机械常用金属材料及热处理
常用金属材料热处理方法机械性能及应用范围
Y40Mn
≤50
-
-
＜207
18CrMnTi
≤50
≥7000
≥4300
-
160-207
18CrMnTi
1.900-950℃渗碳 渗碳，淬油 2.箱冷 3.加热至860-880℃淬油 4.180-200℃回火 正火 1.加热至880-900℃ 2.空气冷却 1.加热至860-880℃淬水 或油 2.490-510℃回火
≤70
≥10000 心部 46006000
≥8000 心部 30004000
心部 240-300
表面 58-62
20Cr
≤50
-
143-179 这种钢一般经渗碳淬火或调质后使用很少在正火状态下使用
20Cr
调质
≤50
≥7000
≥5000
-
179-212 用于制造高速中等冲击负荷的零件 这种钢经渗碳，淬火后的机械性能和18CrMnTi相似，但心部 ≥212 的强度销低，用于要求心部强度较高，表面耐磨，尺寸较大 的渗碳零件，如齿轮，齿轮轴，蜗杆，凸轮，柱塞，活塞 销，主轴，爪型，离合器等 抗拉强度与屈服强度比相应的碳素钢高20%，并具有良好的淬 180-230 透性， 很少在正火状态下使用。在许可条件下应尽量用45号缸代替 10Cr钢制造机床零件。 230-280 用于受交变负荷，中等连……负荷下的零件……齿轮， 用滚动轴的主轴和轴，顶夹套……轴等；
≤50
10000
8000
表面 56-58
用于中等负荷并要求耐磨的零件。定位和紧固螺钉，轴，梢子等
40
25
5700
3400
-
40钢是有较高的强度，用于制造要求较高的零件。如轴，连 杆，圆盘等。这种钢可焊接，但焊接前须预热至150℃
机械零件的常用材料特性及应用
用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。
零件材料 各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标 和机械设计手册中查得。
以功能來分: 依其機械、電氣、熱學及其他性質功能來分。
1 )泛用塑膠： 通常以美觀及低功能使用要求，為訴求重點。 如：PE 、 PVC 、 PMMA、ABS
轴用材料
要求: 充分強度/耐磨性/耐疲勞性/充分硬度/充 分橈度
選用
一般用軸材料(A3/S10C/S45C) 強力用軸材料(SNCM240(价高)/42CrMo)
齿轮用材料
要求: 充分強度/耐磨性/充分硬度/耐衝擊性/易 加工性
選用
高周波淬火處理材料(S45C/42CrMo) 滲碳淬火處理材料(42CrMo) 氮化相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
选用原则： 优选碳素钢(A3.S45C)，其次是硅、锰、硼、钒类合
金钢,特殊硬度可以选合金工具钢（Cr12).
金属热处理方式
热处理方式：退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，俗称金 属热处理的“四把火”。 1.退火：是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不 同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达 到 或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为 进一步淬火作组织准备。 2.正火：是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效 果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削 性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 3.淬火：是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水 溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 (S45C可以达到42-50HRC, Cr12可以达到52-60HRC) 4.回火：是为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而 低于 710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这 种工艺称为回火
常用材料及零件热处理
常用材料及零件热处理
3.表面热处理方法特点和应用
表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和朔性（即表面火），或同时表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性，及表层硬度更高的处理方法。
6.钢的淬透性
不同的钢种，接受淬火的能力不同，淬透层深度愈大，表明该钢种的淬透性愈好。
淬透性大的钢，其力学性能沿截面分布均匀；而淬透性小的钢心部力学性能低。
但全部淬透的工件，通常表面残留拉应力，对工件承受疲劳不利，工件热处理中也易变形开裂。
未淬透工件表面可残留压应力，反而有一定好处。
淬透层深度是指由淬火表面马氏体---50％马氏体+50％珠光体层的深度。
碳钢的淬透性低。
在设计大尺寸零件时，用碳钢正火比用碳钢调质更经济，而效果相似。
直径较大并具有几个台阶的台阶轴，需经调质处理时，考虑到淬透性影响，应先粗车成形，然后调质。
如果以棒料先调质，再车外圆，由于直径大，表面淬透层浅，阶梯轴尺寸较小的部分调质后的组织在粗车时可能被车去，起不到调质作用。
7.几种典型零件热处理示例
机床齿轮等零件常用材料及热处理。
机械常用金属材料及热处理
第二十三页，共69页。
1．2钢的热处理
1.2.1．退火(tuì huǒ)
1.2.2．正火
1.2.3．淬火
1.2.4．回火
1.2.5．钢的表面热处理
第二十四页，共69页。
引子(yǐn zi)——
热处理：将钢在固 态下通过(tōngguò) 加热、保温和不同 的冷却方式，改变 金属内部结构，从 而获得所需性能的 操作工艺，工艺曲 线如图1－4。
焊接性能好——焊缝中 不易产生气孔、夹渣或 裂纹。
焊接性能比较：低碳钢 好，高碳钢和铸铁较差。
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4．切削(qiēxiāo)加工性能
切削加工性能：对工件材料(cáiliào)进行切削 加工的难易程度。
与材料(cáiliào)本身化学成分、金相组织、刀 具几何形状有关。
硬度过高或过低、韧性过大——切削性能较 差。
显然，试样不能在承受此载荷的条件下工作， 这样将导致构件破坏。
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1.1.1.2 塑性(sùxìng)
金属在外力作用(wài lì zuò yònɡ)下产生塑性 变形，其表示：
1）断后伸长率
2）断面收缩率
第九页，共69页。
1）断后(duàn hòu)伸长率
断后伸长(shēn chánɡ)率：试样拉断后，标距 的伸长(shēn chánɡ)与原始长度的百分比。
热处理工艺相比，退火钢的硬度最低，内应
力可全部消除，可提高刚才冷变形后的塑性。
又由于退火过程中发生重结晶，故可细化晶
粒，改善组织，所以退火可以达到(dá dào)各
个不同的目的。
第四十页，共69页。
退火(tuì huǒ) 正火
常用金属材料与热处理
标准
名称
牌号
说明
应用举例
GB/T
9439-1988
灰
铸
铁
HT150
“HT”为灰铸铁的汉语拼音的首位字母，后面的数字表示抗拉强度。如HT200表示抗拉强度为200N/mm²的灰铸铁
用于小负荷和对耐磨性无特殊要求的零件，如端盖、外罩、手轮、一般机床底座、床身及其复杂零件，滑台、工作台和低压管等
ZL202表示铜的质量分数为9-11%、余量为铝的铝铜合金
耐磨性中上等，用于制造负荷不大的薄壁零件
GB/T3190-1996
硬铝
ZA12(LY12)
LY12表示铜的质量分数为3.8%-4.9%、美的质量分数为1.2%-1.8%、锰的质量分数为0.3%-0.9%、余量为铝的硬铝
焊接性能好，适用于制造中等强度的零件
标准
名称
牌号
说明
应用举例
GB/T
5676-1985
铸钢
ZG230-450
“ZG”为铸钢汉语拼音的首位字母，后面数字表示屈服点和抗拉强度。如ZG230-450表示屈服点230N/mm²、抗拉强度450N/mm²
轧机机架、铁道车辆摇枕、侧梁、铁铮台、机座、箱体、锤轮、450摄氏度以下的管路附件等
ZG310-570
较高硬度
中等硬度
可在-30到+100摄氏度、且压力不大的条件下，于热空气、蒸汽介质中工作，用作冲制各种垫圈和隔热垫板
常用金属热处理名词解释
名词代号及标注示例源自说明应用退火5111
将钢件加热到临界温度以上，
保温一段时间，
然后缓慢冷却（一般在炉中冷却）
用来消除铸、锻、焊、零件的内应力，降低硬度，便于切削加工，细化金属晶粒，改善组织，增加韧性
机械基础复习资料金属材料和热处理含习题答案
第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。
（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。
（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
常用金属材料热处理规范
常用金属材料热处理规范热处理是指通过加热、保温和冷却等工艺方法，使金属材料在固态下发生化学、物理或机械性能变化的过程。
热处理可以提高金属材料的硬度、强度、韧性、耐磨性等性能，从而满足具体的应用要求。
下面将介绍几种常用金属材料的热处理规范。
1.碳钢的退火处理碳钢是最常见的金属材料之一，经过退火处理后可以提高其塑性和韧性。
通常将碳钢加热至800-900°C，保温时间由材料厚度决定，通常是每25mm厚度增加1小时。
然后将材料冷却到室温，这样可以得到具有良好塑性和韧性的碳钢。
2.不锈钢的固溶处理不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，但在焊接后会出现晶间腐蚀的问题。
固溶处理是为了解决晶间腐蚀问题而进行的热处理过程。
通常将不锈钢加热至1050-1150°C，保温时间取决于材料的厚度。
然后将材料迅速冷却到室温，这样可消除晶界处的过饱和元素，减少晶界的碳化物析出，从而提高不锈钢的耐腐蚀性能。
3.铸铁的正火处理铸铁是一种含碳量较高的金属材料，通过正火处理可以提高其硬度和强度。
通常将铸铁加热至850-950°C，保温时间由材料的厚度决定，通常是每25mm厚度增加1小时。
然后将材料冷却到室温。
正火处理可以改善铸铁的组织和性能，提高其机械性能。
4.铝合金的时效处理铝合金具有良好的强度和韧性，但在加工过程中可能会出现软化现象。
时效处理是为了提高铝合金的强度和稳定性的热处理过程。
通常将铝合金加热至150-200°C，保温时间由材料的合金组成决定，通常是几小时至几十小时。
然后将材料迅速冷却到室温。
以上是几种常用金属材料的热处理规范，不同的金属材料可能需要不同的热处理工艺。
在进行热处理时，需要严格控制加热温度、保温时间和冷却速度等参数，以保证热处理的效果。
同时，需要根据具体应用要求选择适当的热处理工艺，以获得期望的材料性能。
常用金属材料及其热处理介绍
常用金属材料及其热处理介绍2011年12月第一部分：常用金属材料及材料选择钢铁材料中，除了Fe元素以外，还有其他元素，不同元素对金属材料的性能影响是不同的，有时候，除了天然冶炼不可避免的元素以外，为了增强或改善钢材的某种性能，还在冶炼过程中添加一些合金元素。
在目前的金属结构及机构设计中，我们最常用到的材料均是黑色金属，只有小部分轴瓦用铸铜件，还有部分结构框架用到角铝。
黑色金属按其合金元素含量和含碳量等可以划分为碳素结构钢、低合金结构钢、优质碳素结构钢、优质碳素弹簧钢、合金结构钢、合金弹簧钢、工具钢、轴承钢、不锈钢、易切削钢和硅钢等。
目前在起重机的钢结构和机构中，主要用到的材料为碳素结构钢（GB700）、低合金结构钢(GB1591)、优质碳素结构钢(GB699)、合金结构钢(GB3077)。
简言之，常用的Q195~Q275为碳素结构钢，Q295~Q460属于低合金结构钢，20、25、35、45、40Mn等属于优质碳素结构钢，而40Cr、42CrMo、35CrMo等属于合金结构钢。
具体材料的分类可以参照《机械设计手册》第一卷，第三篇。
一、钢铁产品牌号的表示方法及含义：1、碳素结构钢，以Q235为例：2、低合金结构钢的表示方法同碳素结构钢，只是其脱氧方式均为镇定或特殊镇定钢，无脱氧方法符号。
3、优质碳素结构钢的数字表示含碳量的万分之几，如45钢，表示含碳量为0.45%的优质碳素钢，钢号后加Mn，表示含Mn量较高的优质碳素钢。
4、合金结构钢的表示方法，前面两位表示含碳量的万分之几，合金元素的含量表示规则为用阿拉伯数字表示，如平均含量小于1.5%的，牌号仅表明元素即可，平均含量为1.5%~2.49%，2.5%~3.49%，3.5%~4.49%，4.5%~5.49%......分别在合金元素后写成2、3、4、5……，例如20Cr2Ni4，表示含碳量为0.2%，铬含量1.5%，Ni含量3.5%。
二、材料的选用方法：1、用于金属结构焊接的材料一般为碳素结构钢（Q235）或低合金钢(Q345)，这类钢材具有良好的综合机械性能，塑性和焊接性能良好，冷弯性较好。
机械工程材料与热处理-精品
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
常用金属材料及热处理
常用金属材料及热处理金属材料是一类常用的工程材料，具有良好的导电性、导热性、机械性能和可塑性。
常见的金属材料包括铁、铝、铜、钢、锌等。
铁是一种常用的金属材料，常见的有铸铁和钢。
铸铁具有较高的硬度和脆性，适合用于制造机械零件和汽车零件。
而钢具有较好的韧性和可塑性，广泛应用于建筑、制造业等领域。
铝是一种轻质金属，具有良好的导电性和导热性，常用于航空航天、汽车制造和电子设备等行业。
铝也可以通过热处理来提高其强度和硬度。
铜具有良好的导电性和导热性，广泛用于电子电气、建筑和水管等领域。
铜也可以通过热处理来强化其力学性能。
钢是一种含有铁和碳的合金，具有高强度和韧性。
钢的热处理方法包括退火、淬火和回火，可以使钢具有不同的硬度和韧性，适用于不同的应用领域。
锌是一种蓝白色的金属，具有较好的防腐性和延展性。
常用于镀锌钢管、锌板等工业制品中。
锌也可以进行热处理来提高其力学性能和耐蚀性。
热处理是金属材料加工中的一项重要工艺，通过控制材料的加热和冷却过程，可以改变其组织结构和性能。
常见的热处理方法包括退火、淬火、回火、正火等。
这些热处理方法可以改变金属的硬度、韧性、强度、耐腐蚀性等性能，使金属材料更加符合特定的工程需求。
不同金属材料适用的热处理方法有所不同，需要根据具体材料的组织结构和性能来选择合适的热处理工艺。
总而言之，常见的金属材料如铁、铝、铜、钢、锌等具有广泛的应用领域，热处理可以改变金属材料的性能，使其更符合工程需求。
金属材料在工程领域中广泛应用，其性能常常可以通过热处理来改善。
热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，使其发生组织和性能上的变化的工艺。
热处理通常分为退火、淬火、回火、正火等几种方式，每种方式都有不同的应用场景和效果。
退火是最基础的热处理方式之一，通过在适当温度下加热材料一段时间后缓慢冷却，以消除材料内部的应力和提高其延展性。
退火使金属材料结构上发生改变，晶粒变大并更加均匀，强度相对降低，但具有较好的塑性和韧性。
常用金属材料及热处理
常用金属材料及热处理金属是人类社会重要的材料之一，广泛应用于各行各业。
常见的金属材料包括铁、铝、铜、钢等。
在使用金属材料的过程中，为了改善其性能，常常需要对其进行热处理。
下面将介绍一些常用的金属材料和其热处理方法。
1.铁：铁是一种性能优良的金属材料，常用于制作建筑结构、机械零件等。
铁的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。
退火可以降低材料的硬度，提高其塑性和延展性；正火可以提高材料的韧性和强度；淬火可以使材料获得高硬度和耐磨性；回火可以降低材料的脆性，并改善其强度和韧性。
2.铝：铝是一种轻质金属，常用于制造飞机、汽车等产品。
铝的热处理方法有固溶处理、时效硬化等。
固溶处理可以改善铝的强度和塑性；时效硬化可以在固溶处理基础上，进一步提高铝的强度和硬度。
3.铜：铜是一种导电性能优良的金属材料，常用于制造导线、电路板等。
铜的热处理方法有退火、退火软化等。
退火可以消除铜材料中的应力，改善其韧性和延展性；退火软化可以使铜材料变得更加易加工。
4.钢：钢是一种优质的金属材料，常用于制造建筑结构、机械零件等。
钢的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。
不同的钢材在热处理时的温度和时间以及冷却速度等参数都有所差异，可以根据具体需要来选择合适的热处理方法，以获得理想的性能。
此外，还有许多其他金属材料也需要经过热处理来改善其性能，比如镍、锌、锡等。
热处理方法的选择应根据具体的金属材料以及使用要求来确定。
综上所述，金属材料在使用过程中，经常需要进行热处理来改善其性能。
不同的金属材料有不同的热处理方法，通常包括退火、正火、淬火和回火等。
通过热处理可以改变金属材料的组织结构和性能，使其达到更加理想的状态。
热处理技术在金属材料的应用中起着重要的作用，对于提高产品质量和使用寿命具有重要意义。
常用金属材料及热处理知识
常用金属材料及热处理知识金属材料是工业生产中最常用的材料，包括钢铁、不锈钢、铝合金、铜合金等。
这些金属材料都具有良好的机械性能、电导性能、导热性能和成形性能，因此在各个行业中得到广泛应用。
下面主要介绍常用金属材料及其热处理知识。
1.钢铁钢铁是最常用的金属材料，包括碳钢和合金钢两种。
碳钢中碳含量较低，一般在0.1%-0.3%之间，适用于一般工程材料的制造；合金钢中包含一定数量的合金元素，如铬、镍、钒等，通过合金元素的添加可以提高钢的硬度、强度和耐磨性能。
热处理：钢的热处理包括退火、正火、淬火、回火等工艺。
退火可以消除应力和改善材料的韧性；正火可以提高材料的硬度和强度；淬火可以使钢材具有高硬度和耐磨性；回火可以降低淬火后的脆性，提高韧性。
2.不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的铁基合金材料，主要成分为铁、铬、镍等元素。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和良好的机械性能，广泛应用于制造化工设备、食品加工设备、医疗器械等高要求的领域。
热处理：不锈钢的热处理主要包括退火和固溶处理。
退火可以去除不锈钢中的应力，改善材料的硬度和韧性；固溶处理可以提高不锈钢的硬度和强度。
3.铝合金铝合金是一种轻量化的金属材料，具有良好的导热性能、导电性能和可加工性能。
铝合金可以通过添加合金元素如铜、锌、锰等来改变材料的性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
热处理：铝合金的热处理主要包括固溶处理和时效处理。
固溶处理可以提高铝合金的硬度和强度；时效处理可以提高材料的抗拉强度和硬度。
4.铜合金铜合金具有良好的导电性能、导热性能和耐腐蚀性能，广泛应用于电子、电器、交通等领域。
铜合金通过添加合金元素如锡、锌、铝等来改变材料的性能。
热处理：铜合金的热处理主要包括退火和固溶处理。
退火可以消除应力、改变晶粒结构；固溶处理可以提高材料的强度和硬度。
综上所述，金属材料是工业生产中最常用的材料之一，包括钢铁、不锈钢、铝合金、铜合金等。
这些金属材料具有良好的机械性能、导电性能、导热性能和成形性能，可以通过热处理来改变材料的性能。
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%。
机械设计基础项目一 常用材料和热处理
1、铸造性能
• 金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的 能力称为铸造性能。
2、锻造性能
• 用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度 称为锻造性能。
3、焊接性能
• 焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应 性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获 得优质焊接接头的难易程度。
4、切削加工性能
• 金属材料的切削加工性能是指金属材料在 切削加工时的难易程度。
情景一 金属材料的性能
• 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
• 使用性能：指金属材料在使用过程中所表 现出来的性能，包括力学性能、物理性能 (电导性、热性能等)，化学性能(耐蚀性、 抗氧化性等)。
• 工艺性能：指金属材料在各种加工过程中 所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造 性能、焊接性能、热处理性能和切削加工 性能等。
• 合金钢按合金元素的质量分数可分为低合 金钢(WMc＜5％)、中合金钢(5％≤WMc＜10 ％)、高合金钢(WMc≥10％)，按用途可分为 合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢等。
• 3、铸钢
• 4、铸铁
• 铸铁是含碳量大于2.11％，并且含有硅、猛、 硫和磷等杂质元素的铁碳合金。
• 根据碳的存在形式和铸铁中石墨的形态不 同，铸铁可以分为：1)白口铸铁 ；2)麻口 铸铁 ；3)灰铸铁 ；4)可锻铸铁 ；5)球墨铸 铁等。
• 塑性是指金属在断裂前发生不可逆永久变 形的能力。
2、硬度
• 硬度是指材料抵抗局部变形特别是塑性变 形、压痕或划痕的能力。
• 测定硬度的方法很多，主要有压入法、刻 画法、回跳法等。
• (1)布氏硬度 • (2)洛氏硬度
3、冲击韧性
• 冲击韧性指金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力。
机械零件常用钢材及热处理方法和不锈钢材型号
3Cr13
SUS420J2
5
420S45
34
4Cr13
SUS420J2
5
431,S43100
431S29
X22CrNi17
35
0Cr17Ni14Cu4Nb
SUS630B
630,S17400
X7CrNiA1177
36
00Cr25Ni20Mn3Mo3N
U3
37
0Cr17Mn14Mo2N
A4
38
00Cr20Ni25Mo4Cu2
热处理力学性能用途举例cm2hbshrsc595662冷压加工的并须渗碳淬火的零件如自攻螺丝摩擦片等sc59心部1461365662载荷小形状简单受摩擦及冲击大零件如小轴套挡铁销钉等sg5925030020心部1435662c35650303040强度要求较高的小型零件如小轴螺钉垫圈环螺母等229载荷不大的轴垫圈丝杠套筒齿轮等t215200300截面子100mm一下工作速度不高并受中等单位压力的零件如齿轮t2354501040220250装滚动轴承的轴花键轴套蜗杆大型定位螺钉大型定位销等y35650153040外形复杂的薄体小零件其截面子68mm以下如套环紧固螺母等c424045截面子80mm以下形状不复杂的具有较高强度与硬度的零件如齿轮轴离合器挡铁定位销键等c4895050截面在50mm以下不受冲击队高强度耐磨擦零件如齿轮轴棘轮g424045载荷不大中等速度承受一定的冲击力的齿轮离合器大轴等g484550中等速度与低载荷的齿轮冲击力不大的离合器直径较大的轴等g54心部2202505258速度不大受连续重载荷的作用模数小于4的齿轮与直径80mm的轴等g544501752c59心部600心部10心部60心部2125662中等尺寸高速中等单位压力与冲击力的零件如齿轮离合器主轴g595662要求高耐磨性热处理变形小的零件如模数3以下的齿轮主轴花键轴等c59心部800心部9心部80心部2403005662高速中等或大的单位压力及冲击载荷的零件如齿轮蜗杆主轴g59t2156501060200230中等速度中等载荷的零件如齿轮滚动轴承中运转动主轴顶尖套蜗杆花键轴轴t235220250c421140504045中等速度高载荷的零件如齿轮主轴液压泵转子滑块c481300304550同上要求截面小于30mmg525055中等速度中等压力的齿轮如果心部强度要求较高可先调质c45125048带状弹簧截面大于6mm以上的弹簧垫圈c585560高强度高耐磨高弹性的零件如弹簧卡头机床主轴c42120045截面大于12mm承受较重载荷的大型弹簧c45130048th197不淬硬的精密丝杠t215200230大载荷有一定耐磨性的精密丝杠钻套等c615864t2354501680200255大气条件下不锈的不大的零件如镜面轴标准尺c565458变形小耐磨性高的精密丝杠凸轮样板模具的导向套c626061c6017005862耐磨性高承受压力大的垫块
机械常用金属材料及热处理
机械常用金属材料及热处理1. 引言金属材料是机械工程中常用的材料之一，具有良好的机械性能和热导性能。
在机械设计和制造中，了解机械常用金属材料的特性以及正确的热处理方法是非常重要的。
本文将介绍一些常见的机械金属材料以及它们的热处理方法。
2. 钢材钢材是机械行业常用的金属材料之一，具有高强度、耐磨性和良好的可塑性。
常见的钢材类型包括碳钢、合金钢和不锈钢等。
2.1 碳钢碳钢是最常见的钢材类型之一，其主要成分为碳和铁。
碳钢具有良好的强度和韧性，广泛应用于机械零件和结构件的制造。
热处理方法包括淬火、回火、正火和退火等。
•淬火：通过快速冷却使碳钢的组织变质，提高其硬度和强度。
•回火：通过加热和冷却过程，使碳钢的硬度降低并提高其韧性。
•正火：将碳钢加热至临界温度，然后进行连续冷却，使碳钢的组织产生相应的变化。
•退火：将碳钢加热至适当温度，然后缓慢冷却，以改善碳钢的塑性和可加工性。
2.2 合金钢合金钢是一种含有其他元素（如镍、铬、钼等）的钢材，具有更高的强度、硬度和耐磨性。
热处理方法和碳钢类似，但因合金元素的添加，热处理过程可能会有所不同。
2.3 不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性的钢材，主要成分为铁、铬和镍。
不锈钢具有优良的耐腐蚀性和高温强度，广泛应用于食品加工、化工和航空航天等领域。
常见的不锈钢类型包括奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
3. 铝合金铝合金是另一种常用的金属材料，具有低密度、良好的导热性和可塑性。
铝合金广泛应用于汽车、航空和建筑等领域。
铝合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理。
•固溶处理：将合金加热至一定温度，使可溶固溶于固体溶液中，然后快速冷却。
•时效处理：将固溶处理后的合金加热至适当温度，然后冷却，以产生所需的强化相。
4. 铜合金铜合金是一种具有良好导电性和热导性的金属材料，广泛应用于电子、航空和化工等领域。
铜合金的热处理方法包括退火、固溶处理和时效处理等。
•退火：将铜合金加热至特定温度，然后缓慢冷却以改善材料的可塑性。
机械加工常用的金属材料精选全文
可编辑修改精选全文完整版机械加工常用的金属材料机械加工就是对金属零件加工，那么你对机械加工常用的金属材料有哪些有兴趣吗?下面由店铺向你推荐机械加工常用的金属材料介绍，希望你满意。
机械加工常用的金属材料分析1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。
主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。
应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。
轴、齿轮、齿条、蜗杆等。
焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。
2. Q235A(A3钢)——最常用的碳素结构钢。
主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。
应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。
如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。
3. 40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。
主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。
应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。
4. HT150——灰铸铁。
应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等5. 35——各种标准件、紧固件的常用材料主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。
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机械常用金属材料及热处理
一部机器往往由很多个零件组成，每个零件由于其要实现的功能不
同而选用不同的材料。
零件的材料可以分为金属材料和非金属材料（塑料、橡胶、陶瓷及复合材料）。
在机械领域尤以金属材料的应用最广泛。
金属材料经过热处理后，可以发挥其潜力，提高使用性能，改善工艺性能和延长使用寿命。
本篇主要介绍机械常用金属材料的成分、组织、性能及其应用的基本知识和热处理的原理及工艺，旨在机械设计时能根据需要来正确选择材料及其热处理。
第1章金属材料的机械性能
金属材料具有许多优良的性能，它是用于制造各种机床，矿山机械，农业机械和运输机械等的最主要材料。
从事机械工程的设计人员或工艺人员必须首先熟悉金属材料各种主要性能，才能根据机件的技术要求合理地选用所需的金属材料。
金属材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两类。
使用性能是指材料在使用过程中所表现出来的性能，主要包括机械性能、物理性能和化学性能；工艺性能是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括热处理性能、可锻性、可焊性和切削加工性等。
金属材料的主要性能是指机械性能，物理性能，化学性能和工艺性能等。
机械性能是指金属材料在各种不同性质的外力作用下所表现的抵抗能力，也称为力学性能，如弹性，塑性，强度，硬度和韧性等，这些性能指标是机械设计，材料选择，工艺评定及材料检验的主要依据。
纯金属与合金统称为金属材料，而合金更为常用。
第一节强度和塑性
一、强度（strength，intensity，intension）
强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度大小可通过拉伸试验来测定。
试验时将按国家标准规定的试样两端夹在试验机的两个夹头上，随着负荷的缓慢增加，试样逐步变形并伸长直至被拉断为止。
根据载荷(F)与变形量(ΔL)的变化关系绘制的曲线为拉伸曲线，低碳钢的拉伸曲线如图
拉伸曲线的oe阶段，负荷与伸长量成线性关系。
当负荷除去后，试样恢复原来的形状和尺寸，是金属材料的弹性变形阶段。
e点应力为材料的弹性极限。
当负荷超过e点，试样开始产生塑性变形。
1、屈服强度(yield strength)
当负荷增加到Fs时，如果载荷不再增加，而塑性变形量明显增加，这段曲线几乎呈水平，这种现象叫屈服(yield)。
S点就叫做屈服点。
产生屈服现象时的应力称为屈服强度，通常用σs来表示：其中，Fs－试样产生屈服现象时的载荷(N)；
S0－试样原截面积(mm2)。
除低碳钢种中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，大多数金属材料没有明显的屈服现象，因此，对这些材料，规定产生0.2 残余伸长时的应力作为条件屈服强度σ0.2可以替代σs。
因为机械零件在正常工作时是不允许产生塑性变形的，所以设计零件时都以σs或σ0.2作为选用金属材料的依据。
2.抗拉强度(tensile strength)
试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。
通常用σb来表示：
式中，F b－试样拉断前的最大拉力(N)；
S0－试样原截面积(mm2)。
显然，材料不能在承受其σb的载荷条件下工作，这样将导致金属构件和零件的破坏，因此抗拉强度和屈强比σs/σb也是设计和选材的重要依据。
二、塑性（plasticity）
指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
通常用两种方法来表示。
1.伸长率
式中L1－试样拉断后的长度(mm)；L0－试样的原长度(mm)。
由于δ值与试样尺寸有关，故一般规定L0=5d0(短试样)或
L0=10d0(长试样)分别以δ5或δ10表示其伸长率，δ10通常写成δ。
2.断面收缩率
式中S0－试样原截面积(mm2);S1－试样断口面处截面积(mm2).
δ和ψ的数值越大，说明金属材料的塑性越好。
良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件，并能使机械零件意外超载，由于塑性变形使强度提高而不致突然断裂。
一般δ达5%或ψ达10%能满足大多数零件要求。
第二节硬度（hardness）
硬度是指金属材料表面抵抗硬物压入的能力。
或者说是指金属表面对局部塑性变形的抗力，是检验毛坯或成品件、热处理件的重要性能指标。
常用的硬度指标有布氏硬度和洛氏硬度。
一、布氏硬度（Brinell hardness）
源自约翰·奥古斯特布里内尔(1849-1925年），瑞典工程师。
在一定直径(10,5,2.5,2或1mm)的淬火钢球上，加以一定载荷，压入被测金属材料的表面，根据所用载荷的大小和所得压痕面积来计算压痕球面上的平均压力，即表示布氏硬度的高低。
用符号HBS(淬火钢球)或HBW(硬质合金球)表示。
如图17-3所示。
压痕表面积S又可以通过钢球直径D和压痕直径d来计算。
实际上布氏硬度可以直接查表得到，不需要再作计算，习惯上也不标单位。
布氏硬度测量的数值较准确，但不宜于测太薄、太硬(>450HB)的材料。
二、洛氏硬度（Rockwell hardness）
洛氏硬度的试验是在一特定的压头上加上一定的压力压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的硬度值。
压痕愈深，材料愈软，硬度值愈低。
如采用120°锥顶角的金刚石圆锥体为压头和150Kgf则以HRC表示。
此外还有HRA、HRB等表示不同洛氏硬度的符号。
分别可测从软到硬较大范围的硬度。
洛氏硬度试验操作简便、迅速，可直接从表盘上读出硬度值，没有单位。
由于压痕小，可用于成品及薄件检验，但不及布氏硬度试验准确。
第三节冲击韧性
前面讨论的是在静载荷作用下的机械性能指标，但是许多机械上的工具还经常受到各种冲击动载荷的作用，例如蒸气锤的锤杆，柴油机上的连杆、曲轴、冲床的冲头以及大锤、扁铲、风镐钎子等在工作时都受到冲击载荷的作用，对承受冲击载荷的工件不仅要求有高的强度和一定的硬度，还必须具有抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。
所谓冲击韧性（impact toughness）就是金属材料抵抗冲击载荷的能力。
由于外力的瞬时冲击作用所引起的变形和应力比静载荷作用下大得多，因此在设计受冲击载荷的零件和工具时必须考虑所用材料的冲击韧性。
工程上常用一次摆锤冲击来测定冲击韧性，利用升高的摆锤将带有U型缺口的标准试样打断，算出打断时所需的冲击功A ku，再除以试样断口处的截面积S，即为冲击韧性值，a ku值愈大，表示材料的韧性愈好。
如图17-4所示。
式中A ku－冲断试验所消耗的冲击功(J)；
S－试样断口处原始截面积(cm2)。
冲击韧性并不直接用于设计计算，因为a ku值不仅决定于材料本身，同时还随试样缺口深浅，加工精度和试样温度等因素在很大范围内变化。
事实上，摆锤冲击试样所消耗的冲击功不是全部用于试样变形和断裂，故a ku值并不能正确代表材料所吸收的冲击能量。
在冲击载荷下的机器零件很少是受大能量一次冲击而破坏，这时强度较高而冲击韧性较低的材料寿命较长。
因此在一次冲断条件下确定的a ku 值只能作为设计和选材的参考性指标。
第四节疲劳强度
很多机械零件，如各种轴、齿轮、连杆、弹簧、钢轨等，经常受到大小及方向随时间周期性变化的重复交变的载荷，在交变载荷下工作的机器零件虽然工作应力远低于其抗拉强度σb，甚至低于屈服强度σs，但在长时间工作后发生断裂，这种现象称为疲劳（fatigue）。
因此，在交变载荷作用下工作的零件，选材和设计时，不仅要考虑材料的屈服强度，还要考虑它的疲劳强度。
疲劳断裂时不发生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，具有很大的危险性，常常造成严重的事故。
据统计，损坏的机器零件中，约有80 都是由于金属疲劳而造成的。
因此研究疲劳破断的原因，提高疲劳抗力，防止疲劳事故发生是非常重要的。
疲劳强度（fatigue strength）是指在一定的循环次数下不发生断裂的最大应力。
一般规定钢铁材料的循环次数为107次，有色金属为108次。
当循环的应力是对称时，疲劳强度用σ-1表示。
疲劳破断常发生在金属材料最薄弱的部位，如材料的内部缺陷或是由于加工过程中所形成的磨痕、刀痕，或是由于零件局部应力集中导致产生的裂纹。
提高金属材料的疲劳强度，可通过控制材料内部质量改善零件的结构形状，避免应力集中，降低零件表面粗糙度和进行表面热处理等措施来实现。