金屬工藝學金屬工藝學1第一篇金屬材料導論第一章金屬材料的主要性能第一節金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能又稱機械性能，是材料在力的作用下所表現出來的性能。金屬材料的主要力學性能：強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等第一篇金屬材料導論第一章金屬材料的主要性2一、強度與塑性1、強度：金屬材料在力的作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。屈服點：拉伸試樣產生屈服現象時的應力。抗拉強度：金屬材料在拉斷前所能承受的最大應力。2、塑性：金屬材料產生塑性變形而不被破壞的能力。延伸率δ：斷面收縮率ψ：應力

=P/F0應變

=(l-l0)/l0一、強度與塑性1、強度：金屬材料在力的作用下，抵抗塑性變形和3拉伸試樣的頸縮現象說明：用斷面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。拉伸試樣的頸縮現象說明：4二、硬度：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力。1、布氏硬度（HB）2、洛氏硬度（HR）二、硬度：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力。5三、韌性：金屬材料斷裂前吸收的變形能量。韌性常用指標為沖擊韌度。沖擊韌度常采用擺錘式沖擊試驗機測定。沖擊韌度：沖擊值大小受試樣形狀、表面粗糙度、內部組織、環境溫度影響。三、韌性：金屬材料斷裂前吸收的變形能量。沖擊韌度：6四、疲勞強度疲勞斷裂：承受疲勞載荷的零件發生斷裂時，其應力值大大低于該材料的強度極限。四、疲勞強度7二、同素異構轉變物質在固態下晶體結構隨溫度變化的現象稱同素異構轉變。1538co1394oc912oc室溫δ-Feγ-Feα-Fe體心立方面心立方體心立方金屬的同素異構轉變的慨念

金屬在固態下，隨著溫度的改變其晶體結構發生變化的現象。

金屬的同素異構轉變的意義

可以用熱處理的方法即可通過加熱、保溫、冷卻來改變材料的組織，從而達到改善材料性能的目的。二、同素異構轉變物質在固態下晶體結構隨溫度變化的現象稱同素異8第二章鐵碳合金1、固溶體：鐵素體、奧氏體2、化合物：滲碳體Fe3C3、機械混合物：珠光體、萊氏體第二章鐵碳合金1、固溶體：9(1)鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體稱鐵素體,用F或

表示。碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ表示。

都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727℃時最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。(2)奧氏體:碳在

-Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或

表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時最大為2.11%。組織為不規則多面體晶粒，晶界較直。強度低、塑性好，鋼材熱加工都在

區進行。碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體鐵素體(1)鐵素體：奧氏體鐵素體10(3)滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強度低(b35MPa),脆性大,塑性幾乎為零Fe3C是一個亞穩相，在一定條件下可發生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),該反應對鑄鐵有重要意義。由于碳在

-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體(4)珠光體：是奧氏體發生共析轉變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體（P）。(5)萊氏體：是液態鐵碳合金發生共晶轉變所形成的奧氏體與滲碳體的共晶體（Ld）。硬度高，塑性差。(3)滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或11兩種反應：1、共晶反應一定成分的液相在一定的溫度下同時結晶出兩種成分和結構均不相同的固相的反應。2、共析反應一定成分的固相在一定的溫度下同時析出兩種成分和結構均不相同的新的固相的反應。兩種反應：1、共晶反應12第四節工業用鋼簡介鋼是含碳量小于2.11％的鐵碳合金。一、鋼的分類含碳量對工藝性能的影響①切削性能:中碳鋼合適②可鍛性能:低碳鋼好③焊接性能:低碳鋼好④鑄造性能:共晶合金好第四節工業用鋼簡介鋼是含碳量小于2.11％的鐵碳合金。含13

二、碳素鋼（碳鋼）：含碳量在1.5％以下，并含有硅、錳、磷、硫等雜質。

二、碳素鋼（碳鋼）：含碳量在1.5％以下，并含有硅、錳、141、碳素結構鋼：含碳量小于0.38％（1）常用牌號：Q215、Q235、Q255

數字表示該鋼種在厚度小于16mm時的最低屈服點(Mpa)鋼的牌號尾部，可用A、B、C、D表示鋼的質量等級。A為普通級，B、C、D表示硫磷含量較低的優等級別。鋼的牌號尾部還可用符號標志其冶煉時的脫氧程度。F：未完全脫氧的沸騰鋼；Z：已完全脫氧的鎮靜鋼。（2）Q235：用途最廣的碳素結構鋼，屬低碳鋼，通常熱軋成鋼板、型鋼、鋼管、鋼筋等。塑性、韌性較好。1、碳素結構鋼：含碳量小于0.38％152、優質碳素結構鋼：硫、磷量小于0.035％，主要用于制造較為重要的機件。優質碳素結構鋼的牌號用兩位數字表示，這兩位數字是鋼中平均含碳量的萬分數。08、10、15、20、25：低碳鋼。塑性好，易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接。30、35、40、45、50、55：中碳鋼。強度、硬度較高，淬火后硬度可顯著提高。60、65、70、75：高碳鋼。經淬火、回火后，不僅強度、硬度提高，且彈性優良，常用來制造小彈簧、發條、鋼絲繩、軋輥等。2、優質碳素結構鋼：硫、磷量小于0.035％，主要用于制造較163、碳素工具鋼：含碳量0.7％～1.35％，淬火后有較高硬度（>HRC60）和良好的耐磨性，常用于制造鍛工、木工、鉗工工具和小型模具。淬透性和紅硬性較差。常用牌號：T8、T10、T10A、T12后面的數字表示鋼中平均含碳量的千分數T8：共析鋼，韌性好，多用于制造承受沖擊的工具，如鏨子、鍛工工具等；T10、T10A：硬度較高，有一定韌性，常用于制造鋸條、小沖模等；T12：硬度高，耐磨性好，脆性大，適用于不承受沖擊的耐磨工具，如鋼銼、刮刀等。3、碳素工具鋼：含碳量0.7％～1.35％，淬火后有較高硬度17

18三、合金鋼：為改善鋼的某些性能、特意加入一種或幾種合金元素所煉成的鋼，或者鋼中的含硅量大于0.5％，或者鋼中的含錳量大于1.0％。1、合金結構鋼：比碳素鋼具有更好的力學性能，熱處理性能優良，便于制造尺寸較大、形狀較復雜或要求淬火變形小的零件，如16Mn、20Cr、40Mn22、合金工具鋼：主要用于制造刃具、模具和量具，適于制造形狀復雜、尺寸較大、切削速度較高或工作溫度較高的工具和模具，如9Cr2、CrWMn、9SiCr、W18Cr4V3、特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼、耐磨鋼三、合金鋼：為改善鋼的某些性能、特意加入一種或幾種合金元素所19第三章鋼的熱處理第一節概述鋼的熱處理：將鋼在固態下，通過加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織，從而獲得所需性能的工藝方法。第三章鋼的熱處理20金屬材料基本知識概述課件21第二節退火和正火一、退火退火：將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中使其緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。退火目的：(1)降低硬度，以利于切削加工或其他種類加工；(2)細化晶粒，提高鋼的塑性和韌性；(3)消除內應力，為淬火工序做好準備。退火主要用于鑄件、鍛件、焊件及其它毛坯的預備熱處理。常用退火方法：完全退火、球化退火、低溫退火第二節退火和正火一、退火221、完全退火將亞共析鋼加熱到Ac3以上30～50℃，保溫后緩慢冷卻。為了提高生產率，也可在緩慢冷卻到500℃以下時從爐內取出，使其在空氣中冷卻到室溫。主要用于鑄鋼件和重要鍛件、淬火后返修件。2、球化退火將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫后緩慢冷卻主要用于過共析鋼鍛件。其目的是降低硬度，改善切削加工性，為淬火做準備。3、低溫退火將鋼加熱到Ac1以下，保溫后緩慢冷卻去應力退火：主要用于消除工件內應力（工件加熱溫度500～650℃）、再結晶退火：消除冷變形所產生的加工硬化（工件加熱溫度650～750℃，保溫后空冷）1、完全退火23二、正火正火：將鋼加熱到Ac3以上30～50℃（亞共析鋼）或Acm以上30～50℃（過共析鋼），保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火目的：(1)取代部分完全退火，中碳合金鋼、高碳鋼及復雜件以退火為宜；(2)用于普通結構件的最終熱處理；(3)用于過共析鋼，以減少或消除網狀二次滲碳體，為球化退火做準備。二、正火24第三節淬火和回火一、淬火淬火：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫后在淬火介質中快速冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。馬氏體（M）：嚴重過飽和固溶體。具有較高硬度和耐磨性。為防止淬火時產生裂紋，常采取措施：（1）嚴格控制淬火加熱溫度；（2）合理選擇淬火介質；（3）正確選擇淬火方法。第三節淬火和回火一、淬火25二、回火將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。回火目的：消除淬火內應力，以降低鋼的脆性，防止產生裂紋，同時使鋼獲得所需的力學性能。回火溫度越高，析出碳化物愈多，鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性升高。回火種類：低溫回火（150～250℃）：降低淬火鋼的內應力和脆性，基本保持淬火所獲得的高硬度(56~64HRC)和高耐磨性。主要用于工具鋼的熱處理，如各種刃具、模具、滾動軸承和耐磨件。中溫回火（350～500℃）：使鋼獲得高彈性，保持較高硬度(35~50HRC)和一定韌性，主要用于各種彈簧、發條、鍛模。高溫回火（500～650℃）：淬火后高溫回火的熱處理合稱為調質處理。廣泛用于承受疲勞載荷的中碳鋼重要件，如連桿、曲軸、主軸、齒輪。調質后硬度為20~35HRC，強度合韌性較好。二、回火26第四節表面淬火和化學熱處理一、表面淬火表面淬火：將鋼件的表面層淬透到一定深度，而心部仍保持未淬火狀態的一種局部淬