金属工艺学教案

_金

_属

_工

艺

_学

_教

编案

者

机：

械

系安

•机荣

械

教

研

室

授课时间：班级：

本课课题：绪论

教学目的和要求：1.了解本课程的性质、任务和在生产中的地位。

2.了解本课程内容和机械产品制造全过程的概念。

3.熟悉学习本课程的基本要求和方法。

重点与难点：了解本课程的性质及意义。

教学方法：讲授法和录像观摩。

课型：理论课

金属工艺学（邓文英主编）

教学过程

绪论

为什么要学金属工艺学（机械工程材料工艺学）？

金属工艺学是一门传授有美制造金属零件工艺方法的综合性技术基

础课。它主要传授各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和

相互关系；金属零件的加工工艺过程和结构工艺性；常用金属材料性能对

加工工艺的影响；工艺方法的综合比较等。

研窕的对象：常用的工程材料、材料的各种加工处理工艺。

例如：

钢铁、铝合金、铜合金、塑料等材料及热处理工艺、焊接工艺、铸造

工艺、切削加工二艺等加工处理工艺。

举例：

常用主轴材料:45o技术要求：调质处理。

箱体材料:HT200。技术要求：退火。

国家工业发展的三大支柱：材料、信息、微机。

1.工程材料是国家工业发展的物质基础。

工业和R常生活都离不开工程材料的使用，研究材料最终是为人类的文明

进步而服务。

2.作为工科类专业所必须掌握的一门功课。

基础课f（桥梁）一专业课

机械工程材料工艺学是一门技术基础课，对专业课和基础课起着桥梁的

作用。

二、机械工程材料工艺学课程有什么特点？

1.本课程同实践紧密相联系，是一门实践性很强的学科。

2.通过生产实践才能融会贯通地学习掌握（安排了钳工、金工实习）。

3.为了弥补实践方面的不足，采用录像教学以及到工厂参观和实习，通过

师生的相互努力来学好这门功课。

三、怎样才能学好机械工程材料工艺学？

1.注意各章节的联系、学习、复习、巩固、应用、总结。

2.要理解、要提问题、不能累计问题。

3.抓住主要内容：金属材料及热处理基本知识，铸造、锻造、焊接、切

削加工基本常识。

随着科学技术和生产力的不断发展，金属工艺学的内容构成也有所发展。

应当指出，本课程的发展必然是有关学科的相互渗透和综合，而不是兼收并

蓄、包罗万象、内容越来越复杂。它仍属工艺学范畴。

金属工艺学是实践性很强的技术基础课，它有利于对学生进行技能训练，

有利于培养学生具有更高的实际能力和开拓精神。

录像教学：绪论J056（25分钟）

作业布置：

课后总结：

授课时间：班级:

本课课题：钢铁生产简介。

FeO+Si-SiOz+Fe

FeO+C-CO+Fe

FeO+Mn-*MnO+Fe

SiO2+MnO-MnSi02(t)

③造渣剂(熔剂)(生石灰)一主要去除S、P等杂质。(举例：家用磷帆

净水作用)

Fe+S-FeS

CaO+FeS-CaS(t)+FeO

P+O2-P2O5

D

Fe+P2O5-*Fe3(04)2

CaO+Fe3(POD2->Ca3(POD2(f)+FeO

2.设备：转炉（正在普及设备）、电弧炉（最好）、平炉（淘汰设备）。

3.产品：①钢锭（简称钢包）：有特镇静钢

（TZ）、镇静钢（Z）、

半镇静钢（b）、沸腾钢（F）o

②钢渣。

③煤气。

录像：钢铁的冶炼简介J059（28分钟）

作业布置：

课后总结：

授课时间：班级:

本课课题：金属材料的力学性能。

教学目的和要求：熟悉强度和塑性的指标及其意义。

重点与难点：强度和塑性。

教学方法：讲授法和观摩法。

课型：理论课

教学过程

第一章金属材料的主要性能

复习旧课：钢铁的冶炼。提问：炼钢、铁的原料？

第一节金属材料的力学性能（机械性能）

材料的性能：

使用性能：物理性能、化学性能、力学性能（机械性能）。

工艺性能：热处理性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能。

力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出（静载荷、动载荷、交变载

荷）的性能。

一、强度与塑性

概念：静载荷、应力

试验:拉伸实验试样一低碳钢、LO=5dO>L（）=l（）d（）GB（6397-86）

要求同学们实验指导书（图书馆查资料-，锻炼学生的自学能力）。

材料的力学性能实验。

分析：（从中导出材料的强度和塑性）

P:Fe、ALe°S:FS、ALs。S'-Fs'、ALs-ALs'。b-△Lb.F-Fbo

(I)F=0、AL=0

（2）F<FC、ALo.c<ALc

Fo-e=ALo-e义tga=ALo-，eXK

。〜ALe:弹性变形阶段。

（3）Fe<F<Fs、ALe<AL<ALs

Fe-s^ALe.s'<tga

△Le〜ALs塑性变形阶段（永久变形）（微量塑性变形）。

（4）F=Fs>Fs'、AL=ALs-ALs',S屈服点（“屈服”现象）。

△Ls-ALs,塑性变形阶段（屈服变形）

（5）Fs'<F<Fb、ALs*<AL<ALb

△L；〜ALb塑性变形阶段（大量塑性变形阶段）

（6）F=Fb、AL=△Lb,Fb最大载荷、b缩颈点。

（7）FkvFvFb、ALb<AL<ALk,塑性变形（“缩颈”现象）。

（8）F=Fk断开。

1.强度：

定义：塑性变形、断裂的能力。

衡量指标：屈服强度、抗拉强度。

（1）屈服点：

定义：发生屈服现象时的应力。

公式：。s=Fs/Ao（MPa）

F、一材料发生屈服现象时的力。

S。一材料的原始横截面面积。

条件屈服强度规定：0ro.2=F0.2/Ao（无明显的屈服现象的材料）

应用：汽缸盖和汽缸体之间的密封性（螺栓联接）超过螺栓材料本身的屈

服强度。

（2）抗拉强度：

定义：最人应力值。

公式：ob=Fb/Ao

Fb-最大的载荷。

So-材料的原始截面面积。

应用：汽缸的密封、钢绳吊重物、机车的牵引等。

os/ob屈强比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。

2.塑性：

定义：发生塑性变形，不破坏的能力。

衡量指标：伸长率、断面收缩率。

（1）伸长率：

定义：

公式：6=（L1-L0）/LOX100%

Li—拉断后的长度。

Lo一原来的试样长度。

注意：长、短试样测出的§值不相等（比较大小，要同样的试样）。

Lo=5d（）65

Lo=lOdoBio=3

&>5%一塑性材料、水<5%—脆性材料。

45:35F8.7%61<65

（2）断面收缩率:

定义：

公式：中=（A0-A1）/A0X100%

So一原截面面积。

Si—断口处断面面积。

甲5用。

,值越大，塑性越好。

总结：s中越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。

录像：拉伸试验。

作业布置：

课后总结：

授课时间:班级：

本课课题：金属材料的力学性能。

教学目的和要求：1.掌握洛氏硬度、布氏硬度的试验原理、

特点及其应用范围。

2.了解金属夏比冲击试验、多次冲击试验简介。

3.了解金属疲劳的概念，提高疲劳强度的措施。

重点与难点：硬度、冲击韧性、疲劳强度的概念。

教学方法：讲授法

课型：理论课和录像观摩。

教学过程

复习旧课：强度和塑性的概念。

二、硬度

硬度.

定义：抵抗更硬物体压入的能力。

衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

1.布氏硬度:HB

试验：GD84o一定直径的钢球IIBS（硬质合金IIBW）,规定的载荷及时

间后。

HB=F/S（N/mm2）<650

举例：钢球直径：10mm,载荷:30KN（F=30D2）,时间：规定10（s）«

材料：压痕直径:d0=3.92mm查表：HBS=239

（1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。

（2）优缺点：精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。

2.洛氏硬度：HR、（HRA.HRB.HRC）

试验：GB83o一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测

出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。

HRA.HRB.HRCo一般通常习惯用HRC（无单位）。

（1）应用范围：钢及合金钢。

（2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。

3.维氏硬度：

试验：GB83o一定锥形的金刚石，在规定的载荷、时间后。

HV=F/S

（1）应用范围：测薄片和镀层。

（2）优缺点：数值精确，但操作麻烦。

4.肖氏硬度HS、锂氏硬度、显微硬度HM

总结：数值越大，硬度越高。但相互之间不能比较，必须查表为同单位才

行。

三、韧性

概念：动载荷、“梅氏”试样（金属夏比试验）。

冲击韧度：

定义：抵抗冲击载荷而不破坏的能力。

衡量指标：ak=Ak/A（J/cm2）

ak---次性冲击试验的标准。

多次冲击:Akios、oboAkf-叩、3

ak和温度有关：温度越低，Qk越小。（低温易冲断）脆性临界转变温度。

四、疲劳强度

概念：交变载荷、疲劳现象

试验：疲劳实验法。

衡量指标：疲劳强度。-1

钢：107、有色金属：108。amax=o-l

五、蠕变和松弛：（补充内容）

1.蠕变：蠕变强度

高温下容易产生C

2.松弛：松弛强度

高温下容易产生°

录像：硬度试验、冲击试验和疲劳试验。

作业布置：

课后总结：

授课时间：班级:

本课课题：材料的物理性能、化学性能。

教学目的和要求：1.掌握材料的物理性能、化学性能

（复习过去的相关内

容）。

2.了解它们在实际生产中的应用。

重点与难点：物理性能和化学性能的应用。

教学方法：讲授法

课型：理论课

教学过程

第二节金属材料的物理、化学及工艺性能

复习旧课：学习本课的实际意义。

金属的性能：物理性能、化学性能。

一、物理性能：

1.比重：单位体积内物体的重量。

密度：单位体积内物体的质量。

铁:7.8克/厘米3、铜:8.9克/厘米3、铝:2.7克/厘米3、钛:4.51克/厘米3

Y<5g/cm3一轻金属、丫>5g/cm3f重金属。

应用：飞机制造业、子弹头、检验材料、炼铁、炼钢、铅球等。

2.熔点：固体一液体的温度点。

凝固点：液体一固体的温度点。

铁：1538℃、铜：1083℃、铝：660℃、钛：1660C。

应用：耐高温材料（飞机、导弹、航天）、防火安全阀、熔断器（保险丝）

等。

3.热涨性：一般而言，金属材料具有热胀冷缩的性能。

材料不同，热胀冷缩的大小也不同。

应用：电线的形态、桥梁的架设、钢轨的铺设、精密的测量工具、电冰箱、

电饭锅等。

4.导热性：金属具有传导热能的性质。

导热材料的顺序：银、铜、铝等。

金属材料的杂质越多、导热性越差。高速钢导热性差，加热要缓慢，以防

开裂。

应用：陶瓷、水壶的水垢等。

5.导电性：金属具有传递电流的性质。

导电材料的顺序：银、铜、铝等。

应用：电火花加工（下册P.78〜80、电解加工、电子束加工及制造电线、

电缆、玻璃拉丝模等。

6.磁性；金属材料在磁场的情况下磁化（分为软磁和硬磁）。

例如：铁、银、钻等。

应用：手表材料、磨床的磨削加工（P.71下册）等。

二、化学性能：

1.耐蚀性（耐酸碱性）：金属材料抵抗腐蚀的性能。例如：钢铁生铁锈、

铜生铜绿（造成重大事故）。应用：食品行业、饮料行业、医药行业、化工行

业等。

2.抗氧化性：高温时抵抗氧化的能力。

应用：锻打、电焊、热处理等。

3.化学稳定性：在常温下，化学稳定的性能,

应用：耐热设备、高温锅炉等。

三、工艺性能：是指是否易于进行冷、热加工的性能。

包括：热处理性能（第三章）、铸造性能（第二篇）、焊接性能（第

三篇）、锻造性能（第四篇）、切削加工性能（第五篇）。（最后要和书名金属工

艺学联系上）

以上各种工艺性能将在以后有关章节中分别介绍。

作业布置：

课后总结：

授课时间:班级:

本课课题：铁碳合金的晶体结构与结晶过程。

教学目的和要求：1.了解晶体与非晶体，晶格、晶胞、晶格常数的意义。

熟悉两种常见的金属晶格类型。

2.了解结晶的概念、结晶基本过程，晶粒大小对金属力

学性能影响及其控制措施，纯铁的同素异晶转变。

重点与难点：铁碳合金晶体结构和同素异晶转变。

教学方法：讲授法

课型：理论课和录像观摩。

教学过程

第二章铁碳合金（钢和铸铁）

第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变

复习旧课：材料的力学性能。

一、金属的结晶

结晶：液态金属凝结成固态金属的现象。

概念：理论结晶温度一金属在无限缓冷冷却下结晶得到的结晶温

度To。（计算出来的）

实际结晶温度一金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。

（实际测量出来的）（平时浇注的温度）

一、金属结晶的过冷现象：

过冷现象：

金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,Tn<TOo

过冷度:To=Tn=AT（变量）。

冷却速度越大，过冷度越大。

金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,TnvTo。

过冷度:To=Tn=AT（变量）。

冷却速度越大，过冷度越大。

金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度,Tn＜To。

过冷度:To=Tn=AT（变量）。

冷却速度越大，过冷度越大。

1.在ab段：金属均呈现液体，

2.在be段：液体中某些原子结成晶核（自发晶核）（晶坯）晶核不断长大

形成枝晶直到晶粒。

3.在cd段：每一个晶核形成一个晶粒，从而形成含有多晶体的金属固体。

概念：晶粒、晶界。

晶核一枝晶一晶粒一多晶体。

晶核一枝晶一晶粒

晶界；晶粒。晶粒越多，晶界也越多，则晶粒移动所受的阻力越大，宏观

来看，材料越不容易发生变形，即材料的硬度越高，强度越好。

总结：晶粒越小，则材料的力学性能越好。

采用的主要途径是：

品核数目越多一晶粒越多一晶粒越细小，从而提高材料的力学性能。

（1）提高过冷度：（＞107℃/s非晶态金属）

实验测出：冷却速度越大，生核速率越大＞长大速率。

（2）变质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（变

质剂）

（孕育剂）形成非自发晶核，使晶核数目增多，晶粒变细小。

（3）机械振动：使枝晶破碎成为几个晶核，使晶核数目增多（超生波振

动等）。

二、纯金属的晶体结构

概念：原子球、结点、晶格、晶胞、晶格常数（a、b、c、a、B、y）

致密度：晶胞中原子占有的体积与晶胞体积之比。

纯金属的晶格类型：

1.体心立方晶胞

例如：纯铁（a-Fe）912℃I、W、Mo、V、Cr（B-Ti）882℃t

立方体:a=b=c；a=8=丫=90°

原子数：8Xl/8+l=2

致密度:0.68

原子的晶格结构不同，则性能不同，即使原子的晶格结构相同，但由于原

子的质量不同，性能也不同。

2.面心立方晶格

立方体a=b=ca=B=丫=90°

原子数:8X1/8+6X16=4

致密度：0.74

举例：铜:a=b=c=3.608X108、铜原子M=63.54X1.67X1()—24g

铜原子的直径：D=2.5505A,计算铜的密度？

纯铁(丫一Fe)912〜1394℃、Al、Cu、Ag、Mn等。

三、纯铁的同素异晶转变(举列钻石和石墨)

纯铁：a—Fe一(912℃)Y-Fe(1394℃)-5-Fe(1538℃)-L

二次结晶或重结晶。

提问：一定质量的纯铁加热到912〜1394c时，体积是增加还是减少，若

继续加热到1394〜1538℃时，体积是增大还是减少？

授课时间:班级:

本课课题：铁碳合金

教学目的和要求：1.了解合金、组元、系、相、固溶体、金属化合物、机

械混合物。

2.熟悉铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体。

重点与难点：铁碳合金组织及其力学性能。

教学方法：讲授法。

课型：理论课

教学过程

第二节铁碳合金的基本组织

复习旧课：细化金属材料晶粒的方法及纯铁的结构。

元素(金属+非金属)共为1()8种，而纯金属一般共为83种。

Fe:HB80、。b=200MPa、C:HB3.。gO,

Fe+C组成的合金化合物：HB8OO、。b=4()0MPa。

Al:IIB25>。b=8OMPa。

Al+Mg+Mn组成的铝合金化合物：HB7O、。b=28OMPa。

而工业中的金属材料均为合金。

合金：

定义；金属元素同另一种或儿种金属元素或非金属元素组成的具有金肩特

性的新材料。

金属特性：导电性、导热性、塑性、光泽。

例如：钢铁合金:Fe+C+Mn+Si、铝合金：(Al+Mg+Mn)、(Al+Ze+

Mn)、

铜合金：(Cu+Zn)>(Cu+Sn)、(Cu+Ni)等。

产生具有优良的使用性能和工艺性能方面的新材料(特出的物理、化学性

能)。

组元：

定义：合金中的最小单元。

合金系：

合金中百分含量不同的组元构成的一系列合金。铝合金(Al+Mg+Mn)。

铝合金:Al:99%、97%、95%、……..

Mg:0.5%、2%、2%、......

Mn:0.5%、1%、3%、......

二元合金系、三元合金系、四元合金系。

相：

具有同一化学成分，同一聚集状态，且有明显界面分开的独立均匀部分。

例如：液一单相、固相一单相、液+固一两相。

一、固溶体：

定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。

置换固溶体:d质/d剂＞（）.85。（胖子到教室形象举例）

晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。

无限置换固溶体:Cu+Ni

有限置换固溶体:Cu+Zn

温度越高，则溶解度（固溶量）越大。

间隙固溶体:d质/d齐k0.59。（瘦子到教室形象举例）

晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。

只能形成有限固溶体:C-*Q—Fe、727℃0.0218%。

因形成固溶体使材料强度.硬度升高的现象一固溶强化.（合金的好处）

1.铁素体F:C-*c-Fe中形成的固溶体。

单相、层片状、体心立方晶格。

20℃0.0008%C（工业纯铁）。

727℃0.0218%Co

机械性能：8=30〜50%、W=70〜80%、。ku=160〜200J/cm2.。b=

18（）〜280MPa、HBS50〜8（）（770℃I磁性）。（应用简略提一下）

（饱和的盐水凝固点一21℃、其沸点108℃。饱和NaOH溶液沸点314℃。）

2.奥氏体A:C-丫-Fe中形成的固溶体。

单相、层片状、面心立方晶格。

727℃0.77%C.1148℃2.11%C。

机械性能：5=40〜60%、ob=400〜50MPa、HBS=170〜220、抗磁性。

（应用提一下）

二、金属化合物（中间相）（强化相）

形成：温度降低时析出的一种新材料。

Fe3C.Fe2.4C.VC.WC.CuZn、Cu21Zn22

ot、HRCI、6|、v|、ctkuIo

渗碳体C:F+C层片相间叠加。硬度极高，而塑性、韧性极低。

三、机械混合物：

1.定义：Q—固溶体+B-固溶体---Fa—金属化合物+B—金属化

合物

2.例如：钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等。

珠光体P：F+Fe3c

两相，机械混合物。0.77%Co

机械性能：§=20〜25%、。b=800〜850Mpa、HBS=280〜260。

强度高、硬度较高。（应用提一下）

2.莱氏体Ld、Ldr:两相机械混合物，含碳量:4.3%C。

fLd=A+C727-1148℃o（高温莱氏体）

LLd'=P+C2（）〜727℃。（低温莱氏体）

机械性能:HB=560〜600、6=4〜5%。性能与渗碳体相近。（应用较少）

总结：硬度最高的是渗碳体，强度最好的是珠光体，高温下奥氏体塑性最

好，常温下铁素体塑性最好，莱氏体硬度较高。

布置作业:

课后总结:

授课时间:班级:

本课课题：铁碳合金

教学目的和要求：1.熟悉简化的Fe-Fe3c状态图、分析：特性点、线和区

域组织。

2.熟悉典型成分铁碳合金的结晶过程分析及其在室温

下的组织。

重点与难点：掌握铁碳合金状态图。

教学方法：讲授法。

课型：理论课

教学过程

第三节铁碳合金状态图

复习旧课：铁碳合金组织及其力学性能。

一、铁碳合金状态图的建立

（1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。

（2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成分一温

度坐

标中。

（3）将意义相同的临界点连接起来。

二、Fe—Fe3c合金状态图的分析：

1.点(特性点)：

AI538℃l()()%Fe的熔点；D1227℃100%Fe3c的熔点；

G912℃100%Fe的同素异晶转变点(重结晶温度点)；

C1148℃4.3%C共晶点L-Ld(A+C)共晶反应；

F1148℃6.69%C虚点；P727℃100%Fe虚点；

K727℃6.69%C虚点、E1148℃2.11%C碳在丫一Fe中的最大

固溶量；

S727℃0.77%C碳在Y-Fe中的最小固溶量:，共析点A-P共析反

应。

2.线(特性线)：

(1)AC线：液相线开始结晶出奥氏体:L-L+A。DC线：液相线开始

结晶出渗碳体:L-LK。

(2)AE线：固相线奥氏体结晶终了线:L+A-A。ECF线：固相线(共

品)•共品反应I—>Td.

(3)GS线一A3线：从最氏体中开始析出铁素体线。

(4)ES线一Acm线：从奥氏体中开始析出渗碳体线(碳在奥氏体中的固

溶线)。

(5)PSK线一A1线：共析线；共析反应A->P(F+C)共晶体。

(6)PQ线一碳在铁素体中的溶解度曲线。这种由铁素体中析出的渗碳体

为三次渗碳体。

3.分类：

含碳量分类：

工业纯铁:CW0.0218%C

钢:0.0218%<CW2.11%

白口铁:2.11%<C<6.69%

钢分类：

共析钢:0.77%P

亚共析钢：C<0.77%P+F

过共析钢：00.77%P+C

共晶白口铁分类：

共晶白口铁:4.3%CLd'

亚共晶白口铁:C<4.3%CLd'+P+C

过共晶白口铁：C>4.3%CLd'+C

三、钢在结晶过程中的组织转变

实验：热分析法一(C:0-6.69%)实用价值。

1.共析钢：

0.77%C:LT+AfAfP

分析•：在727℃发生共析反应,A中含碳多少？P中含碳多少？

(727'C:F=88.78%、C=1L22%)

2.亚共析钢：

().5%C:—L+A-A-A+F-*P+F

分析：①A-A+F在一点以上A中含碳多少？随着温度降低,A

中含碳是逐渐增

加还是减少？

②A+F-P+F在冷却到一点时，A中含碳增加到0.77%C,发生

共析反应A-*D,

727c时，P、F各占百分多少？

727℃:F=35.34%、P=64.66%。20℃:F=92.64%、C=7.36%。

3.过共析钢：

1.0%C:L-L+AfAfA+C-P+C(P=96.1%、C=3.9%)

分析：①A-A+C在一点以上,A中含碳多少？C中含碳多少？

在一点以下，随着温度降低,A中含碳逐渐增加还是减少？

②A+C-P+C当冷却到f时，A中含碳逐渐减少到0.77%C,发

生共析反应

A-P,727C,P、C相对含量是多少？

VI.亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁请学生自行分析。

铁碳合金的组织和性能：

工业纯铁塑性好。

亚共析钢:F+P取决于F、P的含量。

共析钢:P强度高。

过共析钢：P+C取决于P、C的含量(C为网状的二次渗碳体，脆、不合

格)。

亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁自行分析。

力学性能和含碳量的关系曲线图。

力学性能

4.Fe-Fe3c状态图的应用。

正确选材：

①.CW0.25%,低碳钢:塑性好，韧性好。

②0.25%«X0.60%,中碳钢：综合机械性能好。

③.0.60%WCW1.4%,高碳钢：硬度高，耐磨性好。

制定工艺性能：

①铸造方面：

共晶成分的铁碳合金铸造时，组织致密，不易偏析。

②锻造方面：

钢加热到固相线AE以下200°。及A3线上170C之间，利用奥氏体塑性好。

③焊接方面：

④热处理方面：

课堂讨论：碳对铁碳合金组织和性能的影响。

布置作业：

课后总结：

授课时间:班级:

本课课题：碳素钢

教学目的和要求：1.了解常存杂质元素对碳钢性能的影响。

2.掌握碳钢的分类、牌号、性能和用途。

重点与难点：碳钢的分类、牌号、用途。

教学方法：讲授法。

课型：理论课和习题课。

教学过程

第四节工业用钢简介

复习旧课：碳对铁碳合金组织和性能的影响。

一、钢的分类

碳钢的分类、编号和用途：

分类：

①低碳钢:<0.25%C①亚共析钢：0.008-0.77%Co

②中碳钢：0.25%这CXO60%②共析钢：0.77%CO

③高碳钢:0.60%<CWL4%③过共析钢：0.77〜2.11%C。

质量：

①普通碳素钢：SW0.05%、PW0.045%。

②优质碳素钢：SW0.04%、PW0.04%。（加国际不接轨）

③高级优质碳素钢：SW0.03%、PW0.035%。

用途：

①碳素结构钢：

②碳素工具钢：

冶炼：

①平炉钢（逐渐淘汰）②转炉钢（使用）③电弧炉钢。

酸碱性：

①酸性钢②碱性钢③中性钢。

钢的分类：碳素钢和合金钢。

二、碳素钢：

钢中杂质含量对其性能的影响

1.铳Mn:0.25〜0.8%Mn,有益元素，脱氧剂。提高钢的强度和便度，特别

是降低钢的的脆性。

2.硅Si:<（）.4%Si,有益元素，脱氧剂。提高钢的强度。

3.硫S:<0.050%,有害元素，热脆（红脆性）。（FeS+Fe）为共晶体,985℃

为液体。

硫的含量越高，热脆性越严重。

4.磷P:<0.0045%,有害元素，冷脆。使钢常温下其塑性和韧性急剧下降，

脆性转变温度升高，在低温时，这种现象更加严重。

5.氢H：<0.0001%,有害元素，氢脆，白点。过多的氢分子会导致钢的开

裂。

总之，杂质元素对钢材的性能与质量影响很大，必须严格控制在所规定的

范围内。

碳素钢分如下三类：

(1)普通碳素结构钢：

新：Q235A(F、b、Z)、。s2235MPa0

旧:甲类钢:ALA2.A3............A7满足机械性能要求的。

乙类钢:Bl、B2、B3、......B7满足化学性能要求的。

特类钢:C2,C3,……..C5满足机械和化学性能要求的。

通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。

(2)优质碳素结构钢：

普通含锌量钢:0.25〜0.8%Mn。

较高含镒量钢:0.70〜1.20%Mn0

举例:45:0.45%C左右、0.50〜0.80%Mn左右。

45Mn:().45%C左右、().7()〜1.0()%Mn左右。

常用于齿轮、主轴、连杆一45。

弹簧、板簧、发条f65.65Mn。

(3).碳素工具钢：

优质碳素工具钢:T+数字。

高级优质碳素工具钢:T+数字+A。

举例：T7、T8、T9、.......T14o含义：0.7%、0.80%、0.9%…….1.4%

T7A.T8A.T9A.............T14A。主要用于剪刀、斧头、锯子、铿刀等。

三、合金钢：

钢：非合金钢、低合金钢、合金钢。

合金钢：低合金钢、合金钢。

碳钢在200℃时，机械性能剧烈下降，而合金钢在650℃时，其机械性能才

略为下降。

质量：优质钢、高级优质钢(A)、特级优质钢(E)。

I合金^结中勾银I

起首两位数字表示平均含碳量的万分之几，其后的符号表示所含的主要

元素；若元素含量<1.5%,不标数，元素含量21.5%,其后的数表示其百分含

量。最后标“A”则称为高级优质合金结构钢(滚动轴承钢除外)。

例：12CrNi3:0.12%C.Cr<1.5%、3%Ni

20CrMnTi:0.20%C.Cr、Mn、Ti<1.5%

15Cr>20Mn2B.55Si2MnA

2.合金工具钢

当含碳量21.()%时，不标含碳量数当含碳量<1.0%时，起首数表示含碳量

的千分之几。合金元素同上。

例：9Mn2V:0.9%C.2%Mn、Vvl.5%

CrWMn:C21.0%、C「、W、Mn<1.5%。

W18Cr4V.W12Cr4V4Mo>9SiCr0

3.特殊性能钢

起首数表示含碳量的千分之几，若起首为“0”，则表示含碳量<0.10%；

若起首数为“()0”，则表示含碳量为W0.03%,合金元素同.匕

例:9Crl8:0.9%C、18%Cr«

lCrl8Ni9Ti:0.1%C.18%Cr、9%Ni、Ti<1.5%。

0Crl7Mn13Mo2V:C<0.l%>17%Cr、13%Mn、2%Mo、N<1.5%

0Crl8Ni9Ti.1513.1028、0Crl7Tio

第五节零件选材的一般原则

选择材料的一般原则如下：

1.应能满足冬件的工作要求：安全第一。

2.应能满足工艺性能要求：质量第一。

3.必须重视材料的经济性：效率第一。(以铁代钢，以铸代锻)

问答题：

一、根据铁碳合金状态图，说明下列原因：

1.含碳1.()%的钢比含碳().5%的钢硬度高。

2.含碳1.2%的钢比含碳0.6%的钢强度高。

3.钢宜压力加工成形，铸铁宜铸造成形。

4.钳工锯T8、T10钢比锯10、20钢费力，锯条宜钝。

5.在1100℃含碳0.4%的钢能锻造，而含碳4.0%的生铁不能锻造。

6.捆扎物品的铁丝一般都用低碳钢，而吊车用的钢缆却用中碳钢。

7.制造滚动轴承的材料均是高碳钢。

8.制造刮刀、刻字刀具均用高碳钢。

9.制造型材的钢均用08、10号钢。

二、选择对应的材料：

4565A3(Q235A)T13T8A10ZG280~500o

弹簧主轴螺钉锯子锤子箱体油箱盖。

布置作业：

课后总结：

授课时间:班级:

本课课题：钢的热处理

教学目的和要求：1.掌握退火的目的、种类、方法及应用。

2.掌握正火的目的、方法及应用。

重点与难点：正火和退火的应用。

教学方法：讲授法和录像观摩。

课型：理论课

教学过程

第一节概述

复习旧课：碳素例的分类和牌号及其应用。

第四章钢的热处理

现代工业生产中，为了不断提高金属下材料的机械性能，采用两种方法：

①合金化法一碳钢中加入合金元素（调整钢的化学成分）。

②热处理法一碳钢进行工艺处理（调整钢的组织）。

热处理：钢在固态范围内，通过加热、保温、冷却，改变金属材料的内部

组织，改变材料的力学性能。

一个条件，三个过程：Soldhot—keep—coIdo

分类：

普通热处理：退火、正火、淬火、回火。

热处理\表面淬火：火焰加热和感应加热法。

表面热处理

I化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。

*【第一节：热处理的基本原理】（教课书省略）

一、钢的加热和保温时的组织转变：

绝大多数的热处理均是把钢加热到使其转变为奥氏体组织且尽量保

持细小的晶粒。

1.钢在加热（冷却）时组织转变的温度。

AC1一加热时，珠光体转变为奥氏体的温度，

AM一冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。

AC3一加热时，铁素体转变为奥氏体。

Ar3一冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始温度。

ACCm一加热时，二次渗碳体在奥氏体中的溶解的终了温度。

ArCm一冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的终了温度。

钢号:10253050T10T12

AC1:727735732727730730

AC3:876840813774

Ar3:850824796755

Ari:710710714718718713

ACCm:800820

加热、冷却时的理想温度:ALA3.ACm

实际加热温度：ACl.AC3.ACCm（0〜+20℃）

实际冷却温度：Arl.Ar3、ArCm（020℃）

2.钢加热时的变化：

以共析钢为例：

①加热到AC1以下时，依然是P；

②加热到AC1时，A晶核产生；

③继续加热，A晶核长大，F-A、C溶解；

④残余C溶解；

⑤均匀化。

亚共析钢、过共析钢分析：

共析钢等温曲线图

（时间）

根据组织分成三个转变区：

1.高温转变区（珠光体转变区）：A1〜550℃,P。

A1〜65（）℃,A'-P粗、HRC15〜22.3=2（）%、。b=55（）MPa°

650〜600℃,A'fP细（索氏体S）、HRC22〜27、6=18%、o1=870MPao

600〜550cA'-P极细（托氏体T）、HRC27〜43.6=18%、。b=

HOOMPao

2.高温转变区（贝氏体转变区）：550~Ms,A-A'一B=C粒+F。

550〜350cA'-B上（羽毛状）=C粒+F条状,HRC40〜45。

350〜Ms,A'-B下（竹叶状）=C粒+F针,HRC45〜55。

3.低温转变区（马氏体转变区）：Ms〜Mf,A-A'fM+A'残。

M：C-*a-Fe（过饱和地溶解）,HRC65〜66,硬度很高。

特点：①Ms〜Mf范围；

②内应力很大；

③A'不能100%转变为M。

三、钢的冷却曲线应用：

等温冷却：定性

连续冷却：定量

炉冷：10℃/min、空冷：lOC/s、油冷：150C/S、水冷：600C/S。

PS+PS+T+MM+A'残

临界冷却速度Vk=V临。】

补充内容：

影响C曲线的因素：

①含碳量：C<0.77%C%tC曲线右移。00.77%C%tC曲线左移。

②合金元素：除Co外所有的合金元素均使C曲线右移。

③加热温度：温度越高，C曲线右移。

保温时间：时间越K,C曲线右移。

亚共析钢的C曲线过共析钢的C曲线

第二节退火和正火

方法:

普通热处理：退火、正火、淬火、回火。

热处理表面淬火：火焰加热和感应加热法。

表面热处理化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。

一、退火：

把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工

艺法。

目的：①提高钢的塑性和韧性（利于切削加工）；

②消除钢的内应力（以防钢件变形和开裂）；

③均匀组织；

④为随后的热处理做准备（组织上为以后的热处理做准备）。

退火的种类：

（1）完全退火：（亚共析钢）

把钢加热到AC3线以上30〜5（）C的温度，保温一定时间（1.5〜

2.5min/mm30min/m3）（碳钢按有效厚度或直径每25毫米为1

小时，合金钢按有效厚度或直径每20亳米为1小时，保温时间

与工件形状、材料质量、装炉量等有关）然后随炉冷却的一种

工艺。

组织分析:P+F-AfA'-P+F（重结晶退火）。（实际生产中在炉中冷

却到500℃左右即可出炉冷却）

（2）球化退火：（过共析钢）

把钢加热到AC1线以上20〜30℃的温度，保温一定时间（5〜

6min/mm1hour/m3）然后随炉冷却的一种工艺。

组织分析:P+Fe3c网fA+Fe3c网fA'+Fe3c球-P+Fe3c球。

（实际生产中冷却到500℃以下时，组织转变完成，可取出空冷）。有些难

于形成颗粒球状渗碳体的钢，可以多次并重复上述过程一循环退火（周期化退

火）。

（3）低温退火：（亚、共、过共析钢）

把钢力口热至I」500〜650℃,保温一定时间（6〜8min/mm、1.5hour/m3）,然

后随炉冷却的一种工艺。（低温退火）若用于消除加工硬化（65（）〜75（）℃）,空

冷，则称为再结晶退火。

组织分析:P+F-P+FfP+FfP+F

Pf学生分析。

P+Fe3CiL学生分析。

（4）扩散退火：（亚、过共析钢）

把钢力口热至ljAC3线以上150〜200℃、ACCm线以上150〜200c保温一

定时间（10〜2（）hour）然后随炉冷却的一种工艺。（加热温度高，保温时间长，成

本高，钢的烧损量大，晶粒粗大），这种工艺是为了消除钢中的成分不均匀的

现象。

二、正火：

把钢加热到AC3线或ACCm线以上30〜50℃的温度，（4〜5min/mm、

1hour/m3

经过保温后，随空气冷却的一种工艺。

目的：①提高低碳钢的硬度。（利于切削加工）

②消除网状渗碳体组织。（冷却速度较大，网状来不及形成）

③改善钢的组织。（细化晶粒，均匀组织）

因正火是在空气中冷却，得到的组织晶粒细小，且缩短了冷却时间，

提高了生产率和设备利用率，是一种比较经济的方法，应用较广泛。但是

难于消除再结晶退火,

组织分析:P+F-AfAfA'-S+F

P+FesCA—AfA'fS+Fe3c粒

应用：①对一些大型或形状复杂的零件，淬火有开裂的危险，用正

火；

②对于含碳量0.3〜0.5%的钢件，用正火代替退火；

③含碳量低于0.3%的钢件，采用正火，能提高硬度利于切削。

②完全退火

③球化退火

④正火

⑤去应力退火

布置作业：

课后总结：

授课时间：班级：

本课课题：钢的热处理

教学目的和要求：1.掌握淬火的目的、方法及其应用。

•….…2.熟悉回火的目的，掌握回火方法及其应用。

重点与难点：淬火和回火的目的、方法及其应用。

教学方法：讲授法和录像观摩。

课型：理论课

教学过程

第三节淬火和回火

复习旧课：退火和正火的目的及其应用。

一、淬火：

在固态范围内，把钢加热到一定的温度(亚共析钢Ac3+30〜50°、

共析钢及过共析钢Acl+30〜5(T)，保温一定时间，(1.5〜2.5min/mm、

30min/m3)(时间与钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸加热介质、装炉方法,

虽经验公式一热处理手册，但生产实际中是综合上述的因素通过实验才能合

理的选定)以大于或等于临界冷却速度冷却下来的一种热处理工艺。(>Vk)

目的：获得马氏体组织，从而提高钢的硬度和耐磨性。

(1)严格控制淬火加热温度。

(2)合理选择淬火冷却介质。

目的：既能得到高硬度的马氏体，也不会产生变形、开裂。

共析钢等温冷却C曲线图

(a)实际水中的冷却曲线。(b)实际油中的冷却卅线。(c)理想淬火剂的

冷却曲线。

分析MNQT(c)冷却曲线：MN-冷却速度慢，目

的是不易变形、开裂；

NQ—冷却速度快，目的是A，不会转变为珠光体；

QT—冷却较慢，目的是既能得到高硬度的马氏体，不变形、开裂。而且冷

却介质使用过程中不易变质，不易燃，无毒性，无污染，来源充足，价格便

宜，能反复多次重复使用。

满足以上所有要求的淬火剂是理想的淬火剂，但目前尚未找到还有待于

我去研究和开发。

水：碳钢

优点：650〜550℃、V=600℃/S；A'P、S、T、B。

缺点：300〜200℃、V=270℃/S；易使工件变形、开裂。

(若水温超过4()℃,在65()〜55()℃,冷却速度大为A'-P、S、T、B,不

易淬硬，水中淬火易形成表面蒸气膜，若不及时去掉，影响工件内部冷却形成

软点。盐水、碱水有水优点以外，并能自由去除薄膜，不会造出淬不硬及软点,

但在200〜300C之间冷却，依然很快，易变形、开裂)。

矿物油(机油)：合金钢

优点：300〜2(X)℃、V=3()℃/S；工件不会变形、开裂。

缺点：650〜550℃、V=150℃/S；N-P、S、T、B。

(机油温度不能提的太高，过高的油温将会引起油面的燃烧，油长时间使

用易老化，为了寻求理想的淬火介质：水玻璃溶液、聚乙烯醇水溶液聚酸水溶

液….而当前热处理工艺发展的趋势是：在淬火冷却介质的改进和研究方向，主

要是在现有的淬火油中加入各种添加剂，以提高冷却能力，减缓油的老化，延

长使用时间，……

(3)正确选择淬火方法：

(由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质量的要求，所以在热处理工艺

方面还应考虑从淬火方法上加以解决)。

单液淬火：

把钢加热到淬火温度，经保温后，放入一种冷却介质中。

(这种方法操作简单，易机械化、自动化，通常工件是形状简单的碳钢和

合金钢。在水中或盐水中进行单液淬火，操作虽然简单，单淬火变形大，如果

采用油冷乂难以取得淬硬的效果，这就可将油、水冷却结合起来进行如下的双

液淬火)。

应用：卡规、轴承、锯子等。

双液淬火：

把加热到淬火的温度的工件，经保温后，先放入水或盐水中冷到40(人

300℃,再迅速移到油中或空气中冷却一水淬油冷法。

(双液淬火广泛应用于各种冬件或工具，能得到高硬度，又能减少淬火内

应力，缺点是操作难，且未能很好地改进工件表面与心部的温差这一缺点。技

术还要熟练)。

应用：齿轮、缸体、阀体等。

分级淬火：

把工件加热到淬火温度，经保温后，迅速冷却到Ms点，附近，稍加停

留（A'B）,待工件表面和中心温度基本一致时，再取出放入油中或空

气中冷却冷却一一热浴淬火法。

（这种淬火法由于在奥氏体向马氏体转变前，工件的温度经等温停留后

逐渐趋于一致，使随后的组织转变得以在表层和内部同时进行，由此可大大减

小淬火内应力和变形，主要应