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钢铁材料的分类•钢是含碳量在0.04%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。•分为铸铁和钢铸铁的分类•铸铁分为：普通铸铁和合金铸铁•普通铸铁：•灰铸铁：如HT200等。铸造流动性好，能承受较大弯曲应力，塑性与韧性差。•可锻铸铁：如KTH370-12等。比灰铸铁强度高，塑性与韧性也较好，可承受冲击和扭转负荷，具有良好的耐腐蚀性，切削性能好。•球墨铸铁：如QT400-15等。具有较高的强度和耐磨性，具有一定的韧性，可制作行星架等零件。•合金铸铁又称为特殊性能铸铁：•耐磨铸铁如钼铬铸铁，是制造金属密封环的主要材料。•耐热铸铁如RTCr16等，可制造各种加热炉的零件。•耐蚀铸铁如STSi11等,可制造化工设备零部件。特殊和新型铸铁材料•特殊铸造材料——铸造碳钢：如ZG40Cr,ZG230-450等，具有较高的强度、韧性、和耐磨性，可进行热处理，可制作要求较高的零部件。•新型铸铁材料：蠕墨铸铁，如RuT380等，材质性能介于灰铁和球铁之间，它既有球铁的强度、刚度和一定的韧性，且具有良好的耐磨性，同时它具有良好的铸造性。可铸造要求较高的大型复杂零件。钢材的分类•1．传统的分类方法：•按化学成分分为：碳素钢（简称碳钢）、合金钢；•按品质分为：普通、优质、高级优质、特级优质钢；•按用途分为：结构、工具、特殊性能、专业用钢；•按冶炼方法分：可按炉类型进一步分为平炉、转炉、电炉钢；按脱氧程度和浇铸制度进一步分为沸腾、镇静和半镇静钢；•按金相组织分类时，可按退火状态的钢、正火状态的钢、无相变或部分发生相变的钢进一步分类。•2．新的分类方法•1992年10月中国颁发了“钢分类”国家标准（GB/T13304－91）。按照此标准，钢的分类分为两部分：第一部分，按化学成分分类；第二部分，按主要质量等级、主要性能及使用特性分类。•（1）按化学成分分为：非合金钢（包括含碳量小于0.25%的低碳钢，含碳量0.25%～0.60%的中碳钢，含碳量大于0.60%的高碳钢，）；低合金钢（合金元素占总质量的5%以下）；和合金钢（合金元素占总质量的5%以上）。•（2）按主要质量等级、主要性能及使用特性分w为：普通质量钢材，优质钢材，特殊质量钢材几种典型钢材的特点•45：非合金钢，为优质碳素结构钢，中碳钢，刚度、强度、韧性等机械性能都较好，加工性能良好，焊接性差，仍可焊接。使用极为广泛。常用热处理方法：调质，淬火。可获得更好的机械性能。可制作齿轮，轴等重要零件。•40Cr：合金结构钢。调质后，具有良好的综合性能。淬透性好，焊接性差，仍可焊接。是使用最广泛的钢种之一。它的热处理效果，热处理变形都略好于45。几种典型钢材的特点•Q235：碳素结构钢，是一般钢结构的主要使用材料，Q标示屈服，其点数值为235MPa，热处理没有效果。•20CrMnTi：是应用广泛、用量很大的合金结构钢。淬火低温回火后，综合力学性能和低温冲击韧性良好，渗碳淬火后具有良好的耐磨性和抗弯强度。热处理工艺简单，热加工和冷加工性好。可制作重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件。几种典型钢材的特点•42CrMo：调质后有较高的疲劳强度和抗多次冲击能力，高温下具有高的持久强度和蠕变强度，低温冲击韧性良好，工作温度可达500℃~-110℃。在进行表面氮化处理后，可获得较高的表面硬度HV600（约HRC56）以上，且几乎不变形，可做为最后一道工序。制作典型零件：齿圈，轴等。几种典型钢材的特点•GCr15：轴承钢，热处理后获得高硬度和高耐磨性，是制作轴承和密封套的优质材料。•65Mn：高锰弹簧钢，具有高的强度和硬度，弹性良好，淬透性较好；经淬火及低温回火或调质、表面淬火处理，用于制造受摩擦、高弹性、高强度的机械零件。•T8：碳素工具钢，经淬火，回火处理后，可得到较高的硬度和良好的耐磨性，但承受冲击载荷的能力低，可制造钻套，冲头等工具。还有一些工具材料如合金工具钢、粉末冶金材料、陶瓷刀具等不是我们常用材料，这里就不介绍了。几种典型钢材的特点•以上所讲的都是黑色金属材料，下面我们将一下常用的有色金属。•ZCuSn10Pb1：锡青铜，在较高负荷，中速下工作的耐磨耐腐蚀材料，常用于制作衬套、轴瓦、垫圈、涡轮等零件。•ZALSi9：铝硅合金，铸造性很好，铸造形状复杂的高温工作的承受冲击力的零件，如我们使用的变矩器机芯。常用的非金属材料•下面介绍几种常用的非金属材料•聚四氟乙烯（PTFE）材料：耐油、耐腐蚀、自润滑极好，加入填充剂后较耐磨，可在较高温度下工作，是制作密封环等密封件的理想材料。本体是白色，在加入各种材料如铜、铅粉等呈现不同颜色。•橡胶：一般使用丁腈橡胶（NBR）和氟橡胶(FPM)。丁腈橡胶耐油、耐腐蚀，价格便宜，但耐磨和耐高温能力较差，是制作O型密封圈和一般骨架油封的理想材料；氟橡胶耐油、耐腐蚀，耐磨和耐高温能力都较好，但价格较高，是制造密封要求较高的密封件的理想材料。常用的非金属材料•乳胶密封垫：我们原使用耐油石棉橡胶，后由于环保问题，改用乳胶密封垫，该材料不含石棉，耐油能力强，是端面密封的理想材料。常用的非金属材料•磁性材料：我们常用的磁性材料是钡铁氧体。引言：1、热处理的概念2、热处理的目的将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺。（1）提高钢的力学性能（2）改善钢的工艺性能第一节钢的热处理原理根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：1、整体热处理2、表面热处理表面淬火、气相沉积3、化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗退火、正火、淬火、回火第4章钢的热处理热处理的理论依据第4章钢的热处理第一节钢的退火与正火1、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。2、目的：1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）细化晶粒，消除组织缺陷；3）消除内应力。一、钢的退火第4章钢的热处理3、分类：根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。（1）完全退火1、定义：将钢加热Ac3以上30~50ºC,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到500ºC以下，出炉空冷。2、目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。3、适用范围：亚共析钢型材。第4章钢的热处理（2）球化退火1、定义：将钢加热到Ac1以上20~30ºC,保温后随炉缓冷至600ºC，出炉空冷。2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。第4章钢的热处理（3）去应力退火1、定义：将钢加热到500--600ºC,保温后随炉缓冷至200--300ºC出炉空冷。又称低温退火。2、目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力。（没有发生组织变化）3、适用范围：用于所有的钢。第4章钢的热处理二、钢的正火1、概念：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30~50ºC，保温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。2、目的：1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加工性能；2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理；3）对高碳钢，可为球化退火作准备。第4章钢的热处理退火与正火的加热温度范围第4章钢的热处理第二节钢的淬火与回火2、目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。1、概念：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。一、钢的淬火第4章钢的热处理3、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水等。为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如图所示。4.淬火方法:第4章钢的热处理4、淬火方法：（1）单液淬火：将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。特点：操作简单，容易实现自动化。（2）双液淬火：先水后油，或先油后空气。特点：可防止变形与开裂。（3）分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再空冷。特点：有效减小内应力，防止变形与开裂；但只适于小尺寸工件。第4章钢的热处理三、钢的回火1、回火的概念：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺。2、回火的目的：降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。第4章钢的热处理3、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：•低温回火：150ºC~250ºC•中温回火：350ºC~500ºC•高温回火：500ºC~650ºC第4章钢的热处理1、低温回火（150~250）ºC目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力,减少钢的脆性。硬度为58--64HRC。主要用于：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件。2、中温回火（350~500）ºC目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称弹性处理。硬度为35--45HRC.主要用于：弹性零件及热锻模具等。3、高温回火（500~650）ºC目的：获得良好的综合力学性能。又称调质处理。硬度为25--35HRC.主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。第4章钢的热处理第四节钢的表面热处理引言:为了兼顾零件表面和心部两种不同性能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法,即表面淬火和化学热处理.一、表面淬火1、概念：指仅改变钢的表层组织的局部热处理工艺。第4章钢的热处理2、种类火焰加热表面淬火：用氧—乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含C0.35%~0.7%的中碳钢和中碳合金钢，如45，40Cr。感应加热表面淬火：用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含C0.4%~0.5%的中碳钢和中碳合金钢，如40，40Cr。第4章钢的热处理第五节钢的化学热处理引言1、概念：将钢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层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。2、分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗第4章钢的热处理第六节钢的渗碳概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳用钢：含碳量为0.1%—0.25%的低碳钢和低碳合金钢。第4章钢的热处理第七节钢的渗氮概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。渗氮用钢：优质碳素结构钢，如20，40等；一般合金结构钢，如40Cr等；渗氮专用钢，如38CrMoAlA。第4章钢的热处理第八节其它化学热处理方法碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。第4章钢的热处理