常用材料及热处理(1)

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
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。
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。
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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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。
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%)
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
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。
10
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）。
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。
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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。
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
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
越大 塑性越 好
延伸率
l1 l0 100%
l0
收缩率
A0 A1 100%
A0
4
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。
5
HB硬度
HB<450
6
HR硬度
HB>450
7
2.1.3 韧性
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。
GCr15 CrWMn 9SiCr
18
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 ）
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
8
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)
9
2.2 常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
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。
24
热处理方法：
25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。
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
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、
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。