金属材料和钢的热处理（第1章-第3章）.doc

第1章 金属材料和钢的热处理 1.1 铁碳合金简介及显微组织观察 1.1.1 铁碳合金的分类 　　碳钢和铸铁是工业中应用范围最广的金属材料，它们都是以铁和碳为基本组元的合金，通常称之为铁碳合金。铁是铁碳合金的基本成分，碳是主要影响铁碳合金性能的成分。一般含碳量0.0218％～2.11﹪的称为钢，含碳量大于2.11％为铸铁。铁碳合金可用高炉熔炼1.1.1.1 钢 　　钢根据其成分的不同常分为碳素钢和合金钢两大类。 1．碳素钢 　　碳素钢是以铁和碳为主要组成元素的铁碳合金。通常将含碳量小于0．25％的钢称为低碳钢；含碳量0．25％～0．60％的钢称为中碳钢；含碳量大于0．60％的钢称为高碳钢。 　　工业中按用途将碳素钢分为碳素结构钢、碳素工具钢等。 （1）碳素结构钢 按含磷、硫量的不同分为碳素结构钢和优质碳素结构钢，如表1－1所示。 表1－1 碳素结构钢分类及用途 名 称 常 用 钢 种 牌 号意 义 应 用 举 例 碳素结构钢 Q195，Q235，Q235AQ255，Q255B 数字表示最小屈服点。数字越大，含碳量越高。A、B表示质量等级。 螺栓、连杆、法兰盘、键、轴等。 优质碳素结构钢 08F，08，15，20，35，40，45，50，45Mn，60， 60Mn 数字表示含碳量万分之几。F表示为沸腾钢。当含锰量在0．8%～1．2%时加 Mn表示。 冲压件、焊接件、轴类件、齿轮类、蜗杆、弹簧等。 用优质碳素结构钢制作的齿轮 （2）碳素工具钢 碳素工具钢牌号有 T8、T10、 T10A、T12、T13等，牌号后面的数字表示含碳量千分之几， A表示高级优质钢。碳素工具钢主要用于制造硬度高、耐磨的工具、量具和模具，如锯条、手锤、刮刀、锉刀、丝锥、量规、冷切边模等。 2．合金钢 　　合金钢是在碳素钢中加入一种或数种合金元素的钢。常用的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等。合金钢种类繁多，工业上常按合金钢的用途将其分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢等。 （1）合金结构钢 合金结构钢用来制造各种机械结构零件，如40Cr、40CrNiMoA、45CrNi等可用来制造齿轮、曲轴、连杆、车床主轴等。 （2）合金工具钢 合金工具钢用于制造各种刀具、模具、量具，如Cr12、Cr4W2MoV等可用来制造冷作模具；9SiCr、CrWMn可用来制造量具；W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V等可用来制造刀具。 （3）特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊的化学和物理性能的钢。如不锈钢1Cr17Mo可用来制造酸输送管道；耐热钢1Cr13Mo可用来制造散热器；耐磨钢ZGMn13-1等可用来制造挖掘机履带 。 　 1.1.1.2 铸铁 　　铸铁中硅、锰、硫、磷等杂质较钢多，抗拉强度、塑性和韧性不如钢好，但容易铸造，减震性好，易切削加工，且价格便宜，所以铸铁在工业中仍然得到广泛的应用。 　　根据铸铁中碳的存在形式不同，铸铁可分成以下四种： 1．白口铸铁 碳以化合状态（Fe3C）存在，断口呈银白色，故称白口铸铁。其性能硬而脆，很难切削加工，很少用来铸造机件。 2．灰口铸铁 碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色，故称灰口铸铁。这种铸铁的硬度和强度较低，但抗振性能好，易切削，它是铸造中用得最多的铸铁。牌号由“HT”（灰、铁两字的汉语拼音字首）和一组数字组成。如HT200，其中数字200表示抗拉强度不小于200 MPa。灰口铸铁多用于铸造受力要求一般的零件，如床身、机座等。 3．可锻铸铁 碳以团絮状石墨存在。这种铸铁有较高的强度和塑性，但实际上并不能锻造，用于铸造要求强度较高的铸件。牌号如KTH350－10。 4．球墨铸铁 碳以球状石墨存在。这种铸铁的强度较高，塑性和韧性较好，用于制造受力复杂、载荷大的机件。牌号如 QT600－02。 　　可锻铸铁和球墨铸铁的牌号中，后一组数字表示伸长率。 　 1.1.2 金属材料的力学性能和硬度测定方法 1．金属材料的力学性能 　　金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如强度、塑性、硬度、冲击韧度等。 　　强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。以屈服强度σs和抗拉强度σb最为常用。 　　塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，常用延伸率(δ)和断面收缩率(ф)作为材料的塑性指标。 　　冲击韧度是指材料抵抗冲击载荷的能力。金属材料韧性的好坏用冲击韧度值衡量。　　硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。工程上常用的有布氏硬度和洛氏硬度。 图1－1 布氏硬度试验原理图 (1) 布氏硬度 布氏硬度试验是用一定的载荷P，将直径为D的淬火钢球，在一定压力作用下，压入被测金属的表面(图1-1)，保持一定的时间后卸去载荷，以载荷与压痕表面积的比值作为布氏硬度值