【正文】 總復(fù)習(xí) 3/2/2023 ? 教學(xué)目的 ： 使學(xué)生基本掌握鋼鐵材料的主要用途及其材料改性的基本途經(jīng)；了解材料成形加工和切削加工的基本工藝方法及使用的主要設(shè)備， 獲得工程材料和機(jī)械制造工藝的基本知識(shí)，建立機(jī)械制造生產(chǎn)過(guò)程的基本概念，為學(xué)習(xí)機(jī)械制造相關(guān)后續(xù)課程及將來(lái)從事工程技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ) 。 ? 課程任務(wù) ： （ 1）通過(guò) 材料部分 的學(xué)習(xí) ，應(yīng)使學(xué)生：①能基本掌握材料的 成分 、組織 、 性能 三者之間的關(guān)系；②了解改善材料的組織和性能的基本途徑 —— 熱處理工藝 ；③了解常用金屬材料的分類、牌號(hào)、性能、特點(diǎn)及其 應(yīng)用 ,使學(xué)生 初步具有選材的能力 。 （ 2）通過(guò) 毛坯制造工藝 的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生對(duì)毛坯加工工藝及其使用的主要設(shè)備有一個(gè)較全面的了解，從而 初步具備選擇毛坯加工方法的能力 。 （ 3）通過(guò) 切削加工技術(shù)基礎(chǔ) 的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生了解金屬切削加工的基本原理，常用加工方法的工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用，對(duì)機(jī)械加工工藝過(guò)程有一個(gè)初步的了解， 初步具有編制簡(jiǎn)單典型零件工藝規(guī)程的能力 。 教學(xué)目的： ? 能基本掌握材料的 成分 、 組織 、 性能 三者之間的關(guān)系。 ? 了解改善金屬材料的組織和性能的基本途徑 ——熱處理工藝。 ? 了解常用金屬材料的分類、牌號(hào)、性能、特點(diǎn)及其 應(yīng)用。 總之 ： 金屬材料及熱處理篇是研究材料的 成分 、 組 織 、 性能 、 熱處理工藝 、 應(yīng)用 五者之間關(guān)系的，使學(xué)生初步具有 選材 的能力。 第一篇 金 屬 材 料 本篇主要內(nèi)容 ? 第一章 金屬材料的主要性能 ? 第二章 鐵碳合金 ? 第三章 鋼的熱處理 ? 第四章 工業(yè)用鋼 ? 第五章 金屬材料選材的基本原則 第一章 金屬材料的主要性能 使用性能 —— 指材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能，主要包括 力學(xué)性能 、 物理性能 和化學(xué)性能 。 工藝性能 —— 指在制造機(jī)械零件的過(guò)程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工工藝和熱處理工藝的性能。包括 鑄造性能 、 鍛造性能 、 沖壓性能 、 焊接性能 、 切削加工性能 和 熱處理工藝性能 等。 一、金屬材料的力學(xué)性能 ? 材料在 外力 作用下所表現(xiàn)出來(lái)的特性，包括五大 力學(xué)性能 指標(biāo) ： 強(qiáng)度 靜載荷 作用下 塑性 硬度 動(dòng)載荷 作用下 沖擊韌度 疲勞強(qiáng)度 掌握概念、變化規(guī)律、選用場(chǎng)合。 二、金屬材料的物理性能 ? 材料的物理性能包括：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、導(dǎo)熱性及熱膨脹性等。 ? 零件用途不同，對(duì)其物理性能的要求也是不同的。 三、金屬材料的化學(xué)性能 ? 材料在常溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力，稱為化學(xué)性能。 ? 主要包括： 耐腐蝕性 、 高溫抗氧化性 等。 材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。 材料在高溫迅速氧化后，能在表面形成一層連續(xù)而致密并與母體結(jié)合牢靠的膜，從而阻止進(jìn)一步氧化的特性。 四、金屬材料的工藝性能 ? 材料的工藝性能就是指 金屬材料能夠適應(yīng)加工工藝要求的能力 。 ? 材料的工藝性能是其力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能的綜合。工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量以及制造成本。 ? 材料的工藝性能主要包括 鑄造性 、 可鍛性 、焊接性 、 切削加工性 等。 （ 1）鑄造性 ? 鑄造性是指澆注鑄件時(shí)，材料能充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。 ? 對(duì)金屬材料而言，評(píng)價(jià)鑄造性能好壞的主要指標(biāo)有 流動(dòng)性 、 收縮率 、 偏析傾向 等。 ? 流動(dòng)性好、收縮率小、偏析傾向小的材料其鑄造性也好。一般來(lái)說(shuō)，共晶成份的合金鑄造性好。 (2) 可鍛性 ? 可鍛性是指材料是否易于進(jìn)行壓力加工的性能。 ? 可鍛性好壞主要以材料的 塑性 和 變形抗力來(lái)衡量。 ? 一般來(lái)說(shuō)，鋼的可鍛性較好，而 鑄鐵不能進(jìn)行任何壓力加工 。 （ 3）焊接性 ? 焊接性是指材料是否易于焊接在一起并能保證焊縫質(zhì)量的性能，一般用焊接處出現(xiàn)各種缺陷（如裂紋及冷脆性）的傾向來(lái)衡量。 ? 低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼具有優(yōu)良的焊接性 ，鋁合金等有色金屬焊接性較差， 而 鑄鐵的焊接性最差 。 （ 4）切削加工性 ? 切削加工性是指材料是否易于切削加工的性能。 ? 它與材料種類、成分、硬度、韌性、導(dǎo)熱性及內(nèi)部組織狀態(tài)等許多因素有關(guān)。 ? 有利切削的 材料硬度為 160~230HB。 ? 切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨損小，加工表面光潔。 以上四個(gè)工藝性能在后面的講課中詳細(xì)講述，要求隨各章節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)復(fù)習(xí)。 第二章 鐵 碳 合 金 金屬材料成分不同，性能不同；但即使材料成分相同，但經(jīng)過(guò)不同的加工工藝和熱處理工藝，也會(huì)具有不同的性能 —— 為什么？ 因?yàn)閮?nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同或被改變了。因此要掌握金屬材料的性能變化規(guī)律，首要的就必須研究金屬材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。 本章重點(diǎn)掌握 材料 成分 — 組織 — 性能 三者之間的相互規(guī)律。 第一節(jié) 金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶 一、金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶體與非晶體 一切 固態(tài)物質(zhì) 按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為： 晶體 —— 原子按一定的次序作有規(guī)則的排序。 如： 金剛石、石墨和 一切固態(tài)金屬及其合金都屬于晶體 。 非晶體 —— 內(nèi)部原子呈不規(guī)則的排列。 如： 普通玻璃、松香、石蠟 等。 晶體結(jié)構(gòu)不同，其性能往往相差很大。 二、 金屬的結(jié)晶過(guò)程 ? 凝固 —— 金屬由 液態(tài) 變成 固態(tài) 的過(guò)程。 ? 結(jié)晶 —— 金屬由液態(tài)凝固成 固態(tài)晶體 的過(guò)程。亦即原子由不規(guī)則排列過(guò)渡到規(guī)則有序排列的過(guò)程。 實(shí)驗(yàn)表明： （ 1） 純金屬 的結(jié)晶是在一個(gè)恒定溫度下進(jìn)行的（此恒定溫度稱為結(jié)晶溫度），即是個(gè) 恒溫過(guò)程 。 過(guò)冷 —— 實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。 過(guò)冷度 △ T—— 實(shí)際結(jié)晶溫度 T1與理論結(jié)晶溫度 T0之差，即： △ T＝ T0－ T1。 冷速 ↑→ ?T ↑→ 晶粒細(xì)化 特定金屬的過(guò)冷度不是一個(gè)定值，它隨冷卻速度的變化而變化， 冷卻速度越大，過(guò)冷度△ T越大，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度也就越低，并使晶粒細(xì)化 ， （ 2） 合金 的結(jié)晶過(guò)程（共晶合金除外）是個(gè) 非恒溫過(guò)程 。合金的結(jié)晶過(guò)程是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，即有一個(gè) 開(kāi)始結(jié)晶溫度 和 結(jié)晶終了溫度 。冷卻曲線上有個(gè) 斜線 。 （ 3）液態(tài)金屬的 結(jié)晶過(guò)程 包含兩個(gè)步驟： 晶核的形成 和 晶核的長(zhǎng)大 。 因此： 實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 是由許多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所組成的 —— 多晶體結(jié)構(gòu) 。 （ 4）晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響 結(jié)晶過(guò)程中形成的 晶核數(shù)量愈多 或 晶核長(zhǎng)大的速度愈慢 ，則得到的 晶粒愈細(xì) ， 強(qiáng)度、塑性和韌性愈好 。 金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性隨晶粒的細(xì)化而提高，稱為 細(xì)晶強(qiáng)化 。 （ 5）細(xì)化晶粒的方法 ① 增加過(guò)冷度（提高冷卻速度） ② 進(jìn)行變質(zhì)處理（加入難熔質(zhì)點(diǎn)） ③ 附加振動(dòng)（機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、電磁振動(dòng)） 三、 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ? 純鐵的冷卻曲線： ? 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 —— 金屬在 固態(tài)下 ，其 晶格形式 隨溫度 發(fā)生改變的現(xiàn)象。 ? 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程也包括 晶核的形成 與 長(zhǎng)大 ；轉(zhuǎn)變時(shí)也放出潛能，因而也是在 恒溫下 進(jìn)行的；也有 過(guò)冷現(xiàn)象 等。 ? 正是由于純鐵能夠發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)中才可能對(duì)鋼和鑄鐵進(jìn)行 熱處理 ，以 改變其組織和性能 。 第二節(jié) 鐵碳合金的基本知識(shí) ? 鐵碳合金的基本知識(shí)圍繞 鐵碳合金相圖（狀態(tài)圖）展開(kāi)。 ? 反映了在平衡條件下（即冷卻速度無(wú)限緩慢從而使原子擴(kuò)散充分進(jìn)行的條件下）不同鐵碳合金的 成分 — 溫度 — 組織 之間的相互關(guān)系的這樣一張圖稱為 鐵碳合金相圖（狀態(tài)圖） 。 此圖一般了解 ? 鐵碳合金相圖的作用 —— 是 研究鋼鐵材料的組織及其性能的理論基礎(chǔ) ，是 制定熱處理工藝 及 熱加工工藝 的重要依據(jù)。 鐵碳合金的分類 工業(yè)純鐵 %C 鋼 %C 亞共析鋼 %C 共析鋼 %C 過(guò)共析鋼 %C 白口鑄鐵（生鐵） %C 亞共晶白口鑄鐵 %C 共晶白口鑄鐵 %C 過(guò)共晶白口鑄鐵 %C 鋼常溫下的組織及性能變化規(guī)律 工業(yè)純鐵 合金名稱 Wc％ 室溫平衡組織 ωc % F+ Fe3CⅢ （極少量） 亞共析鋼 ωc % F+P 共析鋼 ωc= % P 過(guò)共析鋼 ωc % P+ Fe3CⅡ 亞共晶白口鑄鐵 ωc % P+ Fe3CⅡ + Ld′ 共晶白口鑄鐵 ωc= % Ld′ 過(guò)共晶白口鑄鐵 ωc % Fe3CⅠ + Ld′ ? 鋼常溫下的組織 ?含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響 ①含碳量對(duì) 鐵碳合金平衡組織 的影響 結(jié)論： 含碳量不同，鐵碳合金（鋼和鐵）的常溫組織是完全不同的。 ② 含碳量對(duì)金屬材料 力學(xué)性能 的影響規(guī)律 ： ? 隨含碳量不同，鋼常溫下的 組織及其 比例 不同，從而決定了力學(xué)性能也不同。 ? 一般， 隨含碳量的增加 ， 其 強(qiáng)度、硬度增加 ， 塑性、韌性下降 ， 但當(dāng)含碳量超過(guò) %后 ， 由于二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布在珠