机械制造基础第1、2、3章小结.

1、二、二、材料的性能包括：材料的性能包括： 1使用性能：使用性能：工艺性能：工艺性能：铸造性能；锻铸造性能；锻造造性能；焊接性能；切削加工性能等性能；焊接性能；切削加工性能等。1)1)力学力学性能：强度；硬度；塑性；韧性；疲劳强度。性能：强度；硬度；塑性；韧性；疲劳强度。2 2) )化学性能：耐腐蚀性；抗氧化性。化学性能：耐腐蚀性；抗氧化性。3 3) )物理性能：密度；熔点；热膨胀性；磁性；热导性；物理性能：密度；熔点；热膨胀性；磁性；热导性； 电导性电导性等。等。第一部分第一部分 工程材料与热处理工程材料与热处理第第1 1章章 材料的材料的力学力学性能性能工程材料工程材料金属材料金属材料非金属

2、材非金属材料料复合材料复合材料黑色金属黑色金属除黑色金属以外其它金除黑色金属以外其它金属，如铜、铝和镁等属，如铜、铝和镁等。有色金属有色金属：铬铬铁铁锰锰一、一、工程材料工程材料的分类的分类1）强度强度由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为：由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为：2金属材料的强度可通过金属材料的强度可通过拉伸试验拉伸试验来测定来测定1.1.强度强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。能力。抗拉、抗拉、抗压抗压、抗、抗弯、抗扭、抗剪强度等。弯、抗扭、抗剪强度等。一般情况下多以一般情况下多以静载荷下抗拉强度静载荷下抗拉

3、强度作为判别金属材作为判别金属材料强度高低的基本指标。料强度高低的基本指标。 弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形三、三、材料变形材料变形 根据载荷性质、零件受力情况可分为： 静载荷是指逐渐而缓慢地作用在工件上的力。 动载荷包括冲击载荷和交变载荷等。四、四、材料材料的力学性能的力学性能 图图l(mm)F(N)0esbkFeFsFb图图1-2 1-2 力力伸长曲线伸长曲线2 2力力伸长曲线伸长曲线3其中有三个载荷值较重要，即其中有三个载荷值较重要，即: : F Fe e弹性范围内的最大载荷（弹性范围内的最大载荷（N N）；）； F Fs s 最小屈服载荷（最小屈服载荷（N N） ； F Fb b 最

4、大载荷（最大载荷（N N） 。1 1、oeoe段：弹性变形阶段段：弹性变形阶段2、es段：塑性变形阶段段：塑性变形阶段3、S点：点： 屈服点屈服点4、b点：出现缩颈现象，点：出现缩颈现象， 拉伸力达到最大值，拉伸力达到最大值， 试样即将断裂。试样即将断裂。弹性极限弹性极限e e 屈服强度屈服强度s抗拉强度抗拉强度b b金属材料的三个强度指标金属材料的三个强度指标： 弹性极限弹性极限e e 屈服强度屈服强度s抗拉强度抗拉强度b b4强度强度塑性塑性硬度硬度韧性韧性疲劳强度疲劳强度力学性能力学性能弹性极限弹性极限e 屈服强度屈服强度s 抗拉强度抗拉强度b 伸长率伸长率断面收缩率断面收缩率布氏硬度布

5、氏硬度HBS、HBW洛氏硬度洛氏硬度HRA、HRB、HRC维氏硬度维氏硬度HV冲击韧度冲击韧度KU 或或KV12.1 2.1 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶一、一、晶体与非晶体晶体与非晶体的相关概念和它们的相关概念和它们的差异的差异：晶体具有规则的几何外形晶体具有规则的几何外形, ,晶体具有固定的熔点晶体具有固定的熔点, , 晶体具有各向异性晶体具有各向异性. .二、二、常见金属的晶体结构常见金属的晶体结构1、体心立方晶格、体心立方晶格：这类金属塑性较好这类金属塑性较好2、面心立方晶格、面心立方晶格：这类金属的塑性优于体这类金属的塑性优于体心立方晶格心立方晶格的金属的金属3、密排立方

6、晶格、密排立方晶格：这类金属通常比较脆。这类金属通常比较脆。第二章第二章 金属的组织结构金属的组织结构三、三、 金属的结晶金属的结晶1.金属结晶的概念金属结晶的概念2 2. . 金属的结晶过程金属的结晶过程就是由就是由晶核的形成晶核的形成和和晶粒的长大晶粒的长大两个基本过程组成的。两个基本过程组成的。 3 3金属结晶后的晶粒大小金属结晶后的晶粒大小与力学性能的关系与力学性能的关系 金属的金属的晶粒大小对其力学性能影响很大。一般情况晶粒大小对其力学性能影响很大。一般情况下，晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性下，晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。越好。 因此，在实际生产中

7、，要设法控制晶粒大小以获得因此，在实际生产中，要设法控制晶粒大小以获得不同性能的金属材料。不同性能的金属材料。 实际生产中，常采用实际生产中，常采用一下方法获得一下方法获得到细晶粒到细晶粒组织：组织：1 1）增大过冷度）增大过冷度 2 2）变质处理）变质处理3 3）附加振动）附加振动细晶强化细晶强化-书书P19P19 图中：图中： T T0 0理论结晶温度理论结晶温度: : T T1 1 实际结晶温度；实际结晶温度； T T过冷度过冷度（理论（理论结晶温度结晶温度T T0 0与实际结晶温度与实际结晶温度T T1 1之差之差）过冷现象过冷现象与过冷度与过冷度T0T1T温度（温度（）t 时间时间0

8、图图2-6 纯金属的冷却纯金属的冷却曲线曲线理论理论结晶温度结晶温度T T0 0与实际结晶温度与实际结晶温度T T1 1之差之差，称为，称为过冷度过冷度。过冷度不是一个恒定值，与冷却速度有关，一般来说，液态金过冷度不是一个恒定值，与冷却速度有关，一般来说，液态金属时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低，属时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低，晶粒尺寸越小，从而得到细晶粒。晶粒尺寸越小，从而得到细晶粒。 过冷现象过冷现象-书本书本P18 金属在固态下，随着温度的改变，由一种晶体金属在固态下，随着温度的改变，由一种晶体类型向另一种晶体类型的转变称为类型向另一种晶体类型的转

9、变称为同素异晶转变同素异晶转变。 四四、金属的同素异晶转变金属的同素异晶转变第二章第二章 金属的组织金属的组织结构结构2.1 2.1 金属的晶体结构金属的晶体结构与结晶与结晶五五、金属的实际晶体结构、金属的实际晶体结构晶体缺陷按其几何形式的特点，分为如下三类：晶体缺陷按其几何形式的特点，分为如下三类：点缺陷、点缺陷、线缺陷、线缺陷、面缺陷面缺陷二、二、 合金的相合金的相的分类和特点的分类和特点根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的相可分为根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的相可分为固固溶体溶体和和金属化合物金属化合物两大类。两大类。固固 溶溶 体体固态合金的相固态合金的相

10、金属化合物金属化合物置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体9机械混合物机械混合物一、合金的结构基本概念一、合金的结构基本概念1.合金合金 2.组元组元 3.相相 4.组织组织2.22.2 合金的晶体结构合金的晶体结构2.2.32.2.3 Fe Fe Fe Fe3 3C C相图分析相图分析8个点的含义，特性线的含义个点的含义，特性线的含义2.3.1 2.3.1 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织铁素体（铁素体（F F）；）；奥氏体（奥氏体（A A）；）；渗碳体（渗碳体（Fe3CFe3C）；）；珠光体（珠光体（P P）；）；莱莱氏体（氏体（LdLd）五种组织组成。五种组织组成。2.3 2.3

11、铁碳合金铁碳合金状态图状态图铁碳合金铁碳合金工业纯铁工业纯铁钢钢白口铁白口铁过共析钢过共析钢共析钢共析钢亚共析钢亚共析钢亚共晶铁亚共晶铁共晶铁共晶铁过共晶铁过共晶铁按组织成份分类：按组织成份分类：WcWc0.0218%0.0218% , , 组织为单相铁素体组织为单相铁素体 0.0218 %0.0218 %WcWc0.0.7777% % , ,室温组织为室温组织为F+PF+PWc = Wc = 0.0.7777% %, ,室温组织为室温组织为F+PF+P0.0.7777 % %WcWc2 2. .1111% % , ,室温组织为室温组织为P+P+Fe3CWc=Wc=（0.02180.02182

12、.112.11）% % 2.11%2.11%WcWc4 4. .3 3% % , ,室温组织为室温组织为P+P+Fe3C+Ld+LdWcWc= =4 4. .3 3% % , ,室温组织为室温组织为LdLd4 4. .3 3% %WcWc6 6. .6969% % , ,室温组织为室温组织为Ld+Ld+ Fe3C具有良好的铸造性能具有良好的铸造性能Wc=Wc=（2.112.116.696.69）% %2.3.4 铁碳合金的分类铁碳合金的分类热处理的定义：热处理的定义：将固态金属采用适当的方式进行加热、将固态金属采用适当的方式进行加热、保温和冷却保温和冷却, ,以获得所需组织结构与性能的工艺。以

13、获得所需组织结构与性能的工艺。热处理热处理的主要作用：的主要作用：1.1.改变工件的内部组织；改变工件的内部组织；2.2.改变工件的性能；（如加工性能、力学性能的改变改变工件的性能；（如加工性能、力学性能的改变) )3.3.改变工件表层的成份、组织、性能；改变工件表层的成份、组织、性能；4.4.消除铸造、锻造、焊接等加工工艺过程中所造成的消除铸造、锻造、焊接等加工工艺过程中所造成的多种缺陷。多种缺陷。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理12第三章第三章 钢的热处理钢的热处理热处理的三个阶段：热处理的三个阶段：加热、保温、冷却。加热、保温、冷却。热处理过程中三个主要工艺参数：热处理过程中三个主要工

14、艺参数：加热温度、保温加热温度、保温时间、冷却速度。时间、冷却速度。 热处理方法很多，根据工艺类型、工艺名称和实现热处理的加方热处理方法很多，根据工艺类型、工艺名称和实现热处理的加方法、将热处理工艺分类法、将热处理工艺分类：普通普通热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火完全退完全退火火、球化退火、扩散退火、球化退火、扩散退火再结晶退再结晶退火火、去应力退火、去应力退火马氏体马氏体淬火淬火等温等温淬火淬火低温回低温回火火、中温回火、高温回火、中温回火、高温回火表面热处理表面热处理表面淬火表面淬火表面表面化学处理化学处理渗碳渗碳渗氮渗氮( (氮化氮化) )碳氮共渗碳氮共渗( (氢化氢化) )

15、钢常用的钢常用的热处理工艺热处理工艺第三章第三章 钢的热处理钢的热处理133.1.1 3.1.1 奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程3.13.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变第三章第三章 钢的热处理钢的热处理143.1.2 3.1.2 奥氏体晶粒奥氏体晶粒的长大及控制的长大及控制2.2. 晶粒大小的控制晶粒大小的控制（书（书P37P37） 加热温度和保温时间：加热温度和保温时间： 加热速度：加热速度： 加入合金元素加入合金元素。1.奥氏体晶粒的长大奥氏体晶粒的长大3.23.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变冷却方式直接影响着钢的相变。冷却方式直接影响着钢的相变。 需要热处理的零件，加热以后

16、的冷却方式有以下两种需要热处理的零件，加热以后的冷却方式有以下两种: :1 1）等温冷却）等温冷却2 2）连续冷却）连续冷却 第三章第三章 钢的热处理钢的热处理15共析钢过冷奥氏体等温转变的产物共析钢过冷奥氏体等温转变的产物马氏体转变会引起钢的体积膨胀，产生内应力，使淬火马氏体转变会引起钢的体积膨胀，产生内应力，使淬火工件产生脆性和变形、开裂。工件产生脆性和变形、开裂。Vk (临界冷却速度临界冷却速度)：奥氏体在连续冷却过程中不分解为奥氏体在连续冷却过程中不分解为珠光体型组织，而转变成马氏体和少量残余奥氏体的珠光体型组织，而转变成马氏体和少量残余奥氏体的最最小冷却速度。小冷却速度。V1(炉冷炉

17、冷):727650 PV2(空冷空冷):650630 SV3(油冷油冷):550 M+TV4(水冷水冷):不相交不相交 M+AV Vk k 大小与大小与C C曲线的位置有关。曲线的位置有关。 第三章第三章 钢的热处理钢的热处理163.2.4 奥氏体等温转变曲线的应用奥氏体等温转变曲线的应用 (1) (1) 普通退火（完全退火普通退火（完全退火）主要用于主要用于: :亚共析钢。亚共析钢。目的目的：细化晶粒，均匀组织，降低硬度，消除应力。细化晶粒，均匀组织，降低硬度，消除应力。工艺：工艺：加热加热A Ac3c3以上以上30503050保温保温随炉或埋入干砂、石灰中随炉或埋入干砂、石灰中冷到室温（或

18、缓慢冷却到冷到室温（或缓慢冷却到500 600500 600以下以下空冷室温）。空冷室温）。平衡组织：平衡组织：F+PF+P适用范围：适用范围：含碳含碳0.300.60%0.300.60%的中碳钢、合金钢的铸、锻、热的中碳钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理。轧、焊件的预备热处理。 (2) (2) 球化退火球化退火( (不完全退火不完全退火) ) 主要用于主要用于: :共析钢和过共析钢。共析钢和过共析钢。 目的：消除应力，降低硬度，提高韧性目的：消除应力，降低硬度，提高韧性、改善可加工性、改善可加工性。工艺：工艺：加热加热Ac1Ac1以上以上保温保温缓慢冷至室温缓慢冷至室温适用范围：适用

19、范围：含含C C量较高的刃具、模具、模具钢的预先热处理。量较高的刃具、模具、模具钢的预先热处理。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理1 1 、退火、退火将工件加热到一定温度并保温，然后再缓慢冷却的一将工件加热到一定温度并保温，然后再缓慢冷却的一种热处理工艺。种热处理工艺。3.3 热处理工艺热处理工艺（掌握每种热处理工艺的目的、加热与冷却工艺、适用范围）（掌握每种热处理工艺的目的、加热与冷却工艺、适用范围）(5) (5) 均匀化退火（均匀化退火（ 扩散退火）扩散退火）主要用于主要用于: :经冷塑性加工，如冷轧、冷冲、冷拔而发生加工硬化经冷塑性加工，如冷轧、冷冲、冷拔而发生加工硬化的钢件。的钢件。目

20、的：消除加工硬化，恢复塑性。目的：消除加工硬化，恢复塑性。工艺：工艺：加热到再结晶温度以上（一加热到再结晶温度以上（一般为般为650 700650 700）保保温温缓慢冷却。缓慢冷却。 (3) (3) 再结晶退火再结晶退火 (4) (4) 低温退火低温退火特点：组织不发生相变特点：组织不发生相变。 主要用于：主要用于：合金钢铸件合金钢铸件目的：消除钢的偏析、提高钢的质量。目的：消除钢的偏析、提高钢的质量。工艺：工艺：加热到加热到1050 11501050 1150保温保温1020h1020h缓慢冷却。缓慢冷却。 目的目的：消除铸件、焊件中的内应力，稳定尺寸。消除铸件、焊件中的内应力，稳定尺寸。

21、工艺：工艺：缓慢加热到缓慢加热到500 650500 650）保温保温缓慢冷却至室缓慢冷却至室温（或缓慢冷却至温（或缓慢冷却至300 200300 200后空冷）后空冷） 。 图图第三章第三章 钢的热处理钢的热处理2 、正火、正火正火正火：是将钢件加热到是将钢件加热到A AC3C3或或A AC Cm m以上以上30305050，保温一定时，保温一定时间后，从炉中取出在空气中冷却，从而得到细片珠光体组织间后，从炉中取出在空气中冷却，从而得到细片珠光体组织. .目的：目的：均匀组织，细化晶粒，均匀组织，细化晶粒，改善可切削性改善可切削性 。作为中碳钢。作为中碳钢的预备热处理的预备热处理 ，减小淬火

22、时的变形、开裂。，减小淬火时的变形、开裂。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 3 3、淬火淬火 将工件加热到相变温度将工件加热到相变温度（Ac3或或Ac1）线）线以上以上, ,保温保温后迅速冷却后迅速冷却的热处理工艺的热处理工艺。 目的：是获得均匀细小的马氏体组织，目的：是获得均匀细小的马氏体组织， 再经随后的再经随后的回回火火处理处理，提高钢的力学性能。提高钢的力学性能。 (3) (3) 钢的淬透性钢的淬透性钢的淬透性钢的淬透性：指钢在淬火后得淬硬层深度的能力指钢在淬火后得淬硬层深度的能力。 钢的钢的淬透性取决于其化学成份淬透性取决于其化学成份。影响淬硬层深度的因素：影响淬硬层深度的因素：钢

23、的化学成份、截面尺寸、钢的化学成份、截面尺寸、冷却介质冷却介质。在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸效应。在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸效应。对于要求耐磨、承受冲击的零件，可选用低淬透性的对于要求耐磨、承受冲击的零件，可选用低淬透性的钢制造。钢制造。对于截面尺寸较大并在动载荷下工作的零件，以及要对于截面尺寸较大并在动载荷下工作的零件，以及要求机械性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。求机械性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。在铸造、锻造、焊接等热加工中需考虑淬透性的影响：在铸造、锻造、焊接等热加工中需考虑淬透性的影响： 淬硬性淬硬性：钢在正常淬火条件下，淬火形成的马氏体

24、所能达：钢在正常淬火条件下，淬火形成的马氏体所能达到的最高硬度。到的最高硬度。淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳的过饱和淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳的过饱和度就越大，硬度越高。度就越大，硬度越高。 区分区分淬透性淬透性与淬硬性：与淬硬性：4 4回火回火 将淬火后获得马氏体组织的钢重新加热到将淬火后获得马氏体组织的钢重新加热到A AC1C1以下以下的某一温度，经保温后缓慢冷却到室温这一热处理过程。的某一温度，经保温后缓慢冷却到室温这一热处理过程。 淬火钢不经过回火一般不能直接使用。淬火钢不经过回火一般不能直接使用。 目的：消除淬火产生的内应力，稳定工件尺寸，降低脆目的：消除

25、淬火产生的内应力，稳定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。对某些高淬透性的合金钢，性，改善切削加工性能。对某些高淬透性的合金钢，可降低硬度，以利加工。可降低硬度，以利加工。力学性能：力学性能：随着回火温度的升高，硬度、强度下降，塑随着回火温度的升高，硬度、强度下降，塑性韧性升高。性韧性升高。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理回火转变产物的组织与性能回火转变产物的组织与性能 淬火钢回火后的组织有：淬火钢回火后的组织有： 回火马氏体回火马氏体 回火回火托托氏体氏体 回火索氏体回火索氏体 (3) (3) 回火分类和应用回火分类和应用 低温回火（低温回火（150150250250），），目的：是目的

26、：是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度和耐降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。磨性。 中温回火（中温回火（350350500500），），目的：是使钢获得高弹性，目的：是使钢获得高弹性，并保持较高硬度和一定的韧性。并保持较高硬度和一定的韧性。 高温回火（高温回火（500500650650）, ,可达硬度：可达硬度： 2035HRC，目的：具有适当的强度，高塑性和韧性等综合性能。目的：具有适当的强度，高塑性和韧性等综合性能。 习惯上将淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理，习惯上将淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理，简称简称“调质调质”。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、

27、。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮等齿轮等, ,以提高零件的综合力学性能。以提高零件的综合力学性能。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。热处理工艺。目的：目的：采用表面热处理可以获得表面高硬度和心部高韧性。采用表面热处理可以获得表面高硬度和心部高韧性。表面热处理分为表面热处理分为表面淬火表面淬火和和化学热处理化学热处理两大类。两大类。3.4 表面热处理表面热处理3.4.1 表面淬火表面淬火 表面淬火的特点是快速加热，使工件要求淬硬的表面迅速升至淬表面淬火的特点是快速加热，使工件要求淬硬的表面迅速升至淬火温度，而心部仍保持火温度，而心部仍保持A AC1C1以下温度，再迅速冷却，结果工件表面层被以下温度，再迅速冷却，结果工件表面层被淬硬为马氏体组