机械基础 初级 教学课件 作者 李培根 4机械基础(初级).ppt

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国家职业资格培训教材技能型人才培训用书机械基础（初级）国家职业资格培训教材编审委员会编李培根主编 依据劳动和社会保障部制定的《国家职业标准》要求编写国家职业资格培训教材技能型人才培训用书金属材料与热处理第四章 第四章金属材料与热处理培训学习目标熟悉常用金属材料的牌号、性能和选用原则：了解钢铁热处理的方法、工艺特点和应用范围；初步具有合理选用材料和确定热处理方法的能力。 三、钢的表面热处理四、钢的表面处理第五节　合金钢一、合金钢的特点及分二、常用合金钢类第六节　铸铁一、铸铁的分类及石墨化二、常用铸铁件第七节　非铁金属材料一、铝及铝合金二、铜及铜合金三、滑动轴承合金四、硬质合金复习思考题目录第四章金属材料与热处理第一节　金属材料的性能一、金属材料的力学性能二、金属的物理、化学及工艺性能第二节铁碳合金一、铁碳合金的基本组织二、铁碳相图简介第三节　碳素钢一、杂质元素对钢的影响二、碳素钢的分类三、常用碳素钢第四节　钢的热处理一、概述二、钢的普通热处理 第一节金属材料的性能一、金属材料的力学性能1．强度和塑性2．硬度(1)布氏硬度(2)洛氏硬度3．冲击韧度4．疲劳图4-3拉伸试样图4-2低碳钢力——变形曲线图 第一节金属材料的性能二、金属的物理、化学及工艺性能1．物理性能2．化学性能3．工艺性能１）由于机器零件的用途不同，对于其物理性能的要求也　　　有所不同。２）金属材料的一些物理性能对于工艺性能还有一定的影响。化学性能是指金属材料在化学作用下所表现的性能。工艺性能是指金属材料是否易于加工成形的性能。耐腐蚀性抗氧化性铸造性可锻性焊接性切削加工性 第二节铁碳合金一、铁碳合金的基本组织1．铁素体碳溶解在α－Fe中形成的固溶体叫铁素体，通常用F表示。2．奥氏体碳溶解在γ－Fe中形成的固溶体叫奥氏体，通常用A表示。3．渗碳体碳与铁相互作用形成的化合物Fe3C叫渗碳体。4．珠光体由铁素体和渗碳体组成的机械混合物叫珠光体，通常用P表示。5．莱氏体由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物叫莱氏体，通常用Ld表示。 第二节铁碳合金二、铁碳相图简介特性点温度/℃w(C)(%)意义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点LcAE+Fe3CD12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度G9120Α-FeγFe同素异构转变P7270.02碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点AsFp+Fe3C1．相图中的特性点和特性线图4-3简化后的铁碳相图 第二节铁碳合金二、铁碳相图简介2．典型合金的结晶过程在铁碳相图上，可以按铁碳合金的碳的质量分数不同分为工业纯铁、钢和白口铸铁三大类。3．铁碳合金的组织和性能从铁碳相图可知，铁碳合金的组织与碳的质量分数有很大的关系，随碳的质量分数的增加，室温下的组织变化如下：P+F→P→P+Fe3CΠ→P+Fe3CΠ+L′d→L′d→L′d+Fe3CΙ4．铁碳相图的应用铁碳相图较全面地总结了铁碳合金的组织和性能随成分变化的规律，从而为选择材料提供了理论依据。同时，铁碳相图又是制定铸、锻、热处理加工工艺的重要依据图4-4碳的质量分数对钢的力学性能的影响 第三节铁碳素钢一、杂质元素对钢的影响二、碳素钢的分类一、杂质元素对钢的影响二、碳素钢的分类1．锰和硅2．硫和磷1．按碳的质量分数分类2．按钢的质量分类3．按用途分类低碳钢——w(C)≤025%中碳钢——w(C)＝025%～060%高碳钢——w(C)＞060%普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢碳素结构钢碳素工具钢 第三节铁碳素钢三、常用碳素钢1．碳素结构钢2．优质碳素结构钢优质碳素结构钢钢号由两位数字构成，数字表示钢的平均碳的质量分数的万分之几。3．碳素工具钢碳素工具钢的钢号以“碳”字汉语拼音字首“T”与其后面的一组数字组成，数字表示钢中平均碳的质量分数为千分之几。4．铸钢铸钢的钢号用“ZG+两组数字”表示，ZG是“铸钢”二字汉语拼音首位字母，两组数字分别表示最低屈服点和最低抗拉强度的值，单位是MPa。脱氧方法（沸腾钢、镇静钢分别以“F”、“Z”表示；半镇静钢用“b”表示，“Z”可以省略质量等级（质量等级分A、B、C、D四级，A级质量最低）屈服点数值（表示σs＝235MPa）屈服点字母Q235AF 第四节　钢的热处理一、概述1．钢在加热时的组织转变2．钢在冷却时的组织和性能(1)冷却的目的(2)钢热处理的冷却方式(3)钢在冷却时的转变1)珠光体型转变①珠光体转变②索氏体转变(又称细珠光体转变)③托氏体转变(又称极细珠光体)2)马氏体转变 第四节钢的热处理二、钢的普通热处理1．退火退火是将钢加热到工艺预定的某一温度，经保温后缓慢冷却下来的热处理方法。2．正火正火是将钢加热到工艺规定的某一温度，使钢的组织完全转变为奥氏体，经保温一段时间后，在空气中冷却到室温的工艺方法。在实际生产中，正火主要应用于下列几个方面：＊凡碳的质量分数低于045%的碳钢，都用正火替代退火；＊过共析钢常用正火来消除网状渗碳体，给球化退火作组织上的准备；＊对使用性能要求不高的工件，常用正火代替调质。1)完全退火2)球化退火3)去应力退火 第四节钢的热处理3．淬火淬火是将钢加热到临界温度Ac1或Ac3以上，保温一段时间，然后快速冷却下来的一种热处理方法。(1)淬火加热温度的选择(2)淬火加热的保温(3)淬火介质(4)淬火方法及应用(5)淬透性与淬硬性4．回火回火就是将淬火钢重新加热到工艺预定的某一温度(低于临界温度)，经保温后再冷却到室温的热处理工艺(1)低温回火(2)中温回火(3)高温回火二、钢的普通热处理1)单介质淬火2)双介质淬火3)马氏体分级淬火4)贝氏体等温淬火 三、钢的表面热处理第四节钢的热处理1．表面淬火加热工件的方法主要有2．化学热处理(1)渗碳：渗碳是使介质分解出的活性碳原子渗入工件表层，提高表层组织中的碳的质量分数，经淬火及低温回火使工件表层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持原来的组织和性能的热处理工艺方法。渗碳主要用于低碳钢和低碳合金钢，方法分为固体渗碳法和气体渗碳法等，目前生产中广泛应用的是气体渗碳法。(2)渗氮：渗氮是使化学介质分解出的活性氮原子，渗入工件表层形成氮化层的热处理工艺方法。渗氮方法是气体渗氮，气体渗氮用钢以中碳合金钢为主，使用最广泛的钢为38CrMoAlA。感应加热火焰加热 第四节钢的热处理三、钢的表面热处理1．氧化氧化的基本原理是将工件置于浓碱和氧化剂亚硝酸钠或硝酸钠的溶液中加热。如需改善表面质量和色泽，可适量增加一些磷酸三钠，使零件表面很快生成一层均匀而致密的氧化膜，其颜色随氧化膜的加厚，由初现时的黄色转变为橙色、红色、紫红色、紫色、蓝色到黑色。若使用的氧化剂是亚硝酸钠，得到的氧化膜呈蓝褐色，光泽较好，俗称发蓝。若使用的氧化剂是硝酸钠，得到的氧化膜呈深黑色，俗称发黑。2．磷化磷化是把工件置于磷酸盐溶液中进行处理，使金属表面生成一层不溶于水的磷酸盐薄膜的过程。由于磷化层有微孔，能促使清漆、切削液和润滑油的浸润，且和油漆有很强的结合力，可作油漆的底层。磷化层的抗蚀能力很强，有一定的抗氧化能力，电绝缘性也很高，可以用它作为机械零件的防护层。 第五节　合金钢一、合金钢的特点及分类1．合金钢的特点优点缺点：合金钢冶炼较困难、价格较高，且容易产生冶金缺陷，所以只有当碳素钢不能满足要求时才使用。2．分类按用途可分为3．合金钢钢号的表示方法合金结构钢的钢号是采用“二位数字+化学元素符号+数字”的方法来表示的。1)力学性能好。2)具有较好的淬透性。3)某些合金钢还具有特殊的物理、化学性能。合金结构钢合金工具钢特殊性能钢低合金钢［w(Me)≤5%］中合金钢［w(Me)＝5%～10%］高合金钢［w(Me)＞10%］按合金元素的含量分为 二、常用合金钢第五节　合金钢1．低合金高强度结构钢2．机械结构用合金钢3．合金工具钢和高速工具钢(1)合金工具钢(2)高速工具钢4．特殊性能钢①冷作模具钢②热作模具钢(1)合金渗碳钢(2)合金调质钢(3)合金弹簧钢(4)滚动轴承钢(1)不锈钢(2)耐热钢(3)耐磨钢1)量具刃具钢2)耐冲击工具钢3)模具钢 第六节铸铁一、铸铁的分类及石墨化1．分类(1)白口铸铁　碳全部以渗碳体的形式存在。(2)灰铸铁　碳大部分以片状石墨形式存在。(3)可锻铸铁　碳大部分以团絮状石墨存在。(4)球墨铸铁　碳大部分以自由状态的球状存在。(5)蠕墨铸铁　将高碳、低硫、低磷及含有一定硅、锰的铁液，经过炉前处理后，得到的一种蠕虫状石墨的铸铁。为了进一步提高铸铁的性能，或为了得到某种特殊的物理、化学性能，在铸铁中加入铬、钼、钒、铜、铝等元素，即成为合金铸铁。2．影响石墨化的因素(1)化学成分的影响(2)冷却速度的影响 二、常用铸铁件第六节铸铁1．灰铸铁用途：制造承受压力和要求减振的床身、机架、箱体、壳体，经受摩擦的导轨等，以及其他低负荷、不重要的零件。牌号：用“灰铁”二字的汉语拼音字首“HT”与其后面一组数字表示。数字表示铸铁最小抗拉强度σb值。例如HT150表示最小抗拉强度σb为150MPa的灰铸铁。2．可锻铸铁用途：可用来制造承受冲击、振动及扭转载荷下的工作零件。如凸轮、连杆、齿轮等。牌号：１）铁素体可锻铸铁的牌号用“可铁黑”三字的汉语拼音字首“KTH”及其后面两组数字表示。两组数字分别表示抗拉强度σb和断后伸长率δ的最小值。２）珠光体可锻铸铁的牌号用“可铁珠”三字的汉语拼音字首“KTZ”表示。例如KTZ450—06表示σb≥450MPa，δ≥6%的珠光体可锻铸铁。铁素体(黑心)可锻铸铁珠光体可锻铸铁 3．球墨铸用途：它被广泛应用于制造柴油机、汽车发动机的曲轴、连杆、缸套、齿轮、支架等。牌号：用“球铁”二字汉语拼音字首“QT”及其后面两组数字表示。两组数字分别表示最低抗拉强度σb与断后伸长率δ的值。例如QT400—18表示σb≥400MPa，δ≥18%的球墨铸铁。4．蠕墨铸铁用途：制造复杂的大型铸件和大型机床零件，如立柱等。特别适用于制造受冲击的铸件，如大型柴油机的气缸盖、制动盘和制动毂；也适用于制造耐压气密件，如阀体等。牌号：用符号“RuT”及其后数字表示，其中“RuT”是蠕铁两字汉语拼音的第一字母，其后面的数字表示最低抗拉强度(σb)值。如RuT340表示抗拉强度σb≥340MPa的蠕墨铸铁。第六节铸铁二、常用铸铁件 一、铝及铝合金第七节非铁金属材料1．纯铝2．铝合金(1)变形铝合金变形铝合金采用四位字符牌号命名，牌号用2×××～8×××系列表示。牌号的第一位数字是以主要合金元素Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn和其他元素的顺序来表示变形铝合金的组别。牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况，如果字母为A，则表示为原始纯铝，若为其他字母，则表示为原始纯铝的改型。牌号的最后两位数字用来区分同一组中不同的铝合金。如：2A11表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。(2)铸造铝合金铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音字首“ZL”加三位数字表示。其中第一位数字表示合金的类别，第二、三位数字表示合金的顺序号。例如：ZL102表示2号铸造铝硅合金。铸造铝合金种类较多，但应用最广的是铝—硅合金。它具有良好的铸造性能和耐蚀性。常用来制造内燃机活塞、气缸盖、气缸体、气缸散热套等。工业纯铝的旧牌号有L1、L2、L3…，符号L表示铝，后面的数字越大纯度越低。对应新牌号为1070、1060、1050……。1)防锈铝合金2)硬铝合金3)超硬铝合金。4)锻造铝合金 二、铜及铜合金第七节非铁金属材料1．纯铜纯铜具有很好的导电导热性，其熔点为1083℃，密度为8．93×103kg/m3，有很好的塑性、抗蚀性。工业纯铜牌号有T1、T2、T3三种，序号愈大，纯度愈低。T1、T2主要用来制造导电器材或配制高级铜合金，T3主要用来配制普通铜合金。2．黄铜黄铜是铜和锌的合金，它的颜色随锌的质量分数的增加，由黄色变到淡黄色。它分普通黄铜和特殊黄铜两大类。(1)普通黄铜普通黄铜为简单的铜锌合金。其中H96具有良好的塑性和抗蚀性，可冷拉成黄铜管，用作散热器、冷凝器的管子；H70具有较高的强度和优异的冷热变形能力，可以热轧和冷轧成板材、带材、棒材和冷拉成线材、管材，用作深冲压零件，如弹壳、轴套、散热器等。(2)特殊黄铜 3．青铜(1)锡青铜　特点是具有高的耐磨性、耐磨蚀性和良好的铸造性能。锡含量低的锡青铜适于压力加工，锡含量较高的锡青铜适于铸造。压力加工锡青铜的牌号用“Q+Sn+数字”表示。铸造锡青铜的牌号前加“铸”字的汉语拼音字首“Z”字和基体金属及主要合金元素符号表示。锡青铜一般多用于耐磨零件和酸、碱、蒸汽等腐蚀性气体接触的零件，如蜗轮、衬套、轴瓦等。(2)特殊青铜其中以铝为主加合金元素的铜合金，称为铝青铜；铝青铜具有高的强度、耐蚀性和抗磨性，适于制作蜗轮等零件。以铍为主加合金元素的铜合金，称为铍青铜；铍青铜具有高的弹性极限，主要用于制作各种精密仪器、仪表的重要弹性元件，如钟表齿轮、高温高速下工作的轴承等。第七节非铁金属材料二、铜及铜合金 三、滑动轴承合金第七节非铁金属材料轴承合金必须具备下列特性：1)足够的强度，以便承受载荷。2)足够的硬度和耐磨性，以免过早磨损而失效。3)良好的减摩性、耐磨性。4)良好的耐蚀性和导热性。5)足够的韧性、塑性，以抵抗冲击和振动。常用的轴承合金有锡基轴承合金和铅基轴承合金两类：1）锡基轴承合金：主要用于高速、重载等情况下，如大功率汽轮机、电动机、发电机的轴承。2）铅基轴承合金：主要用于高速、中载或中速、重载条件下，如汽轮机、发电机、减速器、球磨机及轧钢机等机械的轴承。 四、硬质合金第七节非铁金属材料硬质合金的特点是具有很高的硬度(69～81HRC)和热硬性(可达900～1000℃)、良好的耐磨性并具有较高的抗压强度。它可以加工高速钢刀具所不能加工的材料，经常制成一定规格的刀片，镶焊在刀体上使用。1．钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金的牌号用“硬”、“钴”二字汉语拼音字首“YG”加钴的百分含量表示。含钴量高的硬质合金刀具用于冲击振动大的粗加工，含钴量少的硬质合金刀具用于精加工。2．钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金的牌号用“硬”“钛”字汉语拼音字首“YT”加TiC的百分含量表示。含TiC多的硬质合金刀具用于工作条件比较稳定的精加工；含TiC少的硬质合金刀具用于粗加工。 第四章金属材料与热处理1．什么叫强度?机器零件工作时所受到的应力如果大于σs将会发生什么变化?2．什么叫塑性?常用的塑性指标有哪些?写出它们的计算公式。3．常用的硬度试验方法有哪两种?测定原材料常用什么硬度试验?测定淬火钢常用什么硬度试验?4．下列几种材料和零件各用什么硬度试验来测定其硬度?1)检验车刀(高碳钢)、锉刀的硬度。2)检验钢材库的钢材。3)检验青铜的硬度。5．什么叫冲击韧度?写出冲击韧度的符号。6．什么叫金属的疲劳现象?疲劳强度的符号是什么?复习思考题 第四章金属材料与热处理7．写出下列符号代表的含义：σs、σ02、σb、δ、ψ、αk。8．金属的工艺性能包括哪些内容?9．铁碳合金的基本组织有哪些?它们的性能如何?10．说明铁碳相图中特性点和特性线的含义。11．分析铁碳相图中下列不同成分合金由液态冷却至室温的结晶过程：(1)w(C)＝0.45%(2)w(C)＝0.8%(3)w(C)＝1.2%12．说明碳含量对铁碳合金组织及性能的影响。13．钢中的硫、磷杂质给钢的性能带来什么危害?原因是什么?14．通常所述的中碳钢碳含量的范围是多少?低碳钢和高碳钢碳含量的范围是多少?复习思考题 第四章金属材料与热处理15．普通、优质、高级优质碳素钢是如何划分的?16．说明下列钢号的含义：45、Q215AF、65Mn、T10A、ZG270—500。17．举例说明下列各种材料的应用：T7、T10A、T12、65Mn、40、08F、ZG230—450。18．什么是钢的热处理?热处理的基本方法有哪几种?19．何谓碳素结构钢?何谓碳素工具钢?它们的碳含量范围如何?20．共析钢加热时珠光体是如何转变成奥氏体的?21．奥氏体等温转变时，按过冷度的不同，能得到哪几种组织?22．什么是马氏体?它的性能有何特点?23．什么是退火?常用的退火方法有哪几种?复习思考题 第四章金属材料与热处理24．什么叫正火?正火的主要目的是什么?25．什么叫淬火?淬火目的及常用的方法有哪几种?26．什么叫回火?回火的目的是什么?按回火温度不同，回火可分为哪几种?27．什么叫表面淬火?其目的是什么?常用的表面淬火方法有哪两种?28．什么叫化学热处理?试述其基本过程。29．什么是合金钢?合金钢中常见的合金元素有哪些?30．合金元素对钢的性能有哪些影响?31．合金钢的分类方法有哪些?按钢中合金元素的总量多少如何分类?按用途如何分类?复习思考题 第四章金属材料与热处理32．试述下列钢号是什么钢，各合金元素含量为多少?20CrMnTi、40CrNi、60Si2Mn、GCr1533．什么叫渗碳钢?说明渗碳钢的热处理、性能和用途。34．说明合金调质钢的热处理、性能和用途。35．滚动轴承钢有什么特点?36．常用的高速钢有哪两类?W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2各属哪一类?用途如何?37．指出下列钢号各属哪种模具钢：9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr12MoV、5CrMnMo、5CrNiMo38．常用的不锈钢有哪些?39．什么叫耐热钢?什么叫耐磨钢?复习思考题 第四章金属材料与热处理40．什么叫铸铁?根据碳在铸铁中存在形态的不同，铸铁可分为哪几类?41．什么叫铸铁的石墨化?影响石墨化的因素有哪些?42．什么叫灰铸铁?按基体组织，灰铸铁可以分为哪几类?43．什么叫可锻铸铁?可锻铸铁是怎样获得的?可锻铸铁是否可以进行锻造加工?44．为什么球墨铸铁的强度和韧性要比灰铸铁、可锻铸铁的高?45．写出下列牌号的名称、字母和数字的含义：HT150、KTH350—10、KTZ550—04、QT450—10、QT600—03复习思考题 第四章金属材料与热处理46．试述纯铝的特性和用途。47．铝合金如何分类?48．硬铝合金属于哪类铝合金?试述其代号、性能及用途。49．什么是黄铜?牌号如何表示?什么是青铜?牌号如何表示?50．铸造铝硅合金的特点是什么?51．什么叫轴承合金?其组织具有哪些特点?52．什么叫硬质合金?常用的硬质合金有哪两类?53．YG8和YT15各属于哪类硬质合金?它们的组成物各有哪些?含量为多少?分别适用加工什么材料?复习思考题