机制机构分析与使用3

§2-2

钢的热处理及常用非金属材料1、热处理的概念2、热处理的目的

钢的热处理是指钢在固态下采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺。（1）提高钢的力学性能（2）改善钢的工艺性能零件经适当热处理后，可以提高强度和硬度，增强耐磨性或改善塑性，切削加工性等。一、钢的热处理根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：（1）普通（整体）热处理（2）表面热处理表面淬火、化学热处理退火、正火、淬火、回火3、热处理种类4、热处理的基本过程无论何种热处理工艺，其基本过程是加热、保温和冷却。如图2-1所示。图2-1热处理工艺曲线概念：将钢加热到适当温度，（高于或低于临界温度，临界温度即使材料发生组织转变的温度），保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。目的：

1）降低硬度，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。1、钢的退火普通（整体）热处理2、钢的正火概念：将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。目的：

1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加工性能；

2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理；

3）对高碳钢，可为球化退火作准备。3、钢的淬火目的：提高零件的硬度和耐磨性概念：淬火是将工件加热到某一温度，保持一定时间，在水中或油中快速冷却的热处理工艺。它是强化钢的最主要方法。

淬火后的零件塑性和韧性下降，并产生了内应力。因此为改善零件的性能，消除内应力淬火后的零件应及时回火。4、钢的回火概念：钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。目的：（1）减少或消除淬火内应力；（2）稳定组织，稳定尺寸；（3）降低脆性、获得所需要的力学性能；（4）高温回火，降低硬度，便于切削加工。钢的表面热处理仅对工件表层进行热处理以改变组织和性能的工艺称表面热处理。为了兼顾零件表面和心部两种不同性能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法。

常用的表面热处理工艺有表面淬火和表面化学热处理两种。

1、表面淬火概念：指仅改变钢的表层组织的局部热处理工艺。种类（1）感应加热表面淬火：

用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含C0.4%~0.5%的中碳钢和中碳合金钢，如40Cr。感应加热进入工件表层的深度主要取决于电流频率，电流频率越高，电流透入深度越小，工件加热层越薄，淬硬层越浅。火焰淬火是利用可燃气火焰（如氧—乙炔、氧-煤气）使工件表面、局部或整体加热并快速冷却（喷水冷却）的淬火工艺。火焰淬火的淬硬层深度一般为2mm～6mm，无需特殊设备，操作简单，工艺灵活，淬火成本较低。但火焰淬火的加热温度和淬硬层深度不容易控制，质量不稳定。所以，火焰淬火只用于中碳钢、中碳合金钢、铸铁、镀件等单件、小批量生产以及大型工件（如大模数齿轮、大轴轴颈、锤子等）的表面淬火。（2）火焰加热表面淬火2、化学热处理

概念：化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理。化学热处理的过程也是加热→保温→冷却的三个阶段，其不同的是在一定介质中保温。

分类：有渗碳、渗氮(氮化)、渗硼、渗金属、碳氮共渗及多元共渗等等。组成：化学热处理通常都是由分解、吸附和扩散三个基本过程组成的。

热处理常用加热设备

热处理中常用的加热设备主要有加热炉、测温仪表、冷却设备和硬度计等。其中加热炉有很多种，常用电阻炉和盐浴炉。

1.电阻炉

电阻炉是利用电流通过电热元件（如金属电阻丝，SiC棒等）产生的热量来加热工件。

2.盐溶炉

盐浴炉是用熔融盐作为加热介质（即工件放入熔融的盐中加热）的加热炉。使用较多的是电极式盐浴炉和外热式盐浴炉。盐浴炉常用的盐为氯化钡、氯化钠、硝酸钾和硝酸钠。由于工件加热是在熔融盐中进行，与空气隔开，工件的氧化、脱碳少，加热质量高，且加热速度快而均匀。

二、常用非金属材料非金属材料无机非金属材料（陶瓷）复合材料（钢筋混凝土、轮胎）有机高分子材料塑料橡胶纤维粘结剂除金属材料以外的一切工程材料统称为非金属材料。高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是指相对分子质量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有机高分子化合物和无机高分子化合物两类。有机高分子化合物又分为天然的和合成的。机械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有机高分子聚合物（简称高聚物），例如塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料和胶接剂等。1、高分子材料（1）塑料塑料的组成：塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。塑料的分类：按使用范围分通用塑料工程塑料耐热塑料热塑性塑料热固性塑料按合成树脂的热性能分①聚乙烯(PE)

按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、瓶等。低压聚乙烯质地坚硬，耐磨性、耐蚀性、绝缘性好，适宜制作化工用管道、槽，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承等；又因其无毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。②聚氯乙烯(PVC)

分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在－15～60℃温度范围使用，用于化工耐蚀的结构材料，如输油管、容器、离心泵、阀门管件等，用途很广。软质聚氯乙烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好，在－15～60℃的温度范围使用。用于电线、电缆的绝缘包皮，农用薄膜，工业包装等。因其有毒，不能包装食品。③聚丙烯(PP)

密度小，是常用塑料中最轻的一种。度、硬度、刚性、耐热性均高于低压聚乙烯，可在120℃以下长期工作。绝缘性好，且不受湿度影响，无毒无味，但低温脆性大，不耐磨，易老化，用于一般机械零件，如齿轮、耐蚀件（如泵叶轮、化工管道、容器）；绝缘件；电视机、收音机、电扇、电机罩等壳体；生活用具，医疗器械，食品和药品包装等。④聚酰胺(PA)

俗称尼龙或锦纶。强度、韧性、耐磨、耐蚀性、吸振性、自润滑性、成形性好，摩擦系数小，无毒无味，可在100℃以下使用。蠕变值大，导热性差，吸水性高，成形收缩率大。常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等。用于制造耐磨、耐蚀的某些承载和传动零件，如轴承、机床导轨、齿轮、螺母及一些小型零件。也可用于制作高压耐油密封圈，或喷涂在金属表面作防腐、耐磨涂层，应用较广。2、橡胶

以生胶为基础加入适量的配合剂制成的高分子材料。天然橡胶（主要成分异戊二烯）合成橡胶（丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶等）种类：按生料原料来源按应用范围通用橡胶特种橡胶应用：密封件、减振防振件、传动件、轮胎、绝缘件等。特点：在使用温度范围内处于高弹状态；具有优良的伸缩性和积储能量的能力；具有良好的耐磨性、隔音性和绝缘性。3、粘结剂

在胶接过程中，用以产生粘合力的物质。胶接：借助于一种物质在固体表面产生的粘合力将材料牢固地连接在一起的方法。胶接的特点：接头处的应力分布均匀，可以减轻结构重量，适应性强，可以粘结各种材料，操作简单，成本低。2、无机非金属材料陶瓷材料各种无机非金属材料的通称，同金属材料、高分子材料一起被称为三大固体工程材料。陶瓷材料的基本性能：（1）力学性能：与金属材料相比，具有很高的弹性模量和硬度，抗压强度较高；脆性较大，韧性较低，抗拉强度很低。（2）热性能：熔点高，抗蠕变能力强，耐热性好，热硬性达1000℃以上，是优良的绝热材料；抗急冷急热性能差。（3）化学性能：组织结构非常稳定，具有很好的抗氧化、抗酸、碱、盐及熔融金属的侵蚀能力。（4）电性能：大多数是绝缘体，少数具有导电的特种陶瓷（氧化物半导体）。陶瓷材料的分类及应用按原料和用途普通陶瓷特种陶瓷（1）普通陶瓷以天然的硅酸盐矿物（粘土、长石、石英等）为原料，经加工、成形、烧结而成。应用：日常生活、建筑、卫生、电力及化工等领域（2）特种陶瓷以化工原料（氧化物、氮化物、碳化物）经配料、成形和烧结而制成。根据主要成分分为氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷。氮化化硅

氧化铝陶瓷：熔点高，耐高温，硬度高，绝缘性、耐蚀性优良。广泛用于刀具、内燃机火花塞、坩埚、热电偶的绝缘套。但其脆性大，抗急冷急热性差。氮化化硅

氮化硅陶瓷：抗急冷急热性优良，硬度高化学稳定性好，电缘绝缘性优良，自润滑性、耐磨性好。广泛用于耐磨、耐蚀、耐高温和绝缘的零件，如高温轴承、耐蚀水泵密封环、阀门。3、复合材料有两种以上物理、化学性质不同的材料经人工组合而得到的多相固体材料。组成：基体相（形成几何形状和粘结作用）增强相（提高强度、韧性）特点：不仅具有各组成材料的优点，而且可获得单一材料无法具备的优良综合性能，某些性能指标还要超过各组成材料性能的总和。①以热塑性树脂（尼龙、聚烯烃类、聚苯乙烯类等）为基体相制成的玻璃钢（1）玻璃纤维-树脂复合材料（玻璃钢）：以玻璃纤维及其制品为增强相，树脂为基体。特点：与普通塑料相比，其抗拉强度、抗弯强度和抗疲劳强度提高2-3倍，冲击韧性提高1-4倍，蠕变强度提高2-5倍。应用：轴承、齿轮、仪表盘、空调扇叶、汽车前后灯特点：密度小（钢的1/4-1/6），强度高，耐腐蚀绝缘、绝热性好，成