模块三：工程材料及其热处理课件

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1、课程教学模块三：工程材料及其热处理教学重点：常用碳钢、合金钢、铸铁、有色金属等材料的分类、成分、组织、牌号、性能和应用；钢的热处理分类、工艺规程与应用，零件选材和及其热处理工艺分析。教学难点：钢在加热和冷却时的组织转变分析，常见化学元素对钢的组织、性能及热处理影响，变形铝合金的强化手段和热处理特点。课题一非合金钢（碳钢）教学重点：常用碳钢和铸铁的牌号、性能和应用。教学难点：根据碳钢的牌号能分析它的成分、性能特点和大致应用范围。一、常存杂质元素对碳钢性能的影响1、锰的影响改善钢的质量；提高钢的强度和硬度；减轻硫的危害；是有益元素，一般WMn＝0.25%～0.80%。2、硅的影响消除FeO对钢的不

2、良影响；产生固溶强化；是钢中有益元素，一般Wsi＜0.4%。3、磷的影响使钢的强度、硬度增加，但塑性和韧性显著降低；使钢低温时脆性严重（冷脆）；是有害元素，应严格控制磷含量。4、硫的影响与铁形成化合物FeS，使钢变脆（热脆）；是钢中有害元素，应严格控制硫含量。二、碳钢的分类1、按含碳量分类分为低碳钢(Wc＜0.25%)、中碳钢(0.25≤Wc≤0.60%)和高碳钢(Wc＞0.60%)。2、按质量分类1）普通质量碳钢（Ws＞0.045%、Wp＞0.045%）不需要特别控制质量的钢种，包括一般碳素结构钢、碳素钢筋钢、铁道用一般碳素钢等。2）优质碳钢需要特别严格控制质量的碳钢。主要包括：机械结构用优

3、质碳钢、工程结构用优质碳钢、冲压薄板的低碳结构钢、锅炉和压力容器用碳钢、优质铸造碳钢等。3、按用途分类1）碳素结构钢主要用于制造各种工程构件和机器零件。一般属于低碳钢和中碳钢。2）碳素工具钢主要用于制造各种刃具、量具、模具等。一般是高碳钢。此外，钢按冶炼时脱氧方法不同，分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢等三、碳钢的牌号和应用1、碳素结构钢牌号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表示Ws≤0.050%、Wp≤0.045%；B表示Ws≤0.045%、Wp≤0.045%；C表示Ws≤0.040%、Wp≤0.040%；D表示Ws≤0.035%、Wp≤0.0

4、35%。脱氧方法有F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）TZ（特殊镇静钢）四种，通常Z和TZ可省略。例：Q235－AF。2、优质碳素结构钢牌号用两位数字表示钢平均含碳量的万分数。例：45钢。又分为普通含锰量（WMn≤0.7%）和较高含锰量（WMn=0.7%～1.2%）两类。含锰量较高的钢在两位数字后面加“Mn”字。例：65Mn钢。脱氧方法表示法同碳素结构钢，高级优质钢，加“A”；特级优质钢，加“E”。3、碳素工具钢牌号用“碳”的汉语拼音字首“T”加数字（钢的平均Wc的千分数）表示。例：T12。碳素工具钢含碳量高，硫、磷杂质含量较少，一般经淬火，低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。主

5、要用于要求不很高的刃具、量具和模具。4、铸钢牌号用“ZG”表示。牌号有两种表示方法：以强度表示时，在“ZG”后面有两组数字，第一组数字表示该牌号屈服点的最低值，第二组数字表示其抗拉强度的最低值，两组数字间用“－”隔开，例：ZG230－450。以化学成分表示铸钢牌号时，在“ZG”后面的数字表示铸钢平均碳含量的万分数。平均碳含量＞1％时不标出,平均碳含量＜0.1％时,其第一位数字为“0”。在含碳量后面排列各主要合金元素符号,每个元素符号后面用整数标出含量的百分数，例：ZG15Cr1MolV。四、铸铁铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金总称。具有良好的铸造性、耐磨性、减震性、切削加工性等，且制造容

6、易、价格便宜。　铸铁按碳的存在形式分为灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。课题二钢在加热和冷却时组织转变教学重点：奥氏体的形成及其晶粒大小的控制措施，C曲线及其应用。教学难点：钢在加热时和冷却时组织转变。一、钢在加热时的组织转变A1、A3、Acm各相变点是固态下铁碳合金的组织转变线，是在极其缓慢加热和冷却条件下得到的。在实际生产中，固态相变时都有不同程度的过热度或过冷度（见下图）。为便于区别，将加热时各相变点用ACl、AC3、ACcm表示，冷却时各相变点用Arl、Ar3、Arcm表示。1、奥氏体的形成以共析钢为例，当加热到AC1以上时，发生珠光体向奥氏体的转变（即奥氏体化）过程可分为三

7、个阶段：1）奥氏体晶核的形成和长大。2）剩余渗碳体的溶解。3）奥氏体均匀化。当加热到AC1线稍上时钢中的珠光体向奥氏体转变，只有分别加热到AC3或ACCm温度以上，保温足够时间，才能获得成分均匀的单相奥氏体。2、奥氏体晶粒长大及其控制措施钢加热时珠光体向奥氏体转变刚刚结束时，奥氏体晶粒是比较细小的。如果继续加热或保温，奥氏体晶粒会变粗大，影响热处理后钢的强度、塑性、韧性较低。因此，加热时获得细小晶