机械基础 第三版 课件（郁志纯） 模块二 机械零件的材料

机械基础模块二机械零件的材料

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单元一金属材料的性能金属材料及应用金属材料的热处理单元二单元三教学目标一、目标和要求（1）明确机械零件对材料的要求；（2）掌握金属材料的力学性能和工艺性能；（3）了解金属材料的物理和化学性能；二、重点和难点金属材料的力学性能指标第一节金属材料的力学性能第二节金属材料的工艺性能第三节金属材料的物理和化学性能

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案例导入泰坦尼克号(Titanic)：20世纪初，由英国白星航运公司制造的一艘巨大豪华客轮。是当时世界上最大的豪华客轮，被称为是“永不沉没的”或是“梦幻客轮”。但却在1912年4月15日从南安普顿至纽约的处女航中，在北大西洋撞上冰山而沉没，由于缺少足够的救生艇，1500人葬生海底，造成了迄今为止最著名的一次航海事故。在后面对这次事故的分析调查中，技术人员认为，沉船事故与船体使用的材料有很大的关系。首先当时的炼钢技术并不十分成熟，炼出的钢铁在现代的标准根本不能造船，泰坦尼克号上所使用的钢板含有许多化学杂质硫化锌，加上长期浸泡在冰冷的海水中，使得钢板更加脆弱。另外，因为当时还没有焊接技术，所有的船体都是铆钉结构的制造工艺而成的，导致整体刚度增强，但是抗弹性形变的的能力下降，再加上当时正是冬季的北大西洋，温度很低导致金属变脆也有一定的关系。因此，掌握材料的性能和应用，对我们起着至关重要的作用。第一节金属材料的力学性能第二节金属材料的工艺性能第三节金属材料的物理和化学性能

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金属材料的性能金属材料在机械制造中应用最为广泛，为正确、合理地使用金属材料，必须了解金属材料的性能。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。金属材料的使用性能指在使用过程中所表现出来的性能,包括物理性能、化学性能和力学性能。金属的物理性能是金属固有的属性,包括密度、熔点、导电、导热性等;金属的化学性能是在化学介质作用下所表现出来的性能,包括耐腐蚀性、化学稳定性等；金属的力学性能是在外力的作用下所表现出来的性能,包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。金属材料的工艺性能指在材料被加工成零件的难易程度,包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。金属材料的力学性能金属材料在机械制造中应用最为广泛，为正确、合理地使用金属材料，必须了解金属材料的性能。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。金属力学性能是评定金属材料质量的主要依据，也是金属构件设计时选材和强度计算的主要依据。强度1.强度概念强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。载荷是指金属材料所受的外力，静载荷是指载荷大小或方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。金属材料受到载荷作用时，发生几何尺寸和形状的变化称为变形。金属材料的变形可分为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指材料受到载荷作用时产生变形，载荷卸除后恢复原状的变形；而塑性变形则是指材料在载荷作用下发生变形，且当载荷卸除后不能恢复的变形，故也叫永久变形。强度强度是材料的一项重要力学性能指标，当材料承受的载荷超出其强度范围时，其结构将发生破坏，导致机器无法运转，甚至造成严重的事故，如自行车、连杆由于强度不足而发生断裂的现象强度2.拉伸试验金属材料的强度有专门的试验来测定，其中应用最普遍的是拉伸试验，拉伸实验是指用静拉伸力，对试样进行轴向拉伸，通过测量拉伸力和相应的伸长量，测量其力学性能的试验。材料进行拉伸时，需要使用拉伸试验机和特制的试样。常用试验的结构如图，其中，d0表示原始直径，L0表示原始标距长度，d1表示断后直径，L1表示断后标距长度。拉伸前拉伸后强度2.拉伸试验进行拉伸试验时，将试样两端分别固定在拉伸试验机上，逐步增加轴向拉力（又称拉伸力），连续记录拉伸力和试样的伸长量，直至试样被拉断。根据记录的数据，可以绘制拉伸力和伸长量之间的关系曲线，称为拉伸曲线。

低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线中，横坐标表示试样的形变量△L,纵坐标表示拉伸力F强度2.拉伸试验

低碳钢拉伸曲线阶段曲线特征力学性能弹性变形阶段(Ob段)直线Oa段试样变形完全是弹性的，如果撤去外力，试样就会恢复原来的形状和尺寸。ab段：不完全弹性变形，有微量塑性变形，撤去外力，试样不能完全恢复，而保留一部分残余变形。Fa为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力屈服阶段(bc段)上下波动当载荷增加到Fb，时，图上出现平台或锯齿状，这种在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。屈服阶段，一般以比较稳定的下屈服力FeL作为材料的屈服载荷。强化阶段(cd段)非线性增大在屈服阶段以后，欲使试样继续伸长，必须不断加载。随着塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化(或称加工硬化)，此阶段试样的变形是均匀发生的。Fm为试样拉伸试验时的最大载荷。颈缩阶段(de段)下降当载荷达到最大值Fm时，试样的抗拉能力下降，先进行局部塑性变形颈缩，达到e点时，试样在缩颈处被拉断。强度3.强度指标材料抵抗拉伸力的强度指标主要有屈服强度Re、规定残余延伸强度Rr和抗拉强度Rm等。(1)屈服强度屈服强度是指试样在拉伸试验过程中力不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。屈服强度用符号Re表示，单位是N/mm2或MPa。屈服强度包括上屈服强度ReH和下屈服强度ReL.。由于上屈服极限的数值与试样形状、加速度等因素有关，一般不稳定，而下屈服极限则比较稳定，能反应材料的性能，通常把下屈服极限ReL称为屈服强度。强度3.强度指标材料抵抗拉伸力的强度指标主要有屈服强度Re、规定残余延伸强度Rr和抗拉强度Rm等。(1)屈服强度对于高碳钢、铸铁等材料，在进行拉伸试验时，没有明显的屈服现象，也不会产生缩颈现象，这就需要规定一个相当于屈服强度的强度指标，即规定残余延伸强度。规定残余延伸强度是指试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长与原始标距的百分比达到规定值时的应力，用符号Rr表示。一般用规定残余延伸率为0.2%时的应力作为高碳钢、铸铁等无明显屈服现象的材料的屈服强度，记作Rr0.2。强度（2）抗拉强度抗拉强度是指拉伸试样拉断前承受的最大应力。抗拉强度用符号Rm表示，单位是N/mm2或MPa。Rm可下式计算：式中：Fm-试样所受最大拉力，单位NS0-试样的横截面积，单位mm2常用的应力单位为MPa，存在换算关系：断裂是零件最严重的失效形式，铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象，抗拉强度就是材料的断裂强度，所以，抗拉强度Rm也是机械工程设计和选材的主要指标，特别是对脆性材料来讲。塑性

塑性

硬度硬度是指材料抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度能够衡量金属材料软硬程度，是材料的重要力学性能指标。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好，材料表面越不容易产生压痕或划痕。工业中通常利用硬度试验来测定材料的硬度。常用的硬度试验方法有布氏测试法、洛氏测试法和维氏测试法等，所测试所得的硬度，分别为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。布氏测试法维氏测试法洛氏测试法硬度测试法硬度1.布氏硬度布氏硬度的符号用HB表示。用一定直径D的淬硬钢球在规定负荷P的作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下表面积为F的压痕，以试件的单位表面积上能承受负荷的大小表示该试件的硬度：HB=P/F，在实际应用中，通常直接测量压坑的直径，并根据负荷P和钢球直径D从布氏硬度数值表上查出布氏硬度值（显然，压坑直径越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越小）。硬度2.洛氏硬度洛氏硬度的符号用HR表示。用有一定顶角（例如120°）的金刚石圆锥体压头或一定直径D的淬硬钢球，在一定负荷P作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下某个深度的压痕，由洛氏硬度机自动测量压坑深度并以硬度值读数显示（显然，压坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越小）。根据压头与负荷的不同，洛氏硬度还分为HRA、HRB、HRC三种，其中以HRC为最常用。硬度3.维氏硬度维氏硬度的硬度符号用HV表示，以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV），如图所示。硬度三种硬度比较：冲击韧性冲击韧性是指金属材料断裂前吸收变形能量的能力。冲击韧性越好，材料的抗冲击能力愈强，发生断裂的可能性越小。冲击韧性是金属材料的一项重要力学性能，许多金属零件和机械设备在工作中需要承受冲击载荷的作用，如发动机的活塞、锻压机床的锻锤等，为了保证他们的正常工作，在选择材料时，必须要考虑材料的冲击韧性。金属材料的冲击韧性通常用冲击吸收功来衡量。冲击韧性，可以通过一次摆锤冲击试验来测定。疲劳强度所谓交变载荷，是指力的大小和方向呈周期性变化的载荷。疲劳破坏事先没有明显的征兆，往往会造成严重事故，如汽车的轴颈、缸盖、齿轮、弹簧等零件的损坏失效，大部分属于疲劳破坏。疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力，常用符号R-1表示。通常将钢铁材料应力循环次数为107次，有色金属应力循环次数为108次不发生断裂的最大应力称为疲劳强度。疲劳强度疲劳破坏是机械零件失效的主要形式之一，由于前期不易察觉，具有较强的突发性，所以疲劳破坏容易造成很严重的后果。齿轮断裂

曲轴断裂

第一节金属材料的力学性能第二节金属材料的工艺性能第三节金属材料的物理和化学性能

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金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能反映了金属材料加工难易程度。良好的工艺性能表示材料的加工难度小。工艺性能主要包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。铸造性能焊接性能锻造性能工艺性能切削加工性能铸造性能铸造是将熔融的金属浇入铸型中，经凝固后获得一定尺寸、形状和力学性能的铸件或零件的成形方法。金属材料通过铸造的方法获得优质铸件的能力，称为金属材料的铸造能力，它反映了金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度。金属材料融化成液体时的流动性越好，冷凝时的收缩性越小，凝固后的偏析性（指各化学成分的不均匀性）越小，则获得铸件的质量越好。

（a）暖气片

（b）钢管

（c）管接头

（d）车床底座铸造性能一、 铸造性能铸造是将熔化了的金属液浇入已经制好的铸型型腔，经冷却凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件的一种加工方法。衡量铸造性能的主要指标有流动性、收缩性和偏析倾向等。（1）流动性熔融金属的流动能力称为流动性，它主要受金属化学成分和浇注温度等的影响。流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。（2）收缩性铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺寸精度，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，故用于铸造的金属其收缩率越小越好。（3）偏析倾向金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。偏析严重时能使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低了铸件的质量。这对大型铸件的危害更大。铸造性能工业生产中，灰铸铁具有良好的铸造性能，因而被广泛用于制造各种结构较复杂、大型的机械零件。如叶轮、机床底座、汽车变速箱等，如图2-11所示。另外，用于铸造的有有色金属及铸钢。（a）拨叉

（b）箱体典型铸造零件压力加工性能金属在外力的作用下变形成为零件的加工方法称为压力加工，常分为冷压力加工和热压力加工两种类型。压力加工性能是指材料是否易于用压力加工方法制成零件的性能，常用的金属压力加工方法有轧制、挤压、冷拔、锻造和冷冲压等，（a）轧制

（b）挤压

（c）冷拔

（d）锻造

（e）冷冲压常用压力加工方法压力加工性能金属材料在压力加工过程中成型的难易程度称为金属材料的压力加工性能。它主要与材料的塑性有关，塑性越好，其压力加工性能就越好。同时，压力加工性能还与金属材料的成分及加工条件有关。例如，锻钢在加热到一定温度时，容易锻造成型，而铝合金在室温下就很容易锻造加工。焊接性能焊接是通过加热或加压，或者两者并用，使两个分离的金属达到原于结合，连接成一个整体的加工方法。焊接是一种不可拆连接，它不仅可以连接各种同类的金属，也可以连接各种不同类金属。焊接常用的方法有电弧焊、气焊、自动焊等手工电弧焊自动焊气焊焊接方法焊接性能常用焊接方法切削加工性能切削加工是机械工业中应用最为广泛的零件加工方法，常见的切削加工方法有车削、铣削、磨削、钻削等。切削加工性能是指对金属材料进行切削加工的难易程度。衡量切削加工性能的因素有刀具的使用寿命、零件的表面质量、工时等。金属材料的切削加工性能，主要受金属材料的化学成分、硬度、塑性等性能的影响。通常情况下，可以通过热处理来提高钢件的切削加工性能。切削加工性能（a）车削加工

（b）铣削加工（c）磨削加工

（d）钻削加工

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第一节金属材料的力学性能第二节金属材料的工艺性能第三节金属材料的物理和化学性能金属材料的物理性能金属材料的物理性能是指金属材料在重力、电磁场、热力（温度）等物理因素作用下所表现出来的性能或固有的属性。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性。导热性导电性物理性能熔点热膨胀性密度磁性密度金属材料的密度是指单位体积金属的质量。密度是金属材料的特性之一，不同金属材料的密度是不同的。在体积相同时，金属材料的密度越大，其质量越大。一般将密度小于5×103KG/M2的金属材料称为轻金属,将密度大于5×103KG/M2的金属称为重金属。金属材料的密度是零件设计过程中需要考虑的性能之一，如航天构件常采用密度小的铝合金、钛合金、铝镁合金进行制造。熔点金属材料从固态向液态转变时的温度称为熔点。纯金属有固定的熔点。合金的熔点取决于它的化学成分，如钢和生铁虽然都是铁和碳的合金，但由于其碳的质量分数不同，其熔点也不同。熔点对于金属材料的冶炼、铸造、焊接等是重要的工艺参数。熔点高的金属材料称为难熔金属（如钨、钼、钒），可用来制造耐高温零件，在火箭，导弹，燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用。熔点低的金属材料称为易熔金属（如锡、铅等），可用来制造印刷铅字（铅与锑的合金）、熔断器和防火安全阀等零件。导热性金属材料传导热量的能力称为导热性。金属材料的导热能力，常用热导率（亦称导热系数）λ来表示。金属材料的热导率越大，说明其导热性越好。一般来说，纯金属的导热能力比合金好。金属材料的导热能力以银为最好，铜、铝次之。导热性好的金属材料，其散热性能也较好，可用来制造散热器、热交换器交换器。导电性金属材料能够传导电流的能力称为导电性。金属材料的导电性常用电阻率ρ来表示，其单位是Ω.m。金属材料的电阻率越小，其导电性越好。导电性与导热性一样，是随化学成分的复杂化而降低，因而纯金属的导电性总比合金好。因此，工业上常用纯铜、纯铝作为导电材料，而用导电性差的铜合金和铁铬铝合金制作电热元件。热膨胀性金属材料随温度变化而膨胀或收缩的特性称为热膨胀性。一般来说，金属材料受热时膨胀而体积增大，冷却时收缩而体积缩小。金属材料的热膨胀性可用线胀系数α1和体胀系数αV来表示，体胀系数近似为线胀系数的三倍。在实际工作中需要考虑热膨胀性的地方很多，如轴与轴瓦之间要根据膨胀系数来控制其间隙尺寸.磁性金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，金属材料又分为铁磁性材料和非铁磁性材料。铁磁性材料是指在外磁场中能被磁化到很大程度的金属材料，如铁、镍、钴等。非铁磁性材料是指在外磁场中能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料如金、银、铜、铅、锌等。铁磁性材料可以被磁铁吸引，铁及其合金（包括钢与铸铁）是常见的铁磁性材料，主要用于制造变压器、电动机、测量仪表等；非铁磁性材料不能被磁铁吸引，可用于制造避免电磁场干扰的零件。金属材料的化学性能金属材料的化学性能是指金属材料在室温或高温时，抵抗各种化学介质中所表现出来的性能。化学性能，包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性的抗氧化性化学稳定性化学性能耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性是指金属材料在常温下抵抗氧、水及其它化学介质腐蚀破坏的能力。金属材料的耐腐蚀性是一个重要的性能指标，尤其对于腐蚀介质（如酸、碱、盐、有毒气体等）中工作的零件，其腐蚀性比在空气中更为严重。因此，在选择金属材料制造这些零件时，应特别注意金属材料的耐腐蚀性，并合理选用耐腐蚀性能好的金属材料（如不绣钢、铜合金等）进行制造。抗氧化性抗氧化性是指金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力。金属材料的氧化现象会随温度的升高而加速，如钢在铸造、锻造、热处理、焊接等热加工作业时氧化现象比较严重。氧化不仅造成材料的过度损耗，也会造成各种缺陷，因此常需要采取措施避免金属材料发生氧化。对于在高温状态下工作的构件，如锅炉、加热设备、汽轮机、喷气发动机、火箭、导弹等，就需要选用其具有良好抗氧化性能的材料（如耐热钢、高温合金、铝合金、高温陶瓷等）来制造。化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性与抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。高温条件下工作的设备（如锅炉、加热设备、汽轮机、喷气发动机等）上的部件选择了稳定性好的材料来制造。单元小结1.选择机械零件的材料时，要满足零件的使用性能和工艺性能的要求，同时兼顾合理地经济性。2.机械零件由于某种原因不能正常工作的情况称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。3.金属材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等；工艺性能包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能等。汽

车

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单元一金属材料的性能金属材料及应用金属材料的热处理单元二单元三单元二

金属材料及应用教学目标一、目标和要求（1）了解钢和铸铁的分类（2）熟悉常用工业用钢的种类、牌号、性能和应用（3）了解常用非金属材料的类型及特点二、重点和难点工业用钢的种类、牌号、性能和应用第一节常用黑色金属材料第二节常用有色金属材料第三节常用非金属材料

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案例导入国家体育场（鸟巢）的钢结构最大跨度达到333米，相当于200个成年人手拉手的长度。达4.2万吨的钢结构需摆脱外力的支撑，靠自己站立起来，工程浩大自不必说，其材料的选择慎之又慎。筑造“鸟巢”使用的钢材材质绝大部分为Q345D和Q345GJD钢材，局部受力大的部位采用了Q460钢材。Q460钢材是专为“鸟巢”量身打造的一种低合金高强度钢。“Q”代表钢材的强度，“460”表示受力强度达到460兆帕时才会彻底变形，460兆帕相当于4540个标准大气压，普通钢材受力强度只有235兆帕，比Q460小将近一半。在国家标准中，Q460的最大厚度是100毫米，而“鸟巢”这次使用的钢板厚度史无前例地达到110毫米。“鸟巢”钢结构中共使用了400吨Q460钢。

第一节常用黑色金属材料第二节常用有色金属材料第三节常用非金属材料

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常用黑色金属材料金属分为黑色金属和有色金属两大类。以铁和碳两种元素为基体以及多种元素组成的复杂合金称为黑色金属，钢和铸铁是应用最广的黑色金属，统称为铁碳合金。通常情况下，含碳量ωc<0.021%的铁碳合金称为纯铁；将含碳量ωc在0.021%～2.11%之间的铁碳合金称为钢；含碳量ωc>2.11%的铁碳合金称为铸铁，工业中常用铸铁的含碳量ωc不超过4.3%。钢铁中碳含量的范围常用黑色金属材料为提高钢的力学性能，在冶炼碳素钢的过程中，加入合金元素所得到的钢，称为合金钢。黑色金属以外的金属称为有色金属，铜和铝基合金是常见的有色金属。（a）餐具

（b）剪刀

（c）钢桥

（d）推土机常见的钢铁制品碳素钢1.按钢的质量分：2.按钢的用途分：钢冶金质量普通钢（

，

）优质钢（

）高级优质钢（

，

）钢用途结构钢工具钢特殊性能钢碳素钢3.按钢中碳的质量分数分（1）普通碳素钢wS≤0.050％，wP≤0.045％（2）优质碳素钢wS≤0.035%，wP≤0.035％（3）高级优质碳素钢wS≤0.030％，wP≤0.030%（4）特级优质碳素钢wS≤0.025％，wP≤0.025%碳素钢4.碳素钢的牌号及含义常用碳钢举例类别牌号举例牌号含义普通碳素钢Q195Q235A-F用屈服强度字母、屈服强度值、质量等级、脱氧方法四部分顺序标注。“Q”是拼音“屈”的首字母，后面的数字表示屈服强度，单位为MPa；质量等级：从A到D质量等级依次提高脱氧方法：F,B,Z,TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。Q235A-F表示屈服强度为235MPa、质量等级为A级的沸腾钢。优质碳素钢4520Mn用两位数字表示。两位数字表示钢的平均碳含量，以万分之几计；后面的元素符号表示该元素的含量比较高。如45钢表示碳含量为0.45%的优质碳素结构钢；20Mn表示含碳量0.2%;含锰量0.7%—1%的优质碳素结构钢。碳素工具钢T8T12A“T”是拼音“碳”的首字母，后面的数字表示钢中碳的平均含量，以千分之几计；若为高级优质碳素钢，在钢号后面加A。例如，T12A表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢铸造碳钢ZG200-400“ZG”是拼音“铸钢”的首字母，第一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度。如ZG200-400表示屈服强度为200MPa，抗拉强度为400

Mpa的铸造碳钢。合金钢为改善钢的机械性能，通常在炼钢时加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V等，由此获得的钢材称为合金钢。与碳钢相比，合金钢往往具有某些方面的特殊性能，或具有良好的综合力学性能，如合金钢具有更高的硬度、强度、耐磨性、淬透性。常见的合金钢有合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。合金钢1. 按合金元素的质量分数分类：（1）低合金钢：合金元素总含量＜5.0％；（2）中合金钢：合金元素总含量5.0％~10.0％；（3）高合金钢：合金元素总含量＞10.0%。按用途分类：2.按合金钢用途分类：（1）合金结构钢：用于制造各种机械零件。（2）合金工具钢：用于制造各种刃、量、模具。（3）特殊性能钢：用于制造特殊条件下工作的零件。合金钢类别牌号举例牌号含义合金结构钢低合金钢

Q345A16Mn

牌号由代表屈服强度的拼音首字母“Q”、屈服强度数值、质量等级符号采用两位数字加元素符号及其后的百分数表示，其中两位数字表示平均含碳量的万分数。当合金元素的含量不大于1.5%时，只标出元素符号，不标出含量。钢号尾部“A”代表高级优质钢，“E”代表特高级优质。16Mn表示平均含碳量为0.16%，含Mn不大于1.5%的低合金钢。合金渗碳钢20Cr20CrMnTi12Cr2Ni4

当合金元素含量大于1.5%时则应标出元素符号及含量百分数。20Mn2表示平均含碳量为0.2%，含Mn量为2%的合金渗碳钢。

合金调质钢35SiMn45CrMo40CrMnMo45CrMo表示平均含碳量为0.45%，含Cr、Mo均不大于1.5%的合金调质钢。

合金弹簧钢40MnB65SiMnV60Si2Mn65SiMnV表示平均含碳量为0.65%，含Si、Mn、V均不大于1.5%的合金弹簧钢。

合金工具钢刃具钢9SiCr8MnSi当合金工具钢中的含碳量小于1%时，用一位数字表示平均含碳量的千分数，当含碳量大于1%时，将不标出含碳量，合金元素的种类及含量的表示方法与合金结构钢相同。9SiCr表示平均含碳量为0.9%，Si、Cr含量不大于1.5%的合金工具钢。CrWMn表示平均含碳量大于1%，Cr、Mn、W的含量不大于1.5%的合金工具钢。

模具钢Cr12MoV5CrNiMo量具钢9Cr18CrWMn

滚动轴承钢GCr9GCr15SiMn

在含碳量大于1%的高碳铬轴承钢中，通常不标出碳量，其Cr含量用千分数表示，并在牌号前面符号“G”表示。含铬量小于1%的低轴承钢，其Cr含量也用千分数表示，并在Cr含量数值前加数字“0”。GCr9表示含碳量大于1%，含铬为0.9%的高碳铬轴承钢。GCr15SiMn表示含铬为1.5%，含硅和锰含量小于1.5%的滚动轴承钢特殊性能钢高速钢W18Cr4vW6Mo5Cr4V2

W18Cr4V钢表示含碳量为0.7%左右，并含有约18%W、4%的Cr平均含Ⅴ量小于1.5%的高速工具钢。不锈钢0Cr1312Cr18Ni9

主要的合金元素为Cr，其含量一般不低于10.5%；具有良好的耐蚀性、抛光性和耐热性在不锈耐酸钢及耐热钢中一般用一位数字表示平均含碳量的千分数，平均含碳量小于1%的用“0”表示；平均含碳量不大于0.03%的用“00”表示；合金元素则采用元素符号及其后的百分数表示。如0Crl3表示平均含碳量小于1%，平均含Cr量约13%的不锈钢。2Crl3表示平均含碳量为0.2%含Cr13%的不锈耐酸钢。00Crl8Ni9表示平均含碳量小于0.03%，平均含Cr量约18%，平均含Ni量约9%的不锈钢。

合金钢类别牌号示例含义说明碳素钢碳素结构钢Q235AFQ345D“Q”是“屈”字拼音的首字母，后面的数字表示屈服强度，单位为MPa；字母A表示钢的质量，从A到D质量依次提高；F，b，Z，TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。例如，Q235AF表示屈服强度为235MPa，A级质量的沸腾碳素结构钢优质碳素结构钢4565Mn两位数字表示钢的平均碳含量，以万分之几计；后面的元素符号表示该元素的含量比较高。例如，45钢表示碳含量为0.45%的优质碳素结构钢碳素工具钢T8T11A“T”是“碳”字拼音的首字母，后面的数字表示钢中碳的平均含量，以千分之几计；若为高级优质碳素钢，在钢号后面加A。例如，T11A表示平均碳含量为1.1%的高级优质碳素工具钢合金钢合金结构钢

合金弹簧钢30CrMnSiA60Si2Mn前面两位数字表示钢的平均碳含量，以万分之几计；元素符号表示所含的合金元素，其平均含量小于1.5%时一般不标出，当平均含量依次为1.5%～2.5%，2.5%～3.5%，3.5%～4.5%，…时，在元素符号的后面相应地写成2，3，4，…；若为高级优质钢、特级优质钢，在钢号后面相应地加上A，E。例如，30CrMnSiA表示平均碳含量为0.30%，铬、锰、硅的平均含量均小于1.5%的高级优质合金结构钢合金工具钢8MnSi

前面的数字表示钢的平均碳含量，以千分之几计，若平均碳含量大于1.0%，则一般不标出；合金元素平均含量的表示方法与合金结构钢相同。例如，8MnSi表示平均碳含量为0.8%，锰、硅含量均小于1.5%的合金工具钢合金钢高速钢W18Cr4V

一般不标出含碳量，只表明合金元素的含量，以百分之几计。例如，W18Cr4V表示平均钨含量为18%，铬含量为4%，钒含量低于1%的高速钢轴承钢GCr15

“G”表示轴承钢，后面字母表示所含合金元素的种类，其含量用紧跟的数字表示，以千分数计。例如，GCr15表示平均铬含量为1.5%的轴承钢不锈钢

耐热钢06Cr18Ni920Cr13015Cr19Ni11

前面的数字表示碳含量的最佳控制值，只规定其上限（以万分数或十万分数计）。其中，当含碳量上限高于0.10%时，以其上限值的4/5表示（以十万分数计）；当含碳量上限为0.10%～0.03%时，以上限值的3/4表示（以十万分数计）；当含碳量上限低于0.03%时，以三位阿拉伯数字表示（以十万分数计）；合金元素含碳量表示方法与合金结构钢相同。例如，06Cr18Ni9表示含碳量上限为0.08%，含铬量为18%，含镍量为9%的镍铬不锈钢；015Cr19Ni11表示含碳量上限为0.02%，最佳控制值为0.015%，含铬量为19%，含镍量为11%的极低碳不锈钢铸铁

平均含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。工业用铸铁中碳含量为2.11%～4.3%。铸铁中除了含有碳元素之外，还含有硅、锰、磷、硫等元素，合金铸铁中还含有镍、铬、钼、铝等元素。虽然塑性及韧性不及钢，但铸铁的生产成本低廉，具有优良的铸造性能、切削加工性能和良好的耐磨性及吸振性等特点，广泛应用于工业中。铸铁碳存在形式白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁碳主要以渗碳体形式存在，断口呈银白色。

碳主要以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色，在工业中应用最为普遍。

一部分碳以石墨形式存在，另一部分以渗碳体形式存在，断口呈灰白相间的麻点状。铸铁铸铁分类分类牌号含义牌号举例性能灰铸铁牌号用“灰铁”两字汉语拼音首字母“HT”和一组数字组成。数字表示最小抗拉强度。如HT150表示抗拉强度不低于150MPa的灰铸铁

HHT100HT150HT200灰铸铁具有良好的铸造性能、吸振性、切削加工性、减磨性，较低的缺口敏感性

广泛应用于制造床身、缸盖。底座等

可锻铸铁牌号用“可铁”两字汉语拼音首字母“KT”及“H”、“B”或“Z”和两组数字组成。“H”表示黑心；“B”表示白心；“Z”表示珠光体。牌号中代号后面的一组数字，表示最小抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示最小抗拉强度值，第二组表示最小断后延伸率值。两组数字中间用“-”隔开。如KTH300-06表示最低抗拉强度不低于300MPa，断后延伸率不低于6%的黑心可锻铸铁KTH300-06KTB350-04KTZ450-06可锻铸铁力学性能与灰铸铁好，但不能锻压加工。黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，珠光体可锻铸铁具有较高的强度、硬度和耐磨性。

广泛应用于汽车、拖拉机行业，用于制造形状复杂、承受一定冲击载荷的中、小型铸件。球墨铸铁牌号用“球铁”两字汉语拼音首字母“QT”和两组数字组成。两组数字第一组表示最小抗拉强度值，第二组表示最小断后延伸率值。如QT400-18表示抗拉强度不低于400MPa，断后延伸率不低于18%球墨铸铁QT400-18QT500-7QT600-3QT450-10球墨铸铁要较高的强度和良好的塑性和韧性，通过热处理可以明显提高其力学性能。但其收缩率较大，流动性稍差，对原材料及热处理工艺要求较高。常用于制造内燃机气缸、缸盖、液压阀等零件

蠕墨铸铁

牌号用“蠕铁”两字汉语拼音首字母“RuT”和一组数字组成，数字表示最小抗拉强度。如RuT380表示抗拉强度不低于300MPa的蠕墨铸铁

RuT380Ru300蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，强度接近于球墨铸铁，具有一定的韧性、较高的耐磨性，同时又具有灰铸铁所具有的良好性能，是一种新型铸铁。常用于制造反复受热、要求组织致密、强度较高、形状复杂的大型铸件，如发动机气缸盖、缸套等第一节常用黑色金属材料第二节常用有色金属材料第三节常用非金属材料

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常用有色金属材料黑色金属以外的金属称为有色金属。有色金属具有许多特殊的性能，如较高的导电性和导热性，较低的密度和熔化温度，良好的力学性能和工艺性能，是现代工业不可缺少的重要金属材料，是黑色金属所不能替代的。常用的有色金属主要有铝、铜及其合金。（a）铝合金窗

（b）铜导线

（c）飞机机身铝及铝合金

工业纯铝的纯度不低于90%，其牌号用1×××系列表示。其中，最后两位数字表示铝的最低百分含量，当铝的最低百分含量精确到0.01%时，牌号的最后两位数字就是最低百分含量中小数点后面两位；牌号第二位字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y），如1080，1A50等。工业中使用的纯铝呈银白色，密度较小（

），仅为钢的1/3，熔点为660℃，在常温及潮湿环境中，其表面容易形成一层致密的氧化膜，故纯铝具有较好的抗腐蚀性。1234塑性高，能通过压力加工方法制成各种型材、板材。工业纯铝由于强度很低，不宜直接用来加工机械零部件，而是广泛用于制造各种导线、电容器和包装材料等。纯铝的导热性和导电性良好，是仅次于金、银、铜的优良导体。纯铝铝及铝合金铝合金在保持纯铝质量轻等优点的同时，大大提高了自身的强度，从而具有很高的“比强度”（强度与密度的比值），力学性能超过许多合金钢。因此，铝合金是较为理想的结构材料，机械设备、运输工具、航空工业等领域都大量使用铝合金。

铝合金中所添加的合金元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，根据合金元素和工艺特点的不同，铝合金可铝合金中所添加的合金元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等，根据合金元素和工艺特点的不同，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝及铝合金1.变形铝合金

变形铝合金具有良好的塑性，可通过冲压、弯曲、挤压等加工方法获得所需零件。变形铝合金采用4位字符牌号命名，牌号用2×××～8×××系列表示。牌号的第一位数字是按照主要合金元素：铜、锰、硅、镁、镁＋硅、锌及其他元素的顺序来表示变形铝合金的组别；第二组数字或字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y）；牌号中最后两位数字用来区分同一组中不同的铝合金。

根据性能特点和用途的不同，变形铝合金可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻造铝合金四类。铝及铝合金1.变形铝合金变形铝合金的分类分类常用牌号性能特点用途防锈铝3A215A05不能热处理强化，一般只能通过冷变形加工提高其强度。具有适中的强度、优良的塑性及良好的焊接性适用于制造要求具有高耐腐蚀性的油罐、油箱、导管、生活用器皿、窗框、车辆、铆钉及防锈蒙皮等。硬铝2A012A12经固溶和时效处理后能获得较高的强度，但耐腐蚀性差适用于中等强度的构件和零件，如铆钉、螺栓，航空工业中的一般受力结构件(如飞机翼肋、翼梁、螺旋桨叶片等)

超硬铝7A04在硬铝的基础上再添加锌元素形成的，其强度高于硬铝，但耐腐蚀性较差适用于制作受力大的重要构件及高载荷零件，如飞机大梁、桁架、翼肋、活塞、加强框、起落架、螺旋桨叶片等。锻铝2A502A70具有良好的冷热加工性能，耐蚀性不高，压力加工性好适用于形状较复杂的零部件，如内燃机活塞、叶轮等铝及铝合金2.铸造铝合金通过向纯铝中添加硅、铜、镁、锌等元素，从而获得具有良好的铸造性能、耐腐蚀性和耐热性的铝合金称为铸造铝合金。根据所含合金元素的不同，铸造铝合金可分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系等四类。ZL”＋三位数字。其中，“ZL”是“铸铝”的拼音首字母，第1位数字表示合金类别：1代表Al－Si系合金；2代表Al－Cu系合金；3代表Al－Mg系合金；4代表Al－Zn系合金。第二、三位数字是合金的顺序号。例如，ZL202表示2号Al－Cu系铸造铝合金。铸造铝合金牌号的编制方法：。铝及铝合金2.铸造铝合金铸造铝合金的分类分类常用牌号性能特点用途铝硅系（Al-Si）ZL101铸造性能和耐磨性良好、热涨系数小，使用量最大适用于制造结构件，如发动机壳体、气缸体等铝铜系（Al-Cu）ZL201强度高、铸造性能良好适用于制造承受大载荷和形状不复杂的砂型铸件铝镁系（Al-Mg）ZL301抗腐蚀性、综合力学性能良好适用于制造雷达底座、飞机起落架、螺旋桨等铝锌系（Al-Zn）ZL401强度较高、尺寸稳定适用于制造模型、发动机零配件、设备支架等铜及铜合金纯铜铜是人类最早认识并使用的金属材料之一，我国早在约六千年前就开始使用铜制品。123纯铜的密度为8.96g/cm3，比钢略大，导电性和导热性良好，其强度和硬度均不高，塑性、耐腐蚀性及焊接性能良好，故纯铜适合进行各种压力加工，通常用来制作电线、电缆、散热片等。纯铜为紫红色，由于在空气中表面容易形成一层紫色的氧化膜，故纯铜又称紫铜。

工业纯铜分为四种：T1，T2，T3。其中，编号越大，表示纯度越低，杂质含量越高。铜及铜合金

通过向纯铜中加入锌、铅、锡、铝、铍等元素即可得到各种性能优越的铜合金。根据所加入合金元素的不同，铜合金可分为黄铜、青铜和白铜等三类。铜合金铜及铜合金铜合金分类分类常用牌号牌号说明性能说明黄铜普通黄铜H62H70H80用“H+数字”表示

“H”为“黄”拼音首字母；数字表示铜的质量百分数。如H70表示Wcu=80%;普通黄铜是由铜和锌组成的铜合金。具有良好的耐腐蚀性，加工性能好。常用于制造弹壳、阀门、散热管等特殊黄铜HPb59-1HMn58-2HSn90-1用“H+主加元素+两组数字表示”“H”为“黄”拼音首字母；主加元素（Zn除外）符号，第一组数字、第二组数字分别表示铜及相应主加元素的质量百分数如HPb59-1表示Wcu=59%、WPb=1%在普通黄铜中再加入其他合金元素形成的铜合金。除含锌元素外，还含有铅、锡、铝等合金元素，耐蚀性、耐磨性、切削加工性均较好，常用于制造钟表内部精密零件、螺旋桨等青铜锡青铜QSn4-3QSn6.5-0.4“Q+第一主加元素符合及数字+其他加入元素符号及数字”表示“Q”为“青”拼音首字母。数字依次表示第一主加元素和其他加入元素的质量百分数。如QSn4-3表示Wsn=4%，Wzn=3%的锡青铜

以锡为主要合金元素的铜合金。具有良好的铸造性能、减磨性能、抗磁性等，常用于制造轴承套、轴瓦、蜗轮、齿轮等铝青铜QAl5QAl9-4以铝为主要合金元素的铜合金。比黄铜、锡青铜具有更高的强度和硬度、耐磨性和耐蚀性，常用于制造高载荷齿轮、轴套等

铍青铜QBe2QBe1.7以铍为主要合金元素的铜合金。不仅具有很高的强度、硬度、耐磨耐腐蚀性，还有较高的弹性和导电性导热性，常用于制造精密弹性元件等

白铜铝白铜BAl16-1.5用“B+主加元素符号+两组数字”表示“B”是“白”拼音首字母。数字表示镍的质量百分数以镍为主要合金元素的铜合金。具有较高的强度和硬度，价格昂贵，色泽美观，常用于制造医疗器械、仪表零件、工艺品等铁白铜BFe30-1.1如BMn3-12表示WNi=3%，WMn=12%的锰白铜锰白铜BMn3-12

三、轴承合金轴承合金轴承合金主要用于制造滑动轴承的轴瓦及内衬。轴承合金具有足够的强度、硬度、耐磨性、塑性和韧性，还具有良好的磨合性和与轴颈的亲和力，是高速运转机械的滑动轴承材料的最佳选择。锡基轴承合金锡基轴承合金是以锡（Sn）为基础，加人适量的锑（Sb）和铜（Cu）元素组成的轴承合金。其特点是摩擦系数小，硬度适中，具有较好的塑性和韧性，适用于高速、重载条件下工作。轴承合金的牌号前加以“Z”，表示是铸造合金。如典型牌号“ZSnSb12PbCu4”为含有Sb12%和Cu4%的铸造锡基轴承合金。2.铅基轴承合金铅基轴承合金是以铅（Pb）为基础，加人适量的锑（Sb）、锡（Sn）、铜（Cu）元素组成的轴承合金。铅基轴承合金又称为铅基巴氏合金。其硬度、塑性和韧性都低于锡基轴承合金，价格较低，适用于中速、中载条件下工作。典型牌号有ZPbSb16Sn16Cu2、ZPbSb15Sn10等。轴承合金3.铜基轴承合金铜基轴承合金是以铜（Cu）为基础，加入适量的铅（Pb）、锡（Sn）、锌（Zn）、磷和锰元素组成的轴承合金。其特点是摩擦系数较低，润滑作用较好，抗压强度和硬度都很高，适用于高速、重载、高温条件下工作。典型牌号有ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuPb15Sn8等。4.铝基轴承合金铝基轴承合金是以铝（Al）为基础，主要元素为锑（Sb）、锡（Sn）。铝基轴承合金具有较好的耐磨性、减摩性和耐腐蚀性，适用于内燃机曲轴的滑动轴承。典型牌号有ZAlSn6Cu1Ni1等。第一节常用黑色金属材料第二节常用有色金属材料第三节常用非金属材料

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常用非金属材料非金属材料在机械零件中的应用主要有工程塑料、合成橡胶、工业陶瓷和复合材料。一、工程塑料1.工程塑料的组成工程塑料是以树脂为基础，加如其他添加剂，在一定的温度与压力下制成的非金属材料。树脂是主要成分，是一种高分子化合物，起到胶黏剂的作用；添加剂起到改善塑料的性能、防止老化、延长和稳定塑料使用寿命的作用。2.工程塑料的分类(1)按塑料的热性能分为热塑性塑料和热固性塑料。1）热塑性塑料2）热固性塑料常用非金属材料(2)按塑料制品的功能分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。1)通用塑料通用塑料主要应用于制造生活用品，如聚氯乙烯、聚丙烯。应用范围广，价格低。2）工程塑料工程塑料主要应用于代替金属制造机械零部件，如有机玻璃、尼龙、ABS等。3）特种塑料特种塑料是主要应用于特种性能和特种用途的塑料，如医用塑料。(3)工程塑料的特性工程塑料具有质量轻、比强度高、吸水率低、耐蚀性好、成形工艺简单、加工性能好、生产率高的特性。常用非金属材料二．橡胶1.橡胶的组成橡胶是一种高分子材料，是以生胶为基础加人适量的配合剂制成的。生胶的来源为天然橡胶或合成橡胶。配合剂的作用是改善橡胶制品的性能，如硫化剂、软化剂等。2.橡胶的特性橡胶具有高弹性，优良的伸缩性、耐磨性、电绝缘性、不透水性等优点，但易老化。常见非金属材料三、复合材料1.复合材料的组成复合材料是由两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的材料组合而成的。2.复合材料的分类复合材料按增强基体的不同分为塑料基复合材料、金属基复合材料、橡胶基复合材料和陶瓷基复合材料，按性能的不同分为结构复合材料和功能复合材料，按种类和结构的不同分为层叠、细粒、纤维增强复合材料。3.复合材料的特性复合材料的比强度高、减摩性和耐磨性好、抗疲劳性和减振性好、加工性好。复合材料应用于制造机械零件、化工容器、耐腐蚀结构件等。单元小结1.钢铁主要有铁和碳两种基本元素构成，故钢铁又称铁碳合金。2.钢的种类繁多，为了熟悉各种钢的性能特点，掌握合理选用钢材的方法，需要对钢进行科学的分类。通常根据化学成分、质量和用途的不同对钢进行分类。3.根据是否含有合金元素，钢可分为碳素钢和合金钢。常用的碳素钢有碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢以及铸造碳钢等；常用的合金钢有合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢等。4.铸铁种类很多，根据碳存在形式的不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁三类；根据内部石墨所处形态的不同，铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。5.非金属材料常用塑料、橡胶和复合材料。机械基础模块二机械零件的材料

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单元一金属材料的性能金属材料及应用金属材料的热处理单元二单元三单元三

金属材料的热处理教学目标一、目标和要求（1）了解钢热处理的定义、分类及应用范围（2）掌握钢铁材料常用的热处理工艺方法（3）了解钢热处理的目的二、重点和难点（1）钢热处理的分类及特点（2）钢热处理的方法及目的第一节金属材料热处理概述第二节钢的整体热处理第三节钢的表面热处理

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案例导入历史故事相传，三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他的军队制造了3000把钢刀，蒲元运用了“清水淬其锋”的热处理工艺，使钢刀削铁如泥，从而打败敌军。从这些故事可知，淬火的主要目的是为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。第一节金属材料热处理概述第二节钢的整体热处理第三节钢的表面热处理

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金属材料热处理概述

把金属材料(可分为钢、铸铁和有色金属及合金等）加热到一定温度,在此温度保持一定时间,用合适的冷却介质冷却到室温的过程。通过热处理，可以改变材料的内部组织（金相组织）和结构，以获得我们所需要的性能（分物理性能和化学性能）。热处理概念：金属材料热处理概述

热处理分为加热、保温、冷却三个过程。对于不同的金属材料、不同的外形尺寸和不同的加热介质，为了不同的目的，最终加热温度的高低、加热速度、保温时间长短、冷却介质及冷却速度和方式各有不同。热处理工艺曲线热处理工艺曲线：金属材料热处理概述金属材料热处理概述热处理工艺分类：根据热处理的目的和工艺方法不同：整体热处理——退火、正火、淬火、回火等热处理

表面热处理表面淬火——火焰加热、感应加热化学热处理——渗碳、渗氮、碳氮共渗等热处理金属材料热处理概述最终热处理是在零件完成机械加工后进行的，目的在于获得零件所需的力学性能。热处理工艺分类：根据工序位置的不同：预备热处理预备热处理是在零件加工过程中进行的，目的在于改善铸造、锻造或焊接毛坯件的内部组织，消除内部应力，为后续机械加工或进一步的热处理作准备，最终热处理。第一节金属材料热处理概述第二节钢的整体热处理第三节钢的表面热处理

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钢的整体热处理整体热处理是对工件整体加热，然后以适当速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。整体热处理退火正火回火淬火退火1.概念

退火是将钢件加热到适当的温度，经过一定时间的保温后，缓慢冷却（一般为随炉冷却）以使内部组织均匀化，从而获得预期力学性能的热处理工艺。2.目的消除钢铁材料的内应力；降低钢铁材料的硬度，提高其塑性；细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分，并为最终热处理做好组织准备。退火3.分类及应用

不同成分的钢件在退火时所需的加热温度和冷却方式各不相同，通常可将退火分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀退火和去应力退火。（a）加热温度

（b）工艺曲线示意图几种退火方式的工艺曲线退火几种退火方式的处理方法、特点及应用范围类别处理方法特点应用范围完全退火

将工件加热到Ac3以上30～50℃，保温一段时间后，随炉冷却到500°C以下再出炉空冷

降低硬度，有利于切削；消除残余应力，稳定工件尺寸；细化晶粒，改善组织，提高力学和工艺性能适用于亚共析钢和合金钢的铸件、锻件和焊件等等温退火将工件加热到Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快冷却到珠光体，并等温保持，使奥氏体转变为珠光体后出炉空冷细化组织和降低硬度，获得的组织比完全退火更均匀，可缩短退火时间适用于中碳合金钢和低合金钢球化退火将工件加热到Ac1以上20～30℃、保温一段时间后，随炉缓慢冷却

降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，为淬火做组织准备适用于亚共析钢和过共析钢，碳素工具钢、合金工具钢及轴承钢等，

均匀退火将工件加热到Ac3以上150～200℃，保温10～15h后缓慢冷却，随炉冷却到350

C以下再出炉空冷

消除钢件内部化学成分的偏析和组织的不均匀性适用于合金钢的大型铸件或锻件去应力退火

将工件加热到Ac1以下100～200℃左右，保温一段时间后，随炉冷却至250℃左右后取出空冷使组织均匀，消除上一步加工工序产生的残余应力，以减小变形、脆裂适用于锻造、铸造等毛坯去应力处理，为后续冷热加工作准备正火1.概念2.目的及应用（1）提高低碳钢、低碳合金钢的硬度，改善切削加工性能。（2）细化晶粒，消除组织缺陷，为后续热处理工艺做好组织准备。（3）提高强度、硬度和韧性，可作为对力学性能要求不高的机械零部件的最终热处理正火是将钢件加热到Ac3（对于亚共析钢）或Acm（对于过共析钢）以上30～50℃，经过一段时间保温后，在空气中冷却以得到珠光体组织的热处理工艺。由于正火比退火的加热温度略高，冷却速度也较快，故正火后钢件的强度和硬度较高。淬火1.概念2.淬火介质

钢件进行淬火时所使用的冷却介质称为淬火介质。按照冷却能力从高到低的顺序，常用的淬火介质包括水及水溶液、各种矿物油、硝盐浴、碱浴及空气等。通常情况下，对钢件进行淬火，在较高温度区间内，需要快速冷却以获得较高的硬度。

淬火是将钢件加热到加热到Ac3（对于亚共析钢）或Ac1（对于过共析钢）以上30～50℃，经过一定时间的保温后，在某种介质中快速冷却，以大幅提高材料硬度的热处理工艺淬火3.常用淬火方法根据冷却方式的不同，淬火可分为单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火等。1—单介质淬火法；2—双介质淬火法；3—分级淬火法；4—等温淬火法各种淬火方法的冷却曲线示意图淬火各种淬火方法的工艺特点及应用范围类别处理方法工艺特点应用范围单介质淬火

单介质淬火是将工件加热奥氏体化后浸入某一种冷却介质中冷却的淬火工艺。一般形状简单的碳钢件在水中淬火，合金钢件和尺寸较小的碳钢件在油中淬火。

操作简单、易于实现机械化；但在水中冷却时，容易造成钢件变形和开裂；在油中冷却时，难以达到所要求的硬度或硬度分布不均匀

适用于形状简单、尺寸较小的低碳或中碳钢工件双介质淬火

双介质淬火是将工件加热奥氏体化后先浸人冷却能力强的介质，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的淬火工艺。如先水淬后油冷、先水淬后空冷等。

能综合两种淬火介质的优点，高温时快速冷却可以获得较高的组织硬度，低温时缓慢冷却可以减少钢件的变形和开裂；但钢件在第一种介质中的冷却时间难以掌握，操作技术要求较高适用于形状复杂的高碳钢件或尺寸较大的合金钢工件分级淬火

分级淬火是将工件加热奥氏体化后浸如温度稍高或稍低于Ms的碱浴或盐浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷以获得马氏体的淬火工艺。

能够减小钢件热应力，防止工件变形和开裂适用于尺寸小、形状复杂的高碳钢或合金钢工具或模具等温淬火等温淬火是将工件加热奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。

能够防止开裂和变形，工件具有较好的韧性、塑性、硬度和耐磨性；但生产周期长，效率低

适用于各种形状复杂、尺寸精度要求高、韧性要求高的中、高碳钢及合金钢制作的模具、刃具等回火1.概念2.目的及应用回火具有以下方面的目的：①提高组织稳定性，避免钢件在使用过程中发生组织转变，从而造成开裂和变形。②消除内部应力，以稳定钢件几何尺寸并改善切削加工性能。③适当降低钢件硬度和强度，提高韧性和塑性，以获得良好的综合力学性能。

回火是将淬火后的钢件重新加热到A1（相变温度）以下某个温度，保温一定时间后冷却至室温的热处理工艺。回火通常作为钢件的最终热处理工艺，在工业生产中应用十分广泛。

钢件经淬火后，内部存在着马氏体、贝氏体及残余奥氏体等不稳定组织，随着时间的推移很容易发生组织转变，因此一般需要马上进行回火。回火3.回火方法的分类回火的温度越高，获得的钢件硬度、强度越低，塑性和韧性越高。三类回火方法工艺特点及应用范围类别保温温度工艺特点应用范围低温回火150～250℃

获得的组织为回火马氏体，硬度为58～64HRC；能够减小淬火时产生的内应力，降低钢件脆性，获得较高的硬度和耐磨性，并保持一定的韧性适用于处理各种要求高硬度、高耐磨性的工件，如各种刀具、量具、模具、滚动轴承等中温回火250～500℃

获得的组织为回火托氏体，硬度为35～50HRC；钢件具有较高的弹性和一定的韧性适用于处理各种弹性零件和热锻模具，如弹簧等高温回火500～650℃

获得的组织为回火索氏体，硬度为25～35HRC；能够使钢件具有较高的强度、良好的塑性和韧性，提高钢件的综合力学性能

适用于各种重要的受力零部件，如传动轴、连杆、齿轮、丝杠等调质处理

先对钢件进行淬火，再进行高温回火，这种复合热处理工艺称为调质处理，简称为调质。调质处理可使钢件获得良好的综合力学性能，在具有较高强度和硬度的同时保持一定的韧性和塑性，通常用于丝杠、连杆、主轴、轴承等受力复杂的重要机械零部件。（a）丝杠

（b）连杆

（c）机床主轴

（d）轴承经调质处理的零部件时效处理人工时效

指将钢件重新加热到100～150℃，在较短时间内（5～20h）进行的时效处理自然时效时效处理时效时是否加热指不经过加热，将钢件直接存放在室温条件下，长时间放置而进行的时效处理。振动时效

指常温时使钢件以一定的频率进行振动，以使其内部应力均匀化，稳定钢件的形状和尺寸的处理工艺。

经塑性变形、铸造、锻造加工后的钢件，在粗加工之后、精加工之前