第一部分第一部分金属材料金属材料的基本概念的基本概念金属材料的基本概念金属材料的基本概念金属材料是由金属元素或以金属元素为主要金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的并具有金属特性的工程材料。材料构成的并具有金属特性的工程材料。纯纯 金金 属属 合合 金金金属材料工程材料与类别工程材料是以用于工程材料是以用于工程结构和机器零件及元器件工程结构和机器零件及元器件的材料为的材料为研究对象。研究对象。金属材料的分类金属材料的分类金属材料黑色黑色 金属金属有色有色 金属金属非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢 合金钢合金钢 铸铁铸铁滑动轴承合金滑动轴承合金 钛及钛合金钛及钛合金其他非铁合金其他非铁合金 铜及铜及铜铜合金合金铝铝及及铝铝合金合金钢的分类及编号一钢的分类（一）按用途划分 1结构钢 机械零件和工程用钢。 2工具钢 刃具、模具、量具用钢 3特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。1碳素钢 （1） 低碳钢 C 0.25 （2） 中碳钢 0.25 C 0.6 （3） 高碳钢 C 0.62合金钢 （1）低合金钢 M总 5 （ M总为合金元素总量 ） （2）中合金钢 5 M总 10 （3）高合金钢 M总 10（二）按化学成分划分（二）按化学成分划分1普通普通钢 P 0.045 ，S 0.055 2优质钢 P、S均均 0.0403高高级优质钢 P 0.035 ，S 0.030（三）按（三）按钢的的质量划分量划分碳（素）钢分类1、普通碳素结构钢2、优质碳素结构钢3、碳素工具钢4、铸造碳钢（一）普通碳素结构钢钢号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个强度级别 牌号：Q+数字-质量等级脱氧方法质量分A、B、C、D级，D级S、P含量最低。 1“Q”字表示屈服强度之义。Q195表示屈服强度为195Mpa 。 2. A、B、C、D表示钢材质量等级不同。A表示P、S质量分 数最高，D表示P、S质量分数最低。 3“F”表示沸腾钢，“b”表示半镇静钢，不标注“F”、“b”者为镇静钢。如：Q235-A.F表示屈服强度235MPa的A级沸腾钢。牌号牌号等等级级化学成分化学成分 w /% s bd d用用 途途CSPMPMP%Q195-0.06-0.120.0500.045195315-39033塑性好，有一定的强度，通塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管常轧制成钢筋、钢板、钢管等，用于制造受力不大的零等，用于制造受力不大的零件，如普通螺钉、螺母、垫件，如普通螺钉、螺母、垫圈等，及焊接件、冲压件、圈等，及焊接件、冲压件、桥梁建设等金属结构件桥梁建设等金属结构件Q215A0.09-0.150.0500.045215335-41031B0.045Q235A0.14-0.220.0500.045235375-46026B0.12-0.200.045C0.180.0400.040可用于重要的焊接件可用于重要的焊接件D0.170.0350.035Q255A0.18-0.280.0500.045255410-51024强度较高，用于制造承受中强度较高，用于制造承受中等载荷的零件，如小轴、销等载荷的零件，如小轴、销子、连杆等。子、连杆等。B0.045Q275-0.28-0.380.0500.045275490-61020普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途 普通碳素结构钢-应用含碳量较低，一般在0.06%-0.38%范围内；焊接性能、塑性、韧性好；价格低；通常轧制成钢板、钢带、型钢、棒钢等各种型材，用于桥梁、建筑等工程构件和要求不高的机械零件。 这类钢主要保证机械性能 （二）优质碳素结构钢钢号:08F, 10F, 15F, 08, 10, 15,20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85及15Mn, 20Mn, 25Mn, 30Mn, 35Mn, 40Mn, 45Mn, 50Mn, 55Mn, 60Mn, 65Mn, 70 Mn牌号是两位数字，表示钢的平均含碳量，单位是万分之一。如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。若钢中锰含量较高，则在钢号后附以符号“Mn”，如45Mn等。 含Mn为0.350.6时将Mn标出。专门用钢在钢号后加字母。如20g钢为锅炉用钢优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件。 （三）碳素工具钢钢号：T7, T8, T9, T10, T11, T12, T13含碳量：在0.65-1.35%之间，以千分之一表示含碳量，T8钢为C0.8为“碳”字含Mn为0.350.60时将Mn标出。如T8Mn钢。碳素工具钢都是优质钢。钢号后的“A”字表示高级优质钢。如T8A碳素工具钢-应用碳素工具钢用来制造各种量具、刃具、模具等。T7、T8硬度高、韧性较高，可制造冲头，凿子、锤子等工具。T9、T10、T11硬度更高，韧性适中，制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。T12、T13硬度很高、韧性较低制作锉刀，刮刀等刃具及量规、样套等量具。碳素工具钢使用前都要进行热处理。 合金钢1、合金结构钢2、合金工具钢3、特殊性能钢合金结构钢编号规则钢号由三部分组成：数字+元素+数字钢号前的两位数字表示平均含碳量，以万分之几表示。合金元素以汉字或化学元素符号表示；合金元素后的数字表示含合金元素量（M），以百分之几表示；如果平均M1.5时一般不标明含量数字；如果M1.5、2.5%、3.5%、4.5%时分别标以2、3、4、5如36Mn2Si:平均约0.36%C, 1.5-1.8%Mn, 0.4-0.7%Si;合金结构钢均是优质钢，若是高级优质钢，在钢号后加以“A”字。例如：38CrMoAlA钢0.38C、含Cr、Mo、Al均1.0。如CrMn钢，平均碳含量约1.3-1.5%;含C1.0时，以千分之几（一位数字）表示含碳量。如9CrSi钢，C0.9。9Mn2V：0.85-0.95%C, 1.7-2.0%Mn, 0.1-0.25%V合金元素以百分之几表示，方法与合金结构钢相同。 特殊性能钢特殊性能钢，如不锈钢、耐热钢，与工具钢表示碳含量方法相同，也以千分之一为单位的一位数字表示碳含量。以百分之一表示含合金元素量。1Cr18Ni9Ti钢C0.1、Cr 18、Ni 9、Ti1.5%但若含碳量0.03%及 0.08的钢，在钢号前分别冠以“00”及“0”。如00Cr18Ni10, 0Cr18 特例铬滚动轴承钢：在钢号前注明“滚”或“G”，其后为Cr+数字。数字表示含Cr量的千分之几。例如， GCr15钢， Cr为1.5。低Cr工具钢（小于1%)，以千分之几表示Cr含量，并在数字前加“0”以示区别，如平均含Cr量为0.6%的低Cr工具钢的钢号为Cr06；在高速钢的钢号中，一般不标出含碳量，只标出合金元素平均含量的百分之几。如W18Cr4V, 0.7-0.8%C；W6Mo5Cr4V2，含0.8-0.9%C.三、优质结构钢1、钢号：1）低淬透性：15, 20Mn2, 20Cr, 20MnV, 20CrV 2)中淬透性：20CrMn, 20CrMnTi, 20Mn2TiB, 20SiMnVB 3)高淬透性：18Cr2Ni4WA, 20Cr2Ni4A, 15CrMn2SiMo2、渗碳钢的成分特点： 低 碳：一般为0.10.25。 低合金：合金元素的作用Cr、Mn、Ni等主要是提高钢的淬透性。W、Mo、Ti主要是形成稳定的合金碳化物，抑制钢在渗碳过程中晶粒长大，增加渗碳层硬度，提高耐磨性。 如：20、20Cr 、18CrMnTi、20CrMnTi等钢。3、用途：用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机的凸轮轴、活塞轴等1）表面耐磨的耐接触疲劳抗力；2）心部有高的韧性和足够高的强度，承受交变载荷的冲击；3） 有良好的热处理工艺性能。（一）渗碳钢（一）渗碳钢 1成分特点 中碳：C0.250.5；合金元素：Cr、Mn、Si、Ni、B-提高淬透性；Mo、W-细化晶粒，降低第类回火脆性。 2调质钢的热处理（1）热处理：淬火高温回火（调质处理）（2）热处理后组织:S回（FC）在F基体上均匀分布细粒状C（3）性能：强度、硬度高；塑性、韧性好，综合机械性好。 3调质钢及其应用（1）低淬透性钢45、40Cr、40MnB、40MnVB，油淬透性最大直径d3040mm。用于汽车和拖拉机连杆、螺栓等。 （2）中淬透性钢 35CrMo、38CrSi、40CrMn等，d4060mm，用于尺寸较大的中、大型零件如曲轴、齿轮等。 （3）高淬透性钢38CrMoAlA, 37CrNi3, 40CrNiMo、40CrMnMo等, d60100mm用于航空发动机主轴。（二）调质钢举例曲轴内燃机曲轴，其功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。曲轴要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较高的材料制造。中小功率内燃机曲轴最常用的材料是45、40Cr、45Mn2等。对于高速大功率曲轴，一般采用合金调质钢如35CrMo、50CrMo等作为曲轴材料。曲轴加工工艺路线为：下料锻造退火粗加工（留调质余量）调质精加工（留磨削余量）中频感应加热表面淬火、低温回火精磨。轴颈和曲柄销表面中频感应加热淬火，硬化层较深，可达3-5.5mm。碳钢：65，75，85含Si, Mn钢: 65Mn, 50Si2Mn, 60Si2Mn, 70SiMnA, 55MnSi, 60MnSi含Cr, V, W钢：60Si2CrA, 60Si2CrVA, 65Si2MnWA, 50CrVA, 50CrMnVA典型钢：65：0.62-0.70%C； 65Mn: 0.62-0.70C, 0.90-1.20%Mn; 60Si2Mn: 0.57-0.65%C, 1.50-2.00%Si, 0.60-0.90%Mn成分特点，中高C：0.600.75C碳素弹簧钢； 0.450.70C的合金弹簧钢。 合元作用：Si、Mn提高淬透性，提高屈服强度; Si易脱碳，Mn易过热。2. 用途：制造各种弹簧和弹性元件；性能要求：1）高的弹性极限，高的屈服强度；2）高的疲劳极限；3）足够高的塑性和韧性，避免冲击时发生脆断。（三）弹簧钢弹簧钢的热处理1）热处理淬火（Ac3以上） 中温回火 （400450） 冷卷弹簧（1015mm）：先热卷成型（在A相区）油淬 中温回火（450550）去应力退火（200300） 2）组织及性能 组织：T回（FC）：在F基体上分布微细粒状C 。 性能：高弹性极限、高疲劳极限、足够的塑性和韧 性，硬度3952HRC。钢号：GCr6, GCr9, GCr9SiMn, GCr15, GCr15SiMn, GMnMoVRe, GSiMoMnV典型钢号：GCr15: 0.95-1.05%C, 1.30-1.65%Cr成分特点：高碳C0.95-1.15；低Cr=0.4-1.65Cr：提高淬透性（固溶态），形成细密的碳化物，提高耐磨性和接触疲劳强度；Si, Mn提高淬透性；V：提高耐磨性，防止过热。用途：制造滚动轴承热处理：球化退火淬油（AC1）(820840)+低温回火（160）球化退火：球状P和细粒状碳化物；降低硬度，利于切削；组织：M回火隐晶M 合金碳化物A少（花脸型组织）性能：高硬度（6266HRC）、高耐磨、一定的韧性和塑性。应用可用于微型、小型、中型、大型和特大型轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈；精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。（四) 轴承钢（五）易切削钢在钢中附加某一种成某几种元素，使它成为容易被切削加工的钢，这类钢称为易切削钢。目前常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。它们利用自身或与其它元素形成夹杂物， 比如(Mn，Fe)S，降低材料的塑性，使切屑易断，从而改善钢的切削加工性。易切钢中含硫量限定在0.08-0.30%范围内，同时适当提高含锰量(0.66-1.55%)与它配合。过高，会导致热脆。铅在钢中孤立地呈细小颗粒均匀分布时能改善切削加工性。铅含量在0.15-0.25%范围，过多时引起偏析。钙(0.0010.005%) 在钢中能形成高熔点的钙铝硅的复合氧化物(钙铝硅酸盐)附在刀具上，形成薄而具有减摩作用的保护膜，从而防止刀具磨损。易切钢的钢号是在普通钢号前冠以“易”或“Y”，以区别于非易切钢。例如易12、易20、40锰或Y12、Y20、Y40Mn、T10Pb、Y40CrSCa等。一一 刃具钢：刃具钢：车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具 称为刃具刃具3 工具钢刃具、模具、量具刃具钢的工作条件和性能 1工作条件：刃具切削时与切屑发生强烈摩擦刃口温度高；刃具还承受一定的冲击和震动；刃具的主要失效形式是刃部的磨损、折断或崩刃及刃部软化等。2、性能：刃具钢应具备高硬度、高耐磨性、较高的热硬性和足够的强度和韧性。硬度应60HRC。高红硬性：刃具切削加工时，必须保证刃口硬度不随温度升高而明显降低。钢在高温（550）下保持高硬度（60HRC）的能力叫热硬性（亦称红硬性）。热硬性主要取决于钢的回火稳定性。回火稳定性越高，碳化物越不易聚集，热硬性越好。足够的强度和韧性，以防刃具受冲击或震动时折断或崩刃。刃具的材料选择 制造刃具的材料有碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等，可以根据刃具的工作条件（加工对象、切削速度、工作温度、有无冲击等）和耐磨性选择适当的材料简单、低速的手用刃具，如手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等对红硬性和强韧性要求不高，可用碳素工具钢制造，如T8、T10、T12钢等；低速切削、刃部温度低于300、形状复杂的刃具，如丝锥、板牙、拉刀等，可用低合金刃具钢9SiCr、CrWMn等制造；刃部温度低于550，高速切削用的刃具，选用高速钢（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等）制造；刃部温度低于1000，形状简单的刀头，切削速度快，硬度（89-94HRA）、耐磨性要求高的刃具，选用硬质合金制造，YG6、YG8、YT6、YT15等，其缺点是抗弯强度低、冲击韧性较差，价格贵；要求刃部具有高硬度（5000-8000HV）、高耐热温度（1400-1500），高耐磨性和红硬性的刃具，选用陶瓷（如氮化硅Si3N4、立方氮化硼）刀具制造，其缺点是抗冲击能力较低，易崩刃 模具钢冷作模具钢1. 工作条件及性能要求：冷作模具钢用于制造各种冷冲模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200-300。冷作模具工作时要承受很大压力、冲击载荷和摩擦。主要损坏形式是磨损，也常出现断裂和变形等。因此冷作模具钢应具有高硬度、高耐磨性、高韧性和高抗疲劳强度，热处理变形要小。2. 常用钢种：我国常用的冷作模具钢有9Mn2V、9CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr6WV、Cr4W2MoV 、Cr2Mn2SiWMoV、6W6Mo5Cr4V、4CrW2Si、6CrW2Si等，其中较常用的9Mn2V、Cr12、Cr12MoV钢3成分特点(1)高碳 含碳量多在1.0%以上，有时高达2.0%以上，一方面与合金元素形成碳化物，另一方面使一定的碳溶于高温奥氏体中，获得高碳马氏体，以保证钢的高硬度和高耐磨性。(2)加入Cr、Mo、W、V等合金元素 形成难熔碳化物，提高耐磨性，Cr还显著提高钢的淬透性。量具钢工作条件及性能要求：量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、螺旋测微仪、样板、卡规、块规、塞规等。量具在使用过程中主要受到磨损，主要性能要求是高硬度（56HRC）和高耐磨性；高的组织稳定性，尺寸不发生变化；热处理变形小和较好的加工工艺性。成分特点：(1)高碳 含碳量为0.90-1.5%，以保证高硬度和耐磨性；(2)加入合金元素Cr、W、Mn等提高淬透性，减小淬火变形。这些合金元素还可以形成合金渗碳体，提高钢的硬度和耐磨性。量具用钢：量具没有专用钢。一般对于要求高精度、高耐磨性、尺寸稳定、淬火变形小、硬度均匀及尺寸较大的量具，常选用含Cr、W、Mn等元素的低合金工具钢或铬轴承钢；对于高硬度、高表面光洁度及尺寸不大的量具或量具零件，可选用碳素工具钢；要求中等硬度及一定强度和韧性的量具结构件，可选用优质中碳结构钢；尺寸小、形状简单、精度较低的量具，可选用高碳钢或渗碳钢；弹性零件则用弹簧钢 铸铁铸铁的组织与分类的组织与分类1.1.特点特点1)1)成分成分C2.11%的铁碳合金称为铸铁，特点是含有较高的C和Si，同时也含有一定的Mn、P、S等杂质元素。常用铸铁的成分为：2.54.0%C，1.03.0%Si，0.51.4%Mn，0.010.50%P，0.020.20%S。为提高铸铁性能，常加入合金元素Cr、Mo、V、Cu、Al等形成合金铸铁。2)2)组织组织铸铁中C、Si含量较高，C大部分、甚至全部以游离状态石墨（G）形式存在。2)2)性能性能铸铁的缺点是由于石墨的存在，使它的强度、塑性及韧性较差，不能锻造。优点是其接近共晶成分，具有良好的铸造性；由于游离态石墨存在，使铸铁具有高的减摩性、切削加工性和低的缺口敏感性。目前，许多重要的机械零件能够用球墨铸铁来代替合金钢。一、铸铁的石墨化一、铸铁的石墨化1.铸铁的石墨化铸铁的石墨化、G为六方晶格。基面上原子以共价键结合，基面之间原子以范氏键结合，因此铸铁的强度、塑性及韧性极低。、从热力学讲，G为稳定态，而Fe3C为亚稳态。在冷却速度非常缓慢或加入石墨化元素，可促使碳按石墨转变。但是，当冷却速度较快时，由于成分起伏及结构起伏（L、A和Fe3C的成分更接近）的原因，也可析出渗碳体。2、石墨化的途径、从液态中直接结晶出或从奥氏体中直接析出。、也可以先结晶出渗碳体，再由渗碳体在一定条件下分解而得到（Fe3C3Fe+C）高温时，石墨化过程进行比较完全；低温时，若冷却速度较快，石墨化过程将部分或全部被抑制。 3、影响石墨化的因素 影响石墨化的因素主要是铸铁的成分和冷却速度。1）成分：合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素，顺序为：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb为中性元素，向左促进程度加强，向右阻碍程度加强。 C和Si是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，引入碳当量CE = C% + 1/3Si%，一般CE4%，接近共晶点。S是强烈阻碍石墨化元素，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。2)2)冷却速度冷却速度冷速越快，不利于铸铁的石墨化，这主要取决于浇注温度、铸型材料的导热能力及铸件壁厚等因素。冷速过快，第二阶段石墨化难以充分进行。二、铸铁的组织与性能的关系1、铸铁的力学性能主要取决于基体的组织和石墨的形态、数量、大小以及分布状态。1)1)数量：数量：G破坏基体连续性，减小承载面积，是应力集中和裂纹源，故G越多，抗拉强度、塑性及韧性越低；2)2)大小：大小：越粗，局部承载面积越小，越细，应力集中越大，均使性能下降，故有适合尺寸（长度0.030.25mm）；3)3)分布：分布：越均匀，性能越好；（4）由片状至球状，强度、塑性及韧性均提高。2.2.基体基体F基体塑性和韧性好，P基体强度、硬度及耐磨性高。常用铸铁简介1 1、根据铸铁中石墨形态的不同，还可以将铸铁分为：、根据铸铁中石墨形态的不同，还可以将铸铁分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。导入新课：导入新课：一、灰铸铁一、灰铸铁1 1、灰铸铁的成分与组织、灰铸铁的成分与组织1 1）、成分：含）、成分：含C C量：量：2.7%3.6%2.7%3.6%、含、含SiSi量：量：1.0%2.2%1.0%2.2%、S S0.15%、P0.3%。2）、组织：由金属基体和在基体中分布的片状石墨组成。（铁素体灰铸铁、铁）、组织：由金属基体和在基体中分布的片状石墨组成。（铁素体灰铸铁、铁素体素体珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁）珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁）2、灰铸铁的性能和孕育处理、灰铸铁的性能和孕育处理1）、性能：良好的切削加工性能、铸造性能、耐磨性、减震性、以及低的缺口）、性能：良好的切削加工性能、铸造性能、耐磨性、减震性、以及低的缺口敏感性。敏感性。2）、孕育处理：在浇注前往铁水中投入少量的硅铁、硅钙合金等作为孕育剂，）、孕育处理：在浇注前往铁水中投入少量的硅铁、硅钙合金等作为孕育剂，使铁水内产生大量均匀分布的晶核，使石墨及基体组织得到细化。使铁水内产生大量均匀分布的晶核，使石墨及基体组织得到细化。3 3、灰铸铁的牌号及用途、灰铸铁的牌号及用途1 1）、）、HTHT（灰铁）（灰铁）+ +三位数字（表示最小抗拉强度数值）。三位数字（表示最小抗拉强度数值）。二、可锻铸铁二、可锻铸铁俗称马钢、玛钢。是白口铸铁通过石墨化退火，使渗碳体分解成团絮状的石俗称马钢、玛钢。是白口铸铁通过石墨化退火，使渗碳体分解成团絮状的石墨而获得的。墨而获得的。1 1、可锻铸铁的组织与性能、可锻铸铁的组织与性能1 1）、生产过程：首先铸造成白口铸铁件，然后进行长时间的石墨化退火。）、生产过程：首先铸造成白口铸铁件，然后进行长时间的石墨化退火。2 2）、根据退火的工艺不同，可形成：铁素体基体的可锻铸铁、铁素体）、根据退火的工艺不同，可形成：铁素体基体的可锻铸铁、铁素体珠珠光体基体的可锻铸铁、珠光体可锻铸铁。光体基体的可锻铸铁、珠光体可锻铸铁。3 3）、成分：）、成分：C C：2%2.8%2%2.8%、Si:1.2%1.8%Si:1.2%1.8%、MnMn：0.4%0.6%0.4%0.6%、P0.1%P0.1%、S0.25%.S0.25%.2 2、可锻铸铁的牌号及用途、可锻铸铁的牌号及用途1 1）、由三个字母及两组数字组成。）、由三个字母及两组数字组成。KTKT（可铁）第三个字母表示可锻铸铁的类（可铁）第三个字母表示可锻铸铁的类别：别：H H表示黑心可锻铸铁，表示黑心可锻铸铁，Z Z表示珠光体可锻铸铁。后面的两组数字分别表示表示珠光体可锻铸铁。后面的两组数字分别表示最低抗拉强度和断后伸长率。最低抗拉强度和断后伸长率。三、三、球墨铸铁球墨铸铁铁水在浇注前经球化处理，使析出的石墨大部分或全部呈球状的铸铁。铁水在浇注前经球化处理，使析出的石墨大部分或全部呈球状的铸铁。（加入球化剂（加入球化剂: :如纯镁、镁合金、稀土镁合金）如纯镁、镁合金、稀土镁合金）1、球墨铸铁的组织与性能1）、成分：C：3.6%3.9%、Si：2.0%2.8%、Mn：0.6%0.8%、S0.07%、P V V临临 ，但，但V V冷过快冷过快 工件体积收缩，组织工件体积收缩，组织转变剧烈转变剧烈 内应力内应力 工件易变形、开裂。工件易变形、开裂。 淬火介质的选择很重要。淬火介质的选择很重要。2 2）、）、由由C C曲线可知，要获得曲线可知，要获得M-M-无需在整个冷却过程中都快关键在无需在整个冷却过程中都快关键在C C曲线鼻尖曲线鼻尖附近快冷。附近快冷。在高温段在高温段650650550550冷却速度要足够快，而低温段冷却速度要足够快，而低温段300300以以下要足够慢。下要足够慢。3 3）常用淬火冷却介质：常用淬火冷却介质： 油、水、油、水、 盐水、碱水等。盐水、碱水等。其中碳钢适用冷却介质其中碳钢适用冷却介质- - 一般为一般为“水水”；合金钢；合金钢 -“-“油油”。4 4、淬火方法：、淬火方法：1 1）、单液淬火法）、单液淬火法2 2）、双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。）、双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。3 3）、马氏体分级淬火）、马氏体分级淬火；4 4）、贝氏体等温淬火。）、贝氏体等温淬火。5 5、钢的淬透性、淬硬性钢的淬透性、淬硬性1)1)、淬透性、淬透性、指在规定条件下，钢淬火冷却时所获指在规定条件下，钢淬火冷却时所获M M组织深度组织深度的能力。的能力。、用不同的钢制成相同形状、尺寸工件，在同样的淬火条件下，淬透性好的、用不同的钢制成相同形状、尺寸工件，在同样的淬火条件下，淬透性好的钢获钢获M M深度较深；淬透性差的钢获深度较深；淬透性差的钢获M M深度较浅。深度较浅。、淬透性与钢的淬透性与钢的V V临有关；当钢的临有关；当钢的V V临越低临越低钢的淬透性越好。钢的淬透性越好。钢的淬透性越好，淬火回火后截面组织均匀、综合力学性能好。钢的淬透性越好，淬火回火后截面组织均匀、综合力学性能好。 钢的淬透性越好钢的淬透性越好在冷却时可用较缓和冷却介质，在冷却时可用较缓和冷却介质，变形开裂。变形开裂。淬透性好的钢，其淬硬性不一定好。淬透性好的钢，其淬硬性不一定好。2 2）淬硬性：）淬硬性： 指钢淬火后所能达到的指钢淬火后所能达到的最高硬度最高硬度的能力。的能力。、淬硬性主要取决于：钢中的含碳量。、淬硬性主要取决于：钢中的含碳量。C% C% ，钢淬硬性，钢淬硬性 。、淬硬性与淬透性是两个完全不同的概念。淬硬性与淬透性是两个完全不同的概念。6 6、淬火缺陷：、淬火缺陷：1 1）. .氧化与脱碳氧化与脱碳2 2）. .过热和过烧过热和过烧3 3）. .变形与开裂变形与开裂4 4）. .硬度不足硬度不足 5 5）. .软点软点热处理的基础方法一、回火1、概念：将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。2、回火目的：1）消除内应力；2）获得所需要的力学性能；3）稳定组织和尺寸。3、淬火钢在回火时组织与性能的变化1）马氏体分解；2）残余奥氏体分解3）渗碳体的形成4）渗碳体的聚集长大。其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。性提高。 4 4、回火的分类及应用。、回火的分类及应用。1 1）淬火钢回火的组织转变过程是由非平衡组织）淬火钢回火的组织转变过程是由非平衡组织平衡组织转变，依靠原子扩散平衡组织转变，依靠原子扩散而进行的，原子扩散速度取决于温度，温度越高，扩散速度愈高。决定钢回而进行的，原子扩散速度取决于温度，温度越高，扩散速度愈高。决定钢回火后的组织、性能的主因素是：回火温度。火后的组织、性能的主因素是：回火温度。2 2）回火温度根据工件要求的力学性能来选择。回火温度根据工件要求的力学性能来选择。3 3）回火种类有：）回火种类有：、低温回火：（低温回火：（150 - 250150 - 250）-获回火获回火M M工件性能：保持高硬度工件性能：保持高硬度(58-64 HRC)(58-64 HRC)和耐磨性，一定的韧性（和耐磨性，一定的韧性（钢的淬火应力、钢的淬火应力、脆性）。脆性）。中温回火中温回火: :（350 - 500350 - 500）-获回火获回火T T工件性能：高弹性极限、工件性能：高弹性极限、SS和适当韧性，硬度可达：和适当韧性，硬度可达：35-50HRC35-50HRC。主用于：弹性零件、热锻模具等。主用于：弹性零件、热锻模具等。高温回火：（高温回火：（500 - 650500 - 650）-获回火获回火S S工件性能：良好的综合力学性能工件性能：良好的综合力学性能( (足够强度、高韧性足够强度、高韧性, ,硬度硬度15-36 HRC)15-36 HRC)。广泛用于：受力构件。如：螺栓、连杆、齿轮、曲轴等广泛用于：受力构件。如：螺栓、连杆、齿轮、曲轴等 。注：注：1 1、 淬火淬火 + +高温回火高温回火 称为称为“调质调质”处理。处理。钢的表面热处理概述：概述：在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有面摩擦条件下工作的。这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。这类零件要进行表面热处理足够的塑性和韧性。这类零件要进行表面热处理常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。一、表面淬火一、表面淬火 对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。1 1、火焰加热表面淬火、火焰加热表面淬火、工艺：应用氧、工艺：应用氧乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热并随乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热并随后冷却。后冷却。、特点：淬硬层深度一般为、特点：淬硬层深度一般为2mm6mm2mm6mm。加热温度及淬硬层不易控制，易产生过。加热温度及淬硬层不易控制，易产生过热和加热不均匀现象，淬火质量不稳定。热和加热不均匀现象，淬火质量不稳定。2、感应加热表面淬火. .工艺：利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件的表面受到局部加热，工艺：利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件的表面受到局部加热，并进行快速冷却。并进行快速冷却。. .加热速度快；淬火质量好；淬硬层深度易于控制。加热速度快；淬火质量好；淬硬层深度易于控制。二二. .化学热处理化学热处理1.1.化学热处理的过程：化学热处理的过程：分解分解吸收吸收扩散扩散2.2.钢的渗碳钢的渗碳. .工艺工艺: :将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层。将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层。. .目的：提高钢件表层的含碳量。目的：提高钢件表层的含碳量。. .渗碳后的工件需经淬火及低温回火。渗碳后的工件需经淬火及低温回火。3.3.碳氮共渗碳氮共渗. .工艺工艺: :将钢件置于渗碳将钢件置于渗碳- -氮介质中加热并保温，使碳、氮原子渗入工件表层。氮介质中加热并保温，使碳、氮原子渗入工件表层。. .目的：提高钢件表层的含碳目的：提高钢件表层的含碳- -氮量。氮量。. .碳氮共渗后的工件需经淬火及低温回火。碳氮共渗后的工件需经淬火及低温回火。4.4.渗氮、氮碳共渗、合金元素共渗等其它化学热处理。渗氮、氮碳共渗、合金元素共渗等其它化学热处理。第二部分第二部分一.金属材料性能简介二.我公司理化仪器设备简介三.我公司零件早期失效分析范例强度与塑性强度（单位MPa）：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。塑性：指材料断裂前发生塑性变形的能力。通常用断后伸长率和断面收缩率来衡量。一 检测方法及相关物理量 1. 金属材料的拉伸实验金属材料的拉伸实验 低碳钢的应力低碳钢的应力-应变曲线应变曲线 拉伸试验机拉伸试验机屈服强度抗拉强度硬度：硬度：表征材料软硬程度的一种性能。表征材料软硬程度的一种性能。硬度硬度布氏硬度布氏硬度HBWP压头材料为淬火钢和硬质合金压头材料为淬火钢和硬质合金压头为钢球球时，布布氏氏硬硬度度用用符符号号HBS表表示示，适适用用于于布布氏氏硬硬度度值在在450以以下下的的材材料。料。压头为硬硬质合合金金球球时，用用符符号号HBW表表示示，适适用用于于布布氏氏硬硬度度在在650以以下下的的材材料料。符符号号HBS或或HBW之之前前的的数数字字表表示示硬硬度度值, 符符号号后后面面的的数数字字按按顺序序分分别表表示示球球体体直直径径、载荷荷及及载荷荷保保持持时间。如如 120HBS10/1000/30 表表示示直直径径为10mm的的钢球球在在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持荷作用下保持30s测得的布氏硬度得的布氏硬度值为120。布氏硬度的布氏硬度的优点：点：测量量误差小，数据差小，数据稳定。定。缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。硬的材料。适于适于测量退火、正火、量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。及有色金属的硬度。材料的材料的 b与与HB之之间的的经验关系：关系： 对于低碳于低碳钢: b(MPa)3.6HB 对于高碳于高碳钢： b(MPa)3.4HB 对于于铸铁： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(HB-40)洛氏硬度洛氏硬度HRC常用洛氏硬度为常用洛氏硬度为C级，用级，用150kgf的载荷将一个的载荷将一个120圆锥形金刚石压头压圆锥形金刚石压头压入金属表面入金属表面A级载荷为级载荷为60kgf, B级为级为100kgfh1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计符号符号HR前面的数字前面的数字为硬度硬度值，后面，后面为使用的使用的标尺。尺。lHRA用于用于测量高硬度材料量高硬度材料, 如如硬硬质合金、表淬合金、表淬层和渗碳和渗碳层。lHRB用于用于测量低硬度材料量低硬度材料, 如如有色金属和退火有色金属和退火、正火正火钢等。等。lHRC用于用于测量中等硬度材料，量中等硬度材料，如如调质钢、淬火、淬火钢等。等。l洛氏硬度的洛氏硬度的优点：点：操作操作简便，便，压痕小，适用范痕小，适用范围广。广。l缺点：缺点：测量量结果分散度大。果分散度大。钢球球压头与与金金刚石石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕维氏硬度维氏硬度HV以一定大小的载荷以一定大小的载荷P,将一个金刚石四棱锥将一个金刚石四棱锥压入金属表面，单位压痕面积上的载荷即压入金属表面，单位压痕面积上的载荷即为金属的维氏硬度，单位为金属的维氏硬度，单位kgf/mm维氏硬度用符号氏硬度用符号HV表示表示，符号前的数字，符号前的数字为硬度硬度值，后面的数字按后面的数字按顺序分序分别表示表示载荷荷值及及载荷保持荷保持时间。根据根据载荷范荷范围不同，不同，规定了三种定了三种测定方法定方法维氏硬氏硬度度试验 、小、小负荷荷维氏硬度氏硬度试验、显微微维氏硬度氏硬度试验。维氏硬度保留了布氏硬度和氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的洛氏硬度的优点。点。 小小负负荷荷维维氏氏硬硬度度计计显微维氏硬度计显微维氏硬度计韧性：韧性：材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是材料轻度和塑性的综合表现。评定材料韧性的力学性能是：评定材料韧性的力学性能是：冲击韧性和断裂韧性。韧性韧性冲击韧性试验：冲击韧性试验：基本原理：用一定质量的物体以一定的速度冲击一定形状的试样，测量断裂试样需要的能量，以此能量值表示该材料的冲击韧性。势能摆锤的运动速率为5m/s,试样的应变速率约为