材料成型工艺

1、机 械 制 造 基 础参考书目金属工艺学（上、下册） 邓文英 主编 高等教育出版社 机械工程与技术 Serope Kalpakjian/ Steven R.Schmid 机械工业出版社Manufacturing Engineering and Technology Hot processesManufacturing Engineering and Technology Machining制造技术 P N Rao 机械工业出版社Manufacturing Technology Foundry, Forming and WeldingManufacturing Engineering and T

2、echnology Metal Cutting & Machine Tools绪 论一、本课程的性质和内容一、本课程的性质和内容二、机械制造技术的发展及其作用二、机械制造技术的发展及其作用三、本课程的学习目的和学习方法三、本课程的学习目的和学习方法一、本课程的性质和内容1、本课程的性质、本课程的性质 2、本课程的内容、本课程的内容 机电类专业的主干专业基础课机电类专业的主干专业基础课机械制造机械制造： 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件，将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机械零件，再将零件装配成机器的整个过程。再将零件装配成机器的整个过程。二、机械制造技术的发展及其作用1

3、1、作用：、作用： 机械制造技术是国民经济的支柱产业，是衡量一个国机械制造技术是国民经济的支柱产业，是衡量一个国家现代化程度的重要标志之一。家现代化程度的重要标志之一。2 2、机械制造技术的发展史、机械制造技术的发展史（1 1）人类社会的划分是以材料为依据的）人类社会的划分是以材料为依据的（2 2）我国古代在材料和机械制造方面的辉煌成就）我国古代在材料和机械制造方面的辉煌成就1 1、目的、目的（1 1）了解和掌握常用的工程材料；）了解和掌握常用的工程材料；（2 2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工；）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工；（3 3）熟悉机械制造全过程，并

4、了解现代机械制造技术。）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。2 2、学习方法、学习方法1 1 工程材料导论工程材料导论 1.1工程材料的性能工程材料的性能1 1、工程材料的性能、工程材料的性能使用性能：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。能、物理性能和化学性能。工艺性能：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 2、工程材料工程材料力学性能力学性能 包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能

5、、切削铸造性能、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加工性能和热处理工艺性能等。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、塑性、强度、塑性、硬度、冲击韧度硬度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。1 强度与塑性强度与塑性拉伸试验：FFe：弹性变形Fe：弹性极限载荷Fe F Fs：发生部分塑性变形Fs： 屈服载荷， S：屈服点Fs F Fb：载荷下降，变形增加Fk：断裂，强度极限载荷。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 。一、强度的指标一、强度的指标2 2、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承

6、受的最大拉应力。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、屈服强度、屈服强度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。 s 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N） A0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm）1 强度与塑性强度与塑性0AFss0AFbb二、塑性指标二、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

7、的能力。评定指标是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。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、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。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:标距标距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

8、。=(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 强度与塑性强度与塑性2 硬度1 1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。、定义：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 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 1 1、布氏硬度

9、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，测量材料表面状态后卸除试验力，测量材料表面压痕压痕直径直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。方法。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压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。表示。 如：120HBS4 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

10、铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效率低测量费时，效率低2 硬度硬度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用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样球，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，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用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一

11、种压痕硬度试验。算硬度的一种压痕硬度试验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。根据所用压头计载荷的不同，分为出。根据所用压头计载荷的不同，分为HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC，其中，其中HRCHRC最为最为常用。常用。如：如：50HRC50HRC 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. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据数据不够准确，应测三点取平

12、均值不够准确，应测三点取平均值（4 4）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。2 硬度硬度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。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。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

13、理后的表层等。3 3、优缺点、优缺点（1 1）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）（2 2）可测成可测成品与薄件品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。2 硬度硬度3 韧性定义：定义：金属材料断裂前吸收的变形能量。金属材料断裂前吸收的变形能量。冲击韧度：缺口处单位截面积上所吸收的冲击功式中：ak冲击韧度; Ak冲断试样所消耗的冲击功; A试样缺口处的截面积 cm )(J/cm2AAakk冲击韧度4 疲劳强度疲劳强度曲线疲劳强度曲线 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

14、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。思考题：1.将钟表发条拉成一条直线，这是弹性变形还是塑性变形？2.缩颈发生在拉伸图上那一点？如果式样没有出现缩颈现象，是否表示该式样没有塑性变形？3.下列情况应采用那种硬度法来检查其硬度？ 库存钢材 硬质合金刀头 锻件 台虎钳钳口4.下列符号所表示的力学性能指标的名称和含义是什么？ b s r0.2 -1 k HRC HBS HBW 5. 硬度和抗拉强度之间有没有一定的关系？为什么？ 金属溶液在凝固后一般都以晶质状态存在，

15、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。1.2.1 1.2.1 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变纯铁的晶体结构及其同素异晶转变1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金1.1.金属的结晶金属的结晶 金属的结晶 1.2.1 1.2.1 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变纯铁的晶体结构及其同素异晶转变2.2.纯铁的晶体结构纯铁的晶体结构 将晶体中的每一个原子看成是一个点，再把相邻原子中心用假想的直线联接起来，使之形成晶格。从晶格中取出一个最基本的几何单元，这个单元称作晶胞。体心立方晶格体心立方晶格 属于体心

16、立方晶格类型的金属有属于体心立方晶格类型的金属有-FeFe（912912以下的纯铁）、铬、钼、以下的纯铁）、铬、钼、钨等钨等面心立方晶格面心立方晶格 属于面心立方晶格类型的金属有属于面心立方晶格类型的金属有-Fe-Fe（13941394912912的纯铁）、铝、的纯铁）、铝、铜、银等。铜、银等。2.2.纯铁的晶体结构纯铁的晶体结构 3.纯铁的同素异晶转变1.2.2 1.2.2 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织a a 、合金的基本概念合金的基本概念 1 1、合金、合金 合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有

17、金属特性的物质。金属特性的物质。2 2、组元、组元 组成合金的基本的物质称为组元。组成合金的基本的物质称为组元。3、相、相 相是指在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分。相是指在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分。4、组织、组织组织泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一组织泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。种或多种相构成的总体。b 、合金的组织合金的组织 根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的组织可分为根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的组织可分为固溶体固溶体、金属化合物和机械混合

18、物金属化合物和机械混合物。1、固溶体、固溶体溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型，称为固溶溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型，称为固溶体。体。2、奥氏体（奥氏体（A）：碳与：碳与-Fe形成的间隙固溶体。高温组形成的间隙固溶体。高温组织，在大于织，在大于727时存在。时存在。 性能性能-塑性好，强度和硬塑性好，强度和硬度高于度高于F。在锻造、。在锻造、 轧制时轧制时常要加热到常要加热到A，可提高塑性，可提高塑性，易于加工。易于加工。1、铁素体（铁素体（F）：碳与：碳与-Fe形成的间隙固溶体形成的间隙固溶体 性能性能-强度和硬度低，强度和硬度低，塑性和韧性好。塑性和韧性好。铁素体奥氏

19、体2、金属化合物、金属化合物金属化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属特金属化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属特性的一种组织。性的一种组织。渗碳体（渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成的金属化合物。：铁与碳形成的金属化合物。 性能性能-硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。3、机械混合物、机械混合物机械混合物是合金中的一类复相混合物组织，不同的相均可机械混合物是合金中的一类复相混合物组织，不同的相均可互相组合形成机械混合物。互相组合形成机械混合物。珠光体（珠光体（ P ）：F与与Fe3C组成组成的机械混合物。的机械混合物。 性能性能-力学性能介于两者之间。力学性能介于两者之间。莱氏

20、体（莱氏体（ Ld ）：A与与Fe3C组成组成的机械混合物。的机械混合物。性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。珠光体1.2.3 1.2.3 铁碳相图分析铁碳相图分析1、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。是通过实验的方法建立起来的。2、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。 3.3.铁碳合金相图铁碳合金相图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 过共晶白口铸铁3、特性点 A点

21、：纯铁的熔点 1538 C点：共晶点 1148 D点：渗碳体的熔点 1227 S点：共析点 727 G点：纯铁的同素异晶转变点 912 E点：C在-Fe中最大溶解度 1148 P点：C在-Fe中最大溶解度 727 Q点：室温时C在-Fe中最大溶解度4、特性线 ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热至此开始转化。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。 ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量2.11 % -6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出A与Fe

22、3C混合物-莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % -6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。 亚共析钢结晶过程4 铁碳相图的应用铁碳相图的应用1、选用材料、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。的性能来选择不同含碳量的材料。2、判断切削加工性能、判断切削加工性能： 低碳钢低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多

23、，塑性好，加工性不好；中碳钢中碳钢中铁素体中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。3、制定热加工工艺：、制定热加工工艺： 在在铸造铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在的铸铁铸造性最好；在锻造锻造工艺方面，可以选择钢工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。4、应用于热处理生产：、应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以由相图可知合金在固态加热和冷却

24、过程中均有组织的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。进行热处理。并且可以正确选择加热温度。思考题：1.如果结晶时晶核不多而生长速度较快，则凝固后的晶粒是粗还是细？为什么？2.晶粒的粗细对金属的机械性能有什么影响？3.什么是同素异晶转变？室温和1100时的纯铁晶格有什么不同？4.什么叫做铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体？它们各有什么特点？5.A1.A3和Acm各表示什么意义？6.试描述在缓慢冷却的条件下,液态的0.3碳素钢从开始凝固到温室之间的组织变化。1.3 金属材料steel1530kgzinc26kgplastic55kgrubber 60kglead15kgalumin

25、um30kgglass52kgCast iron350kgcopper16kgA typical automobile may contain the following materials:1.3.1 钢1. 钢的分类(1) 按化学成分碳素钢合金钢(2) 按用途结构钢工具钢特殊性能钢(3) 按质量普通钢 S0.055% P0.045% 优质钢 S0.045% P0.04% 高级优质钢 S0.03% P0.03% 2. 碳素钢含碳量小于2.11%的铁碳合金。(1)化学成分对碳素钢性能的影响a. 碳的影响强度、硬度增加塑性、韧性下降根据含碳量，碳素钢可分为三类：低碳钢 0.6Cb、硅和锰的影响：

26、 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。c、磷的影响： 有害元素，使钢产生冷脆性。d、硫的影响： 有害元素，使钢产生热脆性。(1)化学成分对碳素钢性能的影响(2) 碳素钢的分类、牌号碳素钢的分类、牌号a. 碳素结构钢 牌号： Q215-AF Q235-B用途：工程结构（薄钢板，钢筋， 钢管，各种型材）； 要求不高的机器零件（螺钉，螺栓，手柄，小轴）；特点：塑韧性优良。b. 优质碳素结构钢 牌号：08, 10, 1575, 80, 85用途：用来制造较重要的机器零件，一般都经过热处理。0825：强度低，但塑性、韧性好，并具有良好的焊接性能。常

27、做冲压件、焊接件、渗碳件。用来制造螺钉、螺母、垫圈等冲压件3050：调质后有良好的综合机械性能。用作轴、连杆、丝杠、键。轴连杆丝杠5585：热处理后有良好的弹性。用作弹簧、轧辊、钢丝绳。弹簧钢丝绳c. 碳素工具钢碳素工具钢牌号：T7，T7A用途：各种刀具、刃具、量具。T7, T8：中等硬度，高韧性工具。冲头、凿子、锻造工具、錾子、锤子。T9T11：高硬度、中等韧性工具。钻头、丝锥、钢锯条、小冲模。T12T13：高硬度、耐磨性而韧性要求不高的工具。量具、锉刀、刮刀。碳素工具钢回火稳定性低，当温度大于200250时，硬度急剧下降。因此只用作手动切削工具。 锉刀锤子锯条碳素钢的缺点：硬度低高温下强度

28、、硬度低耐磨性、耐腐蚀性差 （1 1）合金元素对钢性能的影响）合金元素对钢性能的影响 a、提高了钢的力学性能 b、提高了钢的淬透性 c、使钢具有某些特殊性能 钛、钒等钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细化了晶粒，也提高了塑性与韧性。 铬、硅、镍、锰、硼等铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入提高钢的淬透性。 铬、锰等铬、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。（2 2）合金钢的分类与牌号）合金钢的分类与牌号（3 3）合金钢的牌号）合金钢的牌号a a、合金结构钢的牌号、合金结构钢的牌号b b、合金工具钢的牌号、合金工具钢的牌号两位数字两位数字+ +合金元素符号合金

29、元素符号+ +数字数字 前两位数字表示平均含碳量的前两位数字表示平均含碳量的万倍万倍，后面数字表示合，后面数字表示合金元素的百倍。若合金元素含量小于金元素的百倍。若合金元素含量小于1.51.5，则不标其含，则不标其含量。如量。如60Si2Mn,40Cr60Si2Mn,40Cr等等。 其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其含碳量超过其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其含碳量超过1%1%时不标出；当时不标出；当含碳量小于含碳量小于1%前前面数字表示面数字表示含碳量含碳量的的千千倍倍。 如：9SiCr, Cr12,5CrMnMo9SiCr, Cr12,5CrMnMo等。等。 但但高速钢高速钢不标含碳量

30、，只写出合金元素不标含碳量，只写出合金元素符号符号及其含量。及其含量。如:W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2a 、合金结构钢合金结构钢1 1、普通低合金结构钢、普通低合金结构钢 低碳，合金含量小于低碳，合金含量小于3%3%。主加元素为。主加元素为MnMn其强化了铁素体，其强化了铁素体，提高了强度；提高了强度；V V，TiTi等元素使晶粒细化，使韧性提高。等元素使晶粒细化，使韧性提高。 在在建筑、桥梁、车辆、船舶建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以中应用广泛。以16Mn16Mn为最广。为最广。船舶船舶桥梁桥梁2 2、合金渗碳钢、合金渗碳钢 含碳量为含碳量

31、为0.1%-0.2%,0.1%-0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合以保障心部具有足够的韧性，合金含量金含量小于小于3%3%。主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、钛、钒、钛、钒，提高了淬透，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高性，使晶粒细化，耐磨性提高。 主要用于表面要主要用于表面要求硬而耐磨，心部具求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性的有足够强度和韧性的零件，如：汽车变速零件，如：汽车变速箱的齿轮等。箱的齿轮等。 以以2 20Cr0Cr、20CrMnTi20CrMnTi为最广。为最广。 变速齿轮变速齿轮拨叉拨叉3 3、合金调质钢、合金调质钢 含碳量为含碳量为0.25%-0.5%,0.25

32、%-0.5%,主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、SiSi、NiNi等以提等以提高淬透性和强化铁素体高淬透性和强化铁素体. .调质钢具有良好的综合力学性能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，如器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆齿轮、轴类件、连杆等。等。 曲轴曲轴 连杆连杆 4 4、合金弹、合金弹簧簧钢钢 它具有高的它具有高的弹性、疲劳强度及冲击韧度弹性、疲劳强度及冲击韧度。含碳量为含碳量为0.5%-0.5%-0.7%,0.7%,主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、SiS

33、i等以提高淬透性和弹性极限。等以提高淬透性和弹性极限。 合金弹簧钢是一种合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于专用结构钢，主要用于制造各种制造各种弹簧弹簧和弹性元和弹性元件件。 拉力弹簧拉力弹簧 离合器离合器弹簧弹簧 5 5、滚动轴承钢、滚动轴承钢 主要用来制造滚动轴承的主要用来制造滚动轴承的滚动体滚动体（滚珠、滚柱、滚（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。针）、内外套圈等，属专用结构钢。 碳质量分数一般为碳质量分数一般为0.95%-1.10%0.95%-1.10%，以保证其高硬，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。度、高耐磨性和高强度。铬铬为基本合金元素为基本合金元素 ，铬含量，铬含量

34、为为0.40%-1.65%0.40%-1.65%。高碳低铬高碳低铬。如：如：GCr15GCr15b 、合金工具钢合金工具钢 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和耐磨性,还具有更高的还具有更高的红硬性红硬性。1 1、合金刃具钢、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、钻头等。钻头等。 性能：性能：（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

35、性和韧性）足够的塑性和韧性 。铣刀铣刀 英制模板刀英制模板刀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，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

36、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 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：W1

37、8Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 ）2 2、合金量具钢、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。螺纹规螺纹规 游标卡尺游标卡尺 千分尺千分尺 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

38、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）、CrMnCrMn、GCr15 GCr15 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, 9Cr18(4Cr13, 9Cr18(不锈钢不锈钢) ) 3、合金模具钢、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

39、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

40、;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C 、特殊性能钢特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金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, ,咸或其它介质腐蚀的钢咸或其它介质腐蚀的钢。 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

41、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: :马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 奥氏体型奥氏体型不锈钢不锈钢 马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 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%.主要用于力学性能要求不高主要用于力学性能要求不高, ,耐蚀性要求较低

42、的零件耐蚀性要求较低的零件. .如如: :铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 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，例如作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道容器和管道等。等。 奥氏体型奥氏体型不锈钢不锈钢 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（约0.1%0.1%），耐蚀性很好。），耐蚀性很好。 如：如：1Cr171Cr17、1Cr17Ti1Cr17Ti等等如：如： 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni90Cr18Ni9

43、, 1Cr18Ni9等等2 2、耐磨钢、耐磨钢 （就是高锰钢（就是高锰钢 如如:ZGMn13:ZGMn13） 坦克、拖拉机履带坦克、拖拉机履带 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1.3.2 1.3.2 铸铸 铁铁 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、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。锰、硫、磷等元素的铁碳合金。 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。器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。 箱体箱体启动阀启动阀1

44、.1.铸铁分类铸铁分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）白口铸铁（2 2）灰口铸铁）灰口铸铁（3 3）麻口铸铁）麻口铸铁 根据根据石墨石墨（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：石墨呈普通灰铸铁：石墨呈片状片状可锻铸铁：石墨呈可锻铸铁：石墨呈团絮状团絮状蠕墨铸铁：石墨呈蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状蠕虫状球墨铸铁：石墨呈球墨铸铁：石墨呈球状球状2 2、灰口铸铁的种类、灰口铸铁的种类 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+珠光体珠光体)+石墨三石墨三种基本组织种基本组织。 a 灰铸铁 由

45、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，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，使其减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。脆性材料。灰铸铁的性能：灰铸铁的性能：抗拉强度低 优异的铸造性能 优良的减振性 耐磨性好 缺口敏感性小 切削加工性能优良二、灰铸铁的性能与应用二、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的零件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，如和结构，如机座、机床床身、

46、轴承机座、机床床身、轴承等。等。叶轮叶轮 发动机飞轮发动机飞轮 HTHT+ +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牌 号铸 件 壁 厚 / mm用 途 举 例2.510102020303050HT1001301009080重锤、防护罩、盖板等HT150175145130120机座、支架、箱体、法兰、泵体、缝纫机件、阀体等HT200220195170160气缸、齿轮、机床床身、飞轮、底架、中等压力阀阀体等HT250270240220200机体、阀体、油缸、床身、凸轮、衬套等HT300290250230齿轮、凸轮、剪床、压力机床身、重型机械床身等HT350340290260b

47、b 、可锻铸铁、可锻铸铁一、可锻铸铁的组织一、可锻铸铁的组织可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体，石墨呈团絮状。可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体，石墨呈团絮状。 二、可锻铸铁的牌号二、可锻铸铁的牌号三、可锻铸铁的性能及应用三、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延伸率。示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。 如：如：KT35

48、0-10KT350-10、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 c 、球墨铸铁、球墨铸铁一、球墨铸铁的组织一、球墨铸铁的组织二、二、球墨铸铁球墨铸铁的牌号的牌号三、球墨铸铁的和机械性能三、球墨铸铁的和机械性能 用用“QT”QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。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 5 5 % %a ak k kJ/mkJ/m2 2HBHB应应 用用 举举 例例QT400-17QT4

49、00-17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

50、、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 222972297302302QT800-2QT800-2球光体球光体8008005605602 224172417321321五、五、球墨铸铁调质和正火后的组织性能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 5 % 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

51、体 +石墨 700 2.5 100 317321 四、四、球墨铸铁的应用球墨铸铁的应用 具有与钢相近的力学具有与钢相近的力学性能，可代替钢和合金钢性能，可代替钢和合金钢使用。使用。球墨球墨铸铁铸铁管道管道接口接口 d d 、蠕墨铸铁蠕墨铸铁 一、一、蠕墨蠕墨铸铁的组织铸铁的组织 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。 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；

52、同时又有和灰口铸铁铸铁，并且有一定的韧性、较高的耐磨性；同时又有和灰口铸铁一样的良好的铸造性能和导热性。一样的良好的铸造性能和导热性。 二、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用二、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：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

53、气气管管 特殊性能铸铁特殊性能铸铁 在铸铁中加入某些合金元素，得到一些具有各种特殊性能的合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。金铸铁。 1 1、耐磨铸铁（加铬）、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托架 衬板衬板弯管弯管石墨呈片状石墨呈石墨呈团絮状团絮状石墨呈石墨呈球状球状石墨呈石墨呈蠕虫状蠕虫状 石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬度仅为度仅为35HBS35HBS，伸长率近于零伸长率近于零。 铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂

54、着石墨，石铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石墨对基体产生墨对基体产生割裂作用割裂作用。 因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力学性能越差。学性能越差。 但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如铸造铸造性能、减振性和减摩性性能、减振性和减摩性等。等。铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁铸铁（1 1）铸铁中）铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程碳原子析出并形成

55、石墨的过程称为石墨化称为石墨化 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。解来获得。 Fe3C 3Fe C 灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。而得到。 冷却速度冷却速度：合金元素合金元素：C C和和SiSi强烈促进，强烈促进，S S强烈阻碍，强烈阻碍，MnMn阻碍，阻碍，P P微弱促进。微弱促进。1.3.3 铸钢 铸造碳钢/铸造合金钢铸钢的性能：强

56、度高，优良的塑性和韧性；焊接性能好；铸造性能较差。应用：ZGMnl3; ZGlCr18Ni9 强度、塑性、韧性要求较高的机器零件，受冲击载荷较大的工件 坦克、拖拉机履带坦克、拖拉机履带 破碎机颚板破碎机颚板1.3.4 铜、铝铸造合金常用的有色金属有Al、Cu、Zn、Pb、Mg等，它们的强度较低，主要是为了获得某些特殊的物理、化学性能。(1) 铸造铜合金黄铜(Zn)；青铜；锡青铜，铝青铜优良的导电性和导热性；良好的耐磨性和耐蚀性轴套，蜗轮，泵体，管道配件(2) 铸造铝合金铝硅合金; 铝铜合金流动性好，线收缩率低，气密性好 内燃机缸体，化油器，活塞，汽缸头等思考题：1.填表： 2.仓库中混存了相同

57、规格的20钢、45钢和T10钢，请提出一种最为简便的区分方法。3.现拟制造如下产品，请从碳素钢中选出适用的钢号： 六角螺钉 车床主轴 钳工錾子 液化石油气罐 活搬手 脸盆 自行车弹簧 钢锉 门窗合页 钢 号 所 属 类 别 大致含碳量 % 性 能 特 征 用 途 举 例 Q235-A.F 45 T10A 16Mn 钢的热处理钢的热处理引言：引言：1 1、热处理的概念、热处理的概念 2 2、热处理的目的、热处理的目的 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、保温和和冷冷却以获得却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）提高钢的力学性能）提高钢的

58、力学性能（2 2）改善钢的工艺性能）改善钢的工艺性能 钢的热处理原理钢的热处理原理根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：1、整体热处理、整体热处理2、表面热处理、表面热处理表面淬火、气相沉积表面淬火、气相沉积3 3、化学热处理：、化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗渗碳、氮化、碳氮共渗退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火 钢的热处理钢的热处理热处理的理论依据热处理的理论依据 钢的热处理钢的热处理第一节第一节 钢的退火与正火1、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。2、目的： 1）降低硬度，

59、提高塑性，改善加工性能； 2）细化晶粒，消除组织缺陷； 3）消除内应力 。 钢的热处理钢的热处理3、分类： 根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。（1）完全退火 1、定义：将钢加热Ac3以上3050C,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到500C以下，出炉空冷。 2、目的目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。以利于切削加工。 3、适用范围适用范围：亚共析钢型材：亚共析钢型材。 钢的热处理钢的热处理（2）球化退火 1、定义：将钢加热到Ac1以上2030 C,保温后随炉缓冷至600 C，出炉空冷。 2、目的：降低硬

60、度、提高塑性、改善切削加工性能。 3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。钢的热处理钢的热处理（3）去应力退火 1、定义：将钢加热到500-600 C,保温后随炉缓冷至200-300 C出炉空冷。又称低温退火。 2、目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。（没有发生组织变化） 3、适用范围：用于所有的钢。 钢的热处理钢的热处理二、钢的正火二、钢的正火1、概念、概念： 将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或AccmAccm线以上线以上3050 3050 C C ，保温适当，保温适当的时间后，在的时间后，在空气空气中冷却的热处理工艺。中冷却的热处理工艺。2 2、目的、目的： 1 1）对低碳钢，可细化