工程材料和热处理课件.ppt

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1、第二章机械工程常用材料及钢的热处理精密机械设计基础主要内容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第四节钢的热处理第五节表面精饰第六节精密仪器材料选用原则第一节概述机械工程材料金属材料非金属材料黑色金属钢有色金属铸铁合金钢无机非金属材料有机材料塑料橡胶陶瓷合成纤维铝合金铜合金其他有色合金按用途分结构材料：要求材料具有强度韧性，塑性，硬度，耐磨，耐腐，耐高（低温）温等功能性材料：具有导电，光，热，声，磁功能的材料材料分类第二节金属材料的力学性能应力极限弹性阶段弹性极限P屈服阶段屈服极限S强化阶段强度极限B

2、颈缩阶段第二节金属材料的力学性能强度：材料抵抗破坏的能力强度条件max[]刚度：材料抵抗变形的能力（E、G）塑性：材料破坏时，遗留变形的大小伸长率、断面收缩率硬度：材料抵抗硬物压入的能力布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV疲劳强度：材料抵抗交变载荷破坏的能力第二节金属材料的力学性能影响力学性能的主要因素含碳量：碳，强度和硬度，塑性合金元素：改善综合性能，得到特殊性能温度：温度，强度和硬度，塑性热处理工艺：改变力学性能第三节常用工程材料一黑色金属－钢1、碳钢：含碳量大于0.0218%而小于2.11%

3、的铁碳合金。低碳钢＜0.25％，中碳钢0.25~0.6％，高碳钢＞0.6％。特点：较好的机械性能和工艺性能，量大价低。但淬透性、回火抗力较差，屈强比低。注①回火抗力:钢能够抵抗随着回火温度升高后其强度，硬度不被降低的能力.②屈强比:钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越大，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。2、合金钢：人为加入合金元素，以提高钢的性能并获得某些特殊性能。一般具有高的强度、韧性、硬度。第三节常用工程

4、材料黑色金属－铸铁1、灰铸铁：C－自由状态的片状石墨形式成本低，铸造性、减振性好，抗压强度高，但脆性很大，不宜承受冲击载荷。2、球墨铸铁：C－球状石墨形式具有较高的延展性和耐磨性。强度高（近于碳素结构钢），减振性优，可承受冲击载荷。第三节常用工程材料有色金属1、铜及其合金：良好的导电性、导热性、耐蚀性和延展性。纯铜、黄铜、青铜锡青铜、铝青铜、铍青铜2、铝及其合金：纯铝、铸铝、硬铝3、钛及其合金：纯钛、钛合金第三节常用工程材料非金属1、工程塑料：密度小，比强度高，耐腐蚀性能好，优良的电绝缘性，耐磨、减摩及自润滑性能好，易加工

5、，易老化，难回收。2、橡胶：高弹耐磨，绝缘性好，不透水、气，但易老化。3、人工合成矿物－刚玉：高的弹性模量和硬度。－石英：具有压电效应。种类普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗其他热处理钢的热处理:加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获得所需性能。第四节钢的热处理热处理的目的：第四节钢的热处理退火：加热（100ºC~150ºC/h）、保温、随炉冷却（50ºC~100ºC/h）目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力，预先热处理工艺种类：1

6、、完全退火2、球化退火3、扩散退火4、去应力退火完全退火（fullannealing）将亚共析钢加热至AC3以上20～30℃，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓慢冷却，从而得到接近平衡的组织，这种热处理工艺称为完全退火。所谓“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶。通过完全退火来细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。完全退火只适用于亚共析钢，不宜用于过共析钢，过共析钢缓冷后会析出网状二次渗碳体。使钢的强度、塑性和韧性大大降低。1.球化退火（Spheroidizing）：

7、球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ar1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。2适用范围球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，

8、不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的