金属材料和热处理

1、 装配钳工基础 之金属材料和热处理德清泰德机械有限公司（一）金属材料的性能1、强度：金属材料抵抗塑性变形（永久变形）和断裂的能力称之为强度，抵抗能力越大，则强度越高。测定强度高低的方法通常采用试验法，其中拉伸试验应用最普遍。万能材料试验机1.2、表示强度的3个常用概念及符号：1）弹性极限e：在弹性变形内所承受的最大拉伸应力；2）屈服极限s：产生屈服时所承受的最大拉伸应力；3）强度极限b：被拉断前使能承受最大拉伸的应力；4）应力用符号表示，其单位为Pa（帕）或MPa（兆帕）。1Pa=1N/，1MPa=106Pa拉伸应力应变曲线图2、硬度：硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是局部塑性变形、压痕或划

2、痕的能力，是衡量材料软硬的判据，也可以从一定程度上反映材料的综合力学性能。材料的硬度可通过硬度试验来测定。常用的硬度试验方法有布氏测试法、洛氏测试法、维氏测试法和里氏测试法，其中前两种方法应用最广泛。工厂里一般使用HB 和HRC两种。调质零件的硬度一般用HB 硬度计2.1、布氏硬度：用布氏测试法测定的硬度。用HBS或HBW表示。调质零件的硬度一般用HB 比如 HB240300（合金调质钢40Cr）2.2、洛氏硬度：用洛氏测试法测出的硬度值，用HRC表示。淬火零件的硬度一般用HRC比如HRC62（高碳铬轴承钢 GCr15）3、塑性：塑性是指金属材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。塑性好的金属材料

3、便于进行压力加工成形。判断金属材料塑性好坏的主要判据是断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率是试样被拉断后，标距的伸长量同原始标距的百分比，即= 100%式中lk-试样被拉断后的长度（mm）;lo-试样的原始标距长度（mm）。4、韧性：韧性是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。韧性主要反映了金属抵抗冲击力而不断裂的能力。韧性好的金属抗冲击的能力强。韧性的判据是通过冲击试验确定的。最常用的冲击试验是摆锤式一次性冲击试验。冲击试验机5、疲劳强度：许多零件工作时其内部都存在着变应力（即随时间变化的应力）。如果这种变应力作周期性变化，则称之为循环应力或交变应力。零件在交变应力下工作时，尽管有时交变应力值

4、远远低于抗拉强度，但经过一定的应力循环次数后也会在一处或几处产生局部永久性积累损伤，导致零件产生裂纹或突然发生断裂。这个过程称为金属疲劳（疲劳破坏）。据统计，大部分零件的损坏都是由于金属疲劳造成的。（二）钢件的热处理钢的热处理是将固态钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺，可以改善零部件的机械性能，比如强度，刚度，硬度，耐磨性等等。 热处理的特点是改变零件或者毛坯的内部组织，而不改变其形状和尺寸。钢能进行热处理强化，是由于钢在固态下具有相变，在固态下不发生相变的纯金属或合金则不能用热处理方法强化。(Fe-C)铁-碳合金平衡状态图及分析低碳钢由高温冷却下来的组织

5、变化低碳钢由高温冷却下来的组织变化示意图示意图(Fe-C)铁-碳合金平衡状态图的分析钢和铸铁都是铁碳合金。含碳量低于211的铁碳合金称为钢，含碳量211667的铁碳合金称为铸铁。为了全面了解铁碳合金在不同含碳量和不同温度下所处的状态及所具有的组织结构，可用Fe-C合金平衡状态图来表示这种关系，见图16。图上纵座标表示温度，横座标表示铁碳合金中碳的百分含量。例如，在横座标左端，含碳量为零，即为纯铁；在右端，含碳量为667，全部为渗碳体(Fe3C)。常用热处理1、退火：退火是指将钢件加热至临界温度（可查有关资料）以上3050，保温一段时间后再缓慢冷却（常随炉冷却）的工艺，多用来消除铸件、锻件、焊接

6、件的内应力，降低其硬度以易于切削加工，细化晶粒、改善内部组织，增加零件的韧性。2、正火：正火是指将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间后放入空气中冷却的工艺，多用来处理低碳钢、中碳钢和表面渗碳零件，使其组织细化，增加强度和韧性，减少内应力，改善其切削性能。3、淬火：淬火是指将钢件加热至临界温度以上，保温一段时间后放入淬火介质（又称淬火剂）中急剧冷却的工艺，用来提高钢的硬度和强度以及疲劳强度。常用的淬火剂有水、盐水、机油等。要注意，因淬火时工件内部会产生较大的内应力，工件会变脆，故淬火后必须回火。5、调质：调质是指将工件淬火后又高温回火的热处理工艺过程，既可以细化金属晶粒，又能提高一定的硬度，其

7、目的是提高工件的综合力学性能。重要零件特别是轴类零件一般都需要经过调质。6、表面淬火：为了使某些零件（如齿轮）满足即耐磨又耐冲击的工作要求，应使其工作面表层有较高的硬度、强度和耐磨性而心部仍保持原有的强度和韧性，可采用某些加热方式使工件的表面迅速达到淬火高温而心部温度还很低时对其进行淬火，这种工艺称为表面淬火。4、回火：回火是指将淬硬的工件加热至临界点以下某一温度，保温一段时间后让工件在空气或油中冷却的工艺，分为低温回火、中温回火和高温回火三种情况。回火的目的是消除工件淬火后的脆性和内应力，提高钢的塑性和韧性。7、渗碳：为了增加零件表层的含碳量和一定的碳浓度梯度，将工件在渗碳介质中加热并保温，

8、使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗碳。渗碳可以使得零件表面的硬度高、强度高、耐磨性好而保持心部原有的韧性和强度，多用在受冲击载荷的低碳钢、低碳合金钢或中碳钢零件中。8、渗氮：渗氮也是一种化学热处理工艺，其工艺方法与渗碳类似。由于氮的特殊作用，使得工件表面的硬度更高，耐磨性与耐蚀性好。渗氮多用于耐磨性零件（钢件或铸铁件），特别适用于在潮湿或燃烧气体介质中工作的零件。9、时效：时效是指先将钢件加热至不大于120-130的温度，长时间保温后再让其随炉或在空气中冷却的工艺，用来消除或减小工件的微观应力，防止其变形和开裂，稳定工件的形状和尺寸。（三）机械工程常用材料1、铸铁： 1)灰口铸铁（断口

9、呈灰色）：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可鍛铸铁；2）白口铸铁（断口呈亮白色），硬度高、脆性大、难加工，作为炼钢毛坯；2、工业用钢：工业用钢的4种分类法1）按用途分为：结构钢、工具钢、专门用途钢及特殊性能钢；2）按含碳量多少分为:低碳钢（含C0.25%）、中碳钢（含C0.25%-0.60%）、高碳钢（含C0.60%）；3）按含有害杂质元素（硫S、磷P）的多少分为:普通钢、优质钢、高级优质钢；4）按合金元素含量多少分为:非合金钢、低合金钢、合金钢；2.1、非合金钢（碳素钢）的牌号及说明1）碳素结构钢：Q235A;2) 优质碳素结构钢：35、453）碳素工具钢：T8、T12A4) 铸造碳钢：ZG20

10、0-4002.2、合金钢1) 合金结构钢：60Si2Wn2）合金工具钢：9Mn2V W18Cr4V3）特殊性能钢：1Cr18Ni9TI4）高碳铬轴承钢 GCr152.3、结构钢1）碳素结构钢Q235A; Q235B; Q235C; Q235D; Q215A; Q215B; Q1952）低合金高强度结构钢Q295; Q345;Q460;3）优质碳素结构08F、15、20、25、35、40、45、50Mn、65、65Mn4）合金结构钢合金渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA ;合金调质钢：40Cr、35CrMo、40CrNiMoA5）铸钢ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-5702.4、工具钢1）碳素工具钢（T7 T7A T8 T8A T8Mn T8MnA T9 T9A T10 T10A T11 T11A T2 T12A等2）合金工