机械制造基础第1、2、3章小结

1、二、材料的性能包括：,1,使用性能：,工艺性能：,铸造性能；锻造性能；焊接性能；切削加工性能等。,1)力学性能：强度；硬度；塑性；韧性；疲劳强度。 2)化学性能：耐腐蚀性；抗氧化性。 3)物理性能：密度；熔点；热膨胀性；磁性；热导性； 电导性等。,第一部分 工程材料与热处理,第1章 材料的力学性能,工程材料,金属材料,非金属材料 复合材料,黑色金属,除黑色金属以外其它金属，如铜、铝和镁等。,有色金属：,铬,铁,锰,一、工程材料的分类,1）强度,由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为：,2,金属材料的强度可通过拉伸试验来测定,1.强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。,抗拉、抗

2、压、抗弯、抗扭、抗剪强度等。,一般情况下多以静载荷下抗拉强度作为判别金属材料强度高低的基本指标。,弹性变形 塑性变形,三、材料变形,根据载荷性质、零件受力情况可分为： 静载荷是指逐渐而缓慢地作用在工件上的力。 动载荷包括冲击载荷和交变载荷等。,四、材料的力学性能 图,2力伸长曲线,3,其中有三个载荷值较重要，即: Fe弹性范围内的最大载荷（N）； Fs 最小屈服载荷（N） ； Fb 最大载荷（N） 。,1、oe段：弹性变形阶段 2、es段：塑性变形阶段 3、S点： 屈服点 4、b点：出现缩颈现象， 拉伸力达到最大值， 试样即将断裂。,弹性极限e,屈服强度s,抗拉强度b,金属材料的三个强度指标：

3、,弹性极限e,屈服强度s,抗拉强度b,4,强度,塑性,硬度,韧性,疲劳强度,力学性能,弹性极限e,屈服强度s,抗拉强度b,伸长率,断面收缩率,布氏硬度HBS、HBW,洛氏硬度HRA、HRB、HRC,维氏硬度HV,冲击韧度KU 或KV,1,2.1 金属的晶体结构与结晶,一、晶体与非晶体的相关概念和它们的差异： 晶体具有规则的几何外形, 晶体具有固定的熔点, 晶体具有各向异性.,二、常见金属的晶体结构 1、体心立方晶格：这类金属塑性较好 2、面心立方晶格：这类金属的塑性优于体心立方晶格的金属 3、密排立方晶格：这类金属通常比较脆。,第二章 金属的组织结构,三、 金属的结晶,1.金属结晶的概念 2.

4、 金属的结晶过程 就是由晶核的形成和晶粒的长大两个基本过程组成的。 3金属结晶后的晶粒大小与力学性能的关系 金属的晶粒大小对其力学性能影响很大。一般情况下，晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。 因此，在实际生产中，要设法控制晶粒大小以获得不同性能的金属材料。 实际生产中，常采用一下方法获得到细晶粒组织： 1）增大过冷度 2）变质处理 3）附加振动 细晶强化-书P19,图中： T0理论结晶温度: T1 实际结晶温度； T过冷度（理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差）,过冷现象与过冷度,理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差，称为过冷度。 过冷度不是一个恒定值，与冷却速度有关，一般

5、来说，液态金属时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低，晶粒尺寸越小，从而得到细晶粒。,过冷现象-书本P18,金属在固态下，随着温度的改变，由一种晶体类型向另一种晶体类型的转变称为同素异晶转变。,四、金属的同素异晶转变,第二章 金属的组织结构,2.1 金属的晶体结构与结晶,五、金属的实际晶体结构,晶体缺陷按其几何形式的特点，分为如下三类： 点缺陷、 线缺陷、面缺陷,二、 合金的相的分类和特点,根据构成合金各组元之间相互作用的不同，固态合金的相可分为固溶体和金属化合物两大类。,固 溶 体,固态合金的相,金属化合物,置换固溶体,间隙固溶体,9,机械混合物,一、合金的结构基本概念,1.合金

6、 2.组元 3.相 4.组织,2.2 合金的晶体结构,2.2.3 Fe Fe3C相图分析,8个点的含义，特性线的含义,2.3.1 铁碳合金的基本组织 铁素体（F）；奥氏体（A）；渗碳体（Fe3C）；珠光体（P）；莱氏体（Ld）五种组织组成。,2.3 铁碳合金状态图,铁碳合金,工业纯铁,钢,白口铁,过共析钢,共析钢,亚共析钢,亚共晶铁,共晶铁,过共晶铁,按组织成份分类：,Wc0.0218% , 组织为单相铁素体,0.0218 %Wc0.77% ,室温组织为F+P,Wc = 0.77%,室温组织为F+P,0.77 %Wc2.11% ,室温组织为P+Fe3C,Wc= （0.02182.11）%,2.

7、11%Wc4.3% ,室温组织为P+Fe3C+Ld,Wc=4.3% ,室温组织为Ld,4.3%Wc6.69% ,室温组织为Ld+ Fe3C,具有良好的铸造性能,Wc=（2.116.69）%,2.3.4 铁碳合金的分类,热处理的定义：将固态金属采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需组织结构与性能的工艺。,热处理的主要作用： 1.改变工件的内部组织； 2.改变工件的性能；（如加工性能、力学性能的改变) 3.改变工件表层的成份、组织、性能； 4.消除铸造、锻造、焊接等加工工艺过程中所造成的多种缺陷。,第三章 钢的热处理,12,第三章 钢的热处理,热处理的三个阶段：加热、保温、冷却。,热处理过

8、程中三个主要工艺参数：加热温度、保温时间、冷却速度。,热处理方法很多，根据工艺类型、工艺名称和实现热处理的加方法、将热处理工艺分类：,普通热处理,退火,正火,淬火,回火,完全退火、球化退火、扩散退火,再结晶退火、去应力退火,马氏体淬火,等温淬火,低温回火、中温回火、高温回火,表面热处理,表面淬火,表面化学处理,渗碳,渗氮(氮化),碳氮共渗(氢化),钢常用的热处理工艺,第三章 钢的热处理,13,3.1.1 奥氏体的形成过程,3.1 钢在加热时的转变,第三章 钢的热处理,14,3.1.2 奥氏体晶粒的长大及控制,2. 晶粒大小的控制（书P37）,加热温度和保温时间： 加热速度： 加入合金元素。,1

9、.奥氏体晶粒的长大,3.2 钢在冷却时的转变,冷却方式直接影响着钢的相变。,需要热处理的零件，加热以后的冷却方式有以下两种:,1）等温冷却 2）连续冷却,第三章 钢的热处理,15,共析钢过冷奥氏体等温转变的产物,马氏体转变会引起钢的体积膨胀，产生内应力，使淬火工件产生脆性和变形、开裂。,Vk (临界冷却速度)：奥氏体在连续冷却过程中不分解为珠光体型组织，而转变成马氏体和少量残余奥氏体的最小冷却速度。,V1(炉冷):727650 P,V2(空冷):650630 S,V3(油冷):550 M+T,V4(水冷):不相交 M+A,Vk 大小与C曲线的位置有关。,第三章 钢的热处理,16,3.2.4 奥

10、氏体等温转变曲线的应用,(1) 普通退火（完全退火）,主要用于:亚共析钢。 目的：细化晶粒，均匀组织，降低硬度，消除应力。 工艺：加热Ac3以上3050保温随炉或埋入干砂、石灰中冷到室温（或缓慢冷却到500 600以下空冷室温）。,平衡组织：F+P 适用范围：含碳0.300.60%的中碳钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理。,(2) 球化退火(不完全退火),主要用于:共析钢和过共析钢。 目的：消除应力，降低硬度，提高韧性、改善可加工性。 工艺：加热Ac1以上保温缓慢冷至室温 适用范围：含C量较高的刃具、模具、模具钢的预先热处理。,第三章 钢的热处理,1 、退火将工件加热到一定温度并保温，

11、然后再缓慢冷却的一种热处理工艺。,3.3 热处理工艺 （掌握每种热处理工艺的目的、加热与冷却工艺、适用范围）,(5) 均匀化退火（ 扩散退火）,主要用于:经冷塑性加工，如冷轧、冷冲、冷拔而发生加工硬化的钢件。 目的：消除加工硬化，恢复塑性。 工艺：加热到再结晶温度以上（一般为650 700）保温缓慢冷却。,(3) 再结晶退火,(4) 低温退火,特点：组织不发生相变。,主要用于：合金钢铸件 目的：消除钢的偏析、提高钢的质量。 工艺：加热到1050 1150保温1020h缓慢冷却。,目的：消除铸件、焊件中的内应力，稳定尺寸。 工艺：缓慢加热到500 650）保温缓慢冷却至室温（或缓慢冷却至300

12、200后空冷） 。,图,第三章 钢的热处理,2 、正火,正火：是将钢件加热到AC3或ACm以上3050，保温一定时间后，从炉中取出在空气中冷却，从而得到细片珠光体组织. 目的：均匀组织，细化晶粒，改善可切削性 。作为中碳钢的预备热处理 ，减小淬火时的变形、开裂。,第三章 钢的热处理,3、淬火 将工件加热到相变温度（Ac3或Ac1）线以上,保温后迅速冷却的热处理工艺。,目的：是获得均匀细小的马氏体组织， 再经随后的回火处理，提高钢的力学性能。,(3) 钢的淬透性 钢的淬透性：指钢在淬火后得淬硬层深度的能力。,钢的淬透性取决于其化学成份。 影响淬硬层深度的因素：钢的化学成份、截面尺寸、冷却介质。

13、在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸效应。 对于要求耐磨、承受冲击的零件，可选用低淬透性的钢制造。 对于截面尺寸较大并在动载荷下工作的零件，以及要求机械性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。 在铸造、锻造、焊接等热加工中需考虑淬透性的影响：,淬硬性：钢在正常淬火条件下，淬火形成的马氏体所能达到的最高硬度。 淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳的过饱和度就越大，硬度越高。,区分淬透性与淬硬性：,4回火, 将淬火后获得马氏体组织的钢重新加热到AC1以下的某一温度，经保温后缓慢冷却到室温这一热处理过程。,淬火钢不经过回火一般不能直接使用。,目的：消除淬火产生的内应力，稳定工件尺寸，降低

14、脆性，改善切削加工性能。对某些高淬透性的合金钢，可降低硬度，以利加工。 力学性能：随着回火温度的升高，硬度、强度下降，塑性韧性升高。,第三章 钢的热处理,回火转变产物的组织与性能 淬火钢回火后的组织有： 回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体,(3) 回火分类和应用,低温回火（150250）， 目的：是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。 中温回火（350500）， 目的：是使钢获得高弹性，并保持较高硬度和一定的韧性。 高温回火（500650）,可达硬度： 2035HRC， 目的：具有适当的强度，高塑性和韧性等综合性能。 习惯上将淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理，简称“调质”。调

15、质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮等,以提高零件的综合力学性能。,第三章 钢的热处理,通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。 目的：采用表面热处理可以获得表面高硬度和心部高韧性。 表面热处理分为表面淬火和化学热处理两大类。,3.4 表面热处理,3.4.1 表面淬火,表面淬火的特点是快速加热，使工件要求淬硬的表面迅速升至淬火温度，而心部仍保持AC1以下温度，再迅速冷却，结果工件表面层被淬硬为马氏体组织，心部仍为原来的组织，保持了良好的韧性。再经过适当的低温回火，就能获得要求的性能。,根据加热方法不同，表面淬火方法可分为三种：,1火焰加热表面淬火法 2感应加热表面淬火法3激光加热表面淬火法,第三章 钢的热处理,感应加热表面淬火后的回火，一般只进行低温回火。,1渗碳,目的：使零件表面获得高硬度，心部获得较高的强度和韧性。,一般渗碳零件的工艺路线如下： 锻造正火粗加工精加工渗碳淬火+低温回火磨削。,渗碳后的零件必须进行淬火与回火处理。,3.4.2