机械基础课件：材料及热处理

1．掌握金属材料的力学性能及其衡量指标。2．掌握金属材料的工艺性能。1金属材料的性能观察下面的图片，你知道它们是用什么材料制成的吗？各有什么性能？一、基本概念这种在载荷（或外力）作用下表现出来的性能称为金属材料的力学性能。在机械行业中，金属材料的性能主要指它的力学性能和工艺性能。

1．载荷

载荷——金属材料在加工及使用过程中所受的外力。拉伸（或压缩）载荷剪切载荷扭转载荷弯曲载荷载荷的作用形式

变形——金属材料在载荷作用下会产生几何形状和尺寸的变化。塑性变形（载荷卸掉时，不能恢复原来形状或尺寸的变形，又称为永久变形）变形弹性变形（载荷卸掉时，可以恢复原来形状或尺寸的变形）

2．变形弹性变形与塑性变形

3．应力

内力——金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力。

应力（R）——单位面积上的内力。（N/mm2或MPa）强度塑性硬度冲击韧性疲劳强度二、金属材料的力学性能金属材料在外力作用下表现出来的性能称为金属材料的力学性能。衡量金属材料力学性能的指标：

强度——金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。衡量指标为屈服强度和抗拉强度，通常采用拉伸试验测定。

1．强度在拉伸过程中，当载荷不再增大或略有减小时，试样继续发生明显塑性变形的现象，称为屈服。试样产生屈服现象时所承受的应力称为屈服强度，用符号Re表示，屈服强度分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。FeL——屈服时的最小载荷，N；S0——试样原始横截面面积，mm2。（1）屈服强度工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，如高碳钢、铸钢等脆性金属材料，测定其屈服强度很困难。在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的条件屈服强度，或称屈服极限，用Re0.2表示。（2）抗拉强度Rm

抗拉强度——材料在拉断前所承受的最大的应力。试中

Fm——试样拉断前承受的最大载荷，N。

2．塑性

塑性——金属材料受力后在断裂前产生永久变形的能力。（1）断后伸长率A

试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。式中L1——试样拉断后紧密对接的标距，mm；L0——试样原始标距，mm。（2）断面收缩率Z试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率。S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面积，mm2。材料的断面收缩率和断后伸长率越大，说明材料的塑性越好，易于通过塑性变形加工成为形状复杂的零件。并且，使用时零件不易发生突然断裂，安全性较高。

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。３．硬度硬度指标布氏硬度（HB）维氏硬度（HV）洛氏硬度（HR）（1）布氏硬度HBW

布氏硬度原理布氏硬度计通过测量压痕直径来确定硬度值（2）洛氏硬度洛氏硬度计HRA淬火钢、硬质合金等70~85HRAHRB退火钢、铜合金等25~100HRBHRC冷硬铸铁、淬火钢20~67HRC洛氏硬度原理通过测量压痕深度来确定硬度值通过测量压痕对角线长度来确定硬度值维氏硬度计（3）维氏硬度HV

4．冲击韧性材料的冲击韧性用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。

冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。衡量指标为冲击韧度，用符号

ak表示，单位为J/cm2。冲击试验设备冲击实验

5．疲劳强度

疲劳强度——指金属材料在多次交变载荷作用下而不断裂的最大应力。常用符号R－1表示。在工程中有许多构件是在交变载荷的作用下工作的，虽然承受的应力低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作后会突然发生完全断裂，此现象称为金属的疲劳。疲劳断裂断口示意图（3）对构件表面采取强化处理措施，如化学热处理、表面淬火、喷丸和滚压等。提高构件的疲劳强度的措施：（1）减小构件的表面粗糙度值，提高材料内部质量。（2）在构件结构设计时尽量避免尖角、缺口及截面突变。机械零件的失效和材料的力学性能

螺栓的失效螺栓弯曲螺栓折断螺栓磨损

材料的力学性能在生活和生产中的体现数控机床护罩模压成形的餐具可转位式刀具的刀片冲模冲头例1-1：某厂购进一批40钢钢材，按国家规定，它的力学性能指标应不低于下列数值：下屈服强度ReL，340N/mm2；抗拉强度Rm，540N/mm2；断后伸长率A，19%；断面收缩率Z，45%。验收时，将40钢制成d0=10mm的短试样作拉伸试验，测得FeL=30000N，Fm=45000N，L1=60.5mm、d1=7.3mm。请判断这批钢材是否合格（得数保留整数）。解题过程例1-2：有一个直径d0=10mm,L0=100mm的低碳钢试样，拉伸试验时测得Fe=21000N，Fm=29000N，d1=5.65mm，L1=138mm。求此试样的ReL、

Rm

、A、Z。解题过程常用的力学性能指标及其说明力学性能性能指标说

明名

称符号单位強

度屈服强度ReN/mm2（Mpa）

拉伸时，力不断增加（保持恒定）试样仍能继续伸长时的应力抗拉强度RmN/mm2（Mpa）试样拉断前所承受的最大应力条件屈服应力Re0.2N/mm2（Mpa）规定残余伸长率达0.2%时的应力塑

性断后伸长率A%试样拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比。A越大，材料的塑性越好断面收缩率Z%试样拉断后，缩颈处横截面积缩减量与原始横截面积的百分比。Z越大，材料的塑性越好（转下页）力学性能性能指标说

明名

称符号单位硬

度布氏硬度HB

用载荷除以压痕球形面积所得的商作为硬度值。根据压痕直径来衡量硬度，一般用于硬度不高的材料洛氏硬度HR根据压痕深度来衡量硬度，HRC应用最广，一般经过淬火的钢件(20～67HRC)维氏硬度HV用载荷除以压痕表面积所得的商作为硬度值。根据压痕对角线长度来衡量硬度，一般用于表面薄硬层及化学热处理的表面层冲击韧性冲击韧度akJ/cm2

冲击试样缺口处单位面积上的冲击吸收功。

ak越大，材料的冲击韧性越好疲劳强度疲劳极限R－1

MPa金属材料承受无数次(一般为107周次)对称循环交变应力仍不断裂的最大应力。三、金属材料的工艺性能金属材料的一般加工过程：

金属材料的工艺性能——金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。它包括铸造性、锻造性、切削加工性和焊接性、热处理性等。冶炼→铸造铸件铸锭热锻热轧→板料、棒材、型材、管材机加工机加工零件焊接机加工冷轧、冷拔、冷冲1．铸造性2．可锻性3．焊接性4．冷弯性5．切削加工性6．热处理工艺性

金属材料的工艺性能：

铸造性——指金属材料用铸造的方法获得优良铸件的能力。金属材料的铸造性主要包括流动性、收缩性和偏析倾向等。

1．铸造性砂型铸件的生产过程指金属凝固后铸件内部化学成分和组织的不均匀性。（1）流动性液态金属充满型腔的能力。（2）收缩性铸件在凝固和冷却时体积收缩的能力。（3）偏析倾向缩孔和缩松可锻性的好坏主要与金属材料的塑性有关。塑性越好，可锻性越好。

2．可锻性

可锻性——指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的能力。钢材的含碳量是影响焊接性的主要因素。

3．焊接性

焊接性——指金属材料对焊接加工的适应能力，主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊条电弧焊操作图测定冷弯性通常是用试验方法来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。

4．冷弯性

冷弯性——钢材在冷加工发生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。

6．热处理工艺性

热处理工艺性——金属材料适应各种热处理工艺的能力。

5．切削加工性

切削加工性——金属材料经切削加工后成为合格工件的难易程度。切削加工性常用加工后工件的表面粗糙度、允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。车削加工材料工艺性能对机械零件选材的影响工艺性能的好坏直接影响零部件的质量、生产效率和成本。当工艺性能与使用性能相矛盾时，有时往往从工艺性能考虑，不得不放弃某些使用性能合格的材料。工艺性能成为选择材料的主导因素。工艺性能对大批量生产的零部件尤为重要。镗床顶尖细平锉用锉刀判断硬度用长150～200mm、八成新的细平锉，锉削被检验零件。若双手感觉有明显阻力，且有较多的碎末被锉下来，零件的硬度约为40HRC；若双手感觉不到有明显阻力，且锉刀在零件表面有些打滑，没有碎末被锉下来，零件的硬度约为45HRC；若锉刀在零件表面打滑，且没有碎末被锉下来，零件的硬度为50HRC以上。另外，工厂生产的零件，硬度值都比较标准，因此用新旧零件相比较也是保证判断准确的一种简便办法。2铁碳合金

1．掌握铁碳合金的基本组织和性能。

2．用铁碳合金相图分析铁碳合金的组织形成和变化规律，判断含碳量不同的钢的性能。观察下面的图片，你知道这些钢铁材料各有什么性能吗？

1．铁素体（F）

2．奥氏体（A）

3．渗碳体（Fe3C）

4．珠光体（P）

5．莱氏体（高温莱氏体Ld，低温莱氏体Ld

‘）一、铁碳合金的组织1．铁素体（F）含碳量≤0.0218%，具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度较低。铁素体的晶胞示意图铁素体的显微组织含碳量≤2.11%，强度和硬度不高，但具有良好的塑性。奥氏体的晶胞示意图奥氏体的显微组织2．奥氏体（A）3．渗碳体（Fe3C）渗碳体的晶胞示意图硬度很高，塑性很差。渗碳体是含碳量为6.69％的铁与碳的金属化合物。4．珠光体（P）光学显微镜观察组织电子显微镜观察组织含碳量0.77%，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性5．莱氏体（Ld，

Ld

′）莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，含碳量4.3%，硬度很高（＞700HBW），塑性很差。Ld（高温莱氏体）Ld′（低温莱氏体）低温莱氏体的显微组织黑色为珠光体组织，白色为渗碳体构成的基体铁素体、奥氏体和渗碳体都是单相组织，称为铁碳合金的基本相，珠光体、莱氏体则是由基本相组成的多相组织。二、铁碳合金相图

铁碳合金相图——表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。简化后的Fe－Fe3C相图主要特性点主要特性线1．主要特性点2．主要特性线找一找含碳量为0.4%的钢在铁碳合金相图中所处的位置，以及在常温下和在1000℃时所得到的组织分别是什么？钢在加热和冷却时的临界点三、铁碳合金的分类铁碳合金的分类、典型材料及其微观组织四、铁碳合金的成分、组织与性能的关系铁碳合金成分和组织的对应关系钢的含碳量对力学性能的影响金属的同素异构转变δ-Feγ-Feα-Fe体心立方晶格面心立方晶格体心立方晶格纯铁的冷却曲线2．掌握碳钢的分类、牌号、性能和应用。3碳钢的分类、牌号、性能和应用

1．了解并掌握碳钢的定义。观察下面的图片，你知道这些钢铁材料有什么区别吗？再想想，在零件图上常出现45Mn、Q235—A、T8等字样，你能说出它们的含义及用途吗？一、碳钢的分类

碳素钢——简称碳钢，它是指含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。低碳钢：C≤0.25％中碳钢：C＝0.25％～0.60％高碳钢：C≥0.60％普通钢：S≤0.050％，P≤0.045％优质钢：S≤0.035％，P≤0.035％高级优质钢：S≤0.025％，P≤0.025％

1．按钢的含碳量分

2．按钢的质量分结构钢：含碳量一般均小于0.70%工具钢：含碳量一般均大于0.70%沸腾钢：脱氧程度不完全的钢镇静钢：脱氧程度完全的钢半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢特殊镇静钢

3．按钢的用途分

4．按冶炼时脱氧程度的不同分二、碳钢的牌号、性能和应用化学元素符号＋汉语拼音字母＋阿拉伯数字

1．普通碳素结构钢

2．优质碳素结构钢

3．碳素工具钢

4．铸造碳钢

1．普通碳素结构钢

（1）屈服强度字母Q

（2）屈服强度数值（3）质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提高。（4）脱氧方法符号

2．优质碳素结构钢牌号用两位数字（平均含碳量的万分数）表示。45表示平均含碳量为0.45％的优质碳素结构钢

08表示平均含碳量为0.08％的优质碳素结构钢65Mn表示平均含碳量为0.65％的较高含锰量的优质碳素结构钢沸腾钢，在两位数字后标注“F”，如08F锅炉用钢，在两位数字后标注“g”，如20g

3．碳素工具钢

牌号以汉字“碳”的汉语拼音字母字头“T”+数字（表示平均含碳量的千分数）。如：T8表示平均含碳量为0.80％的优质碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标以字母A。

4．铸造碳钢“铸钢”两字的拼音字母字＋两组数字（第一组数字表示屈服强度，第二组表示抗拉强度值）。例如：ZG270—500表示屈服强度不小于270MPa，抗拉强度不小于500MPa的铸造碳钢。钢的火花鉴别方法钢的火花鉴别使用的主要设备是砂轮机。进行鉴别时，操作者要戴上无色眼镜，场地光线不宜太亮，以免影响火花色泽及清晰程度。钢试件接触砂轮时，压力要适中，使火花向略高于水平线的方向发射，根据火花的颜色、形状、长短、爆花的数量和尾花的特征等多方面因素来判断。一般来说，钢中含碳量越高，火花越多，火束也由长趋向短。火花（1）不要磨削脱碳层（黑皮）。因为它的含碳量不能代表材料内部的含碳量，容易造成判断错误。（2）注意钢材是否经过淬火、表面硬化等热处理。因为经过淬火等热处理的钢材，表面组织与内部组织不同，火花也就不同。简化后的F火花鉴别的注意事项1．掌握合金钢的分类和牌号。4合金钢的分类、牌号、性能和应用2．掌握常用合金钢的性能和应用。观察下面的图片，你知道它们采用的是什么材料吗？重型机械的传动轴汽轮机叶片

再想想，我们日常生活中零部件除了下图采用合金钢材料外，你还见过有哪些零部件？

合金钢——在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢，如加入铬、镍、钼、钨、钒、钴、硼、铝、钛及稀土等合金元素。一、合金钢的分类

1．按用途分类合金结构钢合金工具钢特殊性能钢

2．按合金元素总含量分类低合金钢：合金元素总含量＜5％。中合金钢：合金元素总含量5％～10％高合金钢：合金元素总含量＞10％二、合金钢的牌号两位数字（碳含量）＋化学元素符号＋数字

前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数。元素符号表明钢中含有的主要合金元素。后面的数字表示该元素的含量。合金元素含量小于1.5％时不标，平均含量为1.5％~2.5％，2.5％~3.5%…时，则相应地标以2，3…。

1．合金结构钢的牌号合金结构钢的牌号

2．合金工具钢合金工具钢的牌号表示方法与合金结构钢大致相同，但含碳量的表示方法有所不同。（1）平均含碳量大于等于1.0%时，在牌号中不标。（2）当平均含碳量小于1.0%时，可用一位数字标出。该数字等于钢中平均含碳量的千分数（整数）。合金元素含量的表示方法与合金结构钢相同。合金工具钢的牌号示例

3．滚珠轴承钢的牌号在牌号前面冠以“滚”字汉语拼音首字母“G”，其后以“Cr＋数字”来表示，该数字等于钢中平均含铬量的千分数（整数），而含碳量不标出。若含其他合金元素，表示方法与合金结构钢相同。含硫量小于0.02%、含磷量小于0.027%的轴承钢是一种高级优质钢，但牌号后不加字母“A”。

GCr15表示滚珠轴承钢表示平均含铬量为1.5%

GCr15SiMn表示滚珠轴承钢表示平均含铬量为1.5%表示平均含硅量小于1.5%表示平均含锰量小于1.5%

4．特殊性能钢（不锈钢、耐热钢)的牌号不锈钢、耐热钢等特殊性能钢的牌号表示方法基本上与合金工具钢相同。但当平均含碳量小于等于0.08％或小于等于0.03％时，分别用“0”或“00”表示。

2Cr13表示平均含铬量为13%表示平均含碳量为0.2%

00Cr30M02表示平均含碳量小于等于0.03%表示平均含铬量为30%表示平均含钼量为2%三、合金钢的性能和应用

1．合金结构钢（2）机械制造用钢（1）低合金结构钢

2．合金工具钢（1）刃具钢（3）耐磨钢（2）模具钢

3．特殊性能钢（1）量具钢（2）不锈钢（1）低合金结构钢

1．合金结构钢（2）机械制造用钢渗碳钢调质钢合金弹簧钢滚动轴承钢热成形弹簧冷成形弹簧低合金高强度结构钢低合金耐候钢低合金结钢的应用

2．合金工具钢低合金刃具钢高速钢（又称锋钢）冷作模具钢热作模具钢量具钢模具钢刃具钢

3．特殊性能钢不锈钢耐热钢耐磨钢铬不锈钢铬镍不锈钢抗氧化钢热强钢材料屈服强度和抗拉强度的比值称为屈强比，其值越高，则强度的利用率越高。

20和20Cr钢哪个能制造承受冲击载荷大的重要零件？为什么？金属的腐蚀一、金属腐蚀的种类与原理

1．化学腐蚀

2．电化学腐蚀电化学腐蚀过程示意图金属的腐蚀二、数控加工中金属腐蚀的应用

1．数控电火花成形的工作原理

2．数控线切割机床的工作原理主轴进给系统电级工件工作液脉冲电源上导轮电极丝（钼丝）工件电火花成形加工原理线切割加工1．了解并掌握热处理的定义和目的。5普通热处理及其应用2．掌握退火、正火、淬火、回火分类和应用。实验：①拿一根用过的钢锯条，进行弯曲。②拿一根材料相同的用过的钢锯条，放到火中烧一烧，或在炉中加热到一定的温度后，放在空气中慢慢冷却下来，再弯曲，看看结果怎样？观察下面的图片，你知道钻头、丝锥、锉刀等工具和齿轮等零件都采用什么工艺来提高其硬度等性能？再想想，日常生活中还有类似的现象吗？钻头丝锥锉刀齿轮热处理——是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。一、热处理工艺概述二、退火

退火——将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。常用退火方法：完全退火（又称重结晶退火）球化退火去应力退火（也称低温退火）台式电阻炉降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工细化晶粒，均匀组织，为后续热处理作好组织上的准备消除残余内应力，防止工件的变形与开裂退火目的：三、正火

1．普通结构零件，当力学性能要求不太高时，可作为最终热处理。正火的主要方面：

正火——将钢加热到Ａc3或Ａccm以上30～50℃，保温适当的时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺。

2．硬度过低的低碳钢、低碳合金钢，切削时容易“粘刀”（是指被切削材料塑性好，黏性大，不容易断屑，因此在切离过程中切屑和刀具表面摩擦力大，容易造成黏附），正火则可适当提高其硬度，改善切削加工性能。

3．消除过共析钢中的网状渗碳体，有利于球化处理改善钢的力学性能，并为以后的热处理做好准备。四、淬火

目的：获得马氏体组织，提高钢的强度、硬度和耐磨性。因淬火后会降低钢的韧性，易引起开裂，因此淬火后的钢必须配以适当的回火。临界冷却速度是指淬火时向马氏体转变的最小冷却速度，即冷却速度v临恰与C曲线“鼻尖”相切。

淬火——将钢件加热到Ac3或Ac1

以上的适当温度，经保温后快速冷却（冷却速度大于v临），以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。常用的淬火方法：淬透性好的钢，在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火介质，以减小工件淬火后的变形及开裂倾向。单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火五、钢的回火降低淬火钢的脆性和内应力，防止变形或开裂。调整和稳定淬火钢的结晶组织以保证工件不再发生形状和尺寸的改变。获得不同需要的机械性能。目的：回火——将淬火后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的分类及应用：

调质处理——生产中淬火及高温回火相结合的复合热处理工艺。低温回火（主要用于刀具、量具、冷作模具、滚动轴承等硬而耐磨的零件）中温回火（主要用于弹性零件及热作模具）高温回火（调质处理主要用于各种重要的受力构件，如连杆、螺栓、齿轮、曲轴等零件）六、热处理工艺应用实例例：车床主轴的热处理分析。以下图所示的车床主轴为例，经对主轴的结构及工作条件进行分析后确定，该轴选用45钢的锻件毛坯。生产过程中，主轴的加工工艺路线为：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械半精加工→锥孔及外锥体的局部淬火、回火→粗磨（外圆、锥孔、外锥体）→铣花键、花键淬火、回火→精磨（外圆、锥孔、外锥体）。车床主轴主轴加工过程中热处理要达到的技术要求如下：正火、调质属于预备热处理；锥孔及外锥体的局部淬火、回火属于最终热处理。花键齿廓部分硬度为48～53HRC。整体调质后硬度为220～250HBW；锥孔和外锥体硬度为45～48HRC；锥孔、外锥体及花键部分的淬火是为了获得所要求的表面硬度。

2．调质处理主要是使主轴具有良好的综合力学性能，经淬火及高温回火后，其硬度应达到220～250HBW。

3．淬火

1．正火主要是为了消除毛坯的锻造应力，降低硬度，以改善切削加工性，同时均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理作组织准备。它们的作用如下：一、氧化与脱碳淬火缺陷二、过热与过烧三、变形与开裂四、硬度不足1．了解常用表面热处理的定义和方法。2．掌握表面热处理的目的、方法和应用。6钢的表面热处理请观察下面图片，思考低碳钢退火后在切削加工时为什么也容易出现“粘刀”现象？如何用热处理的方法改善切削加工性能？再想一想，将原定用45钢制造的齿轮改用20钢制造，需要采用什么热处理工艺来保证轮齿表面具有同样高的硬度和耐磨性?

表面热处理——就是通过改变工件表面组织或同时改变表面的化学成分，使工件表面和心部具有不同性能的一种热处理操作。常用的表面热处理方法：表面淬火化学热处理一、表面淬火

表面淬火——仅对工件表层进行淬火的工艺，即钢件表面快速加热到淬火温度，当热量还未传到中心（或温度较低）时迅速冷却的一种热处理工艺。目的：使钢的表面获得较高的硬度

适用：中碳钢、中碳合金钢。

1．火焰加热表面淬火利用氧乙炔（C2H2）火焰加热工件表面，使其迅速加热到淬火温度，随之快速冷却的淬火工艺。特点：加热温度及淬硬层深度不易控制，易产生过热和加热不均匀，淬火质量不稳定。不需要特殊设备，适用于单件或小批量生产。火焰加热表面淬火示意图喷水管喷烧嘴移动方向淬硬层工件

2．感应加热表面淬火

利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面受到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺。（3）淬硬层深度易于控制，易实现机械化和自动化，适用于大批量生产。特点：（1）加热速度快。（2）淬火质量好。感应加热表面淬火二、化学热处理

化学热处理——将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。不仅改变了钢的组织，而且表面层的化学成分也发生了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。

根据渗入元素分：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。１．钢的渗碳

目的：渗碳的目的是提高钢件表层的含碳量，并使其具有一定的碳浓度梯度，主要用于表面硬度高且耐磨、中心部分韧性高的工件。

钢的渗碳——把钢件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区并保温，使碳原子渗入钢件表层的化学热处理工艺。

渗碳后处理：淬火＋低温回火。气体渗碳示意图煤油风扇电动机废气火焰炉盖电阻丝耐热罐工件炉体

2．钢的渗氮

目的：提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。

3．碳氮共渗

碳氮共渗——在一定温度下，将碳、氮原子同时渗入工件表层奥氏体中，并以渗碳为主的化学热处理工艺。

渗氮——在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。汽车变速齿轮简图例：汽车变速齿轮的热处理分析。以上图所示的汽车变速齿轮为例，经过对齿轮结构及工作条件进行分析后确定，该齿轮选用20CrMnTi的锻件毛坯。生产过程中，齿轮加工工艺路线如下：备料→锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火+低温回火→喷丸→校正花键孔→磨齿。热处理技术要求如下：齿面渗碳深度：0.8～1.3mm；齿面硬度为58～62HRC，心部硬度为33～48HRC。加工工艺中的热处理作用如下：（1）正火正火主要是为了消除毛坯的内应力，降低硬度，以改善切削加工性能，同时均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理做组织准备。（2）渗碳渗碳是为了保证齿面的含碳量及渗碳层深度的要求。渗碳应安排在齿形加工之后进行。渗碳后表面含碳量提高了，但必须进行淬火及低温回火才能提高硬度。热处理后的表面硬度可达58～62HRC；心部可得到低碳马氏体，具有较高的强度和韧性，硬度达33～48HRC。（3）淬火及低温回火已被工件吸收的活性原子，在一定的温度下由表面向中心扩散，形成一定厚度的扩散层。化学热处理基本过程

1．分解介质在一定的温度下，发生化学分解，产生渗入元素的活性原子。

2．吸收活性原子被工件表面吸收，进入铁的晶格而形成固溶体，当达到一定浓度时，与铁形成化合物。

3．扩散7铸铁的分类、牌号、性能和应用2．掌握铸铁的牌号、性能和用途。1．了解铸铁的分类。观察下面的图片，思考数控铣床和卧式车床等机床的床身都是用什么材料制成的？该材料有哪些性能特点？再想想，日常生产生活中还有哪些零件或物品是用铸铁制成的？普通车床数控铣床

一、铸铁的分类铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金。工业上常用的铸铁，含碳量一般在2.5％~4.0％的范围内，此外还含有硅、锰、硫、磷等元素。

1．根据碳存在的形式不同分：

灰铸铁白口铸铁麻口铸铁

2．根据石墨形态的不同分：

普通灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁二、铸铁的牌号、性能特点及应用１．灰铸铁的牌号及用途

HT（“灰铁”两字汉语拼音字母）＋一组数字（表示最小抗拉强度数值）。

HT200表示抗拉强度为200MPa的灰铸铁。

2．可锻铸铁的牌号及用途

KTZ450－06表示低抗拉强度为450MPa，断后伸长率为6％的珠光体可锻铸铁。

KT（可铁两字汉语拼音首字母）+H或Z+两组数字第三个字母代表可锻铸铁的类别：H（黑心可锻铸铁），Z（珠光体可锻铸铁）；后面两组数字分别代表最低抗拉强度和伸长率的数值。例如：

KTH300－06表示抗拉强度为300MPa，断后伸长率为6％的黑心可锻铸铁。

3．球墨铸铁的牌号及用途

QT（球铁两字汉语拼音首字母）＋两组数字例如：

QT400－18表示抗拉强度为400MPa，断后伸长率为18％的球墨铸铁。曲轴连杆

4．蠕墨铸铁

RUT（蠕铁两字汉语拼音首字母）＋一组数字例如：

RUT340表示抗拉强度为340MPa的蠕墨铸铁。在生产和生活中有哪些零件或物品是用铸铁做的，并分析其属于哪一类铸铁？世界最早的铁器我国的冶铁技术可以上溯到春秋战国时期。春秋时期，铁器已经在农业、手工业生产中使用，战国初或稍早就已发明铸铁技术。下图所示是战国时期的铁制农具，它们分别是铁锸、犁、铲、铁犁铧冠、锛、斧、钁、镢头。战国时期的铁制农具1．了解硬质合金的性能特点及其常用种类。2．了解有色金属的分类。3．掌握常用有色金属的牌号、性能和用途。8硬质合金、常用有色金属及其应用

数控加工中心用整体式钻头数控铣床用可转位铣刀飞机上的零件（如骨架等）内燃机活塞

有色金属——黑色金属以外的金属，也称非铁金属。

硬质合金是将一种或多种难熔金属碳化物和金属黏结剂，用粉末冶金方法制成的金属材料，即将难熔的高硬度的WC、TiC、TaC（碳化钽）粉末和钴、镍等金属黏结剂，经混合、压制成形，再在高温下烧结制成。一、硬质合金金属分类：

黑色金属——铁及其合金（钢铁）。

1．硬质合金的性能特点（2）抗压强度比高速钢高，但抗弯强度只有高速钢的1/3～1/2，韧性差，约为淬火钢的30%~50%。（1）硬度高、热硬性高、耐磨性好的硬质合金，在室温下的硬度可达86~93HRA，在900~1000℃温度下仍然有较高的硬度，故硬质合金刀具在使用时，其切削速度、耐磨性及寿命均比高速钢显著提高。二、常用的硬质合金类

别代号举例说明适用场合钨钴类硬质合金YG+数字

YG8表示钨钴类硬质合金，含钴量为8%适合加工脆性材料（如铸铁）钨钴钛类硬质合金YT+数字

YT5表示钨钴钛类硬质合金，含碳化钛5%适合加工塑性材料（如钢等）通用硬质合金（万能硬质合金）YW+顺序号如YW1、YW2等常用于加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料常用的硬质合金的类别、代号及适用场合

常见的硬质合金工具硬质合金数控刀具硬质合金圆片刀硬质合金拉伸模二、常用有色金属铜及铜合金铝及铝合金钛及钛合金铸造轴承合金

1．铜及铜合金的分类、牌号纯铜（又称紫铜）T+顺序号铜合金白铜黄铜普通黄铜H+数字特殊黄铜H+主加元素符号+含铜量的百分数+主加元素含量的百分数青铜B+主加元素符号及含量+其他加入元素的含量锡青铜铝青铜铍青铜硅青铜Q+主加元素符号含量+其他加入元素的含量B+镍含量

2．铝及铝合金的分类、牌号铝合金纯铝（银白色）变形铝合金铸造铝合金1×××（铝的质量分数不小于9900%），如1070A（代L1）、1060（代L2）、1050A（