1、第一篇金属材料导论 第一章金属材料的力学性能 一 金属材料的主要力学性能 强度 塑性 硬度 韧性 疲劳强度等 二 硬度硬度 金属材料抵抗局部变形 特别是塑性变形 压痕的能力 硬度直接影响到材料的耐磨性和切削加工性 常用的硬度有 金属材料的力学性能 按我 1 布氏硬度HB 见图1 3布氏硬度法 用钢球为压头 HBS 常用范围HBS 450布氏硬度压痕大 硬度值较稳定 测试数据重复性好 但较费时 不宜成品检验 用硬质合金为压头 HBW表示 较少用 2 洛氏硬度HR 见图1 4洛氏硬度的测量 HRC应用最广 范围是20 67 还有HRA HRB见表1 1 返回 第二章铁碳合金 2 1纯铁的晶体结构及
2、其同素异晶结构 一 金属的结晶金属在固态下一般都是晶体 晶体 原子在空间呈规律性排列 但注意 在固态时呈规律性排列 而在液态时金属原子的排列并不规律 制造机器设备的主要材料是钢和铁 他们是以铁和碳为主而组成的合金 要了解钢和铸铁的本质 首先要了解纯铁的晶体结构 金属的结晶就是金属液转变为晶体的过程 纯金属的结晶是在一定温度下进行的 在冷却曲线上出现一段水平段 见图1 6纯金属的冷却曲线 即 时间变化 固体增加 但金属的温度并不下降 这是由于金属结晶时放出热量 致使温度不下降 图1 6纯金属的冷却曲线 合金 两种或两种以上的金属元素 或金属和非金属元素熔合在一起 构成具有金属特性的物质 称为合金
3、 机械中大量使用合金的原因 2 2铁碳合金的基本组织 合金比纯金属强度 硬度高 且成本低 可以改变合金的成分和进行不同的热处理 在很大的范围内调节其性能 组元 组成合金的元素 称为组元 合金总的稳定化合物也可作组元 例如Fe3C相 在合金中 凡化学成分和晶格构造相同 并与其他部分有界面分开的均匀组成部分 称为相 钢液是液相 铁碳合金的组织 按显微镜下各相的形态特征 又可分成不同的组织 固溶体 金属化合物 和机械混合物 例如 2 3铁碳合金状态图 图1 15是简化了的状态图 纵坐标是温度 横坐标是含碳量 Wc 含碳量到6 69 超过6 69 在工业上无实用价值 因Fe3C是稳定的化合物 故可作为
4、合金的一个组元 因此 这个状态图实际上是Fe Fe3C图 一 铁碳合金状态图的建立1 配制不同成分的铁碳合金 加热后缓慢地冷却 记录数据 绘制它们的冷却曲线 时间 温度 表1 2各种成分的临界点2 从冷却曲线上找出临界点 并画到图1 16的成分 温度坐标中 图1 16铁碳合金状态图的建立3 相同意义的点连接起来 一 钢的分类按化学成分分 碳素钢 合金钢两大类 按用途分 结构钢 工具钢和特殊性能钢三类 按质量分 普通钢 优质钢和高级优质钢三类 按脱氧程度分 镇静钢 沸腾钢等 2 4工业用钢简介 1 应满足零件的工作要求例如 受力状态 工作温度 环境介质等2 应能满足工艺性能要求金属材料的基本加工
5、方法有铸造 锻造 冲压 焊接 切削加工和热处理 各种加工工艺对材料均有其工艺性能要求 例如焊接选用低碳钢或低碳合金钢 冲压件选用低碳沸腾钢 冲模选用淬透性优良的合金工具钢 2 5零件选材的一般原则 3 必须重视材料的经济性一般说 优先选用价格低的材料 例如优先选用碳素钢或灰铸铁 难以满足要求时 选用合金钢 球墨铸铁 铸钢或其它材料 16Mn比Q235成本略高 但强度高46 可减少用量材料的牌号应符核国家标准 品种少而集中 3 1概述 热处理只改变材料组织性能 而不改变其形状和大小 基本过程为 加热 保温 冷却零件经适当热处理后 可以提高强度和硬度 增强耐磨性或改善塑性 切削加工性等 第三章钢的
6、热处理 热处理方法 热处理 普通热处理 表面热处理 特殊热处理 表面淬火 化学热处理 火焰加热 感应加热 高 中 低频 3 2退火和正火 退火 将钢加热保温 然后随炉冷却或埋入灰中缓慢冷却 退火目的 一 退火 降低钢的硬度 以利于切削等加工 冲冷拉 细化晶粒 提高钢的塑性和韧性消除内应力 并为淬火作准备 退火种类 1 完全退火 2 球化退火 方法 用途 主要用于具有亚共析组织的碳钢 合金钢的铸件 锻件 热轧型材等 有时也用于淬火返修件 注意 完全 是退火件加热获得完全的奥氏体组织 也就是钢的组织全部进行了重结晶 所以 原来的晶粒组大 组织不匀 有内应力 塑性 韧性差 易裂 变形可以解决 但必须
7、控制退火加热温度 否则晶粒仍粗大 亚共析钢加热到Ac3以上30 50 保温 炉冷 炉冷 空冷 快些 3 3淬火和回火 淬火方法 将钢加热到Ac3或Ac1以上30 50 保温后在介质中快速冷却 以共析钢为例 共析钢被加热到Ac1以上 全部转变成奥氏体 缓慢冷却 A 至650 温度内 得到铁素体和渗碳体的混合物 珠光体 一 淬火 快速冷却 冷却曲线不与C曲线相遇 则发生马氏体转变 由于过冷度很大 铁碳原子都不能进行扩散 仅能发生 Fe向 Fe的同素异晶转变 而形成含碳过饱和的固溶体 马氏体M 碳在铁中溶解度和温度有关 3 4表面淬火和化学热处理 目的 表层有较高硬度 耐磨性 而心部保持着原来的塑性 韧性 退火 正火或调质状态的组织 目前生产中常用感应加热 其次是火焰加热 通常 淬火前正火或调质 淬火后低温回火 淬火后深度和电流频率有关 频率低深度大些 常用于中碳钢 中碳低合金钢 高碳工具钢 铸铁等 硬度可比普通淬火高2 3HRC 一 表面淬火 1 渗碳 向低碳钢或低碳合金钢渗入碳原子的过程 加热到900 950 长期保温 渗碳 渗碳后要淬火和低温回火 主要用于承受较大冲击载荷和严重磨损的零件 硬度HRC58 64左右2 氮化 渗氮 向钢表层渗氮原子 以提高硬度 耐磨性 疲劳强度 耐蚀性等 氮化后不需淬火 氮化生产周期长 不能承受冲击 二 化学热处理
