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專業(yè)定義：材料成型及控制工程是研究熱加工改變材料的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能和表面形狀，研究熱加工過程中的相關(guān)工藝因素對材料的影響，解決成型工藝開發(fā)、成型設(shè)備、工藝優(yōu)化的理論和方法；研究模具設(shè)計(jì)理論及方法，研究模具制造中的材料、熱處理、加工方法等問題。是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。 專業(yè)方向：鍛造（打鐵）、鑄造（熔煉）、焊接（補(bǔ)鍋），業(yè)內(nèi)通俗的說法，便于理解。 所學(xué)主要、重要課程：工程制圖、機(jī)械制圖、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料成型原理、材料成型工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等。 就業(yè)方向：重工企業(yè)（汽車、航空、航天等）、模具制造企業(yè)、機(jī)電、能源等等 工作主要內(nèi)容（針對鍛造）：技術(shù)員—編制零件制造工藝（工序、加熱溫度、保溫時(shí)間等），根據(jù)廠家提供的零件圖繪制鍛件圖，在車間解決一些產(chǎn)品的生產(chǎn)問題。 發(fā)展趨勢：技術(shù)方向發(fā)展，高級工程師，或者質(zhì)量工程師； 管理方向，廠長，主管總經(jīng)理等 工資：實(shí)習(xí)一般2000左右，轉(zhuǎn)正后3000到4500左右（具體看企業(yè)所在地方，平均4000左右吧），由技術(shù)員升職后，工資會相應(yīng)提升 建議：該專業(yè)就業(yè)想去國企重工企業(yè)的話，地方一般較偏，東北或西南地區(qū)，民營企業(yè)或外企，可考慮汽車行業(yè)，模具設(shè)計(jì)方面的；該專業(yè)較適合男生，女生學(xué)這個(gè)專業(yè)的較少，但也不是不合適，找工作時(shí)會相對不容易些。 學(xué)校：較好的有天津大學(xué)，上海交大，西工大，華中科技大學(xué)等。 以下是收集的材料成型總結(jié)的重要知識 附：工程材料及材料成型技術(shù)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 一． 緒論 & 本課程的學(xué)習(xí)目的及內(nèi)容 機(jī)械制造基礎(chǔ)是機(jī)電專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，學(xué)習(xí)本課程主要是使學(xué)生了解機(jī)電工程中常用材料的成分、熱處理工藝、組織，熟悉其性能和用途，初步熟悉一般機(jī)械零件毛坯的成型加工工藝和設(shè)備。本課程主要包含兩部分內(nèi)容：工程材料和毛坯成型方法，即教材的第一篇和第二篇。教材的奇遇篇章將在后續(xù)其它課程中講授。 & 本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法 本課程的特點(diǎn)是內(nèi)容多、概念多，課程內(nèi)容具有連貫性，與實(shí)踐聯(lián)系非常緊密。學(xué)習(xí)本課程應(yīng)按照課程內(nèi)容的前后編排，先掌握基本概念，再了解工藝規(guī)程原理及方法。 & 本課程的邏輯順序關(guān)系 知識主線 課程內(nèi)容 金屬都是晶體——————————→晶體的一般概念 金屬晶體與非金屬晶體的區(qū)別 金屬晶體的結(jié)晶與晶體缺陷 常見金屬都是合金————————→合金的結(jié)構(gòu)與組織 二元合金相圖 鋼鐵是最常用的金屬———————→鐵碳合金相圖 碳鋼，白口鑄鐵、灰口鑄鐵 鋼能夠通過熱處理改變性能————→熱處理的概念 常見熱處理工藝（整體熱處理、表面熱處理） 合金化可大大改善鋼的性能————→合金元素在鋼中的作用 合金鋼的分類和編號 常用合金鋼（結(jié)構(gòu)鋼、特殊性能鋼） 鋼鐵之外的其它材料———————→有色金屬（鋁、銅、鈦及其合金） 高分子材料（塑料、橡膠） 無機(jī)非金屬材料（玻璃、陶瓷） 復(fù)合材料 機(jī)械零件毛坯的成型方法—————→將金屬熔化后澆注成型（鑄造） 利用金屬的塑性變形能力成型（鍛造） 將金屬連接在一起來成型（焊接） 二．重要關(guān)鍵詞： 1． 1．間隙固溶體：溶質(zhì)原子溶入溶質(zhì)晶格間隙所形成的固溶體。 2． 置換固溶體：溶質(zhì)原子溶入溶質(zhì)晶格并占據(jù)溶質(zhì)晶格位置所形成的固溶體。 3．過冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差。 4．再結(jié)晶：金屬發(fā)生重新形核和長大而不改變其晶格類型的結(jié)晶過程。 5．同素異構(gòu)性：同一金屬在不同溫度下具有不同晶格類型的現(xiàn)象。 6．晶體的各向異性：晶體在不同方向具有不同性能的現(xiàn)象。 7．枝晶偏析：金屬結(jié)晶后晶粒內(nèi)部的成分不均勻現(xiàn)象。 8．比重偏析：因初晶相與剩余液相比重不同而造成的成分偏析。 9．本質(zhì)晶粒度：指奧氏體晶粒的長大傾向。 10．淬透性：鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。 11．淬硬性：鋼淬火時(shí)的硬化能力。 12．臨界冷卻速度：鋼淬火時(shí)獲得完全馬氏體的最低冷卻速度。 13．熱硬性：金屬在高溫下保持高硬度的能力。 14．二次硬化：淬火鋼在回火時(shí)硬度提高的現(xiàn)象。 15．回火穩(wěn)定性：淬火鋼回火時(shí)馬氏體分解的難易程度（軟化抵抗能力）。 16．共晶轉(zhuǎn)變：二元合金所發(fā)生的從液相中同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的結(jié)晶過程。 17．時(shí)效強(qiáng)化：金屬經(jīng)固溶處理后隨時(shí)間延長而發(fā)生的強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。 18．固溶強(qiáng)化：因溶質(zhì)原子溶入而使固溶體的強(qiáng)度和硬度升高的現(xiàn)象。 19．形變強(qiáng)化：金屬因塑性變形而造成的強(qiáng)度和硬度升高的現(xiàn)象。 20．調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火的熱處理工藝。 21．過冷奧氏體：將鋼奧氏體化后冷卻至A1溫度之下尚未分解的奧氏體。 22．變質(zhì)處理：在金屬澆注前添加變質(zhì)劑來改變晶粒的形狀或大小的處理方法。 23．C曲線：過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線。 24．CCT曲線：過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。 25．馬氏體：含碳過飽和的α固溶體。 26．熱塑性塑料：加熱時(shí)軟化熔融，冷卻又變硬，并可反復(fù)進(jìn)行的塑料。 27．熱固性塑料：首次加熱時(shí)軟化并發(fā)生交連反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，再加熱時(shí)不軟化的塑料。 三．難點(diǎn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)： & 一。關(guān)于金屬晶體 （1）．金屬都是晶體，非晶體金屬只有用特殊的工藝才能得到，且大多數(shù)不穩(wěn)定，一旦受熱就會轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。 （2）．純金屬的晶格類型只有三種：體心立方、面心立方、密排六方。而合金往往由不同結(jié)構(gòu)的晶體組成，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 （3）金屬一般都是多晶體，且晶體內(nèi)部有許多晶體缺陷 （4）純金屬在一定溫度下具有一定的晶體結(jié)構(gòu)，但部分金屬在不同的溫度下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。 & 二。合金的組織結(jié)構(gòu) １．合金的概念：以一種金屬為基體，在其內(nèi)添加其它原子來提高金屬的性能。 ２．合金的相結(jié)構(gòu)：合金中的所有相可分為兩種類型：固溶體和化合物。金屬在液態(tài)能夠無限互溶，但在固態(tài)大部分只能有限互溶。當(dāng)添加的溶質(zhì)原子不改變基體金屬的晶體結(jié)構(gòu)，只是無規(guī)律的，高度彌散的分布在基體金屬內(nèi)部時(shí)就叫做固溶體（可理解為固態(tài)的溶體）。以Pb-Sn合金為例，當(dāng)Pb原子含量很高，Sn原子含量很少，則形成以Pb為基的固溶體，該固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與Pb相同；反之則形成以Sn為基的固溶體，該固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與Sn相同；當(dāng)兩這含量介于上述之間時(shí)則部分形成以Pb為基的固溶體，部分形成以Sn為基的固溶體。某些合金還會形成與溶劑金屬和溶質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)都不同的新晶體，就是化合物。 ３．工業(yè)合金絕大部分是以固溶體為基礎(chǔ)的，化合物的含量一般較少。一些金屬間的化合物具有高硬度、高熔點(diǎn)和高脆性，與陶瓷性能類似，被成為金屬陶瓷，主要用于航天工業(yè)中。 & 三。鐵碳合金相圖 3．1．鐵碳合金相圖的特點(diǎn)： （1）有三個(gè)三相恒溫轉(zhuǎn)變線（包晶轉(zhuǎn)變線、共晶轉(zhuǎn)變線、共析轉(zhuǎn)變線）； （2）有五個(gè)單相區(qū)（液相區(qū)、d相區(qū)、g相區(qū)、a相區(qū)、滲碳體相區(qū)（為一豎線））； （3）有四條溶解度曲線（碳在a-Fe中的溶解度曲線PQ、碳在g-Fe中的溶解度曲線ES、碳在d-Fe中的溶解度曲線JN、碳在液相中的溶解度曲線CD）。 3．2.鐵碳合金相圖中各線的物理意義：如表5-2 表5-2 鐵碳相圖中所有線的物理意義 曲線 物理意義 冷卻時(shí) 加熱時(shí) HJB 包晶線 L+d g g d + L ECF 共晶線 L g+Fe3C Ldg+Fe3C PSK 共析線 g a+Fe3C a+ Fe3C g CD Fe3CI開始從液相中析出線 Fe3CI溶入液體中終了線 ES Fe3CII從奧氏體中析出 Fe3CII溶入奧氏體中 PQ Fe3CIII從鐵素體中析出 Fe3CIII溶入鐵素體中 JN d相全部轉(zhuǎn)變成g相 g相開始轉(zhuǎn)變成d相 AB d相開始從液相中結(jié)晶出 d相完全溶入液體中 AH 液相全部轉(zhuǎn)變成d相 d相開始熔化成液相 HN d相開始轉(zhuǎn)變成g相 g相完全轉(zhuǎn)變成d相 BC g相開始從液相中結(jié)晶出 g相完全熔化成液相 JE 液相全部結(jié)晶成g相 g相開始熔化成液相 GS a相開始從g相中析出 a相完全溶入g相中 GP g相完全轉(zhuǎn)變成a相 a相開始轉(zhuǎn)變成g相 3．3.鐵碳合金相圖中的復(fù)相組織 珠光體（P）----是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，由鐵素體和滲碳體的片層交錯(cuò)而形成。 萊氏體（Ld）----是共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，由呈短桿狀的奧氏體分布于滲碳體中所形成. 低溫萊氏體（Ld）----萊氏體中的奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體而形成。 3．4.鐵碳合金的分類及其平衡結(jié)晶至室溫時(shí)的組織組成和相組成：如表5-3所示 　　　　　　　　　　　表5-3 鐵碳合金的分類 鐵碳合金類別 含碳量（%） 組織組成 相組成 工業(yè)純鐵 0.02% F+ Fe3CⅢ F+Fe3C 碳鋼 亞共析鋼 共析鋼 過共析鋼 0.02%～0.77% 0.77% 0.77%～2.11% F+Fe3CⅢ+P P P+Fe3CⅡ 白口鑄鐵 亞共晶白口鑄鐵 共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵 2.11%～4.3% 4.3% 4.3%～6.69% P+Ld’ Ld’ Fe3CⅠ+Ld’ 3．6．Fe-Fe3C相圖的繪制 由于Fe-Fe3C相圖是研究鋼鐵材料的基礎(chǔ)，故要求學(xué)生能記住Fe-Fe3C相圖的基本形狀和相關(guān)的一些成分點(diǎn)。達(dá)到能很快默畫出Fe-Fe3C相圖的程度。為此，應(yīng)掌握二元合金相圖的下列共同規(guī)律： （1） Fe-Fe3C相圖中包含有三個(gè)恒溫三相轉(zhuǎn)變，故應(yīng)首先了解二元合金相圖中三相恒溫反應(yīng)線的基本形狀（見前第四章4.2.2難點(diǎn)6），三相恒溫反應(yīng)線上只有三個(gè)交點(diǎn)，分別對應(yīng)著三個(gè)單相區(qū)； （2） 相區(qū)相鄰規(guī)律：1）兩個(gè)單相區(qū)之間必有一雙相區(qū)將之隔開，且該雙相區(qū)必是由這兩個(gè)單相所組成；2）兩個(gè)雙相區(qū)相鄰，中間必有一三相恒溫反應(yīng)線。 & 四。鋼的冷卻轉(zhuǎn)變 4．1.鋼在奧氏體化后的兩種冷卻方式： （1） 連續(xù)冷卻 將奧氏體化后的鋼放入處于室溫的某種冷卻介質(zhì)中使工件冷卻至室溫。用這種冷卻方式由于其組織轉(zhuǎn)變是在不同的溫度下進(jìn)行的，故所得組織不均勻。 （2） 等溫冷卻 將奧氏體化后的鋼快速冷卻至低于Ar1的某一溫度保持恒溫使奧氏體在恒定的溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)變后，再將之冷卻至室溫。用這種冷卻方式由于其組織轉(zhuǎn)變是在恒定的溫度下進(jìn)行的，故所得組織比較均勻。 珠光體即可以通過連續(xù)冷卻的方式得到，也可以通過等溫冷卻的方式得 到。貝氏體由于其轉(zhuǎn)變溫度處于一個(gè)比較窄的中溫區(qū)域，故只能通過等溫冷 卻的方式（叫做等溫淬火）得到。馬氏體的轉(zhuǎn)變量決定于其過冷度，所以只能通過連續(xù)冷卻的方式得到。 4．2.C曲線與臨界冷卻速度Vk C曲線是指過冷奧氏體的等溫冷卻曲線。而臨界冷卻速度Vk是指鋼的過冷奧氏體能完全轉(zhuǎn)變成馬氏體的最小冷卻速度，它也是過冷奧氏體能夠分解的最大冷卻速度。C曲線越靠右，說明該鋼的過冷奧氏體越穩(wěn)定，其臨界冷卻速度越小，該鋼淬火時(shí)越容易得到馬氏體。 4．3.影響C曲線的因素 鋼的C曲線的形狀主要決定于其成分。 （1） 含碳量的影響 亞共析鋼的C曲線隨其含碳量的增加而右移，過共析鋼的C曲線隨其含碳量的增加而左移。 （2） 合金元素的影響 除Co之外的合金元素均能使其C曲線右移。 4．4.珠光體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 珠光體轉(zhuǎn)變實(shí)際上是過冷奧氏體分解成鐵素體和滲碳體的過程。由于珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變，因而只有在較高的溫度下才能進(jìn)行。擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變都需要一定的孕育期。珠光體轉(zhuǎn)變所形成的珠光體的片層間距與珠光體的形成溫度有關(guān)，該溫度越低，所形成的珠光體的片層間距就越細(xì)小。而珠光體的片層間距越細(xì)小，其強(qiáng)度越高，其塑韌性也越好。珠光體轉(zhuǎn)變所需的孕育期的長短也與珠光體的形成溫度有關(guān)，該溫度越高，其過冷度越小，珠光體形核越困難，但原子的擴(kuò)散能力強(qiáng)；該溫度越低，過冷度越大，珠光體形核越容易，但原子的擴(kuò)散能力差。 4．5.馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 鋼奧氏體化后進(jìn)行快速冷卻時(shí)，由于過冷度很大，鐵原子和碳原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散,結(jié)果在巨大的能量作用下奧氏體通過晶格的切變轉(zhuǎn)變成了過飽和的a固溶體，該固溶體就叫做馬氏體。所以說馬氏體轉(zhuǎn)變是一種非擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變。顯然這樣轉(zhuǎn)變成的馬氏體的成分與原奧氏體的成分完全一樣。在鋼的奧氏體化過程中溶入奧氏體的碳含量越高，所轉(zhuǎn)變成的馬氏體的正方度就越大，而馬氏體轉(zhuǎn)變所形成的應(yīng)力也就越大。馬氏體轉(zhuǎn)變由于是非擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變，因而其轉(zhuǎn)變速度極快，即所謂的瞬時(shí)形核和瞬時(shí)長大，故馬氏體的轉(zhuǎn)變量只與冷卻溫度有關(guān)，而與冷卻方式無關(guān)。馬氏體的形態(tài)和硬度都決定于其含碳量。馬氏體轉(zhuǎn)變的另一特點(diǎn)是其轉(zhuǎn)變難以進(jìn)行完全，通常會有一定量的奧氏體殘余下來未轉(zhuǎn)變成馬氏體，該奧氏體就叫做殘余奧氏體。 4．6.貝氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 貝氏體轉(zhuǎn)變介于珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變之間，是一半擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變（碳原子能夠擴(kuò)散而鐵原子不能擴(kuò)散）。貝氏體有兩種形態(tài)，即羽毛狀的上貝氏體和針狀的下貝氏體。上貝氏體的強(qiáng)度和塑韌性都很差，是一種缺陷組織。下貝氏體不僅具有較高的強(qiáng)度，還具有良好的塑韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性能。 4．7.鋼的含碳量、奧氏體的含碳量及馬氏體的含碳量 對鋼進(jìn)行奧氏體化加熱時(shí)，若對其進(jìn)行完全奧氏體化（亞共析鋼加熱溫度高于Ac3，過共析鋼的加熱溫度高于Accm），則其所得奧氏體的含碳量與鋼的含碳量相同，但若進(jìn)行不完全奧氏體化（亞共析鋼的加熱溫度高于Ac1而低于Ac3，過共析鋼的加熱溫度高于Ac1而低于Accm），則奧氏體的含碳量與鋼的含碳量不同。顯然亞共析鋼進(jìn)行不完全奧氏體化時(shí)由于有部分鐵素體未溶入奧氏體中會導(dǎo)致奧氏體的含碳量高于鋼的含碳量。而過共析鋼進(jìn)行不完全奧氏體化時(shí)由于有部分滲碳體未溶入奧氏體中會導(dǎo)致奧氏體的含碳量低于鋼的含碳量。至于馬氏體的含碳量由于在其轉(zhuǎn)變過程中不發(fā)生原子的擴(kuò)散，故與該鋼進(jìn)行奧氏體化時(shí)所得奧氏體的含碳量相同。 4．8.殘余奧氏體的產(chǎn)生、危害及消除 鋼淬火時(shí)產(chǎn)生殘余奧氏體的原因有兩個(gè)：一是由于馬氏體的比容高于奧氏體的，且馬氏體的含碳量越高，馬氏體的比容越大。因而鋼由奧氏體轉(zhuǎn)變成奧氏體時(shí)已經(jīng)轉(zhuǎn)變的馬氏體對尚未轉(zhuǎn)變的過冷奧氏體形成很大的壓應(yīng)力。隨著馬氏體轉(zhuǎn)變量的增加，剩余奧氏體所受的壓應(yīng)力逐漸增大。當(dāng)馬氏體含碳量較高時(shí)該壓應(yīng)力就足以大到使剩余奧氏體無法發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而成為殘余奧氏體。另一原因是馬氏體的轉(zhuǎn)變量決定于其過冷奧氏體的冷卻溫度，而馬氏體的Ms和Mf溫度隨其含碳量的增加而下降。當(dāng)鋼的含碳量較高時(shí)，其Mf溫度就可能低于室溫。這使得過冷奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行完全而成為殘余奧氏體。由于殘余奧氏體的硬度和強(qiáng)度都遠(yuǎn)低于馬氏體的，故殘余奧氏體的出現(xiàn)會使鋼的強(qiáng)度和硬度下降。消除殘余奧氏體的方法是對淬火后的鋼進(jìn)行回火或進(jìn)行深冷處理。 & 五。鋼的熱處理 表5-1 鋼的退火工藝 退火工藝 退火目的 加熱溫度（C） 適用范圍 1 完全退火 細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力 Ac3+30~50 亞共析鋼 2 等溫退火 同1，且能縮短退火周期 Ac3+30~50 鑄件、鍛件 3 球化退火 降低硬度，改善切削加工性 Ac1+20~30 過共析鋼工件 4 去應(yīng)力退火 消除應(yīng)力 500~600 鑄件、鍛件、焊件 5 再結(jié)晶退火 消除加工硬化 T再+100~200 冷變形工件 6 擴(kuò)散退火 消除枝晶偏析 Ac3+150~250 鑄鋼件 5．2.鋼的正火工藝 工藝：將工件加熱至奧氏體單相區(qū)（亞共析鋼加熱至Ac3以上，過共析鋼加熱至Accm溫度以上）保溫一定時(shí)間使奧氏體均勻化后，將工件取出在空氣中冷卻。由于冷卻速度較快，先析出相（亞共析鋼為鐵素體，過共析鋼為二次滲碳體）來不及析出或析出量很少，結(jié)果剩余奧氏體全部轉(zhuǎn)變成偽珠光體。 目的：細(xì)化晶粒，提高機(jī)械性能。 s對低碳鋼常用正火工藝代替退火工藝以提高生產(chǎn)率； s對亞共析鋼采用正火可得到更多的珠光體組織（偽珠光體）從而提高其硬 度，改善其切削加工性； s對過共析鋼可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以有利于球化退火的進(jìn)行。 5．3．鋼的淬火 5．3．1.奧氏體化溫度：亞共析鋼為Ac3+30-50C；過共析鋼為Ac1+30-50C。 其原因是亞共析鋼若奧氏體化淬火加熱溫度低于Ac3溫度，其組織中就會有未溶解的鐵素體，在淬火時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，而鐵素體相則殘余下來，造成淬火后硬度不足。過共析鋼在淬火之前一般先經(jīng)過了球化處理，這樣在奧氏體化加熱至Ac1+30-50C時(shí)，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而滲碳體只有部分溶解，剩余滲碳體呈細(xì)小顆粒狀彌散于奧氏體內(nèi)部，在淬火時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體，而滲碳體顆粒仍彌散分布于馬氏體基體上，由于滲碳體的硬度很高，故不會造成淬火硬度不足。反之若將過共析鋼的奧氏體化溫度提高至Accm溫度之上，滲碳體會全部溶入奧氏體中，造成奧氏體含碳量過高。這不僅會使得淬火后殘余奧氏體的大大增加。而且在淬火時(shí)，因馬氏體含碳量過高，馬氏體轉(zhuǎn)變所形成的組織應(yīng)力很大而造成工件淬火變形或開裂。 5．3．2.淬火冷卻方法 工件淬火冷卻時(shí)內(nèi)部有很大的內(nèi)應(yīng)力--由于溫差而形成的熱應(yīng)力和由于馬氏體轉(zhuǎn)變而形成的組織應(yīng)力，這往往造成工件在淬火過程中變形甚至開裂。為了減小工件的淬火應(yīng)力常采用雙液淬火法和分級淬火法，通過減小工件在淬火過程中內(nèi)外溫差而減小熱應(yīng)力而減小工件的變形開裂傾向。但由于雙液淬火工藝操作不便（因從水中取出放入油中的時(shí)機(jī)只能通過經(jīng)驗(yàn)來判斷），實(shí)際應(yīng)用較少。生產(chǎn)中使用較多的是分級淬火法。該法雖成本較高，但操作方便。但由于鹽浴或堿浴冷卻能力有限，故分級淬火法僅適用于直徑小于10mm的工件。 5．3．3.等溫淬火與分級淬火 等溫淬火與分級淬火工藝相似，區(qū)別在于等溫淬火奧氏體化后在鹽浴中等溫時(shí)，要停留足夠長的時(shí)間使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變成貝氏體。而分級淬火奧氏體化后等溫時(shí)，只需要停留至工件表面和心部溫度一致即可。此時(shí)過冷奧氏體未發(fā)生轉(zhuǎn)變，而是在隨后的冷卻過程中才發(fā)生轉(zhuǎn)變。 5．3．4.淬透性、淬硬性和淬透層深度 淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。淬透性和淬硬性都是材料本身的性能，與具體工件的大小及冷卻速度沒有關(guān)系。淬透層深度是針對具體的工件而言的，其大小不僅與材料的淬透性有關(guān)，還與工件的大小及淬火時(shí)的冷卻速度有關(guān)。 5.淬透性曲線 用于判斷具體的工件在一定的冷卻方式下其截面的硬度的分布情況和其淬透層深度。 5．4．鋼的表面熱處理 5．4．1表面淬火 用專門的加熱方法能使工件表面迅速升溫奧氏體化，并在表面熱量尚未傳至內(nèi)部時(shí)就對其進(jìn)行冷卻，這樣工件已奧氏體化的表層組織便轉(zhuǎn)變成馬氏體，而其內(nèi)層組織仍保持原狀，這種熱處理工藝就叫做表面淬火。該工藝主要用于那些要求外艱而內(nèi)韌的工件。對這類工件常選用調(diào)質(zhì)鋼（一般都是中碳鋼或中碳低合金鋼）先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火），使其整體得到高韌性和較高強(qiáng)度的索氏體組織，然后再對其進(jìn)行表面淬火，使其表面又被淬硬得到高硬度的馬氏體組織。 5．4．2.常用表面淬火方法 如表6-1所示 表6-1 常用表面淬火方法比較 表面淬火方法 加熱能量 淬硬層深度（mm） 工藝特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 感應(yīng)加熱表面淬火 感應(yīng)電流 高頻0.5~2 中頻2~10 效率高，硬化層均勻 要求工件形狀規(guī)則 火焰加熱表面淬火 火焰 2~6 簡單，靈活，成本低 效率低，硬化層不均勻 激光加熱表面淬火 激光 0.3~0.5 不需要冷卻介質(zhì)，適用面廣，淬火層硬度高，耐磨性好 成本高，較難得到均勻淬硬層 太陽能加熱表面淬火 太陽能 1~5 適用面廣，成本低 受自然條件限制 5．4．3.鋼的滲碳處理： 1） 工藝原理 將低碳鋼滲碳件放入一定的滲碳介質(zhì)中，在高溫下使碳原子滲入工件表面一定深度（一般只有幾個(gè)毫米），然后對工件進(jìn)行淬火和低溫回火，這樣處理后工件表面得到了高硬度的高碳回火馬氏體，而心部由于低碳鋼的淬透性差仍主要是高韌性的鐵素體。 2） 適用范圍 用于心部需要很好的韌性，而表面需要高的硬度和耐磨性的工件的處理。對該類工件即可選用低碳鋼進(jìn)行 滲碳+淬火+低溫回火 的熱處理工藝。 3） 工藝特點(diǎn) 滲碳件經(jīng)淬火和低溫回火后，表面淬硬層與基體的結(jié)合力較高，但由于滲碳溫度高達(dá)930C，故滲碳件的變形較大。 5．4．4．鋼的常用化學(xué)熱處理工藝比較 表6-2 常用化學(xué)熱處理工藝比較 化學(xué)熱處理方法 處理溫度（C） 表層組織 工件材料 工藝特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 滲碳（+淬火+低溫回火） 930 高碳馬氏體 低碳鋼 表層硬化層與基體的結(jié)合力好 滲碳溫度高，工件變形大 氣體氮化 560 高硬度氮化物 專用氮化鋼 表層硬度高、耐磨性好，工件變形小 表層硬化層脆性大，與基體的結(jié)合力差 離子氮化 高硬度氮化物 專用氮化鋼 工件變形極小 工藝復(fù)雜，表層硬化層與基體的結(jié)合力差 氣體軟氮化 500~570 氮化物 鋼、鑄鐵 處理時(shí)間短， 表層硬度較低 碳氮共滲（+淬火+低溫回火） 820~860 回火馬氏體+氮化物 低、中碳鋼 處理溫度低，時(shí)間短，工件變形小 工藝復(fù)雜 & 六。常用材料概要 表6-1 典型碳素鋼 類別 典型牌號 熱處理 組織 性能特點(diǎn) 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235 不進(jìn)行 F+P 塑韌性好，加工性能好 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 20,45 正火，調(diào)質(zhì) F+P,S回 強(qiáng)韌性好 碳素工具鋼 T10,T12 淬火+低溫回火 M回 強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好，熱硬性差 表6-2 典型合金結(jié)構(gòu)鋼 種類 典型牌號 成分特點(diǎn) 最終熱處理 最終主要組織 性能特點(diǎn) 普通低合金鋼 16Mn 低碳低合金 退火、正火 F+P 塑性好、焊接性好 滲碳鋼 20CrMnTi 低碳低合金 滲碳+淬火+低溫回火 表層：高碳M心部：F+P 外堅(jiān)內(nèi)韌 調(diào)質(zhì)鋼 40Cr 中碳低合金鋼 調(diào)質(zhì)（+表面淬火） S回 綜合機(jī)械性能好 彈簧鋼 60Si2Mn 中高碳鋼 淬火+中溫回火 回火屈氏體 彈性好 滾動軸承鋼 GCr15 高碳低合金鋼 淬火+低溫回火 回火馬氏體 硬度高，耐磨性好 易切鋼 Y15 低中碳鋼 正火，退火 F+P 切削加工性好 超高強(qiáng)度鋼 40CrNiMoA 低中碳鋼 淬火+低溫活火 回火馬氏體 強(qiáng)度高 表6-3 典型工具鋼 工具鋼 典型牌號 成分特點(diǎn) 最終熱處理 最終組織 性能特點(diǎn) 碳素工具鋼 T10 高碳 淬火+低溫回火 M回 硬度高，紅硬性差 低合金刃具鋼 9SiCr 高碳低合金 淬火+低溫回火 M回+K 硬度高、耐磨性好 高速鋼 W18Cr4V 高碳高合金 淬火+低溫回火 M回+大量K 高硬度，高耐磨性和高熱硬性 冷作模具鋼 Cr12MoV 高碳高合金 淬火+低溫回火（+離子氮化 M回+大量K 淬火變形小，硬度高，耐磨性好 熱作模具鋼 5CrMnMo 中碳低合金 淬火+中（高）溫回火 回火屈氏體或回火索氏體 強(qiáng)度高、韌性好，抗熱疲勞性好 表6-4 特殊性能鋼 特鋼名稱 典型牌號 成分特點(diǎn) 最終熱處理 最終組織 性能特點(diǎn) 鐵素體不銹鋼 1Cr17 低碳高鉻 退火 F 耐蝕性好，加工性能差 馬氏體不銹鋼 1Cr13 3Cr13 低碳高鉻 淬火+低（高）溫回火 M回+K 耐蝕性能好，強(qiáng)度、硬度高。 奧氏體不銹鋼 1Cr!8Ni(Ti 低碳高合金 固溶處理，穩(wěn)定化處理，去應(yīng)力退火 單相A 耐蝕性好，加工性能好。 耐磨鋼(高錳鋼) ZGMn13 高碳高錳 水韌處理（固溶處理） 單相A 高韌性，高沖擊硬化能力。 &　十。機(jī)械零件的生產(chǎn)工藝流程 礦石→高爐冶煉成生鐵(澆注成生鐵塊)→電爐冶煉成鋼(澆注成鋼錠)→軋制成型材(圓鋼、鋼板、型鋼等)。 鑄造件生產(chǎn)所用主要原料為生鐵（煉鋼生鐵、煉鐵生鐵）、廢舊鋼材等。主要生產(chǎn)一些外形復(fù)雜的機(jī)械零件 鍛壓產(chǎn)品生產(chǎn)所用原材料一般為各種型鋼（圓鋼、板材等），大型鍛件則直接用鋼錠。鍛造主要生產(chǎn)機(jī)械性能要求較高的傳動件，如軸、齒輪等。 & 十一。鑄件和鍛件的性能差異 鑄件是將合金熔化后澆注到型腔內(nèi)成型，由于熔化后的合金溶液充型能力好，因而可鑄造出外型或內(nèi)腔很復(fù)雜的機(jī)械零件。但合金結(jié)晶時(shí)往往形成晶粒粗大、組織疏松、夾雜、氣孔等缺陷，因而機(jī)械性能較差。 鍛件是用圓鋼或鋼錠作原材料，經(jīng)加熱到高溫后鍛打使金屬產(chǎn)生塑性變形來成型的，固態(tài)金屬在壓力作用下的流動能力有限，只能生產(chǎn)一些形狀相對簡單的機(jī)械零件。但金屬經(jīng)鍛打消除了疏松、氣孔等鑄造缺陷，同時(shí)形變和再結(jié)晶也使金屬晶粒變得很細(xì)小，因而其機(jī)械性能遠(yuǎn)高于鑄造產(chǎn)品。 & 十二.常用鑄造合金的性能特點(diǎn) 常用鑄造合金中鑄造性能最好的是普通灰口鑄鐵，其次是鋁硅合金,球墨鑄鐵和白口鑄最差的是鑄鋼。其它鑄鐵如球墨鑄鐵、白口鑄鐵等的鑄造性能比普通灰口鑄鐵略差，但遠(yuǎn)高于鑄鋼。 普通灰口鑄鐵由于其價(jià)格低廉，鑄造性能優(yōu)異，往往用來鑄造一些機(jī)械產(chǎn)品的機(jī)架、底座、箱體等零件。但普通灰口鑄鐵強(qiáng)度較低，塑性很差。對一些形狀復(fù)雜且機(jī)械性能要求較高的零件則只能用鑄鋼或球墨鑄鐵來生產(chǎn)。鑄鋼的缺點(diǎn)是鑄造性能太差，其流動性不好，且鑄件容易形成縮孔、氣孔、裂紋等缺陷。外形比較精細(xì)的鑄件難以用鑄鋼來生產(chǎn)。球墨鑄鐵則即具有優(yōu)良的鑄造性能，又具有良好的機(jī)械性能，因而在許多方面取代了鑄鋼件。白口鑄鐵由于其硬度高，難以進(jìn)行機(jī)械加工，故主要生產(chǎn)一些抗磨損的鑄件?？慑戣T鐵則主要生產(chǎn)一些對塑韌性有一定要求的薄壁鑄件。 & 十三。常用鑄造方法的比較 鑄造方法 比較項(xiàng)目 砂型鑄造 熔模鑄造 金屬型鑄造 壓力鑄造 低壓鑄造 離心鑄造 適用合金 各種合金 碳鋼、合金鋼、有色金屬 以有色合金為主 有色合金 有色合金 鑄鋼、鑄鐵、銅合金 適用鑄件大小 不受限制 幾十克至幾公斤的復(fù)雜鑄件 中、小鑄件 中、小鑄件，幾克至幾十公斤 中、小鑄件，有時(shí)達(dá)幾百公斤 零點(diǎn)幾公斤至幾十噸 鑄件最小壁厚] （mm） 鑄鐵>3～4 0.5～0.7 孔φ0.5～2 鑄鋁>3 鑄鐵>5 鋁合金0.5 鋅合金0.3 銅合金2 2 優(yōu)于同類鑄型的常壓鑄造 表面粗糙度Ra （μm） 50～12.5 12.5～1.6 12.5～6.3 3.2～0.8 12.5～3.2 決定于鑄型材料 鑄件尺寸公差 (mm) 1001.0 1000.3 1000.4 1000.3 1000.4 同上 金屬收得率 （%） 30～50 60 40～50 60 50～60 85～95 毛坯利用率 （%） 70 90 70 95 80 70～90 投產(chǎn)最小批量（件） 單件 1000 700～1000 1000 1000 100～1000 生產(chǎn)率（一般機(jī)械化程度） 低中 低中 中高 最高 中 中高 應(yīng)用舉例 機(jī)床床身、箱體、支座、軸承蓋、曲軸、氣缸體蓋、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子等 刀具、葉片、自行車零件、刀桿、風(fēng)動工具等 鋁活塞、水暖器材、水輪機(jī)葉片、一般有色合金鑄件等 汽車化油器、缸體、儀表和照相機(jī)的殼體和支架等。 發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、殼體、箱體、船用螺旋槳、紡織機(jī)零件等 各種鑄鐵管、套筒、環(huán)葉輪、滑動軸承