机械工程常用材料及钢的热处理(精)

实验报告院系：课程名称: 日期:班级: 组号：学号：实验室：专业：姓名：教师签名：实验名称：钢的热处理实验成绩评定：实验仪器材料:箱式电炉若干，洛氏硬度计一台，45钢、T12钢试样若干(直径1.5CM)、淬火水槽-个. 实验目的要求：1.初步掌握普通热处理的基本工艺方法2、掌握成分(含碳量)、工艺（加温温度)对钢组织和性能的影响。

实验原理：热处理是将钢加热到一定温度、经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。

普通热处理分为退火、正火，淬火和回火。

钢加热到一定温度保温后缓慢冷却(通常随炉冷却)至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。

奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到共析铁素体（或渗碳体）加珠光体。

过冷奥氏体快冷(大于临界冷速)叫淬火，得到马氏体组织。

淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。

随冷却速度赠加，钢的硬度升高。

通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A c3+30~50℃，过失析钢的球化退火及淬火加热温度是A c1 +30~50℃，过共析钢的正火温度是A cⅢ+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。

表格 1 碳钢普通热处理的加热温度、冷却方式、组织性能及应用范围表格 2 实验参数设计实验步骤：根据实验对45钢进行正淬火和回火热处理，并测定硬度，分析工艺对钢性能的影响。

结果分析:1.热处理条件加热温度、冷却速度、回温度等)对实验和性能的影响。

答：不同的条件下的材料组织和性能也会有所不同。

1、常用金属的晶格有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）和（密排六方晶格）三种。

2、实际金属的晶体缺陷有（点缺陷）、（面缺陷）和（线缺陷）三种。

3、点缺陷包括（空位）、（置换原子）和（间隙原子）等；线缺陷有（刃型位错）和（螺型位错）两种；面缺陷通常指金属中的（晶界）和（亚晶界）。

4、在固态合金中的基本相结构为（固溶体）和（金属化合物）两种。

5、固溶体根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同,又可以分为（置换）固溶体和（间隙）固溶体。

1、金属结晶过程包括两个阶段：即（晶核的形成）和（晶核的长大）。

（过冷）是结晶的必要条件。

细化晶粒的方法有（增大过冷度）、（变质处理）、（机械振动）、（超声振动）、（电磁振动）等。

2、晶核的形成主要有（自发形核）和（非自发形核）两种形式3、合金状态图都是用实验的方法绘制的，常用（热分析法）来测定。

4、若结晶冷却速度较快，则须通过（扩散）退火来消除偏析。

5、一定成分的液相在一定温度下同时结晶出两个不同成分固相的过程称（共晶反应），反应式为（r=a+b ）；一个固相同时转变为两种不同的新固相的转变（反应）称（共析反应），反应式为（l=a+b ）1.影响晶粒度的因素主要有过冷度和异质晶核两个方面。

2.合金化强化主要途径有固溶强化和第二相强化（又称弥散强化）两种。

3.细晶强化：通过细化晶粒来同时提高金属的强度 .硬度. 塑性和韧性的方法称细晶强化。

1、单晶体塑性变形的基本形式有（滑移）和（孪生），其中（滑移）是金属中最主要的一种塑性变形方式。

2、加工硬化:材料的强度，硬度上升，而塑性韧性下降的现象，称为加工硬化。

3、随着加热温度的提高，变形后的金属将相继发生（回复）、（再结晶）和（晶粒长大）三个过程。

3.钢经正火后获得的组织是( 索氏体)，经调质处理后获得的组织是( 回火索氏体)。

1 用光学显微镜观察，上贝氏体组织呈（羽毛）状，下贝氏体呈（针）状。

2马氏体的硬度主要取决于其（含碳量）。

第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。

2．了解：工艺性能的含义。

3．了解：热处理的概念及目的。

4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。

5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。

6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。

7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。

本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。

化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。

如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。

2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。

主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。

可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。

常用的强度是抗拉强度。

工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。

（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。

常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。

伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。

式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。

断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。

（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。

目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。

（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。

工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。

（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。

一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。

2024年广东省统招专升本《机械工程基础》黄金考点汇编绪论考点1.机器的特征1)它们都是人为的多个实物组合体2)组成机器的各部分之间具有确定的相对运动。

3)它们被用来代替或减轻人的劳动强度，完成机械功或转换机械能。

考点2.机器的组成按照机器各部分实物体功能的不同，一部完整的机器，通常都是由原动机、工作部分、传动部分三个主要部分以及辅助系统和控制系统组成的。

(1)原动机它是驱动整个机器完成预定功能的动力源。

(2)工作部分它是直接完成工艺动作的部分。

通常工作部分随机器的不同而不同，其外形、性能、结构和尺寸等主要取决于工艺要求和工艺动作。

(3)传动部分它是将原动机的运动和动力传递给工作部分的中间环节。

考点3.构件和零件所谓构件是指机构的基本运动单元。

构件可以是一个零件。

零件是制造单元。

机械中的零件可以分为两类，一类称为通用零件，它在各类机械中都能遇到，如齿轮、螺栓、螺母、轴等;另一类称为专用零件，仅在某些专门行业中才用到的零件，如内燃机的活塞与曲轴、汽轮机的叶片、机床的床身等。

第一章机械常用工程材料及钢的热处理考点5.金属材料的性能一、金属材料的力学性能金属材料抵抗不同性质载荷的能力称为金属材料的力学性能，过去常称为机械性能。

它的主要指标是强度、塑性、硬度、冲击吸收能量和疲劳强度等。

上述指标既是选用材料的重要依据，又是控制、检验材料质量的重要参数。

1.强度和塑性强度是指材料在载荷(外力)作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。

2.硬度硬度是指金属材料抵抗比它更硬物体压人其表面的能力，即抵抗局部塑性变形的能力。

测定硬度的方法比较多，常用的方法是压人法，它是用一定的静载荷(压力)把压头压在金属表面上，然后通过测定压痕的面积或深度来确定其硬度。

常用硬度试验方法有布氏硬度和洛氏硬度。

布氏硬度HBS、洛氏硬度HRC。

3.冲击吸收能量4.疲劳强度二、金属材料的工艺性能1.铸造性能铸造性能是指浇注铸件时，金属材料易于成形并获得优质铸件的性能。

第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。

•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。

•抗拉强度。

b是材料在破断前所承受的最大应力值。

•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。

•塑性指标：伸长率和断面收缩率。

•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。

•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。

•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。

•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。

•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。

•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。

•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。

的现象，称为过冷现象。

理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。

同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。

•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。

它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。

•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。

机械工程材料及热处理问题常见知识1、碳钢的分类？答：1)按钢的含碳量分类：低碳钢≦0.25%C中碳钢0.30-0.55%C高碳钢≥0.60%C 2) 按钢的质量分类：普通碳素钢：S、P 含量分别≦0.055%和0.045%；油质碳素钢：S、P 含量均应≦0.040%；高级油质碳素钢：S、P 含量分别≦0.030%和0.035%；3)按通途分类：碳素结构钢：主要用于制造各种工程结构和机器零件。

一般属于低碳钢和中碳钢。

碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具。

一般属于高碳钢。

2、优质碳素结构钢的表示方法？答：1)正常含锰量的优质碳素结构钢：对于含碳量小于0.25%的碳素结构钢，含锰量为0.35-0.65%；而对于含碳量大于0.25%的碳素结构钢，含锰量为0.5-0.8%，这类钢的平均含碳量用两位数字表示，以0.01%为单位。

如钢号20，表示平均含碳量为0.20%。

2)较高含锰量的优质碳素结构钢：对于含碳量为0.15-0.60%的碳素结构钢，锰含量为0.7-1.0%；含碳量大于0.60%的碳素结构钢，锰含量为0.9-1.2%。

这类钢的表示方法是在含碳量的两位数字后面副以汉字锰或化学符合“Mn”。

例如20Mn表示平均含碳量为0.2%，含锰量为0.7-1.0%。

3、什么是钢的热处理？答：所谓钢的热处理就是通过加热、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加工工艺。

钢的热处理最基本类型为：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（火焰加热、感应加热（高频、中频、工频））和化学热处理（渗碳、氮化、碳氮共渗及其他）。

4、简述正火与退火的区别？答：1）正火冷却速度比退火稍快，正火后的组织比退火细，硬度和强度有所提高。

2）正火用于亚共析钢和共析钢时，可作为预先热处理，使材料获得合适的硬度，便于切削加工；用于过共析钢时，可抑制或消除二次渗碳体的形成，以便其球体化。

工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。

通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。

【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。

1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。

做实验前完成。

样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。

样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。

4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。

样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。

机械常用金属材料及热处理1. 引言金属材料是机械工程中常用的材料之一，具有良好的机械性能和热导性能。

在机械设计和制造中，了解机械常用金属材料的特性以及正确的热处理方法是非常重要的。

本文将介绍一些常见的机械金属材料以及它们的热处理方法。

2. 钢材钢材是机械行业常用的金属材料之一，具有高强度、耐磨性和良好的可塑性。

常见的钢材类型包括碳钢、合金钢和不锈钢等。

2.1 碳钢碳钢是最常见的钢材类型之一，其主要成分为碳和铁。

碳钢具有良好的强度和韧性，广泛应用于机械零件和结构件的制造。

热处理方法包括淬火、回火、正火和退火等。

•淬火：通过快速冷却使碳钢的组织变质，提高其硬度和强度。

•回火：通过加热和冷却过程，使碳钢的硬度降低并提高其韧性。

•正火：将碳钢加热至临界温度，然后进行连续冷却，使碳钢的组织产生相应的变化。

•退火：将碳钢加热至适当温度，然后缓慢冷却，以改善碳钢的塑性和可加工性。

2.2 合金钢合金钢是一种含有其他元素（如镍、铬、钼等）的钢材，具有更高的强度、硬度和耐磨性。

热处理方法和碳钢类似，但因合金元素的添加，热处理过程可能会有所不同。

2.3 不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性的钢材，主要成分为铁、铬和镍。

不锈钢具有优良的耐腐蚀性和高温强度，广泛应用于食品加工、化工和航空航天等领域。

常见的不锈钢类型包括奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。

3. 铝合金铝合金是另一种常用的金属材料，具有低密度、良好的导热性和可塑性。

铝合金广泛应用于汽车、航空和建筑等领域。

铝合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理。

•固溶处理：将合金加热至一定温度，使可溶固溶于固体溶液中，然后快速冷却。

•时效处理：将固溶处理后的合金加热至适当温度，然后冷却，以产生所需的强化相。

4. 铜合金铜合金是一种具有良好导电性和热导性的金属材料，广泛应用于电子、航空和化工等领域。

铜合金的热处理方法包括退火、固溶处理和时效处理等。

•退火：将铜合金加热至特定温度，然后缓慢冷却以改善材料的可塑性。