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1、第一章 金属的分类与用途,金属材料的分类 金属材料可分为两大类：黑色金属(或钢铁)和有色金属（也称非铁金属），如图所示 铸铁 黑色金属 工程构件用钢 机器零件用钢 钢 工具钢 不锈钢及耐热钢 金属材料 轻金属：铝、镁、钛等 重金属：铜、锌、铝、等 有色金属 贵金属:金、银、铂等 稀有金属：钨、钼、钒、锂、钴等 放射金属：镭、铀、钍等,第一节：铁碳合金,钢铁是现代机械制造工业中应用最为广泛的金属材料。碳钢和铸铁都是铁碳合金。 1.纯铁：工业纯铁的含碳量一般为Wfe=99.8%99.9%,常含有0.1%0.2%的杂质，其中主要是碳。工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b=180280MPa; 屈服
2、强度0.2=100170MPa；伸长率=30%50%；断面收缩率=70%80%；冲击韧度k=160200J/cm2；硬度5080HBS。 可见，纯铁的塑性韧性很好，但其强度硬度低，很少用作结构材料。纯铁的主要用途是利用它的铁磁性。纯铁具有高的磁导率，可用于要求软性的场合，例如各种仪器的铁芯等。 纯铁的熔点：1538 纯铁的密度：7.87g/CM3 铁的牌号：Fe 生铁和钢的区别是含碳量不同，生铁一般含碳量24.3%钢含碳量0.032%.,碳的质量分数对工艺性能的影响,对切削加工性能的影响 金属材料的切削加工性，一般可以从允许的切削速度、切削力、表面粗糙度、刀具寿命等几个方面进行评价。 钢中碳的
3、质量分数对切削加工性能的有一定的影响，低碳钢中的铁素体较多，塑性韧性很好，切削加工时产生的切削热较大，容易粘刀，而且切削不易折断，影响表面粗糙度，因此切削加工性功能不好。高碳钢中惨碳体多，硬度较高，严重磨损刀具，切削性功能也差。中碳钢中的碳素体的比例适当，硬度和塑性也比较适中，其切削加工性功能较好。一般认为，钢的硬度大致为170250HBS时切削加工性功能最好,第二节：非合金钢,非合金钢是以铁、碳为基本组成元素，碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金，俗称碳素钢，简称碳钢 合金钢的分类 一、按钢的用途分类 （1）碳素结构钢：这类钢主要用于建筑行业（如建筑钢筋、钢板） 和制造各种工程用结构件（如桥
4、梁、船舶、锅炉等），或机械制造用结构零件（如轴、螺钉、螺母、曲轴和连杆等）这类钢一般属于低碳钢或中碳钢。 （2）碳素工具钢:这类钢主要用于制造各类刃具、量具和模具。这类钢的碳的质量分数较高，属于高碳钢系列。,非合金钢的牌号和用途,一、普通碳素结构钢 根据GB70088的规定，碳素结构的牌号由于代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四部分按顺序组成，例如: Q235 A . F 符号：Q刚才屈服点“屈”字汉语拼音首位字母 A、B、C、D分别质量等级 F沸腾钢 B半镇静钢 Z镇静钢 TZ特殊镇静钢 随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢
5、号内质量越高，钢的质量越好，Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。,优质碳素结构钢的主要用途,主要用于制造各种机械零件和弹簧 08、10钢，属级软底碳素钢，强度、硬度很低，塑性、韧性很好，具有优良的冲压、拉伸及焊接性能，淬透性、淬硬性差，不宜切屑加工，因此它广泛应用来制造冷冲压零件。适宜轧制成薄板、薄带、冷变形才等，用于制造各种容器、仪表板、机器罩以及摩擦片、深冲器皿、汽车身、管子、垫圈、卡头等。 15、20钢，也具有良好的冲压及焊接性功能，常用来制造受力不大、韧性要求较高的中小结构零件。如：容器、螺钉、螺母、杠杆、曲轴等。 35、40、45、50钢，强度较高，综合性功能良好，
6、淬透性低，水淬易产生裂纹，小型件宜采用调制处理，大型件宜采用正火处理。经调制后，可获得良好的综合力学性能，用来制造齿轮、连杆、轴类等。在零件需要耐磨的部分，还需要进行表面淬火。,碳素工具钢和碳素铸钢,碳素工具钢用来制造各种刃具、刀具、模具等。碳素工具钢均为优质钢，有的钢中若含硫、磷更低，为高级优质钢。 铸钢是冶炼后直接铸造成型的钢种。 铸钢的牌号用“铸钢”的汉语拼音字母ZG表示，后面两组数字分别表示该铸铁的屈服强度（Re）和抗拉强度Rm值，例如ZG200400，ZG270500等。 铸铁主要用于制造形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件，例如机车车辆、船舶、重型机械的齿轮、轴，以及轧辊、机座
7、、缸体、外壳、阀体等。,合金工具钢,工具钢用于制造刀具、模具和量具等各种工具、合金工具钢有一定量的一种或几种合金元素，因而具有较好碳素工具钢更优越的力学性能。合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢及量具钢等三类。 一、刃具钢 1、工作条件及性能要求 刃具钢主要用于制造车刀、铣刀、铰刀、钻头、丝锥、扳机等各种刀具，其中工作任务是对各种金属或非金属材料进行切削加工。 二、低合金刃具钢 用于制造受热程度较低的手工工具或低速而小进刀量的机用工具。当对刀具有较高的性能要求时，如制造扳牙、丝锥、铰刀、搓丝板及拉刀等低速切削刀具，则必须选用含有一定量合金元素的低合金刃具钢。 三、高速钢 1、化学成分高速钢是一
8、种用于制造高速切削刃具的高合金工具钢。高速钢具有良好的热硬性、高硬度及耐磨等特殊性能。当温度达到600左右时，其硬度值仍无明显下降，因而广泛应用于制造各种不同用途、不同种类的高速切削刃具，如车刀、铣刀、刨刀、拉刀及钻头等。 用高速钢制造的刀具，在切削时明显比一般低合金刃具钢制的刀具更加锋利，因此又俗称峰钢。,模具钢,模具是使金属材料或非金属材料成型的工具，其工作条件及性能要求，与被成型材料的性能、温度及状态等有着密切关系。因此，模具钢大体可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。 一、冷作模具钢 (1)工作条件及性能要求 冷作模具是使金属或非金属材料在常温状态下成形的模具，主要的种类有冲载、成
9、型、冷静压、冷镦、冷挤、冷滚压、等。冷作模具在工作过程中主要受挤压、弯曲、冲击及摩擦作用，其主要损坏形式是磨损、断裂、崩刃及变形。因此，冷作模具钢经过适当热处理后应具有高的硬度、高的耐磨性、足够的强度及韧性。 常用钢种 (1)工作时载荷较轻、形状简单、尺寸较小的冷作模具，可选用碳素工具钢，如T8A、T10A、T12A等制造,模具钢,常用钢种 2）、工作时载荷较轻，但形状复杂或尺寸较大的冷作模具，可选用低合金刃具钢，如9Si Cr、9Mn2V、CrWMn等制造； 3）、重载荷，要求高耐磨性、高淬透性、变形量小的形状复杂的冷作模具，选用Cr12性钢制造。近几年来发展了Cr6WV、Cr4W2MoV及
10、基本钢等用于制造重负荷的模具。 在冷作模具钢中，应用得较广泛，最具有代表性的钢种是Cr12型钢，其中最常用的是Cr12 Cr12型钢锻造后的预先热处理采用球化退火，最终热处理则根据模具的工作条件及性能要求而定。 二、热作模具钢 （1）工作条件及性能要求 热作模具是使金属或非金属材料在被加热状态下成型的工具。,模具钢,模具的平均温度在500600之间。 由于模具的温度在升高，导致其组织、性能发生变化，从而影响其使用寿命。因此热作模具在工作时此次采用必要的冷却措施，以控制模具的温升。 热作模具的失效形式主要有塑性变形、断裂、磨损及热疲劳。 三、塑料模具钢 塑料制品的成型主要有压塑、挤塑、注塑、挤出
11、、发泡和吹塑等六种。 由于各种塑料的性质及成分不相同，成型方法也不同，因而对成型模具的硬度抛光性能、耐腐蚀性能要求和使用温度也不相同。 对压塑、挤塑、注射、挤出模具材料有碳素结构钢Q235、35、45钢40Cr、20CrMnTi、38CrMoAl，碳素工具钢T8T10，合金工具钢5CrNiMo、9Mn2V、CrWMn、Cr12，不锈钢2Cr13;而泡沫塑料及吹塑模具主要选择有色金属锌、铝、铜及其合金或铸铁制造。,铸铁,碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。从成份上看与钢的主要区别是铸铁的碳、硅含量较高，杂质元素硫、磷较多。 1、灰铸铁：牌号“HT”代表灰铁，后面三位数字表示其最小抗拉强
12、度。 2、可锻铸铁：牌号“KT”表示“可铁”其后“H”表示黑心可锻铸铁，“Z”表示珠光体可锻铸铁。后面两组数字分别表示最小抗拉强度和伸长率 3、球墨铸铁：是一种高强度铸铁，牌号“QT”表示球铁，后面两组数字的第一组表示最小抗拉强度，第二组表示伸长率。 4、儒墨铸铁 ：是近几年来发展的一种新型高强度铸铁。它是在铁水中加入一定量的蠕化剂经处理而练成， 牌号“RuT”加最小抗拉强度表示 举例说明：HT100 KTH KTZ QT40018 RuT420,常用到的金属,铝：熔点为660 沸点2467 密度2.72g/CM3约为钢的1/3.元素符号Al 生铝（翻砂铝），生铝是从一种天然提炼的化学成分氧化
13、铝中提取出来的纯度不高的铝。是不纯净的铝，它和生铁一样，使劲一敲就碎。 常见的铝制品又轻又薄，这是熟铝 铝合金是在纯铝里掺进少量的镁、锰、铜等金属，冶炼而成的抗腐蚀本领和硬度得到很大的提高。 生铝成分：98%以下铝，性质脆硬，只能翻砂铸造产品。 熟铝成分：98%以上的铝，性质柔软，可压延或冲轧多种器皿。,铜,铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。 金属铜：元素符号Cu,密度8.96g/cm ,熔点1083沸点2567 铜的分类： 1、黄铜：铜和锌的合金.牌号用“H”表示黄，数字表示铜的含量，余量为锌。 2、青铜：铜和锡的合金。牌号用“Q”表示+第一主加元素及质量分数（
14、%）+其他元素质量分数（%）表示。 3、白铜：铜和钴镍合金 铜是重有色金属，纯铜是玫瑰红色金属 铜表面氧化后表面呈紫色,硬质合金,硬质合金是粉末冶金工具材料应用最普遍的一种。与工具钢相比，它硬度高达（6981HRC），热硬性好（可达9001000）， 硬质合金以碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）等高熔点、高硬度化合物为主要元素制成的材料成为金属陶瓷硬质合金,学习目的： 通过本章的学习具备所必需的汽车所使用的金属材料基本知 识。 学习要求： 掌握金属的力学性能指标及常用数据。 掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、工艺特点和 应用范围。 掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能及用途。 初
15、步具有选择工程材料的能力。,第二章 金属材料与热处理基础,第一节 金属的力学性能,材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性。力学 性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等。 一、强度 强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹在 试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。 在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线。 此曲线叫做拉伸曲线。 1拉伸曲线 图2-1为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐 标表示绝对伸长量L，单位为mm。,从图2-1中可以看出下面几个变形
16、阶段： （1）Oe弹性变形阶段 （2）es屈服阶段 （3）sb强化阶段 （4）bk缩颈阶段,2强度指标 材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，单位为Pa（帕），即N/m2工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2。 （1）屈服点s材料产生屈服时的最小应力。单位为MPa。 s= Fs/AO （2-1） 式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)；A0是试样原始截面积。 对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点很困难，工程上经常采用残余伸长为0.2原长时的应力0.2作为屈服强度指标，称为规定残余伸长应力。 0.2= F0.2/AO （2-2） （2）抗拉强度b材料在拉断前所承受的最大应力，单位为MPa。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和选材的主要依据
