机械基础热处理
《机械基础热处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械基础热处理（36页珍藏版）》请在文档大全上搜索。
1、第四章 工程材料 工程材料是制造机械零件的原料。机械零件的结构、形状、大小和使用条件不同，对材料的要求也不同。常用的材料有黑色金属、有色金属及非金属。了解各种材料的牌号、性能及应用，以及黑色金属材料的热处理方法，为中职学生了解机械零件的使用和维护提供必备的基础知识。 黑色金属材料具有良好的力学性能，大部分机械零件都选用黑色金属作为零件的材料。因此，黑色金属材料的内容和热处理方法是本章的学习重点。 41 金属材料的性能 一、金属的物理性能和化学性能 1.金属材料性能 使用性能工艺性能 使用性能物理性能化学性能力学性能 工艺性能 生产、加工条件下表现的性能。 2.物理性能密度熔点导热性导电性热膨胀
2、 性磁性 二、金属的力学性能和工艺性能 1. 力学性能指金属材料在外力作用下表现出来的性能 （1）强度 安全生产的基本保证和满足机械零件达到设计寿命的 前提，也是机 械设计中必须达到的基本要求，是机械零件强度校 核的根据。 （2）塑性 （3）硬度 （4）冲击韧性41 金属材料的性能 2.金属材料的工艺性能 包括多种内容，主要有泠加工的切削加工性能，和热加工的铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能。切削加工性能即是否容易将材料切削成所需要的零件形状。一般说来，软材料的硬度小、塑性好，容易加工成形，但表面质量相对差一些；而硬材料的强度相对较高，加工较困难，但表面质量较好。所以具有良好切削性能和较
3、高强度的中碳钢应用较广。 （5）疲劳强度 机械零件在长期使用中，由于交变应力对材料的影响，可能出现突然的断裂破坏，设计零件的使用寿命必须保证在规定的时间内不能出现疲劳损坏42黑色金属材料 黑色金属在机械工业中应用较广。无论是钢还是铸铁，主要由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。除了铁和碳以外，还有少量的其他元素，如锰、硅、硫、磷。这些元素与铁共存在钢铁中，对材料的性能产生不同的影响。不含碳的纯铁较软，应用较少。碳在钢中的含量多少，对钢的强度影响较大。 一、钢的分类 1. 按化学成分分 （1）碳素钢 含碳质量分数的多少又分成低碳钢、中碳钢和高碳钢 （2）合金钢 如果含有合金元素，相应称为低合金钢
4、、中合金钢和高合金钢 （3） 铸铁 2.按钢的品质分 （1）普通钢42黑色金属材料 （2）优质钢 （3）高级优质钢 3.按钢的用途分 （1）结构钢 从制造成本和加工工艺角度出发，机械零件常用结构钢。选用低碳钢作塑性变形要求较高的零件。 （2）工具钢 选用中碳钢作为具有一定强度和硬度要求的零件 （3）特殊性能钢 强度要求较高，又具有较好的塑性，则应用合金钢对于一般，重要的齿轮或轴选用中碳合金钢。42黑色金属材料 二、钢的编号 1.碳钢的编号方法 (1)碳素结构钢 用Q代表屈服强度，如Q235 (2)优质碳素结构钢 用数字直接表示钢中碳的质量分数的万分之一。如45、35等表示钢中含碳的质量分数为0
5、.45%、0.35%。 (3)碳素工具钢 用 T表示，如T8 A钢。 (4)铸造碳钢 用 ZG表示,如 ZG 200400钢。表示屈服强度大于200MPa, 抗拉强度大于400MPa。 如果数字后加注A、B等符号表示质量等级。 A为高级。42黑色金属材料 2.合金钢的编号方法 (1) 低合金高强度结构钢 如Q390A (2) 合金结构钢 如40Cr, 40表示含碳质量分数的万分之一；30CrMoA，合金的元素符号及含量的百分之1.5，末位加A表示优质。 （3）滚动轴承钢 在含碳质量分数元素符号前加G，如GCr15。 （4）合金工具钢 含碳质量分数小于1，用一位数表示的含碳质量分数的千分之几。含
6、碳质量分数小于1，不予标注。 （5）不锈钢 含碳较低，用“00”和“0”数字表示含碳质量分数，分别低于0.03%和0.08%，说明了为什么不锈钢刀具的刀刃硬度比较低，不能用来切割较硬东西的原因。42黑色金属材料 三、碳素钢 含碳质量分数小于2.11%而不特意加入合金元素的钢。 1.碳素结构钢 （1）普通碳素结构钢 含碳质量分数较低，属于低碳钢，牌号前有Q表示；如Q215、Q235、Q275。塑性好，但强度低，应用于建筑工程结构和机械零件。42黑色金属材料（2）优质碳素结构钢 含碳质量分数较多，为中碳钢，常用45、35钢。 2.碳素工具钢 含碳质量分数在0.7以上，硬度高，如T8A、T10A、T
7、12A。42黑色金属材料 四、合金钢 在普通碳素钢中加入其他合金元素冶炼而成的，当合金元素在钢中的含量达到一定的比例后，可大大提高钢材的力学性能，如硅可提高钢的导磁率，用作电机芯片；锰可提高钢的耐磨性和强度，应用于履带；铬可以提高钢的耐腐蚀性，应用于不锈钢制品等。42黑色金属材料 1.合金结构钢 低合金结构钢 16Mn代替Q235作建筑、桥梁材料。20CrMnTi经渗碳后淬火可提高表面硬度，芯部具有较好的韧性，作汽车变速箱齿轮。42黑色金属材料（2）机械制造用钢 中碳合金钢40Cr代替常用45钢作重要的轴等机械零件。 高合金钢60Si2Mn代替65Mn作重要弹簧。 滚动轴承用钢Gr15用于制造
8、常用滚动轴承。42黑色金属材料 2.合金工具钢 （1）刃具钢 高速钢 用作加工刀具，钻头、各类铣刀。 刀具用钢 用作攻制螺纹用的丝锥、铰刀。 （2）模具钢 用作热 、泠模具，如Cr12、5CrMnMo。 （3）量具钢 如游标卡尺、千分尺。42黑色金属材料 3.特殊性能钢 （1）铬不锈钢 既能防锈又有一定强度的耐腐蚀零件，如弹簧、医疗器械。 铬镍不锈钢 耐腐蚀性强，用于制造耐腐蚀的管道零件。 （2）耐热钢 用作锅炉材料，如42Cr9Si2. (3 ) 耐磨钢 用作耐磨材料，如坦克履带用铸钢ZGMn13。42黑色金属材料 铸铁的含碳质量分数大于2.11。 铸铁按其特性分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁
9、。 1.灰铸铁 在工业中应用最广，用汉语拼音HT表示。如HT150、HT200。力学性能低，铸造性能好，切削性能好，减振性能好。 2.球墨铸铁 高强度的铸铁，机械性能接近钢，如QT400-15 表示最小抗拉强度为400MPa。五、铸铁 铸铁的价格较低，且稳定性好、加工容易，尤其抗压强度较高，抗震性好。所以应用很广，如机床的各类床身、箱体，日常生活中也应用很广，如炒菜铁锅、取暖炉、污井盖、暖气片、下水管、水龙头壳体等等。42黑色金属材料 3.可锻铸铁 不是可以锻造的铸铁，俗称马铁。如 KTH330-08表示最小抗拉强度为330MPa。 此外，铸铁还是炼钢的生产原料 43铁碳合金状态图分析 铁碳合
10、金状态图又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。反映钢铁黑色金属中铁和碳元素，随着温度和含碳质量分数变化时，内部组织的变化状态。 一、简化的Fe-Fe3C状态的特征 见图48 1.特性点 A、G、C、E、S点 2.特性线 ACD线、AECF线、ECF水平线、ES线、GS线 3.相区 ACD 线以上、AESGA、 GPQ 、DFK43铁碳合金状态图分析 二、碳的质量分数对钢的力学性能的影响 横坐标代表铁碳合金中含碳的质量分数，可分成三段。 即0.0218%的左侧为软铁；0.0218%到2.11%中间为最常用的结构钢；2.11%到6.69%右侧为铸铁。 纵坐标代表温度的变化，当超过727时，铁碳组织的状
11、态发生变化，即由F+P状态变成F+A状态。随着温度的升高，当温度超过GS线时，由F+A状态进入A状态，成为奥氏体；当温度超过AE线时，金属开始部分溶化，进入L+A区域, 既有奥氏体又有液态金属混合在一起。建议以45钢为例来说明，即在横坐标0.45处画一条纵坐标线来讲课。43铁碳合金状态图分析三、铁碳合金状态图的应用 1.钢铁材料的选用 韧性好、塑性好选低碳钢 韧性好、塑性好、强度高选中碳钢 强度高、耐磨性好选高碳钢 2.制定热加工工艺 （1）铸造 液相线以上50100度 （2）锻造 始锻11501250度；终锻750850度 （3）热处理 碳钢淬火在GS 或SE线以上3050度43铁碳合金状态
