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1、第二部分機(jī)械基礎(chǔ)第四章金屬材料和熱處理1本章重點(diǎn)1．掌握：強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度的含義。2．了解：工藝性能的含義。3．了解：熱處理的概念及目的。4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面熱處理的方法。5．掌握：碳素鋼的概念、分類、牌號的表示方法及性能。6．掌握：合金鋼的牌號及表示方法。7．熟悉：鑄鐵分類牌號及用途。1本章內(nèi)容提要一．金屬材料的性能1．物理、化學(xué)性能物理性能是指金屬材料的密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等具有物理特征的一些性能?；瘜W(xué)性能是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能。如：耐腐
2、蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性。2．金屬材料的機(jī)械性能金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能就是力學(xué)性能。主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。（1）強(qiáng)度強(qiáng)度是材料在靜載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度。常用的強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度。工程上常用的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度。（2）塑性塑性是金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生永久變形的能力。常用塑性指標(biāo)是伸長率和斷面收縮率。伸長率：是指試樣拉斷后的伸長與原始標(biāo)距的百分比。式中，L0表示試樣原長度（mm），L1表示試樣拉斷時(shí)的長度（mm）
3、。斷面收縮率：是指試樣拉斷后，縮頸處橫截面積（A1）的最大縮減量與原始橫截面積（A0）的百分比。（3）硬度硬度是金屬材料表面抵抗比它更硬的物體壓入時(shí)所引起的塑性變形能力；是金屬表面局部體積內(nèi)抵抗塑性變形和破裂的能力。目前最常用的硬度是布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC、HRB、HRA）和維氏硬度（HV）。（4）韌性韌性是脆性的反意，指金屬材料抵抗沖擊載荷的能力。工程技術(shù)上常用一次沖擊彎曲試驗(yàn)來測定金屬抵抗沖擊載荷的能力。（5）疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度是指材料在無限多次交變載荷作用下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。一般規(guī)定，鋼
4、鐵材料的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取108，有色金屬取107。3．金屬材料的工藝性能是指它是否易于加工成優(yōu)良的機(jī)械零件或零件毛坯的性能。根據(jù)金屬材料加工工藝的不同，可分為鑄造性、焊接性、鍛壓性、切削加工性。二．鋼的熱處理人們常常利用加熱、保溫和冷卻，有意識地改善鋼的組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。工業(yè)生產(chǎn)中熱處理工藝分為：普通熱處，即退火、正火、淬火、回火，俗稱“四把火”表面熱處理，包括表面淬火（感應(yīng)加熱淬火、火焰淬火）、化學(xué)熱處理（滲碳、氮化、碳氮共滲）。1.退火是將鋼加熱到一定溫度保溫以后，隨爐緩慢冷卻（爐冷
5、）的熱處理工藝。其主要目的是降低硬度，提高塑性，細(xì)化或均勻組織成分，消除內(nèi)應(yīng)力。常用的退火有去應(yīng)力退火、完全退火和球化退火。2.正火將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定時(shí)間后出爐空冷的熱處理工藝。其目的是調(diào)整硬度，改善切削加工性；細(xì)化晶粒，均勻組織；消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火或最終熱處理作準(zhǔn)備。正火和退火相比，正火的冷卻速度快，所得組織更細(xì)密，強(qiáng)度硬度較高。3.淬火是將鋼加熱到一定溫度保溫后，快速泠卻，以取得馬氏體組織的熱處理工藝。淬火的目的是提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性，淬火后必須配以適當(dāng)回火。淬火是在冷卻液中進(jìn)行冷
6、卻，理想的淬火冷卻液應(yīng)該保證工件在650～500℃快速冷卻，而在300～200℃慢速冷卻。常見冷卻方法有單液、雙液、分級和等溫淬火。淬火工藝應(yīng)區(qū)分兩個(gè)概念：淬硬性和淬透性。淬火的缺陷：硬度不足和軟點(diǎn)、過熱與過燒、變形和裂紋、氧化和脫碳。4.回火是將淬火后的工件重新加熱到低于727℃的溫度，保溫冷卻的熱處理工藝。回火常是工件最終的熱處理，淬火+回火是強(qiáng)化鋼材的一個(gè)完整過程。其目的：消除淬火應(yīng)力與脆性，穩(wěn)定淬火組織，并獲得較高的機(jī)械性能。按回火溫度不同分：低溫回火（150～250℃）、中溫回火（350～500℃
7、）、高溫回火（500～650℃）。淬火后的高溫回火也稱為調(diào)質(zhì)，在軸類零件、齒輪應(yīng)用很多，可獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。5.表面熱處理只僅對工件表層進(jìn)行淬火的工藝，以獲得“表硬心韌”的力學(xué)性能。常用的表面熱處理方法有表面淬火和化學(xué)熱處理兩種。時(shí)間保溫爐冷空冷水冷（油冷）諷）淬火退火調(diào)質(zhì)回火正火溫度加熱淚盈眶各種熱處理的示意圖三．鋼鐵材料非金屬材料的分類有色金屬金屬鑄鐵黑色金屬鋼鋼鐵材料是鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱。鋼是以鐵為主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含有其他元素的材料。鑄鐵是碳含量大于2.11%的鐵碳合金。含碳
8、量2.11%通常是鋼和鑄鐵的分界線。根據(jù)化學(xué)成分，鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。（一）碳素鋼碳素鋼也稱碳鋼，使用最為普遍。它的主要成分是鐵和碳，此外還有硫、磷、錳、硅。1.分類2.碳素鋼的牌號表示、性能及用途（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法：由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號四部分順序組成。質(zhì)量等級有：A、B、C、D脫氧方法有：F（沸騰鋼）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)
