机密机械与仪器设计第二章PPT课件

-,1,第二章工程材料和热处理,-,2,第一节概述,分类1、按用途分：1）结构材料：指工程上要求强度、韧性、塑性、硬度、耐磨性等力学性能的材料。2）功能材料：指具有电、光、声、热、磁等功能和效应的材料。2、按材料结合键的特点及性质分：1）金属材料：,-,3,黑色金属材料：铁基金属合金（碳钢、铸钢、合金钢）有色金属材料：其余金属材料2）非金属材料：无机非金属材料：指金属和有机物之外的几乎所有材料（如：陶瓷）有机材料：塑料、橡胶、合成纤维等（具有较高的强度、良好的塑性、耐腐蚀性、绝缘性、密度低等优点）,-,4,陶瓷：1）按成份分：硅酸盐材料：如：水泥、玻璃、耐火材料、陶器（主要原料为粘土）、瓷器（主要原料为高棱土、石英等混合）氧化物类材料：2）按性能分：高强度陶瓷高温陶瓷高韧性陶瓷光学陶瓷耐酸陶瓷等,-,5,第二节金属材料的力学性能六、硬度1、硬度：表示材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力一般来说：硬度强度耐磨性塑性2、常用的硬度指标：1）布氏硬度（HBS）2）洛氏硬度（HRC）3）维氏硬度（HV）金属材料在加工和使用过程中，其力学性能将受到多种因素的影响。,-,6,如钢：含碳量的影响：钢的含碳量强度、硬度塑性切削性锻造性焊接性导电性导热性合金元素的影响：加入某些合金元素，可以提高和改善其综合力学性能。温度的影响：温度强度、硬度塑性热处理工艺的影响：不同的热处理工艺，将会使钢的强度、韧性、塑性、硬度、耐磨性等力学性能产生不同程度的变化。,-,7,第三节常用的工程材料常用的工程材料有：黑色金属材料：铁基金属合金（碳钢、铸钢、合金钢）有色金属材料：其余金属材料非金属材料：复合材料,-,8,一、黑色金属1、碳钢和合金钢1）碳钢：低碳钢WC0.25%中碳钢WC0.25%0.60%高碳钢WC0.60%2）合金钢：低合金钢合金元素含量（质量分数）5%中合金钢合金元素含量（质量分数）5%10%高合金钢合金元素含量（质量分数）10%,-,9,2、铸钢3、灰铸铁4、球墨铸铁二、有色金属1、铜合金黄铜：铜和锌的合金青铜：加入主要元素为锡、铅等2、铝合金3、钛合金,-,10,三、非金属材料1、工程塑料热塑性塑料：热固性塑料：P212、橡胶3、人工合成矿物刚玉（宝石）：（Al2O3）红宝石：渗入氧化铬和二氧化钛蓝宝石：渗入氧化钛和氧化铁石英：天然：人工合成：四、复合材料性质不同的两种或两种以上金属或非金属材料定向处理或复合,-,11,第四节钢的热处理钢的热处理：是通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种工艺方法。钢的热处理与铸、锻、机械加工的区别：钢的热处理：零件在热处理前后，形状和尺寸几乎没有多大的变化，但其内部结构却发生了质的变化，铸、锻、机械加工：是为了获得一定形状、一定尺寸精度的零件。,-,12,钢的热处理的类型：一、普通热处理：1、退火：将钢加热到稍高于临界温度，并在该温度下保持一定时间，然后随炉缓慢冷却。临界温度：为共析钢实际加热时，所有铁素体转变为奥氏体的温度。2、正火：将钢加热到稍高于临界温度，并在该温度下保持一定时间，然后在空气中冷却。正火的加热温度和加热时间与退火相似，冷却速度大于退火时的冷却速度。,-,13,3、淬火：将钢加热到临界温度以上的某一温度，经保温后并投入水、盐水或油中迅速冷却。目的：提高零件的硬度和耐磨性4、回火：将淬火后的零件，重新加热到临界温度以下的某一温度，并在该温度下保持一定时间，然后在空气中或在油中冷却。,-,14,根据加热温度的不同，回火可分为：1）低温回火：加热温度150250C目的：保持高硬度的前提下降低淬火应力和脆性，用于需要高硬度的工具和受强烈摩擦的零件。2）中温回火：加热温度300450C目的：消除淬火后的内应力，获得较高的弹性、一定的硬度和韧性，用于需要一定的硬度、好的弹性和一定韧性的零件。3）高温回火：加热温度500650C目的：消除淬火后的内应力，获得较高的韧性和塑性，但硬度较低。,-,15,调质处理：淬火后经高温回火的热处理过程。时效处理：低温长时间的回火。（或称为尺寸稳定处理）人工时效处理一般在油浴炉中进行。冷处理：将淬冷至室温的零件继续放入到-70C-80C的冷槽中冷冻，保持一段时间。,-,16,二、表面热处理：1、表面淬火：快速加热与迅速冷却相结合1）目的：表面被淬硬，而中心仍保持原来的塑性和韧性较好退火、正火或调质状态的组织。2）表面淬火用钢：含碳量以0.40%0.50%为宜。（中碳钢）3）表面淬火方法：感应加热表面淬火：高频加热：电流频率100500KHZ中频加热：电流频率50010000HZ低频加热：电流频率50HZ火焰加热表面淬火,-,17,电接触加热表面淬火电解液加热表面淬火激光加热4）适用范围：要求表面硬度高、内部韧性大的零件。,-,18,2、化学热处理：将零件置于一定介质中加热和保温。1）化学热处理与表面淬火的区别：表面不仅有组织的变化，而且有成份的变化。2）化学热处理的方法：渗碳：渗碳是向钢件表面层渗入碳原子的过程。方法：气体渗碳法：将工件置于密封的加热炉中，通入气体渗碳剂，在900C950C加热、保温，使活性碳原子渗入钢件表面层。（多用）固体渗碳法：液体渗碳法：,-,19,氮化：氮化是向钢件表面层渗入氮原子的过程。碳氮共渗（氰化）：碳氮共渗是向钢件表面层同时渗入碳原子和氮原子的过程。,-,20,第五节表面精饰P26表面精饰：是指在金属零件的表面附上一层覆盖层，以达到防腐蚀、装饰等目的。表面精饰的方法：1）电镀2）化学处理3）涂漆,-,21,一、电镀1、镀铬：适用于钢、铜及铜合金、铝及铝合金。2、镀镍：适用于钢、铜合金和铝合金。（镍有磁性）3、镀镉：适用于钢、铜合金和铝合金。4、镀锌：适用于钢、铜及铜合金。5、镀银：适用于铜合金。,-,22,二、化学处理化学处理的方法：氧化和磷化氧化：在零件表面上形成氧化膜。磷化：在零件表面上形成磷酸盐膜。1、黑色金属的氧化和磷化：用于精密铸件2、铝及铝合金的阳极氧化：用于保护和装饰性