1、第二章 工程材料和熱處理 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能 第三節(jié) 常用的工程材料 第四節(jié) 鋼的熱處理 第五節(jié) 表面精飾 第六節(jié) 材料的選擇原則第一節(jié) 概述結(jié)構(gòu)材料： 工程上要求強(qiáng)度、韌性、塑性、硬度、耐磨性等力學(xué)性能的材料。功能材料： 具有電、光、聲、熱、磁等功能和效應(yīng)的材料。按用途不同，分： 金屬材料： 黑色金屬材料 有色金屬材料 無機(jī)非金屬材料 陶瓷： 有機(jī)材料： 高強(qiáng)度、塑性、耐腐蝕性、絕緣性，密度小 塑料、橡膠和合成纖維按材料結(jié)合鍵的特點(diǎn)和性質(zhì)，分：局部頸縮階段局部頸縮階段ef 在比例極限范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例常數(shù)E E （= = / / ）。）。 反映材料抵抗變形的

2、能力，是衡量剛度的指標(biāo)。 注意：不同鋼種的彈性模量相差甚微。為提高剛度采用合金鋼無效。二、彈性模量二、彈性模量E E兩個(gè)塑性指標(biāo)兩個(gè)塑性指標(biāo): :%100001lll斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率斷面收縮率斷面收縮率%100010AAA%5為塑性材料為塑性材料%5為脆性材料為脆性材料低碳鋼的低碳鋼的%3020%60為塑性材料為塑性材料0三、延展性三、延展性四、沖擊韌度四、沖擊韌度在有缺口的試件上，缺口底部單位面積上所能承受的在有缺口的試件上，缺口底部單位面積上所能承受的沖擊功。沖擊功。是衡量材料抵抗沖擊載荷能力的指標(biāo)。工程上常用一是衡量材料抵抗沖擊載荷能力的指標(biāo)。工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測(cè)定。次

3、擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測(cè)定。AAKK 彈性能Ee： 在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)變能將以勢(shì)能的形式儲(chǔ)存在材料內(nèi)部，撤去外力后又全部釋放，這種應(yīng)變能為彈性能。 韌性能Et： 若應(yīng)力超過比例極限，材料就要產(chǎn)生永久變形，應(yīng)變能的大部分將消耗在材料的塑性變形上，并以熱的形式散失。 材料在斷裂前所能吸收的能量稱為韌性能。 鑄鐵等脆性材料所能吸收的彈性能和韌性能均很低，故不能用于彈性元件和承受沖擊載荷的零件。五、彈性能Ee和韌性能Et六、硬度 材料表面在一個(gè)小體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力。 材料硬度越高，強(qiáng)度和耐磨性越好；塑性越低。 特別是硬度與強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系。根據(jù)強(qiáng)度可以大致估計(jì)材料的抗拉強(qiáng)度

4、。 常用硬度指標(biāo)： 布氏硬度 (HBS) 洛氏硬度 (HRC) 維氏硬度 (HV) :主要用于薄工件或薄表面硬化層的硬度測(cè)試 各種硬度值之間可以相互折算1）布氏硬度 (HB) 在一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球上，加以一定的載荷，壓入被測(cè)金屬材料的表面，測(cè)出壓痕直徑上的平均壓力，即為布氏硬度。 實(shí)際測(cè)定中，用放大鏡測(cè)量壓痕直徑后，可查表直接求硬度值。 測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，準(zhǔn)確度較洛氏硬度高。測(cè)量費(fèi)時(shí)，不適于成品檢驗(yàn)。常用于HB值小于450的材料。 HBS-鋼球壓頭鋼球壓頭測(cè)出的硬度值；測(cè)出的硬度值；HBW-硬質(zhì)合金球壓頭硬質(zhì)合金球壓頭測(cè)出的測(cè)出的硬度值硬度值2）洛氏硬度 (HR) 是以頂角為120

5、壓頭壓入試樣表面，測(cè)量壓痕深度為指標(biāo)，壓痕越深表示材料越軟，硬度越低。洛氏硬度有三種標(biāo)度，分別為HRA、HRB、HRC 測(cè)試簡(jiǎn)單、迅速，因壓痕小，適于成品檢驗(yàn)。但測(cè)試硬度值重復(fù)性差，故需在不同部位測(cè)數(shù)次。可用于測(cè)量硬度很高的材料，如淬火鋼和低溫回火鋼。3）維氏硬度 (HV) 根據(jù)壓痕單位面積上的載荷計(jì)算硬度值，用金剛石的正四棱錐體壓頭壓入試樣表面，然后測(cè)量四方錐形壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度，借以計(jì)算壓痕表面積。標(biāo)尺標(biāo)尺 壓壓 頭頭 總載荷總載荷/N 適用測(cè)試教材適用測(cè)試教材 有效植有效植HRA 120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 600 硬質(zhì)合金、表面淬火鋼硬質(zhì)合金、表面淬火鋼 7085HRB 1.588m

6、m淬火鋼球淬火鋼球 1000 退火鋼、非鐵合金退火鋼、非鐵合金 25 100HRC 120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 1500 一般淬火件一般淬火件 20 67 洛氏硬度的測(cè)試范圍洛氏硬度的測(cè)試范圍金屬材料在加工和使用過程中影響力學(xué)性能的因素 含碳量的影響-強(qiáng)度、硬度；塑性、切削性、鍛造性、焊接性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性 合金元素的影響 溫度的影響 熱處理工藝的影響第三節(jié) 常用的工程材料 碳鋼與合金鋼 常用合金元素：常用合金元素：Mn、Si、Cr、Mo、W、V、 Ti、Nb、Zr、Ni、RE(稀土稀土) 碳素結(jié)構(gòu)鋼：受力不大，基本承受靜載荷的零件。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：受力較大，承受變應(yīng)力或沖擊載荷的零件。

7、 合金鋼：受力較大，承受變應(yīng)力、工況復(fù)雜，熱處理要求較高的零件一、黑色金屬碳鋼的分類 按鋼的含碳量分類： 低碳鋼：Wc0.6% 按鋼的質(zhì)量分類： 普通碳素鋼：Ws0.055% Wp0.045% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：Wp Ws0.040% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：Ws0.030% Wp0.035% 按鋼的用途分類： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：制造各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件 碳素工具鋼：制造各種刀具、量具、模具碳鋼的編號(hào)和用途碳鋼的編號(hào)和用途 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 五類五類20種，種，Q235中中Q屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，235為為s MPa 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)平均含碳量的萬分?jǐn)?shù) 碳素工具鋼碳素工

8、具鋼 T7（A），），T碳素工具鋼，碳素工具鋼，7_平均含碳量的千分平均含碳量的千分?jǐn)?shù)數(shù)碳素鋼1、碳素結(jié)構(gòu)鋼（C：0.25%)Q215、Q235、Q255Q215-A.F表示最低屈服點(diǎn)表示最低屈服點(diǎn)215MPa的普通等級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼的普通等級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼（沸騰鋼）（沸騰鋼）Q235用途最廣，通常熱軋成鋼板、型鋼、鋼管、鋼筋等。塑性、韌性優(yōu)良。建筑構(gòu)件，車輛，不重要的軸，螺釘、螺母，沖壓件鍛件、焊接件等。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（Mn、P：=0.035%)用兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)低碳鋼：08、10、15、20、25：塑性好，易拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接螺釘、螺母、墊圈、小軸、沖壓件、焊接件中

9、碳鋼：30、35、40、45、50、55：強(qiáng)度、硬度好，淬火后硬度顯著增加。綜合性能優(yōu)良，常用于軸、絲杠、齒輪、連桿、套筒、鍵、重要的螺釘和螺母。高碳鋼：60、65、70、75：強(qiáng)度、硬度好，彈性優(yōu)良。用于小彈簧、發(fā)條、鋼絲繩、軋輥等。3、碳素工具鋼（C：0.7%1.35%)淬火后高硬度和良好的耐磨性，用于鍛工、木工、鉗工工具和小型模具。T7-平均含碳量為平均含碳量為0.7%的碳素工具鋼的碳素工具鋼T8：韌性最好，多用于制造成受沖擊的工具，鏨子、鍛工工具。T10、T10A：硬度較高，有一定韌性，多用于制造鋼鋸條、小沖模T12：硬度最高，耐磨性好，但脆性大，用于制造不成受沖擊的耐磨工具，鋼銼、刮

10、刀合金鋼的分類(按用途)合金鋼1、合金結(jié)構(gòu)鋼為改善鋼的某些性能，特意加入一種或幾種合金元素所煉成的鋼.兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字所含合金元素及其平均含量的百分?jǐn)?shù)，若含量小于1.5%，則不標(biāo)。鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)用于尺寸較大，形狀復(fù)雜或要求淬火變形小的零件。2、合金工具鋼一位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字鋼的平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，當(dāng)含碳量大于1%時(shí)，則不標(biāo)出用于刃具、模具和量具。形狀復(fù)雜尺寸較大、切削速度較高或工作溫度較高的工具和模具。3、特殊性能鋼9SiCr、9Mn2V:絲錐、板牙。W18Cr4V:高速鋼，鉆頭、銑刀或拉刀不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼、耐磨鋼2Cr13、1Cr18Ni9 鑄鋼 與鍛鋼力學(xué)性能大體相

11、近 與灰鑄鐵比：減震性、鑄造性均差；彈性模量、伸長(zhǎng)率、熔點(diǎn)均高。 主要用于承受重載、形狀復(fù)雜的大型零件 灰鑄鐵 成本低，鑄造性好，可制成形狀復(fù)雜的零件；良好的減震性；抗壓強(qiáng)度高于抗拉強(qiáng)度，適于制造在受壓狀態(tài)下工作的零件；脆性大，不宜承受沖擊載荷。 球墨鑄鐵 較高的延展性和耐磨性；強(qiáng)度高于灰鑄鐵；減震性優(yōu)于鋼。 多用于制造受沖擊載荷的零件一、黑色金屬從表中的數(shù)值可見：鑄鋼的綜合機(jī)械性能高于鑄鐵，而且鑄鋼的可焊性好于鑄鐵。常用的灰鑄鐵牌號(hào)二、有色金屬 銅合金 黃銅：銅鋅合金，可鑄可鍛，良好的機(jī)加工性青銅：除除ZnZn以外，所有以外，所有CuCu合金的總稱合金的總稱 含錫量小于8%的錫青銅適于壓力加

12、工 含錫量超過10%的錫青銅適于鑄造 鋁合金 不耐磨，可用鍍鉻的方法提高耐磨性； 切削性好，鑄造性差； 不產(chǎn)生電火花，用于儲(chǔ)存易燃、易爆物品的容器 鈦合金 密度小，高、低溫性能好，良好的耐蝕性，用于航空、造船、化工業(yè)錫青銅錫青銅的性能：良好的耐蝕性、減磨性、抗磁性和低溫韌性，在大氣、海水、蒸氣、淡水及無機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在亞硫酸鈉、酸和氨水中的耐蝕性較差。常用錫青銅：QSn4-3、QSn6.5-0.4、 ZCuSn10Pb1等，主要用于制造彈性元件、耐磨零件、抗磁及耐蝕零件，如彈簧、軸承、齒輪、蝸輪、墊圈等。鋁青銅鋁青銅的性能：強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性都高于黃銅和錫

13、青銅，是無錫青銅中應(yīng)用最廣的一種。常用鋁青銅：低鋁和高鋁兩種。低鋁青銅如QAl5、QAl7等，具有一定的強(qiáng)度，較高的塑性和耐蝕性，一般在壓力加工狀態(tài)使用，主要用于制造高耐蝕彈性元件；高鋁青銅如QAl9-4、QAl10-4-4等，具有較高的強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性，主要用于制造齒輪、軸承、摩擦片、蝸輪、螺旋槳等。鈹青銅銅合金性能最好的一種銅合金，唯一可固溶強(qiáng)化的銅合金；具有很高的強(qiáng)度、彈性、耐磨性、耐蝕性及耐低溫性，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，無磁性、受沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花，還具有良好的冷、熱加工和鑄造性能；常用代號(hào)QBe2、QBe1.9等；用于制造重要的精密彈簧、膜片等彈性元件，高速、高溫、高壓下工作的軸承等

14、耐磨零件，防爆工具等。 工程塑料塑料的組成：合成樹脂填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、固化劑、發(fā)泡劑、著色劑、阻燃劑、防老化劑等制成的。優(yōu)點(diǎn)：密度小、質(zhì)量輕，耐腐蝕性好，易加工應(yīng)用：可用注塑、擠壓的方法制成各種形狀復(fù)雜，尺寸精確的零件三、非金屬材料塑 料（分類）（1）按塑料成型工藝的特點(diǎn)分： 熱塑性塑料受熱時(shí)軟化或熔融、冷卻后硬化，并可反復(fù)多次進(jìn)行。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、聚碳酸酯(透明金屬）、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯等。 熱固性塑料在加熱、加壓并經(jīng)過一定時(shí)間后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固化為不溶、不熔的堅(jiān)硬制品，不可再生。常用熱固性塑料有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹

15、脂、呋喃樹脂、有機(jī)硅樹脂等。塑 料（分類） （2）按塑料的功能和用途分： 通用塑料：產(chǎn)量大用途廣價(jià)格低的塑料。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等，產(chǎn)量占塑料總產(chǎn)量的75%以上。工程塑料：具有較高性能，能替代金屬制造機(jī)械零件和工程構(gòu)件的塑料。聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹脂等。特種塑料：導(dǎo)電塑料、導(dǎo)磁塑料、感光塑料等。 橡膠 橡膠是以生膠為主要成分，添加各種配合劑和增強(qiáng)材料制成的。 較大的彈性、良好的絕緣性、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕、耐放射性 人工合成礦物剛玉（寶石）:Al2O3,硬度僅次于鉆石 紅寶石：滲入氧化鉻和二氧化鈦-

16、寶石軸承 藍(lán)寶石：滲入氧化鐵和氧化鈦石英：SiO2 具有壓電效應(yīng) -晶體振蕩器 由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的金屬材料或非金屬材料，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行定向處理或復(fù)合得到的一種新型材料。自然界：天然復(fù)合材料如竹子、木材、骨骼等分類： 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-用于薄壁壓力容器 (長(zhǎng)纖維或連續(xù)纖維、短纖維或晶須) 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 (純顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料和彌散增強(qiáng)) 層迭增強(qiáng)復(fù)合材料 骨架增強(qiáng)復(fù)合材料四、復(fù)合材料 鋼的熱處理就是在固態(tài)下，通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的工藝方法。1、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性能，為切削加工或熱處理做組織和性能上的準(zhǔn)備。叫預(yù)先熱處理。 2、提

17、高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料延長(zhǎng)零件使用壽命。叫最終熱處理。 目的：第四節(jié) 鋼的熱處理熱處理的方法（按工藝方法不同分） 1.退火（燜火） 將鋼件加熱到稍高于臨界溫度,保溫一定時(shí)間,隨后在爐內(nèi)或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻,以獲得接近平衡的組織。目的:鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件在制造過程中將聚集殘余應(yīng)力低溫退火3) 消除殘余應(yīng)力防止變形開裂 2) 細(xì)化晶粒,改善組織提高力學(xué)性能1) 軟化工件，降低硬度切削加工一、普通熱處理*無組織變化 低溫退火（又叫去應(yīng)力退火）:將鋼隨爐緩慢加熱到500-650，保溫后緩冷至300-200 以下出爐.目的目的: :發(fā)生再結(jié)晶發(fā)生再

18、結(jié)晶, ,消除加工硬化消除加工硬化. .2. 正火（常化）* 正火冷速快,得到比退火后的組織更細(xì)些，從而力學(xué)性能高。加熱溫度和保溫時(shí)間與退火相似,不同：空冷目的：目的：目的: 2) 低、中碳素結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)熱處理，以獲得合適的硬度，便于后續(xù)的切削加工1) 普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理退火和正火的加熱溫度范圍3.淬火（整體淬火） 將鋼件加熱到臨界溫度以上的某一溫度,經(jīng)過保溫后在冷卻介質(zhì)（水、鹽水或油）中迅速冷卻,以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝.目的:提高硬度,耐磨性應(yīng)用:工具,模具,量具,滾動(dòng)軸承.注意：整體淬火后的零件會(huì)有較大的內(nèi)應(yīng)力，故淬火后必須回火4. 回火低溫回火:加熱溫度 150-250 將

19、淬火后的零件重新加熱到臨界溫度以下某一溫度,保溫一定時(shí)間,后在空氣中或油中冷卻到室溫的熱處理工藝.目的: 消除淬火后因冷卻快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,降低脆性,使其具有一定韌性,防止變形,開裂,調(diào)整機(jī)械性能.應(yīng)用: 需要高硬度（HRC59-62）的工具和受強(qiáng)烈摩擦的零件如切削工具、模具和滾動(dòng)軸承目的: 消除淬火應(yīng)力和脆性,硬度不降. 回火溫度不是獨(dú)立的工序，是淬火后必須進(jìn)行的工序中溫回火:加熱溫度 300-450淬火+高溫回火-調(diào)質(zhì)處理應(yīng)用: 主軸、齒輪,曲軸,連桿等(受交變載荷)目的: 消除內(nèi)應(yīng)力,較高韌性,硬度更低（200-350HBS).高溫回火:500-650應(yīng)用:需要一定的硬度（HRC35-4

20、5）、好的彈性和一定韌性的零件，如(0.45-0.9%)彈簧,熱壓模具 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 目的:減少內(nèi)應(yīng)力,提高彈性,一定的硬度和韌性. 軟化回火：高合金鋼 尺寸穩(wěn)定處理或時(shí)效處理：某些量具等精密工件保持淬火后的高硬度及尺寸穩(wěn)定性。 冷處理：穩(wěn)定尺寸，提高硬度、耐磨性和壽命二、 表面熱處理1.表面淬火表面淬火用鋼的含碳量：0.40%-0.50%應(yīng)用：表面硬度高、內(nèi)部韌性大的零件，如機(jī)床主軸、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)主軸 通過快速加熱和立即淬火冷卻，表面層淬透到一定深度而中心部仍保持原狀態(tài).表面淬火方法：感應(yīng)加熱（高頻、中頻、低頻）火焰加熱電接觸加熱感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱: : 設(shè)備昂貴，質(zhì)量設(shè)備昂貴，質(zhì)量可控，機(jī)械

21、化可控，機(jī)械化 、自動(dòng)化、自動(dòng)化火焰火焰: : 設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，生產(chǎn)率低，單件小批局部生產(chǎn)率低，單件小批局部, ,質(zhì)質(zhì)量不穩(wěn)量不穩(wěn)與表面淬火比：表面層不僅有組織變化，還有成分變化。2. 化學(xué)熱處理 工件放在某種化學(xué)介質(zhì)中加熱,保溫,使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表面,改變工件表層的化學(xué)成分和組織，以改善工件表面性能. 應(yīng)用: 受交變載荷,強(qiáng)烈磨損,或在腐蝕,高溫等條件下工作的工件.滲碳 將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。目的:使低碳(wc=0.100.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.01.2%)，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、

22、高耐磨性；而心部仍保持一定強(qiáng)度及較高的塑性、韌性.適用:同時(shí)受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。鋼的滲碳原理示意圖氣體滲碳 方法：滴注式滲碳 介質(zhì)：苯、醇、煤油等液體 工藝：將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到900950(常用930)，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有機(jī)液體，在高溫下分解成CO、CO2、H2及CH4等氣體組成的滲碳?xì)夥眨诟邷叵屡c工件接觸時(shí)便在工件表面進(jìn)行下列反應(yīng)，生成活性碳原子。生成活性碳原子：2COC+CO2 CH4C+2H2 CO+H2C+H2O 隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并向內(nèi)部擴(kuò)散而形成一定深度的滲碳

23、層。氣體滲碳的優(yōu)點(diǎn)是： 生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好，滲碳過程容易控制，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適用于大批量生產(chǎn)。鋼的氮化（滲氮）滲氮一般在臨界溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性及熱硬性。分類：氣體滲氮和離子滲氮。氣體滲氮?dú)怏w滲氮 利用氨氣加熱分解出活性氮原子，在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過程 在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，在380以上氨分解出活性氮原子:2NH33H2+2N活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過程中向里擴(kuò)散，形成滲氮層。工藝特點(diǎn)：溫度低：500600常用550570，遠(yuǎn)低于滲碳溫度。由于氮在鐵素體中有一定的溶

24、解能力，無需加熱到高溫。時(shí)間長(zhǎng)：2050h，氮化層厚度為0.40.6mm。需調(diào)質(zhì)預(yù)處理：改善機(jī)加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織，保證較高的強(qiáng)度和韌性。與滲碳淬火比：可獲得更高的表面硬度、耐磨性、疲l勞強(qiáng)度、抗腐蝕性。氮化后不再淬火，變形小。應(yīng) 用：硬度和耐磨性高，不宜磨削的精密零件，如高速傳動(dòng)的精密齒輪（尤內(nèi)齒輪）、高速柴油機(jī)曲軸、鏜桿、精密絲杠、高精度機(jī)床主軸及量具、模具技術(shù)要求：需選用含與N親合力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。技術(shù)要求：應(yīng)注明氮化層深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，對(duì)于零件上不需滲氮的部位鍍錫或

25、鍍銅保護(hù)，或增加加工余量、氮化后去除。工藝路線：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì) 精加工去應(yīng)力粗磨氮化 精磨或研磨 碳氮共滲（氰化） 在氣體介質(zhì)中將碳和氮同時(shí)滲入工件表層并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體碳氮共滲。提高工件表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。 常用于處理汽車、機(jī)床的各種齒輪、蝸輪、蝸桿和軸類零件(20CrMnTi)。 CH4+NH3HCN+3H2 CO+NH3HCN+H2O 2HCNH2+2C+2N氣體氮碳共滲（氣體軟氮化） 在氣體介質(zhì)中對(duì)工件同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。目前氮碳共滲已廣泛應(yīng)用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理，但由于表層碳

26、氮化合物層太薄，僅有0.010.02mm，不宜用于重載條件下。尿素分解(NH2)2COCO+2H2+2N 2COCO2+C 第五節(jié) 表面精飾 表面精飾指在金屬零件表面附上一層覆蓋層，以達(dá)到防蝕、裝飾等目的。 分類： 電鍍 化學(xué)處理 涂漆一、電鍍 鍍鉻：鍍鉻層化學(xué)穩(wěn)定性好，外觀顏色好，在潮濕大氣中顏色不變，有較高的硬度、耐磨性。鍍鉻層拋光后反射率高；鉻的深度和擴(kuò)散能力差。 適用：鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金；不宜鍍復(fù)雜零件。 鍍鎳：鎳在大氣中十分穩(wěn)定，抗堿、弱酸和各種鹽，導(dǎo)電性良好，磁性。 適用：鋼、銅合金、鋁合金；不宜鍍防磁零件。可做鍍鉻層的底層和導(dǎo)電零件、彈性元件的保護(hù)層。 鍍鎘：鍍鎘層對(duì)堿和

27、稀硫酸的化學(xué)穩(wěn)定好 適用：鋼、銅合金、鋁合金；主要用于儀器直接受海水作用和飽含海水蒸汽的大氣條件下的零件。一、電鍍 鍍鋅：鋅鍍層屬陽極鍍層，對(duì)鋼質(zhì)零件起電化學(xué)保護(hù)作用，在潮濕空氣及含工業(yè)廢氣的環(huán)境中，鋅比鎘防腐能力強(qiáng)。中等硬度，低耐磨性。 適用：鋼、銅合金、鋁合金。 鍍銀：良好的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，反射率高達(dá)90%以上；與氯氣、硫化物作用可使其變黑。 適用：銅合金；不宜鍍于直接與橡膠接觸的零件。二、化學(xué)處理二、化學(xué)處理金屬零件表面的化學(xué)處理方法主要有： 氧化：在零件表面上形成氧化膜 磷化：在零件表面上生成一層在大氣中較穩(wěn)定的磷酸鹽膜 常用類型： 黑色金屬的氧化與磷化 鋁及鋁合金的陽極氧化 銅及

28、銅合金的氧化二、化學(xué)處理黑色金屬的氧化與磷化： 氧化膜層： 較薄，厚約1.5m，不影響尺寸精度，保護(hù)能力差，適用于儀器內(nèi)部零件。 磷化膜層： 結(jié)晶細(xì)，色澤均勻，成黑灰色，厚約2-4m，不影響尺寸精度，膜層與機(jī)體結(jié)合牢，保護(hù)能力強(qiáng)。 氧化-磷化處理： 可用于精密鑄件，經(jīng)鈍化和浸油處理，可提高其防腐能力。鋁及鋁合金的陽極氧化： 在大氣條件下極為穩(wěn)定，與機(jī)體金屬結(jié)合牢固，耐熱性好，膜層較硬，耐磨，是涂漆的良好底層。經(jīng)鈍化處理后，可提高化學(xué)穩(wěn)定性。 用于保護(hù)和裝飾性覆蓋層；不能用于鑲有鋼、銅及銅合金的鋁及鋁合金零件上。二、化學(xué)處理銅及銅合金的氧化： 膜層為黑色，與機(jī)體金屬結(jié)合牢固，但耐磨性、防腐能力不

29、強(qiáng)，在大氣條件容易變色。 黃銅用氨液氧化后能獲得良好的氧化膜層： 膜層薄，穩(wěn)定性差，但表面不易附著灰塵，適用于與光學(xué)零件接觸的零件及形狀復(fù)雜零件。 電解氧化的膜層： 膜層較厚，穩(wěn)定性強(qiáng)，但表面易附著灰塵，不宜用于與光學(xué)零件接觸的零件。二、化學(xué)處理三、涂漆 涂漆是在金屬制品的表面上涂以清漆或磁漆的薄膜，是制品表面與外界環(huán)境中的有害物質(zhì)隔開，對(duì)制品起保護(hù)和裝飾作用。 也有的是起到消光作用或絕緣作用。第六節(jié) 材料的選擇原則 材料的選擇與應(yīng)用是精密機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工作中重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，自始至終地影響整個(gè)設(shè)計(jì)過程。 選材的核心問題是在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理的前提下，保證材料的使用性能與零件（產(chǎn)品）的設(shè)計(jì)功能相適應(yīng)

30、。 掌握各類工程材料的特性、正確選用材料及相宜的加工方法（路線）是對(duì)精密機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程人員的基本要求。 一、使用要求 分析零件的工作條件，確定其使用性能：受力情況：如載荷性質(zhì)（靜載、動(dòng)載、交變載荷）、形式（拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切）、分布（均勻分布、集中分布）與大小，應(yīng)力狀態(tài)；工作環(huán)境：如溫度（常溫、高溫、低溫或變溫），介質(zhì)（有無腐蝕介質(zhì)、潤(rùn)滑劑），摩擦性質(zhì)；對(duì)零件尺寸和質(zhì)量的限制：按使用要求選材的一般原則： 零件的尺寸取決于強(qiáng)度，且尺寸和質(zhì)量又受到某些限制強(qiáng)度較高的材料； 零件的尺寸取決于剛度彈性模量較大的材料； 零件的尺寸取決于接觸強(qiáng)度可進(jìn)行表面強(qiáng)化處理的材料（調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、滲氮鋼）；

31、 滑動(dòng)摩擦下工作的零件減摩性好的材料； 高溫下工作的零件耐熱材料； 腐蝕性介質(zhì)工作的零件耐腐蝕性材料； 熱處理工藝二、工藝要求 材料的工藝性能：材料經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)各種加工工藝而獲得規(guī)定的使用性能和外形的能力，因此工藝性能影響了零件的內(nèi)在性能、外部質(zhì)量以及生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率等。 材料選擇與工藝方法的確定應(yīng)同步進(jìn)行，工藝性能也是選材時(shí)應(yīng)考慮的因素。 理想情況下，所選材料應(yīng)具有良好的工藝性能，即技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、能量消耗低、材料利用率高，保證甚至提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 1.鑄造性能 鑄鐵、鑄造鋁合金、鑄造銅合金的鑄造性能優(yōu)良；在應(yīng)用最廣泛的鋼鐵材料中，鑄鐵的鑄造性能優(yōu)于鑄鋼，在鋼的范圍，中、低碳鋼的鑄造性

32、能又優(yōu)于高碳鋼，故高碳鋼較少用做鑄件。按工藝要求選材的一般原則： 2.壓力加工性能 包括變形抗力，變形溫度范圍，產(chǎn)生缺陷的可能性及加熱、冷卻要求等。一般來說，鑄鐵不可壓力加工，而鋼可以壓力加工但工藝性能有較大差異，隨著鋼中碳及合金元素的含量增高，其壓力加工性能變差；故高碳鋼或高碳高合金鋼一般只進(jìn)行熱壓力加工，且熱加工性能也較差，如高鉻鋼、高速鋼等；高溫合金因合金含量更高，故熱壓力加工性能更差。變形鋁合金和大多數(shù)銅合金，像低碳鋼一樣具有較好的壓力加工性能。按工藝要求選材的一般原則： 3.焊接性能 鋼鐵材料的焊接性隨其碳和合金元素含量的提高而變差，因此鋼比鑄鐵易于焊接，且低碳鋼焊接性能最好、中碳鋼

33、次之，高碳鋼最差。鋁合金、銅合金的焊接性能一般不好，應(yīng)采用一些高級(jí)的焊接方法（如氬弧焊）或特殊措施進(jìn)行焊接。按工藝要求選材的一般原則： 4.機(jī)械加工性能 主要指切削加工性和磨削加工性，其中切削加工性最重要。一般來說材料的硬度越高、加工硬化能力越強(qiáng)、切屑不易斷排、刀具越易磨損，其切削加工性能就越差。在鋼鐵材料中，易切削鋼、灰鑄鐵和硬度處于180230HBS范圍的鋼具有較好的切削加工性能；而奧氏體不銹鋼、高碳高合金鋼(高鉻鋼、高速鋼、高錳耐磨鋼)的切削加工性能較差。鋁、鎂合金及部分銅合金具有優(yōu)良的切削加工性能。按工藝要求選材的一般原則： 5.熱處理工藝性能 必須首先區(qū)分是否可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，如純鋁

34、、純銅、部分銅合金、單相奧氏體不銹鋼一般不可熱處理強(qiáng)化；對(duì)可熱處理強(qiáng)化的材料而言，熱處理工藝性能相當(dāng)?shù)闹匾０垂に囈筮x材的一般原則： 高分子材料的加工工藝主要為成型加工，且工藝性能良好，所用工具為成型模（其中主要為塑料模），具體的成型方法很多，如注射成型、吹塑成型、擠壓成型等；也易于進(jìn)行切削加工，但因其導(dǎo)熱性能較差，在切削過程中應(yīng)注意工件溫度急劇升高而導(dǎo)致的軟化（熱塑性塑料）和燒焦（熱固性塑料）現(xiàn)象。少數(shù)情況下，高分子材料還可進(jìn)行焊接與熱處理，其工藝簡(jiǎn)單易行。 按工藝要求選材的一般原則： 陶瓷材料:硬而脆且導(dǎo)熱性較差。根據(jù)陶瓷制品的材料、性能要求、形狀尺寸精度及生產(chǎn)率不同，可選用粉漿成形、壓

35、制成形、擠壓成形、可塑成形等方法。陶瓷材料的切削加工性能極差，除極少數(shù)陶瓷外(如氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷雖可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必須選用超硬材料砂輪(如金剛石砂輪)。陶瓷也可進(jìn)行熱處理，但因?qū)嵝耘c耐熱沖擊性差，故加熱與冷卻時(shí)應(yīng)小心，否則極易產(chǎn)生裂紋。按工藝要求選材的一般原則：三、經(jīng)濟(jì)要求 質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉、壽命高，是保證產(chǎn)品具有競(jìng)爭(zhēng)力的重要條件；在選擇材料和制定相應(yīng)的加工工藝時(shí)，應(yīng)考慮選材的經(jīng)濟(jì)性原則。 所謂經(jīng)濟(jì)性選材原則，不僅是指選擇價(jià)格最便宜的材料、或是生產(chǎn)成本最低的產(chǎn)品，而是指運(yùn)用價(jià)值分析的方法，綜合考慮材料對(duì)產(chǎn)品的功能與成本的影響，以達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇 1.選擇綠色材料 綠色材料：在生產(chǎn)、使用、報(bào)廢及回收處理再利用過程中，能節(jié)約資源和能源，保護(hù)生態(tài)