第一章 金属材料及热处理基础1（课件）-《金属加工与实训（基础常识与技能训练）》同步教学（电工版）

第一章 金属材料及热处理基础 汇报人姓名 汇报日期 一、钢 按照钢化学成分的不同分为碳素钢和合金钢两大类。 按照钢的使用性能，通常把它分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三大类。 1.1 常用金属材料 一、塑性 塑性是指材料经受较大塑性变形而不破坏的能力。即只产生变形而不断裂的性能。 图1－4 冲击实验 二、韧性 材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧度。通常用一次摆锤冲击试验来确定，如图1－4所示。 碳素钢为含碳量在0.0218％～2.11％之间，且不含有特意加入合金元素的铁碳合金。 合金钢是在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的铁碳合金。与碳素钢相比，其耐热性、耐磨性、耐腐蚀性等都有显著的提高。 （一）结构钢 用于制造机械零件和工程结构的钢统称为结构钢。分为普通质量结构钢（主要为工程建筑和普通零件用钢）和优质结构钢（主要用于制造较重要的零件）两类。 （二）工具钢 工具钢是指制造各种刃具、模具、量具的钢，相对应的称为刃具钢、模具钢和量具钢。 （三）特殊性能钢 特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。 二、铸铁 含碳量大于2.11％的铁碳合金称为铸铁。与钢相比，铸铁的碳、硅、硫、磷含量都较高，故其硬而脆，力学性能较差。但由于它具有优良的铸造性能，可加工性，并且具有耐磨、耐压、减振以及成本低廉等特点，所以在实际生产中得到了广泛的应用。 根据碳在铸铁中的存在形式，分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁三种。根据铸铁中石墨的形态，铸铁又分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁等。 主要有铝和铝合金、铜及铜合金和轴承合金等。 三、有色金属及合金 除钢铁（黑色金属）以外的其它金属，统称为有色金属。由于有色金属具有一些优良的性能，故已成为现代工业生产中不可缺少的重要材料。 四、硬质合金 由于机械加工切削速度不断提高，不少刀具刃口温度已超过700℃时，高速钢切削时磨损极为严重，它已很难适应了，此时我们就要用到硬质合金。常用的硬质合金有钨钴类、钨钴钛类和通用硬质合金三类。 1.2 钢的热处理 将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能，这种工艺方法就是钢的热处理。钢热处理的目的有两个，一是在于消除毛坯（铸件和锻件）中的缺陷，改变其工艺性能，为后续加工做准备；二是改变钢的力学性能，充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能和使用寿命。 热处理的方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热，保温和冷却三个阶段组成的。加热目的就是为了得到不同状态的奥氏体，冷却的目的就是让钢在不同冷却速度下生成不同力学性能的珠光体、索氏体、托氏体和马氏体。 （一）退火 将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后慢慢冷却的热处理工艺称为退火。 退火的目的是： ◆降低钢的硬度，提高其塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ◆消除钢中的残余应力，防止材料变形与开裂。 ◆细化晶粒，均匀钢的内部组织，改善钢的性能，为以后的淬火处理做准备。 对一般的铸锻件进行退火处理为了细化晶粒改善组织，消除应力。对高碳钢进行退火处理、为了软化钢件便于切削加工。 （二）正火 将钢加热到一定温度后，保温一定时间，随后在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。 正火冷却速度比退火快，因此正火后的组织比较细，强度、硬度比退火高一些。其目的是： ◆适当提高硬度过低的低碳钢、低碳合金钢的硬度，减少“粘刀”的发生，改善其切削加工性。 ◆细化晶粒，均匀钢的内部组织，改善钢的性能。 普通的锻铸结构零件，采用正火处理作为最终的热处理，以提高钢的机械性能；对于低碳钢的锻铸零件，在加工前用正火处理来提高硬度，以便于切削加工。 （三）淬火 淬火是将钢件加热到A3或A1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。 其目的是使钢件得到高硬度、高耐磨的马氏体或贝氏体组织，与适当的回火相配合，以获得良好的使用性能。 淬火常用的冷却介质有水、水溶液、油、熔盐、空气等 。 （四）回火 将经过淬火的钢加热到A1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 经淬火之后的钢很脆，组织又不稳定，并存在很大的内应力，不能直接使用。必须及时进行回火，所以回火是淬火后的一道必要工序。 根据钢在回火后组织和性能要求的不同，按回火温度范围可将回火方法分为低温、中温和高温回火三种。 （五）表面淬火 表面淬火就是将钢件表面快速加热到淬火温度，当热量还未传到中心时，即迅速冷却的一种操作工艺。 由于只是在钢件的表面进行淬火，所以钢件的表面较硬而内部保留较好的韧性。其适用于在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的零件的热处理，如齿轮、曲轴、主轴、花键轴、活塞销等。 （六）钢的渗碳和渗氮 把钢件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。 渗氮是在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学处理工艺。 碳氮共渗是碳、氮原子同时渗入工件表面的一种热处理工艺。 感谢观看 21 $$