机械制造典型工艺的金属材料及热处理.ppt

机械制造典型工机械制造典型工艺的金属材料的金属材料及及热处理理机械类培训内容题纲 以典型的轴类零件和箱体类零件为例分别从以下几个方面进行介绍其制造工艺特性 功能用途、结构特点及主要的技术要求（如尺寸精度、几何形状精度、位置精度、表面粗糙度等等）常用材料及热处理针对轴类零件和箱体类零件表面的结构特点及技术要求进行工艺过程分析与介绍定位基准选择主要表面加工方法的选择加工阶段划分要求热处理工艺的安排加工顺序一、预备知识1.简单的热处理知识2.常用金属材料3.公差与配合常识4.六点定位原理二、轴类零件加工工艺1.轴的功用与类型2.加工工艺3.举例三、箱体类零件加工工艺1.箱体类零件的特点2.“一面两孔”定位3.应用举例第一课 简单的热处理知识铁碳平衡图（），又称铁碳相图或铁碳状态图。它以温度为纵坐标，碳含量为横坐标,表示在接近平衡条件（铁-石墨）和亚稳条件（铁碳化铁）下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。铁碳平衡图 早在 1868 年，俄国学者切尔诺夫就注意到只有把钢加热到某一温度”a”以上再快冷,才能使钢淬硬,从而有了临界点的概念。至18871892年奥斯蒙等利用热分析法和金相法发现铁的加热和冷却曲线上出现两个驻点，即临界点A3和A2，它们的温度视加热或冷却(分别以和表示)过程而异。奥斯蒙认为这表明铁有同素异构体，他称在室温至A2温度之间保持稳定的相为铁；A2A3间为铁；A3以上为铁。1895年，他又进一步证明，如铁中含有少量碳,则在690或710左右出现临界点,即1点,标志在此温度以上碳溶解在铁中,而在低于这一温度时,碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来,随铁中碳量提高，3下降而与2相合,然后断续下降，至含碳为0.80.9时与1合为一点。1904年又发现A4至熔点间为铁。以上述临界点工作的成果为基础，1899年罗伯茨奥斯汀制定了第一张铁碳相图；而洛兹本 更首先在合金系统中应用吉布斯相律,于1990年制定出较完整的铁碳平衡图。随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修订，日臻完善。目前采用的铁碳平衡图示于图1，图中各重要点的温度、浓度及含义如下表所列。当铁中含碳量不同时，得到的典型组织如图2所示。钢的热处理工艺钢的热处理工艺钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面热处理等方法。其中回火又包括高温回火、中温回火和低温回火。钢的回火 将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火时以降低了硬度和脆性，换取较好的韧性调质（）即淬火和高温回火的综合热处理工艺。调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。总之，零件处在各种复合应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件，如轴类、连杆、螺栓、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多。因此，调质处理在热处理中占有很重要的位置。在机械产品中的调质件，因其受力条件不同，对其所要求的性能也就不完全一样。一般说来，各种调质件都应具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性的适当配合，以保证零件长期顺利工作。调质通常指淬火高温回火，以获得回火索氏体的热处理工艺。方法也就是先淬火，淬火温度：亚共析钢为3+3050；过共析钢为1+3050；合金钢可比碳钢稍稍提高一点。淬火后在500650进行回火即可。调质的主要目的是得到强度、塑性、韧性都比较好的综合机械性能。但是,同时应该注意,还有调质钢这一说，调质钢是在冶炼钢材时候加锰,硅进行的过程，要注意区别。退火;退火 是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的 是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。退火定义将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。1、金属工具使用时因受热而失去原有的硬度。2、把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却。退火可以减低金属硬度和脆性，增加可塑性。也叫焖火。退火的目的退火的目的(1)降低硬度，改善切削加工性；(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。在生产中，退火工艺应用很广泛。根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。退火方法退火方法 退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的3以上、1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。淬火淬火;钢的淬火是将钢加热到临界温度3（亚共析钢）或1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到以下（或附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。淬火目的淬火目的 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。淬火工艺淬火工艺将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。淬火工件的硬度淬火工件的硬度淬火工件的硬度影响了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度计，测试硬度。淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测试的硬度。厚度小于0.8的淬火钢板、浅层表面淬火工件和直径小于5的淬火钢棒，可改用表面洛氏硬度计，测试硬度。在焊接中碳钢和某些合金钢时，热影响区中可能发生淬火现象而变硬，易形成冷裂纹，这是在焊接过程中要设法防止的。由于淬火后金属硬而脆，产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不影响硬度的基础上，消除冷裂纹的手段之一。淬火对厚度、直径较小的零件使用比较合适，对于过大的零件，淬火深度不够，渗碳也存在同样问题，此时应考虑在钢材中加入铬等合金来增加强度。淬火是钢铁材料强化的基本手段之一。钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相(表1)，故钢件淬火可以获得高硬度、高强度。但是，马氏体的脆性很大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直接应用，必须进行回火。淬火工艺的应用淬火工艺的应用淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。为满足各种零件干差万别的技术要求，发展了各种淬火工艺。如，按接受处理的部位，有整体、局部淬火和表面淬火；按加热时相变是否完全，有完全淬火和不完全淬火(对于亚共析钢，该法又称亚临界淬火)；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。工艺过程 包括加热、保温、冷却3个阶段。下面以钢的淬火为例，介绍上述三个阶段工艺参数选择的原则。淬火加热温度淬火加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。淬火温度选择原则适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。亚共析钢加热温度为3温度以上3050。从图上看，高温下钢的状态处在单相奥氏体(A)区内，故称为完全淬火。如亚共析钢加热温度高于1、低于3温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全(或亚临界)淬火。过共析钢淬火温度为1温度以上3050，这温度范围处于奥氏体与渗碳体()双相区。因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。这-组织状态具有高硬度和高耐磨性。对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。实际生产中，加热温度的选择要根据具体情况加以调整。如亚共析钢中碳含量为下限，当装炉量较多，欲增加零件淬硬层深度等时可选用温度上限；若工件形状复杂，变形要求严格等要采用温度下限。表2常用钢种淬火的加热温度淬火保温淬火保温淬火保温时间 由设备加热方式、零件尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确定。对整体淬火而言，保温的目的是使工件内部温度均匀趋于一致。对各类淬火，其保温时间最终取决于在要求淬火的区域获得良好的淬火加热组织。加热与保温是影响淬火质量的重要环节，奥氏体化获得的组织状态直接影响淬火后的性能。-般钢件奥氏体晶粒控制在58级。淬火冷却淬火冷却要使钢中高温相奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有一定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。淬火方式淬火方式单介质淬火单介质淬火工件在一种介质中冷却，如水淬、油淬。工件在一种介质中冷却，如水淬、油淬。优点是操作简单，易于实现机械化，应用广泛。优点是操作简单，易于实现机械化，应用广泛。缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。易淬透。双介质淬火双介质淬火工件先在较强冷却能力介质中冷却到工件先在较强冷却能力介质中冷却到300300左右，再在一种冷却能力较弱的介质中冷却，左右，再在一种冷却能力较弱的介质中冷却，如：先水淬后油淬，可有效减少马氏体转变的如：先水淬后油淬，可有效减少马氏体转变的内应力，减小工件变形开裂的倾向，可用于形内应力，减小工件变形开裂的倾向，可用于形状复杂、截面不均匀的工件淬火。双液淬火的状复杂、截面不均匀的工件淬火。双液淬火的缺点是难以掌握双液转换的时刻，转换过早容缺点是难以掌握双液转换的时刻，转换过早容易淬不硬，转换过迟又容易淬裂。为了克服这易淬不硬，转换过迟又容易淬裂。为了克服这一缺点，发展了分级淬火法。一缺点，发展了分级淬火法。分级淬火分级淬火工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在点附近，工件在这一温度停留25，然后取出空冷，这种冷却方式叫分级淬火。分级冷却的目的，是为了使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。分级温度以前都定在略高于点，工件内外温度均匀以后进入马氏体区。现在改进为在略低于点的温度分级。实践表明，在点以下分级的效果更好。例如，高碳钢模具在160的碱浴中分级淬火，既能淬硬，变形又小，所以应用很广泛。等温淬火等温淬火工件在等温盐浴中淬火，盐浴温度在贝氏体区的下部工件在等温盐浴中淬火，盐浴温度在贝氏体区的下部(稍高于稍高于)，工件等温停留较长时间，直到贝氏体转变结束，工件等温停留较长时间，直到贝氏体转变结束，取出空冷。等温淬火用于中碳以上的钢，目的是为了获得取出空冷。等温淬火用于中碳以上的钢，目的是为了获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低碳钢一下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低碳钢一般不采用等温淬火。般不采用等温淬火。表面淬火表面淬火表面淬火是将刚件的表面层淬透到一定的深度，而心表面淬火是将刚件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。感应淬火感应淬火感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。件进行加热。正火;正火，又称常化，是将工件加热至3或以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火后的组织：亚共析钢为，共析钢为S，过共析钢为二次渗碳体，且为不连续。正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于0.25的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为0.250.5的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。钢件的热处理工艺正火 钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。正火是将钢件加热到临界温度以上30-50,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。回火 回火是工件淬硬后加热到1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：(a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；(b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；(c)稳定组织与尺寸，保证精度；(d)改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。(1)低温回火低温回火工件在250以下进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性 回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：5864，高的硬度和耐磨性。应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。(2)中温回火中温回火工件在250500 之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。力学性能：3550，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。(3)高温回火高温回火工件在500以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。力学性能：200350，较好的综合力学性能。应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。45钢正火和调质后性能比较见下表所示。45钢(2040)正火和调质后性能比较 注意事项 将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经回火处理才能使用。钢中的淬火马氏体，是碳在中的过饱和固溶体,具有体心正方结构，其正方度随含碳量的增加而增大(1+0.045C)。马氏体组织在热力学上是不稳定的，有向稳定组织过渡的趋势。许多钢淬火后还有一定量的残留奥氏体，也是不稳定的，回火过程中将发生转变。因此，回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火钢，使钢中的热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程。转变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和组织，以及加热温度而有所不同。热处理知识退火：加热-保温-随炉冷却用来消除铸、锻、焊零件的内应力，降低硬度，以利切削加工，细化晶粒，改善组织，增加韧性热处理知识正火：Z 加热-保温-空气冷却用于处理低碳钢、中碳结构钢及渗碳零件，细化晶粒，曾加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能 热处理知识淬火：C C48(淬火回火45-50)加热-保温-急冷 提高机件强度及耐磨性。但淬火后引起内应力，使钢变脆，所以淬火后回火热处理知识调质：T T235（调质至220-250）淬火-高温回火提高韧性及强度。重要的齿轮、轴及丝杠等零件需要调质热处理知识高频淬火：G G52（高频淬火后回火至50-55）用高频电流将零件表面加热-急速冷却提高机件表面的硬度及耐磨性，而心部保持一定的韧性，使零件既耐磨又能承受冲击，常用来处理齿轮中频或高频交流电(1000-300000或更高)工频（50）热处理知识渗碳淬火：S0.559（渗碳层深0.5，淬火硬度56-62）将零件在渗碳中加热，使渗入钢的表面后，在淬火回火 渗碳深度0.5-2提高机件表面的硬度、耐磨性、抗拉强度等适用于低碳、中碳（C0.40%）结构钢的中小型零件热处理知识氮化：D D0.3-900（氮化深度0.3，硬度大于850）将零件放入氨气内加热，使氮原子渗入到钢表面。氮化层0.025-0.8，氮化时间40-50小时提高机件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀能力。适用于合金钢、碳钢、铸铁件，如机床主轴、丝杠、重要液压元件中的零件38铝在高温下对氮原子有亲和作用热处理知识氰化：Q Q59（氢化淬火后，回火至26-62）钢件在碳、氮中加热，使碳、氮原子同时渗入钢表面。可得到0.2-0.5氢化层提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性，用于要求硬度高、耐磨的中小型、薄片零件及刀具等热处理知识时效：时效处理 机件精加工前，加热到100-150后，保温5-20小时-空气冷却，铸件可天然时效（露天放一年以上）消除内应力，稳定机件形状和尺寸，常用于处理精密机件，如精密轴承、精密丝杠等表面处理发蓝发黑：发蓝或发黑 将零件置于氧化剂内加热氧化，使表面形成一层氧化铁保护膜防腐蚀、美化，如用于螺纹连接件表面处理镀镍：使用电解方法，在钢件表面镀一层镍 防腐蚀、美化镀铬：使用电解方法，在钢件表面镀一层铬提高表面硬度、耐磨性和耐蚀能力，也用于修复零件上磨损了的表面铬：装饰镉：硬度镀镍、镀铜做底层硬度知识依测定方法不同而有布氏、洛氏、维氏等几种（布氏硬度）、（洛氏硬度）、（维氏硬度）1.材料抵抗硬物压入其表面的能力 2.检验材料经热处理后的机械性能3.硬度用于退火、正火、调质的零件及铸件。4.用于经淬火、回火及表面渗碳、渗氮等处理的零件。5用于薄层硬化零件是用一定的力将一定直径（是用一定的力将一定直径（2.5、5、10）的钢球压向被测材料的表面，然后）的钢球压向被测材料的表面，然后测量被测材料表面钢球压痕的直径以判测量被测材料表面钢球压痕的直径以判断材料的硬度。断材料的硬度。材料的原始状态和钢材的退火、正火或材料的原始状态和钢材的退火、正火或调质常用。调质常用。有有A、B、C3三种。三种。A和和C 用用120度的金刚石正圆锥体作测头，度的金刚石正圆锥体作测头，B用直径用直径1.588的钢球作测头。的钢球作测头。测量方法都是先用一个预压力将测头压测量方法都是先用一个预压力将测头压在被测材料的表面，再施以主压力，然在被测材料的表面，再施以主压力，然后撤除主压力，测量压入深度判断材料后撤除主压力，测量压入深度判断材料的硬度。的硬度。是对的一种改良。是对的一种改良。因因120度的正圆锥体不符合金刚石的晶度的正圆锥体不符合金刚石的晶体结构，不易磨好，所以将测头改为棱体结构，不易磨好，所以将测头改为棱圆椎体，顶端可以制作得非常精良。圆椎体，顶端可以制作得非常精良。测量方法同。测量方法同。和用来测量材料经表面热处理，如氮化、和用来测量材料经表面热处理，如氮化、渗碳以后的表面硬度，渗碳以后的表面硬度，常用于测量淬火后硬度。常用于测量淬火后硬度。第二课 常用金属材料1.碳素结构钢2.优质碳素结构钢3.铬钢4.铬锰钛钢5.铸钢6.灰铸铁7.球墨铸铁8.可锻铸铁9.有色金属及合金碳素结构钢Q215 A级、B级金属构件、拉杆、套圈、铆钉、螺栓、短轴、心轴、凸轮（载荷不大）、垫圈；渗碳零件及焊接件Q235 A级、B级、C级、D级 金属构件，心部强度要求不高的渗碳或氰化零件，吊钩、拉杆、套圈、汽缸、齿轮、螺栓、螺母、连杆、轮轴、楔、盖及焊接件“Q”为碳素结构钢屈服点“屈”的汉语拼音首字母A3Q275 轴、轴销、刹车杆、齿轮、螺栓、螺母、垫圈、连杆及其他强度较高的零件优质碳素结构钢08F可塑性能好的零件：管子、垫圈、渗碳件、氰化件10 15 20 25 10拉杆、卡头、垫圈、焊接件 15渗碳件、紧固件、冲模锻件、化工贮器 20杠杆、轴套、钩、螺钉、渗碳件、氰化件 25轴、辊子、连接器、紧固件中的螺栓、螺母 牌号的两位数字表示平均碳的质量分数万分数F代表沸腾钢含碳量在0.25%以下的为低碳钢（渗碳钢）板料拉伸08中碳钢30 曲轴、转轴、轴销、连杆、横梁、星轮35 曲轴、拉杆、摇杆、键、销、螺栓40 齿轮、齿条、链轮、凸轮、轧辊、曲柄轴45 齿轮、轴、联轴器、衬套、活塞销、链轮50 活塞杆、轮轴、齿轮、不重要的弹簧55 齿轮、连杆、扁弹簧、轧辊、偏心轮、轮圈、轮缘60 叶片、弹簧锰钢30 螺栓、杠杆、制动板40 用于承受疲劳载荷的零件，轴、曲轴、万向联轴器50 用于高负荷下耐磨的热处理零件，齿轮、凸轮、摩擦片60 弹簧、发条推土机的铲刃电动磨的磨片65铬钢15 渗碳齿轮、凸轮、活塞销、离合器20 较重要的渗碳件30 重要的调质零件：轮轴、齿轮、摇杆、螺栓40 较重要的调质零件：齿轮、进气阀、辊子、轴45 强度及耐磨性高的轴、齿轮、螺栓钢中加入一定量的合金元素，提高了钢的力学性能和耐磨性，也提高了钢的淬透性，保证金属在较大截面上获得高的力学性能铬锰钛钢18 汽车上重要渗碳件：齿轮30 汽车、拖拉机上强度特高的渗碳齿轮40 强度高、耐磨性高的大齿轮、主轴不锈钢1189113213313413白钢刀方 W184V2高速钢一般含大于13%的为不锈钢，低于13%的为耐热钢铸钢25 机座、箱体、支架（万分碳含量）230-450 轧机机架、铁道车辆摇枕、侧梁、铁铮台、机座、箱体、锤轮、450以下的管路附件等为工程用铸钢 表示屈服点为230，抗拉强度450灰铸铁 100 低强度铸铁：盖、手轮、支架 150 中强度铸铁：底座、刀架、轴承座、胶带轮、端盖 200、250 高强度铸铁：床身、机座、齿轮、凸轮、气缸泵体、联轴器 300、350 高强度耐磨铸铁：齿轮、凸轮、重载荷床身、高压泵、阀壳体、锻模、冷冲压模“”表示灰铸铁，后面的数字表示抗拉强度值（）球墨铸铁 800-2、700-2、600-2 具有较高的强度，但塑性低：曲轴、凸轮轴、齿轮、气缸、缸套、轧锟、水泵轴、活塞环、摩擦片500-5、420-10、400-17 具有较高的塑性和适当的强度，用于承受冲击负荷的零件“”表示球墨铸铁，其后第一组数字表示抗拉强度值（），第二组数字表示延伸率（%）可锻铸铁 300-06、330-08*、350-10、370-12*黑心可锻铸铁：用于承受冲击震动的零件，如汽车、拖拉机、农机铸铁 350-04、380-12、400-05、450-07 白心可锻铸铁：韧性较低，但强度高，耐磨性、加工性好。可代替低、中碳钢及低合金钢的重要零件，如曲轴、连杆、机床附件等“”表示可锻铸铁，“H”表示黑心“B”表示白心，第一组数值表示抗拉强度（），第二组数值表示延伸率（%）（注：1300-06适用于气密性零件。2.有*号的为推荐性牌号）普通黄铜：H62 散热器，垫圈，弹簧、各种网，螺钉等“H”表示黄铜，后面上的数字表示平均含铜量的百分数铸造黄铜：58-2-2 轴瓦，轴套及其它耐磨零件牌号的数字表示含铜、锰、铅的平均百分数离心铸造铸造锡青铜 555 用于承受摩擦的零件，如轴承“Z”为铸造汉语拼音的首字母，各化学元素后面的数字表示该元素含量的百分数铸造铝青铜：92、103 强度高，减磨性、耐蚀性、铸造性良好，可用于制造蜗轮、衬套和防锈零件“Z”为铸造汉语拼音的首字母，各化学元素后面的数字表示该元素含量的百分数铸造铝合金 201、301、401 载荷不大的薄壁零件，需保持固定尺寸的零件102表示含硅（10-13）%、余量为铝的铝硅合金。202表示含铜（9-11）%、余量为铝的铝铜合金硬铝 适用于中等强度的零件，焊接性能好切削刀具材料(1)刀具材料应具备的性能高硬度。常温硬度在60以上。足够的强度和韧性。抗弯强度足够，抵抗冲击振动的韧性足够。高耐磨性。抵抗磨损能力高，保持刀刃锋利高热硬性。高温下保持高的硬度。良好的工艺性。便于刀具制造和热处理。(2)刀具材料种类A.普通刀具材料（a）碳素工具钢 含碳量：0.71.3%，硬度：61-65，热硬性：200-250，速度：0.1-0.2。淬火后易变形和开裂，适用于简单、低速的手工工具，如锉刀、锯条、刮刀等。常用牌号：T10A、T12A。T7、T8、T10、T10A、T12、T12A、T13含碳量增加、热处理后的硬度不再增加，但耐磨性增加（b）合金工具钢 碳素工具钢中加入适量的铬（）、钨（W）、锰（）、硅（）等合金元素，提高材料的热硬性、耐磨性和韧性。硬度：61-65，热硬性：300-350，速度0.25-0.3。淬火变形小、淬透性好。常用于制造形状复杂、低速加工和要求热处理变形小的刀具，如丝锥、板牙等。常用的牌号有和9等。（c）高速钢 高速钢又称白钢、锋（或风）钢，钢中加入铬（）、钨（W）、钒（V）、钼（）等合金元素的高合金工具钢。淬火硬度：63-67，热硬性：500-600，允许切削速度：40。高速钢有较高的抗弯强度和冲击韧度，热处理变形小，刃磨性能好，常用于制造各种形状复杂的成型刀具和精加工刀具，如钻头、铰刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具等，常用牌号有W184V、W654V2等。（d）硬质合金 硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化钨（）、碳化钛（）等金属碳化物作基体，用钴（）、镍（）、钼（）作粘结剂，用粉末冶金的方法烧结而成。硬度：74-82，热硬性：可达800-1000，切削速度：100-300，较高速钢高4-10倍，耐用度比高速钢高几十倍，但其抗弯强度和韧性比高速钢低，工艺性也不如高速钢，常用于制造结构较为简单的刀具，如车刀、端铣刀、刨刀等。根据国标2075-87，硬质合金主要分为P、M、K三个主要类别。铜焊（粉末或薄铜片）焊药（硼砂）P类硬质合金（蓝色）：旧牌号钨钛钴硬质合金，有组成。由于加入了，耐磨性及耐热性比K类硬质合金更高，但相应的含减少，韧性较差，适于加工长屑的黑色金属，如钢、铸钢等。常用牌号有P01、P10、P20、P30、P40、P50等。数字越大，的含量愈多，耐热性和耐磨性能越好、但韧性越差。粗加工选用含少的牌号（如P01），精加工可选用含多的牌号。M类硬质合金（黄色）：旧牌号通用硬质合金，由（）组成。有较好抗弯强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性、高温硬度，适于加工长切屑的黑金属材料，如钢、铸钢、不锈钢、灰口铸铁、有色金属等。常用牌号有：M10、M20、M30、M40等，数字越大，耐磨性越低而韧性越大，精加工选用M10，半精加工选用M20，粗加工选用M30。钽铌K类硬质合金（红色）：旧牌号钨钴硬质合金，由组成。韧性较好，抗弯强度较大，热硬性稍差，适于加工短切削的黑色金属、有色金属及非金属材料，如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等。代号有：K01、K10、K20、K30、K40等，数字越大含量越高，耐磨性越低而韧性越高。精加工可用K01；半精加工可用K10、K20；粗加工选用K30、K40。（e）涂层刀具材料 涂层刀具材料是在硬质合金或高速钢的基体上，涂一层几微米（5-12m）厚的高硬度、耐磨性高的金属化合物（、2O3等）构成，涂层硬质合金刀具的耐用度比不涂层的至少提高1-3倍，涂层高速钢刀具的耐用度比不涂层的至少提高2-10倍。国内涂层硬质合金刀片牌号有、等。涂层刀片：银灰色，5-7m 涂层刀片：金黄色，8-12m超硬刀具材料陶瓷：主要由纯2O3或在2O3中一定的金属元素或金属化合物，采用热压成形和烧结的方法获得。硬度、耐磨性和耐热硬性好，硬度91-95，热硬性：1200，常用速度100-400，亲和力小，不易黏刀，加工表面光洁，但抗弯强度低，冲击韧性差。主要用于冷硬铸铁、高硬钢和高强钢等难加工材料的半精加工和精加工。人造聚晶金刚石（）：在高温高压下将金刚石微分聚合而成的多晶体材料，硬度极高（5000）以上，天然金刚石（10000），耐磨性极好，可切削极硬材料而长时间保持尺寸的稳定性，刀具耐用度比硬质合金高几十倍至三百倍，韧性和抗弯强度较差，只有硬质合金的1/4左右;热硬性差，700-800，不能在高温下切削；与铁元素的亲和力很强，不易加工黑色金属，主要用于精加工有色金属及非金属，如铝、铜及其合金、陶瓷、合成纤维、强化所料和硬橡胶等。金刚镗如连杆孔立方氮化硼（）：在高温高压下制成的一种新型超硬刀具材料，硬度达7000-8000，耐磨性好，热硬性达1200，在1200-1300高温下不与铁发生化学反应，主要用于加工淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等难加工材料的半精加工和精加工。总结金属材料含碳量越高，淬硬性越好；含碳量越低，焊接性越好。金属材料含碳量越低，淬硬性越差；含碳量越高，焊接性越差。