第二章 机械工程常用材料及钢的热处理PPT课件
合集下载
热处理基本知识ppt课件
（2）优质碳素结构钢：30、45号钢等
（3）碳素铸钢：ZG310－570等
（4）碳素工具钢；T10等
精选课件
27
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。
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。
钢的热处理可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。
精选课件
14
热处理方法：
1、退火：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。
2.3 机械工程材料及钢的热处理
金属材料的机械性能及工艺性能 金属材料的热处理及零件表面处理 常用金属材料 常用非金属材料 选用材料的一般原则
精选课件
1
金属材料的机械性能及工艺性能
金属材料的机械性能 金属材料的机械性能主要是指在外力作用 下表现出来的特性。 如：强度、刚度、塑性、硬度、韧性、 疲劳强度等。
变或重复应力与其断裂前的应来自循 环次数N之应力
间的关系曲
线，称为疲
劳曲线。
107
循环次数N
精选课件
8
金属材料的工艺性能
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。
金属材料常用的加工工艺方法： 铸造、压力加工、焊接、切削加工等。
精选课件
9
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。
（3）碳素铸钢：ZG310－570等
（4）碳素工具钢；T10等
精选课件
27
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。
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。
钢的热处理可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。
精选课件
14
热处理方法：
1、退火：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。
2.3 机械工程材料及钢的热处理
金属材料的机械性能及工艺性能 金属材料的热处理及零件表面处理 常用金属材料 常用非金属材料 选用材料的一般原则
精选课件
1
金属材料的机械性能及工艺性能
金属材料的机械性能 金属材料的机械性能主要是指在外力作用 下表现出来的特性。 如：强度、刚度、塑性、硬度、韧性、 疲劳强度等。
变或重复应力与其断裂前的应来自循 环次数N之应力
间的关系曲
线，称为疲
劳曲线。
107
循环次数N
精选课件
8
金属材料的工艺性能
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。
金属材料常用的加工工艺方法： 铸造、压力加工、焊接、切削加工等。
精选课件
9
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。
机械基础课件：钢的热处理
连续冷却: 使奥氏体化后的钢在温度连续下降的过程中发生 组织转变，包括水冷、 油冷、炉冷、空冷等。
等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到临界点A1以下 某一温度，恒温停留一段时间，在这段保温时间内发生组织
钢的热处理
1. 过冷奥氏体的等温转变曲线 以共析钢为例： 由于过冷温度和等温时间不同，过冷奥氏体的等温转变 过程及转变产物也不相同，表示过冷奥氏体不同的等温冷却 温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线叫做过冷 奥氏体的等温转变曲线，也称为C 1) C · 共析钢奥氏体的等温转变曲线是通过一系列不同过冷
3. (1) 从切削加工性考虑：钢件适宜的切削加工硬度为 170～230 HBS。因此，低碳钢、低碳合金钢应选用正火为预 备热处理。中碳钢也可选正火，含碳量超过0.5%的钢应选用
(2) 从零件的形状考虑：对于形状复杂的零件或大型铸 件，正火可能会因内应力过大而造成零件开裂，故应选用退
(3) 从经济性考虑：因正火比退火的操作简便，生产周 期短，成本低，在能满足使用要求的情况下，应尽量选用正
· 通过实验测出不同的过冷奥氏体在恒温下开始转变和 转变终了的时间，画到温度-时间坐标系中，然后把开始时间 和转变终了时间分别连接起来，即得到图3-4所示的共析钢C
钢的热处理
图3-4 共析钢C曲线
钢的热处理
2) 共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1) 珠光体类型(高温转变产物)： 共析钢A过冷到723~550℃之间，A等温转变产物属于P
钢的热处理
2. (1) (2) (3) 材料：中碳钢(45)、合金调质钢(40Cr) (4) 技术条件：表面50~55 HRC (5) 感应表面淬火方法如图3-6
钢的热处理
图3-6 钢的感应表面淬火
等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到临界点A1以下 某一温度，恒温停留一段时间，在这段保温时间内发生组织
钢的热处理
1. 过冷奥氏体的等温转变曲线 以共析钢为例： 由于过冷温度和等温时间不同，过冷奥氏体的等温转变 过程及转变产物也不相同，表示过冷奥氏体不同的等温冷却 温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线叫做过冷 奥氏体的等温转变曲线，也称为C 1) C · 共析钢奥氏体的等温转变曲线是通过一系列不同过冷
3. (1) 从切削加工性考虑：钢件适宜的切削加工硬度为 170～230 HBS。因此，低碳钢、低碳合金钢应选用正火为预 备热处理。中碳钢也可选正火，含碳量超过0.5%的钢应选用
(2) 从零件的形状考虑：对于形状复杂的零件或大型铸 件，正火可能会因内应力过大而造成零件开裂，故应选用退
(3) 从经济性考虑：因正火比退火的操作简便，生产周 期短，成本低，在能满足使用要求的情况下，应尽量选用正
· 通过实验测出不同的过冷奥氏体在恒温下开始转变和 转变终了的时间，画到温度-时间坐标系中，然后把开始时间 和转变终了时间分别连接起来，即得到图3-4所示的共析钢C
钢的热处理
图3-4 共析钢C曲线
钢的热处理
2) 共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1) 珠光体类型(高温转变产物)： 共析钢A过冷到723~550℃之间，A等温转变产物属于P
钢的热处理
2. (1) (2) (3) 材料：中碳钢(45)、合金调质钢(40Cr) (4) 技术条件：表面50~55 HRC (5) 感应表面淬火方法如图3-6
钢的热处理
图3-6 钢的感应表面淬火
常用钢的热处理 ppt课件
常用钢的热处理
19
4、弹簧钢
力学性能
钢 号
热处 理代
号
工艺规 范
σS /M Pa
σb /M Pa
δψ %%
αk
J/c m
H BS
HRC
2
65 C42 790~820
Mn
℃油淬 380~420
135 2
147 0
8. 5
40
44
℃回火
42~47
65 C45 790~820
Mn
℃油淬 320~380 —
HBS
HR C
应用范围举例
截面尺寸 /mm
45 Z
840~860 ℃空冷
≥35 3
≥59 8
≥ 1 6
— ≥4 ≥4 170~ 0 9 217
用于负荷不大的 — 轴、丝杆、套筒、 齿轮等零件
45 T235 820~840 608 824 2 65 17 220~ — 用于承受中等载 ≤80
℃淬水
3
1 250
300~360
一定冲击，模数
℃回火
小于2mm的齿轮、
内齿轮、离合器
和大轴等零件
45 T- 860~900 G48 ℃淬水
220~250 ℃回火
48~ 用于小负荷、中 — 53 等速度、工作尺
寸较大的齿轮， 离合器和大轴等 零件
常用钢的热处理
8
2、优质碳素结构钢
力学性能
钢 号
热处理 代号
工艺规 范
σ
1、普通碳素结构钢：Q235-A 2、优质碳素结构钢：35、45 3、 合金结构钢：20Cr、20CrMnTi、 40Cr、35CrMo、42CrMo、35CrMnSiA、 38CrMoAlA、50Mn2 4、弹簧钢：65Mn、60Si2MnA 5、轴承钢：GCr15 6、碳素工具钢：T8、T10A
第二章 常用金属材料及热处理
第二章常用金属材料及热处理金属材料是机械工程中应用最广泛的材料。
它具有良好的力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能，主要用于机械设备、港口建设、交通运输、建筑和军事工业等方面。
金属材料的机械性能又称力学性能，是金属材料在外力作用下表现出的能力，是我们机械产品设计与零部件选材的重要依据。
常用的机械性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。
金属材料的热处理是指金属材料在固态下加热到一定温度，保温一定时间，然后以设定的冷却速度冷却下来，以改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。
根据热处理所获得的内部组织和机械性能的不同，可以分为退火，正火，淬火，调质（淬火+高温回火）、回火和表面热处理。
2.1常用金属材料及用途金属材料是应用最广泛的材料，目前仍占据材料工业的主导地位。
包括黑色金属的型钢、钢板及钢带、钢管、钢丝、钢丝绳，有色金属的棒材、线材、板材、带材及箔材、管材等12大类。
黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。
钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。
习惯上把碳含量＞2.11%的归类于铁，碳含量＜2.11%的归类于钢。
当铁中含C在0.03%~1.2%范围时则为钢，含C在1.2%~2.5%的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。
2.1.1 碳素钢1 碳素钢的分类方法如下：2 普通碳素结构钢牌号及其用途常见碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。
例如，Q235表示屈服强度为235MPa。
若牌号后面标注字母A,B,C,D，则表示钢材质量等级不同，即硫，磷的质量分数不同。
其中A级钢含硫，磷的质量分数最高，D级钢含硫，磷的质量分数最低，即A,B,C,D表示钢材质量依次提高。
这类钢最典型的钢号是Q235A。
3 优质碳素结构钢的牌号和主要用途优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢的平均含碳的质量分数的万分数，例如，20钢，45钢等，其平均的碳质量分数分别为0.2%和0.45%。
钢的热处理及工艺课件(PPT44张)
1、奥氏体的形成过程
一、钢的临界温度 在缓慢加热和冷却 时，其固态转变 的临界温度是由 相图决定。 二、加热时组织转 变 是从室温组织转变 为A组织的过程， 故也称为奥氏体 化（A化）。 P （详述） A化一般包括四个连 续转变过程： F
返回
E
A AC3 A3 Ar3 Acm Arcm
ACcm
S
Ar1
(Hull–Mehl mechanism for pearlite initiation)
Formation of a binodule. Note that the formation of a in γ 2 (b) can catalyze the formation of u in both γ 1 and γ 2 (c). Light micrograph of a series of uninodules (A) and binodules (B) in a partially transformed eutectoid steel. Note that pearlite initiation is almost exclusively at the grain boundaries. In addition, complete coverage of the boundaries has led to site saturation. The approximate positions of the grain boundaries are delineated by the heavy lines. (Computer enhanced image, from an original in Mehl )
钢在冷却时的组织转变返回
钢经加热获得A组织，其最终性能是由随后的冷却所得到的组织来决定，因 此控制A在冷却时的转变过程是获得所需性能的关键。深入研究A在冷却时的 转变规律则需掌握A冷却方式、过冷A等温转变曲线、过冷A连续冷却转变曲 线等内容。(补充等温转变曲线的建立）
最新机械设计中材料的选材及热处理(共54张PPT)精品课件精选全文完整版
2024/11/8
10
第十页，共五十四页。
钢的分类(fēn lèi)及牌 号
1. 按照(ànzhào)化学成分，钢又可分为碳素钢和合金钢
a、碳素钢（简称碳钢，由于钢碳钢具有较好的力学性能和工艺性能， 并且产量大，价格较低，使它成为机械工程上应用(yìngyòng)最广泛 的金属材料）
按碳含量的多少分为
2024/11/8
22
第二十二页，共五十四页。
㈡优质(yōuzhì)结构钢
3、调质(diào zhì)钢
•淬火＋高温(gāowēn)回火 后获得综合机械性能，即强度与韧性的配合
•为提高某些部位耐磨性，通常要局部高频淬火或表面氮化；需提高表面疲劳抗力，有 时要进行喷丸处理
•应用：受力复杂的重要零件，最普通的调质钢为35，40，45，但由 于热处理后变形大，实际都加合金元素，随合金量增加强度
• 铸铁的性能，但片状石墨对基体的分割作用，和引起应力集中效应(xiàoyìng)，故其抗拉强
度远
低于钢，其强度、塑性低。铸造性能好(灰铸铁含碳量高，熔点比钢低)，成本最低
（冷却下来后直接就可得到）
• 牌号：HT250（HT：灰铁的汉语拼音首字母，250代表抗拉强度值）
• 成分（HT250） ：碳含量：2.9％～3.5％，硅含量：1.4％～2.1％
2024/11/8
15
第十五页，共五十四页。
4、牌号(páihào)
⑴普通碳素结构钢：用Q＋数字（屈服强度数值(shùzí)）表示
⑵优质碳素结构钢：用钢中平均碳含量分数的两位数字表示 (biǎoshì)，单位为万分之几，也就是说用碳含量万分之几表示(biǎoshì)
⑶碳素工具钢：T＋数字，在钢号前加T（碳的汉语拼音字头），数字：钢 号用平均碳含量的千分数的数字表示（千分之几）
机械工程常用材料及钢的热处理PPT23页
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
23
机械工程常用材料及钢的热处理
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基 础
高级优质碳素钢 （ωs≤0.03％、 ωp≤0.035％ ）
第三节 常用工程材料
按用途分类：
碳素结构钢（用于制造各种工程构件和机器零件）
碳素工具钢（用于制造各种工具）（T8A）
2、合金钢
人为加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，用以提高钢
的力学性能、工艺性能。即具有高的强度、韧性、硬度，
精 密
材料 有机材料 橡胶
基
合成纤维
础
第一节 概述
在精密机械中应用的材料，按用途的不同，
可分为结构材料和功能材料两大类。
结构材料通常是指工程上要求强度、韧性、 塑性、硬度、耐磨性等力学性能的材料。
精 密
功能材料是指具有电、地、声、热、磁等 功能和效应的材料。
机 金属材料是精密机械中最常用的材料，可
械 设
械 设
布氏硬度(HBS)、洛氏硬度(HRC——洛氏C
计 标度硬度)和维氏硬度(HV)。
基
础
影响力学性能的主要因素
第二节 金属材料的力学性能
1、含碳量
含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。
2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P
3、合金元素
加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能，并获 得某些特殊的物理和化学性能。
第二章
精 机械工程常用材料及钢的热处理
密 机 械 设 计 基 础
参考文献
史美堂，《金属材料及热处理》，上海科学 技术出版社，2003
齐宝森等，《机械工程材料》，哈尔滨工业 大学出版社，2003
精戈晓岚等，《工程材料》，东南大学出版社，
密2004
机 械
其他与金属材料及热处理的相关书籍
设
计
基
础
主要内容
础
第四节 钢的热处理
1、退火：加热（至临界温度710～750 ° 以上
30 ～ 5 0 °）、保温、随炉冷却
➢ 目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力和残余应力， 改善切削性能， 预先热处理
2、正火：加热、保温（与退火相似） 、空气冷
➢ 目的：同退火，（因晶粒更细，故强度和硬度较退火
精 高），用于普通结构钢零件的最终热处理，中碳钢的预 密 处理。
• 有色金属
（减摩、耐腐、耐热、导电性好）
1、铜及其合金：
工业纯铜、
黄铜（铜锌二元合金）（铸、锻、机械加工性能好）
精
密
青铜（锡青铜Sn、铝青铜—强度高、加工低，用于制
机
造重载、耐磨零件，铍青铜Be、锰青铜等）
械
设 2、铝及其合金： 纯铝、硬铝、铸铝
计 基 3、钛及其合金：纯钛、钛合金
础
第三节 常用工程材料
精 三、延展性
密 延展性是衡量材料塑性性能的指标。
机
械 1率Ψ
基
础
第二节 金属材料的力学性能
四、冲击韧度
冲击韧度是衡量材料承受冲击载荷能力的性 能指标。
五、弹性能Ee和韧性能Et
六、硬度
精 硬度表示材料表面在一个小体积范围内抵 密 抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。
机 常用的硬度指标有：
灰铸铁：C－自由状态的片状石墨形式 （抗压强度高于抗拉强度，适用于受压零件，
精 脆性大，不适合冲击零件）（HT200）
密 机
可锻铸铁： C－自由状态的絮状石墨形式
械 球墨铸铁：C－球状石墨形式，较高的强度 ，良好的塑 设 计 性和韧性（应力集中）。
基 钢与铸铁的主要区别：碳的存在形式不同 础
第三节 常用工程材料
以及某些特殊性能（如耐腐性、高温强度）。
机 （40Cr,65Mn）
械
设
低合金钢合金元素总量小于百分之5
计 基 础
中合金钢合金元素总量在百分之5-10 高合金钢合金元素总量大于百分之10
第三节 常用工程材料
3、铸铁：
良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工 性能、低的缺口敏感性，生产工艺简单、成本低廉。
分为黑色金属材料和有色金属材料。
计
基
础
第二节 金属材料的力学性能
• 一、应力极限
• 二、弹性模量E
• 三、延展性
• 四、冲击韧度Ak
精
• 五、弹性性能Ee和韧性能Et
密 机
• 六、硬度
械
设
计
基
础
第二节 金属材料的力学性能
一、应力极限
• 比例极限σp
• 屈服极限σs
• 强度极限σB
图2-1
精
在常温下经过塑性变形使材料强度提
• 非金属
1.工程塑料（天然树脂或人造树脂为基础）
－特点：密度小，良好的抗蚀性，优良的电绝缘性，
耐磨、减摩、自润滑性好，工艺性好
－分类：热固性塑料、热塑性塑料
精 2.橡胶：高弹性、绝缘性 密
机 －密封件、缓冲件、绝缘件
械
设
上述二者易老化，难回收（污染）
计 基
3.人工合成矿物：刚玉（宝石Al2O3）, 石英SiO2
础
第四节 钢的热处理
一、钢的热处理
加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获 得所需性能。
（铸铁、某些铜合金也可用热处理来改善其力学性能）
• 种类
精 普通热处理：退火、正火、淬火、回火
密 表面热处理和化学热处理： 机
械
感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗
设 计
碳、氮化、碳氮共渗
基 其他热处理
按质量分数分类：
低碳钢（ωc≤0.25％）
中碳钢（ 0.25％ ＜ ωc ≤ 0.6％）
高碳钢（ωc＞0.6％）
精 按质量等级分类：
密 机 械
普通碳素钢（ωs≤0.055％、 ωp≤0.045％ ） （例：Q235）
设
优 质 碳 素 钢 （ωs≤0.040 ％ 、 ωp≤0.040 ％ ）
计 （例：45，35）
• 第一节 概述
• 第二节 金属材料的力学性能
• 第三节 常用的工程材料
精
• 第四节 钢的热处理
密
• 第五节 表面精饰
机
械
• 第六节 精密仪器材料选用原则
设
计
基
础
第一节 概述
钢
黑色金属
金属 材料
合金钢 铝合金
有色金属 铜合金
精 密
机械工 程材料
机
其他有色合金 无机非金属材料 陶瓷
械
非金属
塑料
设 计
密 高、塑性降低的现象，称为冷作硬化。
机
械
设
计
基
础
• 应力极限
屈服点s
屈服阶段
精 密 弹性极限p 机 械 弹性阶段 设 计 基 础
第二节 金属材料的力学性能
强度极限 b``
颈缩阶段
强化阶段
第二节 金属材料的力学性能
二、弹性模量E
在比例极限范围内，应力 与应变ε成
正比。
弹性模量的大小反映了材料抵抗变形的 能力。
精 Cr：提高硬度、冲击韧性和淬透性 ，（形成碳化鉻）
密 机
Mn：提高强度和淬透性 ，W:提高硬度和韧性
械 4、温度
设 一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降 ，
计 高温条件下相反。
基 础
5、热处理工艺
一、钢铁材料（黑色金属）
第三节 常用工程材料
1、非合金钢（碳钢）
含碳2％以下的铁碳合金、少量杂质