第一章机械工程材料及热处理

第一章机械工程材料及热处理2023/12/28第一章机械工程材料及热处理第一节金属材料的性能

引言：1.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、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、热加工和热处理的性能2.力学性能(又称机械性能)

包括铸造性能、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等。

指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。2第一章机械工程材料及热处理一．强度与塑性１、材料的拉伸曲线（1）、oe段：直线、弹性变性（2）、es段：曲线、弹性变形+塑性变形（5）、b点：出现缩颈现象，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。（3）、ss’段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。（4）、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变形S’材料拉伸实验3第一章机械工程材料及热处理圆形拉伸试样拉伸实验4第一章机械工程材料及热处理强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。２、强度的指标（2）、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）、屈服点σb=

Fb/S0

当材料的内应力σ＞σb时，材料将产生断裂。σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。符号：σs材料产生屈服现象时的最小应力σs=Fs/S0

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强度与塑性5第一章机械工程材料及热处理３、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。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。（1）、断后伸长率（2）、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。δ=(L1-L)/Lx100%L:标距（本实验L=100）

L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。Ψ=(A0-A1)/A0x100%A0:试件原横截面积。

A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。

§1-1强度与塑性6第一章机械工程材料及热处理二．硬度引言：1、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有关。2、硬度的测试方法（1）布氏硬度HBS或HBW（2）洛氏硬度HR（3）维氏硬度HV一般来说，硬度越高，耐磨性越好，强度也较高7第一章机械工程材料及热处理（1）、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理: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，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。１、布氏硬度布氏硬度计布氏硬度试验原理图

8第一章机械工程材料及热处理（2）、布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。如：120HBS500HBW（3）、优缺点①.测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）②.可测的硬度值不高③.不测试成品与薄件④.测量费时，效率低(4)、测量范围

用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.9第一章机械工程材料及热处理(1)、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）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，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种压痕硬度试验。

2、洛氏硬度洛氏硬度测量原理图

洛氏硬度计

10第一章机械工程材料及热处理(2)、洛氏硬度值用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC一般淬火钢件(3)、优缺点HRB软钢、退火钢、铜合金①试验简单、方便、迅速HRA硬质合金、表面淬火钢②压痕小，可测成品，薄件③数据不够准确，应测三点取平均值④不应测组织不均匀材料，如铸铁。(4)、测量范围

用于测量淬火钢、硬质合金等材料.11第一章机械工程材料及热处理(1)、维氏硬度试验原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d，进而算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力。(2)、维氏硬度值

用压痕表面积上的平均压力表示。如：640HV。

(4)、测量范围

常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3、维氏硬度(3)、优缺点①测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）②可测成品与薄件

③试样表面要求高，费工。12第一章机械工程材料及热处理一、钢铁材料的生产过程铁矿石生铁钢锭型材

铸铁轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法1、生铁的冶炼原料：铁矿石燃料：焦炭熔剂：石灰石设备：高炉2、钢的冶炼原料：生铁、废钢燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：电弧炉（钢板、型钢、钢管）第二节钢13第一章机械工程材料及热处理电弧炉14第一章机械工程材料及热处理二．钢的分类与编号钢碳素钢低合金钢（<5%）合金钢:中合金钢（5~10%）(按合金元素总量分)高合金钢（>10%）（1）按含碳量分低碳钢0.0218%<C<0.25%中碳钢0.25%<C<0.6%高碳钢0.6%<C<2.11%（2）按质量和用途分碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢易切削结构钢铸钢１、钢的分类15第一章机械工程材料及热处理２、钢的牌号及其应用（1）、碳素结构钢：牌号：Q+屈服点数值＋质量等级符号＋脱氧方法符号例如：Q195，Q275等。用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。（2）、优质碳素结构钢：牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的万倍。例如：08F，20，45，60等。用途：用作各种较重要的机器零件如：齿轮、主轴等。16第一章机械工程材料及热处理（3）、碳素工具钢牌号：用“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的千倍。如：T8，T9等。

T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。用途：用来制作各种刀具、量具和模具。（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,表示易切削结构钢，其平均含碳量为0.2%。

（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：ZG230-450。牌号意义：ZG屈服点－抗拉强度17第一章机械工程材料及热处理三．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。18第一章机械工程材料及热处理第三节合金钢

1、合金元素对钢性能的影响一概述（1）提高了钢的力学性能（2）提高了钢的淬透性（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。19第一章机械工程材料及热处理2、合金钢的分类与牌号合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢：机器合金结构钢

：工程合金结构钢

：普通低合金结构钢

不锈钢、耐热钢、耐磨钢合金刃具钢：

合金弹簧钢、合金渗碳钢合金调质钢、合金轴承钢合金模具钢

：

合金量具钢：

低合金刃具钢、高合金刃具钢、高速钢冷作模具钢、热作模具钢

没有专用钢种.20第一章机械工程材料及热处理1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，…）合金工具钢特殊钢一位数字+元素符号+数字平均含碳量的千分数（≥1%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、合金钢的牌号例如：

9SiCr,Cr12,5CrMnMo高速钢：W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2例如：60Si2Mn,09Mn2,40Cr等。21第一章机械工程材料及热处理特殊用途钢：滚动轴承钢——牌号前加“G”（滚）

（GCr15——含Cr量的千分数）高级优质钢：牌号后加“A”

注意与碳素结构钢的质量等级符号区别！22第一章机械工程材料及热处理二、合金结构钢1、普通低合金结构钢

低碳，合金含量小于3%。主加元素为Mn其强化了铁素体，提高了强度；V，Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn为最广。船舶桥梁23第一章机械工程材料及热处理2、合金渗碳钢

含碳量为0.1%--0.2%,以保证心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、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。变速齿轮拨叉常用的牌号有20Cr、20CrTiMn、18Cr2Ni4WA。24第一章机械工程材料及热处理3、合金调质钢

含碳量为0.25%--0.5%,主加元素为Cr、Mn、Si、Ni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）

25第一章机械工程材料及热处理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%--0.7%,主加元素为Cr、Mn、Si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和弹性元件。

拉力弹簧

离合器弹簧

（常用弹簧钢）

26第一章机械工程材料及热处理5、滚动轴承钢

主要用来制造滚动轴承的滚动体（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%，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%。高碳低铬。如：GCr15(滚珠轴承钢)

表示铬含量的千倍27第一章机械工程材料及热处理三、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、合金刃具钢

用途：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、丝锥、钻头等。

性能：（1）高硬度，60HRC以上；（2）高的耐磨性；（3）高热硬性；（4）足够的塑性和韧性。铣刀英制模板刀28第一章机械工程材料及热处理合金刃具钢的种类及牌号

(1)低合金刃具钢(2)高速钢

最高工作温度不超过300℃。

①高碳：碳质量分数为0.9%--1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。

②Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si还能提高钢的回火稳定性；

W、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。

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600℃时，其硬度无明显下降。

①高碳：碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右，

②加入Cr、W、Mo、V等合金元素：

Cr提高淬透性。

W、Mo保证高的热硬性。

V提高耐磨性，细化晶粒。

（如：9SiCr、9Mn2V）（如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2

）常用合金刃具钢和高速钢

29第一章机械工程材料及热处理2、合金量具钢

用途：量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。性能要求：(1)高硬度（大于56HRC）和高耐磨性；

(2)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

游标卡尺千分尺30第一章机械工程材料及热处理量具用钢的选用举例

量具钢号平样板或卡板10、20或50、55、60、60Mn、65Mn一般量规与块规T10A、T12A、9SiCr高精度量规与块规Cr（刃具钢）、CrMn高精度且形状复杂的量规与块规CrWMn(低变形钢)抗蚀量具4Cr13,9Cr18(不锈钢)31第一章机械工程材料及热处理3、合金模具钢合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。

冷作模具钢

用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200℃～300℃。热作模具钢如：9Mn2V、CrWMn

用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600℃以上。如：5CrMnMo、5CrNiMo

性能要求：①高硬度，58～62HRC;②高耐磨性;③足够的韧性和疲劳抗力32第一章机械工程材料及热处理四、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高合金钢.它主要包括不锈钢,耐磨钢等.1、不锈钢

能抵抗大气,酸,碱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。

根据不锈钢室温下组织的不同,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

33第一章机械工程材料及热处理马氏体型不锈钢

如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13

不锈钢船用螺旋桨不锈钢剪刀含碳为0.1%--0.4%,含铬为12%--13%.主要用于力学性能要求较高,耐蚀性要求较低的零件.如:34第一章机械工程材料及热处理铁素体型不锈钢

这类钢的铬质量分数为17%～30%，碳质量分数低于0.15%.主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道等。

奥氏体型不锈钢

这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低（约0.1%），耐蚀性很好，但切削加工性较差。

如：1Cr17、1Cr17Ti等如：0Cr18Ni9,1Cr18Ni9等35第一章机械工程材料及热处理2、耐磨钢

（就是高锰钢如:ZGMn13—铸钢）

履带

铁轨分道叉

破碎机颚板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：36第一章机械工程材料及热处理第四节铸铁

引言:1、何为铸铁？铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。

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，是工程上最常用的金属材料之一。

箱体启动阀37第一章机械工程材料及热处理2、铸铁分几类？根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：（1）白口铸铁（2）灰口铸铁（3）麻口铸铁C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。

C的存在形式：石墨+渗碳体，断口为黑白色。灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。性能：脆性大，很少使用。38第一章机械工程材料及热处理根据石墨（G）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、灰口铸铁的种类39第一章机械工程材料及热处理一普通灰铸铁１、灰铸铁的组织灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体+珠光体)+石墨三种基本组织。F+片状石墨（F+P）+片状石墨P+片状石墨40第一章机械工程材料及热处理

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，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。２、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和结构，如机座、机床床身、滑动轴承等。叶轮

发动机飞轮

41第一章机械工程材料及热处理３、灰铸铁的牌号HT+三位数字，数字表示最低抗拉强度。４、灰铸铁的热处理如：HT150，HT200，HT250

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。通常对其进行热处理的方法和目的是：（1）、消除内应力退火（2）、高温退火：消除白口组织（3）、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。42第一章机械工程材料及热处理二可锻铸铁１、生产方法：先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行高温石墨化退火,使渗碳体分解得到团絮状石墨。２、可锻铸铁的组织可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。

43第一章机械工程材料及热处理３、可锻铸铁的牌号４、可锻铸铁的性能及应用可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。可锻铸铁不可锻。铁素体可锻铸铁以“KT”表示，珠光体可锻铸铁以“KTZ”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。

如：KT350-10、KTZ600-3可锻铸铁的牌号和机械性能

44第一章机械工程材料及热处理三球墨铸铁１、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墨,得到球墨铸铁.２、球墨铸铁的组织45第一章机械工程材料及热处理３、球墨铸铁的牌号４、球墨铸铁的用途和机械性能

用“QT”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:

机械性能

牌号基体

b

MPa

0.2

MPa

%ak

kJ/m2HB应用举例QT400-17铁素体40025017600≤179汽车、拖拉机床底盘零件；16-64大气压阀门的阀体、阀盖QT420-10铁素体42027010300≤207QT500-5铁素体+球光体5003505－147～241机油泵齿轮QT600-2球光体6004202－2297～302柴油机、汽油机曲轴；磨床、铣床、车床的主轴；空压机、冷冻机缸体、缸套QT700-2球光体7004902－2297～302QT800-2球光体8005602－2417～32146第一章机械工程材料及热处理６、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σb

MPa

%ak

kJ/m2

HB调质:980℃退火后,900℃油淬+580℃回火回火索氏体+石墨

800～1000

1.7～2.7

260～320

240～340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

317～321

５、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。球墨铸铁管道接口

47第一章机械工程材料及热处理四蠕墨铸铁

１、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，其方法与程序与球墨铸铁基本相同。

２、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，其石墨片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。48第一章机械工程材料及热处理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样的良好的铸造性能和导热性。

３、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用

蠕墨铸铁以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。

RuT300、RuT420

如：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。

牌号：性能：应用：排气管

进气管

49第一章机械工程材料及热处理五特殊性能铸铁

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金铸铁。

1、耐磨铸铁（加铬）2、耐热铸铁

（Al、Si、Cr

）扇形扩散器托架衬板弯管50第一章机械工程材料及热处理第五节、有色金属及硬质合金一、有色金属

黑色金属以外其他的金属1、铝及铝合金

①、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，σb＝80~100MPa能承受各种冷、热加工处理代表牌号主要有：L1、L2、L3、L4、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。51第一章机械工程材料及热处理②、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LF5、LF21等，用于焊接油箱、油管、焊条、铆钉等。硬铝强度较高，耐蚀性较差．常用的牌号用LY1、LY11、LY12等，用于中、高等强度结构件。超硬铝

强度高，耐蚀性差．常用的牌号用LＣ４、LＣ６等，用于受力构件，如飞机大梁、起落架等。锻铝强度与硬铝相当，有良好的锻造性能，常用的牌号用LＤ５、LＤ１０等。主要用于形状复杂的锻件。

52第一章机械工程材料及热处理常用的铸造铝合金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ＺＡlSi12（简单硅铝明）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。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。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。53第一章机械工程材料及热处理2、铜及铜合金

①、工业纯铜

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8.96g/cm3,熔点为1083℃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。在大气和淡水中具有良好的耐腐蚀性．纯铜的强度不高（σb＝200~240MPa），硬度较低，不宜作结构材料。

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。54第一章机械工程材料及热处理②、铜合金

按化学成分分，可分为黄铜、青铜、白铜三大类黄铜是铜与锌的合金，常用牌号有H68、H70、H80等，主要用作弹壳和精密仪器。白铜是铜与镍的合金。青铜是除了黄铜和白铜外的其他所有铜基合金(1)锡青铜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：QSn4-355第一章机械工程材料及热处理(２)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.(３)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。56第一章机械工程材料及热处理3、轴承合金

用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金。①、锡基轴承合金又称锡基巴氏合金，是Sn-Sb-Cu系合金。由美国人巴比特发明而得名。因其呈白色，又称白合金。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、涡轮机中的高速轴承。

57第一章机械工程材料及热处理又称铅基巴氏合金，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℃②、铅基轴承合金58第一章机械工程材料及热处理二、硬质合金1.组成用高硬度、高熔点的金属碳化物和金属粘结剂(如Co、Ni、Mo等)，经过高压成形，并在1500℃左右的高温下烧结而成的粉末治金材料。2.性能硬质合金的硬度高达89—95HRA，耐磨性很好，耐热性可达800—1000℃缺点是抗弯强度低、脆性大、怕振动、怕冲击、制造工艺性差。59第一章机械工程材料及热处理3.硬质合金的分类、牌号钨钴类硬质合金(YG)钨钛钴类硬质合金(YT)钨钽(铌)钻类硬质合金(YA)钨钛钽(铌)钴类硬类硬质合金(YW)碳化钛基硬质合金(YN)4.硬质合金的应用主要用于制造高速切削刀具60第一章机械工程材料及热处理一．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61第一章机械工程材料及热处理（２）塑料的特性密度小，仅为钢铁的1/8~1/4．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62第一章机械工程材料及热处理

①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)

（３）塑料的分类63第一章机械工程材料及热处理

②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

64第一章机械工程材料及热处理二．橡胶

天然橡胶与合成橡胶高聚物的弹性体

橡胶工业的发展历史

十五世纪，哥伦布的发现擦子(rubber)1839年，美国人古德伊尔(CharlesGoodyear)偶然将天然橡胶进行了硫化1845年，英国工程师R．W．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1890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，1895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。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，各国竞相研制合成橡胶。

65第一章机械工程材料及热处理(2)特性

①具有高弹性；有良好的耐磨性、隔音性、阻尼性和绝缘性等。②温度敏感性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。

橡胶制品通常只有硫化后才能使用。(3)常用的合成橡胶有：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(4)用途：制造轮胎、胶板、胶布、胶鞋、胶管、密封圈、粘合剂及有机涂料等66第一章机械工程材料及热处理三．陶瓷材料

（1）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各相的组成、数量、几何形状和分布情况等。

（2）陶瓷材料的性能特点

①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。②化学稳定性好，有良好的抗氧化能力。③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之一67第一章机械工程材料及热处理（3）常用陶瓷材料

④氮化硼陶瓷

由BN粉末经冷压或热压烧结而成特点：具有良好的化学稳定性、耐热性和机械加工性工业应用：冶炼用的坩埚、器皿、管道、半导体容器和各种散热绝缘件立方氮化硼用作磨料及金属切削刀片①普通陶瓷

粘土类陶瓷特点：质地坚硬，绝缘性、耐蚀性、工艺性好，可耐1200℃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，有时也可作承载要求较低的结构零件②氧化铝陶瓷

以Al2O3为主要成分,强度比普通陶瓷高3~6倍。工业应用：高温测温热电偶绝缘套管、耐磨、耐蚀用水泵，拉丝模及切削淬火钢的刀片等③氮化硅陶瓷

将硅粉经反应烧结或将Si3N4经热压烧结而成工业应用：燃气轮机转子叶片、转子发动机刮片和切削加工用的刀片等68第一章机械工程材料及热处理第七节、钢的热处理一概述2、热处理的概念

将固态钢材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、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曲线示意图69第一章机械工程材料及热处理3、热处理的目的

（1）提高钢的力学性能（2）改善钢的工艺性能4、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70第一章机械工程材料及热处理普通热处理感应加热火焰加热电接触加热激光加热渗碳渗氮碳氮共渗渗金属表面热处理热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理5、热处理的分类71第一章机械工程材料及热处理二钢的热处理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72第一章机械工程材料及热处理1、铁碳合金的基本组织（1）、铁素体（F）：碳与α-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γ-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Fe3C组成的机械混合物。性能---硬度高，塑性差。铁碳合金73第一章机械工程材料及热处理2、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74第一章机械工程材料及热处理铁碳合金75第一章机械工程材料及热处理铁碳相图分析（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铸铁铁碳合金76第一章机械工程材料及热处理纯铁的冷却曲线和晶格变化

77第一章机械工程材料及热处理（3）、特性点A点：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γ-Fe中最大溶解度1148℃P点：C在α-Fe中最大溶解度727℃Q点：600℃时C在α-Fe中最大溶解度铁碳合金78第一章机械工程材料及热处理（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Fe3C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。铁碳合金79第一章机械工程材料及热处理3.铁碳相图的应用(1)、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，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。(2)、判断切削加工性能低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。(3)、制定热加工工艺在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。(4)、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，可以进行热处理，并且可以正确选择加热温度。铁碳合金80第一章机械工程材料及热处理热处理的理论依据钢的热处理81第一章机械工程材料及热处理三、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，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、钢的退火钢的热处理82第一章机械工程材料及热处理（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。完全退火①、定义：将钢加热Ac3以上30~50ºC,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到500ºC以下，出炉空冷。②、目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。③、适用范围：亚共析钢型材。钢的热处理83第一章机械工程材料及热处理

球化退火

①、定义：将钢加热到Ac1以上20~30

ºC,保温后随炉缓冷至600ºC，出炉空冷。

②、目的：降低硬度、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84第一章机械工程材料及热处理（3）去应力退火

①、定义：将钢加热到500--600

ºC,保温后随炉缓冷至200--300ºC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85第一章机械工程材料及热处理2、钢的正火（1）、概念：

将钢件加热到Ac3或Accm线以上30~50ºC，保温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。（2）、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。钢的热处理86第一章机械工程材料及热处理退火与正火的加热温度范围钢的热处理A3A1Acm87第一章机械工程材料及热处理四钢的淬火与回火（2）、目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。（1）、概念：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。获得马氏体＋细粒状渗碳体1、钢的淬火钢的热处理88第一章机械工程材料及热处理（3）、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水等。

为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如图所示。（4）.淬火方法:钢的热处理89第一章机械工程材料及热处理淬火方法：（1）单液淬火：将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。

特点：操作简单，容易实现自动化。应用：形状简单的工件

（2）双液淬火：先水后油，或先油后空气。特点：可防止变形与开裂。

应用：中等形状复杂的工件

（3）分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再空冷。特点：有效减小内应力，防止变形与开裂；但只适于小尺寸工件。应用：形状复杂，小型的碳钢和合金钢工件钢的热处理90第一章机械工程材料及热处理2、钢的回火（1）、回火的概念：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺。（2）、回火的目的：

降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。钢的热处理91第一章机械工程材料及热处理（3）、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150ºC~250ºC

中温回火：350ºC~500ºC

高温回火：500ºC~650ºC

钢的热处理92第一章机