金属-材料

金属材料

金属分为黑色金属合有色金属。

1、钢铁被称为黑色金属，分为铸铁与钢材两大类。

纯铁的熔点为1538°C，硬度为80HBS抗拉强度为 ＞50Mpa含碳量小于0.0218%。

2、钢铁材料为应用最广泛的材料，其重要元素基本上为铁与碳。实际含碳量不超过5%，因为超过时其性能会很脆。钢材含碳量为0.0218% ~ 2.11%，其物点是高温组织为单相奥氏体，既有良好的塑性。

低碳钢含碳量小于0.25%；中碳钢含碳量在0.25% ~ 0.6%之间；高碳钢的含碳量大于0.6%。

3、合金钢笔碳钢淬透性好，强度高，在钢材中可加入金属元素，也可以加非金属元素。合金钢可分为低合金钢、中合金钢、高合金钢。低合金钢的含碳量小于5%；中合金钢的含碳量等于5%、小于10%；高合金钢的含碳量大于10%。

4、铸铁有优良的铸造性能、切削加工性能、减摩性、减震性。铸铁可分为5种，其特性如下：

1)、 白口铸铁：其性能硬而脆，是炼钢和铸造及可锻铸铁的基本原料，工业零件很少使用，因其加工切削困难。

2)、 灰 铸 铁：有优良的切削性、耐磨性、减震性和低的缺口敏感性，而且价格低廉。牌号后的数字为抗拉强度。消除内应力退火是加热到500 ~ 600°C保温一段时间，在炉中冷却到200°C再出炉，空冷消除内应力；白口退火是加热到850°C ~ 950°C保温2 ~ 4小时后炉中冷却到400°C ~ 500°C出炉空冷。表面出炉是瞬间加温至900 ~ 950°C，淬火后硬度为55HBS，深度为0.2 ~ 0.3mm。

3)、 可锻铸铁：其生产为浇铸成白口铸铁，再高温长时间退火。可锻铸铁因退火条件不同可分为黑心可锻铸铁、百心可锻铸铁。

                           KTH(黑心)

                           KTZ（珠光体）

                           KTB（白心）

4)、 球墨铸铁：拥有高强度的铸件，其签订、塑性、韧性都很高。而且可经       (QT)   热处理来改变其组织和性能，进而提高力学性能。因其组织

             性能接近钢材因而基本热处理方法大多能适用。

5)、 蠕墨铸铁：其生产方式与球墨铸铁相似，是向铁水中加入蠕化剂而制得的。

铝的纯度为99.7% ~ 98%，密度为2.7、熔点660°C、强度低、塑性好，经冷变形加工硬化后强度可提高。

铜的密度为8.9，熔点为1083°C，又称紫铜，因纯铜是用电解法获得的故又称电解铜。

粉末冶金：是由金属粉末作原料，将几种粉末混合压制成型再经烧结而成的材料零件。

硬质合金：是以高熔点、高硬度的碳化物的粉末和起粘结作用的金属粉末加压成型的，再烧结而成的一种粉末冶合制品，硬度为69 ~ 81HRC，耐高温（900 ~1000°C）有高耐磨性和较高的抗压强度。

热处理

钢材的热处理极为复杂大部分分类为两种。

1、普通热处理（ 包括退火、回火、正火以及淬火 ）；

2、表面热处理（ 包括表面淬火、化学处理 ）。

基本热处理过程是由加热、保温、冷却。因方法不同，都可改变钢的组织，从而改变钢的性能。各种品牌、牌号均有不同的处理时间，故须参考各品牌、牌号的热处理方法。

以45号钢为例：

由上表可知冷却方式不同，其性能与硬度的改变并不相同。

1、退火：分为扩散退火、完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火和再结晶退火。

钢材去应力推为500°C ~ 650°C，再经适当的保温，再经缓冷。

2、正火：将温度加热至铁素体的临界稳定上的30°C ~ 50°C经保温，使完全奥氏体化，再利用空冷的热处理工艺。

3、淬火：将温度加热至铁素体的临界稳定上的30°C ~ 50°C再快速冷却的热处理工艺。

淬火可分为以下几种：

1)、单液淬火法： 使用单一介质中的淬火法，如碳钢用水，合金钢用油。

2)、双液淬火法： 将工件投入冷却能力强的介质中，于低温时再投入冷却能力弱的介质中，使之降温速度变慢。用于高碳钢与较大的合金钢零件。

3)、分级淬火法： 将工件投入高于马氏体临界温度的盐浴中，稍加停留，等外部与中心温度相同时，再取出进行空冷。

4)、等温淬火法： 将工件投入高于马氏体临界温度的盐浴中，保温足够长的时间，转变为贝氏体后，再进行空冷。

5)、局部淬火法： 工件局部加温，再进行冷却处理。

冷  处  理： 主要利用固态CO2 与酒精混合物或冷冻机中冷却， 温度为- 70°C ~ - 80°C ，可提高硬度与耐磨性。 

淬火处理后须再经回火，因淬火后工件将产生很大的组织应力。

回火根据工件性能的不同，可分为三种：

1)、低 温 回 火：（ 150°C ~ 250°C ）用于各类工具，包括：轴承、渗碳体、表面淬火，其硬度为58 ~ 64 HRC 。

2)、中 温 回 火：（ 350°C ~ 500°C ）常用于弹簧与模具，其硬度为30 ~ 50HRC 。

3)、高 温 回 火：（ 500°C ~ 650°C ）常用于齿轮、轴、连杆、螺栓，其硬度为200 ~ 350 HBS。

淬火加上高温回火被称为调质处理。

时 效 处 理 ： 即进行长时间温度（ 100°C ~ 150°C ）的保温处理。

表面热处理是因要求表面硬度为58 ~ 64 HRC，内部硬度为33 ~ 48 HRC 而广泛采用的表面热处理法。

表面淬火通常使用为火焰加热与感应加热。

1、火焰加热 ： 深度为2 ~ 6 mm ，常用于中碳钢、中碳合金结构钢，因质量不易控制不作于大批量生产。

2、感应加热 ： 以交流电产生交变磁场，瞬间加热，其方法可分为四种。

1)、高 频 加 热： 频率为200 ~ 300 KH z ，深度为0.5 ~ 2 mm。

2)、中 频 加 热： 频率为2500 ~ 8000 H z，深度为2 ~ 10 mm。

3)、工 频 加 热： 频率为50 H z，深度为10 ~ 15 mm。

4)、超 音 频 加 热： 频率为20 ~ 40 KH z ，因高于音频故称超音频。有高、中频的优点，其淬层高于高频。

感应加热表面淬火的优点为加热速度快，加热时间短，硬度比普通淬火高2 ~ 3HRC，且脆性较低。

表面有残余应力，可提高疲劳极限，变形小，不易氧化、脱碳。

化学热处理是将工件放入介质中，通过加热好保温，使介质中的活性原子渗入工件表面，再加以适当的热处理，以获得所需的组织及性能。

化学热处理以分解、吸收、扩散为主要过程。

1、渗 碳： 分为气体渗碳、固体渗碳两种，其工作温度在900 °C ~ 950 °C ，不同处在与：一种使用气体介质如（ 天然其、液化石油 ） ，一种使用固体介质如（ 本炭粒加碳酸盐 ） ，气体渗碳生产率高，容易控制品质。渗碳后的热处理可分为：直接淬火法、一次淬火法、两次淬火法。

2、氧 化（ 碳氮共渗 ）： 是同时向工件渗入碳和氮的化学热处理。常用的是气体碳氮共渗淬火、回火和气体碳氮共渗。

3、氮 化： 渗氮可达69 HRC 以上并提高耐磨性，工作渗氮量须进行调质处理，渗氮后不再进行热处理，经精磨便可。

可 控 气 氛 热 处 理 ： 将炉中气体混合成份比例控制在预定范围内即称为可控气氛热处理，其优点可防止工件在加热时氧化、脱碳。

真 空 热 处 理 ：在真空中进行的热处理称为真空热处理。 在0.0133 ~ 1.33Pa 真空中加温，其优点是表面无氧化、不脱碳、表面光洁、钢材脱氧和净化、变形小、提高耐磨性和疲劳极限。