钢热处理、工程塑料与复合材料

上课情况记录上课时间：

2013年4月25日，第九周，星期4，第一、二节。上课班级：

13级加工班上课人数：

16人，3人训练篮球。复习回顾1、铸铁。2、碳素钢、合金钢。3、铝及铝合金。4、铜及铜合金。§1－4钢的热处理

钢的热处理目的是提高工件的力学性能，满足使用条件，延长使用寿命。热处理的方法简单、方便、效果好，要求的设备也不复杂，所以具备较高的使用价值，应用很广。热处理的方法分为普通热处理，表面热处理和化学热处理三种。

§1－4钢的热处理一、普通热处理普通热处理有“四火”——退火、正火、淬火、回火。1、退火与正火共同点都是将钢加热到一定的温度，如45钢加热温度到820℃。但冷却的方式不同，退火是采用缓慢冷却，如埋入沙、灰中或随炉温逐渐冷却，以消内部应力；正火是将工件暴露在空气中冷却。相比之下，正火冷却的速度要快，目的是要得到细化的组织结构，工件的硬度和强度较退火处理高，一般正火适用于提高低碳钢的硬度。§1－4钢的热处理

2、淬火

目的是提高材料的硬度和强度，只能适用于中碳钢或高碳钢工件。如45钢加热到830℃左右，快速放入水、油或盐溶液中冷却，使工件的温度快速冷却而得到较高的硬度、强度，是一种常用的重要的热处理方法。钢中含碳质量分数的高低，决定了淬火后工件的硬度大小，含碳质量分数越高，淬火后的硬度越大。但是如果淬火温度过高，将会使工件产生裂纹。§1－4钢的热处理3、回火

消除淬火时产生的内应力——将淬火钢件重新加热到临界点以下的某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺。按回火温度分成三个：（1）低温回火150～250度。回火后基本保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，淬火内应力有所降低。主要用于要求高硬度，高耐磨性的刃具、冷作模具、量具和滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面淬火的零件。§1－4钢的热处理（2）中温回火250～500度。回火后具有高的弹性极限和一定的韧性，淬火内应力基本消除。常用于各种弹簧和模具热处理。（3）高温回火500～650度。回火后具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。广泛用于汽车、机床等承受较大载荷的结构零件，如连杆、齿轮、轴类、高强度螺栓等。淬火后高温回火称为调质，是合金钢常用的一种提高材料力学性能的有效方法。§1－4钢的热处理二、钢的表面热处理

表面热处理仅处理工件表面，对工件的芯部不作处理，保持其原来的特性。一般应用在工件表面需要具有较高的硬度，而芯部又要有较高的韧性，如齿轮传动的齿面要求硬度高，有很好的耐磨性，而齿根和齿轮芯部要有较好的韧性，可以承受较大的抗弯曲能力。齿轮的材料常选用45钢，对齿面进行表面热处理。如果选用低碳合金钢表面渗碳处理，提高齿面的含碳质量分数后再做表面处理是最好的选择。如矿山用的大型载重汽车为了提高齿轮芯部的韧性，采用20CrMnTi低碳合金钢先作渗碳，后表面淬火的工艺。§1－4钢的热处理1、火焰加热淬火设备简单，但受热不匀，生产效率低，质量不稳定§1－4钢的热处理2、高频加热淬火效率高、质量稳定。在几秒钟内齿面迅速加热到淬火温度，后均匀喷洒冷却水使表面硬度达到预定值。如铁道钢轨两端表面的淬火§1－4钢的热处理3、表面化学处理通过改变化学成分来处理工件表面的方法，如渗碳、氮化、发黑或发蓝，起到防锈的效果。表面化学处理的深度较小，如渗碳6小时左右，才能达到0.2mm的深度。渗碳需要有专用的渗碳炉，工艺较为复杂，所需的时间较长。氮化的方法与渗碳相似，只是参与化学处理的元素不同而已。在表面处理中，渗碳比氮化应用较广。§1－5非金属材料

在工业上应用很广，可代替金属材料，常见的非金属材料有工程塑料、复合材料和新型材料等。一、工程塑料在许多结构形状复杂的零件中，工程塑料应用最多，工程塑料具有重量轻，可制作成各种形状，且用模具大量成批生产、价格低廉等优点。如汽车零件中，有10%的零件是用工程塑料制成的。在日常生活中也离不开工程塑料的应用，如手机、电脑、电话、灯具等。工程塑料的名称较难记忆，应了解常用代号，如PE（取聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚笨乙烯）PP（聚丙烯）ABS（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物）、PA（聚酰胺）、PC（聚碳酸酯）、PTEE或F—4（聚四氟乙烯）、PF（酚醛塑料）、尼龙等都是比较常用的。§1－5非金属材料一、工程塑料如：PE（取聚乙烯）—制造薄膜。

PVC（聚氯乙烯）—硬质板或管。

PS（聚笨乙烯）—做泡沫材料，接线盒和开关等。

PP（聚丙烯）—唯一能经受高温消毒的产品。

ABS（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物）—坚韧、质硬且刚性，在机械、电器和汽车中有广泛应用。

PA（聚酰胺）—尼龙或锦纶，代替有色金属。

PC（聚碳酸酯）—透明度高，应用机械、电信等。

PTEE或F—4（聚四氟乙烯）—不受任何化学药品的腐蚀。用于化工管道等。

PF（酚醛塑料）—用于高频绝缘件。§1－5非金属材料

二、复合材料复合材料是多种材料复合而成，如建筑上用的复合钢板，外表面是喷涂的钢板，里面是一层很厚的保温层；可随意弯曲的铝塑管、铝塑板等。复合材料将各种材料的优点集合成一体，如铝塑管作自来水管，其内壁光滑，铝材料不与水形成污垢，可延长水管的使用寿命，同时容易弯曲，便于安装。复合材料的许多优点是单一材料所没有的，如用丁基复合橡胶制作的内胎可以保持三个月以上不用加气，而天然橡胶制成的内胎只能使用10天左右，就得补充气体。所以复合材料的应用越来越广。§1－5非金属材料

二、复合材料1、纤维增强树脂基复合材料：又称玻璃钢，用于各种机器的护罩、仪表、管道等。§1－5非金属材料

二、复合材料2、碳纤维—树脂复合材料：性能优于玻璃钢，密度小，强度高，抗疲劳性和耐冲击性、耐蚀和耐热性好。主要用于运动器材。§1－5非金属材料

二、复合材料3、有机纤维—树脂复合材料：主要用于防弹衣、飞机机身、轻型舰船等。§1－5非金属材料

二、复合材料4、叠层或夹层复合材料：应用于耐磨、耐蚀、绝热隔声等特殊功能。§4－6非金属材料三、新型工程材料新型工程材料的开发与应用，推动了科学的发展与进步，如半导体元件的发明与应用，使人们进入了电脑的时代。新型材料的发明和应用，将推动了科学技术的快速发展。

1、形状记忆合金如形状记忆合金弹簧

2、纳米材料如纳米领带纳米隔热玻璃§4－6非金属材料3、超导材料如磁悬浮列车§1－6材料选择及应用

正确选择材料，既能够满足使用条件的要求，又能达到节约成本，取得较好经济效益的目的。通常从以下几个方面为出发点来选择材料。

一、零件的失效形式保证零件的使用寿命不发生失效是选择材料的依据之一，要从零件使用中可能出现的失效形式来考虑选择相适应的材料。

1、断裂

增大零件的外形尺寸或更换材料以提高强度。

2、过度变形提高轴的刚度，加大外径或采用空心轴的方法，既不增加自重，又提高刚度；用合金钢热处理代替低碳钢等。

3、表面损伤提高表面硬度，抵抗表面损伤和磨损，采用表面淬火。§1－6材料选择及应用

二、选材的原则、方法和步骤

1、选材的原则（1）满足使用性能（2）兼顾