《機(jī)械制造基礎(chǔ)》教學(xué)教案(共119頁)

1、機(jī)械制造基礎(chǔ)教 案第一講 緒論課 題：1、講解本課程研究的對象、內(nèi)容、方法課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：1、講解本課程研究的對象、內(nèi)容、方法2、講解機(jī)械制造一般過程概述教學(xué)要求：1、理解機(jī)械制造的一般過程2、明確本課程的研究對象、內(nèi)容、方法教學(xué)重點(diǎn)：1、機(jī)械制造的一般過程教學(xué)難點(diǎn)：1、機(jī)械制造的一般過程教 具：多媒體圖片教學(xué)方法：多媒體講解、課堂提問教學(xué)過程：一、 案例導(dǎo)入：本課程題目為機(jī)械制造基礎(chǔ)，因此我們研究的內(nèi)容都是圍繞機(jī)械制造過程展開的。那么到底機(jī)械制造過程有哪些呢？二、 教學(xué)內(nèi)容：1. 本課程學(xué)習(xí)意義 熟悉各種工程材料性能，合理選擇材料； 初步掌握和選用毛坯或零件的成形方法及機(jī)械零

2、件表面加工方法； 選用公差配合 了解工藝規(guī)程制訂的原則與方法 擴(kuò)大知識面（特種加工技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)）2. 本課程知識體系 “工程材料”部分：以剖析鐵碳合金的金相組織為基礎(chǔ)，以介紹工程材料的性質(zhì)和合理選材為重點(diǎn)； 熱加工工藝基礎(chǔ)：“鑄造”、“鍛壓”、“焊接”，認(rèn)識這些加工方法的用途和實(shí)現(xiàn)方法； 互換性與測量技術(shù)：理解公差配合概念與選用； 機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)：“毛坯選擇”、“金屬切削加工技術(shù)”、“機(jī)械零件表面加工技術(shù)”、“機(jī)械加工工藝規(guī)程編制” 特殊加工與先進(jìn)制造技術(shù)：了解用途與應(yīng)用場合3. 學(xué)習(xí)方法 總結(jié)歸納各章節(jié)學(xué)習(xí)目的，形成完整知識體系（宏觀） 突出各章重點(diǎn)與細(xì)節(jié)，加深對知識點(diǎn)的深入認(rèn)識（微

3、觀） 在相關(guān)生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中，遇到實(shí)際問題，結(jié)合課本知識，繼續(xù)自學(xué)4. 機(jī)械制造的概念 將原材料（毛坯）和相關(guān)輔料轉(zhuǎn)變成為成品（機(jī)械零件）的過程5. 機(jī)械制造主要過程技術(shù)準(zhǔn)備 毛坯制造 零件加工 產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配（1） 技術(shù)準(zhǔn)備階段 制訂工藝規(guī)程 原材料選則與供應(yīng) 刀具、夾具、量具的配備 熱處理設(shè)備和檢測儀器的準(zhǔn)備（2） 毛坯制造階段 方法多種，常見的有鑄造、鍛壓、焊接和型材 鑄造：金屬液態(tài)成形，各種尺寸、形狀復(fù)雜的毛坯或零件。（適應(yīng)性廣、成本低廉） 鍛壓：用外力對金屬坯料施壓使其產(chǎn)生塑性變形（鍛造與沖壓，改善金屬的力學(xué)性能，生產(chǎn)效率高、節(jié)省材料） 焊接：相互分離的金屬材料借助于原子

4、間的結(jié)合力連接起來。（連接性好、省工省材料、結(jié)構(gòu)重要輕） 型材：直接從型材廠購買（3） 零件加工階段 金屬切削加工是主要加工手段。（車、銑、鉆、鏜、磨、刨、插、拉 ）等 特種加工應(yīng)用日趨廣泛（電火花、電解、超聲波、激光、電子束、離子束、等離子弧、化學(xué)等等） 選擇原則：零件批量、精度、表面粗糙度、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，價(jià)格成本等等綜合考慮（4） 產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配 零件檢驗(yàn)?zāi)康模菏沽慵庸ふ`差在允許范圍內(nèi) 零件檢驗(yàn)對象：一般場合，工序、加工過程中的尺寸變化、加工完成后幾何形狀誤差；在要求高的場合（重載、高壓、高溫、可靠性要求很高）內(nèi)部性能（缺陷檢驗(yàn)、力學(xué)性能、金相組織檢驗(yàn)） 裝配：遵守嚴(yán)格的裝配規(guī)范。三、小

5、結(jié)：1、講解本課程研究的對象、內(nèi)容、方法2、講解機(jī)械制造一般過程概述a) 技術(shù)準(zhǔn)備 b) 毛坯制造 c) 零件加工 d) 產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配四、作業(yè)：預(yù)習(xí)第一章 工程材料第二講 金屬的力學(xué)性能1.1金屬的力學(xué)性能課 題：1、金屬的力學(xué)性能指標(biāo)及測量方法課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：1、講解金屬的力學(xué)性能指標(biāo)及測量方法教學(xué)要求：1、掌握金屬的力學(xué)性能指標(biāo)及測量方法教學(xué)重點(diǎn)：1、強(qiáng)度指標(biāo)的定義與分類2、硬度指標(biāo)的定義與分類教學(xué)難點(diǎn)：1、金屬的各力學(xué)指標(biāo)的概念、測量方法教 具：多媒體圖片、表格教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過程：一、 案例導(dǎo)入：在緒論部分的講解中，我們已經(jīng)明確了本課程的研究對象

6、機(jī)械制造過程。在進(jìn)行機(jī)械制造時(shí)，首先進(jìn)入技術(shù)準(zhǔn)備階段。在技術(shù)技術(shù)準(zhǔn)備中，要完成相關(guān)的工作。這些工作中，有一項(xiàng)是非常重要的，那就是選擇材料。那么怎么選擇材料呢？首先得研究常見的材料的性質(zhì)，只有掌握了材料的特征性質(zhì)才能順利進(jìn)行選材。那么材料的性質(zhì)有哪些呢？二、 教學(xué)內(nèi)容：1. 金屬材料的性能金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能兩大類。其中，工藝性能是指制造過程中表現(xiàn)出的性能，包括鑄造性能、焊接性能、鍛造性能、熱處理性能、切削加工性能。使用性能是指在使用過程中表現(xiàn)出來的性能。物理性能有熔點(diǎn)、密度、熱膨脹性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等?；瘜W(xué)性能有耐腐蝕性、抗氧化性等。物理化學(xué)性能將影響工藝性能和使用性能。本章節(jié)

7、主要研究的是力學(xué)性能對工藝性能的影響。金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下所反映出來的性能。常見的指標(biāo)有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度等。 強(qiáng)度1 拉伸試驗(yàn)國標(biāo)GB/T2282002標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣2 力一伸長曲線 3 彈性與塑性1) 彈性 金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能回復(fù)其原來形狀的性能，叫做彈性（OP直線）。2) 彈性變形 隨著外力消失而消失的變形，叫做彈性變形。3) 塑性 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叫做塑性（PE曲線）。4) 塑性變形 在外力消失后留下來的這部分不可恢復(fù)的變形，叫做塑性變形。4 強(qiáng)度金屬材料在載荷作用下抵抗塑

8、性變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度Re、抗拉強(qiáng)度Rm1) 屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度 金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱為屈服點(diǎn)(S點(diǎn))，用符號Re 表示。Re =Fs/Ao 式中 Fs試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷（N）; Ao試樣的原始橫截面積（mm2）。工業(yè)上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸過程中，沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法確定其屈服點(diǎn)，按GB/T2228規(guī)定，可用條件屈服強(qiáng)度Rr0.2來表示該材料開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值。屈服強(qiáng)度為試樣標(biāo)距部分產(chǎn)生0.2%殘余伸長時(shí)的應(yīng)力值，即 r0.2=F0.2/Ao 式中 F0.2試樣標(biāo)距產(chǎn)生的0.2%殘余伸長時(shí)載荷（N）； Ao試樣的原始橫截

9、面積（mm2）。2) 抗拉強(qiáng)度金屬材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力值稱為抗拉強(qiáng)度，用符號Rm表示。 R m=Fb/Ao 式中 Fb試樣在斷裂前所承受的載荷（N）； Ao試樣原始橫截面積（mm2）。1.1.2 塑性 金屬材料的載荷作用下，斷裂前材料發(fā)生不可逆久變形的能力稱為塑性。 通過拉伸試驗(yàn)可測定材料的塑性。 常用的塑性指標(biāo)有斷后伸長率d和斷面收縮率。 d=(L1-L0)/L0 =(F0-F1)/F0 硬度 硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。 可用硬度試驗(yàn)機(jī)測定，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度HV。 1 布氏硬度（1）

10、 布氏硬度試驗(yàn)原理式中 F試驗(yàn)力（N）；d壓痕平均直徑（mm）；D硬質(zhì)合金球直徑（mm）（2） 選擇試驗(yàn)規(guī)范 根據(jù)被測金屬材料的種類和試樣厚度、選用不同大小的球體直徑D，施加的試驗(yàn)力F和試驗(yàn)力保持時(shí)間，按表11所列的布氏硬變試驗(yàn)規(guī)范正確選擇 。（3） 試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)時(shí)使用的壓頭直徑較大，在試樣表面上留下壓痕也較大，所得值也較準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：對金屬表面的損傷較大，不易測試太薄工件的硬度，也不適于測定成品件硬度。（4） 應(yīng)用布氏硬度試驗(yàn)常用來測定原材料、半成品和性能不均勻材料（如鑄鐵）的硬度。2 洛氏硬度（1） 洛氏硬度測量原理洛氏硬度HR=K-h/s式中，K為給定標(biāo)尺的硬度數(shù)，S為給定標(biāo)尺的

11、單位， 通常以0.002為一個(gè)硬度單位。（2） 常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍 （3） 試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡單迅速，效率高，直接從指示器上讀出硬度值；壓痕小，故可直接測量成品或較薄工件的硬度；對于HRA和HRC采用金剛石壓頭，可測量高硬度薄層和深層的材料。缺點(diǎn)：由于壓痕小，測得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測定四次以上，取其平均值為該材料的硬度值 3 維氏硬度（1） 試驗(yàn)原理維氏硬度值用四棱錐壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示，符號HV。HV=0.1022FSin1360/2/d2=0.189F/d2 式中 F作用在壓頭上試驗(yàn)力（N）；d壓痕兩對角線長度的平均值（mm）。 （2） 常用試驗(yàn)

12、力及其適用范圍維氏硬度試驗(yàn)所用試驗(yàn)力視其試樣大小、薄厚及其他條件，可在49.03980.7N的范圍內(nèi)選擇試驗(yàn)力。常用的試驗(yàn)力有49.03N、98.07N、196.1N、294.2N、490.3N、980.7N。 維氏硬度試驗(yàn)適用范圍寬，尤其適用測定金屬鍍層、薄片金屬及化學(xué)熱處理的表面層（滲碳層、滲氮層等）硬度，其結(jié)果精確可靠。（3） 試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：與布氏、洛氏硬度試驗(yàn)比較，維氏硬度試驗(yàn)不存在試驗(yàn)力與壓頭直徑有一定比例關(guān)系的約束；也不存在壓頭變形問題，壓痕輪廓清晰，采用對角線長度計(jì)量，精確可靠，硬度值誤差較小。缺點(diǎn)：其硬度值需要先測量對角線長度，然后經(jīng)計(jì)算或查表確定，故效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高。

13、 沖擊韌度1 沖擊試驗(yàn)方法與原理 一次沖擊彎曲試驗(yàn)通常在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行 。試驗(yàn)時(shí)，將試樣放在試驗(yàn)機(jī)兩支座上，。把質(zhì)量為m的擺錘抬到高H，使擺錘具有位能為mHg。擺錘落下沖斷試樣后升至h高度,具有位能為mhg，故擺錘沖斷試樣推動(dòng)的位能為mHgmhg，這就是試樣變形和斷裂所消耗的功稱為沖擊吸收功AK，即AK=mg(H-h) 用試樣的斷口處截面積SN（cm2）去除AK（J）即得到?jīng)_擊韌度，用Ak表示，單位為J/cm2. aK=AK/SN2 沖擊試驗(yàn)的實(shí)際意義（1） 韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料在低于某溫度時(shí)，AK值急劇下降，使試樣的斷口由韌性斷口過渡為脆性斷口。因此，這個(gè)溫度范圍稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度范圍。韌

14、脆轉(zhuǎn)變溫度的高低是金屬材料質(zhì)量指標(biāo)之一，韌脆轉(zhuǎn)變溫度愈低，材料的低溫沖擊性能就愈好，對于在寒冷地區(qū)和低溫下工作的機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)。如運(yùn)輸機(jī)械、橋梁、輸送管道尤為重要。 （2） 衡量原材料的冶金質(zhì)量和熱加工產(chǎn)品質(zhì)量沖擊吸收功對原材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷等具有較大敏感性，很容易揭示出材料中某些物理現(xiàn)象，如晶粒粗化、冷脆、回火脆性及夾渣、氣泡、偏析等。目前常用沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)冶煉、熱處理及各種熱加工工藝和產(chǎn)品的質(zhì)量。 疲勞強(qiáng)度1 疲勞概念 雖然零件所承受的交變應(yīng)力數(shù)值小于材料的屈服強(qiáng)度，但在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械零件斷裂中有80%是由于疲勞引起。 2 疲勞曲線與疲勞極限

15、 試驗(yàn)證明，金屬材料所受最大交變應(yīng)力Rmax 愈大，則斷裂前所受的循環(huán)周次N（定義為疲勞壽命）愈少，這種交變應(yīng)力Rmax 與疲勞壽命N的關(guān)系曲線稱疲勞曲線或SN曲線。工程上規(guī)定，材料經(jīng)受相當(dāng)循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞極限，以符號R-1表示。 3 提高材料疲勞極限的途徑a）. 設(shè)計(jì)方面 盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。b）. 材料方面 通常應(yīng)使晶粒細(xì)化，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由于熱加工不當(dāng)引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面氧化等。c）. 機(jī)械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。d）. 零件表面強(qiáng)化方面 可采用化學(xué)熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂

16、層等，使零件表面造成壓應(yīng)力，以抵消或降低表面拉應(yīng)力引起疲勞裂紋的可能性。補(bǔ)充： 斷裂韌度金屬材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力指標(biāo)就稱為斷裂韌度。 三、 小結(jié)學(xué)習(xí)了金屬的力學(xué)性能指標(biāo)，包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌度四、布置作業(yè)習(xí)題：1、2第三講 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.2鐵碳合金課 題：1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：1、講解金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶教學(xué)要求：1、掌握晶體的結(jié)構(gòu)、特性，常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)2、 區(qū)別單晶體與多晶體的結(jié)構(gòu)、性能差異，理解晶體缺陷對金屬性能的影響3、掌握金屬的結(jié)晶過程，細(xì)化晶粒的常見方法教學(xué)重點(diǎn)：1、金屬晶體的結(jié)構(gòu)對金屬性能的影響2、細(xì)化

17、晶粒的目的與常見方法教學(xué)難點(diǎn)：1、金屬晶體的結(jié)構(gòu)對金屬性能的影響2、細(xì)化晶粒的目的與常見方法教 具：多媒體圖片教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過程：一、 案例導(dǎo)入：上一講，已對金屬材料的力學(xué)性能，及其常見指標(biāo)，進(jìn)行了講解（提問，哪些常見力學(xué)性能指標(biāo)？）。那么這些描述金屬材料的指標(biāo)，是由什么影響和決定的呢？在這講中，將對材料本身的結(jié)構(gòu)上，進(jìn)行研究和講解，從而揭示出影響材料性能的原因。并從這些影響因素出發(fā)，通過工藝方法，改善及強(qiáng)化材料的性能。二、 教學(xué)內(nèi)容：1.晶體的基本概念（1）、晶體按原子內(nèi)部堆積規(guī)則，將固態(tài)物質(zhì)，分為晶體和非晶體。晶體中的原子或分子，在空間排布時(shí)，按照一定的幾何規(guī)則作周期性的重復(fù)排列

18、。晶體特性：具有一定熔點(diǎn)且呈各向異性。哪些物質(zhì)是晶體呢？（自然界除了玻璃、松香、石蠟等，都是晶體）（2）、晶格、晶胞、晶格常數(shù)（在PPT中，通過與圖片講解。）晶格：將每個(gè)原子視為一個(gè)幾何質(zhì)點(diǎn)，并用一些假想的幾何線條將各質(zhì)點(diǎn)連接起來，便形成一個(gè)空間幾何格架。這種抽象的用于描述原子在晶體中排列方式的空間幾何格架稱為晶格。晶胞：由于晶體中原子作周期性規(guī)則排列，因此可以在晶格內(nèi)取一個(gè)能代表晶格特征的，且由最少數(shù)原子排列成最小結(jié)構(gòu)單元來表示晶格，稱為晶胞。晶格常數(shù)：用來描述晶胞大小與形狀的幾何參數(shù)。a,b,c;,2.常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)（在PPT中，結(jié)構(gòu)通過與圖片講解。）a. 體心立方晶格 -鐵、鉻、鉬、

19、鎢、釩b. 面心立方晶格 -鐵、銅、鋁、鎳等c. 密排六方晶格 鈹、鎂、鋅、鎘等3. 金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)(1)單晶體和多晶體概念單晶體：晶體內(nèi)的晶格位向完全一致的晶體。多晶體：由多晶粒組成的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)。而實(shí)際的金屬晶體是由許多不同方位的晶粒所組成。晶粒與晶粒這間的界面稱為晶界。課堂提問：多晶體有沒有各向異性的特性呢？實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是晶體；是多晶體；晶體內(nèi)部有缺陷(2) 晶體缺陷（a） 點(diǎn)缺陷：點(diǎn)缺陷的存在使金屬能夠比較容易的發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象（b） 線缺陷-位錯(cuò)：位錯(cuò)的存在使金屬能夠比較容易發(fā)生塑性變形。（c） 面缺陷：面缺陷的存在使金屬的強(qiáng)度提高4 金屬的結(jié)晶（1） 、純金屬結(jié)晶的

20、條件結(jié)晶的概念理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度：過冷度T金屬結(jié)晶的必要條件：一定的過冷度（2） 、純金屬結(jié)晶的規(guī)律金屬的結(jié)晶過程形核與長大過程枝晶形成的原因：優(yōu)先長大方向；金屬不純凈；散熱不均勻。（3） 晶粒大小與金屬力學(xué)性能的關(guān)系實(shí)際金屬結(jié)晶后，獲得由許多晶粒組成的多晶體組織。在多晶體中，晶粒的大小對其力學(xué)性能影響很大。1） 冷卻速度：冷卻速度過冷度形核率晶粒度2） 變質(zhì)處理：人工晶核晶粒度3） 附加震動(dòng)：枝晶數(shù)量晶粒度三、 總結(jié)學(xué)習(xí)了金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶過程，細(xì)化晶粒的原因、目的、方法四、布置作業(yè)習(xí)題：5；6；7第四講 合金的晶體結(jié)構(gòu)與鐵碳合金相圖1.2鐵碳合金課 題：1、合金的晶體結(jié)構(gòu)2、鐵碳

21、合金相圖課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：1、講解合金的晶體結(jié)構(gòu)2、講解鐵碳合金相圖教學(xué)要求：1、掌握合金的晶體結(jié)構(gòu)中的基本相結(jié)構(gòu)2、掌握鐵碳合金相圖畫法及應(yīng)用3、掌握碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織、性能的影響教學(xué)重點(diǎn)：1、鐵碳合金相圖畫法及應(yīng)用2、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織、性能的影響教學(xué)難點(diǎn)：1、鐵碳合金相圖畫法及應(yīng)用2、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織、性能的影響教 具：多媒體圖片教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過程：四、 案例導(dǎo)入：上一講，已對金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶，進(jìn)行講解，重點(diǎn)講解了金屬晶體的結(jié)構(gòu)對金屬性能的影響，并在此基礎(chǔ)上講解了細(xì)化晶粒的目的與常見方法（提問細(xì)化晶粒的目的與常見方法？）。那么常見的合

22、金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶過程又是怎么樣的呢？首先對合金的晶體結(jié)構(gòu)中的基本相結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解，然后以常見的鐵碳合金的結(jié)晶過程進(jìn)行講解，得出鐵碳合金中碳含量對鐵碳合金性能的影響。五、 教學(xué)內(nèi)容：1.2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的基本概念合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特征的物質(zhì)。 組元：組成合金的基本的物質(zhì)叫組元。 相：在合金中具有相同成分、相同結(jié)構(gòu)、相同性質(zhì)的均勻部分，并與其它相有明顯界面之分。 組織：指用肉眼或借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的材料內(nèi)部的形態(tài)結(jié)構(gòu)。 1.固溶體固態(tài)合金中的相，按其組元原子的存在方式可分為固溶體和金屬化合物兩大基本類型 固溶體性能：晶格畸變，金屬

23、的強(qiáng)度，硬度很高。固溶強(qiáng)化2、金屬化合物 金屬化合物性能：復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬度高，而脆性大。彌散強(qiáng)化 鐵碳合金相圖1.純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：同一種元素在不同條件下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度等外界條件變化時(shí)，晶格類型會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。（以純鐵的冷卻曲線，講解該過程。）2.鐵碳全合金的基本組織 （以表講解）a）液相。鐵碳合金在溶化溫度以上形成的均勻液體稱液相，用符號L表示。b)鐵素體。碳在-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體。用符號F表示。碳在-Fe中的溶解度很低，因此，鐵素體的機(jī)械性能與純鐵相近，其強(qiáng)度、硬度較低，但具有良好的塑性、韌性。c)奧氏體。 碳在-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A

24、表示。（塑性較高、硬度較小，適合鍛造）d）滲碳體： 滲碳體是一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，它的分子式為Fe3C，滲碳體既是組元，又是基本相。其硬度很高，塑性韌性幾乎為零。 e）珠光體： 用符號P表示，它是鐵素體與滲碳體薄層片相間的機(jī)械機(jī)械混合物。介于F與Fe3C之間。f）萊氏體：用符號Ld表示，奧氏體和滲碳體所組成的共晶體。硬度很高，塑性，韌性很差3.鐵碳合金相圖分析 （1）簡化的Fe- Fe3C相圖分析 特性點(diǎn)符號溫度/c（%）含義A15380熔點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)：發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L4.3Ld(A2.11%+Fe3C共晶)D12276.69熔點(diǎn)：滲碳體的熔點(diǎn)E11482.1

25、1碳在-Fe中的最大溶解度點(diǎn)G9120同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S7270.77共析點(diǎn)：發(fā)生共析轉(zhuǎn)變A0.77%p(F0.0218%+Fe3C共析)P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度點(diǎn)Q室溫0.0008室溫下碳在-Fe中的溶解度主要特性線 （1）AC線 液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始線。即：LA。（2）CD線 液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開始線。即：LFe3C。 ACD線統(tǒng)稱為液相線，在此線之上合金全部處于液相狀態(tài)，用符號L表示。（3）AE線 液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線。（4）ECF水平線 共晶線。AECF線統(tǒng)稱為固相線，液體合金冷卻至此線全部結(jié)晶為固體，此線以下為固相區(qū)。（5）ES線 又稱Acm線，是碳在奧氏體中

26、的溶解度曲線。即：LFe3C。（6）GS線 又稱A3線，（7）GP線 奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線。（8）PSK水平線 共析線（727），又稱A1線。（9）PQ線 碳在鐵素體中的溶解度曲線。（2）鐵碳合金的分類根據(jù)鐵碳合金的含碳量及組織的不同，可將鐵碳合金分為：1）工業(yè)純鐵 c0.0218%。2）鋼 0.0218%c2.11%，又可分為： 亞共析鋼 0.0218%c0.77%； 共析鋼 c=0.77%； 過共析鋼 0.77%c2.11%。3）白口鑄鐵 2.11%c6.69%，又可分為以下三種： 亞共晶白口鑄鐵 2.11%c4.3% 共晶白口鑄鐵 c=4.3% 過共晶白口鑄鐵 4.3%c6.69%

27、4.典型鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織以下6種組織結(jié)晶過程轉(zhuǎn)變，參考鐵碳合金相圖，自上而下，畫垂線，則可得出相應(yīng)組織。a.亞共析鋼的結(jié)晶過程； b.共析鋼的結(jié)晶過程分析； c.過共析鋼的結(jié)晶過程分析 ； d.亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程； e.共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程； f.過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程課堂提問：亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程及組織轉(zhuǎn)變有哪些？5.碳對鐵碳合金平衡組織和力學(xué)性能的影響（1）鐵碳合金按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和平衡組織的分類含碳量逐漸增加，F(xiàn)e3C大小、形態(tài)和分布變化：F+Fe3CIIIFe3C位于晶界，細(xì)小的薄片）F+PFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）PFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相

28、間 ）P Fe3CIIFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）還有一部分Fe3C沿晶界分布呈連續(xù)網(wǎng)狀PFe3CIILdFe3C呈層片狀與鐵素體片混合（相間 ）Fe3C作為萊氏體的基體LdFe3C作為萊氏體的基體Ld +Fe3CIFe3C為粗大長片狀 Fe3C作為萊氏體的基體(2)含碳量對力學(xué)性能的影響（圖 含碳量對鋼的力學(xué)性能的影響）鐵素體(F)：軟而韌 滲碳體(Fe3C):硬而脆a.含碳量增加，硬度增加b.含碳量增加，塑性韌性降低c.含碳量增加，強(qiáng)度先增后降（0.9%最高）(3)含碳量對工藝性能的影響1）切削加工性:中碳鋼好；低碳鋼(F多，塑性好，易粘刀)差；高碳鋼（Fe3C多，磨損嚴(yán)重）差

29、2）鍛造性:低碳鋼好（ F多，塑性好），含碳量越大，越差。白口鑄鐵，不能鍛造（ Fe3C ，脆）3）鑄造性：液相線與固相線的水平距離與垂直距離。距離越大，越差。低碳鋼，液相線與固相線距離隨小，但液相線溫度高，過熱度小，流動(dòng)性差。隨含碳量增大，變差。但到了共晶成分附近的鑄鐵，流動(dòng)性好，鑄造性又變好了。4）焊接性：含碳量增大，焊接性變差。6.FeFe3C相圖的應(yīng)用(1)為選材提供成分依據(jù)Fe- Fe3C相圖反映了鐵碳合金組織和性能隨成分的變化規(guī)律。這樣，就可以根據(jù)零件的工作條件和性能要求來合理的選擇材料。例如，橋梁、船舶、車輛及各種建筑材料，需要塑性、韌性好的材料，可選用低碳鋼（c =0.1%0.

30、25%）；對工作中承受沖擊載荷和要求較高強(qiáng)度的各種機(jī)械零件，希望強(qiáng)度和韌性都比較好，可選用中碳鋼（c =0.25%0.65%）；制造各種切削工具、模具及量具時(shí)，需要高的硬度、而耐磨性，可選用高碳鋼（c =0.77%1.44%）。對于形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)器底座等，選用熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好的鑄鐵材料。（2）制定加工工藝方面的應(yīng)用a）在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用由Fe- Fe3C相圖可見，共晶成分的鐵碳合金熔點(diǎn)低，結(jié)晶溫度范圍最小，具有良好的鑄造性能。因此，在鑄造生產(chǎn)中，經(jīng)常選用接近共晶成分的鑄鐵。 b).在鍛壓生產(chǎn)上的應(yīng)用 鋼在室溫時(shí)組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難。而奧氏體的強(qiáng)度較低，塑性較好，便于塑性變形

31、。因此在進(jìn)行鍛壓和熱軋加工時(shí)，要把坯料加熱到奧氏體狀態(tài)。加熱溫度不宜過高，以免鋼材氧化燒損嚴(yán)重，但變形的終止溫度也不宜過低，過低的溫度除了增加能量的消耗和設(shè)備的負(fù)擔(dān)外，還會(huì)因塑性的降低而導(dǎo)致開裂。所以，各種碳鋼較合適的鍛軋加熱溫度范圍是：始鍛軋溫度為固相線以下100200；終鍛軋溫度為750850。對過共析鋼，則選擇在PSK線以上某一溫度，以便打碎網(wǎng)狀二次滲碳體。 c）.在焊接生產(chǎn)上的應(yīng)用焊接時(shí)，由于局部區(qū)域（焊縫）被快速加熱，所以從焊縫到母材各區(qū)域的溫度是不同的，由Fe- Fe3C相圖可知，溫度不同，冷卻后的組織性能就不同，為了獲得均勻一致的組織和性能，就需要在焊接后采用熱處理方法加以改善。

32、d).在熱處理方面的應(yīng)用從Fe- Fe3C相圖知，鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過程中均有相的變化，所以鋼和鑄鐵可以進(jìn)行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。此外，奧氏體有溶解碳和其它合金元素的能力，而且溶解度隨溫度的提高而增加，這就是鋼可以進(jìn)行滲碳和其它化學(xué)熱處理的緣故。六、 總結(jié)學(xué)習(xí)了合金的晶體結(jié)構(gòu)中的基本相結(jié)構(gòu)；鐵碳合金相圖畫法及應(yīng)用；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織、性能的影響。四、布置作業(yè)習(xí)題：8；10；11；12第五講 碳素鋼、鑄鐵碳素鋼、鑄鐵課 題：碳素鋼、鑄鐵概述課題形式：講授、一課時(shí)教學(xué)目的：1、講解碳素鋼、鑄鐵的分類、編號、性能及應(yīng)用教學(xué)要求：1、了解常見碳素鋼的分類、編號、性能及應(yīng)

33、用2、了解常見鑄鐵的分類、編號、性能及應(yīng)用3、掌握查閱碳素鋼、鑄鐵的相關(guān)資料能力教學(xué)重點(diǎn)：1、常見碳素鋼、鑄鐵的分類、編號、性能及應(yīng)用2、查閱碳素鋼、鑄鐵的相關(guān)資料方法教學(xué)難點(diǎn)：1、常見碳素鋼、鑄鐵的分類、編號教 具：多媒體教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過程：七、 案例導(dǎo)入：上一講，講解了合金的晶體結(jié)構(gòu)，鐵碳合金相圖。重點(diǎn)分析了結(jié)合鐵碳合金相圖，鐵碳合金的含碳量與顯微組織關(guān)系，以及碳含量對材料力學(xué)性能、工藝性能方面的影響。提問：1.鐵碳合金的分類有哪些？2.從抗拉強(qiáng)度為例，說明含碳量變化對合金的力學(xué)性能影響表現(xiàn)？3.從鑄造性、切削加工性角度，說明含碳量變化對合金的工藝性能影響表現(xiàn)？本講將對常見碳素鋼

34、與鑄鐵的分類、編號、性能及應(yīng)用等方面，近一步認(rèn)識鐵碳合金這類材料，在工程中的應(yīng)用。八、 教學(xué)內(nèi)容：1.碳素鋼(1)分類Wc：低（400） 成為粒狀Fe3C，600后粗化45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火后的性能比較由于調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體，其中滲碳體為顆粒狀，而正火所得到的索氏體中滲碳體呈片狀，調(diào)質(zhì)鋼不僅硬度高，且塑性與韌性也高于正火狀態(tài)。調(diào)質(zhì)處理一般作為最終熱處理，但也可以作為表面淬火和化學(xué)熱處理的預(yù)先熱處理。為了保持淬火后的高硬度及尺寸穩(wěn)定性，淬火后又可進(jìn)行時(shí)效處理（溫度低于低溫回火）。補(bǔ)充1：時(shí)效處理概念：將淬火后的金屬工件置於室溫或較高溫度下保持適當(dāng)時(shí)間，以提高金屬強(qiáng)度的熱處理工藝。室溫下進(jìn)行

35、的時(shí)效處理是自然時(shí)效；較高溫度下進(jìn)行的時(shí)效處理是人工時(shí)效。在機(jī)械生產(chǎn)中，為了穩(wěn)定鑄件尺寸，常將鑄件在室溫下長期放置，然后才進(jìn)行切削加工。這種措施也被稱為時(shí)效。但這種時(shí)效不屬於金屬熱處理工藝。 作用是為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，對在低溫或動(dòng)載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時(shí)效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要。 補(bǔ)充2：鋼的淬透性淬透性表示的是鋼在淬火時(shí)所能得到的淬硬層深度。鋼的淬硬性指的是鋼在淬火能達(dá)到的最高硬度。用不同的鋼制成相同形狀和尺寸的工件，在同樣條件下淬火，淬透性好的鋼淬硬層較深，淬透性差的鋼淬硬層較淺。三、小結(jié)：鋼的退火與正火鋼的淬火鋼的回火

36、時(shí)效處理與淬透性四、作業(yè)：課本習(xí)題：15；16；17第七講 鋼的表面熱處理 鋼的熱處理課 題：1、表面熱處理的目的、分類2、常用的表面熱處理工藝3、應(yīng)用表面熱處理的典型零件課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：1、講解表面熱處理的目的、分類及應(yīng)用2、講解常用的表面熱處理工藝3、講解表面熱處理的典型零件教學(xué)要求：1、掌握表面熱處理的目的、分類及應(yīng)用2、了解常用的表面熱處理工藝3、了解表面熱處理的典型零件；根據(jù)零件特點(diǎn)選擇合理的表面熱處理方式教學(xué)重點(diǎn)：1、掌握表面熱處理的目的、分類及應(yīng)用2、根據(jù)零件特點(diǎn)選擇合理的表面熱處理方式教學(xué)難點(diǎn)：1、表面熱處理的目的、分類及應(yīng)用2、根據(jù)零件特點(diǎn)選擇合理的表面熱處理

37、方式教 具：多媒體圖片、表格教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過程：案例導(dǎo)入：之前的課題研究了一般的熱處理工藝方法，即“四把火”為代表的普通熱處理工藝。但面對要求表面硬而耐磨，高的疲勞強(qiáng)度，內(nèi)部足夠的塑性的一類零件，如齒輪、凸輪、軸類等零件時(shí)，普通的熱處理工藝無法達(dá)到技術(shù)要求，那如何通過熱處理，提高這類零件力學(xué)性能呢?教學(xué)內(nèi)容：1、表面熱處理目的：使零件具有“表硬心韌” 的性能特點(diǎn)。 分類：表面淬火、表面化學(xué)熱處理2、表面淬火目的：表面與心部的成分一致，組織不一樣。 工藝：將工件表面快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未達(dá)到心部時(shí)立即迅速冷卻，使表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。

38、 分類：火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火、激光加熱表面淬火 應(yīng)用場合：中碳鋼（Wc 0.40.5%）, 如40、45鋼機(jī)床齒輪、軸等零件。3、常用的表面淬火技術(shù)圖一1）、火焰加熱表面淬火 裝置：如圖一。淬硬層深度：26mm優(yōu)點(diǎn)：方法簡便；無需特殊設(shè)備；適用于單件、小批量生產(chǎn)零件；缺點(diǎn)：需要操作熟練，否則造成質(zhì)量不穩(wěn)定 應(yīng)用： 軋鋼機(jī)齒輪、軋輥； 礦山機(jī)械齒輪、軸； 機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪； 2）、感應(yīng)加熱表面淬火 裝置：如圖二淬硬層與頻率有關(guān)： 0.22mm，高頻感應(yīng)加熱（1001000KHZ）圖二 2-8mm，中頻感應(yīng)加熱（0.510KHZ）；1015mm，工頻感應(yīng)加熱（50HZ） 特點(diǎn)：淬火質(zhì)量

39、好，表層組織細(xì)、硬度高、脆性小、生產(chǎn)效率高、便于自動(dòng)化，缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，勞動(dòng)條件差。 3）、激光加熱表面淬火工藝： 將高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加熱到奧氏體區(qū)，依靠工件本身熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層的工藝操作。硬化層：12mm應(yīng)用：汽車、拖拉機(jī)汽缸套、汽缸、活塞環(huán)、凸輪軸等零件；特點(diǎn)：淬火質(zhì)量好，組織超細(xì)化，硬度高、脆性極小、工件變形小、不需要回火、節(jié)約能源、無污染、效率高、便于自動(dòng)化，但是設(shè)備昂貴。4、表面化學(xué)熱處理目的：表層與心部的成分、組織都不同工藝：將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層以改變工件表層的化學(xué)成分和組織，從而達(dá)到

40、“表硬心韌”的性能特點(diǎn)。 可滲的元素：滲碳、氮、碳氮共滲（C、N、CN）；滲硼、鉻(B、Cr）；滲鋁、硅 (Al 、Si)；滲硫(S)5、滲碳技術(shù)應(yīng)用場合：常用的材料為低碳鋼或者低碳合金鋼，如20、25、20CrMnTi分類：氣體滲碳法；固體滲碳法常用介質(zhì)：具有活性碳原子，最常用的氣體（煤油、苯、甲醇等高溫分解的混合氣體（CO、CH4、C2H4等）過程：吸附過程，即活性碳原子吸附至工件表面；擴(kuò)散過程，即碳原子向工件里層擴(kuò)散。溫度：在奧氏體區(qū)，9009500C時(shí)間：根據(jù)滲層深度而定，約10小時(shí)左右， 后續(xù)熱處理：滲碳+淬火+低溫回火得到組織：表層為高碳回火馬氏體+碳化物+ A ；心部為F + P

41、或者M(jìn)回（低碳）+ F +A 6、典型零件工藝路線的制定1）、軸類零件（機(jī)床主軸）（1）分析工作條件：承受中等交變扭矩載荷、交變彎曲載荷或者是拉壓載荷；局部（軸頸、花鍵）承受摩擦和磨損。（2）失效形式：疲勞斷裂，軸頸處磨損（主要方式）；沖擊過載斷裂等（偶爾發(fā)生）（3）性能要求：高的疲勞強(qiáng)度；良好的綜合性能；局部高硬度；（4）中碳鋼或者中碳合金鋼： 45（40Cr） （5）工藝路線：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)局部表面淬火+低溫回火精磨成品； （6）組織：表面為回火馬氏體；心部為回火索氏體2）、齒輪（低碳鋼、表面滲碳）（1）工作條件: 齒輪根部承受交變彎曲應(yīng)力；（傳遞扭矩時(shí)）;齒嚙合

42、時(shí)齒面承受較大的接觸壓應(yīng)力并受強(qiáng)烈的摩擦和磨損； 換擋、氣動(dòng)、制動(dòng)時(shí)齒輪承受一定的沖擊。 （2）失效形式：齒的折斷（疲勞斷裂和沖擊過載斷裂）；齒表面磨損。 （3）性能要求：高的疲勞強(qiáng)度和表面硬度，心部具有足夠的塑性韌性。（4）選材：低碳鋼（20，25）（5）工藝路線：下料鍛造正火機(jī)加工滲碳+淬火+低溫回火噴丸精磨 成品（6）微觀組織：表面：M回（高碳） + A（少量） “表硬” 心部：F（多） + P “心韌” 三、小結(jié)：1、掌握表面熱處理的目的、分類及應(yīng)用2、了解常用的表面熱處理工藝3、了解表面熱處理的典型零件；根據(jù)零件特點(diǎn)選擇合理的表面熱處理方式四、作業(yè)：課本習(xí)題：18第八講 合金鋼1.

43、4 合金鋼課 題：1.4.1合金鋼的分類與編號合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：1、講解常見合金鋼分類方法及表示方法2、講解典型合金鋼的用途教學(xué)要求：1、了解常見合金鋼分類方法及表示方法2、掌握典型合金鋼的用途3、查閱相關(guān)資料教學(xué)重點(diǎn)：1、常見合金鋼分類方法及表示方法2、典型合金鋼的用途教學(xué)難點(diǎn)：1、常見合金鋼分類方法及表示方法2、典型合金鋼的用途教 具：多媒體圖片、表格教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過程：案例導(dǎo)入：之前的課題已經(jīng)研究了鋼的熱處理工藝方式（提問：有哪些熱處理方式？）。本節(jié)將對合金鋼這類重要材料的知識進(jìn)行講解。教學(xué)內(nèi)容：1. 4 .1合金鋼的分類與編號1.合

44、金鋼的分類2.合金鋼的編號1) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：Q+屈服極限+質(zhì)量等級例如：Q295A2) 合金結(jié)構(gòu)鋼：兩位數(shù)字（平均含碳量的萬倍）+元素符合+數(shù)字+(A)后位數(shù)字為合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)，低于1.5%不標(biāo)；1.5%2.5%為2；2.5%3.5%為3；40Cr，38CrMoAlA3) 滾動(dòng)軸承鋼：G+Cr+數(shù)字（Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍）+（另外元素）全是高級優(yōu)質(zhì)鋼，不加A, GCr15；元素表示同合金結(jié)構(gòu)鋼4) 合金工具鋼：Wc1%時(shí)，不標(biāo)； 其余元素同合金結(jié)構(gòu)鋼，高速工具鋼例外，含碳量不標(biāo)） 例Cr12MoV；9SiCr5) 不銹鋼與耐熱鋼： Wc0.08%時(shí)，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍，其余同合金結(jié)構(gòu)鋼。

45、例3Cr13，00Cr17Ni14Mo2，0Cr19Ni9參考：碳素鋼的編號合金結(jié)構(gòu)鋼1.低合金高強(qiáng)度合金鋼（Q345）2.合金滲碳鋼(滲碳+淬火+低回；淬透性低、中、高)3.合金調(diào)質(zhì)鋼（回火S/淬透性低、中、高）4.合金彈簧鋼(熱成形【d大、回火屈】、冷成形【d小、回S+冷拔】)(60Si2Mn、60Si2CrVA、50CrVA)5.滾動(dòng)軸承鋼(GCr9、GCr15)1.低合金高強(qiáng)度合金鋼 特點(diǎn)：以加Mn為主，合金總含量在3%以內(nèi)，與碳素結(jié)構(gòu)鋼比，強(qiáng)度高，塑性，韌性好，良好的焊接工藝性，較好的耐腐蝕性和低的冷脆性轉(zhuǎn)變溫度。 含碳量在0.16%0.20%。Q295;Q345;Q390;Q420

46、;Q460. 熱軋、正火，組織為F+P（少） 合金元素作用：M、Si、Cr、Ni強(qiáng)化F;V、Nb、Ti細(xì)化F;合金元素使共析點(diǎn)S左移，增加P；C化物形成元素（ V、Nb、Ti ）及N化物形成元素（Al），使細(xì)小化合物從固溶體中析出，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用。2.合金滲碳鋼 用途：強(qiáng)烈沖擊磨損的滲碳零件。動(dòng)載荷和重載的汽車變速箱齒輪、汽車后橋齒輪和內(nèi)燃機(jī)里的凸輪軸、活塞銷等。 特點(diǎn)：滲碳、淬火+低回，表面具有高的強(qiáng)度和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和足夠的韌性。 滲碳前：含碳量0.10%0.25%。碳素滲碳鋼的淬透性低，心部改善不大。加入合金元素可改善淬透性。Cr、Ni、Mn、B.Ni的效果最好。為了細(xì)化晶

47、粒，加入Ti、V、Mo，形成的碳化物高溫滲碳時(shí)不溶解有效遏制滲碳時(shí)的過熱現(xiàn)象。 熱處理方式;滲碳+淬火+低回 滲碳后，表層含碳量0.85%-1.05%，熱處理后，變成合金滲碳體+回火M+殘余A（少）。硬度可達(dá)5864HRC，心部組織與鋼的淬透性及零件的截面有關(guān)：全部淬透時(shí)，為低回M，硬度40-48HRC;未淬透，為P+F或低回M+F的混合組織，硬度25-40HRC 淬透性分為：低、中、高3.合金調(diào)質(zhì)鋼 用途：重要零件，機(jī)床主軸、汽車底盤的半軸、柴油機(jī)連桿螺栓等。 0.25%0.50%，（中碳鋼）【為什么？】 過低不易淬硬，回火達(dá)不到所需要的強(qiáng)度；過高，則零件韌性較差 主加元素: Cr、Ni、M

48、n、Si、B，以增加淬透性、強(qiáng)化F;Mo、W防止第二類回火脆性，并增加回火穩(wěn)定性；V，Ti的作用是細(xì)化晶粒。 預(yù)先熱處理:完全退火改善切削加工性。 最終熱處理：淬火+高溫回火（500-650），S回 分類：淬透性，低、中、高4.合金彈簧鋼 工作條件：沖擊、振動(dòng)、周期性扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變應(yīng)力，不允許有塑性變形。 0.5%0.7% Si、Mn，提高鋼的淬透性和強(qiáng)化F. 尺寸不同：熱成形彈簧鋼與冷成形彈簧鋼。 熱成形【d大、中回（350500）、噴丸處理、強(qiáng)化表面、回屈】 冷成形【d小、鉛浴或鹽浴中等溫度冷卻（500550）、S回、多次冷拔不用淬火，在200-300去應(yīng)力退火】) 60Si2Mn、60

49、Si2CrVA、50CrVA5.滾動(dòng)軸承鋼 用途：滾動(dòng)軸承；形狀復(fù)雜的工具；冷沖模具；精密量具；硬度高、耐磨性高的結(jié)構(gòu)件 高碳低鉻鋼，0.95%1.15%，屬于過共析鋼。（耐磨性）。鉻的作用是提高淬透性，使組織均勻，增強(qiáng)回火穩(wěn)定性。含S/P很少。 熱處理：預(yù)處理球化退火；最終熱處理淬火+低回；組織：極細(xì)S回+均勻分布的細(xì)小碳化物+A（少）。硬度：6165HRC。精密場合，可淬火后立刻要冷處理（-60-80），減少殘余A，再進(jìn)行低回+磨削加工，最后穩(wěn)定化處理（在120-130保溫10-20h） 典型牌號： GCr9、GCr15、GCr15-SiMn提問1：查閱以下牌號鋼的主要用途：Q345；20

50、Cr；20CrMn； 20Cr2Ni4；45；40Cr；38CrMoAlA;GCr151.4.3合金工具鋼1.合金刃具鋼 用途：制造各種切削刀具的鋼 （1）低合金刀具鋼 性能要求：高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、一定的塑性和韌性0.751.45%。加入Si、Cr、Mn提高淬透性；回火穩(wěn)定性；紅硬性。W形成特殊碳化物，不溶于A，使得A保持細(xì)小，細(xì)化晶粒。 熱處理工藝：預(yù)處理：球退；終處理：淬火+低回 室溫組織：M回 +粒狀合金碳化物+A殘 典型鋼號：Cr12、CrWMn、9SiCr、Cr2、Cr12MoV 2)高速鋼 紅硬性高達(dá)600度，可以高速切削。含有較高的碳和大量形成碳化物的元素W、Mo、C

51、r、V、Co、Al。碳含量0.7-1.6%.合金元素含量大于10%。萊氏體鋼。不能熱處理。只能高溫軋制，反復(fù)鍛造將共晶碳化物擊碎。等溫球化退火消除殘余應(yīng)力。（在830880度保溫，快冷到720-760度保溫）。淬火方法：油淬空冷的雙介質(zhì)或馬氏體分級。淬火后組織：隱針M+粒狀碳化物+20%-25%的A;多次回火后組織：極細(xì)M+較多粒狀碳化物+少量的A; 三類：W系；W-Mo系；超硬系。2.合金模具鋼 用途：制造各種模具的鋼 性能：高硬度、高耐磨性、一定的韌性和塑性 1)冷作模具鋼 熱處理工藝：油淬火+低回 室溫組織：回火馬氏體 典型鋼號：CrWMn、9Mn2V、Cr2、9SiCr、9Cr2、Cr

52、12 2)熱作模具鋼 分類：熱鍛模具鋼、壓鑄模鋼 熱處理工藝：油淬火+中、高溫回火 室溫組織：回火屈氏體 典型鋼號：5CrNiMo、鉻系熱作模具（4Cr5MoSiV【H11】）、3Cr2W8V3.合金量具鋼 用途：制造游標(biāo)卡尺、千分尺、量塊、塞規(guī) 性能：較高硬度、較高耐磨性、足夠韌性、尺寸穩(wěn)定 熱處理工藝：油淬火+低回+時(shí)效處理 室溫組織：回火馬氏體 典型鋼號：CrWMn、9Mn2V、GCr151.4.4 特殊性能鋼1.不銹鋼用途：在腐蝕介質(zhì)下使用的鋼防銹原理：1）Cr的含量11.7%,使得Cr溶于固溶體，提高基體電極電位2）室溫只有均勻單項(xiàng)組織，減少原電池形成的可能性3）加大量合金元素，使表

53、面形成氧化膜，隔絕周圍介質(zhì)典型牌號：1Cr13、2Cr13、3Cr13、7Cr17、1Cr17、0Cr19Ni92.耐熱鋼 用途高溫環(huán)境下使用的鋼 性能：高溫抗氧化性和熱強(qiáng)性 蠕變：鋼材在高溫下除氧化外其強(qiáng)度也大大降低，當(dāng)工作溫度接近材料再結(jié)晶溫度時(shí)，會(huì)緩慢地發(fā)生塑性變形，且隨時(shí)間的延長而增大，最后導(dǎo)致金屬破壞的現(xiàn)象 典型牌號：15CrMo、4Cr9Si2、0Cr18Ni11Ti3.耐磨鋼 使用場合：沖擊和磨損條件下使用的高錳鋼 使用形態(tài)：鑄造成形后【單相A不穩(wěn)定易變冷強(qiáng)化】 水韌處理：將高錳鋼鑄件加熱到10001100C，使碳化物全部溶解到A中，然后水中急冷，獲得均勻、單一的過飽和A組織?！?/p>

54、強(qiáng)度、硬度雖不高，但塑性、韌性好】 典型型號：ZGMn13-1三、小結(jié)：合金鋼的分類、編號、性能與用途四、作業(yè)：課本習(xí)題：20、21、22、23、24第九講 有色金屬1.5 有色金屬課 題：1、鋁及鋁合金概述2、銅及銅合金概述3、滑動(dòng)軸承合金概述課題形式：講授、兩課時(shí)教學(xué)目的：1、講解常見有色金屬材料的分類、性能及應(yīng)用教學(xué)要求：1、了解常見有色金屬材料的分類、性能及應(yīng)用2、查閱相關(guān)機(jī)械工程資料能力教學(xué)重點(diǎn)：1、鋁及鋁合金的分類、性能及應(yīng)用2、銅及銅合金的分類、性能及應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：1、鋁及鋁合金的分類、性能及應(yīng)用教 具：多媒體圖片、表格教學(xué)方法：多媒體講解教學(xué)過程：案例導(dǎo)入：之前的章節(jié)已經(jīng)對鐵碳

55、合金及合金鋼等主要工程材料的力學(xué)性能及提高力學(xué)性能的方法進(jìn)行了講解，同學(xué)們對鋼鐵材料選材、毛坯件性能改善方面具備了一定的知識。但是僅有鋼鐵材料方面的知識，是不夠得。鋼鐵材料本身性能的局限性，無法滿足日趨廣泛現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域要求，為此，需要同學(xué)們掌握常見的有色金屬及其他材料的性能，才能更好地具備合理選材、合理提高毛坯件性能的能力。那么常見的有色金屬材料有哪些呢？它們有著什么樣的性能及應(yīng)用呢？教學(xué)內(nèi)容：151鋁及鋁合金鋁及其合金是航空工業(yè)中的主要結(jié)構(gòu)材料，是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料。1. 工業(yè)純鋁：呈銀白色，是一種輕金屬，面心立方晶格、無同素異晶轉(zhuǎn)變，熔點(diǎn)低、密度小，具有優(yōu)良的加工工藝性能、

56、電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性和耐大氣腐蝕能力。工業(yè)純鋁是WAl=99.0099.80%的純鋁，主要用來制作電線、電纜、散熱片、配置合金等。 其牌號用A1*.*表示。最后三位數(shù)字表示鋁的最低百分含量，如A199.6。2. 鋁合金 （1） 定義：加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等提高強(qiáng)度。用作于承受一定載荷的結(jié)構(gòu)件。（2） 分類：鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金和能熱處理強(qiáng)化的鋁合金。鋁合金（成分、工藝）變形鋁合金防銹鋁合金 （冷變形方法）硬鋁合金 （能熱處理強(qiáng)化）超硬鋁合金（能熱處理強(qiáng)化）鍛鋁合金 （能熱處理強(qiáng)化）鑄造鋁合金Al-Si系合金 （變質(zhì)處理）Al-Cu

57、系合金 Al-Mg系合金 Al-Zn系合金 （3） 鋁合金的牌號表示：1) 變形鋁合金牌號：采用四位字符牌號，鋁合金的牌號用28系列表示。 第一位數(shù)字：鋁合金的組別； 第二位字母：原始合金的改型情況，A為原始合金，BY為原始合金的改型合金。最后兩位數(shù)字：區(qū)分同一組中不同的鋁合金。例：5A05。2) 鑄造鋁合金牌號。用“ZL+三位數(shù)字”表示。第一數(shù)字是合金類別。后兩位為順序號。例：ZL102。（4） 鋁合金的熱處理 固溶處理和時(shí)效。1) 固溶熱處理（俗稱淬火）：將合金加熱到單相固溶體狀態(tài)，并水冷至室溫，獲得過飽和固溶體組織。2) 時(shí)效強(qiáng)化(時(shí)效)：固溶熱處理后的合金在室溫或加熱至一定溫度放置，隨

58、放置時(shí)間的延長，因過飽和固溶體不穩(wěn)定而析出細(xì)小分散的的過渡相，使強(qiáng)度顯著增高、塑性降低的現(xiàn)象。鋁合金經(jīng)固溶處理后，強(qiáng)度和硬度不會(huì)明顯升高，塑性會(huì)顯著提高。但這種組織是不穩(wěn)定的，經(jīng)時(shí)效處理，強(qiáng)度和硬度顯著升高，塑性下降。（5） 應(yīng)用：參閱書中表格152銅及銅合金1 工業(yè)純銅 純銅呈紫紅色，熔點(diǎn)1083，密度為8.96 g/cm3，面心立方晶格、無同素異晶轉(zhuǎn)變，良好的電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性、耐蝕性、抗磁性和加工工藝性能。純銅主要用于制作電線、電纜、導(dǎo)熱材料及配置合金。 工業(yè)純銅的代號用“T”加順序號表示，共有T1、T2、T3、T4四個(gè)牌號。序號越大，純度越低。2 銅合金 銅合金黃銅（Cu-Zn）青銅（Cu

59、-Sn）白銅（Cu-Ni）普通黃銅特殊黃銅）錫青銅無錫青銅（1） 黃銅：黃銅的牌號用“H+數(shù)字”表示。如H68。單相黃銅H68，有較高的強(qiáng)度，冷、熱變形能力，較好的耐蝕性，用于制造形狀復(fù)雜、耐蝕的零件。雙相黃銅H62，有較高的強(qiáng)度，可進(jìn)行熱變形加工，廣泛用于制作熱軋、熱壓零件或由棒材經(jīng)機(jī)加工制造各種零件。特殊黃銅是在普通黃銅中加入其他合金元素的黃銅。加入的合金元素有鉛、錫、鋁、硅、錳、鐵、鎳等，以改善切削加工性、提高耐蝕性、鑄造性能和力學(xué)性能等。特殊黃銅的牌號用“H+主加合金元素符號+銅的百分含量-合金元素的百分含量”表示，例：HPb59-1。（2） 青銅：1) 錫青銅：以錫為主要添加元素的銅

60、基合金。常用錫青銅一般Wsn314，其中壓力加工錫青銅Wsn7%。錫青銅的耐磨性好、無磁性和冷脆現(xiàn)象，可用于制作軸承、軸套等耐磨零件及彈簧等彈性元件。錫青銅的鑄造收縮率小，用于鑄造形狀復(fù)雜、致密性要求不高，耐磨、耐蝕的零件。2) 無錫青銅：是含鋁、鈹、硅、鉛、錳等合金元素的銅基合金。主要有鋁青銅、鈹青銅等。鋁青銅缺點(diǎn)是可焊性較差。鑄造鋁青銅用來制造齒輪、軸套、渦輪等強(qiáng)度耐磨性較高的摩擦零件。鈹青銅用于彈性元件及鐘表、儀器的零件，電焊機(jī)電機(jī)等154滑動(dòng)軸承合金（1） 用途：制造滑動(dòng)軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的合金。（2） 性能和組織特點(diǎn)： 軸承支承軸進(jìn)行工作，會(huì)與軸頸產(chǎn)生摩擦。為減少軸承對軸頸的磨損，對