高职高专机械基础学习资料.ppt

1、书名：机械基础 ISBN： 9787111471721 作者：康一 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,1.金属、合金的晶体结构 及铁碳合金的五种基本组织 2.金属材料的普通热处理及表面热处理 3.激光淬火新技术,1.三种常见金属晶体结构、 合金相结 构及铁碳合金分类 2.退火、正火、淬火及回火的应用,重点掌握,主要内容,不同的金属材料在载荷作用下表现出不同的力学性能，如下表所示的45钢,不同冷却条件对45钢力学性能的影响（加热温度840,晶体原子（离子或分子）呈规则排列的物质。如冬天的雪花、天然金刚石、一切固态金属及合金都是晶体,1 . 影响金属材料性能的因素,1）金属材料的晶体结构

2、固态物质按其原子的聚集状态可分为晶体与非晶体两大类,雪花,三角八面钻石原石,1）常见的三种晶体结构 a.体心立方晶格 属于体心立方晶格的常见金属有铬（Cr）、钨(W)、钼(Mo)、-铁（912以下为-Fe）等 。塑性较好,B.面心立方晶格,属于面心立方晶格的常见金属有金（Au）、银(Ag)、铜(Cu)、铝（Al）、镍(Ni)、-铁（9121394之间为-Fe）等。塑性好,c.密排六方晶格,属于密排六方晶格的常见金属有镁(Mg)、铍(Be)、锌(Zn)、镉(Cd)、-钛(-Ti)等。塑性较差,2 ）合金的晶体结构,合金由两种或两种以上的金属元素（或金属与非 金属元素）通过熔炼组成的具有金属特性的

3、 材料。如钢铁材料都是由铁与碳组成的合金,相合金中具有成分、结构、性能均相同的均匀 组成部分,合金的相结构可分为固溶体、金属化合物,1）固溶体,定义： 合金在固态下，由于组元间相互溶解而形成的均匀相,固溶强化： 形成固溶体时，合金强度、硬度提高的现象,固溶体 固溶强化,3）铁碳合金,是铁和碳组成的合金,定义： 是金属与金属、或金属与非金属之间形成的具有金属特性的物质,特点： 晶格复杂，熔点较高，硬度高，脆性大,2）金属化合物,1）铁碳合金的基本组织（五种基本组织,a.奥氏体（A） 碳溶于r-Fe中所形成的间隙固溶体，奥氏体 的强度、硬度比铁素体要高,b.铁素体 （F） 碳溶于-Fe中所形成的间

4、隙固溶体，强度、 硬度较低，而塑性、韧性较好,易于塑性成形加工,c.渗碳体（Fe3C ） 渗碳体是铁和碳组成的具有复杂晶格结构 的间隙化合物 。硬度很高(约800HBW)，脆性极 大，塑性和韧性几乎为零,d.珠光体（P）是铁素体与渗碳体组成的机械混合物,具有 足够的强度、硬度和塑性，综合性能良好,e.莱氏体 是碳的质量分数为4.3的铁碳合金。硬度高 （约700HBW），塑性、韧性极差，脆性大,铁素体,珠光体,奥氏体 莱氏体,2） FeFe3C相图,铁碳相图的分类和室温平衡组织,铁碳合金室温下的组织、性能变化规律,2.钢的热处理: 是对固态金属或合金采用适当方式进行加热、保温和冷却，以达到所需的

5、组织与性能的工 艺，如右图所示,热处理工艺曲线,分类：普通热处理：包括退火、正火 、淬火和回火 表面热处理：包括表面淬火等 化学热处理：包括渗碳、渗氮,1） 金属材料普通热处理,1）退火将金属材料加热到一定温度，保温后缓慢冷却（在 炉中或埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺,退火目的： 细化晶粒、均匀组织、降低硬度、消除内应力、 改善切削加工性能,常用退火方法:完全退火、球化退火、去应力退火等,a.完全退火 加热温度：AC3（临界点）+（30 50） 应用：用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊接件等,b.球化退火,加热温度：AC1（临界点）+ （20 40） 应用：共析、过共析钢的锻、 轧件及结构钢

6、的冷挤压件,c.去应力退火,加热温度：500650 应用：消除铸件、锻件、焊接件、精 加工件等残存的内应力，以稳 定尺寸，减少变形，防止开裂,真空退火炉,动画演示,台车炉,箱式炉,退火热处理炉,2）正火,是将钢件加热到临界点以上，保温适当时间后在静止的空气 中冷却的热处理工艺,目的:细化晶粒、调整硬度，并为后续工序作好组织准备,从经济性能上考虑,从工艺性能上考虑,从使用性能上考虑,正火 与 退火 的 选用,动画演示,加热温度范围,热处理工艺曲线,3）钢的淬火,是将钢件加热到临界点以上3070，保温后以大于临界冷却速度冷却的热处理工艺,目的： 得到高硬度、高耐磨组织以及强度、韧性的良好配合，以适

7、应不同工作条件的需要,常用的淬火介质： 水、盐水或碱水、 矿物油以及盐浴或碱浴等,动画演示,钢的理想淬火冷却曲线,碳钢的淬火加热温度范围,快速淬火炉,工件浸入淬火剂的方法,动画演示,4）回火,将淬火零件重新加热到临界点以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的工艺。淬火后必须及时进行回火,目的： 主要是为了消除或减少淬火内应力，降低脆性，防止工件变形与开裂；稳定组织，从而稳定工件的形状与尺寸；调整工件的力学性能，以满足最终性能（硬度、强度、塑性和韧性等）要求,回火分为以下三种,a.低温回火 (150250)：所得组织为回火马氏体。高硬度（5864HRC）、高耐磨性，同时内应力明低，减少了钢的脆性

8、。 应用：用于各种高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷 作模具以及滚动轴承、渗碳件、碳氮共渗件和表面淬 火件等淬火后的回火,b.中温回火 （350500)：组织为回火托氏体。硬度一般为 3550HRC。屈强比较高，淬火内应 力基本消除。 应用：常用于弹性零件（如弹簧、发条、刀杆、轴套）以及热作 模具等淬火后的回火,c.高温回火 （500650）：组织为回火索氏体。通常把淬火加高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。高温回火后硬度一般为220330HBW。综合性能好,应用：广泛应用于汽车、拖拉机、机床等承受载荷较大、受力 复杂的重要结构零件 ，如齿轮、轴类等零件,回火保温时间： 13h，冷却方式

9、一般为空冷,回火炉,2）金属材料表面热处理,1）表面淬火,是将钢件的表面层淬透到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法 ，如右图,感应加热表面淬火,2）化学热处理,将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素(碳、氮、硼、铬等)渗入工件表面，以改变其表面化学成分、组织和性能的热处理工艺,可控气氛渗碳炉,渗碳变速齿轮,氮化件,3.激光淬火新技术,为了不断提高钢材及零件的性能，缩短生产周期和改善劳动条件，经不断发展，出现了许多新的热处理工艺及新技术。如激光淬火,动画演示,1解释名词： 固溶体：合金在固态下，由于组元间相互溶解而形成的均匀相称为固溶体。 金属化合物：是金属与金

10、属、或金属与非金属之间形成的具有金属特性的化合物相。 铁素体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体 奥氏体：碳溶于r-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。 珠光体：是铁素体与渗碳体组成的机械混合物。 热处理：是对固态金属或合金采用适当方式进行加热、保温和冷却 ，以达到所需的组织与性能的工艺。 退火：将金属材料加热到一定温度，保温后缓慢冷却（在炉中或埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺,习题与思考题,正火：是将钢件加热到临界点以上，保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺。 淬火：是将钢件加热到临界点以上3070，保温后以大于临界冷却速度冷却的热处理工艺。 回火：将淬火零件重新加热到临

11、界点以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的工艺,2简答题 （1）热处理工艺由哪三个阶段组成？试画出工艺曲线。 答：热处理工艺由加热、保温和冷却三个阶段组成。工艺曲线如图2-1所示,2）退火和正火的主要区别是什么？生产中应如何选用？ 答：退火和正火的主要区别是冷却速度。生产中选用退火和正火一般从以下三个方面考虑：从使用性能上考虑。力学性能要求不高、受力不大的工件，可采用正火热处理；从工艺性能上考虑。钢的硬度在170260HBW范围内时，切削加工性良好。而低碳钢（wC0.25的铁碳合金），退火后硬度低，切削加工易“粘刀”，可采用正火，提高硬度，改善切削加工性；对于高碳钢（wC0.60的铁碳合金称

12、为高碳钢），当wC0.75时，一般采用球化退火处理，可降低了硬度，便于切削加工，又能为淬火作好了组织准备；从经济性能上考虑。正火比退火生产周期短，成本低，操作简单，故在满足材料使用性能及工艺性能要求前提下，应尽量选用正火处理,3）何谓退火？退火的目的是什么？常用退火工艺方法有哪些？ 答：将金属材料加热到一定温度，保温后缓慢冷却（在炉中或埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺称为退火。退火的主要目的是：细化晶粒、均匀组织、降低硬度、消除内应力、改善切削加工性能。常用退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等。 （4）何谓淬火？淬火的主要目的是什么？ 答：钢的淬火是将钢件加热到临界点以上3070，保

13、温后以大于临界冷却速度冷却的热处理工艺。淬火的主要目的是为了得到高硬度、高耐磨的组织以及强度、韧性的良好配合，以适应不同工作条件的需要,5）简述三种常见回火工艺的组织、性能及应用。 答：低温回火：回火温度在150250之间，所得组织为回火,马氏体。回火马氏体组织基本保持淬火钢的高硬度（5864HRC）、高耐磨性，同时内应力明显降低，减少了钢的脆性。低温回火常用于各种高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具以及滚动轴承、渗碳件、碳氮共渗件和表面淬火件等淬火后的回火。 中温回火：回火温度在350500之间，所得组织为回火托氏体。回火托氏体组织具有较高的弹性极限和屈服强度及一定的韧性，且屈强比较

14、高，淬火内应力基本消除。中温回火后硬度一般为3550HRC。中温回火常用于弹性零件（如弹簧、发条、刀杆、轴套）以及热作模具等淬火后的回火。一般枪械上使用的弹簧、击针、抽筒子、闭锁卡铁以及冲击工具等，多采用淬火后中温回火。 高温回火：回火温度在500650之间，所得组织为回火索氏体。通常把淬火加高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。回火索氏体组织具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能，且,切削加工性能较好。高温回火后硬度一般为220330HBW。调质处理广泛应用于汽车、拖拉机、机床等承受载荷较大、受力复杂的重要结构零件，如曲轴、连杆、半轴、齿轮、高强度螺栓及轴类等。军械上如枪（炮）管、炮栓等就是采用调质处理。 （6）如图2-14所示，比较45钢正火和45钢淬火后高温回火在性能和用途上有何差异？ 答： 45钢正火后得到层片状的S，硬度1824HRC，可以制作性能要求不高，受力不大的一些小轴或45钢的预先热处理。而45钢淬火高温回火后等到S回组织，硬度一般在220330HBW，获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合机械性能。调质处理广泛应用于汽车、拖拉机、机床等承受载荷较大、受力复杂、要求综合机械性能好的重要结构零件，如曲轴、连杆、半轴、齿轮、高强度螺栓及轴类等,7）45钢热处理工艺曲线（图2-14）。45钢可进行正火、淬火与回火