模块四 金属材料及热处理-【单招零距离】机电专业综合（上）

总复习方案·第一部分机械基础 模块四 金属材料及热处理 考情分析 知识模块 金属材料及热处理 1.了解金属材料力学性能的主要指标和符号。 2.了解屈服点、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率的有关计算。 3.了解布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度试验的应用。 4.了解非合金钢的分类。 考纲要求 5.掌握非合金钢牌号的含义及应用。 6.掌握非合金钢常用热处理的工艺方法。 7.掌握非合金钢常用热处理的日的。 8.了解低合金钢、合金钢牌号的含义及应用。 9.了解灰铸铁、球墨铸铁、可锻俦铁的牌号含义及应用 高考卷 2019年 2020年 2021年 分值 5 6 5 选择题30、问答题52 判断题13、选择题30 题型、题号 判断题14、问答题52 综合题59 综合题59 题30钢的牌号含碳 题14正火与退火工艺比 题13滚动轴承钢2分 量识读3分 较2分： 题30合金渗碳钢最终热 52题(1)合金调质钢 52题(2)45钢最终热处理 考点 处理3分 最终热处理1分 1分 题59(1)铸铁的石墨形态 题59(1)铸铁的牌号 52题(3)滚动轴承钢牌号 1分 含义1分 及质量2分 试题难度要求 容易 容易 容易 纵观近三年高考试卷，金属材料及热处理的知识点以判断、选择为主，分值在2一5分之 间。考题以基本题为主，试题难度较前几年有所下降。常规考点包括金属材料的力学性能、非 合金钢、钢常用热处理的工艺方法和目的、合金钢牌号的含义及应用、铸铁和铸钢的牌号含义 及应用。 知识梳理 一、金属的力学性能 1.定义：金属材料在外力作用下所表现出来的性能。 2.力学性能的主要指标 ·87 单招零距离·机电专业综合 力学 性能指标 定义 含义 性能 符号 名称 计算公式 屈服 拉伸过程中，载荷不增加（保持恒定）， Ra R=F/S 金属材料在静 强度 试样仍能继续伸长（变形）时的应力 强 载荷作用下，抵 抗拉 R R=F/So 试样断裂前所能承受的最大应力 度 抗塑性变形与 强度 破坏的能力 条件屈 规定产生0.2%残余伸长时的应力（适 Ro R.2=F0,2So 服强度 用于无明显屈服现象材料) 断后 L.-L 拉伸试样拉断后的标距伸长量与原始 金属材料在断裂 A或A3 A3= ×1m% 塑 伸长率 标距的百分比 前发生塑性变形 性 断面收 S。-5.×100% 拉伸试样拉断后，缩颈处面积变化量 的能力 缩率 So 与原始横截面面积比值的百分率。 HBW 布氏 球形压痕单位面积上所承受的平均压 (HBS) 硬度 力（值的大小与压痕直径有关） 金属材料抵抗局 HRC 用洛氏硬度相应标尺满刻度与压痕深度 硬 部变形，特别是 洛氏 (HRA、 之差计算的硬度值（值的大小与压痕深 度 塑性变形、压痕 硬度 HRB) 度有关) 或划痕的能力 正四棱锥形压痕单位面积上所承受的 维氏 HV 平均压力（值的大小与压痕对角线长 硬度 度有关) 金属材料抵抗冲 冲击 冲击 冲击试样缺口处单位横截面积上的冲 击载荷作用而不 韧性 韧度 击吸收功 破坏的能力 金属材料抵抗交 疲劳 疲劳 试样承受无数次对称循环压力而不断 变载荷作用面不 强度 R- 极限 裂的最大应力 破坏的能力 L.HBS、HBW分别表示用淬硬钢球、硬质合金试验时的布氏硬度。 备注 2.HRC、HRB、HRA的压头类型分别为120°金刚石圆锥体、中1.588mm钢球、120°金刚石圆锥体。 二、碳素钢（非合金钢）】 1.定义：碳素钢，又叫非合金钢，指含碳量在0.0218%~2.11%之间的铁碳合金。 2.钢中杂质元素 分类 元素 作用 炼钢时脱氧剂带入，可提高钢的强度和硬度，还可与硫生成化合物，降低硫 锰(Mn) 有益元素 的危害 硅(Si) 炼钢时脱氧剂带入，可提高钢的强度和硬度 硫(S) 与铁生成FS,易使钢产生“热脆性” 有害元素 磷(P) 易使钢产生“冷脆性” 注：易切钢中，适当提高S、P含量利于形成断裂切屑。 3.碳素钢的分类 ·88 总复习方案·第一部分机械基础 分类标准 类型 基本特征 备注 低碳钢 含碳量≤0.25% 含碳量越低，钢的塑形、韧性 含碳量 中碳钢 含碳量0.25%~0.60% 越好，强度、硬度越低 高碳钢 含碳量≥0.60% 普通钢 S≤0.050%，P≤0.045% 质量 优质钢 S≤0.035%，P≤0.035% 硫、磷为有害元素 高级优质钢 S≤0.025%，P≤0.025% 结构钢 用于制造工程构件、机械零件 一般含碳量<0.70% 用途 工具钢 用于制造各种刀具、模具和量具 一般含碳量>0.70% 沸腾钢 脱氧程度不完全 符号F 脱氧程度 镇静钢 脱氧程度完全 符号Z 半镇静钢 脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间 符号b 4.碳素钢的牌号及其应用 金属名称 牌号表示方法 示例 应用 备注 Q十屈服强度数值+ 质量等级符号：A、B、C、 (普通)碳素 用于制造建筑、桥梁构件 质量等级符号·脱氧 Q235-A·F D,从A到D依次提高。 结构钢 及受力不大的机械零件 方法符号 脱氧方法：F、Z,b、TZ 低碳钢用于制造冲压件 08F、10、15、 两位数字（表示钢中 焊接件、渗碳件：中碳钢 如果含锰量较高时，还 优质碳素 20、25、30、 平均含碳量的万分 用于制造受力较大的重 应在两位数字后面，加 结构钢 35、40、45、 数) 要件：高碳钢用作弹性件 上Mn 50、55、60、65 或耐磨件 含碳量>0.70%：若为高 T+数字（表示钢中平 碳素工具钢 T8、T10、T12 刀具、模具、量具 级优质钢，需在牌号后加 均含碳量的千分数) 7 含碳量一般在0.2% ZG+屈服强度+抗 用于制造形状复杂，综合力 0.6%,若含碳量过高，则 铸造碳钢 ZG270-500 拉强度 学性能要求较高的零件 塑性变差，俦造时易产 生裂纹 三、热处理 热处理方法 定义 目的 备注 (1)完全退火用于含碳量小于0.7%的 将钢加热到临界温度 降低硬度，改善切削加工性 钢： 以上某一温度，保温一 能：提高塑性：细化晶粒，均 (2)球化退火用于含碳量大于0.7%的 退火 定时间后，然后缓慢冷 匀组织及成分：消除残余应 钢： 却（一般随炉冷却）的 力 (3)去应力退火为了消除残余应力，加热 热处理工艺 温度低于临界温度，组织不发生变化 ·89· 单招零距离·机电专业综合 续表 热处理方法 定义 目的 备注 低碳钢：提高硬度，改善 与退火相比，正火后的强度、硬度较 将钢加热到临界温度 切削加工性： 高，操作简单，生产周期短，成本低，在 以上某一温度，保持一 正火 中碳钢：代替调质处理， 可能的条件下宜用正火代替退火。但 定时间后，在空气中冷 综合性能较好： 正火只适用于碳素钢及合金含量不高 却的热处理工艺 高碳钢：消除网状渗碳 体，为后续热处理做准备 的合金钢 1.淬硬性是钢淬火后达到的最高硬 将钢加热到临界温度 度，主要取决于含碳量。 以上某一温度，保持一 淬火 提高钢的硬度和耐磨性 2.淬透性是钢淬火后获得淬硬层深度 定时间后快速冷却的 的能力，取决于钢的化学成分及临界冷 热处理工艺 却速度 (1)回火分为低温回火(150~250℃)、中 将钢重新加热到临界 温回火(350~500℃)、高温回火(500~ 温度以下（低于727℃） 消除淬火时产生的内应 650℃)： 回火 的某一温度，保温一定 力：稳定组织和尺寸：调 (2)低温回火用于要求硬而耐磨的零 件：中温回火用于弹性零件和热锻模 时间后冷却到室温的 整硬度，提高韧性 具：高温回火用于要求综合力学性能 热处理工艺 好的零件。 (3)淬火+高温回火又叫调质 仅对工件的表层进行 使工件表面具有高硬度、 表面 分为火焰加热表面淬火和感应加热表面 淬火而心部仍保持未 耐磨性，而心部具有足够 淬火 淬火：主要适用于中碳钢、中碳合金钢 表 淬火状态 的塑性和韧性 面 将工件置于适当的活 热 性介质中加热、保温、 般分为分解、吸收、扩散三个阶段； 提高表面硬度和耐癞性 处 化学热 冷却的方法，使一种或 渗碳后一般需进行淬火十低温回火： (渗碳、碳氨共渗)、提高 儿种元素渗入钢件表 渗碳适用材料为低碳钢或低碳合金 理 处理 面，以改变钢件表面层 硬度、耐热抗氧化性（氨 钢：氮化（渗氨）适用材料为渗氨专用 的化学成分、组织和性 化、渗僩) 钢 能的热处理工艺 四、合金钢 1.定义：在碳钢的基础上加入其他元素的钢 2.合金钢的分类 合金结构钢：主要用于制造各种机械零件和工程构件 按用途 合金工具钢：主要用于制造各种刀具、模具和量具 合金钢 特殊性能钢：具有某种特殊的物理化学性能的钢 低合金钢：合金元素总含量小于5% 按合金元素总含量)中合金钢：合金元素总含量5%到10% 高合金钢：合金元素总含量大于10% ·90· 总复习方案·第一部分 机械基础 3.常见合金钢的牌号及应用 类型 金属名称 牌号表示方法 示例 应用 备注 普通低合 Q十屈服强度数值 制造桥梁、建筑、船舶、车 大多数在热轧状态下 十质量等级符号· Q295 金结构钢 辆、高压容器等各种工程结 使用：合金含量一般 脱氧方法符号 构 ≤3% 变速齿轮、十字轴及内燃机凸 渗碳处理后，淬火+ 合金渗 20CrMnTi 碳钢 两位数字（表示平 轮轴等在高速、重载、强烈冲击 低温回火，具有“外硬 合 均含碳量的万分 和受磨损条件下工作的零件 内韧”性能 金 数)十合金元素符 调质处理（淬火十高温 结 合金调 号十数字（表示合 重载荷、受冲击条件下工作 40Cr 构 质钢 金元素平均含量 回火)后，具有良好的综 的零件 钢 的百分数，当合金 合力学性能 元素含量小于1. 冷成形：去应力退火 合金弹 5%时不标) 簧钢 60Si2Mn 各种弹簧 热成形：淬火十中温 回火 滚动轴承的滚动体，内、外圈、 预备热处理：球化退 滚动轴 GCr+数字（表示 GCr15 刃具、冷冲模具、量具及性能 火；最终热处理：淬火 承钢 Cr含量的千分数) 要求与滚动轴承相似的零件 十低温回火 预备热处理：球化退 低合金 9SiCr 丝锥、板牙、铰刀等零件 火：最终热处理：淬火十 刃具钢 低温回火： 切削速度较高的刀具（车 淬火时进行一到两次 合 刀、铣刀、钻头等)，形状复 高速钢 W18Cr4V 预热，淬火后在550一 杂，载荷较大的成形刀具及 570℃进行多次回火 工 冷挤压模、某些耐磨零件 冷作模 位数字（表示平均 冷冲模、冷挤压模等在冷态 具 Cr12MoV 淬火十低温回火 具钢 含碳量的千分数，若 下变形的模具 钢 热作模 含碳量大于1%，则 热锻模、压铸模等高温下成 淬火+中温回火（或 3Cr2W8V 具钢 不标)+合金元素符 形的模具 高温回火) 合金量 号十数字（表示合金 淬火十低温回火，对 CrWMn 测量工具用钢 精密量具，淬火后进 具钢 元素的平均含量的 百分数) 行冷处理 1Cr13、 制造强腐蚀介质中工作的 常用的有铬不锈钢和 不锈钢 特 1Cr18Ni9 设备 铬镍不锈钢 殊 抗氧化钢 4Cr9Si2 长期在高温下工作的零件 统称为耐热钢 性 高温下工作强度要求较高 能 热强钢 15CrMo 的零件 钢 承受严重摩擦和强烈冲击的零 耐磨钢 ZGMn13 水韧处理 件，如车辆履带、挖土机铲齿 ·91· 单招零距离·机电专业综合 1.合金工具钢中含碳量大于或等于1.0%时不予标出，合金元素的含量及标示与合金结构钢相同： 高速钢平均含碳量小于1.0%时，其含碳量也不予标出：特殊性能钢含碳量在0.03%~0.10%时，用 “0”表示，小于0.03%时，用“00”表示，其他跟合金工具钢相同。 备注2.合金工具钢一般都为高级优质钢，牌号后“A”不再标出：合金结构钢若为高级优质钢时，需在其 后加”A”。 3.合金渗碳钢的含碳量一般在0.1%0.25%：合金调质钢的含碳量一般在0.25%~0.5%：合金弹 簧钢的含碳量一般在0.45%~0.75%：滚动轴承钢的含碳量一般在0.95%~1.15%。 五、铸铁 1.定义：含碳量大于2.11%的铁碳合金。 2.铸铁的分类 「白口铸铁：碳以渗碳体形式存在，断口呈银白色 灰口铸铁：碳大部分或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色 按碳存在的形式 麻口铸铁：碳大部分以渗碳体形式存在，少部分以石墨形式存在，断口 俦铁 呈灰白相间的麻点状 灰铸铁：石墨以片状存在 可锻铸铁：石墨以团絮状存在 按铸铁中石墨形态 球墨铸铁：石墨以球状存在 蠕墨铸铁：石墨以蠕虫状存在 3.铸铁的牌号及应用 金属名称 牌号表示方法 示例 应用 备注 强度、塑性较差，但具有 用于制作各种承受压 良好的铸造性和切削加 HT十数字（表示最低抗 力和要求消振性的床 工性，较高的耐磨性、减 灰铸铁 HT150 拉强度) 身、机架、箱体和经受 震性和低的缺口敏感 摩擦的导轨、缸体等 性；为改善性能，常采用 孕育处理 黑心可锻铸铁： KTH十数字（最低抗拉强 形状复杂、承受冲击载 具有较高的强度和塑 度)十数字（最小伸长率） KTH300-06 可锻铸铁 荷的薄壁、中小型零 性、韧性，但不能锻造： 珠光体可锻铸铁： KTZ450-06 件。如制动器、凸轮 可锻铸铁有黑心可锻铸 KTZ+数字（最低抗拉强 轴、管道配件等 铁和珠光体可锻铸铁。 度)十数字（最小伸长率） 受力复杂，强度、硬度、 需球化处理；力学性能 球墨铸铁 QT十数字（最低抗拉强 韧性、耐磨性要求较高 比灰铸铁和可锻铸铁 QT400-18 度)十数字（最小伸长率） 的零件。如内燃机曲 高，接近铸钢，部分场合 轴、减速箱齿轮等 可以代替钢 承受循环载荷、组织致 蠕墨铸铁 RUT+数字（表示最低抗 RUT420 密、强度要求高、形状 性能介于优质灰铸铁和 拉强度) 复杂的零件。如排气 球墨铸铁之间。 管、气缸盖、液压件等 ·92· 总复习方案·第一部分机械基础 六、有色金属 类别 金属名称 牌号表示方法 示例 应用 备注 引用国际四位数 形变铝 字体系牌号或采 常用于压力加工而成形的 包括防锈铝、硬铝、超 铝 7A04 合金 用四位字符体系 零件 硬铝和锻铝 及 牌号 ZAI+主要合金元 铸造铝 素化学符号十数字 包括铝硅合金、铝镁 金 ZAISi12 铸造性能好，常用于各种铸 合金 (主要合金元素名 件 合金、铝铜合金、铝锌 义质量百分含量) 合金 普通黄铜 H+数字（铜含量 的质量分数) H70 艺术品、弹壳、散热器、弹 簧、垫圈等 日十主加元素化学 统称“黄铜”，以锌为 主加元素 特殊黄铜 符号+数字（铜的质 量分数、主加元素质 HSn90-1 大型轴套、垫圈、气阀、滑阀等 量百分含量) 铜 铜与锌、镍之外元素 及 铜 Q十第一主加元素 组成的合金；分为普通 青铜、特殊青铜：铸造 合 化学符号及数字 青铜 QSn4-3 蜗轮、轴承、弹簧、工艺品、 金 十其他元素的化 齿轮等 青铜牌号为ZCu十主 加元素化学符号+辅 学符号及数字 助元素的化学符号十 名义百分含量的数字 B十数字（镍含量） 铜镍合金，具有高的 白铜 或B十第二主加元 精密仪器仪表中耐蚀件、电 素符号及含量数字 B30 阻器、热电偶等 耐蚀性和优良的冷热 十数字（镍含量） 加工成形性 锡基轴 汽车、拖拉机、汽轮机等机 锡是较贵金属，妨碍 ZSnSb4Cu4 承合金 械的高速滑动轴承 了它的广泛应用 Z十基体元素符号 轴 铅基轴 +主加元素化学 ZPbSb15Sn10 中、低速，中等负荷的轴承 价格便宜，常替代锡 承 承合金 合 符号+数字+辅 基轴承合金 金 助合金元素化学 常用的有铝锑镁轴承 铝基轴 符号+数字 高速重载汽车、拖拉机及柴 ZAISn6CulNil 合金和高锡铝基轴承 承合金 油机的滑动轴承 合金 典例精析 【例1】GCr15主要用于制造滑动轴承中的轴瓦，也可用于制造各种工具和耐磨零件。 ( 【析与解】本题解题的关键是：滚动轴承牌号由G开头，是含Cr的合金钢，是制造滚动轴 承的材料，而滑动轴承的轴瓦是有轴承合金做。 【答案】X ·93· 单招零距离·机电专业综合 【例2】55Si2Mn可用作大型弹簧或形状复杂的弹簧，常用的热处理方法是()。 A.淬火十低温回火 B.淬火十中温回火 C.淬火+高温回火 D.渗碳十淬火十高温回火 【析与解】本题解题的关键是：55S2Mn是合金弹簧钢，合金弹簧钢经淬火后进行中温 回火处理，获得高的弹性极限、高疲劳强度、足够的塑性和韧性。 【答案】B 【例3】下列四种牌号的材料：①08F,②GCr15,③45，④T8。含碳量由大到小的顺序是 ( )。 A.④-②-①-③ B.④-②-③-① C.②-④-①-③ D.②-④-③-① 【析与解】本题解题的关键是：45、08F是优质碳素结构钢，其含碳量为牌号中数字的万 分之几表示：T8是优质碳素工具钢，其含碳量为数字的千分之几表示；GC15是滚动轴承钢， 其含碳量高，在0.95%~1.15%之间。 【答案】D ·94·