机械工程学第02章

第二章机械工程常用材料及钢的热处理参考文献史美堂，《金属材料及热处理》，上海科学技术出版社，2003齐宝森等，《机械工程材料》，哈尔滨工业大学出版社，2003戈晓岚等，《工程材料》，东南大学出版社，2004其他与金属材料及热处理的相关书籍主要内容第一节概述第二节金属材料的力学性能第三节常用的工程材料第四节钢的热处理第五节表面精饰第六节精密仪器材料选用原则第一节概述机械工程材料金属材料非金属材料黑色金属钢有色金属铸铁合金钢无机非金属材料有机材料塑料橡胶陶瓷合成纤维铝合金铜合金其他有色合金应力极限弹性阶段弹性极限p屈服阶段屈服点s强化阶段强度极限b颈缩阶段第二节金属材料的力学性能强度：材料抵抗破坏的能力刚度：材料抵抗变形的能力（E、G）塑性：材料破坏时，遗留变形的大小伸长率、断面收缩率硬度：材料抵抗硬物压入的能力布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV第二节金属材料的力学性能影响力学性能的主要因素1、含碳量含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P3、合金元素加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能，并获得某些特殊的物理和化学性能。4、温度一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降，高温条件下相反。5、热处理工艺第二节金属材料的力学性能钢铁材料（黑色金属）1、非合金钢（碳钢）含碳2％以下的铁碳合金、少量杂质按质量分数分类：低碳钢、中碳钢、高碳钢按质量等级分类：普通质量、优质和特殊质量按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢第三节常用工程材料2、合金钢人为加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有高的强度、韧性、硬度，以及某些特殊性能（如耐腐蚀性、高温强度等）。3、铸铁：良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生产工艺简单、成本低廉。灰铸铁：C－自由状态的片状石墨形式球墨铸铁：C－球状石墨形式，较高的强度，良好的塑性和韧性。第三节常用工程材料有色金属1、铜及其合金：工业纯铜、黄铜（铜锌二元合金）、青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜等）2、铝及其合金：纯铝、硬铝、铸铝3、钛及其合金：纯钛、钛合金第三节常用工程材料非金属1、工程塑料－特点：密度小，比强度高，良好的抗蚀型，优良的电绝缘性，耐磨、减摩、自润滑性好，工艺性好－分类：热固性塑料、热塑性塑料2、橡胶：高弹性、绝缘性－密封件、缓冲件、绝缘件上述二者易老化，难回收（污染）3、人工合成矿物：刚玉、石英第三节常用工程材料钢的热处理加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获得所需性能。种类1、普通热处理：退火、正火、淬火、回火2、表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗3、其他热处理第四节钢的热处理退火：加热、保温、随炉冷却目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力，预先热处理正火：加热、保温、空气冷却目的：同退火，更高的力学性能淬火：加热，保温，水、油或盐水冷却目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。方法：单介质淬火；双介质淬火第四节钢的热处理回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。回火工艺的种类：1、低温回火（150～250C）2、中温回火（350～500C）3、高温回火（500～650C）调质处理－淬火＋高温回火第四节钢的热处理表面热处理：仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分的热处理工艺。目的：提高零件的表层硬度、抗磨损性能。方式：感应加热：利用交流电的集肤效应，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速度即可得到不同厚度的淬硬层。。第四节钢的热处理化学热处理将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。目的：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和疲劳强度等力学性能。按表面渗入元素的不同，分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等种类。第四节钢的热处理表面精饰是指在金属零件的表面附上一层覆盖层，以达到防蚀、装饰等目的。种类电镀：镀铬、镀镍、镀锌、镀镉、镀银化学处理：氧化和磷化涂漆第五节表面精饰第六节精密仪器材料选用原则使用要求、工艺要求、经济要求Fe－Fe3C相图奥氏体连续冷却时的组织转变感应加热火焰加热气体渗碳法示意