机械工程常用材料及钢热处理

冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。
冲击吸收(Ak) ：
Ak=mg(h1-h2)
单位为焦耳
a 冲击韧度( k) ：
ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F
单位为焦耳/厘米²（J/cm²）
ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形 ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。
(1)感应淬火频率的选用
①高频感应淬火 ：200～300kHz，淬硬层深度为0.5～2mm。 主要用于要求淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸 轴类零件等。
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钢的淬火与回火
淬火
是将钢加热至临界点(Ac3或Ac1)以上，保温后以 大于VK的速度冷却，使奥氏体转变成马氏体(或下贝 氏体)的热处理工艺。
回火 是将淬火后的钢加热至A1以下的某一温度后进行冷
却的热处理工艺。
淬火的目的是为了得到马氏体组织。 一般淬火后的钢都要进行回火，才能使钢具有不同的力学性能 。
1.1机械工程常用材料
力学性能— 是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。
指标：强度、硬度、塑性、韧性等。
1.强度与塑性
静载单向静拉伸实验 标准拉伸试样：长试样L0=10d0 短试样L0=5d0
应力 (σ)：单位横截面积的内力
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2. 硬度
材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
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淬 火
Ac3以上 30～50℃ Ac1以上30 ～50℃
以大于钢的淬火临 界冷却速度冷却， 一般合金钢油淬， 非合金钢水淬
获得马氏体，个别获 各种工具、模
得下贝氏体，提高钢 具、量具、滚
的硬度和耐磨性
动轴承等
低温 150～
回火
250℃
空冷
在降性保低持淬高火硬内度应的力同和时脆，工量渗面具具碳淬、、件火模轴及的具承经工、，表件。
铸件、锻件、焊
接件、冷冲压件及 机械加工件等
再结 晶退火
T再= （0.35～0.40） T熔点（K）
缓冷
消除加工硬化，提
进一步冷变形钢
高塑性，改善切削加工 件,冷变形钢材及其
性及成形性能。
它合金成品
正 Ac3或Accm以 火 上30 ～ 50℃
空冷
细化晶粒；改善切
削加工性；为最终热处 理作组织准备
低碳钢、中碳钢
回 火
中温 回火
350～ 500℃
空冷
提高弹性极限和屈服 强度
各种各类弹簧 以及其它结构 钢
高温 500～
回火
650℃
空冷
获得良好的综合力学 性能，硬度一般为 25～35HRC
各种重要的机 器结构件，特 别是受交变载 荷的零件，如 连杆、轴等
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钢的表面热处理
钢的表面淬火
将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件 表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组 织的热处理工艺。
表面淬火前应对工件正火或调质，表面淬火后应低温回火。
1.感应淬火
利用感应电流通过工件所 产生的热量，使工件表层、 局部或整体加热并快速冷 却的淬火。
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最适宜的钢种是中碳钢(如40钢、45钢)和中碳合金钢。
需性能的工艺方法。
热处理工艺
加热、保温、冷却
热处理的原理 组织转变规律
热处理的实质 改变组织结构 性能
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钢的整体热处理
钢的退火与正火
种 类 加热温度
冷却方式
目的
应用
完全 退火
Ac3以上 30～50℃
随炉冷wenku.baidu.com600℃左 右后出炉空冷
消除残余应力；细化 晶粒
亚共析钢的 铸、锻、 焊件
的预备热处理；消 除过共析钢的网状 渗碳体；一般要求 钢件的最终热处理。
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退火的主要特点：
冷却速度慢，获得接近平衡组织。可降低硬度、细 化晶粒、消除应力。
正火的主要特点： 冷却速度比退火快，晶粒更细小。 低碳钢和低碳合金钢正火可提高硬度；
中碳钢正火可提高力学性能； 高碳钢正火可消除网状渗碳体。
球化 退火 退 火
等温 退火
Ac1以上 10 ～ 20℃
Ac3以上 30～ 50℃或 Ac1以 上10～ 20℃
冷至略低于Arl 温度，保温后
随炉冷至 600℃左右， 出炉空冷
片状珠光体转变球状 珠光体，降低硬 度，改善切削加 工性，为淬火作 组织准备
较快冷却到珠光 体转变温度区 与完全退火和球化退 间的适当温度 火相同，但组织 等温，使奥氏 更均匀、晶粒更 体转变为珠光 细小，缩短生产 体类组织后在 周期 空气中人冷民第邮却7电页/出共版30社页
含碳量越高，焊接性越差。
3.锻造性能——金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不
破裂的能力。
含碳量越高，锻造性越差。
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4.切削加工性：指材料被切削加工成合格零件的难易程度。 包含：刀具耐用度；切削力，切削温度，表面加工质量， 切屑的形状或断屑难易程度。 含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。
韧脆转变温度：冲击吸收功急剧 变化或断口韧性急剧转变
的温度区域。
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材料的工艺性能 指材料适应加工工艺要求的能力
1.铸造性能——指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能， 包括：流动性能、收缩性、偏析等。
含碳量4.3%的铁碳合金铸造性最好。
2.焊接性能——指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口 处是否能满足使用目的的特性。
过共析钢的 刃具、量 具、模具 等
高碳钢、合 金工具钢 和高合金 钢
钢的退火与正火
均匀化 钢熔点以下 退火 100～200℃
保温10～15 h后缓冷
消除铸造过程中产
生的枝晶偏析，使成分 均匀化
亚共析钢的铸锭
去应 A1以下 力退火 100～200℃
随炉缓 300～200℃ 出炉空冷
消除残余应力，稳 定尺寸，减少变形
5.冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。 含碳量越高，冲压性越差。
6.热处理工艺性：指材料被热处理时达到性能等要求的难易程度。 如：淬硬性、淬透性。
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1.2 钢的热处理
采用适当方式对材料或工件在固态下进行加热、
热处理 保温和冷却，以获得预期组织结构，从而获得所
硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念 硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料 的其他机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。 硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，
压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
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3. 冲击韧性(Ak或ak )
韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力