第1章 工程材料

第1章工程材料概述

材料——制造物品的原料。材料、能源、信息——現(xiàn)代文明的三大支柱，材料又是能源與信息的基礎(chǔ)。石油化工的發(fā)展，促進(jìn)了合成材料的興起和應(yīng)用；20世紀(jì)80年代，特種陶瓷材料的應(yīng)用又有了很大進(jìn)展，后來(lái)又出現(xiàn)了納米材料。現(xiàn)代材料種類(lèi)繁多。目前世界上的材料已達(dá)40余萬(wàn)種，并且每年還在以5%的速度遞增。材料有許多不同的分類(lèi)方法，機(jī)械工業(yè)中使用的材料通常分為以下幾類(lèi)：材料的分類(lèi)工程材料金屬材料非金屬材料

陶瓷材料黑色金屬有色金屬

高分子材料復(fù)合材料1.金屬材料鋼鐵金屬（黑色金屬）——鋼、鑄鐵兩大類(lèi)。非鐵金屬（有色金屬）——鋁及鋁合金、銅及銅合金。2.非金屬材料（P3將其又分為2種）

高分子材料（有機(jī)）——塑料、橡膠、纖維、粘接劑。陶瓷材料（無(wú)機(jī)）——傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷、金屬陶瓷。3.復(fù)合材料

由兩種或兩種以上的不同性質(zhì)材料組合而成，其性能優(yōu)于它的組成材料。復(fù)合材料可以由金屬和高分子材料組合，也可以由陶瓷和高分子材料組合。以獲得強(qiáng)度、剛度、耐蝕性…方面都優(yōu)越的新材料。它是一類(lèi)特殊的材料，具有廣闊的發(fā)展前景?！?機(jī)械工程材料的性能與結(jié)構(gòu)材料的性能分為兩大類(lèi)：（P9）1、使用性能——指材料制成零件后，為了保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)及一定的壽命所應(yīng)具備的性能。——或指材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)出的性能。包括：力學(xué)性能（機(jī)械性能）；物理性能；化學(xué)性能。2、工藝性能——為了保證材料加工過(guò)程順利進(jìn)行而必需具備的性能。包括：熱加工性能（如鑄造、鍛造、焊接、熱處理等）;冷加工性能（如切削加工）。

一、工程材料的性能（一）常用力學(xué)性能力學(xué)性能——材料在外力作用下反映出來(lái)的性能。強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度。

1.強(qiáng)度:工程材料在外力作用下，抵抗變形與斷裂的能力。用單位面積所能承受的最大載荷表示（即應(yīng)力，單位MPa）。

（1）金屬材料的強(qiáng)度（a）屈服強(qiáng)度（屈服極限）：材料開(kāi)始發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力。（b）抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）：材料在拉斷前所能承受最大應(yīng)力。、是工程材料選材的重要性能指標(biāo)，超過(guò)發(fā)生塑變，超過(guò)發(fā)生斷裂。（2）陶瓷材料的強(qiáng)度:常用彎曲強(qiáng)度表示。（3）高分子材料的強(qiáng)度：強(qiáng)度與環(huán)境溫度有關(guān)。2、塑性：工程材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。常用延伸率表示。（a）延伸率：（b）斷面收縮率：、對(duì)鍛，軋，沖壓、擠壓加工有重要意義。數(shù)值越大，表明材料的塑性越好。3、硬度：工程材料抵抗更硬的物體壓入其體內(nèi)的能力。是反映彈性，塑性、斷裂的抵抗能力。常用布氏和洛氏硬度。1）布氏硬度——用直徑D的淬火鋼球，加上一定載荷，壓入工程材料表面，根據(jù)壓力大小，壓痕表面積，計(jì)算球面上平均壓力，為布氏硬度，用HB表示。2）洛氏硬度——用一定載荷把堅(jiān)硬（金剛石）的圓錐體壓頭，壓入被測(cè)工程材料表面，根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度。用HRC表示。4、沖擊韌性：材料抵抗沖擊載荷而不斷裂的能力。5、疲勞強(qiáng)度：材料受無(wú)數(shù)次（107）重復(fù)交變應(yīng)力作用而不斷裂的最大應(yīng)力。工程中80%的零件破壞于此。（二）材料的物理、化學(xué)性能及工藝性能

1.物理性能1）密度4）導(dǎo)熱性

2）熔點(diǎn)5）導(dǎo)電性3）熱膨脹性6）磁性

2.化學(xué)性能材料在常溫或高溫時(shí)，抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。①耐酸性②耐堿性③抗氧化性3、工藝性能指金屬材料的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能在加工過(guò)程中的綜合反映。指是否易于進(jìn)行某種工藝加工的能力。1、鑄造性能；2、鍛造性能；3、焊接性能；4、熱處理性能；5、切削加工性能。二、工程材料的結(jié)構(gòu)（P3）

（一）金屬材料的結(jié)構(gòu)自然界的物質(zhì)可分為晶體和非晶體。晶體——其原子按一定秩序有規(guī)律排列，有明顯熔點(diǎn)、各向異性的物質(zhì)。如金剛石、合金、金屬。非晶體——其原子不按一定秩序、非規(guī)則排列，沒(méi)有明顯熔點(diǎn)、各向同性的物質(zhì)。如松香、玻璃、瀝青。金屬是晶體材料，其所以有較高的強(qiáng)度、塑性、硬度、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、各向異性等都與原子排列有關(guān)。關(guān)于晶體的術(shù)語(yǔ)：1）晶格：把每個(gè)原子中心看成一個(gè)點(diǎn)，把這些點(diǎn)用直線(xiàn)連接起來(lái)形成空間格架。2）晶胞：組成晶格最基本幾何單元。晶體結(jié)構(gòu)晶格1、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)1）體心立方晶格：其晶胞是一個(gè)立方體，原子分布于立方體各結(jié)點(diǎn)和中心處，如Cr、Mo、W等。強(qiáng)度和塑性好。2）面心立方晶格：其晶胞也是一個(gè)立方體，原子分布于立方體各結(jié)點(diǎn)和各面的中心處，如Al、Cu、等。具有很高塑性。3）密排六方晶格：是個(gè)六棱柱結(jié)構(gòu)，在上下兩個(gè)底面的中心各有一個(gè)原子，在兩個(gè)底面的中間還有三個(gè)原子，而12個(gè)結(jié)點(diǎn)上分別各有一原子與相鄰晶胞所共有。如Mg、Zn等。塑性較差。2、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)

單晶體與多晶體：（圖1--5）1）單晶體——其內(nèi)部晶格方位完全一致的一塊晶體。2）多晶體——由許多方位不同，外形不規(guī)則的小晶體組成。小晶體內(nèi)部的晶格方位是一致的。也就是說(shuō)，多晶體是有無(wú)數(shù)個(gè)小晶體組成，每個(gè)小晶體可看成是個(gè)單晶體。由此，又可得到晶粒與晶界的概念：（圖1--6）1）晶?！庑问遣灰?guī)則的多面體，內(nèi)部具有相同晶格方位的小晶體顆粒。

在一個(gè)晶粒內(nèi)部，晶格方位基本相同，但也不是十分理想的完全晶體，其晶格方位在不同區(qū)域上有微小差別，只有在高倍顯微鏡下才可看到。2）晶界——晶粒與晶粒之間在交界處形成的界面。晶界的特點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)度、硬度高——表現(xiàn)最突出；②熔點(diǎn)低，金屬首先從晶界處開(kāi)始熔化；③晶界易腐蝕；④晶界易吸附外來(lái)原子；⑤晶界處易形核。

晶體缺陷：（p4）1）點(diǎn)缺陷：空間三維尺寸都很小的缺陷。它造成晶格畸變，使材料的屈服強(qiáng)度提高。

2）線(xiàn)缺陷：晶體中的位錯(cuò)。分為螺型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)。少量位錯(cuò)可提高屈服強(qiáng)度；較多位錯(cuò)可降低屈服強(qiáng)度。3）面缺陷：晶體中某一維尺寸很小，另另兩維尺寸很大的缺陷。

3、合金的結(jié)構(gòu)（p6）合金——兩種或兩種以上金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合而成具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金的最基本單元。如：鋼（Fe+C）、黃銅（Cn+Zn），穩(wěn)定的化合物也可視為組元。相：凡化學(xué)成分和晶格結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分，稱(chēng)為相。

組織：合金中不同相的組合稱(chēng)為組織。

純金屬在固態(tài)只有一個(gè)相，在液態(tài)時(shí)也只有一個(gè)相。合金固態(tài)時(shí)可能一個(gè)相，也可能是多相。

“組織”在研究金屬加熱、冷卻變化和性能變化時(shí)是非常重要的概念。

各組元之間相互相互作用，可形成不同的結(jié)構(gòu)：

1）固溶體——溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍然保持溶劑晶格類(lèi)型的金屬晶體，稱(chēng)為固溶體。即固態(tài)下組元之間互相溶解，形成均勻固相。又分為：置換固溶體：間隙固溶體：隨著溶質(zhì)原子的溶入，晶格發(fā)生畸變，會(huì)增大晶格繼續(xù)變形的阻力，而提高合金的強(qiáng)度和硬度。這一現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。

2）金屬化合物與機(jī)械混合物金屬化合物：合金中各組元的原子，按一定的整數(shù)比化合而成的，并具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。合金中含有金屬化合物時(shí)，通常強(qiáng)度、硬度、耐磨性提高，塑性、韌性降低。

機(jī)械混合物：純金屬、固溶體、金屬化合物這些基本相混合在一起構(gòu)成的組織。可以是三者之間的混合，也可以是各自的混合。

（二）非金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織

1、陶瓷材料

（1）無(wú)機(jī)玻璃（硅酸鹽玻璃）：非晶體（2）陶瓷：主要成分是晶體（3）玻璃陶瓷陶瓷的組織結(jié)構(gòu)包括3種相：

（1）晶體相：主要組成相，決定陶瓷的性能。（2）玻璃相：起粘接劑作用。（3）氣相：形成氣孔。2、高分子材料

高分子材料——分子量大于10000的高分子化合物為主要部分的材料。高分子材料中常包含多種添加劑。如塑料中的固化劑、增塑劑、穩(wěn)定劑?！?金屬的結(jié)晶與二元合金相圖

一、金屬的結(jié)晶

結(jié)晶——金屬由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。也是原子從無(wú)規(guī)律到有規(guī)律排列的過(guò)程。1．金屬的結(jié)晶溫度（1）理論結(jié)晶溫度To：平衡時(shí)結(jié)晶溫度。（2）實(shí)際結(jié)晶溫度Tn：低于理論結(jié)晶溫度的溫度。（3）過(guò)冷度ΔT：ΔT=To—Tn

2．金屬結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶經(jīng)歷了兩個(gè)基本過(guò)程，即形核和核長(zhǎng)大的過(guò)程，邊形核邊長(zhǎng)大。（p11圖1-13）

金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖

3．細(xì)化晶粒

晶粒的大小、粗細(xì)是影響材料力學(xué)性能的重要因素，相同成分的金屬，其晶粒越細(xì)，則加強(qiáng)了金屬內(nèi)部結(jié)合力，提高了金屬的σb、HB、δ、αk。

因此，促使和保持晶粒細(xì)化是金屬冶煉和熱加工過(guò)程中的一項(xiàng)重要任務(wù)。其影響因素很多，但主要取決于晶核的數(shù)目。晶核越多，則晶粒越細(xì)小。

增加晶核、細(xì)化晶粒的措施：

（1）增加冷卻速度（過(guò)冷度），以增加晶核的數(shù)目。（2）進(jìn)行變質(zhì)處理，以增加外來(lái)晶核或阻礙晶核長(zhǎng)大。比如，在鋼水中加入鈦、釩、鋁等，在鐵水中加入硅鐵等，都可細(xì)化晶粒。

*對(duì)于已完成結(jié)晶的固體合金，采用壓力加工、或熱處理工藝，也可細(xì)化晶粒。4、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——金屬在固態(tài)下，由于溫度變化（加熱、冷卻）而改變金屬晶格類(lèi)型的過(guò)程。也包括形核和長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。由于類(lèi)似于結(jié)晶過(guò)程，故稱(chēng)為二次結(jié)晶，或重結(jié)晶。說(shuō)明：上述的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變對(duì)鋼鐵材料的熱處理意義很大，其中的轉(zhuǎn)變極為重要，它是金屬材料具有熱處理性能的基本條件。

同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，由于原子排列密度變化，引起金屬體積的變化。因的原子排列密度比大，故由轉(zhuǎn)變成時(shí)，將發(fā)生體積膨脹約1%，反之體積減小。這種體積變化會(huì)使金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力—組織應(yīng)力。

二、鐵碳合金相圖（圖1--23）鐵碳合金是由鐵和碳組成的二元合金，也稱(chēng)為黑色金屬，即鋼和生鐵，是工業(yè)上用的最廣泛的金屬材料。

鐵碳合金相圖是研究碳鋼及鑄鐵的成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)。是制定熱加工和熱處理工藝的理論基礎(chǔ)。（一）鐵碳合金的基本組織組成物

1、鐵素體（F）2、奧氏體（A）3、滲碳體（Fe3C）4、珠光體（P）5、萊氏體（Le）或（Ld）

1、鐵素體（F）：C溶解在中形成的間隙固溶體，呈體心立方晶格。

0.0008%-0.0218%C（727℃）與純鐵相近，HB=80，，。2、奧氏體（A）：C溶在中形成的間隙固溶體，呈面心立方晶格。2.11%C（1148℃時(shí)）,0.77%C（727℃時(shí)）；有一定強(qiáng)度、硬度.,

HB=160-200,.

3、滲碳體（Fe3C）：鐵與碳形成的金屬化合物，6.69%C，HB＞800，αk=0。，。滲碳體因生成條件不同有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀，對(duì)鐵碳合金的機(jī)械性能影響很大。

4、珠光體（P）：鐵素體和滲碳體成的機(jī)械混合物，是軟F和硬Fe3C相間的混合物，性能介于兩者之間，強(qiáng)度、硬度較高。有固定的含碳量：0.77%C。

5、萊氏體（Ld）或（Le）：有固定的含碳量：4.3%C，硬而脆。727℃以上是A+Fe3C組成的機(jī)械混合物，727℃以下是P+Fe3C組成的機(jī)械混合物，（二）鐵碳合金相圖

（p18圖1-23）

鐵碳合金相圖表明了各種成分的鐵碳合金在結(jié)晶過(guò)程中，其成分、溫度、組織、性能之間的關(guān)系及變化規(guī)律的圖解，又是制訂鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工工藝的重要依據(jù)。鐵碳合金相圖分析鐵碳合金分為——低碳鋼(C%≤0.25%)

鋼:亞共析鋼(C%＜0.77%)

中碳鋼(0.25%＜C%<0.60%)

共析鋼(C%＝0.77%)

高碳鋼(2.11%≥C%≥0.60%)

過(guò)共析鋼(0.77%<C%≤2.11%)

鑄鐵：亞共晶鑄鐵（2.11%<C%＜4.3%）共晶鑄鐵（C%＝4.3%）過(guò)共晶鑄鐵（4.3%<C%<6.69%）碳對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響：1、硬度與Fe3C密切相關(guān)。Fe3C增加，硬度呈直線(xiàn)增大。全部為Fe3C時(shí)的硬度約為HB800。2、塑性全部由F提供。Fe3C增加則F減少，合金的塑性連續(xù)下降，到鑄鐵時(shí)，塑性幾乎為零。

3、強(qiáng)度與組織形態(tài)密切相關(guān)。對(duì)于亞共析鋼，含碳量增加則強(qiáng)度增大，因?yàn)镻增加而F減少，P的強(qiáng)度大于F。對(duì)于過(guò)共析鋼，由于二次滲碳體呈網(wǎng)狀晶界，使強(qiáng)度下降。到含碳量大于2.11%后，出現(xiàn)Le，強(qiáng)度已很低?！?鋼的熱處理鋼的熱處理是只改變金屬材料的組織和性能，而不改變其形狀和尺寸的加工工藝。熱處理目的：1、改善原材料或毛坯的工藝性能，使之易于加工；2、改善使用性能，保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命；

3、挖掘材料潛力的工藝方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)床制造中，有60-70%的零件需要熱處理；在汽車(chē)制造中，有70-80%的零件需要熱處理；而工具和滾動(dòng)軸承制造中，則100%的零件需要熱處理。

1.熱處理定義鋼的熱處理——把固態(tài)下的鋼，通過(guò)加熱、保溫、冷卻，使其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，獲得所需性能的工藝方法。

其工藝過(guò)程可用熱處理曲線(xiàn)表示2.熱處理工藝曲線(xiàn)

首先了解熱處理中常用的臨界點(diǎn)（臨界溫度）：A1、A3、Acm；加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變溫度用Ac1、Ac3、Accm表示；（相應(yīng)線(xiàn)的角標(biāo)加c）冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變溫度用Ar1、Ar3、Arcm表示。（相應(yīng)線(xiàn)的角標(biāo)加r）

3.臨界點(diǎn)

一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1、奧氏體的形成（以共析鋼的加熱轉(zhuǎn)變?yōu)槔┕参鲣摚ㄊ覝兀篈c1溫度以上時(shí)，由原來(lái)的P→A。這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程是碳原子和鐵原子的擴(kuò)散過(guò)程，所以P→A的轉(zhuǎn)變，叫做擴(kuò)散型相變。所有的擴(kuò)散型相變都是通過(guò)形核和核長(zhǎng)大來(lái)完成的。

奧氏體的形成過(guò)程按如下步驟完成：奧氏體的形成2、亞共析鋼和過(guò)共析鋼的加熱轉(zhuǎn)變

上述是共析鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程，對(duì)于亞共析鋼和過(guò)共析鋼，加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程與此相似。

所不同的是亞共析鋼加熱到AC1-AC3之間時(shí)，還有部分未溶的F存在，加熱到AC3溫度以上時(shí)，才能得到單一的A組織；而過(guò)共析鋼被加熱到AC1-ACCM之間時(shí)，還有部分未溶解的Fe3CⅡ存在，只有加熱到ACCM以上時(shí)，才能全部轉(zhuǎn)變成A。不過(guò)，一般鋼的ACCM溫度都較高，加熱到ACCM以上時(shí)，A晶粒已經(jīng)長(zhǎng)得很大了。3、對(duì)奧氏體形成過(guò)程的影響1）加熱溫度（T）越高，擴(kuò)散越容易進(jìn)行，A形成得就越快，晶粒將聚集長(zhǎng)大；2）保溫時(shí)間（τ）越長(zhǎng)，A就越均勻。即A的形成和晶粒的大小，與T和τ都有關(guān)。

二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

鋼的力學(xué)性能，除了與加熱時(shí)奧氏體（A）的晶粒大小、化學(xué)成分是否均勻有關(guān)，還與A冷卻后的最終組織直接相關(guān)。冷卻方式有2種：1、等溫冷卻：鋼加熱呈A以后，先較快的冷卻到A1線(xiàn)以下某溫度，這時(shí)A尚未轉(zhuǎn)變，成為過(guò)冷奧氏體。然后保溫，使過(guò)冷奧氏體在等溫狀態(tài)下充分發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。以共析鋼為例，其等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分為3種：1）高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物:在A(yíng)1---550℃某點(diǎn)溫度，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w（F+Fe3C）。

2）中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：在550℃---230℃某點(diǎn)溫度，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。其硬度大于珠光體。3）低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：在230℃以下某點(diǎn)溫度，冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。是碳在中的過(guò)飽和固溶體。硬度很高，塑性、韌性很低。

2、連續(xù)冷卻：鋼加熱呈A以后，冷卻溫度連續(xù)下降過(guò)程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。還以共析鋼為例，其連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分為2種：冷卻速度較快時(shí)得到馬氏體；冷卻速度較慢時(shí)得到珠光體。三、鋼的基本熱處理工藝

1、退火把鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后，隨爐冷卻（或放入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻），獲得接近于平衡組織的工藝方法。1）退火目的：①調(diào)整硬度，改善切削加工性；②細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；③消除內(nèi)應(yīng)力，為淬火工序作好準(zhǔn)備；④提高δ，ψ，αk以利于塑性變形。

2）退火工藝a）完全退火——亞共析鋼：Ac3以上20-30℃。降低硬度，改善切削加工性能；消除內(nèi)應(yīng)力。b）球化退火——過(guò)共析鋼：略高于A(yíng)c1。使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化，以降低硬度，改善切削加工性能；并為淬火作組織準(zhǔn)備。球化退火前須正火，將網(wǎng)狀滲碳體破碎。c）去應(yīng)力退火；低于A(yíng)c1，通常

500-650℃

。消除鑄造、鍛造、焊接、機(jī)加工和冷變形等工件中殘留的內(nèi)應(yīng)力。不引起組織變化。d）再結(jié)晶退火——冷塑性變形的鋼：略低于熔化點(diǎn)溫度的0.4倍。

2、正火

把鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過(guò)共析鋼）以上30~50℃，進(jìn)入奧氏體狀態(tài)，適當(dāng)保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

由于正火的冷卻速度比退火的快，所以能獲得較細(xì)的組織（索氏體S）和較高的力學(xué)性能，而且生產(chǎn)周期比退火短。

低碳鋼用正火代替退火，生產(chǎn)率高，提高切削性。高碳鋼正火，可消除網(wǎng)狀二次Fe3C。

3、淬火

1）淬火——把鋼加熱到相變溫度，保溫后，獲得奧氏體。然后在水中或油中快速冷卻（大于臨界冷卻速度），獲得高硬度組織（馬氏體）的熱處理方法。

2）臨界冷卻速度:是指淬火冷卻過(guò)程中奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的最小冷卻速度。所以，淬火時(shí)的冷卻速度要大于臨界冷卻速度，但也不能太快，否則會(huì)引起零件的變形或開(kāi)裂。

鋼在淬火時(shí)用的冷卻介質(zhì)有多種，碳素鋼----冷卻介質(zhì)為水溶液，而合金鋼----油做冷卻介質(zhì)。就冷卻能力而言，水＞油，所以碳素鋼用油冷則淬不硬，合金鋼用水冷易淬裂。

4）目的——獲得馬氏體，提高σb，提高硬度，提高耐磨性，用于刀具、量具和重要結(jié)構(gòu)件……。5）淬火加熱溫度①亞共析鋼：Ac3以上30-50℃；②共析鋼和過(guò)共析鋼：Ac1以上30-50℃。4、回火

——把淬火后的鋼加熱到Ac1線(xiàn)以下某一溫度（碳素鋼為150~650℃），保溫一定時(shí)間（一般為1~1.5小時(shí)）后，取出工件在空氣或水中冷卻到室溫的熱處理工藝。淬火后的鋼件雖然有較高的強(qiáng)度和硬度，但脆性增加并有較大的內(nèi)應(yīng)力，故一般淬火后的零件不能直接使用，必須進(jìn)行回火。1）回火目的降低脆性，減小內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整硬度，提高性能（αk，δ，ψ），穩(wěn)定工件尺寸、穩(wěn)定組織。2）回火種類(lèi)根據(jù)零件性能要求不同，回火可分為：①低溫回火（150-250℃）—得到回火馬氏體+殘余奧氏體。目的：內(nèi)應(yīng)力↓，脆性↓，HRC56-64。

適于工具、模具、滾動(dòng)軸承等零件的最終熱處理。②中溫回火（350-500℃）—得到回火屈氏體。目的：提高σp，同時(shí)σs也提高，HB(35~50HRC)。

適于彈簧，鍛模件、刀桿等零件的最終熱處理。

③高溫回火（500-650℃）—得到回火索氏體。

目的：HB↓↓，內(nèi)應(yīng)力消失、提高αk，獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

“淬火+高溫回火”稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。廣泛用于如軸、絲杠、、齒輪、螺栓等中碳鋼機(jī)器零件的最終熱處理。四、鋼的表面熱處理工藝1、表面淬火。2、化學(xué)熱處理。1）滲碳2）滲氮3）碳氮共滲§4常用工程材料一、金屬材料

1、鋼鐵：純鐵、鋼、鑄鐵等鐵碳合金的統(tǒng)稱(chēng)。

1）純鐵和鑄鐵。純鐵碳含量<0.0218%，應(yīng)用很少。鑄鐵碳含量為2.11%—6.69%（常用為2%--4%），其中的碳以石墨或滲碳體形態(tài)存在。（1）灰口鑄鐵：斷口呈灰色，鑄造性能最好。（2）白口鑄鐵：斷口呈銀白色。（3）可鍛鑄鐵：白口鑄鐵退火后得到。（4）球墨鑄鐵：灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化后得到，石墨呈球狀，鑄造性能和力學(xué)性能較好。

2）鋼。碳含量在0.021%—2.11%之間，力學(xué)性能好，應(yīng)用廣泛。

（1）碳素鋼的分類(lèi)。主要按化學(xué)成分分為：

低碳鋼——碳含量小于或等于0.25%。

中碳鋼——碳含量在0.25%—0.6%之間。

高碳鋼——碳含量大于0.6%。（2）鋼的牌號(hào)及用途a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：常用Q+σs

值來(lái)表示。如Q215、Q235、Q255…。常用于結(jié)構(gòu)件。其牌號(hào)、化學(xué)成分、用途見(jiàn)表1—1。大多為低碳鋼。b.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含碳量0.2~0.75%。以含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)來(lái)表示。如45鋼、20鋼、65鋼…。含碳量＜0.25%為低碳鋼；含碳量>0.60%為高碳鋼；二者之間為中碳鋼。常用于制造機(jī)器零件。C.碳素工具鋼：含碳量為0.65-1.35%。以T+含碳量的千分?jǐn)?shù)來(lái)表示。如T10、T12…。常用于制造鉗工工具。都需熱處理。d.合金鋼——為改善鋼的某些性能，在碳素鋼中加入一些合金元素所煉成的鋼。

i.低合金鋼：合金總含量＜3%，且含碳量也較低。與含碳量相同的碳素鋼相比，其力學(xué)性能較好。低合金鋼的牌號(hào)表示方法與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，如Q345，Q420。

ii.合金鋼：合金總含量>

3%時(shí)，稱(chēng)為合金鋼。（i）合金結(jié)構(gòu)鋼——“數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”來(lái)表示。前兩位數(shù)為含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，元素符號(hào)及其后的數(shù)字，表示所含合金元素及其含量的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)某合金元素含量＜1.5%時(shí)，不標(biāo)注。如20Cr、40Cr、60Si2Mn…?！癎”表示滾動(dòng)軸承鋼，合金元素含量用千分?jǐn)?shù)表示。（ii）合金工具鋼——前位數(shù)為碳含量的千分?jǐn)?shù)，若含碳量>

1%，則不標(biāo)出。如9SiCr（含碳量為0.9%），CrWMn。但高速鋼W18Cr4V的含碳量雖未超過(guò)1%，習(xí)慣不標(biāo)出。

量具、刃具常用合金工具鋼制造。（iii）特殊性能鋼——不銹鋼、耐磨鋼、耐蝕鋼、磁鋼等。其標(biāo)注方法與合金工具鋼類(lèi)似。

2、有色金屬及合金——把非鐵金屬及其合金稱(chēng)為有色金屬。1）鋁及鋁合金：

（1）密度小、比強(qiáng)度高；（2）導(dǎo)電性好；（3）抗大氣腐蝕能力強(qiáng)；（4）加工性好：塑性成形、鑄造、切削。

工業(yè)純鋁用于制作電線(xiàn)、器皿等。

鋁合金強(qiáng)度高、加工性好。門(mén)窗。

2）銅及銅合金：（1）導(dǎo)電性、導(dǎo)電熱性極好；（2）加工性好：塑性成形、鑄造、切削。

純銅呈紫色（紫銅），優(yōu)良的導(dǎo)體。烙鐵芯。

黃銅的主要合金元素為鋅，鑄造性好。水龍頭。

青銅的主要合金元素為錫或鋁。

錫青銅鑄造性能、減磨性能、機(jī)械性能好?；瑒?dòng)軸承、蝸輪、某些齒輪；

鋁青銅強(qiáng)度高、耐磨耐蝕性好。某些齒輪、螺旋槳。3）軸承合金

滑動(dòng)軸承是重型汽車(chē)、坦克、重型機(jī)器的重要部件。軸承合金用于制造滑動(dòng)軸承的軸瓦及內(nèi)襯。要求特點(diǎn)：（1）高強(qiáng)度、高硬度，以承受壓力；（2）高塑性、高韌性，以承受沖擊和振動(dòng)；（3）高耐磨性。

錫基軸承合金（錫基巴氏合金）。

鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）。二、非金屬材料

無(wú)機(jī)材料：通常為硅酸鹽、鋁酸鹽…等與氧化物、碳化物、氮化物等制備而成的材料。有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的區(qū)分在于是否含碳。

有機(jī)化合物：主要由氧、氫、碳元素組成。是生命產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。如脂肪、氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、葉綠素等。另外，石油、天然氣、化纖、天然或合成藥物等也是。

有機(jī)合成材料有三大類(lèi)：塑料、合成纖維、合成橡膠。是通過(guò)化學(xué)合成將小分子有機(jī)物如烯、烴等合成大分子聚合物。有的結(jié)成長(zhǎng)鏈狀，有的由鏈狀結(jié)成網(wǎng)狀。1、工程塑料

塑料的主要成分是有機(jī)合成樹(shù)脂和添加劑。通?？稍诩訜帷⒓訅簵l件下塑制成形，故稱(chēng)為塑料。合成樹(shù)脂——高分子化合物，如聚乙烯。

添加劑——增強(qiáng)、增塑、著色、阻燃劑等。1）常用工程塑料（1）熱塑性塑料——加熱時(shí)軟化并熔融，可塑造成型，冷卻后保持既得形狀，且該過(guò)程可反復(fù)進(jìn)行。a.聚乙烯(PE)：密度較低、質(zhì)地柔軟，制造塑料薄膜、軟管、塑料瓶等。b.聚氯乙烯(PVC)：機(jī)械強(qiáng)度較高、耐蝕性較好，制造氣體、液體輸送管。c.聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)：又叫有機(jī)玻璃。其透明度高于無(wú)機(jī)玻璃，密度低、機(jī)械性能高（與溫度有關(guān)）。（2）熱固性塑料——初加熱