机械工程常用材料及钢的热处理课件.ppt

1、主要内容主要内容 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 第三节第三节 常用的工程材料常用的工程材料 第四节第四节 钢的热处理钢的热处理 第五节第五节 表面精饰表面精饰 第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则第一节第一节 概述概述陶瓷（普通陶瓷、陶瓷（普通陶瓷、特种陶瓷）特种陶瓷）第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能静拉伸试验静拉伸试验-低碳钢低碳钢应力应力-应变曲线应变曲线标准试件标准试件第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能应力应力-应变曲线应变曲线第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 应力极限应力

2、极限 四个阶段四个阶段 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段 三个极限三个极限 弹性极限弹性极限 p 屈服极限屈服极限 s 0.2 强度极限强度极限 b条条件件屈屈服服极极限限 铸铁第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能对应某些没有明显屈服现象的材料，对应某些没有明显屈服现象的材料，规定对应于产生规定对应于产生0.2%残余应变时的应残余应变时的应力值为屈服强度。力值为屈服强度。强度：材料抵抗破坏（失效）的能力强度：材料抵抗破坏（失效）的能力 在静应力作用下，机械零件的失效形式主要是在静应力作用下，机械零件的失效形式主要是塑性屈服塑性屈服 和和

3、 脆性断裂脆性断裂 。强度条件强度条件 max 第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能承受的最大应力为承受的最大应力为 max允许承受的最大应力值称为许用应力允许承受的最大应力值称为许用应力 第二节第二节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 塑性：材料破坏时，遗留变形的大小塑性：材料破坏时，遗留变形的大小 断后伸长率断后伸长率：试件拉断后，标距内的伸长量与标距原长之比试件拉断后，标距内的伸长量与标距原长之比 的百分率。的百分率。5%为塑性材料为塑性材料 0.6%）按质量等级分类（按质量等级分类（S、P的质量分数控制）的质量分数控制）：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢普通碳素

4、钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢 按质量和用途分类按质量和用途分类：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢第三节第三节 常用工程材料常用工程材料碳钢的牌号及应用碳钢的牌号及应用1）普通碳素结构钢）普通碳素结构钢主要保证力学性能主要保证力学性能 牌号：牌号：Q+数字（屈服点数值数字（屈服点数值Mpa）一般不需热处理，钢厂供应状态下直接使用。一般不需热处理，钢厂供应状态下直接使用。一般用途，生产过程中对质量控制无特殊规定。一般用途，生产过程中对质量控制无特殊规定。Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235钢的含碳量低，焊接性、钢的含碳量低，焊接

5、性、塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构或制造筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构或制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。普通铆钉、螺钉、螺母等零件。Q255Q255、Q275Q275钢的含碳量比上述高点，故其强钢的含碳量比上述高点，故其强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。通常轧度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。通常轧制成型钢、条钢、钢板作结构件以及制造简单机制成型钢、条钢、钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节和销子等零件。械的连杆、齿轮、联轴节和销子等零件。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料2）

6、优质碳素结构钢优质碳素结构钢同时保证化学成分和力学性能同时保证化学成分和力学性能 牌号：牌号：两位数字（碳的质量分数的万分之几）两位数字（碳的质量分数的万分之几）主要用来制造机器零件，在生产过程中需特别控制质量，主要用来制造机器零件，在生产过程中需特别控制质量，一般要经过热处理提高力学性能。一般要经过热处理提高力学性能。0808、1010钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用来制作仪表外壳、汽车和拖拉机性能，常冷轧成薄板，用来制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身、拖拉机驾驶室等。上的冷冲压件，如汽车车身、拖拉

7、机驾驶室等。1515、2020、2525钢用来制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求钢用来制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销等。耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销等。3030、3535、4040、4545、5050经热处理（淬火经热处理（淬火+高温回火）后可获高温回火）后可获得良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、得良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件。韧性，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件。5555、6060、6565钢热处理（淬火钢热处理（淬火+中温回火）后具有高的弹性中温回火）后具有高的

8、弹性极限，主要用来制造负荷不大、尺寸较小的弹簧。极限，主要用来制造负荷不大、尺寸较小的弹簧。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料3）碳素工具钢）碳素工具钢 牌号：牌号：T+数字（碳的质量分数的千分之几）数字（碳的质量分数的千分之几）碳素工具钢经热处理（淬火碳素工具钢经热处理（淬火+低温回火）后低温回火）后具有高硬度，用于制造各种要求高硬度和高耐具有高硬度，用于制造各种要求高硬度和高耐磨性（碳的质量分数一般大于磨性（碳的质量分数一般大于0.7%0.7%）的工具，）的工具，如量具、刀具、磨具等。如如量具、刀具、磨具等。如T8T8，T12AT12A（A A表示表示高级优质碳素工具钢）。高级优质碳素

9、工具钢）。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料第三节第三节 常用工程材料常用工程材料碳钢特点总结：碳钢特点总结：具有较好的机械性能和工艺性能，并且具有较好的机械性能和工艺性能，并且产量大、价格较低。但淬透性较低、回产量大、价格较低。但淬透性较低、回火抗力较差、屈强比低。火抗力较差、屈强比低。对于受力不大，基本上承受静载荷的精对于受力不大，基本上承受静载荷的精密机械零件，均可选用密机械零件，均可选用普通碳素结构钢普通碳素结构钢；当零件受力较大，承受变应力或冲击载当零件受力较大，承受变应力或冲击载荷时，可选用优质碳素结构钢。荷时，可选用优质碳素结构钢。2、合金钢、合金钢 人为加入人为加入Mn（锰

10、）、（锰）、Ni（镍）、（镍）、Si（硅）、（硅）、Cr（铬）、（铬）、W（钨）、（钨）、B（硼）、（硼）、Ti（钛）、（钛）、Mo（钼）、（钼）、V（钒）、（钒）、Nb（铌）、（铌）、Co（钴）、（钴）、RE（稀土）（稀土）等。等。具有高的强度、韧性、硬度，高的淬透性、高温具有高的强度、韧性、硬度，高的淬透性、高温强度和热硬性，以及某些特殊性能（如耐腐蚀性、强度和热硬性，以及某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐磨、电磁性能等）。耐磨、电磁性能等）。但在压力加工、切削加工、焊接工艺性方面比碳但在压力加工、切削加工、焊接工艺性方面比碳钢稍差，且成本较高。钢稍差，且成本较高。第三节第三节 常用工程材料常用

11、工程材料第三节第三节 常用工程材料常用工程材料合合金金钢钢低合金钢低合金钢wAE10%合合金金钢钢合金结构钢合金结构钢工程结构用钢（低合金高强度结构钢）工程结构用钢（低合金高强度结构钢）机械零件用钢机械零件用钢渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、易切钢易切钢合金工具钢合金工具钢刃具钢刃具钢低合金刃具钢、高速钢低合金刃具钢、高速钢模具钢模具钢冷作模具钢、热作模具钢冷作模具钢、热作模具钢量具钢量具钢特殊性能钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢、低温钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢、低温钢3、铸铁：、铸铁：强度、塑性及韧性较差；良好的铸造性能、减摩性能、强度、塑性及韧性较差；良好的

12、铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能生产工艺简单、成本低廉。吸振性能、切削加工性能生产工艺简单、成本低廉。灰铸铁灰铸铁：HT，C自由状态的片状石墨形式自由状态的片状石墨形式 灰铸铁的抗压强度高于抗拉强度，还具有良好的消震性。灰铸铁的抗压强度高于抗拉强度，还具有良好的消震性。但脆性很大，不宜承受冲击载荷，适于制作只承受静载荷、但脆性很大，不宜承受冲击载荷，适于制作只承受静载荷、在受压状态下工作的零件，如汽缸、汽缸套、底座、机床床在受压状态下工作的零件，如汽缸、汽缸套、底座、机床床身、法兰等。身、法兰等。由于石墨的存在，使机件具有良好的耐磨性。由于石墨的存在，使机件具有良好的耐磨性。球墨铸铁

13、球墨铸铁：QT，C球状石墨形式，较高的强度和耐磨球状石墨形式，较高的强度和耐磨性性，良好的塑性和韧性。，良好的塑性和韧性。球墨铸铁强度高，良好的塑性和韧性，综合力学性能接球墨铸铁强度高，良好的塑性和韧性，综合力学性能接近于钢，成本比钢低廉，同时还具有与灰铸铁类似的优良性近于钢，成本比钢低廉，同时还具有与灰铸铁类似的优良性能。在一些机件受力复杂、综合性能要求较高，但无较大冲能。在一些机件受力复杂、综合性能要求较高，但无较大冲击力的场合下，可成功取代某些钢件，如曲轴、凸轮轴、齿击力的场合下，可成功取代某些钢件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、轴套等。轮、轴套等。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料二、非铁

14、金属二、非铁金属1、铜及其合金：较高的力学性能，良好的耐蚀性、导电、铜及其合金：较高的力学性能，良好的耐蚀性、导电和导热性能和导热性能 工业纯铜工业纯铜 强度低、硬度低、塑性很好强度低、硬度低、塑性很好 黄铜黄铜（铜锌二元合金）（铜锌二元合金）普通黄铜普通黄铜 H+H+铜平均含量铜平均含量 如如H70 强度高于纯铜，很好的变形加工性能，较好的铸造性能和对强度高于纯铜，很好的变形加工性能，较好的铸造性能和对大气和海水的抗蚀能力。常用于制作轴瓦、耐腐蚀零件、形状大气和海水的抗蚀能力。常用于制作轴瓦、耐腐蚀零件、形状复杂的冷冲零件和深拉零件。复杂的冷冲零件和深拉零件。青铜青铜 锡青铜锡青铜，其强度、

15、硬度、耐磨性和耐腐蚀性均高于黄其强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性均高于黄铜，并有良好的弹性。含锡量小于铜，并有良好的弹性。含锡量小于8%8%的锡青铜适用于压力加工，的锡青铜适用于压力加工，含锡量超过含锡量超过10%10%的锡青铜适于铸造；的锡青铜适于铸造；无锡青铜无锡青铜是铜与铝、铍、锰是铜与铝、铍、锰等元素的合金。其力学性能以及耐腐蚀、耐磨性能得到改善。等元素的合金。其力学性能以及耐腐蚀、耐磨性能得到改善。如如铝青铜铝青铜的强度和硬度高，且价格便宜，常用来制造承受重载、的强度和硬度高，且价格便宜，常用来制造承受重载、耐磨的机械零件；耐磨的机械零件；铍青铜铍青铜经热处理后，其强度、硬度、比例极经热

16、处理后，其强度、硬度、比例极限和疲劳极限均能有较大的提高，以及其他优良性能，是制造限和疲劳极限均能有较大的提高，以及其他优良性能，是制造某些弹性机械元件的极好材料，但成本较高。某些弹性机械元件的极好材料，但成本较高。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料2、铝及其合金：、铝及其合金：纯铝、变形铝合金、铸造铝合金纯铝、变形铝合金、铸造铝合金 铝资源丰富，其密度小，熔点低，导热、导电性均铝资源丰富，其密度小，熔点低，导热、导电性均良好，塑性高，导磁性差。铝和铝合金有相当好的抗良好，塑性高，导磁性差。铝和铝合金有相当好的抗大气腐蚀的能力，但强度不高。大气腐蚀的能力，但强度不高。铝合金通过加入合金元素

17、、热处理可以提高其强度铝合金通过加入合金元素、热处理可以提高其强度和得到其它优良性能（如耐热性、耐腐蚀性等）。铝和得到其它优良性能（如耐热性、耐腐蚀性等）。铝合金的比强度高（飞机骨架、蒙皮等），塑性好（薄合金的比强度高（飞机骨架、蒙皮等），塑性好（薄壁、形状复杂、尺寸精度高的零件）。铝合金不耐磨，壁、形状复杂、尺寸精度高的零件）。铝合金不耐磨，可镀铬提高耐磨能力。可镀铬提高耐磨能力。变形铝合金：变形铝合金：防锈铝，硬铝防锈铝，硬铝-中等强度的构件和零中等强度的构件和零件，超硬铝件，超硬铝-受力大的重要构件，锻铝合金；受力大的重要构件，锻铝合金；铸造铝合金铸造铝合金（熔点一般（熔点一般60060

18、0 C C）：制品应用广（气缸）：制品应用广（气缸体、活塞、风扇叶片、仪表外壳等）。体、活塞、风扇叶片、仪表外壳等）。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料3、钛及其合金、钛及其合金 钛和钛合金的密度都很小（钛和钛合金的密度都很小（4.54.510103 3kg/mkg/m3 3），比铝高，），比铝高，但强度比铝高两倍（但强度比铝高两倍（高的比强度）。高低温性能好高的比强度）。高低温性能好（500500 C C，-253-253 C C），并具有良好的抗腐蚀性（大气、海，并具有良好的抗腐蚀性（大气、海水、硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠等介质中都很稳定）。水、硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠等介质中都很稳

19、定）。钛还具有钛还具有“亲生物亲生物”性（在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀性（在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应）。且无毒，对任何杀菌方法都适应）。切削性能差，易粘刀。价格昂贵。切削性能差，易粘刀。价格昂贵。工业钛合金按使用状态组织不同，可分为工业钛合金按使用状态组织不同，可分为 钛合金、钛合金、钛合金、（钛合金、（+）钛合金（应用最高，可通过热处理强）钛合金（应用最高，可通过热处理强化，得到优良的力学性能，且生产工艺较简单）。化，得到优良的力学性能，且生产工艺较简单）。是航空、航天、化工、造船、机电、医疗卫生和国防是航空、航天、化工、造船、机电、医疗卫生和国防等部门应用广泛

20、的一种工业新金属。等部门应用广泛的一种工业新金属。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料三、非金属三、非金属1、工程塑料、工程塑料 以天然或人造树脂为主要成分，再加入各种添加剂制成以天然或人造树脂为主要成分，再加入各种添加剂制成的高分子有机物。的高分子有机物。分类：热固性塑料分类：热固性塑料 酚醛塑料、环氧树脂酚醛塑料、环氧树脂 热塑性塑料热塑性塑料 尼龙，聚四氟乙烯、尼龙，聚四氟乙烯、ABSABS塑料塑料 特点：特点：低强度、低刚度、低硬度，密度小，比强度高（于低强度、低刚度、低硬度，密度小，比强度高（于金属材料），良好的抗蚀性（耐酸、碱、油、水等），优良金属材料），良好的抗蚀性（耐酸、碱、

21、油、水等），优良的电绝缘性（电器工具、壳体、支架多采用），耐磨、自润的电绝缘性（电器工具、壳体、支架多采用），耐磨、自润滑性好（可在液体、半干和干摩擦状态下有效工作，制造轴滑性好（可在液体、半干和干摩擦状态下有效工作，制造轴承、轴瓦等），工艺性好（易热压成形，部分热固性塑料有承、轴瓦等），工艺性好（易热压成形，部分热固性塑料有较好的切削加工性），生产率高，加工成本低，此外还减振、较好的切削加工性），生产率高，加工成本低，此外还减振、隔音、防潮、易粘接等。隔音、防潮、易粘接等。但耐热性差，易发生蠕变，导热性差，易老化。但耐热性差，易发生蠕变，导热性差，易老化。第三节第三节 常用工程材料常用工程材

22、料2、橡胶、橡胶 高弹性高弹性（弹性材料、密封材料、减振防振弹性材料、密封材料、减振防振材料、传动材料材料、传动材料）、）、良好的绝缘性良好的绝缘性（导线、导线、电缆绝缘件、热缩管电缆绝缘件、热缩管）、）、耐磨性、隔音性和耐磨性、隔音性和阻尼性阻尼性（广泛用来制作轮胎、传送带、电缆、（广泛用来制作轮胎、传送带、电缆、电线、密封垫圈以及减震件）电线、密封垫圈以及减震件）。最大缺点最大缺点 易老化，难回收（污染）。需易老化，难回收（污染）。需尽量避免氧化、光照和高低温，非工作期间尽量避免氧化、光照和高低温，非工作期间尽量处于松弛状态，避免与酸、碱、汽油、尽量处于松弛状态，避免与酸、碱、汽油、有机溶

23、剂等的接触。有机溶剂等的接触。第三节第三节 常用工程材料常用工程材料3、人工合成矿物、人工合成矿物1）刚玉刚玉 俗称宝石（俗称宝石（AlAl2 2O O3 3），很硬（仅次于钻石）。在仪），很硬（仅次于钻石）。在仪器仪表和钟表行业多使用红宝石微型轴承，因其弹性模量、器仪表和钟表行业多使用红宝石微型轴承，因其弹性模量、硬度很高，故可将轴承孔加工得十分光洁，使之与钢制轴硬度很高，故可将轴承孔加工得十分光洁，使之与钢制轴颈之间的摩擦系数很小，则工作时摩擦损耗很小，可长期颈之间的摩擦系数很小，则工作时摩擦损耗很小，可长期保持原始精度，提高使用寿命。保持原始精度，提高使用寿命。2）石英）石英 透明的晶体

24、（透明的晶体（SiOSiO2 2），具有压电效应，可制作多种），具有压电效应，可制作多种传感器；石英晶片（当晶片的固有频率与外加电场的交电传感器；石英晶片（当晶片的固有频率与外加电场的交电频率相同时，晶片会产生谐振）用作振荡器。频率相同时，晶片会产生谐振）用作振荡器。3 3）玻璃）玻璃 硬而脆的透明体，为满足光学设计的多种要求，光硬而脆的透明体，为满足光学设计的多种要求，光学玻璃有复杂的组成和严格的熔炼过程，大多以学玻璃有复杂的组成和严格的熔炼过程，大多以SiOSiO2 2为主为主组成（硅酸盐玻璃），其次有硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃。组成（硅酸盐玻璃），其次有硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃。第三节第三节

25、常用工程材料常用工程材料30一、钢的热处理一、钢的热处理 加热、保温、冷却加热、保温、冷却改变金属整体或表面改变金属整体或表面组织，获得所需性能。组织，获得所需性能。二、种类二、种类 1、普通（整体）热处理：、普通（整体）热处理：退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理和化学热处理：、表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗 3、其他热处理、其他热处理第四节第四节 钢的热处理钢的热处理31（1）退火）退火：加热、保温、随炉冷却：加热、保温、随炉冷却目的：目的：硬度、硬

26、度、塑性、细化晶粒、消除内应力塑性、细化晶粒、消除内应力 一般安排在锻造、铸造之后，粗切削加工之前，一般安排在锻造、铸造之后，粗切削加工之前，以消除前一工序产生的某些缺陷，为后续工序做好以消除前一工序产生的某些缺陷，为后续工序做好组织准备。组织准备。（2）正火）正火：加热、保温、空气冷却：加热、保温、空气冷却目的：同退火，较高的力学性能（强度和硬度目的：同退火，较高的力学性能（强度和硬度退火）退火）正火操作简便、生产周期短、效率高、成本低正火操作简便、生产周期短、效率高、成本低（相同性能要求优选正火）。（相同性能要求优选正火）。退火和正火为预备热处理，可以改善切削性能。对性能要退火和正火为预备

27、热处理，可以改善切削性能。对性能要求不高的普通结构钢零件，正火也可作为最终热处理。求不高的普通结构钢零件，正火也可作为最终热处理。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理32（3）淬火）淬火：加热，保温，水、油或盐水冷却：加热，保温，水、油或盐水冷却目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。淬火是强化钢的最重要的方法。重要的结构淬火是强化钢的最重要的方法。重要的结构件，特别是动载荷与摩擦力作用下的零件，以及件，特别是动载荷与摩擦力作用下的零件，以及各类工具都要进行淬火。各类工具都要进

28、行淬火。方法方法 单介质淬火单介质淬火 内应力大或淬透性差，操作简单，内应力大或淬透性差，操作简单，应用广泛，主要用于形状简单工件。应用广泛，主要用于形状简单工件。双介质淬火双介质淬火 相对较小的内应力和较高的淬透相对较小的内应力和较高的淬透性，操作复杂，主要用于中等复杂形状的高碳钢性，操作复杂，主要用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。工件和较大尺寸的合金钢工件。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理 33（4）回火）回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。速度冷却。目的：消除内应力，稳定组织，调整性能，达到设计图纸

29、要目的：消除内应力，稳定组织，调整性能，达到设计图纸要求的硬度。求的硬度。(常是热处理的最后一道工序常是热处理的最后一道工序)回火工艺的种类：回火工艺的种类：低温回火低温回火（150150250250 C C）应力和脆性，应力和脆性，韧性和塑性韧性和塑性,保持保持高强度和耐磨性（高强度和耐磨性（585862HRC62HRC）；多用于工具、模具、轴承及）；多用于工具、模具、轴承及表面淬火件。表面淬火件。中温回火中温回火（350350500500 C C）应力和脆性，应力和脆性，韧性和塑性韧性和塑性,硬硬度度(353550HRC)50HRC)和耐磨性和耐磨性；多用于弹性元件。；多用于弹性元件。高温

30、回火高温回火（500500650650 C C）可完全消除淬火应力，具有良好的综可完全消除淬火应力，具有良好的综合力学性能，硬度一般（合力学性能，硬度一般（252535HRC35HRC）。）。调质处理调质处理=淬火高温回火淬火高温回火 重要的尤其受交变载荷的零件（轴、重要的尤其受交变载荷的零件（轴、连杆、齿轮等）的最终热处理，以及表面淬火件、某些精密连杆、齿轮等）的最终热处理，以及表面淬火件、某些精密零件和工具的预备热处理。零件和工具的预备热处理。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理34（5）表面热处理）表面热处理：仅对钢的表面进行加热和冷：仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分的热处理工艺。

31、却而不改变其成分的热处理工艺。目的：提高零件的表层的硬度和耐磨性。目的：提高零件的表层的硬度和耐磨性。（表面淬火）方式：（表面淬火）方式：感应加热感应加热：利用交流电的利用交流电的集肤效应集肤效应，对零件，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。淬硬层深度。火焰加热火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速度即可得到不同厚度的淬硬层。度即可得到不同厚度的淬硬层。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理35（6）化学热处理）化学热处理 将钢件置于一定

32、温度的活性介质中保温，将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表面，使一种或几种元素渗入其表面，改变其化学改变其化学成分和组织成分和组织，达到改进表面性能、满足技术，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。要求的热处理过程。目的目的：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和疲劳强度等力学性能。氧化性和疲劳强度等力学性能。按表面渗入元素的不同，分为按表面渗入元素的不同，分为渗碳渗碳、氮化氮化、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等种类。碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等种类。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理36表面淬火与化学热处理的比较表面淬火与化学

33、热处理的比较第四节第四节 钢的热处理钢的热处理处理方法处理方法表面淬火表面淬火渗碳渗碳渗氮渗氮处理过程处理过程表面加热淬火、表面加热淬火、低温回火低温回火渗碳、淬火、渗碳、淬火、低温回火低温回火调质、氮化调质、氮化生产周期生产周期很短，几秒至很短，几秒至几分钟几分钟长，长，39h很长，很长，3050h硬化层深度硬化层深度/mm0.570.520.30.5最高硬度（最高硬度（HRC）556158636570耐磨性耐磨性较好较好良好良好最好最好疲劳强度疲劳强度良好良好较好较好最好最好耐蚀性耐蚀性一般一般一般一般最好最好热处理后变形热处理后变形小小较大较大最小最小37FeFe3C相图相图38奥氏体连

34、续冷却奥氏体连续冷却时的组织转变时的组织转变冷却方法冷却方法 b/Mpa s/Mpa（%）（%）HBW或或HRC炉内缓冷炉内缓冷53028032.549.3160200空气冷却空气冷却670772034015184550170240水冷却水冷却10007207812145258HRC4545号钢加热到号钢加热到840840 C C，以不，以不同方法冷却后的力学性能同方法冷却后的力学性能39感应加热表面淬火零件的工艺路感应加热表面淬火零件的工艺路线一般为：线一般为：毛坯锻造（或轧材下料）毛坯锻造（或轧材下料）退退火或正火火或正火粗加工粗加工调质调质（获得较高的综合力学性能）（获得较高的综合力学性

35、能）精加工精加工感应加热表面淬感应加热表面淬火火低温回火（低温回火（淬火应淬火应力力）磨削加工。磨削加工。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理加热时间短，变形小，硬度高，脆性加热时间短，变形小，硬度高，脆性低，生产率高，易机械化、自动化，低，生产率高，易机械化、自动化，适宜大批量生产；但设备昂贵，且难适宜大批量生产；但设备昂贵，且难以处理复杂形状零件。以处理复杂形状零件。主要用于中碳钢和中碳主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的零件（如合金钢制造的零件（如40MnB、40Cr、40、45等）。等）。40 同感应加热相比，火焰加热表面淬火设备简单，同感应加热相比，火焰加热表面淬火设备简单，成本低廉，但生

36、产率低，质量难以保证（易过成本低廉，但生产率低，质量难以保证（易过热）。主要用于单件或小批量生产的零件或大型热）。主要用于单件或小批量生产的零件或大型零件。零件。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理41气体渗碳法示意气体渗碳法示意渗碳渗碳零件的工艺路线一般为：零件的工艺路线一般为：毛坯锻造（或轧材下料）毛坯锻造（或轧材下料）正正火火粗加工、半精加工粗加工、半精加工渗渗碳碳淬火淬火低温回火低温回火精精加工（磨削加工）。加工（磨削加工）。适用：低碳钢、低碳合金钢，适用：低碳钢、低碳合金钢，如如1515、2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等。等。渗碳后的工件还需进行淬火和渗碳

37、后的工件还需进行淬火和回火处理，保证表硬回火处理，保证表硬（585864HRC64HRC）芯软。）芯软。42 目前广泛应用的是气体氮化，一般在目前广泛应用的是气体氮化，一般在500570 C以以下进行。结束后随炉降温至下进行。结束后随炉降温至200 C以下，停气出炉。以下，停气出炉。氮化温度较低，零件产生变形较小，疲劳强度高，氮化温度较低，零件产生变形较小，疲劳强度高，很好的耐蚀性，更高的硬度很好的耐蚀性，更高的硬度6872HRC和耐磨性、热和耐磨性、热硬性硬性。氮化后不需热处理。但氮化层薄而脆，不耐冲。氮化后不需热处理。但氮化层薄而脆，不耐冲击和振动，且过程工艺复杂，时间长，成本高。击和振动

38、，且过程工艺复杂，时间长，成本高。一般用于耐磨性和精度都要求很高的精密零件，或一般用于耐磨性和精度都要求很高的精密零件，或要求耐热和抗腐蚀的耐磨件，如发动机气缸、排气阀、要求耐热和抗腐蚀的耐磨件，如发动机气缸、排气阀、内齿轮、精密丝杠、模具等。内齿轮、精密丝杠、模具等。渗氮零件的工艺路线一般为：渗氮零件的工艺路线一般为：毛坯锻造毛坯锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加精加工工去应力退火去应力退火粗磨粗磨镀锡（非渗氮面保镀锡（非渗氮面保护）护）渗氮渗氮精磨或研磨。精磨或研磨。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理第五节第五节 表面精饰表面精饰镀铬扳手镀铬扳手第五节第五节 表面精饰表面精饰世界上首台镀

39、铬宝马世界上首台镀铬宝马M3镀镍铜球阀镀镍铜球阀第五节第五节 表面精饰表面精饰钢芯镀镍第四套人民币钢芯镀镍第四套人民币1元硬币元硬币镀锌钢板镀锌钢板第五节第五节 表面精饰表面精饰镀镉游泳眼镜镀镉游泳眼镜第五节第五节 表面精饰表面精饰镀银工艺品镀银工艺品第五节第五节 表面精饰表面精饰镀银奔驰镀银奔驰SLS AMG化学处理化学处理：氧化和磷化：氧化和磷化 氧化氧化是在零件表面上形成氧化膜的工艺过程；是在零件表面上形成氧化膜的工艺过程；磷化磷化是在零件表面上生成在大气中稳定的磷酸是在零件表面上生成在大气中稳定的磷酸盐膜。盐膜。第五节第五节 表面精饰表面精饰1、黑色金属的氧化和磷化、黑色金属的氧化和磷

40、化黑色金属的氧化膜很薄，厚度约黑色金属的氧化膜很薄，厚度约1.5m，不影响零件的尺寸精度。不影响零件的尺寸精度。保护能力差，仅适用于仪器内部的零件。保护能力差，仅适用于仪器内部的零件。鱼尾钉（发蓝处理）鱼尾钉（发蓝处理）第五节第五节 表面精饰表面精饰2、铝及铝合金的阳极氧化、铝及铝合金的阳极氧化用于保护和装饰性覆盖层，在大气条件下极为稳定，用于保护和装饰性覆盖层，在大气条件下极为稳定，与基体金属结合牢固，耐热性好，膜层较硬且耐磨，是与基体金属结合牢固，耐热性好，膜层较硬且耐磨，是涂漆的良好底层。经钝化处理后，可提高化学稳定性。涂漆的良好底层。经钝化处理后，可提高化学稳定性。不能用于镶有钢、铜及

41、铜合金的铝及铝合金零件上。不能用于镶有钢、铜及铜合金的铝及铝合金零件上。铝合金（阳极氧化）铝合金（阳极氧化）第五节第五节 表面精饰表面精饰3 3、铜及铜合金氧化、铜及铜合金氧化 膜层为黑色，与基体金属结合牢固，但耐磨性和膜层为黑色，与基体金属结合牢固，但耐磨性和防腐能力不强，在大气条件下容易变色。防腐能力不强，在大气条件下容易变色。黄铜用氨溶液氧化后能获得良好的氧化膜层，但黄铜用氨溶液氧化后能获得良好的氧化膜层，但膜层薄、稳定性差。由于其表面不易附着灰尘，因膜层薄、稳定性差。由于其表面不易附着灰尘，因此适用于与光学零件接触的零件及形状复杂的零件。此适用于与光学零件接触的零件及形状复杂的零件。电

42、解氧化的膜层较厚，稳定性强，但易附着灰尘，电解氧化的膜层较厚，稳定性强，但易附着灰尘，故不宜用于与光学零件接触的零件。故不宜用于与光学零件接触的零件。第五节第五节 表面精饰表面精饰三、涂漆三、涂漆 涂漆是在金属制品的表面上刷以清漆或瓷漆的涂漆是在金属制品的表面上刷以清漆或瓷漆的薄膜，使制品表面与外界环境中的有害物质隔离，薄膜，使制品表面与外界环境中的有害物质隔离，从而对制品起保护和装饰作用。从而对制品起保护和装饰作用。产生消光或绝缘作用。产生消光或绝缘作用。第五节第五节 表面精饰表面精饰第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则 使用要求使用要求必要的性能条件，首选条件必要的性能条

43、件，首选条件 主要指零件在使用状态下应具有的主要指零件在使用状态下应具有的力学性能力学性能、物物理性能理性能和和化学性能化学性能。选用材料的一般原则：选用材料的一般原则：1 1）若零件的尺寸取决于强度，且尺寸和质量又受到某）若零件的尺寸取决于强度，且尺寸和质量又受到某些限制时，应选用强度较高的材料。些限制时，应选用强度较高的材料。2 2）若零件的尺寸取决于刚度，则应选用大弹性模量材）若零件的尺寸取决于刚度，则应选用大弹性模量材料。截面积相同时，改变其形状可改变其刚度。料。截面积相同时，改变其形状可改变其刚度。3 3）若零件的尺寸取决于接触强度，应选用表面强化处）若零件的尺寸取决于接触强度，应选

44、用表面强化处理的材料。理的材料。4 4）滑动摩擦下工作宜选减摩性能好材料。高温工作下）滑动摩擦下工作宜选减摩性能好材料。高温工作下宜选耐热材料。腐蚀介质中工作宜选耐腐蚀材料。宜选耐热材料。腐蚀介质中工作宜选耐腐蚀材料。工艺要求工艺要求第二要求第二要求 金属材料金属材料铸造性能、锻造性能、焊接铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理工艺性能性能、切削加工性能、热处理工艺性能 经济要求经济要求 材料本身费用、加工费用、环境费用、材料本身费用、加工费用、环境费用、能源消耗费用等。能源消耗费用等。第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则 齿轮类零件齿轮类零件 传递功率和调节速度

45、，工作时周期性承传递功率和调节速度，工作时周期性承受弯曲应力和接触应力，啮合齿面有强烈摩擦，在换受弯曲应力和接触应力，啮合齿面有强烈摩擦，在换挡、启动或啮合不均匀时承受冲击力等。故齿轮材料挡、启动或啮合不均匀时承受冲击力等。故齿轮材料要求较高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面较高要求较高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面较高的硬度和耐磨性，齿心足够的强度和韧性。的硬度和耐磨性，齿心足够的强度和韧性。齿轮毛坯常用钢锻制，常用调质钢和渗碳钢。齿轮毛坯常用钢锻制，常用调质钢和渗碳钢。第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则 1）调质钢调质钢 耐磨性要求较高、冲击韧性要求一般的耐磨性要求

46、较高、冲击韧性要求一般的硬齿面（硬齿面（40HRC40HRC）齿轮，常用）齿轮，常用4545、40Cr40Cr、42SiMn42SiMn等钢，等钢，调质处理后表面高频淬火，再回火；齿面硬度要求调质处理后表面高频淬火，再回火；齿面硬度要求不高的软齿面（不高的软齿面（350HBS350HBS）齿轮，一般低速、低载荷）齿轮，一般低速、低载荷下工作，常用下工作，常用40Cr40Cr、40MnVb40MnVb、35SiMn35SiMn等钢，调质或正等钢，调质或正火处理后使用。火处理后使用。2）渗碳钢渗碳钢 高速、重载、冲击比较大的硬齿面高速、重载、冲击比较大的硬齿面（55HRC55HRC）齿轮，常用）齿

47、轮，常用20CrMnTi20CrMnTi、20Cr20Cr等，渗碳、淬等，渗碳、淬火和低温回火（表硬心软耐冲击）后使用。火和低温回火（表硬心软耐冲击）后使用。第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则 轴类零件轴类零件 如丝杠、凸轮轴和变速轴等，支承传动如丝杠、凸轮轴和变速轴等，支承传动零件并传递运动、动力和承受各种载荷。零件并传递运动、动力和承受各种载荷。工作条件工作条件：载荷大小，转速高低，轴承类型、材料：载荷大小，转速高低，轴承类型、材料及性质，公差等级，有无冲击载荷。及性质，公差等级，有无冲击载荷。第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则 1）比较重要或承载较

48、大的轴，常用优质中碳钢）比较重要或承载较大的轴，常用优质中碳钢40、45、50等，进行调质或正火处理。等，进行调质或正火处理。2）不重要或承载不大的轴，常用）不重要或承载不大的轴，常用Q235或或Q275。3）承载较大而无大冲击的重要轴，可用）承载较大而无大冲击的重要轴，可用35SiMn、40Cr、40MnB等合金钢进行调质处理。等合金钢进行调质处理。4）强度和韧性均要求较高、表面要求耐磨的轴，可）强度和韧性均要求较高、表面要求耐磨的轴，可用用20Cr、20CrMnTi进行渗碳、淬火、回火处理，进行渗碳、淬火、回火处理，达到表面硬度达到表面硬度5062HRC。5）性状复杂的轴，可用球墨铸铁进行

49、铸造。）性状复杂的轴，可用球墨铸铁进行铸造。第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则 壳体类零件壳体类零件 仪器的支架、箱体和外壳等，常占半仪器的支架、箱体和外壳等，常占半数或以上的用材量；板壁薄、结构复杂，多承受较数或以上的用材量；板壁薄、结构复杂，多承受较大压力或交变拉压应力，一般用铸造方法生产；为大压力或交变拉压应力，一般用铸造方法生产；为防止变形过量失效，多选用弹性模量较大的材料。防止变形过量失效，多选用弹性模量较大的材料。1）对于受冲击力不大，且主要承受静压力的箱体）对于受冲击力不大，且主要承受静压力的箱体可用灰铸铁（弹性模量高，价廉，铸造工艺性能好，可用灰铸铁（弹性模

50、量高，价廉，铸造工艺性能好，吸振、抗磨、自润滑等，应用广泛）；吸振、抗磨、自润滑等，应用广泛）；2）若受力较小，要求自重轻或导热良好，允许成）若受力较小，要求自重轻或导热良好，允许成本本，可选用铝合金；，可选用铝合金；3）若要求重量轻、承载小、防腐蚀、美观大方、）若要求重量轻、承载小、防腐蚀、美观大方、绝缘绝热，可用工程塑料。绝缘绝热，可用工程塑料。第六节第六节 精密仪器材料选用原则精密仪器材料选用原则 常用工具常用工具 1）锉刀）锉刀 钳工工具，要求高硬度（刃部钳工工具，要求高硬度（刃部6467HRC）和耐磨性，常用）和耐磨性，常用T12钢制作；钢制作；2）刀具）刀具 金属切削加工主要工具，