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按用途及热处理特点可分为：合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚 动轴承钢等。
活动三 合金钢
3.合金工具钢
合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢及量具钢，它的牌号与合金结构 钢相似，但其碳溶量大于1%时含碳量不标出；当碳溶量小于1%时，则牌号 前的数字表示含碳量的千分之几。
合金元素的表示方法与合金结构钢相同，但由于合金工具钢都是高级优质 钢，故牌号后不标“A”。
机械基础
制作人
目录
工程材料 一
黑色金属材料
二 有色金属材料 三
工程塑料与橡胶
项目一 黑色金属材料
➢ 项目索引：在工业生产中，除了钢 铁材料以外，有色金属材料与非金属 材料因具有其他材料不可替代的特点 和优良性能也受到了广泛应用。本项 目将重点讨论这几种材料的性能。
活动一 金属材料的力学性能
常用的力学性能指标有强度、塑性、硬度、冲击韧度、 疲劳极限和断裂韧度等。
活动一 金属材料的力学性能
Fra Baidu bibliotek2.硬度 硬度是材料抵抗局部变形的能力。 （1）布氏硬度。 （2）洛氏硬度。 （3）维氏硬度。
活动一 金属材料的力学性能
3.冲击韧度 材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧度。
事实上，材料的抗冲击能力主要取决于材料强度和塑性的综合性能 指标，大能量一次冲击时，其抵抗能力主要取决于塑性，而小能量 多次冲击时，其抵抗能力主要取决于强度。
活动三 合金钢
所谓合金钢，是指在铁碳合金中，为改善钢的性能，在冶炼 时有目的地向钢中加入某些合金元素而获得的性能优良的金 属材料。常加入的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、 Ti、Al、B和稀土元素等。
1.低合金钢
这类钢材一般具有较高的强度和屈强比，较好的塑性和韧性，良好的焊接 性，较好的耐蚀性等优良性能。 低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入少量的合金元素 （wMe<3%）而制成的。
活动四 钢的热处理
1.概述
钢的热处理是将钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部组织结 构，从而获得所需性能的一种工艺方法。 钢的热处理主要有两个目标：一是清除前道工序（如铸件、锻件的毛坯） 的缺陷，改善其工艺性能，确保后续加工的顺利进行；二是提高工件的力 学性能、使用性能和使用寿命。 （1）普通热处理，如退火、正火、淬火和回火等。 （2）表面热处理，如表面淬火和化学热处理等。 （3）其他热处理，如形变热处理、真空热处理、可控气氛热处理和激光 热处理等。
活动四 钢的热处理
活动四 钢的热处理
2.钢的普通热处理
通常，钢的普通热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。 （1）退火。 ①完全退火。②等温退火。③球化退火。④均匀化退火。⑤去应力退火。 ⑥再结晶退火。 （2）正火。 ①作为普通结构零件的最终热处理，用以消除铸件和锻件生产中产生的过 热缺陷，细化组织，提高力学性能。 ②改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能。 ③作为中低碳钢结构件的预先热处理，消除热加工中所造成的组织缺陷。 代替调质处理，为后续高频感应加热表面淬火做好组织准备。 ④消除过共析钢中的二次渗碳体网，为球化退火做好组织准备。
活动三 合金钢
4.高速工具钢
高速工具钢（简称高速钢）用于制造高速切削刃具，有锋钢之称。高速钢 主要有钨系和钨钼系两类。钨系高速钢以W18Cr4V为代表，其特点是通用 性强，有适当的耐磨性和热硬性，并具有良好的韧性和磨削加工性，广泛 用于工作温度在600℃以下的复杂刀具，如拉刀、铣刀、机用丝锥等。钨 钼系以W6Mo5Cr4V2应用最广，它具有很高的耐磨性，较好的韧性，广泛用 于承受冲击力较大的刃具，如插齿刀、钻头等。
活动一 金属材料的力学性能
4.疲劳极限
疲劳失效具有两个特征：一是突然性；二是破坏前无明显的塑性变 化，不易被察觉，所以疲劳破坏的危害性很大。 疲劳破坏是一个裂纹发生和发展的渐变过程，受材料质量和结构的 影响，往往发生在组织缺陷和结构薄弱处。为提高机件的抗疲劳能 力，防止疲劳断裂事故发生。在机件设计和加工时，应选择合理的 结构形状，防止表面损伤，避免应力集中；要优先选择优质材料， 尽量减少材料内部组织缺陷；采用表面强化处理技术等以提高抗疲 劳能力。
活动二 铁碳合金
钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组成元素 是铁和碳，故统称为铁碳合金。普通碳钢和铸铁均属铁碳合 金范畴，合金钢和合金铸铁也是在此基础上加入合金元素而 形成的特殊铁碳合金。 金属在固态时一般都是晶体，其内部原子排列是有规律的。
活动二 铁碳合金
由于金属原子间的结合力较强，使金属原子总是趋于紧密排 列，故大多数金属都可归于如图所示3种晶格类型。
活动二 铁碳合金
1.铁碳合金的基本组织及性能 （1）铁素体。 （2）奥氏体。 （3）渗碳体。 （4）珠光体。 （5）莱氏体。
活动二 铁碳合金
2.铁碳合金状态图 （1）简化后的铁碳合金状态图。
活动二 铁碳合金
2.铁碳合金状态图 （2）铁碳合金中成分、组织、性能间的关系。
活动二 铁碳合金
2.铁碳合金状态图 （3）铁碳合金状态图的应用。铁碳合金状态图在生产实践中 除可作为选择材料的参考外，还是铸造、锻造、焊接及切削 加工等工艺制定的重要依据。 ①材料选用。 ②铸造性能。 ③可锻性和可焊性。 ④切削加工性能。
1.强度和塑性
（1）强度。强度是材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力，强度 大小用应力来表示。金属的强度和塑性值可通过拉伸试验来获得。 拉伸试验可测定出的强度指标有屈服强度σS、抗拉强度σb、比例极 限σp等。 （2）塑性。塑性是材料在静载荷作用下断裂前发生永久变形的能力。 用断后伸长率δ（%）和断面收缩率ψ（%）表示。
活动三 合金钢
2.合金结构钢
合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入一些合金元素而形成的钢种。 因加入合金元素较少（大多数wMe<5%），所以合金结构钢都属于中、低合 金钢。
合金结构钢的牌号由“数字+元素符号+数字”三部分组成。前两位数字表 示平均含碳量的万分之几，合金元素以化学符号表示，合金元素符号后面 的数字表示合金元素质量分数的百分之几。当wMe<1 5%时，牌号中一般 只标出元素符号，而不标明元素质量分数；当wMe≥1 5%、wMe≥2 5%、 wMe≥3 5%…时，则在元素符号后面相应标出2，3，4，…
活动三 合金钢
3.合金工具钢
合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢及量具钢，它的牌号与合金结构 钢相似，但其碳溶量大于1%时含碳量不标出；当碳溶量小于1%时，则牌号 前的数字表示含碳量的千分之几。
合金元素的表示方法与合金结构钢相同，但由于合金工具钢都是高级优质 钢，故牌号后不标“A”。
机械基础
制作人
目录
工程材料 一
黑色金属材料
二 有色金属材料 三
工程塑料与橡胶
项目一 黑色金属材料
➢ 项目索引：在工业生产中，除了钢 铁材料以外，有色金属材料与非金属 材料因具有其他材料不可替代的特点 和优良性能也受到了广泛应用。本项 目将重点讨论这几种材料的性能。
活动一 金属材料的力学性能
常用的力学性能指标有强度、塑性、硬度、冲击韧度、 疲劳极限和断裂韧度等。
活动一 金属材料的力学性能
Fra Baidu bibliotek2.硬度 硬度是材料抵抗局部变形的能力。 （1）布氏硬度。 （2）洛氏硬度。 （3）维氏硬度。
活动一 金属材料的力学性能
3.冲击韧度 材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧度。
事实上，材料的抗冲击能力主要取决于材料强度和塑性的综合性能 指标，大能量一次冲击时，其抵抗能力主要取决于塑性，而小能量 多次冲击时，其抵抗能力主要取决于强度。
活动三 合金钢
所谓合金钢，是指在铁碳合金中，为改善钢的性能，在冶炼 时有目的地向钢中加入某些合金元素而获得的性能优良的金 属材料。常加入的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、 Ti、Al、B和稀土元素等。
1.低合金钢
这类钢材一般具有较高的强度和屈强比，较好的塑性和韧性，良好的焊接 性，较好的耐蚀性等优良性能。 低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入少量的合金元素 （wMe<3%）而制成的。
活动四 钢的热处理
1.概述
钢的热处理是将钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部组织结 构，从而获得所需性能的一种工艺方法。 钢的热处理主要有两个目标：一是清除前道工序（如铸件、锻件的毛坯） 的缺陷，改善其工艺性能，确保后续加工的顺利进行；二是提高工件的力 学性能、使用性能和使用寿命。 （1）普通热处理，如退火、正火、淬火和回火等。 （2）表面热处理，如表面淬火和化学热处理等。 （3）其他热处理，如形变热处理、真空热处理、可控气氛热处理和激光 热处理等。
活动四 钢的热处理
活动四 钢的热处理
2.钢的普通热处理
通常，钢的普通热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。 （1）退火。 ①完全退火。②等温退火。③球化退火。④均匀化退火。⑤去应力退火。 ⑥再结晶退火。 （2）正火。 ①作为普通结构零件的最终热处理，用以消除铸件和锻件生产中产生的过 热缺陷，细化组织，提高力学性能。 ②改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能。 ③作为中低碳钢结构件的预先热处理，消除热加工中所造成的组织缺陷。 代替调质处理，为后续高频感应加热表面淬火做好组织准备。 ④消除过共析钢中的二次渗碳体网，为球化退火做好组织准备。
活动三 合金钢
4.高速工具钢
高速工具钢（简称高速钢）用于制造高速切削刃具，有锋钢之称。高速钢 主要有钨系和钨钼系两类。钨系高速钢以W18Cr4V为代表，其特点是通用 性强，有适当的耐磨性和热硬性，并具有良好的韧性和磨削加工性，广泛 用于工作温度在600℃以下的复杂刀具，如拉刀、铣刀、机用丝锥等。钨 钼系以W6Mo5Cr4V2应用最广，它具有很高的耐磨性，较好的韧性，广泛用 于承受冲击力较大的刃具，如插齿刀、钻头等。
活动一 金属材料的力学性能
4.疲劳极限
疲劳失效具有两个特征：一是突然性；二是破坏前无明显的塑性变 化，不易被察觉，所以疲劳破坏的危害性很大。 疲劳破坏是一个裂纹发生和发展的渐变过程，受材料质量和结构的 影响，往往发生在组织缺陷和结构薄弱处。为提高机件的抗疲劳能 力，防止疲劳断裂事故发生。在机件设计和加工时，应选择合理的 结构形状，防止表面损伤，避免应力集中；要优先选择优质材料， 尽量减少材料内部组织缺陷；采用表面强化处理技术等以提高抗疲 劳能力。
活动二 铁碳合金
钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组成元素 是铁和碳，故统称为铁碳合金。普通碳钢和铸铁均属铁碳合 金范畴，合金钢和合金铸铁也是在此基础上加入合金元素而 形成的特殊铁碳合金。 金属在固态时一般都是晶体，其内部原子排列是有规律的。
活动二 铁碳合金
由于金属原子间的结合力较强，使金属原子总是趋于紧密排 列，故大多数金属都可归于如图所示3种晶格类型。
活动二 铁碳合金
1.铁碳合金的基本组织及性能 （1）铁素体。 （2）奥氏体。 （3）渗碳体。 （4）珠光体。 （5）莱氏体。
活动二 铁碳合金
2.铁碳合金状态图 （1）简化后的铁碳合金状态图。
活动二 铁碳合金
2.铁碳合金状态图 （2）铁碳合金中成分、组织、性能间的关系。
活动二 铁碳合金
2.铁碳合金状态图 （3）铁碳合金状态图的应用。铁碳合金状态图在生产实践中 除可作为选择材料的参考外，还是铸造、锻造、焊接及切削 加工等工艺制定的重要依据。 ①材料选用。 ②铸造性能。 ③可锻性和可焊性。 ④切削加工性能。
1.强度和塑性
（1）强度。强度是材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力，强度 大小用应力来表示。金属的强度和塑性值可通过拉伸试验来获得。 拉伸试验可测定出的强度指标有屈服强度σS、抗拉强度σb、比例极 限σp等。 （2）塑性。塑性是材料在静载荷作用下断裂前发生永久变形的能力。 用断后伸长率δ（%）和断面收缩率ψ（%）表示。
活动三 合金钢
2.合金结构钢
合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入一些合金元素而形成的钢种。 因加入合金元素较少（大多数wMe<5%），所以合金结构钢都属于中、低合 金钢。
合金结构钢的牌号由“数字+元素符号+数字”三部分组成。前两位数字表 示平均含碳量的万分之几，合金元素以化学符号表示，合金元素符号后面 的数字表示合金元素质量分数的百分之几。当wMe<1 5%时，牌号中一般 只标出元素符号，而不标明元素质量分数；当wMe≥1 5%、wMe≥2 5%、 wMe≥3 5%…时，则在元素符号后面相应标出2，3，4，…