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1、杭叉集团仓储车辆研究所杭叉集团仓储车辆研究所材料及热处理基础问题培训及交流一，金属的力学性能；一，金属的力学性能；二，钢铁及其合金；二，钢铁及其合金；三，有色金属；三，有色金属；四，热处理定义及分类；四，热处理定义及分类；五，各种热处理的特点；五，各种热处理的特点；六，零件热处理实例分析；六，零件热处理实例分析；一，金属的力学性能一，金属的力学性能一），强度一），强度强度是指金属抵抗塑性变形和断裂的能力。它是通过拉伸试验测得的。塑性变 形是指金属在外力作用下，发生不 能恢复原状的变形，也称永久变形。1，拉伸试验试验前，将金属材料制成一定形状和尺寸的标准拉伸试样，按照标准规定缓慢进行拉伸，直至拉
2、断为止。2，强度的主要判据 金属材料的强度是用应力来度量的。单位截面上的内力称为应力，用符号“”表示。内力是指材料受外力作用发生 变形时，内部产生阻止变形的抗力。常用的强度判据有：弹性极限、屈服点和抗拉强度。1）弹性极限：弹性极限是指试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力，用符号“e”表示，单位为MPa。2）屈服点：屈服点是指试样在拉伸过程中，力不增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力，用符号“s” 表示，单位为MPa。3）抗拉强度：抗拉强度是指试样被拉断前所能承受的最大拉应力，用符号“b”表示，单位为MPa。b表征材料对最大均匀塑性变形的抗力。s与b 的比值称为屈强比，屈强比越小，零
3、件工作时的可靠性越高，因 为若超载也不会立即断裂。但屈强比太小，材料 强度的有效利用率降低。b也是设计和选材时的主要参数。二），塑性二），塑性塑性是指断裂前材料发生不可逆塑性变形的能力。常用的判据有断后伸长率和断面收缩率。三），硬度三），硬度硬度是指材料抵抗局部变形，尤其是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是衡量金属软硬程度的判据。四），韧性四），韧性韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力，它表示了金属材料抗冲击的能力。 韧性的判据是通过冲击试验确定的。五），疲劳强度五），疲劳强度许多零件如轴、齿轮、连杆、弹簧等是在循环应力作用下工作的。按循环应力大 小和方向不同，零件承受的应力分为交变应力 和
4、重复应力两种。零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发 生完全 断裂的过程，称为疲劳（疲劳断裂）。疲劳断裂前无明显塑性变形，因此危险性很大，常造成严重事故。据统计，大部分零件的损 坏均是由疲劳造成的。工程上用的疲劳强度，是指在一定的循环基数下不发生断裂的最大应力，通常 规定钢铁材料的循环基数取 107 ，有色金属取108 。材料存在气孔、微裂纹、夹杂物等缺陷，材料表面划痕、局部应力集中等因素，均可加快疲劳断裂。减小表面粗糙度值和进行表 面淬火、喷丸处理、表面滚压等方法均 可提高材料的疲劳强度。二，钢铁及其合金二，钢铁及其合金钢是碳含量大于钢是碳
5、含量大于0.0218%小于小于2.11%的以铁为基的合金的以铁为基的合金。铸铁是指碳质量分数大于。铸铁是指碳质量分数大于2.14%的的铁碳合金。与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。比碳钢含有较多硫，磷等杂质元素。铁碳合金。与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。比碳钢含有较多硫，磷等杂质元素。一），钢的分类一），钢的分类1，按照化学成分：碳素钢、合金钢碳素钢 ：低碳钢（C0.60%）。合金钢 ：低合金钢（合金元素10%）。2，按照有害杂质分类：按照有害杂质P、S含量多少分为：普通钢（P含量0.045%、S含量0.05%）、优质钢（P含量0.035%、S含量0.035%）、高级优质钢（P含量0.025%
6、、S含量0.015%）。3，按照用途分类：工程用钢、渗碳钢、碳素工具钢、特殊性能钢。4，按照断面不同分类：线材、型材、板材、管材。5，按照成型方法：锻钢、铸钢、热轧钢、冷拉钢钢铁碳素钢合金钢金属材料黑色金属材料有色金属材料灰口铸铁球墨铸铁白口铸铁Al、Cu、Ti、Mg合金二），普通结构钢二），普通结构钢1，普通碳素结构钢1）用途 ：适用于一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等，可供焊接、铆接、栓接构件使用。2）成分特点和钢种：普通碳素结构钢平均含碳量为 0.06%0.38%，并含有较多的有害杂质和非金 属夹杂物，但能满足一般工程 结构及普通零件的性能要求，因而应用较广。Q195钢碳含量很低、塑
7、性好，常作铁钉、铁丝及名种薄板等。Q275 钢属中碳钢， 强度较高，能代替30 钢、40钢制造稍重要 的零件。Q215、Q235、Q255等钢，当质量等 级为 A 级时，出厂时保证力学性能及硅、磷、硫等成分，其他成分不保证。若为其 他等级时，力学性能及化学成分均保证。一般不用热处理进行强化。常用热处理：一般不进行后续热处理，供货态直接使用。2，普通低合金结构钢（工程结构钢）1）用途 ：该类钢有高的屈服强度、良好的塑性、焊接性能及较好的耐蚀性。可满足工程上各种结构的承载大、自重轻的要求， 如建筑结构、桥梁、车辆等。2）成分特点：低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入少量（不大于 3%）合金元素而
8、制成， 产品同时保证力 学性能与化学 成分。它 含 碳 量（0.1%0.2% ）较 低，以少量 锰（0.8%1.8% ）为主加元素，含硅量较碳素结构钢为高，并辅加某些其他（铜、 钛、钒、 稀土等）合金元素。16Mn是这类钢的典型钢号，它发展最早、用的最多、产量最大，各种性能匹配较 好，屈服强度达 350MPa，它比 Q235钢的屈服 强度高 20%30%，故应用最广。牌号：-Bb根据脱氧方法：沸腾钢；：镇静钢；b：半镇静钢质量等级：、屈服 强度 s牌号Q195Q215Q235Q255Q275主要 应用 举例承载较小的钢 丝、开口销、 钉子、拉杆、 焊接件铆钉、短轴、 拉杆、垫圈、 渗碳件、焊
9、接件连杆、螺栓、螺母、轴 类支架、角钢、槽钢、 工字钢、圆钢、重要的 焊接件轴类、吊 钩、型钢轴、齿轮三），优质结构钢三），优质结构钢这类钢主要用于制造各种机器零件，如轴类、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种，也 称机器制造用钢。这类钢根据 化学成分分为优质碳素结构钢与合金结构钢。1，优质碳素结构钢1）成分特点：优质碳素结构钢中磷、硫含量均小于 0.035%，非金属夹杂物也较少。根据含锰 量不同，分为普 通含锰量及较高含锰量。这类钢的纯洁度和均匀度较好，因而其综合力学性能比普通碳素结构钢优良。2）钢种以及牌号牌号：45#钢：平均含碳量的万分数表示。加F表示沸腾钢，加Mn表示含Mn量较高，加A表示属于
10、高级优质钢。 优质碳素结构钢使用前一般一般都要进行热处理。牌号08F 10#15# 20# 25# （碳素渗碳钢）30# 35# 40# 45# 50# （碳素调质钢）55# 60# 65# 65Mn （碳素弹簧钢）性能 特点强度低、 塑性好强度较低、塑性韧 性较好，渗碳后可 获得表面硬度高而 心部韧性好的零件强度、塑性、韧性配合 较好，经调质后可获得 优良的综合力学性能强度高、塑性低，淬 火中温回火处理后有 较好的弹性应用 举例冷冲件、 焊接件小负载轴、销、齿 轮、垫片及渗碳件轴类、齿轮、紧固件、 要求不高的表面淬火件简单耐磨件、简单弹 簧、钢丝绳等2，优质合金结构钢 合金结构钢是机械制造、
11、交通运输、石油化工及工程机械等方面应用最广、用量最大的一类合金钢。合金结构钢常在优质碳素结构 钢的基础上加入一些合金元素而形成。合金元素加入量不大，属中、低合金钢。1）合金渗碳钢 成分特点：低含碳量（wc=0.100.25%）、 添加Cr,Ni,Mn,B增加淬透性，固溶强化、 添加少量Mo,W,V,Ti等形成稳定碳化物，细 化晶粒。 性能要求：表面高的强度硬度和耐磨性、 心部良好的韧性。 用途：轴、齿轮、蜗杆、活塞销等。主要热处理：渗碳淬火+低温回火牌 号20CrMnTi20Cr2Ni418Cr2Ni4WA20CrMn20Mn220Cr20MnTiB用 途广泛用于汽车,拖拉机工 业30 mm直
12、径以下的高 速、中重载冲击磨损件, 如变速箱齿轮传动齿轮,轴, 万向叉大齿轮,花键轴, 曲轴齿轮,轴,蜗杆, 活塞销,摩擦轮小齿轮,小 活塞销小齿轮,小 轴,活塞销汽车拖拉机小 截面,中等负荷 齿轮2）合金调质钢 成分特点：中含碳量（wc=0.300.50%）、 添加Cr、Ni、Mn、Si增加淬透性和回火稳定性， 固溶强化、 添加少量Mo、W、V等细化晶粒。 性能要求：优良的综合力学性能， 良好的淬透性。 用途：轴、杆类零件，齿轮，链条等。主要热处理：淬火+高温回火3）合金弹簧钢 成分特点：中含碳量（wc=0.500.70%）、 添加Cr,V,Mn,Si增加淬透性,固溶强化,提高回火稳定性。
13、性能要求：高弹性极限和屈强比、 良好的综合力学性能、 高疲劳强度。主要热处理：淬火中温回火牌 号40Cr40MnB35CrMo40CrNi40CrNiMoA42CrMo45CrNiMoVA用 途轴类 连杆螺栓 进气阀 重要齿 轮等中小截面调 质件大截面齿轮 重型 传动轴 大电机主 轴等强度高韧性好的零件 如 轴 齿轮 链条大截面受冲击零 件 如偏心轴 曲轴 等大截面重负荷齿 轮 轴等高强度高弹性零件 如车辆扭力轴牌 号65Mn60Si2Mn55CrMnA60Si2CrVA50CrVA30W4Cr2VA用 途各种大尺 寸的弹簧车辆板簧,螺旋弹簧,安 全阀用弹簧,工作温度 低于 250耐热弹簧大尺
14、寸板簧、 螺旋弹簧高载荷耐冲击弹簧, 工作温度低于250 耐热弹簧大截面高应力螺旋弹簧, 工作温度低于300耐 热弹簧500下工作弹 簧、锅炉安全 阀用弹簧四四），工具钢），工具钢工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢。按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等。 按用途分为刃具钢、 模具钢、量具钢。1，刃具钢用途：主要用于制造车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具。2，模具钢模具钢一般分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。由于冷作模具钢和热作模具 钢的工作条件不同，因而对模具钢性能要求有所区 别。1）冷作模具钢用途：冷作模具钢用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模及拉丝模等。工作温度不超过 20
15、0300。特点：高硬度、高耐磨性、足够的韧性和疲劳强度、热处理变形小。2）热作模具钢用途：用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和铸模等，工作时型腔表面温度可达 600以上。特点：高热硬性、高温耐磨性、高的抗氧化能力、高的热强性和足够的韧性、高的热疲劳抗力。3，量具钢用途：量具钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺，螺旋测微仪、块规、塞规等。特点：高的硬度和耐磨性；高的尺寸稳定性，热处理变形要小，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。五），铸造碳钢五），铸造碳钢wc0.15-0.60%主要牌号：ZG200-400, ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570, ZG340-64
16、0主要应用：形状复杂，力学性能要求高，选用铸铁难以满足要求的零件主要热处理：1，退火：力学性能差，少用。2，正火：性能比退火高，常用。3，淬火+回火。工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢。按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等。 按用途分为刃具钢、模 具钢、量具钢。牌号：ZG200-400铸钢sb六），铸铁六），铸铁1，灰口铸铁1）特点：灰口铸铁的抗拉强度、塑性及韧性均比同基体的钢低，但是硬度和抗压强度与同基体的钢相差不多。同时具有较好的铸造性能、切削加工性能、减摩性、减震性以及较低的缺口敏感性。2）牌号与应用：HT+三位数字（最低抗拉强度）。3）热处理：热处理只能改变铸铁的基体组织，而不能改变石墨的形状和分布状态。因此通过热处理提高灰口铸铁机械性能的效果不大。通常只采用去应力退火或改善切屑加工性能的退火处理。2，可锻铸铁与灰口铸铁相比，可锻铸铁具有较高的强度和一定的 塑性和韧性。但实际上可锻铸铁并不能锻造。
