第二章 儀器常用材料

1、 第二章第二章機械工程常用材料及鋼的熱處理機械工程常用材料及鋼的熱處理主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能第三節(jié)第三節(jié) 常用的工程材料常用的工程材料第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理第五節(jié)第五節(jié) 表面精飾表面精飾第六節(jié)第六節(jié) 精密儀器材料選用原則精密儀器材料選用原則第一節(jié)第一節(jié) 概述概述機械工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬鋼有色金屬鑄鐵合金鋼無機非金屬材料有機材料塑料橡膠陶瓷合成纖維鋁合金銅合金其他有色合金按用途分按用途分結(jié)構(gòu)材料：要求材料具有強度韌性，塑性，硬度，耐磨，結(jié)構(gòu)材料：要求材料具有強度韌性，塑性，硬度，耐磨， 耐腐，耐高（低溫）

2、溫等耐腐，耐高（低溫）溫等功能性材料：具有導(dǎo)電，光，熱，聲，磁功能的材料功能性材料：具有導(dǎo)電，光，熱，聲，磁功能的材料材材料料分分類類第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能應(yīng)力極限應(yīng)力極限彈性階段彈性階段彈性極限彈性極限 P屈服階段屈服階段屈服極限屈服極限 S強化階段強化階段強度極限強度極限 B頸縮階段頸縮階段第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能強度：材料抵抗破壞的能力強度：材料抵抗破壞的能力 強度條件強度條件 max 剛度：材料抵抗變形的能力（剛度：材料抵抗變形的能力（E、G）塑性：材料破壞時，遺留變形的大小塑性：材料破壞時，遺留變形的大小 伸長率伸長率 、斷面收縮

3、率、斷面收縮率 硬度：材料抵抗硬物壓入的能力硬度：材料抵抗硬物壓入的能力 布氏硬度布氏硬度HB、洛氏硬度、洛氏硬度HR、維氏硬度、維氏硬度HV疲勞強度：材料抵抗交變載荷破壞的能力疲勞強度：材料抵抗交變載荷破壞的能力第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能影響力學性能的主要因素影響力學性能的主要因素含碳量：碳含碳量：碳 ，強度和硬度，強度和硬度 ，塑性，塑性 合金元素：改善綜合性能，得到特殊性能合金元素：改善綜合性能，得到特殊性能溫度：溫度溫度：溫度 ，強度和硬度，強度和硬度 ，塑性，塑性 熱處理工藝熱處理工藝：改變力學性能：改變力學性能第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料一一 黑色

4、金屬鋼黑色金屬鋼 1、碳鋼：、碳鋼：含碳量大于含碳量大于0.0218%0.0218%而小于而小于2.11% 2.11% 的鐵碳合金。的鐵碳合金。 低碳鋼低碳鋼0.250.25 ，中碳鋼，中碳鋼0.250.60.250.6，高碳鋼，高碳鋼0.60.6。 特點：特點：較好的機械性能和工藝性能，量大價低。但淬透性、較好的機械性能和工藝性能，量大價低。但淬透性、回火抗力較差，屈強比低。回火抗力較差，屈強比低。 注注回火抗力回火抗力:鋼能夠抵抗隨著回火溫度升高后其強度，硬度不被降低的能力鋼能夠抵抗隨著回火溫度升高后其強度，硬度不被降低的能力. . 屈強比屈強比:鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，

5、稱為屈強比。屈強比鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱為屈強比。屈強比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越大，一般碳素鋼屈強比為越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越大，一般碳素鋼屈強比為0.6-0.650.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼為為0.65-0.750.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.860.84-0.86。 2、合金鋼：、合金鋼：人為加入合金元素，以提高鋼的性能并獲得某人為加入合金元素，以提高鋼的性能并獲得某些特殊性能。些特殊性能。 一般具有高的強度、韌性、硬度。一般具有高的強度、韌性、硬度。第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料黑色金屬鑄鐵黑色金屬鑄鐵 1、灰鑄鐵：、

6、灰鑄鐵：C自由狀態(tài)的片狀石墨形式自由狀態(tài)的片狀石墨形式 成本低，鑄造性、減振性好，抗壓強度高，成本低，鑄造性、減振性好，抗壓強度高，但脆性很大，不宜承受沖擊載荷。但脆性很大，不宜承受沖擊載荷。 2、球墨鑄鐵：、球墨鑄鐵：C球狀石墨形式球狀石墨形式 具有較高的延展性和耐磨性。強度高（近具有較高的延展性和耐磨性。強度高（近于碳素結(jié)構(gòu)鋼），減振性優(yōu)，可承受沖擊載于碳素結(jié)構(gòu)鋼），減振性優(yōu)，可承受沖擊載荷。荷。 第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料有色金屬有色金屬 1、銅及其合金：良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐、銅及其合金：良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和延展性。蝕性和延展性。 純銅、黃銅、青銅純銅、黃銅、青

7、銅 錫青銅、鋁青銅、鈹青銅錫青銅、鋁青銅、鈹青銅 2、鋁及其合金：純鋁、鑄鋁、硬鋁、鋁及其合金：純鋁、鑄鋁、硬鋁 3、鈦及其合金：純鈦、鈦合金、鈦及其合金：純鈦、鈦合金第三節(jié)第三節(jié) 常用工程材料常用工程材料非金屬非金屬 1、工程塑料：密度小，比強度高，耐腐蝕性、工程塑料：密度小，比強度高，耐腐蝕性能好，優(yōu)良的電絕緣性，耐磨、減摩及自潤能好，優(yōu)良的電絕緣性，耐磨、減摩及自潤滑性能好，易加工，易老化，難回收。滑性能好，易加工，易老化，難回收。 2、橡膠：高彈耐磨，絕緣性好，不透水、氣，、橡膠：高彈耐磨，絕緣性好，不透水、氣，但易老化。但易老化。 3、人工合成礦物、人工合成礦物 剛玉：高的彈性模量和

8、硬度。剛玉：高的彈性模量和硬度。 石英：具有壓電效應(yīng)。石英：具有壓電效應(yīng)。種類種類普通熱處理：退火、正火、淬火、回火普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理和化學熱處理：表面熱處理和化學熱處理： 感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、滲碳、氮化、碳氮共滲感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、滲碳、氮化、碳氮共滲其他熱處理其他熱處理鋼的熱處理鋼的熱處理: 加熱、保溫、冷卻加熱、保溫、冷卻改變金屬整體或表面組織，獲得所需性能。改變金屬整體或表面組織，獲得所需性能。第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理的目的：熱處理的目的：第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理退火：退火：加熱加熱（100

9、100C150C150C/hC/h）、保溫、隨爐冷卻、保溫、隨爐冷卻（5050C100C100C/hC/h）目的：目的：降低硬度、細化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度、細化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力， 預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理工藝種類：工藝種類： 1、完全退火、完全退火 2、球化退火、球化退火 3、擴散退火、擴散退火 4、去應(yīng)力退火、去應(yīng)力退火完全退火（完全退火（full annealing）將亞共析鋼加熱至將亞共析鋼加熱至AC3以上以上2030，保溫足，保溫足夠時間奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻，從而得到接近夠時間奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻，從而得到接近平衡的組織，這種熱處理工藝稱為完全退火。所謂平衡的組織，這種熱處理

10、工藝稱為完全退火。所謂“完全完全”是指退火時鋼的內(nèi)部組織全部進行了重結(jié)是指退火時鋼的內(nèi)部組織全部進行了重結(jié)晶。通過完全退火來細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)晶。通過完全退火來細化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工，并為加工后零件應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工，并為加工后零件的淬火作好組織準備。的淬火作好組織準備。完全退火只適用于亞共析鋼，不宜用于過共析完全退火只適用于亞共析鋼，不宜用于過共析鋼，過共析鋼緩冷后會析出網(wǎng)狀二次滲碳體。使鋼鋼，過共析鋼緩冷后會析出網(wǎng)狀二次滲碳體。使鋼的強度、塑性和韌性大大降低。的強度、塑性和韌性大大降低。1.球化退火（球化退火（Spheroidizing）：

11、）：球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。將鋼加熱到將鋼加熱到Ac1以上以上2030，保溫一段時間，然后緩慢冷卻到略，保溫一段時間，然后緩慢冷卻到略低于低于Ar1的溫度，并停留一段時間，使組織轉(zhuǎn)變完成，得到在鐵素體基的溫度，并停留一段時間，使組織轉(zhuǎn)變完成，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織?；蝾w粒狀碳化物的組織。2 適用范圍適用范圍球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體鋼

12、、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中程中也容易變形和開裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些

13、需要改善冷塑性變形（如冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火。沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火。球化退火加熱溫度為球化退火加熱溫度為Ac1+(2040)或或Acm-(2030)，保溫后，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全不完全”的，只是片的，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行網(wǎng)狀碳化物，如過共

14、析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進行。正火，將其消除，才能保證球化退火正常進行。第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理正火：加熱、保溫、空氣冷卻正火：加熱、保溫、空氣冷卻目的：同退火，更高的力學性能目的：同退火，更高的力學性能應(yīng)用：應(yīng)用： 1、最終熱處理、最終熱處理 2、預(yù)先熱處理、預(yù)先熱處理 3、改善切削加工性能、改善切削加工性能 第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理淬火：加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻淬火：加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻目的：目的： 提高零件的硬度和耐磨性，強化材料。提高零件的硬度和耐磨性，強化材料。 但淬火后，材料變脆，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，故

15、必須但淬火后，材料變脆，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，故必須回火?；鼗?。方法：方法：1、單介質(zhì)淬火；、單介質(zhì)淬火； 2、雙介質(zhì)淬火水淬油冷、雙介質(zhì)淬火水淬油冷 第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理回火：零件淬火后，加熱至臨界溫度之下，回火：零件淬火后，加熱至臨界溫度之下，保溫，以一定速度冷卻。保溫，以一定速度冷卻。目的：達到設(shè)計圖紙要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)目的：達到設(shè)計圖紙要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。力?；鼗鸸に嚨姆N類：回火工藝的種類： 1、低溫回火（、低溫回火（150250 C） 2、中溫回火（、中溫回火（350500 C） 3、高溫回火（、高溫回火（500650 C） 第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理表面熱處理：僅

16、對鋼的表面進行加熱和冷卻表面熱處理：僅對鋼的表面進行加熱和冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。而不改變其成分的熱處理工藝。 目的：增強零件的表層硬度，提高抗磨損性目的：增強零件的表層硬度，提高抗磨損性能。能。 方式：方式：感應(yīng)加熱、火焰加熱感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電接觸加熱、電解加熱等。電解加熱等。第四節(jié)第四節(jié) 鋼的熱處理鋼的熱處理化學熱處理化學熱處理 將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入其表面，改變其化學使一種或幾種元素滲入其表面，改變其化學成分和組織，達到改進表面性能、滿足技術(shù)成分和組織，達到改進表面性能、滿足技術(shù)要求的熱處理過程

17、。要求的熱處理過程。目的目的：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性和疲勞強度等力學性能。氧化性和疲勞強度等力學性能。按表面滲入元素的不同，分為按表面滲入元素的不同，分為滲碳滲碳、氮化、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種類。碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種類。第五節(jié)第五節(jié) 表面精飾表面精飾表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，以達到防蝕、裝飾等目的。蓋層，以達到防蝕、裝飾等目的。 種類種類電鍍：鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鎘、鍍銀電鍍：鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鎘、鍍銀化學處理：氧化和磷化化學處理：氧化和磷化涂漆：清漆薄膜、瓷漆薄膜涂漆：清漆薄膜、瓷漆薄膜第六節(jié)第六節(jié) 精密儀器材料選用原則精密儀器材料選用原則使用要求使用要求 在分析