機械基礎第2章機械工程材料課件1

1、第2章 機械工程材料21常見工程材料的分類、標識及應用1、鐵素體（F）：碳與-Fe形成的間隙固溶體。 性能-強度和硬度低，塑性和韌性好。2、奧氏體（A）：碳與-Fe形成的間隙固溶體。高溫組織，在大于727時存在。 性能-塑性好，強度和硬度高于F。在鍛造、 軋制時常要加熱到A，可提高塑性，易于加工。3、滲碳體（ Fe3C ）：鐵與碳形成的金屬化合物。 性能-硬度高，脆性大。4、珠光體（ P ）：F與Fe3C組成的機械混合物。 性能-力學性能介于兩者之間。5、萊氏體（ Ld ）：A與Fe3C組成的機械混合物。 性能-硬度高，塑性差。鐵碳合金的相鐵碳相圖分析關于鐵碳合金狀態(tài)圖 1、概念：表示鐵碳合金

2、在不同成分和溫度下 的組織、性能以及它們之間相互關系的圖形。又稱鐵碳合金相圖或鐵碳合金平衡圖。是通過實驗的方法建立起來的。 2、作用：是研制新材料，制定合金熔煉、鑄造、壓力加工和熱處理等工藝的重要工具。 鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳相圖分析1、相圖的坐標縱坐標：代表溫度。橫坐標：代表含碳量。2、幾個概念 純鐵 鋼 鑄鐵 共析鋼 亞共析鋼 過共析鋼 共晶白口鑄鐵 亞共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵 3、特性點 A點：純鐵的熔點 1538 C點：共晶點 1148 D點：滲碳體的熔點 1227 S點：共析點 727 G點：純鐵的同素異晶轉變點 912 E點：C在-Fe中最大溶解度 1148 P點：C在-Fe中最大

3、溶解度 727 Q點：室溫時C在-Fe中最大溶解度 4、特性線 ACD：液相線，液相冷卻至此開始析出固相，固相加熱至此全部轉化為液相。 AECF：固相線，液態(tài)合金至此線全部結晶為固相，固相加熱至此開始轉化。 GS：A開始析出F的轉變線，加熱時F全部溶入A，又稱A3線。 ES：C在A中的溶解度曲線，又稱Acm線。 ECF：共晶線，含C量2.11 % -6.69%的鐵碳合金至此發(fā)生共晶反應，結晶出A與Fe3C混合物-萊氏體Ld。 PSK：共析線，含C量在0.0218 % -6.69%的鐵碳合金至此反生共析反應，產生珠光體P ，又稱A1線。鐵碳相圖的應用1、選用材料： 由鐵碳相圖可知，合金中隨著含碳

4、量的不同，其組織各不相同，從而導致其力學性能不同。因此，我們就可以根據(jù)機器零件所要求的性能來選擇不同含碳量的材料。2、叛斷切削加性能： 低碳鋼中鐵素體較多，塑性好，加工性不好；中碳鋼中鐵素體含量比例適當，鋼的硬度適當，易于加工。3、制定熱加工工藝： 在鑄造工藝方面，根據(jù)相圖可以確定合適的熔化溫度和澆注溫度，含碳量為4.3%的鑄鐵鑄造性最好；在鍛造工藝方面，可以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫度范圍應在奧氏體區(qū)。4、應用于熱處理生產： 由相圖可知合金在固態(tài)加熱和冷卻過程中均有組織的變化，可以進行熱處理。并且可以正確選擇加熱溫度。高爐工業(yè)用鋼電弧爐 工業(yè)用鋼鋼的分類與編號鋼碳素鋼合金鋼1、按含碳量分低碳鋼

5、 0.0218 % C 0.25%中碳鋼 0.25 % C 0.6%高碳鋼 0.6% C1%時不標出；當Wc1%前面數(shù)字表示含碳量的千倍。 如：9SiCr, Cr12,5CrMnMo等。 但高速鋼不標含碳量，只寫出合金元素符號及其含量。如:W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2一、合金結構鋼1、普通低合金結構鋼 低碳，合金含量小于3%。主加元素為Mn其強化了鐵素體，提高了強度；V，Ti等元素使晶粒細化，使韌性提高。 在建筑、橋梁、車輛、船舶中應用廣泛。以16Mn為最廣。船舶橋梁2、合金滲碳鋼 含碳量為0.1%-0.2%,以保障心部具有足夠的韌性，合金含量小于3%。主加元素為Cr、Mn、鈦、釩，

6、提高了淬透性，使晶粒細化，耐磨性提高。 （常用滲碳鋼） 主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足夠強度和韌性的零件，如：汽車變速箱的齒輪等。 以20Cr、20CrTiMn為最廣。 變速齒輪撥叉3、合金調質鋼 含碳量為0.25%-0.5%,主加元素為Cr、Mn、Si、Ni等以提高淬透性和強化鐵素體.調質鋼具有良好的綜合力學性能。 合金調質鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿等。 曲軸 連桿 （常用調質鋼） 4、合金彈簧鋼 它具有高的彈性、疲勞強度及沖動韌度。含碳量為0.5%-0.7%,主加元素為Cr、Mn、Si等以提高淬透性和彈性極限。 合金彈簧鋼是一種專

7、用結構鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。 拉力彈簧 離合器彈簧 （常用彈簧鋼） 5、滾動軸承鋼 主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內外套圈等，屬專用結構鋼。 碳質量分數(shù)一般為0.95%-1.10%，以保證其高硬度、高耐磨性和高強度。鉻為基本合金元素 ，鉻含量為0.40%-1.65%。高碳低鉻。如：GCr15(滾珠軸承鋼) 二、合金工具鋼 合金工具鋼是制造刃具、量具和模具的鋼種。不僅有更高的硬度和耐磨性,還具有更高的紅硬性。1、合金刃具鋼 用途：主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。 性能：（1）高硬度，60HRC以上；（2）高的耐磨性；（3）高熱硬性 ；（4）足

8、夠的塑性和韌性 。銑刀 英制模板刀合金工具鋼的種類及牌號 (1) 低合金刃具鋼 (2) 高速鋼 最高工作溫度不超過300 。 高碳：碳質量分數(shù)為0.9%-1.1%，以保證高硬度和高耐磨性。 Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回火穩(wěn)定性； W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持細小的晶粒。 高速鋼是高合金刃具鋼，具有很高的熱硬性，高速切削中刃部溫度達600 時，其硬度無明顯下降。 高碳：碳質量分數(shù)在0.70%以上，最高可達1.5%左右， 加入Cr、W、Mo、V等合金元素： Cr 提高淬透性。 W、Mo 保證高的熱硬性。 V 提高耐磨性，細化晶粒。 （如：9SiCr

9、、9Mn2V）（如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 ）常用合金刃具鋼和高速鋼 2、合金量具鋼 用途：量具用鋼用于制造各種測量工具，如卡尺、千分尺、塊規(guī)。性能要求：(1) 高硬度（大于56 HRC）和高耐磨性； (2) 高尺寸穩(wěn)定性，在存放和使用過程中，尺寸不發(fā)生變化。螺紋規(guī) 游標卡尺 千分尺 3、合金模具鋼合金模具鋼按其用途分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。 冷作模具鋼 用途：冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200 300 。熱作模具鋼如：9Mn2V、CrWMn 用途：熱作模具鋼用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達60

10、0 以上。如：5CrMnMo、5CrNiMo 性能要求： 高硬度，5862 HRC; 高耐磨性; 足夠的韌性和疲勞抗力量具用鋼的選用舉例 量 具 鋼 號 平樣板或卡板 10、20或50、55、60、60Mn、65Mn 一般量規(guī)與塊規(guī) T10A、T12A、9SiCr 高精度量規(guī)與塊規(guī) Cr（刃具鋼）、CrMn、GCr15 高精度且形狀復雜的量規(guī)與塊規(guī) CrWMn(低變形鋼) 抗蝕量具 4Cr13, 9Cr18(不銹鋼) 三、特殊性能鋼 特殊性能鋼是指具有特殊物理和化學性能的一種高合金鋼.它主要包括不銹鋼,耐磨鋼等.1、不銹鋼 能抵抗大氣,酸,咸或其它介質腐蝕的鋼。 不銹鋼在石油化工、國防工業(yè)和一

11、些尖端科學技術及日常生活中都得到廣泛應用，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，醫(yī)療手術器械，防銹刃具和量具等。 根據(jù)不銹鋼室溫下組織的不同,常用的不銹鋼可分三種:馬氏體型不銹鋼 鐵素體型不銹鋼 奧氏體型不銹鋼 馬氏體型不銹鋼 如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13 不銹鋼船用螺旋槳不銹鋼剪刀 含碳為0.1%-0.4%,含鉻為12%-13%.主要用于力學性能要求不高,耐蝕性要求較低的零件.如:鐵素體型不銹鋼 這類鋼的鉻質量分數(shù)為17%30%，碳質量分數(shù)低于0.15%.主要用作耐蝕性要求很高而強度要求不高的構件，例如容器和管道等。 奧氏體型不銹鋼 這類不銹鋼屬鉻鎳不銹鋼,碳含量很低（約

12、0.1%），耐蝕性很好。 如：1Cr17、1Cr17Ti等如： 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9等2、耐磨鋼 （就是高錳鋼 如:ZGMn13） 履帶 鐵軌分道叉 破碎機顎板挖掘機斗齒鑄 鐵 引言:1、何為鑄鐵？ 鑄鐵是碳質量分數(shù)大于2.11%、并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。 用于制造機床的床身、床頭箱,發(fā)動機的汽缸體、機器的底座等，是工程上最常用的金屬材料之一。 箱體啟動閥2、鑄鐵分幾類？根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式不同，可分三大類：（1）白口鑄鐵（2）灰口鑄鐵（3）麻口鑄鐵C的存在形式：滲碳體(Fe3C)，斷口為白色。 性能硬而脆，難以切削加工。主要用作煉鋼原料，高耐磨零件（如

13、軋輥、犁鏵等）。 C的存在形式：石墨，斷口為灰黑色。 C的存在形式：石墨+滲碳體，斷口為黑白色。灰鑄鐵是鑄造性能最好，應用最廣泛的鑄鐵材料。性能：脆性大，很少使用。根據(jù)石墨（G）在鑄鐵中存在形態(tài)，可分為：普通灰鑄鐵：石墨呈片狀可鍛鑄鐵：石墨呈團絮狀蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀球墨鑄鐵：石墨呈球狀3、灰口鑄鐵的種類普通灰鑄鐵一、灰鑄鐵的組織 灰鑄鐵有鐵素體、珠光體、(鐵素體+珠光體)+石墨三種基本組織。 F+片狀石墨（F+P）+片狀石墨P+片狀石墨 由于石墨片對鋼基體產生的割裂作用，破壞了鋼基體的連續(xù)性、完整性，減少了鋼基體的有效面積，使其抗拉強度低于鋼、而塑性和韌性近于零，屬于脆性材料?；诣T鐵具有非

14、常優(yōu)良的鑄造性能。二、灰鑄鐵的性能與應用 但其抗壓強度與鋼相近，因此普通灰鑄鐵廣泛用于作承受壓力載荷的零件和結構，如機座、機床床身、軸承等。葉輪 發(fā)動機飛輪 三、灰鑄鐵的牌號HT+三位數(shù)字，數(shù)字表示最低抗拉強度。四、灰鑄鐵的熱處理如：HT150，HT200，HT250 熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布，對提高性能效果不大。通常對其進行熱處理的方法和平共處目的是：1、消除內應力退火：2、高溫退火：消除白口組織3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度。 可鍛鑄鐵一、生產方法： 先將鑄鐵澆注成白口鑄鐵,然后進行高溫石墨化退火,使?jié)B碳體分解得到團絮狀石墨。二、可鍛鑄鐵的組織可鍛鑄鐵

15、有鐵素體和珠光體兩種基體。 三、可鍛鑄鐵的牌號四、可鍛鑄鐵的性能及應用 可鍛鑄鐵較高的強度、塑性和沖擊韌性，可以部分代替碳鋼?？慑戣T鐵不可鍛。 鐵素體可鍛鑄鐵以“KT”表示，珠光體可鍛鑄鐵以“KTZ”表示。其后的兩組數(shù)字表示最低抗拉強度和延伸率。 如：KT350-10、KTZ600-3可鍛鑄鐵的牌號和機械性能 球墨鑄鐵一、生產方法： 在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑而直接獲得球狀石墨,得到球墨鑄鐵.二、球墨鑄鐵的組織三、球墨鑄鐵的牌號四、球墨鑄鐵的和機械性能 用“QT”標明，其后兩組數(shù)值表示最低抗拉強度和延伸率。QT420-10、QT600-2、QT800-2如:機械性能牌號基體bMPa0.

16、2MPa5%akkJ/m2HB應 用 舉 例QT400-17鐵素體40025017600179 汽車、拖拉機床底盤零件；16-64大氣壓閥門的閥體、閥蓋QT420-10鐵素體42027010300207QT500-5鐵素體+球光體5003505147241 機油泵齒輪QT600-2球光體60042022297302 柴油機、汽油機曲軸；磨床、銑床、車床的主軸；空壓機、冷凍機缸體、缸套QT700-2球光體70049022297302QT800-2球光體80056022417321六、球墨鑄鐵調質和正火后的組織性能 機械性能 熱處理工藝 顯微組織 b MPa 5 % ak kJ/m2 HB 調質:

17、 980退火后,900油淬+ 580回火 回火索氏體+石墨 8001000 1.72.7 260320 240340 正火: 980退火后, 900正火+ 580去應力退火 珠光體+5%鐵素體 +石墨 700 2.5 100 317321 五、球墨鑄鐵的應用 具有與鋼相近的力學性能，可代替鋼和合金鋼使用。球墨鑄鐵管道接口 蠕墨鑄鐵 一、生產方法： 在一定成分的鐵水中加入適量的蠕化劑而煉成的，其方法與程序與球墨鑄鐵基本相同。 二、蠕墨鑄鐵的組織 蠕墨鑄鐵的石墨具有介于片狀和球狀之間的中間形態(tài)，其石墨片的長厚比較小，端部較鈍。呈蠕蟲狀。 蠕墨鑄鐵是一種新型高強鑄鐵材料。它的強度接近于球墨鑄鐵，并且

18、有一定的韌性、較高的耐磨性；同時又有和灰口鑄鐵一樣的良好的鑄造性能和導熱性。 三、蠕墨鑄鐵的牌號、性能和應用 蠕墨鑄鐵以“RuT”表示，其后的數(shù)字表示最低抗拉強度。 RuT300、RuT420 如： 蠕墨鑄鐵已成功地用于高層建筑中高壓熱交換器、內燃機汽缸和缸蓋、汽缸套、鋼錠模、液壓閥等鑄件。 牌號：性能：應用：排氣管 進氣管 特殊性能鑄鐵 在鑄鐵中加入某些合金元素，得到一些具有各種特殊性能的合金鑄鐵。 1、耐磨鑄鐵（加鉻） 2、耐熱鑄鐵 （Al、Si、Cr ） 扇形擴散器托架 襯板彎管石墨呈片狀石墨呈團絮狀石墨呈球狀石墨呈蠕蟲狀何為石墨？ 石墨是游離狀態(tài)的碳，其強度、硬度、塑性、韌性很低，硬度僅為35HBS，伸長率近于零。 鑄鐵的組織可以看成是在鐵或鋼的基體上夾雜著石墨，石墨對基體產生割裂作用。 因此，石墨的存在使鑄鐵的力學性能下降，其性能比鋼低，不能鍛造，且石墨的數(shù)量越多，越粗大，分布越不均勻，鑄鐵的力學性能越差。 但石墨的存在也賦予鑄鐵許多鋼所不及的優(yōu)良性能，如鑄造性能、減振性和減摩性等。鑄鐵的石墨化鑄鐵組織的類型取決于石墨化的程度。（1）鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化