教學模塊教學載體教學目標課程教學模塊一：金屬材料力學性能與測試以合格和報廢的齒輪、螺栓實物為例，如下圖所示：掌握強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等概念及其表示方法和工程意義。本課程共分六個大模塊完成，每個模塊教學設計、教學目標如下表所示：教學模塊教學載體教學目標課程教學模塊二：金屬結晶理論與應用

以金屬切削加工常用的工具為例，如下圖所示：掌握晶格類型、晶體結構與缺陷，結晶，鐵碳合金的基本平衡組織結構和性能，鐵碳合金狀態圖分析及含碳量對鐵碳合金力學性能的影響。教學模塊教學載體教學目標課程教學模塊三：工程材料及其熱處理

以齒輪和軸實物為例掌握常用碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的分類、成分、組織、牌號、性能和應用；鋼的熱處理分類、工藝規程與應用，零件選材和及其熱處理工藝分析。教學模塊教學載體教學目標課程教學模塊四：鑄、鍛、焊工藝及應用以齒輪實物為例，如下圖所示：掌握鑄造、鍛壓、焊接的分類、特點及應用；砂型鑄造與鑄件結構工藝性；模鍛特點與板料沖壓，焊條電弧焊。教學模塊教學載體教學目標課程教學模塊五：金屬切削的基本理論與應用

以軸齒輪實物為例，如下圖所示：掌握切削運動和切削要素，車刀主要角度及各種常用刀具特點與選用，金屬切削物理現象及其對切削加工的影響。教學模塊教學載體教學目標課程教學模塊六：機械零件切削加工與工藝裝備

以軸和齒輪實物為例，如下圖所示：掌握常用機床結構、加工特點與設備操作方法，工件裝夾與夾具結構，零件加工工藝過程基本知識，各種表面加工方法選擇，零件機械加工工藝制定的一般方法。課程教學模塊一：金屬材料力學性能與測試

教學重點：強度、逆性、硬度、韌性、疲勞強度等概念及其表示方法和工程意義。教學難點：沖擊韌性和疲勞強度的理解。強度不足引起螺栓的過量塑性變形螺栓韌性斷裂與脆性斷裂的比較課題一材料的強度和塑性本課題重點與難點教學重點：1、金屬工藝學課程的教學目標和方法，機械制造過程；2、準確理解力學性能、強度、塑性有關名次概念，拉伸曲線，強度、塑性指標的表示方法和市永范圍。

教學難點：1、機械產品的制造過程；2、拉伸曲線與條件屈服強度。一、材料的強度強度是指金屬材料抵抗塑性變形（永久變形）和斷裂的能力。抵抗塑性變形和斷裂的能力越大，則強度越高。1、拉伸試樣2、拉伸曲線下圖是低碳鋼的力-伸長曲線，圖中縱坐標表示力拉伸力F，單位為N；橫坐標表示絕對伸長量Δl，單位為mm。3、強度試樣受到外力作用時，在其內部產生大小與外力相等而方向相反的相互作用力，稱為內力。單位截面積上的內力稱為應力，拉伸時的應力用符號σ表示。1）彈性極限2）屈服點（又稱屈服強度）3）抗拉強度：抗拉強度是指試樣斷裂前能夠承受的最大拉應力，用σb表示。二、材料的塑性金屬材料在外力作用下發生塑性變形而不破壞的能力稱為塑性。1、斷后伸長率斷后伸長率是指試樣拉伸斷裂時的絕對伸長量與原始長度的百分比，用符號δ表示。即：2、斷面收縮率斷面收縮率是指試樣拉斷后，縮頸處（斷口處）橫斷面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號ψ表示。即：

δ和ψ是材料的重要性能指標。它們的數值越大，材料的塑性越好。如果材料具有良好的塑性，則可避免材料在壓力加工過程中發生開裂而破壞；而普通鑄鐵的塑性差，因而不能進行壓力加工，只能進行鑄造。同時,由于材料具有一定的塑性，故能保證材料不致因稍有超載而突然斷裂，增加了材料使用的安全可靠性。課題二材料的硬度教學重點：硬度指標的表示方法和實際應用。教學難點：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度。金屬材料抵抗其它更硬物體壓入表面的能力稱為硬度，它是衡量材料軟硬程度的判據，它表征材料抵抗表面局部彈性變形、塑性變形或抵抗破壞的能力。材料的硬度越高，其耐磨性越好。一、布氏硬度布氏硬度是用單位壓痕面積的力作為布氏硬度值的計量即試驗力除以壓痕表面積，符號用HBS（用淬火鋼球壓頭）或HBW（用硬質合金壓頭）表示。即：1、布氏硬度表示方法：布氏硬度值一般不標單位。當壓頭為淬火鋼球時，用HBS表示；當壓頭為硬質合金時，用HBW表示。符號HBS或HBW之前寫出硬度值，符號后面用數字依次表示壓頭直徑、試驗力及試驗力保持時間（10～15s不標）等試驗條件。例如：150HBS10/1000/30。一般在零件圖或工藝文件上標注材料要求的布氏硬度時，不規定試驗條件，只需標出要求的硬度值范圍和硬度符號，如210～230HBS。2、布氏硬度的優缺點：1）優點測定數據準確、穩定、數據重復性強，常用于測定退火、正火、調質鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。2）缺點對不同材料需要更換壓頭和改變載荷，且壓痕較大，壓痕直徑的測量也較麻煩，易損壞成品的表面，故不宜在成品上進行試驗。二、洛氏硬度洛氏硬度是用壓痕深度作為洛氏硬度值的計量即，符號用符號用HR表示，其計算公式為：1、壓頭類型：洛氏硬度所用的壓頭有下列幾種，淬火鋼球壓頭多用于測定退火件、有色金屬等較軟材料的硬度，壓入深度較深；金剛石壓頭多用于測定淬火鋼等較硬材料的硬度，壓入深度較淺。2、試驗規范及表示方法:

采用不同的壓頭與總試驗力，組合成幾種不同的洛氏硬度標尺。我國常用的是HRA、HRB、HRC三種，其中HRC應用最廣。洛氏硬度無單位，須標明硬度標尺符號，在符號前面寫出硬度值，如58HRC、76HRA。3、洛氏硬度的優缺點：1）優點操作迅速、簡便，硬度值可從表盤上直接讀出；壓痕較小，可在工件表面試驗；可測量較薄工件的硬度，因而廣泛用于熱處理質量的檢驗。2）缺點精確性較低，硬度值重復性差、分散度大，通常需要在材料的不同部位測試數次，取其平均值來代表材料的硬度。此外，用不同標尺測得的硬度值彼此之間沒有聯系，也不能直接進行比較。三、維氏硬度維氏硬度也是以單位壓痕面積的力作為硬度值計量。試驗力較小，壓頭是錐面夾角為136°的金剛石正四棱錐體，見下圖所示。

1、維氏硬度表示方法：維氏硬度用符號HV表示。在符號HV前方標出硬度值，在HV后面按試驗力大小和試驗力保持時間（10～15s不標出）的順序用數字表示試驗條件。例如：640HV300。2、維氏硬度的優缺點1）優點可測軟、硬金屬，特別是極薄零件和滲碳層、滲氮層的硬度，其測得的數值較準確，并且不存在布氏硬度試驗那種載荷與壓頭直徑比例關系的約束。此外，維氏硬度也不存在洛氏硬度那樣不同標尺的硬度無法統一的問題，而且比洛氏硬度能更好地測定薄件或薄層的硬度。2）缺點是硬度值的測定較為麻煩，工作效率不如洛氏硬度，因此不太適合成批生產的常規檢驗。課題三材料的沖擊韌性和疲勞強度教學重點：韌性指標的表示方法和實際應用。教學難點：疲勞的概念、表示方法、提高疲勞強度措施。外力的瞬時沖擊作用所引起的變形和應力比靜載荷大得多，因此在設計承受沖擊載荷的零件和工具時，不僅要滿足強度、塑性、硬度等性能要求，還必須有足夠的韌性。1、沖擊吸收功韌性是指金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。根據功能原理可知：擺錘沖斷試樣所消耗的功AK=mgh1-mgh2。AK稱為沖擊吸收功，單位焦耳（J），用AK除以試樣缺口處的橫截面積Ｓ所得的商即為該材料的沖擊韌度，用符號αK表示，即：

沖擊吸收功AK與溫度有關，見下圖所示。韌脆轉變溫度越低，材料的低溫抗沖擊性能越好。五、疲勞強度許多機械零件是在交變應力（循環應力）作用下工作的，此時，雖然零件所承受的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，這種現象叫疲勞斷裂。交變應力的大小和斷裂循環次數之間的關系通常用疲勞曲線來來描述，如下圖所示。疲勞曲線表明，當應力低于某一值時，即使循環次數無窮多也不發生斷裂，此應力值稱為疲勞強度或疲勞極限，用符號σ-1表示。在疲勞強度測定中，不可能把循環次數做到無窮大，而是規定一定的循環次數作國基數。常用鋼材的循環基數一般取N=107，有色金屬的循環次數一般取N=108。課程教學模塊二：金屬結晶理論與應用教學重點：晶格類型、晶體結構與缺陷，結晶，鐵碳合金的基本平衡組織結構和性能，鐵碳合金狀態圖分析。

教學難點：晶體原子排列空間模型，晶體缺陷，鐵碳合金狀態圖分析。課題一金屬結構與結晶教學重點：常見的金屬品格類型，金屬的同素異晶轉變。教學難點：金屬內部結構對金屬性能的影響，金屬的同素異晶轉變現象。一、純金屬的結構1、晶體與非晶體固態物質按其原子（或分子）的聚集狀態不同分為晶體與非晶體。非晶體的原子是無規則雜亂地堆積的，沒有固定的熔點，各向同性。晶體的原子是按一定的幾何形狀作有規律的排列，有固定的熔點，各向異性。2、常見的金屬晶格類型用于描述原子在晶體中規律排列方式空間格子稱為晶格。晶格中直線的交點稱為結點。晶格中能代表原子排列規律的基本幾何單元稱為晶胞。常見的金屬晶格類型：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。1）體心立方晶格：晶胞是一個立方體，立方體的八個頂角和立方體中心各有一個原子，如下圖所示。

2）面心立方晶格：晶胞是一個立方體，立方體的八個頂角和六個面中心各有一個原子，所下圖所示。3）密排六方晶格：晶胞是一個正六棱柱體，在柱體的各個角和上下底面中央各有一個原子，在頂面和底面的中間還有三個原子。3、金屬的實際晶體結構1）多晶體結構晶體內部的晶格位向（即原子排列方向）完全一致的晶體稱為單晶體。由許多小晶體組成的晶體稱為多晶體，這些小晶體稱為晶粒。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。雖然每個晶粒具有各向異性，但不同方向的金屬性能是很多位向不同晶粒的平均性能，故多晶體材料表現為各向同性。2）晶體缺陷晶體中原子規律排列受到破壞的某些區域，稱為晶體缺陷。晶體缺陷產生晶格畸變，會使金屬的強度和硬度有所提高。二、純金屬的結晶1、純金屬的冷卻曲線和過冷現象金屬由液態轉變為固態晶體的過程稱為結晶。純金屬的結晶是在固定的溫度下進行的。下圖為純金屬的冷卻曲線。

各字母的含義如下：理論結晶溫度：t0

實際結晶溫度：t1

過冷度：Δt＝t0－t1。過冷是金屬結晶的必要條件。

2、純金屬的結晶過程純金屬的結晶過程是一個不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程。3、金屬晶粒大小及細化方法結晶后，得到多晶體金屬。一般，晶粒越細小，強度、硬度越高，塑性、韌性也越好。工業生產中常采用以下方法來細化晶粒，從而提高金屬的力學性能：1）增加過冷度2）變質處理3）附加振動4、金屬的同素異晶轉變在固態下，隨溫度的變化，其晶格類型會發生轉變，這種現象稱為金屬的同素異晶轉變。純鐵的同素異晶轉變可用下式表示：金屬的同素異晶轉變是通過原子的重新排列來完成的，實質上是一個重結晶過程。有一定的轉變溫度；轉變時需要過冷；有潛熱釋放；轉變過程也是通過形核和晶核長大來完成的。三、合金的結構與結晶1、合金的基本概念1）合金合金就是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性的物質。2）組元獨立的、最基本的物質稱為組元，簡稱元。合金的組元通常是純元素，也可以是穩定化合物。3）合金系由二個或二個以上的組元按不同比例配制的一系列不同成分的合金，稱為一個合金系，簡稱系。4）相合金中凡是結構、成分和性能相同并且與其它部分有界面分開的均勻組成部分稱為相。5）組織組織是指用肉眼或借助顯微鏡能觀察到的具有某種形態特征的合金組成物。其實質是一種或多種相按一定的方式相互結合所構成的整體的總稱。它直接決定合金的性能。

2、合金的結構

(1)金屬化合物3、合金的結晶合金的結晶與純金屬相似，都遵循形核與核長大的規律。根據合金中各組元之間的相互作用不同，可分為

1）固溶體

2）金屬化合物

3）機械混合物

(2)間隙固溶體

課題二鐵碳合金狀態圖教學重點：含碳量對鐵碳合金室溫組織和性能的影響。教學難點：簡化的Fe-Fe3C狀態圖特征線。

一、鐵碳合金的基本組織1、鐵素體（F或α）鐵素體是碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體，體心立方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃時0.0218%；室溫時為0.0008%,幾乎為零。其強度和硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。2、奧氏體（A或γ）奧氏體是碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量較高，1148℃時2.11%；1148℃時為0.77%。其強度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性也好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。3、滲碳體（Fe3C）滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，碳含量是6.69％，具有復雜的晶體結構。其硬度很高，塑性和韌性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。4、珠光體（P）珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。是奧氏體冷卻時，在727℃恒溫下發生共析轉變的產物。顯微組織是鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高，硬度適中，有一定的塑性。5、萊氏體（Ld或Ld'）萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。是在1148℃恒溫下發生共晶轉變的產物，平均碳含量4.3%。二、鐵碳合金狀態圖分析目前應用的鐵碳合金狀態圖是含碳量為0～6.69%的鐵碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因為含碳量大于6.69％的鐵碳合金在工業上無使用價值。下圖為簡化后的Fe－Fe3C狀態圖。

1、主要特性點：1）A點：純鐵的熔點，溫度1538℃,Wc=0。2）G點：純鐵的同素異晶轉變點，冷卻到912℃時,發生γ-F→α-Fe。3）Q點：600℃時,碳在α-Fe中的溶解度,Wc=0.0057%。4）D點：滲碳體熔點,溫度1227℃,Wc=6.69%。5）C點：共晶點，溫度1148℃，Wc=4.3%；成分為C的液相，冷卻到此溫度時，發生共晶反應：Lc→Ld（AE+Fe3C）。6）E點：碳在γ-Fe中的最大溶解度,溫度1148℃，Wc=2.11%。7）S點：共析點，溫度727℃，Wc=0.77%；成分為S點的奧氏體，冷卻到此溫度時，發生共析反應：As→P（Fp+Fe3C）。8）P點；碳在α-Fe中最大溶解度,溫度727℃，Wc=0.0218%。2、特性線：1）ACD線：液相線，由各成分合金開始結晶溫度點所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相。2）AECF線固相線，由各成分合金結晶結束溫度點所組成的線。在此線以下，合金完成結晶，全部變為固體狀態。3）ECF水平線共晶線，Wc＞2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148℃）時，均發生共晶轉變，生成萊氏體。4）ES線碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點（wC＝2.11％），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3CⅡ。5）GS線奧氏體冷卻時開始向鐵素體轉變的溫度線，通常稱為A3線。6）PSK水平線共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727℃）時，將發生共析轉變生成珠光體（P），wC＞0.0218%的鐵碳合金均會發生共析轉變。7）GP線

0＜Wc＜0.0218%的鐵碳合金，緩冷時，由奧氏體中析出鐵素體的終了線。8）PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727℃時，Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600℃時，Wc=0.0057%。在727℃緩冷時，鐵素體隨著溫度降低，溶碳量減少，鐵素體中多余的碳將以滲碳體（三次滲碳體Fe3CⅢ）的形式析出。一般情況下，忽略Fe3CⅢ的存在。以上各特性線的含義，是指合金緩慢冷卻過程中的相變。若是加熱過程，則相反。3、相區1）單相區有F、A、L和Fe3C四個單相區2）兩相區五個兩相區：L＋A兩相區、L+Fe3C兩相區、A+Fe3C兩相區、A＋F兩相區、F+Fe3C兩相區3）三相區

ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C）

PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C）。4、鐵碳合金的分類5、典型鐵碳合金的結晶過程分析1）共析鋼的結晶過程

1點溫度以上，合金處于液態；緩冷到1點溫度時，開始從液相結晶出奧氏體，溫度繼續下降，奧氏體量逐漸增加；直至2點溫度結晶終止，液相全部結晶為奧氏體；

2點至3點間為單一奧氏體的冷卻；當溫度降到S點時，奧氏體在恒溫下發生共析轉變，轉變為珠光體；S點以下，珠光體冷卻至室溫。2）亞共析鋼的結晶過程亞共析鋼在3點以前的結晶過程與共析鋼類似；當緩冷到3點時，從均勻的奧氏體中開始析出鐵素體；溫度繼續下降，鐵素體量逐漸增加，奧氏體量逐漸減少，尚未轉變的奧氏體的碳含量沿GS線逐漸增加；當緩冷到4點(727℃)時，剩余的奧氏體的Wc=0.77%，發生共析轉變而形成珠光體；共析轉變結束后，合金組織由鐵素體加珠光體組成，冷卻到4點以下，組織不再產生改變。所有亞共析鋼的室溫平衡組織均為鐵素體+珠光體，隨著碳含量的增加，鐵素體量減少，珠光體量增加。3）過共析鋼的結晶過程過共析鋼在3點以前與共析鋼類似；當緩冷到3點溫度時，奧氏體的溶碳量隨著溫度的下降而逐漸降低，并沿著奧氏體晶界析出二次滲碳體；隨著溫度繼續下降，二次滲碳體不斷析出，而剩余奧氏體的碳含量沿ES線逐漸減少；溫度降到4點(727℃)時；剩余奧氏體恒溫下發生共析轉變而形成珠光體；共析轉變結束后，合金組織為珠光體加二次滲碳體，直至室溫。所有過共析鋼的室溫平衡組織都是珠光體+網狀二次滲碳體。但隨著含碳量的增加，組織中珠光體的數量減少，網狀二次滲碳體的數量增加，并變得更粗大。6、鐵碳合金的成分、組織與性能的關系1）含碳量與鐵碳合金平衡組織間的關系鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體量逐漸增多，且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。

2）含碳量與力學性能間的關系強度：當Wc<0.9％時，隨著Wc增加，不斷提高；當Wc>0.9％時，由于滲碳體在晶界呈網狀分布，使鋼的強度下降。硬度：隨Wc的增加而提高。塑性：隨Wc的增加而迅速降低。沖擊韌性：隨Wc的增加而迅速降低。所有亞共析鋼的室溫平衡組織均為鐵素體+珠光體，隨著碳含量的增加，鐵素體量減少，珠光體量增加。3）過共析鋼的結晶過程過共析鋼在3點以前與共析鋼類似；當緩冷到3點溫度時，奧氏體的溶碳量隨著溫度的下降而逐漸降低，并沿著奧氏體晶界析出二次滲碳體；隨著溫度繼續下降，二次滲碳體不斷析出，而剩余奧氏體的碳含量沿ES線逐漸減少；溫度降到4點(727℃)時；剩余奧氏體恒溫下發生共析轉變而形成珠光體；共析轉變結束后，合金組織為珠光體加二次滲碳體，直至室溫。所有過共析鋼的室溫平衡組織都是珠光體+網狀二次滲碳體。但隨著含碳量的增加，組織中珠光體的數量減少，網狀二次滲碳體的數量增加，并變得更粗大。6、鐵碳合金的成分、組織與性能的關系1）含碳量與鐵碳合金平衡組織間的關系鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體量逐漸增多，且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。

課程教學模塊三：工程材料及其熱處理

教學重點：常用碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的分類、成分、組織、牌號、性能和應用；鋼的熱處理分類、工藝規程與應用，零件選材和及其熱處理工藝分析。教學難點：鋼在加熱和冷卻時的組織轉變分析，常見化學元素對鋼的組織、性能及熱處理影響，變形鋁合金的強化手段和熱處理特點。課題一非合金鋼（碳鋼）

教學重點：

常用碳鋼和鑄鐵的牌號、性能和應用。

教學難點：

根據碳鋼的牌號能分析它的成分、性能特點和大致應用范圍。一、常存雜質元素對碳鋼性能的影響1、錳的影響改善鋼的質量；提高鋼的強度和硬度；減輕硫的危害；是有益元素，一般WMn＝0.25%～0.80%。2、硅的影響消除FeO對鋼的不良影響；產生固溶強化；是鋼中有益元素，一般Wsi＜0.4%。3、磷的影響使鋼的強度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低；使鋼低溫時脆性嚴重（冷脆）；是有害元素，應嚴格控制磷含量。4、硫的影響與鐵形成化合物FeS，使鋼變脆（熱脆）；是鋼中有害元素，應嚴格控制硫含量。二、碳鋼的分類1、按含碳量分類分為低碳鋼(Wc＜0.25%)、中碳鋼(0.25≤Wc≤0.60%)和高碳鋼(Wc＞0.60%)。2、按質量分類1）普通質量碳鋼（Ws＞0.045%、Wp＞0.045%）不需要特別控制質量的鋼種，包括一般碳素結構鋼、碳素鋼筋鋼、鐵道用一般碳素鋼等。2）優質碳鋼需要特別嚴格控制質量的碳鋼。主要包括：機械結構用優質碳鋼、工程結構用優質碳鋼、沖壓薄板的低碳結構鋼、鍋爐和壓力容器用碳鋼、優質鑄造碳鋼等。3、按用途分類1）碳素結構鋼主要用于制造各種工程構件和機器零件。一般屬于低碳鋼和中碳鋼。2）碳素工具鋼主要用于制造各種刃具、量具、模具等。一般是高碳鋼。此外，鋼按冶煉時脫氧方法不同，分為沸騰鋼、鎮靜鋼和半鎮靜鋼等三、碳鋼的牌號和應用1、碳素結構鋼牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數值、質量等級符號脫氧方法符號四部分順序組成。質量等級有：A表示Ws≤0.050%、Wp≤0.045%；B表示Ws≤0.045%、Wp≤0.045%；C表示Ws≤0.040%、Wp≤0.040%；D表示Ws≤0.035%、Wp≤0.035%。脫氧方法有F（沸騰鋼）、b（半鎮靜鋼）、Z（鎮靜鋼）TZ（特殊鎮靜鋼）四種，通常Z和TZ可省略。例：Q235－AF。2、優質碳素結構鋼牌號用兩位數字表示鋼平均含碳量的萬分數。例：45鋼。又分為普通含錳量（WMn≤0.7%）和較高含錳量（WMn=0.7%～1.2%）兩類。含錳量較高的鋼在兩位數字后面加“Mn”字。例：65Mn鋼。脫氧方法表示法同碳素結構鋼，高級優質鋼，加“A”；特級優質鋼，加“E”。3、碳素工具鋼牌號用“碳”的漢語拼音字首“T”加數字（鋼的平均Wc的千分數）表示。例：T12。碳素工具鋼含碳量高，硫、磷雜質含量較少，一般經淬火，低溫回火后硬度比較高，耐磨性好，但塑性較低。主要用于要求不很高的刃具、量具和模具。4、鑄鋼牌號用“ZG”表示。牌號有兩種表示方法：以強度表示時，在“ZG”后面有兩組數字，第一組數字表示該牌號屈服點的最低值，第二組數字表示其抗拉強度的最低值，兩組數字間用“－”隔開，例：ZG230－450。以化學成分表示鑄鋼牌號時，在“ZG”后面的數字表示鑄鋼平均碳含量的萬分數。平均碳含量＞1％時不標出,平均碳含量＜0.1％時,其第一位數字為“0”。在含碳量后面排列各主要合金元素符號,每個元素符號后面用整數標出含量的百分數，例：ZG15Cr1MolV。四、鑄鐵鑄鐵是一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金總稱。具有良好的鑄造性、耐磨性、減震性、切削加工性等，且制造容易、價格便宜。

鑄鐵按碳的存在形式分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵。課題二鋼在加熱和冷卻

時組織轉變

教學重點：奧氏體的形成及其晶粒大小的控制措施，C曲線及其應用。

教學難點：鋼在加熱時和冷卻時組織轉變。一、鋼在加熱時的組織轉變

A1、A3、Acm各相變點是固態下鐵碳合金的組織轉變線，是在極其緩慢加熱和冷卻條件下得到的。在實際生產中，固態相變時都有不同程度的過熱度或過冷度（見下圖）。為便于區別，將加熱時各相變點用ACl、AC3、ACcm表示，冷卻時各相變點用Arl、Ar3、Arcm表示。1、奧氏體的形成以共析鋼為例，當加熱到AC1以上時，發生珠光體向奧氏體的轉變（即奧氏體化）過程可分為三個階段：1）奧氏體晶核的形成和長大。2）剩余滲碳體的溶解。3）奧氏體均勻化。當加熱到AC1線稍上時鋼中的珠光體向奧氏體轉變，只有分別加熱到AC3或ACCm溫度以上，保溫足夠時間，才能獲得成分均勻的單相奧氏體。2、奧氏體晶粒長大及其控制措施鋼加熱時珠光體向奧氏體轉變剛剛結束時，奧氏體晶粒是比較細小的。如果繼續加熱或保溫，奧氏體晶粒會變粗大，影響熱處理后鋼的強度、塑性、韌性較低。因此，加熱時獲得細小晶粒的奧氏體對提高熱處理效果和鋼的性能有重要的意義。控制奧氏體晶粒長大措施：1）合理選擇加熱溫度和保溫時間。2）采用快速加熱和短時間保溫。3）加入一定量合金元素（除錳、磷外）。二、鋼在冷卻時的組織轉變鋼經加熱奧氏體化后，可以采用不同方式冷卻，獲得所需要的組織和性能。成分相同的鋼，奧氏體化后，采用不同方式冷卻，將獲得不同的力學性能，見下表。

實際生產中，必須過冷到A1溫度以下才開始轉變。在相變溫度A1以下還沒有發生轉變而處于不穩定狀態的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體有等溫轉變和連續冷卻轉變兩種冷卻轉變方式（見下圖）。1、過冷奧氏體的等溫轉變以共析鋼為例，介紹等溫轉變曲線及轉變產物。1）過冷奧氏體等溫轉變曲線（C曲線）下邊曲線為過冷奧氏體轉變開始線，右邊曲線為過冷奧氏體等溫轉變終了線。

A1線以上是奧氏體穩定區；A1線以下，轉變開始線的左邊為過冷奧氏體區，轉變終了線的右邊是轉變產物區，轉變開始線和終了線之間為過冷奧氏體和轉變產物共存區。

轉變開始線與縱坐標軸之間的時間為孕育期。在C曲線拐彎的“鼻尖處”（約550℃），孕育期最短，過冷奧氏體最不穩定。水平線MS為馬氏體轉變開始線（約230℃），水平線Mf為馬氏體轉變終了線（約－50℃）。

A′：殘余奧氏體，即淬火冷卻到室溫后殘留的奧氏體。2）過冷奧氏體等溫轉變產物的組織與性能(1)珠光體型轉變（A1～550℃）(2)貝氏體轉變（550℃～MS）3）亞共析鋼和過共析鋼的等溫轉變由于亞共析鋼和過共析鋼的碳含量低于或高于共析成分，當過冷奧氏體在C曲線“鼻尖”上部區域等溫時，亞共析鋼先析出鐵素體，然后進行珠光體轉變，得到鐵素體和珠光體組織；同理，過共析鋼先析出滲碳體，然后進行珠光體轉變，得到滲碳體和珠光體組織。2、過冷奧氏體的連續冷卻轉變以共析鋼為例，介紹等溫轉變曲線及轉變產物。1）等溫轉變曲線在連續冷卻轉變中的應用共折鋼連續冷卻時，根據冷卻速度曲線V1、V2、V3、V4與C曲線相交的位置，可估計連續冷卻轉變的產物。馬氏體臨界冷卻速度Ｖk：與冷卻曲線相切，稱臨界冷卻速度，是獲得全部馬氏體轉變的最小冷卻速度。

過冷奧氏體連續冷卻轉變產物的組織與性能見下表：

2）馬氏體轉變（MS～Mf）馬氏體的組織形態有板條狀和片狀兩種類型，主要取決于奧氏體中碳含量。1、當Wc＜0.20％時，形成板條狀低碳馬氏體，有較好的強韌性；2、當Wc＞1.0％時，形成片狀（針狀）高碳馬氏體，性能硬而脆；3、當Wc在0.20％～l.0％時，形成片狀和板條狀馬氏體的混合組織。強度、硬度隨碳含量增加而增大，當碳含量超過0.6％，強度和硬度增加不明顯。馬氏體轉變不能進行到底。

殘余奧氏體的存在，會降低淬火鋼的硬度和耐磨性，并且在工件長期使用過程中殘余奧氏體會逐步轉變為馬氏體，使工件變形而引起尺寸的不穩定。減少殘余奧氏體的措施：冷處理。即把淬火后的工件繼續冷卻到室溫以下－80～－50℃，以減少殘余奧氏體的含量。課題三鋼的熱處理教學重點：1、鋼的退火與正火淬火、回火的目的、方法及應用。2、感應淬火、氣體滲碳、滲氮。教學難點：1、過冷奧氏體連續冷卻轉變產物組織與性能。2、淬透性概念及應用。3、感應淬火原理。三、鋼的退火與正火1、退火退火就是將工件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火主要用于鑄、鍛、焊毛坯或半成品零件。退火的目的：降低鋼的硬度，提高塑性，改善其切削加工性能；均勻鋼的成分，細化晶粒，改善組織與性能；消除工件的內應力，防止變形與開裂；為最終熱處理作準備。1）完全退火將鋼完全奧氏體化后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火工藝。目的：降低鋼的硬度、以利于切削加工；消除應力，穩定工件的尺寸，防止變形和開裂；細化晶粒，改善組織，為最終熱處理作組織準備。加熱溫度：Ac3以上20～40℃。應用范圍：亞共析碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件、焊接件及熱軋型材等。過共析鋼不宜采用完全退火。2）等溫退火將鋼加熱到Ac3或Ac1以上20～40℃，保溫適當時間后，較快地冷卻到珠光體溫度區間的某一溫度，等溫一定時間，使奧氏體轉變為珠光體組織，然后空冷至室溫的退火工藝。目的：與完全退火相同，但所用時間比完全退火縮短約1/3，并能得到均勻的組織和性能。加熱溫度：Ac3(Ac1)以上20～40℃。應用范圍：亞共析、過共析碳鋼，合金鋼的鑄件、鍛件等。3）球化退火使鋼中的碳化物球狀化而進行的退火工藝。目的：使網狀Fe3CⅡ或片狀滲碳體轉變為球狀滲碳體，降低硬度，便于切削加工，為淬火作好組織準備。加熱溫度：Ac1以上20～40℃。應用范圍：過共析鋼和合金工具鋼、軸承鋼等。對網狀Fe3CⅡ比較嚴重的鋼，在球化退火前先進行一次正火處理。4）去應力退火將鋼加熱到Ac1以下，保溫一定時間，然后隨爐冷卻的退火工藝。目的：消除工件的內應力，穩定工件尺寸，減少變形。加熱溫度：Ac1以下溫度，一般500～650℃。應用范圍：鑄件、鍛壓件、焊件、切削加工件等。去應力退火因加熱溫度低于A1，故不發生組織轉變，只消除內應力。5）均勻化退火將工件加熱到高溫，并長時間保溫，然后緩慢冷卻的退火工藝。目的：減少化學成分偏析和組織不均勻性。加熱溫度：1050～1150℃高溫。應用范圍：質量要求高的合金鋼鑄錠和鑄件等。均勻化退火后，鋼件晶粒粗大，應進行完全退火或正火。2、正火將鋼加熱到Ac1或Accm以上30～50℃，保溫一定的時間，出爐后在空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。四、鋼的淬火1、淬火加熱1）加熱溫度鋼的含碳量是決定其淬火加熱溫度的主要因素。2）加熱時間加熱時間包括升溫時間和保溫時間兩部分。加熱時間長短與加熱介質、加熱速度、鋼的種類、工件形狀和尺寸、裝爐方式及裝爐量有關。具體加熱時間可通過經驗公式計算，再用實際經驗修正后決定。2、淬火冷卻1）冷卻介質鋼淬火的目的是為了獲得馬氏體，但又要減少工件變形和防止工件開裂。由C曲線可知，冷卻介質的理想淬火冷卻速度如下圖所示。生產上常用的冷卻介質有水、礦物油、鹽水、堿水等。2）淬火方法（1）單介質淬火。（2）雙介質淬火。（3）馬氏體分級淬火。（4）貝氏體等溫淬火。常用淬火方法如下圖所示。3、鋼的淬透性和淬硬性1）鋼的淬透性鋼的淬透性是以在規定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布的特性。淬硬深度是從淬硬的工件表面到規定硬度值（一般為550HV）處的垂直距離。淬硬深度越深，淬透性越好。2）鋼的淬硬性鋼的淬硬性是指鋼試樣在規定條件下淬火硬化所能達到的最高硬度的能力。其含義是鋼試樣在規定條件下淬火時馬氏體組織所能達到的硬度。鋼的淬硬性主要取決于鋼中含碳量。鋼中含碳量越高，淬硬性越好。五、鋼的回火回火是將淬硬后的工件加熱到Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。是緊接淬火之后的熱處理工序。

目的：獲得工件所需要的力學性能；消除或減少內應力，降低鋼的脆性，防止工件變形和開裂；穩定工件組織和尺寸，保證精度。1、回火方法1）低溫回火加熱溫度在250℃以下進行的回火。目的：保持淬火工件高硬度和高耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性。應用范圍：各種刃具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火等要求硬而耐磨的零件。2）中溫回火加熱溫度在350～500℃之間進行的回火。目的：使工件獲得較高的彈性和強度，適當的韌性和硬度。回火后組織：回火托氏體。力學性能：35～50HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。應用范圍：各種彈性元件及熱鍛模等。3）高溫回火加熱溫度在500℃以上進行的回火。目的：使工件獲得強度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能。回火后組織：回火索氏體。力學性能：200～350HBS，較好的綜合力學性能。應用范圍：各種較重要的受力結構件。2、回火脆性淬火鋼在某些溫度區間或回火后緩冷通過該溫度區間時，出現脆化的現象稱回火脆性。回火脆性分兩種：在250℃～350℃范圍內出現的回火脆性稱第一類回火脆性，又稱“低溫回火脆性”或“不可逆回火脆性”。不管是碳素鋼還是合金鋼，都應避免這種回火脆性。含鉻、鎳、錳等元素的合金鋼淬火后，在450℃～650℃范圍內回火，緩冷易產生第二類回火脆性，又稱“高溫回火脆性”或“可逆回火脆性”。為防止第二類回火脆性的出現，小零件可采用回火時快冷；大零件可選用含鎢或鉬的合金鋼。六、鋼的表面熱處理與化學熱處理1、鋼的表面熱處理表面熱處理是只對工件表層進行熱處理以改變其組織和性能的熱處理工藝。常用的方法是表面淬火。表面淬火是僅對工件表層進行淬火的熱處理工藝。表面淬火不改變零件表層的化學成分，只改變表層的組織，并且心部仍保留原來退火、正火或調質狀態的組織。目的是使工件表層具有高硬度、耐磨性，而心部具有足夠的強度和韌性。工業上常用的表面淬火方法有火焰淬火和感應淬火。1）感應淬火感應淬火是指利用感應電流通過工件所產生的熱效應，使工件表層、局部或整體加熱，并快速冷卻的淬火工藝。

特點：加熱速度快；工件表面質量高，淬火變形小；易實現機械化和自動化及大批量生產，勞動生產率高；設備昂貴，維修調整較難。

主要用于中碳鋼或中碳低合金鋼，也可用于工具鋼，不宜用于形狀復雜的零件及單件生產。2）火焰表面淬火火焰表面淬火是應用氧－乙炔（或其它可燃氣體）火焰，對零件表面加熱，然后快速冷卻的淬火，淬硬層深度一般為2～6mm。2、鋼的化學熱處理簡介化學熱處理是將工件放入一定溫度的活性介質中加熱并保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。常用的化學熱處理是滲碳和滲氮。1）鋼的滲碳滲碳是將工件放入富碳的介質中加熱到高溫，使碳原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。2）鋼的滲氮（氮化）滲氮是在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝。七、熱處理工藝的應用1、熱處理技術條件的標注設計者根據零件的性能要求，提出熱處理技術條件，并標注在零件圖上。其內容包括最終熱處理方法及熱處理后應達到的力學性能，供熱處理生產及檢驗時用。熱處理技術條件可用國家標準規定的熱處理代號來標注，也可用簡單的文字和數字來說明。一般零件只標出硬度值。標定的硬度值允許有一定的波動范圍，布氏硬度值一般為30～40個單位左右，洛氏硬度值為5個單位左右。熱處理技術條件一般標注在零件圖標題欄的上方（技術要求中），所標的內容應合理，不需規定具體的熱處理工藝，熱處理工作者可根據材料成分及技術要求等，結合實際情況和操作水平等因素決定。2、熱處理工藝位置1）預先熱處理（1）退火、正火的工序位置退火和正火作為預先熱處理通常安排在毛坯生產之后，粗加工之前。其作用是消除毛坯的內應力，細化晶粒，均勻組織，改善切削加工性，為最終熱處理作好組織準備。退火（或正火）工藝路線一般為：毛坯生產→退火（或正火）→切削加工。（2）調質處理的工序位置一般安排在粗加工之后，半精加工或精加工之前，其目的是提高零件的綜合力學性能。調質工藝路線一般為：下料→鍛造→正火（或退火）→粗加工→調質→半精加工（或精加工）。2）最終熱處理最終熱處理包括各種淬火、回火及化學熱處理。其工序位置一般安排在半精加工之后，磨削之前。（1）淬火工序位置①整體淬火工藝路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）→粗加工、半精加工→淬火、回火→磨削。②表面淬火工藝路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）→粗加工→調質→半精加工→表面淬火→低溫回火→磨削。（2）滲碳工序位置①整體滲碳的工藝路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）→粗加工、半精加工→滲碳→淬火、低溫回火→磨削。②局部滲碳的工藝路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）→粗加工、半精加工→保護非滲碳部位→滲碳→切除防滲余量→淬火、低溫回火→磨削。（3）滲氮工序位置滲氮零件（38CrMoAlA鋼）的工藝路線一般為：下料→鍛造→退火→粗加工→調質→半精加工→去應力退火→粗磨→滲氮→精磨或研磨。3、熱處理零件結構的工藝性熱處理零件結構工藝性是指在設計需要進行熱處理零件時，既要考慮保證零件的使用性能要求，又要考慮熱處理工藝對零件結構的要求。如果零件結構工藝性不合理，則可能造成淬火變形、開裂等熱處理缺陷，從而使零件報廢，造成不必要的損失。一般應注意以下幾點：1）避免尖角與棱角2）避免截面厚薄懸殊，合理安排空洞和鍵槽3）采用封閉、對稱結構4）采用組合結構

八、熱處理新技術簡介

激光熱處理計算機在熱處理中的應用真空熱處理可控氣氛熱處理形變熱處理課題四低合金鋼和合金鋼

教學重點：常用低合金鋼、合金結構的牌號、性能及用途。

教學難點：合金元素對鋼性能的影響、低合金鋼，合金結構鋼牌號與應用之間的一般關系。一、合金鋼的分類及牌號1、低合金鋼的分類及牌號1）低合金鋼的分類（1）按主要質量等級分類分普通質量低合金鋼、優質低合金鋼和特殊質量低合金鋼。（2）按主要性能和使用特性分類分為可焊接的低合金高強度結構鋼、低合金耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、其他低合金鋼等。2）低合金鋼的牌號（1）低合金高強度結構鋼表示方法與碳素結構鋼相同。例：Q345。（2）易切削結構鋼以“易”字的漢語拼音字首“Y”為首，其后數字表示平均碳含量的萬分數，鋼中含錳量較高時標出“Mn”。例：Y40Mn。2、合金鋼的分類及牌號1）合金鋼的分類按主要性能和使用特性分為工程結構用合金鋼、機械結構用合金鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹、耐蝕和耐熱鋼、特殊物理性能鋼等。2）合金鋼的牌號（1）機械結構用合金鋼和工程結構合金鋼①調質處理合金結構鋼、表面硬化合金結構鋼、合金彈簧結構鋼。兩位數字+元素符號+數字（+A）

(碳含量萬分數)(所含合金元素)(該元素含量百萬分數)(硫磷含量少鋼質量高)

例：18Cr2Ni4WA。②高錳耐磨鋼。

ZG

+Mn

+數字

(鑄鋼漢語拼音字首)

(錳)

(平均含錳量的百分數)

例：ZGMn13-1。（2）軸承鋼

GCr+××（+元素符號+數字）(G：“滾”漢語拼音字首；Cr:鉻；××：平均含鉻量千分數；元素符號：若還有其他元素；數字：含量百分數。）例：GCr15SiMn。（3）合金工具鋼表示方法與合金彈簧鋼類似，差別在于：若鋼中的WC＜1%時，牌號前的數字表示平均含碳量的千分之幾；若鋼中的WC≥1%時，牌號前不標出含碳量。例：9Mn2V。（4）高速工具鋼表示方法與合金工具鋼類似，主要差別是無論鋼中的含碳量多少，均不在牌號前標出數字。例：W18Cr4V。（5）不銹鋼和耐熱鋼表示方法與合金工具鋼類似，只是當WC≤0.03%或WC≤0.08%時，其牌號前的數字分別用“00”或“0”代替。例：3Cr13；00Cr17Ni14Mo2。二、合金元素在鋼中的作用1、合金元素在鋼中的存在形式及作用1）合金元素與鐵作用形成固溶體合金元素可以溶入α-Fe或γ-Fe中，形成含合金元素的鐵素體或奧氏體。合金元素的溶入，將導致鐵素體或奧氏體的晶格畸變，產生固溶強化。硅、錳、鎳等元素對鐵素體的強化效果顯著。2）合金元素與碳作用形成合金碳化物大多數合金元素能與碳作用形成合金碳化物，熔點高、硬度高、不易分解，呈顆粒狀分布在晶界上，可細化晶粒，提高鋼的強度和硬度。2、合金元素對鋼熱處理的影響1）合金元素對加熱時奧氏體化的影響大多數合金元素能減慢碳的擴散速度，加之合金碳化物穩定、難溶解，顯著減慢碳及合金元素的擴散速度，故減慢了奧氏體化過程。大多數低合金鋼和合金鋼，需更高的加熱溫度、更長的保溫時間。大多數合金元素（除錳、磷外）形成的碳化物，在高溫下較穩定，且分布在奧氏體的晶界上，能有效阻止奧氏體晶粒的長大，起到細化奧氏體晶粒的作用。2）合金元素對冷卻時奧氏體轉變的影響增加過冷奧氏體的穩定性，固溶于奧氏體中的合金元素（除鈷以外），均程度不同地增加過冷奧氏體的穩定性（C曲線右移），使鋼的淬透性增加，降低馬氏體點（Ms），除鈷、鋁以外，大多數合金元素均會降低馬氏體點，使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量增加。3）合金元素對回火轉變的影響1）提高鋼的耐回火性（回火穩定性）2）產生二次硬化三、合金鋼1、常用機械結構和工程結構用合金鋼1）合金調質鋼（1）用途及性能要求用途：汽車、機床等機器中重要的零件。性能要求：良好的綜合力學性能。（2）成分、性能和熱處理特點成分、性能：Wc＝0.25％～0.50％，保證良好的綜合力學性能。加入Cr、Mn、Si、Ni、B等可以提高淬透性、強化鐵素體、細化晶粒、提高耐回火性等。熱處理：調質處理（3）常用合金調質鋼分低淬透性合金調質鋼（如40Cr）、中淬透性合金調質鋼（如35CrMo、38CrMoAl）、高淬透性合金調質鋼（如40CrNiMo、40CrMnMo）三類。2）合金滲碳鋼（1）用途及性能要求用途：汽車發動機、變速箱中的齒輪、內燃機凸輪、活塞銷等機械零件。性能要求：零件表面高的硬度、高的耐磨性和耐疲勞性和耐疲勞性能，心部高的韌性和足夠的強度。（2）成分、性能和熱處理特點成分、性能：Wc＝0.1％～0.25％,以保證零件心部有良好的塑性和韌性。加入Cr、Mn、Ni、Ti、V、W、Mo、B等以提高鋼的淬透性，細化晶粒，在滲碳層獲得均勻細小的耐磨碳化物。熱處理：滲碳后淬火、低溫回火。（3）常用合金滲碳鋼分低淬透性合金滲碳鋼（如20Cr、20MnV）、中淬透性合金滲碳鋼（如20CrMnTi）、高淬透性合金滲碳鋼（如18Cr2Ni4WA）三類。3）合金彈簧鋼（1）用途及性能要求用途：機械和儀表中各種彈性元件。性能要求：高的彈性極限和屈強比、較高的疲勞強度、足夠的塑性和韌性。（2）成分、性能和熱處理特點成分、性能：Wc＝0.5％～0.7%，保證高的彈性極限。加入Mn、Si、Cr、Mo、W、V、B等以提高鋼的淬透性、細化晶粒、耐回火性、強化鐵素體、提高彈性和屈強比等。冷成形彈簧：去應力退火或淬火加中溫回火。成形彈簧：淬火、中溫回火（3）常用合金彈簧鋼分硅錳系合金彈簧鋼（如60Si2Mn）、硅鉻系合金彈簧鋼、鉻錳系合金彈簧鋼和鉻釩系合金彈簧鋼（如50CrVA）。4）高錳耐磨鋼（1）用途及性能要求用途：制造受強烈沖擊和巨大壓力，并要求耐磨的零件。性能要求：受到強烈摩擦、巨大壓力和沖擊時，表面高的硬度和耐磨性，心部良好的韌性和塑性，較高的抗沖能力。（2）成分、性能和熱處理特點成分、性能：Wc＝0.90～1.50％，WMn＝11％～14％，鑄態組織為奧氏體和大量的碳化物，性能硬而脆。熱處理：水韌處理，強度、硬度（180～230HBS）不高，塑性、韌性好。（3）常用高錳耐磨鋼

ZGMn13-1等。2、軸承鋼1）用途及性能要求用途：制造各種滾動軸承的元件，如滾珠、滾柱和內外套圈等。性能要求：很高的強度、硬度、耐磨性，很高的接觸疲勞強度，一定的韌性和耐潤滑劑腐蝕的能力。2）成分、性能和熱處理特點成分、性能：Wc＝0.95％～1.15％，保證高硬度、高耐磨性。加入Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元素，提高鋼的淬透性、耐磨性和接觸疲勞強度。熱處理：球化退火、淬火和低溫回火。3）常用軸承鋼高碳鉻軸承鋼（GCr15應用最廣）和無鉻軸承鋼。3、不銹鋼與耐熱鋼1）不銹鋼通常將具有抵抗大氣或其他介質腐蝕的鋼稱為不銹鋼。成分特點：低碳，加入大量的Cr、Ni等合金元素。作用是提高鐵素體的電極電位；使鋼獲得單相組織；在鋼的表面形成一層致密的氧化膜。（1）馬氏體不銹鋼。（2）鐵素體型不銹鋼。（3）奧氏體-鐵素體型不銹鋼。（4）奧氏體型不銹鋼。（5）沉淀硬化型不銹鋼。2）耐熱鋼耐熱鋼是指具有高溫抗氧化性和熱強性的鋼。成分特點：低碳，加入Cr、Al、Si（形成致密保護膜）、Ti、V、Mo、W（增加高溫強度）。分為抗氧化鋼和熱強鋼兩類。抗氧化鋼主要用于長期在高溫下不起氧化皮、強度要求不高的零件，如爐底板。熱強鋼主要用要求有高溫強度又有較好抗氧化性的零件，如柴油機排氣閥、汽輪機葉片等。

課題五鑄鐵、有有色金屬等其他材料

教學重點：1、常用黃銅和青銅的牌號，性能及用途2、硬質合金的分類；牌號，及應用。3、工程塑料和復合材料的定義、特性、分類教學難點：1、根據零件的使用需要，正確選用合適的有色金屬材料牌號。2、粉末冶金材料（含硬質合金）的性能特點及應用。3、工程塑料化學名稱較難記憶。一、鋁及其合金1、工業純鋁鋁及其合金是航空工業中的主要結構材料，是有色金屬中應用最廣泛的結構材料。純鋁呈銀白色，是一種輕金屬，面心立方晶格、無同素異晶轉變，熔點低、密度小，具有優良加工工藝性能、電導性、熱導性和耐大氣腐蝕能力。其牌號用l×××表示。最后兩位數字表示鋁的最低百分含量，第二位字母表示原始純鋁的改型情況，如lA35。工業純鋁是WAl=99.00～99.80%的純鋁，主要用來制作電線、電纜、散熱片、配置合金等。2、鋁合金1）鋁合金的分類與牌號（1）鋁合金的分類分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為不能熱處理強化的鋁合金和能熱處理強化的鋁合金。（2）鋁合金的牌號①變形鋁合金牌號。采用四位字符牌號，鋁合金的牌號用2×××～8×××系列表示。第一位數字：鋁合金的組別；第二位字母：原始合金的改型情況，A為原始合金，B－Y為原始合金的改型合金。最后兩位數字：區分同一組中不同的鋁合金。例：5A02。②鑄造鋁合金牌號。用“Z+Al+元素符號+數字”表示。數字是主加合金元素百分含量。例：ZAlSi9Mg。（2）鋁合金的熱處理固溶處理和時效。固溶處理是將能熱處理強化的鋁合金加熱至高溫單相區，經保溫第二相溶解形成單相α固溶體后，迅速水冷至室溫，得到過飽和的α固溶體的工藝。時效是將經固溶處理后的鋁合金，在室溫或加熱到一定的溫度，其性能隨時間發生變化的現象。鋁合金經固溶處理后，強度和硬度不會明顯升高，塑性會顯著提高。但這種組織是不穩定的，經時效處理，強度和硬度顯著升高，塑性下降。

二、銅及其合金1、工業純銅純銅呈紫紅色，熔點1083℃，密度為8.96g/cm3，面心立方晶格、無同素異晶轉變，良好電導性、熱導性、耐蝕性、抗磁性和加工工藝性能。工業純銅的代號用“T”加順序號表示，共有T1、T2、T3、T4四個牌號。序號越大，純度越低。純銅主要用于制作電線、電纜、導熱材料及配置合金。2、銅合金銅合金分為黃銅、青銅和白銅。白銅是銅鎳合金，主要用來制作精密機械和儀表中的耐蝕零件、熱電偶等，價格高。1）黃銅（1）普通黃銅的組織和性能。當Wzn＜32％時，形成單相α固溶體，隨鋅含量增加，其強度增加塑性改善，適于冷熱變形加工；當Wzn＞45％時，全部為β相組織，強度急劇下降，合金已無使用價值。黃銅還具有較好的耐蝕性和較好的鑄造性能。（20普通黃銅的牌號、性能及用途。壓力加工黃銅的牌號用“H+數字”表示。如H68。鑄造普通黃銅的牌號表示方法與鑄造鋁合金相同。單相黃銅H68，有較高的強度，冷、熱變形能力，較好的耐蝕性，用于制造形狀復雜、耐蝕的零件。雙相黃銅H62，有較高的強度，可進行熱變形加工，廣泛用于制作熱軋、熱壓零件或由棒材經機加工制造各種零件。鑄造普通黃銅ZCuZn38，具有鑄造性能好，組織致密，主要用于一般的結構件和耐蝕零件。（2）特殊黃銅在普通黃銅中加入其他合金元素的黃銅。加入的合金元素有鉛、錫、鋁、硅、錳、鐵、鎳等，以改善切削加工性、提高耐蝕性、鑄造性能和力學性能等。壓力加工特殊黃銅的牌號用“H+主加合金元素符號+銅的百分含量-合金元素的百分含量”表示，例：HPb59-1。鑄造特殊黃銅的牌號表示方法與鑄造鋁合金相同，例：ZCuZn16Si4。（3）青銅①錫青銅以錫為主要添加元素的銅基合金。常用錫青銅一般Wsn＝3％－14％，其中壓力加工錫青銅Wsn＜7%。錫青銅耐磨性好、無磁性和冷脆現象，可用于制作軸承、軸套等耐磨零件及彈簧等彈性元件。錫青銅的鑄造收縮率小，用于鑄造形狀復雜、致密性要求不高，耐磨、耐蝕的零件。②無錫青銅是含鋁、鈹、硅、鉛、錳等合金元素的銅基合金。主要有：鋁青銅、鈹青銅等。三、軸承合金簡介1、軸承合金的性能和組織特點軸承支承軸進行工作，會與軸頸產生摩擦。為減少軸承對軸頸的磨損，對軸承合金有如下要求：1）較高的抗壓強度和疲勞強度；2）摩擦系數小、表面能儲存潤滑油，耐磨性好；3）良好的抗蝕性、熱導性和較小的膨脹系數；4）良好的磨合性；5）加工性能好，原料來源廣，價格便宜。因此，軸承合金組織特點:軟基體上分布硬質點或硬基體上分布軟質點。2、常用軸承合金簡介1）錫基軸承合金（錫基巴氏合金）。2）鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）。3）銅基軸承合金。4）鋁基軸承合金。四、粉末冶金材料簡介1、粉末冶金的特點與工藝1）粉末冶金的特點粉末冶金與一般的熔煉鑄造相比，有以下特點（1）能生產具有特殊性能的材料和制品。（2）無切屑或少切屑的精密加工。但金屬粉末成本高、模具費用高、制品大小和形狀受到一定限制、制品的韌性和強度較差。2、粉末冶金工藝簡介粉末冶金工藝過程如下圖所示。3、粉末冶金材料簡介以碳鋼或合金鋼粉末為主要成分，用粉末冶金法制作結構零件用的材料。具有精度較高、表面質量好，省工時、省材料、生產率高，制品多孔可浸潤滑油，減摩、減振、消聲。廣泛用于制作各類零件。五、硬質合金1、硬質合金的性能特點1）硬度高、耐磨性好、熱硬性好常溫下的硬度可達到86～93HRA，在900～1000℃的溫度下，仍可保持60HRC的高硬度。可切削50HRC左右的硬質材料。2）抗壓強度和彈性模量高常溫下的抗壓強度可達6000MPa，900℃時可達到1000MPa。彈性模量高，是高速工具鋼的2～3倍。2、常用的硬質合金1）常用硬質合金的分類與牌號（1）鎢鈷類硬質合金主要成分是碳化鎢（WC）和粘結劑鈷（Co）。牌號用“YG+數字”表示，例：YG15。（2）鎢鈦鈷類硬質合金主要成分是碳化鎢、碳化鈦（TiC）和粘結劑鈷。牌號用“YT+數字”表示，例：YT15表示。（3）通用硬質合金主要成分是碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）和粘結劑鈷。牌號用“YW+數字”表示，例：YW1。2）常用硬質合金的化學成分、性能與應用（1）鎢鈷類硬質合金碳化鎢的含量越高，粘結劑鈷的含量越低，則合金的硬度、耐磨性、紅硬性越高，抗彎強度和韌性越低。適宜于加工脆性材料（如鑄鐵等）。（2）鎢鈦鈷類硬質合金由于碳化鈦的加入，提高了硬度、耐磨性和熱硬性，但抗彎強度和韌性有所下降。同時，在合金表面形成一層氧化鈦薄膜，切削時不易粘刀。適于加工韌性材料（如鋼等）。（3）通用硬質合金因含碳化鉭（或碳化鈮），有利于提高抗彎強度、硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化能力。可用來加工鑄鐵和各種鋼材。（4）鋼結硬質合金性能介于高速鋼和硬質合金之間，并可進行鍛造、熱處理、焊接。適用于制造各種形狀復雜的整體刀具、模具和耐磨零件。（5）常用硬質合金的應用①切削加工用硬質合金。②模具用硬質合金。③硬質合金量具。④耐磨零件用硬質合金。⑤礦山用硬質合金。三、陶瓷陶瓷是以天然硅酸鹽或人工合成的無機化合物為原料，用粉末冶金法生產的由金屬和非金屬的無機化合物構成的多晶固體材料。1、陶瓷的分類1）按使用原料分分為普通陶瓷和特種陶瓷。2）按用途不同分分為日用陶瓷和工業陶瓷，工業陶瓷又分為工程結構陶瓷和功能陶瓷。2、陶瓷的性能1）力學性能室溫彈性模量高于金屬，硬度遠大于金屬，抗壓強度高于鑄鐵。但抗拉強度低、脆性大。2）熱性能熔點高于金屬，耐高溫、熱硬性高、熱膨脹系數和導熱系數低于金屬。抗熱振性能比較差。3）化學性能陶瓷的組織結構非常穩定，具有很好的耐腐蝕能力。4）電性能具有較好的絕緣性能。3、常用的陶瓷材料普通瓷、氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等。四、塑料1、工程塑料機械工