【正文】 組織： (高溫轉(zhuǎn)變區(qū))，在A1～550℃之間2）貝氏體轉(zhuǎn)變(中溫轉(zhuǎn)變)：轉(zhuǎn)變溫度 ：在550℃～Ms：之間，550℃~350℃上貝氏體半擴(kuò)散型，F(xiàn)e不擴(kuò)散，C原子有一定的擴(kuò)散能力羽毛狀碳化物在F間，韌性差350℃~MS下貝氏體C原子有一定的擴(kuò)散能力針狀碳化物在F內(nèi)，韌性高，綜合機(jī)械性能好3）.低溫轉(zhuǎn)變：（馬氏體轉(zhuǎn)變）：溫度Ms～Mf，馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)⑷、鋼的冷卻轉(zhuǎn)變（連續(xù)冷卻）1） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：①冷卻速度＞時(shí)，鋼將轉(zhuǎn)變?yōu)镸+A殘②冷卻速度＜時(shí)，鋼將全部轉(zhuǎn)變?yōu)镻類③冷卻速度≈～之間(例如油冷)時(shí)：M+A殘+T ⒊掌握鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變1）回火目的： ①獲得所需要的機(jī)械性能， ②穩(wěn)定組織和尺寸： ③消除內(nèi)應(yīng)力： 2） 回火后組織低溫回火： 150～250℃，得M回。目的：降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，保持淬火后的高硬度中溫回火：350～500℃。回火組織為T(mén)回，目的：較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，并有一定的韌性。硬度高溫回火：500～650℃。回火組織：S回，性能特點(diǎn)：保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。用于：各種重要的結(jié)構(gòu)零件調(diào)質(zhì)處理：淬火＋高溫回火。用于：重要結(jié)構(gòu)件。高速鋼：需要進(jìn)行2－3次回火，使組織充分轉(zhuǎn)變。第5章 常用金屬材料及性能基本要求 熟悉工業(yè)用鋼、鑄鐵的分類和編號(hào)方法，從其牌號(hào)即可判斷其種類、大致化學(xué)成分、主要性能特點(diǎn)、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織、典型用途及相應(yīng)組織，⒈熟悉碳鋼： 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q21Q235等； 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 460等； 碳素工具鋼 TTT12等。 1）熟悉合金鋼主要鋼種 低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q345(16Mn)、Q420(15MnVN)； 滲碳鋼 20Cr、20MnVB、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA； 調(diào)質(zhì)鋼 40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi；彈簧鋼 65Mn、50CrV、60Si2Mn； 軸承鋼 GCrGCr1GCr15SiMn； 冷模具鋼 Cr12MoV；熱模具鋼 5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V低合金刃具鋼 9SiCr、CrWMn； 工具鋼TTT12；高速鋼 W18Cr4V；不銹鋼 1Cr12Cr13Cr14Cr11Cr11Cr18Ni9Ti； 常用鑄鐵：HT150、HT250、KT350KT450QT420QT8002等 ⒉工業(yè)用鋼、鑄鐵的分類、要性能特點(diǎn)、常用熱處理工藝選擇、使用態(tài)組織、典型用途及相應(yīng)組織見(jiàn)（表四1）⒊重點(diǎn)復(fù)習(xí)題型⑴.要制造輕載齒輪、熱鍛模具、冷沖壓模具、滾動(dòng)軸承、高速車(chē)刀、重載機(jī)床床身、傳動(dòng)軸、后橋殼、量具、彈簧、汽輪機(jī)葉片、等零件，試從下列牌號(hào)中分別選出合適的材料，及選擇對(duì)應(yīng)的熱處理方法（淬火、低溫回火、中溫回火、高溫回火、退火）。　?、臫12 ⑵HT300 ⑶W18Cr4V ⑷GCr15 ⑸40Cr ⑹20CrMnTi ⑺Cr12MoV⑻5CrMnMo ⑼9SiCr ⑽1Cr13 ⑾60Si2Mn ⑿QT40015 ⒀45 ⒁Q235答輕載齒輪量具冷沖壓模具滾動(dòng)軸承高速車(chē)刀重載機(jī)床床身材料⒀45⑴T12⑺Cr12MoV⑷GCr15⑶W18Cr4V⑵HT300鋼種調(diào)質(zhì)鋼炭素工具鋼冷沖模具鋼滾動(dòng)軸承鋼高速工具鋼灰鑄鐵熱處理淬火＋高溫回火淬火＋低溫回火淬火＋中溫回火淬火＋低溫回火淬火＋高溫回火三次退火⑵.有一個(gè)45號(hào)鋼制的變速箱齒輪，其加工工序?yàn)椋合铝稀懺臁?正火→粗機(jī)加工→ 調(diào)質(zhì)→ 精機(jī)加工→ 高頻表面淬火＋低溫回火→磨加工→成品，試說(shuō)明其中各熱處理工序的工藝、目的及使用狀態(tài)下的組織。 目的工藝組織正火作為預(yù)先熱處理改善切削加工性能加熱到Ac3 ＋（30～50℃）＋保溫＋空冷S或P（F＋Fe3C） 調(diào)質(zhì)在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。淬火＋高溫回火S回高頻表面淬火 提高表面硬度與高耐磨性，心部具有足夠塑、韌性。感應(yīng)加熱＋水、乳化液噴射淬火＋低溫回火。 淬火后表面為細(xì)隱晶馬氏體（極細(xì)馬氏體），心部為原始組織。低溫回火降低鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，同時(shí)保持鋼在淬火后的高硬度(一般為HRC58～64)和耐磨性。加熱150～250℃＋保溫＋冷卻M回⑶.某型號(hào)柴油機(jī)的凸輪軸要求凸輪表面有高的硬度（HRC＞50），心部具有良好的韌性（Ak＞40））原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進(jìn)行高頻淬火，最后低溫回火現(xiàn)因工廠庫(kù)存的45鋼已用完，只剩下15鋼，擬用15鋼代替 試說(shuō)明：⑴原45鋼各熱處理工序的作用 ⑵改用15鋼后，仍按原熱處理工序進(jìn)行能否滿足性能要求？為什么？ ⑶改用15鋼后為達(dá)到所要求的性能，在心部強(qiáng)度足夠的前提下應(yīng)采用何種熱處理工藝？答：⑴：調(diào)質(zhì)處理：獲得回火索氏體，以保證工件心部的強(qiáng)度和韌性凸輪表面進(jìn)行高頻淬火：承受彎曲交變載荷或扭轉(zhuǎn)交變載荷，提高耐磨性和承受沖擊。低溫回火：是為了降低鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，同時(shí)保持鋼在淬火后的高硬度(一般為HRC58～64)和耐磨性。⑵：不能滿足性能要求；因?yàn)楦哳l淬火適用與中碳鋼；中合金鋼碳鋼；工具鋼；不能對(duì)低碳鋼高頻淬火、因碳量低，表面硬度難以提高。⑶調(diào)質(zhì)（淬火＋高溫回火）→滲碳→淬火＋低溫回火第七章 工程設(shè)計(jì)、制造與材料選擇⒈掌握零件失效與失效類型⑴．過(guò)量變形失效：材料的變形量和變形特性超過(guò)原來(lái)規(guī)定的程度，而致影響構(gòu)件的規(guī)定功能 ①?gòu)椥宰冃问c選材：材料力學(xué)指標(biāo)：彈性模量。選材：易發(fā)生彈性變形失效時(shí)，應(yīng)選用具有高彈性模量的材料。②塑性變形失效與選材：材料力學(xué)指標(biāo)：屈服強(qiáng)度。③過(guò)量蠕變變形失效： 屬材料在長(zhǎng)時(shí)間恒溫、恒應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力低于屈服點(diǎn)也會(huì)緩慢產(chǎn)生塑性變形。⑵斷裂失效：斷裂是金屬材料在應(yīng)力的作用下分為互不相連的兩個(gè)部分或兩個(gè)以上部分 材料力學(xué)指標(biāo)：沖擊韌性、斷裂韌性。①韌性斷裂失效：零件所受應(yīng)力大于斷裂強(qiáng)度，斷裂前產(chǎn)生顯著宏觀塑性變形的斷裂。②低應(yīng)力脆斷：構(gòu)件所受名義應(yīng)力低于屈服極限，在于明顯塑性變形的情況下，產(chǎn)生的突然斷裂 脆斷的原因：低溫環(huán)境、焊接質(zhì)量、工作介質(zhì)、預(yù)防低應(yīng)力脆斷的措施。③疲勞斷裂失：在交變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的周期后所發(fā)生的斷裂。④蠕變失效與選材⑶表面損傷 ：主要指腐蝕失效及磨損失效、接觸疲勞失效 ①磨損失效：相互接觸的兩個(gè)零件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力的作用，零件表面材料逐漸脫落，使表面狀態(tài)和尺寸改變而引起的失效。②接觸疲勞失效：兩個(gè)零件做相對(duì)滾動(dòng)或周期性接觸，由于壓應(yīng)力或接觸應(yīng)力的反復(fù)作用所引起的表面疲勞破壞現(xiàn)象。③腐蝕失效：金屬零件或構(gòu)件的表面在介質(zhì)中發(fā)生的化學(xué)或化學(xué)作用而逐漸損壞的現(xiàn)象。⒉掌握失效的原因（1）設(shè)計(jì)與失效①結(jié)構(gòu)或形狀不合理，即在零件的高應(yīng)力處存在明顯的應(yīng)力集中源。②零件的工作條件估計(jì)錯(cuò)誤（應(yīng)力計(jì)算錯(cuò)誤）。③熱處理結(jié)構(gòu)工藝性不合理（2）選材與熱處理①選材不當(dāng)：設(shè)計(jì)者選定指標(biāo)不能反映材料對(duì)所發(fā)生的那種類型失效的抗力。所選材料的性能數(shù)據(jù)不合要求，因而導(dǎo)致了失效。材料本身的缺陷也是導(dǎo)致零件失效的一個(gè)重要原因，材料的的缺陷是夾雜物過(guò)多，過(guò)大，雜質(zhì)元素太多，或者有夾層、折疊等宏觀缺陷。②熱處理工藝不當(dāng)熱處理不良能造成過(guò)熱、脫碳、淬火裂紋、回火不足等； ③ 冶金缺陷：夾雜、成分偏析、不良組織等⑶加工缺陷：冷加工有刀痕深、粗糙度大、圓角小、精度低；熱加工缺陷：回火軟化、應(yīng)力等⑷裝配與使用零件安裝時(shí)配合過(guò)緊、過(guò)松、對(duì)中不準(zhǔn)、固定不緊等均可造成失效或事故。對(duì)機(jī)器的維護(hù)保養(yǎng)不好，沒(méi)有遵守操作規(guī)程及工作時(shí)有較大幅度的過(guò)載等也可以造成零件的失效。 ⒊掌握零件設(shè)計(jì)中的材料選擇⑴選材三原則1）使用性能原則，使用性能：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能2）工藝性原則工藝性材料經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)各種加工工藝而獲得規(guī)定使用性能或形狀的能力。是一個(gè)輔助性原則。3）經(jīng)濟(jì)性原則⒋掌握熱處理加工工藝路線中的位置1熱處理在工藝路線中的位置的安排原則1)最終熱處理一般安排在半精加工之后，磨削精加工之前；2)最終熱處理可進(jìn)行不止一次；3)整體淬火和表面淬火在工藝路線中位置相同；4)滲碳與淬火、回火在工藝路線上是近鄰的；5)局部滲碳方法不同，工藝不同；6)零件表面軟氮化和表面滲硫的減摩處理，滲C后不能進(jìn)行任何切削處理；7)高精度零件可增加去應(yīng)力退火，精密零件甚至進(jìn)行冷處理；8)調(diào)質(zhì)一般放在粗加工之后，半精加工之前。2 熱處理在工藝路線中的位置第八章 常用零件選材⒈掌握軸類零件選材⑴軸常用材料調(diào)質(zhì)鋼（4…）、合金調(diào)質(zhì)鋼（40Cr、40MnB、…）、合金滲碳（20CrMnTi、…）、專用氮化鋼（38CrMoAlA）、…等⑵機(jī)床軸按工作條件分為三類。1）輕載主軸： 低工作載荷＋小沖擊載荷＋軸頸部位磨損不嚴(yán)重，普通車(chē)床的主軸。45鋼、調(diào)質(zhì)或正火處理，耐磨的部位高頻表面淬火強(qiáng)化。2）中載主軸： 中等載荷＋磨損較嚴(yán)重＋有一定沖擊載荷，例如銑床主軸。合金調(diào)質(zhì)鋼，如40Cr鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，耐磨部位進(jìn)行表面淬火強(qiáng)化。3）重載主軸 工作載荷大＋磨損嚴(yán)重＋沖擊載荷都嚴(yán)重，組合機(jī)床主軸。20CrMnTi鋼制造，經(jīng)滲碳、淬火處理。4）高精度主軸 精密鏜床的主軸。一般用38CrMoAlA專用氮化鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，進(jìn)行氮化及尺寸穩(wěn)定化處理。⑶ 重點(diǎn)掌握軸類零件加工工藝路線CM6140車(chē)床主軸：輕載主軸 工作載荷小，沖擊載荷不大，軸頸部位磨損不嚴(yán)重，普通車(chē)床的主軸。45鋼、調(diào)質(zhì)或正火處理，耐磨的部位高頻表面淬火強(qiáng)化。選材：45鋼熱處理技術(shù)條件：整體調(diào)質(zhì)、硬度220～250HBS；軸頸和錐孔進(jìn)行表面淬火，硬度52～58HRC 加工工藝路線： 下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→表面淬火及低溫回火→磨削加工 主軸(45鋼)采取各種熱處理工藝鍛造熱加工，可以改善鑄態(tài)組織，提高材料致密度和力學(xué)性能正火目的在于得到合適的硬度，便于切削加工；改善鍛造組織，為調(diào)質(zhì)做準(zhǔn)備調(diào)質(zhì)淬火+高溫回火，得到的組織為回火索氏體，使主軸得到較高的綜合機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度，還為最終的高頻表面淬火做準(zhǔn)備。安排在粗加工之后，半精加工之前。軸頸和錐孔：進(jìn)行表面淬火+低溫回火，目的在于提高硬度，增加耐磨性。⒉重點(diǎn)掌握齒輪類零件材料選擇材料的要求：高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的抗彎強(qiáng)度、良好的切削性能、淬火性能齒輪常用材料：鍛鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼： 4 合金調(diào)制合金鋼： 40Cr、合金滲碳鋼20CrMnTi、…1）輕載齒輪： 低工作載荷＋小沖擊載荷＋軸頸部位磨損不嚴(yán)重，普通車(chē)床的主軸。445鋼、調(diào)質(zhì)或正火處理，耐磨的部位高頻表面淬火強(qiáng)化。2）中載齒輪： 中等載荷＋磨損較嚴(yán)重＋有一定沖擊載荷，例如銑床主軸。合金調(diào)質(zhì)鋼，如40Cr鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，耐磨部位進(jìn)行表面淬火強(qiáng)化。3）重載齒輪 工作載荷大＋磨損嚴(yán)重＋沖擊載荷都嚴(yán)重，組合機(jī)床主軸。20CrMnTi鋼制造，經(jīng)滲碳、淬火處理。4）高精度齒輪 精密鏜床的主軸。一般用38CrMoAl專用氮化鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，進(jìn)行氮化及尺寸穩(wěn)定化處理。熱處理：軟齒面 (大輪或大小輪硬度 ≤ 350HB)：正火＋調(diào)質(zhì)硬齒面 (硬度 350HB )：滲碳淬火＋氮化采用材料：A 20CrMnTi鋼滲碳 B 40Cr碳氮共滲⑴20CrMnTi鋼、滲碳熱處理技術(shù)條件：表層WC：～ %，～ ，齒面硬度：58～ 62HRC，心部硬度：33～ 45HRC加工工藝路線下料→鍛造→正火→粗加工、半精加工→滲碳、淬火及低溫回火→噴丸→磨削加工 各種熱處理工藝正火—950～ 970℃，空冷，179 ～217HBS，目的是為了得到合適的硬度，便于切削加工，改善鍛造組織。滲碳及淬火— 920 ～940℃，保溫4～6h，預(yù)冷至830～850℃，油淬。滲碳通過(guò)滲入碳原子可以同時(shí)改變零件化學(xué)成分和組織，達(dá)到從這兩方面來(lái)提高零件硬度、耐磨性和高疲勞強(qiáng)度。淬火是為了獲得高硬度的馬氏體?；鼗稹蜏鼗鼗?80177。10℃，保溫2h，得到回火馬氏體，保持高硬度、高耐磨性，消除應(yīng)力，降低脆性。⑵40Cr進(jìn)行碳氮共滲熱處理技術(shù)條件：表層WC：～ %， ～ %，～，齒面硬度：58～ 63HRC，心部硬度：37～ 42HRC加工工藝路線下料→鍛造→正火→粗加工、半精加工→碳氮共滲、淬火及低溫回火→噴丸→磨削加工 熱處理方法正火—840～ 870℃，空冷，187～241HBS碳氮共滲及淬火— 830 ～850℃，保溫1～2h，直接油淬。回火—低溫回火180177。10℃，保溫2h⒊選材舉例汽車(chē)齒輪鏜床鏜桿車(chē)輛緩沖彈簧機(jī)床床身高速車(chē)刀冷沖壓模具材料20CrMnTi40Cr50CrVHT200W18Cr4VCr12MoV普通車(chē)床主軸滾動(dòng)軸承自行車(chē)車(chē)架銑刀熱作模具自來(lái)水管彎頭材料45GCr1516Mn9SiCr5CrMnMoKT