中职《机械基础》（二版）模块三 材料与选用（栾学钢等）云天课件

《机械基础》（第二版）P.59中职机械类统编教材（高教版）－－栾学钢等主编模块三材料与选用导语P.59

工程材料用于制造各种零件。机械零件质量好坏和使用寿命的长短都与它的制作材料密切相关。常用的工程材料有金属材料和非金属材料两大类，金属材料主要有钢、铸铁、铜合金和铝合金，非金属材料主要有工程塑料，复合材料及新型工程材料。了解各种材料的力学性能、特点及使用场合，是合理、经济选择材料种类，确保零件能够正常安全使用的基本方法。本模块任务：介绍各类材料的分类、成分、性能及选用，对材料的基本知识有一定的了解。模块三材料与选用思维导图

钢铁材料材料与选用非合金钢低合金钢与合金钢铸铁材料的选用使用要求工艺要求经济性金属材料的性能非铁金属材料非金属材料结构材料与功能材料其它材料物理性能与化学性能力学性能与工艺性能P.59模块三材料与选用钢的热处理钢的退火与正火钢的淬火钢的回火钢的表面热处理工程材料大全钢、铸铁、有色金属、非金属材料。工程材料钢铸铁含C%<1.2%的铁碳合金，强度、硬度、韧性和铸、锻、焊机械加工性能。碳素钢：低碳：C%<0.25%20钢

中碳：0.60%

>

C%>0.25%45钢

高碳：C%>0.60%65Mn钢普通低合金钢：重要工程用钢（建筑、锅炉、大型船舶）合金钢：

合金渗碳钢

（低碳）20CrMnTi,合金调质钢（中碳）40Cr

合金弹簧钢（高碳）60Si2Mn滚动轴承钢

（专用）GCr15

合金工具钢9SiCr、CrWMn、GCr15、W18Cr4V含C%在4.3%附近的铁碳合金。灰口铸铁：HT200球墨铸铁QT1400-15、可锻铸铁铜合金非金属材料有色金属铝合金工程塑料、橡胶

P.59模块三材料与选用考纲要求

本章内容近年来在考纲中占有少量比例，主要考点是基本的材料和及热处理的简单常识，题型多为判断题或选择题。了解金属材料的力学性能了解碳钢、合金钢、铸铁的牌号性能应用了解钢的热处理目的分类应用理解有色金属P.59模块三材料与选用3.1金属材料的性能

一、金属的物理性能和化学性能P.60金属材料性能使用性能工艺性能铸、锻、焊、切削加工…….物理、化学性能力学性能强度、塑性、硬度…….

物理性能：金属固有的属性。

密度、熔点、导热性、导电性、热胀冷缩性和磁性等。

化学性能：金属在化学作用下表现出的性能。

耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。金属材料性能金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。

1.强度：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。主要有抗拉强度、屈服强度作为判别金属强度高低的指标。

拉伸试验：强度、塑性指标的试验。3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.60屈服强度抗拉强度

（一）金属的力学性能

力学性能

是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。

主要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。

2.塑性断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。塑性由拉伸试验测得的。常用伸长率和断面收率表示。伸长率试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。用A表示：

断面收缩率试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。用Z表示。

金属材料的伸长率（A）和断面收缩率（Z）数值越大，表示材料的塑性越好。力－伸长曲线3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.60布氏硬度计（动画）

3.硬度材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。（是衡量材料软硬程度的指标）根据硬度的试验方法可以把硬度分为：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等试验方法。（1）布氏硬度（HB）

布氏硬度的测试原理：用一定直径的球体（钢球或硬质合金），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，然后用测量表面压痕直径来计算硬度。

3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.60应用范围：主要适于灰铸铁、有色金属、未淬火钢等硬度不高的材料。180HB100HB（2）洛氏硬度(HRC、HRA、HRB)

测试原理采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后即除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。表示符号：HR

洛氏硬度计（动画）3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.60齿面50HRC硬质合金刀片70HRC56HRC应用范围：主要适于要求高硬高耐磨的机械零件及工具硬度的检测。

3.硬度

4.韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。

机械零件在工作中往往订好受到冲击载荷的作用，如活塞销、锻锤杆等。

空气锤锤杆3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.60冲击试验示意图试样被冲断时所吸收的能量就是摆锤冲击试样所作的功，称为冲击吸收功。符号用AK表示。AK=G*(H-h)冲击韧性;是冲击试样缺口处单位横截面积(S0)上的冲击吸收功(AK)

疲劳概念：

在交变应力作用下，零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。

疲劳强度：金属材料在无限次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力。5、疲劳强度3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.61疲劳源光滑区脆断区疲劳破坏

（二）金属的工艺性能2.锻（冲）压性能

热锻、冷冲加工，用压力机和模具使材料发生塑性变形，获得所零件形状尺寸的方法。如低、中碳钢锻压性好。工艺性能金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能。

包括

铸造性、冲压（锻造）性、焊接性、热处理加工性、切削加工性等等。焊接加工，用焊机设备对材料进行高温熔合连接加工的方法。如低碳钢焊接性好。1.铸造性能

铸造加工，将加热熔化的金属浇入砂型或模具中，凝固后得到所需复杂零件毛坯的方法。如铸铁铸造性好。3.焊接性能3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.61

（二）金属的工艺性能

切削加工，在机床上用刀具对零件毛坯进行切削加工，获得所零件形状尺寸的方法。包括车、钳、刨、铣、磨等等。

切削加工性好的材料：铝合金、铜合金、铸铁、低中碳钢等。不易切削的材料：不锈钢、钛合金。4.切削加工性能3.1金属材料的性能

二、金属的力学性能和工艺性能P.61P.61金属材料钢铁材料（黑色金属）钢

铸铁非铁金属除黑色金属以处的其它金属材料主要是铜、铝、钛等钢铁材料（黑色金属）：铁与碳的合金碳的质量分数＜6.69%。钢：碳的质量分数wc＜2.11%。

铸铁：碳的质量分数wc:2.11%－6.69%，杂质元素较多。3.2钢铁材料铁镍及其合金非合金钢低合金钢合金钢钢铁材料学习要求：熟悉钢的典型牌号、类别、典型用途、典型热处理。有色金属P.61非合金钢碳的质量分数wc＜2.11%），不特意加入合金元素的钢，还含有一定的硫、磷、硅、锰等杂质元素。工业上应用的非合金钢碳的质量分数一般wc＜1.4%。

杂质元素对钢的影响：硅(

Si)、锰(Mn)是有益元素，能提高钢的强度、硬度；而硫(S)、磷(

P)是有害元素，造成钢的脆性，其含量决定钢的质量。

钢的分类：主要按钢的化学成分、钢的品质、钢的用途来分类。3.2钢铁材料

一、非合金钢

非合金钢的特点与应用：具有良好的力学性能且冶炼方便，价格低廉，能够满足一般工程结构和机械零件的使用性能要求，所以在机械制造建筑交通运输等行业得到广泛的应用。非合金钢非合金钢的分类P.613.2钢铁材料

一、非合金钢

（1）按钢的品质分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）①普通钢有害杂质硫、磷的含量较多。

如：Q235②优质钢有害杂质硫、磷的含量较低。

如：20、45、T10、65Mn③特级质量钢有害杂质硫、磷的含量控制严格。

如：T12A

（2）按碳的质量分数分类①低碳钢碳的质量分数wc＜0.25％②中碳钢碳的质量分数wc＝0.25％～0.6％③高碳钢碳的质量分数wc＞0.6％

（3）按碳的用途分类①结构钢制造工程结构及机器零件，如钢筋、桥梁、螺栓等。②工具钢制造工具：如榔头(T7)、锉刀(T12)等。

1.碳素结构钢

牌号：例如Q235AF，表示屈服强度为235Mpa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。

常用牌号：Q195～Q235～Q275

质量：普通质量，也分A、B、C、D等级，A级最低

脱氧程度：F、Z、TZ

用途：此类钢通常不热处理，焊接性能好。用于受力不大的非重要场合。

如：一般建筑钢筋、钢板、要求不高的小轴、螺钉垫圈等标准件。P.623.2钢铁材料

一、非合金钢用途：大量用作一般机器零件，一般要通过热处理强化零件。

如：冲压件、轴、齿轮、受力的螺纹标准件等等。

2.优质碳素结构钢

牌号：用两位平均碳的质量分数的万分数表示。如：45号钢表示平均碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。质量全是优质钢。

08F、10、15、20〡25、30、35、40、45、45Mn、50、55〡60、65Mn、70

低碳钢

中碳钢

高碳钢

较高含锰量的优质结构钢：20Mn、65MnP.623.2钢铁材料

一、非合金钢用途：用作一般工具（刃具、量具），都要通过热处理提高硬度及耐磨性。

如：榔头、手锯条、锉刀、低档游标卡尺等等。

3.刃具模具用非合金钢（碳素工具钢）

牌号：碳素工具钢的碳的质量分数在0.7%～1.4%。其牌号以“T”后面加数字表示钢中平均碳的质量分数的千分数，若是高级优质碳素工具钢，则在数字后面加“A”，如T10A等

T7、T7A、,,,,,,,T10、T10A、……T12、T12A…..

韧性较好

耐磨性好P.633.2钢铁材料

一、非合金钢用途：主要用作形状复杂，适合铸造成型，而强度要求较高，又不能用铸铁的场合。

如：汽车后桥壳体、大口径阀门、大型齿轮等。

4.铸造碳钢

牌号：如“ZG200-400”，“ZG”是“铸钢”二字的拼音字头。200表示屈服强度≥200MP,400表示抗拉强度≥400MP。P.643.2钢铁材料

一、非合金钢

合金元素的作用：合金元素是通过与钢中的铁和碳发生作用，以及合金元素之间的作用，影响钢的组织，提高钢的力学性能，改善钢的热处理性能等，以满足各种使用性能的要求。P.643.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢为了改善钢的力学性能和热处理性能，在冶炼非合金钢的基础上特意加入一些合金元素而炼成的钢称为低合金钢或合金钢。常用的合金元素有硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）……等。P.643.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢

合金钢的类别①低合金钢

普通质量一般用途低合金高强度钢等，如：Q390。

优质通用低合金高强度钢等。

特殊质量低温压力容器等。②合金钢按质量等级：优质钢机制用钢，如：40Cr。

特级质量钢轴承钢、合金工具钢等，

如：W18Cr4V。

按合金元素种类：铬钢、锰钢、硅钢等。

按用途：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢（不锈钢、耐

热钢、耐磨钢）。机床主轴机床刀具用途：主要用于重要的工程结构、压力容器等。（比普通碳素结构钢重要）

如：大型桥梁、船舶用钢，高层建筑钢筋，高压锅炉等。

1.低合金高强度结构钢

牌号：如“Q390A”，与普通碳素结构钢的牌号类似，只是因为加入了Mn、Si等合金元素，抗拉强度数值更大。牌号从Q295～Q460P.653.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢为了改善钢的力学性能和热处理性能，在冶炼非合金钢的基础上特意加入一些合金元素而炼成的钢称为低合金钢或合金钢。常用的合金元素有硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）……等。

2.合金结构钢

牌号：如：20Cr、45Mn2、38CrMoA等，是在优质碳素结构钢基础上加上合金元素组成。

两位数字表示碳的质量分数为万分之几，合金元素符号后的数字表面该元素的质量分数为几%（含量小于1.5%省略不标）；后面的A表示高级优质钢，无A表示优质钢。P.663.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢

2.合金结构钢（1）合金渗碳钢P.663.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢

合金渗碳钢为低碳≤0.25%的合金结构钢。

典型牌号：20Cr、20CrMnTi。性能：受冲击而要求整体韧性好（心部低碳），且表面又要求高硬耐磨（表层高碳）的特殊称零件，即：“心韧表硬”。

汽车变速齿轮20CrMnTi活塞销20Cr典型用途：活塞销（20Cr）、汽车变速齿轮（20CrMnTi）等重要零件。典型热处理：渗碳+淬火+低温回火

古代宝剑

2.合金结构钢（2）合金调质钢P.663.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢

合金调质钢为0.25%≤中碳≤50%的合金结构钢。

典型牌号：40Cr、45Mn2、38CrMoA性能：强度、硬度、塑性、韧性适中，即“综合力学性能”好，能承受复杂的交变应力、疲劳强度较高。典型用途：主轴、齿轮、连杆（40Cr），重要螺栓（38CrMoA）等受力复杂的重要零件。典型热处理：（淬火+高温回火）＝调质内燃机连杆40Cr连杆螺栓38CrMoA机床轴及齿轮40Cr、45Mn2

2.合金结构钢（3）合金弹簧钢P.663.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢

合金调质钢为高碳≥

0.55%的合金结构钢。

典型牌号（65Mn）、60Si2Mn性能：强度、弹性极限高，有一定韧性和疲劳强度。

典型热处理：冷拔小弹簧65Mn，去应力退火；

热轧大弹簧60Si2Mn，淬火+中温回火。大弹簧、板簧60Si2Mni小弹簧65Mn典型用途：各种重要及大尺寸弹簧。

3.合金工具钢（刃具、模具、量具）

牌号：典型：9SiCr、CrWMn、W18Cr4V。首位数字是碳的质量分数为千分之几（大于1%省略不标）；后面是合金元素及其含量（几%，含量≤1.5%省略含量不标）；都是高级优质钢（省略）。合金刃具钢9SiCr、CrWMn，低速、复杂的低速切削刀具，如丝锥、

板牙、机铰刀等。

P.663.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢合金模具钢冷作模Cr12、CrWMn，冷冲模、冷锻模……

热锻模5CrMnMo等，热锻模。合金量具钢CrWMn，千分尺等。丝锥9SiCr冲压模Cr12千分尺CrWMn

4.高速工具钢

牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，含有大量的合金元素高C、W、Cr、V等，红硬性600°C。注意高速钢不标注碳的质量分数（约为1%）。用途：中速切削刀具如车刀、铣刀、齿轮滚刀、麻花钻等。P.673.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢麻花钻高速钢车刀齿轮滚刀锯片铣刀

5.特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢不锈钢：如：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、2Cr13，牌号与合金结构钢表示方法相同，只是当碳的质量分数很低时，用0或00表示。

主要用于耐腐蚀要求的零件及工具，也用于装饰材料。如医疗器械、化工机械、厨具等。耐热钢：如：2Cr21Nil2N，牌号与合金结构钢表示方法相同。

主要用于高温环境下工作的机件。如发动机排气门、锅炉燃烧部件等。耐磨钢（高锰钢）：如：ZGMn13，因为耐磨钢一般铸造后就使用，所以用“ZG”表示。主要用于强烈磨损的场合。如，履带、铲齿等。P.673.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢

6.滚动轴承钢

牌号：典型：GCr15、GCr15SiMn，G是滚动轴承钢的拼音字头，都是高碳钢（碳的质量分数省略不标），Cr元素的质量分数为千分之1.5。都是高级优质钢（省略）。用途：制造各类滚动轴承的内、外圈和滚动体，也可以制造工、量具等。P.683.2钢铁材料

二、低合金钢与合金钢

铸铁：碳的质量分数wc≥2.11（实际≤

5.0），并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。

铸铁的分类：按铸铁中碳（石墨）的分布形式，可分为灰铸铁、球墨铸件和可锻铸铁等。

1.灰铸铁

特征：铸件中碳以“片状石墨”形态出现，且断口呈浅灰色。

性能：灰铸铁虽然力学性能不好，抗拉强度低、脆性大。

但与钢相比，还有其它优良性能：抗压强度好、切削加工性好、耐磨性好、铸造性好、减震性好、小的缺口敏感性等。P.683.2钢铁材料三、铸铁柴油机铸铁机体车床铸铁床身等

1.灰铸铁牌号：HT100~HT350，共8个牌号，HT是“灰铁”的拼音字头，后面数字是抗拉强度（如200MPa）

用途：灰铸铁价格低廉、产量大，广泛用于机床床身、机座、缸体、箱体、手轮等形状复杂，要求不高的零件。P.683.2钢铁材料三、铸铁HT300HT250HT150

2.球墨铸铁

特征：铸件中碳以“球状石墨”形态出现。

性能：球墨铸铁是近几十年发展起来的高强度铸铁，力学性能比其它铸铁好（接近于钢），且保留了铸件的全部优点。牌号：QT400-15等，QT是“球铁”的拼音字头，后面数字是抗拉强度和伸长率。

用途：能实现“以铁代钢”。

用于形状复杂、受力复杂的机器零件、薄壁件等场合。如：曲轴、连杆、凸轮、阀门、井盖等等。P.683.2钢铁材料三、铸铁

3.可锻铸铁

特征：铸件中碳以“团絮状石墨”形态出现。

性能：可锻铸铁是传统的高强度铸铁，力学性能比灰铸铁好，但制造工艺复杂，成本较高，大多被球铁取代。

注意：可锻铸铁不可锻。牌号：KHT330-08等，KT是“可铁”的拼音字头，H是黑心可铁，Z是珠光体可铁，后面数字是抗拉强度和伸长率。

用途：主要用于受力较大、且壁薄的零件。如车辆后桥壳体、阀门、井盖等。P.693.2钢铁材料三、铸铁

非铁金属材料（有色金属）除钢铁材料以外的其它金属材料。

如：铝合金、铜合金、钛合金、硬质合金等等。（一）铝及铝合金1.纯铝

轻金属（密度2.72g/cm3），导电、导热，抗氧化、塑性好，但强度、硬度低。牌号；L1~L6。

常用：工业纯铝，主要用作导电材料。铝合金形变铝合金铸造铝合金防锈铝

如：LF5耐蚀性好强度低，主用作铝合金装饰。硬铝如：LY16用于一般耐蚀机器零部件。

超硬铝如：LC10用于要求轻质的受力件：飞机大梁。锻铝如：LD9用于高强度复杂零件。2.铝合金铝与硅、镁、锰等元素的合金。P.693.3

其它材料一、非铁金属材料适合铸造，用于要求轻质的复杂零件。如：发动机缸体。1.纯铜（紫铜、电解铜）

重金属（密度8.9g/cm3），优良的导电、导热性，塑性好，强度、硬度比铝高。

铜合金黄铜铜+锌青铜铜+（锌、镍以外的其它金属元素），适合铸造、耐磨，如锡青铜。

制造轴套、轴瓦、蜗轮齿圈等。2.铜合金铜与锌、锡、铅、硅、镍等元素的合金。普通黄铜：如：H70,弹壳、散热器等特殊黄铜：再加入其它元素，如HPb59，改善性能。白铜铜+镍，用于仪器、电工材料等。P.713.3

其它材料一、非铁金属材料（二）铜及铜合金牌号；T1~L4。

常用：电工导电、导热材料。

制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。

对轴承合金的要求：足够的强韧性；较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性。

轴承合金的常用类型：

（1）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）（2）铅基轴承合金（铅基巴氏合金）

（3）铝基轴承合金巴氏合金轴瓦P.713.3

其它材料一、非铁金属材料*（三）轴承合金

钛合金是一种新型材料，重量轻、强度高，价格贵，目前多用于航空业，有人称为是下个世纪的钢。

1.纯钛

轻金属（密度4.5g/cm3），熔点高1677°C，耐腐蚀，塑性好，比强度高，工艺性能好。2.钛合金钛合金可分为

型钛合金、

型钛合金和

+

型钛合金三类P.713.3

其它材料一、非铁金属材料*（四）钛合金钛合金车架（高档车）非金属材料高分子材料复合材料陶瓷材料塑料：通用塑料、工程塑料橡胶1.工程塑料：可以用作工程结构或机械零件的塑料。工程塑料一般有较好的、稳定的机械性能，耐热耐蚀性较好，且尺寸稳定性好。如PC、ABS、聚酰胺、PBT合金等。是目前大力发展的塑料品种。P.723.3

其它材料

二、非金属材料

2.复合材料：是由两种或两种以上化学本质不同的物质通过人工合成的材料。玻璃钢游艇复合材料金属基复合材料高分子基复合材料陶瓷基复合材料按基体类型分：按增强材料性质和形态型分纤维：如玻璃钢、碳纤维颗粒层叠按材料用途结构复合材料功能复合材料复合材料特点：比强度和比模量大；耐疲劳性能比较高；减震性能好；耐高温性能好；高温强度和弹性模量均较高；断裂安全性好等等。P.733.3

其它材料

二、非金属材料高强轻质的碳纤维橡胶帆布复合轮胎P.733.3

其它材料三、结构材料与功能材料1.结构材料：

结构材料具有更好的力学性能，轻量化特质。耐热性环境适应性和环境亲和性。

从研制方向看，钢铁材料转变纯净化、均匀化、细晶化。出现了超级钢的概念。

从制备途径看，材料不再局限于传统的三维块体。制图模式开始向零维、一维、二维形态发展。赋予材料的结构特性和新的特异性能。

从尺度量级看，材料的基本结构单元至少有一维处于纳米尺度范围。

从性能设计看材料不再局限于传统的单质材料，通过复合产生了金属基、陶瓷基、聚合物基的先进复合材料。碳纤维结构P.743.3

其它材料三、结构材料与功能材料2.功能材料：功能材料能够满足电、磁、声、光、热等，物理学、化学以及生物医学等各方面性能的需求。主要包括具有检测处理、储存、传输、显示功能的信息材料。即感知、判断、执行于一体的智能材料，能源转换材料以及高温超导材料等。高温超导电缆液晶电视形状记忆天线光伏电池P.74

钢的热处理把钢加热、保温、冷却，通过改变钢的内部组织，来达到改变（强化）钢的性能的一种工艺方法。

钢热处理的目的

（1）强化作用：通过提高钢的强度和硬度，提高承载能力和耐磨性，达到强化零件、节省钢材、延长使用寿命的目的，如淬火等等。

（2）改善钢的加工工艺性能：通过热处理还可以降低材料硬度、提高塑性，达到改善工艺性能（如切削加工性、冲压性）的目的，如退火等等。

热处理的类别：热处理方法种类很多，主要有整体热处理（正火、退火、淬火、回火）、表面热处理（表面淬火、化学热处理）。3.4钢的热处理退火与正火目的相近，主要是改善切削加工性。1.退火

退火工艺：将钢加热到适当温度，保温一段时间后，缓慢冷却的热处理方法。

退火目的：降低硬度，改善切削加工性；提高塑性和韧性，以利于冷变形加工；改善钢的组织；消除钢中的残余内应力。

退火用途：主要用于高碳钢改善切削加工性；以及去应力退火。P.753.4钢的热处理

一、钢的退火和正火2.正火

工艺：将钢加热到适当温度，保温一段时间后，出炉空冷的热处理方法。

正火目的与用途：低中碳钢调整硬度，改善切削加工性；高碳钢消除网状渗碳体；要求不高的中碳钢零件可用正火代替调质；细化组织，为后续热处理作准备。正火与退火的比较：正火后组织较细，强度、硬度比退火高；操作简便，生产周期短，成本低。一般中低碳钢常用正火改善切削加工性。一般型钢均以正火状态出厂。

P.753.4钢的热处理

一、钢的退火和正火工艺：将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后快速冷却（水冷或油冷）的热处理方法。（获得马氏体组织）。

淬火的目的：通过改变钢的内部组织结构，来达到提高钢的强度、硬度和耐磨性的目的。

钢淬火的意义：淬火热处理是强化钢的重要手段，钢通过强化，提高强度与硬度，节省了材料，减轻重量，减缓零件磨损，延长零件寿命，总体降低成本。P.753.4钢的热处理

二、钢的淬火淬硬性与淬透性

淬硬性：指零件淬火后的硬度，与钢中碳的质量分数有关；低碳钢淬火后硬度仍然不高，效果差，中、高碳钢淬火后硬度、强度高，强化效果好。淬透性：指零件淬火后获得淬硬层（马氏体层）深度的能力；淬透性好的钢，能获得较深的淬硬层以至完全淬透，整体强化效果就更好。钢的淬透性与钢中加入的合金元素有关，碳钢淬透性差，合金钢淬透性大多很好，这也是合金钢比碳钢好的重要原因。P.753.4钢的热处理二、钢的淬火淬透性：指零件淬火后获得淬硬层深度的能力；P.753.4钢的热处理二、钢的淬火回火方法：将淬火钢重新加热到低于727°C以下的某一温度保温一段时间，然后空冷到室温的热处理方法。

回火目的：

（1）消除内应力防止零件变形与开裂。钢淬火后的马氏体组织，残余内应力很大，易发生变形与开裂而报废，所以钢淬火后要及时回火。

（2）稳定组织稳定尺寸马氏体的组织和尺寸都不稳定，今后容易发生尺寸变化影响精度；回火后促成稳定。（3）调节不同的力学性能钢淬火后的马氏体组织硬度都较高，塑性、韧性差，性能单一，通过不同温度的回火，可以调节为软硬不同的力学性能组合，以适应不同类型零件的需要。P.753.4钢的热处理三、钢的回火回火分类：1.低温回火（150~250°C）

目的：降低淬火内应力，提高韧性，同时保持高硬度和耐磨性。2.中温回火（250~500°C）

目的及用途：具有高的弹性极限、屈服强度和一定的韧性。主要用于制造各类较大尺寸的弹簧。

用途：高碳钢制造的各种工具、量具和模具，滚动轴承，及其它耐磨零件。P.763.4钢的热处理三、钢的回火淬火+高温回火＝调质

目的：中碳钢调质后获得了较合理的硬度、强度、塑性和韧性，具有良好的综合力学性能。用途：调质广泛用于受力复杂，需要较好综合力学性能的螺栓、连杆、齿轮、主轴等重要零件的热处理。

回火分类：3.高温回火（500~650°C）3.4钢的热处理三、钢的回火P.76

1.表面淬火

方法：仅对工件的表面进行淬火强化，而工件心部仍保持未淬火的状态。

目的：表面淬火后工件表层硬度高、耐磨性好，而心部具有足够的塑性和韧性。

工艺：火焰加热表面淬火

感应加热表面淬火

对于要求表面耐磨，而又承受冲击载荷的某些零件，适合进行表面淬火、渗碳淬火等表面热处理。对钢进行表面热处理，可以达到“心韧表硬”的特殊效果，如活塞销、齿轮齿面、机床导轨等。P.763.4钢的热处理四、钢的表面热处理2.钢的化学热处理

（1）渗碳：将低碳钢零件置于活性碳介质中经长时间加热、保温，然后冷却下来，使零件表层获得高碳成分。

渗碳后的热处理：淬火、低温回火。目的：获得“心韧表硬”的特殊力学性能：表层淬硬耐磨，心部低碳淬不硬或未淬透，保持良好的韧性耐冲击。

（2）渗氮：在钢表面渗一层氮元素，高硬高耐磨，且不需后续淬火，但氮化层较薄。也可碳氮共渗。

P.763.4钢的热处理四、钢的表面热处理P.77

铁碳合金状态图（铁碳相图）：全面表达Fe━C合金（碳的质量分数小于6.69%）中，在不同成分比例、不同温度下，有不同的内部组织结构和力学性能的图形。铁碳合金状态图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的选择应用、热加工及热处理工艺的制定都具有重要的指导意义。知识拓展铁碳合金相图

为便于分析，这里只介绍简化的铁碳合金状态图。P.77知识拓展铁碳合金相图一、简化的Fe━Fe3C状态图的特征

简化的铁碳合金状态图坐标轴：横坐标：碳的质量分数坐标wc%，（0%~6.69%）。

坐标轴上任一点都代表一定成分的铁碳合金。

纵坐标：温度坐标°C。（1）Fe━Fe3C状态图的特性点A、G、C、E、S；

每个点的名称、成分及温度、含义。（2）Fe━Fe3C状态图的特性线

液相线ACD线

固相线AECF线

共晶线ECF线Acm线ES线A1线ES线P.77知识拓展铁碳合金相图一、简化的Fe━Fe3C状态图的特征

简化的铁碳合金状态图ACE区

L+ACDF区L+Fe3CEFKS区A+Fe3C

GSP区F+A

PSK以下F+Fe3C（3）Fe━Fe3C状态图的相区

液相区（L）

AECD以上

奥氏体区（A）AESGA

铁素体区（F）GPQ，F性能较软（与纯铁相近）。

渗碳体区（Fe3C）DFK，Fe3C性能硬而脆，不能单独使用。P.78知识拓展铁碳合金相图一、简化的Fe━Fe3C状态图的特征单相区：混合物：

选择依据：力学性能要求；

选择方法：根据力学性能要求来选择钢碳的质量分数；

选择钢的牌号：根据碳的质量分数选择出钢的牌号。

答：齿轮零件受力复杂，要求对强度、硬度、塑性、韧性等力学性能有一定的综合性要求，由上图中可看出中碳钢具有综合的力学性能，中碳钢的一个典型牌号是45号钢，故选此齿轮材料为45号钢。

例：选择某一般齿轮的材料。

1.钢铁材料的选用P.79知识拓展铁碳合金相图

二、铁碳合金相图的应用

2.制定热加工工艺

（1）铸造温度区铸造加热温度在液相线以上50~100°C。（2）锻造温度区主要在奥氏体区（A）。P.79知识拓展铁碳合金相图

二、铁碳合金相图的应用

随着碳的质量分数的增加，钢的强度和硬度不断升高，而塑性、韧性不断降低；当wc>0.9%后，虽然硬度继续上升，因为网状的Fe3C11出现并增加，强度下降，塑性、韧性继续下降。

工业上应用的碳钢，其wc<1.4%。P.79知识拓展铁碳合金相图

三、碳的质量分数对钢力学性能折影响正确选择、运用材料的意义：在机器使用方面，全面满足使用要求，防止零件过早地失效；在机械制造方面要生产出高质量、成本低的产品。选择方法：要全面分析零件的工作条件、受力性质和大小及失效形式，然后综合考虑众多因素，选择出合理的材料及相应的热处理方法。P.803.5材料的选用零件的失效：零件损坏或不能保证工作精度、达不到预期工效。主要有三种失效形式。

1.断裂失效：零件在使用中完全断裂而无法工作的失效。这是机器零件失效的主要形式。断裂失效的主要原因是：脆性断裂（如强度设计不合理、机器超载），疲劳断裂等等，根源是抗拉强度不足或疲劳强度不足。脆性断口疲劳断口P.803.5材料的选用一、零件的失效形式及原因

2.过量变形零件在使用中发生过量的弹性变形、塑性变形或蠕变，导致机器不能使用，或保证不了正常功效。过量变形的主要原因是：材料强度屈服强度不足（材料、尺寸、热处理）、刚度差、稳定性差；机器超载。

3.表面损伤零件在使用中因机械、化学等原因出现表面损伤，导致机器不能使用，或保证不了正常功效。表面损伤的主要原因是：表面磨损、接触疲劳（点蚀）、表面腐蚀等。P.803.5材料的选用一、零件的失效形式及原因

市场上供应的钢材，是由钢三经过轧制、拉拔、挤压等压力加工方式制成的，在性能、形状、尺寸、表面等方面都有相应的国家标准。

常用的钢材主要有“四大类”，即板、管、丝、型等供应形式。P.803.5材料的选用二、钢材的供应形式

1.钢板

钢板产量占钢材生产总量50％以上，钢板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。钢板还可以进行镀锌、镀锡处理，以及采用塑料复合钢板。

钢板按厚度分为薄板和厚板两大规格。

薄钢板是用热轧或冷轧方法生产的厚度在0.2-4mm之间的钢板。薄钢板宽度在500-1400mm之间。根据不同的用途，薄钢板采用不同材质钢坯轧制而成。

厚钢板是厚度在4mm以上的钢板的统称，在实际工作中，常将厚度小于25mm的钢板称为中板，厚度＞25mm至60mm的钢板称为厚板。P.813.5材料的选用二、钢材的供应形式

2.钢管

无缝钢管，是经过冷拔或者热轧成形的，能够承受较高压力，用于石油、化工等行业。有缝钢管，而是将