机械制造基础(第2版)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：祁红志

出版社：电子工业出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

机械制造基础(第2版)试读：

第1版前言

本书是根据教育部制定的《高职高专技能型人才培养方案》的教学要求编写的，适用于高职高专机械类、机电类专业（机电一体化、数控技术应用、模具设计制造等）或近机类专业使用；并可作为成人教育学院、职工大学、业余大学等有关专业学生的教学用书；也可供有关专业技术人员参考。

本书是将金属工艺学、公差配合与技术测量、金属切削原理与刀具、金属切削机床、机械制造工艺学和机床夹具设计等多门专业课，有机地融合在一起，并将相关的知识进行重组、整合、优化而构成新的课程体系。全书以工艺为核心内容，以热加工及切削加工理论为基础，以质量、生产率、经济性为主线，贯穿以质量为重点的指导思想。贯彻“浅、宽、精、新、应用”的原则，编写时注意简化基本理论的叙述，注意联系生产实际，加强应用性内容的介绍，根据现代制造技术的发展趋势更新有关教学内容，尽量反映技术发展的新成果。

全书除绪论外，分为工程材料及金属材料成形工艺、互换性与测量技术、机械加工工艺基础、机械制造工艺设计四篇，共计14章。每章后面附有思考题和习题，每篇后面配有实训大纲。全书教学时数约需100～120学时，其中理论教学为70～90学时，各项实训教学为30学时。

本书由祁红志教授任主编，陈景春、张建平、李美芳、齐爱霞任副主编。参加编写的人员有：江苏工业学院祁红志（编写绪论、第11章、第12章、第13章、第14章、实训7）；济宁职业技术学院李美芳（编写第6章、第7章、第8章、实训4、5、6），齐爱霞（担任第1～5章的修改）；襄樊机电工程学院陈景春（编写第1章、第2章、第3章、第4章、实训1、2、3），孙莉（编写第5章）；湖北轻工职业技术学院张建平（编写第9章、第10章、）。全书由合肥通用职业技术学院邵刚主审，祁红志负责总纂定稿。

本书在编写过程中得到了山东济宁职业技术学院的领导和同行们的大力支持和帮助。吉林电子信息职业技术学院的王小彬老师对本书的修改提出了许多宝贵的意见。陈勇、袁卫华、庄竞老师在编写过程中做了许多工作，在此一并表示衷心的感谢。

由于我们水平有限，编写时间紧迫，书中难免存在不妥之处，恳请各兄弟院校师生和读者批评指正。

编者

2005年3月

第2版前言

本次修订是在总结4年教学实践经验的基础上，汲取了使用该教材院校提出的建设性意见，根据教育部制定的《高职高专技能型人才培养方案》的教学要求修订而成。本次修订的指导思想是以高等职业教育技能型人才为培养目标，重点培养学生的技术运用能力和岗位工作能力。在原结构体系不变的基础上，在内容编排上进行了以下几方面的修改：修改第1版中的错误及不妥当之处；尽量简化基本理论的叙述，重点介绍基本概念、基本知识；尽可能地联系生产实际，并尽量介绍生产实践中实用的技术；尽量介绍最新的有关标准；尽量介绍较新的材料、工艺技术、工艺装备及设备的应用；习题中增设了部分较灵活的题型。

本次修订由祁红志教授担任主编，陈景春、李美芳、齐爱霞担任副主编。祁红志负责修订第9章、第10章、第11章、第12章、第13章、第14章；陈景春负责修订第1章、第2章、第3章；李美芳负责修订第6章、第7章、第8章；齐爱霞负责修订第4章、第5章；全书由祁红志负责统稿。山东大学孙康宁教授对全书进行了审阅，并提出了许多宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。

本书在编写过程中得到了江苏工业学院、济宁职业技术学院的领导和同行们的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。

本次修订过程中，由于编者水平有限，疏漏和不妥之处在所难免，恳请各兄弟院校师生、读者以及同仁多提宝贵意见，以求不断完善本教材内容。

编者

2009年8月

参加“新编21世纪高等职业教育电子信息类规划教材”

编写的院校名单（排名不分先后）

桂林工学院南宁分院

江西工业工程职业技术学院

江西信息应用职业技术学院

四川工程职业技术学院

江西蓝天职业技术学院

广东轻工职业技术学院

吉林电子信息职业技术学院

广东技术师范职业技术学院

保定职业技术学院

西安理工大学

安徽职业技术学院

辽宁大学高职学院

杭州中策职业学校

天津职业大学

黄石高等专科学校

天津大学机械电子学院

天津职业技术师范学院

九江职业技术学院

福建工程学院

包头职业技术学院

湖北汽车工业学院

北京轻工职业技术学院

广州铁路职业技术学院

黄冈职业技术学院

台州职业技术学院

郑州工业高等专科学校

重庆科技学院

泉州黎明职业大学

济宁职业技术学院

浙江财经学院信息学院

四川工商职业技术学院

南京理工大学高等职业技术学院

吉林交通职业技术学院

南京金陵科技学院

连云港职业技术学院

无锡职业技术学院

天津滨海职业技术学院

西安科技学院

杭州职业技术学院

西安电子科技大学

重庆电子工程职业学院

河北化工医药职业技术学院

重庆工业职业技术学院

石家庄信息工程职业学院

广州大学科技贸易技术学院

三峡大学职业技术学院

湖北孝感职业技术学院

桂林电子工业学院高职学院

桂林工学院

河北工业职业技术学院

南京化工职业技术学院

湖南信息职业技术学院

湛江海洋大学海滨学院

江西交通职业技术学院

江西工业职业技术学院

沈阳电力高等专科学校

江西渝州科技职业学院

温州职业技术学院

柳州职业技术学院

温州大学

邢台职业技术学院

广东肇庆学院

漯河职业技术学院

湖南铁道职业技术学院

太原电力高等专科学校

宁波高等专科学校

苏州经贸职业技术学院

南京工业职业技术学院

金华职业技术学院

浙江水利水电专科学校

河南职业技术师范学院

成都航空职业技术学院

新乡师范高等专科学校

吉林工业职业技术学院

绵阳职业技术学院

上海新侨职业技术学院

成都电子机械高等专科学校

天津渤海职业技术学院

河北师范大学职业技术学院

驻马店师范专科学校

常州轻工职业技术学院

郑州华信职业技术学院

常州机电职业技术学院

浙江交通职业技术学院

无锡商业职业技术学院

江门职业技术学院

河北工业职业技术学院

广西工业职业技术学院

天津中德职业技术学院

广州市今明科技公司

安徽电子信息职业技术学院

无锡工艺职业技术学院

合肥通用职业技术学院

江阴职业技术学院

安徽职业技术学院

南通航运职业技术学院

上海电子信息职业技术学院

山东电子职业技术学院

上海天华学院

潍坊学院

浙江工商职业技术学院

广州轻工高级技工学校

河南机电高等专科学校

江苏工业学院

深圳信息职业技术学院

绪论

一、机械制造工业和制造技术的发展

随着现代科学技术的迅猛发展，特别是由于微电子技术、电子计算机技术的迅猛发展，机械制造工业的面貌和内容都发生了并且仍在发生着极其深刻的变革，具有各种特殊性能的新材料不断涌现；各种特种加工和特种处理工艺技术不断发展；传统的机械制造工艺过程发生变化，铸造、压力加工、焊接、热处理、胶接、切削加工、表面处理等生产环节采用高效专用设备和先进工艺，普遍实现工艺专业化和机械生产自动化；以适应产品更新换代周期短、品种规格多样化的需要。

制造技术由数控化走向柔性化、集成化、智能化。数控技术已由硬件数控进入软件数控的时代，实现了模块化、通用化和标准化，用户只要根据不同要求，选择不同模块，编制所需程序，就能很方便地达到加工要求。数控技术使机床结构发生了重大变化，传动结构大大简化，主轴实现无级变速；采用交流变频技术，其调速范围可达1∶10000以上；主轴和进给超高速化，以满足高速（或超高速）切削的需要。数控机床的可靠性不断提高，数控装置平均无故障工作时间可达10000h以上。

随着加工设备的不断完善，机械制造精度不断提高。20世纪初，加工精度已达μm级（称为精密加工）；到20世纪50年代末，由于生产集成电路的需要，出现了各种微细加工技术。近20年来，机-9-3械加工精度已提高到0.001μm，即纳米（nm，1nm=10m=10μm）级；最近已达到0.1～0.01nm（原子级的加工），即超精密加工，如量规、光学平晶和集成电路的硅基片的精密研磨抛光。纳米技术的应用，促进了机械学科、材料学科、光学学科、测量学科和电子学科的发展，21世纪将是微型机械、电子技术和微型机器人的时代。

建国60年来，我国的机械制造业也取得了很大的成就。在解放初几乎空白的工业基础上，建立起了初步完善的制造业体系，生产出了我国的第一辆汽车、第一艘轮船、第一台机车、第一架飞机、第一颗人造地球卫星等，为我国的国民经济建设和科技进步提供了有力的基础支持，为满足人民群众的物质生活需要做出了很大的贡献。“八五”计划以来，我国机械工业努力追赶世界制造技术的先进水平，积极开发新产品、研究推广先进制造技术，我国的机械制造技术水平在引进吸收国外先进技术的基础上有了飞速的发展。从国际机床博览会上可以看出，我国的机床产品有了长足的进步，为航天等国防尖端、造船、大型发电设备制造、机车车辆制造等重要行业提供了一批高质量的数控机床和柔性制造单元；为汽车、摩托车等大批量生产行业提供了可靠性高、精度保持性好的柔性生产线；已经可以供应实现网络制造的设备；五轴联动数控技术更加成熟；高速数控机床、高精度精密数控机床、并联机床等已走向实用化；国内自主开发的基于PC的第六代数控系统已逐步成熟，数控机床的整机性能、精度、加工效率等都有了很大的提高；在技术上已经克服了长期困扰我们的可靠性问题。

根据预测，未来20年我国制造业发展将呈现以下特点：我国制造业增长率将略高于我国GDP增长率。我国制造业的增加值在GDP中的比重将有所上升，将从2000年的34.3%上升到2010年的35.2%和2020年的36%。装备制造业将继续高速增长，在制造业中的比重将有明显提高，从2000年的28%，提高到2020年的35%。

同时，我们也必须认识到，我国目前的制造技术与国际先进技术水平相比还有不小的差距。数控机床在我国机械制造领域的普及率仍不高，国产先进数控设备的市场占有率还较低，刀具、数控检测系统等数控机床的配套设备仍不能适应技术发展的需要，机械制造行业的制造精度、生产效率、整体效益等都还不能满足市场经济发展的要求。这些问题都需要我们继续努力去攻克。

二、本课程的性质和主要内容“机械制造基础”是机电类专业的主干专业基础课。

机械制造工艺过程常分为热加工工艺过程（铸造、压力加工、焊接、热处理等）和冷加工工艺过程（金属切削加工）。本课程主要研究机械制造热加工和冷加工方面的基本理论知识及其应用。

本课程的主要内容有：工程材料及金属材料成形工艺、互换性与测量技术、机械加工工艺基础、机械制造工艺设计。

三、本课程的特点及目的要求

本课程的特点是：（1）理论与实践密切结合。学生在学习过程中易于将理论知识与生产实际相结合，并有利于实践知识的学习和积累。（2）涉及面广。包括了原机械制造专业的《金属工艺学》、《金属切削原理及刀具》、《金属切削机床》、《公差配合与测量技术》、《机械制造工艺学》、《机床夹具设计》等多门课程的知识，学习时要融会贯通。（3）灵活性大。工艺理论与工艺方法的应用具有很大的灵活性，特别是工艺方法，它不是一成不变的，在不同的条件甚至在相同的条件下可以有不同的处理方法，因此必须根据具体情况进行辨证的分析，学会灵活应用。

学习本课程应达到的基本要求是：（1）掌握工程材料和热处理基本知识，具有合理选用常用机械工程材料和热处理方法的初步能力。（2）掌握公差配合与检测方面的基本知识，具有合理选用公差配合的能力及常用量具、量仪的使用能力。（3）掌握金属切削的基本原理和知识、金属切削机床的工作原理及传动；熟悉常用设备的性能和工艺范围以及所用的工装，能根据工艺要求合理选择机床、刀具等。（4）掌握热加工工艺与机械加工工艺的基本知识，初步分析和处理与加工过程有关的工艺技术问题；具有合理选用毛坯种类、确定零件加工方法、编制零件机械加工工艺过程的初步能力；获得机床夹具的基本原理和知识；初步具备综合分析工艺过程中质量、生产率和经济性问题的能力。

必须指出，机械制造技术是通过长期生产实践和理论总结而形成的。它源于生产实践，服务于生产实践。因此，本课程的学习必须密切联系生产实践，在实践中加深对课程内容的理解，在实践中强化对所学知识的应用。

本课程的教学需要与金工实训、现场教学、实验、课程设计等多种教学环节密切配合，并努力运用现代化的教学手段与教学方法，这样才能获得较理想的教学效果。

第一篇 工程材料及金属材料成形工艺

在机械制造业中，机械工程人员遇到的首要问题是如何合理选择材料并对材料进行初步加工。本篇根据工程技术人员的实际要求，介绍常用工程材料的性能和应用、热处理、铸造、压力加工、焊接等知识，为合理选择材料和制订加工工艺打下基础。

第1章 金属材料的性能

工程材料包括金属材料和非金属材料。金属材料因其有良好的使用性能（包括力学性能、物理性能、化学性能及工艺性能），在机械制造业中得到广泛应用。因此，在设计和制造机器零件时，必须先熟悉金属的各种主要性能，才能根据零件的技术要求，合理地选用所需的金属材料。

1.1 金属的力学性能

一般机器零件常以力学性能作为设计和选材的依据，金属材料的力学性能指金属材料在载荷（外力）作用下抵抗变形或破坏的能力，主要有强度、刚度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。载荷按其性质分为静载荷（拉力、压力、扭转力等）和动载荷（冲击力、交变应力等）。材料在不同的载荷作用下会呈现不同的特性，可用相应的试验法来测定材料的各项力学性能指标。1.1.1 强度和刚度

1.强度

强度是指材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。金属材料受外力作用时，会引起其形状和尺寸的改变，称为变形。如果去掉外力后材料能恢复原来的形状和尺寸，则称为弹性变形；如果去掉外力材料不能恢复原来的形状和尺寸，则称为塑性变形。

材料受外力作用时，在其内部产生一个与外力相平衡的抵抗力，称为内力。材料单位面积上的内力称为应力，用符号“σ”表示，有如下关系：

式中，F——外加载荷，单位为N；2

A——受力截面积，单位为mm。0

强度可以通过材料拉伸试验来测定。把标准拉伸试样（见图1.1）装夹在试验机上，对试样逐渐施加拉力载荷，直至试样被拉断。根据试样在拉伸过程中所受载荷F和伸长量Δl的关系，测出该金属的拉伸曲线，见图1.2所示。在拉伸曲线上可确定以下性能指标：图1.1 标准拉伸试样图1.2 低碳钢的拉伸曲线（1）弹性极限。在图1.2的拉伸曲线图中，Oe段的伸长量随载荷增加而增加，为弹性变形阶段。e点对应的极限值称为弹性极限，用“σ”表示：e

式中，F——试样e点所承受外力，单位为N。e

对于在工作条件下不允许产生塑性变形的零件，设计时弹性极限是选材的主要依据，如弹簧。（2）屈服强度与条件屈服强度。图1.2的拉伸曲线中，载荷达到s点时，材料产生屈服现象，此时的应力称屈服强度，用“σ”表示：s

式中，F——试样屈服时所承受的外力，单位为N。s

有不少金属拉伸时不出现明显的屈服现象，如铸铁、铜合金等。工程上规定以试样残余伸长量为0.2%时的应力来表示，称为条件屈服强度（σ）。0.2

屈服强度代表金属抵抗塑性变形的能力。大部分的零件和结构要求在弹性状态下工作，不允许有过量塑性变形出现，此时，σ或σs0.2是设计和选材的主要依据，如缸盖螺栓、炮筒等的选材。（3）抗拉强度。在图1.2中，载荷超过F后，试样继续变形。载s荷达F后，试样在薄弱部分形成“缩颈”（注：脆性材料在拉伸时无b“缩颈”现象），最后断裂。F为试样断裂前所能承受的最大载荷，b对应的应力为抗拉强度，用“σ”表示：b

σ测定比较容易，且与硬度、疲劳强度有着一定关系，所以σ也bb是衡量材料强度的一个重要指标，但要求零件的最大工作应力必须低于材料的抗拉强度，否则会导致机件破坏。

2.刚度

在工程上，材料受外力作用时，抵抗弹性变形的能力称为刚度。刚度大小可以用弹性模量来衡量。材料在弹性变形阶段内，应力与应变的比值称为弹性模量，弹性模量反映了材料弹性变形的难易程度，用“E”表示：

弹性模量越大，弹性变形越不容易进行。设计机械零件时，要求刚度大的零件，应选弹性模量高的材料。1.1.2 塑性

塑性指材料在外力作用下，产生塑性变形但不断裂的能力。塑性的衡量指标有伸长率和断面收缩率。

1.伸长率

即拉伸试样断裂后的标距长度与原始标距长度的百分比，用“δ”表示：

式中，l——试样原始标距长度，单位为mm；0

l——试样断裂后的标距长度，单位为mm。1

必须指出，δ的大小与试样尺寸有关。根据GB228—87规定，试样有l=5d和l=10d两种长度，分别用δ和δ表示。对同种材料而言，00510测得的δ比δ大一些，所以不同符号的伸长率不能进行比较。510

2.断面收缩率

即试样断裂后断口处的横截面积与原始横截面积的百分比，用“ψ”表示：2

式中，A——试样原始横截面积，单位为mm；02

A——试样断口处的横截面积，单位为mm。1

δ和ψ越大，表示材料的塑性越好，良好的塑性是材料进行压力加工的必要条件。另外，万一零件超载，材料产生塑性变形并伴随形变强化，一定程度上保证了零件的安全性。1.1.3 硬度

硬度是衡量材料性能的一个综合工程量或技术量，它是指材料表面上局部体积内抵抗塑性变形的能力。材料硬度越高，耐磨性越好，强度也比较高。

测定硬度的试验操作简便迅速，不破坏工件，设备也比较简单，而且硬度与其他的性能（如抗拉强度）之间存在着一定关系，所以硬度测试在生产中得到广泛应用。测定硬度的方法很多，目前常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验等。

1.布氏硬度

布氏硬度的试验原理如图1.3所示。将直径为D的淬硬钢球或硬质合金球，在规定载荷F的作用下压入被测材料表面，经规定保压时间后，卸除压力，然后测量压痕直径d，压痕单位表面积上所承受的平均压力即为布氏硬度值，用符号“HBS（压头为钢球）”或“HBW（压头为硬质合金球）”表示。

试验时，压头直径D、载荷F及其保压时间要根据被测金属的种类和试样厚度，按GB231—84《金属布氏硬度试验方法》选择。硬度值也不需计算，只要测出压痕直径d，查金属布氏硬度数值表即可得到相应的硬度值。布氏硬度由数值、硬度符号和试验条件组成，例如，120 HBS10/1000/30，表示用10mm直径的钢球在1000kgf（9807N）试验力作用下保压30s测得的布氏硬度值为120。若保压时间为10～15s，可省略标注。

布氏硬度试验测得的硬度值比较准确、稳定，目前主要用于退火、正火和调质处理的钢、铸铁和非铁金属。

2.洛氏硬度

洛氏硬度试验原理如图1.4所示。用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm（1/16英寸）的淬硬钢球压头，在初载荷和主载荷的作用下压入被测材料表面，经规定保压时间，卸除主载荷，测得压痕深度来计算硬度值。洛氏硬度用每0.002mm压痕深度为一硬度单位，用符号“HR”表示。图1.3 布氏硬度试验原理示意图图1.4 洛氏硬度试验原理示意图

实际测量时，洛氏硬度不必计算，可直接在洛氏试验机的刻度盘上读出硬度值。根据压头和外加载荷的不同，洛氏硬度值有三种不同标尺，分别用符号“HRA、HRB、HRC”表示，见表1-1。表1-1 洛氏硬度试验规范注：表中，总载荷=初载荷（98N）+主载荷。

与布氏硬度试验相比，洛氏硬度试验简单、迅速，且压痕小，几乎不损伤工件表面，所以在工件的质量检查中应用最广。但由于压痕小，得到的硬度值重复性差一些，需在被测体的不同部位测量数点，取其平均值。

3.维氏硬度

维氏硬度试验原理与布氏硬度试验基本相同，不同点在于维氏硬度的压头为136°金刚石正四棱锥体，所加载荷较小（10～1000N）。试验时压头在被测件表面压出正方形压痕，测量压痕两对角线的平均长度d，即可求出硬度值，用符号“HV”表示。

维氏硬度试验测得数值较准确，测量范围广（10～1000HV）。采用较小压力时特别适于测量热处理表面层的硬度，如渗碳层、氮化层和硬质合金层等，不过测量过程比较麻烦。1.1.4 冲击韧性

有许多机器零件和工具在工作时会受到冲击载荷作用，如冲床的冲头、锻锤的锤杆、内燃机活塞销与连杆等。这种瞬间的冲击力引起的变形和应力比静载荷大得多，因此，在设计承受冲击载荷的零件和工具时，必须考虑材料的冲击韧性。图1.5 冲击试验原理示意图

冲击韧性指金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。常用摆锤式一次冲击试验测定冲击韧性，如图1.5所示。将被测材料制成标准试样，放在试验机机架上，由置于一定高度的摆锤自由落下而一次冲断。摆锤冲断试样所做的功称为冲击吸收功，试样缺口处单位面积上所消耗的冲击吸收功称为冲击韧性，用“a”表示：k

式中，A——冲击吸收功，单位为J；k2

A——试样缺口处的原始截面积，单位为cm。

a值越高，材料的韧性越好，而且相应的塑性指标也较高，但塑k性好的材料，其a值不一定高。k

生产实践证明，冲击韧性值受温度、试样形状、表面质量和内部组织等因素的影响，故通常不用于设计计算，但广泛用于检验材料冶炼和热加工后的质量。

必须指出，在冲击载荷作用下工作的机器零件，很少受大能量一次冲击而破坏，而是经受小能量多次重复冲击而破坏。因此，在一次冲断条件下测得的冲击韧性值，对判断材料抵抗大能量冲击能力方面有一定作用，但不适合承受小能量重复冲击的机件。研究表明，在冲击能量不大时，材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于材料的强度和塑性的良好配合。1.1.5 疲劳强度

弹簧、齿轮、连杆、轴承等许多机器零件，长期在交变载荷作用下工作，很多情况下零件发生断裂时的工作应力低于材料的弹性极限，这种现象称为疲劳。据统计，有80%的机件失效是由疲劳引起。

疲劳强度是指材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。在弯曲循环载荷下测得的疲劳强度用符号“σ”表示。材-1料所受交变应力σ与断裂前的应力循环次数N有关系。循环次数增加，应力降低。实际试验时不可能进行无数次应力循环，一般黑色金78属的循环次数取N=10；有色金属取N=10。

材料发生破坏的原因，一般认为是由于材料内部缺陷、表面划痕和零件结构设计不当等引起应力集中，导致微裂纹产生，而且裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致使零件不能承受所加载荷而突然破坏。为提高零件的疲劳强度，除改善其结构形状避免应力集中外，还可采取表面强化方法，如渗碳、渗氮、喷丸、表面滚压等。1.1.6 材料的物理性能

材料的物理性能属于材料的固有属性，主要包括材料的熔点、密度、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等。

1.熔点

材料在缓慢加热时由固态转变为液态时的熔化温度称为熔点。金属有固定的熔点，合金的熔点取决于成分。熔点低的金属（如Pb的熔点327.4℃，Sn的熔点231.9℃）可以用来制造焊接用钎料、印刷用铅字及电源上的保险丝等。熔点高的金属（如Cr的熔点1855℃，W的熔点3410℃，Mo的熔点2622℃，V的熔点1919℃）可以用来制造高温零件，如加热炉构件、喷气发动机的燃烧室、电热元件等。

非金属材料中碳、硼等有一定的熔点，塑料和玻璃等非晶态材料则只有软化点，而无熔点。

2.密度

密度指某种材料单位体积的质量。材料的密度直接关系到制成零件或构件的重量，对要求减轻机械自重的航空和宇航工业制件，常用密度小的钛合金和铝合金等制作。在非金属材料中，陶瓷密度较大，塑料密度较小。

3.导电性

导电性指材料传导电流的能力。纯金属中，银的导电性最好，其次是铜和铝，合金的导电性比纯金属差。工程中常采用纯铜或纯铝制作导电材料，导电性差的材料制作电热元件。

4.导热性

导热性是指材料传导热量的能力。材料导热性能的好坏用热导率衡量，热导率越大，导热性越好。合金的导热性比纯金属差，纯金属中银和铜的导热性最好，铝次之。合金钢的导热性比碳钢差，因此合金钢锻造和热处理加热时速度应慢一些，防止因内应力而产生裂纹。非金属中，碳的导热性最好。

5.热膨胀性

热膨胀性指材料随温度变化而产生的体积膨胀或收缩的现象。常温下工作的普通机械零件可以不考虑材料的热膨胀性，但工程中许多场合必须考虑材料热膨胀性的影响，如滑动轴承材料、内燃机活塞的材料、精密仪器仪表的材料都要求热膨胀系数要小。

6.磁性

磁性指材料在磁场中导磁或被磁化的能力。磁性材料从材质和结构上分为金属及合金磁性材料和铁氧体磁性材料两大类，电机的铁芯所用的磁性材料一般用硬磁铁氧体，磁化后不易退磁，对磁通的阻力小。1.1.7 材料的化学性能

材料的化学性能指材料在室温或高温时抵抗周围介质侵蚀的能力，包括耐腐蚀性、抗氧化性等。

1.耐腐蚀性

耐腐蚀性指材料在室温时抵抗其周围介质腐蚀破坏的能力。不同介质中工作的材料其耐腐蚀性要求不同，如海洋设备要耐海水和海洋大气的腐蚀，储存和运输酸类的容器和管道要有较高的耐酸性。

2.抗氧化性

抗氧化性指材料在高温下抵抗氧化的能力。在高温下工作的锅炉、加热炉、内燃机零件等要求具有良好的抗氧化性。1.1.8 材料的工艺性能

工艺性能指金属材料对零件制造工艺的适应性，包括铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性和热处理等。

在设计零件和选择工艺方法时，材料的工艺性能好，则产品产生缺陷的倾向性小，产品质量容易保证。如铸铁有很好的铸造性和切削加工性，但锻造性极差，所以只能铸造，不能锻造。各种加工方法的工艺性能将在后面介绍。

1.2 金属的晶体结构与结晶

固态物质按其原子排列的特征分为晶体和非晶体两大类。非晶体的原子呈不规则排列，如松香、玻璃等；晶体的原子呈规则排列，如固态金属，其特点是具有一定熔点、规则的几何外形和各向异性。1.2.1 纯金属的晶体结构

晶体结构是晶体内部原子排列的方式及特征。在金属晶体中，由于金属键的存在，使原子的排列趋于最紧密的方式，从而使大多数金属元素具有简单的晶体结构。

1.体心立方晶格

如图1.6（a）所示。在立方体的中心及八个角上各分布一个原子，属于这种晶格的金属有α-Fe、Cr、Mo、W、V等。

2.面心立方晶格

如图1.6（b）所示。立方体的八个角上及六个面的中心各分布一个原子，属于这种晶格的金属有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Ag等。图1.6 常见的晶格类型

3.密排六方晶格

如图1.6（c）所示。在正六方柱体的十二个角上和上、下正六边形底面中心各分布一个原子，另外柱体的中间还有三个原子，属于这种晶格的金属有Mg、Zn、γ-Ti、Be等。1.2.2 纯金属的结晶

结晶是指原子由无序状态（液态）转变为按一定几何形状作有序排列（固态）的过程。

1.金属的结晶过程

金属在结晶过程中，实际结晶温度T低于金属的平衡温度T，这10种现象称为过冷。二者温度之差称为过冷度，用ΔT表示，ΔT=T-0T。1

液态金属结晶时，先形成一些极小的晶体，这些小晶体称为晶核，然后液体中的原子不断向晶核聚集，晶核就不断长大。同时液体中不断有新的晶核形成并长大，直到所有的晶体相互接触，液态金属全部耗尽为止。

金属结晶后的晶粒大小对金属力学性能影响很大。一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性越好，所以在生产中控制晶粒的大小已成为提高金属力学性能的重要途径之一。

2.金属的同素异构转变

多数金属结晶后的晶体结构不再发生变化，但有些金属（如Fe、Co、Ti、Mn等）在结晶结束后，随晶体温度的继续下降，还会发生晶体结构的变化，这种现象称为金属的同素异构转变。

图1.7是纯铁的冷却曲线。液态纯铁在1538℃结晶得到体心立方晶格的δ-Fe，缓慢冷却到1394℃时，δ-Fe转变为面心立方晶格的γ-Fe，继续冷却到912℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe，再继续冷却至室温，α-Fe晶格类型不再发生变化，整个转变过程可概括如下：图1.7 纯铁的冷却曲线

金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程很相似，遵循结晶的一般规律，称为重结晶。纯铁具有同素异构转变现象，因此在生产中可以通过相变热处理来改变钢和铸铁的组织和性能。1.2.3 合金的相结构

合金是指将两种（或两种以上）金属或金属与非金属熔合在一起，形成的具有金属特性的新物质。组成合金的最基本的、独立的物质称为组元，组元一般指化学元素，但稳定的化合物也可看成是一个组元。按组元数目多少，合金可以分为二元合金、三元合金或多元合金，如黄铜是Cu和Zn组成的二元合金，硬铝是Al、Cu、Mg组成的三元合金。

相是指合金中具有相同化学成分和晶体结构，并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。例如，α-Fe和γ-Fe是两种不同的相。合金中的相结构指合金组织中相的晶体结构。合金的结构比纯金属复杂，根据合金中各组元在结晶时的相互作用不同，形成固溶体和金属化合物两大类合金结构。

1.固溶体

合金中各组元在固态下具有互相溶解的能力，形成均匀的固相，称为固溶体。固溶体仍保持了溶剂的晶格类型，如铁素体就是溶质碳溶入到溶剂铁中形成的固溶体。

溶质原子溶入溶剂中时，会造成溶剂的晶格畸变，导致合金变形，阻力增加，从而使固溶体的强度、硬度提高，这种现象称为固溶强化。固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之一。

2.金属化合物

合金中各组元的原子按一定比例化合生成的一种Fe与C组成的金属化合物。

金属化合物一般具有复杂的新相称为金属化合物。它的晶格和性能不同于构成它的任一组元。例如，钢中渗碳体（FeC）是由铁原3子和碳原子所组成的金属化合物。其熔点高，硬而脆。当合金中存在金属化合物时，强度、硬度和耐磨性提高，塑性和韧性降低。

1.3 金属的塑性变形与再结晶

塑性是金属重要的性能之一。金属依靠其良好的塑性变形能力，可以通过压力加工成为各种形状和尺寸的零件，同时改变金属的内部组织结构及性能。1.3.1 金属的塑性变形

塑性变形是指材料在外力作用下发生变形，去除外力后，变形不能完全恢复。属于永久性变形。

塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。晶体缺陷及位错相互纠缠会阻碍位错运动，产生冷变形强化。1.3.2 加工硬化与再结晶

1.加工硬化

金属冷态下塑性变形后，强度和硬度提高，塑性和韧性降低，即产生加工硬化。在生产上可以利用加工硬化强化金属，例如，对一些不能用热处理强化的金属材料（奥氏体不锈钢、防锈铝合金等），可以用加工硬化来提高强度。另一方面，加工硬化的产生使压力加工设备的功率增大，材料塑性变形能力降低，变形难度增加，而恢复塑性进行的中间退火工艺，使生产率下降，成本增加。

此外，冷塑性变形后，金属的导电性、导热性、导磁性和抗蚀性都会降低，金属内部有残余应力存在。

2.回复与再结晶

金属冷塑性变形后，产生了加工硬化和内应力，为恢复或改善金属的性能，可以对其进行加热。随加热温度的升高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大的过程。（1）回复 指加热温度不高时，原子扩散能力低，变形金属的组织不发生明显变化，其力学性能变化也不大，但电阻力和内应力显著下降。（2）再结晶 指加热温度较高时（纯金属的再结晶温度T与深熔再点温度T之间的大致关系为T≈0.4T），原子扩散能力增大，被拉熔再熔长和破碎的晶粒转变为均匀细小的等轴晶粒，加工硬化消除，金属的性能基本上恢复到变形以前。生产中为消除加工硬化，继续冷变形加工，常采用再结晶退火。

冷变形金属再结晶退火后，一般会得到细小均匀的等轴晶，如果继续升高温度或延长保温时间，则晶粒又会继续长大形成粗大晶粒，使金属的强度、硬度和塑性下降。1.3.3 冷变形与热变形的区别

金属的变形分为冷变形和热变形。在再结晶温度以下的变形称为冷变形，得到的产品保留了加工硬化，产品表面质量好。而在再结晶温度以上的变形称为热变形，热变形引起的加工硬化被随即发生的再结晶过程所消除，金属始终处于良好的塑性状态，所以大多数产品，特别是厚大或变形量大的产品，常采用热变形加工。实际生产中，为保证热变形能够充分进行，选用的热变形温度要比再结晶温度高得多。

1.4 铁碳合金

铁碳合金是钢铁材料的总称，也是工业上应用最广泛的合金。铁碳合金由铁和碳两种基本元素构成，合金中组织和成分随温度变化的规律是制定各种热加工工艺的依据。为了熟悉和正确使用钢铁材料，必须先了解铁碳合金相图。1.4.1 铁碳合金的基本组织

铁碳合金中，碳可以溶入铁形成固溶体，超过溶解度后，铁和碳形成化合物。因此，铁碳合金形成以下五种基本组织。

1.铁素体

碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用“F或α”表示。铁素体在727℃时溶碳量最大，为0.0218%，其力学性能与工业纯铁大致相同，即强度、硬度低，塑性好。

2.奥氏体

碳溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥无体，用“A或γ”表示。奥氏体在1148℃时溶碳量最大，达2.11%，727℃时为0.77%。奥氏体的强度、硬度低，变形抗力小。大多数钢的热压加工都要求在奥氏体区内进行。

3.渗碳体

铁与碳形成的稳定化合物称为渗碳体，用符号FeC表示，含碳3量为6.69%。渗碳体硬（≈800HBW）而脆，在钢中起强化作用，根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态。

4.珠光体

铁素体与渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用“P”表示，平均含碳量为0.77%。珠光体是在温度降到727℃时由奥氏体转变得到，它的力学性能介于两相之间。

5.莱氏体

在727℃以上，奥氏体与渗碳体组成高温莱氏体，用“L”表示；d727℃以下的莱氏体由珠光体和渗碳体组成，称低温莱氏体（L′），d它的平均含碳量为4.30%。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度高（≈700HBW），塑性很差。1.4.2 Fe-FeC相图分析3

工业生产中，钢铁材料的含碳量一般不超过5%，因为碳含量超过5%的铁碳合金脆性很大，无实用价值，所以实际研究的铁碳合金是碳含量小于6.69%的Fe-FeC部分，称为Fe-FeC相图。简化的Fe-33FeC相图如图1.8所示。3图1.8 简化的Fe-FeC相图（标注组织）3

Fe-FeC相图中的主要特性点和特性线3

Fe-FeC相图中的主要特性点和特性线的含义见表1-2和表1-3。3表1-2 Fe-FeC相图中的特性点3表1-3 Fe-FeC相图中的特性线（见图1.8）31.4.3 铁碳合金的组织及其对性能的影响

根据Fe-FeC相图中含碳量的多少，铁碳合金分为以下三大类。3

1.工业纯铁（w≤0.0218%）c

室温组织为F（忽略FeC）。3Ⅲ

2.钢（0.0218%

根据室温组织不同分为：亚共析钢（0.0218%

3.白口铸铁（2.11%

根据室温组织不同分为：亚共晶白口铸铁（2.11%

铁碳合金室温下的组织由F与FeC两相构成，其中FeC是合金中33的强化相。随合金中含碳量的不断增加，平衡组织中F量不断减少，而FeC量不断增多，合金的性能也将发生明显变化，随含碳增加，3FeC量增多，硬度呈直线增大，强度也相应增大，但含碳量超过共3析成分后，FeC沿晶界出现，W≥0.90%时，FeC沿晶界形成完3Ⅱc3Ⅱ整的网，强度会迅速下降。碳钢的塑性、韧性由F量决定，随含碳量增加，F量不断减少，则塑性、韧性连续下降。1.4.4 Fe-FeC相图的应用3

Fe-FeC相图在钢铁材料的选用和加工工艺的制订上具有重要的3指导意义。

1.在选材方面的应用

根据Fe-FeC相图中成分—组织—性能的规律，可以为钢铁材料3的选用提供依据。例如，建筑结构和各种型钢选塑性和韧性好的低碳钢，各种机械零件选用强度、塑性和韧性好的中碳钢，各种工具要用硬度高而耐磨的高碳钢等。

2.在铸造方面的应用

由Fe-FeC相图可以看出，纯铁和共晶白口铸铁的凝固温度区间3最小，流动性好，可以获得致密铸件，所以铸铁的成分总是选在共晶点附近。另外，由相图可以确定合金的浇注温度（浇注温度一般在液相线以上50℃～100℃）。

3.在锻造、热轧方面的应用

钢在奥氏体状态时，强度低，塑性较好，所以锻造、热轧等选在单相奥氏体区内进行。一般始锻（轧）温度控制在固相线以下100℃～200℃范围内，可以防止钢材过热和过烧；终锻（轧）温度不能过低，以免产生裂纹。

4.在热处理方面的应用

根据Fe-FeC相图，可以制定各种热处理的加热温度。3

以上各方面的应用将在后面相关章节中详细阐述。但须注意，Fe-FeC相图反映的是铁、碳二元合金平衡条件下的相状态，实际生3产中钢铁材料往往含有其他元素，合金的冷却和加热速度也较快，因此不能完全用相图来分析，必须借助其他的知识。

习题 1

一、填空题

1.1 合金结晶的基本规律，即在过冷的情况下通过（）与（）来完成。

1.2 纯铁在1200℃时晶体结构为（），在800℃时晶体结构为（）。

1.3 碳溶解在（）中形成的（）称为铁素体。

1.4 Fe C的结构属于（），它具有（）的性能。3

1.5 加工硬化是指金属随内部组织变形程度的增加，其（）和（）上升，而（）和（）下降的现象，加工硬化可通过（）加热消除。

1.6 常用金属的晶体结构有（）、（）和（）三种。

二、选择题

1.7 表示金属材料屈服强度的符号是（），疲劳强度的符号是（）。

A.σ5B.σbC.σ-1D.σe

1.8 测量淬火钢硬度的方法是（）。

A.HBS法B.HRB法C.HRC法D.HRA法

1.9 金属结晶的必要条件是（）。

A.过冷度B.形核率C.成长率D.自由能差

1.10 在Fe-Fe C相图中，钢与白口铸铁的分界点的含碳量为3（）。

A.2%B.0.77%C.2.11%D.4.3%

1.11 在Fe-Fe C相图中，ECF线为（）。3

A.共晶线B.共析线C.A1线D.A3线

1.12（）成分的铁碳合金熔点最低，流动性最好。

A.A点B.C点C.E点D.S点

三、问答题

1.13 金属冷、热塑性变形后的组织和性能有何不同?

1.14 用冷拔钢丝缠绕的螺旋簧，经低温回火后，其弹力比未经回火的好，为什么?

1.15 现有两只同材料、同尺寸的齿轮，一只用圆钢机加工得到，另一只用圆钢热锻后再机加工得到，哪只齿轮的性能好、使用寿命长?为什么?

1.16 画出简化的Fe-FeC相图，指出图中S、C、E、G点及GS、3SE、ECF、PSK线的含义，并标出各相区的组织组成物。

1.17 为什么含碳1.2%的钢比含碳0.8%的钢硬度高?强度低?

1.18 Fe-FeC相图在实际生产中有何指导意义?3

第2章 钢的热处理

热处理指将固态合金加热到一定温度后，保温一段时间，再以适当的速度进行冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。热处理与其他加工工艺不同，它只改变材料的组织和性能、而不改变其形状和大小。热处理方法很多，但工艺过程都包括了加热、保温和冷却三个阶段，通常用温度-时间的坐标图来表示，称为热处理工艺曲线，如图2.1所示。

由图1.8与图2.2可知，各类钢在室温时具有不同的组织，这些室温组织加热到图2.2中A（PSK线）、A（GS线）、A（SE线）时13cm可转变为单一奥氏体。但临界点A、A、A是在平衡状态下测得的，13cm实际生产中的加热或冷却速度较快，临界点会产生偏移，加热时的实际转变温度高于平衡临界点，冷却时的实际转变温度低于平衡临界点，所以在加热时Ac、Ac、Ac；冷却时用Ar、Ar、Ar表明钢13cm13cm的实际临界点。共析钢加热到Ac线以上，保温一段时间，得到均匀1奥氏体后，分别用炉冷、空冷、油冷、水冷的方法，则奥氏体依次转变得到珠光体、索氏体、马氏体和屈氏体、马氏体和残余奥氏体。冷却速度越快，得到组织的硬度越高。图2.1 热处理的工艺曲线示意图图2.2 加热和冷却时钢的临界点位置

根据热处理的目的和工艺方法不同，常用热处理可分为以下几类：（1）普通热处理。包括退火、正火、淬火和回火。（2）表面热处理。包括表面淬火（感应加热，火焰加热）。（3）化学热处理。包括渗碳、氮化、碳氮共渗、渗铬、渗铝等。（4）其他热处理。包括形变热处理、可控气氛热处理、真空热处理等。

2.1 钢的热处理工艺

1.退火

将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺称为退火。

根据退火的目的和要求不同，退火工艺可分为多种。（1）完全退火。也称重结晶退火，是将钢加热到Ac线以上（303～50）℃，保温一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理工艺。

完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。完全退火主要用于亚共析钢的锻件、铸件和轧件。（2）球化退火。即将钢加热到Ac线以上（20～40）℃，保温后1缓慢冷却的热处理工艺。球化退火可使钢中的碳化物球化。

球化退火主要用于共析钢和过共析钢的锻件、轧件等。目的是使网状渗碳体及片状渗碳体球化（粗大网状渗碳体可先用正火破碎），降低硬度，改善切削加工性，并为以后的淬火作组织准备。

为缩短退火时间，提高生产率，更好的控制转变组织，在生产中可以采用等温退火。等温退火的加热工艺与普通退火相同，只是冷却工艺不同。（3）扩散退火。又称均匀化退火，加热温度在Ac线以上（1503～200）℃，长时间保温后随炉冷却。主要用于消除合金钢铸件和铸锭的枝晶偏析，使成分均匀。扩散退火后，需进行完全退火或正火来细化晶粒。（4）去应力退火。将钢件加热至Ac线以下温度（约500℃～1650℃），保温后随炉冷却的热处理工艺。目的是消除铸件、锻件、焊件、机加工及形变加工件内的残留应力。去应力退火可消除内应力约50%～80%，且不引起组织变化。

2.正火

将钢件加热到Ac（亚共析钢）或Ac（过共析钢）以上（30～3cm50）℃，保温一定时间后，在空气中均匀冷却的热处理工艺称为正火。

正火的目的与退火相似，即细化晶粒，调整钢的硬度，消除网状碳化物，为淬火作组织准备。但正火的冷却速度比退火快，能获得更高的强度和硬度。且正火工艺简单，成本低，因而得到广泛应用。例如，正火用于改善低碳钢或低碳合金钢的切削加工性；对普通结构钢件、大型件与复杂件，正火可以作为最终热处理；正火用于高碳钢，可消除网状渗碳体，方便退火。2.1.2 淬火与回火

1.淬火（1）淬火工艺及目的。将钢加热到Ac（亚共析钢）或Ac（共31析钢和过共析钢）线以上（30～50）℃，保温一定时间，然后快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是为了提高钢的硬度、强度和耐磨性。

马氏体（M）是奥氏体快速冷却后得到的一种碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体的性能与含碳量有关，低碳含量的马氏体具有高强度和好的韧性，随含碳量的增加，马氏体的硬度增加，脆性加大。马氏体组织稳定性很差，受热会发生转变。（2）淬火冷却介质。淬火冷却介质的选择，既要保证得到马氏体组织，又要尽量减小淬火变形和开裂。常用的冷却介质有水、水溶液和油。

水的冷却能力大，使用方便，但易造成零件的变形和开裂，生产上主要用于形状简单的碳钢件淬火，也可在水中加入NaCl、NaOH、Na CO等，改变其冷却能力，适应一定淬火要求。23

油为各类矿物油，它在300℃～200℃范围冷却能力低，有利于减小工件的变形，一般用作合金钢件的淬火。

另外，盐浴、碱浴、硝盐也可作冷却介质，它们的冷却能力介于水和油之间，常用于形状复杂、变形要求严格的小型件的淬火。（3）淬火方法。

① 单液淬火。加热到淬火温度的工件，放入单一淬火介质中冷却到室温，如碳钢的水淬，合金钢的油淬。其操作简单，淬火应力大，用于形状简单的工件。

② 双液淬火。加热到淬火温度的工件，先放入冷却能力较强的介质中冷却到Ms点附近，再迅速转入到冷却能力较弱的介质中继续冷却到室温，如水淬油冷，油淬空冷。工件组织转变应力小，但操作复杂，用于形状复杂的碳钢件及较大尺寸的合金钢件。

③ 分级淬火。加热到淬火温度的工件，迅速投入Ms点附近的硝盐浴或碱浴中，停留一段时间，取出空冷或油冷。能有效减少淬火应力，防止工件变形和开裂，适于形状复杂和截面不均匀的小件的淬火。

④ 等温淬火。加热到淬火温度的工件，先淬入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，停留到奥氏体全部转变为下贝氏体后，取出空冷。淬火应力极小，适于形状复杂和精度要求高的小件的淬火。（4）钢的淬透性。钢的淬透性是指在规定条件下淬火时，获得淬硬层深度的能力，淬硬层越深，钢的淬透性越好。

钢的淬透性由其临界冷却速度（v）的大小决定，工件的截面尺k寸和淬火冷却介质对淬透性也有影响。v越小，淬透性越好。同一种k钢，水淬比油淬的淬透深度大；小截面的工件比大截面的工件易淬透。因此，在选材和制定热处理工艺时必须充分考虑钢的淬透性。

2.回火

将淬火后的钢，加热到Ac线以下某一温度，保温一定时间后，1冷却到室温的热处理工艺称为回火。

淬火钢一般不直接使用，需要进行回火，其目的是：消除或减小淬火应力，降低组织的脆性；获得工件所需要的力学性能；稳定工件尺寸。

钢淬火、回火后的性能主要决定于回火温度，回火温度越高，工件的硬度越低。按回火温度及工件性能要求不同，回火分为以下三类：（1）低温回火（150℃～250℃）。得到回火马氏体组织，目的是降低淬火应力和脆性，保持淬火后的高硬度（58～64HRC）和高耐磨性。主要用于处理各种工具、模具、滚动轴承及表面处理的零件。（2）中温回火（350℃～500℃）。得到回火屈氏体组织，具有高的弹性极限和屈服强度，并有一定韧性及硬度（35～45HRC），主要用于处理各类弹簧、刀杆、发条等。（3）高温回火（500℃～650℃）。得到回火索氏体组织，其综合力学性能好，硬度一般为25～35HRC。习惯上把淬火加高温回火的处理工艺称为调质处理。调质处理广泛用于各种重要零件的处理，如连杆、轴、齿轮等，也可作为量具、模具等精密零件的预先热处理。

淬火钢回火时，随回火温度的升高，硬度降低，塑性、韧性提高。但有些钢在250℃～400℃和450℃～650℃回火后冲击韧性明显下降，这种现象称为回火脆性。

在250℃～400℃回火产生的脆性称为低温回火脆性（又称为不可逆回火脆性），生产中一般不在这一温区回火，而采用等温淬火。

在450℃～650℃回火产生的脆性称为高温回火脆性（又称为可逆回火脆性），防止此类回脆性产生的方法是：钢回火后快速冷却或在钢中加入Mo、W等合金元素。2.1.3 冷处理和时效处理

1.冷处理

高碳钢及一些合金钢淬火后组织中有大量残留奥氏体，影响零件的尺寸稳定性、硬度和耐磨性。要促使残留奥氏体继续转变为马氏体，必须将钢冷却到0℃以下（约-70℃～-80℃），这种方法称为冷处理。冷处理实际上是淬火的继续，一般用于要求尺寸稳定性很高的精密零件，如量具、枪杆、精密轴承和丝杆等。

2.时效处理

金属材料经冷、热加工或热处理后，在室温下放置一段时间或适当加热，会发生材料力学性能随时间变化的现象，称为时效。在室温下进行的时效处理称为自然时效，它不消耗能源，不需设备，但周期长，一般需要放置几十天甚至一、二年。在加热（100℃～200℃）条件下进行的时效处理称为人工时效，人工时效时间短（几至几十小时），但需要加热设备。

时效处理可以消除工件的部分内应力，稳定工件尺寸。一些铸、锻、焊的复杂件或精密量具和轴承等要求高硬度的零件常采用时效处理。2.1.4 表面淬火

在生产中有不少零件是在动载荷和摩擦条件下工作，如齿轮，凸轮等，这时零件表层承受着比心部高的应力，而且表面还要不断被磨损。因此，零件表层必须具有高硬度、高耐磨性，而心部则具有一定的强度、足够的塑性与韧性。在这种情况下，普通热处理很难满足其要求，必须采用表面热处理，即表面淬火和化学热处理。

表面淬火是利用快速加热和迅速淬火冷却，使工件表层获得马氏体组织，而心部仍保持原来退火、正火或调质状态组织的热处理工艺。根据加热方法不同，常用的表面淬火分为以下两种。

1.感应加热表面淬火

感应加热表面淬火如图2.3所示。将工件放入感应器内，感应器通过一定频率的交流电产生交变磁场，从而在工件内形成频率相同，方向相反的感应电流，感应电流的“集肤效应”及电阻的作用，使工件表层迅速加热到淬火温度，随即喷水（合金钢浸油）冷却，工件表层被淬硬。

感应加热时的淬硬层深度由电流频率决定，频率越高，则淬硬层越浅。生产中常用的感应加热方法见表2-1。图2.3 感应加热表面淬火示意图表2-1 常用感应加热方法

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