【正文】 第一章 機(jī)械工程材料及熱處理本章要點(diǎn)１．常用金屬材料的性能、牌號(hào)及應(yīng)用２．常用非金屬材料３．鋼的熱處理原理、方法及應(yīng)用1第一節(jié) 金屬材料的性能引言：使用性能：指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學(xué)性能、物理性能（）和化學(xué)性能（耐酸、堿性，抗氧化性等）。工藝性能：指在制造機(jī)械零件的過程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工和熱處理的性能 　 (又稱機(jī)械性能 ) 包括 鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切削加工性能和熱處理工藝性能 等。指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能，主要有 強(qiáng)度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度 和 疲勞強(qiáng)度 等。2一． 強(qiáng)度與塑性１、材料的拉伸曲線（ 1）、 oe段：直線、 彈性變性（ 2）、 es段：曲線、 彈性變形 +塑性變形（ 5）、 b點(diǎn)：出現(xiàn) 縮頸現(xiàn)象 ，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。（ 3）、 s s’ 段：水平線（略有波動(dòng)）明顯的塑性變形 屈服現(xiàn)象 ，作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長(zhǎng)。（ 4）、 s’b 曲線： 彈性變形 +均勻塑性變形S’材料拉伸實(shí)驗(yàn)3圓 形拉伸 試樣拉伸實(shí)驗(yàn)4強(qiáng)度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力 。２、強(qiáng)度的指標(biāo)（ 2）、抗拉強(qiáng)度指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。其物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力 。（ 1）、屈服點(diǎn)σb = Fb/S0 當(dāng)材料的內(nèi)應(yīng)力 σ ＞ σ b時(shí)，材料將產(chǎn)生斷裂。σ b常用作脆性材料的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。 符號(hào)： σs 材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力σ s = Fs/S0 Fs： 試樣屈服時(shí)所承受的拉伸力（ N） S0 ：試樣原始橫截面積（ mm）167。11 強(qiáng)度與塑性5３、塑性指標(biāo) 塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評(píng)定指標(biāo)是斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。（ 1）、斷后伸長(zhǎng)率（ 2）、斷面收縮率　 指試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比 。指試樣拉斷后縮項(xiàng)處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。δ=(L1L)/L x 100%L:標(biāo)距（本實(shí)驗(yàn) L=100）L1:拉斷后的試件標(biāo)距。將斷口密合在一起，用卡尺直接量出。Ψ=(A0A1)/A0 x 100%A0:試件原橫截面積。A1:斷裂后頸縮處的橫截面積，用卡尺直接量出。 167。11 強(qiáng)度與塑性6二．硬度引言：定義： 指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與試驗(yàn)方法有關(guān)。硬度的測(cè)試方法 （ 1）布氏硬度 HBS或 HBW （ 2）洛氏硬度 HR （ 3）維氏硬度 HV一般來說，硬度越高，耐磨性越好，強(qiáng)度也較高7（ 1）、布氏硬度試驗(yàn) （ 布氏硬度計(jì) ） 原理 :用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入待測(cè)材料表面，保持規(guī)定時(shí)間并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量材料表面 壓痕直徑 ，以計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)方法。１、布氏硬度１、布氏硬度布氏硬度計(jì) 布氏硬度試驗(yàn)原理圖 8（ 2）、布氏硬度值 用球面壓痕單位面積上所承受有平均壓力表示。 如： 120HBS500HBW（ 3）、優(yōu)缺點(diǎn)216。① .測(cè)量值較準(zhǔn)確，重復(fù)性好，可測(cè)組織不均勻材料（鑄鐵）216。② .可測(cè)的硬度值不高216。③ .不測(cè)試成品與薄件 216。④ .測(cè)量費(fèi)時(shí)，效率低 (4)、測(cè)量范圍 用于測(cè)量 灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等 .9(1)、洛氏硬度試驗(yàn) （ 洛 氏 硬度計(jì) ） 原理 : 用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗(yàn)力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量來計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。 洛氏硬度、洛氏硬度洛氏硬度測(cè)量原理圖 洛氏硬度計(jì) 10(2)、洛氏硬度值 用測(cè)量的殘余壓痕深度表示?？蓮谋肀P上直接讀出。 如： 50HRC 一般淬火鋼件(3)、優(yōu)缺點(diǎn) HRB 軟鋼、退火鋼、銅合金216。① 試驗(yàn)簡(jiǎn)單、方便、迅速 HRA 硬質(zhì)合金、表面淬火鋼216。② 壓痕小，可測(cè)成品，薄件 216。③ 數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，應(yīng)測(cè)三點(diǎn)取平均值 216。④ 不應(yīng)測(cè)組織不均勻材料，如鑄鐵。(4)、測(cè)量范圍 用于測(cè)量 淬火鋼、硬質(zhì)合金 等材料 .11(1)、維氏硬度試驗(yàn) 原理 :用 夾角為 136176。 的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗(yàn)力 F（）壓入試樣表面，測(cè)出壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度 d，進(jìn)而算出壓痕表面積，最后求出壓痕表面積上的平均壓力。(2)、維氏硬度值 用壓痕表面積上的平均壓力表示。 如： 640HV。 (4)、測(cè)量范圍 常用于測(cè)薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。維氏硬度、維氏硬度(3)、優(yōu)缺點(diǎn)① 測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬） ② 可測(cè)成品與薄件 ③ 試樣表面要求高，費(fèi)工。12一、鋼鐵材料的生產(chǎn)過程鐵礦石 生鐵 鋼錠 型材 鑄鐵 軋制、擠壓、拉拔、鍛造等壓力加工方法生鐵的冶煉原料：鐵礦石燃料：焦炭熔劑：石灰石設(shè)備：高爐鋼的冶煉原料：生鐵、廢鋼燃料：焦炭熔劑：石灰石；氧化劑，脫氧劑設(shè)備：電弧爐（鋼板、型鋼、鋼管）第二節(jié)　　鋼13電弧爐14 二．鋼的分類與編號(hào)二．鋼的分類與編號(hào)鋼碳素鋼　　　　　　　　 低合金鋼（ 5% ）　　　 合金鋼 : 　 中合金鋼（ 5~10% ） (按合金元素總量分 ) 高合金鋼（ 10% ）（ 1）按含碳量分低碳鋼 % C %中碳鋼 % C %高碳鋼 % C%（ 2）按質(zhì)量和用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼易切削結(jié)構(gòu)鋼鑄鋼１、鋼的分類15２、鋼的牌號(hào)及其應(yīng)用（ 1）、碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號(hào) ： Q+屈服點(diǎn)數(shù)值＋質(zhì)量等級(jí)符號(hào)＋脫氧方法符號(hào) 例如： Q195， Q 275等。用途 ：薄板，鐵絲，釘，小軸，螺栓等。（ 2）、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號(hào) ：用兩位數(shù)字表示，該數(shù)字表示鋼中平均含碳量的　　　萬倍。 例如： 08F， 20， 45， 60等。用途 ：用作各種較重要的機(jī)器零件 如：齒輪、主軸等。16（ 3）、碳素工具鋼 牌號(hào) ：用 “T” 加數(shù)字表示，該數(shù)字表示鋼中平均含 碳量的千倍。 如： T8， T9等。 T8：表示碳的平均含碳量為 %的碳素工具鋼 。 用途 ：用來制作各種刀具、量具和模具。（ 4）、易切削用鋼：主要用在自動(dòng)機(jī)床上加工大批量的零件，如螺釘，螺母等。其 牌號(hào) 如： Y20,表示易切削結(jié)構(gòu)鋼，其平均含碳量為 %。 （ 5）、鑄鋼：用于澆注成鑄件的鋼。其強(qiáng)度高于各類鑄鐵，同時(shí)具有良好的塑性和韌性，適于制造形狀復(fù)雜、強(qiáng)度和韌性要求高的零件，如火車輪、大齒輪等。其 牌號(hào) 如：ZG230450。 牌號(hào)意義： ZG屈服點(diǎn)－抗拉強(qiáng)度17三．雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響（ 1）、硅和錳的影響： 有益元素 。不但可以溶于 F中，產(chǎn)生強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高；而且 Mn能消除硫?qū)︿摰奈：?。?2）、磷的影響： 有害元素 ，使鋼產(chǎn)生冷脆性。（ 3）、硫的影響： 有害元素 ，使鋼產(chǎn)生熱脆性。18 第三節(jié)第三節(jié) 　　 合金鋼合金鋼 合金元素對(duì)鋼性能的影響一 　 概述（ 1）提高了鋼的力學(xué)性能（ 2）提高了鋼的淬透性（ 3）使鋼具有某些特殊性能 鈦、釩等 合金元素的加入提高了鋼的強(qiáng)度和硬度，細(xì) 化了晶粒，也提高了塑性與韌性。 鉻、硅、鎳、錳、硼等 合金元素的加入提高鋼的淬透性。 鉻、錳等 合金元素的加入使鋼具有了耐高溫、耐熱、耐磨、不生銹等特殊性能。19合金鋼的分類與牌號(hào)合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼：機(jī)器合金結(jié)構(gòu)鋼 ：工程合金結(jié)構(gòu)鋼 ： 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼 不銹鋼 、耐熱鋼、耐磨鋼合金刃具鋼： 合金彈簧鋼、合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼、合金軸承鋼 合金模具鋼 ： 合金量具鋼： 低合金刃具鋼、高合金刃具鋼、高速鋼冷作模具鋼、熱作模具鋼 沒有專用鋼種 .201 合金結(jié)構(gòu)鋼： 兩位數(shù)字 +合金 元素符號(hào) + 數(shù)字平均含碳量的萬分?jǐn)?shù) 合金元素含量的百分?jǐn)?shù)（ % 不注， % 注 2， …）2 合金工具鋼 3 特殊鋼 一位數(shù)字 + 元素符號(hào) + 數(shù)字平均含碳量的千分?jǐn)?shù)（ ≥1% 時(shí)不注，高速鋼不注） 合金元素含量的百分?jǐn)?shù)% 不注， % 注 2， …合金鋼的牌號(hào)例如： 9SiCr, Cr12,5CrMnMo高速鋼： W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2例如： 60Si2Mn , 09Mn2,40Cr等 。214