第1章机械工程材料概论PPT讲稿.ppt

第1章机械工程材料概论第1页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.概述采用适当方法，将原材料变成一定形状、尺寸及功能的毛采用适当方法，将原材料变成一定形状、尺寸及功能的毛采用适当方法，将原材料变成一定形状、尺寸及功能的毛采用适当方法，将原材料变成一定形状、尺寸及功能的毛坯或成品。坯或成品。坯或成品。坯或成品。性质性质：是技术性很强的专业技术基础课；是工程训练有关内容的深化和延续；是联系设计和制造的桥梁。内容内容：工程材料的成形方法和加工工艺，及对零件结构和材料的工艺性要求。特点特点：内容多、概念多、跳动大、理论推导少要求要求：定材料、定工艺、定结构学习经验学习经验：易学、易懂、易忘、难用第2页，共78页，编辑于2022年，星期一原材料毛坯成形加工q2.机械制造工艺过程机械加工、特种加工热处理、表面处理零件成品原材料原材料：金属材料、非金属材料、复合材料毛坯成形加工毛坯成形加工：铸、锻、冲、焊等机械加工、特种加工机械加工、特种加工：切削、磨削、特种加工热处理、表面处理热处理、表面处理：材料的改性与处理检测与质量监控检测与质量监控：保证质量的措施装配装配：零件的固定、连接、调整、检验和产品试验。装配第3页，共78页，编辑于2022年，星期一q3材料成形中的基本要素及其流动 材料、能量和信息三个基本要素的流动及其相互作用形成物质流、能量流和信息流,使毛坯和零件的成形得以实现(1 1)物物质质流流 质量不变过程:铸造、塑性成形、表面处理等质量减少过程:切削加工、热切割、板料冲裁等质量叠加过程:焊接、胶接和机械连接等第4页，共78页，编辑于2022年，星期一(2)(2)能量流能量流 各种能量的消耗和转化过程称为能量流(3)(3)信息流信息流 形状信息流性能信息流q 将生产过程中的物质流、能量流和信息流系统化,即“机械制造技术系统”,具有“自动化、柔性化、高效化”的综合效果特征 (1)优化常规工艺 (2)新型加工方法不断出现 (3)高新技术与工艺紧密结合 q4材料成形技术的发展趋势第5页，共78页，编辑于2022年，星期一(1)重大技术装备主要依赖进口70%轿车工业设备、数控机床、纺织机械、胶印设备80%石油化工设备，85%集成电路芯片制造设备90%大型发电设备、95%光纤制造设备 (2)缺乏总体设计、系统集成和系统服务的能力美国GE、IBM，德国SIEMENS，日本三菱重工，法国阿乐斯通，提供成套系统服务、解决方案 (3)人才培养、使用模式与发达国家有一定差距q5我国制造业现状与地位第6页，共78页，编辑于2022年，星期一q第1章机械工程材料概论1.1金属材料的主要性能性能：金属材料在各种情况下的反映1.1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能指材料在外力作用下表现出来的特性力学性能判据可通过相应的金属力学试验进行测定 第7页，共78页，编辑于2022年，星期一第8页，共78页，编辑于2022年，星期一OPeSbkl(=P/F0)(=l/L0)1、静拉伸试验弹性、塑性和强度第9页，共78页，编辑于2022年，星期一OPeSbkl(=P/F0)(=l/L0)=(L-L0)/L0100L均匀变形非均匀变形第10页，共78页，编辑于2022年，星期一OPeSbkl(=P/F0)(=l/L0)bse0.2%(0.2)第11页，共78页，编辑于2022年，星期一结论q1弹性:即物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸除后物体又回复到其原始形状和尺寸的特性。弹性极限:即金属材料不产生塑性变形时所能 承受的最大应力eFe/S0 Mpaq2刚度:即材料抵抗弹性变形的能力 以弹性模量E来衡量E=/Mpa第12页，共78页，编辑于2022年，星期一q3强度即金属抵抗永久变形和断裂的能力(1)屈服点：试样在试验过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力 s s s s（0.20.2）=Fs/S0 Mpa(2)抗拉强度：即试样拉断前承受的最大标称拉应力b=Fb/S0q 零件选材的基本依据第13页，共78页，编辑于2022年，星期一q4塑性即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力(1)伸长率：即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比 (2)断面收缩率：即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。q 良好的塑性是材料塑性加工的必要条件 第14页，共78页，编辑于2022年，星期一q5硬度即材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力(1)布氏硬度试验：(2)洛氏硬度试验HBS（HBW)=0.102HRA（HRC）=100-(h2-h1)/0.002第15页，共78页，编辑于2022年，星期一第16页，共78页，编辑于2022年，星期一q 布氏硬度试验测定的硬度值较准确，但不能测薄片材料，也不宜测成品，主要用于较软的金属材料及半成品的硬度测定。q 洛氏硬度试验测量简便迅速，压痕小而不损伤工件表面，且可测薄试样和硬材料，常用于成品检验。q 布氏硬度值和洛氏硬度值之间可通过硬度换算表进 行比较。通常可用 1HRC=10HBS（HBW）估算q布氏硬度HBS值和强度值有如下粗略换算关系碳素钢b0.35HBS黄铜及青铜：b0.4HBS（冷变形）硬铝：b0.37HBS灰铸铁：b0.1HBS第17页，共78页，编辑于2022年，星期一q6韧性金属在断裂前吸收变形能量的能力第18页，共78页，编辑于2022年，星期一常用的韧性判据是冲击韧度ak ak=Ak/A=m（h1h2）/A 通常将ak值低的材料称为脆性材料，反之称为 韧性材料 冲击韧度一般仅作为选材的参考,但ak对材料的组织缺陷十分敏感，能够灵敏地反映出材料质量的变化第19页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.1.2金属材料的物理、化学性能 机械零件的用途不同，对材料的物理、化学性能要求也不同。金属材料的物理、化学性能对制造工艺也有影响。q1.1.3金属材料的工艺性能 金属材料对加工工艺的适应性称为工艺性能。第20页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.2金属的晶体结构与结晶晶体内部的原子是按一定的次序作有规则排列的，非晶体内部的原子则是作无规则排列的。q1.2.1金属的晶体结构第21页，共78页，编辑于2022年，星期一体心立方晶格有较好的塑性和较大的强度 面心立方晶格有较好的塑性密排六方晶格塑性均较差第22页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.2.2金属的结晶过程1金属的结晶即液态金属凝固时原子占据晶格 的规定位置形成晶体的过程2过冷过冷度T=ToTn过冷是结晶的必要条件第23页，共78页，编辑于2022年，星期一第24页，共78页，编辑于2022年，星期一3金属的结晶过程形核晶核长大均质形核非均质形核结晶过程4晶粒度及其控制(1)金属的晶粒越细，力学性能越好。(2)细化晶粒的方法加入形核剂增大过冷度动力学法热处理、塑性变形也可细化金属晶粒第25页，共78页，编辑于2022年，星期一第26页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.2.3金属的同素异构转变金属在固态下随着温度变化改变其晶格类型的过程称为金属的同素异构转变纯铁加热和冷却时会产生体积变化，并引起内应力纯铁的同素异构转变性质是钢能够进行热处理的重要理论依据第27页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.2.4合金的晶体结构合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素所组成的金属材料1固溶体间隙固溶体置换固溶体固溶强化:溶剂的晶格发生畸变，使金属材料的塑性下降，而强度、硬度提高 第28页，共78页，编辑于2022年，星期一2金属化合物 由两组元的原子按一定的数量比相互化合而形成的一种新的具有金属特性的物质通常具有较高的熔点和硬度，且脆性较大 3机械混合物 由纯金属、固溶体或化合物按一定的重量比组成的物质。一般表现为混合均匀，分层而立；且各部分必同时出现在金属中 力学性能通常取决于各组元的含量、性能、分布和形态固溶体 金属化合物 机械混合物第29页，共78页，编辑于2022年，星期一q 1.3 铁碳合金铁碳合金 1.3.1铁碳合金的基本组织铁素体铁素体(F(F或或)-Fe铁中溶入碳元素构成的固溶体 强度、硬度低，塑性、韧性好奥氏体奥氏体(A或)-Fe中溶入碳元素构成的固溶体 具有一定的强度，塑性很好渗碳体渗碳体化学式为Fe3C的金属化合物 硬度很高、塑性极差珠光体珠光体(P)(P)铁素体薄层(片)与渗碳体薄层(片)交替重 叠组成的共析组织 强度较高，塑性较差莱氏体莱氏体(L(Ld d)铸铁或高碳高合金钢中由奥氏体(或其转变产物)与渗碳体组成的共晶组织硬 度很高，塑性极差第30页，共78页，编辑于2022年，星期一q铁碳合金的组织和性能随着碳含量和温度的变化而变化，其变化规律反映在铁碳相图中。q1.3.2铁碳相图 铁碳相图是用实验方法作出的，是研究钢和铸铁的成分、温度与组织之间关系的重要工具，是选材和制定钢铁材料铸造、锻造和热处理等热加工工艺的基本依据。第31页，共78页，编辑于2022年，星期一第32页，共78页，编辑于2022年，星期一第33页，共78页，编辑于2022年，星期一1、图中主要特性点的含义 符号符号温度温度含碳量含碳量(%)说说 明明A15380纯铁的熔点C11484.30共晶点LLd（A+Fe3C）D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在r-Fe中的最大溶解度G9120纯铁的同素异构转变点-Fer-FeP7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点AP（F+Fe3C）Q室温0.0008室温时碳在-Fe中的溶解度第34页，共78页，编辑于2022年，星期一q三个主要点：C:1148 W(C)W(C)=4.30共晶点 LLd（A+Fe3C）共晶：从液态中同时结晶出两种组织、成份完全不一样 的固态组织S:727 W(C)W(C)=0.77共析点 AP（F+Fe3C）共析：从原来的固态中同时生成另外两种组织、成份 完全不一样的固态组织E:1148 W(C)W(C)=2.11碳在r-Fe中的最大溶解度v钢和铁的成份分界点第35页，共78页，编辑于2022年，星期一第36页，共78页，编辑于2022年，星期一2相图中主要线的含义：(1)ACD线线液相线，合金液冷却到此线时开始结晶，此线以上的区域为液相。(2)AECF线线固相线，合金液冷却到此线时结晶终止，此线以下合金为固态。(3)ECF线线共晶线，合金液冷却到此线时发生共晶反应，从液体中同时结晶出奥氏体和渗碳体的混合物（莱氏体）。(4)GS线线冷却时从奥氏体中析出铁素体的开始线，又称A3线。(5)ES线线冷却时从奥氏体中析出二次渗碳体的开始线，又称Acm线。(6)PSK线线共析线，当奥氏体冷却到此线时发生共析反应，同时析出铁素体和渗碳体的混合物（珠光体），又称A1线。第37页，共78页，编辑于2022年，星期一q四条主要线：ECF线共晶线产物：机械混合物Ld（A+Fe3C)GS线奥氏体 铁素体又称A3线ES线奥氏体 Fe3C又称Acm线PSK线共析线 产物：机械混合物Ld（F+Fe3C)又称A3线q 铁碳相图上的线都是组织转变线，成份在此线范围内的铁碳合金，凡是加热或冷却经过此线时必将发生组织转变第38页，共78页，编辑于2022年，星期一q4典型铁碳合金的平衡结晶过程第39页，共78页，编辑于2022年，星期一0.77%CLL+AAP0.3%CLL+AAA+FP+F1.2%CLL+AAA+Fe3CP+Fe3C第40页，共78页，编辑于2022年，星期一共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁：第41页，共78页，编辑于2022年，星期一q3铁碳合金的分类及室温组织铁碳合金工业纯铁 w（C）0.0218%(F+Fe3C)钢亚共析钢 w（C）=0.02180.77%(F和P)共析钢 w（C）=0.77%(P)过共析钢 w（C）=0.772.11%(P+Fe3C）白口铸铁亚共晶白口铁w（C）=2.114.3%(P+Fe3C+Ld）共晶白口铸铁w（C）=4.3%（Ld）过共晶白口铁w（C）=4.36.69%（Ld+Fe3C）第42页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.3.3碳对铁碳合金组织和力学性能的影响当w(C)0.9%时，随碳含量增加，钢的强度和硬度不断提高，而塑性不断下降当w（C）0.9%时，随碳含量增加，钢的硬度仍不断上升，但强度和塑性不断下降在白口铸铁部分，随着碳含量增加，硬度不断增加，强度不断下降，而塑性则几乎为零第43页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.4金属材料 1.4.1钢1化学成分对钢的力学性能的影响(1)杂质元素的影响 C、Si、Mn、S、P通常称为含铁金属的五大元素 锰和硅在钢中大部分溶于铁素体，有利于提高钢的强度和硬度，但也使塑性、韧性降低。硫可使钢引起热脆性 磷可使钢引起冷脆性 故硫、磷都必须限制含量，通常均0.045第44页，共78页，编辑于2022年，星期一(2)合金元素的影响为改善钢的某些性能在钢中特意加入的元素大部份合金元素使钢的强度、硬度提高，如C、Si、Mn、N、Cr、Nb、V、Al、Ti等Nb、V等元素可细化晶粒，显著提高钢的韧性大部份合金元素在提高钢的强度、硬度的同时，一般都使钢的塑性和韧性降低q2钢的分类(1)按化学成分分类(2)按主要质量等级分类(3)按使用特性分类第45页，共78页，编辑于2022年，星期一3钢的牌号和应用(1)非合金钢非合金钢：1）碳素结构钢碳素结构钢Q如:Q235AF表示屈服点值主要用来制造一般工程结构和普通机械零件 2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢 如:45,60表示钢中平均碳的质量分数（万分数）主要用来制造一般工程结构和普通机械零件 3）碳素工具钢碳素工具钢T 如:T8,T10A一位或两位数字平均碳的质量分数（千分数）用于制造不受冲击、高硬度、耐磨的工具 第46页，共78页，编辑于2022年，星期一(2)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢如:Q390A 又称低合金结构钢Q 一般不需热处理，综合力学性能较好，大量用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等(3)合金钢合金钢1）合金结构钢合金结构钢：二位数字+化学元素符号+数字如:12Cr2Ni4A,09MnNb平均碳的质量分数（万分数）合金元素平均质量分数（百分数）常用来制造重要的机器零件，如齿轮、轴类、弹簧等 2）合金工具钢合金工具钢:一位数字+化学元素符号+数字如:9CrSi,W18Cr4V,3Cr2W8V 前面的数字表示碳的平均质量分数（千分数）广泛用来制造各种刃具、量具、模具等，如钻头、铰刀、量块和冲模等 第47页，共78页，编辑于2022年，星期一(4)铸钢凝固过程中不经历共晶转变的用于生产铸件的铁基合金1）铸造碳钢铸造碳钢“ZG”和二组数字表示ZG如:ZG270-500 主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的构件，如锻锤机架、齿轮、轧辊等 2）铸造合金钢铸造合金钢：为改善性能而添加的合金元素含 量超过铸造碳钢范围的铸钢 与一般合金钢的编号方法基本相同，但牌号前需加“ZG”符号如:ZG30MnSi1 多用于承受较重载荷或受冲击的零件。常用于制造需要热处理强化的零件，如齿轮、叶片、喷嘴体等。还可具有耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能。第48页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.4.2铸铁 凝固过程中经历共晶转变，用于生产铸件的铁基合金的总称铸铁中，碳的存在形式有渗碳体（Fe3C）和游离状态的石墨（C）两种。1铁碳合金双重相图第49页，共78页，编辑于2022年，星期一2铸铁的石墨化过程常用的铸铁的碳一部分以石墨形式存在 铸铁的石墨化过程包括铸铁凝固时碳以石墨形态析出的过程和铸铁中碳化物分解为石墨的过程。第一阶段石墨化LA+C1154共晶反应第二阶段石墨化AA+C 过饱和A冷却析出第三阶段石墨化AF+C738共析反应 按石墨化程度不同可获得三种不同基体的组织，珠光体+石墨 不充分 铁素体+珠光体+石墨 铁素体+石墨 充分 石墨化程度在一定程度上决定了基体组织的类型，影响铸铁的性能第50页，共78页，编辑于2022年，星期一3影响铸铁石墨化的因素(1)化学成分C 形成石墨的元素 2.7%-3.6%Si 是强烈促进石墨化元素1.1%-2.5%Mn 阻碍石墨化，能减弱S的不利影响，促进珠光体形成，强化基体 0.6%-1.3%调节元素P 微弱促进石墨化，增加铸铁的流动性和耐磨性，但会增加铸铁的冷脆性0.3%控制使用S 强烈组碍石墨化，且易增加铸铁的热裂倾向 0.15%限制使用第51页，共78页，编辑于2022年，星期一(2)冷却速度 冷却速度越慢，越有利于碳的扩散和石墨形成对冷却速度影响较大的是铸型材料和铸件壁厚。铸件化学成份和铸型材料相同时，铸件壁厚就是决定冷速的主要因素q4铸铁的分类、牌号及应用 按碳的存在形式和石墨形态不同可将铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等类型 第52页，共78页，编辑于2022年，星期一铸铁组织及牌号白口铸铁CFe3C麻口铸铁CFe3C+石墨灰口铸铁普通灰铸铁 F片墨+F+P PHT如:HT200孕育铸铁细片墨+P可锻铸铁团絮墨+FPKTH(Z)如:KTH350-10球墨铸铁 F球墨+F+P PQT如:QT400-18蠕墨铸铁蠕墨+基体 RuT如:RuT260合金铸铁铸铁+合金元素第53页，共78页，编辑于2022年，星期一灰铸铁的性能耐磨性能好减振性能好对外来缺口（如刀纹、划痕等）的敏感性小。铸造性能很好、切削加工性能良好；锻造性能、焊接性和热处理性能差机械性能差:强度低、塑性差，抗压性能并不低v 灰铸铁应用：有抗磨、耐震要求的承压件第54页，共78页，编辑于2022年，星期一对金属而言，有什么样的组织就表现出相应的性能。铸铁组织石墨+基体铸铁性能是两者共同影响的体现 当铁碳合金碳的质量分数一定时，石墨化过程决定了石墨生成量的多少和基体组织的类型，也在一定程度上决定了石墨聚集的程度，即基本决定了铸铁的性能。v 铸铁的性能取决于石墨的形态、数量、大小及分布第55页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.4.3非铁金属材料 钢铁材料以外的其它金属材料，统称为非铁金属材料 非铁金属材料具有钢铁材料所不具备的某些特殊性能，是现代工业中不可缺少的材料 机械工业中常用的非铁金属材料有铜及铜合金、铝及铝合金等 尤其在新型工业部门中，非铁金属材料的应用更为广泛。第56页，共78页，编辑于2022年，星期一1铜及铜合金工业纯铜（紫铜）(T1T5)有良好的导电性、导热性和耐蚀性以及优良的塑性。广泛用于电器设备及冷凝器、热交换器等铜合金黄铜HCu+Zn 工业上应用较多Cu+Zn(+Sn、Pb)提高强度和耐蚀性等青铜锡青铜Cu+Sn 抗蚀性好，耐磨性高 特殊青铜 Cu+Al、Be 性能更好QS6-6-3,QS10-1 制造轴瓦、轴套等 白铜Cu+Ni等 耐蚀性好、电阻率高 多用来制造船舶仪器零件、化工机械零件和医疗器械等。第57页，共78页，编辑于2022年，星期一2铝及铝合金(1)纯铝 质轻、熔点低，具有良好的塑性、耐蚀L1L6 性、导热性和导电性 用于制作电线、电缆、耐蚀器皿和生活用具 (2)铝合金变形铝合金 塑性较好，宜于进行压力加工 用于铆钉、滑架、锻件等LF(Al-Mg,Mn),LY(AlCuMg),LC(AlZnMg)铸造铝合金 力学性能不如变形铝合金，但铸造性能好；ZL 适于制造中、小型形状复杂 的铸件；Al-Si系应用最广 第58页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.4.4粉末冶金材料 制取金属粉末并通过成形和烧结由金属粉末与（或不与）非金属粉末的混合物制成的材料 1粉末冶金材料的应用 常用作减摩材料、结构材料、过滤材料、摩擦材料和硬质合金等，还可用来制造难熔金属材料、特殊电磁性能材料、多孔金属过滤材料等。特别是组元的熔点和密度相差悬殊、在液态下互不溶解的合金（如钨-铜电触点材料），往往只能用粉末冶金法制取。普通粉末冶金制品的密度较低且很不均匀，强度比相应的铸件或锻件约低20%30%；一般只适用于中、小型制品的成批、大量生产。第59页，共78页，编辑于2022年，星期一常用的粉末冶金材料 硬质合金硬质合金 用高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC等）粉末为硬质点，以Co、Mo、Ni等作为粘结剂，经过混合、压制和烧结而成。硬度高、耐磨性好，耐热性好。制造刃具及和不受冲击和振动的高耐磨零件烧结摩擦材料烧结摩擦材料 用铁、铜等作基体，加入石棉、Al2O3等摩擦组元及石墨或MoS2。广泛用来制造机器上的制动带和离合器片等烧结减摩材料烧结减摩材料铁与石墨或青铜与石墨粉末。一般用于中速，轻载荷的含油轴承烧结钢烧结钢以碳钢或合金钢粉末为主制成的材料精度较高、表面光洁、有减振、消声作用。用于制造电钻齿轮和油泵齿轮等第60页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.5非金属材料1.5.1高分子材料 机械工程材料中常用的高分子材料有塑料、橡胶、合成纤维、涂料和胶粘剂等 1塑料塑料是以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料 通用塑料通用塑料：力学性能和使用温度较低的塑料 约占塑料总产量的70%工程塑料工程塑料：力学性能和使用温度较高的塑料 强度较高，刚性较大，韧性也较好，价格 较高，常用于制造机械零件和工程构件。按用途(1)塑料的分类：按用途和受热时的性能进行分类。第61页，共78页，编辑于2022年，星期一热塑性塑料热塑性塑料：在整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复冷却硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。力学性能较好，加工成形方便，耐热性较差热固性塑料热固性塑料：固化时，能变成基本不溶、不熔的产物。有较高的耐热性，受压时亦不易变形，但力学性能较差。(2)工程塑料的性能特点和应用：工程塑料密度小，比强度（强度/密度）高，耐磨性、减振性较好，易于成形；强度、硬度较低，导热性、耐热性 较差，且易老化。工程塑料可用于替代金属制造工程构件和机械零件。按受热时的性能第62页，共78页，编辑于2022年，星期一2橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。突出的优点是在很宽的温度范围内（-40150）具有高弹性并有良好的耐磨性和绝缘性，但易老化 天然橡胶天然橡胶：综合物理、力学和加工性能均较好，耐老化，性能不及合成橡胶，用途最广泛 适用于制造轮胎、胶带、胶管和各类橡胶品 通用合成橡胶通用合成橡胶：性能与天然橡胶相同或接近，广泛用于轮胎和大多数橡胶制品的合成橡胶特种合成橡胶特种合成橡胶：性能较差，但具有某些特殊性能 的合成橡胶 用于某些有耐蚀、耐磨、耐热等特殊性能要求的制品常用橡胶的性能特点及应用：见表1-11合成橡胶第63页，共78页，编辑于2022年，星期一q1.5.2工业陶瓷材料 使用于工业等部门的陶瓷材料的总称氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷主要成分为AL2O3，硬度高、耐高温、有良好的绝缘性、化学稳定性和耐蚀性。广泛用于制造高速切削刀具、内燃机火花塞等 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷主要成分为Si3N4，线胀系数小，还有良 好的自润滑性，抗振性、绝缘性、耐蚀 性和化学稳定性。主要用于制造形状复杂、精度要求高的零件，热压 氮化硅陶瓷可制造切削淬火钢和冷硬铸铁的刀具 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷主要成分为SiC，具有良好的耐磨性、耐蚀 性、热稳定性和优异的高温强度 主要用作高温炉管、热电偶套管、刀具 材料、燃气轮机叶片等 第64页，共78页，编辑于2022年，星期一q 1.6 复合材料 两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料1 1纤维增强复合材料纤维增强复合材料 以树脂、橡胶、陶瓷或金属为基体相，以无机纤维 或有机纤维为增强相复合而成的材料。高强度、高刚性、密度小、易加工 是复合材料中最重要的一种，应用最为广泛，如制 造轴瓦、齿轮和车、船的壳体等。2 2颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料 陶瓷颗粒增强金属基复合材料，又称为金属陶瓷，增强相 主要为氧化物和碳化物，金属基体为Ti、Cr、Ni、Mo、Fe等。高强度、高硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀、膨胀系数小 用来制造高速切削刀具、重载轴承及火焰喷管的喷嘴等。第65页，共78页，编辑于2022年，星期一q 1.7 金属热处理 采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺 热处理只改变金属材料的组织和性能，而不改变其形状和大小，是挖掘金属材料潜力的重要手段 实际使用的绝大部分零件、工具、弹簧和滚动轴承都需要经过热处理。第66页，共78页，编辑于2022年，星期一第67页，共78页，编辑于2022年，星期一1.7.1钢的普通热处理1退火加热到适当温度，保持一定时间后缓慢 冷却的热处理工艺。(炉冷）完全退火完全退火：将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，细化晶粒、改善组织，降低硬度，便于切削加工。用于铸件、锻件或热轧型材 球化退火球化退火：使工件中的碳化物球化而进行的退火，降低硬度和提高韧性，改善切削加工性能，为淬火作准备。用于过共析钢去应力退火去应力退火：为去除工件内存在的残余应力而进行的退火 用于消除铸件、锻件、焊接件及由粗切削加工件内的内应力第68页，共78页，编辑于2022年，星期一第69页，共78页，编辑于2022年，星期一2正火 工件加热到奥氏体化后，在静止的空气中 冷却的热处理工艺 （空冷）目的与退火相似，但冷却速度比退火快、操作简便、生产率高3淬火工件加热到奥氏体化后，以适当方式冷却的 热处理工艺 目的主要是为了得到马氏体或（和）贝氏体 组织，以便通过回火获得所需的组织和性能。第70页，共78页，编辑于2022年，星期一第71页，共78页，编辑于2022年，星期一第72页，共78页，编辑于2022年，星期一4回火 工件淬硬后加热到Ac1以下的某一温度，保 温一定时间后冷却到室温的热处理工艺低温回火低温回火：250以下进行的回火保持淬火后的高硬度（5862HRC）和耐磨性，且降低内应力和脆性 用于处理各种工、量、模具、渗碳件和表面淬火件中温回火中温回火：250500之间进行的回火降低硬度（3545HRC），提高弹性、屈服强度和韧性 用于处理各种弹簧和锻模高温回火高温回火：500以上进行的回火使硬度降得更低（2535HRC），得到较好的综合力学性能 用于处理如轴、齿轮等重要的结构零件v（工件淬火（工件淬火+高温回火）称为调质高温回火）称为调质 第73页，共78页，编辑于2022年，星期一第74页，共78页，编辑于2022年，星期一1.7.2钢的表面淬火与化学热处理表面热处理分为两类1表面淬火仅对工件表层进行的淬火工艺a）感应淬火b）火焰淬火1、8工件2加热感应器3淬火喷水套4加热淬火层5烧嘴6喷水管7淬硬层2化学热处理将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理 目的是调整零件表层的力学性能或改善廉价材料的性能 第75页，共78页，编辑于2022年，星期一第76页，共78页，编辑于2022年，星期一第77页，共78页，编辑于2022年，星期一第78页，共78页，编辑于2022年，星期一