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1、工艺方法：铸造、压力加工、焊接、切削加工和热处理。一、金属材料的性能1、强度: 强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度大小常用应力来表示，单位为MPa。指标: 屈服强度 金属材料发生屈服现象时的屈服极限。用符号s表示。对于没有明显屈服现象的金属材料，多测定其规定残余伸长量时对应的应力0.2。抗拉强度 金属材料在拉断之前所能承受的最大应力，用符号b表示2、塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形而不致破裂的性能称为塑性。指标: 延伸率 试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为延伸率。用符号表示，其计算公式为：断面收缩率 试样拉断后，缩颈处截面积的最大收缩量与原始截面积的百分比
2、为断面收缩率，用符号表示金属材料的延伸率（）和断面收缩率（ ）数值越大，表示材料的塑性越好。3、硬度： 金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力称为硬度。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。硬度试验的方法：压入硬度试验法（如布氏硬度（HBS）、 洛氏硬度（HRC） 划痕硬度试验法（如莫氏硬度）4、冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性，用符号aK表示 5、疲劳强度：机械零件在无数次的交变载荷作用下不至于发生破断的最大应力。二、金属的晶体结构1、晶格：表示晶体中原子排列规律的空间格子叫做晶格。 晶胞：能够完整地反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
3、常见的三种金属晶格：体心立方晶格：属于这种晶格的有铬，钒，钨，钼，-Fe。每个立方晶胞中包含1/8*8+1=2个原子，原子半径面心立方晶格：属于这种晶格的有铝，铜，铅，银，-Fe。每个立方晶胞中包含1/8*8+1/2*6=4个原子，原子半径密排六方晶格：属于这种晶格的有镁(Mg)、锌（Zn）、铍（Be）和镉（Cd）。 每个立方晶胞中包含2*（1/6*6+1/2）+3=6个原子，原子半径2、细化晶粒：原因：晶粒的粗、细对金属的机械性能影响很大。因为晶粒细，晶界就多。由于晶界处的晶格排列方向极不一致，犬牙交错，互相咬合，从而加强了金属的结合力，故晶粒越细小，材料的强度和硬度越高，塑性韧性越好。 方
4、法：（1） 增大过冷度，增加晶核数量（只适合中小铸件）（2）孕育处理 在液态金属结晶前加入不熔质点（变质剂或孕育剂）点作为人工晶核（3） 振动处理 采用机械振动、超声波振动和电磁振动等措施将生长的晶枝破碎此外，通过压力加工、热处理等方法也能够细化晶粒从而改善材料的性能。铸造生产中细化晶粒的主要措施：降低浇注温度、提高铸型的激冷能力（如用金属铸型代替砂铸型）；孕育处理（通过外来晶核增加晶核的数目）；采用机械振动、旋转磁场搅拌等方法，使结晶过程中，晶枝折断，从而增加晶核的数目。3、金属的同素异构转变：一种金属能以几种晶格类型存在的性质，叫做同素异构性。金属在固态下晶格类型发生变化的过程称为同素异晶
5、转变。 同素异构转变属于固态转变，其转变需要较大的过冷度；晶格的变化伴随着金属体积的变化、转变时会产生较大的内应力。控制冷却速度，可以改变同素异构转变后的晶粒的大小，从而改变金属的性能。三、铁碳合金：1、合金结构：1）固溶体：有些合金组元在固态下也具有互相溶解的能力，这种溶质的原子溶入溶剂的晶格中或取代了某些溶剂原子的位置 ，而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体，叫做固溶体。溶质原子溶入溶剂晶格中时，会造成溶剂晶格的畸变。这使得金属晶体在塑性变形时晶面之间的相对滑移阻力增加，表现为固溶体的强度、硬度比纯金属高。2）金属化合物：合金各组元的原子按一定的整数比化合而成的一种新的金属化合物。它具有与组元原
6、来晶格不同的新晶格，如Fe3C（渗碳体）。化合物的硬度通常比组元高，脆性也较高。3）机械混合物：组成合金的各组元在固态下既不互相溶解，又不互相化合，而是以混合方式独立存在，叫做机械混合物。机械混合物类型的合金往往比单一固溶体合金具有更高的强度和硬度，但塑性和可锻性不如单一的固溶体，因此钢在锻造时，总是先加热使之转变成单一的固溶体后再进行锻造。2、铁碳合金的基本组织：1）铁素体（F）：碳溶解在-铁中形成的固溶体叫做铁素体。保持-铁的体心立方晶格 -铁溶解碳的能力很小且随温度变化而变化铁素体含碳很少，机械性能近似纯铁镜下观察为均匀明亮的多边形晶粒2）奥氏体（A）：碳溶解在-铁中形成的固溶体叫做奥氏
7、体。保持-铁的面心立方晶格-铁溶解碳的能力比-铁大，在1147C时达2.06%，在727C时，溶解度为0.8%。稳定的奥氏体在钢中存在的最低温度为727C奥氏体硬度不是很高（HB=160200），塑性较好，是绝大多数钢种在在高温压力加工所需要的组织。3）渗碳体（Fe3C）： 铁与碳形成的稳定的化合物Fe3C 叫做渗碳体，其含碳量6.67%，具有复杂的晶格形式。性能与铁素体差别很大，不发生同素异构转变。渗碳体的硬度很高（HB=800），而塑性极差，接近于零，是一种硬而脆的组织。渗碳体在钢中起主要的强化作用。C含量增加，Fe3C增加，强度上升，塑性下降Fe3C在一定条件下分解4）珠光体（P）：珠光
8、体是铁素体和渗碳体的机械混合物。铁素体占大多数，含碳量0.77%。珠光体是由软的铁素体片和硬的渗碳体片相间组成的混合物。故其机械性能介于渗碳体和铁素体之间，它的强度较好（b=750MPa,HB180），其塑性低，但不脆。5）莱氏体(Le、Le)：莱氏体是含碳量为4.3%的合金，在1148C时结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。由于奥氏体在727C时将转变为珠光体，所以室温下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成 。莱氏体的硬度很高，塑性很差。3、铁碳合金相图（状态图）：铁碳合金状态图是用热分析法作出的温度成分坐标图，图中成分坐标轴仅标出含碳量小于6.69%的合金部分。含碳量大于6.69%的铁碳合金脆性极大，
9、在工业上没有实际意义。当含碳量为6.69%时，铁和碳形成的Fe3C ，可以看作是合金的一个组元，因此，这个状态图实际上是FeFe3C的状态图。ABCD线液相线，液态合金冷却到此线时开始结晶。AHJECF线固相线，液态合金冷却到此线全部转变为固相AHJE线钢的固相线，液态合金冷却到此线全部转变为固相。ECF 线生铁的固相线（共晶线） GS线奥氏体中析出铁素体的开始线ES线奥氏体冷却到此线时，开始析出二次渗碳体，使奥氏体的含碳量向0.77%递减。PSK线共析线，各种成分的奥氏体冷却到次线时，同时析出珠光体。S共析点铁碳合金相图（状态图）的应用：作为选用钢材的依据制订铸、锻和热处理等加工工艺的依据在
10、铸造生产上的应用找出不同成分合金的熔点，从而确定熔化和浇注温度；共晶成分的合金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，故具有良好的铸造性能。在锻造工艺上的应用奥氏体组织的强度低、塑性好，便于塑性变形加工，通过相图确定不同钢种的始锻温度和终锻温度。在热处理工艺上的应用4、铁碳合金的分类：四、碳钢：1、碳钢中常存杂质对钢性能的影响：1）碳：在钢中，碳主要以渗碳体形式存在。当钢中碳的质量分数小于时，随着含碳量的增加，钢的强度、硬度不断增加，而塑性和韧性不断下降。这是因为片层状渗碳体起着强化作用。钢中珠光体越多，其强度、硬度越高。但是，当钢中碳的质量分数大于0.9%，钢中出现网状渗碳体，使钢的脆性增加，这
11、时钢的硬度随着碳的质量分数的增加而不断提高，而钢的强度、塑性和韧性却会不断下降。2）锰：锰主要来自炼钢脱氧剂。一般认为锰在钢中是一种有益元素，在碳钢中含锰量通常小于0.80%;在含锰合金钢中，一般控制在1.01.2%。锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化；一部分锰则溶于渗碳体中，形成合金渗碳体；锰还能增加珠光体的相对量，并使珠光体变细，这都使得钢的强度提高。锰与硫化合形成MnS，能减轻硫的有害作用。 当锰含量不多，在碳钢中仅为少量杂质存在时，它对钢的性能影响不显著。3）硫：硫主要是由生铁带入钢中的有害元素。硫不溶于铁，而以FeS形式存在。 FeS会与Fe形成共晶，并分布在奥氏体
12、晶界上。 当钢材在10001200C进行压力加工时，由于FeSFe共晶(熔点只有989C)已经溶化，并时晶粒脱开，钢将变得极脆，这种脆性现象称为“热脆”，为避免热脆，钢中含硫量必须严格控制。锰可消除硫的有害作用。锰与硫化合形成熔点1620C的MnS，而MnS在高温时具有塑性，因此可避免热脆现象。4）硅：硅可溶于铁素体中，使其强度、硬度提高而塑性下降；有一部分硅则存在于硅酸盐夹杂中。 当含硅量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响不显著。5）磷：磷也是一种有害物质。磷在钢中全部溶于铁素体中，这虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，却使室温下的塑性、韧性急剧下降，并使其脆性转化温度有所升
13、高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。磷的存在还使得钢的焊接性能变坏，因此钢中的含磷量要严格控制。2、碳钢的分类及牌号：按含碳量分类：低碳钢含碳量小于或等于0.25%；中碳钢含碳量0.250.60%;高碳钢含碳量大于0.60%。按钢的质量分类（根据含S、P的多少）：普通碳素钢 S0.050%，P0.045%牌号由代表屈服点的拼音字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。例如Q235A F为屈服点为235N/mm2的A级沸腾钢。优质碳素钢 S0.035%，P0.035%牌号用两位数表示，这两位数字表示钢中平均含碳量的万分之几。0825号钢含碳量低，强度、硬度较低，塑性、
14、韧性及焊接性良好。这类钢多数制成薄钢板，用来制造各种容器，或焊接结构和冲压件；还可用来制造螺钉、螺母、垫圈、小轴（强度要求不高）、套筒等零件。15、20号钢还可以用做渗碳件。3050等号钢含碳量中等，强度较高、韧性和加工性能也较好。应用时经常要经过淬火、回火等热处理。这类钢多用来制造轴类、齿轮、丝杠、连杆等重要零件，以35、40、45、50钢应用最广，这类钢通常在经调质处理后使用，因此又称为调质钢。55、60、65、70号钢含碳量较高，淬火后有较高的硬度和弹性，可用来制造各种弹簧、轧辊、钢丝绳和风动工具等。高级优质碳素钢 S0.030%，P0.035%按钢的用途分类：结构钢 主要各种工程构件和
15、机械零件的钢。这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。工具钢 主要用于制造各种刃具、量具、模具。（高碳钢）其牌号是在“碳”或“T”后面附以数字来表示。数字表示该钢平均含碳量的千分之几。铸造碳钢：铸造用碳钢一般用于制造形状复杂，力学性能要求较高的机械零件。铸造碳钢的含碳量一般在0.200.60之间，如果含碳量过高，则钢的塑性差，铸造时易产生裂纹。 铸造碳钢牌号是用铸钢两字的汉语拼音字母字头“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。ZG200-400：具有良好的塑性、韧性和焊接性，用于受力不大、要求具有一定韧性的零件，如机座、变速箱体等。ZG230-450：有一定的强度和较好的塑性、韧性，焊接性良好，切削性能尚可，用于受力不大，要求具有一定韧性的零件，如砧座、轴承盖、外壳、阀体、底板等。ZG270-500：有较高强度和较好塑性，铸造性能良好，焊接性较差，切削性能良好，用作扎钢机
