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1、五金材料精讲知识,金属的定义,金属的定义:由一种或一种以上金属或金属与非金属互相融合而具有金属各种性质的物质. 金属的共同特性: 固体状态时通常构成结晶体. 富于延展性. 电和热的良导体. 具有特殊金属光泽.,金属的分类,材料力学性能名词解释,极限强度:材料抵抗外力破坏作用的最大能力，叫做极限强度 （1）抗拉强度 b :外力是拉力时的极限强度叫做抗拉强度 （2）抗压强度y:外力是压力时的极限强度叫做抗压强度 （3）抗弯强度 w :外力与材料轴线垂直，并在作用后使材料呈弯曲，这时的极限强度叫做抗弯强度 （4）抗剪强度 :外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用，这时的极限强度叫做抗剪强度 （5）弹
2、性极限e :材料在受外力（拉力）到某一限度时，若除去外力，其变形（伸长）即消失，恢复原状，材料抵抗这一限度的外力的能力叫做弹性极限 （6）伸长率 :材料受拉力作用继裂时，伸长的长度与原有长度的百分比，叫做伸长率 （7）断面收缩率 :材料受拉力作用断裂时，继面缩小的面积与原有断面积百分比，叫做断面收缩率,材料硬度,硬度:材料抵抗硬的物体压入自己表面的力，叫做硬度。 布氏硬度 HB :它是一定的负荷把一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压在材料表面，保持规定时间后卸除负荷，测量材料表面的压痕，按公式用压痕面积来除负荷所得的商.HBS（450）为以钢球测得的硬度值；HBW（650）为以硬质合金球测得的硬度
3、值 二. 洛氏硬度HR : 以一定的负荷把淬硬钢球或顶角为120圆锥形金刚石压 入器压入材料表面，然后以材料表面上凹坑的深度来计算硬 度大小 .标尺 C (HRC):采用1 471.1N总负荷和金刚石压入器求得的硬度 标尺 A (HRA):采用588.4N总负荷和金刚石压入器求得的硬度 标尺 B (HRB):采用980.7N总负荷和压入直径1.59mm淬硬钢球求得的硬度标尺 F (HRF):采用588.4N总负荷和压入直径为1.588mm的淬硬钢球求得的硬度，它适用于薄软钢板、退火铜合金等试件的硬度测定,三.表面洛氏硬度 :试验原理与洛氏硬度一样，它适用于钢材表面经渗碳、氮化等处理的表面层硬度
4、以及薄、小试件硬度的测定 标尺 15N (HR15N): 采用147.1N总负荷和金刚石压入器求得的硬度标尺 30N(HR30N): 采用294.2N总负荷和金刚石压入器求得的硬度标尺 45N(HR45N): 采用441.3N总负荷和金刚石压入器求得的硬度标尺 15T(HR15T) ;采用147.1N总负荷和压入直径1.59MM淬硬钢球求得的硬度标尺 30T(HR30T ): 采用294.2N总负荷和压入直径1.59MM淬硬钢球求得的硬度标尺 45T(HR45R): 采用441.3N总负荷和压入直径1.59MM淬硬钢球求得的硬度 四.维氏硬度 HV :以一定负荷把136方锥形金刚石压头压在材料
5、表面，保持规定时间后卸除负荷，测量材料表面的压痕对角线平均长度，按公式用压痕面积来除负荷所得的商,金属材料的热处理,金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。,常用热处理分类,退火 正火 淬火 回火 时效 化学热处理 形变热处理,退火 :将工件加热到预定温度，保温一定的时间后缓慢冷却的金属热处理工艺。 一.退火的目的在于： 改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应
6、力，防止工件变形、开裂。 软化工件以便进行切削加工。 细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。 为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。二.常用的退火工艺有： 完全退火。 球化退火。 等温退火。 再结晶退火。 石墨化退火。 扩散退火。 去应力退火。,一.正火:又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 二.正火的主要应用范围有
7、： 用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。 用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。 用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。 用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。 用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。 用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。,一.淬火:将金属工件加热到某一适当
8、温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。 二.常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件,刀片等）。 三.通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。,一.回火:又称配火。是金属热处理工艺的一种。将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般
9、用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。 二,回火方法:根据不同的要求可采用低温回火、中温回火或高温回火。通常随着回火温度的升高，硬度和强度降低，延性或韧性逐渐增高。 三.回火原因:钢铁工件在淬火后具有以下特点： 得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。 存在较大内应力。 力学性能不能满足要求。因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。 三.回火的作用： 提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。 消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。 调整钢铁的力学性能以满足使用要求。 四.回火又包括
10、调质处理和时效处理。钢的回火：将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。,一.时效处理:为了消除精密量具、模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250）精加工前，把工件重新加热到100-150，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸。 二.时效分类: 1.将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，
11、 2.若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。 三.时效处理的目的: 1.消除工件的内应力， 2.稳定组织和尺寸， 3.改善机械性能等。,一.化学热处理是通过改变金属和合金工件表层的化学成分、组织和性能的金属热处理。 化学热处理的工艺过程一般是：将工件置于含有特定介质的容器中，加热到适当温度后保温，使容器中的介质(渗剂)分解或电离，产生的能渗入元素的活性原子或离子，在保温过程中不断地被工件表面吸附，并向工件内部扩散渗入，以改变工件表层的化学成分。通常，在工件表层获得高硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。 二.按
12、渗入元素的性质，化学热处理可分为渗非金属和渗金属两大类。前者包括渗碳、渗氮、渗硼和多种非金属元素共渗，如碳氮共渗、氮碳共渗、硫氮共渗、硫氮碳(硫氰)共渗等；后者主要有渗铝、渗铬、渗锌，钛、铌、,一.形变热处理 是将塑性变形同热处理有机结合在一起，获得变强化和相变强化综合效果的工艺方法。 这种工艺方法不仅可以提高钢的强韧性，还可以大大筒化金属材料或工件的生产流程。 二,形变热处理方法: 1.有低温形变热处理; 2.高温形变热处理; 3.等温形变热处理; 4.形迹时效; 5.形变化学热处理。,常用黑色金属材料种类简介,铸铁 :含碳量在2以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为24。碳在铸铁中多以石墨
13、形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有13的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。 铸铁可分为： 灰口铸铁。含碳量较高（2.74.0），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（11451250），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。 白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。 可锻铸铁。由白口铸铁退火处理
14、后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。 球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。 蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。 合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于
15、制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。,碳钢 按用途分为三类: 碳素结构钢:又分为建筑结构钢和机器制造结构钢 碳素工具钢按冶炼方法可分为:平炉钢、转炉钢和电炉钢； 按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（TZ）； 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC 0.25%）,中碳钢（WC0.25%0.6%）和高碳钢（WC0.6%）； 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。 一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。,合金钢,一.合金钢:是在普通碳素钢基础上添加适量的一种或
16、多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。 二.合金钢分类:合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。,弹簧钢,一.弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。 二 分类 1.碳素弹簧钢 :碳素弹簧钢的碳含量(质量分数)一般在0.62%0.90%。按照其锰含量又分为一般锰含量(质量分数) (0.50%0.80%)如65、70、85和较高锰含量(质量分数) (0.901.20%)，如65Mn两类。 2.合金弹簧钢: 是在碳素钢的基础上，通过适当加入一种或几种合金元素来提高钢的力学性能、淬透性和其他性能，以满足制造各种弹簧所需性能的钢。,
