机械工程材料及热处理PPT课件

1、1第一节第一节 金属材料的性能金属材料的性能 引言：1.1.金属材料的性能金属材料的性能使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能（）和化学性能（耐酸、碱性，抗氧化性等）。物理性能（）和化学性能（耐酸、碱性，抗氧化性等）。工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能工和热处理的性能2.力学性能(又称机械性能) 包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能切削加工性能和热处理工

2、艺性能等。等。 指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、弹性、强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度塑性、硬度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。第1页/共102页2一一 强度与塑性强度与塑性、材料的拉伸曲线（1 1）、）、oeoe段：直线、段：直线、弹性变性弹性变性（2 2）、）、eses段：曲线、段：曲线、弹性变形弹性变形+ +塑性塑性变形变形（5 5）、）、b b点：出现点：出现缩颈现象缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。（3

3、3）、）、s ss s段：水平线（略有波动）段：水平线（略有波动）明显的塑性变形明显的塑性变形屈服现象屈服现象，作用的力基，作用的力基本不变，试样连续伸长。本不变，试样连续伸长。（4 4）、）、s sb b曲线：曲线：弹性变形弹性变形+ +均匀塑性均匀塑性变形变形S S材料拉伸实验第2页/共102页3圆形拉伸试样圆形拉伸试样拉伸实验拉伸实验第3页/共102页4强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。、强度的指标（2 2）、抗拉强度）、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。（1 1）、屈服点）、屈服点b = F Fb

4、b/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力b b时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 符号： s 材料产生屈服现象时的最小应力s s = = F Fs s/S/S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）1-1 1-1 强度与塑性第4页/共102页5、塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。指标是断后伸长率和断面收缩率。（1 1）、断后伸长率）、断后伸长率（2 2）、

5、断面收缩率）、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(L=(L1 1-L)/L x 100%-L)/L x 100%L:L:标距（本实验标距（本实验L=100L=100）L1:L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。=(A0-A1)/A0 x 100%=(A0-A1)/A0 x 100%A0:A0:试件原横截面积。试件原横截面积。A1:A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。 1-1 1-1 强度与

6、塑性第5页/共102页6二硬度二硬度引言：1 1、定义：、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。有关。2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 HBSHBS或或HBWHBW （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 HRHR （3 3）维氏硬度）维氏硬度 HVHV一般来说，硬度越高，耐磨性越好，强度也较高第6页/共102页7（1 1）、布氏硬度试验）、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球

7、）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。布氏硬度计布氏硬度计布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图 第7页/共102页8（2 2）、布氏硬度值）、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。压力表示。 如：120HBS 500HBW（3 3）、优缺点）、优缺点. .测量值较准确，重复性好，可测组织不均

8、匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）. .可测的硬度值不高可测的硬度值不高. .不测试成品与薄件不测试成品与薄件 . .测量费时，效率低测量费时，效率低 (4) (4)、测量范围、测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. .第8页/共102页9(1)(1)、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验力

9、，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。 洛氏硬度测量原理图洛氏硬度测量原理图 洛氏硬度计洛氏硬度计 第9页/共102页10(2)(2)、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。读出。如：如：50HRC50HRC 一般淬火钢件一般淬火钢件(3)(3)、优缺点、优缺点 HRB HRB 软钢、退火钢、铜合金软钢、退火钢、铜合金试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速 HRA HRA 硬质合金、表面淬火钢硬质合金、表面淬火钢压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件 数据不够准确，应测三点取平均值

10、数据不够准确，应测三点取平均值 不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。(4)(4)、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料. .第10页/共102页11(1)(1)、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出压痕对角线长度d d，进而算出压痕，进而算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力。表面积，最后求出压痕表面积

11、上的平均压力。(2)(2)、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕表面积上的平均压力表示。用压痕表面积上的平均压力表示。如：如：640HV640HV。 (4)(4)、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。(3)(3)、优缺点、优缺点 测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬） 可测成品与可测成品与薄件薄件 试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。第11页/共102页12一、钢铁材料的生产过程铁矿石 生铁 钢锭 型材 铸铁铸铁轧制、挤压、拉轧制、挤压、拉拔、锻造等压力拔、锻造等压力加工方法加工方法

12、1、生铁的冶炼、生铁的冶炼原料：铁矿石原料：铁矿石燃料：焦炭燃料：焦炭熔剂：石灰石熔剂：石灰石设备：高炉设备：高炉2、钢的冶炼、钢的冶炼原料：生铁、废钢原料：生铁、废钢燃料：焦炭燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：电弧炉设备：电弧炉（钢板、型（钢板、型钢、钢管）钢、钢管）第二节钢第12页/共102页13电弧炉第13页/共102页14钢钢碳素钢碳素钢低合金钢（10%）（1）按含碳量分）按含碳量分低碳钢低碳钢 0.0218 % C 0.25%中碳钢中碳钢 0.25 % C 0.6%高碳钢高碳钢 0.6% C2.11%（2）按质量和用途分）按质量和用途分碳素结构钢

13、碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢易切削结构钢易切削结构钢铸钢铸钢、钢的分类、钢的分类第14页/共102页15、钢的牌号及其应用、钢的牌号及其应用（1）、碳素结构钢：）、碳素结构钢：牌号牌号：Q+屈服点数值质量等级符号脱氧方法符号屈服点数值质量等级符号脱氧方法符号 例如：例如： Q195， Q 275等。等。用途用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。（2）、优质碳素结构钢：）、优质碳素结构钢：牌号牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的万倍。万倍。 例如：例如： 08F，20，45，60等

14、。等。用途用途：用作各种较重要的机器零件：用作各种较重要的机器零件 如：齿轮、主轴等。如：齿轮、主轴等。第15页/共102页16（3 3）、碳素工具钢 牌号：用“T”T”加数字表示，该数字表示钢中平均含 碳量的千倍。 如： T8T8， T9T9等。 T8T8：表示碳的平均含碳量为0.8%0.8%的碳素工具钢。 用途：用来制作各种刀具、量具和模具。（4 4）、易切削用钢：主要用在自动机床上加工大批量的零件，如螺钉，螺母等。其牌号如：Y20,Y20,表示易切削结构钢，其平均含碳量为0.2%0.2%。 （5 5）、铸钢：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复

15、杂、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其牌号如：ZG230-450ZG230-450。 牌号意义：ZGZG屈服点抗拉强度第16页/共102页17三杂质对钢性能的影响（1）、硅和锰的影响： 有益元素。不但可以溶于F中，产生强化作用，使钢的强度和硬度提高；而且Mn能消除硫对钢的危害。（2）、磷的影响： 有害元素，使钢产生冷脆性。（3）、硫的影响： 有害元素，使钢产生热脆性。第17页/共102页18 1 1、合金元素对钢性能的影响一概述（1 1）提高了钢的力学性能（2 2）提高了钢的淬透性（3 3）使钢具有某些特殊性能 钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细 化了晶粒，也提高了塑性

16、与韧性。 铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入提高钢的淬透性。 铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、耐磨、不生锈等特殊性能。第18页/共102页192 2、合金钢的分类与牌号合金钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢：特殊性能钢：机器合金结构钢机器合金结构钢 ：工程合金结构钢工程合金结构钢 ：普通低合金结构钢普通低合金结构钢 不锈钢不锈钢 、耐热钢、耐磨钢、耐热钢、耐磨钢合金刃具钢：合金刃具钢： 合金弹簧钢、合金渗碳钢合金弹簧钢、合金渗碳钢合金调质钢、合金轴承钢合金调质钢、合金轴承钢 合金模具钢合金模具钢 ： 合金量具钢：合金量具钢： 低合金刃具钢、高合金低合金刃具钢、高

17、合金刃具钢、高速钢刃具钢、高速钢冷作模具钢、热作模具钢冷作模具钢、热作模具钢 没有专用钢种没有专用钢种. .第19页/共102页201 合金结构钢：两位数字 +合金元素符号 + 数字平均含碳量的万分数合金元素含量的百分数（1.5%不注，1.5-2.5%注2，）2合金工具钢合金工具钢 特殊钢特殊钢一位数字一位数字 + 元素符号元素符号 + 数字数字平均含碳量的千分数（1%1%时不注，高速钢不注）时不注，高速钢不注） 合金元素含量的百分数1.5%不注，1.5-2.5%注2，3 3、合金钢的牌号例如： 9SiCr, Cr12,5CrMnMo9SiCr, Cr12,5CrMnMo高速钢：W18Cr4V

18、, W6Mo5Cr4V2W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2例如：60Si2Mn , 09Mn2,40Cr60Si2Mn , 09Mn2,40Cr等。第20页/共102页214特殊用途钢：特殊用途钢：滚动轴承钢滚动轴承钢 牌号前加牌号前加“G” （滚）（滚） （GCr15 含含Cr量的量的千分数千分数）3 高级优质钢：高级优质钢：牌号后加牌号后加“A”注意与碳素结构钢的质量等级符号区别！第21页/共102页22二、合金结构钢二、合金结构钢普通低合金结构钢 低碳，合金含量小于3%3%。主加元素为MnMn其强化了铁素体，提高了强度；V V，TiTi等元素使晶粒细化，使韧性提高。 在建筑、桥梁、车

19、辆、船舶中应用广泛。以16Mn16Mn为最广。船舶桥梁桥梁第22页/共102页232 2、合金渗碳钢 含碳量为0.1%-0.2%,0.1%-0.2%,以保证心部具有足够的韧性，合金含量小于3%3%。主加元素为CrCr、MnMn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。 （常用渗碳钢） 主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性的零件，如：汽车变速箱的齿轮等。 变速齿轮变速齿轮拨叉拨叉常用的牌号有2 20Cr0Cr、20CrTiMn20CrTiMn、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA。第23页/共102页24合金调质钢 含碳量为0.25%-0.5%,0.25%-0.5%,主加元

20、素为CrCr、MnMn、SiSi、NiNi等以提高淬透性和强化铁素体. .调质钢具有良好的综合力学性能。 合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆等。 曲轴 连杆 （常用调质钢） 第24页/共102页254 4、合金弹簧钢 它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-0.5%-0.7%,0.7%,主加元素为CrCr、MnMn、SiSi等以提高淬透性和弹性极限。 合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧弹簧和弹性元件。 拉力弹簧拉力弹簧 离合器弹簧离合器弹簧 （常用弹簧钢） 第25页/共102页265 5、滚动轴承钢 主要用来制造

21、滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。 碳质量分数一般为0.95%-1.10%0.95%-1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素 ，铬含量为0.40%-1.65%0.40%-1.65%。高碳低铬。如：GCr15GCr15(滚珠轴承钢) 表示铬含量的千倍第26页/共102页27三、合金工具钢三、合金工具钢 合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度和耐磨性,还具有更高的红硬性。1 1、合金刃具钢 用途：用途：主要用于制造各种主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、金属切削刀具，如车刀、铣刀、丝锥、钻头等。丝锥、钻头等。 性能：性

22、能：（1 1）高硬度，）高硬度，60HRC60HRC以上；以上；（2 2）高的耐磨性；）高的耐磨性；（3 3）高热硬性）高热硬性 ；（4 4）足够的塑性和韧性）足够的塑性和韧性 。铣刀 英制模板刀英制模板刀第27页/共102页28合金刃具钢的合金刃具钢的种类及牌号种类及牌号 (1) (1) 低合金刃具钢低合金刃具钢 (2) (2) 高速钢高速钢 最高工作温度不超过最高工作温度不超过300 300 。 高碳：碳质量分数为高碳：碳质量分数为0.9%-1.1%0.9%-1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。，以保证高硬度和高耐磨性。 CrCr、MnMn、SiSi主要是提高钢的淬透性，主要是提高钢的淬透性

23、，SiSi还能提高钢的回火稳定性；还能提高钢的回火稳定性； W W、V V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。 高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度达达600 600 时，其硬度无明显下降。时，其硬度无明显下降。 高碳：碳质量分数在高碳：碳质量分数在0.70%0.70%以上，最高可达以上，最高可达1.5%1.5%左右，左右， 加入加入CrCr、W W、MoMo、V V等合金元素：等合金元素： Cr Cr 提高淬透性。提高淬透性。 W W、Mo

24、Mo 保证高的热硬性。保证高的热硬性。 V V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 （如：（如：9SiCr 9SiCr 、9Mn2V9Mn2V）（如：（如：W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 ）常用合金刃具钢和高速钢 第28页/共102页292 2、合金量具钢 用途：量具用钢用于制造各种用途：量具用钢用于制造各种测测量工具，如卡尺、千分尺、块规。量工具，如卡尺、千分尺、块规。性能要求：性能要求：(1) (1) 高硬度（大于高硬度（大于56 HRC56 HRC）和高耐磨性；）和高耐磨性； (2) (2) 高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变

25、化。高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。螺纹规 游标卡尺游标卡尺 千分尺 第29页/共102页30量具用钢的选用举例量具用钢的选用举例 量量 具具 钢钢 号号 平样板或卡板平样板或卡板 1010、2020或或5050、5555、6060、60Mn60Mn、65Mn 65Mn 一般量规与块规一般量规与块规 T10AT10A、T12AT12A、9SiCr 9SiCr 高精度量规与块规高精度量规与块规 CrCr（刃具钢）、（刃具钢）、CrMn CrMn 高精度且形状复杂的量规与块规高精度且形状复杂的量规与块规 CrWMn(CrWMn(低变形钢低变形钢) ) 抗蚀量具抗蚀量具 4Cr13

26、, 9Cr18(4Cr13, 9Cr18(不锈钢不锈钢) ) 第30页/共102页313、合金模具钢合金模具钢按其用途分为合金模具钢按其用途分为冷作模具钢冷作模具钢和和热作模具钢热作模具钢两大类。两大类。 冷作模具钢冷作模具钢 用途：冷模具用于制造用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度压模和拉丝模等，工作温度不超过不超过200 200 300 300 。热热作模具钢如：如：9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn 用途：热作模具钢用于制造各用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时

27、型腔表面温度可达铸模等，工作时型腔表面温度可达600 600 以上。以上。如：如：5CrMnMo5CrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo 性能要求：性能要求： 高硬度，高硬度，585862 HRC;62 HRC; 高耐磨性高耐磨性; ; 足够的韧性和疲劳抗力足够的韧性和疲劳抗力第31页/共102页32四、特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢高合金钢. .它主要包括它主要包括不锈钢不锈钢, ,耐磨钢耐磨钢等等. .1 1、不锈钢、不锈钢 能抵抗大气能抵抗大气, ,酸酸, ,碱或其它介质腐蚀的钢碱或其它介质腐蚀的钢。 不锈钢在

28、石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。医疗手术器械，防锈刃具和量具等。 根据根据不锈钢室温下组织的不同不锈钢室温下组织的不同, ,常用的不锈钢可分三种常用的不锈钢可分三种: :马氏体型不锈钢 铁素体型不锈钢 奥氏体型不锈钢 第32页/共102页33马氏体型不锈钢 如：如：1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13 不锈钢船用螺旋桨不锈钢船用螺旋桨不锈钢

29、剪刀不锈钢剪刀 含碳为含碳为0.1%-0.4%,0.1%-0.4%,含铬为含铬为12%-13%.12%-13%.主要用于主要用于力学性力学性能要求较高能要求较高, ,耐蚀性要求较低的零件耐蚀性要求较低的零件. .如如: :第33页/共102页34铁素体型不锈钢 这类钢的铬质量分数为这类钢的铬质量分数为17%17%30%30%，碳质量分数低于，碳质量分数低于0.15%.0.15%.主要用主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如，例如容器和管道容器和管道等。等。 奥氏体型不锈钢 这类不锈钢属铬镍不锈钢这类不锈钢属铬镍不锈钢, ,碳含量很低（约碳含量很低（

30、约0.1%0.1%），），耐蚀性很好，耐蚀性很好，但切削加工性较差但切削加工性较差。 如：如：1Cr171Cr17、1Cr17Ti1Cr17Ti等等如：如： 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni90Cr18Ni9, 1Cr18Ni9等等第34页/共102页352 2、耐磨钢、耐磨钢 （就是高锰钢（就是高锰钢 如如:ZGMn13:ZGMn13铸钢）铸钢） 履带履带 铁轨分道叉铁轨分道叉 破碎机颚板破碎机颚板挖掘机斗齿挖掘机斗齿高锰钢不能采用压力加工和切削加工成形，通常都是直接铸造成零件，经淬火后使用。主要用于严重摩擦和强烈撞击条件下工作的零件。如：第35页/共102页36第四节第四节铸铸 铁铁 引

31、言: :1 1、何为铸铁？ 铸铁是碳质量分数大于铸铁是碳质量分数大于2.11%2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。等元素的铁碳合金。 用于制造机床的床身、床头箱用于制造机床的床身、床头箱, ,发动机的汽缸体、机器的底座等发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。，是工程上最常用的金属材料之一。 箱体箱体启动阀启动阀第36页/共102页372 2、铸铁分几类？根据碳在铸铁中存在形根据碳在铸铁中存在形不同，可分三大类：不同，可分三大类：（1 1）白口铸铁（2 2）灰口铸铁（3 3）麻口铸铁 第37页/共102页38根据根据石墨石墨

32、（G）在铸铁中存在形态，可分为：在铸铁中存在形态，可分为：普通灰铸铁：石墨呈片状可锻铸铁：石墨呈团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球状3 3、灰口铸铁的种类第38页/共102页39一 普通灰铸铁 灰铸铁有铁素体、珠光体、灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体铁素体+珠光珠光体体)+石墨三种基本组织石墨三种基本组织。 第39页/共102页40由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材

33、料。韧性近于零，属于脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能灰铸铁具有非常优良的铸造性能。、灰铸铁的性能与应用但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件和结构，如的零件和结构，如机座、机床床身、滑动轴承机座、机床床身、滑动轴承等。等。叶轮叶轮 发动机飞轮发动机飞轮 第40页/共102页41HT+HT+三位数字三位数字数字表示最低抗拉强度数字表示最低抗拉强度如：如：HT150，HT200，HT250热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分布，对提高性能效果不大。通常对其进行

34、热处态和分布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和目的是：理的方法和目的是：（1 1）、消除内应力退火（2 2）、高温退火：消除白口组织（3 3）、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。第41页/共102页42二 可锻铸铁、生产方法： 先将铸铁浇注成白口铸铁先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行然后进行高温石墨化高温石墨化退火退火,使渗碳体分解得到使渗碳体分解得到团絮状石墨团絮状石墨。、可锻铸铁的组织可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。 第42页/共102页43、可锻铸铁的牌号、可锻铸铁的性能及应用 可锻铸铁可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代

35、替碳钢。较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。可可锻铸铁不可锻锻铸铁不可锻。 铁素体可锻铸铁以铁素体可锻铸铁以“KTKT”表示，珠光体可锻铸铁以表示，珠光体可锻铸铁以“KTZKTZ”表表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。 如：如：KT350-10KT350-10、KTZ600-3KTZ600-3可锻铸铁的牌号和机械性能可锻铸铁的牌号和机械性能 第43页/共102页44三 球墨铸铁、生产方法： 在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨墨,得到球墨铸铁得到球墨

36、铸铁.、球墨铸铁的组织第44页/共102页45、球墨铸铁的牌号、球墨铸铁的用途和机械性能 用用“QT”QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和最低伸长率。标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和最低伸长率。QT420-10、QT600-2、QT800-2如如: 机械性能机械性能牌号牌号基体基体 b b MPaMPa 0.20.2 MPaMPa % %a ak k kJ/mkJ/m2 2HBHB应应 用用 举举 例例QT400-17QT400-17铁素体铁素体4004002502501717600600179179 汽车、拖拉机床底盘零汽车、拖拉机床底盘零件；件；16-6416-64大气压阀门的大

37、气压阀门的阀体、阀盖阀体、阀盖QT420-10QT420-10铁素体铁素体4204202702701010300300207207QT500-5QT500-5铁素体铁素体+ +球光体球光体5005003503505 5147147241241 机油泵齿轮机油泵齿轮QT600-2QT600-2球光体球光体6006004204202 222972297302302 柴油机、汽油机曲轴；柴油机、汽油机曲轴；磨床、铣床、车床的主轴；磨床、铣床、车床的主轴；空压机、冷冻机缸体、缸空压机、冷冻机缸体、缸套套QT700-2QT700-2球光体球光体7007004904902 222972297302302Q

38、T800-2QT800-2球光体球光体8008005605602 224172417321321第45页/共102页46、球墨铸铁调质和正火后的组织性能 机械性能 热处理工艺 显微组织 b MPa % ak kJ/m2 HB 调质: 980退火后,900油淬+ 580回火 回火索氏体+石墨 8001000 1.72.7 260320 240340 正火: 980退火后, 900正火+ 580去应力退火 珠光体+5%铁素体 +石墨 700 2.5 100 317321 、球墨铸铁的应用 具有与钢相近的力学性能，可代替钢和合金钢使用。球墨球墨铸铁铸铁管道管道接口接口 第46页/共102页47四 蠕

39、墨铸铁 、生产方法： 在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。程序与球墨铸铁基本相同。 、蠕墨蠕墨铸铁的组织 蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。片的长厚比较小，端部较钝。呈呈蠕虫状。蠕虫状。第47页/共102页48 蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰铸铁一铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同

40、时又有和灰铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。样的良好的铸造性能和导热性。 、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用 蠕墨铸铁以蠕墨铸铁以“RuTRuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。表示，其后的数字表示最低抗拉强度。 RuT300RuT300、RuT420RuT420 如： 蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。 牌号牌号：性能性能：应用应用：排排气气管管 进进气气管管 第48页/共102页49五 特殊性能铸铁特殊性能铸铁 在铸铁中加入某些合金元素，得到一些

41、具有各种特在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合金铸铁。殊性能的合金铸铁。 1 1、耐磨铸铁（加铬） 2 2、耐热铸铁耐热铸铁 （AlAl、SiSi、CrCr ） 扇形扩散器扇形扩散器托架 衬板衬板弯管弯管第49页/共102页50第五节、有色金属及硬质合金第五节、有色金属及硬质合金一、有色金属一、有色金属 黑色金属以外其他的金属1、铝及铝合金、铝及铝合金 、纯铝、纯铝 具有银白色金属光泽，面心立心晶格，密度为2.72g/cm3,熔点为660具有良好的塑性、导电性、导热性和耐腐蚀能力。纯铝强度低， b 80100MPa能承受各种冷、热加工处理代表牌号主要有：L1、L2、L3、L4

42、、L5、L6等，编号越大，纯度越低。工业中常用于配制铝合金或制作强度要求不高但具有导热、耐大气腐蚀的器皿，如热交换器、散热器等。第50页/共102页51、铝合金、铝合金 在纯铝中若加入适量的铜、硅、锰、镁、锌等元素形成合金，并经冷变形处理和热处理后可获得良好的力学性能。分为变形铝合金和铸造铝合金两大类 常用的变形铝合金u防锈铝具有很好的耐蚀性，但不能进行热处理强化常用的牌号用LF5LF5、LF21LF21等，用于焊接油箱、油管、焊条、铆钉等。u硬铝强度较高，耐蚀性较差常用的牌号用LY1LY1、 L LY1111、 L LY1212等，用于中、高等强度结构件。u超硬铝强度高，耐蚀性差常用的牌号用

43、L L、 L L等，用于受力构件，如飞机大梁、起落架等。u锻铝强度与硬铝相当，有良好的锻造性能，常用的牌号用L L、 L L等。主要用于形状复杂的锻件。 第51页/共102页52常用的铸造铝合金u铝硅铸造合金具有良好的铸造性能，密度小，常用于制造要求重量轻、形状复杂的工件。常用的牌号有lSi12（简单硅铝明）u铝铜合金具有较高的耐热性，适于内燃机气缸头、活塞等在较高温度下工作的工件。u铝镁合金具有较高的耐蚀性，适于舰船配件等在大气或海水中工作的工件。u铝锌合金铸造性能好，强度高，适于制造汽车、飞机上形状复杂的工件。第52页/共102页532 2、铜及铜合金、铜及铜合金 、工业纯铜、工业纯铜 铜

44、是工业上极为重要的有色金属材料之一，其熔点比铁还低。铜是工业上极为重要的有色金属材料之一，其熔点比铁还低。 又称紫铜，面心立心晶格，密度为又称紫铜，面心立心晶格，密度为8.968.96g/cm3, ,熔点为熔点为10831083具有优良的导电性和导热性具有优良的导电性和导热性具有良好的塑性，易于热压和冷压加工。具有良好的塑性，易于热压和冷压加工。在大气和淡水中具有良好的耐腐蚀性耐腐蚀性纯铜的强度不高（纯铜的强度不高（ b 200240MPa ），硬度较低，不宜），硬度较低，不宜作结构材料。作结构材料。 主要用作导线、铜管等，常用牌号有T1、 T2 、 T3、 T4 ，数字越大，纯度越低。第53

45、页/共102页54、铜合金 按化学成分分，可分为黄铜、青铜、白铜三大类按化学成分分，可分为黄铜、青铜、白铜三大类黄铜黄铜是铜与锌的合金，常用牌号有是铜与锌的合金，常用牌号有H68H68、H70H70、H80H80等，主等，主要用作弹壳和精密仪器。要用作弹壳和精密仪器。白铜白铜是铜与镍的合金。是铜与镍的合金。青铜青铜是除了黄铜和白铜外的其他所有铜基合金是除了黄铜和白铜外的其他所有铜基合金u (1)(1)锡青铜锡青铜以锡为主加元素的铜合金，耐磨、耐蚀性以锡为主加元素的铜合金，耐磨、耐蚀性好，常用于耐磨、耐蚀工件。常用牌号：好，常用于耐磨、耐蚀工件。常用牌号：QSn4-3QSn4-3第54页/共10

46、2页55u( () )铍青铜以铍为主加元素，常用于制造弹性元件、耐磨零件，如弹簧、轴承、垫圈等。常用牌号：QBe2.QBe2.u( () )铝青铜以铝为主加元素，耐磨、耐蚀性好，价格便宜。常用于制造耐磨、耐蚀工件，如齿轮、轴套、蜗轮等。第55页/共102页563、轴承合金、轴承合金 用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金。用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金。、锡基轴承合金锡基轴承合金又称锡基巴氏合金，是又称锡基巴氏合金，是Sn-Sb-CuSn-Sb-Cu系合金。系合金。由美国人巴比特发明而得名。因其呈白色，又称白由美国人巴比特发明而得名。因其呈白色，又称白合金。合金。摩擦系数小，具有良好的塑性

47、、耐腐蚀性及导热性摩擦系数小，具有良好的塑性、耐腐蚀性及导热性适用于制造重要轴承，如汽轮机、内燃机、涡轮机适用于制造重要轴承，如汽轮机、内燃机、涡轮机中的高速轴承。中的高速轴承。 第56页/共102页57又称铅基巴氏合金，是Pb-Sb-Sn-Cu系合金。性能略低于锡基轴承合金，但由于价格便宜，故常用作低速、低载荷的轴瓦材料一般工作温度不超过120、铅基轴承合金第57页/共102页58二、硬质合金硬质合金1. 1. 组成 用高硬度、高熔点的金属碳化物和金属粘结剂( (如CoCo、NiNi、MoMo等) )，经过高压成形，并在15001500左右的高温下烧结而成的粉末治金材料。2. 2. 性能性能

48、硬质合金的硬度高达硬质合金的硬度高达898995HRA95HRA，耐磨性很，耐磨性很好，耐热性可达好，耐热性可达80080010001000缺点是抗弯强度低、脆性大、怕振动、怕冲缺点是抗弯强度低、脆性大、怕振动、怕冲击、制造工艺性差击、制造工艺性差。第58页/共102页593. 硬质合金的分类、牌号钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金(YG) (YG) 钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金(YT) (YT) 钨钽钨钽( (铌铌) )钻类硬质合金钻类硬质合金(YA) (YA) 钨钛钽钨钛钽( (铌铌) )钴类硬类硬质合金钴类硬类硬质合金(YW) (YW) 碳化钛基硬质合金碳化钛基硬质合金(YN)(YN)4.

49、 硬质合金的应用硬质合金的应用主要用于制造高速切削刀具第59页/共102页60一塑料 塑料是高分子合成材料，以合成树脂为基础，加入添加剂制成。（1）塑料的组成合成树脂是塑料的主要组成部分，决定塑料的基本特性。添加剂主要有填充剂（如石棉纤维、玻璃纤维）、增塑剂、固化剂、稳定剂(防老化剂)、润滑剂，用来提高塑料的强度、可塑性和防止过早老化等。第六节 常用非金属材料第60页/共102页61（）塑料的特性密度小，仅为钢铁的1/81/4耐腐蚀一般能耐酸、碱的腐蚀，聚四氟乙烯能耐王水的腐蚀。绝缘性能好良好的减摩性和耐磨性强度和刚度低，耐热性差，大多数塑料只能在100以下使用易老化，易燃烧第61页/共102

50、页62 按使用范围分按使用范围分 通用塑料 产量大、价格低、用途广，占塑料总产量的3/4以上。大多用于生活用品，包装材料，以及要求不高的工程制品。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 工程塑料具有较高的强度、刚度、和韧性，耐热和耐蚀性、绝缘性较好。主要用于在机械设备和工程结构中作结构材料。常见品种主要有ABS塑料、酚醛塑料（PF）、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、有机玻璃(PMMA)、环氧塑料(EP) （）塑料的分类第62页/共102页63 按树脂热性能分 热塑性塑料受热时软化冷却后硬化的过程能反复进行。对于这类塑料，在加工过程中产生的边角料及废品可以回收掺入原料中使用属于热塑性

51、塑料的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯等 热固性塑料受热时软化冷却后硬化的过程不能反复进行。属于热固性塑料的有酚醛、环氧、氨基塑料、有机硅塑料等 第63页/共102页64二橡胶二橡胶 (1)天然橡胶与合成橡胶天然橡胶与合成橡胶 高聚物的弹性体高聚物的弹性体橡胶工业的发展历史橡胶工业的发展历史 十五世纪，哥伦布的发现擦子十五世纪，哥伦布的发现擦子(rubber) 1839年，美国人古德伊尔年，美国人古德伊尔(Charles Goodyear)偶然将天然橡胶进行了硫化偶然将天然橡胶进行了硫化 1845年，英国工程师年，英国工程师RW汤姆森在车轮周围套上一个合

52、适的充气橡汤姆森在车轮周围套上一个合适的充气橡胶管，并获得了这项设备的专利胶管，并获得了这项设备的专利 1890年，轮胎被正式用在自行车上年，轮胎被正式用在自行车上 1888年，英国人邓禄普发明汽车轮胎，年，英国人邓禄普发明汽车轮胎，1895年开始生产汽车，汽车工业的兴起，年开始生产汽车，汽车工业的兴起，更激起了对橡胶的巨大需求，胶价随之猛涨。更激起了对橡胶的巨大需求，胶价随之猛涨。 随着汽车数量的大量增加，用于制造轮胎的橡胶的需求量也变成了天文随着汽车数量的大量增加，用于制造轮胎的橡胶的需求量也变成了天文数字。如此广泛的应用使天然橡胶供不应求。面对橡胶生产的严峻形势，数字。如此广泛的应用使天

53、然橡胶供不应求。面对橡胶生产的严峻形势，各国竞相研制合成橡胶。各国竞相研制合成橡胶。第64页/共102页65(2)特性特性 具有高弹性；有良好的耐磨性、隔音性、阻尼性和具有高弹性；有良好的耐磨性、隔音性、阻尼性和绝缘性等。绝缘性等。 温度敏感性温度敏感性未经硫化的橡胶会因温度上升而变软未经硫化的橡胶会因温度上升而变软发粘，发出刺鼻的气味。发粘，发出刺鼻的气味。 橡胶制品通常只有硫化后才能使用。橡胶制品通常只有硫化后才能使用。(3)常用的合成橡胶常用的合成橡胶有：丁苯橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、有：丁苯橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶等氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、硅

54、橡胶等(4)(4)用途：用途：制造制造轮胎轮胎、胶板、胶布、胶鞋、胶管、密封圈、胶板、胶布、胶鞋、胶管、密封圈、粘合剂及有机涂料等粘合剂及有机涂料等第65页/共102页66三三陶瓷材料陶瓷材料 （1 1）陶瓷材料的结构）陶瓷材料的结构 一般由晶相、玻璃相和气相组成。其性能在很大程度上取决于一般由晶相、玻璃相和气相组成。其性能在很大程度上取决于各相的组成、数量、几何形状和分布情况等。各相的组成、数量、几何形状和分布情况等。 （2 2）陶瓷材料的性能特点）陶瓷材料的性能特点 u硬度高，弹性模量大，脆性大，几乎没有塑性，硬度高，弹性模量大，脆性大，几乎没有塑性，抗拉强度低，抗压强度高。抗拉强度低，抗

55、压强度高。u化学稳定性好，有良好的抗氧化能力。化学稳定性好，有良好的抗氧化能力。u大多数陶瓷是电绝缘体。大多数陶瓷是电绝缘体。 陶瓷是各种无机非金属材料的总称。现代工业的三大主要固体材料三大主要固体材料之一第66页/共102页67（3 3）常用陶瓷材料）常用陶瓷材料 氮化硼陶瓷氮化硼陶瓷由由BNBN粉末经冷压或热压烧结而成粉末经冷压或热压烧结而成特点：特点：具有良好的化学稳定性具有良好的化学稳定性、耐热性、耐热性和机械加工性和机械加工性工业应用：工业应用：冶炼用的坩埚、器皿、管道、半导体容器和各种散热绝缘件冶炼用的坩埚、器皿、管道、半导体容器和各种散热绝缘件立方氮化硼用作磨料及金属切削刀片普通

56、陶瓷普通陶瓷 粘土类陶瓷粘土类陶瓷特点：质地坚硬，绝缘性、耐蚀性、工艺性好，可耐特点：质地坚硬，绝缘性、耐蚀性、工艺性好，可耐12001200高温。高温。工业应用：绝缘的电瓷和对酸碱有一定耐蚀性的化学瓷，有时也可作工业应用：绝缘的电瓷和对酸碱有一定耐蚀性的化学瓷，有时也可作承载要求较低的结构零件承载要求较低的结构零件氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷以以AlAl2 2O O3 3为主要成为主要成分分, ,强度比普通陶瓷高强度比普通陶瓷高3 36 6倍。倍。工业应用：工业应用：高温测温热电偶绝缘套管、耐磨、耐蚀用水泵，拉丝模及切高温测温热电偶绝缘套管、耐磨、耐蚀用水泵，拉丝模及切削淬火钢的刀片等削淬火钢的刀片

57、等氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷将硅粉经反应烧结或将将硅粉经反应烧结或将SiSi3 3N N4 4经热压烧结而成经热压烧结而成工业应用：工业应用：燃气轮机转子叶片、转子发动机刮片和切削加工用的刀片燃气轮机转子叶片、转子发动机刮片和切削加工用的刀片等等第67页/共102页68第七节、第七节、 钢的热处理钢的热处理一概述一概述2 2、热处理的概念、热处理的概念 将固态钢材采用适当的方式进行将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温加热、保温和和冷却冷却以获得以获得所需组织与性能的工艺。所需组织与性能的工艺。1 1、改善钢的性能的两种方法、改善钢的性能的两种方法合金化，热处理基本的热处理工艺基本的热处理工艺曲线示

58、意图曲线示意图第68页/共102页693 3、热处理的目的、热处理的目的 （1 1）提高钢的力学性能）提高钢的力学性能（2 2）改善钢的工艺性能）改善钢的工艺性能4 4、热处理与其它加工方法的区别、热处理与其它加工方法的区别只改变组织和性能，不改变尺寸形状第69页/共102页70普通热处理普通热处理感应加热感应加热火焰加热火焰加热电接触加热电接触加热激光加热激光加热渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗渗金属渗金属表面热处理表面热处理热热处处理理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火化学热处理化学热处理5 5、热处理的分类、热处理的分类第70页/共102页71二二 钢的热处理原理钢的热处理

59、原理钢奥氏体组织加热保温1、工件表面与中心温度一致2、奥氏体组织不同的冷却条件不同的组织不同的机械性能第71页/共102页721、 铁碳合金的基本组织（1）、铁素体（F）：碳与-Fe形成的间隙固溶体。 性能-强度和硬度低，塑性和韧性好。（2）、奥氏体（A）：碳与-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727时存在。 性能-塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、 轧制时常要加热到A，可提高塑性，易于加工。（3）、渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成的金属化合物。 性能-硬度高，脆性大。（4）、珠光体（ P ）：F与Fe3C组成的机械混合物。 性能-力学性能介于两者之间。（5）、莱氏体（ Ld ）：A与

60、Fe3C组成的机械混合物。 性能-硬度高，塑性差。铁碳合金第72页/共102页732、 铁碳相图分析引言：关于铁碳合金状态图 概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是在长期的生产实践和大量科学实验的基础上建立起来的。 作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。 铁碳合金第73页/共102页74铁碳合金第74页/共102页75铁碳相图分析（1）、相图的坐标纵坐标：代表温度。横坐标：代表含碳量。（2）、几个概念 纯铁 钢 铸铁 共析钢 亚共析钢 过共析钢 共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 过共晶白口