【正文】 物溶液中加入比氰化及滲碳都較多的氮和較少的碳。 氮與某些元素的硬化能力比其它元素大，因此開發(fā)了專用的滲氮合金鋼。氰化主要用于處理小零件。氰化 氰化，有時稱為液體碳氮共滲，也是一種結(jié)合了吸收碳和氮來獲得表面硬度的工藝，它主要用于不適合通常熱處理的低碳鋼。碳氮共滲 碳氮共滲，有時也稱為干法氰化或滲碳氮化，是一種表面硬化工藝。由于在較長的滲碳過程中鋼內(nèi)部會有些晶粒生長，所以工件應(yīng)該加熱到核心部分的臨界溫度再冷卻以細化核心部分的組織結(jié)構(gòu)。這是一個較長的過程， 英寸(~)這么厚的硬化層。碳被吸收進金屬與鐵形成固溶體使外表面轉(zhuǎn)變成高碳鋼。所獲得的球狀結(jié)構(gòu)改善了鋼的可切削性。退火主要用于低碳鋼、中碳鋼及合金鋼，使晶粒結(jié)構(gòu)更均勻、釋放內(nèi)應(yīng)力或獲得所需的物理特性。為了得到最大柔軟性和延展性冷卻速率應(yīng)該很慢，比如讓零件與爐子一起冷下來。退火也釋放了先前在金屬中的內(nèi)應(yīng)力。這兩種分別被稱為奧氏體回火和馬氏體回火的工藝，能使產(chǎn)品具有特定所需的物理性能。雖然大多數(shù)軟化作用發(fā)生在達到所需溫度后的最初幾分鐘，但如果此溫度維持一段延長時間，仍會有些額外的硬度下降?；鼗鹱鳂I(yè)可以描述為滲碳體析出和凝聚或聚結(jié)的過程?；鼗鹜耆阌蹭摰玫降淖罱K組織結(jié)構(gòu)被稱為回火馬氏體。通過回火，硬度和脆性可以降低到使用條件所需要的程度。然而鹽水或水淬火能夠?qū)⒈淮懔慵谋砻嫜杆倮鋮s至本身溫度并將其保持或接近此溫度。珠光體對熱處理作業(yè)響應(yīng)最好；基本由珠光體組成的鋼能轉(zhuǎn)化成硬質(zhì)鋼。除了非淬硬鋼或部分淬硬鋼外，合金鋼中合金元素的種類及含量僅影響鋼的淬透性(工件被硬化到深層的能力)而不影響硬度。如果工件形狀不規(guī)則，為了消除翹曲和開裂最根本的是加熱速率要緩慢。一旦獲得正確的溫度，硬度和其它性能都將有明顯的變化。淬火 淬火就是把鋼件加熱到或超過它的臨界溫度范圍，然后使其快速冷卻的過程。 應(yīng)該記住由狀態(tài)圖描述的這種轉(zhuǎn)化只適合于通過緩慢冷卻的近似平衡條件。 過共析鋼是含碳量大于共析量的鋼。在較高溫度時，這種材料全部是奧氏體，但隨著冷卻就進入到鐵素體和奧氏體穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)域。通過打磨并在弱硝酸酒精溶液中蝕刻制備的樣本顯示出由緩慢冷卻形成的交互層狀的薄片結(jié)構(gòu)。 鐵需要從面心立方體奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方體鐵素體結(jié)構(gòu)，%的碳?？刂七@一由于奧氏體和鐵素體的碳溶解性完全不同而產(chǎn)生的反應(yīng)，使得通過熱處理能獲得很大范圍的特性。簡化鐵碳狀態(tài)圖 如果只把注意力集中于一般所說的鋼上，經(jīng)常要用到簡化鐵碳狀態(tài)圖。 合金鋼的性質(zhì)取決于其所含有的除碳以外的一種或多種元素，如鎳、鉻、錳、鉬、鎢、硅、釩和銅。熱處理是將金屬在固態(tài)加熱和冷卻以改變其物理性能的操作。 鏈內(nèi)結(jié)構(gòu)：原子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)對性能也有很大影響。而某些特別制造的聚合物能經(jīng)受住高達300℃(572℉)的溫度。聚合物的分子量極大地影響其機械性能，分子量越大，工程性能也越好。 聚合材料具有一些重要特性，包括尺寸(或分子量)、軟化及熔化點、結(jié)晶度和結(jié)構(gòu)。微粒加強型復(fù)合材料的一個例子是機動車胎，它就是在聚異丁烯人造橡膠聚合物基材中加入了碳黑微粒。 纖維在沿著其軸向有很高的模量，但垂直于其軸向的模量卻較低。沿著纖維長度有很強結(jié)合力的共價結(jié)合在這個方向上給予復(fù)合材料很高的模量，因為要損壞或拉伸纖維就必須破壞或移除這種結(jié)合。例如：聚合物/陶瓷復(fù)合材料具有比聚合物成分更大的模量，但又不像陶瓷那樣易碎。全內(nèi)反射現(xiàn)象與核心玻璃的高純度一樣，使光線幾乎無強度損耗傳遞長距離成為可能。在這樣的溫度下，粉末內(nèi)部起反應(yīng)去除孔隙并得到十分致密的物品。因為大多數(shù)陶瓷在從液態(tài)冷卻時將會完全破碎(即形成粉末)。許多陶瓷都是電和熱的良絕緣體。照此定義，陶瓷材料也應(yīng)包括玻璃；然而許多材料科學(xué)家添加了“陶瓷”必須同時是晶體物組成的約定。加一些其它金屬能影響密度、強度、斷裂韌性、塑性變形、導(dǎo)電性以及環(huán)境侵蝕。由于電子能導(dǎo)熱和導(dǎo)電，所以用金屬可以制造好的烹飪鍋和電線。然而，有時我們也能利用塑性變形。橄欖球運動員據(jù)此相信他的面罩不會裂成碎片。高密度材料通常由較大原子序數(shù)原子構(gòu)成，例如金和鉛。某些金屬合金，例如鋁基合金，其密度低，可用于航空航天以節(jié)約燃料。合金包含不止一種金屬元素。某些金屬能被磁化，例如鐵、鈷和鎳。非工程材料則是化學(xué)品、燃料、潤滑劑以及其它用于加工制造過程但不成為產(chǎn)品組成部分的材料。科學(xué)家常根據(jù)狀態(tài)將材料分為：固體、液體或氣體。他們也把材料分為有機材料(曾經(jīng)有生命的)和無機材料(從未有生命的)。 工程材料還能進一步細分為：①金屬材料②陶瓷材料③復(fù)合材料 ④聚合材料，等等。在極低的溫度下，某些金屬和金屬化合物能轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)體。合金的性質(zhì)能通過改變其中存在的元素而改變。許多合金還具有高斷裂韌性，這意味著它們能經(jīng)得起沖擊并且是耐用的。然而，諸如鋁和鎂之類的一些金屬則具有低密度，并被用于既需要金屬特性又要求重量輕的場合。 塑性變形就是在斷裂前彎曲或變形的能力。汽車上壓皺的區(qū)域在它們斷裂前通過經(jīng)歷塑性變形來吸收能量。因為這些階電子吸收到達金屬的光子，所以透過金屬不可能看得見。例如，往鋁里加少量鐵可使其更強。 玻璃是沒有晶體狀結(jié)構(gòu)的無機非金屬材料。某些陶瓷還具有一些特殊性能：有些是磁性材料，有些是壓電材料，還有些特殊陶瓷在極低溫度下是超導(dǎo)體。因此，所有用于玻璃生產(chǎn)的簡單有效的—諸如澆鑄和吹制這些涉及熔化的技術(shù)都不能用于由晶體物組成的陶瓷的生產(chǎn)。 光導(dǎo)纖維有三層：核心由高折射指數(shù)高純光傳輸玻璃制成，中間層為低折射指數(shù)玻璃，是保護核心玻璃表面不被擦傷和完整性不被破壞的所謂覆層，外層是聚合物護套，用于保護光導(dǎo)纖維不受損。 復(fù)合材料由兩種或更多材料構(gòu)成。 復(fù)合材料有兩種：纖維加強型復(fù)合材料和微粒加強型復(fù)合材料。 把纖維放入復(fù)合材料較困難，這使得制造纖維加強型復(fù)合材料相對昂貴。纖維復(fù)合材料的制造者往往旋轉(zhuǎn)纖維層以防模量產(chǎn)生方向變化。 聚合材料 聚合物具有一般是基于碳鏈的重復(fù)結(jié)構(gòu)。聚合材料的機械性能一般表現(xiàn)為低強度和高韌性。 熱轉(zhuǎn)換性：聚合物的軟化點(玻璃狀轉(zhuǎn)化溫度)和熔化點決定了它是否適合應(yīng)用。 結(jié)晶度：聚合物可以是晶體狀的或非結(jié)晶質(zhì)的，但它們通常是晶體狀和非結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)合物(半晶體)。根據(jù)各自的結(jié)構(gòu)不同，聚合物可以是親水的或憎水的(喜歡或討厭水)、硬的或軟的、晶體狀的或非結(jié)晶質(zhì)的、易起反應(yīng)的或不易起反應(yīng)的。按所采用的步驟，鋼可以通過硬化來抵抗切削和磨損，也可以通過軟化來允許機加工。由于合金鋼改善的物理性能，它們被大量使用在許多碳鋼不適用的地方。鐵碳狀態(tài)圖中靠近三角區(qū)和含碳量高于2%的那些部分對工程師而言不重要，因此將它們刪除。 為了理解這些過程，%的共析鋼，’線慢慢冷卻。被析出的碳與金屬化合物Fe3C形成富碳的滲碳體。這種結(jié)構(gòu)由兩種截然不同的狀態(tài)組成，但它本身具有一系列特性，且因與低倍數(shù)放大時的珠母層有類同之處而被稱為珠光體。由截線及杠桿定律分析可知，低碳鐵素體成核并長大，剩下含碳量高的奧氏體。當(dāng)這種鋼冷卻時，’線所示，除了初步的共析狀態(tài)用滲碳體取代鐵素體外，其余類似亞共析鋼的情況。如果緩慢加熱，則以相反的方式發(fā)生這種轉(zhuǎn)化。如果鋼的含碳量已知，鋼件合適的加熱溫度可參考鐵碳合金狀態(tài)圖得到。 在任何熱處理作業(yè)中，加熱的速率都是重要的。截面越厚，加熱的時間就要越長才能達到均勻的結(jié)果。 含碳量低的鋼對淬火處理沒有明顯的反應(yīng)。 即使所有其它條件保持不變，隨著要淬火的零件尺寸的增加其表面硬度也會有所下降。在這種情況下不管零件尺寸如何，其表面總歸有一定深度被硬化。隨著這些性能的降低，拉伸強度也降低而鋼的延展性和韌性則會提高。 由于馬氏體這一淬硬鋼主要成分的不穩(wěn)定性，使得回火成為可能。 滲碳體的大量析出開始于600℉(315℃)，這使硬度下降。通常的做法是將鋼加熱到所需溫度并且僅保溫到正好使其均勻受熱。 退火 退火的主要目的是使堅硬的鋼軟化以便機加工或冷作。 給定的鋼其退火溫度取決于它的成分；對碳鋼而言可容易地從局部的鐵碳合金平衡圖得到。含碳量越高，冷卻的速率必須越慢。大多數(shù)商業(yè)鋼材在軋制或鑄造后都要退火。此處理方法對必須機加工的過共析鋼特別有用。碳逐漸擴散到零件內(nèi)部。 %、本身不太適合熱處理的低碳鋼。然后重新加熱到高于外層轉(zhuǎn)變溫度再淬火以生成堅硬、細致的組織結(jié)構(gòu)。通過把鋼放在高于臨界溫度的氣體中，讓它吸收碳和氮。需表面硬化的零件浸沒在略高于Ac1溫度熔化的氰化鈉鹽溶液中，浸泡的持續(xù)時間取決于硬化層的深度。滲氮 滲氮有些類似普通表面硬化，但它采用不同的材料和處理方法來產(chǎn)生堅硬表面成分。在鋼中含鋁1%%被證明特別合適，它能與氨氣結(jié)合形成很穩(wěn)定堅固的成分。 (~)的硬化層，()的硬化層。由于滲氮鋼的合金比例，它們比普通鋼更強，也容易熱處理。UNIT 3 鑄造是一種將熔化的金屬倒入或注入合適的鑄模腔并且在其中固化的制造工藝。 通過鑄造加工，鑄件可以做成很接近它們的最終尺寸。本節(jié)討論砂型鑄造工藝，包括型模、澆注口、澆道、設(shè)計考慮因素及鑄造余量。砂芯安放在型腔里形成所需形狀的孔洞。 在典型砂型鑄造的兩箱鑄模中，上半部分(包括型模頂半部、砂箱和砂芯)稱為上型箱，下半部分稱為下型箱。型砂通過振動和機械方法壓實。(.)，只能比此大。除此之外，還有稱為排放口的澆注系統(tǒng)延長段，它為合成氣體和置換空氣排放到大氣提供通道。收縮余量僅僅是近似的，因為準確的余量是由鑄件的形狀和尺寸決定的。 一般而言，砂型鑄造作業(yè)的典型階段包括()：1. 制作型模。3. 型砂與膨潤土之類的添加劑充分地混合以增強連接及整體強度。為了以后鑄模匹配還要用到定位銷。7. 金屬在熔爐或坩堝中預(yù)熱到高于液化溫度的一個合適范圍內(nèi)(不希望金屬在澆鑄完成前凝固)。8. 將金屬緩慢而連續(xù)地注滿型模。如果零件以恒定速率冷卻得足夠緩慢，最終零件將相對均質(zhì)并釋放內(nèi)應(yīng)力。其它的選擇還有采用振動臺、噴砂/噴丸機、手工作業(yè)等等?？赡苓€要用清洗作業(yè)去除氧化物等。復(fù)雜的形狀能被高精度地制造。石蠟型模浸泡在耐熱漿里，讓它覆蓋型模并形成外殼，然后使其變干。由于這種鑄型是環(huán)繞整塊型模形成的(無需像傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝那樣拔模)，能制作十分復(fù)雜的零件和浮雕。根據(jù)最后所需光潔度也可采用硅線石和乙烷基硅酸鹽。 澆鑄可采用重力、壓力或真空條件來實現(xiàn)。對容易鑄造的合金而言，(~ in.)。離心鑄造中，永久性的型模在熔化金屬澆鑄時以較高速度(300到3,000rpm)繞其軸線旋轉(zhuǎn)。 只有圓柱形才能用此工藝生產(chǎn)。表面粗糙度的有效值(均方根)(~.)。 半離心鑄造：型?？梢允怯谰眯缘幕蚴窍男缘模筛鶕?jù)需要疊加。 離心法鑄造：離心法鑄造用于迫使金屬從設(shè)備的中心軸進入分布在圓周上的單獨型腔。泡沫型模用難熔材料覆蓋。然而由于型模的消耗特性，型模成本可能較高。無需留拔模余量。它能用于生產(chǎn)各種形狀和尺寸、從很小到重量數(shù)噸的零件。 對小到中等尺寸零件的半機械化鍛造而言，鍛錘可采用多種動力。 錘鍛中常用的開式模鍛與閉式模鍛是有區(qū)別的。手工鍛造時一般在每次錘擊后都轉(zhuǎn)過90176。 更重要的是閉式模鍛，在工業(yè)上廣泛用于規(guī)模生產(chǎn)。閉式模鍛能生產(chǎn)高度復(fù)雜和精確的零件，而且表面光潔度要比不用閉式鍛模的更傳統(tǒng)方法好。對后者而言，例如現(xiàn)代噴氣飛機零件，使用能產(chǎn)生50,000噸以上壓力的巨型液力鍛壓機。由于這種情況下被鍛鋼坯重量大于30噸，人工操作是不可能的，鋼坯的所有操作都必須是機械化的。鍛件的物理性能(如強度、延展性和韌性)遠好于基礎(chǔ)金屬，因為基礎(chǔ)金屬的晶粒是無序排列的。 鍛造生產(chǎn)的零件具有較高的強度重量比，所以常被用在飛機結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計中。 這導(dǎo)致有利的晶粒流使零件堅固。這就是傳統(tǒng)鐵匠干的活，是較古老的制造工藝。不像開式模鍛那樣需要多次擊打把壓縮能量傳遞到零件外表面，壓鍛能將力均勻地傳遞給材料的主體。 滾鍛：在滾鍛時，圓的或是扁平的棒料放在模輥之間縮小橫截面增加長度制成諸如輪軸、板簧之類的零件。 純型/近似純型鍛 ：采用純型鍛或近似純型鍛，產(chǎn)生材料損耗的主要形式是飛邊以及隨后的機加工。此類工藝通常可以省去或減少機加工。分模面應(yīng)經(jīng)過零件中心，而不要靠近上下邊緣。? 應(yīng)提供盡可能大的倒角和半徑以幫助材料在鍛造過程中流動。? 鍛模磨損公差為側(cè)向公差(平行于分模面)，對銅合金大約為+% ，對鋁和鋼大約為+%。滑潤劑對防止工件粘住鍛模很有用，還可以作為絕熱體幫助減少鍛模磨損。在燒結(jié)前可以進行二次擠壓作業(yè)(再擠壓)以改善壓實狀態(tài)和材料性能。粉末可以是單一元素、預(yù)先合金或部分合金。如果用單一元素粉末生產(chǎn)均勻材料需要很高溫度和較長燒結(jié)時間，也可用預(yù)先合金。用這種方法混合物中單獨粉末的可壓縮性得以維持，在運送和使用期間結(jié)合將不會分離。提升溫度擴散工藝被稱為燒結(jié)，有時還輔之以外界的壓力來達到目的。因此選擇何種粉末冶金方法來制作零件取決于其所需的性能級別。Cold Uniaxial Pressing冷單向擠壓 單一元素金屬，或極小顆粒的預(yù)先合金粉末與潤滑劑(一般是鋰硬脂酸鹽，%)混合，然后在金屬模具中施加壓力[比如600MPa (87,000lb/)]擠壓。如果需要較高的壓實密度則壓實壓力要顯著提高，因為大型壓力機成本較高并且在較高壓力下模具強度要更高這樣就不合算。然后放入合適的環(huán)境中燒結(jié)成所需產(chǎn)品。微粒的“熔合”導(dǎo)致零件密度增加，因此該工藝有時被稱為致密化。根據(jù)不同材料的化學(xué)成分，燒結(jié)的環(huán)境包括真空狀態(tài)也各不相同?？梢钥吹皆诤芏嗲闆r下