機械基礎-第二節(jié)黑色金屬、第三節(jié)有色金屬及其合金

普通碳素結構鋼：Q+屈服強度+質量等級符號+脫氧符號優(yōu)質碳素結構鋼：兩位數+（元素符號）碳素工具鋼：T+數字+（A）數字為碳含量萬分數。如45、65Mn數字為碳含量千分數，A高級優(yōu)質鋼。如T8、T10A合金結構鋼：兩位數+合金元素+數字

兩位數為碳含量的萬分數，后面數字是元素含量的百分數，如果元素含量低于1.5%，只注符號，不標含量。如20Cr、60Si2Mn。滾動軸承鋼：G+合金元素+數字數字是元素含量的千分數。如GCr15合金工具鋼：一位數+合金元素+數字一位數為碳含量千分數，碳超過1%時不注，其他同合金結構鋼。如CrWMn、9Mn2V不銹鋼：主要有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9等?；诣T鐵：HT+最低抗拉強度可鍛鑄鐵：KT+最低抗拉強度—最小伸長率KT后如有H、Z，H指黑心（鐵素體），Z指珠光體。如KT300—06、KTZ550—04球墨鑄鐵：QT+最低抗拉強度—最小伸長率如Q235A、Q275如HT300如QT400—18耐熱鋼：主要有1Cr13Si13、4Cr14Ni14W2Mo、4Cr9Si2等。鑄鋼：主要有ZGMn13。復習提問1、指出下列材料的牌號和含義HT150；GCr15；40Cr；9SiCr；W18CrV；1Cr13；KTZ550-04；15MnTi；60Si2MnHT150——GCr15——40Cr——9SiCr——最小抗拉強度為150MPa的灰鑄鐵。鉻平均質量分數為1.5%的滾動軸承鋼。平均碳的質量分數為0.4%，鉻含量小于1.5%的合金結構鋼。平均碳的質量分數為0.9%、硅和錳的質量分數小于1.5%的合金工具鋼。復習提問1、指出下列材料的牌號和含義W18Cr４V——1Cr13——KTZ550-04——碳的質量分數大于1%、鎢的質量分數為18%、鉻的質量分數為４%、釩的質量分數小于1.5%的合金工具鋼。碳質量分數為0.1%、鉻的質量分數為13%的不銹鋼。最低抗拉強度為550MPa、最小伸長率為4%、珠光體組織的可鍛鑄鐵。復習提問1、指出下列材料的牌號和含義15MnTi——60Si2Mn——平均碳的質量分數0.15%，錳、鈦的質量分數小于1.5%的合金結構鋼。平均碳的質量分數為0.6%、硅的質量分數為2%、錳含量小于1.5%的合金結構鋼。復習提問1、指出下列材料的牌號和含義2、什么是奧氏體？奧氏體存在于什么狀態(tài)下？奧氏體性能如何？奧氏體是碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體。奧氏體只存在于高溫下。奧氏體有一定的強度、硬度和良好的塑性、韌性，適于進行鍛壓加工。

(一)鋼的熱處理原理1．概述

熱處理是將鋼在固態(tài)加熱到一定溫度，并在此溫度保持一定時間，然后以選定的冷卻速度冷卻，以改變鋼的內部組織，從而獲得所需要性能的一種金屬加工工藝。根據熱處理的目的和工藝方法的不同，熱處理可分為：六、鋼的熱處理

熱處理方法雖然很多，但任何一種熱處理工藝都是由加熱、保溫、和冷卻三個階段所組成的。熱處理工藝過程可用在溫度一時間坐標系中的曲線圖表示，這種曲線稱為熱處理工藝曲線。

2．鋼在加熱時的轉變

在熱處理工藝中，鋼的加熱目的是為了獲得奧氏體，奧氏體是鋼在高溫狀態(tài)時的組織，其強度及硬度高，塑性良好，晶粒的大小、成分及其均勻化程度，對鋼冷卻后的組織和性能有重要影響。因此，鋼在加熱時，為了得到細小均勻的奧氏體晶粒，必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間，以求在冷卻后獲得高性能的組織。

3．鋼在冷卻時的轉變

冷卻是熱處理的關鍵工序，成分相同的鋼經加熱獲得奧氏體組織后，以不同的速度冷卻時，將獲得不同的力學性能。

(二)鋼的退火與正火

1．退火與正火的目的

退火與正火常作為中間熱處理，主要目的是：降低硬度，以利切削；消除殘余應力，防變形、開裂；細化晶粒、改善組織，為最后的熱處理作好準備。

2、退火工藝及應用

鋼的退火是將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織狀態(tài)的熱處理工藝。

鋼的退火方法很多，常用的有完全退火、球化退火和去應力退火。(1)完完全全退退火火將鋼鋼加加熱熱到到Ac3以上上20～～60℃℃，，保保溫溫后后隨隨爐爐緩緩冷冷到到600℃℃以以下下，，再再出出爐爐空空冷冷到到室室溫溫。。主要要用用于于亞亞共共析析鋼鋼的的鑄鑄件件、、鍛鍛件件、、熱熱軋軋型型材材和和焊焊接接結結構構件件的的退退火火。。(2)球球化化退退火火將鋼鋼加加熱熱到到Ac1以上上20～～40℃℃，，緩緩冷冷到到600℃℃出出爐爐空空冷冷到到室室溫溫。。主要要用用于于消消除除共共析析鋼鋼和和過過共共析析鋼鋼組組織織中中的的粗粗片片狀狀珠珠光光體體，，降降低低硬硬件件度度和和提提高高塑塑性性。。(3)去去應應力力退退火火將鋼加加熱到到Ac1以下溫溫度（（一般般500～～650℃℃），，保溫溫后隨隨爐緩緩冷到到200～～300℃℃出爐爐空冷冷到室室溫。。主要用用于消消除鑄鑄件、、焊件件及切切削加加工件件的應應力，，減小小變形形，穩(wěn)穩(wěn)定尺尺寸。。由于加加熱溫溫度較較低，，過程程中無無相變變發(fā)生生。3、正火工工藝及及應用用正火是是指將將鋼件件加熱熱到Ac3（亞亞共析析鋼））或Accm（（過共共析鋼鋼）以以上30～～50℃，，經保保溫后后在空空氣中中冷卻卻的熱熱處理理工藝藝。正火與與退火火的主主要區(qū)區(qū)別是正火火冷卻卻速度度稍快快，得得到的的組織織較細細小，，強度度、硬硬件度度有所所提高高，操操作簡簡單，，生產產周期期短，，成本本低。。所以以在實實際生生產中中，凡凡是能能用正正火代代替退退火的的零件件，就就不采采用退退火處處理。。(三)淬火火1．淬淬火淬火是是將鋼鋼的組組織加加熱到到Ac3或Acm以上30～～50℃以上，保溫溫一定時間間后在水、鹽鹽水或油中中快速冷卻的的熱處理工工藝。淬火的目的的是獲得馬馬氏體組織織，使鋼具具有高硬度度和高耐磨磨性。（1）淬火火工藝1）淬火火加熱溫度度對于亞共析析鋼，淬火火溫度一般為Ac3以上30～50℃；對于共析鋼或或過共析鋼鋼，淬火加熱溫度為為Ac1以以上30～～50℃。在實際生產產中，還需需根據工件件形狀、尺尺寸、淬火火介質等綜綜合考慮。。2）淬火加加熱時間包括升溫和和保溫時間間。3）淬火火冷卻介質質生產中，常常用的冷卻卻介質是水水、油、堿堿或鹽類水水溶液。（2）淬火火冷卻方法法單液淬火、、雙液淬火火、分級淬淬火、等溫溫淬火1）單液淬淬火法將加熱后的的鋼件放到到一種淬火火介質中連連續(xù)冷卻到到室溫。操作簡單，，易實現自自動化；但但易產生淬淬火缺陷。。2）雙液淬淬火法將加熱后鋼鋼件先放到到冷卻能力力較強的介介質（水或或鹽堿溶液液）中，待待溫度降到到300～～400℃℃時，取出出迅速投入入到冷卻速速度較慢的的油中冷卻卻到室溫。。此法可有效效地降低內內應力，防防止鋼件的的變形和開開裂。3）分級淬淬火法將加熱鋼件件先放入鹽鹽浴或堿浴浴中冷卻，，停留一段段時間，待待其心部與與表面的溫溫差減小后后再取出放放在空氣中中冷卻。此法比雙質質介淬火容容易控制，，能防止鋼鋼件變形和和開裂，而而且硬度也也較均勻。。適用于形狀狀復雜、尺尺寸較小、、要求精密密的零件。。4）等溫淬淬火法將加熱鋼件件放到溫度度稍高于230℃的的鹽浴中，，停留較長長時間后，，取出在空空氣中冷卻卻。此法淬火后后的鋼件硬硬度較低，，但能在獲獲得高強度度的同時還還具有良好好的塑性；；應力和變變形都很小小，但生產產周期長、、效率低。。主要用于形狀復復雜、強度度和韌性要要求較高的的鋼件。2、鋼的淬淬透性與淬淬硬性淬透性是指指鋼在一定定條件下淬淬火時淬硬硬層所能進進入的深度度。如果某種材材料的淬硬硬層深，我我們就說它它的淬透性性好。淬硬性指鋼鋼在理想條條件下淬火火所能達到到最高硬度度的能力。。淬透性好的的鋼，其淬淬硬性不一一定高。3、淬火缺缺陷及防止止方法（1）硬度度不足原因：加熱熱溫度過低低，保溫時時間不足或或冷卻速度度太慢。消除辦法：：正火后重重新淬火。。（2）過熱熱或過燒過熱或過燒燒，使鋼脆脆性增加、、強度低、、塑性和韌韌性變差。。原因：加熱熱溫度過高高或保溫時時間過長。。消除辦法：：正火或退退火后重新新淬火。（3）變形形或開裂原因：鋼件件在加熱或或冷卻時，，工件表層層與心部溫溫差較大。。解決辦法：：變形可校校正，開裂裂只能報廢廢。(四)回火鋼的回火是是指將淬火火后的鋼，，在組織轉轉變?yōu)閵W氏氏體的臨界界溫度以下下加熱，保保溫一定時時間，然后后冷卻到室室溫的熱處處理工藝。。1、淬火鋼鋼件回火的的目的①消除或減少少淬火應力力，降低脆性，，防止工件件變形開裂裂。②穩(wěn)定組織，，從而穩(wěn)定工件的的尺寸。③調整硬度、強度度，提高塑塑性，使工件獲得較好的力學性能。2．回火種類常用的回火火方法有低溫回火、中溫回火、高溫回火。2．回火種類①低溫回火火（150～250℃）目的：減小小淬火應力力和脆性、、保持淬火火后的高硬硬度和耐磨磨性。應用：各種工模具具、滾動軸軸承及滲碳碳、表面淬淬火的零件件。②中溫回火（（350～～500℃℃）目的：獲得得高的彈性性極限、屈屈服強度和和較好的韌韌性。應用：用于各種彈彈簧和某些些模具。③高溫回火（（500～～650℃℃）目的：獲得得強度、塑塑性、韌性性都較好的的綜合力學學性能。應用：用于各種重重要結構件件，也可作作為某些精精密零件的的預先熱處處理。調質處理=淬火+高高溫回火，，所以中碳范范圍的結構構鋼又稱調質鋼。常用的表面面熱處理方方法有表面面淬火及化化學熱處理理兩種。（一）表面淬火（1）火焰焰加熱表面面淬火（2）感應應加熱表面面淬火七、鋼的表表面熱處理理表面淬火視視頻（二）化學熱處理理化學熱處理理是指將鋼鋼件放入一一定溫度的的活性介質質中保溫，，使一種或或幾種元素素滲入它的的表層，以以改變其表表層化學成成分、組織織和性能的的熱處理工工藝?；瘜W熱處理理種類很多多，最常用用的是滲碳碳和滲氮。。（1）鋼的的滲碳將將工件置于于滲碳介質質中加熱并并保溫，使使碳原子滲滲入工件表表層的化學學熱處理工工藝。（2）鋼的的滲氮是是指在一定定溫度下，，使活性氮氮原子滲入入工件表面面的化學熱熱處理工藝藝。第三節(jié)有有色金屬屬及其合金金在工業(yè)生產產中，通常常把鐵及其其合金稱為為黑色金屬，把其他非非鐵金屬及及其合金稱稱為有色金屬。有色金屬的的產量和用用量不如黑黑色金屬多多，但由于于其具有許多優(yōu)良良的特性，，如特殊的的電、磁、熱性能能，耐蝕性性能及高的的比強度(強度與密密度之比)等，已成成為現代工工業(yè)中不可可缺少的金金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進汽車中占的重量百分比汽車上常用用的有色金金屬主要有有鋁、銅及及其合金。。一、鋁鋁及鋁合金金(一)、鋁及鋁合合金性能特特點純鋁具有銀銀白色金屬屬光澤，密度小(2.72)，熔點低(660.4℃),導電、導熱熱性能優(yōu)良良。塑性好、有有良好的蝕性。鋁合金制造的機翼鋁合金比強度高，，同時還保保持鋁耐蝕蝕性好、導導熱性好、、質量輕的的優(yōu)點。鋁合金常加加入的元素素主要有Cu、Mn、Si、、Mg、Zn等，此此外還有Cr、Ni、Ti、、Zr等等輔加元素素。鋁合金型材鋁鑄件1、變形鋁鋁合金這類鋁合金金的特點是是塑性好，，可進行冷冷熱狀態(tài)下下的壓力加加工。分為為防銹鋁合金金、硬鋁合合金、超硬硬鋁合金和和鍛造鋁合合金等。按鋁合金的的成分和工工藝性能，，可分為變形鋁合金金和鑄造鋁合金金兩類。鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬（1））防防銹銹鋁鋁合合金金主要要指指鋁鋁錳錳系系、、鋁鋁鎂鎂系系合合金金衛(wèi)星天線（LF2）特點點是是具具有有很很高高的的抗抗蝕蝕性性，，故故常常稱稱為為防防銹銹鋁鋁合合金金。。此此外外，，還還具具有有良良好好的的塑塑性性和和一一定定的的焊焊接接性性能能，，但但強強度度較較低低，，不不能能進進行行熱熱處處理理，，只只有有經經過過冷冷加加工工變變形形才才能能使使其其強強化化。。（2））硬硬鋁鋁合合金金主要要指指鋁鋁-銅-鎂系系、、鋁鋁-銅-錳系系合合金金飛機機翼翼梁梁(腹腹板板為為硬硬鋁鋁合合金金)通過過淬淬火火時時效效處處理理而而獲獲得得相相當當高高的的強強度度，，在在淬淬火火時時效效狀狀態(tài)態(tài)下下有有較較好好的的切切削削加加工工性性，，但但耐耐蝕蝕性性較較差差。。（3））超超硬硬鋁鋁合合金金屬于于Al-Cu-Mg-Zn系合合金金,另外外還還加加入入少少量量的的鉻鉻、、錳錳。。強強度度在在鋁鋁合合金金中中最最高高，，故故稱稱超超硬硬鋁鋁。。超硬硬鋁鋁主主要要用用作作要要求求重重量量輕輕而而受受力力較較大大的的結結構構件件，，如如飛飛機機上上一一些些構構件件。。飛機主起落架（4））鍛鍛造造鋁鋁合合金金化學學成成分分和和硬硬鋁鋁相相似似。。能通通過過時時效效處處理理來來提提高高強強度度。。加加熱熱后后有有良良好好的的塑塑性性，，可可進進行行熱熱變變形形加加工工。。用用于于制制作作飛飛機機零零件件。。壓氣機葉片美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼防銹銹鋁鋁、、硬硬鋁鋁、、超超硬硬鋁鋁、、鍛鍛造造鋁鋁的的牌牌號號：：防銹銹鋁鋁合合金金的的牌牌號號：：“LF””+順順序序號號?！癓F””是““鋁鋁防防””兩兩字字漢漢語語拼拼音音的的第第1個字字母母。。例LF5、LF11表示示順順序序號號為為5或11的防防銹銹鋁鋁合合金金。。同理理，，LY12：順序序號號為為12的硬硬鋁鋁合合金金；；LC6：順序序為為6的超超硬硬鋁鋁合合金金；；LD10：順序序號號為為10的鍛鍛造造鋁鋁合合金金。。2、鑄鑄造造鋁鋁合合金金用來來制制造造鑄鑄件件的的鋁鋁合合金金,俗稱稱鑄鋁鋁。。鑄鋁鋁分分為為鋁鋁硅硅合合金金、、鋁鋁銅銅合合金金、、鋁鋁鎂鎂合合金金、、鋁鋁鋅鋅合合金金，，即即Al-Si系、、Al-Cu系、、Al-Mg系、、Al-Zn系等等。。鋁硅硅合合金金鋁硅硅合合金金廣廣泛泛用用于于制制造造內內燃