機(jī)制機(jī)構(gòu)分析與使用3

§2-2

鋼的熱處理及常用非金屬材料1、熱處理的概念2、熱處理的目的

鋼的熱處理是指鋼在固態(tài)下采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織與性能的工藝。（1）提高鋼的力學(xué)性能（2）改善鋼的工藝性能零件經(jīng)適當(dāng)熱處理后，可以提高強(qiáng)度和硬度，增強(qiáng)耐磨性或改善塑性，切削加工性等。一、鋼的熱處理根據(jù)工藝類(lèi)型、工藝名稱(chēng)和實(shí)現(xiàn)工藝的加熱將熱處理分為：（1）普通（整體）熱處理（2）表面熱處理表面淬火、化學(xué)熱處理退火、正火、淬火、回火3、熱處理種類(lèi)4、熱處理的基本過(guò)程無(wú)論何種熱處理工藝，其基本過(guò)程是加熱、保溫和冷卻。如圖2-1所示。圖2-1熱處理工藝曲線(xiàn)概念：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，（高于或低于臨界溫度，臨界溫度即使材料發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度），保持一定時(shí)間，然后在爐中緩慢地冷卻的熱處理工藝。目的：

1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；

2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷；

3）消除內(nèi)應(yīng)力。1、鋼的退火普通（整體）熱處理2、鋼的正火概念：將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱(chēng)為正火。目的：

1）對(duì)低碳鋼，可細(xì)化晶粒，提高硬度，改善加工性能；

2）對(duì)中碳鋼，可提高硬度和強(qiáng)度，作為最終熱處理；

3）對(duì)高碳鋼，可為球化退火作準(zhǔn)備。3、鋼的淬火目的：提高零件的硬度和耐磨性概念：淬火是將工件加熱到某一溫度，保持一定時(shí)間，在水中或油中快速冷卻的熱處理工藝。它是強(qiáng)化鋼的最主要方法。

淬火后的零件塑性和韌性下降，并產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力。因此為改善零件的性能，消除內(nèi)應(yīng)力淬火后的零件應(yīng)及時(shí)回火。4、鋼的回火概念：鋼件淬硬后，再加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱(chēng)為回火。目的：（1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力；（2）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸；（3）降低脆性、獲得所需要的力學(xué)性能；（4）高溫回火，降低硬度，便于切削加工。鋼的表面熱處理僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變組織和性能的工藝稱(chēng)表面熱處理。為了兼顧零件表面和心部?jī)煞N不同性能要求,生產(chǎn)中廣泛采用表面熱處理的方法。

常用的表面熱處理工藝有表面淬火和表面化學(xué)熱處理兩種。

1、表面淬火概念：指僅改變鋼的表層組織的局部熱處理工藝。種類(lèi)（1）感應(yīng)加熱表面淬火：

用一定頻率的感應(yīng)電流使工件表面被快速加熱到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。適用于含C0.4%~0.5%的中碳鋼和中碳合金鋼，如40Cr。感應(yīng)加熱進(jìn)入工件表層的深度主要取決于電流頻率，電流頻率越高，電流透入深度越小，工件加熱層越薄，淬硬層越淺?；鹧娲慊鹗抢每扇?xì)饣鹧妫ㄈ缪酢胰?、?煤氣）使工件表面、局部或整體加熱并快速冷卻（噴水冷卻）的淬火工藝?；鹧娲慊鸬拇阌矊由疃纫话銥?mm～6mm，無(wú)需特殊設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，工藝靈活，淬火成本較低。但火焰淬火的加熱溫度和淬硬層深度不容易控制，質(zhì)量不穩(wěn)定。所以，火焰淬火只用于中碳鋼、中碳合金鋼、鑄鐵、鍍件等單件、小批量生產(chǎn)以及大型工件（如大模數(shù)齒輪、大軸軸頸、錘子等）的表面淬火。（2）火焰加熱表面淬火2、化學(xué)熱處理

概念：化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理?；瘜W(xué)熱處理的過(guò)程也是加熱→保溫→冷卻的三個(gè)階段，其不同的是在一定介質(zhì)中保溫。

分類(lèi)：有滲碳、滲氮(氮化)、滲硼、滲金屬、碳氮共滲及多元共滲等等。組成：化學(xué)熱處理通常都是由分解、吸附和擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程組成的。

熱處理常用加熱設(shè)備

熱處理中常用的加熱設(shè)備主要有加熱爐、測(cè)溫儀表、冷卻設(shè)備和硬度計(jì)等。其中加熱爐有很多種，常用電阻爐和鹽浴爐。

1.電阻爐

電阻爐是利用電流通過(guò)電熱元件（如金屬電阻絲，SiC棒等）產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱工件。

2.鹽溶爐

鹽浴爐是用熔融鹽作為加熱介質(zhì)（即工件放入熔融的鹽中加熱）的加熱爐。使用較多的是電極式鹽浴爐和外熱式鹽浴爐。鹽浴爐常用的鹽為氯化鋇、氯化鈉、硝酸鉀和硝酸鈉。由于工件加熱是在熔融鹽中進(jìn)行，與空氣隔開(kāi)，工件的氧化、脫碳少，加熱質(zhì)量高，且加熱速度快而均勻。

二、常用非金屬材料非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料（陶瓷）復(fù)合材料（鋼筋混凝土、輪胎）有機(jī)高分子材料塑料橡膠纖維粘結(jié)劑除金屬材料以外的一切工程材料統(tǒng)稱(chēng)為非金屬材料。高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。高分子化合物是指相對(duì)分子質(zhì)量(分子量)很大的化合物，其分子量一般在5000以上。高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無(wú)機(jī)高分子化合物兩類(lèi)。有機(jī)高分子化合物又分為天然的和合成的。機(jī)械工程中使用的高分子材料主要是人工合成的有機(jī)高分子聚合物（簡(jiǎn)稱(chēng)高聚物），例如塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料和膠接劑等。1、高分子材料（1）塑料塑料的組成：塑料是以合成樹(shù)脂為主要成分，加入一些用來(lái)改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的高分子材料。樹(shù)脂的種類(lèi)、性能、數(shù)量決定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以樹(shù)脂的名稱(chēng)命名的，例如聚氯乙烯塑料的樹(shù)脂就是聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹(shù)脂主要是合成樹(shù)脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。塑料的分類(lèi)：按使用范圍分通用塑料工程塑料耐熱塑料熱塑性塑料熱固性塑料按合成樹(shù)脂的熱性能分①聚乙烯(PE)

按生產(chǎn)工藝不同，分為高壓聚乙烯、中壓聚乙烯和低壓聚乙烯。高壓聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性高，柔軟性、絕緣性、透明性、耐沖擊性好，宜吹塑成薄膜、軟管、瓶等。低壓聚乙烯質(zhì)地堅(jiān)硬，耐磨性、耐蝕性、絕緣性好，適宜制作化工用管道、槽，電線(xiàn)、電纜包皮，承載小的齒輪、軸承等；又因其無(wú)毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。②聚氯乙烯(PVC)

分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)聚氯乙烯強(qiáng)度較高，絕緣性和耐蝕性好，耐熱性差，在－15～60℃溫度范圍使用，用于化工耐蝕的結(jié)構(gòu)材料，如輸油管、容器、離心泵、閥門(mén)管件等，用途很廣。軟質(zhì)聚氯乙烯強(qiáng)度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，伸長(zhǎng)率大，絕緣性較好，在－15～60℃的溫度范圍使用。用于電線(xiàn)、電纜的絕緣包皮，農(nóng)用薄膜，工業(yè)包裝等。因其有毒，不能包裝食品。③聚丙烯(PP)

密度小，是常用塑料中最輕的一種。度、硬度、剛性、耐熱性均高于低壓聚乙烯，可在120℃以下長(zhǎng)期工作。絕緣性好，且不受濕度影響，無(wú)毒無(wú)味，但低溫脆性大，不耐磨，易老化，用于一般機(jī)械零件，如齒輪、耐蝕件（如泵葉輪、化工管道、容器）；絕緣件；電視機(jī)、收音機(jī)、電扇、電機(jī)罩等殼體；生活用具，醫(yī)療器械，食品和藥品包裝等。④聚酰胺(PA)

俗稱(chēng)尼龍或錦綸。強(qiáng)度、韌性、耐磨、耐蝕性、吸振性、自潤(rùn)滑性、成形性好，摩擦系數(shù)小，無(wú)毒無(wú)味，可在100℃以下使用。蠕變值大，導(dǎo)熱性差，吸水性高，成形收縮率大。常用的有尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍1010等。用于制造耐磨、耐蝕的某些承載和傳動(dòng)零件，如軸承、機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪、螺母及一些小型零件。也可用于制作高壓耐油密封圈，或噴涂在金屬表面作防腐、耐磨涂層，應(yīng)用較廣。2、橡膠

以生膠為基礎(chǔ)加入適量的配合劑制成的高分子材料。天然橡膠（主要成分異戊二烯）合成橡膠（丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等）種類(lèi)：按生料原料來(lái)源按應(yīng)用范圍通用橡膠特種橡膠應(yīng)用：密封件、減振防振件、傳動(dòng)件、輪胎、絕緣件等。特點(diǎn)：在使用溫度范圍內(nèi)處于高彈狀態(tài)；具有優(yōu)良的伸縮性和積儲(chǔ)能量的能力；具有良好的耐磨性、隔音性和絕緣性。3、粘結(jié)劑

在膠接過(guò)程中，用以產(chǎn)生粘合力的物質(zhì)。膠接：借助于一種物質(zhì)在固體表面產(chǎn)生的粘合力將材料牢固地連接在一起的方法。膠接的特點(diǎn)：接頭處的應(yīng)力分布均勻，可以減輕結(jié)構(gòu)重量，適應(yīng)性強(qiáng)，可以粘結(jié)各種材料，操作簡(jiǎn)單，成本低。2、無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷材料各種無(wú)機(jī)非金屬材料的通稱(chēng)，同金屬材料、高分子材料一起被稱(chēng)為三大固體工程材料。陶瓷材料的基本性能：（1）力學(xué)性能：與金屬材料相比，具有很高的彈性模量和硬度，抗壓強(qiáng)度較高；脆性較大，韌性較低，抗拉強(qiáng)度很低。（2）熱性能：熔點(diǎn)高，抗蠕變能力強(qiáng)，耐熱性好，熱硬性達(dá)1000℃以上，是優(yōu)良的絕熱材料；抗急冷急熱性能差。（3）化學(xué)性能：組織結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，具有很好的抗氧化、抗酸、堿、鹽及熔融金屬的侵蝕能力。（4）電性能：大多數(shù)是絕緣體，少數(shù)具有導(dǎo)電的特種陶瓷（氧化物半導(dǎo)體）。陶瓷材料的分類(lèi)及應(yīng)用按原料和用途普通陶瓷特種陶瓷（1）普通陶瓷以天然的硅酸鹽礦物（粘土、長(zhǎng)石、石英等）為原料，經(jīng)加工、成形、燒結(jié)而成。應(yīng)用：日常生活、建筑、衛(wèi)生、電力及化工等領(lǐng)域（2）特種陶瓷以化工原料（氧化物、氮化物、碳化物）經(jīng)配料、成形和燒結(jié)而制成。根據(jù)主要成分分為氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷。氮化化硅

氧化鋁陶瓷：熔點(diǎn)高，耐高溫，硬度高，絕緣性、耐蝕性?xún)?yōu)良。廣泛用于刀具、內(nèi)燃機(jī)火花塞、坩堝、熱電偶的絕緣套。但其脆性大，抗急冷急熱性差。氮化化硅

氮化硅陶瓷：抗急冷急熱性?xún)?yōu)良，硬度高化學(xué)穩(wěn)定性好，電緣絕緣性?xún)?yōu)良，自潤(rùn)滑性、耐磨性好。廣泛用于耐磨、耐蝕、耐高溫和絕緣的零件，如高溫軸承、耐蝕水泵密封環(huán)、閥門(mén)。3、復(fù)合材料有兩種以上物理、化學(xué)性質(zhì)不同的材料經(jīng)人工組合而得到的多相固體材料。組成：基體相（形成幾何形狀和粘結(jié)作用）增強(qiáng)相（提高強(qiáng)度、韌性）特點(diǎn)：不僅具有各組成材料的優(yōu)點(diǎn)，而且可獲得單一材料無(wú)法具備的優(yōu)良綜合性能，某些性能指標(biāo)還要超過(guò)各組成材料性能的總和。①以熱塑性樹(shù)脂（尼龍、聚烯烴類(lèi)、聚苯乙烯類(lèi)等）為基體相制成的玻璃鋼（1）玻璃纖維-樹(shù)脂復(fù)合材料（玻璃鋼）：以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)相，樹(shù)脂為基體。特點(diǎn)：與普通塑料相比，其抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度提高2-3倍，沖擊韌性提高1-4倍，蠕變強(qiáng)度提高2-5倍。應(yīng)用：軸承、齒輪、儀表盤(pán)、空調(diào)扇葉、汽車(chē)前后燈特點(diǎn)：密度?。ㄤ摰?/4-1/6），強(qiáng)度高，耐腐蝕絕緣、絕熱性好，成