一文搞懂常用钢材型号、性能特性，再也不用发愁了！
45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。
　　主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。
Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。
　　主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。
40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。
　　主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯 塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬 火处理。金属加工微信内容不错，值得关注。应用举例:调质处理后用于制造中 速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、 销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造 重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。
HT150——灰铸铁应用举例:齿轮箱体，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等，其中机床床身使用的是HT250或HT300
35——各种标准件、紧固件的常用材料
　　主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件
65Mn——常用的弹簧钢
　　应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。
0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）
特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备
Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1)
　　特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧 度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦 模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等
DC53——常用的日本进口冷作模具钢
　　特性和应用: 高强韧性冷作模具钢，日本大同特殊钢（株）厂家钢号。高温回火后具有高硬度、高韧性，线切割性良好。用于精密冷冲压模、拉伸模、搓丝模、冷冲裁模、冲头等10、SM45——普通碳素塑料模具钢（日本钢号S45C）
DCCr12MoV——耐磨铬钢（国产）
　　较Cr12钢含碳量低，且加入了Mo和V，碳化物不均匀有所改善，MO能减轻碳化物偏析并提高淬透性，V能细化晶粒增加韧性，此钢有高淬透性，截面在400mm以下可以完全淬透，在300~400℃仍可保持良好的硬度和耐磨性，较Cr12有高的韧性，淬火时体积变化小，又有高的耐磨性和良好的综合机械性能，金属加工微信内容不错，值得关注。所以可以制造截面大，形状复杂,经受较大冲击的各种模具，例如普通拉伸模，冲孔凹模，冲模，落料模，切边模，滚边模，拉丝模，冷挤压模，冷切剪刀，圆锯，标准工具，量具等。
SKD11——韧性铬钢（日本日立株式生产）
　　在技术上改善钢中的铸造组织，细化了晶粒.较Cr12mov的韧性和耐磨性有所提高，延长了模具的使用寿命。
D2——高碳高铬冷作钢（美国产）
　　具有高的淬透性，淬硬性，耐磨性，高温抗氧化性能好，淬火和抛光后抗锈蚀能力好，热处理变形小，宜制造各种要求高精度，长寿命的冷作模具，刀具和量具，例如拉伸模，冷挤压模，冷剪切刀等。
SKD11(SLD)——不变形韧性高铬钢.日本日立株式生产
　　由于钢中MO，V含量增加，改善钢中的铸造组织，细化了晶粒，改善了碳化物形貌，因而此钢的强韧性(抗弯强度，挠度，冲击韧度等)比SKD1，D2高，耐磨性也有所增加，而且具有更高的耐回火性，实践证明此钢模具寿命比Cr12mov有所提高，常制造要求高的模具，如拉伸模，冲击砂轮片的模等。
DC53——高韧性高铬钢,日本大同株式生产
　　热处理硬度高于SKD11，高温(520-530)回火后可达62-63HRC高硬度，在强度和耐磨性方面DC53超过SKD11，韧性是SKD11的两倍.DC53的韧性在冷作模具制造很少出现裂纹和龟裂，大大提高了使用寿命，残余应力小.经高温回头减少残余应力，因为线切割加工后的裂痕和变形得到抑制，切削性和研磨性超过SKD11，用于精密冲压模，冷锻，深拉模等。
SKH-9——耐磨性,韧性大的通用高速钢，日本日立株式生产，用于冷锻模，切条机，钻头，铰刀，冲头等。
ASP-23——粉末冶金高速钢，瑞典产，碳化物分布极均匀，耐磨损，高韧性，易加工，热处理尺寸稳定，用于冲头，深拉伸模，钻模，铣刀和剪切刀片等各类长寿命之切削工具。
P20——一般要求的大小塑胶模具，美国产，可电蚀操作，出厂状态预硬HB270-300，淬火硬度HRC52。
718——高要求的大小塑胶模具，瑞典产，尤其电蚀操作，出厂状态预硬HB290-330，淬火硬度HRC52。
Nak80——高镜面,高精度塑胶模具，日本大同株式产，出厂状态预硬HB370-400，淬火硬度HRC52。
S136——防腐蚀及需镜面抛光塑胶模具，瑞典产，出厂状态预硬HB＜215，淬火硬度HRC52。
H13——普通常用压铸模，用于铝，锌，镁及合金压铸，热冲压模，铝挤压模。
SKD61——高级压铸模，日本日立株式产，经电碴重溶技术，在使用寿命上比H13有明显的提高，热冲压模，铝挤压模,
8407——高级压铸模，瑞典产，热冲压模，铝挤压模。
FDAC——添加了硫加强其易削性,出厂预硬硬度338-42HRC,可直接进行刻雕加工, 无须淬火，回火处理，用于小批量模，简易模，各种树脂制品，滑动零部件，交期短的模具零件，拉链模，眼镜框模。
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机械制造基础-第1章工程材料
上海大学机自学院姚勤SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院课程简介一、本课程的性质和内容1、本课程的性质: 机电类专业的主干专业基础课 2、本课程的内容将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成 机械制造： 零件，再将零件装配成机器的整个过程。 生产准备市场调查， 购买原材料毛坯成形铸造，锻造， 焊接，冲压等切削加工车，铣，刨，磨， 钻，镗等装配调试组装， 部装，总装SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院二、本课程的目标(考试要求)1、了解常用金属的一般性质、适用范围和选用原则 2、初步掌握各种主要加工方法的实质、工艺特点和基本 原理；并具有选择毛坯、零件加工方法的基本知识 3、了解各种主要加工方法的设备和工具的工作原理、大 致结构和范围4、初步掌握零件的结构工艺性和常用金属的工艺性5、掌握工程材料及热处理工艺 6、了解现代制造技术的典型工艺、方法及其原理SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院第一章 工程材料? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ¤? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ú ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ú ? ? ? ? ? ? ? ? ?×? ?SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院1.1 金属材料的性能一、物理性能： 密度、熔点、导电性、导热性 二、化学性能：材料抵抗各种介质侵蚀的能力。如：抗氧化性、耐腐蚀性（耐油、耐酸、耐碱）三、力学性能：材料抵抗外力作用的能力。 四、工艺性能：材料加工的难易程度。SHANGHAI UNIVERSITY★三、力学性能1.强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂 的能力。应力--- 单位面积上所承受的内力，以? 表示。 （MPa） 应变---单位尺寸上的变形量，以?表示。 （%） 弹性变形---受力后立即发生，并随力的消失而消失的变形。 塑性变形---应力超过一定数值后才发生的并将永久保留的变形。? 弹性极限?e --- 发生最大弹性变形时的应力。 ? 屈服强度?s --- 开始出现明显塑性变形时的应力。 ? 条件屈服强度?0.2 --- 产生0.2%塑性变形时的应力。 ? 抗拉强度?b ---拉断前所承受的最大应力。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院?拉伸试验拉伸 试样 S0 Sl0拉伸前应力? （MPa）l拉断后 b 缩颈点 k 拉断点拉 伸 曲 线?b ?s ?e屈服点se?e --- 最大弹性变形时的应力 ?s --- 开始塑性变形时的应力 ?b --- 拉断前所承受的最大应力模量E（弹性范围内，应力与应变的比例） 表示（E=tg?），E越大刚性越好。应变?（%）?刚度--- 材料抵抗弹性变形的能力。用弹性?SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院对那些没有明显屈服现象的材料，一般规定 以试样产生0.2%残余伸长率时的应力作为其屈服 强度，称为条件屈服强度?0.2应力? （MPa）?0.2应变?（%）0.2%SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院2.塑性在外力作用下，材料产生塑性变形 而不发生断裂的能力。--- 试样断裂前后的长度变化率。? 延伸率?? 断面收缩率?l C l 0 × 100 % ?= l0--- 试样断裂前后的面积变化率。S 0 C S × 100 % ?= S0SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院例题：图示1-4为四种不同材料的应力-应变曲线， 请比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度、 刚度和塑性。应力 ?12 341 2应变 ?SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 抗拉强度：2 ? 1 ? 3 ? 4 （根据拉断前的最大应力）2应力 ??0. ? 2?b1??b21?b3 ??? s3 ? ? s2? ? ? ?0. 23?b4 4屈服强度：1 ? 3 ? 2 ? 4 （根据屈服点或条件屈服点）应变 ?0. 2SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 刚度：1 ? 3 ? 2 ? 4 （根据弹性模量 E）1 2应力 ?3? 直线斜率4 ?1?塑性：3 ? 2 ? 4 ? 1 （根据断裂时的应变 ?）??4 ?2??3?应变 ?? = ? +? δ =?总 弹 塑塑所以像这样画垂直线比较塑性是错误的SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 刚度：1 ? 3 ? 2 ? 4 （根据弹性模量 E）1 2应力 ?3? 直线斜率4 δ1?塑性：3 ? 2 ? 4 ? 1 （根据试样的延伸率δ）?δ4 δ2??δ3应变 ?? = ? +? δ =?总 弹 塑塑SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院材料抵抗更硬物体压入的能力。 3.硬度 F ?布氏硬度：用淬火钢球或硬质合金球作 压头，以压痕直径来衡量材料硬度。压痕大，不适宜测薄片或成品，主要用于测较软的 原材料、半成品的硬度，如有色合金、软钢、铸铁等。 注意：压头为钢球时表示成数字+ HBS ，如450HBS， 用硬质合金球时表示为数字+ HBW ，如650HBW?洛氏硬度：用金刚石圆锥或淬火钢球作压 头，以压痕深度来衡量材料的硬度 。FSHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 洛氏硬度压痕小，不损伤工件，常用于测硬 材料、薄试样及成品零件。 由压头和载荷的不同，洛氏硬度分成 HRA、 HRB、HRC三种，以HRC应用最广。 三种洛氏硬度的试验规范和应用范围标尺HRA HRB压头类型120? 金刚石圆锥体 ?1.588mm淬火钢球总载荷(N)588.4 980.7应用范围硬质合金、表面淬火 层、渗碳钢 有色金属、退火钢、 正火钢HRC120? 金刚石圆锥体235.4淬火钢、调质钢SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院? 维氏硬度：用136度金刚石四棱锥作压头。（用HV标记） 维氏硬度法载荷小、压痕浅，可测量各种软 硬程度的材料，但测量过程较麻烦。主要用于测 极薄的表面硬化层、金属镀层及薄片金属的硬度。 特别提醒：不同硬度试验法所获得的硬度值是不能直接进行比较的，必须通过换算成同一硬度指标后才能比较。 另外，强度和硬度都能反映材料抵抗塑性变形的能力， 两者之间有一定的关系，可近似换算：低碳钢轧材或锻件：?b ? 0.36 HB； 高碳钢轧材或锻件：?b ? 0.34 HB； 调质合金钢： ?b ? 0.325 HB 灰铸铁件： ?b ? 0.1 HB； 铸铝件： ?b ? 0.26 HB；SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院4.冲击韧度材料抵抗一次或数次大能量 冲击的能力。通常采用一次摆锤冲击弯曲试验进行测定，用摆锤冲 击缺口试样时单位截面所消耗的冲击功?k 表示冲击韧度。摆锤缺口试样?k = G（H - h）S其中： G ---摆锤质量, Kg S ---试样缺口处原始截面积, cm2SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 ! ! ! 材料的冲击韧度主要取决于塑性，并与温度 密切相关。 二次世界大战中，美国建造了约5000艘全焊 接“自由轮 ”，然而在1942年~1946年之间有 1000 艘船 舶 发 生 破 断 ， 1946 年 ~1956 年之 间有 200艘发生严重折断。1943年1月美国的一艘T-2y 油船停泊在装货码头时断裂成两半截，当时计算 的甲板应力水平仅为7 Kg? 2，远远低于船板 f/mm 钢的强度极限。为什么会断裂呢？原因是发生冷 脆 通过在不同温度下对材料进行冲击试验，结 果表明:材料的冲击韧度值随温度的降低而减小， 当温度降低到某一温度范围时，冲击韧度急剧下 降，材料由韧性状态转变为脆性状态。 SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院1.2金属的晶体结构固态物质按原子聚集状态分为晶体和 非晶体。 ?晶体 --- 原子在三维空间呈有规则的周期 性重复排列。 ?非晶体 --- 原子呈现无规律、无次序的堆 积。 绝大多数的固态金属和合金都是晶体。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院一、晶格、晶胞和晶格常数?晶格---将晶体中的每一个原子假设成一个几何点，忽略其尺寸和重量，再用假想线把 这些点连接起来，所得到的一个表示金 属内部原子排列规律的抽象的空间格子。?晶胞---反映晶格特征的最小几何单元。 ?晶格常数---反映晶胞大小、形状的参数。 如棱边长度a、b 、c(以 A 为单位，1 A =10-10 米)和棱间夹角α 、β 、γ 等。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院（a） 原子排列模型（b） 晶格（c） 晶胞二、纯金属的晶体结构（晶格类型） 。 。 SHANGHAI UNIVERSITY对纯金属而言，常见的晶体结构有三种，分别是：上海大学机自学院 ① 体心立方晶格 ---晶胞形状为立方体，8个顶点及体心各有1个原子(1个晶胞2个原子)，晶格常数 a = b =c , α =β = =90°。属于此类晶格的金属有铬、钼、钒、 γ 钨、α-铁等。具有相当高的强度和塑性。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院② 面心立方晶格 ---晶胞形状为立方体，8个顶点及6个表面的中心各有1个原子(1个晶胞4个原子)，晶格常 数 a = b = c , =β =γ =90°。属于此类晶格的金属有金、 α 银、铜、铝、镍、 -铁等。具有较好的塑性而且低温 γ 下不会发生冷脆。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院③ 密排六方晶格 ---晶胞形状是一个六方柱体。柱体的12个顶点及上、下底面中心各有1个原子，柱体中心 还有3个原子(1个晶胞6个原子)。属于这类晶格的金属 有镁、锌、铍、镉等。塑性一般较差。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院三、实际金属的晶体结构?理想晶体是单晶体结晶结构和 位向完全一致的晶体。 单晶体一般性能呈现各向异性， 须用特殊手段制取。 由许多结构相同 但位向不同的小晶体所构成的晶体。 多晶体一般呈现各向同性(又称为 伪各向同性，即各晶粒因位向不同而 将各向异性抵消，使各向性能趋于相同)?实际金属是多晶体晶界晶粒SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院?实际金属有晶格缺陷原子排列规则受到破坏， 出现与理想结构的偏差 晶格缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷所有的晶格缺陷都将导致其周围的晶格发生畸变， 从而引起金属的力学性能、化学性能等发生显著的变化。 一般而言，晶格缺陷越多，强度、硬度越高。 ?点缺陷：间隙原子、 置换原子、 晶格空位SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 ?线缺陷：位错（一列或多列原子发生错排）?面缺陷：晶界或亚晶界上的晶格畸变晶界晶粒与晶粒 之间的交界面亚晶界在同一晶粒内， 略有位向差的 小晶块之间的边界SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院四、合金的晶体结构?合金---由两种或两种以上的金属元素或金属元素与 非金属元素组成的具有金属特性的物质。?元---组成合金的元素或稳定化合物叫组元，简称元。?相---成分相同、结构相同，并与其它部分以界面分开 的均匀物质部分。 具有相同形貌特征的整体。?组织---由一个或多个相按一定方式相互结合所构成的，SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院按相属性分为固溶体和化合物两类。固态合金的 晶格结构按组织属性分为固溶体、化合物 和机械混合物三类。1.固溶体---(少数)溶质原子溶入(多数)溶剂原子 的晶体结构中所形成的合金相。 固溶体仍将保持溶剂金属的晶体结构，但晶格 参数发生改变。 固溶体分为间隙固溶体、置换固溶体。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 ①间隙固溶体：溶质原子直径 & 0.59 时形成。溶剂原子直径间隙固溶体一定是有限固溶体。 ②置换固溶体： 溶质和溶剂原子大小接近时形成。 置换固溶体可以是有限互溶体或无限互溶体。 温度越高，溶解度越大。 ★固溶强化---固溶体形成时，因溶质原子钻入溶剂原子的间隙或置换溶剂原子而引起晶格畸变，造成合金强度、 硬度提高的现象。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院2.金属化合物---两组元都放弃自身的原子排列方 式而形成的一种具有全新晶体结 构的新物质。化合物一般具有复杂的晶格，熔点高，硬而脆。3.机械混合物---由固溶体和金属化合物均匀混合 而成的物质。机械混合物可以将固溶体的柔软和化合物的硬脆进 行不同程度的中和，从而满足不同的性能要求。所以， 工业中使用的合金都希望有相当比例的机械混合物存在。★第二相强化（弥散强化）---化合物弥散均匀地分布在固溶体上，使合金强度硬度提高，塑性韧性下降的现象。SHANGHAI UNIVERSITY1.3 铁碳合金一、铁碳合金的基本组织（1）铁素体F----碳溶于?-Fe中形成的固溶体。 *F中碳的最大溶解度为0.0218%，F塑性、韧性好 （2） 奥氏体A----碳溶于?-Fe中形成的固溶体。 *A中碳的最大溶解度为2.11%，A硬度低、塑性好 （3） 渗碳体Fe3C----Fe与C形成的间隙化合物。 * Fe3C的? c=6.69%， Fe3C性能硬而脆 * 从L中析出的称为Fe3CI；从A中析出的称为Fe3CII； 从F中析出的称为Fe3CIIISHANGHAI UNIVERSITY（4）珠光体P----由? c=0.77%的A共析生成的F与 Fe3C的机械混合物。 * P中F与Fe3C一般呈片状分布， F经特殊处理后可得到球状P。 P的强度、硬度较好，塑性一般。片状P Fe3C 球状P高温莱氏体Ld----由?c=4.3%的液体共晶 低温莱氏体Ld’----?c=4.3%的Ld冷到室温（5）莱氏体生成的A和Fe3C的机械混合物。后形成的P和Fe3C的机械混合物。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院二、铁碳合金状态图（ Fe-Fe3C相图）?合金相图（合金状态图）---表达平衡条件（极其缓慢的冷却）下，合金 系中温度、成分和组织之间关系的图形。 P11图1-14为简化的铁碳合金相图，其中包含 了共晶转变、共析转变。?共晶转变 --- 在恒温下，由一个液相同时结晶出两个 固相的转变过程。 ?共析转变 ---在恒温下，由一个固相同时析出两个新的 固相的转变过程。SHANGHAI UNIVERSITY以组织组成物表达的简化Fe-Fe3C相图L L+A A A+ Fe3CⅡFF+A★L+ Fe3CⅠ1148?℃A +Fe3CⅡ Ld + LdLd+ Fe3CⅠ 727?℃F+ Fe3CⅢF+P P + P Fe3CⅡP +Fe3CⅡ Ld’+ Fe3CⅠ Fe3C + Ld’ Ld’Fe0 .02180 . 772 . 114.36 . 69Fe3CSHANGHAI UNIVERSITY根据含碳量和组织的不同，铁碳合金分为三类：0 工 0. 0218 业 纯 钢 铁 2 . 11 6 . 69白口铸铁●工业纯铁：平衡组织为铁素体及少量三次渗碳体 亚共析钢：室温平衡组织为铁素体+珠光体 ●钢 共析钢：室温平衡组织为珠光体 过共析钢：室温组织为珠光体+二次渗碳体 亚共晶白口铸铁：P+ Fe3C +Ld’ ●白口铸铁 共晶白口铸铁: Ld’ 过共晶白口铸铁: Ld’+ Fe3CⅡ ⅠSHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 ★ Fe-Fe3C相图的学习要求 ① 相图的形态会默画 ② 特征点线数据要记牢成分: 0.0218%、 0.77%、 2.11%、 4.3%、 6.69%温度：727℃、1148℃共析温度 共晶温度F的最大碳量共析成分钢铁分界共晶成分Fe3C的碳量③ 区域组织会分析（仅记单相区） ④ 熟记亚共析钢、共析钢、过共析钢的室温组织 （即金相照片）特征SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院F PPFe3CⅡ（网状）P★亚共析钢室温平衡 组织金相照片★过共析钢室温平衡 组织金相照片★共析钢室温平衡 组织金相照片SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 ⑤会写2种转变式共晶转变式：L 4.3 ? ? 2.11 + Fe3C共析转变式： ? 0.77 ? ? 0.0218 + Fe3C⑥能理解碳量对铁碳合金组织和性能的影响 ?c&1%时，随碳量的增加，强度?、硬度?； 塑性?、韧性? ?c&1%时，随碳量的增加，硬度?；强度? 、 塑性?、韧性?SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 对亚共析和共析钢来说，基体是F， Fe3C是 作为强化相出现在P中的。且随C↑，P↑，故材 料强度、硬度就越高，塑性和韧性则有所下降。 而对过共析钢，分布在晶界上并连成网状的 Fe3CⅡ使整个材料脆性增加，造成强度、塑性、 韧性的下降。 对白口铸铁来说， 硬而脆的Fe3C作为基体 出现，从而使整个材料的性能特别硬脆，难以切 削加工，因此实际生产中很少应用此类材料。SHANGHAI UNIVERSITY书上14页图1-17上海大学机自学院SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院1.4 钢的热处理将钢在固态下进行不同方式的加热、保 温和冷却，从而改变其内部组织，获得所需 性能的工艺过程称为钢的热处理。纯粹利用钢材的原始性能来满足对零件 日益趋高的使用要求常常是不经济的，有时 甚至是不可能的。 对同一种材料施以不同的热处理工艺获 得截然不同的性能，可满足加工和使用要求。 SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院因此热处理的应用日益广泛，几乎80% 的机械零件都要热处理，至于工具（刀具、 量具、模具）和轴承则100%都要进行热处理, 以延长零件的使用寿命。一、热处理的基本概念1.目的→改善组织和性能 2.机理→固态相变（纯金属的同素异构转变、 合金的晶体结构改变）及原子扩散？钢烧红后放入水中急冷会变硬，紫铜却不会SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院3.工艺过程→加热+保温+冷却保温 加热 冷却4.确定加热温度的依据热处理加热温度的确定应以铁碳相图为依据，目的是 实现完全的或部分的奥氏体化。但由于材料加热时会发生 过热现象（即要高于平衡转变温度才会相变），因此实际 加热的转变温度会略高于平衡转变温度。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院Ac3 A3 Accm Acm*平衡转变温度： A1、A3、AcmAc1 A1*加热转变温度： Ac1、Ac3、Accm普通热处理（整体热处理） 表面热处理 化学热处理 形变热处理5.热处理的分类SHANGHAI UNIVERSITY二、热处理的典型工艺1、退火（加热→保温→随炉缓冷）种类●完全退火适用对象加热温度目的软化材料 中高碳的亚共 AC3以上20~30℃ 有利切削 析钢和共析钢 消除应力 过共析钢●球化退火获球状P AC1以上20~30℃ 有利切削 淬火前准备 500 ~ 650℃ 650 ~ 700℃●去应力退火 铸、锻、焊件消除残余 内应力恢复材料 塑性发生冷变形 ●再结晶退火 硬化的钢件上海大学机自学院2、正火（加热→保温→空气中冷却）●加热温度 亚共析钢：Ac3 以上 30~50℃ 共析、过共析钢： Accm 以上 30~50℃●组织转变：加热时完全A化，冷却时S或T转变●目的：①改善切削加工性能（低碳钢增硬度、防粘刀， 中高碳钢降硬度，使切削省力，刀具磨损小） ②细化铸、锻、焊件的粗晶组织，改善性能③消除网状的二次渗碳体退火和正火通常作为零件加工前的预备热处理，对 一些不太重要的零件可用正火作为最终热处理SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院各种退火和正火的加热温度见下图：完全退火 Ac3 Ac1700 650Accm 正火 球化退火再结晶退火去应力退火500SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院3、淬火（加热→保温→急冷）共析、过共析钢： Ac1 以上 30~50℃ ●目的：提高材料硬度和耐磨性（获得M） ●淬火介质： 最常用的淬火介质是水和油。 *水或盐水溶液是经济且冷却能力较强的淬火介质。 *淬火用油主要是机油、变压器油、柴油等矿物油。 *熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作盐浴。 *近年来出现聚乙烯醇水溶液、三乙醇铵水溶液、 高浓度硝盐水溶液等淬火介质。●加热温度亚共析钢：Ac3 以上 30~50℃SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院4、回火（淬火件重新加热→保温→空冷）●目的：消除淬火应力，减小材料脆性，稳定组织和 工件尺寸。 ●回火后的性能变化： 随回火温度升高，强度、硬 度下降，塑性、韧性上升。如图 为硬度与回火温度的关系。* 200℃以下回火,钢的硬度基本不降低, 高碳钢的硬度甚至略有升高 * 200～300℃回火,高碳钢的硬度再次升 高,中、低碳钢硬度缓慢降低 * 300℃以上回火，钢的硬度呈直线下降SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 ●淬火+各种回火的应用（最终热处理）：（1）淬火+低温（150 ~ 250℃）回火获得较高硬度和耐磨性，用于刀具、工具、量具、 模具等的最终热处理。 （2）淬火+中温（350 ~ 500℃）回火 获得较高的弹性、适中的硬度和一定的韧性。用 于弹簧等各种弹性元件及扳手、手锤等工具。 （3）淬火+高温（500 ~ 700℃）回火获得优良的综合力学性能（强、硬、塑、韧等）。 用于轴、齿轮等重要的受力零件和传动零件。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院1.5 钢铁材料金属材料分为黑色金属和有色金属两类?黑色金属 ：主要指钢和铸铁。一、钢的种类（铁、碳及少量残存的杂质） （1）按化学成份：碳钢 （铁、碳及添加的合金元素） 合金钢★并且按碳量高低划分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢 按合金量高低划分为：低合金钢、中合金钢、高合金钢低碳0.25中碳0.6高碳碳量（%）低合金5中合金10高合金合金量（%）SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院（2）按质量划分（4个级别）：普通、优质、 高级优质、特级优质 （3）按用途划分（3种）：结构钢、工具钢、 特殊性能钢二、常用钢材的牌号 1.（普通）碳素结构钢：Q235 - AF牌号意义：屈服强度为235MPa, 质量为A级，沸腾钢碳素结构钢主要用于一般的工程结构（钢窗、 钢筋等）和不太重要的机械零件及焊接件。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院2.优质碳素结构钢：45数字代表碳量（?c）的万分之几*专门用途应标出，如20g代表锅炉用钢 *含锰较高也应注明, 如50Mn 优质碳素结构钢主要用于制造重要的机械零件。 如 08、08F、10、10F 的冷轧薄板可制造仪表仪器 的外壳和汽车、拖拉机的冲压件；15、20、25常制 造尺寸小、负荷轻、表面耐磨、心部软韧的零件; 而40、45主要制造重要的受力和传递运动的零件; 55、60、65用于制作负荷不大、尺寸较小的弹簧。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院3.碳素工具钢（优质、高级优质）：T8工具高级优质 数字代表碳量（?c）的千分之几T8A碳素工具钢的红硬性差，只能用于制造手工 用的低速运动的刀具、量具、模具等。如T7、T8 （T7A、T8A）用于制造受震动和冲击、要求高 韧性的工具（凿子、锤子、冲头）； T10、T12 （ T10A、T12A）用于制造不受震动但要求极高 硬度的工具（锉刀、锯条、丝锥）。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院4.铸造碳钢（铸钢）：ZG200-400 ?s ?b用于制造形状特别复杂且受力较大，须铸造 成形的钢质零件。 低碳铸钢具有良好的导磁性，常用于铸造电 磁吸盘和电机壳体等；中碳铸钢的综合机械性能 好，广泛用于铸造重要的复杂机器零件，如轧钢 机机架、机车机架、重型齿轮、减速机壳体等； 高碳铸钢因韧性较差，很少应用。要求特别高的 零件或工具可采用合金铸钢，如ZGMn13等。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院5. 合金结构钢： 合金结构钢按其热处理方式或用途又细 分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢。例1：20CrMnTi 属于合金渗碳钢含碳万分之20，含铬、锰、钛均&1.5% 经渗碳+淬火+低温回火后使用，可获得“表硬里韧”的性能。 主要用于制造汽车或拖拉机的变速齿轮、凸轮、活塞销等零件。例2：40Cr 属于合金调质钢含碳万分之40，含铬&1.5% 经调质（即淬火+高温回火）后使用，可获得良好的综合力 学性能。主要用于制造传动轴、曲轴、连杆螺栓、机床传动齿轮 等承受弯曲、扭转、拉压、冲击等复杂应力的重要零件。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院6. 合金工具钢 合金工具钢根据用途又分为刃具钢、量 具钢、模具钢等。例1：9SiCr 属于低合金刃具钢含碳千分之9，含硅、铬均&1.5% 预备热处理为球化退火，最终热处理为油淬+低温回火, 可获 高硬度高耐磨性。主要用于制造丝锥、板牙、铰刀等形状复杂、 要求变形小的刀具。例2： W18Cr4V 属于高合金刃具钢，又称高速钢含碳&1%, 含钨18%, 含铬4%, 含钒&1.5% 预备热处理(反复锻造后)为球化退火，最终热处理为在盐浴 或油中分级淬火+三次560℃回火。主要用于制造车刀、铣刀等机 加工的刀具（中速切削）。SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院三、铸铁的种类、性能及牌号1、白口铸铁→碳全部以渗碳体形式存在的铸铁。 因断口呈银白色而得名。性能硬而脆。 主要用作炼钢或生产其它种类铸铁的原料。2、灰口铸铁→碳主要以片状石墨的形式存在。 因断口呈暗灰色而得名。力学性能比较低但铸 造性能极佳，并具有较好的减震性。 用于制造机床床身、底座、减速器箱体、泵体、 阀体、气缸体等。（铸后需进行去应力退火）例：HT150代表?b不低于150MPa的灰口铸铁SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院3、可锻铸铁→碳主要以团絮状石墨的形式存在。 是由白口铸铁经长时间的高温石墨化退火而形 成的，力学性能较好，特别是韧性较高，并具 有一定的耐腐蚀性。 常用于制造棘轮、链条、制动器等承受冲击振 动的薄壁小零件及弯头、三通等管道件和阀门 等。例：KTZ550-04?b ?代表?b不低于550MPa， ?不低于4%的珠光体基 的可锻铸铁SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 4、球墨铸铁→碳主要以球状石墨的形式存在。 是在浇注前向铁水中加入孕育剂和球化剂而形 成的，强度高，是以铁代钢的重要材料。 用于制造载荷大、形状复杂的零件，如曲轴、 汽车齿轮等。（铸后退火、正火、调质等）例：QT600-3?b ?代表?b不低于600MPa， ?不低于3%的球墨铸铁SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院 5、蠕墨铸铁→碳主要以蠕虫状石墨的形式存在。 比灰口铸铁强度高，比球墨铸铁铸造性、耐热 性、抗疲劳性好。（铸后正火、退火）例：RuT380代表?b不低于380MPa的蠕墨铸铁6、合金铸铁→在铁水中添加某些合金元素，可得 到某种特殊性能，如加硅、铝、铬能提高耐热 性，加硅、铝、铬、铜、镍能提高耐腐蚀性。 *耐磨铸铁 *耐热铸铁 *耐蚀铸铁SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院SHANGHAI UNIVERSITY上海大学机自学院SHANGHAI UNIVERSITY
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