常用材料及热处理解析精选课件PPT
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材料与热处理(PPT_101)
日本JIS
壓鑄鋁合金
7075為鍛造鋁合金 A380和ADC12為 Al-Si-Cu合金
純鋁
99%以上 耐蝕性、光輝、導電性、延性。 導電材料及鋁箔要求之純度為99.45%以上
Al-Cu合金
2xxx系列及2xx系列 銅是析出硬化元素，又可減少凝固收縮孔 洞以提高韌性 若添加Mg可進一步促進析出硬化的幅度 （2xxx系列合金強度僅次於7xxx系列合金）
耐高溫氧化及具高溫強度 309、310（最高使用溫度500~700℃）
軸承鋼 彈簧鋼 磁氣用鋼 其他特殊合金鋼（例：鎂熱室壓鑄用鵝頸／活塞 ／活塞環材質1.2888） 鎢鋼：唐卡龍（碳化鎢）
鑄鐵
白鑄鐵
碳之型 式 雪明碳鐵
灰鑄鐵
片狀石墨
展性鑄鐵
不規則石墨
延性(球墨) 鑄鐵
特殊合金 鑄鐵
球狀石墨
-
特性 應用
紅十字/AISI 4140/JIS SCM440 藍十字/AISI 4340/JIS SNCM439
高強度低合金鋼 (HSLA)
用於大型構造物（車輛、高樓、橋樑、船 舶等） 焊接後無法再熱處理者，正常化或軋延後 就具有高強度（50kg/mm2以上） 具有低碳鋼板的焊接性及成型性。焊接免 預熱以及焊後熱處理也不會硬脆
材料中麟 2004/2/911
材料種類
鍵結 強度 耐溫性 導電性 量產性 加工性
化學安定 性
金屬 金屬鍵 3 3 1 1 1 3
陶瓷
離子鍵 共價鍵
塑膠
共價鍵+凡 得瓦爾鍵
複合材料
2 2 3 2 3
半導體 共價鍵 2 4 3 2
1 1 4 2 3 2
4 4 3 1 1 1
A B C D E F H K L Al鋁 Bi鉍 Cu銅 Cd鎘 稀土元素 Fe鐵 Th釷 Zr鋯 Li鋰 M N P Q R S T W Z Mn錳 Ni鎳 Pb鉛 Ag銀 Cr鉻 Si矽 Sn錫 Y釔 Zn鋅
金属材料与热处理(最全)PPT课件
铁碳合金和铁碳相图
3.1 铁碳合金中的组元和基本相 3.2 Fe-Fe3C相图 3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织 3.4 铁碳合金的成分－组织－性能关系 3.5 铁碳相图在工业中的应用
• 工业纯铁：塑性较好 ，强度较低，具有铁 磁性，在一般的机器 制造中很少应用，常 用的是铁碳合金
• 铁素体（F）：碳溶 于 -Fe中的一种间 隙固溶体，体心立方 晶体结构，组织和性 能与工业纯铁相同
珠光体（P）：铁 素体和渗碳体 的机械混合物 ，是两者呈层 片相间的组织 ，即层片状组 织特征，可以 通过热处理得 到另一种珠光 体的组织形态
五个单相区： ABCD 以上-液相区（L） ；AHNA- 固溶体 区（ ）； NJESGN- 奥 氏 体 区 （ A）；GPQ 以 上-铁素体区（F） ；DFKL-渗碳体区 （Fe-Fe3C）
• 奥氏体（A）：碳溶 于 -Fe中的一种间隙 固溶体，具有面心立 方晶体结构，塑性好 ，变形抗力小，易于 锻造成型
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳 的金属化合物 （ 即 Fe3C） 属 于复杂结构的 间隙化合物， 硬而脆，强度 很低，耐磨性 好，是一个亚 稳定的化合物 ，在一定温度 下可分解为铁 和石墨
七个两相区（两相邻 的单相区之间） ：
L+,L+A,L+Fe3C, +A,F+A,A+Fe3C,F +Fe3C
Fe-Fe3C相图
包晶反应： HJB水平线
LB＋H（1495°） AJ
包晶反应仅可能在含碳 量0.09～0.53％的铁 碳合金中，其结果 生成生成奥氏体
恒温转变线
共晶反应： ECF水平线
Ae＋Fe3C （1148°） Lc
热处理知识介绍课堂PPT
43
六、影响钢材氧化、脱碳的几大因素
加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或 气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应 生成氧化物膜的现象称为氧化。
钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的 氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低 了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬 度、疲劳强度及耐磨性降低 。
50
脱碳+粗晶案例
51
脱碳+粗晶案例
52
脱碳+粗晶案例
53
影响钢材氧化、脱碳因素
主要因素为：热处理炉中混有氧气、二氧化碳、 水蒸气等气体。
54
对策
所以要使线材在加热时少产生氧化、脱碳， 1.需降低炉内H2O、O2、CO2。 2.减少炉内产生氧化：2Fe＋O2→2FeO
Fe＋H2O→FeO＋H2 FeC＋CO2→Fe＋2CO 还原： FeO＋H2→Fe＋H2O
25
球化退火应用
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳 素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经 轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体 与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切 削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开 裂。
26
球化退火应用
而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中 的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体 上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切 削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易 长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对 于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等） 的亚共析钢有时也可采用球化退火。
10
热处理分类——正火
正火是将钢材或钢件加热到A3（或Acm）以 上适当温度，保温适当时间后再空气中冷却， 得到珠光体类组织的热处理工艺。
11
六、影响钢材氧化、脱碳的几大因素
加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或 气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应 生成氧化物膜的现象称为氧化。
钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的 氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低 了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬 度、疲劳强度及耐磨性降低 。
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脱碳+粗晶案例
51
脱碳+粗晶案例
52
脱碳+粗晶案例
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影响钢材氧化、脱碳因素
主要因素为：热处理炉中混有氧气、二氧化碳、 水蒸气等气体。
54
对策
所以要使线材在加热时少产生氧化、脱碳， 1.需降低炉内H2O、O2、CO2。 2.减少炉内产生氧化：2Fe＋O2→2FeO
Fe＋H2O→FeO＋H2 FeC＋CO2→Fe＋2CO 还原： FeO＋H2→Fe＋H2O
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球化退火应用
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳 素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经 轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体 与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切 削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开 裂。
26
球化退火应用
而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中 的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体 上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切 削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易 长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对 于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等） 的亚共析钢有时也可采用球化退火。
10
热处理分类——正火
正火是将钢材或钢件加热到A3（或Acm）以 上适当温度，保温适当时间后再空气中冷却， 得到珠光体类组织的热处理工艺。
11
常用材料及热处理(1)幻灯片PPT
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 圈、导轨等
用途 2.合金工具钢 制造刃具、磨具和量具
〔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〕。
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〕。
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%)
ll(tt0)
2.2 常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
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)；
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
GCr15 CrWMn 9SiCr
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
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 圈、导轨等
用途 2.合金工具钢 制造刃具、磨具和量具
〔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〕。
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〕。
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%)
ll(tt0)
2.2 常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
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)；
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
GCr15 CrWMn 9SiCr
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
常用材料及热处理PPT文档共46页
❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
常用材料及热处理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
常用材料及热处理
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
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HB>450
2021/3/2
7
2.1.3 韧性
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 ： W k m g ( h 1 h 2 ) ； 冲 击 韧 性 值 ： a k W k / A
2021/3/2
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
2.耐热钢
15CrMo、4Cr9Si2
3.耐磨钢
ZGMn13
2021/3/2
19
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 ）
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。
大应力。
2021/3/2
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。
2021/3/2
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
40Cr、40Mn2
C 0.6%～0.7%用于制造各类弹性零件
轴承钢
2021/3/2
60Si2Mn
C 0.95%～1.1%用于制造滚珠、滚柱、套 圈、导轨等
GCr15 牌号不同(15/1000)
17
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
2.优质碳素结构钢(S P<0.035%)
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)
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。
2021/3/2
20
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）
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
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1
强度
是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度极限 b 和屈服极限 s是表征强度的主
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
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14
2.2.3 合金钢
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，
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
GCr15 CrWMn 9SiCr
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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
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
2021/3/2
13
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
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。
2021/3/2
15
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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12
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%)
示：
塑性指标
越大 塑性21/3/2
l0
收缩率
A0A1100%
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。
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5
HB硬度
HB<450
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6
HR硬度
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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11
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）。
ll(tt0)
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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
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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。
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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）"
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
调质钢 弹簧钢
20Cr、20Mn2
C 0.25%～0.50%用于制造高强度、高韧 性的零件 主轴 齿轮