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1、学习必备欢迎下载1.1常用金属材料及性能1.1.1常用金属材料常用金属材料主要指钢、铸铁、有色金属等，它们具有良好的性能，是工业领域的主要材料。1钢含碳量小于2%的铁碳合金都称为钢。钢的品种很多,性能各异，钢的分类普通碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素钢碳素工具钢优质碳素工具钢钢高级优质碳素工具钢合金结构钢合金钢合金工具钢特殊性能钢钢按照化学成分,可分为碳素钢和合金钢。(1)碳素钢碳素钢是指含碳量小于2.11%，含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。碳素钢按碳含量的不同,分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢：含碳量在0.25%以下。中碳钢：含碳量在0.250.60%之间。高碳钢：含碳量
2、在0.60以上。按用途又可将碳钢分为结构钢和工具钢。结构钢：主要用于制造机械零件和工程构件。这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。工具钢：主要用于制造各种刀具、量具和模具等。这类钢一般属于高碳钢。（2）合金钢合金钢是在碳素钢的基础上,在炼钢过程中有意向钢中加人某种或某几种元素(称合金元素)而形成的钢。按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。合金结构钢：用来制造承受载荷较重的或截面尺寸较大的重要机械零件。合金工具钢：用于制作刀具、模具、量具等。特殊性能钢：具有特殊的物理或化学性能,用于制作有特殊性能要求的零件,如不锈钢就属于特殊性能钢。2铸铁铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业上常用的铸铁含
3、碳量为2.5%4%。由于铸铁含有较多的碳和杂质,其力学性能一般说来比钢差，不能锻造。最常用的铸铁品种是灰铸铁。根据化学成分和石墨形态的不同，铸铁有普通灰铸铁、孕育铸铁、合金铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等很多品种，每一品种又根据力学性能列出若干牌号，以供不同条件下使用。学习必备欢迎下载3有色金属工程上，将除钢铁以外的金属或合金，称为非铁金属或有色金属。如铜、铝、钼、镁、钛等。有色金属具有某些特殊的物理、化学和力学性能。如铜具有良好的导电、导热、抗蚀、抗磁等性能；钼、镁、钛等合金密度小，强度高，具有优异的耐腐蚀性能。1.1.2金属材料的力学性能金属材料在外力作用下所表现出来的特性叫做力学性能。机械零件
4、设计和选材主要依据的是材料的力学性能。它包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。1强度强度是指金属材料在外力作用下,抵抗塑性变形和断裂的能力。强度特性的指标主要是屈服强度和抗拉强度。屈服强度代表材料抵抗微量塑性变形的能力。屈服强度以符号s表示,单位为MPa。抗拉强度是指材料抵抗断裂的能力。抗拉强度以符号b表示,单位为MPa。2硬度硬度是指金属材料抵抗硬物体压人其表面的能力。是衡量材料软硬的依据。材料的硬度是用专门的硬度试验计测定的。常用的硬度试验指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。布氏硬度以HB表示，洛氏硬度以HRA、HRB、HRC表示，维氏硬度以HV表示。3塑性塑性是指金属材料在外力作用
5、下发生塑性变形而不断裂的能力。常用的塑性指标是伸长率(用符号表示)和断面收缩率(用符号表示)。伸长率和断面收缩率的数值越大，则材料的塑性越好。材料的塑性好，就易于锻压、冷压和冷拔等压力加工，易于保证零件安全工作，不易发生零件的突然脆断。一般伸长率达5%，断面收缩率达10%即可满足绝大多数零件的使用要求。4冲击韧性冲击韧性是指金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。冲击韧性用冲击韧度AK来表示。AK的值越大，材料的韧性就越好，在受到冲击时越不容易断裂。AK值高的材料称为韧性材料，AK值低的称为脆性材料。5疲劳强度疲劳强度是指材料抵抗疲劳断裂的能力。即材料经无数次应力循环或达到规定的循环次数才断裂的
6、最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。在机械零件失效中60%70%属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形就突然断裂，所以往往会造成重大事故。1.1.3金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能是指在制造机械零件及工具的过程中，金属材料加工成型的难易程度。按加工工艺的不同可分为铸造性、锻造性、焊接性、热处理性能和切削加工性能1铸造性能铸造性能是指金属熔化成液态后能否铸成优质铸件的性能。2锻造性能锻造性能是指金属材料在压力加工时的难易程度。也叫压力加工性能。造。3焊接性能焊接性能是指材料在一定的焊接工艺条件下,获得优良焊接接头的难易程度。焊接性能的确定主要包括两个方面。一是焊接接头出现各种
7、裂纹的可能性；二是焊接接头在使用过程中的可靠性。学习必备欢迎下载4热处理性能所谓热处理就是通过加热、保温、冷却的方法使材料在固态下的组织结构发生改变，从而获得所要求性能的一种工艺。常用的热处理方法有退火、正火、淬火、回火及表面热处理(表面淬火和表面化学热处理)等。5切削加工性能切削加工性能是指材料接受切削加工的难易程度。切削加工性能主要用切削速度、加工表面的粗糙度和刀具的使用寿命来衡量。切削加工性好的金属材料对切削刀具的磨损量小，切削用量大，加工表面的粗糙度数值小12热处理基础1.2.1概述热处理是将金属在固态下进行不同的加热、保温和冷却，通过改变材料的内部组织,以得到所需性能的一种工艺方法。
8、根据方法不同，常用的热处理工艺可分为整体热处理（如退火、正火）、表面热处理（如表面淬火）、化学热处理（如渗碳、渗氮）。1.2.2热处理一般工艺过程和加热设备各种热处理方法都包含加热、保温、冷却三个阶段。调整这三个阶段的工艺参数，就可以使金属材料内部组织发生不同的变化,从而得到不同的性能。1加热金属加热到一定的温度,原始组织发生转变，以便给以后冷却过程中进一步发生变化做好准备。加热的温度由材料的种类、成分和热处理的目的决定。2保温保温是在达到规定的加热温度后保持一定时间，使零件内、外层温度和组织均匀的过程。3冷却冷却是获得材料或零件所需要组织的关键一环。可通过炉内控温冷却、炉内自然冷却、炉外空气
9、中自然冷却、吹风或喷雾冷却、在水或油以及熔盐中冷却等各种方法使工件得到需要的冷却速度。1.2.3常用热处理方法常用的热处理方法有退火、正火、淬火、回火及表面淬火和化学热处理等几种方法。1退火和正火（1）退火是把工件加热到一定温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。退火主要用于铸件、锻件和焊接件。退火的目的之一是均匀组织,细化晶粒，其二是消除工件的内应力，其三是降低工件硬度,便于切削加工。工具钢件有时硬度较高,切削加工困难,经退火后可使硬度降低,易于切削加工。(2)正火正火是把钢件加热到一定温度，保温后在空气中冷却的热处理工艺。正火的作用和退火相似，所不同的是正火冷却速度较快，得到的组
10、织结构较细，力学性能强度、硬度)也有所提高。2淬火和回火（1）淬火淬火是将工件加热到某一温度,保温后在水中或油中快速冷却的热处理工艺。淬火的目的是提高钢件的硬度和耐磨性，所以它是强化钢的主要方法。各种工具,如刀学习必备欢迎下载具、量具和模具，以及许多机械零件都需要进行淬火处理。(2)回火回火是淬火后的工件,重新加热到一定的温度，保温后在空气中冷却的热处理工艺。回火操作主要是控制回火温度。回火温度愈高，工件的韧性愈好，内应力愈小，但硬度和强度下降的愈多。根据回火温度不同,回火可分为低温回火、中温回火、高温回火三种。低温回火不会降低钢的硬度，但能消除一定的内应力，各种量具和刃具常采用低温回火处理；
11、中温回火后具有较高的弹性极限和较高的韧性，主要用于各种弹簧和模具的热处理；高温回火后的组织具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能，将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，主要用于齿轮、轴类零件等。3表面淬火表面淬火是将工件快速加热,使表层迅速达到淬火温度，而不等心部升温就快速冷却的热处理工艺。工件经表面淬火后能获得表面层硬度高、耐磨,心部韧性好的性能。主要用于曲轴、花键轴、齿轮、凸轮等。零件在表面淬火前，应进行正火或调质处理，表面淬火后还应进行低温回火。(常用的表面淬火方法有火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。火焰加热表面淬火是用氧乙炔火焰喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温度，随后
12、喷水或浸人水中)冷却的淬火方法。感应加热表面淬火是将工件放在通有一定频率电流的线圈内加热，然后喷水冷却的淬火方法。4化学热处理化学热处理是把零件置于某种化学介质（如碳、氮等）中，经过加热、保温后，使介质中的元素渗入零件表层，从而改变其表层的化学成分、组织、和性能的热处理工艺。化学热处理的主要目的是提高工件表层的硬度、耐磨性和抗疲劳强度，而心部仍具有较高的强度和韧性，使零件在交变载荷、冲击载荷和严重磨损条件下仍能正常工作。常用的化学热处理是渗碳、渗氮和碳氮共渗。一般渗碳和碳氮共渗后，还需进行淬火和回火处理。适合进行渗碳的是低碳钢，如20、20Cr等。通常把这类钢称为渗碳钢。复习思考题11常用金属材料有哪些?12金属材料的力学性能指标有哪些?13金属材料的工艺性能有哪些？14何谓热处理?热处理的目的是什么?15热处理一般的工艺过程是什么？16常用的热处理方法有哪些？什么叫退火、正火、淬火?17淬火的目的是什么?水淬和油淬分别在何种情况下选用?18什么叫回火?回火的目的是什么?回火温度对钢的力学性能有什么影响?19表面淬火和普通淬火有什么区别?110常用的化学热处理方法有哪些？
