机械工程英语课文

机械工程英语课文

第一单元

,TypesofMaterials

材料的类型

Materialsmaybegroupedinseveralways.Scientistsoftenclassifymaterialsby(heir

state:solid,liquid,orgas.Theyalsoseparatethemintoorganic(onceliving)andinorganic(never

living)materials.

材料能够按多种方法分类。科学家常根据状态洛材料分为：固体、液体或者气体。

他们也把材料分为有机材料(曾经有生命的)与无机材料(从未有生命的)。

Forindustrialpurposes,materialsaredividedintoengineeringmaterialsor

nonengineeringmaterials.Engineeringmaterialsarethoseusedinmanufactureandbecomeparts

ofproducts.

就工业效用而言，材料被分为工程材料与非工程材料。那些用于加工制造并成为产

品构成部分的就是工程材料。

Nonengineeringmaterialsarethechemicals,fuels,lubricants,andothermaterialsusedinthe

manufacturingprocess,whichdonotbecomepartoftheproduct.

非工程材料则是化学品、燃料、润滑剂与其它用于加工制造过程但不成为产品构成部分的材

料。

Engineeringmaterialsmaybefurthersubdividedinto:®Metal@Ceramics③

Composite©Polymers,etc.

工程材料还能进一步细分为：①金属材料②陶瓷材料③复合材料④聚合材料，等

等。

,MetalsandMetalAlloys

金属与金属合金

Metalsareelementsthatgenerallyhavegoodelectricalandthermalconductivity.Many

metalshavehighstrength,highstiffness,andhavegoodductility.

金属就是通常具有良好导电性与导热性的元素。许多金属具有高强度、高硬度与良

好的延展性。

Somemetals,suchasiron,cobaltandnickel,aremagnetic.Atlowtemperatures,somemetalsand

intermetalliccompoundsbecomesuperconductors.

某些金属能被磁化，比如铁、钻与锲。在极低的温度下，某些金属与金属化合物能转变成超

导体。

Whatisthedifferencebetweenanalloyandapuremetal?Puremetalsareelements

whichcomefromaparticularareaoftheperiodictabic.Examplesofpuremetalsincludecopper

inelectricalwiresandaluminumincookingfoilandbeveragecans.

合金与纯金属的区别是什么？纯金属是在元素周期表中占据特定位置的元素。比如

电线中的铜与制造烹饪箔及饮料罐的铝。

Alloyscontainmorethanonemetallicelement.Theirpropertiescanbechangedbychangingthe

elementspresentinthealloy.Examplesofmetalalloysincludestainlesssteelwhichisanalloyof

iron,nickel,andchromium;andgoldjewelrywhichusuallycontainsanalloyofgoldandnickel.

合金包含不止一种金属元素。合金的性质能通过改变其口存在的元素而改变。金属合金的例

子有：不锈钢是一种铁、银、铭的合金，与金饰品通常含有金银合金。

Whyaremetalsandalloysused?Manymetalsandalloyshavehighdensitiesandare

usedinapplicationswhichrequireahighniass-to-volumera:io.

为什么要使用金属与合金？许多金属与合金具有高密度，因此被用在需要较高质量

体积比的场合。

Somemetalalloys,suchasthosebasedonaluminum,havelowdensitiesandarcusedin

aerospaceapplicationsforfueleconomy.Manyalloysalsohavehighfracturetoughness,which

meanstheycanwithstandimpactandaredurable.

某些金属合金，比如铝基合金，其密度低，可用于航空航天以节约燃料。许多合金还具有高

断裂韧性，这意味着它们能经得起冲击同时是耐用的。

Whataresomeimportantpropertiesofmetals?

DensityisdefinedasamateriaPsmassdividedbyitsvolume.Mostmetalshave

relativelyhighdensities,especiallycomparedtopolymers.

金属有什么重要特性？

密度定义为材料的质量与其体积之比。大多数金属密度相对较高，特别是与聚合物

相比较而言。

Materialswithhighdensitiesoftencontainatomswithhighatomicnumbers,suchasgoldorlead.

However,somemetalssuchasaluminumormagnesiumhavelowdensities,andareusedin

applicationsthatrequireothermetallicpropertiesbutalsorequirelowweight.

高密度材料通常由较大原子序数原子构成，比如金与铅。然而，诸如铝与镁之类的一些金属

则具有低密度，并被用于既需要金属特性又要求重量轻的场合。

FracturetoughnesscanbedescribedasamateriaFsabilitytoavoidfracture,especially

whenaflawisintroduced.Metalscangenerallycontainnicksanddentswithoutweakeningvery

much,andareimpactresistant.Afootballplayercountsonthiswhenhetruststhathisfacemask

won'tshatter.

断裂韧性能够描述为材料防止断裂特别是出现缺陷时不断裂的能力。金属通常能在

有缺口与凹痕的情况下不显著削弱，同时能抵抗冲击。橄榄球运动员据此相信他的面罩不可

能裂成碎片。

Plasticdeformationistheabilityofbendordeformbeforebreaking.Asengineers,we

usuallydesignmaterialssothattheydon'tdcfbrmundernormalconditions.Youdon'twantyour

car(oleantotheeastafterastrongwestwind.

塑性变形就是在断裂前弯曲或者变形的能力。作为工程师，设计时通常要使材料在

正常条件下不变形。没有人愿意一阵强烈的西风过后自己的汽车向东倾斜。

However,sometimeswecantakeadvantageofplasticdeformation.Thecrumplezonesinacar

absorbenergybyundergoingplasticdeformationbeforetheybreak.

然而，有的时候我们也能利用塑性变形。汽车上压皱的区域在它们断裂前通过经历塑性变形

来汲取能量。

Theatomicbondingofmetalsalsoaffectstheirproperties.Inmetals,theoutervalence

electronsaresharedamongallatoms,andarefreetotraveleverywhere.Sinceelectronsconduct

heatandelectricity,metalsmakegoodcookingpansandelectricalwires.

金属的原子连结对它们的特性也有影响。在金属内部，原子的外层阶电子由所有原

子共享并能到处自由移动。由于电子能导热与导电,因此用金属能够制造好的烹饪锅与电线。

Itisimpossibletoseethroughmetals,sincethesevalenceelectionsabsorbanyphotonsoflight

whichreachthemetal.Nophotonspassthrough.

由于这些阶电子汲取到达金属的光子，因此透过金属不可能看得见。没有光子能通过金属。

Alloysarecompoundsconsistingofmorethanonemetal.Addingothermetalscan

affectthedensity,strength,fracturetoughness,plasticdeformation,electricalconductivityand

environmentaldegradation.

合金是由一种以上金属构成的混合物。加一些其它金属能影响密度、强度、断裂韧

性、塑性变形、导电性与环境侵蚀。

Forexample,addingasmallamountofirontoaluminumwillmakeitstronger.Also,addingsome

chromiumtosteelwillslowtherustingprocess,butwillmakei(morebrittle.

比如，往铝里加少量铁可使其更强。同样，在钢里加一些铝能减缓它的生锈过程，但也将使

它更脆。

,CeramicsandGlasses

陶费与玻璃

Aceramicisoftenbroadlydefinedasanyinorganicnonmetalliematerial.Bythis

definition,ceramicmaterialswouldalsoincludeglasses;however,manymaterialsscientistsadd

thestipulationthat“ceramic"mustalsobecrystalline.

陶瓷通常被概括地定义为无机的非金属材料。照此定义，陶瓷材料也应包含玻璃；

然而许多材料科学家添加了“陶瓷”务必同时是晶体物构成的约定。

Aglassisaninorganicnonmetalliematerialthatdoesnothaveacrystallinestructure.

Suchmaterialsarcsaidtobeamorphous.

玻璃是没有晶体状结构的无机非金属材料。这种材料被称之非结晶质材料。

PropertiesofCeramicsandGlasses

Someoftheusefulpropertiesofceramicsandglassesincludehighmelting(emperature,

lowdensity,highstrength,stiffness,hardness,wearresistance,andcorrosionresistance.

陶瓷与玻璃的特性

高熔点、低密度、高强度、高刚度、高硬度、高耐磨性与抗腐蚀性是陶瓷与玻璃的

一些有用特性。

Manyceramicsaregoodelectricalandthermalinsulators.Someceramicshavespecialproperties:

someceramicsaremagneticmaterials;somearcpiezoelectricmaterials;andafewspecial

ceramicsaresuperconductorsatverylowtemperatures.Ceramicsandglasseshaveonemajor

drawback:theyarebrittle.

许多陶瓷都是电与热的良绝缘体。某些陶瓷还具有一些特殊性能：有些是磁性材料，有些是

压电材料•，还有些特殊陶鎏在极低温度下是超导体。陶瓷与玻璃都有一个要紧的缺点：它们

容易破碎。

Ceramicsarenottypicallyformedfromthemelt.Thisisbecausemostceramicswill

crackextensively(i.c.formapowder)uponcoolingfromtheliquidstate.

陶瓷通常不是由烯化形成的。由于大多数陶瓷在从液态冷却时将会完全破碎(即形成

粉末)。

Hence,allthesimpleandefficientmanufacturingtechniquesusedforglassproductionsuchas

castingandblowing,whichinvolvethemoltenstate,cannotbeusedfortheproductionof

crystallineceramics.Instead,4tsinleringMor“firing“istheprocesstypicallyused.

因此，所有用于玻璃生产的简单有效的一诸如浇铸与吹制这些涉及熔化的技术都不能用于由

晶体物构成的陶瓷的生产。作为替代，通常使用“烧结”或者“焙烧”工艺。

Insintering,ceramicpowdersareprocessedintocompactedshapesandthenheatedto

temperaturesjustbelowthemeltingpoint.Atsuchtemperatures,thepowdersreactinternallyto

removeporosityandfullydensearticlescanbeobtained.

在烧结过程中，陶瓷粉末先挤压成型然后加热到略低于熔点温度。在这样的温度下，粉末内

部起反应去除孔隙并得到十分致密的物品。

Anopticalfibercontainsthreelayers:acoremadeofhighlypureglasswithahigh

refractiveindexforthelighttotravel,amiddlelayerofglasswithalowerrefractiveindexknown

asthecladdingwhichprotectsthecoreglassfromscratchesandothersurfaceimperfections,and

anoutpolymerjackettoprotectthefiberfromdamage.

光导纤维有三层：核心由高折射指数高纯光传输玻璃制成，中间层为低折射指数玻

璃，是保护核心玻璃表面不被擦伤与完整性不被破坏的所谓覆层，外层是聚合物护套，用于

保护光导纤维不受损。

Inorderforthecoreglasstohaveahigherrefractiveindexthanthecladding,thecoreglassis

dopedwithasmall,controlledamountofanimpurity,ordopant,whichcauseslighttotravel

slower,butdoesnotabsorbthelight.

为了使核心玻璃有比覆层大的折射指数，在其中掺入微小的、可控数量的能减缓光速而不可

能汲取光线的杂质或者搀杂剂。

Becausetherefractiveindexofthecoreglassisgreaterthanthatofthecladding,lighttravelingin

thecoreglasswillremaininthecoreglassduetototalinternalreflectionaslongasthelight

strikesthecore/claddinginterfaceatananglegreaterthanthecriticalangle.

由于核心玻璃的折射指数比覆层大，只要在全内反射过程中光线照射核心/覆层分界面的角

度比临界角大，在核心玻璃中传送的光线将仍保留在核心玻璃中。

Thetotalinternalreflectionphenomenon,aswellasthehighpurityofthecoreglass,enables

lightto(ravellongdistanceswithlittlelossofintensity.

全内反射现象与核心玻璃的高纯度一样，使光线几乎无强度损耗传递长距离成为可能。

・Composites复合材料

Compositesareformedfromtwoormoretypesofmaterials.Examplesinclude

polymer/ceramicandmetal/ceramiccomposites.Compositesareusedbecauseoverallproperties

ofthecompositesaresuperiortothoseoftheindividualcomponents.

复合材料由两种或者更多材料构成。例子有聚合物/陶瓷与金属/陶瓷复合材料。之

因此使用复合材料是由于其全面性能优于构成部分单独的性能。

Forexample:polymer/ceramiccompositeshaveagreatermodulusthanthepolymercomponent,

butaren'tasbrittleasceramics.

Twotypesofcompositesare:fiber-reinforcedcompositesandparticle-reinfbrced

composites.

比如：聚合物/陶瓷复合材料具有比聚合物成分更大的模量，但又不像陶瓷那样易碎。

复合材料有两种I纤维加强型复合材料与微粒加强型复合材料。

Fiber-reinforcedComposites

Reinforcingfiberscanbemadeofmetals,ceramics,glasses,orpolymersthathave

beenturnedintographiteandknownascarbonfibers.Fibersincreasethemodulusofthematrix

material.

纤维加强型复合材料

加强纤维能够是金属、陶瓷、玻璃或者是已变成石墨的被称之碳纤维的聚合物。纤

维能加强基材的模量。

Thestrongcovalentbondsalongthefiber'slengthgivethemaveryhighmodulusinthisdirection

becausetobreakorextendthefiberthebondsmustalsobebrokenormoved.

沿着纤维长度有很强结合力的共价结合在这个方向上给予复合材料很高的模量，由于要损坏

或者拉伸纤维就务必破坏或者移除这种结合。

Fibersaredifficulttoprocessintocomposites,makingfiber-reinforcedcomposites

relativelyexpensive.

把纤维放入复合材料较困难，这使得制造纤维加强型复合材料相对昂贵。

Pibcr-rcinforccdcompositesarcusedinsomeofthemostadvanced,andthereforemostexpensive

sportsequipment,suchasatime-trialracingbicycleframewhichconsistsofcarbonfibersina

thermosetpolymermatrix.

纤维加强型复合材料用于某些最先进也是最昂贵的运动设备，比如计时赛竞赛用自行车骨架

就是用含碳纤维的热固塑料基材制成的。

Bodypartsofracecarsandsomeautomobilesarecompositesmadeofglassfibers(orfiberglass)

inathermosetmatrix.

竞赛用汽车与某曲机动车的车体部件是由含玻璃纤维(或者玻璃丝)的热固塑料基材制成的。

Fibershaveaveryhighmodulusalongtheiraxis,buthavealowmodulus

perpendicularto(heiraxis.Fibercompositemanufacturersoftenrotatelayersoffiberstoavoid

directionalvariationsinthemodulus.

纤维在沿着其轴向有很高的模量，但垂直于其釉向的模量却较低。纤维复合材料的

制造者往往旋转纤维层以防模量产生方向变化。

Particlc-rcinforccdcomposites

Particlesusedfbrreinforcingincludeceramicsandglassessuchassmallmineral

particles,metalparticlessuchasaluminum,andamorphousmaterials,includingpolymers

andcarbonblack.

微粒加强型复合材料

用于加强的微粒包含了陶瓷与玻璃之类的矿物微粒，铝之类的金属微粒与包含聚合

物与碳黑的非结晶质微粒。

Particlesareusedtoincreasethemodulusofthematrix,todecreasethepermeabilityof

thematrix,todecreasetheductilityof(hematrix.Anexampleofparticle-reinforcedcomposites

isanautomobiletirewhichhascarbonblackparticlesinamatrixofpolyisobutylcncelastomeric

polymer.

微粒用于增加基材的模量、减少基材的渗透性与延展性。微粒加强型欠合材料的一

个例子是机动车胎，它就是在聚异丁烯人造橡胶聚合物填材中加入了碳黑微粒。

•Polymers聚合材料

Apolymerhasarepeatingstructure,usuallybasedonacarbonbackbone.The

repeatingstructureresultsinlargechainlikemolecules.Polymersareusefulbecausetheyare

lightweight,corrosionresistant,easytoprocessatlowtemperaturesandgenerallyinexpensive.

聚合物具有通常是基于碳链的重复结构。这种重复结构产生链状大分子。由于重量

轻、耐腐蚀、容易在较低温度下加工同时通常较便宜，聚合物是很有用的。

Someimportantcharacteristicsofpolymersinclude(heirsize(ormolecularweight),

softeningandmeltingpoints,crystallinity,andstructure.Themechanicalpropertiesofpolymers

generallyincludelowstrengthandhightoughness.Theirstrengthisoftenimprovedusing

reinforcedcompositestructures.

聚合材料具有一些重要特性，包含尺寸(或者分子量)、软化及熔化点、结晶度与结

构。聚合材料的机械性能通常表现为低强度与高韧性。它们的强度通常可使用加强复合结构

来改善。

ImportantCharacteristicsofPolymers

Size.Singlepolymermoleculestypicallyhavemolecularweightsbetween10,000and

1,000,000g/mol—thatcanbemorethan2,000repeatingunitsdependingonthepolymerstructure!

聚合材料的重要特性

尺寸：单个聚合物分子通常分子量为10,000到l,000,00()g/mol之间，具体取决于

聚合物的结构这能够比2,000个重复单元还多。

Themechanicalpropertiesofapolymeraresignificantlyaffectedbythemolecularweight,

withbetterengineeringpropertiesathighermolecularweights.

聚合物的分子量极大地影响其机械性能，分子量越大，工程性能也越好。

Thermaltransitions.Thesofteningpoint(glasstransitiontemperature)andthe

meltingpointofapolymerwilldeterminewhichitwillbesuitableforapplications.These

temperaturesusuallydeterminetheupperlimitforwhichapolymercanbeused.

热转换性：聚合物的软化点(玻璃状转化温度)与熔化点决定了它是否适合应用。这

些温度通常决定聚合物能否使用的上限。

Forexample,manyindustriallyimportantpolymershaveglasstransitiontemperaturesnear(he

boilingpointofwater(1002,212°F),andtheyarcmostusefulforroomtemperatureapplications.

Somespeciallyengineeredpolymerscanwithstandtemperaturesashighas300℃(572°F).

比如，许多工业上的重要聚合物其玻璃状转化温度接近水的沸点(100°C,212T),它们被广

泛用于室温下。而某些特别制造的聚合物能经受住高达300°C(572°F)的温度。

Crystallinity.Polymerscanbecrystallineoramorphous,but(heyusuallyhavea

combinationofcrystallineandamorphousstructures(semi-crystallinc).

结晶度：聚合物能够是晶体状的或者非结晶质的，但它们通常是晶体状与非结晶质

结构的结合物(半晶体)。

Interchaininteractions.Thepolymerchainscanbefreetoslidepastoneanother

(thermo-plastic)ortheycanbeconnectedtoeachotherwithcrosslinks(thermosetorelastomer).

Thermo-plasticscanhereformedandrecycled,whilethermosetsandelastomersarenot

reworkable.

原子链间的相互作用：聚合物的原子链能够自由地彼此滑动(热可塑性)或者通过交

键互相连接(热固性或者弹性)。热可塑性材料能够重新形成与循环使用，而热固性与弹性材

料则是不能再使用的。

Intrachainstructure.Thechemicalstructureofthechainsalsohasatremendouseffect

ontheproperties.Dependingonthestructurethepolymermaybehydrophilicorhydrophobic

(likesorhateswater),stifforflexible,crystallineoramorphous,reactiveorunreactive.

链内结构：原子锭的化学结构对性能也有很大影响。根据各自的结构不一致，聚合

物能够是亲水的或者憎水的(喜欢或者讨厌水)、硬的或者软的、晶体状的或者非结晶质的、

易起反应的或者不易起反应的。

第二单元

Theunderstandingofheattreatmentisembracedbythebroaderstudyofmetallurgy.

Metallurgyisthephysics,chemistry,andengineeringrelatedtometalsfromoreextractionlothe

finalproduct.

耐热处理的懂得包含于对冶金学较广泛的研究。冶金学是物理学、化学与涉及金属

从矿石提炼到最后产物的工程学。

Heattreatmentistheoperationofheatingandcoolingametalinitssolidstatetochangeits

physicalproperties.Accordingtotheprocedureused,steelcanbehardenedtoresistcuttingaction

andabrasion,oritcanbesoftenedtopermitmachining.

热处理是将金属在固态加热与冷却以改变其物理性能的操作。按所使用的步骤，钢能够通过

硬化来抵抗切削与磨损，也能够通过软化来同意机加工。

Withtheproperheattreatmentinternalstressesmayberemoved,grainsizereduced,toughness

increased,orahardsurfaceproducedonaductileinterior.Theanalysisofthesteelmustbe

knownbecausesmallpercentagesofcertainelements,notablycarbon,greatlyaffectthe

physicalproperties.

使用合适的热处理能够去除内应力、细化晶粒、增加韧性或者在柔软材料上覆盖坚硬的表面。

由于某些元素（特别是碳）的微小百分比极大地影响物理性能，因此务必明白对钢的分析。

Alloysteelowetheirpropertiestothepresenceofoneormoreelementsotherthan

carbon,namelynickel,chromium,manganese,molybdenum,tungsten,silicon,vanadium,and

copper.Becauseofiheirimprovedphysicalpropertiestheyareusedcommerciallyinmanyways

notpossiblewithcarbonsteels.

合金钢的性质取决于其所含有的除碳以外的一种或者多种元素，如银、铭、钵、钥、

鸨、硅、钿与铜。由于合金钢改善的物理性能，它们被大量使用在许多碳钢不适用的地方。

Thefollowingdiscussionappliesprincipallytotheheattreatmentofordinarycommercial

steelsknownasplaincarbonsteels.Withthisprocesstherateofcoolingisthecontrollingfactor,

rapidcoolingfromabovethecriticalrangeresultsinhardstructure,whereasveryslowcooling

producestheoppositeeffect.

卜列讨论要紧针对被称之普通碳钢的工业用钢而言。热处理时冷却速率是操纵要素，

从高于临界温度快速冷却导致坚硬的组织结构，而缓慢冷却则产生相反效果。

,ASimplifiedIron-carbonDiagram

简化铁碳状态图

Ifwefocusonlyonthematerialsnormallyknownassteels,asimplifieddiagramis

oftenused.

假如只把注意力集中于通常所说的钢上，经常要用到简化铁碳状态图。

Thoseportionsoftheiron-carbondiagramnearthedeltaregionandthoseabove2%carbon

contentareoflittleimportancetotheengineerandaredeleted.Asimplifieddiagram,suchasthe

oneinFig.2.1,focusesontheeutectoidregionandisquiteusefulinunderstandingtheproperties

andprocessingofsteel.

铁碳状态图中靠近三角区与含碳量高于2%的那些部分对工程师而言不重要，因此将它们删

除。如图2.1所示的简化铁碳状态图将焦点集中在共析区，这对懂得钢的性能与处理是十分

有用的。

Thekeytransitiondescribedinthisdiagramisthedecompositionofsingle-phase

austenite(y)tothetwo-phassferritepluscarbidestructureastemperaturedrops.

在此图中描述的关键转变是单相奥氏体(Y)随着温度卜降分解成两相铁素体加渗

碳体组织结构。

Controlofthisreaction,whicharisesduetothedrasticallydifferentcarbonsolubilityofaustenite

andferrite,enablesawiderangeofpropertiestobeachievedthroughheattreatment.

操纵这一由于奥氏体与铁素体的碳溶解性完全不一致而产生的反应，使得通过热处理能获得

很大范围的特性。

Tobegintounderstandtheseprocesses,considerasteelof(heeutectoid

composition,0.77%carbon,beingslowcooledalonglinex-x'inFig.2.1.Attheupper

temperatures,onlyausteniteispresent,the0.77%carbonbeingdissolvedinsolidsolutionwi【hthe

iron.Whenthesteelcoolsto727℃(134ri'),severalchangesoccursimultaneously.

为了懂得这些过程，考虑含碳量为0.77%的共析钢，沿着图2.1的x-x‘线慢慢冷去U.

在较高温度时，只存在奥氏体，0.77%的碳溶解在铁里形成固溶体。当钢冷却到727℃<1341

°F)时，将同时发生若干变化。

TheironwantstochangefromtheFCCaustenitestructuretotheBCCferritestructure,but

theferritecanonlycontain0.02%carboninsolidsolution.

铁需要从面心立方体奥氏体结构转变为体心立方体铁素体结构，但是铁素体只能容

纳固溶体状态的0.02%的碳。

Therejectedcarbonformsthecarbon-richcementiteintermetallicwithcompositionFe3C.In

essence,thenetreactionattheeutectoidisaustenite0.77%C-ferrite0.02%C+cementite

6.67%C.

被析出的碳与金属化合物Fe3C形成富碳的渗碳体。本质上，共析体的基本反应是奥氏体

0.77%的碳一铁素体0.02%的碳+渗碳体6.67%的碳。

Sincethischemicalseparationofthecarboncomponentoccursentirelyinthesolid

state,theresultingstructureisafinemechanicalmixtureofferriteandcementite.Specimens

preparedbypolishingandetchinginaweaksolutionofnitreacidandalcoholrevealthelamellar

structureofalternatingplatesthatformsonslowcooling.

由于这种碳成分的化学分离完全发生在固态中，产生的组织结构是一种细致的铁素

体与渗碳体的机械混合物，通过打磨并在弱硝酸酒精溶液中蚀刻制备的样本显示出由缓慢冷

却形成的交互层状的薄片结构。

Thisstructureiscomposedoftwodistinctphases,buthasitsownsetofcharacteristicproperties

andgoesbythenamepearlite,becauseofitsresemblancetomother-of-pear)atlow

magnification.

这种结构由两种截然不一致的状态构成，但它本身具有一系列特性，且因与低倍数放大时的

珠母层有类同之处而被称之珠光体。

Steelshavingless(hantheeutectoidamountofcarbon(lessthan0.77%)areknown

ashypo-eutectoidsteels.Considernowthetransformationofsuchamaterialrepresentedby

coolingalongliney-y'inFig.2.1.

含碳量少于共析体(低于0.77%)的钢称之亚共析钢。现在来看这种材料沿着图2.1中

y-y'线冷却的转变情况。

Athightemperatures,themateiialisentirelyaustenite,butuponcoolingentersaregionwherethe

stablephasesarcferriteandaustenite.Tic-lincandlevel-怙wcalculationsshowthatlow-carbon

ferritenucleatesandgrows,leavingtheremainingaustenitericherincarbon.

在较高温度时，这种材料全部是奥氏体，但随着冷却就走入到铁素体与奥氏体稳固状态的区

域。由截线及杠杆定律分析可知，低碳铁素体成核并长大，剩下含碳量面的奥氏体。

At727c(1341°F),theausteniteisofeutectoidcomposition(0.77%carbon)andfurthercooling

transformstheremainingaustenite(opearlite.Theresultingstructureisamixtureofprimaryor

pro-eutectoidferrite(ferritethatformedabovetheeutectoidreaction)andregionsofpearlite.

在727c(134I°F)时，奥氏体为共析构成(含碳量0.77%),再冷却剩余的奥氏体就转化为珠光

体。作为结果的组织结构是初步的共析铁素体(在共析反应前的铁素体)与部分珠光体的混合

物。

Hypereulectoidsteelsaresteelsthatcontaingreaterthantheeutectoidamountofcarbon.

Whensuchsteelcools,asshowninz-z'ofFig.2.1theprocessissimilartothehypo-eutectoidcase,

exceptthattheprimaryorpro-eutectoidphaseisnowcemeniiteinsteadofferrite.

过共析钢是含碳量大于共析量的钢。当这种钢冷却时，就像图2.1的z-z'线所示，

除了初步的共析状态用渗碳体取代铁素体外，其余类似亚共析钢的情况。

Asthecarbon-richphaseforms,theremainingaustenitedecreasesincarboncontent,reachingthe

eutectoidcompositionat727℃(1341T).Asbefore,anyremainingaustenitetransformstopearlite

uponslowcoolingthrough【histemperature.

随着富碳部分的形成，剩余奥氏体含碳量减少，在727al341°F)时达到共析组织。就像往

常说的一样，当缓慢冷却到这温度时所有剩余奥氏体转化为珠光体。

Itshouldberememberedthatthetransitionsthathavebeendescribedbythephase

diagramsarcforequilibriumconditions,whichcanbeapproximatedbyslowcooling.Withslow

heating,thesetransitionsoccurinthereversemanner.

应该记住由状态图描述的这种转化只适合于通过缓慢冷却的近似平衡条件。假如缓

慢加热，则以相反的方式发生这种转化。

However,whenalloysarecooledrapidly,entirelydifferentresultsmaybeobtained,because

sufficientlimeisnotprovidedfbrthenormalphasereactionstooccur,insuchcases,thephase

diagramisnolongerausefultoolforengineeringanalysis.

然而，当快速冷却合金时，可能得到完全不一致的结果。由于没有足够的时间让正常的状态

反应发生，在这种情况下对工程分析而言状态图不再是有用的工具。

,Hardening淬火

Hardeningistheprocessofheatingapieceofsteeltoatemperaturewithinoraboveits

criticalrangeandthencoolingitrapidly.

淬火就是把钢件加热到或者超过它的临界温度范围，然后使其快速冷却的过程。

If(hecarboncontentofthesteelisknown,thepropertemperaturetowhichthesteelshouldbe

heatedmaybeobtainedbyreferencetotheiron-ironcarbidephasediagram.However,ifthe

compositionofthesteelisunknown,alittlepreliminaryexperimentationmaybenecessaryto

determinetherange.

假如钢的含碳量已知，钢件合适的加热温度可参考铁碳合金状态图得到。然而当钢的成分不

明白时，则需做一些预备试验来确定其温度范围。

Agoodproceduretofollowistoheat-quenchanumberofsmallspecimensofthesteelatvarious

temperaturesandobservetheresult,eitherbyhardnesstestingorbymicroscopicexamination.

Whenthecorrecttemperatureisobtained,therewillbeamarkedchangeinhardnessandother

properties.

要遵循的合适步骤是将这种钢的一些小试件加热到不一致的温度后淬火，再通过硬度试验或

者显微镜检查观测结果。一旦获得正确的温度，硬度与其它性能都将有明显的变化。

Inanyheat-treatingoperationtherateofheatingisimportant.Heatflowsfrom(he

exteriortotheinteriorofsteelatadefiniterate.Ifthesteelisheatedtoofast,theoutsidebecomes

hotterthan(heinterioranduniformstructurecannotbeobtained.

在任何热处理作业中，加热的速率都是重要的。热量以一定的速率从钢的外部传导

到内部。假如钢被加热得太快，其外部比内部热就不能得到均匀的组织结构。

IfapieceisiiTegularinshape,aslowrateisallthemoreessentialtoeliminatewarpingand

cracking.Theheavierthesection,thelongermustbetheheatingtimetoachieveuniformresults.

假如工件形状不规则，为了消除翘曲与开裂最根本的是加热速率要缓慢。截面越厚，加热的

时间就要越长才能达到均匀的结果。

Evenafterthecorrecttemperaturehasbeenreached,thepieceshouldbeheldat(hattemperature

forasufficientperiodoftimetopermititsthickestsectiontoattainauniformtemperature.

即使加热到正确的温度后，工件也应在此温度下保持足够时间以让其最厚截面达到相同温

度。

Thehardnessobtainedfromagiventreatmentdependsonthequenchingrate,thecarbon

content,andtheworksize.Inalloysteelsthekindandamountofalloyingelementinfluencesonly

thehardenability(theabilityoftheworkpiecetobehardenedtodepths)ofthesteelanddoesnot

affectthehardnessexceptinunhardenedorpartiallyhardenedsteels.

通过给定的热处理所得到的硬度取决于淬火速率、含碳量与工件尺寸。除了非淬硬

钢或者部分淬硬钢外，合金钢中合金元素的种类及含量仅影响钢的淬透性(工件被硬化到深

层的能力)而不影响硬度。

Steelwithlowcarboncontentwillnotrespondappreciablytohardeningtreatment.As

thecarboncontentinsteelincreasesuptoaround0.60%,thepossiblehardnessobtainablealso

increases.

含碳量低的钢对淬火处理没有明显的反应。随着钢的含碳量增加到大约0.60%,可

能得到的硬度也增加。

Abovethispointthehardnesscanbeincreasedonlyslightly,becausesteelsabovetheeutectoid

pointaremadeupentirelyofpearliteandcementiteintheannealedstate.Pearliterespondsbestto

heat-treatingoperations;andsteelcomposedmostlyofpearlitecanbetransformedintoahard

steel.

高于此点，由于超过共析点钢完全由珠光体与退火状态的渗碳体构成，硬度增加并不多。珠

光体对热处理作业响应最好；基本由珠光体构成的钢能转化成硬质钢。

Asthesizeofpartstobehardenedincreases,thesurfacehardnessdecreasessomewhat

eventhoughallotherconditionshaveremainedthesame.Thereisalimittotherateofheatflow

throughsteel.

即使所有其它条件保持不变，随着要淬火的零件尺寸的增加其表面硬度也会有所下

降。热量在钢中的传导速率是有限的。

Nomatterhowcoolthequenchingmediummaybe,iftheheatinsidealargepiececannotescape

faster(hanacertaincriticalrate,thereisadefinitelimitto(heinsidehardness.However,brineor

waterquenchingiscapableofrapidlybringingthesurfaceofthequenchedparttoitsown

temperatureandmaintainingitatorclosetothistemperature.

不管淬火介质怎么冷，假如在大工件中的热量不能比特定的临界速率更快散发，那它内部硬

度就会受到明确限制。然而盐水或者水淬火能够将被淬零件的表面迅速冷却至本身温度并将

其保持或者接近此温度。

Underthesecircumstancestherewouldalwaysbesomefinitedepthofsurfacehardening

regardlessofsize.Thisisnottrueinoilquenching,whenthesurfacetemperaturemaybehigh

duringthecriticalstagesofquenching.

在这种情况下不管零件尺寸如何，其表面总归有一定深度被硬化。但油淬情况就不是如此，

由于油淬时在淬火临界阶段零件表面的温度可能仍然很高。

•Tempering回火

Steelthathasbeenhardenedbyrapidquenchingisbrittleandnotsuitableformostuses.

Bytemperingordrawing,thehardnessandbrittlenessmaybereducedtothedesiredpointfor

serviceconditions.

快速淬火硬化的钢是硬而易碎的，不适合大多数场合使用。通过回火，硬度与脆性

能够降低到使用条件所需要的程度。

Asthesepropertiesarereducedthereisalsoadecreaseintensilestrengthandanincreaseinthe

ductilityandtoughnessofdiesteel.Theoperationconsistsofreheatingqucnch-hardcncdsteelto

sometemperaturebelowthecriticalrangefollowedbyanyrateofcooling.

随着这些性能的降低，拉伸强度也降低而钢的延展性与韧性则会提高。回火作业包含将淬硬

钢重新加热到低于临界范围的某一温度然后以任意速率冷却。

Althoughthisprocesssoftenssteel,itdiffersconsiderablyfromannealinginthattheprocesslends

itselftoclosecontrolofthephysicalpropertiesandinmostcasesdoesnotsoftenthesteeltothe

extentthatannealingwould.Thefinalstructureobtainedfromtemperingafullyhardenedsteelis

calledtemperedmartensite.

尽管这过程使钢软化，但它与退火是大不相同的，由于回火适合于严格操纵物理性能并在大

多数情况下不可能把钢软化到退火那种程度。回火完全淬硬钢得到的最终组织结构被称之回

火马氏体。

Temperingispossiblebecauseoftheinstabilityofthemartensite,theprincipal

constituentofhardenedsteel.Low-temperaturedraws,from300Tlo400T(150℃~205℃),do

notcausemuchdecreaseinhardnessandareusedprincipallytorelieveinternalstrains.

由于马氏体这一泌硬钢要紧成分的不稳固性，使得回火成为可能。低温回火，300

下到400下(150℃〜2。5℃),不可能引起硬度下降很多，要紧用于减少内部应变。

Asthetemperingtemperaturesarcincreased,thebreakdownofthemartensite