中农大金工实习（机械工程实训）课件：材料与热处理

工程材料及热处理专题课机械工程实训钢的分类与牌号铸铁的分类与牌号工程材料工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。

第一讲钢的分类及编号1、按化学成分分类

中碳钢0.25~0.6%C高碳钢

0.6%C低碳钢

0.25%C低合金钢合金元素总量

5%中合金钢合金元素总量5~10%高合金钢合金元素总量

10%碳素钢合金钢一、钢的分类钢类碳素钢合金钢PSPS普通质量钢≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045优质钢≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高级优质钢≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特级优质钢≤0.025≤0.020≤0.025≤0.015钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢.根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：2、按质量分类3、按用途分

工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢挤压模具耐磨钢1、普通碳素结构钢（1）编号：Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号:沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。二、钢的编号原则及应用（2）普通碳素结构钢的应用这类钢主要保证力学性能。一般情况下，在热轧状态使用，不进行热处理。牌号：Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定的强度。应用：通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于桥梁、建筑物等构件，也可用来做普通螺钉、螺帽、铆钉等。齿轮加工方钢（1）牌号：用两位数字表示。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢—平均含碳量为万分之四十五(即0.45%)的优质碳素结构钢。2、优质碳素结构钢（2）优质碳素结构钢的应用优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件，使用前一般都要经过热处理。08F塑性好，可制造冷冲压零件。10、20钢冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理(如渗碳)也可以制造轴、销等零件。35、40、45、50钢经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件。60、65钢主要用来制造弹簧。（1）编号：T+数字T表示“碳素工具钢”；数字表示平均含碳量的千分之几.如T8—其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。*说明:碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。丝锥锉刀3、碳素工具钢（2）碳素工具钢的应用碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具等，碳素工具钢使用前都要进行热处理。

T7钢、T8钢，硬度高、韧性较高，可制造冲头、凿子、锤子等工具。T9钢、T10钢、T11钢，硬度高、韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及作模具等。T12钢、T13钢，硬度高、韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。（1）编号原则：两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字+……当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；当合金元素的平均含量为1.50~2.49%、2.50~3.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5……等数字。如20CrNi3。高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。

4、合金结构钢（2）合金结构钢的应用建筑工程用钢如：低合金高强度钢、钢筋钢等主要用于建筑、桥梁、船舶等。机械制造用钢如：渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等主要应用于各种重要的机器零部件等。铜陵长江公路大桥渗碳件高精密独立导柱（1）合金工具钢编号原则：含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。如：CrWMn钢，合金元素标法同合金结构钢铣刀5、合金工具钢（2）合金工具钢的应用

用于制造各种刃具、模具、量具等。如：车刀、铣刀、钻头、锻模、冲模、块规、千分尺等。模具刃具量具含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……含碳量以千分之一为单位。与工具钢相似。如：1Cr18Ni9Ti4Gr13主要应用于有特殊物理、化学、力学性能要求的工件。涡轮叶片6、不锈钢和耐热钢ZG+两位数字ZG表示“铸钢”；两位数字表示平均含碳量的万分之几,如ZG25.铸钢件2.5吨大齿轮铸件7、铸钢第二讲铸铁的编号原则及应用铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点,是应用最广泛的材料之一。一、铸铁的分类按照碳的存在形式分为：1.白口铸铁：白口铸铁中的碳绝大部分以渗碳体的形式存在（少量的碳溶入铁素体），因其断口呈白亮色，故称白口铸铁。其组织中都含有莱氏体组织。由于性能脆，很难加工，工业上很少用来做机械零件，主要用于炼钢原料或表面要求高耐磨的零件。2、灰铸铁（常用）

此类铸铁中碳全部或大部分以石墨的形式存在，因其断口呈灰暗色故称灰口铸铁。根据灰口铸铁中石墨形态不同，灰口铸铁又分为四种：普通灰铸铁（灰铁——片条状石墨）可锻铸铁（可铁——团絮状石墨）球墨铸铁（球铁——球状石墨）蠕墨铸铁（蠕铁——蠕虫状石墨）

3、麻口铸铁

麻口铸铁中的碳的形态介于白口铸铁和灰口铸铁之间，一部分以渗碳体形式存在，另一部分以石墨形式存在，具有较大的硬脆性，工业上很少用作机械零件。二、常用铸铁（一）、灰铸铁灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。牌号：HT250、HT300等灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的。灰铸铁齿轮箱灰铸铁的显微组织

铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。变速箱体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)灰铸铁的用途可锻铸铁石墨化退火工艺曲线

石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。1、牌号：KT400-17等2、性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。名为可锻，实不可锻（二）可锻铸铁

可锻铸铁的显微组织

黑心可锻铸铁

珠光体可锻铸铁

可锻铸铁的石墨化退火3用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。可锻铸铁管件可锻铸铁的用途石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到.牌号：QT600-2等。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的.球化剂为镁、稀土和稀土镁。硅铁硅钙稀土镁为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还进行孕育处理。常用孕育剂为硅铁和硅钙合金.球墨铸铁：球墨铸铁的显微组织

铁素体加珠光体球墨铸铁

铁素体球墨铸铁

珠光体球墨铸铁

球墨铸铁中的石墨球

受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴2、球铁的用途蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁.蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的.蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。蠕墨铸铁的组织：牌号：RUT340等。蠕墨铸铁中的石墨（四）蠕墨铸铁蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体铁素体基体蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。

玻璃模具制动鼓钢的热处理改善钢的性能，主要有两条途径：一是合金化，这是以后研究的内容；二是热处理，这是本章要研究的内容。1、热处理:是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺.通常用温度—时间坐标绘出热处理工艺曲线。热处理的应用。在机床制造中约60~70%的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70~80%。模具、滚动轴承100%需经过热处理。总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。滚动轴承2、热处理特点:热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。

铸造轧制3、热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。

依加热、冷却方式等不同，热处理工艺分类表面淬火—感应加热、火焰加热、其他热处理普通热处理表面热处理热处理退火正火淬火回火真空热处理形变热处理激光热处理控制气氛热处理电接触加热等化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等热处理的工艺特点广泛用于各种结构件如轴、齿轮及工具等热处理。预备热处理应用强硬化材料同退火

降低内应力、调整硬度、细化内部组织。

目的快速油、水、盐浴空冷缓慢炉冷冷却780-950℃780~950℃

根据需要温度淬火

正火

退火

预备热处理或最终热处理（二）回火种类（硬度值以T8钢为例）●淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质.广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和表面淬火的零件。应用获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。

提高

e及

s，同时使工件具有一定韧性。在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力。

回火目的25～35HRC

35～45HRC55～64HRC

回火硬度500-650℃350~500℃

150-250℃回火温度高温回火

中温回火

低温回火

适用于弹簧热处理钢的退火与正火

机械零件的一般加工工艺为：毛坯(铸、锻)→预

零件的加工路线：下料→毛坯成型→预备热处理→机加工→最终热处理。退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。

一、退火将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火。1、退火目的⑴调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。⑵消除内应力，防止加工中变形。⑶细化晶粒，为最终热处理作组织准备。

2、退火工艺退火的种类很多，常用的有：完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、

二、正火

碳钢件加热到约800℃～900℃,保温适当时间后,然后在自由流动的空气中均匀冷却的热处理工艺称为正火。正火与完全退火相比，二者加热温度相同，但正火冷却速度较快，转变温度较低，所得组织比退火细。因此，正火钢的强度、硬度较高，生产率较高。正火的应用低碳钢宜采用正火，改善切削加工性能；中碳钢既可采用完全退火，也可采用正火；含碳约大于0.9%的钢用正火消除网状渗碳体后再进行球化退火。不进行淬火的工件，正火可以作为终处理三、钢的淬火将工件加热到一定温度（一般大于750℃）保温后，快速冷却（一般在水、盐水或油等介质中冷却），使奥氏体转变为马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫淬火。淬火的主要目的就是提高钢的强度、硬度和耐磨性。例如：T8钢退火后硬度约为25HRC，用水淬火后硬度可达60~62HRC。淬火是钢的最重要的热处理工艺，也是热处理中应用最广的工艺之一。热处理的工艺特点广泛用于各种结构件如轴、齿轮及工具等热处理。预备热处理应用强硬化材料同退火