機械制造基礎(chǔ)第1、2、3章小結(jié)

1、二、材料的性能包括：,1,使用性能：,工藝性能：,鑄造性能；鍛造性能；焊接性能；切削加工性能等。,1)力學性能：強度；硬度；塑性；韌性；疲勞強度。 2)化學性能：耐腐蝕性；抗氧化性。 3)物理性能：密度；熔點；熱膨脹性；磁性；熱導性； 電導性等。,第一部分 工程材料與熱處理,第1章 材料的力學性能,工程材料,金屬材料,非金屬材料 復合材料,黑色金屬,除黑色金屬以外其它金屬，如銅、鋁和鎂等。,有色金屬：,鉻,鐵,錳,一、工程材料的分類,1）強度,由于所受載荷的形式不同，金屬材料的強度可分為：,2,金屬材料的強度可通過拉伸試驗來測定,1.強度是指金屬材料在載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。,抗拉、抗

2、壓、抗彎、抗扭、抗剪強度等。,一般情況下多以靜載荷下抗拉強度作為判別金屬材料強度高低的基本指標。,彈性變形 塑性變形,三、材料變形,根據(jù)載荷性質(zhì)、零件受力情況可分為： 靜載荷是指逐漸而緩慢地作用在工件上的力。 動載荷包括沖擊載荷和交變載荷等。,四、材料的力學性能 圖,2力伸長曲線,3,其中有三個載荷值較重要，即: Fe彈性范圍內(nèi)的最大載荷（N）； Fs 最小屈服載荷（N） ； Fb 最大載荷（N） 。,1、oe段：彈性變形階段 2、es段：塑性變形階段 3、S點： 屈服點 4、b點：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象， 拉伸力達到最大值， 試樣即將斷裂。,彈性極限e,屈服強度s,抗拉強度b,金屬材料的三個強度指標：

3、,彈性極限e,屈服強度s,抗拉強度b,4,強度,塑性,硬度,韌性,疲勞強度,力學性能,彈性極限e,屈服強度s,抗拉強度b,伸長率,斷面收縮率,布氏硬度HBS、HBW,洛氏硬度HRA、HRB、HRC,維氏硬度HV,沖擊韌度KU 或KV,1,2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,一、晶體與非晶體的相關(guān)概念和它們的差異： 晶體具有規(guī)則的幾何外形, 晶體具有固定的熔點, 晶體具有各向異性.,二、常見金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1、體心立方晶格：這類金屬塑性較好 2、面心立方晶格：這類金屬的塑性優(yōu)于體心立方晶格的金屬 3、密排立方晶格：這類金屬通常比較脆。,第二章 金屬的組織結(jié)構(gòu),三、 金屬的結(jié)晶,1.金屬結(jié)晶的概念 2.

4、 金屬的結(jié)晶過程 就是由晶核的形成和晶粒的長大兩個基本過程組成的。 3金屬結(jié)晶后的晶粒大小與力學性能的關(guān)系 金屬的晶粒大小對其力學性能影響很大。一般情況下，晶粒越細小，金屬的強度、硬度越高，塑性、韌性越好。 因此，在實際生產(chǎn)中，要設(shè)法控制晶粒大小以獲得不同性能的金屬材料。 實際生產(chǎn)中，常采用一下方法獲得到細晶粒組織： 1）增大過冷度 2）變質(zhì)處理 3）附加振動 細晶強化-書P19,圖中： T0理論結(jié)晶溫度: T1 實際結(jié)晶溫度； T過冷度（理論結(jié)晶溫度T0與實際結(jié)晶溫度T1之差）,過冷現(xiàn)象與過冷度,理論結(jié)晶溫度T0與實際結(jié)晶溫度T1之差，稱為過冷度。 過冷度不是一個恒定值，與冷卻速度有關(guān)，一般

5、來說，液態(tài)金屬時冷卻速度越大，過冷度越大，金屬的實際結(jié)晶溫度越低，晶粒尺寸越小，從而得到細晶粒。,過冷現(xiàn)象-書本P18,金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變，由一種晶體類型向另一種晶體類型的轉(zhuǎn)變稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。,四、金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變,第二章 金屬的組織結(jié)構(gòu),2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,五、金屬的實際晶體結(jié)構(gòu),晶體缺陷按其幾何形式的特點，分為如下三類： 點缺陷、 線缺陷、面缺陷,二、 合金的相的分類和特點,根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分為固溶體和金屬化合物兩大類。,固 溶 體,固態(tài)合金的相,金屬化合物,置換固溶體,間隙固溶體,9,機械混合物,一、合金的結(jié)構(gòu)基本概念,1.合金

6、 2.組元 3.相 4.組織,2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu),2.2.3 Fe Fe3C相圖分析,8個點的含義，特性線的含義,2.3.1 鐵碳合金的基本組織 鐵素體（F）；奧氏體（A）；滲碳體（Fe3C）；珠光體（P）；萊氏體（Ld）五種組織組成。,2.3 鐵碳合金狀態(tài)圖,鐵碳合金,工業(yè)純鐵,鋼,白口鐵,過共析鋼,共析鋼,亞共析鋼,亞共晶鐵,共晶鐵,過共晶鐵,按組織成份分類：,Wc0.0218% , 組織為單相鐵素體,0.0218 %Wc0.77% ,室溫組織為F+P,Wc = 0.77%,室溫組織為F+P,0.77 %Wc2.11% ,室溫組織為P+Fe3C,Wc= （0.02182.11）%,2.

7、11%Wc4.3% ,室溫組織為P+Fe3C+Ld,Wc=4.3% ,室溫組織為Ld,4.3%Wc6.69% ,室溫組織為Ld+ Fe3C,具有良好的鑄造性能,Wc=（2.116.69）%,2.3.4 鐵碳合金的分類,熱處理的定義：將固態(tài)金屬采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻,以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。,熱處理的主要作用： 1.改變工件的內(nèi)部組織； 2.改變工件的性能；（如加工性能、力學性能的改變) 3.改變工件表層的成份、組織、性能； 4.消除鑄造、鍛造、焊接等加工工藝過程中所造成的多種缺陷。,第三章 鋼的熱處理,12,第三章 鋼的熱處理,熱處理的三個階段：加熱、保溫、冷卻。,熱處理過

8、程中三個主要工藝參數(shù)：加熱溫度、保溫時間、冷卻速度。,熱處理方法很多，根據(jù)工藝類型、工藝名稱和實現(xiàn)熱處理的加方法、將熱處理工藝分類：,普通熱處理,退火,正火,淬火,回火,完全退火、球化退火、擴散退火,再結(jié)晶退火、去應力退火,馬氏體淬火,等溫淬火,低溫回火、中溫回火、高溫回火,表面熱處理,表面淬火,表面化學處理,滲碳,滲氮(氮化),碳氮共滲(氫化),鋼常用的熱處理工藝,第三章 鋼的熱處理,13,3.1.1 奧氏體的形成過程,3.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,第三章 鋼的熱處理,14,3.1.2 奧氏體晶粒的長大及控制,2. 晶粒大小的控制（書P37）,加熱溫度和保溫時間： 加熱速度： 加入合金元素。,1

9、.奧氏體晶粒的長大,3.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,冷卻方式直接影響著鋼的相變。,需要熱處理的零件，加熱以后的冷卻方式有以下兩種:,1）等溫冷卻 2）連續(xù)冷卻,第三章 鋼的熱處理,15,共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物,馬氏體轉(zhuǎn)變會引起鋼的體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)應力，使淬火工件產(chǎn)生脆性和變形、開裂。,Vk (臨界冷卻速度)：奧氏體在連續(xù)冷卻過程中不分解為珠光體型組織，而轉(zhuǎn)變成馬氏體和少量殘余奧氏體的最小冷卻速度。,V1(爐冷):727650 P,V2(空冷):650630 S,V3(油冷):550 M+T,V4(水冷):不相交 M+A,Vk 大小與C曲線的位置有關(guān)。,第三章 鋼的熱處理,16,3.2.4 奧

10、氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的應用,(1) 普通退火（完全退火）,主要用于:亞共析鋼。 目的：細化晶粒，均勻組織，降低硬度，消除應力。 工藝：加熱Ac3以上3050保溫隨爐或埋入干砂、石灰中冷到室溫（或緩慢冷卻到500 600以下空冷室溫）。,平衡組織：F+P 適用范圍：含碳0.300.60%的中碳鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預備熱處理。,(2) 球化退火(不完全退火),主要用于:共析鋼和過共析鋼。 目的：消除應力，降低硬度，提高韌性、改善可加工性。 工藝：加熱Ac1以上保溫緩慢冷至室溫 適用范圍：含C量較高的刃具、模具、模具鋼的預先熱處理。,第三章 鋼的熱處理,1 、退火將工件加熱到一定溫度并保溫，

11、然后再緩慢冷卻的一種熱處理工藝。,3.3 熱處理工藝 （掌握每種熱處理工藝的目的、加熱與冷卻工藝、適用范圍）,(5) 均勻化退火（ 擴散退火）,主要用于:經(jīng)冷塑性加工，如冷軋、冷沖、冷拔而發(fā)生加工硬化的鋼件。 目的：消除加工硬化，恢復塑性。 工藝：加熱到再結(jié)晶溫度以上（一般為650 700）保溫緩慢冷卻。,(3) 再結(jié)晶退火,(4) 低溫退火,特點：組織不發(fā)生相變。,主要用于：合金鋼鑄件 目的：消除鋼的偏析、提高鋼的質(zhì)量。 工藝：加熱到1050 1150保溫1020h緩慢冷卻。,目的：消除鑄件、焊件中的內(nèi)應力，穩(wěn)定尺寸。 工藝：緩慢加熱到500 650）保溫緩慢冷卻至室溫（或緩慢冷卻至300

12、200后空冷） 。,圖,第三章 鋼的熱處理,2 、正火,正火：是將鋼件加熱到AC3或ACm以上3050，保溫一定時間后，從爐中取出在空氣中冷卻，從而得到細片珠光體組織. 目的：均勻組織，細化晶粒，改善可切削性 。作為中碳鋼的預備熱處理 ，減小淬火時的變形、開裂。,第三章 鋼的熱處理,3、淬火 將工件加熱到相變溫度（Ac3或Ac1）線以上,保溫后迅速冷卻的熱處理工藝。,目的：是獲得均勻細小的馬氏體組織， 再經(jīng)隨后的回火處理，提高鋼的力學性能。,(3) 鋼的淬透性 鋼的淬透性：指鋼在淬火后得淬硬層深度的能力。,鋼的淬透性取決于其化學成份。 影響淬硬層深度的因素：鋼的化學成份、截面尺寸、冷卻介質(zhì)。

13、在設(shè)計和制造零件時，必須考慮鋼的熱處理尺寸效應。 對于要求耐磨、承受沖擊的零件，可選用低淬透性的鋼制造。 對于截面尺寸較大并在動載荷下工作的零件，以及要求機械性能均勻的零件，應選用高淬透性的鋼制造。 在鑄造、鍛造、焊接等熱加工中需考慮淬透性的影響：,淬硬性：鋼在正常淬火條件下，淬火形成的馬氏體所能達到的最高硬度。 淬硬性取決于馬氏體的含碳量，含碳量越高，碳的過飽和度就越大，硬度越高。,區(qū)分淬透性與淬硬性：,4回火, 將淬火后獲得馬氏體組織的鋼重新加熱到AC1以下的某一溫度，經(jīng)保溫后緩慢冷卻到室溫這一熱處理過程。,淬火鋼不經(jīng)過回火一般不能直接使用。,目的：消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應力，穩(wěn)定工件尺寸，降低

14、脆性，改善切削加工性能。對某些高淬透性的合金鋼，可降低硬度，以利加工。 力學性能：隨著回火溫度的升高，硬度、強度下降，塑性韌性升高。,第三章 鋼的熱處理,回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能 淬火鋼回火后的組織有： 回火馬氏體 回火托氏體 回火索氏體,(3) 回火分類和應用,低溫回火（150250）， 目的：是降低淬火鋼的內(nèi)應力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。 中溫回火（350500）， 目的：是使鋼獲得高彈性，并保持較高硬度和一定的韌性。 高溫回火（500650）,可達硬度： 2035HRC， 目的：具有適當?shù)膹姸龋咚苄院晚g性等綜合性能。 習慣上將淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理，簡稱“調(diào)質(zhì)”。調(diào)

15、質(zhì)廣泛用于處理重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸、齒輪等,以提高零件的綜合力學性能。,第三章 鋼的熱處理,通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。 目的：采用表面熱處理可以獲得表面高硬度和心部高韌性。 表面熱處理分為表面淬火和化學熱處理兩大類。,3.4 表面熱處理,3.4.1 表面淬火,表面淬火的特點是快速加熱，使工件要求淬硬的表面迅速升至淬火溫度，而心部仍保持AC1以下溫度，再迅速冷卻，結(jié)果工件表面層被淬硬為馬氏體組織，心部仍為原來的組織，保持了良好的韌性。再經(jīng)過適當?shù)牡蜏鼗鼗穑湍塬@得要求的性能。,根據(jù)加熱方法不同，表面淬火方法可分為三種：,1火焰加熱表面淬火法 2感應加熱表面淬火法3激光加熱表面淬火法,第三章 鋼的熱處理,感應加熱表面淬火后的回火，一般只進行低溫回火。,1滲碳,目的：使零件表面獲得高硬度，心部獲得較高的強度和韌性。,一般滲碳零件的工藝路線如下： 鍛造正火粗加工精加工滲碳淬火+低溫回火磨削。,滲碳后的零件必須進行淬火與回火處理。,3.4.2