【正文】 第一章 機械工程材料及熱處理本章要點１．常用金屬材料的性能、牌號及應(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 強度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度 和 疲勞強度 等。2一． 強度與塑性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：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，拉伸力達到最大值，試樣即將斷裂。（ 3）、 s s’ 段：水平線（略有波動）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。（ 4）、 s’b 曲線： 彈性變形 +均勻塑性變形S’材料拉伸實驗3圓 形拉伸 試樣拉伸實驗4強度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力 。２、強度的指標（ 2）、抗拉強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σb = Fb/S0 當(dāng)材料的內(nèi)應(yīng)力 σ ＞ σ b時，材料將產(chǎn)生斷裂。σ b常用作脆性材料的選材和設(shè)計的依據(jù)。 符號： σs 材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力σ s = Fs/S0 Fs： 試樣屈服時所承受的拉伸力（ N） S0 ：試樣原始橫截面積（ mm）167。11 強度與塑性5３、塑性指標 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。評定指標是斷后伸長率和斷面收縮率。（ 1）、斷后伸長率（ 2）、斷面收縮率　 指試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比 。指試樣拉斷后縮項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:標距（本實驗 L=100）L1:拉斷后的試件標距。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，其物理含義與試驗方法有關(guān)。硬度的測試方法 （ 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，強度也較高7（ 1）、布氏硬度試驗 （ 布氏硬度計 ） 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)的試驗力壓入待測材料表面，保持規(guī)定時間并達到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗力，測量材料表面 壓痕直徑 ，以計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。１、布氏硬度１、布氏硬度布氏硬度計 布氏硬度試驗原理圖 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216。① .測量值較準確，重復(fù)性好，可測組織不均勻材料（鑄鐵）216。② .可測的硬度值不高216。③ .不測試成品與薄件 216。④ .測量費時，效率低 (4)、測量范圍 用于測量 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 （ 洛 氏 硬度計 ） 原理 : 用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量來計算硬度的一種壓痕硬度試驗。 洛氏硬度、洛氏硬度洛氏硬度測量原理圖 洛氏硬度計 10(2)、洛氏硬度值 用測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 HRB 軟鋼、退火鋼、銅合金216。① 試驗簡單、方便、迅速 HRA 硬質(zhì)合金、表面淬火鋼216。② 壓痕小，可測成品，薄件 216。③ 數(shù)據(jù)不夠準確，應(yīng)測三點取平均值 216。④ 不應(yīng)測組織不均勻材料，如鑄鐵。(4)、測量范圍 用于測量 淬火鋼、硬質(zhì)合金 等材料 .11(1)、維氏硬度試驗 原理 :用 夾角為 136176。 的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗力 F（）壓入試樣表面，測出壓痕對角線長度 d，進而算出壓痕表面積，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)、測量范圍 常用于測薄件、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① 測量準確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬） ② 可測成品與薄件 ③ 試樣表面要求高，費工。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．鋼的分類與編號二．鋼的分類與編號鋼碳素鋼　　　　　　　　 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、鋼的牌號及其應(yīng)用（ 1）、碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號 ： Q+屈服點數(shù)值＋質(zhì)量等級符號＋脫氧方法符號 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 ：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器零件 如：齒輪、主軸等。16（ 3）、碳素工具鋼 牌號 ：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：主要用在自動機床上加工大批量的零件，如螺釘，螺母等。其 牌號 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。其強度高于各類鑄鐵，同時具有良好的塑性和韌性，適于制造形狀復(fù)雜、強度和韌性要求高的零件，如火車輪、大齒輪等。其 牌號 如：ZG230450。 牌號意義： ZG屈服點－抗拉強度17三．雜質(zhì)對鋼性能的影響（ 1）、硅和錳的影響： 有益元素 。不但可以溶于 F中，產(chǎn)生強化作用，使鋼的強度和硬度提高；而且 Mn能消除硫?qū)︿摰奈：Α＃?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度和硬度，細 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合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼：機器合金結(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 + 數(shù)字平均含碳量的萬分數(shù) 合金元素含量的百分數(shù)（ % 不注， % 注 2， …）2 合金工具鋼 3 特殊鋼 一位數(shù)字 + 元素符號 + 數(shù)字平均含碳量的千分數(shù)（ ≥1% 時不注，高速鋼不注） 合金元素含量的百分數(shù)% 不注， % 注 2， …合金鋼的牌號例如： 9SiCr, Cr12,5CrMnMo高速鋼： W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2例如： 60Si2Mn , 09Mn2,40Cr等 。214