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第二部分 机械基础 第四章 金属材料和热处理 ?本章重点 1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。 2．了解：工艺性能的含义。 3．了解：热处理的概念及目的。 4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。 5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。 6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。 7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。 ?本章内容提要 一．金属材料的性能 1．物理、化学性能 物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。 化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。 2．金属材料的机械性能 金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 （1）强度 强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。常用的强度是抗拉强度。工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。 （2）塑性 塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。 伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。 式中，L0表示试样原长度（mm） （4）韧性 韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。 （5）疲劳强度 疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。 3．金属材料的工艺性能 是指它是否易于加工成优良的机械零件或零件毛坯的性能。根据金属材料加工工艺的不同，可分为铸造性、焊接性、锻压性、切削加工性。 二．钢的热处理 人们常常利用加热、保温和冷却，有意识地改善钢的组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。工业生产中热处理工艺分为： 普通热处，即退火、正火、淬火、回火，俗称“四把火” 表面热处理，包括表面淬火（感应加热淬火、火焰淬火）、化学热处理（渗碳、氮化、碳氮共渗）。 1.退火 是将钢加热到一定温度保温以后，随炉缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺。其主要目的是降低硬度，提高塑性，细化或均匀组织成分，消除内应力。常用的退火有去应力退火、完全退火和球化退火。 2.正火 将钢加热到适当的温度，保持一定时间后出炉空冷的热处理工艺。其目的是调整硬度，改善切削加工性；细化晶粒，均匀组织；消除网状碳化物，为球化退火或最终热处理作准备。正火和退火相比，正火的冷却速度快，所得组织更细密，强度硬度较高。 3.淬火 是将钢加热到一定温度保温后，快速泠却，以取得马氏体组织的热处理工艺。淬火的目的是提高硬度、强度和耐磨性，淬火后必须配以适当回火。淬火是在冷却液中进行冷却，理想的淬火冷却液应该保证工件在650～500℃快速冷却，而在300～200℃慢速冷却。常见冷却方法有单液、双液、分级和等温淬火。淬火工艺应区分两个概念：淬硬性和淬透性。淬火的缺陷：硬度不足和软点、过热与过烧、变形和裂纹、氧化和脱碳。 4.回火 是将淬火后的工件重新加热到低于727℃的温度，保温冷却的热处理工艺。回火常是工件最终的热处理，淬火+回火是强化钢材的一个完整过程。其目的：消除淬火应力与脆性，稳定淬火组织，并获得较高的机械性能。按回火温度不同分：低温回火（150～250℃）、中温回火（350～500℃）、高温回火（500～650℃）。淬火后的高温回火也称为调质，在轴类零件、齿轮应用很多，可获得优良的综合力学性能。 5.表面热处理 只仅对工件表层进行淬火的工艺，以获得“表硬心韧”的力学性能。常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。 三．钢铁材料 非金属 材料的分类 有色金属 金属 铸铁 黑色金属 钢 钢铁材料是钢和铸铁的统称。 钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含有其他元素的材料。 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳量2.11%通常是钢和铸铁的分界线。 根据化学成分，钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢。 （一）碳素钢 碳素钢也称碳钢，使用最为普遍。它的主要成分是铁和碳，此外还有硫、磷、锰、硅。 1.分类 2.碳素钢的牌号表示、性能及用途 （1）普通碳素结构钢 牌号表示方法：由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。 质量等级有：A、B、C、D 脱氧方法有：F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）。通常Z和TZ可省略。例如：Q235－A