工程材料及熱處理

1、工 程 材 料及 熱 處 理 專 題 課機(jī) 械 工 程 實(shí) 訓(xùn)鋼的分類與牌號(hào)鑄鐵的分類與牌號(hào)工程材料工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指含碳量低于2.11%的鐵碳合金。合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。 第一講 鋼的分類及編號(hào)1、按化學(xué)成分分類 中碳鋼 0.250.6%C高碳鋼 0.6%C低碳鋼 0.25%C低合金鋼 合金元素總量 5%中合金鋼 合金元素總量 510%高合金鋼 合金元素總量 10%碳素鋼合金鋼一、鋼的分類鋼 類碳 素 鋼合 金 鋼P(yáng)SPS普通質(zhì)量鋼0.0450.0450.0450.045優(yōu) 質(zhì) 鋼0.0350.03

2、50.0350.035高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.0300.0300.0250.025特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.0250.0200.0250.015鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。分普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼.根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級(jí)鋼的磷、硫含量如下： 2、按質(zhì)量分類3、按用途分 工程用鋼 建筑、橋梁、船舶、車輛滲 碳 鋼調(diào) 質(zhì) 鋼彈 簧 鋼滾動(dòng)軸承鋼機(jī)器用鋼結(jié) 構(gòu) 鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工 具 鋼不銹鋼耐熱鋼特 殊 性能 鋼擠壓模具耐 磨 鋼1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）編號(hào)：Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；質(zhì)量等級(jí)符號(hào)為A、B、C、D、E。由A到

3、E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號(hào): 沸騰鋼F；鎮(zhèn)靜鋼Z；半鎮(zhèn)靜鋼b；特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ。如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為Q235AF、Q235BZ。二、鋼的編號(hào)原則及應(yīng)用（2）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用這類鋼主要保證力學(xué)性能。一般情況下，在熱軋狀態(tài)使用，不進(jìn)行熱處理。牌號(hào)：Q195、Q215、Q235A、Q235B等鋼塑性較好，有一定的強(qiáng)度。應(yīng)用：通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用來做普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)?。齒輪加工方鋼（1）牌號(hào)：用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。如45鋼平均含碳量為萬分之四十五(即0.45%) 的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

4、（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用來制造各種機(jī)器零件，使用前一般都要經(jīng)過熱處理。08F塑性好，可制造冷沖壓零件。10、20鋼冷沖壓性與焊接性能良好，可用作沖壓件及焊接件，經(jīng)過熱處理(如滲碳)也可以制造軸、銷等零件。35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理后，可獲得良好的綜合機(jī)械性能，用來制造齒輪、軸類、套筒等零件。60、65鋼主要用來制造彈簧。（1）編號(hào)：T + 數(shù)字T表示“碳素工具鋼” ；數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾.如T8其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。*說明: 碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后加“A”，如T8A。 絲錐銼刀3、碳素工具鋼（2）碳素工具鋼的應(yīng)用碳素

5、工具鋼用來制造各種刃具、量具、模具等，碳素工具鋼使用前都要進(jìn)行熱處理。 T7鋼、T8鋼，硬度高、韌性較高，可制造沖頭、鑿子、錘子等工具。T9鋼、T10鋼、T11鋼，硬度高、韌性適中，可制造鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸條等刃具及作模具等。T12鋼、T13鋼，硬度高、韌性較低，可制作銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。（1）編號(hào)原則：兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）+合金元素符號(hào)+該元素百分含量數(shù)字+當(dāng)合金元素的平均含量小于1.50%時(shí)，只標(biāo)元素符號(hào)，不標(biāo)含量；當(dāng)合金元素的平均含量為1.502.49%、2.50 3.49%、時(shí)，在相應(yīng)的合金元素符號(hào)后標(biāo)2、3、4、5 等數(shù)字。如20CrNi3。高級(jí)優(yōu)

6、質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母A，如60Si2MnA。特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母E，如30CrMnSiE。 4、合金結(jié)構(gòu)鋼（2）合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用建筑工程用鋼如：低合金高強(qiáng)度鋼、鋼筋鋼等主要用于建筑、橋梁、船舶等。機(jī)械制造用鋼如：滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等主要應(yīng)用于各種重要的機(jī)器零部件等。銅陵長(zhǎng)江公路大橋滲碳件高精密獨(dú)立導(dǎo)柱（1）合金工具鋼編號(hào)原則：含碳量+合金元素符號(hào)+該元素百分含量+當(dāng)含碳量小于1.00%時(shí)，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含碳量大于1.00%時(shí)，不標(biāo)含碳量。如：CrWMn鋼，合金元素標(biāo)法同合金結(jié)構(gòu)鋼銑刀5、合金工具鋼（2）合金工具鋼的應(yīng)

7、用 用于制造各種刃具、模具、量具等。如：車刀、銑刀、鉆頭、鍛模、沖模、塊規(guī)、千分尺等。模具刃具量具含碳量+合金元素符號(hào)+該元素百分含量+含碳量以千分之一為單位。與工具鋼相似 。如：1Cr18Ni9Ti 4Gr13主要應(yīng)用于有特殊物理、化學(xué)、力學(xué)性能要求的工件。渦輪葉片6、不銹鋼和耐熱鋼ZG + 兩位數(shù)字ZG表示“鑄鋼”；兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾, 如ZG25.鑄鋼件2.5噸大齒輪鑄件7、鑄 鋼第二講 鑄鐵的編號(hào)原則及應(yīng)用鑄鐵是含碳量大于 2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),是應(yīng)用最廣泛的材料之一。 一、鑄鐵的分類按照

8、碳的存在形式分為：1.白口鑄鐵： 白口鑄鐵中的碳絕大部分以滲碳體的形式存在（少量的碳溶入鐵素體），因其斷口呈白亮色，故稱白口鑄鐵。其組織中都含有萊氏體組織。 由于性能脆，很難加工，工業(yè)上很少用來做機(jī)械零件，主要用于煉鋼原料或表面要求高耐磨的零件。2、灰鑄鐵（常用） 此類鑄鐵中碳全部或大部分以石墨的形式存在，因其斷口呈灰暗色故稱灰口鑄鐵。根據(jù)灰口鑄鐵中石墨形態(tài)不同，灰口鑄鐵又分為四種： 普通灰鑄鐵（灰鐵片條狀石墨） 可鍛鑄鐵（可鐵團(tuán)絮狀石墨） 球墨鑄鐵（球鐵球狀石墨） 蠕墨鑄鐵（蠕鐵蠕蟲狀石墨）3、麻口鑄鐵麻口鑄鐵中的碳的形態(tài)介于白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間，一部分以滲碳體形式存在，另一部分以石墨形式

9、存在，具有較大的硬脆性，工業(yè)上很少用作機(jī)械零件。二、常用鑄鐵（一）、灰鑄鐵灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上。牌號(hào)：HT250 、HT300等灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時(shí)通過石墨化過程形成的?；诣T鐵齒輪箱灰 鑄鐵 的顯 微組 織 鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌制造承受壓力和震動(dòng)的零件,如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。變速箱體大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身(HT-250)灰鑄鐵的用途可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線 石墨呈團(tuán)絮狀的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的。1、牌號(hào)：KT400-17等2、性能

10、：強(qiáng)度為碳鋼的 00%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實(shí)不可鍛（二）可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的顯微組織 黑心可鍛鑄鐵 珠光體可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的石墨化退火3用于制造形狀復(fù)雜且承受振動(dòng)載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等?？慑戣T鐵管件可鍛鑄鐵的用途石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到. 牌號(hào)：QT600-2等。球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的.球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。硅鐵硅鈣稀土鎂為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時(shí)還進(jìn)行孕育處理。 常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金.球墨鑄鐵：球墨鑄鐵的顯微組織 鐵素體加珠光體球墨鑄鐵 鐵素體球墨鑄鐵 珠光體球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的石墨球

11、 受震動(dòng)、載荷大的零件，如曲軸、傳動(dòng)齒輪等。核燃料貯存運(yùn)輸容器(QT350-22)鑄鐵曲軸2、球鐵的用途蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵.蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的.蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、 稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。蠕墨鑄鐵的組織： 牌號(hào)：RUT340等。 蠕墨鑄鐵中的石墨（四）蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體鐵素體基體蠕墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)汽缸、汽缸蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。 玻璃模具制動(dòng)鼓鋼的熱處理改善鋼的性能，主要有兩條途徑：一是合金化，這

12、是以后研究的內(nèi)容；二是熱處理，這是本章要研究的內(nèi)容。 1、熱處理: 是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻, 以改變鋼的組織結(jié)構(gòu), 獲得所需要性能的一種工藝.通常用溫度時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。 熱處理的應(yīng)用。在機(jī)床制造中約6070%的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)7080 %。模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)過熱處理?？傊?，重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。 滾動(dòng)軸承2、熱處理特點(diǎn): 熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。 鑄造軋制3、熱處理適用范圍:只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化

13、。 依加熱、冷卻方式等不同，熱處理工藝分類表面淬火感應(yīng)加熱、火焰加熱、其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理電接觸加熱等化學(xué)熱處理滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等鋼的退火與正火 機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯 (鑄、鍛) 預(yù) 零件的加工路線：下料毛坯成型預(yù)備熱處理機(jī)加工最終熱處理。退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。 一、退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻 (爐冷) 的熱處理工藝叫做退火。1、退火目的調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。 細(xì)

14、化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。 2、退火工藝退火的種類很多，常用的有：完全退火、球化退火、擴(kuò)散退火、 去應(yīng)力退火、二、正火碳鋼件加熱到約800900, 保溫適當(dāng)時(shí)間后,然后在自由流動(dòng)的空氣中均勻冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火與完全退火相比，二者加熱溫度相同，但正火冷卻速度較快，轉(zhuǎn)變溫度較低，所得組織比退火細(xì)。因此，正火鋼的強(qiáng)度、硬度較高，生產(chǎn)率較高。正火的應(yīng)用低碳鋼宜采用正火，改善切削加工性能；中碳鋼既可采用完全退火，也可采用正火；含碳約大于0.9%的鋼用正火消除網(wǎng)狀滲碳體后再進(jìn)行球化退火。不進(jìn)行淬火的工件，正火可以作為終處理三、鋼的淬火將工件加熱到一定溫度（一般大于750）保溫后，快速冷卻

15、（一般在水、鹽水或油等介質(zhì)中冷卻），使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫淬火。淬火的主要目的就是提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。例如：T8鋼退火后硬度約為25HRC，用水淬火后硬度可達(dá)6062HRC。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝，也是熱處理中應(yīng)用最廣的工藝之一。熱處理的工藝特點(diǎn)廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪及工具等熱處理。預(yù)備熱處理應(yīng)用強(qiáng)硬化材料同退火 降低內(nèi)應(yīng)力、調(diào)整硬度、細(xì)化內(nèi)部組織。 目的快速油、水、鹽浴空冷緩慢爐冷冷卻780-950780950 根據(jù)需要溫度淬火 正火 退火 預(yù)備熱處理或最終熱處理四、鋼的回火 回火是指將淬火鋼加熱到A1以下（一般650以下）的某溫度保溫后然后在油或空氣中冷卻到室溫的熱處理工藝。螺桿表面的淬火裂紋淬火鋼一般不直接使用，必須進(jìn)行回火。 （一） 回火的目的1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開裂. 2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。3、穩(wěn)定尺寸，防止使用時(shí)變形。（二）回火種類（硬度值以T8鋼為例） 淬火加高溫回火