的塑性，適于鍛造、軋制等壓力加工，根據(jù)室溫組織的不同又分為亞共析鋼、共析鋼和過(guò)共析鋼三種。白口鑄鐵是指E點(diǎn)成分以右（含碳量2.11%～6.69%）的鐵碳合金。白口鑄鐵有較低的熔點(diǎn)，流動(dòng)性好，便于鑄造，脆性大。根據(jù)室溫組織的不同，白口鑄鐵又分為亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵和過(guò)共晶白口鑄鐵三類。鐵碳合金分類五碳素鋼

碳素鋼是含碳量在0.0218%-2.11%鐵碳合金，簡(jiǎn)稱碳鋼，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)所使用的鋼鐵材料中占據(jù)十分重要的地位。由于碳鋼具有冶煉、加工容易、價(jià)格低廉、工藝性能良好，力學(xué)性能能夠滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的使用要求，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用量最大的金屬材料。在汽車工業(yè)中，鋼鐵材料的用量占汽車用材總量的70%左右。

常用的碳素鋼，含碳量小于1.3%。實(shí)際上，碳素鋼除含有Fe和C兩種元素外，同時(shí)含有少量的硫、磷、硅、錳等雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)通常是由煉鋼原材料帶入或者由于冶煉工藝需要而有意加入的一些物質(zhì)，它們的存在對(duì)鋼鐵的性能影響較大，尤其是硫、磷的含量應(yīng)該嚴(yán)格控制在要求的范圍內(nèi)。5.1碳素鋼的組成元素幾種常用碳鋼的分類方法有：按照碳鋼中的含碳量分為低碳鋼（含碳量WC低于0.25%）、中碳鋼（含碳量WC0.25%～0.60%）和高碳鋼（含碳量WC高于0.60%）。按照鋼的用途分為碳素結(jié)構(gòu)鋼（主要用于制造橋梁、船舶、建筑物等各類工程構(gòu)件，及齒輪、螺釘、螺母、連桿等各種機(jī)器零件，一般屬于低碳鋼和中碳鋼）和碳素工具鋼（主要用于制造各種刃具、量具和模具等，一般屬于高碳鋼）。按照鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量分為普通碳素鋼（硫的含量Ws低于0.055%，磷的含量WP低于0.045%）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（硫的含量Ws低于0.04%，磷的含量WP低于0.04%）和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（硫的含量Ws低于0.03%，磷的含量WP低于0.035%）三類。5.2碳素鋼的分類1．碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼的平均含碳量在0.06%～0.38%范圍內(nèi)，其中含有的有害元素和非金屬夾雜物較多，但性能上能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件的要求，因而工程上應(yīng)用較廣。

碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，優(yōu)良的工藝性能（焊接性、冷變形成形性），通常以型材（圓鋼、方鋼、工字鋼、鋼筋等）、板材、管材等形式用于橋梁建筑等工程構(gòu)件及機(jī)械零件。在汽車零部件中，可用碳素結(jié)構(gòu)鋼制造的有螺釘、螺母圈、法蘭軸、制動(dòng)器底板、車廂板件、發(fā)電機(jī)支架、拉桿、銷、鍵等。5.3碳素鋼的牌號(hào)性能及用途.碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由屈服點(diǎn)字母(Q)、屈服數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）、脫氧方法符號(hào)(FbZTZ)等四部分組成，質(zhì)量等級(jí)中A級(jí)質(zhì)量最低，D級(jí)質(zhì)量最高。脫氧方法符號(hào)“F”、“b”、“Z”、“TZ”分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。牌號(hào)中“Z”、“TZ”可省略。例：Q235-A.F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)碳素鋼，脫氧不完全屬于沸騰鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由兩個(gè)數(shù)字表示構(gòu)成，數(shù)字表示鋼的含碳量，并且以碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分之一為單位，例如45鋼，表示W(wǎng)c＝0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。若鋼中含錳量較高，但不是特意加入的，則在兩個(gè)數(shù)后加Mn,如:65Mn鋼，是指Wc＝0.65%且含錳較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，若為沸騰鋼，則在表示牌號(hào)的兩個(gè)數(shù)字后加"F",如08F表示屬于沸騰鋼的Wc＝0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼Wc＝0.08%-0.90%,室溫組織為不同量的先析鐵素體與珠光體均勻分部,低碳素的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,室溫組織中的鐵素體的相對(duì)量多,塑性、韌性優(yōu)良，適于制造薄板、鋼帶、冷沖壓件等，中碳的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，室溫組織鐵素體和珠光體相對(duì)量相當(dāng)，綜合力學(xué)性能好，適于制造齒輪、連桿等受力復(fù)雜的機(jī)器零件，中高碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，室溫組織中的珠光體相對(duì)量較多，其強(qiáng)度、硬度高，適于制造彈簧一類的機(jī)器零件，較高含錳量的碳素結(jié)構(gòu)鋼，受錳元素的有益影響，適于制造截面稍大或要求強(qiáng)度稍高的機(jī)器零件。常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的用途舉列見(jiàn)下表。碳素工具鋼幾種常用碳素工具鋼性能及用途碳素工具鋼牌號(hào)以“碳”字漢語(yǔ)拼音字母首“T”與其后一組數(shù)字組成，數(shù)字表示鋼的碳含量，并且以鋼的千分之一為單位，例如T9鋼表示:Wc＝0.9%碳素工具鋼，碳素具鋼屬于優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼的牌號(hào)應(yīng)在末尾處寫(xiě)“A”。例如：T8A鋼表示W(wǎng)c＝0.8%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。鑄造碳素鋼幾種常用鑄鋼的性能和用途鑄造碳鋼形狀復(fù)雜的鋼質(zhì)零件常常需要鑄造成形，選用鑄造碳鋼材料。鑄造碳鋼的牌號(hào)以“鑄鋼”二字漢語(yǔ)拼音字母首“ZG”與其后兩組數(shù)字構(gòu)成。第一組數(shù)字表示百度為100mm以下鑄件的室溫屈服點(diǎn)，第二組數(shù)字表示該鑄件的抗拉強(qiáng)度。例如，ZG200-400鋼，表示＝200MPa,=400MPa.

鑄造碳素鋼幾種常用鑄鋼的性能和用途鑄造碳鋼形狀復(fù)雜的鋼質(zhì)零件常常需要鑄造成形，選用鑄造碳鋼材料。鑄造碳鋼的牌號(hào)以“鑄鋼”二字漢語(yǔ)拼音字母首“ZG”與其后兩組數(shù)字構(gòu)成。第一組數(shù)字表示百度為100mm以下鑄件的室溫屈服點(diǎn)，第二組數(shù)字表示該鑄件的抗拉強(qiáng)度。例如，ZG200-400鋼，表示＝200MPa,=400MPa.

鑄造碳素鋼幾種常用鑄鋼的性能和用途鑄造碳鋼形狀復(fù)雜的鋼質(zhì)零件常常需要鑄造成形，選用鑄造碳鋼材料。鑄造碳鋼的牌號(hào)以“鑄鋼”二字漢語(yǔ)拼音字母首“ZG”與其后兩組數(shù)字構(gòu)成。第一組數(shù)字表示百度為100mm以下鑄件的室溫屈服點(diǎn)，第二組數(shù)字表示該鑄件的抗拉強(qiáng)度。例如，ZG200-400鋼，表示σs＝200MPa,σb=400MPa，鑄造碳鋼.

六鋼的熱處理

鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以消除毛坯（鑄件、鍛件等）的缺陷，改善鋼的加工工藝性能。預(yù)備熱處理（又稱中間熱處理）是零件加工過(guò)程中的一道工序，目的為后續(xù)的機(jī)械加工或進(jìn)一步的熱處理做準(zhǔn)備。最終熱處理是工件經(jīng)切削加工等成形工藝而得到最終的形狀和尺寸后，再進(jìn)行的賦予工件所需使用性能的熱處理。根據(jù)加熱和冷卻方式的不同和組織性能的變化特點(diǎn)不同，分為：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火等）；表面熱處理（表面淬火和滲碳、滲氮、滲硼等的化學(xué)熱處理）；特殊熱處理（形變熱處理和磁場(chǎng)熱處理）。根據(jù)在零件生產(chǎn)工藝流程中的位置和作用，分預(yù)備熱處理最終熱處理由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成。因此，要了解各種熱處理方法對(duì)鋼的組織和性能的影響，必須研究鋼在加熱、保溫和冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。熱處理的工藝過(guò)程鋼的加熱和冷卻時(shí)各臨界點(diǎn)的實(shí)際位置6.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

加熱是各種熱處理必不可少的第一道工序。加熱的目的是使鋼部分或完全處于奧氏體狀態(tài)。通常將這種加熱轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為鋼的奧氏體化，加熱時(shí)奧氏體化的程度及晶粒大小，對(duì)其冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程及最終的組織和性能都有極大的影響。

以共析鋼（含碳量Wc為0.77%）為例，加熱前其內(nèi)部組織是珠光體，其中的鐵素體和滲碳體間隔排列成片層狀，加熱時(shí)奧氏體的轉(zhuǎn)變過(guò)程可分為奧氏體的形核、奧氏體晶核長(zhǎng)大、剩余滲碳體溶解和奧氏體成分的均勻化四個(gè)階段。6.2鋼在冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變常用的冷卻方式有等溫冷卻和連續(xù)冷卻兩種。等溫冷卻是將加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼快速冷卻到A1以下某—溫度并保溫停留一段時(shí)間，使其在該溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。連續(xù)冷卻則是指將加熱到奧氏化狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻至室溫，并在連續(xù)冷卻過(guò)程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。等溫冷卻連續(xù)冷卻過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)等溫轉(zhuǎn)變6.3鋼的普通熱處理鋼的退火鋼的正火

退火是把鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋?jīng)過(guò)一定時(shí)間的保溫，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。其主要目的是減少鋼錠、鑄件、鍛肧等的化學(xué)成分及組織的不均勻性，細(xì)化晶粒，降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，以及為淬火做好組織準(zhǔn)備。

鋼材或鋼件加熱Ac3（對(duì)于亞共析鋼）或Acm（對(duì)于過(guò)共析鋼）以上30℃～50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，使之完全奧氏體化，然后在空氣中均勻冷卻，以得到珠光體組織的熱處理工藝稱為正火。正火后組織以索氏體為主。鋼的退火與正火的選用改善切削加工性

在一般生產(chǎn)中，低碳鋼通過(guò)正火可提高硬度，改善切削性能；中碳鋼既可采用退火，也可采用正火；含碳0.45%～0.6%的高碳鋼則必須采用完全退火；過(guò)共析鋼用正火消除網(wǎng)狀滲碳體后再進(jìn)行球化退火。使用性能方面對(duì)鋼件的性能要求不太高，可采用正火作為最終熱處理。如果零件尺寸較大或形狀較復(fù)雜，應(yīng)選擇退火。經(jīng)濟(jì)性方面

正火比退火生產(chǎn)周期短，操作簡(jiǎn)便。故在可能條件下，特別是在大批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。退火與正火屬于同一類型熱處理方式，在選擇時(shí)從以下幾方面考慮：6.4鋼的淬火

淬火是指將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼與過(guò)共析鋼）以上的某一溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度Vc進(jìn)行快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。淬火的目的就是獲得馬氏體，以提高鋼的力學(xué)性能，其實(shí)質(zhì)是奧氏體化后進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變（或下貝氏體轉(zhuǎn)變）。理想淬火冷卻曲線示意圖6.5鋼的回火減少或消除內(nèi)應(yīng)力淬火鋼內(nèi)往往存在很大的內(nèi)應(yīng)力，并導(dǎo)致韌性下降、零件變形和開(kāi)裂，回火可消除內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開(kāi)裂。獲得工件所要求的力學(xué)性能淬火鋼件硬度高，脆性大，為滿足各種工件不同的性能要求。可以通過(guò)適當(dāng)回火來(lái)調(diào)整硬度，獲得所需的塑性和韌性。穩(wěn)定工件尺寸通過(guò)回火可以使組織趨于穩(wěn)定，以保證工件在使用過(guò)程中不再發(fā)生變形。改善某些合金鋼的切削性能常采用高溫回火，使碳化物適當(dāng)聚集，降低硬度，以利于切削加工?；鼗鹗前汛慊痄摷訜岬紸c1以下的某一溫度保溫后進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。淬火鋼回火的目的回火的種類及應(yīng)用根據(jù)一般鋼件的不同性能要求，按其回火溫度范圍，可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種形式。一

淬火鋼回火時(shí)的力學(xué)性能變化1）硬度變化各種鋼在200℃以下回火時(shí)，硬度變化不大，保持淬火馬氏體的高硬度。200～300℃回火后，由于馬氏體分解造成的硬度降低已由殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w帶來(lái)的硬度升高所補(bǔ)償，所以硬度的降低不大。對(duì)于高碳鋼，因?yàn)榇慊鸷髿堄鄪W氏體量較多，回火后有時(shí)還可使硬度略有提高。回火溫度繼續(xù)升高，鋼的硬度很快下降。對(duì)于碳鋼，回火溫度每升高100℃，硬度約下降10HRC。2）強(qiáng)度與塑性的變化40鋼的強(qiáng)度隨回火溫度升高而降低，塑性隨回火溫度升高而升高，但超過(guò)650℃時(shí)反而降低。這是由于回火溫度增高，馬氏體中的碳不斷析出，位錯(cuò)密度下降，內(nèi)應(yīng)力減小以及粒狀滲碳體粗化等原因。回火溫度大于650℃時(shí)，由于組織過(guò)分粗化而使塑性下降。6.6鋼的表面熱處理

感應(yīng)加熱表面淬火當(dāng)感應(yīng)器中通入高頻交變電流時(shí)，所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使放入感應(yīng)器內(nèi)的工件內(nèi)部感生出巨大的渦流。感應(yīng)電流在工件表層密度最大，而心部密度幾乎為零，這種現(xiàn)象稱為“集膚效應(yīng)”。由于鋼件本身具有電阻，因而集中于表層的電流可使表層被迅速加熱，幾秒鐘內(nèi)溫度可升至800～1000℃,而心部的幾乎未被加熱，在隨后的噴水冷卻時(shí)工件表層即被淬硬。感應(yīng)加熱表面淬火是用一定方法使工件表面產(chǎn)生一定頻率的感應(yīng)電流，將工件表面迅速加熱然后迅速淬火冷卻的一種熱處理操作方法。感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)與普通加熱淬火相比，感應(yīng)加熱表面淬火在工業(yè)上的應(yīng)用更廣泛。原因是由于感應(yīng)加熱表面淬火有以下優(yōu)點(diǎn)：感應(yīng)加熱速度極快時(shí)間就可一般只需幾秒至幾十秒使工件達(dá)淬火溫度。由于快速加熱，使相變臨界點(diǎn)（Ac1、Ac3）升高，轉(zhuǎn)變溫度范圍擴(kuò)大但轉(zhuǎn)變所需時(shí)間縮短。工件表層獲得極細(xì)小的馬氏體（稱隱晶馬氏體）組織使工件表層具有比普通淬火稍高的硬度且脆性較低，具有較高的疲勞強(qiáng)度。工件表面質(zhì)量好由于快速加熱，工件表面不易氧化、脫碳，且淬火時(shí)工件變形小。生產(chǎn)效率高便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。淬硬層深度也易于控制。

化學(xué)熱處理是將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中某些元素滲入工件表面以改變工件表面層的化學(xué)成分和組織，從而使其表面與心部具有不同的特殊性能的一種熱處理工藝。

可根據(jù)工件的工作條件和對(duì)性能的要求，選用不同的方法。例如滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度。氮化、滲硼、滲鉻使工件表面硬度增加，耐磨性和耐蝕性顯著提高。滲鋁可提高耐熱抗氧化性，滲硫可提高減摩性，滲硅可提高耐酸性等。1）化學(xué)熱處理的基本過(guò)程常用的化學(xué)處理方法包括滲碳、滲氮和碳氮共滲等幾種形式。無(wú)論哪種形式的化學(xué)熱處理，元素滲入零件表面層均由介質(zhì)分解、工件表面吸收和原子擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程所組成。在化學(xué)熱處理過(guò)程中，只有活性原子才能為工件表面所吸收?；瘜W(xué)介質(zhì)在一定溫度下，分解生成活性原子。2）鋼的滲碳鋼的滲碳是向低碳鋼或低碳合金鋼表層滲入碳原子，以提高鋼件碳層含碳量，使之具有高硬度和高耐磨性，中心部仍保持良好韌性的熱處理過(guò)程。滲碳廣泛用于在磨損情況下工作并承受沖擊載荷、交變載荷的工件，如汽車、拖拉機(jī)的傳動(dòng)齒輪，內(nèi)燃機(jī)的活塞銷等?；瘜W(xué)熱處理6.7鋼的其他熱處理

真空熱處理1）加熱速度緩慢，工件變形小工件在真空中加熱，熱量傳遞主要靠輻射，加熱速度緩慢，工件變形較小。2）氧化作用被抑制在真空中加熱，隨著真空度的提高，由于氧氣分子稀薄，氧化作用被抑制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化加熱的光亮熱處理。3）表面凈化在高真空狀態(tài)下，由于氧分解壓極低，形成的氧氣由真空泵排出。4）脫氣作用在真空加熱升高到800℃以上時(shí)，溶于鋼中的氫、氮以及氧化物分解的氣體逸出，發(fā)生脫氣作用。5）蒸發(fā)現(xiàn)象合金鋼在真空中加熱時(shí)，某些蒸氣壓高的合金元素，將發(fā)生揮發(fā)現(xiàn)象。所謂真空是指壓力較正常大氣壓小（即負(fù)壓）的任何氣態(tài)空間。若將熱處理的加熱和冷卻過(guò)程置于真空中進(jìn)行，就稱為真空熱處理。真空熱處理的基本特點(diǎn)形變熱處理形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機(jī)結(jié)合，以提高材料力學(xué)性能的復(fù)合工藝。目的：使形變強(qiáng)化與相變強(qiáng)化結(jié)合起來(lái)，獲得比普通熱處理更高的強(qiáng)韌化效果，同時(shí)可簡(jiǎn)化工序和節(jié)能。形變熱處理的分類常用的幾種形變熱處理包括：1）高溫形變淬火高溫形變淬火是在奧氏體穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行形變，隨后淬火獲得馬氏體組織的熱處理工藝。目前生產(chǎn)中采用的鍛后余熱淬火、熱軋淬火等就是這種類型。2）高溫形變等溫淬火是在奧氏體穩(wěn)定區(qū)形變，隨后在貝氏體區(qū)等溫淬火，獲得貝氏體組織的熱處理工藝。如其斷裂強(qiáng)度、塑性與韌性等也高于普通淬火。3）低溫形變淬火低溫形變淬火是在奧氏體化后，迅速冷卻至亞穩(wěn)奧氏體區(qū)（500～600℃）形變，隨后淬火，獲得馬氏體組織的熱處理工藝。它的特點(diǎn)是在保證一定塑性的條件下，大幅度地提高強(qiáng)度。相變前形變相變中形變相變后形變表面氣相沉積是氣相中的純金屬或化合物在零件表面沉積，形成具有特殊性能膜層的方法。為了提高零件的耐磨性、減緩材料的腐蝕，材料表面性能優(yōu)化技術(shù)已被人們?cè)絹?lái)越重視。其中表面氣相沉積是一種發(fā)展較快、應(yīng)用最廣的表面涂覆新技術(shù)。形變熱處理的分類化學(xué)氣相沉積（CVD）物理氣相沉積（PVD）兩種。根據(jù)成膜過(guò)程機(jī)理不同七鑄鐵

鑄鐵是指含碳量大于2.11%的鐵碳合金，工業(yè)上常用的鑄鐵都不是簡(jiǎn)單的二元合金，而是以Fe、C、Si為主要元素的多元合金。普通鑄鐵的成分范圍是含碳2.5～4.0%，硅1.0～3.0%，錳0.5～1.4%，磷0.01～0.5%，硫0.02～0.2%。

鑄鐵是一種成本低廉并具有良好性能的金屬材料。與鋼相比，雖然鑄鐵的機(jī)械性能，特別是抗拉強(qiáng)度及韌、塑性較低，但由于它具有優(yōu)良的減震性、耐磨性、耐腐蝕性、鑄造性及切削加工性，而且生產(chǎn)設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，因此在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)7.1鑄鐵的石墨化

鑄鐵中石墨的作用石墨化的優(yōu)點(diǎn)石墨化的缺點(diǎn)鑄鐵有較高的流動(dòng)性，而且在凝固過(guò)程中會(huì)析出比容質(zhì)較大的石墨，從而減小其收縮率。故具有優(yōu)良的鑄造性；鑄鐵組織中石墨的存在，不僅割斷了基體的連續(xù)性，而且在其尖端處還會(huì)引起應(yīng)力集中。所以鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)不如鋼。石墨片的量越多，尺寸越大，影響也越大、石墨具有割裂基體連續(xù)性的作用，從而使鑄鐵的切屑易脆斷，具有良好的切削加工性；石墨本身的潤(rùn)滑作用，故鑄鐵又有優(yōu)良的減摩性；石墨的組織松軟，能夠吸收震動(dòng)，因而又使鑄鐵具有良好的消震性；片狀石墨本身就相當(dāng)于許多微缺口，故鑄鐵具有低的缺口敏感性。鑄鐵的石墨化生產(chǎn)中為了避免產(chǎn)生白口或麻口，鑄鐵中必須加入足夠的C、Si、Al等促進(jìn)石墨化的元素。

鑄鐵的石墨化過(guò)程是鑄鐵中碳原子析出和形成石墨的過(guò)程，而鑄鐵組織形成的基本過(guò)程主要也就是石墨形成的過(guò)程。石墨可以從液相中直接結(jié)晶出來(lái)，或從奧氏體及鐵素體中脫溶沉淀出來(lái)，又可以由滲碳體分解而成。因此，滲碳體實(shí)際上是一個(gè)亞穩(wěn)定相，石墨才是穩(wěn)定相。影響鑄鐵石墨化的因素鑄鐵的化學(xué)成分和結(jié)晶過(guò)程中的冷卻速度是影響石墨化的主要因素。鑄鐵中的碳和硅是影響石墨化過(guò)程的主要元素，它能促進(jìn)石墨化進(jìn)程；鑄鐵中的Al、Ni、Ti、Co、P、Cu等元素也是促進(jìn)石墨化的元素；鑄鐵中的Mn、Mo、Cr、V、W、Mg、Ce等元素屬于阻礙石墨化的元素。鑄鐵中的Cu和Ni既促進(jìn)共晶時(shí)的石墨化又能阻礙共析時(shí)的石墨化。7.2灰鑄鐵

灰鑄鐵的成分消除內(nèi)應(yīng)力的退火灰鑄鐵的牌號(hào)由“HT+數(shù)字”組成，其中“HT”表示灰鐵二字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字代表直徑為30mm試棒的最低抗拉強(qiáng)度值。灰鑄鐵的成分范圍為C2.7%～3.6%，Si1.0%～2.2%，Mn0.5%～1.3%，S≤0.15%，P≤0.3%。將此液體鐵水進(jìn)行緩慢冷卻凝固時(shí)，會(huì)發(fā)生石墨化析出片狀石墨，其斷口的外貌呈淺煙灰色，故稱灰鑄鐵?；诣T鐵的牌號(hào)灰鑄鐵的熱處理消除鑄件白口，改善切削加工性的退火高（中）頻感應(yīng)加熱表面淬火7.3球墨鑄鐵

球墨鑄鐵的成分正火

球墨鑄鐵牌號(hào)的表示采用“QT+數(shù)字-數(shù)字”形式?！癚T”為球鐵二字的漢浯拼音字頭，第一組數(shù)字代表最低抗拉強(qiáng)度值（MPa），第二組數(shù)字代表最小拉伸后延伸率值（%）。

應(yīng)用最廣泛的是鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵，鐵索體+珠光體球墨鑄鐵則應(yīng)用得較少。珠光體球墨鑄鐵的一般成分范圍是含碳3.6%～3.8%，硅2.0%～2.8%，錳0.6～0.8%，磷≤0.1%，硫≤0.07%，鎂0.03%～0.5%，稀土元素0.02%～0.04%。球墨鑄鐵的組織特點(diǎn)是其石墨的形態(tài)比可鍛鑄鐵更為圓整，因而對(duì)基體的強(qiáng)度、塑性和韌性的影響更小。球墨鑄鐵的牌號(hào)球墨鑄鐵的熱處理淬火及回火等溫淬火化學(xué)熱處理6.4可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的成分低溫時(shí)效

可鍛鑄鐵的牌號(hào)由“KTH+數(shù)字—數(shù)字”或“KTZ+數(shù)字—數(shù)字”組成?！癒TH”和“KTZ”分別代表“黑心可鍛鑄鐵”與“珠光體可鍛鑄鐵可鐵”。第一組數(shù)據(jù)表示最低抗拉強(qiáng)度（MPa），第二組數(shù)字表示最小伸長(zhǎng)率（%）。

可煅鑄鐵按基體組織不同可分為鐵素體可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。鐵素體可鍛鑄鐵團(tuán)其斷口中心呈灰暗色，表層呈灰白色而稱為”黑心可鍛鑄鐵”。珠光體可鍛鑄鐵斷口呈灰色，習(xí)慣上稱為”黑心可鍛鑄鐵”。若在氧化性介質(zhì)中進(jìn)行石墨化退火，由于表層完全脫碳，得到鐵素體組織，心部為珠光體基加團(tuán)絮狀石墨，斷口呈現(xiàn)表層暗灰色，中心灰白色，故稱為”白心可鍛鑄鐵”?？慑戣T鐵的牌號(hào)可鍛鑄鐵的熱處理孕育處理7.5蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵的組織特征正火

蠕墨鑄鐵的牌號(hào)“RuT+數(shù)字”，其中“RuT”為“蠕鐵”漢語(yǔ)拼音字頭，后面數(shù)字為最小抗拉