【正文】 學(xué)好本章重點內(nèi)容（鋼鐵熱處理原理與工藝）的 關(guān)鍵在于是否熟練地掌握了鋼的“Ｃ”、“ CCT”曲線， 為此應(yīng)會默畫、熟悉曲線圖中各條線的含義及各個區(qū)域相應(yīng)組織。 “鋼的熱處理”歌訣助記 零件加工工藝中，鋼熱處理最關(guān)鍵； 五大轉(zhuǎn)變五把“火”，過程轉(zhuǎn)變把“火”點。 課程進(jìn)度與學(xué)時分配 167。 鋼鐵材料熱處理工藝 2h 167。 因此， 工業(yè)用鋼一節(jié)作為本章乃至常用機械工程材料部分的一學(xué)習(xí)重點 ， 同時它亦是本課程教 學(xué)的第三個重點。 在鑄鐵與有色金屬合金中，由于鑄鐵件價格便宜、工藝性能好而在各類機械中約占機器總重量的 45%90%，有色金屬合金因其具有一系列不同于鋼鐵材料的特殊性能（物理、化學(xué) 18 及機械等方面），亦成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的、重要工程材料。 基本要求 （ 1）熟悉常用金屬材料（包括工業(yè)用鋼、鑄鐵與有色金屬合金）的分類和編號方法，要做到從其牌號即可判斷其種類、大致化學(xué)成分、主要加工工藝特點及相應(yīng)組織、主要用途與主要性能特點等； （ 2）熟練地掌握常用工業(yè)用鋼（重點是合金鋼）的類別（按用途分類）、典型牌號、 碳與合金元素的含量及主要作用、主要性能特點、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織以及典型用途等； （ 3） 深入理解鑄鐵的石墨化過程與影響因素，鋁合金的強化途徑與方法，以及滑動軸承合金的性能特點與組織要求等。那么，如何學(xué)習(xí)好本章內(nèi)容呢？正確地選擇常用金屬材料是機械類、近機械類各專業(yè)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計乃至實際工作中進(jìn)行機械設(shè)計不可缺少的重要一環(huán)，為此建議學(xué)生學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時，注意 “理清思路、善于歸納，把握重點、以點帶面” 。 但一定注意要 自我獨立動腦思考、動手制作此類表。 （ 1）學(xué)習(xí)就是為了實用 (把握重點 ) 很顯然，本章“常用金屬材料”中，應(yīng) 以第一節(jié)“工業(yè)用鋼”為主 ；而工業(yè)用鋼中，對于一般機械類專業(yè)而言，應(yīng)以結(jié)構(gòu)鋼為重點（對于化工機械類專業(yè)還要兼顧不銹耐酸鋼，而對于動力機械類專業(yè)就必須兼顧耐熱鋼了）。 而在“鋁合金”中，只有掌握鋁合金的 時效強化原理 這一“重點”，才能深入理解鋁合金的組織與性能特點。 雖然，在上一章已經(jīng)介紹了單一合金元素在鋼中的作用（即鋼的合金化原理），但在各類合金鋼中所加入的合金元素往往不止一種，而同一種合金元素在不同種類的合金鋼中所起的 作用亦是不同的，這就為我們學(xué)習(xí)和掌握“工業(yè)用鋼”帶來很大的障礙，那么 如何攻克“合金元素的作用”這一難點呢？ 學(xué)習(xí)的實踐表明，結(jié)合工業(yè)用鋼的類別（按主要用途分類）來識記，是最好的學(xué)習(xí)方法。特例： 滾動軸承鋼中的高碳 則是 為了保證該鋼的高硬度、高耐磨性， 這又與工具鋼相同。］ （ 2）工具鋼中碳及合金元素的作用 ①碳 其主要作用是 保證高硬度與高耐磨性 。一般不銹鋼、耐熱鋼中含碳量大多≤ %。 在耐熱鋼中，Ｃ r、 Si 、 Al提高鋼的抗 氧化性， Ｃｒ提高鋼的組織穩(wěn)定性、固溶強化效果， Ｍ o 提高高溫強度、固溶強化效果， V 、 N ｂ、Ｔｉ等能形成強碳化物而起到彌散強化、提高高溫強度作用， Ｂ、 Ｒｅ等元素可提高晶界強度作用，而 Ni（Ｍｎ）可以擴大奧氏體相區(qū)、使之形成單相奧氏體，從而提高鋼的高溫性能等 。 由于用途與性能要求不同，在結(jié)構(gòu)鋼中主加元素所起的主要作用而在工具鋼中就變?yōu)檩o 24 加元素起輔助作用了，而 特殊性能鋼中合金元素總含量大多 10%即為高合金鋼。 （ 2）常用鑄鐵的應(yīng)用特點（見表 56） 表 56 從各類鑄鐵性能的相對比較看鑄鐵的應(yīng)用 鑄鐵類別 性能 白口 鑄鐵 灰鑄鐵 蠕墨 鑄鐵 可鍛 鑄鐵 球墨 鑄鐵 抗拉強度 ○ ○ ∨ 伸長率 ○ ○ ∨ 沖擊韌度 ○ ○ ∨ 磨粒磨損 ∨ 黏著磨損 ∨ ○ ○ ○ 減振性能 ∨ ○ ○ ○ 鑄造工藝性能 ∨ ○ ○ 切削加工性能 ∨ ○ ○ ○ 注：表中“”優(yōu)，“○”良，“ ”一般，“”差。 52~167。 55 特殊性能鋼 1h 167。 基本要求 （ 1）了解聚合物的有關(guān)特性，認(rèn)識幾種常用工程塑料的性 能特點與應(yīng)用； （ 2）概括了解工程陶瓷材料的使用性能特點，熟悉常用的工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料的基本性能和應(yīng)用； （ 3）建立對復(fù)合材料的性能、分類和應(yīng)用的一般概念。它包括何謂失效分析？失效的基本類型，零件失效的原因以及失效分析的方法等。 基本概念 （１）失效與失效分析； （２）使用性能、工藝性能與經(jīng)濟(jì)性原則。 機械零件喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為失效。在實際應(yīng)用中，應(yīng)把它們結(jié)合起來，以確定機械零件失效的原因，并制定相應(yīng)的補救和預(yù)防措施，以防同類事故的再次發(fā)生。這正如圖 74所示的失效分析的基本環(huán)節(jié)示意圖所示。通過分析，應(yīng)找出其一般規(guī)律，又要看到其特殊點．為了有利于學(xué)生學(xué)習(xí)，現(xiàn)將有關(guān)圖表，匯集如下，供學(xué)習(xí)參考。 而對于汽車、拖拉機的變速齒輪，由于承載較重，受沖 擊頻繁，其耐磨性、疲勞強度、心部強度以及沖擊韌度等，均要求比機床齒輪高，故一般均采用滲碳鋼制造，經(jīng)滲碳 +淬火 +低溫回火處理，表層碳含量大大提高，保證淬火后高硬度、高耐磨性和高的接觸疲勞抗力，由于合金元素提高淬透性，所以經(jīng)淬、回火后可使工件心部獲得較高的強度和足夠的沖擊韌度。 特例： ①當(dāng)承受重載，高速、且承受沖擊載荷較大時可選用滲碳鋼（如 20CrMnTi等）經(jīng)滲碳 +淬火 +低溫回火處理； ②近年來在國內(nèi)、外使用球墨鑄鐵代鋼作汽車、拖拉機與農(nóng)用柴油機曲軸的愈來愈多，第二代解放牌汽車Ｊ 130汽車、東風(fēng)及東風(fēng)４型內(nèi)燃機車的曲軸均使用球墨鑄鐵（或合金球 32 墨鑄 鐵）制造，雖然球墨鑄鐵的塑、韌性遠(yuǎn)低于鍛鋼，但在一般發(fā)動機中當(dāng)對塑韌性要求并不太高，而且球墨鑄鐵的缺口敏感性小，實際球墨鑄鐵的疲勞強度并不明顯低于鍛鋼，而且可通過表面強化（如滾壓、噴丸等）處理大大提高其疲勞強度，其效果優(yōu)于鍛鋼，因而在性能上完全可代替調(diào)質(zhì)碳鋼。 72 典型機械零件的選材分析 1h 《綜合測試》 1h 。 課程進(jìn)度與學(xué)時分配（共需 3h） 167。 30 表 7— 2 美國 931 個齒輪失效方式及原因的統(tǒng)計結(jié)果 表 73 機床齒輪的用材及熱處理 31 表 74 汽車、拖拉機齒輪 常用鋼種及熱處理方法 表 7表 76所示為軸類零件（機床主軸、曲軸等）的工作條件、用材及熱處理情況。總的講來，斷裂 是齒輪失效的主要形式。 表 7—1 幾種零件 (工具 )工作條件、失效形式及要求的力學(xué)性能 表 7－ｌ所示為某些典型機械零件的工作條件，常見失效形式及所要求的力學(xué)性能，供分析工作條件時參考。 失效的原因主要在設(shè)計、材料、工藝、安裝使用等 四個方面，所以失效分析中的實驗研究也應(yīng)該主要集中在這些方面。 圖 72 機械零件失效的主要形式 機械零件失效的原因大體可分為設(shè)計、原材料、各種加工工藝以及裝配使用等四個方面，這正如圖 73所示。為此，學(xué)習(xí)本章內(nèi)容應(yīng)注意： （ 1）完善并牢記貫穿本課程的“綱”。其表現(xiàn)在對于這部分內(nèi)容不是針對具體零件的工作條件進(jìn)行具體分析，而是死記硬背其分析的內(nèi)容，所以條件一發(fā)生變化 ，就不知所措。 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo) 本章內(nèi)容簡要，與前述有關(guān)章節(jié)聯(lián)系密切，如果前敘內(nèi)容掌握得不好，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時住往會感到枯燥無味，不容易懂和不便記憶，因 此學(xué)習(xí)時應(yīng)注意： （ 1）聯(lián)系“第一章機械工程材料的結(jié)構(gòu)”中聚合物、陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點，以材料的 “化學(xué)成分（化學(xué)組成）→結(jié)構(gòu)、組織→性能→應(yīng)用” 這一主線索為綱，指導(dǎo)本章學(xué)習(xí)； （ 2）搞清有關(guān)基本概念，如聚合物的物理力學(xué)狀態(tài)、陶瓷材料的組織特征以及復(fù)合材料的分類與復(fù)合增強機制等，將有助于理解、深入認(rèn)識其性能特點； （ 3）盡可能聯(lián)系加工工藝現(xiàn)場生產(chǎn)和生活實際，以加深理解與增強記憶．有條件地方，應(yīng) 26 適當(dāng)組織參觀、調(diào)研等，使學(xué)生增加感性認(rèn)識，將十分有助于本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)與記憶． 教學(xué)參考資料 主教材： 《教程》 P 208~254； 輔助教材：《指導(dǎo)》 P58~59， 《指南》 P 1~104； 參考教材： 1. P216~279， 2. P147~170， 4. P172~212， 5. P211~267。本章簡要介紹了有關(guān)非金屬材料與復(fù)合材料的初步知識，以便為深入學(xué)習(xí)非金屬材料與復(fù)合材料知識奠定基礎(chǔ)。 52 ~ 167。 課程進(jìn)度與學(xué)時分配（共需 6h） 167。 鑄鐵的分類與組織特征 鑄鐵的分類與組織特征見表 54示。 （ 2）依據(jù) 所含的合金元素進(jìn)一步細(xì)分 低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、珠光體耐熱鋼的含碳量都是萬分之幾，要區(qū)分它們只有通過合金化特點進(jìn)一步判斷。［特例：耐磨鋼 ZGMn13 中含碳量為 — %］。 例如：低合金刃具鋼、冷作模具鋼中合金元素的作用基本如此；高速鋼中合金元素主要作用應(yīng)分別牢記： W （Ｍ o） —— 提高紅硬性，Ｃ r —— 提高淬透性， Ｖ —— 提高耐磨性。 例如，在調(diào)質(zhì)鋼中主加元素的作用就是提高淬透性、強化鐵素體（微量的合金元素 B也具有此作用），這樣可確保工件在較大截面上均可獲得馬氏體組織、從而使回火后該鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，而輔加元素的作用則起到在淬火加熱時可阻止奧氏體晶粒長大（即細(xì)化晶粒）、進(jìn)一步提高鋼的淬透性，同時 W、 Mo 又具有防止第二類回火脆性的作用；彈簧鋼中主加元素的作用除具有提高淬透性、強化鐵素體外，還可提高鋼的彈性極限、屈服強度的作用。 （ 1） ①碳 其主要作用是保證鋼的硬度、強度與韌性。 攻克“難點”，切實掌握好“工業(yè)用鋼”這一重點內(nèi)容 “工業(yè)用鋼”系本章乃至《機械工程材料》課程的一個學(xué)習(xí)重點，而其中 合金鋼又是重中之重。 （ 2）如何以“點”帶“面”呢？ 在“工業(yè)用鋼”一節(jié)中，“點”指的就是 典型鋼號 ，即熟記每類（按用途分類）鋼中的二、三個典型鋼號，以此為重點，依據(jù)主線索的要求而展開，這樣既把此類鋼的特征基本掌握、有效地帶動了這類鋼的學(xué)習(xí)，又便于記憶。因為本章內(nèi)容實屬繁多，即便是教材經(jīng)過了簡化但仍然是內(nèi)容較多，不可能也沒有必要什么都記。事實證明，學(xué)生只要經(jīng)過自我系統(tǒng)的梳理、歸納、小結(jié)各部分內(nèi)容，不僅將學(xué)習(xí)內(nèi)容條理化，而且更加深了記憶效果，學(xué)習(xí)成績都較好。 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo) 金屬材料系機械工程中用途最為廣泛，最為重要的一類機械工程材料。 總之，通過本章的學(xué)習(xí) ，使之能做到初步正確選材，這對材料使用者是極為重要的，這也是本章中工業(yè)用鋼一節(jié)之所以被列為本課程第三個重點的主要原因。 鋼的種類、數(shù)量繁多，不可能也沒有必要逐個都記住，因此學(xué)習(xí)的 重點要求在每類鋼（按用途分類）中能熟練地掌握二、三個用途最為廣