1、機械制造基礎教 案第一講 緒論課 題：1、講解本課程研究的對象、內容、方法課題形式：講授、兩課時教學目的：1、講解本課程研究的對象、內容、方法2、講解機械制造一般過程概述教學要求：1、理解機械制造的一般過程2、明確本課程的研究對象、內容、方法教學重點：1、機械制造的一般過程教學難點：1、機械制造的一般過程教 具：多媒體圖片教學方法：多媒體講解、課堂提問教學過程：一、 案例導入：本課程題目為機械制造基礎，因此我們研究的內容都是圍繞機械制造過程展開的。那么到底機械制造過程有哪些呢？二、 教學內容：1. 本課程學習意義· 熟悉各種工程材料性能，合理選擇材料；· 初步掌握和選用毛坯

2、或零件的成形方法及機械零件表面加工方法；· 選用公差配合· 了解工藝規程制訂的原則與方法· 擴大知識面（特種加工技術、先進制造技術）2. 本課程知識體系· “工程材料”部分：以剖析鐵碳合金的金相組織為基礎，以介紹工程材料的性質和合理選材為重點；· 熱加工工藝基礎：“鑄造”、“鍛壓”、“焊接”，認識這些加工方法的用途和實現方法；· 互換性與測量技術：理解公差配合概念與選用；· 機械加工工藝基礎：“毛坯選擇”、“金屬切削加工技術”、“機械零件表面加工技術”、“機械加工工藝規程編制”· 特殊加工與先進制造技術：了解用途與

3、應用場合3. 學習方法· 總結歸納各章節學習目的，形成完整知識體系（宏觀）· 突出各章重點與細節，加深對知識點的深入認識（微觀）· 在相關生產實習過程中，遇到實際問題，結合課本知識，繼續自學4. 機械制造的概念 將原材料（毛坯）和相關輔料轉變成為成品（機械零件）的過程5. 機械制造主要過程技術準備 毛坯制造 零件加工 產品檢驗和裝配產品檢驗和裝配（1） 技術準備階段· 制訂工藝規程· 原材料選則與供應· 刀具、夾具、量具的配備· 熱處理設備和檢測儀器的準備（2） 毛坯制造階段· 方法多種，常見的有鑄造、鍛壓、焊接和

4、型材· 鑄造：金屬液態成形，各種尺寸、形狀復雜的毛坯或零件。（適應性廣、成本低廉）· 鍛壓：用外力對金屬坯料施壓使其產生塑性變形（鍛造與沖壓，改善金屬的力學性能，生產效率高、節省材料）· 焊接：相互分離的金屬材料借助于原子間的結合力連接起來。（連接性好、省工省材料、結構重要輕）· 型材：直接從型材廠購買（3） 零件加工階段· 金屬切削加工是主要加工手段。（車、銑、鉆、鏜、磨、刨、插、拉 ）等· 特種加工應用日趨廣泛（電火花、電解、超聲波、激光、電子束、離子束、等離子弧、化學等等）· 選擇原則：零件批量、精度、表面粗糙度、技術

5、實現方式，價格成本等等綜合考慮（4） 產品檢驗和裝配· 零件檢驗目的：使零件加工誤差在允許范圍內· 零件檢驗對象：一般場合，工序、加工過程中的尺寸變化、加工完成后幾何形狀誤差；在要求高的場合（重載、高壓、高溫、可靠性要求很高）內部性能（缺陷檢驗、力學性能、金相組織檢驗）· 裝配：遵守嚴格的裝配規范。三、小結：1、講解本課程研究的對象、內容、方法2、講解機械制造一般過程概述a) 技術準備 b) 毛坯制造 c) 零件加工 d) 產品檢驗和裝配產品檢驗和裝配四、作業：預習第一章 工程材料第二講 金屬的力學性能§1.1金屬的力學性能課 題：1、金屬的力學性能指標

6、及測量方法課題形式：講授、兩課時教學目的：1、講解金屬的力學性能指標及測量方法教學要求：1、掌握金屬的力學性能指標及測量方法教學重點：1、強度指標的定義與分類2、硬度指標的定義與分類教學難點：1、金屬的各力學指標的概念、測量方法教 具：多媒體圖片、表格教學方法：多媒體講解教學過程：一、 案例導入：在緒論部分的講解中，我們已經明確了本課程的研究對象機械制造過程。在進行機械制造時，首先進入技術準備階段。在技術技術準備中，要完成相關的工作。這些工作中，有一項是非常重要的，那就是選擇材料。那么怎么選擇材料呢？首先得研究常見的材料的性質，只有掌握了材料的特征性質才能順利進行選材。那么材料的性質有哪些呢？

7、二、 教學內容：1. 金屬材料的性能金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能兩大類。其中，工藝性能是指制造過程中表現出的性能，包括鑄造性能、焊接性能、鍛造性能、熱處理性能、切削加工性能。使用性能是指在使用過程中表現出來的性能。物理性能有熔點、密度、熱膨脹性、導電性、導熱性等。化學性能有耐腐蝕性、抗氧化性等。物理化學性能將影響工藝性能和使用性能。本章節主要研究的是力學性能對工藝性能的影響。金屬材料的力學性能是指金屬材料在外力作用下所反映出來的性能。常見的指標有：強度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞強度、斷裂韌度等。1.2.1 強度1 拉伸試驗國標GB/T2282002標準拉伸試樣2 力一伸長曲線 3 彈

8、性與塑性1) 彈性 金屬材料受外力作用時產生變形，當外力去掉后能回復其原來形狀的性能，叫做彈性（OP直線）。2) 彈性變形 隨著外力消失而消失的變形，叫做彈性變形。3) 塑性 金屬材料在外力作用下，產生永久變形而不致引起破壞的性能叫做塑性（PE曲線）。4) 塑性變形 在外力消失后留下來的這部分不可恢復的變形，叫做塑性變形。4 強度金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為強度。屈服強度Re、抗拉強度Rm1) 屈服點與屈服強度 金屬材料開始產生屈服現象時的最低應力值稱為屈服點(S點)，用符號Re 表示。Re =Fs/Ao 式中 Fs試樣發生屈服時的載荷（N）; Ao試樣的原始橫截面積（mm

9、2）。工業上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸過程中，沒有明顯的屈服現象，無法確定其屈服點，按GB/T2228規定，可用條件屈服強度Rr0.2來表示該材料開始產生塑性變形時的最低應力值。屈服強度為試樣標距部分產生0.2%殘余伸長時的應力值，即 r0.2=F0.2/Ao 式中 F0.2試樣標距產生的0.2%殘余伸長時載荷（N）； Ao試樣的原始橫截面積（mm2）。2) 抗拉強度金屬材料在斷裂前所能承受的最大應力值稱為抗拉強度，用符號Rm表示。 R m=Fb/Ao 式中 Fb試樣在斷裂前所承受的載荷（N）； Ao試樣原始橫截面積（mm2）。1.1.2 塑性· 金屬材料的載荷作用

10、下，斷裂前材料發生不可逆久變形的能力稱為塑性。· 通過拉伸試驗可測定材料的塑性。· 常用的塑性指標有斷后伸長率d和斷面收縮率。 d=(L1-L0)/L0 =(F0-F1)/F01.1.3 硬度· 硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。· 可用硬度試驗機測定，常用的硬度指標有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度HV。 1 布氏硬度（1） 布氏硬度試驗原理式中 F試驗力（N）；d壓痕平均直徑（mm）；D硬質合金球直徑（mm）（2） 選擇試驗規范 根據被測金屬材料的種類和試樣厚度、選用不同大小的球體直徑D，施

11、加的試驗力F和試驗力保持時間，按表11所列的布氏硬變試驗規范正確選擇 。（3） 試驗的優缺點優點：試驗時使用的壓頭直徑較大，在試樣表面上留下壓痕也較大，所得值也較準確。缺點：對金屬表面的損傷較大，不易測試太薄工件的硬度，也不適于測定成品件硬度。（4） 應用布氏硬度試驗常用來測定原材料、半成品和性能不均勻材料（如鑄鐵）的硬度。2 洛氏硬度（1） 洛氏硬度測量原理洛氏硬度HR=K-h/s式中，K為給定標尺的硬度數，S為給定標尺的單位， 通常以0.002為一個硬度單位。（2） 常用洛氏硬度標尺及適用范圍 （3） 試驗優缺點優點：操作簡單迅速，效率高，直接從指示器上讀出硬度值；壓痕小，故可直接測量成品

12、或較薄工件的硬度；對于HRA和HRC采用金剛石壓頭，可測量高硬度薄層和深層的材料。缺點：由于壓痕小，測得的數值不夠準確，通常要在試樣不同部位測定四次以上，取其平均值為該材料的硬度值 3 維氏硬度（1） 試驗原理維氏硬度值用四棱錐壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示，符號HV。HV=0.102×2F×Sin1360/2/d2=0.189F/d2 式中 F作用在壓頭上試驗力（N）；d壓痕兩對角線長度的平均值（mm）。 （2） 常用試驗力及其適用范圍維氏硬度試驗所用試驗力視其試樣大小、薄厚及其他條件，可在49.03980.7N的范圍內選擇試驗力。常用的試驗力有49.03N、98.0

13、7N、196.1N、294.2N、490.3N、980.7N。 維氏硬度試驗適用范圍寬，尤其適用測定金屬鍍層、薄片金屬及化學熱處理的表面層（滲碳層、滲氮層等）硬度，其結果精確可靠。（3） 試驗優缺點優點：與布氏、洛氏硬度試驗比較，維氏硬度試驗不存在試驗力與壓頭直徑有一定比例關系的約束；也不存在壓頭變形問題，壓痕輪廓清晰，采用對角線長度計量，精確可靠，硬度值誤差較小。缺點：其硬度值需要先測量對角線長度，然后經計算或查表確定，故效率不如洛氏硬度試驗高。1.1.4 沖擊韌度1 沖擊試驗方法與原理 一次沖擊彎曲試驗通常在擺錘式沖擊試驗機上進行 。試驗時，將試樣放在試驗機兩支座上，。把質量為m的擺錘抬到

14、高H，使擺錘具有位能為mHg。擺錘落下沖斷試樣后升至h高度,具有位能為mhg，故擺錘沖斷試樣推動的位能為mHgmhg，這就是試樣變形和斷裂所消耗的功稱為沖擊吸收功AK，即AK=mg(H-h) 用試樣的斷口處截面積SN（cm2）去除AK（J）即得到沖擊韌度，用Ak表示，單位為J/cm2. aK=AK/SN2 沖擊試驗的實際意義（1） 韌脆轉變溫度材料在低于某溫度時，AK值急劇下降，使試樣的斷口由韌性斷口過渡為脆性斷口。因此，這個溫度范圍稱為韌脆轉變溫度范圍。韌脆轉變溫度的高低是金屬材料質量指標之一，韌脆轉變溫度愈低，材料的低溫沖擊性能就愈好，對于在寒冷地區和低溫下工作的機械和工程結構。如運輸機械

15、、橋梁、輸送管道尤為重要。 （2） 衡量原材料的冶金質量和熱加工產品質量沖擊吸收功對原材料內部結構、缺陷等具有較大敏感性，很容易揭示出材料中某些物理現象，如晶粒粗化、冷脆、回火脆性及夾渣、氣泡、偏析等。目前常用沖擊試驗來檢驗冶煉、熱處理及各種熱加工工藝和產品的質量。 1.1.5 疲勞強度1 疲勞概念 雖然零件所承受的交變應力數值小于材料的屈服強度，但在長時間運轉后也會發生斷裂，這種現象稱為疲勞斷裂。 據統計，機械零件斷裂中有80%是由于疲勞引起。 2 疲勞曲線與疲勞極限 試驗證明，金屬材料所受最大交變應力Rmax 愈大，則斷裂前所受的循環周次N（定義為疲勞壽命）愈少，這種交變應力Rmax 與疲

16、勞壽命N的關系曲線稱疲勞曲線或SN曲線。工程上規定，材料經受相當循環周次不發生斷裂的最大應力稱為疲勞極限，以符號R-1表示。 3 提高材料疲勞極限的途徑a）. 設計方面 盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，以避免應力集中及其所引起的疲勞裂紋。b）. 材料方面 通常應使晶粒細化，減少材料內部存在的夾雜物和由于熱加工不當引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面氧化等。c）. 機械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。d）. 零件表面強化方面 可采用化學熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，使零件表面造成壓應力，以抵消或降低表面拉應力引起疲勞裂紋的可能性。補充： 斷裂韌度金屬材料抵抗裂紋擴展的能力指標就稱為斷

17、裂韌度。 三、 小結學習了金屬的力學性能指標，包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞強度、斷裂韌度四、布置作業習題：1、2第三講 金屬的晶體結構與結晶§1.2鐵碳合金課 題：1、金屬的晶體結構與結晶課題形式：講授、兩課時教學目的：1、講解金屬的晶體結構與結晶教學要求：1、掌握晶體的結構、特性，常見金屬的晶體結構2、 區別單晶體與多晶體的結構、性能差異，理解晶體缺陷對金屬性能的影響3、掌握金屬的結晶過程，細化晶粒的常見方法教學重點：1、金屬晶體的結構對金屬性能的影響2、細化晶粒的目的與常見方法教學難點：1、金屬晶體的結構對金屬性能的影響2、細化晶粒的目的與常見方法教 具：多媒體圖片教學

18、方法：多媒體講解教學過程：一、 案例導入：上一講，已對金屬材料的力學性能，及其常見指標，進行了講解（提問，哪些常見力學性能指標？）。那么這些描述金屬材料的指標，是由什么影響和決定的呢？在這講中，將對材料本身的結構上，進行研究和講解，從而揭示出影響材料性能的原因。并從這些影響因素出發，通過工藝方法，改善及強化材料的性能。二、 教學內容：1.晶體的基本概念（1）、晶體按原子內部堆積規則，將固態物質，分為晶體和非晶體。晶體中的原子或分子，在空間排布時，按照一定的幾何規則作周期性的重復排列。晶體特性：具有一定熔點且呈各向異性。哪些物質是晶體呢？（自然界除了玻璃、松香、石蠟等，都是晶體）（2）、晶格、晶

19、胞、晶格常數（在PPT中，通過與圖片講解。）晶格：將每個原子視為一個幾何質點，并用一些假想的幾何線條將各質點連接起來，便形成一個空間幾何格架。這種抽象的用于描述原子在晶體中排列方式的空間幾何格架稱為晶格。晶胞：由于晶體中原子作周期性規則排列，因此可以在晶格內取一個能代表晶格特征的，且由最少數原子排列成最小結構單元來表示晶格，稱為晶胞。晶格常數：用來描述晶胞大小與形狀的幾何參數。a,b,c;,2.常見金屬的晶體結構（在PPT中，結構通過與圖片講解。）a. 體心立方晶格 -鐵、鉻、鉬、鎢、釩b. 面心立方晶格 -鐵、銅、鋁、鎳等c. 密排六方晶格 鈹、鎂、鋅、鎘等3. 金屬的實際晶體結構(1)單晶

20、體和多晶體概念單晶體：晶體內的晶格位向完全一致的晶體。多晶體：由多晶粒組成的實際晶體結構。而實際的金屬晶體是由許多不同方位的晶粒所組成。晶粒與晶粒這間的界面稱為晶界。課堂提問：多晶體有沒有各向異性的特性呢？實際金屬結構金屬的結構特點：是晶體；是多晶體；晶體內部有缺陷(2) 晶體缺陷（a） 點缺陷：點缺陷的存在使金屬能夠比較容易的發生擴散現象（b） 線缺陷-位錯：位錯的存在使金屬能夠比較容易發生塑性變形。（c） 面缺陷：面缺陷的存在使金屬的強度提高4 金屬的結晶（1） 、純金屬結晶的條件結晶的概念理論結晶溫度與實際結晶溫度：過冷度T金屬結晶的必要條件：一定的過冷度（2） 、純金屬結晶的規律金屬的

21、結晶過程形核與長大過程枝晶形成的原因：優先長大方向；金屬不純凈；散熱不均勻。（3） 晶粒大小與金屬力學性能的關系實際金屬結晶后，獲得由許多晶粒組成的多晶體組織。在多晶體中，晶粒的大小對其力學性能影響很大。1） 冷卻速度：冷卻速度過冷度形核率晶粒度2） 變質處理：人工晶核晶粒度3） 附加震動：枝晶數量晶粒度三、 總結學習了金屬的晶體結構與結晶過程，細化晶粒的原因、目的、方法四、布置作業習題：5；6；7第四講 合金的晶體結構與鐵碳合金相圖§1.2鐵碳合金課 題：1、合金的晶體結構2、鐵碳合金相圖課題形式：講授、兩課時教學目的：1、講解合金的晶體結構2、講解鐵碳合金相圖教學要求：1、掌握合

22、金的晶體結構中的基本相結構2、掌握鐵碳合金相圖畫法及應用3、掌握碳的質量分數對鐵碳合金組織、性能的影響教學重點：1、鐵碳合金相圖畫法及應用2、碳的質量分數對鐵碳合金組織、性能的影響教學難點：1、鐵碳合金相圖畫法及應用2、碳的質量分數對鐵碳合金組織、性能的影響教 具：多媒體圖片教學方法：多媒體講解教學過程：四、 案例導入：上一講，已對金屬的晶體結構與結晶，進行講解，重點講解了金屬晶體的結構對金屬性能的影響，并在此基礎上講解了細化晶粒的目的與常見方法（提問細化晶粒的目的與常見方法？）。那么常見的合金的晶體結構與結晶過程又是怎么樣的呢？首先對合金的晶體結構中的基本相結構進行講解，然后以常見的鐵碳合金

23、的結晶過程進行講解，得出鐵碳合金中碳含量對鐵碳合金性能的影響。五、 教學內容：1.2.2 合金的晶體結構合金的基本概念合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特征的物質。 組元：組成合金的基本的物質叫組元。 相：在合金中具有相同成分、相同結構、相同性質的均勻部分，并與其它相有明顯界面之分。 組織：指用肉眼或借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的材料內部的形態結構。 1.固溶體固態合金中的相，按其組元原子的存在方式可分為固溶體和金屬化合物兩大基本類型 固溶體性能：晶格畸變，金屬的強度，硬度很高。固溶強化2、金屬化合物 金屬化合物性能：復雜的晶體結構，熔點高，硬度高，而脆性大。彌

24、散強化1.2.3 鐵碳合金相圖1.純鐵同素異構轉變：同一種元素在不同條件下具有不同的晶體結構。當溫度等外界條件變化時，晶格類型會發生轉變。（以純鐵的冷卻曲線，講解該過程。）2.鐵碳全合金的基本組織 （以表1.2.3講解）a）液相。鐵碳合金在溶化溫度以上形成的均勻液體稱液相，用符號L表示。b)鐵素體。碳在-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體。用符號F表示。碳在-Fe中的溶解度很低，因此，鐵素體的機械性能與純鐵相近，其強度、硬度較低，但具有良好的塑性、韌性。c)奧氏體。 碳在-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A表示。（塑性較高、硬度較小，適合鍛造）d）滲碳體： 滲碳體是一種具有復雜晶體結構的

25、間隙化合物，它的分子式為Fe3C，滲碳體既是組元，又是基本相。其硬度很高，塑性韌性幾乎為零。 e）珠光體： 用符號P表示，它是鐵素體與滲碳體薄層片相間的機械機械混合物。介于F與Fe3C之間。f）萊氏體：用符號Ld表示，奧氏體和滲碳體所組成的共晶體。硬度很高，塑性，韌性很差3.鐵碳合金相圖分析 （1）簡化的Fe- Fe3C相圖分析 特性點符號溫度/c（%）含義A15380熔點：純鐵的熔點C11484.3共晶點：發生共晶轉變L4.3Ld(A2.11%+Fe3C共晶)D12276.69熔點：滲碳體的熔點E11482.11碳在-Fe中的最大溶解度點G9120同素異構轉變點S7270.77共析點：發生共

26、析轉變A0.77%p(F0.0218%+Fe3C共析)P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度點Q室溫0.0008室溫下碳在-Fe中的溶解度主要特性線 （1）AC線 液體向奧氏體轉變的開始線。即：LA。（2）CD線 液體向滲碳體轉變的開始線。即：LFe3C。 ACD線統稱為液相線，在此線之上合金全部處于液相狀態，用符號L表示。（3）AE線 液體向奧氏體轉變的終了線。（4）ECF水平線 共晶線。AECF線統稱為固相線，液體合金冷卻至此線全部結晶為固體，此線以下為固相區。（5）ES線 又稱Acm線，是碳在奧氏體中的溶解度曲線。即：LFe3C。（6）GS線 又稱A3線，（7）GP線 奧氏體向鐵素

27、體轉變的終了線。（8）PSK水平線 共析線（727），又稱A1線。（9）PQ線 碳在鐵素體中的溶解度曲線。（2）鐵碳合金的分類根據鐵碳合金的含碳量及組織的不同，可將鐵碳合金分為：1）工業純鐵 c0.0218%。2）鋼 0.0218%c2.11%，又可分為： 亞共析鋼 0.0218%c0.77%； 共析鋼 c=0.77%； 過共析鋼 0.77%c2.11%。3）白口鑄鐵 2.11%c6.69%，又可分為以下三種： 亞共晶白口鑄鐵 2.11%c4.3% 共晶白口鑄鐵 c=4.3% 過共晶白口鑄鐵 4.3%c6.69%4.典型鐵碳合金的結晶過程及組織以下6種組織結晶過程轉變，參考鐵碳合金相圖，自上而

28、下，畫垂線，則可得出相應組織。a.亞共析鋼的結晶過程； b.共析鋼的結晶過程分析； c.過共析鋼的結晶過程分析 ； d.亞共晶白口鑄鐵的結晶過程； e.共晶白口鑄鐵的結晶過程； f.過共晶白口鑄鐵的結晶過程課堂提問：亞共晶白口鑄鐵的結晶過程及組織轉變有哪些？5.碳對鐵碳合金平衡組織和力學性能的影響（1）鐵碳合金按碳的質量分數和平衡組織的分類含碳量逐漸增加，Fe3C大小、形態和分布變化：F+Fe3CIIIFe3C位于晶界，細小的薄片）F+PFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）PFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）P Fe3CIIFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）還有一部分Fe3C沿

29、晶界分布呈連續網狀PFe3CIILdFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）Fe3C作為萊氏體的基體LdFe3C作為萊氏體的基體Ld +Fe3CIFe3C為粗大長片狀 Fe3C作為萊氏體的基體(2)含碳量對力學性能的影響（圖1.2.9 含碳量對鋼的力學性能的影響）鐵素體(F)：軟而韌 滲碳體(Fe3C):硬而脆a.含碳量增加，硬度增加b.含碳量增加，塑性韌性降低c.含碳量增加，強度先增后降（0.9%最高）(3)含碳量對工藝性能的影響1）切削加工性:中碳鋼好；低碳鋼(F多，塑性好，易粘刀)差；高碳鋼（Fe3C多，磨損嚴重）差2）鍛造性:低碳鋼好（ F多，塑性好），含碳量越大，越差。白口鑄鐵，不能

30、鍛造（ Fe3C ，脆）3）鑄造性：液相線與固相線的水平距離與垂直距離。距離越大，越差。低碳鋼，液相線與固相線距離隨小，但液相線溫度高，過熱度小，流動性差。隨含碳量增大，變差。但到了共晶成分附近的鑄鐵，流動性好，鑄造性又變好了。4）焊接性：含碳量增大，焊接性變差。6.FeFe3C相圖的應用(1)為選材提供成分依據Fe- Fe3C相圖反映了鐵碳合金組織和性能隨成分的變化規律。這樣，就可以根據零件的工作條件和性能要求來合理的選擇材料。例如，橋梁、船舶、車輛及各種建筑材料，需要塑性、韌性好的材料，可選用低碳鋼（c =0.1%0.25%）；對工作中承受沖擊載荷和要求較高強度的各種機械零件，希望強度和韌

31、性都比較好，可選用中碳鋼（c =0.25%0.65%）；制造各種切削工具、模具及量具時，需要高的硬度、而耐磨性，可選用高碳鋼（c =0.77%1.44%）。對于形狀復雜的箱體、機器底座等，選用熔點低、流動性好的鑄鐵材料。（2）制定加工工藝方面的應用a）在鑄造生產上的應用由Fe- Fe3C相圖可見，共晶成分的鐵碳合金熔點低，結晶溫度范圍最小，具有良好的鑄造性能。因此，在鑄造生產中，經常選用接近共晶成分的鑄鐵。 b).在鍛壓生產上的應用 鋼在室溫時組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難。而奧氏體的強度較低，塑性較好，便于塑性變形。因此在進行鍛壓和熱軋加工時，要把坯料加熱到奧氏體狀態。加熱溫度不宜過高

32、，以免鋼材氧化燒損嚴重，但變形的終止溫度也不宜過低，過低的溫度除了增加能量的消耗和設備的負擔外，還會因塑性的降低而導致開裂。所以，各種碳鋼較合適的鍛軋加熱溫度范圍是：始鍛軋溫度為固相線以下100200；終鍛軋溫度為750850。對過共析鋼，則選擇在PSK線以上某一溫度，以便打碎網狀二次滲碳體。 c）.在焊接生產上的應用焊接時，由于局部區域（焊縫）被快速加熱，所以從焊縫到母材各區域的溫度是不同的，由Fe- Fe3C相圖可知，溫度不同，冷卻后的組織性能就不同，為了獲得均勻一致的組織和性能，就需要在焊接后采用熱處理方法加以改善。d).在熱處理方面的應用從Fe- Fe3C相圖知，鐵碳合金在固態加熱或冷

33、卻過程中均有相的變化，所以鋼和鑄鐵可以進行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。此外，奧氏體有溶解碳和其它合金元素的能力，而且溶解度隨溫度的提高而增加，這就是鋼可以進行滲碳和其它化學熱處理的緣故。六、 總結學習了合金的晶體結構中的基本相結構；鐵碳合金相圖畫法及應用；碳的質量分數對鐵碳合金組織、性能的影響。四、布置作業習題：8；10；11；12第五講 碳素鋼、鑄鐵§1.2.4碳素鋼、鑄鐵課 題：碳素鋼、鑄鐵概述課題形式：講授、一課時教學目的：1、講解碳素鋼、鑄鐵的分類、編號、性能及應用教學要求：1、了解常見碳素鋼的分類、編號、性能及應用2、了解常見鑄鐵的分類、編號、性能及應用3、掌握

34、查閱碳素鋼、鑄鐵的相關資料能力教學重點：1、常見碳素鋼、鑄鐵的分類、編號、性能及應用2、查閱碳素鋼、鑄鐵的相關資料方法教學難點：1、常見碳素鋼、鑄鐵的分類、編號教 具：多媒體教學方法：多媒體講解教學過程：七、 案例導入：上一講，講解了合金的晶體結構，鐵碳合金相圖。重點分析了結合鐵碳合金相圖，鐵碳合金的含碳量與顯微組織關系，以及碳含量對材料力學性能、工藝性能方面的影響。提問：1.鐵碳合金的分類有哪些？2.從抗拉強度為例，說明含碳量變化對合金的力學性能影響表現？3.從鑄造性、切削加工性角度，說明含碳量變化對合金的工藝性能影響表現？本講將對常見碳素鋼與鑄鐵的分類、編號、性能及應用等方面，近一步認識鐵

35、碳合金這類材料，在工程中的應用。八、 教學內容：1.碳素鋼(1)分類Wc：低（<0.25%）中（0.25%0.6%）高（0.6%2.11%）S/P含量：普通質量鋼優質鋼高級優質鋼用途：結構鋼：(a)優質碳素結構鋼；(b)合金結構鋼；(c)彈簧鋼；(d)易切鋼；(e)軸承鋼；(f)特定用途優質結構鋼。工具鋼：(a)碳素工具鋼；(b)合金工具鋼；(c)高速工具鋼。特殊性能鋼：(a)不銹耐酸鋼；(b)耐熱鋼；(c)電熱合金鋼；(d)電工用鋼；(e)高錳耐磨鋼。(2)碳素鋼的編號碳素結構鋼：Q+屈服極限+質量等級+脫氧方式：例如：Q235AF優質碳素結構鋼：兩位數字（平均含碳量的萬倍）+（Mn）

36、：例如：45Mn碳素工具鋼：T+平均含碳量的千倍+（Mn）+（A）：例如：T8MnA鑄造碳鋼：ZG+屈服極限+抗拉強度：例如：ZG200-400(3)碳素結構鋼：S/P含量較大，普通用途，價格便宜，用量大，熱軋空冷狀態，Q195塑性好，常用于螺釘、螺母及各種薄板，可代替08或10鋼，制造沖壓件、焊接結構件；Q275強度較高，可代替30或40鋼，制造較重要某些零件，小軸、銷、連桿、農機零件等。(4)優質碳素結構鋼：S/P含量較低，重要零件，在熱處理后使用，08、08F，含碳量低，沖壓件焊接件；15、20、25屬于滲碳鋼，強度低，塑性韌性好，承受力不大，但要求高韌性零件，也可做冷沖壓件和焊接件，如

37、凸輪、滑塊活塞銷等。滲碳鋼，滲碳，淬火+低回，表面硬度可達60HRC，耐磨性好，而心部具有一定的強度和塑性，可用來制作要求表面耐磨并能承受沖擊載荷的零件。30-55屬于調制鋼，淬火+高回，具有良好的綜合力學性能，用于塑性、強度、韌性均高的場合。如軸類零件。60-70屬于彈簧鋼，淬火+中回，彈性極限、屈服比都高，彈簧或彈性零件及耐磨零件。15Mn-70Mn，性能和用途與普通Mn的對應相同，淬透性高。(5)碳素工具鋼：0.65%1.35%，分碳素工具鋼和優質工具鋼，加A。球化退火，組織為F基體+細小均勻分布的粒狀滲碳體。硬度不大于217HBW。作為刃具，最終熱處理為淬火+低回。組織為回馬+粒狀滲碳

38、體+殘余A。硬度可達6065HRC。耐磨性和加工性都較好，價格便宜。缺點：紅硬性差，當刃部溫度高于250度，其硬度和耐磨性會顯著下降。尺寸小、低速的手用工具。(6)鑄造碳鋼：制造形狀復雜、力學性能要求比較比鑄鐵高的零件。如水壓機橫梁、軋鋼機機架、重載大齒輪等。鍛造方法難以生產，用鑄鐵無法滿足性能。只能用碳鋼用鑄造方法得到。0.15%0.6%。ZG200-400機座，變速箱殼；ZG230-450砧座，外殼，軸承蓋，底板，閥體，犁柱；ZG270-500軋鋼機機架、軸承座、連桿、箱體、缸體；ZG310-570大齒輪、缸體、制動輪、輥子；ZG340-640齒輪、荊輪學會查表，查閱以下碳鋼的主要用途：Q

39、235;45;T7A;T12;ZG270-4502.鑄鐵特點：C以石墨形態存在，具有良好的鑄造性、切削加工性、減摩性與消振性和低的缺口敏感性，而且熔爐鑄鐵的工藝與設備簡單、成本低。分類及表示方法灰鑄鐵（石墨以片狀）：HT+最小抗拉強度：例如：HT100球墨鑄鐵（石墨以球狀）：QT+最低抗拉強度-最低伸長率：例如：QT400-18蠕墨鑄鐵（石墨以蠕蟲狀）：RuT+最小抗拉強度：例如：RuT260可鍛鑄鐵（石墨以團絮狀）：KT+H/Z+最小抗拉強度-最小伸長率：例如：KTH300-06、KTZ450-06學會查表，查閱以下碳鋼的主要用途：HT100低載荷和不重要零件，如蓋、外罩、手輪、支架、重錘等

40、。QT400-18承受沖擊、振動的零件，輪轂、驅動橋殼、減速器殼、撥叉等。RuT260增壓器廢氣進氣殼體、汽車底盤零件等。KTH300-06彎頭、三通管件、中低壓閥門等。九、 總結學習了碳素鋼、鑄鐵的分類、編號、性能及應用，查閱碳素鋼、鑄鐵的相關資料方法四、布置作業習題：5；6；7第六講 普通熱處理概述1.3.3 普通熱處理概述課 題：1、普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）方法概述2、時效處理與淬透性的概念課題形式：講授、兩課時教學目的：1、講解普通熱處理方法概述2、講解時效處理與淬透性的概念教學要求：1、掌握普通熱處理工藝原理與方法2、了解時效處理與淬透性的概念教學重點：1、普通熱處理工藝

41、原理與方法教學難點：1、普通熱處理工藝原理與方法教 具：多媒體圖片、表格教學方法：多媒體講解教學過程：三、 案例導入：之前的課題研究了鋼在加熱和冷卻時的組織轉變，如何利用這些組織轉變規律，來提高鋼的力學性能呢？即鋼在固態下進行加熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織，這些具體的工藝方法，是本講的研究重點內容。四、 教學內容：普通熱處理概述1.3.3鋼的退火與正火1.鋼的退火定義:將金屬緩慢加熱到一定溫度，保溫足夠時間，然后以適宜速度冷卻(通常是緩慢冷卻)的一種金屬熱處理工藝 。目的:使經過鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件消除內應力；降低硬度;細化晶粒；均勻成分；為最終熱處理作好組織準備。（1）

42、完全退火：是將亞共析碳鋼加熱到Ac3線以上約20-60ºC，保溫一定時間， 隨爐緩慢冷卻到600ºC以下，然后出爐在空氣中冷卻。這種退火主要用于亞共析成分的碳鋼和和金鋼的鑄件，鍛件及 熱扎型材，目的是細化晶粒，消除內應力與組織缺陷，降低硬度，提高塑性，為隨后的切削加工和淬火做好準備。應用：亞共析碳鋼、合金鋼（2）等溫退火等溫退火是為了保證A在P轉變區上部發生轉變，因此冷卻速度很緩慢，所需時間少則十幾小時，多則數天，因此生產中常用等溫退火來代替完全退火。等溫退火加熱與完全退火相同，但鋼經A化后，等溫退火以較快速度冷卻到A1以下，等溫應定時間，使A在等溫中發生P轉變，然后再以較

43、快速度冷至室溫，等溫退火時間短，效率高。應用：共析鋼、過共析鋼、合金鋼（3）擴散退火（均勻化退火）應用范圍：合金鋼鑄錠和鑄件。目的：消除和金結晶是產生的枝晶偏析，使成分均勻，故而又稱均勻化退火。工藝：把鑄錠或鑄件加熱到Ac1以上，大約1000-1200ºC，保溫10-15小時，再隨爐冷卻。特點：高溫長時間加熱。鋼中合金元素含量越高，加熱溫度也越高，高溫長時間加熱又是造成組織過熱又一原因，因此擴散退火后需要進行一次完全退火或正火來消除過熱。（4）去應力退火（低溫退火）目的：用于消除鑄件，鍛件，焊接件，冷沖壓件以及機加工件中的殘余應力，這些殘余應力在以后機加工或使用中潛在地會產生變形或開

44、裂。工藝：將工件緩慢加熱到600-650，保溫一定的時間，然后隨爐緩慢冷卻到200再出爐空冷。（5）球化退火 球化退火是將鋼加熱至Ac1以上、Accm以下的雙相區，較長時間保溫，并緩慢冷卻的工藝。目的在于使珠光體內的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變為球粒狀滲碳體，均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為球化珠光體)。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、切削性好、冷形變能力大。適用于共析鋼與過共析鋼。（5）球化退火 球化退火是將鋼加熱至Ac1以上、Accm以下的雙相區，較長時間保溫，并緩慢冷卻的工藝。目的在于使珠光體內的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變為球粒狀滲碳體，均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為

45、球化珠光體)。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、切削性好、冷形變能力大。適用于共析鋼與過共析鋼。2 鋼的正火定義:將鋼件加熱到臨界點（Ac3，Acm）30-50以上，適當保溫進行完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，這種熱處理稱正火正火的目的與退火相同，只是溫度高于退火，且在空氣中冷卻。正火工藝：正火的加熱溫度與鋼的化學成分關系很大低碳鋼加熱溫度為Ac3以上100-150中碳鋼加熱溫度為Ac3以上50-100高碳鋼加熱溫度為Accm以上30-50保溫時間與工件厚度和加熱爐的形式有關，冷卻既可采用空冷也可采用吹風冷卻，但注意工件冷卻時不能堆放在一起，應散開放置。正火后的組織與性能：正火實際上是退火的

46、一種特殊情況，兩者不同之處主要在于正火的冷卻速度較退火快，因此有偽共析組織。正火的應用正火與退火相似，有以下特點：正火鋼的機械性能高，操作簡便，生產周期短能量耗費少，因此盡可能選用正火。正火有以下幾方面的應用：1）普通結構件的最終熱處理；正火可以消除鑄造或鍛造生產中的過熱缺陷，細化組織，提高機械性能。2）改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性；硬度在160-230HB的金屬，易切削加工，金屬硬度高，不但難以加工，而且刀具易磨損，能量耗費也大，硬度過低，加工又易粘刀，使刀具發熱和磨損，且加工零件表面光潔度也很差。3）作為中碳結構鋼制作的較主要零件的預先熱處理；正火常用來為較重要零件進行預先熱處理。例

47、如，對中碳結構鋼正火，可使一些不正常的組織變為正常組織，消除熱加工所造成的組織缺陷，并且它對減小工件淬火變形與開裂提高淬火質量有積極作用。4）消除過共析鋼中的網狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備，這是因為正火冷卻速度比較快，二次滲碳體來不及沿A晶界呈網狀析出。5）對一些大型或形復雜的零件，淬火可能有開裂的危險，正火也往往代替淬火，回火處理，作為這些零件的最終熱處理。1.3.4鋼的淬火概念：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一定時間，然后以適當速度冷卻，獲得馬氏體或下馬貝氏組織的熱處理工藝稱為淬火.目的：獲得馬氏體或下貝氏體，提高鋼的強度和硬度。提示：或B下不是熱處理所要求的最后組織，淬

48、火后，鋼材還要根據不同的需要，進行不同溫度的回火，這樣可使淬火獲取不同的組織，從而使淬火鋼零件具有不同的機械性能，充分滿足各種工具與零件的使用要求。淬火工藝（1）淬火加熱溫度的選擇淬火溫度的高低與鋼的化學成分有關亞共析鋼 tAc3+(3070)共析鋼，過共析鋼 tAc1+(3070)亞共析碳鋼為什么要加熱到Ac3以上完全化后淬火呢？若加熱溫度選在Ac1Ac3之間，組織中有一部分鐵素體存在，在隨后的淬火冷卻中，由于鐵素體不發生變化而保留下來，它的存在是鋼的淬火組織中存在軟點，降低了淬火鋼的硬度，同時它的存在還會影響鋼的均勻性，影響機械性能，加熱Ac3以上太高也不行，鋼的氧化脫碳嚴重，另一方面晶粒

49、粗大，淬火后粗大，鋼的性能變壞（2）加熱時間的選擇加熱時間指的是升溫與保溫所需時間，加熱時間的長短與很多因素有關，例如，鋼的成分、原始組織、工件形狀、尺寸、加熱介質、裝爐方式、爐溫等許多因素有關，確切計算加熱時間很困難，只是給出一個經驗公式： t = a*Dt 加熱時間；a 加熱系數；D 工件有效厚度（3）淬火冷卻介質理想淬火冷卻速度加熱到A狀態的鋼，冷卻速度必須大于臨界冷卻速度是才能獲得要求的M組織。常用的淬火冷卻介質：油、水、鹽水、堿水等。淬火方法單液淬火：直冷，簡單易操作。雙液淬火：先快后慢，降低組織應力。分級淬火：快-恒-快，降低熱應力與組織應力。等溫淬火：得到B下（工模具、彈簧）。局

50、部淬火：量具等的局部區域。（4）淬火缺陷的防止方法熱處理生產中，由于熱處理工藝處理不當，常會給工件帶來缺陷，如氧化，脫碳，過熱，過燒，硬度不足，變形與開裂等。氧化：氧化是因為鋼在有氧化性氣體中加熱時，會發生氧化而在表面形成一層氧化皮，在高溫下，甚至晶界也回會發生氧化。脫碳：鋼在某些介質中加熱時，這些介質會使鋼表面的含碳量下降，我們稱這現象為“脫碳”。減少或防止鋼在淬火中氧化與脫碳的方法有：采用脫氧良好的鹽溶爐加熱；在可控保護氣氛爐中加熱；在真空爐中加熱；預留足夠的加工余量。變形與開裂：工件的變形與開裂是熱應力與組織應力綜合的結果，但熱應力與組織應力方向恰好相反，如果熱處理適當，它們可部分相互抵

51、消，可使殘余應力減小，但是當殘余應力超過鋼的屈服強度時，工件就發生變形，殘余應力超過鋼的抗拉強度時，工件就產生開裂。為減小變形或開裂，除了正確選擇鋼材和合理設計工件的結構外，在工藝上可采取下列措施：1）采用合理的鍛造與預先熱處理；2）采用合理的熱處理工藝；3）采用正確的操作方法；4）對于淬火易開裂的部分，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。1.3.5鋼的回火概念：將經過淬火的鋼加熱到AC1以下的適當溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫以獲得所需組織和性能的熱處理工藝。回火的目的獲得工件所需的組織，降低內應力、提高韌性、穩定尺寸、改善加工性能，通過調整回火溫度可獲得不同硬度、強度和韌性的力學性能。鋼淬火后一

52、般都必須要進行回火處理，回火決定了鋼在使用狀態的組織和壽命，因此是很主要的熱處理工序。2.回火的分類及應用淬火鋼回火時組織和性能的變化 馬氏體分解（100350）：回火M(低過飽和碳化物) 殘余奧氏體的分解（200300）：B下 碳化物的轉變（250400）：碳化物轉變為Fe3C 滲碳體的聚集長大和相再結晶（>400） 成為粒狀Fe3C，600后粗化45鋼經調質和正火后的性能比較由于調質處理后的組織為回火索氏體，其中滲碳體為顆粒狀，而正火所得到的索氏體中滲碳體呈片狀，調質鋼不僅硬度高，且塑性與韌性也高于正火狀態。調質處理一般作為最終熱處理，但也可以作為表面淬火和化學熱處理的預先熱處理。為

53、了保持淬火后的高硬度及尺寸穩定性，淬火后又可進行時效處理（溫度低于低溫回火）。補充1：時效處理概念：將淬火后的金屬工件置於室溫或較高溫度下保持適當時間，以提高金屬強度的熱處理工藝。室溫下進行的時效處理是自然時效；較高溫度下進行的時效處理是人工時效。在機械生產中，為了穩定鑄件尺寸，常將鑄件在室溫下長期放置，然后才進行切削加工。這種措施也被稱為時效。但這種時效不屬於金屬熱處理工藝。 作用是為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發生變化，對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理，以消除殘余應力，穩定鋼材組織和尺寸，尤為重要。 補充2：鋼的淬透性淬透性表示的是鋼在淬火時所能得到的淬硬層

54、深度。鋼的淬硬性指的是鋼在淬火能達到的最高硬度。用不同的鋼制成相同形狀和尺寸的工件，在同樣條件下淬火，淬透性好的鋼淬硬層較深，淬透性差的鋼淬硬層較淺。三、小結：鋼的退火與正火鋼的淬火鋼的回火時效處理與淬透性四、作業：課本習題：15；16；17第七講 鋼的表面熱處理§1.3.6 鋼的熱處理課 題：1、表面熱處理的目的、分類2、常用的表面熱處理工藝3、應用表面熱處理的典型零件課題形式：講授、兩課時教學目的：1、講解表面熱處理的目的、分類及應用2、講解常用的表面熱處理工藝3、講解表面熱處理的典型零件教學要求：1、掌握表面熱處理的目的、分類及應用2、了解常用的表面熱處理工藝3、了解表面熱處理的典型零件；根據零件特點選擇合理的表面熱處理方式教學重點：1、掌握表面熱處理的目的、分類及應用2、根據零件特點選擇合理的表面熱處理方式教學難點：1、表面熱處理的目的、分類及應用2、根據零件特點選擇合理的表面熱處理方式教 具：