金属材料培训课件

1、金属材料培训课件,1,课 程 简 介,1. 机械制造的作用 机械制造广泛应用在社会生产中的各行各业，如交通、冶金、石油、石化、电力、建筑、轻纺、航空、航天、电子、医疗、军事等。这些行业都使用各种机器、仪器和工具，统称为机械装备。机械装备是由一定形状和尺寸的零部件所组成，能够生产这些零部件并装配成机械装备的工业称为机械制造工业。 机械制造工业是国民经济的重要基础和支柱产业，是一个国家经济实力和科学技术发展水平的重要标志。,金属材料培训课件,2,3.机械制造基础的基本内容 1) 金属材料的种类、性能及选用； 2)热处理工艺基础及应用； 3)金属材料常用的加工方法；金属切削机床、 刀具、夹具等基本知

2、识； 4)钳工的基本知识及基本技能； 5)焊工的基本知识及基本技能； 6)管工的基本知识及基本技能；,金属材料培训课件,3,3.本课程的特点及学习方法 机械制造基础课程具有实践性强、综合性强和覆盖面广的特点。 学习时要重视实践性教学环节，在教学实习中努力增加感性认识和实践知识，了解、熟悉企业的生产和技术管理，注意理论与实践相结合。 认真做好本课程实验、综合练习等，有助于理解和掌握理论知识，有利于职业综合能力的培养，逐步提高解决生产实际问题的能力。,金属材料培训课件,4,第一部分 金属材料,第一节 金属材料的主要性能 1.使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。包括机械性能、物理、化学性

3、能 2.工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。 一 、塑性 1.塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。 2.拉伸图以低碳钢为例分析拉深过程如图所示,金属材料培训课件,5,4.延伸率和断面收缩率：表示塑性大小的指标 1）延伸率： =（L1-L0）/L0 100 式中: L0式样原长度， L1拉深后长度 2）断面收缩率： =（S0 - S1）/S0 100 式中 S。 试样原始截面面积(mm2) S1 试样断口处的截面面积(mm2) 、越大，材料塑性越好 ，一般5%为塑性材料，5%为脆性材料。,金属材料培训课件,6,二 、强度 强度指金属材料在外力

4、作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。常用来表示金属材料强度的指标 1.屈服强度 s S = Fs/So (MPa) 式中: Fs 试样发生屈服象时的载荷(N)； So 试样的原始截面面积(mm2)。 2.抗拉强度 b b = Fb / So (MPa) (13) 式中:Fb试样在断裂前的最大拉力(N) S。试样原始截面面积(mm2)。,金属材料培训课件,7,三、 硬度 硬度：指金属抵抗更硬的物体压入其表面的能力 1.布氏硬度 HB : 用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d。 HBS压头用淬火钢球,适于HBS450 HB

5、W压头用硬质合金球而HBW 特点：压痕大，代表性全面；不适宜薄件和成 品件 .洛式硬度（HRA、HRB、HRC） 用金刚石圆锥做压头或钢球，在规定的预载荷和总载荷下，压入材料，卸载后，测其深度，可在硬度计上直接读出，无单位。 优点: 易操作,压痕小,适于薄件,成品件 缺点: 压痕小,代表性不全面需多测几点.,金属材料培训课件,8,3.维氏硬度 用符号HV表示，它的测量原理基本上和布氏硬度相同，不同的是维氏硬度采用锥面夹角136的金刚石四棱锥体作为压头。 主要用于测量零件表面层的硬度。 五、 冲击韧性ak 材料抵抗冲击载荷的能力。 常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性,标准试样一次击断,

6、用试样缺口处单位截面积上的冲击功来表示a KU a KU = AKU / S (J/m2) 式中：AKU冲击吸收功(J)； S试样缺口处的横截面积(m2),金属材料培训课件,9,六、 疲劳强度： 1. 疲劳强度：金属材料在无数次交变载荷作用下而不致于引起断裂的最大应力。 2. 疲劳破坏原因 材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏. 3.疲劳破坏与静载破坏的区别 疲劳破坏时，无论是塑性或脆性材料，在断裂时，外观无明显或不明显的变形，断裂是突然发生的。人们是不能预防的，有较大的经济损失 4.预防措施 改善结构避免应力集中,表面强化-喷丸处理, 表

7、面淬火等。,金属材料培训课件,10,实验证明，金属材料能承受的交变应力与断裂前应力循环次数 N 有如图1-6所示的规律。由图所知，当低于某一值时，曲线与横坐标平行，表示材料可经无限次循环而不断裂，这一应力称疲劳强度或疲劳极限。 用1表示光滑试样对称弯 曲疲劳强度。一般钢的循环次数为107，有色金属为108。,疲劳强度曲线,5.疲劳强度曲线,6,金属材料培训课件,11,6. 高温下的力学性能,材料在高温下其力学性能与常温下是完全不同的。许多机械零件在高温下工作，所以在室温下测定的性能指标就不能代表其在高温下的性能。 一般来说，随着温度的升高，弹性模量E、屈服强度S、硬度等值都将降低，而塑性将会增

8、加，除此之外，还会发生蠕变现象。 蠕变是指金属在高温长时间应力作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂。有机高分子材料，即使在室温下也会发生蠕变现象。,7,金属材料培训课件,12,在9.11恐怖事件中，美国引以为傲的纽约世界贸易中心大楼完全倒塌。恐怖分子劫持的客机撞击大楼中上部，为何会造成整栋大楼完全倒塌？大楼为何会垂直塌落而不是倾倒？这里可能部分牵涉到材料在高温下的力学性能问题。,世界贸易中心大楼倒塌,纽约世贸大楼曾是世界第一高楼，它高411m，单个塔楼的重量约5万t。撞击大楼的波音757飞机起飞重量104t，波音767飞机起飞重量156t 。它们的飞行

9、速度大约是每小时1000km。从速度比这小得多的汽车相撞事故，可以想象这次大型客机撞击大楼的冲击力有多么的巨大。,世贸大楼倒塌,案例,8,金属材料培训课件,13,倒塌原因分析,这次撞击大楼的波音757飞机大约可载35t燃油，波音767飞机可载51t燃油，由于是从美国东部飞往西部的远程航班，所以飞机上的油箱估计装满了燃油。在起飞后这些飞机很快改变航线撞击纽约世界贸易中心大楼，机上燃油消耗很少，几乎将它的满满一油箱的优质航空煤油都撒到了大楼里，并燃起了熊熊大火。,据幸存者描述，飞机的撞击使大楼虽然晃动了近1m，但整幢大楼无论是内部还是外部并没有严重塌落，这是大量楼内工作人员得以逃生的关键。,9,金

10、属材料培训课件,14,第二章金属结构与结晶,一基本概念: 1.晶体:物质的原子呈规则排列。 2.非晶体:物质的原子呈规则排列。 3.晶格:原子看成质点,将质点连成空间格子。 4.晶胞:晶格中最小单元,能代表整个晶格特征。 5.单晶体：晶体内部的晶格方位完全一致。 6.多晶体：许多晶粒组成的晶体结构。 7.晶粒：外形不规则而内部晶各方位一致的小晶体。 8.晶界晶粒之间的界面。,金属材料培训课件,15,9.晶格、晶胞和晶格常数,动画：晶体中原子排列示意图,在空间点阵中取一单位体积（通常为六面体）作为点阵的最小组成单元，称为晶胞。晶胞的大小和形状以晶胞的棱边长a、b、c 和棱边之间的夹角、来表示。,

11、10,金属材料培训课件,16,二、 常见晶格类型 1. 体心立方晶格: 如图2-6所示 常见金属有Cr 、W、-Fe、Mo 、V等. 特点:强度大,塑性较好. 2 .面心立方晶格: 如图2-7所示 常见金属有Cu、Ag、Au、Ni 、Al 、Pb - Fe塑性好 3.密排六方晶格。如图2-7所示,金属材料培训课件,17,三、金属的晶体缺陷 实际金属晶体结构的另一特点是，金属原子的排列，即使是一个晶粒内部的原子排列，也并不是完整无缺的；。这种金属原子排列的不完整性，称为晶体缺陷。 按照缺陷的几何形态，晶体缺陷一般分为三类： 1空位和间隙原子（点缺陷） 金属中的每个原子，并不都处于结点上，有些位置

12、是空着的这就是一个空位(如图2-14所示)。 2刃型位错（线缺陷） (如图2-15所示)是晶体中的某一处有一列或若干列原子发生某中有规律的错排。刃型位错周围区域里，晶格发生了畸变，离位错线越远，畸变越小。,金属材料培训课件,18,3.晶粒间界（面缺陷） 工程上实用的金属材料组织均为多晶体，由于各晶粒间彼此位向的不同，在它们相互交接之处便形成了大量的晶粒间界，简称晶界。 晶粒间界处的原子排列与晶粒内部的原子排列是不相同的，这里的原子排列带有畸变。晶界处对晶粒的移动起阻碍作用，不易产生塑性变形，故晶界处的硬度、强度均较晶内为高。 4亚晶界（面缺陷） 在实际金属晶体的每个晶粒内部，其原子的排列只是大

13、体上一致的，而不是绝对相同的，实际的晶粒内是有若干个小晶块组成，每个小晶块之间的界面，称为亚晶界。,金属材料培训课件,19,四、金属的结晶 1.金属的结晶过程(初次结晶) 1）结晶: 金属从液体转变成晶体状态的过程。 2）晶核形成: 自发晶核:液体金属中一些原子自发聚集,规则排列。 外来晶核:液态金属中一些外来高熔点固态微质点。 3）晶核长大: 以晶核为中心,按一定几何形状不断排列。 4）晶粒大小控制: 晶核数目: 多细(晶核长得慢也细) 冷却速度: 快细(因冷却速度受限,故多加外来质点) 5）晶粒粗细对机械性能有很大影响。 2.过冷现象 冷却曲线：温度随时间变化的曲线热分析法得到如 图2-2

14、0所示,金属材料培训课件,20,1）过冷现象: 液态金属冷却到理论结晶温度以 下才开始结晶的现象. 2）过冷度： 指理论结晶温度与实际结晶温度之差. (实际冷却快,结晶在理论温度下) 3）结晶的条件： 金属的结晶一般是在过冷的条件下进行的。 4）结晶的规律： 形核和核长大是结晶的基本规律。 5）细化晶粒的措施： 提高过冷度；变质处理；采用振动。,金属材料培训课件,21,金属溶液在凝固后一般都以晶质状态存在，即内部原子由不规则的排列转变到规则排列，形成晶体的过程。金属的结晶过程是不断形成晶核和晶核不断长大的过程，即由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。,3. 金属结晶过程,金属的结晶,11,金属

15、的结晶,金属材料培训课件,22,五、金属的同素异购转变(二次结晶重结晶) 1.同素异构性： 一种金属能以几种晶格类型存在的性质。 2.同素异构转变： 金属在固体时改变其晶格类型的过程。 如:铁 锡 锰 钛 钴 3.以铁为例: -Fe(1394) -Fe(912) -Fe 体心 面心 体心 因为铁能同素异构转变,才有对钢铁的各种热处理。 (晶格转变时,体积会变化,以原子排列不同),金属材料培训课件,23,第三章合金的结构和组织,一、基本概念 1.合金: 由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质. 2.组元:组成合金的基本物质. 3.相: 在金属或合金中,具有相同成分且结构

16、相同的均匀组成部分.相与相之间有明显的界面. 例如:纯金属一个相,温度升高到熔点,液固两相. 合金液态组元互不溶,几个组元,几个相. 4. 合金系： 由给定的组元可以配制成一系列成分含量不同的合金，这些合金组成一个合金系统。,金属材料培训课件,24,二、合金结构 1.固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂 晶格类型的金属晶体。 1）置换固溶体：溶质原子替代溶剂原子而占据溶剂晶格中的某些结点位置，所形成的固溶体。 2）间隙固溶体：溶质原子占据各结点之间的空隙，形成固溶体。 2.金属化合物：合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属性质物质。可用分子式表示的物质。 特点：较高熔点、较大脆

17、性、较高硬度、在合金中作强化相，提高强度、硬度、耐磨性，而塑性、韧性下降。 3.机械混合物：固溶体+金属化合物、固+固综合性能,金属材料培训课件,25,第四章铁碳合金相图,一、铁碳合金的基本组织 1.铁素体：碳溶于-Fe形成的固溶体（F） 体心，韧性很好（因含C少），强、硬不高。 2.奥氏体：碳溶于-Fe中形成的固溶体“A” 面心,塑性好, 在1148,C=2.11%，HBS220 3.渗碳体：金属化合物 Fe3C 复杂晶格,含6.69%. 性能:硬高HB 800,脆,作强化相。 4.珠光体（P）：F+Fe3C机械混合物,含碳0.77% 组织:两种物质相间组成，性能介于两者之间，强度较， 硬度

18、HBS 250。 5.莱氏体：T727 A+Fe3CLd 高温莱氏体T700 塑性极差。,金属材料培训课件,26,二、铁碳合金状态图 1.含义： 是表明平衡状态下含C不大于6.69%的铁碳合金的成分,温度与组织之间关系,是研究钢铁的成分,组织和性能之间关系的基础,也是制定热加工工艺的基础。 2.说明： 含C6.69的铁碳合金在工业上无实际意义,而含C6.69时,Fe与C形成Fe3C，故可看成一个组元，即铁碳合金状态图实际为Fe-Fe3C的状态图如所示.,金属材料培训课件,27,3.各特性点的含义 1)A: 纯铁熔点 含C= 0%温度：1538 2)C点: 共晶点 含C= 4.3%温度：1148

19、 3)D点: Fe3C熔点 含C= 6.69温度：1600 4)E点: C在A中最大溶解度 含C= 2.11温度：1148 5)F点: Fe3C成分点 含C= 6.69%温度：1148 6)G点: -Fe与-Fe转变点 含C= 0%温度：912 7)K点: Fe3C成分点 含C= 6.69%温度：727 8)P点: C在-Fe中最大溶解度 含C= 0.02%温度：727 9)S点: 共析点 含C= 0.77%温度：727 4.主要线的意义 1) ACD:液相线,液体冷却到此线开始结晶. 2) AECF:固相线 此线下合金为固态 3)ECF:生铁固相线,共晶线,液体Ld 4)AE: 钢的固相线,

20、液态到此线A 5)GS: （A3） A到此线开始析出F 6)ES: （A cm） A到此线开始析出Fe3C 7)PSK:（A1）共析线 A同时析出P(F+Fe3C),金属材料培训课件,28,5.钢铁分类 工业纯铁: 含C=0.02% 组织:F 钢: 含C=0.02% 2.11% 1）共析钢 含C=0.77% 组织:P 2）亚共析钢 含C0.77%组织:P+Fe3C11 铁 含C: 2.11% 6.69% 1）共晶生铁含C=4.3 组织:Ld 2）亚共晶生铁 含C4.3%组织:Ld+ Fe3C,金属材料培训课件,29,6.亚共析钢结晶过程,动画：亚共析钢结晶过程,12,金属材料培训课件,30,7

21、.铁碳合金状态图的应用 1）了解铁碳合金性能的变化规律。 2）正确选材: 利用合金成分、组织与性能的变化规律选择材料。 3）确定热加工艺 共晶点附近铸造性能好，锻造温度区间A，根据状态 图制定热处理工艺。,金属材料培训课件,31,三、碳 钢,1.碳钢: 含C0.9%C C 硬, 强, 塑,韧 FeC分布晶界,脆性 3.钢中常见杂质对性能的影响 Si: 溶于F ,强化F, 强,硬 塑,韧. 含量0.4% 有 益作用不明显。 Mn: 1)溶于F,Fe3C.引起固溶强化. 2)与FeS反应MnS 比重轻,进入熔渣, 含量0.8% 有益作用不明显。 S: FeS(FeS+Fe)共晶体,熔点985,分布

22、晶界,引起 脆性”热脆” P: 溶于F,使强度,硬度,但室温塑性,韧性冷脆,金属材料培训课件,32,4.碳钢的分类 1）按含碳量分：低碳钢：含C0.6% 2) 按质量分(含S,P多少分) 普通钢 S=0.055%,P=0.045% 优质钢 S,P=0.04% 高级优质钢 S=0.03% P=0.035% 3)按用途分 普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢。 5.碳钢的编号和用途 1)普通碳素结构钢: Q235 数字表示屈服强度 单位 Mpa 2)优质碳素结构钢:如45，用二位数字表示含C万分之几 3)碳素工具钢: T7、T8、T13数字表示含C千分之几 4）铸钢： 如ZG200-4

23、00其中ZG表示铸钢、屈服强度等于200Mpa，抗拉强度等于400Mpa,金属材料培训课件,33,第五章钢的热处理,一 钢的热处理 1.钢热处理的概念 把钢在固态下加热到一定的温度进行必要的保温,并以适当的速度冷却到室温,以改变钢的内部组织,从而得到所需性能的工艺方法。 2.钢热处理的特点 只改变组织和性能,而不改变其形状和大小。 3.钢热处理的用途 应用广泛，机械制造业中70%零件需热处理。汽车 拖拉机 制造业70 80% ，量具、刃具、模具、滚动轴承等100%,金属材料培训课件,34,二、冷却方式 1.连续冷却:将加热到A的钢,在温度连续下降的过程中发生组织转变的过程。常见的方式有：水冷、

24、油冷、空冷(正火)、炉冷(退火)等。 2.等温冷却: 使加热到A的钢,先以较快的速度冷却到Ar1线下某一温度,成为过冷A，保温,使A在等温下发生组织转变,转变完,再冷却到室温。常见的方式有： 等温退火和等温淬火。 两种冷却方式的曲线如图所示。 三、共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线及转变产物 1.高温转变产物: A1 650珠光体P HRC10 20 层片较厚 650600细珠光体（索氏体S）HRC2535 层片较薄 600550极细珠光体（屈氏体T）HRC3040 层片薄,金属材料培训课件,35,2.中温转变产物（550 Ms ） 550350 ：组织为上贝氏体B上 ，在电镜下观察，渗碳体不连续

25、，短杆状，分布于许多平行而密集的铁素体条之间。 350 230（Ms线）：组织为下贝氏体（B下），B下比B上 有较高强、硬、韧、塑。片状过饱和F和其内部沉淀的碳化物组织（因为过饱和F有析出Fe3C倾向，但过冷度太大，导致碳原子没能扩散超出F片，只是在片内沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子） 3.低温转变产物： 230（Ms线） -50（Mf线）： 组织：马氏体（M）+残余A 马氏体：碳在铁中形成的过饱和固溶体“M”（由于温度低，原子活动能力低，晶格转变完成，但是，C原子不能从面心中扩散出来，仍留在体心中，形成过饱和固溶体） 特点：因为晶格严重畸形，所以M硬 HRC65 塑 韧0,金属材料培训课件

26、,36,四、共析钢连续冷却转变 实际生产中常以过冷奥氏体的等温转变曲线作为依据，定性进似分析过冷奥氏体的连续冷却转变。将冷却速度线画在C曲线上，根据它与C曲线所交的位置，可大致估计出所获得的组织。如图5-22所示。 根据连续冷却速度线判断所获得的组织 V1：相当于炉冷，组织为珠光体（170220HBS）。 V2：相当于空冷，组织为索氏体（2535HRC）。 V3：相当于油冷，组织为屈氏体和马氏体的混合物 （4555HRC）。 V临：冷却线与C曲线“鼻尖”相切，为该钢获得马氏体 的最小冷却速度，称临界冷速。相当于水冷， 组织：马氏体和残余奥氏体（6065HRC）。 V5：相当于水冷，组织为马氏体

27、和残余奥氏 体（6065HRC）。,金属材料培训课件,37,五、退火与正火 1.退火：是将钢件加热给定的温度,保温一定时间,随后在炉内中缓慢冷却,以获得接近平衡的组织,这种工艺叫退火 2.退火目的: 降低硬度利于切削加工；细化晶粒,改善组织，提高机械性能；消除内应力，为淬火准备；提高塑性,韧性，为冷冲压, 冷拉拔准备。 3.退火的方法、目的及应用 1）完全退火: 将钢加热到Ac3以上3050,保温一定时间后,缓慢冷却以获得接近平衡状态组织(P+F)的热处理工艺。 目的: 通过完全重结晶,使锻,铸,焊件降低硬度,便于切削加工,同时可消除内应力,使A充分转变成正常的F和P。 应用: 用于亚共析钢，

28、不能用于共析钢,因为在Accm以上缓冷,会析出网状渗碳体(Fe3C),脆性,金属材料培训课件,38,2）不完全退火: （又叫球化退火） 将共析钢或过共析钢加热到Ac1以上2030,适当保温,缓慢冷却的热处理工艺。 目的: 使珠光体组织中的片状渗碳体转变为粒状或球状,这种组织能降低硬度,改善切削加工性，并为以后淬火做准备.减小变形和开裂的倾向。 应用: 共析钢,过共析钢(球化退火) 3）等温退火： 将钢件加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1(共析钢或过共析钢)以上,保温后较快地冷却到稍低于Ar1的温度,再等温处理,A转变成P后,出炉空冷。 目的: 节省退火时间,得到更均匀的组织,性能。 应用: 合金

29、工具钢,高合金钢,金属材料培训课件,39,4）去应力退火: (又叫低温退火) 将钢加热到Ac1以下某一温度(约500650)保温后缓冷。 目的: 消除内应力 应用: 铸,锻,焊 ，不发生相变,重结晶。 5）再结晶退火: 将钢件加热到再结晶温度以上150250,即650750,保温,空冷。 目的: 发生再结晶,消除加工硬化. 应用: 冷扎,冷拉,冷压等，可能发生相变。 6）扩散退火:（均匀化退火） 将钢加热到Ac3以上150250,长时间保温（1020小时）,缓慢冷却的热处理工艺。 目的: 消除偏析, 应用: 铸件 （各种退火的加热如图）,金属材料培训课件,40,4.正火 1）正火的含义： 钢件

30、加热到Ac3(亚)或Accm(过共)以上3050,保温,空冷。 2）正火的特点： 正火作用与退火相似,区别是正火冷速快,得到非平衡的珠光体组织,细化晶粒,效果好,能得到片层间距较小的珠光体组织。 4）正火目的: a.提高机械性能 b.改善切削加工性 c.为淬火作组织准备大晶粒易开裂 。,金属材料培训课件,41,六、淬火与回火 （一）淬火 1. 淬火的含义 将钢件加热到Ac3(亚)或Ac1(过)以上3050,经过保温,然后在冷却介质中迅速冷却,以获得高硬度组织的一种热处理工艺 。 2.目的:提高硬度,耐磨性 3.应用:工具,模具,量具,滚动轴承. 4.组织:马氏体、下贝氏体 5.淬火温度的选择

31、对于共析钢和过共析钢，一般为Ac1 + 3050，可获得均匀细小片状马氏体和粒状渗碳体的混合物。 对于亚共析钢，一般为Ac3 + 3050，可获得板条状马氏体。,金属材料培训课件,42,6.常用淬火的冷却介质特点 1）水： 使用方便、经济、冷却能力强、但在650550范围内冷却能力不够大，而在200300范围内冷却能力又偏大。主要用于形状简单、截面尺寸较大的碳钢工件。 2）盐和碱的水溶液 主要增加650550范围内的冷却能力。， 3）矿物油 冷却能力较小、在200300范围内冷却能力较低、易老化、易着火等。主要用于形状复杂的中、小合金钢工件。 以上的冷却介质都达不到理想冷却速度的要求，理想冷却

32、速度两头慢中间快，减少内应力。,金属材料培训课件,43,7.常用淬火方法: （冷却曲线如图5-29所示） 1）单液淬火(普通淬火): 在一种淬火介质中连续冷却至室温.如碳钢水冷 特点: 易变形,开裂，易硬度不足,易作,易自动化。 2) 双液淬火: 先在冷却能力较强的介质中冷却到300左右,再放入冷却到冷却能力较弱的介质中冷却,获得马氏体。 特点：对于形状的碳钢件,先水冷,后空冷。 3)分级淬火: 工件加热后迅速投入温度稍高于Ms点的冷却介质中,(如盐浴或碱浴槽中)停25分(待表面与心部的温差减少后再取出)取出空冷。 特点: 工艺理想,操作容易，只适合小件，防变形,开裂 4) 等温淬火: 将加热

33、后的钢件放入稍高于Ms温度的盐浴中保温使其发生下贝氏体转变,随后空冷。 应用: 形状复杂的小件,硬度较高,韧性好,防变形开裂,金属材料培训课件,44,13,动画：淬火冷却方法,淬火冷却方法,金属材料培训课件,45,8.钢的淬透性与淬硬性 1）淬透性: 钢在淬火时具有获得淬硬层深度的能力。 2）淬硬性: 在淬火后获得的马氏体达到的硬度,它的大小取决于淬火时溶解在奥氏体中的碳含量. 3）淬硬层深度： 指工件表面到半马氏体区的距离。,金属材料培训课件,46,（二）回火 1.回火 将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,后冷却到室温的热处理工艺。 2.目的: 消除内应力,降低脆性,防止变形

34、,开裂,调整机械性能。 3.回火的方法 1）低温回火:加热温度 150250 组织: 回火马氏体 目的: 消除内应力,硬度不降，HRC5864 。 应用: 量具,刃具 2）中温回火:加热温度 350500 组织: 回火屈氏体 目的:减少内应力,提高弹性,硬度略降. 应用:(0.450.9%)弹簧,模具 高强度结构钢,金属材料培训课件,47,3）高温回火:500650 组织: 回火索氏体 目的: 消除内应力,较高韧性,硬度更低. 应用: 齿轮,曲轴,连杆等(受交变载荷) 七、表面热处理 1.表面淬火：表面层淬透到一定深度而中心部仍保持原状态。 应用:既受摩擦,又受交变,冲击载荷的件. 目的:提高

35、表面的硬度,提高表面耐磨性,疲劳强度 加热方法:1）火焰: 单件小批局部,质量不稳 2）感应加热: 质量稳定 2.化学热处理：将工件放在某种化学介质中加热,保温,使化学元素渗入工件表面,改善工件表面性能。 应用: 受交变载荷,强烈磨损,或在腐蚀,高温等条件下工作的工件,金属材料培训课件,48,1）渗C处理: 表面成高碳钢,细针状高碳马氏体(0.851.05%),心部又有高韧性的受力较大的齿轮,轴类件。 a.渗C处理固的方法：固体渗碳, 液体渗碳,气体渗碳。 b.常用渗碳剂: 甲醇+丙酮 c.加热温度： 900930 d.常用渗碳用钢： C0.25 e.如: 低碳钢渗碳后,表层组织:P+Fe3C

36、内部组织:P+F f.热处理方法: 淬火+低温回火 得到回火M(细小片状)+ Fe3C 2）渗N处理: 表面硬度,耐磨性,耐蚀性,疲劳强度 a.温度: 500570 最后工序. 为保证内部性能,氮化前调质 b.优点: 氮化后不淬火,硬度高,氮化层残余压应力,疲劳强度，氮化物抗腐蚀，温度低,变形小。,金属材料培训课件,49,第六章合金钢,一、合金钢的含义与性能 1.合金钢的含义：在碳钢中加入合金元素形成的钢。常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼) 稀土元素(Xt)等 2.合金钢的性能：具有较高的强度、硬度、耐磨性、热强性、红硬性、一定的韧性和塑性，高的淬透性、回火稳

37、定性等。 二、合金钢的分类和牌号的表示方法 1.合金钢的分类 1）按合金元素含量分：低合金钢元素含量 10% 2）按合金元素名称分：有锰钢、铬钢、硅锰钢等。 3）按用途分： 有合金结构钢、合金工具钢、特殊用途钢。,金属材料培训课件,50,2.合金钢的牌号的表示方法 “数 + 元素符号 + 数”表示 数含碳万分之几，符号合金元素，符号后面数表示含合金 %, 1）含碳量的表示法 a.低合金钢、合金结构钢、合金弹簧钢用二位数字表示平均含碳量（以万分之几计）。 b.不锈钢、耐热钢等，一般用一位数字表示平均含碳量（以千分之几计）；平均含碳量小于千分之一的用“0”表示，含碳量不大于0.03%的用“00”表

38、示。 c.合金工具钢、高速钢、高碳轴承钢等，一般不标出含碳量数字；平均含碳量小于1.00%时，可用一位数字表示含碳量（以千分之几计）,金属材料培训课件,51,2）合金量的表示法 a.平均合金含量1.5%不标 b.平均合金含量为1.52.49% 、2.53.49% 、3.54.49% 、时，响应写成2、3、4。 c.高碳铬轴承钢的铬的含量用千分之几计，并在牌号头部加符号“G”如G Gr9,铬的含量为0.9% 。 d.低铬（铬的含量 1% ）合金工具钢的铬含量用千分之几计，并在含量数值前加以个“0”：如Gr06，铬的含量为0.6% 。 3）高级优质合金钢、弹簧钢等，后加A ；专门用途钢在牌号后标注

39、用途符号。 如: 60Si2Mn 0.6%C, 2%Si 1.5%Mn 18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni, 1.5%W 高级优质,金属材料培训课件,52,三、合金元素在钢中的作用 1.形成固溶体，产生固溶强化 2.形成合金碳化物，产生弥散强化 3.阻碍奥氏体的晶粒长大，产生细化强化 4.提高钢的淬透性，保证马氏体强化 5.提高钢的回火稳定性 6.产生二次硬化 7.对钢的加工性能工艺参数产生影响 8.对钢的特殊性能产生影响,金属材料培训课件,53,四、合金结构钢,（一）低合金钢 1. 低合金钢的特性 具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性，一定的 强度。 2.主要用途：广

40、泛用于桥梁、船舶、车辆、压力容器和 建筑结构等方面。 （二）合金渗碳钢 1. 合金渗碳钢的性能 1）有较高的屈服极限，即渗碳后心部有较高屈服极限。 2）有较高的冲击韧性 3）渗碳层应具有较高的弯曲强度和一定塑性。 4）渗碳后表面应具有较高的硬度和耐磨性。 2.主要用途： 主要用于表面承受强烈磨损、并承受动载的零件。,金属材料培训课件,54,（三）合金调质钢（C=0.30.5%） 1. 合金调质钢的性能：良好的综合性能、足够的淬透性 2. 主要用途：主要用于制造各种机械零件，如轴、齿 轮、连杆、曲轴等。 （四）合金弹簧钢（C=0.50.65%） 1. 合金弹簧钢的性能： 1）具有高的屈服极限和弹

41、性极限 2）具有高的疲劳极限 3）一定的韧性和塑性。 2. 主要用途：主要用于制造各种弹簧 （五）滚动轴承钢C=0.951.15%） 滚动轴承钢的性能： 1）具有高的抗压强度和接触疲劳强度；2）具有高的硬度和耐磨性；3）具有高的弹性极限和一定的韧性；4）具有一定的耐蚀性,金属材料培训课件,55,五、合金工具钢,用于制造刀具、模具、量具等工具的钢称为工具钢。 合金工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。 （一）合金刃具钢 具有高的硬度，足够的强度、塑性和冲击韧性，高的红硬性等。 1.低合金刃具钢 1）定义：在碳素工具钢中加入少量的合金元素。 主加元素有锰、铬、硅、钨和钒等。 2）特性：具有高的淬

42、透性，一定的硬度和耐磨性， 较高的红硬性，热处理后变形小等。 3）常用低合金刃具钢的牌号、性能、用途 如: 9SiCr (板牙, 丝锥) 0.9%C1.5%Si1.5%Cr CrWMn (长铰刀,丝锥,拉刀, 精密丝杠),金属材料培训课件,56,2.高速钢（锋钢或白钢） 1）高速钢的成分 C=0.701.65% ，主加元素有铬、钨、钼和钒等。 碳：主要和铬、钨和钒形成足够的碳化物，获得高的硬 度和耐磨性。 钨、钼、钒：主要提高钢的红硬性和回火稳定性。 铬：主要提高钢的淬透性和降低马氏体转变温度。 2）高速钢的典型钢种 钨系高速钢： W18Cr4V 钨钼系高速钢：W6Mo5Cr4V2 超硬高速钢

43、： W6Mo5Cr4V2Al 3）性能和用途 具有高的硬度和耐磨性，较高的红硬性，足够的强度和韧性。 主要用于制造各种刀具。如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻头等。,金属材料培训课件,57,（二）合金模具钢、量具钢简介 1.冷作模具钢的性能： 1）冷作模具钢的性能：高的硬度和耐磨性；高的强度和足够的韧性。 2）常用的牌号和用途 Gr12、Gr12MoV主要用于大型、重载的模具。 2. 热作模具钢的性能： 1）热作模具钢的性能：高温下具有高的强度和良好的韧性；优良的耐热疲劳性。 2）常用的牌号和用途 5GrNiMo、5GrMnMo 主要用于大、中型锻模 3.量具钢的性能和用途 1）性能：高的硬度和

44、耐磨性；高的尺寸稳定性；一定的韧性和耐蚀性。 2）常用的牌号和用途 GrWMn、GGr15 高精度的量规、和形状复杂的样板,金属材料培训课件,58,六、特殊用途钢 1.不锈钢的分类和用途 1）铁素体不锈钢：C0.15% 、Gr=12%30% 性能：具有很好的抗蚀性，主要抗大气和酸的腐蚀； 良好的高温抗氧化性等。 典型钢种为1Gr17，主要用于化工容器和管道等。 2）马氏体体不锈钢：C=0.080.45% 、Gr=12%19% 性能：具有高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性低于 铁素体不锈钢。 典型钢种为1Gr13、2Gr13用于气轮机叶片和水压机伐体等。 3Gr13、4Gr13主要用于医疗器械、量

45、具、轴承等。 3）奥氏体不锈钢：Gr=17% 25% 、Ni=5% 20% 性能：具有良好的塑性、韧性、焊接性耐腐蚀性。 典型钢种为0Gr18Ni9主要用于耐蚀容器、输送管道、 耐硝酸设备的零件等。,金属材料培训课件,59,2.耐热钢: 1Cr13 2Cr13 400 工作 1）抗氧化钢（不起皮钢）使用温度为9001100，主要用于高温设备零件。 2）热强钢：常见的有珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢 常见热强钢的牌号、热处理、用途见表6-11所示 3. 耐磨钢: （高锰钢） 1）典型钢种为ZGMn13，成分C=1.01.3%、Mn=1113% 2）水韧处理: 钢加热到临界点以上(1000 1100

46、)保温,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,无法析出碳化物,成单一A组织。 3）耐磨机理： 锰钢水韧处理,冲击下工作,表面产生加工硬化。并有马氏体在滑移面形成,表面硬度达HB450 550,表面耐磨,心部为A。 4）主要用于挖掘机铲齿、铁路道岔、坦克履带等。,金属材料培训课件,60,第七章铸铁,含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁 一、铸铁的性能： 生产设备和熔炼工艺简单、价格低廉、具有优良的铸造性能、切削加工性、减摩、减振性等。 二、 分类（按C在铸铁中存在形式分） 1.白口铸铁: C以Fe3C形式存在, 断面银白,硬而脆,难加工等。 2.灰口铸铁: C以片状石墨形式存在,断口灰色,应用最广

47、3.可锻铸铁: 碳团絮状石墨形式存在，具有较高的塑性和韧性。 4.球墨铸铁: 碳主要以球状或团状石墨形式存在。 5.蠕墨铸铁: 碳主要以蠕虫状石墨形式存在。,金属材料培训课件,61,三、各种铸铁的牌号及用途 1.灰铁的牌号、机械性能和用途 1）牌号: HT+位数表示。HT灰铁, 数抗拉强度Mpa 2）常见的灰铁牌号和用途如表1-1。 3）机械性能: 良好的铸造、耐磨、抗振和加工性等。 2.可锻铸铁的牌号、性能及应用: 1）牌号的表示方法： “KTH”(KTZ，KTB)+数构成，KTZ-P基体黑心、KTB-白心可锻铸铁；数抗拉强度和延伸率。如KTH30006 2）性能： 强度、塑性和韧性比灰铁高

48、。其中珠光体可锻铸铁有较高的强度、硬度和耐磨性；铁素体可锻铸铁的塑性和韧性较好。 3）应用: 主要用于形状复杂,承受冲击载荷的薄壁小件(KTH)；曲轴,连杆,齿轮等(KTZ)。,金属材料培训课件,62,3. 球铁的牌号、性能及用途 1）牌号: 球铁的牌号由QT + 三位数 + 两位数表示。其中数字的含义与可锻铸铁相同，“QT”表示“球铁”。 2）应用: 主要用于受力复杂,负荷较大的重要零件。 3）性能: 强度 塑性韧性远远超过灰铁,可与相同组织的钢相媲美，其疲劳强度接近于中碳钢，小能量多次冲击抗力高于中碳钢，同时保留灰铁的优良性能。如：良好铸造性,减振性,切削性,耐磨性等。,金属材料培训课件,

49、63,第八章有色金属及合金,一、铜及铜合金 1. 纯铜（紫铜） 1）性能：导电、导热、塑、(面心)、强、硬、 较好的耐蚀性等。 2）牌号：T+数字表示。如T1、T2等 3）用途：主要应用在电器工业、动力机械上和配置合金。 2.铜合金 1）黄铜: 普通黄铜：Cu + Zn普通黄铜。 特殊黄铜：Cu + Zn + Pb,Al,Si等，构成特殊黄铜。 牌号： 普通黄铜“H62” 表示；铜含量为62%。 特殊黄铜“HPb59-1”表示；铜含量为59% ，铅含量为1% 。,金属材料培训课件,64,2） 青铜: 除黄铜,白铜(铜镍合金)以外的,铜与其它元素组成的合金。 锡青铜: Cu + Sn 性能：一定

50、的耐蚀性和高的耐磨性。 工业上用锡青铜含量在3% 14% 之间；含锡量Sn 8% 的锡青铜有较好的塑性，用于锻压加工；含锡量Sn 10% 的锡青铜的塑性低，用于铸造。 用途：用于造船、化工、仪表、弹簧、轴承、轴套等 无锡青铜： 含义：指铜和铝、硅、铅、锰、钛等元素构成的合金。 性能：具有较高的机械性能，主要用于机械零件。 常用锡青铜的牌号（略）,金属材料培训课件,65,二、铝及铝合金,1.纯铝（纯度为99.7% 98%） 1）特性：导电、热、塑、抗蚀(Al2O3)、强度低 2）牌号：L1 L2L7 号越大,纯度越低。 3）用途：主要用于制作导线、配制合金等。 2.铝合金 1）铝合金的特点: 比重轻、熔点低、 导电、 导热、耐蚀、强度等。 2）变形铝合金：有四种 a.防锈铝合金（LF）： 主加元素锰和镁，具有良好的耐蚀性、塑性和焊接性，但切削性差等。主要用于制造构件、容器、管道、等零件和制品。 b.硬铝合金（LY）： 主加元素铜和镁，具有良好的强度和硬度。主要用于制造飞机构架