【正文】 加入 Cr 、 Al等，生成致密的表面氧化膜 。當(dāng)其在使用過程中，因零件的外部形狀尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而失去原有的設(shè)計功能，使其低效工作或無法工作或提前退役的現(xiàn)象稱為失效。 第 10章 鑄造 前言 ?鑄造的概念； ?鑄造的特點； ?鑄造的缺點。 鑄造應(yīng)力及鑄件的變形、裂紋 ?熱應(yīng)力；機械應(yīng)力； ?鑄件的變形及其防止： 變形－－鑄件厚的部分受拉應(yīng)力，薄的部分受壓應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力超過合金的屈服極限時，鑄件就會產(chǎn)生變形。 特種鑄造 ?熔模鑄造； ?金屬型鑄造； ?壓力鑄造； ?離心鑄造。 鑄鋼件 ?鑄鋼分為鑄造碳鋼和鑄造合金鋼； ?鑄鋼的特點：綜合力學(xué)性能高于各類鑄鐵，不僅強度高，且有優(yōu)良的塑性和韌性，焊接性好； ?缺點：晶粒粗大、組織不均勻，常存在一些殘余應(yīng)力，需進(jìn)行熱處理。 ? 塑性加工的產(chǎn)品主要有原材料、毛坯和零件三大類。 ? ③自由鍛是靠人工操作來控制鍛件的形狀和尺寸，所以鍛件的精度差，鍛造生產(chǎn)率低，勞動強度較大。 ? 水壓機的缺點是設(shè)備龐大，并需一套供水系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)，造價較高。 ? 板料沖壓的基本工序可分為分離工序和成形工序兩大類。零件直壁由坯料外徑 D減去內(nèi)徑 d的環(huán)形部分所形成，主要受拉力作用，厚度有所減小。凸模圓角半徑Rp＝ (～ 1)Rd。坯料越厚、內(nèi)彎曲半徑 r越小，則壓縮及拉伸應(yīng)力越大，越容易彎裂。彎曲時材料內(nèi)側(cè)受壓，而外側(cè)受拉。產(chǎn)生破裂的原因主要有以下幾點： ? ①凸凹模圓角半徑設(shè)計不合理 ? 拉深模的工作部分不能設(shè)計成鋒利的刃口，必須做成一定的圓角。其變形過程為：把直徑是 D的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，板料通過塑性變形，被拉入凸模和凹模的間隙中，形成空心零件。剪床的用途是將板料切成一定寬度的條料，供沖壓用。從而避免了對地基及建筑物的震動，工作環(huán)境噪音小，也比較安全。如萬噸模鍛水壓機只能模鍛幾百公斤重的鍛件，而萬噸自由鍛水壓機卻可鍛造重達(dá)百噸以上的大型鍛件。對薄壁件應(yīng)遵循同時凝固的原則。 特點：流動性好，可以澆鑄出復(fù)雜鑄件和薄壁鑄件。 砂型鑄造工藝過程簡介 ?造型； ?熔煉和澆注； ?落砂與清理。 ?縮松：多分布于鑄件的軸線區(qū)域、內(nèi)澆口附近甚至厚大鑄件的整個斷面，它分布面廣，難于控制。 典型零件按使用性能分析 零件 工作條件 常見失效形式 性能要求 應(yīng)力 種類 載荷 性質(zhì) 受載 狀態(tài) 螺栓 拉、 剪 靜載 過量變形，斷裂 強度，塑性 傳動軸 彎、 扭 循環(huán) 沖擊 軸頸 摩擦 疲勞斷裂，過量變形 ，軸頸磨損 綜合力學(xué)性能 傳動齒輪 壓、彎 循環(huán) 沖擊 摩擦 振動 斷齒，磨損， 疲勞斷裂，接觸疲勞 表面高硬度及疲勞極限 ，心部強度及韌性 彈簧 扭、 彎 交變 沖擊 振動 彈性失穩(wěn)， 疲勞破壞 彈性極限，屈強比 ，疲勞極限 按力學(xué)性能選材需注意的問題 ? 材料性能與零件性能的關(guān)系； ? 力學(xué)性能指標(biāo)在選材中的應(yīng)用意義； ? 材料強度與塑性、韌性的合理配合； ? 注意提高零件的結(jié)構(gòu)效率。 用途： 履帶、鐵道岔道 第 9章 機械零件失效分析及選材 ? 機械零件的失效分析； ? 選材的一般原則； ? 選材的實際過程。 1． 不銹鋼 2． 耐熱鋼 3． 耐磨鋼 特殊性能鋼 1. 不銹鋼 鋼的抗腐蝕措施 形成單相組織。 應(yīng)用 中小型模具 —— 5CrMnMo 等。 淬火 ， 1280 ℃ —— 增加 A、 M中合金含量，提高熱硬性。 足夠的韌性 —— 以承受沖擊載荷 （２）低合金刃具鋼 成分 —— w(C) = ~ % ，合金元素＜ 5 % 。 鋼號 主 要 成 分 , % 淬火 油 ℃ 回火 ℃ 機械性能 ? C Mn Si, Cr ?b MPa ?s MPa ?10 % ak kJ/m2 65 ~ ~ ~ 840 油 500 1000 800 9 450 85 ~ ~ ~ 820 油 480 1150 1000 6 600 65Mn ~ ~ ~ 830 油 540 1000 800 8 800 60Si2Mn ~ ~ ~ 870 油 480 1300 1200 5 800 50CrVA ~ ~ Cr ~ 850 油 500 1300 1150 ?5 9 800 （摘自 GB/T1222－ 1985） 汽車板簧 火車螺旋彈簧 應(yīng)用 65Mn、 60Si2Mn：汽車，拖拉機，機車的板簧和螺旋彈簧。 18Cr2Ni4WA，如曲軸、連桿。 特殊性能鋼 —— 不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。 熱處理 ： 熱軋空冷 組織 ： S＋ F 多邊型角鋼 螺釘、鉚釘 鋼筋、螺紋鋼 建筑構(gòu)件 鋼橋梁 2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號 —— 如 45 鋼，含 C量為 45 / 10000 = % 。 一次淬火 —— 加熱溫度 Ac3以上（心部性能 ↑ ）或 Ac1以上（表面性能 ↑ ） 二次淬火 —— Ac3以上（心部性能 ↑ ） + Ac1以上（表面性能 ↑ ） 低溫回火 , 150～ 200℃ ， 消除淬火應(yīng)力，提高韌性。 目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韌性。 低溫回火（ 150～ 250℃ ） → 回火 M ( 過飽和 F +薄片狀 ) + A39。 加熱溫度 Ac3 ( Accm ) + 30～ 50℃ ， 空冷 → S （ + F 或 Fe3CII ） 3． 淬火 （蘸火） 加熱到 Ac Ac1以上，保溫，快速冷卻 → M 。 C% = ~ % 時，為 混合 M 。 K10圖270 共析 鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的比較及轉(zhuǎn)變組織溫度/℃ 400 10 200 300100V 5 V 800 700 500 60010時間/s102 3104105 6104V（20℃ ）（50 ℃）Mf（230 ℃）sMCCT 曲 線3VV2C 曲線1A1V 連續(xù)冷卻 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 CCT 和 TTT曲線的比較 CCT 位于 TTT曲線 右下方 CCT中沒有 A→B 轉(zhuǎn)變 爐冷 → P (V ≈０ ) 空冷 → S (V ≤Vk39。 A等溫轉(zhuǎn)變曲線 (TTT 或 C 曲線 ) 共析鋼的 C 曲線 高溫轉(zhuǎn)變， A1 ~ 550℃ 過冷 A → P 型組織 中溫轉(zhuǎn)變， 550℃ ~ MS 過冷 A →貝氏體 ( B ) 低溫轉(zhuǎn)變， MS ~ Mf 過冷 A →馬氏體 ( M ) 01 時間/sT/ ℃M+A39。 合金中有兩類基本相 —— 固溶體 和 化合物 組織： 材料內(nèi)部的微觀形貌，體現(xiàn)相的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。 X2合金結(jié)晶過程分析 （ 共晶合金 ） X2 T,?C t L (?+ ?) L (?+ ?) L L?(?+ ?) 共晶體 冷卻曲線 (?+ ?) Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 c e d X3合金結(jié)晶過程分析 （ 亞共晶合金 ） X3 T,?C t L L+ ? (?+ ?)+ ? + ? Ⅱ 1 2 (?+ ?)+ ? Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 c e d L+(?+ ?)+? 標(biāo)注了組織組成物的相圖 3．包晶相圖 包晶轉(zhuǎn)變 ： Ld + ?c ? ?e Pt Ag Ag% T,?C 鉑 銀合金包晶相圖 L ? ? ? + ? L + ? L + ? c e d f g T,?C t L L + ? L + ? ? ? ?+ ? Ⅱ 4. 共析相圖 共析轉(zhuǎn)變 ： ? ? (? + ?) 共析體 A B T,?C ? ? ? ? + ? ? + ? ? + ? c e d L + ? L 相圖與性能的關(guān)系 1. 合金的使用性能與相圖的關(guān)系 2. ● 固溶體中溶質(zhì)濃度 ↑ → 強度、硬度 ↑ ● 組織組成物的形態(tài)對強度影響很大。 c e 共晶點 表示 d點成分的合金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。 相圖的建立 1．勻晶相圖 相圖 （平衡圖、狀態(tài)圖） 平衡條件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。 材料的同素異構(gòu)現(xiàn)象 第三章 二元合金相圖及其應(yīng)用 ? （一）基本概念 ? 在介紹合金的結(jié)晶之前，先介紹幾個基本的概念 ： ? 1．合金 ? 是指由兩種或兩種以上元素經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的材料。 3）產(chǎn)生 流線 分布 —— 非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。 耐蝕性 ↓ 塑性變形后的金屬在加熱時 組織和性能的變化 1． 回復(fù) 2． 再結(jié)晶 3． 晶粒長大 1. 回復(fù) 塑性變形后的金屬在低溫加熱時，發(fā)生 回復(fù)過程 （ 去應(yīng)力退火 ） ： 位錯和點缺陷大大 ↓，內(nèi)應(yīng)力顯著 ↓ ，強度、硬度略有 ↓ 。 幾種晶體結(jié)構(gòu)的變形方式 單晶體的塑性變形究竟以何種方式進(jìn)行，主要取決于晶體結(jié)構(gòu)和外部條件： 面心立方晶格： 一般不發(fā)生孿生變形； 體心立方晶格： 一般以滑移的方式進(jìn)行，只有在低溫或受到?jīng)_擊時才發(fā)生孿生變形； 密排六方晶格： 以孿生變形為主。 單晶體金屬在正應(yīng)力作用下的變形示意圖 F 單晶體的塑性變形方式：滑移和孿生 滑移的概念：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一 部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）發(fā)生滑動。 3．塑性變形對金屬組織和性能的影響 (1) 晶粒拉長， 纖維組織 → 各向異性 (沿纖維方向的強度、塑性最大） 變形 10% 100 變形 40% 100 變形 80% 纖維組織 100 工業(yè)純鐵 不同變形度 的顯微組織 （ 2） 織構(gòu) 絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，性能出現(xiàn)各向異性。 最低再結(jié)晶溫度 TR 純金屬 TR =（ ~ ） T0 合金 TR =（ ~ ） T0 溫度單位：絕對溫度 ( K ) 預(yù)變形度對 TR的影響 再結(jié)晶后的晶粒度 加熱溫度 T ↑ → 晶粒直徑 D↑ 預(yù)變形度的影響 3. 晶粒長大 變形 80% 工業(yè)純鐵 再結(jié)晶退火 顯微照片 100 變形 80% 600℃ 退火 8小時 變形 80% 400℃ 退火 8小時 加熱溫度 T 和 加熱時間 t ↑ → 晶界遷移、晶粒合并長大。 小結(jié) 重點要求 一般要求 1. 金屬在冷加工時組織和性能的變化。這個界面稱為相界面。 2. 隨著溫度的降低，兩相的成分分別沿液相線和固相線變化。 ? 存在一個確定的共晶點。 ● 鍛造、軋制性能 單相固溶體合金， 變形抗力小，變形均勻， 不易開裂。 熱處理的分類 ? 根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點的不同，將熱處理工藝分類： ? 普通熱處理：退火、正火、淬火和回火； ? 表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理； ? 其他熱處理：真空熱處理、形變熱處理、控制氣氛熱處理、激光熱處理。 上 B 強度和韌性差 光學(xué)顯微照片 1300 電子顯微照片 5000 45鋼，上 B+下 B， 400 下 B， 350℃ ~ MS 產(chǎn)物 下 B 韌性高，綜合機械性能好。 ～ Vk) 水冷 → M+