金屬工藝學(xué)全套教案

金屬工藝學(xué)什么叫金屬工藝學(xué)？金屬工藝學(xué)是一門(mén)研究有關(guān)制造金屬機(jī)件的工藝方法的綜合性技術(shù)學(xué)科。它主要研究：各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；金屬機(jī)件的加工工藝過(guò)程和結(jié)構(gòu)工藝性；常用金屬材料性能對(duì)加工工藝的影響；工藝方法的綜合比較等。機(jī)械制造的基本工程1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)零部件設(shè)計(jì)決定功能選用材料決定尺寸及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)定出技術(shù)要求繪出圖紙2、工藝準(zhǔn)備決定生產(chǎn)方案制定工藝規(guī)程與工藝卡設(shè)計(jì)并制造工藝裝備3、毛坯生產(chǎn)鑄件、鍛件、沖壓件、焊接件、棒料、非金屬材料、毛坯等。4、切削加工粗加工、半精加工、精加工、外構(gòu)件、外協(xié)件5、裝配與調(diào)試組件裝配、部件裝配、總裝、調(diào)試6、裝箱出廠機(jī)械制造的經(jīng)濟(jì)性原則材料成本、工時(shí)成本直接成本、間接成本生產(chǎn)成本、利潤(rùn)、稅金現(xiàn)代先進(jìn)加工工藝1、采用物化知識(shí)的職能來(lái)代替人，使人從直接參加生產(chǎn)勞動(dòng)變?yōu)橹饕?fù)責(zé)控制生產(chǎn)。2、采用先進(jìn)工藝和高效專用設(shè)備，使工藝專業(yè)化。3、機(jī)械加工技術(shù)柔性化，大量采用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。材料是可以直接制成成品的東西,如木料、石料、金屬材料等。工業(yè)生產(chǎn)中所使用的材料屬于工程材料，主要包括金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料四大類。金屬材料是現(xiàn)代制造機(jī)械的最主要材料。金屬材料以合金為主，很少使用純金屬。合金是以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其它金屬或非金屬，經(jīng)過(guò)熔煉、燒結(jié)或其它方法制成的具有金屬特性的材料。最常用的合金，有以鐵為基礎(chǔ)的鐵碳合金；有以銅或鋁為基礎(chǔ)的銅合金和鋁合金。用來(lái)制造機(jī)器零件的金屬或合金應(yīng)具有如下性能：1、優(yōu)良的工藝性能，包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、機(jī)加工性能等。2、較好的使用性能，包括物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等?！?-1材料的性能材料的性能以金屬材料為例包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能等。一、金屬材料的力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在受外力作用時(shí)所反映出來(lái)的性能。力學(xué)性能指標(biāo)，是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。1、強(qiáng)度強(qiáng)度是在外力作用下，材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。按作用力性質(zhì)不同，強(qiáng)度可分為屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。在工程上常用來(lái)表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。（1）屈服點(diǎn)當(dāng)載荷增達(dá)到Fs時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)了平臺(tái)，即試樣所承受的載荷幾乎不變，但產(chǎn)生了不斷增加的塑性變形，這種現(xiàn)象稱為屈服。屈服點(diǎn)是指在外力作用下開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。用ós表示。ós=（MPa）式中：Fs—試樣產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)所受的最小載荷，即拉伸曲線中S點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的外力（N）Ao—試樣的原始截面積（mm2）（2）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是金屬材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，故又稱強(qiáng)度極限。常用ób來(lái)表示。ób=（MPa）式中：Fb—指試樣被拉斷前所承受的最大外力，即拉伸曲線上B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的外力（N）。Ao—試樣的原始橫截面積（mm2）屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇、評(píng)定金屬材料時(shí)有重要意義，因?yàn)榻饘俨牧喜荒茉诔^(guò)其ós的條件下工作，否則會(huì)引起機(jī)件的塑性變形；金屬材料也不能超過(guò)其ób的條件下工作，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)件的破壞。2、塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不致引起破壞的性能。在外力消失后留下來(lái)的這部分不可恢復(fù)的變形，叫做塑性變形。金屬材料的塑性通常用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率來(lái)表示。(1)伸長(zhǎng)率δδ=（L1-L0）/L0×100%式中：L0—試樣原標(biāo)距的長(zhǎng)度（mm）L1—試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）(2)斷面收縮率φ斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積的相對(duì)收縮值。φ=（A0-A1）/A0×100%式中：A0—試樣的原始截面積（mm2）A1—試樣斷面處的最小截面積（mm2）δ和φ愈大，則塑性愈好。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。3、硬度金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力，叫硬度。它是材料性能的一個(gè)綜合的物理量。表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。金屬材料的硬度可用專門(mén)儀器來(lái)測(cè)試，常用的有布氏硬度機(jī)、洛氏硬度機(jī)等。（1）布氏硬度（HB）用布氏硬度機(jī)測(cè)試出來(lái)的硬度叫布氏硬度。布氏硬度的特點(diǎn)：布氏硬度因壓痕面積較大，HB值的代表性較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性也好，但由于淬火鋼球本身的變形問(wèn)題，不能試驗(yàn)太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。由于壓痕較大，成品檢驗(yàn)也有困難。通常用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。(2)洛氏硬度（HR）在洛氏硬度機(jī)上測(cè)試出來(lái)的硬度叫洛氏硬度。洛氏硬度的特點(diǎn)：洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或組織不均的情況，則所測(cè)硬度值的重復(fù)性也差。4、沖擊韌度（ak）金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的沖擊韌度。ak=AK/A0（J·cm-2）式中：Ak—折斷試樣所消耗的沖擊功（J）Ao—試樣斷口處的原始截面積（mm2）5、疲勞強(qiáng)度當(dāng)金屬材料在無(wú)數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲勞強(qiáng)度。材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定。無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)，對(duì)于鋼材為107，有色金屬和某些超高強(qiáng)度鋼常取108。產(chǎn)生疲勞破壞的原因，一般認(rèn)為是由于材料有雜質(zhì)、表面劃痕及其它能引起應(yīng)力集中的缺陷。二、金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能1、物理性能金屬材料的物理性能主要有：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等。2、化學(xué)性能它是金屬材料在室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力，主要是指抵抗活潑介質(zhì)的化學(xué)侵蝕能力，如耐酸性、耐堿性、抗氧化性等。3、工藝性能工藝性能是物理、化學(xué)、力學(xué)性能的綜合。按工藝方法的不同，可分為鑄造性能、可鍛性、焊接性和切削加工性等§1-2金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、晶體與晶格固體物質(zhì)按其原子排列的特征，可分為晶體和非晶體。非晶體的原子作不規(guī)則的排列，如松香、玻璃、瀝青等。晶體的原子則按一定次序作有規(guī)則的排列，如金剛石、石墨及固態(tài)金屬和合金。兩者的性能差異：晶體具有一定的凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有；晶體具有各向異性，非晶體各向同性等。采用驟冷的工藝可將一些特殊成分的液態(tài)金屬制成非晶體金屬。它沒(méi)有通常的晶體結(jié)構(gòu)、沒(méi)有晶界、枝晶等，也完全避免偏析，而具有高的強(qiáng)度、硬度和一定的韌性，還有優(yōu)異的耐腐蝕性。晶體中原子排列情況晶體中原子在空間中是按一定規(guī)律堆砌在一起的。晶格為了便于表明晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律，有必要把原子抽象化，把每個(gè)原子看成一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)代表原子的振動(dòng)中心。把這些點(diǎn)用直線連接起來(lái)，便形成一個(gè)空間格子，叫做晶格。結(jié)點(diǎn)晶格中每個(gè)點(diǎn)叫結(jié)點(diǎn)。晶胞晶格的最小單元叫做晶胞，它能代表整個(gè)晶格的原子排列規(guī)律。在研究各種金屬的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，一般取出它的晶胞來(lái)研究就可以了。晶格常數(shù)晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度叫做晶格常數(shù)，其大小用?來(lái)度量（1?=10-8cm）。最常見(jiàn)的晶格類型：1、體心立方晶格a）其晶胞形狀為立方體，a=b=c，á=a=?=90°b）原子分布在立方晶體的各個(gè)結(jié)點(diǎn)及中心。c）每個(gè)體心立方晶胞中僅包含2個(gè)原子。屬于這類金屬的有：á-Fe、Mn、Cr、V、W、Mo、K、Na等。2、面心立方晶胞a）其晶胞為立方體。b）原子分布在立方體的各個(gè)結(jié)點(diǎn)及各面的中心處。c）每個(gè)晶胞中含有4個(gè)原子。3、密排六方晶格a）其晶胞形狀為六方柱體。b）原子分布在各個(gè)結(jié)點(diǎn)及上下兩個(gè)正六方面的中心，另外在六方柱體中心還有三個(gè)原子。屬于這類金屬的有：Mg、Zn、Cd、Be等。二、多晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1、多晶體結(jié)構(gòu)工業(yè)上使用的金屬都是由許多小晶體組成的多晶體，每個(gè)小晶體稱為晶粒。如果一整塊金屬僅由一個(gè)晶粒組成，則稱為單晶體。晶界：晶粒與晶粒之間的界面。顯微組織：在顯微鏡下觀察到的晶粒的大小、形態(tài)和分布。2、晶體缺陷金屬晶體中，原子排列或多或少地存在偏離上述理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域，稱為晶體缺陷。這些缺陷對(duì)金屬的許多性能有著極重要的影響。根據(jù)缺陷的幾何形狀，可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三大類。1）點(diǎn)缺陷：空位和間隙原子空位和間隙原子的運(yùn)動(dòng)，是金屬晶體中原子擴(kuò)散的主要方式之一。金屬的固態(tài)相變和化學(xué)熱處理過(guò)程均依賴于原子的擴(kuò)散。2）線缺陷：即位錯(cuò)，在晶體中，有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象，最簡(jiǎn)單的位錯(cuò)是刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。位錯(cuò)對(duì)金屬的性能有著重要影響。3）面缺陷：主要指晶界和亞晶界a）在常溫下，晶界對(duì)滑移起阻礙作用，即表現(xiàn)為晶界強(qiáng)度高。b）容易滿足固態(tài)相變所需的能量起伏，新相往往在晶界處形核。c）晶界處有許多的空位，原子沿晶界擴(kuò)散速度快。d）抗腐蝕性能差，電阻較高和熔點(diǎn)較低等。三、金屬的結(jié)晶與鑄錠組織1、純金屬的結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶是液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過(guò)程，這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵是液態(tài)金屬的冷卻。液態(tài)金屬溫度降至熔點(diǎn)附近自發(fā)形核核心長(zhǎng)大液態(tài)金屬消失枝晶：實(shí)際上，金屬在結(jié)晶過(guò)程中晶核沿各個(gè)方向生長(zhǎng)的速度是不一樣的，晶核主要是沿著生長(zhǎng)速度最大的某幾個(gè)方向發(fā)展，所以晶體實(shí)際上為樹(shù)枝狀結(jié)晶體。2、冷卻曲線與過(guò)冷度3、影響晶粒大小的因素及細(xì)化晶粒的方法一般來(lái)說(shuō)，晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度和硬度愈高，同時(shí)塑性和韌性也愈好。1、過(guò)冷度的影響：冷卻速度愈大，過(guò)冷度愈大，晶粒愈細(xì)。2、變質(zhì)處理：在實(shí)際生產(chǎn)中，有意向金屬液中加入某些物質(zhì)（稱為變質(zhì)劑），使它在金屬液中形成大量分散的人工制造的非自發(fā)晶核，從而獲得細(xì)小的鑄造晶粒，這種處理方法稱為變質(zhì)處理。3、振動(dòng)：對(duì)正在結(jié)晶的金屬施以機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)和電磁振動(dòng)，均可使樹(shù)枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒細(xì)化。4、鑄錠組織（1）表面細(xì)晶粒層（2）柱狀晶粒層（3）中心等軸晶粒區(qū)5、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì)，叫做同素異構(gòu)性。金屬在固態(tài)時(shí)改變其晶格類型的過(guò)程，稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。如純鐵：1394℃1394℃912℃δ-Feγ-Feα-Fe§1-3合金的結(jié)構(gòu)和二元合金相圖一、基本概念1、合金合金是指由一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素通過(guò)熔煉或燒結(jié)等方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。2、組元組元是指組成合金的最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。3、合金系合金系是指有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。4、相相是指在合金中，凡成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開(kāi)的均勻組成部分。一、合金中的相合金中常見(jiàn)的相有：液相、純金屬、固溶體和金屬化合物。1、固溶體溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑中所組成的合金。特點(diǎn)：其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)仍保持溶劑金屬的結(jié)構(gòu)，只是由于溶質(zhì)原子的溶入引起晶格參數(shù)發(fā)生改變。置換固溶體：溶質(zhì)原子置換溶劑在晶格結(jié)點(diǎn)上的原子。固溶體間隙固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中處于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置。固溶強(qiáng)化由于各原子大小不一，化學(xué)性質(zhì)也不盡相同，無(wú)論組成置換固溶體還是間隙固溶體，都造成固溶體的晶格扭曲。結(jié)果，固溶體的強(qiáng)度和硬度升高。2、金屬化合物合金元素間相互作用而形成的新相。特點(diǎn)：1）其晶格類型和性能不同于任一組元；2）一般具有更復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆；3）能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低合金的塑性。二、二元合金相圖2、二元合金相圖的建立1）配置各種成分的合金；2）測(cè)定每一種合金在緩冷條件下的冷卻曲線，得到臨界點(diǎn)；3）建立一個(gè)以溫度為縱坐標(biāo)、成分為橫坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系。自橫坐標(biāo)上的成分向上作成分垂線，把臨界點(diǎn)分別標(biāo)注在成分垂線上；4）把開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)分別用光滑的曲線連接起來(lái)，并根據(jù)已知條件和實(shí)際分析結(jié)果寫(xiě)上數(shù)字、字母和各區(qū)內(nèi)的相或組織名稱。二、二元?jiǎng)蚓鄨D二元?jiǎng)蚓鄨D分析凡是在液態(tài)和固態(tài)都能完全互溶、固態(tài)下又形成無(wú)限固溶體的二元合金，均形成二元?jiǎng)蚓鄨D。1）合金的結(jié)晶在平衡條件下進(jìn)行；2）枝晶內(nèi)部化學(xué)成分不均勻—枝晶偏析；3）結(jié)晶過(guò)程中的杠桿原理4）合金的性能與成分的關(guān)系§1-4鐵碳合金相圖一、鐵碳合金的基本組織1、鐵素體（F）鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體。由于α-Fe晶粒的間隙小，溶解碳量極微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是幾乎不含碳的純鐵。性能：σb=180～230MPaHB=50～80δ=30～50%φ=70～80%ak=156～196J·cm-2顯微鏡下觀察，鐵素體呈灰色并有明顯大小不一的顆粒形狀。2、滲碳體（Fe3C）滲碳體是鐵與碳形成的穩(wěn)定化合物。含碳量為6.69%性能：HB=800，硬度很高，脆性極大，是鋼中的強(qiáng)化相。顯微鏡下觀察，滲碳體呈銀白色光澤。滲碳體在一定條件下可以分解出石墨，3、奧氏體（A）奧氏體是碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體。γ-Fe的溶碳能力較高，最大為2.11%（1148℃）。由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之間，所以?shī)W氏體也只出現(xiàn)在高溫區(qū)域內(nèi)。顯微鏡觀察，奧氏體呈現(xiàn)外形不規(guī)則的顆粒狀結(jié)構(gòu)，并有明顯的界限。性能：δ=40～50%，具有良好的塑性和低的變形抗力。是絕大多數(shù)鋼種在高溫進(jìn)行壓力加工所需的組織。4、珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體組成的共析體。珠光體的平均含碳量為0.77%，在727℃以下溫度范圍內(nèi)存在。顯微鏡觀察，珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因此得名。性能：σb=750MPaHB=160～180較高δ=20～25%φ=30～40%適中5、萊氏體（Ld）萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體。鐵碳合金中含碳量為4.3%的液體冷卻到1148℃時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成高溫萊氏體。合金繼續(xù)冷卻到727℃時(shí)，其中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，故室溫時(shí)由珠光體和滲碳體組成，叫低溫萊氏體。統(tǒng)稱萊氏體。§5-2鐵碳合金相圖各主要線的意義相圖中的線是把具有相同轉(zhuǎn)變性質(zhì)的各個(gè)成分合金的開(kāi)始點(diǎn)和終了點(diǎn)，分別用光滑曲線連接起來(lái)得到的，代表了鐵碳合金內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的界限。①ACD線—液相線②AECF線—固相線③AC線—奧氏體結(jié)晶開(kāi)始線④AE線—奧氏體結(jié)晶終了線⑤GS線—鐵素體析出開(kāi)始線⑥GP線—鐵素體析出終了線⑦PQ線—Fe3CⅢ析出線⑧ES線—Fe3CⅡ析出線⑨PSK線—共析線⑩CD線—一次滲碳體結(jié)晶開(kāi)始線⑾ECF線—共晶線總結(jié)：1、相區(qū)與相區(qū)內(nèi)的組織不一樣；2、對(duì)于每個(gè)相區(qū)，不論溫度成分怎么變，其組織種類不變，但相的成分和相對(duì)量可能變化；3、相圖左側(cè)兩個(gè)單相固溶體：á-Fe、γ-Fe；相區(qū)右側(cè)一個(gè)單相Fe3C，之間為上述固溶體組成的兩相共存區(qū)；4、共析點(diǎn)、共析線5、共晶點(diǎn)、共晶線典型鐵碳合金的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程及其顯微組織1、Wc=0.6%室溫組織：P+FLL+AAA+FP+Ft1以上t1～t2t2～t3t3～t4t4～室溫2、Wc=0.77%室溫組織：PLL+AAPt1以上t1～t2t2～t3t3～室溫3、Wc=1.2%室溫組織：P+Fe3CⅡLL+AAA+Fe3CⅡP+Fe3CⅡt1以上t1～t2t2～t3tt4～室溫4、Wc=3.0%室溫組織：P+Fe3CⅡ+L’dLL+AA+Fe3CⅡ+Ld(A+Fe3C)P+Fe3CⅡ+L’d(P+Fe3C)t1以上t1～t2t2～t3t3～t4鐵碳合金分類1、工業(yè)純鐵（Wc≤0.0218%）性能特點(diǎn)：塑性韌性好，硬度強(qiáng)度低。2、鋼（0.0218%＜Wc≤2.11%）共析鋼：Wc=0.77%，室溫組織為P。亞共析鋼：0.0218%＜Wc＜0.77%，室溫組織為F+P。過(guò)共析鋼：0.77%＜Wc≤2.11%，室溫組織為P+Fe3CⅡ3、生鐵（2.11%＜Wc≤6.69%）共晶生鐵：Wc=4.3%，室溫組織為L(zhǎng)’d亞共晶生鐵：2.11%＜Wc＜4.3%，室溫組織為P+Fe3CⅡ+L’d。過(guò)共晶生鐵：4.3%＜Wc≤6.69%，室溫組織為L(zhǎng)’d+Fe3CⅠ含碳量對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響鐵碳合金相圖的應(yīng)用1、選材的依據(jù)2、選擇鑄造合金成分和澆注溫度的依據(jù)3、確定鋼的鍛造溫度的依據(jù)4、研究焊縫區(qū)及近縫區(qū)組織和性能變化的理論依據(jù)5、確定各種熱處理加熱溫度的依據(jù)第二章鋼的熱處理一、鋼的熱處理定義：把鋼在固態(tài)下加熱到一定溫度，進(jìn)行必要的保溫，并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需性能的工藝方法。三、鋼的熱處理目的：1、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性能，為切削加工或熱處理做組織和性能上的準(zhǔn)備?！蓄A(yù)先熱處理。2、提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料延長(zhǎng)零件使用壽命?！凶罱K熱處理。四、熱處理的方法（按工藝方法不同分）退火：完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火等正火退火：完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火等正火淬火：回火：低溫回火、中溫回火、高溫回火固溶處理整體熱處理整體熱處理表面熱處理表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、激光加熱物理氣相沉積表面熱處理表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、激光加熱物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積等離子化學(xué)氣相沉積滲碳滲氮滲碳滲氮碳氮共滲其它：滲其它金屬或非金屬、多元共滲化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理第一節(jié)熱處理基本原理熱處理之所以能夠使鋼的性能發(fā)生很大變化，主要是由于在加熱和冷卻過(guò)程中，鋼的內(nèi)部組織發(fā)生了變化造成的一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變大多數(shù)熱處理工藝需要將鋼加熱到臨界溫度以上（A區(qū)域）才能進(jìn)行，所以加熱轉(zhuǎn)變主要包括A的形成和晶粒長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。1、奧氏體的形成以共析鋼為例（ωc=0.77%）影響奧氏體形成的因素：溫度：溫度越高，原子擴(kuò)散能力越大，加速奧氏體形成。原始組織：原始組織越細(xì)，相界面越多，提供的奧氏體晶核就愈多，碳原子的擴(kuò)散距離也越短，加速奧氏體形成。鋼的成分：含碳量增加，F(xiàn)和Fe3C相界面越多，加速奧氏體形成。加入合金元素后不改變A形成的基本過(guò)程，但會(huì)減緩A的形成速度2、奧氏體晶粒的長(zhǎng)大（粗化）隨著溫度的升高，奧氏體晶粒會(huì)逐漸長(zhǎng)大。晶粒度：表示晶粒大小的尺度。分為十個(gè)等級(jí)。一級(jí)最粗，十級(jí)最細(xì)。粗大的A晶?！鋮s后得到粗大的晶粒組織———力學(xué)性能和工藝性能差—合理選擇加熱溫度和保溫時(shí)間。一、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變室溫時(shí)鋼的力學(xué)性能，不僅與經(jīng)過(guò)加熱、保溫后獲得的A晶粒大小有關(guān)，而且決定于A經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得的組織。而冷卻方式、冷卻速度對(duì)A組織的轉(zhuǎn)變有直接影響。A鋼冷卻至室溫有兩種方式：連續(xù)冷卻:就是使奧氏體化后的鋼，在溫度連續(xù)下降的過(guò)程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。水冷、油冷、爐冷、空冷。等溫冷卻：將奧氏體化后的鋼迅速冷卻到A1以下某一溫度，恒溫停留一段時(shí)間，在這段保溫時(shí)間內(nèi)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻下來(lái)。1、過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變以共析鋼為例：過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線：由于過(guò)冷溫度和等溫時(shí)間不同，過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不相同，表示過(guò)冷A不同的等溫冷卻溫度、等溫時(shí)間與轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物之間關(guān)系的曲線—C曲線。（1）建立C曲線共析鋼A的等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立是通過(guò)一系列不同過(guò)冷的等溫冷卻實(shí)驗(yàn)建立的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出：不同過(guò)冷A在恒溫下開(kāi)始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間，畫(huà)到溫度—時(shí)間坐標(biāo)系中，然后把開(kāi)始時(shí)間和轉(zhuǎn)變終了時(shí)間分別連接起來(lái)，即得共析鋼C曲線。（2）共析鋼過(guò)冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織和性能珠光體類型（高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：共析鋼A過(guò)冷到723℃—550℃之間A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物屬于P型組織。分類如圖。貝氏體形轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：A在550℃--230℃保溫轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w型轉(zhuǎn)變，其組織類型為貝氏體組織?！怯珊歼^(guò)飽和的F+Ｆｅ3Ｃ兩相混合物。分類如圖。馬氏體型轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：230℃——-60℃保溫轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體型轉(zhuǎn)變，其組織類型為馬氏體組織。分為板狀和片狀馬氏體，圖3-9。馬氏體是碳在α-Ｆｅ中的過(guò)飽和固溶體。（3）影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素碳的影響：ωc增加，亞共析鋼的C曲線右移；過(guò)共析鋼的C曲線左移。合金元素的影響：初CO外，所有合金元素如入奧氏體后會(huì)增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。2、過(guò)冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變與等溫冷卻曲線相比，連續(xù)冷卻曲線都處于右下方，說(shuō)明轉(zhuǎn)變溫度低，孕育期長(zhǎng)。共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)，只有珠光體轉(zhuǎn)變而無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變。亞共析鋼可以產(chǎn)生貝氏體組織。合金鋼可以有珠光體及貝氏體轉(zhuǎn)變，有珠光體無(wú)貝氏體?；蛴胸愂象w而無(wú)珠光體轉(zhuǎn)變等多種情況。當(dāng)連續(xù)冷卻速度達(dá)到某一值時(shí)，冷卻曲線與C曲線相切，不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，而在低溫區(qū)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，通常稱為臨界冷卻速度。冷速小時(shí)，得到珠光體與馬氏體混合組織，更小時(shí)，得到珠光體組織。3、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖是選擇鋼種及制訂熱處理工藝的基本依據(jù)之一。（1）不同成分的鋼具有不同的轉(zhuǎn)變圖，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)要求合理選擇適用而廉價(jià)的材料。（2）制定熱處理工藝規(guī)程，選擇冷卻介質(zhì)。（3）估計(jì)零件在熱處理?xiàng)l件下各部位可能得到的組織。第二節(jié)鋼的整體熱處理一、鋼的退火概念：將鋼加熱、保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的工藝過(guò)程。完全退火:普通退火、等溫退火球化退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火等1、完全退火工藝：加熱Ac3以上30~50℃——保溫——隨爐冷到500度以下——空冷室溫。目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，提高塑韌性，消除內(nèi)應(yīng)力，便于機(jī)械加工。2、等溫退火工藝：加熱Ac3以上——保溫——快冷至珠光體轉(zhuǎn)變溫度——等溫停留——轉(zhuǎn)變?yōu)镻——出爐空冷目的：同上。但時(shí)間短，易控制，脫氧、脫碳小。（適用于過(guò)冷A比較穩(wěn)定的合金鋼及大型碳鋼件）3、球化退火概念：是使鋼中的滲碳體球化的工藝過(guò)程。對(duì)象：共析鋼和過(guò)共析鋼工藝：(1)等溫球化退火加熱Ac1以上20~30度——保溫——迅速冷卻到Ar1以下20度——等溫——隨爐冷至600度左右——出爐空冷。（2）普通球化退火加熱Ac1以上20~30度——保溫——極緩慢冷卻至600度左右——出爐空冷。（周期長(zhǎng)，效率低，不適用）目的：降低硬度、提高塑韌性，便于切削加工。機(jī)理：使片狀或網(wǎng)狀滲碳體變成顆粒狀（球狀）說(shuō)明：退火加熱時(shí)，組織沒(méi)有完全A化，所以又稱不完全退火。4、去應(yīng)力退火工藝：加熱到Ac1以下某一溫度（500~650度）——保溫——緩冷至室溫。目的：消除鑄件、鍛件、焊接件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸。二、鋼的正火工藝：加熱到Ac3或Accm以上30~50度——保溫——出爐空冷。目的：亞共析鋼中自由鐵素體減少，過(guò)共析鋼中網(wǎng)狀滲碳體消失。低碳鋼：提高硬度，克服粘刀現(xiàn)象，改善切削加工性。中碳鋼：細(xì)化晶粒，為淬火做好組織準(zhǔn)備，對(duì)性能要求不高的零件，可作為最終熱處理。高碳鋼：消除網(wǎng)狀Fe3C。三、鋼的淬火工藝：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30-50度，保溫——快速冷卻（＞vk）以獲得馬氏體的工藝方法。目的：提高鋼的硬度和耐磨性。分類（方法）：1、單液淬火；2、雙液淬火；3、分級(jí)淬火；4、等溫淬火；5、冷處理亞共析鋼：Ac3+30~50OC過(guò)高：淬火后M粗大，嚴(yán)重變形過(guò)低：淬火后組織出現(xiàn)F，硬度、強(qiáng)度不足，不均。·過(guò)共析鋼：Ac1+30~50OC過(guò)高：淬火后M粗大，脆性增大，易變形，開(kāi)裂。殘余A增多，硬度、耐磨性降低。過(guò)低：A化不均勻。一般過(guò)共析鋼，淬火前需要正火或球化退火，消除網(wǎng)狀滲碳體。3、淬火方法單液淬火：將A化的鋼放進(jìn)水或者油等淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法。如：碳鋼件水冷，合金鋼油冷，厚大碳鋼件鹽水冷等。特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、機(jī)械化。·雙液淬火：將A化的鋼先放進(jìn)水中冷卻到300~200度在迅速移到油中（甚至放到空氣中）的冷卻操作方法。特點(diǎn)：即可淬硬又可避免開(kāi)裂和變形。但操作困難?！し旨?jí)淬火：將A化的鋼放進(jìn)稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴槽中停留2~5分鐘，然后取出在空氣中冷卻。特點(diǎn)：應(yīng)力小，避免開(kāi)裂和變形。但鹽浴冷卻能力有限，只適用于形狀復(fù)雜，尺寸較小的零件。?等溫淬火：將A化的鋼放進(jìn)稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴槽中保溫足夠時(shí)間，使過(guò)冷A轉(zhuǎn)變?yōu)锽下，然后取出空冷方法。特點(diǎn)：B下硬度較高，韌性較好，變形又小。適于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求的零件。·冷處理：使殘余A轉(zhuǎn)化為M?！岣哂捕群湍湍バ?。穩(wěn)定尺寸。需專門(mén)設(shè)備成本高。4、淬硬性和淬透性淬硬性：鋼在正常淬火條件下，淬火形成的馬氏體所能達(dá)到的最高硬度。淬硬性取決于馬氏體的含碳量，含碳量越高，碳的過(guò)飽和度就越大，硬度越高。淬透性：鋼在規(guī)定淬火條件下，可以達(dá)到的淬硬層深度。影響因素：過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，即Vk。末端淬火法測(cè)定淬透性。2、鋼的回火工藝：將淬火后的鋼重新加熱到A1以下某一溫度保溫，然后冷卻（一般空冷)至室溫。目的：消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。力學(xué)性能：隨著回火溫度的升高，硬度、強(qiáng)度下降，塑性韌性升高。1、低溫回火：150-250℃，M回，減少內(nèi)應(yīng)力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動(dòng)軸承等。2、中溫回火：350-500℃，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。3、高溫回火：500-650℃，S回，具有良好的綜合力學(xué)性能。用于制作齒輪、曲軸等。淬火后再高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。第三節(jié)鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理一、表面淬火工藝（概念）：對(duì)零件進(jìn)行快速加熱，使表面迅速達(dá)到淬火溫度，而心部來(lái)不及被加熱的情況下立即冷卻，使表面得到高硬度的馬氏體，而心部仍保持原來(lái)組織的一種熱處理工藝?！し诸悾海?）感應(yīng)加熱表面淬火：高頻，中頻、低頻。（2）火焰加熱表面淬火二、化學(xué)熱處理工藝（概念）：將零件放入一定的活性介質(zhì)中，經(jīng)加熱、保溫，使介質(zhì)的活性原子滲入零件表層中，從而改變表層化學(xué)成分、組織和性能的工藝方法。分類：（1）滲碳：氣體滲碳、固體滲碳（2）滲氮：氣體氮化、離子氮化（3）碳氮共滲（4）其它滲入法1、化學(xué)熱處理的基本過(guò)程1）化學(xué)滲劑在溫度（加熱）及催化劑作用下分解出能滲入工件表面的活性元素。2）活性原子被工件表面吸附。3）在一定溫度下工件表面的活性原子向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。2、滲碳滲碳是向鋼的表面滲入碳原子，使其表面達(dá)到高碳鋼的含碳量，增加耐磨性。1）氣體滲碳工藝及組織氣體滲碳是采用液體或氣體碳?xì)浠衔镒鳛闈B碳劑，（如：煤油、甲苯或含碳的氣體）。滲碳溫度是900~950℃。時(shí)間取決于要求的滲碳層深度，從幾小時(shí)到十幾小時(shí)不等。滲碳以后，零件表面含碳量約為0.8~1.0%，由表面到中心含碳量逐漸降低。2）滲碳后的熱處理為使?jié)B碳件具有高的力學(xué)性能，滲碳后須進(jìn)行淬火及回火處理。滲碳層的組織為細(xì)小針狀馬氏體和粒狀分布的滲碳體組織。3、滲氮（氮化）滲氮是將氮原子滲入鋼件表面，形成以氮化物為主的滲氮層，以提高滲層的硬度、耐磨、耐蝕和耐疲勞強(qiáng)度等多種性能。1）滲氮工藝特點(diǎn)滲氮?jiǎng)榘睔?，氨氣?80~600℃分解出具有活性的氮原子滲入工件中，形成富氮層而完成氮化。滲氮溫度600℃，此時(shí)鐵具有最好的吸氮能力。2）組織和性能氮與鐵等金屬形成氮化物可顯著地強(qiáng)化滲氮層。4、碳氮共滲又稱氰化，鋼件表面同時(shí)滲入碳原子和氮原子，形成碳氮共滲層，以提高工件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度的處理方法。1）高溫（820~920℃）碳氮共滲，以滲碳為主，氣氛中含有一定氮時(shí)，碳的滲入速度比相同溫度下單獨(dú)滲碳的速度要高，厚度更深。2）低溫（520~580℃）碳氮共滲，以滲氮為主，共滲后表面形成白亮層，可大大提高工件的耐磨性和抗咬卡、抗擦傷的性能。第三章機(jī)械工程材料工業(yè)用鋼鋼鐵材料又稱黑色金屬材料，是以鐵和碳元素為主要化學(xué)成分的一系列金屬材料—鋼、生鐵、鑄鐵和鑄鋼的總稱。各行各業(yè)都用鋼，為了保證鋼的質(zhì)量，國(guó)家及有關(guān)部門(mén)對(duì)各種鋼作了規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。

GB-國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；YB—冶金部規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。一、鋼的分類根據(jù)合金元素含量可分為：1、非合金鋼：普通質(zhì)量非合金鋼優(yōu)質(zhì)非合金鋼特殊質(zhì)量非合金鋼2、低合金鋼：普通質(zhì)量低合金鋼優(yōu)質(zhì)低合金鋼特殊質(zhì)量低合金鋼3、合金鋼：優(yōu)質(zhì)合金鋼特殊質(zhì)量合金鋼二、雜質(zhì)元素和合金元素在鋼鐘的影響鋼中基本元素為：Fe、C；雜質(zhì)元素主要有：Si、Mn、S、P。1.Si、Mn在碳鋼中ωsi≤0.37%ωmn=0.25%--0.8%對(duì)力學(xué)性能影響不大。但作為合金元素，可提高鋼的力學(xué)性能。2.S、PS:Fe在固態(tài)時(shí)幾乎不溶，液態(tài)時(shí)溶解大量的S，凝固時(shí)FeS析出（熔點(diǎn)1190℃）當(dāng)鋼加熱到1000℃--1200℃進(jìn)行塑性成型加工時(shí)，F(xiàn)eS→熔化→導(dǎo)致鋼沿晶界開(kāi)裂—這種現(xiàn)象叫鋼的“熱脆”。P：Fe在固態(tài)、液態(tài)時(shí)都能溶解P，固態(tài)時(shí)P全部溶入鐵素體中，P能使鐵素體的σ↑，但δ↓↓.ak↓↓。當(dāng)ωp=0.3%時(shí)鋼室溫下的ak≈0這種現(xiàn)象叫鋼的“冷脆”。S→熱脆P→冷脆，是有害元素越少越好，因此衡量鋼的質(zhì)量的主要指標(biāo)為含S、P量。3.氣體與非金屬夾雜物1）氫脆：氫分子—大的氣壓—白點(diǎn)—?dú)浯?）氮的時(shí)效：來(lái)不及逸出的氮，放置一段時(shí)間后，以氮化物的形式析出，使鋼變脆。3）氧以氧化物的形式存在于鋼中，形成非金屬夾雜物，如SiO2、MnO、Al2O3等，降低鋼的塑性、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。4、合金元素在鋼中的作用為了提高鋼的性能，在煉鋼時(shí)有意識(shí)地向鋼中加入一些合金元素，這樣獲得的鋼稱為合金鋼。鋼中常加合金元素有：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Co、B、Re等。1）對(duì)鋼的基本相及其性能的影響（1）滲入鐵素體，總的趨勢(shì)：隨著合金元素的增加，強(qiáng)度硬度上升，塑性韌性下降。（2）滲入滲碳體（a）形成合金滲碳體，如Mn、Cr、Mo、W等。（b）形成復(fù)雜碳化物，如Mn、Cr、Mo、W等。（c）形成簡(jiǎn)單碳化物，如Ti、Zr、Nb、V等。以上三類碳化物比滲碳體穩(wěn)定性高，熔點(diǎn)和硬度也更高。如經(jīng)熱處理，使碳化物呈顆粒狀，強(qiáng)度硬度上升，而沖擊韌性不下降。3）對(duì)熱處理的影響（1）加熱溫度、加熱速度、保溫時(shí)間及晶粒度的影響。（2）淬透性提高。（3）提高回火穩(wěn)定性，產(chǎn)生二次硬化及回火脆性。鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要是馬氏體分解及碳化物形成、析出和聚集的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是依靠元素的擴(kuò)散來(lái)完成的。（a）彌散硬化或沉淀硬化（b）A殘向馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的硬化。（c）回火脆性：當(dāng)溫度在250~350℃和500~650℃回火時(shí)，鋼的沖擊韌性不但不升高反而下降的現(xiàn)象。第一類回火脆性（250~350℃）一旦形成，無(wú)法消除。辦法就是避開(kāi)該溫度。第二類回火脆性（500~650℃）消除辦法：將工件重新加熱至600℃以上，然后快速冷卻。避免辦法：a）保溫后快速冷卻；（b）加入Mo0.3%或W1%，緩冷也不會(huì)出現(xiàn)回火脆性。4）合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響（1）使奧氏體區(qū)擴(kuò)大的元素有Mn、Ni、Co、Cu等。其中Mn13、Ni9的室溫組織為單一的奧氏體組織。（2）使奧氏體區(qū)縮小的元素有Cr、Mo、W、V、Ti、Si等。其中Cr17的室溫組織為單一的鐵素體組織。（3）使S點(diǎn)、E點(diǎn)左移，如W18（W18%、C0.7~0.8%）高速工具鋼，鑄態(tài)組織中有萊氏體組織。三、常用非合金鋼按照鋼的用途和質(zhì)量可分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。1、碳素結(jié)構(gòu)鋼1）化學(xué)成分：ωc=0.09%--0.33%ωMn=0.37%--0.65%ωsi=0.30%ωs≤0.035--0.05%ωp≤0.035%--0.045%2）牌號(hào)：由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四個(gè)部分按順序組成。Q235AF3）組織：較多的F+較少的P4）性能：因?yàn)樘嫉?，焊接性能?）用途：適合于扎制成鋼板、鋼帶型鋼等。用于制做不需熱處理的焊接、鉚接、栓接構(gòu)件及螺栓螺母等零件2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼1）化學(xué)成分：Wc=0.08%--0.85%Wsi=0.17%--0.37%Wsp≤0.035%2）牌號(hào)：兩位數(shù)字+符號(hào)表示數(shù)字表示含碳量萬(wàn)分之幾，符號(hào)如果是F則表示是沸騰鋼。例：08F15F3）分類：（1）低碳鋼（a）化學(xué)成分：WC≤0.25%（b）組織：退火狀態(tài)下，組織為較多的F和較少P（c）性能：σ和HBS低，而δ.ak好，焊接性好。（d）用途：08F、10F、15F冷變形加工成型件。機(jī)殼、容器。10~25鋼各種標(biāo)準(zhǔn)件、軸套、容器等。（2）中碳鋼（a）化學(xué)成分：WC=0.30%～0.6%（b）組織：F+P，（c）性能：σ、HBS比低碳鋼略高，而δ、ak略低。具有良好的綜合力學(xué)性能，切削加工性好，但焊接性一般。（d）用途：用于制作齒數(shù)、主軸及連桿等重要的機(jī)械零件。（3）高碳鋼（a）化學(xué)成分：WC>0.60%（b）組織：T回（淬火+中溫回火）（c）性能：在淬火+中溫回火后，具有較高的σ和良好彈性也叫彈簧鋼。具有較好的耐磨性和中等硬度。（d）用途：主要用于制作彈簧和易磨損的零件。3、碳素工具鋼1）化學(xué)成分：Wc=0.65%--1.35%2）牌號(hào)：T+數(shù)字表示T—碳數(shù)字表示千分含量。若是特殊質(zhì)量則數(shù)字后面加A。例：T8A→0.8%的特殊質(zhì)量的碳素工具鋼3)組織：M回（淬火+低溫回火處理）4)性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，熱硬性差。5)用途：用于制作手動(dòng)和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等四、常用低合金鋼1、化學(xué)成分：C＜0.2%，∑合金元素＜5%常加合金元素：Mn、Si、V、Nb、Ti、Re、Cu、N等。2、牌號(hào)表示方法：與碳素結(jié)構(gòu)鋼基本相同。3、低合金鋼的性能特點(diǎn)（a）具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，特別是低溫沖擊韌性。（b）具有良好的焊接性。（c）具有較高的抗大氣腐蝕性。五、常用合金結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分特點(diǎn)：C0.15~0.45%主加合金元素Si、Mn、Cr、Ni等。附加合金元素：Ti、V、Mo、W、Al等。牌號(hào)表示方法：數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字1、合金滲碳鋼1）化學(xué)成分特點(diǎn)：wc=0.10~0.25%主加合金元素：Cr、Mn輔加合金元素：Ni、B、W、Mo、V、Ti等。2）金相組織：表層為高碳回火馬氏體心部為低碳馬氏體或珠光體+鐵素體3）典型零件：變速箱齒輪、齒輪等常用的20CrMnTi鋼。2、合金調(diào)質(zhì)鋼1）化學(xué)成分特點(diǎn)：wc=0.25~0.55%主加合金元素：Mn、Cr、Si、Ni輔加合金元素：V、Mo、Ti、W2）調(diào)質(zhì)后的金相組織：回火索氏體3）典型零件：受沖擊載荷較大的齒輪常用40Cr、40CrMnMo等3、彈簧鋼1）化學(xué)成分：WC=0.45~0.70%常加合金元素：Si、Mn、Cr輔加合金元素：W、Mo、V、B等。2）金相組織：回火托氏體3）性能特點(diǎn)：（a）較高的彈性極限；（b）屈強(qiáng)比高（ós/ób）；（c）疲勞強(qiáng)度高；（d）足夠的沖擊韌性；（e）良好的表面質(zhì)量。4）典型零件：汽車(chē)減振彈簧常用55Si2Mn六、特殊性能鋼1、不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)（如水、海水、酸、堿等）中具有抗腐蝕性能的鋼，稱為不銹鋼。1）金屬有兩種基本腐蝕形式：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。2）提高金屬耐腐蝕性的一般途徑：（1）提高金屬的電極電位；（2）使金屬在常溫下成為單一組織，避免形成原電池；（3）使金屬表面形成致密的保護(hù)模（即金屬的鈍化），阻止腐蝕介質(zhì)繼續(xù)向金屬內(nèi)部侵蝕。3）提高耐腐蝕性的措施：（a）在鋼中加入一定量（＞13%）的鉻。鉻的作用：一是在金屬表面形成一層富鉻的氧化物保護(hù)模；二是提高其電極電位。（b）在鋼中加入一定量（＞9%）的鎳，使鋼在室溫下成為單一奧使體組織。4）不銹鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)：（1）含碳量低。大多數(shù)C=0.1~0.2%，而且腐蝕性要求越高，含碳量越低，只有制造刃具和滾動(dòng)軸承的不銹鋼C=0.85~0.95%，但同時(shí)必須提高含Cr量。（2）鉻含量大于13%（3）對(duì)腐蝕性要求高的不銹鋼，還要加入一定量的鎳。5）不銹鋼的分類：按基體組織的組成不同分為：（1）鐵素體型（2）奧氏體型（3）奧氏體-鐵素體型（4）馬氏體型等。2、耐熱鋼耐熱鋼是制造在高溫下工作的零件或構(gòu)件。金屬的耐熱性是一個(gè)包含高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度兩方面內(nèi)容的綜合概念。提高鋼的高溫抗氧化性的主要方法是：在鋼中加入足夠的Cr、Si、Al等合金元素，使鋼在高溫下與氧接觸時(shí)表面形成一層致密的高熔點(diǎn)的氧化模，阻止氧向內(nèi)擴(kuò)散。提高鋼的高溫強(qiáng)度的方法是：在鋼中加入能提高鋼的再結(jié)晶溫度的合金元素，如W、Mo、V、B等。3、高錳鋼1）化學(xué)成分特點(diǎn)：C=0.90~1.50%Mn=11~14%2）金相組織：奧氏體3）在受強(qiáng)烈撞擊的工礦條件下，工件表層產(chǎn)生加工硬化層，而心部仍保持高韌性。4）典型零件：坦克履帶、挖掘機(jī)鏟齒等常用ZGMn13第二節(jié)鑄鐵鑄鐵是含C量大于2.11~6.69%或者組織中具有共晶組織的鐵碳合金。工業(yè)上所有的鑄鐵實(shí)際上不是簡(jiǎn)單的鐵碳合金，而是以Ｆｅ、Ｃ、Si為主要元素的多元合金。其成分范圍大致為：C:2.4%～4.0%、Si:0.6%～3.3%、Mn:0.2%～1.2%、P:0.02%～1.2%、S:0.02%～0.15%，有時(shí)還加入合金元素生產(chǎn)合金鑄鐵。鑄鐵中C的存在形式主要有兩種：1、化合態(tài)—Ｆｅ3Ｃ2、游離態(tài)—石墨（G）：軟而脆，強(qiáng)度<20MPa，塑性幾乎為0的組織。鑄鐵的分類1、灰口鑄鐵：碳以游離石墨形式存在，根據(jù)石墨的形態(tài)不同又分為，普通灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵2、白口鑄鐵：碳以化合態(tài)滲碳體形式存在3、麻口鑄鐵：碳一部分以滲碳體形式存在，另一部分以石墨形式存在。二、常用鑄鐵1、普通灰鑄鐵碳主要以石墨形式存在的鑄鐵，斷口呈灰色。（1）灰鑄鐵的顯微組織（a）基體組織：F、P、F+P（b）C：片狀石墨（2）力學(xué)性能（a）缺點(diǎn)：力學(xué)性能低。雖然基體中溶入了Mn、Si，強(qiáng)化了基體，但由于石墨的縮減作用和切割作用，卻使灰鑄鐵的力學(xué)性能大大降低。（b）優(yōu)點(diǎn)：灰鑄鐵的減振性、耐磨性、導(dǎo)熱性好，缺口敏感性低。（3）鑄鐵的石墨化條件和石墨化過(guò)程1）石墨化條件（a）含有足夠的促進(jìn)石墨化的元素，如Si、Al等。（b）冷卻速度足夠緩慢。2）石墨化過(guò)程一次石墨化：從鐵液中直接結(jié)晶出共晶石墨化：共晶反應(yīng)中析出二次石墨化：從奧氏體中析出共析石墨化：共析反應(yīng)中析出（3）影響灰鑄鐵組織形成的主要因素1）化學(xué)成分的影響：C：越高，產(chǎn)生的石墨越多。Si：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。S：強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，使鑄鐵流動(dòng)性降低，收縮率增大。Mn：阻礙石墨化，但有除S作用，并促進(jìn)珠光體生成。P：對(duì)石墨化影響不大，但會(huì)增大脆性。2）冷卻速度的影響：慢冷—灰口鑄鐵；快冷—麻口甚至白口鑄鐵。（4）用途：用來(lái)制做各種主要承受應(yīng)力，并要求減振性、耐磨性好及缺口的敏感性低的機(jī)械零件。如：機(jī)床床身、機(jī)架、導(dǎo)軌等。（5）牌號(hào)：HT+數(shù)字如：HT200、HT250等。（6）提高灰鑄鐵力學(xué)性能的措施1）改變石墨形態(tài)；2）強(qiáng)化基體。2、蠕墨鑄鐵（1）顯微組織：鑄鐵中的石墨大部分呈蠕蟲(chóng)狀。特征：石墨片短而厚，長(zhǎng)度與厚度之比為2—10，且頭部較圓，呈蠕蟲(chóng)狀。（2）性能：1）力學(xué)性能高于灰鑄鐵。2）具有良好的熱導(dǎo)性。（3）用途：制做各種要求強(qiáng)度、硬度較好和導(dǎo)熱率較高的鑄件，如重型機(jī)床床身、箱體及內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋、活塞環(huán)等。（4）牌號(hào)：RuT+數(shù)字3、可鍛鑄鐵（又稱瑪鋼）（1）概念：將白口鑄鐵通過(guò)固態(tài)石墨化處理（包括有或無(wú)脫碳過(guò)程），得到的具有團(tuán)絮狀石墨的鐵碳合金。（2）分類：1）黑心（鐵素體）可鍛鑄鐵與珠光體可鍛鑄鐵2）白心可鍛鑄鐵（3）組織：1）：鐵素體可鍛鑄鐵：F+G（團(tuán)絮狀）2）：珠光體可鍛鑄鐵：P+G（團(tuán)絮狀）（4）性能：1）：鐵素體可鍛鑄鐵：具有一定的強(qiáng)度和較高的韌性。2）：珠光體可鍛鑄鐵：強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性好。（5）用途：鐵素體可鍛鑄鐵：用于制造承受沖擊和振動(dòng)的零件。例：彈簧鋼板支座、機(jī)床上用的把手、農(nóng)機(jī)零件和建筑用扣件等。珠光體可鍛鑄鐵：用于制造鑄造曲軸、凸輪軸、連桿及齒輪重要零件。（6）牌號(hào)：鐵素體可鍛鑄鐵（黑心可鍛鑄鐵）KTH+數(shù)字+數(shù)字例：KTH300-06бb≥300N/mm2δ≥6%珠光體可鍛鑄鐵：只是將KTH中的“H”改成“Z”，其它不變。4、球墨鑄鐵用球化劑對(duì)鐵液進(jìn)行處理，使石墨大部或全部呈球狀的鐵碳合金。球墨鑄鐵具有接近灰鑄鐵的鑄造性能，又具有接近鑄鋼的力學(xué)性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。鐵素體球墨鑄鐵：高韌性。珠光體球墨鑄鐵：高強(qiáng)度。貝氏體球墨鑄鐵：耐磨。奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵：耐磨。馬氏體-奧氏體球墨鑄鐵：抗磨。性能：1）強(qiáng)度、塑性、韌性大大高于灰鑄鐵，接近鑄鋼。2）具有良好的減振性、耐磨性和低的缺口敏感性。用途：用于制作強(qiáng)度、韌性、耐磨性等要求較高的零件。如：柴油機(jī)、汽車(chē)及拖拉機(jī)的曲軸、凸輪軸、中壓閥門(mén)、壓縮機(jī)的曲軸、連桿等。牌號(hào)： QT+數(shù)字+數(shù)字5、特殊性能鑄鐵特殊性能鑄鐵一般是指具有耐磨、耐熱和耐腐蝕等特殊性能的鑄鐵。這些鑄鐵大多是加入了Si、Mn、Al、Cr、Mo、W、Cu、V、B、Ti、Re等合金元素的合金鑄鐵。耐磨鑄鐵：高磷鑄鐵、釩鈦鑄鐵等?？鼓ヨT鐵：白口鑄鐵、中錳抗磨鑄鐵、冷硬鑄鐵等。耐熱鑄鐵：通常加入Si、Al、Cr等合金元素，其作用一是在鑄鐵表面形成一層致密的氧化模，保護(hù)內(nèi)部不被繼續(xù)氧化；二是使基體形成單一的鐵素體組織，防止鑄鐵的生長(zhǎng)。耐蝕鑄鐵：原理與不銹鋼相同。第三節(jié)有色金屬及其合金元素周期表中除鐵以外的金屬均稱非鐵合金，其中比重小于4.5的非鐵合金稱為輕金屬（如鋁、鎂、鈦等）。一般認(rèn)為，鋼的抗拉強(qiáng)度和剛度比大多數(shù)非鐵金屬合金高，但輕合金的比重小，它們的比強(qiáng)度和比剛度都比低碳鋼和低合金鋼高，所以輕合金在飛行器上得到廣泛應(yīng)用。一、鋁及鋁合金1、工業(yè)純鋁1）物理性能熔點(diǎn)660℃，密度2.7g/cm3,具有良好的導(dǎo)電性（相當(dāng)于銅的60%）和導(dǎo)熱性。在大氣中抗蝕性較高。2）力學(xué)性能強(qiáng)度硬度低（ób=80~100MPa、20HBS）、塑性較高（?=50%，?=80%）、冷變形后強(qiáng)度增加不多，但塑性卻急劇下降（?=2~5%），因此鋁不易作受力的結(jié)構(gòu)材料。2、鋁合金通過(guò)加入硅、銅、鎂、鋅、錳等合金元素，使鋁得到固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化及組織強(qiáng)化，從而得到高強(qiáng)度的鋁合金。1）鋁合金的分類（1）形變鋁合金可以通過(guò)加熱的方法使合金變?yōu)閱蜗啜⒐倘荏w，其塑性很好。形變鋁合金又可分為不能熱處理強(qiáng)化的和能熱處理強(qiáng)化的兩種。（2）鑄造鋁合金能夠通過(guò)熱處理來(lái)提高強(qiáng)度和硬度。大多數(shù)鑄造鋁合金也可以熱處理強(qiáng)化。2）鋁合金的熱處理（1）退火a）變形鋁合金主要進(jìn)行再結(jié)晶退火，以消除冷壓后產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象。也稱中間退火。工藝方法：加熱（350~450℃）保溫后空冷。b）去應(yīng)力退火：加熱至180~300℃保溫后空冷。（2）熱處理強(qiáng)化的基本工藝及特點(diǎn)a）鋁合金的強(qiáng)化熱處理的方法是淬火加時(shí)效處理。淬火（加熱到單相區(qū)保溫后快速冷卻）后，強(qiáng)度和硬度增加不多，塑性卻大大提高。經(jīng)過(guò)時(shí)效（自然時(shí)效和人工時(shí)效）后，強(qiáng)度和硬度才明顯提高，合金被強(qiáng)化。b）鑄造鋁合金熱處理特點(diǎn)與相變鋁合金相比，淬火加熱溫度更高，保溫時(shí)間更長(zhǎng)，但淬火、時(shí)效后的強(qiáng)化效果不如形變鋁合金明顯。原因是鑄造組織粗大。有的鑄造鋁合金經(jīng)過(guò)淬火處理后不需時(shí)效或不完全時(shí)效處理即可提高塑性和強(qiáng)度。這是因?yàn)榇慊鸺訜崾勾执蟮幕衔锶芙?，增加了固溶?qiáng)化效果使成分均勻，從而改善了性能。3）形變鋁合金形變鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金、鍛鋁合金等。（1）防銹鋁合金防銹鋁合金是鋁-錳或鋁-鎂系組成的形變鋁合金。特點(diǎn)耐腐蝕性能好，拋光性好，能長(zhǎng)時(shí)間保持光亮的表面，具有高的塑性和焊接性，不能熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度低，只有通過(guò)冷加工進(jìn)行加工硬化。應(yīng)用承受中等強(qiáng)度的冷壓、焊接件及鉚釘?shù)?。?）硬鋁硬鋁又稱杜拉鋁，是含有銅、鎂、錳等元素的形變鋁合金。特點(diǎn)：具有高的強(qiáng)度和硬度（YL12合金的強(qiáng)度為470MPa），可以熱處理強(qiáng)化，但耐腐蝕性能較差。（3）超硬鋁超硬鋁是在硬鋁型鋁-銅-鎂系合金基礎(chǔ)上在加入4~6%的鋅，形成鋁-鋅-鎂-銅系高強(qiáng)度合金。超硬鋁可作各種結(jié)構(gòu)件。（4）鍛鋁鍛鋁合金除要求有一定的力學(xué)性能和抗蝕性外，還要求在熱態(tài)下具有高的塑性，以便用來(lái)鍛造各種鍛件或沖壓件。鍛鋁大多含有銅、鎂、硅等元素。鍛后經(jīng)淬火加時(shí)效處理其強(qiáng)度隨含銅量的增加而升高，但熱塑性和抗蝕性則降低。在鍛造鋁合金中加入鐵和鎳，可提高合金的使用溫度，稱為耐熱鍛造鋁合金。4）鑄造鋁合金鑄造鋁合金是指直接用來(lái)澆注各種形狀機(jī)械零件的鋁合金。其合金元素含量一般高于形變鋁合金。特點(diǎn)：合金流動(dòng)性好，塑性差，經(jīng)變質(zhì)處理和熱處理后可提高力學(xué)性能。分類：鋁-硅系合金（又稱硅鋁明）、鋁-銅系合金、鋁-鋅系合金、鋁-鎂系合金等。二、銅及銅合金1、純銅純銅又稱紫銅，熔點(diǎn)1083℃，密度8.9g/cm3，呈面心立方晶格。特點(diǎn)：a）具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；b）在許多介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性很高，大氣中耐腐蝕；c）抗拉強(qiáng)度不高（ób=200~250MPa），塑性很好（?=45~50%）。冷加工可大大提高銅的強(qiáng)度和硬度，但塑性和導(dǎo)電性降低。2、銅合金銅合金分為黃銅、白銅和青銅三類。1）黃銅以鋅為主加合金元素的銅基合金稱為黃銅。當(dāng)黃銅中還含有除鋅以外的其它合金元素（Pb、Sn、Mn等）時(shí)屬于特殊黃銅。特點(diǎn)：a）具有良好的力學(xué)性能、加工成型性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；b）色澤美麗、價(jià)格較低。黃銅分普通黃銅和特殊黃銅兩大類。按生產(chǎn)工藝特點(diǎn)又分為變形黃銅和鑄造黃銅。黃銅是重有色金屬中應(yīng)用最為廣泛的金屬材料。2）白銅以鎳為主要合金元素的銅基合金稱為白銅。再加入其它合金元素（如Zn、Mn、Fe等）時(shí)稱為復(fù)雜白銅。特點(diǎn)：具有很高的耐蝕性，優(yōu)良的冷、熱加工性。應(yīng)用：廣泛用于制造精密儀器、儀表、化工機(jī)械及醫(yī)療器械中的關(guān)鍵零件。3）青銅除黃銅、白銅以外的銅合金均稱青銅。分類：錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。（1）錫青銅以錫為主加合金元素，特點(diǎn)是耐蝕、耐磨、強(qiáng)度高、塑性好。（2）鋁青銅以鋁為主加合金元素，特點(diǎn)是具有良好的力學(xué)性能，耐蝕性和耐磨性好，并能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。（3）鈹青銅以鈹為主加合金元素的銅基合金稱為鈹青銅。特點(diǎn)：a）能通過(guò)熱處理強(qiáng)化，有很高的強(qiáng)度、硬度、疲勞極限和彈性極限，而且耐蝕、耐磨、無(wú)磁性，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好。b）受沖擊無(wú)火化。c）冷熱加工性能好，鑄造性能也好。應(yīng)用：a）高級(jí)精密彈性零件及特殊要求的耐磨零件。b）高速、高溫、高壓零件。c）防爆合金，如煉油廠常用的防爆工具。三、鈦及鈦合金1、鈦及其合金的性能純鈦的密度4.5g/cm3，熔點(diǎn)1660℃，鈦及其合金的性能特點(diǎn)：a）抗蝕能力強(qiáng)，尤其是抗海水及其蒸氣腐蝕能力比鋁合金、不銹鋼和鎳合金還高。b）在各種濃度的硝酸和鉻酸中以及稀硫酸、苛性堿溶液中的穩(wěn)定性好。c）焊接性好，低溫韌性好，強(qiáng)度低，塑性好。易于冷壓力加工。d）突出缺點(diǎn)是工藝性差。切削加工性很差，冷變形易開(kāi)裂，在熱加工時(shí)易吸收氫、氧、氮碳等雜質(zhì)，導(dǎo)致塑性和沖擊韌性降低，為熱加工（鑄、鍛、焊、熱處理）帶來(lái)不少麻煩。2、分類及特性鈦合金按其退火后的組織可分為三個(gè)類型，即α型、β型和α+β型。1）α型鈦合金α型鈦合金所含的合金元素主要為鋁和錫，單相，不能熱處理強(qiáng)化。特點(diǎn)：室溫強(qiáng)度不高，但溫度在400℃以下時(shí)的性能較好，組織穩(wěn)定，焊接性能好，焊縫韌性高。應(yīng)用：通常用于制造350℃以下經(jīng)沖壓或焊接成型的零件。2）β型鈦合金β型鈦合金能熱處理強(qiáng)化，焊接性及壓力加工性均好，但性能不穩(wěn)定，冶煉工藝也較復(fù)雜，所以目前不常用。3）α+β型鈦合金α+β型鈦合金的力學(xué)性能變化范圍寬，可適應(yīng)各種不同的用途?？蛇M(jìn)行熱處理強(qiáng)化。特點(diǎn)：與α型鈦合金相比，工藝性較好，便于壓力成型，但焊接性差。高溫下具有較大的熱強(qiáng)度。應(yīng)用：TC4（Ti-6Al-4V）用途最廣，用量占現(xiàn)有鈦合金的一半。常用來(lái)制造400℃下長(zhǎng)期工作的零件。表面處理表面處理基礎(chǔ)知識(shí)一、表面處理概述表面處理技術(shù)就是通過(guò)各種工藝手段，賦予表面不同于基體材料的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成，因而具有不同于基體材料的特殊性能。諸如高硬度、高疲勞強(qiáng)度、高耐磨耐蝕性、抗高溫氧化性等。二、表面處理的作用1、腐蝕保護(hù)性2、抗磨性3、電性能4、耐熱性5、光學(xué)特性6、電磁特性7、密封性8、裝飾性9、耐疲勞性、保油性、焊接性等。三、表面處理的分類1、按工藝特點(diǎn)分（1）電鍍：包括合金電鍍、復(fù)合電鍍、電刷鍍、非晶態(tài)電鍍、非金屬電鍍等。（2）涂裝（3）堆焊（4）熱噴涂：火焰絲材噴涂、火焰粉末噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂及爆炸噴涂等。（5）熱滲鍍（6）化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：包括陽(yáng)極氧化、化學(xué)氧化、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜和草酸鹽膜。（7）金屬著色：包括電化學(xué)著色、化學(xué)著色和染料著色。（8）氣相沉積：分化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積。（9）三束改性：包括電子束技術(shù)、離子束技術(shù)和激光束技術(shù)。2、按學(xué)科特點(diǎn)分（1）表面合金化技術(shù)：包括噴焊、堆焊、離子注入、激光熔敷、熱滲鍍等。（2）表面覆層與覆膜技術(shù)：包括熱噴涂、電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、化學(xué)鍍、氣相沉積、涂裝、堆焊、金屬著色、熱浸鍍等。（3）表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)：包括激光、電子束熱處理技術(shù)，以及噴丸、滾壓等表面加工硬化技術(shù)。第二節(jié)熱噴涂一、概述熱噴涂是利用專用設(shè)備把固體材料加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并加速噴射到基體表面上，從而形成一種特制薄層以提高基體的表面性能。1、熱源：火焰、電弧、電熱熱源、爆炸熱源和激光熱源等。2、熱噴涂的材料：金屬、合金、陶瓷、塑料、尼龍等。3、基體：金屬、陶瓷、玻璃、石膏、木材、布、紙等固體材料。4、工藝過(guò)程：加熱熔化、熔滴霧化、粒子飛行、撞擊基體、冷卻凝固形成涂層5、熱噴涂的優(yōu)點(diǎn)（1）基體溫度低，不變形、不弱化。（2）噴涂尺寸不受限制。（3）噴涂厚度可以控制。（4）效率高。（與電鍍相比較）（5）可賦予普通材料以特殊的表面性能。6、存在問(wèn)題（1）結(jié)合力低。（2）孔隙率高。（3）均勻性較差。二、熱噴涂方法熱噴涂的方法較多，諸如火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂等。下面僅介紹火焰噴涂。利用氣體火焰放出的燃燒熱進(jìn)行的熱噴涂稱為火焰噴涂。1、線材噴涂線材噴涂的涂層特點(diǎn)：（1）具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)。（2）含有明顯的氣孔和氧化物夾渣。線材噴涂的應(yīng)用：（1）在大型構(gòu)件上噴涂鋁和鋅，以制備防護(hù)涂層。（2）機(jī)械零件上噴涂合適材料，以獲得耐腐蝕涂層、耐磨損涂層和耐高溫氧化涂層等。2、粉末噴涂粉末材料：純金屬粉、合金粉、復(fù)合粉、碳化物粉、陶瓷粉、金屬陶瓷粉等。其中用的最多的是“自熔”合金粉?！白匀邸焙辖鸱壑泻衅鹬圩饔煤蜏p少氧化作用的硼和硅。工藝過(guò)程：粉末噴涂形成涂層、加熱涂層到熔點(diǎn)、涂層重熔、冷卻形成致密涂層涂層與基體形成冶金結(jié)合，非常牢固。涂層硬度可達(dá)50HRC以上。應(yīng)用：主要用于機(jī)械零件、化工容器和輥筒表面制備耐蝕和耐磨涂層。第三節(jié)氣相沉積氣相沉積也稱干鍍，按機(jī)理劃分為物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）。一、物理氣相沉積物理氣相沉積是利用蒸發(fā)或?yàn)R射等物理形式，把材料從靶源移走，然后通過(guò)真空或半真空空間使這些攜帶能量的蒸發(fā)粒子沉積到基體或零件的表面，以形成膜層。物理氣相沉積法主要有真空蒸鍍、陰極濺射和離子鍍。1、真空蒸鍍?cè)谡婵罩惺菇饘?、合金或化合物蒸發(fā)，然后凝結(jié)在基體表面上的方法叫真空蒸鍍。鍍膜特點(diǎn)：（1）鍍膜由氣相沉積，均勻性好；（2）在真空條件下形成，純凈性好；（3）成膜過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝可精確控制。應(yīng)用：真空蒸鍍主要用于光學(xué)透鏡的反射膜及裝飾用的金膜、銀膜。2、陰極濺射陰極濺射是利用高速正離子轟擊某一靶材（陰極），使靶材表面原子以一定能量逸出，然后在工件表面沉積的過(guò)程。陰極濺射與真空蒸鍍相比有如下特點(diǎn)：（1）薄膜的結(jié)合力高；（2）容易相成高熔點(diǎn)物質(zhì)的膜；（3）可以在較大面積上得到均勻的薄膜；（4）容易控制膜的組成；（5）可以長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；（6）有良好的再現(xiàn)性；（7）幾乎可以制造一切物質(zhì)的薄膜。3、離子鍍離子鍍借助于一種惰性氣體的輝光放電使欲鍍金屬或合金蒸發(fā)離子化，在帶負(fù)電荷的基體（工件）上形成鍍膜。離子鍍膜的特點(diǎn)：（1）離子鍍膜附著力強(qiáng)；（2）均勻性好；（3）取材廣泛且能相互搭配；（4）整個(gè)工藝過(guò)程無(wú)污染。應(yīng)用：（1）形成附著力強(qiáng)的耐磨鍍層；（2）形成表面致密的耐蝕鍍層、潤(rùn)滑鍍層；（3）形成各種顏色的裝飾鍍層；（4）形成各種特殊性能鍍層。二、化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在一固體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，而在該固體表面上生成固態(tài)沉積物的過(guò)程。化學(xué)氣相沉積的過(guò)程：產(chǎn)生揮發(fā)性運(yùn)載化合物、把揮發(fā)性化合物運(yùn)到沉積區(qū)、發(fā)生化學(xué)沉積反應(yīng)生成固態(tài)產(chǎn)物常見(jiàn)的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)有：（1）熱解反應(yīng)；（2）化學(xué)合成反應(yīng)；（3）化學(xué)傳輸反應(yīng)。1、熱解反應(yīng)在真空或惰性氣體保護(hù)下加熱基體至所需溫度后，導(dǎo)入反應(yīng)物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉積出固相涂層。熱分解反應(yīng)的化合物主要有：（1）氫化物（2）金屬有機(jī)物。廣泛用于沉積高附著性的金屬膜和氧化物膜。（3）氫化物和金屬有機(jī)物體系，利用這類熱解體系可在各種半導(dǎo)體或絕緣體上制備化合物半導(dǎo)體膜。（4）其他氣態(tài)鉻合物和復(fù)合物，多用于貴金屬（鉑族）和其他過(guò)渡族金屬的沉積。2、化學(xué)合成反應(yīng)有兩種或多種氣態(tài)反應(yīng)物在一個(gè)基體上相互反應(yīng)進(jìn)行沉積的反應(yīng)稱為化學(xué)合成反應(yīng)?；瘜W(xué)合成反應(yīng)主要有：（1）用氫氣還原鹵化物來(lái)沉積金屬和半導(dǎo)體；（2）用氫化物、鹵化物或金屬有機(jī)化合物來(lái)沉積絕緣膜。應(yīng)用：（1）制備各種單晶薄膜；（2）制備多晶態(tài)和非晶態(tài)的沉積層，如二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、硼硅玻璃及各種金屬化合物、氮化物和其他元素間的化合物等。3、化學(xué)傳輸反應(yīng)把所要沉積的物質(zhì)作為源物質(zhì)，借助適當(dāng)氣體介質(zhì)與之反應(yīng)而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物遷移到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，在發(fā)生逆向反應(yīng)，使得源物質(zhì)重新沉積出來(lái)，這樣的反應(yīng)稱為化學(xué)傳輸反應(yīng)。第四節(jié)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)是通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)手段，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層的技術(shù)。實(shí)質(zhì)就是處在表面的基體金屬直接同選定介質(zhì)中的陰離子反應(yīng)，使之形成自身轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)主要有：1、氧化膜或發(fā)藍(lán)技術(shù)；2、磷酸鹽膜技術(shù)；3、鉻酸鹽膜技術(shù)；4、草酸鹽膜技術(shù)；5、陽(yáng)極氧化膜技術(shù)。一般原理：使某種金屬與某種特定的腐蝕液相接觸，在一定條件下兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由于濃差極化作用或陰、陽(yáng)極極化作用，在金屬表面形成一層附著力良好的、難溶的腐蝕生成物薄膜。化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法：1、電化學(xué)法；2、化學(xué)法?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜的施工方法：1、浸漬法；2、噴淋法；3、刷鍍法；4、滾鍍法。應(yīng)用：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜廣泛應(yīng)用于金屬與金屬相互摩擦的部位，如磷酸鹽膜具有很小的摩擦系數(shù)和良好的吸油能力，從化學(xué)和機(jī)械兩方面保護(hù)基體第五節(jié)電鍍、電刷鍍、熱浸鍍和化學(xué)鍍一、電鍍電鍍是通過(guò)電解方法在固體表面獲得金屬沉積層的過(guò)程。電鍍的實(shí)質(zhì)在組成電極的金屬與溶液的界面上進(jìn)行氧化-還原反應(yīng)。常用的單金屬電鍍主要有：鍍鋅、鍍鎳、鍍鉻、鍍錫和鍍鉻。電鍍的作用：1、防腐；2、裝飾；3、改善焊接性能。二、電刷鍍?cè)诓粩喙?yīng)電解液的條件下，用一只鍍筆在工作表面上進(jìn)行擦拭，從而獲得鍍層。電刷鍍與電鍍的主要區(qū)別電刷鍍所用的溶液中含有欲鍍的金屬離子，并且比電鍍過(guò)程中溶液中的金屬離子的濃度要高得多。電刷鍍的特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，鍍層結(jié)合牢固，經(jīng)濟(jì)效益顯著。應(yīng)用：電刷鍍主要用于機(jī)械設(shè)備的維修，如滾動(dòng)軸承和軸頸的修理，孔類零件的修理，平面、鍵槽的修理等。三、熱浸鍍熱浸鍍是將一種基體金屬浸在熔融狀態(tài)的另一種低熔點(diǎn)金屬中，在其表面形成一層金屬保護(hù)膜的方法?；w材料：鋼、鑄鐵、銅等。鍍層金屬材料：鋅、錫、鋁等金屬及其合金。根據(jù)熱浸鍍前處理的方法不同，熱浸鍍分為溶劑法和保護(hù)氣體還原法。1、溶劑法熱浸鍍鍍前在金屬表面涂一層助鍍劑，其作用包括清除金屬表面的氧化物、防止鍍前金屬表面腐蝕和降低熔融金屬的表面張力。2、保護(hù)氣體還原法熱浸鍍（1）用煤氣或天然氣火焰加熱金屬表面，燒掉金屬表面的油污、乳化液等，同時(shí)生成一層藍(lán)色的氧化薄膜。（2）然后在還原性氣氛中還原為活性海綿狀鐵，并進(jìn)行再結(jié)晶退火，（3）待冷卻到一定溫度后進(jìn)入鍍鍋進(jìn)行熱浸鍍。3、應(yīng)用：該工藝主要用于鋼帶熱浸鍍鋅、鋁和鋼管熱鍍鋅等。四、化學(xué)鍍化學(xué)鍍是鍍液中的離子在催化作用下，與鍍液中的還原劑發(fā)生還原反應(yīng)，從而在金屬表面形成還原沉積層的過(guò)程。催化劑：1、被鍍金屬本身；2、具有自催化作用的元素：Ni、Co、Pb、Cu、Ag、Au及其中一種或多種合金。還原劑：1、次磷酸鹽；2、甲醛；3、硼氫化物以及氨基硼烷類及其衍生物等。第六節(jié)涂料及涂裝方法一、涂料涂料是一種有機(jī)混合物，用以保護(hù)和裝飾物體表面免受外界侵蝕，掩蓋表面的缺陷，賦予各種豐富的色彩，改散外觀。1、涂料的組成（1）成膜物質(zhì)：油料和樹(shù)脂。主要作用是形成漆膜，并決定涂料的性能，如硬度、耐磨、耐酸堿等。（2）顏料：紅丹、氧化亞鉛、堿性鉻酸鉛、鋇酸鋅、偏硼酸鋇等。主要作用是著色，還可起到防銹和填充作用。（3）輔料：主要作用是改善涂料的工藝性及涂膜的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。（a）溶劑：石油、煤焦、酯類、醇類、酮類、醇醚類等。（b）功能劑：增潤(rùn)劑、濕潤(rùn)劑、觸變劑、穩(wěn)定劑、懸浮劑、催化劑、固化劑等。2、涂料的分類（1）油性涂料、樹(shù)脂涂料、油基涂料；（2）色漆、清漆；（3）汽車(chē)漆、船舶漆、木器漆；（4）耐酸漆、防銹漆、絕緣漆；（5）噴漆、烘漆；（6）底漆、面漆、罩漆。二、涂裝技術(shù)1、一般涂裝方法：（1）刷涂法；（2）浸涂法；（3）淋涂法；（4）壓縮空氣噴涂。2、新型涂裝方法（1）靜電涂裝法；（2）電泳涂裝法；（3）粉末靜電噴涂法。第五章鑄造將熔融的金屬液澆注入鑄型內(nèi)，待冷卻凝固后獲得所需形狀和性能的毛坯或零件的工藝過(guò)程稱為鑄造。用鑄造方法制成的毛坯或零件稱為鑄件。鑄造工藝過(guò)程主要包括：金屬熔煉、鑄型制造、澆注凝固和落砂清理等。鑄件的材質(zhì)有碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄造有色合金等。與其它金屬加工方法相比，鑄造具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）原材料來(lái)源廣。（2）生產(chǎn)成本低。（3）鑄件形狀與零件接近，尺寸不受限制。因此，鑄造在機(jī)器制造業(yè)中應(yīng)用極其廣泛。但鑄造生產(chǎn)目前還存在著若干問(wèn)題，如鑄件內(nèi)部組織粗大，常有縮松、氣孔等鑄造缺陷，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能不如鍛件高。鑄造工序多，而且一些工藝過(guò)程還難以精確控制，使得鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定，廢品率高。第一節(jié)砂型鑄造砂型鑄造是指鑄型由砂型和砂芯組成，而砂型和砂芯是用砂子和粘結(jié)劑為基本材料制成的。一、造型材料用來(lái)制造砂型和砂芯的材料統(tǒng)稱造型材料。1、型（芯）砂的性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響型（芯）砂是由原砂、粘結(jié)劑和其他附加物按一定比例配合，經(jīng)混合制成符合造型、制芯要求的混合料。型芯砂應(yīng)具備的性能：透氣性、強(qiáng)度、耐火度、發(fā)氣性、退讓性、潰散性、流動(dòng)性、可塑性、不粘模性、保存性、抗吸濕性和回用性。2、型（芯）砂的分類（1）粘土砂粘土砂是由砂、粘土、水和附加物（煤粉、木屑等）按比例混合制成。粘土砂按澆注時(shí)的烘干程度分為濕型砂和干型砂兩大類。（a）濕型砂優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率高、生產(chǎn)周期短、便于組織流水生產(chǎn)；節(jié)約燃料、設(shè)備和車(chē)間生產(chǎn)面積；砂型不變形，鑄件精度高；落砂性好，砂箱壽命長(zhǎng)；鑄件冷卻速度快，組織致密。缺點(diǎn)：鑄件易產(chǎn)生砂眼、氣孔、粘砂、脹砂、夾砂等缺陷。（b）干型鑄造優(yōu)點(diǎn)：對(duì)原砂化學(xué)成分和耐火度要求較低；提高了砂性的強(qiáng)度和透氣性，減少了發(fā)氣量，對(duì)于預(yù)防砂眼、脹砂和氣孔等缺陷比較有利。缺點(diǎn)：砂型的退讓性和潰散性較差，散熱慢，造成鑄件晶粒粗大；烘干操作惡化了勞動(dòng)條件和環(huán)境衛(wèi)生。（2）水玻璃砂優(yōu)點(diǎn)：砂型硬化快，強(qiáng)度高、尺寸精確、便于組織流水生產(chǎn)。缺點(diǎn)：潰散性差，導(dǎo)致鑄件清理困難和舊砂回用性差。改善水玻璃砂潰散性的措施：a）減少水玻璃加入量；b）應(yīng)用非鈉水玻璃；c）加入