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1、第四章 零件选材与热处理,4.1 金属材料种类4.2 金属材料热处理4.3 毛坯的种类与选择,4.1.1 工业用钢,1. 非合金钢 （1）非合金钢的分类1）非合金钢按主要质量等级可分为以下三种： 普通质量非合金钢 优质非合金钢 特殊质量非合金钢,4.1.1 工业用钢,1. 非合金钢2）非合金钢按用途可分为以下两种： 碳素工具钢 碳素结构钢,4.1.1 工业用钢,1. 非合金钢（2）非合金钢的牌号及用途 1）普通质量非合金钢普通质量非合金钢中的碳素结构钢的牌号由屈服点字母、屈服点数值、质量等级符合、脱氧方法四部分按顺序组成。屈服点字母以“屈”字汉语拼音首字母“Q”表示；质量等级分A、B、C、D四
2、等，质量依次提高；脱氧方法用F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，在牌号中Z可以省略。,4.1.1 工业用钢,1. 非合金钢 2）优质非合金钢优质非合金钢的牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均碳的质量分数的万分之几。例如45钢，表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢；08钢表示平均碳的质量分数为0.08%的优质碳素结构钢。,4.1.1 工业用钢,1. 非合金钢 3）特殊质量非合金钢特殊质量非合金钢中的碳素工具钢的牌号以“碳”字汉语拼音首字母“T”开头，后面的数字表示平均碳的质量分数的千分数。如T7表示平均碳的质量分数为0.70%的碳素工具钢。如果是高级优
3、质碳素工具钢，则在牌号后面表以字母“A”,如T10A表示平均碳的质量分数为1.00%的高级优质碳素工具钢。,4.1.1 工业用钢,2. 低合金钢低合金钢是指在钢中加入少量合金元素且合金元素的总量低于3%。由于合金元素的强化作用，低合金结构钢的屈服点比普通碳素钢高25%150%，加之大多低碳，因此具有良好的塑性、韧性和焊接性能，大多都在热轧或正火状态下使用。,4.1.1 工业用钢,2. 低合金钢 （1）低合金钢的分类1）根据低合金钢主要质量等级可分为以下三种： 普通质量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢,4.1.1 工业用钢,2. 低合金钢 （2）低合金高强度结构钢的牌号 低合金高强度结构
4、钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音首字母、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）、脱氧方法符号（F、b、Z、TZ，其中Z和TZ可省略）四部分按顺序组成。如Q345A表示屈服点S345MPa、质量为A级的低合金高强度结构钢。,4.1.1 工业用钢,3. 合金钢合金刚是指为了获得某种物理、化学或力学性能而有意添加了一定量的合金元素Mo、Re、Si、Mn、W、B等，并对杂质和有害元素加以控制的一类钢。,4.1.1 工业用钢,3. 合金钢 （1）合金钢的分类根据合金钢的主要质量等级可分为以下两类： 优质合金钢 特殊质量合金钢,4.1.1 工业用钢,3. 合金钢根据合金钢的主要性能和使用特性主要分为
5、以下几种：常用工程结构用合金钢 常用机械结构用合金钢 工具钢 不锈钢与耐热钢 特殊物理性能钢 铸钢,4.1.1 工业用钢,3. 合金钢 （2）合金钢的牌号我国合金钢的牌号是按照合金钢中碳的质量分数及所含合金元素的种类和其质量分数来编制的。一般牌号的首位都是表示其平均碳的质量分数的数字，对于结构钢，数字表示平均碳的质量分数的万分之几；对于工具钢，数字表示平均碳的质量分数的千分之几。当钢中某合金元素（Me）的平均质量分数wMe1.5% 时，牌号中只标出元素符号，不标明含量；当1.5%wMe2.5% 时，在该元素后面相应的用整数2表示其平均质量分数，以此类推。,4.1.2 铸铁,1. 灰铸铁灰铸铁的
6、化学成分为：wC = 2.5%4.0%，wSi= 1.0%2.5%， wMn= 0.6%1.3%，wS0.15%， wP 0.30%。灰铸铁的性能：由于灰铸铁中片状石墨的存在，灰铸铁具有优良的铸造性，良好的切削加工性、减震性、减摩性和较低的缺口敏感性，其抗压强度和硬度接近碳素钢。,4.1.2 铸铁,1. 灰铸铁灰铸铁的牌号：灰铸铁的牌号由“HT”及数字组成，“HT”是“灰铁“两字汉语拼音首字母，数字表示最低抗拉强度。例如HT150表示灰铸铁，其最低抗拉强度是150MPa。,4.1.2 铸铁,2. 可锻铸铁可锻铸铁的化学成分：与灰铸铁相比，可锻铸铁中的碳和硅质量分数低一些，一般wC = 2.2%
7、2.8%，wSi= 1.2%1.8%。可锻铸铁的性能：可锻铸铁的组织性能均匀，力学性能比灰铸铁高，但不能进行锻压加工。其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁则具有较高的强度、硬度和耐磨性。,4.1.2 铸铁,2. 可锻铸铁 可锻铸铁的牌号：可锻铸铁的牌号由三个字母和两组数字组成。其中前两个字母“KT”是“可铁”两字汉语拼音首字母；第三个字母代表类别，“H”代表“黑心”（铁素体基体），“Z”代表珠光体基体；最后的两组数字分别表示最低抗拉强度和最低伸长率。,4.1.2 铸铁,3. 球墨铸铁球墨铸铁的化学成分：wC =3.6%3.9%，wSi= 2.0%2.8%， wMn= 0.6%
8、0.8%，wS0.04%， wP 0.10%，wMg =0.03%0.05%。球墨铸铁的性能：与灰铸铁相比，球墨铸铁具有较高的强度、良好的塑性和韧性，通过各种热处理，可以明显提高其力学性能。但球墨铸铁的收缩率较大，流动性较差，对原材料及处理工艺要求较高。,4.1.2 铸铁,3. 球墨铸铁球墨铸铁的牌号：球墨铸铁的牌号由“QT”和其后面两组数字组成。“QT”是“球铁”两字汉语拼音首字母，两组数字分别表示其最低抗拉强度和最低伸长率。,4.1.2 铸铁,4. 蠕墨铸铁蠕墨铸铁的化学成分：蠕墨铸铁的原铁液一般为含高碳硅的共晶或过共晶化学成分。蠕墨铸铁的性能：蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间；
9、其在铸造性、减震性、导热性等方面都比球墨铸铁好；切削加工性与球墨铸铁相似，比灰铸铁稍差。,4.1.2 铸铁,4. 蠕墨铸铁蠕墨铸铁的牌号：蠕墨铸铁的牌号由“RuT”和其后面的数字组成。“RuT”是“蠕铁“两字汉语拼音首字母，后面的数字表示最低抗拉强度。,4.1.2 铸铁,5. 合金铸铁合金铸铁是在普通铸铁中加入适量合金元素，如硅、锰、磷、镍、铬、钼、硼等而获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐磨、耐热、耐蚀、耐低温等特性。,4.1.3 有色金属及其合金,1. 铝及铝合金向铝中加入适量的合金元素，如铜、镁、硅、锌、锰等，即可得到铝合金。这些合金元素可以使铝合金具有较高的强度并保
10、持纯铝的特性，具有良好的耐腐蚀性和可加工性，在航天航空工业中得到广泛的应用。,4.1.3 有色金属及其合金,2. 铜及铜合金向纯铜中加入适量的元素就获得铜合金。工业上广泛使用的是铜合金，按照化学成分铜合金可分为黄铜、白铜和青铜。,4.1.3 有色金属及其合金,3. 钛及钛合金向钛中加入适量的合金元素就获得钛合金。钛合金按其使用状态下的组织不同，可分为型钛合金、型钛合金、（+）型钛合金。,4.1.3 有色金属及其合金,4. 轴承合金轴承是一种重要的机械零件，可分为滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承广泛应用于发动机、机床等动力设备和传动装置中，支撑轴做旋转运动。滑动轴承由轴承体和轴瓦组成，制造轴瓦及其内
11、衬的合金，称为轴承合金。根据轴瓦的工作条件，为了确保轴的磨损量最小，延长轴的使用寿命，要求轴承合金必须具有良好的耐磨性和减摩性。,4.1.4 粉末冶金及硬质合金,1. 粉末冶金将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作原料，经过配料、压制成形、烧结等工艺获得金属材料或零件的工艺技术，称为粉末冶金。粉末冶金可用来制造含油轴承、齿轮、凸轮、摩擦离合器、刹车片和一些难熔金属材料如钨丝、核工业零件等。,4.1.4 粉末冶金及硬质合金,2. 硬质合金硬质合金是将一些难熔的、高硬度的合金碳化物微米数量级粉末与金属粘结剂混合，经加压成型、烧结而成的粉末冶金材料。硬质合金除制作刀具外，还可以制造冷作模具、
12、量具、耐磨零件等。,4.2.1 热处理的相关概念,1. 铁碳合金及其分类 （1）工业纯铁：指碳的质量分数小于0.0218%到铁碳合金。 （2）钢：指碳的质量分数为0.02182.11之间的铁碳合金。亚共析钢：0.0218wC0.77共析钢：wC0.77过共析钢：0.77wC2.11 （3）白口铸铁：指碳的质量分数为2.116.69之间的铁碳合金。,4.2.1 热处理的相关概念,2. 固溶体将糖溶于水中，可以得到糖在水中的“液溶体”，其中水是溶剂，糖是溶质；如果糖水结成冰，便得到糖在固态水中的“固溶体”。在铁碳合金中也有类似的现象，在固态，碳可以溶于铁中，形成间隙固溶体。,4.2.1 热处理的相
13、关概念,3. 铁的相变铁在固态下有不同的结构，纯铁随着温度的增加，由一种结构转变为另一种结构，这种现象称为相变。纯铁在室温下的结构被称为 Fe；将纯铁加热，当温度到达912时，由 Fe转变为 Fe；继续升高温度，到达1394时，由 Fe转变为 Fe。,4.2.1 热处理的相关概念,4. 铁碳合金的基本组织 （1）铁素体碳溶解在 Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。在室温状态下铁素体的性能几乎与纯铁相同，具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度较低。铁素体在770有磁性转变，在770以下具有铁磁性，在770以上则失去铁磁性。,4.2.1 热处理的相关概念,4. 铁碳合金的基本组织 （2）奥
14、氏体碳溶解在 Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥氏体的强度和硬度不高，但具有很好的塑性。在一般情况下，奥氏体是一种高温组织，通常对钢材进行热变形加工时，如锻造、热轧等，都将其加热成奥氏体状态。奥氏体不呈现铁磁性。,4.2.1 热处理的相关概念,4. 铁碳合金的基本组织 （3）渗碳体指碳的质量分数为6.69%的铁与碳的金属化合物，其化学式为Fe3C。渗碳体的熔点为1227，结构较复杂，硬度高，脆性大，塑性与韧性很小。渗碳体在230以下具有弱铁磁性，在230以上则失去铁磁性。,4.2.1 热处理的相关概念,4. 铁碳合金的基本组织 （4）珠光体珠光体是铁素体与渗碳体的混合物，用符号
15、P表示。珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，有一定的强度和塑性，硬度适中，是一种综合力学性能较好的组织。,4.2.1 热处理的相关概念,4. 铁碳合金的基本组织（5）莱氏体莱氏体是奥氏体与渗碳体的混合物，用符号Ld表示。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。,4.2.1 热处理的相关概念,4. 铁碳合金的基本组织（6）马氏体和贝氏体马氏体指碳在 Fe中的过饱和固溶体，用M表示。马氏体具有高的强度和硬度。贝氏体是钢过冷奥氏体的中温（350550）转变产物，是 Fe和Fe3C的复合组织。,4.2.1 热处理的相关概念,5. 临界点(相变点)金属或合金在加热或冷却过程中发生组织转变的温度称为
16、临界点（相变点）。AC1是指一般加热条件下珠光体向奥氏体转变的临界点，AC3是指非平衡加热状态下铁素体完全溶解转变成奥氏体的临界点。,4.2.2 退火与正火,1. 钢的退火退火是指将工件加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的主要目的是：降低工件的硬度，提高塑性，以利于切削加工或压力加工；消除内应力，减少变形；提高组织和成分的均匀化；或为后续的热处理做好组织准备等。,4.2.2 退火与正火,（1）完全退火完全退火是指将工件加热后变成全部的奥氏体组织，保温一段时间后缓慢冷却，最终获得室温组织为铁素体和珠光体的退火工艺。完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件和焊接件等，可以降低钢的硬度，充分消除内应力，为后续加工做准备。过共析钢不宜采用完全退火。,4.2.2 退火与正火,（2）球化退火球化退火是使钢中碳化物（渗碳体）球状化而进行的退火工艺，最终的室温组织为铁素体机体上均匀分布着球状渗碳体，即球状珠光体组织。球化退火主要用于共析钢和过共析钢及其合金（如刃具、刀具、模具等），其目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火做好准备。,
