工艺技术-金属工艺学课件(ppt 269页)

绪 论 金属工艺学是一门研究有关制造金属机件 的工艺方法的综合性技术科学。 我国在商代就大量使用青铜器，当时青铜 冶炼和铸造技术已经相当精湛。 在春秋末期我国就出现了铁器，也比欧洲 早一千八百多年左右。 解放后，我国在金属材料、非金属材料及 其加工技术方面有了突飞猛进的发展，推 动了我国机械制造工业的发展 第一章 金属的性能 金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。 使用性能是指金属材料在使用条件下所表现 出来的性能，它包括物理性能、化学性能和 机械（力学）性能等； 工艺性能是指金属材料在制造过程中适应加 工的性能，如铸造性能、锻造性能、焊接性 能以及切削加工性能等 。 第一节 金属的物理性能与化学性能 金属的物理性能主要包括密度、熔点、热膨 胀性、导热性、导电性和磁性等。 一、金属的物理性能 密度 一般将密度小于 5103的金属称为轻金属， 密度大于 5103的金属称为重金属。 2熔点 金属和合金熔化时所需要的温度称为熔点 。纯金属都有固定的熔点，合金的熔点取 决于它的化学成分。 3热膨胀性 金属材料随温度变化而体积发生膨胀或收 缩的特性称为热膨胀性。 4导热性 金属材料传递热量的性能称为导热性。金 属的热导率越大，它的导热性就越好。 5导电性 金属材料传导电流的能力称为导电性。电 阻率是表示材料导电能力的性能指标。 磁性 金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁 性。 二、金属的化学性能 主要的化学性能有；耐腐蚀性、抗氧化性 和化学稳定性 耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧气、水蒸气及其他化学介 质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性 。 2. 抗氧化性 金属材料在加热时阻止氧化作用的能力称为抗氧化 性。金属的氧化性随温度的升高而增加 。 化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总 称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性 。 第二节 金属的力学性能 金属材料在外力（载荷）作用下所表现出来 的性能，称为力学性能，或机械性能。力学 性能主要有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳 强度等。 一、力学基本概念 1. 载荷 载荷就是物体受到的外力，也称负载。可以 分为静载荷、冲击载荷及交变载荷等三种。 2变形 变形一般分为弹性变形和塑性变形。 （ 1）弹性变形 材料在载荷作用时发生变形 ，当载荷卸去后，变形也完全消失。例如弹 簧的变形。 （ 2）塑性变形 当作用在金属材料上的载荷 超过一定范围，这时若卸去载荷，金属材料 还有一部分变形不能消失。例如折弯的钢管 。 二、强度 强度可分为屈服强度（屈服点）、抗拉强度 等。 1屈服强度 屈服强度是指金属材料在外力作用下开始产生明 显塑性变形时的最小应力，也叫屈服极限。 2抗拉强度 抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力 ，故又称强度极限。 三、塑性 金属材料的塑性通常用伸长率 和断面收缩 率 来表示。 1伸长率 伸长率是试样拉断后标距增长量与原始标距 长度的百分比。 2断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面面 积的相对收缩值。 四、硬度 常用的有布氏硬度（ HB）、洛氏硬度（ HR） 和维氏硬度（ HV）等。 1布氏硬度 分为 HBS和 HBW 两种，它的代表性较全面。 2洛氏硬度 洛氏硬度 HR根据不同的硬度标尺可分为 HRA、 HRB、 HRC三种。 3维氏硬度 维氏硬度 HV与布氏硬度 HB表示方法相似。 五、韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫韧性 ，也叫冲击韧性。 六、疲劳强度 当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而没引起断 裂的最大应力，叫疲劳强度 第三节 几种常用金属力学性能 的测量方法 抗拉强度是通过拉伸试验测定的。 1. 拉伸试棒 拉伸试棒的形状一般有圆形和矩形两类，通常采用 圆形试棒。 一、强度、塑性的测定 2拉伸曲线 oe 弹性变形阶段 es 屈服阶段 sb 强化阶段 bd 局部变形阶段 二、硬度的测定 有压入硬度试验法（如布氏硬度、 洛氏硬度、维氏 硬度）；划痕硬度试验法（如莫氏硬度）；回跳硬 度试验法（如肖氏硬度）等，生产中常用的是压入 硬度试验法。 1. 布氏硬度的测试原理 布氏硬度是用一定直径的球体（淬火钢球或硬 质合金球），以规定的试验力压入试样表面， 经规定保持时间后卸除试验力，用测量表面压 痕直径来计算硬度的一种方法。 2洛氏硬度的测试原理 在初始试验力及总试验力先后作用下，将压头（金 刚石圆锥体或淬火钢球）压入试样表面，经规定保 持时间后卸除主试验力。 3. 维氏硬度的测试原理 维氏硬度试验是将相对面夹角为 1360的四棱锥体 金刚石作压头，以选定的试验力压入试样表面， 经规定保持时间后卸除试验力，用测量压痕对角 线的长度来计算硬度。 三、冲击试验 1. 试验原理 冲击试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。 2. 冲击吸收功 -温度关系曲线 第四节、金属的工艺性能 一、铸造性 铸造性就是金属熔化成液态后，在铸造成型时所具 有的一种特性。 二、锻压性 锻压性就是金属材料在锻造和冲压过程中承受塑性变 形的性能。 三、焊接性 焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成满足设计 要求的构件，并满足预定寿命要求的能力。 四、切削加工性 金属材料的切削加工性是指金属切削加工的难易程度 。 第二章 铁碳合金 第一节 金属与合金的晶体结构 第一节 金属与合金的晶体 结构 一 .金属晶格 1.晶体与非晶体 晶体是指组成原子呈规则排列。 非晶体是指组成原子无规则的堆积在 一起。 2.晶体结构 晶格 用一些假想的直线将各质点中心连接起 来，形成一个空间格子，称为晶格 晶胞 从晶格中选取一个能反映晶粒排列特点 的最小几何单元称为晶胞 晶体内部原子排列意示图晶体内部原子排列意示图 3.金属晶格的类型 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 4.金属的实际晶体结构 单晶体 晶体内部的原子排列方向完全一致 多晶体 各小晶格的排列方向不尽相同 ; 多晶体材料内部以晶界分开、晶体排列 方向相同，称为晶粒 ; 两晶粒之间的交界称为晶界 . 二 .合金的晶体组织 1.组元 组成合金的元素， 2.合金系 由不同组元按一定比例配制的一系列不同成分 的合金 3.相 具有相同物理性能和化学性能，并与该系其余 部分以介面分开的物质，称为相 4.组织 金属或合金内部涉及晶体或晶粒的大小、方 向、形状及排列状况等组织关系的构造情况 三、合金的晶体结构 1.固融体 合金在固态下一种组元的晶格溶解另一种组元 的原子而形成的晶体相 置换固融体 间隙固融体 2.金属化合物 合金中各组元间原子按一定整数比结合而形成 的晶体相 3.机械混合物 由两相或两相以上组成的多相组织 四、结晶 -通过凝固形成晶体结构 共晶反应 固定的合金溶液中同时结晶出两种成分 和结构皆不相同的固相组织 共析反应 自某种均匀一致的固相中同时析出两种 化学成分和晶格结构完全不同的新固 相的转变 第二节 铁碳合金状的 组织结构及其性能 一、工业纯铁 1.纯铁的同素异构转变 -Fe -Fe -Fe 体心立方 面心立方 体心立方 2.晶粒越细，强度越高 二、铁碳合金的基本组织 铁素体（ F） 碳溶解在 Fe中的间隙固溶体，常用 符号 F表示 渗碳体（ Fe3C） 铁与碳形成的金属化合物，其化学式为 Fe3C 奥氏体（ A） 外观不规则的颗粒状结构 珠光体（ P） 珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁 素体与渗碳体的共析体，由软的铁素体 片和硬的渗碳体片相间组成的混合物 莱氏体（ Ld） 莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形 成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体 铁碳合金的组织及力学性 能 组织名称 符号 碳的质量 分数 /% HBS /% 铁素体 F 0.0218 180 280 50 80 30 50 160 220 奥氏体 A 2.11 _ 120 220 40 60 _ 渗碳体 Fe3C 6.69 30 相当 800 0 0 珠光体 P 0.77 750 180 20 25 30 40 第三节 铁碳合金状态 图 1. 坐标 Fe-Fe3C相图中纵坐标为温度，横坐标为 碳的质量分数。横坐标的左端表示 WcC =0%， WcFe =100%的纯铁；右端表示 Wc=6.69%的 Fe3C。 2.铁碳合金状态特性点 典型铁碳合金 1.共析钢 Wc 0 77 2.亚共析钢 Wc =0.00218%0.77% 3.过共析钢 Wc =0.778%2.1% 4.共晶白口铁 Wc =4.3% 5.亚共晶白口铁 Wc =2.11 4.3 6.过共晶白口铁 Wc = .3 6.69 碳对铁碳合金的影响 第四节 铁碳合金状态图的 应用 1.选材依据 2.加工工艺依据 (铸造 .锻造 .焊接 .热 处理 ) 3.铁碳合金相图的局限性 -未考虑杂质的影响 -未考虑冷却速度的影响 第四章 钢的热处理 引言： 1、热处理的概念 2、热处理的目的 将固态钢材采用适当的方式进行 加热、保温 和 冷却 以获得所需组织与性能的工艺。 （ 1）提高钢的力学性能 （ 2）改善钢的工艺性能 3、热处理的分类 根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分 为 ： 1、整体热处理 2、表面热处理 表面淬火、气相沉积 3、化学热处理： 渗碳、氮化、碳氮共渗 退火、正火、淬火、回火 钢的热处理 4.热处理工艺曲线 5.热处理的理论依据 钢的热处理 第一节 钢的退火与正火 1、概念 ：将钢加热到适当温度，保持一定 时间，然后 在炉中 缓慢地冷却的热处理工 艺。 2、目的： 1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2）细化晶粒，消除组织缺陷； 3）消除内应力 。 一、钢的退火一、钢的退火 钢的热处理 3、分类： 根据钢的成分和处理目的的不同，可 分 为 完全退火、球化退火和去应力退火。 （ 1）完全退火 1、 定义： 将钢加热 Ac3以上 3050C,完全 奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到 500C以下，出炉空冷。 2、 目的： 细化晶粒，消除内应力，降低硬 度，以利于切削加工。 3、 适用范围： 亚共析钢型材 。 钢的热处理 （ 2） 球化退火 1、定义： 将钢加热到 Ac1以上 2030 C,保温后随炉缓冷至 600 C，出炉空 冷。 2、目的： 降低硬度、提高塑性、改善 切削加工性能。 3、适用范围： 主要用于过共析钢及合 金工具钢。 钢的热处理 （ 3） 去应力退火 1、定义： 将钢加热到 500-600 C,保 温后随炉缓冷至 200-300 C出炉空冷 。又称低温退火。 2、目的： 消除铸件、锻件和焊接件的 内应力 。（没有发生组织变化） 3、适用范围： 用于所有的钢。 钢的热处理 二、钢的正火 1、概念： 将钢件加热到 Ac3或 Accm线以上 3050 C ，保温适当的 时间后，在 空气 中冷却的热处理工艺。 2、目的： 1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加 工 性能； 2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理； 3）对高碳钢，可为球化退火作准备 。 钢的热处理 退火与正火的加热温度范围 钢的热处理 第二节 钢的淬火与回火 一、马氏体一、马氏体 钢从奥氏体状态快速冷却到钢从奥氏体状态快速冷却到 Ms温度以下，则发生马氏体温度以下，则发生马氏体 转变。由于温度很低，碳来不及扩散，全部保留在转变。由于温度很低，碳来不及扩散，全部保留在 -Fe 中，形成碳在中，形成碳在 -Fe 中过饱和的固溶体，即马氏体中过饱和的固溶体，即马氏体 (M)。 马氏体转变特点：马氏体转变特点： 1.无扩散性无扩散性 Fe 和和 C 原子都不进行扩散，原子都不进行扩散， M是体心正是体心正 方的方的 C过饱和的过饱和的 F，固溶强化显著。，固溶强化显著。 2. 瞬时性瞬时性 M 的形成速度很快，温度下降速度越快，的形成速度很快，温度下降速度越快， 则则 M转变量越大。转变量越大。 3.不彻底性不彻底性 M 转变总要残留少量转变总要残留少量 A。 2、目的： 提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够 的韧性。 1、概念： 将钢件加热到 Ac3或 Ac1以上某一温度，保持一 定时间后，快速冷却的热处理工艺。 二、钢的淬火二、钢的淬火 钢的热处理 3、淬火剂： 水、矿物油、盐水和碱水 等。 为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采 用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的 淬火方 法 包括 单液淬火、双液淬火、分级淬火 等，如图所示。 4. 淬火方法 : 钢的热处理 4、淬火方法： （ 1）单液淬火： 将加热后的零件投入一种 冷却 剂中冷却至室温。 特点：操作简单，容易实现自动化。 （ 2）双液淬火： 先水后油，或先油后空气。 特点：可防止变形与开裂。 （ 3）分级淬火： 先放入一定温度的盐浴或碱浴 中，再空冷。 特点：有效减小内应力，防止变形与开裂； 但 只适于小尺寸工件。 钢的热处理 三、钢的回火 1、回火的概念： 将淬火后钢件再加热到 Ac1以下的某一温度，保 温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。 2、回火的目的： 降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消 除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力 学性能。 钢的热处理 3、回火的种类 按回火温度的不同，回火可分以下三种： 低温回火： 150 C 250 C 中温回火 ： 350 C 500 C 高温回火： 500 C 650 C 钢的热处理 1、 低温回火（ 150250） C 目的： 保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火 应 力 ,减少钢的脆性。硬度为 58-64HRC。 主要用于： 刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火 件和表面淬火件。 2、中温回火（ 350500） C 目的： 获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。 又称 弹性 处理。硬度为 35-45HRC. 主要用于： 弹性零件及热锻模具等。 3、高温回火（ 500650） C 目的： 获得良好的综合力学性能。 又称 调质 处理。硬度为 25-35HRC. 主要用于： 各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。 钢的热处理 第四节 钢的表面热处理 引言 : 为了兼顾零件表面和心部两种不 同性能要求 ,生产中广泛采用表面热处 理的方法 ,即表面淬火和化学热处理 . 一、表面淬火 1、概念：指仅改变钢的表层组织 的局部热处理工艺。 钢的热处理 2、种类 火焰加热表面淬火 ： 用氧 乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加 热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。 适用于含 C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳合金钢，如 45， 40Cr。 感应加热表面淬火 ： 用一定频率的感应电流使工件表面被快速 加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。 适用于含 C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合金钢， 如 40， 40Cr。 钢的热处理 第五节 钢的化学热处理 1、概念 ：将钢置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入其 表层，以改变其化学成分、组织和性 能的热处理工艺。 2、分类： 渗碳、渗氮、 碳氮共渗 钢的热处理 钢的渗碳 概念： 将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳 原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。 目的： 通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面 具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一 定的强度和良好的韧性配合。 渗碳方法： 渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体 渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。 渗碳用钢： 含碳量为 0.1%0.25% 的低碳钢和低碳合 金钢。 钢的热处理 钢的渗氮 概念： 渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原 子渗入工件表面的热处理工艺。 目的： 是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬 性和耐蚀性等。 渗氮方法： 气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的 是气体渗氮。 渗氮用钢： 优质碳素结构钢，如 20， 40等；一般合金结 构钢，如 40Cr等；渗氮专用钢，如 38CrMoAlA。 钢的热处理 其它化学热处理方法 碳氮共渗碳氮共渗 ： 碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗 疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。 渗铬：渗铬： 有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨 性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。 渗硼：渗硼： 十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的 能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不 耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模 具和工件夹具。 钢的热处理 工业用钢 工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢 两大类。碳钢是指碳的质量分数为 0.0218 2.11% 的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质 。 第一节钢的分类 从 1991年起，实施了新的钢分类方法（ GB/T133041991 ）， 它是参 照国际标准制订的。 按化学成分分类 一 .按用途分类 二 .按化学成分分类 三 .按质量分类 四 .按冶炼方法分类 五 .按金相组织分类 1.按退火组织分类 2.按正火组织分类 第二节 钢中元素对钢的机械 性能的影响 1.碳的影响 碳能提高钢材的强度和硬度，降低钢材的 塑性。 2.硫的影响 引起钢的热脆。 S对钢的焊接不利，引起 焊缝热裂。 3.磷的影响 磷使钢在室温下的强度升高，塑性降低，产生冷脆现 象。除有害方面外，磷对钢材有很高的强化作用。 4.氮的影响 使钢的强度极限升高，塑性下降 5.氧的影响 使钢强度、塑性下降。 6.氢 的影响 冷却速度快，氢来不及扩散到金属外部而只 能聚集在晶体的缺陷处使钢材内部出现裂 纹。 合金元素的影响 锰（ Mn）：钢中含一定量的锰，会使其 有足够的韧性，和较高的强度和硬度，良 好的淬性。但锰量过高，会减弱钢的抗腐 蚀能力，降低焊接性能。 铬（ Cr）：铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。 、镍 (Ni)：能提高钢的强度，而又保持良 好的塑性和韧性。有较高的耐腐蚀能力和 在高温下有防锈和耐热能力。 第三节 碳素钢 一、普通碳素结构钢 采用 “Q+屈服点数值质量等级符号脱氧方法字母 ” 表示。 二、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用两位数字来表示，两位数字表 示钢中碳的平均质量分数，单位为万分之几。 三、特殊优质碳素结构钢 1.易切削结构钢 以 “Y+数字 ”表示，其中 Y是易的汉语拼音的首字 母，数字表示钢中碳的平均质量分数，单位为 万分之几。 2.碳素工具钢 以 “T+数字 ”表示，其中 T是碳的汉语拼音的首字母 ，数字表示钢中碳的平均质量分数，单位为万 分之几。 第四节 低合金钢 合金元素的含量小于 5。 广泛的应用于桥梁、车辆、建筑和矿 山机械中 。 一、低合金钢的分类 1按合金的质量分类： （ 1）普通低合金钢 （ 2）优质低合金钢 （ 3）高级优质低合金钢 （ 4）特级优质低合金钢 2按合金钢的用途分类 （ 1）低合金结构钢 （ 2）低合金工具钢 二、低合金钢的牌号 普通低合金结构钢的牌号一般采用 “Q+屈服点数 值质量等级符号脱氧方法字母 ”表示。 牌号中， Q为屈服强度汉语拼音的首字母；屈服 点数值用阿拉伯数字表示；质量等级符号有 A、 B、 C、 D四种，其中 D级含硫含磷量最低； 脱氧方法字母有 F、 b、 Z、 TZ（后两个可省略） 等四种，分别表示沸腾钢、半正静钢、镇静钢 和特殊镇静钢。 三、常用低合金钢 1普通低合金结构钢 主要用来取代普通碳素钢制造各种钢铁结构件，如桥梁、 船舶、车辆、高压容器、管道、建筑材料等 2低合金刃具钢 低合金刃具钢是加入了铬、锰、硅、钨、钒等元素的低合 金工具钢，它的合金元素总含量小于 3 5 。 第五节 常见合金钢的牌号、 性能及用途 一、合金钢的分类 1.按合金元素总含量分为 低合金钢 合金元素含量 5% 中合金钢 合金元素含量 5% 10% 高合金钢 合金元素含量 10% 2按用途分为： 合金结构钢，合金刀具钢，合金性能钢 二、 合金钢的牌号表示方法 合金钢的牌号是采用合金元素符号和数字来表 示的，即：数字合金元素符号数字 合金元素符号最前的数字表示含碳量； 紧跟合金元素符号后的数字表示合金元素含量 ； 高级优质合金钢 (含 S、 P较低 )，在牌号尾部加符 号 “A” ； 专门用途钢在牌号头部 (或尾部 )附以相应用途符 号 三、合金结构钢 2调质结构钢 在中碳钢的基础上加入合金元素经调质 处理后获得良好的综合机械性能的钢 。 1合金渗碳钢 合金渗碳钢表面硬化的合金结构钢； 主要用于制造受冲击载荷和受到强烈的 摩擦和磨损的条件下工作的零件； 按淬透性的高低分为低淬透性钢，中 淬透性钢，高淬透性钢 3. 合金弹簧钢 经常加入的 Si、 Mn提高淬透性，回火稳定性 和屈强比； 按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢 4.轴承钢 要求具有高而均匀的硬度和耐磨性，高的弹 性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性 ，一定的抗蚀能力 ； 主要用来制造各种滚动轴承的滚动体和内、 外套圈。 5.耐磨钢 又称高锰钢，是在强烈冲击载荷和严重 磨损条件下工作的要求具有良好韧性和耐 磨性的钢； Mn强化了其机械性能，提高了钢的硬 度。 高锰钢有强烈的加工硬化，机加工困难 ，只能铸造成型。 四、合金工具钢 1合金刀具钢 主要用 4于制造各种刀具，主要指车刀 、铣刀、钻头、丝锥、板手等切削刀具。 高硬度 ，高耐磨性 高的热硬性 2量具用钢 加入 Cr、 Mn、 Si、 W等合金元素。 良好的尺寸稳定性、较高的硬度及耐磨性。 3模具钢 （ 1）冷模具钢 ：冷冲模、冷镦模、冷挤压 模以及拉丝模、滚丝模、搓丝板 （ 2）热模具钢 ：热锻模、热挤压模、热冲 裁模和金属压铸模 4.高速钢 在 600 时，高速钢仍能使硬度保持 HRC60以上， 从而保证其切削性能和耐磨性。 高速钢中含有大量的合金元素 W、 Mo、 Cr、 V等 ，使钢具有高的硬度和耐磨性，较高的热硬性，足够的 强度和韧性等。 五、特殊钢 1. 不锈钢 （ 1）奥氏体型 wc 0.1% ， Wcr18% ， WNi 8% ， 耐蚀 性很好，优良的塑性、韧性和焊接性，缺点是强度很低 。 （ 2）铁素体型 wc 0.15% , Wcr 17% ,具有较好的 塑性，强度不高，对硝酸、磷酸有较高的耐蚀性。 （ 3）马氏体型 wc 为 0.1% 0.4%的 Cr13型、 wc 为 0.8% 1.0%的 Cr18型和 1Cr17Ni2型。 （ 4）奥氏体 马氏体沉淀硬化型 wc 为 0.04% 0.13%，含 Wcr15% 17%,含 WNi4% 8%。 超低碳的目的是为 了保证高的耐蚀性。 Al、 Mo、 Ti、 Nb的加入，产生沉淀 硬化。 2耐热钢 按组织结构可以分为马氏体型、铁素体 型、奥氏体型、沉淀硬化性型耐热钢。 (1) 高温强度 高温强度又称热强性，是钢 在高温下抵抗塑性变形和破断的能力。 (2) 高温抗氧化性 耐热钢在高温下表面迅速 氧化形成一层致密的氧化膜，隔离了高温 氧化环境与钢基体的直接作用，使钢不再 被氧化。 第 1章 力学的基本概念和力学模 型 第一节 力 一、力的概念 力是物体间的相互机械作用，这种作用将引 起物体的机械运动状态发生改变（静止状态 和运动状态的改变，以及运动方向、速度快 慢的变化）或使物体产生变形（伸长、缩短 或弯曲等）。 力的单位是 N或 kN， 1 kN =1000N 第五章 铸 铁 铸铁是一种铁碳合金，它在机械制造中应用 很广。 常见的汽车车身、机床床身、工作台、箱体 、底座等形状复杂或受压力及摩擦作用的机 械器件，大多用铸铁制成。 第一节 铸铁概述 铸铁的强度、塑性和韧性比钢差，也不能进 行压力加工。但是它具有良好的铸造性能、 减摩性能、吸振性能和切削加工性能等一系 列优良性能，而且它的生产工艺简单、成本 低廉。 一、铸铁的特点 二、铸铁的分类 1.白口铸铁 全部以碳化物形式存在。普通白口铸铁的断 口呈亮白色。 2灰口铸铁 （灰铸铁） 碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色。 3球墨铸铁 铁液经过球化处理后浇铸，铸铁中的碳大部 或全部成球状石墨形式存在。 4可锻铸铁 由一定成分的白口铸铁铸件经过较长时间的 高温可锻化退火，使白口铸铁中的渗碳体大 部分或全部分解成团絮状石墨。 5蠕墨铸铁 碳主要以蠕虫状石墨形态存在于铸铁中，石 墨形状介于片状与球状石墨之间，类似于片 状石墨，但片短而厚，头部较圆，形似蠕虫 。 第二节 铸铁的石墨化及其影响因素 一、铸铁的石墨化 铸铁组织中的碳以石墨形式析出的现象称 为石墨化。 二、影响石墨化的因素 1化学成分的影响 一类是促进石墨化的元素，如碳、硅、铝、 镍、铜和钠等 ; 另一类是阻碍石墨化的元素，如硫、铬、钨、 钒、锰等。 2冷却速度的影响 冷却越快，越容易得到白口铸铁组 织；冷却越慢，越有利于石墨的析 出，得到回口铸铁组织。 第三节 常用铸铁 一、灰口铸铁 1灰口铸铁的成分及组织 灰口铸铁脆性大，锤击即可破碎；塑性 差，不能承受冷加工塑性变形，也不能 锻造和轧制；抗拉强度比钢低。 灰口铸铁内的基本组织主要有三种： 铁素体 铁素体珠光体 珠光体 2灰口铸铁的性能 （ 1）机械性能。灰铸铁的抗拉强度、塑性和 韧性比钢低很多，其抗压强度并不比钢差 。 （ 2）其他性能。 良好的切削加工性 良好的消震性 良好的铸造性能 良好的减摩性 较低的缺口敏感性 3灰口铸铁的孕育处理 铁液中加入孕育剂（硅铁、硅钙合金等）， 使铁水内同时生成大量均匀分布的石墨晶核 ，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组 织。 4灰口铸铁的牌号及其应用 灰口铸铁的牌号由 “HT”及后面的三位数字组 成。其中 “HT”是 “灰铁 ”两字汉语拼音的第一个 字母，其后三位数字表示该牌号灰口铸铁的最 低抗拉强度。 例如， HT200表示灰口铸铁，最低抗拉 强度为 200MPa。 5灰口铸铁的热处理 灰口铸铁的热处理一般用于消除铸件的内应 力和白口组织，稳定铸件外形尺寸及提高铸 件表面硬度和耐磨性 。 常见热处理方法有以下几种： （ 1）消除内应力退火。 （ 2）软化退火。 （ 3）正火。 （ 4）表面淬火。 二、球墨铸铁 1球墨铸铁的成分及显微组织 球墨铸铁是铸件浇铸前向铁水中加入一定量 的球化剂（稀土镁合金等）进行球化处理， 并加入少量的孕育剂（硅铁和硅等）以促进 石墨化。 2球墨铸铁的性能 球墨铸铁具有更高的强度、塑性、韧性和疲 劳极限 ,良好的铸造性、耐磨性、减摩性、切削 加工性等，热处理工艺性能较好。 3球墨铸铁的牌号及其应用 球墨铸铁的牌号由 “QT”及后面的两组数字 组成。其中 “QT”是 “球铁 ”两字汉语拼音的 第一个字母，其后两组数字分别表示该牌号 球墨铸铁的最低抗拉强度和最低伸长率。 例如， QT400 15表示球墨铸铁，它的最低 抗拉强度为 400MPa，最低伸长率为 15。 4球墨铸铁的热处理 （ 1）退火。（ 2）正火。（ 3）调质。 第四节 其他铸铁 一、 可锻铸铁 可锻铸铁又称马铁或玛钢，它是由一定成分的 白口铸铁经可锻化退火，使渗碳体分解而获得 团絮状石墨的铸铁。 2可锻铸铁的牌号、性能及用途 可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体 , 其 中 “ KT” 和 “ KTZ” 分别是 “ 可铁 ”“ 可 铁珠 ” 汉语拼音的第一个字母，其后两组 数字分别表示该牌号可锻铸铁的最低抗拉 强度和最低伸长率。 例如， KT350-10和 KTZ600-3分别表示铁 素体可锻铸铁，最低抗拉强度为 350MPa， 最低伸长率为 10；珠光体可锻铸铁，最 低抗拉强度为 600MPa，最低伸长率为 3 。 (2) 性能及用途 可锻铸铁常用来制造形 状复杂、承受冲击和振动载荷的零件 。 1蠕墨铸铁的显微组织 二、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁的基体主要分三类：铁素体蠕墨铸 铁、铁素体珠光体蠕墨铸铁和珠光体蠕墨 铸铁。 蠕墨铸铁显微组织 （ 2）蠕墨铸铁的性能及应用 蠕墨铸铁是一种新型高强度铸铁材料。有一 定的韧性、较高的耐磨性；同时又有良好的 铸造性能和导热性。 因此，蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高 压热交换器。 3合金铸铁 向铸铁（灰口铸铁或球墨铸铁等）中加入 一定量的合金元素，获得了一些具有特殊性 能的铸铁，叫合金铸铁。 （ 1）耐磨铸铁 不易磨损的铸铁叫耐磨铸铁。白口铸 铁就属这类耐磨铸铁。 可加入 Cr、 Mo、 W、 Cu等合金元素， 改善组织，提高基体强度和韧性，从而 使铸铁的耐磨性能等得到更大的提高。 (2) 耐热铸铁 。 可以在高温下使用，而其性能变化不 大或虽然变化却依然能满足使用性能的铸 铁，叫耐热铸铁。我国目前常用的耐热铸 铁是高硅、高铝、铝硅及铬耐热铸铁。 (3) 耐腐蚀铸铁 。 能耐各种腐蚀作用的铸铁，叫腐蚀铸铁 ，也简称为耐蚀铸铁。常用耐蚀铸铁有高 硅、高硅钼、高铝、高铬等耐蚀铸铁。 第六章 有色金属及其合金 第一节 铝及铝合金 一、工业纯铝 1纯铝的性能特点 纯铝是银白色的金属，结晶后为面心立方晶 格，无同素异构转变。它的熔点为 657 0C，沸 点为 2477 0C。 铝的密度小 ; 有良好的导电性、导热性 ; 塑 性好、强度低 ;抗大气腐蚀能力好 ;加工工艺性 好。 2纯铝的分类和牌号 （ 1）分类。纯铝分工业纯铝（ 99% 纯度 99.85）和高纯铝（纯度 99.85）。 （ 2）牌号。 纯铝的牌号用四位字符体系的方法命名， 即用 1 表示，牌号的最后两位数字表示 最低铝百分含量中小数点后面的两位；第二 位的字母表示原始纯铝的改型情况， 如变形铝 1A30表示纯度为 99.30%的原始铝 。 二、铝合金概述 1.铝合金的分类 用于制作铝合金的合金元素大致分为主 要加入元素（硅、铜、镁、锌、锰等）和 辅助加入元素（铬、钛、锆等）。 变形铝合金又分为分热处理可强化铝合 金和热处理不可强化铝合金两类 （ 1）铸造铝合金的性能、牌号及应用 铸造合金分为铝硅合金系列（ Al Si） 、铝铜合金系列（ AlCu ）、铝镁合金系列 （ AlMg ）和铝锌系列（ AlZn ）铸造铝合 金。 铸造合金的代号用 “ ZL” 加三位数字表 示其中 Z、 L分别为铸铝汉语拼音的首字母的 大写，第一位数表示合金类别（ 1为铝硅系列 ， 2为铝铜系列， 3为铝镁系列， 4为铝锌系列 ），第二、三位数字为合金序号。 例如 ZL101表示 1号铝硅系列铸造铝合金 。 常用铸造铝合金简述 a.铝硅合金系列。铝硅合金又称硅铝明，是用 得最多的铸造铝合金，它具有很好的流动性 ，小的铸造收缩率和线膨胀系数，还有优良 的焊接性、抗蚀性和足够高的机械性能。 b.铝铜合金系列。铝铜合金是应用最早的铸造 铝合金。由于合金中含有少量共晶体，故铸 造 c.铝镁合金系列。铝镁系列合金的特点是的耐 腐蚀性好、密度小和强度在铸造铝合金中最 高；但其铸造性能差、铸造工艺复杂和耐热 性差。 d.铝锌合金系列 铝锌合金的铸造性能很好， 铸造过程中流动性好，但它的是抗蚀性不好。 (2)变形铝合金的牌号、性能及应用 分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和 锻铝合金。 在旧标准中，例如 LY12表示 12号硬铝合金。 在新标准中，例如 2A12就表示 12号硬铝合金 。 常用变形铝合金有：防锈铝合金；硬铝合金 ；超硬铝合金；锻铝合金。 1.固溶处理 它的目点是获得均匀的过饱和固溶 体。 2.时效处理 在室温下进行的时效叫自然时效 ，而在加热条件下进行的时效叫人工时效 。 三、铝合金的热处理 第二节 铜及其合金 一 、工业纯铜 1.纯铜的性能特点 纯铜呈玫瑰红色，俗称紫铜。其熔点 1083C，沸点为 2595C；密度为 8.96 g/cm3 。 2纯铜的牌号 纯铜的代号用 “ T+顺序号 ” 表示，其中 T为 汉语拼音铜的首字母；顺序号为不同铜的纯度 的标志。 二、铜合金的分类及强化方法 1铜合金的分类 （ 1）黄铜。黄铜是指以铜和锌为主的铜合金 。 （ 2）青铜。青铜是指以铜和锡为主的铜合金 。 （ 3）白铜。白铜是指以铜和镍为主的铜合金 2铜的强化 （ 1）固溶强化。 （ 2）时效强化。 （ 3）过剩相强化。 三、黄铜 1普通黄铜 普通黄铜是铜锌二元合金，其退火组 织可以是单相固溶体（单相黄铜）或双相 组织（双相黄铜）。 普通压力加工黄铜的牌号用 “ H数字 ” 来表示，其中 H为黄字汉语拼音的首字母 ，数字代表铜的含量。例如 H68，表示含铜 68的压力加工黄铜。若是铸造黄铜，则 在与之相应的压力黄铜牌号前加 “ Z” 字母 。 2特殊黄铜 （ 1）特殊黄铜的牌号。 特殊黄铜的牌号用 “ H主要加入元素符号 铜的含量主加入元素的含量 ” 表示，如 果是铸造黄铜则在前面加 “ Z” 。 例如， HAl772 表示铜含量为 77，铝含量 为 2的压力加工铝黄铜，而 ZHAl772 表示 铜含量为 77，铝含量为 2的铸造铝黄铜。 （ 2）特殊黄铜的分类 铅黄铜 在普通黄铜中加入铅，可以改善 切削加工性能，提高耐磨性，对强度影响不大 ，略微降低塑性。 锡黄铜 在普通黄铜中加入锡，可以 显著提高黄铜在海洋、大气和海水中的抗蚀 性，并使强度有所提高。 铝黄铜 在普通黄铜中加入铝，可以 提高黄铜的强度和硬度，改善在大气中的抗 蚀性，但使其塑性降低。 硅黄铜 在普通黄铜中加入硅，可以 显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀性 ，并具有良好的铸造性能、焊接和切削加工 性能。 四、青铜 青铜原指铜锡合金，但工业上都习惯称 含铝、硅、铍、铅、锰等的铜合金为青铜 ；按加工方式的不同又可分为压力加工青 铜和铸造青铜两类。 1青铜的牌号 青铜的牌号用 “ Q主要加入元素符号 主加入元素的含量其他元素的含量 ” 表 示，其中 Q为青的汉语拼音的首字母；如果 是铸造青铜则在前面加 “ Z” 。例如， QBe2 表示铍的含量为 2的压力加工铍青铜，而 ZQSn101 表示锡的含量为 10，磷的含量 为 1的铸造锡青铜。 2几种常见得青铜 （ 1）锡青铜。以锡为主要加入合金元素的铜 合金称锡青铜 。 （ 2）铝青铜。以铝为主要加入合金元素的铜 合金称铝青铜 。 （ 3）硅青铜。以硅为主要加入元素的铜合金 称硅青铜 。 （ 4）铍青铜。以铍为主要加入元素的铜合金 称铍青铜 。 第三节 其他有色金属合金 以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜 。 白铜的牌号用 “ B主加入元素符号数 字 ” ，其中 B为白的汉语拼音的首字母，数 字表示依次表示镍及其他元素的含量。例 如 BMn312 ，表示镍的含量为 3，锰的含 量为 12的锰白铜。 一、白铜 二、轴承合金 轴承合金是指具有良好耐磨性和减摩性， 并用于制造滑动轴承的铸造合金。 1锡基轴承合金 锡基轴承合金是以锡为基体元素，加入锑 、铜等元素组成的合金。 2铅基轴承合金 铅基轴承合金是以铅和锑为基体元素的合 金。 三、钛及钛合金 1钛及其合金的性能 钛及其合金具有抗蚀能力强，焊接性好 ，低温韧性好，强度低，塑性好；易于冷压 力加工。 但是，工艺性差，切削加工性很差，冷 变形易开裂。 2钛合金分类、特性及应用 钛合金按其退火后的组织可分为三个类 型，即 型、 型和 + 型。 第七章 非金属材料 第一节 塑料 一、塑料的组成及特点 1塑料的组成 塑料是以树脂为主要成分，再加入填料、增 塑剂、固化剂、稳定剂、润滑剂和着色剂等添 加剂的高分子材料。 2.塑料的特点 塑料的主要特点有以下几点： （ 1）密度小、质量轻 （ 2）耐腐蚀性好 （ 3）良好的减磨性 （ 4）良好的绝缘性 （ 5）良好的吸震性及消音性 （ 6）制作工艺简单 它的强度和硬度通常比金属材料低，耐热 性也不如金属材料，易老化，导热性差，热膨 胀系数大，约为金属的 3至 10倍。 二、塑料的分类 1按塑料的性能分类 （ 1）热塑性塑料 热塑性塑料是以聚合树 脂为基体，再往里面加入少量的稳定剂和润滑 剂等，作为添加剂。 （ 2）热固性塑料 热固性塑料一般是以缩 聚树脂为基体，再往里面加入各种添加剂。 2按塑料的使用范围分类 现在塑料的应用范围很广泛，按其使用的 范围我们可以分为通用塑料、工程塑料和特 殊塑料三种。 1常用热塑性塑料 （ 1）聚乙烯（ PE） 聚乙烯是目前世界上应 用最广泛的塑料产品。 （ 2）聚氯乙烯（ PVC） 聚氯乙烯是以聚氯 乙烯树脂为基体，再往里加入增塑剂、稳定 剂、填料、着色剂和润滑剂等添加剂的塑料 。 （ 3）聚丙烯（ PP） 聚丙烯的密度小，是常 用塑料中最轻的一种。 （ 4）聚酰胺（ PA） 聚酰胺就是我们通常 所说的尼龙，有的也叫锦纶。 （ 5） ABS ABS塑料是由丙烯腈 (A)、丁二烯 (B)、苯乙烯 (S)的三种物质组成的共聚物。 三、常用的塑料 (6) 聚四氟乙烯 （ PTFE） 聚四氟乙烯是氟 塑料的中的一种。 （ 7）聚甲醛（ POM） 聚甲醛是一种热塑型高 聚物。 （ 8）聚碳酸脂（ PC） 聚碳酸脂也是一种综合 性能优良的热塑性高聚物。 （ 9）聚砜（ PSF） 聚砜是新出来的一种工程 塑料 。 2常用热固性塑料 （ 1）酚醛树脂（ PF） 我们通常称为电木。 （ 2）环氧树脂（ EP） 我们通常称为万能胶 。 （ 3）氨基塑料（ UF） 我们通常称为电玉。 第二节 复合材料 一 、复合材料的分类 1按基体类型分类 分为非金属复合材料和金属复合材料。 2按增强材料分类 可以分为颗粒增强复合材料、层叠复合材 料和纤维增强复合材料。 3.按性能分类 可以分为结构复合材料和功能复合材料。 二、复合材料的性能 1比强度和比模量高 比强度和比模量是指材料的强度或弹性 模量与密度的比。 2化学稳定性好 3.机械性能好 良好的抗疲劳性和减震性。 4.高温性能好 5.制造工艺简单 三、常用的复合材料 1玻璃纤维复合材料（玻璃钢） （ 1）热塑性玻璃钢 它是以玻璃纤维为增 强剂，以热塑性树脂为粘结剂的复合材料。 （ 2）热固性玻璃钢 它是以玻璃纤维为增 强剂，以热固性树脂为粘结剂的复合材料。 2碳纤维复合材料 碳纤维复合材料是以环氧树脂、酚醛树脂 、聚四氟乙烯等树脂或碳纤合金为基体的复 合材料。 3层叠复合材料 层叠复合材料是由两层或两层以上不同材 料复合而成。 4颗粒复合材料 颗粒复合材料是由一种或多种材料的颗粒 均匀分散在基体材料内所组成的。金属陶瓷 就是金属和陶瓷组成的颗粒复合材料。 第三节 其它非金属材料 一、橡胶 1橡胶的分类 按照橡胶的原料来源，可分为天然橡胶和合 成橡胶两大类。 按合成橡胶的用途又可把它分成通用橡胶和 特种橡胶两类。 3.常用橡胶 二、胶粘剂 1胶粘剂的组成 胶粘剂，又称粘合剂，是用来将各种材料的器件胶 接在一起的一种高分子材料。 2胶粘剂的分类 按其化学成分分类，可分为无机胶粘剂和有机胶 粘剂。 按其热化学性能可以分为热塑性胶粘剂和热固性胶 粘剂。 3常用胶粘剂 （ 1）环氧树脂胶粘剂 （ 2）酚醛树脂胶粘剂 三、陶瓷 1陶瓷的组成和性能 （ 1）组成 陶瓷的显微组织由晶体相、玻 璃相和气相组成 。 （ 2）性能 陶瓷具有很多的优良的机械性能 和物理化学性能。 陶瓷的机械性能：硬度高，大多数陶瓷材 料的硬度比金属高得多，故其耐磨性好。 物理化学性能：陶瓷的熔点高于金属，具 有优于金属的高温强度。 2陶瓷的分类 按原料不同，陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶 瓷；按用途不同又分为日用陶瓷和工业陶瓷 。 普通陶瓷又称为传统陶瓷，其原料是天然的 硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。 特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成 的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、 硼化物等。 3常用陶瓷 第八章 铸 造 第一节 概述 一、铸造的概念 铸造是指将熔化的金属液体浇注到铸型空 腔，使其冷却凝固后得到金属零件或毛坯制 品的成形方法铁和碳是钢铁材料的两个最基 本元素。 二、特点 适应的范围很广 ; 具有良好的经济性 ; 铸件的力学性能较差 ; 生产周期较长，工人的工作环境较差 ; 第二节 砂型铸造 一一 、造型材料 造型材料包括型砂和芯砂。 型砂和型芯砂应该具有的性能包括： 强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性、低 吸湿性、溃散性等 。 二、造型方法 1、手工造型 : (1)整模造型 将模样做成和零件形状对应的结构的造型方法 。 （ 2）分开模造型 将模样分为两半，造型时采用分别在上、下 型内进行造型的办法。 （ 3）挖砂造型）挖砂造型 为了便于起模，将阻碍起模的型砂挖去的方法 称为挖砂造型。 （ 4）刮板造型）刮板造型 造型时，不用模样而用一个与铸件截面形状相 适应的刮板来代替模样，来刮出型腔的造型和 造芯的方法，称为刮板造型。 （ 5）三箱造型）三箱造型 如果铸件外形复杂，两端面大而中间截面小时 ，为了取出模样，需要用两个分型面，采用三 个砂箱造型，这种方法称为三箱造型。 （ 6）活块造型）活块造型 某些铸件上有小的凸台，为了使凸台在造型 时不妨碍起模，而作成活动的模型部件，这 种方法称为活块造型。 此外，手工造型方法还有地面造型、模板造 型等。 2、机器造型 用机器代替手工来实现紧砂和起模操作的造型 方法，称为机器造型。 紧砂方法 :常用的紧砂方法有：振实、压实、 振压、抛砂、射压等。其中以振压式应用最广 。 起模方法 :常用的起常用的起模方法有：顶箱 、漏棋、翻转等 3种， 三、造芯三、造芯 型芯的生产过程称为造芯，造芯可以分为手 工造芯和机器造芯两类。 四、浇注系统 在铸型里用来导入液体金属的通