常用材料及热处理(1)

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用途 1.碳素结构钢(C <0.038%) 2.优质碳素结构钢(S P<0.035%) 3.碳素工具钢(C 0.7~1.35%) T10
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碳素钢命名方法
1.碳素结构钢(普通碳素结构钢)
标志符号Q+最小值 s—等级符号+脱氧程度符号
Q235—BF 屈服点强度235MPa B级 碳素 沸腾钢
2.优质碳素结构钢(S P<0.035%)
越大 塑性越 好
延伸率
l1 l0 100%
l0
收缩率
A0 A1 100%
A0
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2.1.2 硬度
硬度:
材料抵抗压入物压陷的能力。即:材料 对局部塑性变形的抵抗能力。工程上常 用的洛氏硬度和布氏硬度分别为: HR 和HB。
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HB硬度
HB<450
6
HR硬度
HB>450
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2.1.3 韧性
为了改善钢的性能,专门在钢中加入一 种或数种合金元素的钢叫做合金钢。
合金元素的种类:
铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅 (Si)、硼(B)、钨(W)、钼(Mo)、 钒(V)、钛(Ti)、锆(Zr) 和稀土元 素(Re)等。
目的:使钢获得一般碳素钢达不到的性能,
如硬度、强度、塑性和韧性等;提高耐磨、 防腐、防酸性能;获得高弹性、高抗磁或 导磁性等。
不同加工方法使用的材料不同:比如铸铁具 有很好的铸造工艺性,但不能锻造。
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各种工艺方法对材料提出的要求
铸造:将熔融金属浇注、压射或吸入铸 型型腔中,待其凝固后而得到的一定形 状和性能的铸件的方法。
铸造性:是指浇注时液态金属的流动性、 凝固时的收缩性和偏析倾向等。
灰口铸铁和青铜有良好的铸造性能。
渗碳钢 C 0.15%~0.25% 用于表面耐磨并承受 动力载荷的零件 齿轮 轴 销
20Cr、20Mn2
调质钢 C 0.25%~0.50%用于制造高强度、高韧 性的零件 主轴 齿轮
40Cr、40Mn2
弹簧钢 C 0.6%~0.7%用于制造各类弹性零件
60Si2Mn
轴承钢 C 0.95%~1.1%用于制造滚珠、滚柱、套
刃具,模具,滚动轴承,耐磨件。
中温回火:350-500 高弹性、高韧性、
弹簧、发条、锻模
高温回火:500-650 良好的综合机械性能(高强度、好
的韧性) 调质处理
疲劳载荷的中碳钢重要零件,连杆、曲轴、主
轴、齿轮、重要螺钉
时 效:
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2.4.5、表面淬火:
是利用火焰或高频感应电流迅速加热 表面,然后立即淬火。 目的:
是使工件表面获得高硬度和耐磨性, 而内部仍保持足够的塑性和韧性。
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2.4.6 表面化学热处理
是将钢件放在某种化学介质中,通过 加热、保温、冷却的方法使介质中的某 些元素渗入钢件表面,改变了表面层的 化学成分,从而使其表面具有与内部不 同的特殊性能。一般都是使表面获得高 硬度、高疲劳极限,以及耐磨、防腐蚀 性能。
灰口铸铁具有良好的切削加工性。
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热处理工艺性: 包括淬透性、淬硬性、回火稳定性、变形 开裂性等。
碳素钢的淬透性差,强度低,合金钢优于 碳素钢。
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3、经济性原则
在满足使用要求的前提下,选用材料时还应 注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材 料本身的价格和加工制造的费用。 机械化、自动化的生产对材料的加工性能及尺 寸规格的一致性要求十分严格,因此不能轻易 采用劣质材料来达到降低成本的目的。
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渗碳
将低碳钢工件放在大量含碳的固体(木 炭粉和碳酸盐)或气体(天然气、煤气 等)介质中,加热到850~950℃,保温 一段时间,使碳扩散到钢表面层内,使 表面层的含碳量达到0.8%~1.2%。再经 淬火和低温回火,从而获得高硬度和耐 磨性。
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氮化
将钢件放入含有氮的介质或利用氨气加 热分解的氮气中,加热到500~620℃, 持续保温20~50小时,使氮扩散渗入钢 件表面层内。经氮化处理的钢件不再经 淬火便具有很高的表面层硬度及耐磨性, 并大大提高疲劳极限、耐腐蚀性能、抗 胶合性及耐热性。
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2.2.2 碳素钢
通常把含碳量在0.02%-2.11%之间的铁碳合金 称为碳素钢。
碳素钢中长存的杂质: 硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)。
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碳素钢分类
含碳量 1.低碳钢(<0.25%) 2.中碳钢(0.25%~0.6%) 3.高碳钢(>0.6%)
质量 1.普通碳素钢(S<0.055% P<0.045%) Q195 2.优质碳素钢(S<0.045% P<0.04%) 30 45 3.高级优质碳素钢(S<0.03% P<0.035%)
b
Fb A0
2
刚度
刚度:是指材料抵抗弹性变形的能力。
弹性模量E:在弹性变形范围内,应力与应 变的比值;是表征材料刚度的主要性能指 标。
3
塑性
塑性:塑性是指金属材料在外力作用下
产生塑性变形而不产生断裂的能力。工程
上一般用材料被拉断后所留下的残余变形
来表示材料的塑性,一般用两个指标来表
示:
塑性指标
圈、导轨等
GCr15 牌号不同(15/1000)
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用途 2.合金工具钢 制造刃具、磨具和量具
牌号 “一位数字(千分)+合金元素符号+数字(百分)"
1.刃具钢 高的硬度、耐磨性、热硬性
W18Cr4V
2.模具钢 热模具钢 冷模具钢
5CrMnMo (C 5/1000) Cr12
3.量具钢 硬度、耐磨性、不易变形、工艺性好
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2.4.7 金属零件的表面处理 表面处理:
是在金属表面附上一层覆盖层,以达到 防腐、改善性能及装饰的作用。 通常分电镀、化学处理和涂漆三种。
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电镀: 是应用电解原理在某些金属(或非金属)表
面镀上一薄层其它金属或合金的过程。 分为:镀铬 、镀镍 、镀锌
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化学处理 金属零件表面的化学处理主要有氧化和磷化。 氧化:
第2章 机械工程常用材料及钢的热处理 2.1 金属材料的力学性能
2.1.1 强度与塑性
1
强度
是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度极限 和b 屈服极限 是s 表征强度的主
要性能指标。
屈服极限:是材料发生屈服现象时的应力。
s
Fs A0
如何选择?
强度极限:是材料发生断裂前所能承受的最
大应力。
热处理不改变工件形状,只改变内部组织结构,以获得不同的 机械性能。
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热处理方法:
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2.4.1、退火:(锻、铸造后,粗加工前)
将钢件加热到临界温度以上20-30度,经保 温一段时间后随热处理炉(或埋入石灰石、沙 中冷却)缓慢冷却至500度以下,然后在空气 中冷却。
目的:
降低钢的硬度,改善切削性能;细化钢的晶 粒,减少组织的不均匀性;消去工件在锻造、 铸造中出现的内应力。
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2.4.2、正火: 将钢件加热到临界温度以上30-50度,
保温一段时间后从炉中取出,在空气中 冷却。 目的:
正火和退火相似,但正火后机械强度 略高。
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淬火和回火是生产中应用最广泛的两种热处 理工艺。
2.4.3、淬火:
淬火是将工件加热到临界温度以上30-50度, 保温一定时间,然后在水或盐水或油中急速冷 却。
与钢、铁相比,有色金属的强度较低。应用 它的目的,主要是利用其某些特殊的物理化 学性能,如:
铝、镁、钛及其合金密度小,重量轻; 铜、铝及其合金导电性好,减摩耐磨性好; 镍、钼及其合金能耐高温等。
因此,工业上除大量使用黑色金属外,有 色金属也得到广泛的应用。有色金属及其合 金种类繁多。
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铜及其合金 1. 纯铜(紫铜) 2. 黄铜(铜 锌合金) 3. 青铜(铜 锡 铅合金) 铝及其合金
橡 胶:
良好的弹性、耐磨、力学性能好 金属橡胶以金属丝为原材料,有橡胶一样的 性能。
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么么么么方面
Sds绝对是假的
2.4 金属材料的热处理
钢的热处理: 将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却,从而改变 (或改善)其组织结构,以达到预期性能的操作工艺。
热处理的原因: 生产过程中,钢制零件除需要经过各种热、冷加工工序外,往往 还要在加工工序中进行若干次热处理,以改善钢的加工工艺性能, 提高钢的机械性能,增加寿命、耐磨性等。
材料抵抗冲击载荷和变载荷的能力。
韧性在冲击载荷作用下,材料抵抗破坏的能力。
冲击功:Wk mg(h1 h2 );冲击韧性值:ak Wk / A
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2.1.4线膨胀系数 温度变化1摄氏度时零件单位长度的线伸长量
l l (t t0)
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2.2 常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
目的:
提高钢的硬度和强度。但急速冷却引起内应 力,使钢变脆,所以淬火后必须回火,以得到 较高的强度、硬度和韧性。
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2.4.4、回火:
将淬火后的工件加热到临界温度以下,保温一定 时间后,在空气、水或油中冷却。
目的:
硬度、强度略有降低,但消除了内应力和脆性。
低温回火:150-250 去应力、高硬度、耐磨、
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锻造性:是指材料在压力加工时,能改 变形状而不产生裂纹的性能。 低碳钢的锻造性好,铸铁没有锻造性。
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焊接性: 是指材料在通常的焊接方法和焊接工艺
条件下,能否获得良好焊缝的性能。
低碳钢的焊接性能好,高碳钢和铸铁的焊 接性能差。
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切削加工性: 是指对材料进行切削加工的难易程度, 一般用切削力、零件表面粗糙度、刀具磨 损及切屑排除的难易程度来衡量。
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常用金属材料
2.2.1 铸铁:
是含碳量大于2.11%的铁碳合金。
性能:
具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性及切削加工性能, 而且价格低廉,生产设备简单。因此,它是应用最多的 一种金属材料。
分类:(1)灰口铸铁(如:HT150);
(2)可锻铸铁(如:KT300-6); (3)球墨铸铁(如:QT600-3); (4)合金铸铁(用于耐热、耐磨、耐蚀等)。
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合金钢分类
合金元素含量 1.低合金钢(全部合金元素<5%) 2.中合金钢(全部合金元素5%~10%) 3.高合金钢(全部合金元素>10%)
合金种类 铬钢、锰钢、铬镍钢
用途 1.合金结构钢 2.合金工具钢 3.特殊性能结构钢
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用途 1.合金结构钢 综合机械性能好,高强高韧。
牌号 “两位数字(万分)+合金元素符号+数字(百分)"
零件尺寸取决于刚度,选用弹性模量大 的材料(调质钢、渗碳钢)
滑动摩擦下工作的零件,选用减摩性能 好的材料
高温条件下的零件,采用耐热材料 腐蚀介质中工作的零件,采用耐腐蚀材 料
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2、工艺性原则
是指金属材料所具有的能够适应各种加工工 艺要求的能力。
用金属制造零件的加工方法基本上有四种: 铸造、压力加工(锻造、冲压)、焊接和机械 切削加工(车、铣、刨、磨、钻等)。
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铝合金有足够的强度、较好的塑性和良好的抗 腐蚀性,且多数可以热处理强化。
纯铝的密度约为铁的1/3 铝合金主要分形变合金和铸造合金
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2.3 常用非金属材料
工程塑料:聚酰胺(尼龙)、聚甲醛等。
热塑性塑料和热固性塑料
工业陶瓷:普通陶瓷、特种陶瓷等。
高抗压、高硬度、低抗拉、抗高温、绝缘好
复合材料:由两种或两种以上不同性质的材料经 人工组成的多相材料。
是零件表面形成该金属的氧化膜,以保护金 属不受侵蚀,并起美化作用; 常用的有发蓝或发黑。 磷化: 是在金属表面生成一层不溶于水的磷酸盐薄 膜,可以保护金属。
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2.5 金属材料的选材原则 1.一般原则 2.工艺性原则 3.经济性原则
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1、一般原则
零件尺寸取决于强度,且尺寸和质量 受限时,选用强度高的材料
两位数字(万分)
10F 含碳0.1% 优质碳素结构沸腾钢 08 10 15 20 25 30 35 45 50 55 60 65 70 75 (08-70/10000)
3.碳素工具钢(C 0.7~1.35%)
一位或两位数字 (千分)
T10(C 10/1000) T7(C 7/1000)
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2.2.3 合金钢
GCr15 CrWMn 9SiCr
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用途 3.特殊性能钢
牌号 “一位数字(千分)+合金元素符号+数字(百分)"
1.不锈钢 2Cr13 1Cr18Ni9 2.耐热钢 15CrMo、4Cr9Si2 3.耐磨钢 ZGMn13
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2.2.4 有色金属材料(狭义的有色金属又称非铁金属,
是铁、锰、铬以外的所有金属的统称 )
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