布氏硬度HB洛氏硬度HR知識與對照表

硬度知識一、硬度簡介：硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。.布氏硬度（HB）以一定的載荷（一般3000kg）把一定大?。ㄖ睆揭话銥?0mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB），單位為公斤力/mm2（N/mm。。.洛氏硬度（HR）當HB>450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料（如硬質合金等）。HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。3維氏硬度（HV）以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度HV值（kgf/mm2）。#############################################################################################注：洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C為三種不同的標準，稱為標尺A、標尺B、標尺C。洛氏硬度試驗是現(xiàn)今所使用的幾種普通壓痕硬度試驗之一，三種標尺的初始壓力均為98.07N（合10kgf），最后根據(jù)壓痕深度計算硬度值。標尺A使用的是球錐菱形壓頭，然后加壓至588.4N（合60kgf）；標尺B使用的是直徑為1.588mm（1/16英寸）的鋼球作為壓頭，然后加壓至980.7N（合100kgf）；而標尺C使用與標尺A相同的球錐菱形作為壓頭，但加壓后的力是1471N（合150kgf）。因此標尺B適用相對較軟的材料，而標尺C適用較硬的材料。實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關系并不一致。本站《硬度對照表》一文對鋼的不同硬度值的換算給出了表格，請查閱。##############################################################################################

二、硬度對照表：根據(jù)德國標準DIN50150，以下是常用范圍的鋼材抗拉強度與維氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的對照表?？估瓘姸萊mN/mm2維氏硬度HV布氏硬度HB洛氏硬度HRC2508076.0 2708580.7 2859085.2 3059590.2 32010095.0 33510599.8 350110105 370115109 380120114 400125119 415130124 430135128 450140133 465145138 480150143 490155147 510160152 530165156 545170162 560175166 575180171 595185176 610190181 625195185 640200190 660205195 675210199 690215204 705220209 720225214 740230219 755235223 77024022820.378524523321.380025023822.282025524223.183526024724.085026525224.8

88027526126.490028026627.191528527127.893029027628.595029528029.296530028529.899531029531.0103032030432.2106033031433.3109534032334.4112535033335.5111536034236.6119037035237.7122038036138.8125539037139.8129040038040.8132041039041.8135042039942.7138543040943.6142044041844.5145545042845.3148546043746.1152047044746.91555480(456)47.71595490(466)48.41630500(475)49.11665510(485)49.81700520(494)50.51740530(504)51.11775540(513)51.71810550(523)52.31845560(532)53.01880570(542)53.61920580(551)54.11955590(561)54.71995600(570)55.22030610(580)55.72070620(589)56.32105630(599)56.82145640(608)57.32180650(618)57.866058.367058.868059.286527025725.6

69059.770060.172061.074061.876062.578063.380064.082064.784065.386065.988066.490067.092067.594068.0硬度試驗是機械性能試驗中最簡單易行的一種試驗方法。為了能用硬度試驗代替某些機械性能試驗，生產(chǎn)上需要一個比較準確的硬度和強度的換算關系。實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。下面是本站根據(jù)由實驗得到的經(jīng)驗公式制作的快速計算器，有一定的實用價值，但在要求數(shù)據(jù)比較精確時，仍需要通過試驗測得。三、硬度換算公式.肖氏硬度(HS)二勃式硬度(BHN)/10+12.肖式硬度(HS)二洛式硬度(HRC)+15.勃式硬度(BHN)=洛克式硬度(HV).洛式硬度(HRC)二勃式硬度(BHN)/10-3硬度測定甄圉：HS<100HB<500HRC<70HV<1300洛氏硬度布氏硬度HB10/3000維氏硬度HVHRCHRA59.580.767659.080.566658.580.265558.080.064557.579.763557.079.5625

56.579.261556.078.960555.578.659655.078.453858754.578.153257854.077.952656953.576.652056053.076.351555152.576.150954352.076.950353551.576.649752751.076.349252050.576.148651250.075.8480504硬度換算表HVHRCHBSHVHRCHBSHVHRCHBS940685605330029.828492067.555052.350529529.22809006754051.749629028.527588066.453051.148828527.827086065.952050.548028027.126584065.351049.847327526.426182064.750049.146527025.62568006449048.445626524.825278063.348047.74482602424776062.547046.944125523.124374061.846046.143325022.22387206145045.342524521.323370060.144044.541524020.322869059.743043.64052301868059.242042.739722015.767058.841041.838821013.466058.340040.83792001165057.839039.83691908.564057.338038.83601806

63056.837037.7350170362056.336036.6341160061055.735035.533160055.234034.432259054.733033.331358054.132032.230357053.631031294附錄G鋼的硬度值換算（續(xù)）表1鋼的維氏硬度（HV）與其他硬度和強度的近似換算值a（續(xù)）維布氏硬度10—mm鋼球3000—kg負荷b洛氏硬度b表面洛氏硬度表面金剛石圓錐壓頭肖抗拉強度維氏鎢硬質氏（近似值）氏硬度標準A.標尺60-kg標尺標尺標尺15-N標尺30-N標尺45-N標尺硬度Mpa(1000psi)硬度負荷100-kg100-kg100-kg鋼球合金金剛負荷負荷負荷15—kg30—kg45-kg圓錐金剛圓金剛圓金剛圓負荷鋼球壓頭錐壓頭錐壓頭錐壓頭負荷負荷HVHBSHBWHRAHRBHRCHRDHR15NHR30NHR45NHS0bHV1234567891011121337035035069.237.753.679.257.440.41170(170)37036034134168.7(109.0)36.652.878.656.439.1501130(164)36035033133168.135.551.978.055.437.81095(159)35034032232267.6(108.0)34.451.177.454.436.5471070(155)340

33032031330331330367.066.4(107.0)33.332.350.249.476.876.253.652.335.233.9451035(150)1005(146)33032031029429465.831.048.475.651.332.5980(142)31030028428465.2(105.5)29.847.574.950.231.142950(138)30029528028065.829.247.174.649.730.4935(136)29529027527564.5(104.5)28.546.574.249.029.541915(133)29028527027064.227.846.073.848.428.7905(131)28528026526563.8(103.5)27.145.373.447.827.940890(129)28027526126163.526.444.973.047.227.1875(127)27527025625663.1(102.0)25.644.372.646.426.238855(124)27026525225262.724.843.772.145.725.2840(122)26526024724762.4(101.0)24.043.171.645.024.337825(120)26025524324362.023.142.271.144.223.2805(117)25525023823861.699.522.241.770.643.422.236795(115)25024523323361.221.341.170.142.521.1780(113)24524022822860.798.120.340.369.641.719.934765(111)24023021921996.7(18.0)33730(106)23022020920995.0(15.7)32695(101)22021020020093.4(13.4)30670(97)21020019019091.5(11.0)29635(92)20019018118189.5(8.5)28605(88)19018017117187.1(6.0)26580(84)18017016216285.0⑶0)25545(79)17016015215281.7(0.0)24515(75)16015014314378.722490(71)15014013313375.021455(66)14013012412471.220425(62)13012011411466.7390(57)120

11010510562.3110100959556.210095909052.09590868648.09085818141.085a)在本表中用黑體字表示的值與按ASTM—E140表1的硬度轉換值一致，由相應的SAE—ASM—ASTM聯(lián)合會列出的。b)括號里的數(shù)值是超出范圍的，只是提供參考。利用布氏硬度壓痕直徑直接換算出工件的洛氏硬度在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于受檢測儀器的限制，經(jīng)常使用布氏硬度計測量大型淬火件的硬度。如果想知道該工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先測量出布氏硬度值，然后根據(jù)換算表，查出相對應的洛氏硬度值，這種方式顯然有些繁瑣。那么，能否根據(jù)布氏硬度計的壓痕直徑，直接計算出工件的洛氏硬度值呢？答案當然是肯定的。根據(jù)布氏硬度和洛氏硬度換算表，可歸納出一個計算簡單且容易記住的經(jīng)驗公式：HRC=(479-100D)/4,其中D為①10mm鋼球壓頭在30KN壓力下壓在工件上的壓痕直徑測量值。該公式計算出的值與換算值的誤差在0.5?-1范圍內，該公式在現(xiàn)場用起來十分方便，您不妨試一試。附錄：金屬工藝學金屬工藝學是一門研究有關制造金屬機件的工藝方法的綜合性技術學科.主要內容：1常用金屬材料性能2各種工藝方法本身的規(guī)律性及應用.3金屬機件的加工工藝過程、結構工藝性。熱加工：金屬材料、鑄造、壓力加工、焊接目的、任務：使學生了解常用金屬材料的性質及其加工工藝的基礎知識，為學習其它相關課程及以后從事機械設計和制造方面的工作奠定必要的金屬工藝學的基礎。［以綜合為基礎，通過綜合形成能力］第一篇金屬材料第一章金屬材料的主要性能兩大類：1使用性能：機械零件在正常工作情況下應具備的性能。

包括：機械性能、物理、化學性能2工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能等。第一節(jié)金屬材料的機械性能指力學性能---受外力作用反映出來的性能。一彈性和塑性：1彈性：金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形，當外力去掉后能恢復其原來形狀的性能。力和變形同時存在、同時消失。如彈簧：彈簧靠彈性工作。2塑性：金屬材料受外力作用時產(chǎn)生永久變形而不至于引起破壞的性能。（金屬之間的連續(xù)性沒破壞）塑性大小以斷裂后的塑性變形大小來表示。塑性變形：在外力消失后留下的這部分不可恢復的變形。3拉伸圖金屬材料在拉伸過程中彈性變形、塑性變形直到斷裂的全部力學性能可用拉伸圖形象地表示出來。以低碳鋼為例0b0k0s0ee（Al）將金屬材料制成標準式樣。在材料試驗機上對試件軸向施加靜壓力P,為消除試件尺寸對材料性能的影響，分別以應力。（即單位面積上的拉力4P/nd2）和應變（單位長度上的伸長量Al/l°）來代替P和A1,得到應力一一應變圖1）彈性階段oe °0e——彈性極限2）屈服階段：過e點至水平段右端0——塑性極限，s——屈服點過s點水平段一一說明載荷不增加，式樣仍繼續(xù)伸長。（P一定，。=P/F一定，但真實應力P/F"因為變形，F(xiàn)1；）發(fā)生永久變形3）強化階段：水平線右斷至b點Pt變形t0b——強度極限，材料能承受的最大載荷時的應力。4）b局部變形階段bk過b點，試樣某一局部范圍內橫向尺寸突然急劇縮小?！翱s頸” （試樣橫截面變小，拉力;）4延伸率和斷面收縮率：一一表示塑性大小的指針1）延伸率： 6=10——式樣原長，11——拉深后長

2）斷面收縮率：F0——原截面，F(xiàn)1一拉斷后截面*1）3、中越大:材料塑性越好2）￡與3區(qū)別：拉伸圖中￡=￡,彈+￡塑3=emas塑一般3〉5%為塑性材料，3〈5%為脆性材料。5條件屈服極限。0。2有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。通常規(guī)定產(chǎn)生0.2塑性變形的應力作為屈服極限,稱為條件屈服極限.二剛度金屬材料在受力時抵抗彈性變形的能力一1材料本質彈性模量一在彈性范圍內，應力與應變的比值.其大小主要決定材料本身.相當于單位元元變形所需要的應力.o=Ee,E=o/e=tga2幾何尺寸'形狀'受力相同材料的E相同，但尺寸不同，則其剛度也不同.所以考慮材料剛度時要把E\形狀\尺寸同時考慮.還要考慮受力情況.三強度強度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力.按作用力性質的不同，可分為：抗拉強度。+ 抗壓強度。 抗彎強度。TOC\o"1-5"\h\z抗剪強度T+ 抗扭強度。 Wb n常用來表示金屬材料強度的指標：屈服強度：（PaN/m2） P-產(chǎn)生屈服時最大外力，F(xiàn)°-原截面抗拉強度（PaN/m。Pb-斷裂前最大應力. 0。\ob在設計機械和選擇評定材料時有重要意義.因金屬材料不能在超過。的條件下工作，否則會塑變.超過。:工作:機件會斷裂. S。s--。b之間塑性變形，壓力加工S四硬度金屬抵抗更硬的物體壓入其內的能力一是材料性能的綜合物理量，表示金屬材料在一個小的體積范圍內的抵抗彈性變形'塑性變形或斷裂的能力.1布式硬度HB用直徑D的淬火鋼球或硬質合金球，在一定壓力P下，將鋼球垂直地壓入金屬表面,并保持壓力到規(guī)定的時間后卸荷，測壓痕直徑d（用刻度放大鏡測）則HB=P/F（N/mm2）單位一般不寫.F-壓痕面積.

HBS一壓頭用淬火鋼球， HBW一壓頭用硬質合金球l 因鋼球存在變形問題，不能測太硬的材料，適于HBS<450,如鑄鐵，有色金屬，軟鋼等.而HBW<650.l 特點：壓痕大，代表性全面l 應用：不適宜薄件和成品件2洛式硬度HR用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在規(guī)定的預載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測其深度八，由公式求出，可在硬度計上直接讀出，無單位.不同壓頭應用范圍不同如下表：HRBd=1.588淬火鋼球980.7退火鋼灰鐵有色金屬HRC120。金剛石圓錐1471淬火回火件HRA588.4硬質合金碳化物優(yōu)點：易操作，壓痕小，適于薄件,成品件缺點：壓痕小，代表性不全面需多測幾點.*硬度與強度有一定換算關系，故應用廣泛.根據(jù)硬度可近似確定強度，如灰鐵：。b=1HBS3顯微硬度(Hm) b用于測定金屬組織中個別組成體，夾雜物等硬度.顯微放大測量顯微硬度(查表)與HR有對應關系.如：磨削燒傷表面,看燒傷層硬度變化.五沖擊韌性ak材料抵抗沖擊載荷的能力常用一次擺錘沖擊試驗來測定金屬材料的沖擊韌性，標準試樣一次擊斷，用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來表示akak=Ak/F(J/m2) Ak=G(H-h) G-重量F-缺口截面脆性材料一般不開口:因其沖擊值低，難以比較差別.@^,沖擊韌性愈好.A：不直接用于設計計算：在生產(chǎn)中，工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞，多是小沖擊載荷，多次沖擊引起破壞，而此時，主要取決于強度，故設計時，ak只做校核.a對組織缺陷很敏感，能夠靈敏地反映出材料品質，宏觀缺陷，纖維組織方面變化.k所以，沖擊試驗是生產(chǎn)上用來檢驗冶煉、熱加工、熱處理工藝質量的有效方法。(微裂紋一一應力集中一一沖擊一一裂紋擴展)六疲勞強度：問題提出：許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下，發(fā)生斷裂時的應力遠低于該材料的屈服強度，這種現(xiàn)象一一疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計，80%機件失效是由于疲勞破壞。疲勞強度一一當金屬材料在無數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應力。1疲勞曲線—-交變應力與斷裂前的循環(huán)次數(shù)N之間的關系。例如：純彎曲，有色金屬N》108鋼材N>107不疲勞破壞2疲勞破壞原因材料有雜質，表面劃痕，能引起應力集中，導致微裂紋，裂紋擴展致使零件不能承受所加載荷突然破壞.3預防措施改善結構形狀，避免應力集中，表面強化-噴丸處理，表面淬火等.第二節(jié)金屬材料的物理，化學及工藝性能一物理性能

比重：計算毛坯重量，選材，如航天件：輕熔點：鑄造鍛造溫度（再結晶溫度）熱膨脹性:鐵軌模鍛的模具量具導熱性：鑄造:金屬型 鍛造:加熱速度導電性：電器元件銅鋁磁性：變壓器和電機中的硅鋼片 磨床：工作臺二化學性能金屬的化學性能，決定了不同金屬與金屬，金屬與非金屬之間形成化合物的性能，使有些合金機械性能高，有些合金抗腐蝕性好，有的金屬在高溫下組織性能穩(wěn)定.如耐酸，耐堿等如化工機械，高溫工作零件等三工藝性能金屬材料能適應加工工藝要求的能力.鑄造性，可鍛性，可焊性,切削加工形等思考題；1什么是應力，應變（線應變）？2頸縮現(xiàn)象發(fā)生在拉伸圖上哪一點？如果沒發(fā)生頸縮，是否表明該試樣沒有塑性變形？3。02的意義？能在拉伸圖上畫出嗎？4將鐘表發(fā)條拉成一直線，這是彈性變形還是塑性變形?如何判定變形性質？5為什么沖擊值不直接用于設計計算？第二章金屬和合金的晶體結構與結晶第一節(jié)金屬的晶體結構一基本概念：固體物質按原子排列的特征分為：晶體：原子排列有序，規(guī)則，固定熔點，各項異性.非晶體:原子排列無序，不規(guī)則，無固定熔點,各項同性如：金屬，合金，金剛石一晶體玻璃，松香瀝青一非晶體晶格：原子看成一個點，把這些點用線連成空間格子.結點：晶格中每個點.晶胞：晶格中最小單元，能代表整個晶格特征.晶面：各個方位的原子平面晶格常數(shù)：晶胞中各棱邊的長度（及夾角），以A（1A=10-8cm）度量金屬晶體結構的主要區(qū)別在于晶格類型，晶格常數(shù).二常見晶格類型1體心立方晶格：Cr,W,a-Fe,Mo,V等,特點：強度大，塑性較好，原子數(shù):1/8X8+1=2 20多種2面心立方晶格：CuAgAuNiAlPbY-Fe塑性好原子數(shù)：4 20多種4 密排六方晶格： MgZnBeB-Cra-TiCd（鎘）純鐵在室溫高壓（130x108N/M2）成￡-Fe原子數(shù)=1/6x12+1/2x2+3=6,30多種三多晶結構

單晶體-晶體內部的晶格方位完全一致.多晶體一許多晶粒組成的晶體結構.各項同性.晶粒一外形不規(guī)則而內部晶各方位一致的小晶體.晶界一晶粒之間的界面.第二節(jié)金屬的結晶一金屬的結晶過程（初次結晶）1結晶：金屬從液體轉變成晶體狀態(tài)的過程.晶核形成：自發(fā)晶核:液體金屬中一些原子自發(fā)聚集，規(guī)則排列.外來晶核:液態(tài)金屬中一些外來高熔點固態(tài)微質點.晶核長大：已晶核為中心,按一定幾何形狀不斷排列.*晶粒大小控制：晶核數(shù)目：多一細（晶核長得慢也細）冷卻速度：快一細（因冷卻速度受限，故多加外來質點）晶粒粗細對機械性能有很大影響,若晶粒需細化，則從上述兩方面入手.結晶過程用冷卻曲線描述！2冷卻曲線溫度隨時間變化的曲線一熱分析法得到理論結晶溫度實際結晶溫度時間（s）T（℃）過冷：液態(tài)金屬冷卻到理論結晶溫度以下才開始結晶的現(xiàn)象.過冷度：理論結晶溫度與實際結 晶溫度之差.（實際冷卻快，結晶在理論溫度下）二金屬的同素異購轉變（二次結晶'重結晶）同素異構性一一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質.同素異購轉變一金屬在固體時改變其晶格類型的過程.如:鐵錫錳鈦鈷以鐵為例：3-Fe（1394℃）Y-Fe（912℃）a-Fe體心 面心 體心因為鐵能同素異構轉變，才有對鋼鐵的各種熱處理.（晶格轉變時，體積會變化，以原子排列不同）第三節(jié)合金的晶體結構一合金概念合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質.組元:組成合金的基本物質.如化學元素（黃銅：二元）金屬化合物相：在金屬或合金中，具有相同成分且結構相同的均勻組成部分.相與相之間有明顯的界面.如：純金屬一一個相，溫度升高到熔點，液固兩相.合金液態(tài)組元互不溶，幾個組元，幾個相.固體合金中的基本相結構為固溶體和金屬化合物，還可能出現(xiàn)由固溶體和金屬化合物組成的混合物。二合金結構1固溶體

溶質原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體。根據(jù)溶質在溶劑晶格中所占的位置不同，分為：置換固溶體溶質原子替代溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結點位置，所形成的固溶體。*溶質原子，溶劑原子直徑相差不大時，才能置換如：Cu——ZnZn溶解度有限。Cu——Ni溶解度無限晶格畸變—一固溶強化：畸變時塑性變形阻力增加，強，硬增加。這是提高合金機械性能的一個途徑。間隙固溶體溶質原子嵌入各結點之間的空隙，形成固溶體。溶質原子小，與溶劑原子比為〈0.59。溶解度有限。也固溶強化。2金屬化合物合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質，可用分子式表示的物質。如Fe3cWC特點：（1）較高熔點、較大脆性、較高硬度。 3（2）在合金中作強化相，提高強度、硬度、耐磨性，而塑性、韌性下降，如WC、TiC?？赏ㄟ^調整合金中的金屬化合物的數(shù)量、形態(tài)、分布來改變合金的性能3機械混合物固溶體+金屬化合物、固+固一一綜合性能§4二元合金狀態(tài)圖的構成合金系：由給定的組元可以配制成一系列成分含量不同的合金，這些合金組成一個合金系統(tǒng)一一為研究合金系的合金成分、溫度、結晶組織之間的變化規(guī)律、建立合金狀態(tài)圖來描述。合金狀態(tài)圖一一合金系結晶過程的簡明圖解。實質：溫度—-成分作標圖，是在平衡狀態(tài)下（加熱冷卻都極慢的條件下）得到的。二、二元合金狀態(tài)圖的建立以Pb（鉛）-Sb（銻）合金為例：1配置幾種Pb-Sb成分不同的合金。2做出每個合金的冷卻曲線3將每個合金的臨界點標在溫度一成分坐標上，并將相通意義的點連接起來，即得到Pb-Sb合金的狀態(tài)圖。A BDC E液相線：ACB固相線：DCE單相區(qū)：只有一個相。兩相區(qū)：兩個相。ACD、BCE。c一共晶點*作業(yè)：第三章鐵碳合金§1鐵碳合金的基本組織液態(tài)：Fe、C無限互溶。固態(tài)：固溶體金屬化合物t℃15383-Fe+C——鐵素體F1394y—Fe+C 奧氏體A912a-Fe+C 鐵素體Fs一鐵素體碳溶于a-Fe形成的固溶體一一鐵素體F體心立方，顯微鏡下為均勻明亮的多邊形晶粒。性能：韌性很好(因含CA)，強、硬不高。3=45~50%,HBS二ob=250Mpa含碳：727℃,0.02%" 二奧氏體碳溶于Y-Fe中形成的固溶體一“A”面心立方，顯微鏡下多邊形晶粒，晶界較尸平直.性能：塑性好，壓力加工所需要組織.含碳最高；1147℃,2.11%HBS=170~220三滲碳體金屬化合物Fe3c復雜晶格，含碳：6.69%.性能：硬高HB(sw)>800,,脆，作強化相.在一定條件下會分解成鐵和石墨，這對鑄造很有意義.四珠光體PF+Fe3C一機械混合物，含碳0.77%組織;兩種物質相間組成，性能:介于兩者之間.強度較高： 硬度HBS=250五萊氏體>727℃A+Fe3C—Ld高溫萊氏體 <727℃P+Fef—Ld’低溫萊氏體性能：與Fe3c相似 HBS>700 塑性極差.§2鐵碳合金狀態(tài)圖是表明平衡狀態(tài)下含C不大于6.69%的鐵碳合金的成分，溫度與組織之間關系，是研究鋼鐵的成分，自治和性能之間關系的基礎，也是制定熱加工工藝的基礎.含C>6.69在工業(yè)上午實際意義，而含C6.69%時,Fe與C形成Fe3C,故可看成一個組元，即鐵碳合金狀態(tài)圖實際為Fe-Fe3c的狀態(tài)圖.一鐵碳合金狀態(tài)圖中點線面的意義1各特性點的含義

1)A純鐵熔點 含C：0%1538℃2)C共晶點4.3%11483)DFe3c熔點6.6916004)EC在A中最大溶解度2.1111485)FFe3c成分點6.6911486)Ga-Fe與Y-Fe轉變點0%9127)KFeC成分點6.697278)PC在a-Fe中最大溶解度0.02 7279)S共析點0.7772710)Q：C在a-Fe中溶解度0.0008室溫2主要線的意義1)ACD：液相線，液體冷卻到此線開始結晶.2)AECF：固相線此線下合金為固態(tài)3)ECF：生鐵固相線，共晶線，液體一Ld4)AE：鋼的固相線，液態(tài)到此線一A5)GS："A3”a到此線開始析出f6)ES："A；m”A到此線開始析出Fe"]7)PSK："A”共析線.A同時析出P(F；FeC)3主要區(qū)域1)ACE：兩相區(qū)L+A3)AESG：單相區(qū)A2)DCF：兩相區(qū)L+Fe3C14)GPS：A+F兩相區(qū)二鋼鐵分類1工業(yè)純鐵：含C<0.0218%組織:F2鋼：含碳：0.0218~2.11PP+F共析鋼含PP+F亞共析鋼含C<0.77%過共析鋼含C>0.77% P+Fe3C113鐵 含C：2.11%~6.69%共晶生鐵 4.3%C Ld’亞共晶生鐵 <4.3%C P+Ld'+Fe3C11過共晶生鐵 >4.3%C Ld’+Fe3C1三典型合金結晶過程分析三典型合金結晶過程分析1共析鋼1共析鋼L—L+A-A--P2亞共析鋼L—A+L—A—A+F—F+P3過共析鋼L—L+A—A—A+Fe3C11—Fe3C1+P4L4L——Ld——Ld共晶鐵亞共晶鐵L——1點——L+A——A+Ld——P+Ld'過共晶鐵L——1點——L+Fe3C1——2點——Ld+Fe3C1——3點 Fe3C1+Ld'四鐵碳合金狀態(tài)圖的應用1鑄造確定澆鑄溫度 選材：共晶點附近鑄造性能好2鍛造鍛造溫度區(qū)間A3焊接焊接缺陷用熱處理改善.根據(jù)狀態(tài)圖制定熱處理工藝§3鋼的分類和應用按化學成分:碳鋼：<2.11%C少量51MnSP等雜質合金鋼:加入一種或幾種合金元素一碳鋼1含碳量對碳鋼性能的影響<0.9%CCt強，硬t塑，韌JFeC強化相>0.9%CCt硬t,強，塑，韌JFeC分布晶界，脆性t2鋼中常見雜質對性能的影響Si：溶于F，強化F,強，硬t塑，韌J.含量<0.03?0.4%有益作用不明顯Mn：1）溶于F,Fe3c.引起固溶強化.2）與FeS反應——MnS比重輕，進入熔渣，如量少，有益作用不明顯.S：尸65——但65+尸人共晶體，熔點985℃,分布晶界，引起脆性"熱脆”P：溶于F,是強度，硬度t/旦室溫塑性，韌性JJ “冷脆”3碳鋼的分類1）按含碳量分低碳鋼<0.25%C中碳鋼：0.25~0.6%C,高碳鋼>0.6%C2）按質量分（含5廣多少分）普通鋼S<=0.055%,P<=0.045%優(yōu)質鋼S,P<=0.04%高級優(yōu)質鋼S<=0.03% P<=0.035%3）按用途分碳素結構鋼，碳素工具鋼>0.6%C4碳鋼的編號和用途1）普通碳素結構鋼：Q235數(shù)字表示屈服強度單位Mpa2）優(yōu)質碳素結構鋼正常含錳量的優(yōu)質碳素結構鋼：0.25?0.8%Mn較高含錳量 0.15~0.6%C 0.7~1.0%Mn,>0.6%C0.9~1.2%Mn

0810152025 強J塑t沖壓件焊件30354045505560強t硬t 彈簧，軸，齒輪耐磨件6570758085 耐磨件數(shù)字表示含C萬分8之幾3）碳素工具鋼T7T8 T13數(shù)字表示含C千分之幾高級優(yōu)質鋼加A 含Mn高，加MnTMnA8二合金鋼常加合金元素：MnSiCrNiMoWVTi8（硼）稀土元素（Xt）等1合金結構鋼“數(shù)+元素符號+數(shù)”表示數(shù)一含碳萬分之幾， 符號一合金元素，符號后面數(shù)表示含合金％,<1.5%不標，=1.5%標2若為高級優(yōu)質鋼，后加A如：60Si2Mn0.6%C,2%Si<1.5%Mn18Cr2Ni4WA0.18%C,2%Cr, 4%Ni, <1.5%W高級優(yōu)質應用：工程結構件，機械零件主要包括:低合金鋼,合金滲碳鋼，合金調質鋼,合金彈簧鋼,滾動軸承鋼等2合金工具鋼：數(shù)+元素符號+數(shù)與結構鋼同數(shù)——位數(shù)，含C千分之幾，含C>=1.0%不標如：9SiCr （板牙，絲錐）0.9%C <1.5%Si <1.5%CrCrWMn （長鉸刀，絲錐，拉刀，精密絲杠）*高速鋼 含C<1.0也不標W18Cr4V0.7~0.8%C,18%W,4%Cr,<1.5%V應用：刃具，模具，量具等3特殊性能鋼不銹鋼：1Cr131Cr18Ni9Ti等耐熱鋼：1Cr13 2Cr13 >400℃工作耐磨鋼：高錳鋼水韌處理,沖擊下工作,表面產(chǎn)生加工硬化.并有馬試體在滑移面形成，表面硬度達HB450~550,表面耐磨,心部為A.水韌處理：鋼加熱到臨界點以上（1000?1100℃）保溫,碳化物全容于A,水冷，因冷速快，無法析出碳化物，成單一A組織.§5常用非金屬材料一高分子材料天然：羊毛橡膠人工合成：塑料 人工橡膠 粘結劑等有機玻璃尼龍丙綸 氯綸---商品名

工程塑料：環(huán)氧樹脂聚甲醛：塑料手表中零件聚酰亞胺：絕緣二陶瓷耐磨耐蝕脆刀片砂輪三復合材料磨削軟片：聚酰亞胺+金剛石§4金屬零件選材的一般原則產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)成本如何，與材料選擇的是否恰當有直接關系，機械零件進行選材時，主要考慮零件的工作條件，材料的工藝性能和產(chǎn)品的成本.基本原則如下：1滿足零件工作條件：受力狀態(tài)一機械性能，基本 。8ak等工作溫度環(huán)境介質一使用環(huán)境，高溫一耐熱，抗腐蝕一不銹鋼高硬度一工具鋼2材料的工藝性能零件的生產(chǎn)方法不同，直接影響其質量和生產(chǎn)成本.如:灰口鐵，鑄造性能切削加工性很好，可鍛性差.3經(jīng)濟性價值:功能/成本如：耐腐蝕容器：1）普通碳素鋼：5000元用一年2）奧氏體不銹鋼：40000元 用10年3）鐵素體不銹鋼：15000元用6年1）：2）：3）=1:1.25:2第四章鋼的熱處理§1概述一鋼的熱處理：把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進行必要的保溫，并以適當?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內部組織，從而得到所需性能的工藝方法*只改變組織和性能，而不改變其形狀和大小.熱處理是改善材料性能的重要手段之一，能提高產(chǎn)品質量，延長機件壽命,節(jié)約金屬材料，所以，重要機件都要經(jīng)過熱處理.（提問：前面學過的改善金屬材料性能的手段一固溶強化）熱處理工藝曲線：各種熱處理都可以用溫度一時間的坐標圖形表示.溫度保溫臨界溫度加熱 冷卻時間

應用廣泛:機械制造業(yè)中70%零件需熱處理.汽車 拖拉機制造業(yè)70?80%量具刃具模具滾動軸承等100%二目的1冶金鍛鑄焊毛坯或成品，消除缺陷，改善工藝性能.為后續(xù)加工(如機加)做好組織，性能，準備. 退火 正火2是鋼件的機械性能提高，達到鋼件的最終使用性能指標，以滿足機械零件或工具使用性能要求. 淬火+回火 表面淬火 化學處理l 依據(jù):狀態(tài)圖§2熱處理過程中的組織轉變一鋼在加熱時的組織轉變1臨界溫度：狀態(tài)圖上 A1:共析線(P-A)臨界溫度： A3:A析出F(F-A) 極緩慢冷卻Acm: A析出Fe3Cj )實際加熱臨界溫度 AclA A“過熱”c3P析出P析出F “過冷”析出鞏雪實際冷卻臨界溫度AriA Ar3Arcm2組織轉變共析鋼：P(F+Fe3C)---AA晶核形成:F和Fe/界面上先形成A晶核(因界面原子排列不規(guī)則,缺陷多，能量低)A晶核長大:F晶格轉變,Fe3c不斷溶入A,A晶核不斷生成，長大.F轉變快，先消失.(3)殘余滲碳體的溶解：隨保溫時間加長，殘余Fe3c逐漸溶入A(4)A成分均勻化：A轉變完成后,各處含C濃度不均勻，繼續(xù)保溫,C充分擴散，得到單一的均勻A這個過程是A重結晶的過程.亞共析鋼： F+P—Ac1—F+A—Ac3A過共析鋼： P+Fe"]--Ac1—A+Fe3C][--AccmA(晶粒粗化)二鋼在冷卻時的組織轉變(鋼在室溫時的機械性能不僅與加熱，保溫有關,與冷卻過程也有關)1冷卻方式1) 連續(xù)冷卻：時加熱到A的鋼，在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉變.水冷油冷 空冷(正火) 爐冷(退火)

2)Ar（2）（1）等溫冷卻：使加熱到A的鋼，先以較快的速度冷卻到Ar線下某一溫度，成為過冷A,保溫，使A在等溫下發(fā)生組織轉變，轉變完，再冷卻到室溫. 1等溫退火 等溫淬火2共析鋼冷卻時的等溫轉變以共析鋼為例，進行一系列不同過冷度的等溫冷卻實驗，可以測出過冷奧氏體在恒溫下開始轉變和轉變終了的時間，畫到”溫度一時間”坐標系中，然后，把開始轉變的時間和轉變終了的時間分別連接起來，即得到共析鋼的奧氏體等溫轉變曲線.又叫C曲線.1） 高溫產(chǎn)物：Ar1?650℃ P層片較厚500X顯微鏡HRC10-20650?600℃ 細珠光體索氏體SHRC25~35層片較薄800~1000X600?550℃ 極細珠光體600?550℃ 極細珠光體ll鐵素體層片越來越來薄。l2）中溫產(chǎn)物碳體和a）以上三種均為F+Fe3c層片相間的珠光體，只是層片厚度不同。b）由于過冷度從小到大：原子活動能力由強到弱，致使析出的滲碳體和。）珠光體層片越薄，塑變抗力越大，強，硬越大。550?350℃ 上貝氏體B上電鏡下觀察，滲碳體不連續(xù)，短桿狀，分布于許多平行而密集的鐵素體條之間。350~230℃下貝氏體B下比B上有較高強、硬、韌、塑。片狀過飽和F和其內部沉淀的碳化物組織（因為過飽和F有析出Fe3c傾向，但過冷度太大，導致碳原子沒能擴散超出F片，只是在片內沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子）33）低溫轉變產(chǎn)物：230~-50℃ 馬氏體（M）+殘余A 馬氏體：過飽和的a固溶體“M”（由于溫度低，原子活動能力低，晶格轉變完成，但是，C原子不能從面心中擴散出來，仍留在體心中，形成過飽和a固溶體）二晶格嚴重畸形，/.M硬tHRC65塑韌一03共析鋼連續(xù)冷卻轉變連續(xù)冷卻可能發(fā)生幾種轉變，很復雜。共析鋼連續(xù)冷卻，只有珠光體轉變區(qū)和馬氏體轉變區(qū)。珠光體轉變區(qū)：三條線構成：開始，終了，終止線冷卻速度過“開始”“終了”線，組織為珠光體冷卻速度過“開始”“終止”線，組織為珠光體和馬氏體冷卻速度不過珠光體區(qū)，則為M§3鋼的熱處理工藝熱處理：整體熱處理：退火正火淬火回火表面熱處理：表面淬火化學熱處理一滲碳 滲氮一退火將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點，保溫一定時間，隨后在爐內或埋入導熱性較差的介質中緩慢冷卻，以獲得接近平衡的組織,這種工藝叫一

目的：1）降低硬度一切削加工細化晶粒，改善組織一提高機械性能消除內應力一淬火準備提高塑性，韌性一冷沖壓，冷拉拔1完全退火:將鋼加熱到Ac3以上30?50℃,保溫一定時間后，緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織（P+F）的熱處理工藝. 3目的：通過完全重結晶，使鍛，鑄，焊件降低硬度,便于切削加工，同時可消除內應力，使慶充分轉變成正常的F和P.應用：亞共析鋼*不能用于共析鋼，.??在Accm以上緩冷，會析出網(wǎng)狀滲碳體（Fe3Cj,脆性t2不完全退火：將共析鋼或過共析鋼加熱到Ac1以上20?30℃,適當保溫，緩慢冷卻的熱處理工藝一 又叫球化退火.目的：使珠光體組織中的片狀滲碳體轉變?yōu)榱罨蚯驙睿@種組織能將低硬度，改善切削加工性.并為以后淬火做準備.減小變形和開裂的傾向.應用：共析鋼,過共析鋼（球化退火）3等溫退火：將鋼件加熱到Ac3A（亞共析鋼）或慶修（共析鋼或過共析鋼）以上,保溫后較快地冷卻到稍低于Ar1的溫度，再等溫處理,A轉變成P后，出爐空冷.目的：節(jié)省退火時間，得到更均勻的組織，性能.應用：合金工具鋼，高合金鋼4去應力退火:將鋼加熱到Ac1以下某一溫度（約500?650℃）保溫后緩冷.（又叫低溫退火）目的：消除內應力應用：鑄，鍛，焊*不發(fā)生相變，重結晶 例子:杯裂5再結晶退火:將鋼件加熱到再結晶溫度以上150?250℃,即650?750℃,保溫，空冷.目的：發(fā)生再結晶，消除加工硬化.應用：冷扎，冷拉，冷壓等*可能相變6擴散退火：均勻化退火，高溫進行目的：消除偏析，應用：鑄件二正火鋼件加熱到Ac3（亞）或Accm（過共）以上30?50℃,保溫,空冷*正火作用與退火相似，區(qū)別是正火冷速快，得到非平衡的珠光體組織，細化晶粒，效果好，能得到片層間距較小的珠光體組織.與退火對比含碳量工藝碳素結構鋼（HB）碳素工具鋼（HB）W0.250.25~0.65%0.65~0.85%0.7~1.3%退火<150150-220220-229187-217（球化）正火<156156-228230-280229-341實踐表明：工件硬度HB170-230時，對切削有利正火目的：1提高機械性能2改善切削加工性3為淬火作組織準備一大晶粒易開裂對于過共析鋼，正火能減少二次滲碳體的析出，使其不形成連續(xù)的網(wǎng)狀結構，有利于縮短過共析鋼的球化退火過程，經(jīng)正火和球化退火的過共析鋼有較高的韌性，淬火就不易開裂，用于生產(chǎn)過共

析鋼的工具的工藝路線：鍛造一正火一球化退火一切削加工一淬火，回火一磨低碳鋼，正火代替退火，中C鋼：正火代調質（但晶粒不均）三淬火將鋼件加熱到Ac3（亞）或Ac1（過）以上30-50℃,經(jīng)過保溫，然后在冷卻介質中迅速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝.目的：提高硬度，耐磨性應用：工具，模具，量具，滾動軸承.組織:馬氏體.下貝氏體淬火冷卻：決定質量，理想冷卻速度兩頭慢中間快.減少內應力.1常用淬火法：單液淬火（普通淬火）：在一種淬火介質中連續(xù)冷卻至室溫.如碳鋼水冷缺點：水冷,易變形，開裂.油冷:易硬度不足，或不均優(yōu)點：易作，易自動化.雙液淬火：先在冷卻能力較強的介質中冷卻到300℃左右，再放入冷卻到冷卻能力較弱的介質中冷卻，獲得馬氏體.對于形狀的碳鋼件,先水冷，后空冷.優(yōu)點：防低溫時M相變開裂.3）分級淬火:工件加熱后迅速投入溫度稍高于Ms點的冷卻介質中，（如言浴火堿浴槽中）停2-5分（待表面與心部的溫差減少后再取出）取出空冷.應用：小尺寸件（如刀具淬火）防變形，開裂優(yōu)點：工藝理想，操作容易缺點：...在鹽浴中冷卻，速度不夠大，只適合小件4）等溫淬火:將加熱后的鋼件放入稍高于Ms溫度的鹽浴中保溫足夠時間，使其發(fā)生下貝氏體轉變，隨后空冷.應用：形狀復雜的小零件，硬度較高，韌性好，防變形,開裂.例子:螺絲刀（T7鋼制造）用淬火+低溫回火HRC55,韌性不夠，扭10°時易斷如用等溫淬火，HRC55~58韌性好，扭90°不斷等溫淬火后如有殘余A,需回火，A-F.如沒有殘余A,不需回火缺點：時間長2鋼的淬透性與淬硬性淬透性:鋼在淬火時具有獲得淬硬層深度的能力.淬硬性:在淬火后獲得的馬氏體達到的硬度，它的大小取決于淬火時溶解在奧氏體中的碳含量.四回火將淬火后的鋼加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時間，后冷卻到室溫的熱處理工藝.目的：消除淬火后因冷卻快而產(chǎn)生的內應力，降低脆性，使其具有韌性，防止變形，開裂，調整機械性能.1低溫回火:加熱溫度150~250℃組織：回火馬氏體一過飽和度小的a-固溶體，片狀上分布細小￡-碳化物目的：消除內應力，硬度不降.HRC58~64應用：量具，刃具

低碳鋼：高塑性，韌性，較高強度配合2中溫回火:加熱溫度350~500℃組織：極細的球（粒）狀Fe3c和F機械混合物.（回火屈氏體）目的:減少內應力，提高彈性，硬度略降.應用：（0.45?0.9%）彈簧，模具 高強度結構鋼3高溫回火：500~650℃組織：回火索氏體一較細的球（粒）狀Fe3c和F機械混合物.目的：消除內應力，較高韌性，硬度更低.3應用：齒輪，曲軸，連桿等（受交變載荷）淬火+高溫回火---調質五表面淬火表面層淬透到一定深度而中心部仍保持原狀態(tài).應用：既受摩擦，又受交變，沖擊載荷的件.目的：提高表面的硬度，有利的殘余應力.提高表面耐磨性，疲勞強度加熱方法：1火焰：單間小批局部，質量不穩(wěn)2感應加熱：質量不穩(wěn)六化學熱處理工件放在某種化學介質中加熱，保溫，使化學元素滲入工件表面，改善工件表面性能.應用：受交變載荷，強烈磨損，或在腐蝕，高溫等條件下工作的工件.滲C：表面成高碳鋼，細針狀高碳馬氏體（0.85?1.05%）,心部又有高韌性的受力較大的齒輪，軸類件固體滲碳，液體滲碳，氣體滲碳（常用：滲碳劑如甲醇+丙酮900?930℃）如：低碳鋼，表層:P+Fe3C][ 內部:P+F熱處理:淬火+低溫回火得到回火M（細小片狀）+Fe3Cn表面含C： 0.85~1.05%若表面含C低，得到低含C的回火M,硬度低含C高，網(wǎng)狀或大量塊狀滲C體,脆性t滲N：表面硬度，耐磨性,耐蝕性，疲勞強度t溫度：500~570℃最后工序. 為保證內部性能，氮化前調質優(yōu)點：氮化后不淬火，硬度高（＞HV850），氮化層殘余壓應力，疲勞強度t氮化物抗腐蝕.溫度低，變形小.碳氮共滲：硬度高，滲層較深，硬度變化平緩，具有良好的耐磨性，較小的表面脆性.第二篇鑄造

概述

一什么是鑄造？將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應的鑄造空腔中，待其冷卻凝固后，以獲得零件或毛坯的方法.二特點1優(yōu)點：可以生產(chǎn)形狀復雜的零件,尤其復雜內腔的毛坯(如暖氣)適應性廣，工業(yè)常用的金屬材料均可鑄造.幾克?幾百噸.原材料來源廣泛.價格低廉.廢鋼，廢件，切屑鑄件的形狀尺寸與零件非常接近，減少切削量，屬少無切削加工.，應用廣泛：農業(yè)機械40~70%機床：70~80%重量鑄件2缺點：機械性能不如鍛件(組織粗大，缺陷多等)砂性鑄造中，單件,小批，工人勞動強度大.鑄件質量不穩(wěn)定，工序多，影響因素復雜，易產(chǎn)生許多缺陷.鑄造的缺陷對鑄件質量有著重要的影響，因此，我們從鑄件的質量入手，結合鑄件主要缺陷的形成與防止，為選擇鑄造合金和鑄造方法打好基礎.第一章鑄造工藝基礎§1液態(tài)合金的充型充型：液態(tài)合金填充鑄型的過程.充型能力：液態(tài)合金充滿鑄型型腔,獲得形狀完整，輪廓清晰的鑄件的能力充型能力不足:易產(chǎn)生：澆不足：不能得到完整的零件.冷隔：沒完整融合縫隙或凹坑，機械性能下降.一合金的流動性液態(tài)金屬本身的流動性--一合金流動性1流動性對鑄件質量影響流動性好，易于澆出輪廓清晰，薄而復雜的鑄件.流動性好，有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體上浮，排除.流動性好，易于對液態(tài)金屬在凝固中產(chǎn)生的收縮進行補縮.2測定流動性的方法：以螺旋形試件的長度來測定：如灰口鐵:澆鑄溫度1300℃試件長1800mm.鑄鋼： 1600℃ 100mm3影響流動性的因素主要是化學成分：純金屬流動性好:一定溫度下結晶，凝固層表面平滑,對液流阻力小共晶成分流動性好：恒溫凝固，固體層表面光滑，且熔點低，過熱度大.非共晶成分流動性差：結晶在一定溫度范圍內進行，初生數(shù)枝狀晶阻礙液流二澆注條件1澆注溫度：tt合金粘度下降，過熱度高.合金在鑄件中保持流動的時間長，，tt提高充型能力.但過高，易產(chǎn)生縮孔，粘砂，氣孔等，故不宜過高2克型壓力：液態(tài)合金在流動方向上所受的壓力t充型能力t如砂形鑄造---直澆道，靜壓力.壓力鑄造，離心鑄造等充型壓力高.三鑄型條件1鑄型結構：若不合理，如壁厚小，直澆口低，澆口小等充1

2鑄型導熱能力：導熱t(yī)金屬降溫快,充1如金屬型3鑄型溫度：tt充1 如金屬型預熱4鑄型中氣體：排氣能力t充1減少氣體來源,提高透氣性，少量氣體在鑄型與金屬液之間形成一層氣膜,減少流動阻力，有利于充型.§2鑄件的凝固和收縮鑄件的凝固過程如果沒有合理的控制，鑄件易產(chǎn)生縮孔，縮松一鑄件的凝固1凝固方式：鑄件凝固過程中，其斷面上一般分為三個區(qū)：1—固相區(qū)2—凝固區(qū)3—液相區(qū)對凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄，依此劃分凝固方式.逐層凝固：純金屬，共晶成分合金在凝固過程中沒有凝固區(qū)，斷面液，固兩相由一條界限清楚分開，隨溫度下降，固相層不斷增加，液相層不斷減少，直達中心.糊狀凝固合金結晶溫度范圍很寬，在凝固某段時間內，鑄件表面不存在固體層,凝固區(qū)貫穿整個斷面，先糊狀,后固化.故---中間凝固大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間.2影響鑄件凝固方式的因素合金的結晶溫度范圍范圍?。耗虆^(qū)窄，愈傾向于逐層凝固如：砂型鑄造，低碳鋼逐層凝固，高碳鋼糊狀凝固鑄件的溫度梯度合金結晶溫度范圍一定時，凝固區(qū)寬度取決于鑄件內外層的溫度梯度.溫度梯度愈小，凝固區(qū)愈寬.(內外溫差大,冷卻快，凝固區(qū)窄)二合金的收縮液態(tài)合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程中，體積和尺寸減少的現(xiàn)象---.是鑄件許多缺陷(縮孔，縮松,裂紋，變形，殘余應力)產(chǎn)生的基本原因.1收縮的幾個階段液態(tài)收縮：從金屬液澆入鑄型到開始凝固之前.液態(tài)收縮減少的體積與澆注溫度質開始凝固的溫度的溫差成正比.凝固收縮：從凝固開始到凝固完畢.同一類合金，凝固溫度范圍大者，凝固體積收縮率大.如：35鋼，體積收縮率3.0%,45鋼4.3%固態(tài)收縮：凝固以后到常溫. 固態(tài)收縮影響鑄件尺寸，故用線收縮表示.2影響收縮的因素化學成分：鑄鐵中促進石墨形成的元素增加，收縮減少.如：灰口鐵C,Sit,收J,St收t.因石墨比容大，體積膨脹,抵銷部分凝固收縮.澆注溫度：溫度t液態(tài)收縮t鑄件結構與鑄型條件鑄件在鑄型中收縮會受鑄型和型芯的阻礙.實際收縮小于自由收縮.，鑄型要有好的退讓性.

3縮孔形成在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)一些空洞，集中一縮孔.純金屬，共晶成分易產(chǎn)生縮孔*產(chǎn)生縮孔的基本原因：鑄件在凝固冷卻期間，金屬的液態(tài)及凝固受縮之和遠遠大于固態(tài)收縮.4影響縮孔容積的因素（補充）液態(tài)收縮，凝固收縮t縮孔容積t凝固期間，固態(tài)收縮t,縮孔容積I澆注速度J縮孔容積J澆注速度t液態(tài)收縮t易產(chǎn)生縮孔5縮松的形成由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補足，或者，因合金呈糊狀凝固，被樹枝狀晶體分隔開的小液體區(qū)難以得到補縮所至.宏觀縮松肉眼可見,往往出現(xiàn)在縮孔附近，或鑄件截面的中心.非共晶成分，結晶范圍愈寬，愈易形成縮松.微觀縮松凝固過程中，晶粒之間形成微小孔洞---凝固區(qū)，先形成的枝晶把金屬液分割成許多微小孤立部分，冷凝時收縮，形成晶間微小孔洞.凝固區(qū)愈寬，愈易形成微觀縮松，對鑄件危害不大,故不列為缺陷，但對氣密性，機械性能等要求較高的鑄件，則必須設法減少.（先凝固的收縮比后凝固的小，因后凝固的有液，凝，固三個收縮，先凝固的有凝，固二個收縮區(qū)一一這也是形成微觀縮松的基本原因.與縮孔形成基本原因類似）6縮孔，縮松的防止辦法基本原則：制定合理工藝一補縮，縮松轉化成縮孔.順序凝固：冒口一補縮同時凝固：冷鐵一厚處.減小熱應力，但心部縮松，故用于收縮小的合金.l 安置冒口，實行順序凝固，可有效的防止縮孔，但冒口浪費金屬,浪費工時，是鑄件成本增加.而且，鑄件內應力加大,易于產(chǎn)生變形和裂紋....主要用于凝固收縮大，結晶間隔小的合金.l 非共晶成分合金，先結晶樹枝晶，阻礙金屬流動，冒口作用甚小.l 對于結晶溫度范圍甚寬的合金，由于傾向于糊狀凝固，結晶開始之后，發(fā)達的樹枝狀骨狀布滿整個截面，使冒口補縮道路受阻，因而難避免顯微縮松的產(chǎn)生.顯然，選用近共晶成分和結晶范圍較窄的合金生產(chǎn)鑄件是適宜的.§3鑄造內應力，變形和裂紋凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中，其固態(tài)收縮若受到阻礙，鑄件內部就發(fā)生內應力，內應力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因.（有時相變膨脹受阻，負收縮）一內應力形成1熱應力：鑄件厚度不均，冷速不同，收縮不一致產(chǎn)生.塑性狀態(tài)：金屬在高于再結晶溫度以上的固態(tài)冷卻階段，受力變形，產(chǎn)生加工硬化，同時發(fā)生的再結晶降硬化抵消，內應力自行消失.（簡單說，處于屈服狀態(tài)，受力一變形無應力）彈性狀態(tài)：低于再結晶溫度，外力作用下，金屬發(fā)生彈性變形，變形后應力繼續(xù)存在.舉例：a）凝固開始，粗細處都為塑性狀態(tài)，無內應力?.?兩桿冷速不同，細桿快，收縮大，:受粗桿限制，不能自由收縮，相對被拉長，粗桿相對被壓縮，結果兩桿等量收縮.b）細桿冷速大，先進如彈性階段，而粗桿仍為塑性階段，隨細桿收縮發(fā)生塑性收縮，無應力.c）細桿收縮先停止,粗桿繼續(xù)收縮，壓迫細桿，而細桿又阻止粗桿的收縮，至室溫，粗桿受拉應力（+）,（-）由此可見，各部分的溫差越大，熱應力也越大,冷卻較慢的部分形成拉應力，冷卻較快的部分形成壓應力.

預防方法：1壁厚均勻2同時凝固一薄處設澆口，厚處放冷鐵優(yōu)點：省冒口，省工，省料缺點：心部易出現(xiàn)縮孔或縮松，應用于灰鐵錫青銅，因灰鐵縮孔、縮松傾向小，錫青銅糊狀凝固，用順序凝固也難以有效地消除其顯微縮松。2機械應力合金的線收縮受到鑄型或型芯機械阻礙而形成的內應力。機械應力是暫時的，落砂后，就自行消失.*機械應力與熱應力共同作用，可能使某些部位增加了裂紋傾向.預防方法：提高鑄型和型芯的退讓性.3相變應力冷卻過程中，固態(tài)相變時，體積會發(fā)生變化.如A—P,A—P體積會增大,Fe3C一石墨，體積t. 若體積變化受阻.則產(chǎn)生內應力--- 3鐵碳合金三種應力在鑄件不同部位情況如下表：鑄件部位熱應力相變應力機械應力共析轉變石墨化落砂前落砂后薄或外層 +++0厚或內層+ +0前面講過預防應力方法，若產(chǎn)生應力，還可通過自然時效和人工時效的方法消除應力.二變形與防止鑄件通過自由變形來松弛內應力，自發(fā)過程.鑄件廠發(fā)生不同程度的變形.舉例：平板鑄件「平板中心散熱慢,受拉力.平板下部冷卻慢.，發(fā)生如圖所示變形防止方法：1壁厚均勻，形狀對稱，同時凝固.2反變形法（長件，易變形件）殘余應力：自然時效，人工時效---低溫退火550—650℃三鑄件的裂紋與防止鑄件內應力超過強度極限時，鑄件便發(fā)生裂紋.1熱裂紋：高溫下形成裂紋特征：裂紋短，縫寬，形狀曲折.縫內呈氧化色，無金屬光澤，裂縫沿晶粒邊界通過，多發(fā)生在應力集中或凝固處. 灰鐵,球鐵熱裂少,鑄鋼，鑄鋁，白口鐵大.原因：1凝固末期，合金呈完整骨架+液體，強，塑J2 含S一熱脆 3退讓性不好預防：設計結構合理， 改善退讓性，控制含S量2冷裂紋：低溫下裂紋特征：裂紋細，連續(xù)直線狀或圓滑曲線，裂口表面干靜，具有金屬光澤，有時里輕微氧化色原因：復雜大工件受拉應力部位和應力集中處易發(fā)生；材料塑性差；P一冷脆預防：合理設計，減少內應力，控制P含量，提高退讓性§4鑄件中的氣體常見缺陷，廢品1/3.氣體在鑄件中形成孔洞.一氣孔對鑄件質量的影響1破壞金屬連續(xù)性2較少承載有效面積3氣孔附近易引起應力集中，機械性能Iak。-1；4彌散孔，氣密性J " 1二分類（按氣體來源）

1侵入氣孔：砂型材料表面聚集的氣體侵入金屬液體中而形成.氣體來源：造型材料中水分，粘結劑，各種附加物.特征：多位于表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形孔的內表面被氧化.形成過程：澆注---水汽（一部分由分型面，通氣孔排出，另一部分在表面聚集呈高壓中心點）一氣壓升高.溶入金屬——部分從金屬液中逸出一澆口，其余在鑄件內部，形成氣孔.預防：降低型砂（型芯砂）的發(fā)起量，增加鑄型排氣能力.2析出氣孔：溶于金屬液中的氣體在冷凝過程中，因氣體溶解度下降而析出，使鑄件形成氣孔.原因：金屬熔化和澆注中與氣體接觸（h2O2NOCO等）特征：分布廣，氣孔尺寸甚小，影響氣密性3反應氣孔：金屬液與鑄型材料，型芯撐，冷鐵或溶渣之間，因化學反應生成的氣體而形成的氣孔.如：冷鐵有銹 Fe3O4+C-Fe+COt ，冷鐵附近生成氣孔防止：冷鐵型芯撐表面不得有銹蝕：油污，要干燥.§5鑄件質量控制1合理選定鑄造合金和鑄件結構.2合理制定鑄件技術要求（允許缺陷，具有規(guī)定）3模型質量檢驗（模型合格一鑄件合格）4鑄件質量檢驗（宏觀，儀器）5鑄件熱處理：消除應力， 降低硬度，提高切削性，保證機械性能，退火，正火等第二章常用鑄造合金§1鑄鐵鑄鐵通常占機器設備總重量的50%以上.（2.5?4.0%C）一分類1按C在鑄鐵中存在形式不同，可分三類：1）白口鑄鐵：C微量溶于F外，全部以Fe3c形式存在，斷面銀白，硬，脆，難機械加工，很少用于制造零件.僅用于不沖擊，耐磨件. 如軋輥 3主要用途：煉鋼原料.也可處理成可鍛鑄鐵.2）灰口鑄鐵：C微量溶于鐵素體外,全部或大部以石墨形式存在，斷口灰色，應用最廣.3）麻口鑄鐵：有石墨，萊氏體.屬于白口鐵和灰口鐵之間的過渡組織，斷口黑白相間，麻點.硬，脆，難加工2根據(jù)石墨形態(tài)的不同，灰口鐵又分為：普通灰口鑄鐵：石墨片狀可鍛鑄鐵： 團絮狀球墨鑄鐵： 球狀蠕墨鑄鐵： 蠕蟲狀3按化學成分：普通鑄鐵合金鑄鐵：Si>4%Mn>2% 或一定量的TiMoCrCu等二灰口鑄鐵：占鑄鐵產(chǎn)品的80%以上

1性能顯微組織：金屬基體（鐵素體，珠光體）+片狀石墨相當于在鋼的基體上嵌入大量的石墨片1）機械性能：obEJ塑，韌 0.脆性（crispy）材料二石墨，軟脆強、比重小由于石墨的存在，減少了承載的有效面積.石墨片的邊緣形成缺口，應力集中，局部開裂,形成脆性斷裂，基本強度只利用30?50%，石墨越多，越粗大，分布越不均或呈方向性，則對基體的割裂越嚴重，機械性能越差.*灰口鑄鐵的抗壓強度受石墨的影響較小，與鋼的抗壓強度近似.灰口鐵的機械性能還與金屬基體類別有關（1）珠光體灰口鐵：珠光體基體上分布細小，均勻的石墨.???石墨對基體割裂較輕，故機械性能好.如齒輪（2）珠光體一鐵素體灰口鐵：???珠光體與鐵素體混合基體上分布粗大石墨，，強I適于一般機件，鑄造性，切削加工性，減振性，均由于前者.如齒輪箱（3）鐵素體灰口鐵...鐵素體基體分布多而粗大的石墨片，強硬J塑，韌性差（基體的作用遠趕不上石墨對基體的割裂作用）2）工藝性能：脆性材料不能鍛壓；可焊性差（易裂紋，焊區(qū)白口，難加工）鑄造性能好（缺陷少）；切削性能好（因石墨，崩碎切屑）3）減振性：t..?石墨有緩沖作用，阻止振動能量傳播，適于機床床身等4）耐磨性：t：1石墨是潤滑劑，脫落在磨擦面上.2灰口鐵摩擦面上形成大量顯微凹坑，能起儲存潤滑油的作用，是摩擦面上保持油膜連續(xù).，適于導軌襯套活塞環(huán)等5）缺口敏感性：；.??石墨已在鐵素體基體上形成大量的缺口.所以，外來缺口（鍵槽，刀痕）對灰口鐵的疲勞強度影響甚微,提高了零件工作的可靠性2影響鑄鐵組織和性能的因素*鑄鐵中的碳可能以化合狀態(tài)下65）或自由狀態(tài)（石墨）存在.灰鐵中，一方面分析：C化合=0.8%時，為珠光體灰鐵，石墨片細小，分布均勻，強硬度高，可制造較重要的零件.口 C化合＜0.8%時，珠光體+鐵素體灰口鐵強度低，適于一般機件，其鑄造性能，切削加工性和減振性均優(yōu)于前者.C化合=0時鐵素體灰口鐵 強硬低塑韌；很少用另一方面分析：鑄鐵的組織和性能與石墨化程度有關.*影響石墨化的主要因素：1）化學成分：Ct石墨化tSit石墨化t（Si與Fe結合力比與C強，能增大鐵水和固態(tài)鑄鐵中碳原子的游離擴散能力）???（1）C,Si過高，形成鐵素體灰鐵，強JJ過低，易形成硬脆的白口組織，并給熔化和鑄造增加困難.，合理含量：2.5~4.0%C,1.0~3.0%Si???（2）St石墨化J FeS一熱脆 易形成白口

，一般0.15%以下.(3)Mnt石墨化J合理含量：0.5?1.4%少量:Mn+S—MnS,Mn+FeS-Fe+MnS,MnS比重小，進入溶渣.Mn溶于F,提高基體強度.過多：阻止石墨化.(4)P促進石墨化，但不明顯，多一冷脆，合理量0.3%以下2)冷卻速度：冷卻速度增加阻礙石墨化灰口一麻口一白口3灰口鐵的孕育處理為了提高灰口鐵的強度，硬度，盡量使石墨片細化，對其進行孕育處理.即加入許多外來質點，增加石墨結晶核心,得到珠光體灰鐵，受冷卻速度影響小孕育鑄鐵(又叫變質鑄鐵)，適于較高強度，高耐磨性，氣密性鑄件常用孕育劑：令Si75%的硅鐵，加入量為鐵水的0.25?0.6%.沖入孕育劑.與Si對石墨化影響一致4灰口鑄鐵的生產(chǎn)特點沖天爐熔煉：「SiMn易氧化.，配料時增加含量.為降低含S量，選優(yōu)質鐵料和焦炭，減少從焦炭中吸S.在熔煉高牌號鑄鐵時,加廢鋼以控制含C量.(如孕育鑄鐵，原鐵水含C,Si低，防止加入孕育劑后石墨粗)鑄造性能優(yōu)良，便于鑄出薄而復雜的鑄件，(流動性好，收縮；)一般不需冒口，冷鐵，使工藝簡化.一般不用熱處理,或僅需時效.5牌號和用途牌號：HT+三位數(shù) HT—灰鐵，數(shù)一抗拉強度參考值Mpa (N/mm。*選牌號時必須參考壁厚類別鑄件壁厚mm抗拉強度Mpa硬度HBS類別鑄件壁厚mm抗拉強度Mpa硬度HBSHT1002.5~10130110~167HT1502.5~10175136~20510~2010093~14010~20145119~17920~309087~13120~30130110~16730~508082~12230~50120105~157此表中的鑄件壁厚為鑄件工作時主要負荷處的平均厚度.三可鍛鑄鐵(又叫馬鐵)白口鐵晶石墨化退火而成的一種鑄鐵二石墨呈團絮狀，故抗拉強度t且塑，韌T1牌號及應用：KTH(KTZ)+3位數(shù)+2位數(shù)KTH—F基體黑心 KTZ---P基體3位數(shù)一抗拉強度，2位數(shù)---延伸率如KTH300—06,KTZ450—06應用：形狀復雜，承受沖擊載荷的薄壁小件(KTH),曲軸，連桿,齒輪等(KTZ)2生產(chǎn)特點生產(chǎn)過程：白口鐵一石墨化退火(920?980℃,保溫10?20h)一團絮狀石墨...必須采用C,Si含量低的鐵水，防石墨化.通常2.4?2.8%C,0.4~1.4%Si熔點比灰鐵高，凝固溫度范圍大，流動性不好，液固兩相區(qū)寬，砂型耐火性要求高. 周期長(40?70h),成本高.四球墨鑄鐵鐵水中加入球化劑，孕育劑1球鐵的組織和性能組織：鐵素體球鐵：塑性，韌性t鐵素體+珠光體球鐵：兩者之間珠光體球鐵：強度，硬度t牌號：QT+三位數(shù)+兩位數(shù)數(shù)字含義與可鍛鑄鐵相同

性能：強度塑性韌性遠遠超過灰鐵，由于可鐵，鑄造性，減振性,切削性，耐磨性等良好疲勞強度語中碳鋼接近熱處理性能好（退火，正火，調質等，淬火（等溫淬火））應用：受力復雜,負荷較大的重要零件...鑄造工藝比鑄鋼簡單,成本低，性能好，代許多鑄鋼,可鍛鑄鐵件2生產(chǎn)特點⑴鐵水：Ct（3.6?4.0%）接近共晶成分，可改善鑄造性能和球化結果St（＜=0.07%）S易與和球化劑合成硫化物，浪費球化劑PJ（＜=0.1%）提高塑性，韌性鐵水出爐1400℃以防球化后溫度過低.⑵球化處理和孕育處理球化劑（稀土鎂合金），使石墨呈球狀析出孕育劑：（硅鐵75%Si）促使石墨化，防白口.使石墨細化，分布均勻先用2/3鐵水沖入球化劑，充分反應后，用1/3鐵水沖入孕育劑，進行孕育.處理后的鐵水要及時澆注，保證球化效果.⑶鑄造工藝：比灰鐵易產(chǎn)生縮孔，縮松，夾渣等a熱節(jié)上安冒口，冷鐵一補縮b增加鑄型剛度，防止鑄件外形擴大一石墨膨脹cS；殘余鎂量；降低型砂含水量一氣孔J（侵入）Mg+H2O=MgO+H2t MgS+H2O=MgO+H2stD澆注系統(tǒng)應使鐵水平穩(wěn)流入:并有良好的擋渣效果⑷熱處理：退火：鐵素體基體，塑韌tQT420-10以上正火：珠光體基體強度硬tQT600-2以上.§2鑄鋼鋼鐵件也是一種重要的鑄造合金，產(chǎn)量僅次于灰鐵，約為可鐵和球鐵的和.一鑄鋼的類別和性能二類：鑄造碳鋼應用廣泛：ZG+兩位數(shù)（含C萬分之幾）鑄造合金鋼性能：強塑韌可焊性t應用：適于制造形狀復雜的，強和韌性要求高的零件鑄一焊大件 火車輪鍛錘機架等二生產(chǎn)特點1熔煉：電弧爐（多用），感應爐（合金鋼中小件），平爐等電弧爐:利用電極與金屬爐料間電弧產(chǎn)生熱量熔煉金屬.優(yōu)點：鋼液質量高,熔煉速度快（一爐2~3h）溫度容易控制,適于各類鑄鋼件原料:廢鋼生鐵鐵合金等造渣材料氧化劑增碳劑等感應爐：利用感應圈中交流電的感應作用，使金屬爐料（鋼液）產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生熱量.優(yōu)點：加熱速度快，熱量散失少.氧化輕.2鑄造工藝：二 鋼澆注溫度高，流動性差，易吸氣，氧化.體積收縮約為鑄鐵的三倍，易產(chǎn)生缺陷（氣孔縮松變形裂紋等），型砂：高耐火性強透氣退讓性t 加冒口，冷鐵一消耗大量鋼水3熱處理;晶粒粗大.組織不均，內應力，強塑J

...正火：機械性能t成本J內應力t退火：機械性能J成本t內應力J形狀復雜，易裂紋的鑄件，或易硬化的鋼退火為宜.§3有色金屬一銅及銅合金1純銅：導電導熱t(yī)塑t（面心）強硬J2黃銅：Cu+Zn—普通黃銅 Cu+Zn+Pb,Al,Si等特殊黃銅可鑄可鍛3青銅：除黃銅，白銅（銅鎳合金）以外的，銅與其它元素組成.錫青銅：Sn+Cn耐磨耐蝕鋁青銅：耐磨耐蝕4鑄造工藝熔煉：易氧化吸氣①防氧化：液面蓋上溶劑（碎玻璃，蘇打，鵬砂）②脫氧:Cu+O2-Cu2O（氧化亞銅）塑J加磷銅脫氧普通黃銅和鋁青銅因有Zn能脫氧③除氣：錫青銅：吹N2N2上浮帶出H2 鋁青銅：吹N2 黃銅：沸騰法Zn（907℃）蒸汽帶出H2,④精煉除渣:鋁青銅液中有al2O3加堿性溶劑（蘇打，瑩石等）精練,造出比重小，熔點低的溶渣.熔煉用坩堝爐鑄造：①細砂鑄型—光潔減少切削量，粘砂②澆注時勿斷流一防氧化③澆注系統(tǒng)使液流平穩(wěn)流入一防飛濺④加冒口一補縮（錫青銅出外）二鋁及鋁合金1純鋁：導電t導熱t(yī)塑t抗蝕t（Al2O3） L1L2……L7號大,越不純2鋁合金：比重輕熔點低導電導熱3耐蝕t鑄造鋁合金分四類：鋁硅合金（硅鋁明）：機械性能t耐蝕性，鑄造性1 適于形狀復雜或氣密性要求高的零件.如內燃機氣缸鋁銅合金：強，耐熱t(yī)比重大，鑄造性1（熱裂紋t疏松t）應用：高強度，高溫件如活塞牌號：ZL201鋁鎂合金:強度t耐蝕t耐熱J鑄造性1應用：受沖擊載荷耐蝕件，形狀簡單鋁鋅合金：強較高