第二章 工程常用材料与热处理.ppt

第二章  工程常用材料与热处理 主要内容 2-1 概述 2-2 金属材料的力学性能 2-3 常用的工程材料 2-4 钢的热处理 2-5 表面精饰 2-6 精密仪器材料选用原则 2-1 概述 2-2 金属材料的力学性能 应力极限 2-2 金属材料的力学性能 强度：材料抵抗破坏的能力 刚度：材料抵抗变形的能力（E、G） 塑性：材料破坏时，遗留变形的大小 伸长率?（? 5%为塑性材料，? 5%为脆性材料） 断面收缩率? 硬度：材料抵抗硬物压入的能力 布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV 2-2 金属材料的力学性能 影响力学性能的主要因素： 1、含碳量 含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。 2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P 3、合金元素 加入某些合金元素（如铬、锰、镍、钨等），可提高和改善其综合力学性能，并获得某些特殊的物理和化学性能。 4、温度 一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降 ，高温条件下相反。 5、热处理工艺 2-3 常用工程材料 钢铁材料（黑色金属） 1、非合金钢（碳钢）：含碳2％以下的铁碳合金、少量杂质 1）按质量分数分类： 低碳钢(Wc≤0.25%） 中碳钢(0.25% Wc≤0.6%) 高碳钢(Wc0.6%） 2）按质量等级分类： 普通质量(Ws≤0.055%、Wp≤0.045%) 优质(Ws≤0.040%、Wp≤0.040%) 高级优质(Ws≤0.030%、Wp≤0.035%) 3）按用途分类：碳素结构钢、碳素工具钢 2-3 常用工程材料 钢铁材料（黑色金属） 2、合金钢：加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有高强度、韧性、硬度，及某些特殊性能（如耐腐蚀性、高温强度等） 低合金钢(合金元素总质量分数5%):用于重要结构件 中合金钢(5%合金元素总质量分数10%):用于飞机构件、冲头 高合金钢(合金元素总质量分数10%)：用于航空工业等 3、铸铁：良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生产工艺简单、成本低廉。 灰铸铁：C－自由状态的片状石墨形式 球墨铸铁：C－球状石墨形式，较高强度，良好塑性和韧性 2-3 常用工程材料 有色金属 1、铜及其合金： 工业纯铜、 黄铜（铜锌二元合金）、 青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜等） 2、铝及其合金：纯铝、硬铝、铸铝 3、钛及其合金：纯钛、钛合金 2-3 常用工程材料 非金属 1、工程塑料 特点：密度小，比强度高，良好的抗蚀 型，优良的电绝缘性，耐磨、减摩、自润滑性好，工艺性好 分类：热塑性塑料、热固性塑料 2、橡胶：高弹性、绝缘性－密封件、缓冲件、绝缘件 上述二者易老化，难回收（污染） 3、人工合成矿物：刚玉（宝石）、石英 2-4 钢的热处理 钢的热处理 加热、保温、冷却?改变金属整体或表面组织，获所需性能。 1、普通热处理：退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗 3、其他热处理 2-4 钢的热处理 钢的热处理 1、退火：加热(临界温度上20~30℃)，保温、随炉冷却→预先热处理→降低硬度、细化晶粒、消除内应力， 2、正火：加热(临界温度上30~50℃)，保温、空气冷却→同退火，更高的力学性能 3、淬火：加热(临界温度上30~50℃)，保温，水、油冷却→提高硬度、耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。 2-4 钢的热处理 回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。→达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。 回火工艺的种类： 1、低温回火（150～250?C） 2、中温回火（350～500?C） 3、高温回火（500～650?C） 调质处理－淬火＋高温回火 2-4 钢的热处理 表面热处理 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→提高零件的表层硬度、抗磨损性能。 感应加热：利用交流电的集肤效应，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。 火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧嘴位置和移动速度可得到不同厚度的淬硬层。 2-4 钢的热处理 化学热处理 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，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。→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。 按表面渗入元素的不同，分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等种类。 2-5 表面精饰 表面精饰 金属零件的表面附上一层覆盖层，以达到防蚀、装饰等目的。 电镀：镀铬、镀