机密机械与仪器设计第二章.pptVIP

第二章 工程材料和热处理 第一节 概述 分类 1、按用途分： 1）结构材料：指工程上要求强度、韧性、塑性、硬度、耐磨性等力学性能的材料。 2）功能材料：指具有电、光、声、热、磁等功能和效应的材料。 2、按材料结合键的特点及性质分： 1）金属材料：  ①黑色金属材料：铁基金属合金（碳钢、铸钢、合金钢） ②有色金属材料：其余金属材料 2）非金属材料： ①无机非金属材料：指金属和有机物之外的几乎所有材料（如：陶瓷） ②有机材料：塑料、橡胶、合成纤维等 （具有较高的强度、良好的塑性、耐腐蚀性、绝缘性、密度低等优点） 陶瓷：1）按成份分： ①硅酸盐材料：如：水泥、玻璃、耐火材料、陶器（主要原料为粘土）、瓷器（主要原料为高棱土、石英等混合） ②氧化物类材料： 2）按性能分： ①高强度陶瓷 ②高温陶瓷 ③高韧性陶瓷 ④光学陶瓷 ⑤耐酸陶瓷等 第二节 金属材料的力学性能 六、硬度 1、硬度：表示材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力 一般来说：硬度 强度 耐磨性 塑性 2、常用的硬度指标： 1）布氏硬度（HBS） 2）洛氏硬度（HRC） 3）维氏硬度（HV） 金属材料在加工和使用过程中，其力学性能将受到多种因素的影响。 如钢： ①含碳量的影响： 钢的含碳量↑ 强度↑、硬度 ↑ 塑性 ↓ 切削性↓ 锻造性 ↓ 焊接性 ↓ 导电性 ↓ 导热性↓ ②合金元素的影响：加入某些合金元素，可以提高和改善其综合力学性能。 ③温度的影响： 温度 ↑ 强度↓ 、硬度 ↓塑性 ↑ ④热处理工艺的影响：不同的热处理工艺，将会使钢的强度、韧性、塑性、硬度、耐磨性等力学性能产生不同程度的变化。 第三节 常用的工程材料 常用的工程材料有：①黑色金属材料：铁基金属合金（碳钢、铸钢、合金钢） ②有色金属材料：其余金属材料 ③非金属材料： ④复合材料 一、黑色金属 1、碳钢和合金钢 1）碳钢 ： ①低碳钢 WC≤0.25% ②中碳钢 WC0.25%～0.60% ③高碳钢 WC0.60% 2）合金钢 ： ①低合金钢 合金元素含量（质量分数）≤5% ②中合金钢 合金元素含量（质量分数）5%～10% ③高合金钢 合金元素含量（质量分数）10% 2、铸钢 3、灰铸铁 4、球墨铸铁 二、有色金属 1、铜合金 ①黄铜：铜和锌的合金 ②青铜：加入主要元素为锡、铅等 2、铝合金 3、钛合金 三、非金属材料 1、工程塑料 热塑性塑料： 热固性塑料：P21 2、橡胶 3、人工合成矿物 刚玉（宝石）：（Al2O3） 红宝石：渗入氧化铬和二氧化钛 蓝宝石：渗入氧化钛和氧化铁 石英： 天然： 人工合成： 四、复合材料 性质不同的两种或两种以上金属或非金属材料定向处理或复合 第四节 钢的热处理 钢的热处理： 是通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种工艺方法。 钢的热处理与铸、锻、机械加工的区别： 钢的热处理： 零件在热处理前后，形状和尺寸几乎没有多大的变化，但其内部结构却发生了质的变化， 铸、锻、机械加工： 是为了获得一定形状、一定尺寸精度的零件。 钢的热处理的类型： 一、普通热处理： 1、退火：将钢加热到稍高于临界温度，并在该温度下保持一定时间，然后随炉缓慢冷却。 临界温度：为共析钢实际加热时，所有铁素体转变为奥氏体的温度。 2、正火：将钢加热到稍高于临界温度，并在该温度下保持一定时间，然后在空气中冷却。 正火的加热温度和加热时间与退火相似，冷却速度大于退火时的冷却速度。 3、淬火：将钢加热到临界温度以上的某一温度，经保温后并投入水、盐水或油中迅速冷却。 目的：提高零件的硬度和耐磨性 4、回火：将淬火后的零件，重新加热到临界温度以下的某一温度，并在该温度下保持一定时间，然后在空气中或在油中冷却。 根据加热温度的不同，回火可分为： 1）低温回火：加热温度150～250°C 目的：保持高硬度的前提下降低淬火应力和脆性，用于需要高硬度的工具和受强烈摩擦的零件。 2）中温回火：加热温度300～450°C 目的：消除淬火后的内应力，获得较高的弹性、一定的硬度和韧性，用于需要一定的硬度、好的弹性和一定韧性的零件。 3）高温回火：加热温度500～650°C 目的：消除淬火后的内应力，获得较高的韧性和塑性，但硬度较低。 调质处理：淬火后经高温回火的热处理过程。 时效处理：低温长时间的回火。（或称为尺寸稳定处理） 人工时效处理一般在油浴炉中进行。 冷处理：将淬冷至室温的零件继续放入到-70°C～-80°C的冷槽中冷冻，保持一段时间。 二、表面热处理： 1、表面淬火：快速加热与迅速冷