布氏硬度和洛氏硬度对照表

一、硬度简介：硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨 性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。1. 布氏硬度（HB）以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 （N/mm 2）。2. 洛氏硬度（HR）当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金刚石圆锥体或直径为 1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA :是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。 HRB :是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。 HRC :是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。3维氏硬度（HV）以120kg以内的载荷和顶角为136。的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值（kgf/mm2）。媲ff fj fj fj fj II II ff II II fj ff II I* I* fj fj fj fl ff I* ff I* ff I* ff I* II II II II II II II II fj fj fj fj fj fl fj ff fj II ff ff fl ff ff fj ff ff fj II II II II I* ff II I* fj fj ff fj fj fl fj fj fj fj fj fj I* fj fj fj ff fl ff II I* ff II II I* ff II I* fj ff JJ 注：洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N（合10kgf），最后根据压痕深度计算硬度值。标尺 A使用的是球锥菱形压头，然后加压至 588.4N（合60kgf）;标尺B使用的是直径 为1.588mm（1/16英寸）的钢球作为压头，然后加压至 980.7N（合100kgf）;而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱 形作为压头，但加压后的力是 1471N（合150kgf）。因此标尺B适用相对较软的材料，而标尺 C适用较硬的材料。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换 算关系并不一致。本站硬度对照表一文对钢的不同硬度值的换算给出了表格，请查阅。H H ff ff II II II II ff I* ff ff II I* ff ff I* II ff ff ff II ff II ff II II II ff H H H H H li H H H H H H II ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff II II II II II II ff II ff II II II II ff ff ff II ff ff I* ff I* ff I* II II ff ff II ff ff ff ff ff II II ff I* ff It n根据德国标准 DIN50150,以下是常用范围的钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的对照表。抗拉强度RmN/mm 2维氏硬度HV布氏硬度HB洛氏硬度HRC2508076.0-2708580.7-2859085.2-3059590.2-32010095.0-厂33510599.8-350110105-370115109-380120114-400125119-415130124-430135128-450140133-465145138-1480150143-厂490155147-510160152-530165156-545170162-560175166-575180171-595185176-| 610190181-625195185-640200190-660205195-|675210199-690215204-705220209-720225214-740230219-755235223-77024022820.378524523321.380025023822.282025524223.1183526024724.085026525224.886527025725.688027526126.490028026627.191528527127.893029027628.595029528029.296530028529.899531029531.0103032030432.2106033031433.3匚109534032334.4112535033335.5111536034236.6119037035237.7122038036138.8125539037139.8129040038040.8132041039041.8|135042039942.7138543040943.6142044041844.5145545042845.3148546043746.1152047044746.91555480(456)47.71595490(466)48.41630500(475)49.11665510(485)49.81700520(494)50.51740530(504)51.11775540(513)51.71810550(523)52.31845560(532)53.0 1880570(542)53.61920580(551)54.11955590(561)54.71995600(570)55.2_2030610(580)55.72070620(589)56.32105630(599)56.82145640(608)57.32180650(618)57.866058.367058.868059.269059.770060.172061.074061.876062.578063.380064.082064.784065.386065.988066.490067.092067.594068.0J硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生 产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起 始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。下面是本站根据由实验得到的经验公式制作的快速计算器，有一定的实用价值，但在要求数据比较精确 时，仍需要通过试验测得。三、硬度換算公式1肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+122肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+153勃式硬度(BHN)=洛克式硬度(HV)4洛式硬度(HRC)=勃式硬度(BHN)/10-3硬度測定範圍：HS100HB500HRC70HV1300洛氏硬度布氏硬度HB10/3000维氏硬度 HVHRCHRA59.580.767659.080.566658.580.265558.080.064557.579.763557.079.562556.579.261556.078.960555.578.659655.078.453858754.578.153257854.077.952656953.576.652056053.076.351555152.576.150954352.076.950353551.576.649752750.576.148651250.075.8480504硬度換算表HVHRCHBSHVHRCHBSHVHRCHBS940685605330029.828492067.555052.350529529.22809006754051.749629028.527588066.453051.148828527.827086065.952050.548028027.126584065.351049.847327526.426182064.750049.146527025.62568006449048.445626524.825278063.348047.74482602424776062.547046.944125523.124374061.846046.143325022.22387206145045.342524521.323370060.144044.541524020.322869059.743043.64052301868059.242042.739722015.767058.841041.838821013.466058.340040.83792001165057.839039.83691908.564057.3138038.8360180663056.837037.7350170362056.336036.6341160061055.735035.533160055.234034.432259054.733033.331358054.132032.230357053.631031294钢的硬度值换算（续）表1钢的维氏硬度（HV与其他硬度和强度的近似换算值a （续）维 氏 硬 度布氏硬度10 mm钢球3000kg 负荷b洛氏硬度b表面洛氏硬度表面金刚石圆锥压头肖 氏 硬 度抗拉强度（近似值）Mpa（1000psi）维氏硬度标准钢球鸭一硬质合金钢球A.标尺60-kg负荷金刚圆锥压头标尺100-kg负荷金刚圆 锥压头标尺100-kg负荷金刚圆 锥压头标 尺100-kg负荷金刚圆 锥压头15-N标尺15 kg负荷30-N标尺30 kg负荷45-N标尺45-kg负荷HVHBSHBWHRAHRBHRCHRDHR15NHR30NHR45NHS(T bHV1234567891011121337035035069.2一37.753.679.257.440.4一1170(170)37036034134168.7(109.0)36.652.878.656.439.1501130(164)36035033133168.1一35.551.978.055.437.8一1095(159)35034032232267.6(108.0)34.451.177.454.436.5471070(155)34033031331367.0一33.350.276.853.635.2一1035(150)33032030330366.4(107.0)32.349.476.252.333.9451005(146)32031029429465.8一31.048.475.651.332.5一980(142)31030028428465.2(105.5)29.847.574.950.231.142950(138)30029528028065.8一29.247.174.649.730.4一935(136)29529027527564.5(104.5)28.546.574.249.029.541915(133)29028527027064.2一27.846.073.848.428.7一905(131)28528026526563.8(103.5)27.145.373.447.827.940890(129)28027526126163.5一26.444.973.047.227.1一875(127)27527025625663.1(102.0)25.644.372.646.426.238855(124)27026525225262.7一24.843.772.145.725.2一840(122)26526024724762.4(101.0)24.043.171.645.024.337825(120)26025524324362.0一23.142.271.144.223.2一805(117)2553625023823861.699.522.241.770.643.422.2795(115)25024523323361.2一21.341.170.142.521.1780(113)2453424022822860.798.120.340.369.641.719.933765(111)24023021921996.7(18.0)一一一一32730(106)23022020920995.0(15.7)30695(101)22021020020093.4(13.4)29670(97)21020019019091.5(11.0)28635(92)20019018118189.5(8.5)26605(88)19018017117187.1(6.0)25580(84)18017016216285.0(3.0)24545(79)17016015215281.7(0.0)22515(75)16015014314378.7一一一一一21490(71)15014013313375.0一一一一一20455(66)140130124124J71.2425(62)130120114114一66.7一一一一一390(57)120110105105一62.3一一一一一一1101009595一56.2一一一一一一100959090一52.0一一一一一一95908686一48.0一一一一一一9085818141.0一一一一一一85a）在本表中用黑体字表示的值与按ASTW E140表1的硬度转换值一致，由相应的SAE- ASW ASTM联合会列出的。b）括号里的数值是超出范围的，只是提供参考。HRC在生产现场，由于受检测仪器的限制，经常使用布氏硬度计测量大型淬火件的硬度。如果想知道该 工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先测量出布氏硬度值，然后根据换算表，查出相对应的洛氏硬度值， 这种方式显然有些繁琐。那么，能否根据布氏硬度计的压痕直径，直接计算出工件的洛氏硬度值呢？答 案当然是肯定的。根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容易记住的经验公式：=(479-100D) /4,其中D为10mm钢球压头在30KN压力下压在工件上的压痕直径测量值。该公式计 算出的值与换算值的误差在0.5-1范围内，该公式在现场用起来十分方便，您不妨试一试。附录：金属工艺学金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科 主要内容：1常用金属材料性能2各种工艺方法本身的规律性及应用3金属机件的加工工艺过程、结构工艺性。热加工：金属材料、铸造、压力加工、焊接目的、任务：使学生了解常用金属材料的性质及其加工工艺的基础知识，为学习其它相关课程及以后从事机 械设计和制造方面的工作奠定必要的金属工艺学的基础。以综合为基础，通过综合形成能力第一篇金属材料 第一章金属材料的主要性能 两大类：1使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。包括：机械性能、物理、化学性能 2工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。第一节 金属材料的机械性能指力学性能-受外力作用反映出来的性能。一弹性和塑性：1弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。 力和变形同时存在、同时消失。如弹簧：弹簧靠弹性工作。2塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。(金属之间的连续性没破坏)塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。3拉伸图金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。 以低碳钢为例Zs （ A）将金属材料制成标准式样在材料试验机上对试件轴向施加静压力P,为消除试件尺寸对材料性能的影响，分别以应力Z （即单位面积上的拉力4P/ nd和应变（单位长度上的伸长量 1/0 ）来代替P和，得到应力一一应变图1 ）弹性阶段oeZe弹性极限2）屈服阶段：过e点至水平段右端Zs塑性极限，s屈服点过s点水平段一一说明载荷不增加，式样仍继续伸长。（P 一定，Z =P/F 定，但真实应力 P/F1 f因为变形，F1 J）发生永久变形3） 强化阶段：水平线右断至b点 Pf变形fZb强度极限，材料能承受的最大载荷时的应力。4）局部变形阶段bk过b点，试样某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小。缩颈II （试样横截面变小，拉力 J）4延伸率和断面收缩率：一一表示塑性大小的指针1 ）延伸率：S =o式样原长，li拉深后长2） 断面收缩率：Fo-原截面，F1拉断后截面* 1 ）& “越大，材料塑性越好2 ） 与S区别：拉伸图中 =弹+ 塑，S = m塑s3）一般S 5%为塑性材料，S 5%为脆性材料。5条件屈服极限Z。2有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。通常规定产生0.2塑性变形的应力作为屈服极限，称为条件屈服极限二刚度金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力一1材料本质弹性模量一在弹性范围内，应力与应变的比值其大小主要决定材料本身相当于单位元元变形所需要的应力Z =Ee , E = z / =tg a2几何尺寸形状受力相同材料的E相同，但尺寸不同，则其刚度也不同所以考虑材料刚度时要把形状尺寸同时考虑还要考虑受力情况三强度强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力按作用力性质的不同，可分为：抗拉强度 Z+抗压强度Z抗弯强度Zw抗剪强度n抗扭强度Z常用来表示金属材料强度的指标：屈服强度：（Pa N/m2） Ps-产生屈服时最大外力,Fo-原截面抗拉强度（Pa N/m2） Pb-断裂前最大应力.Zs Zb在设计机械和选择评定材料时有重要意义因金属材料不能在超过z的条件下工作，否则会塑变超过Zb工作,机件会断裂Z- Zb之间塑性变形，压力加工四硬度金属抵抗更硬的物体压入其内的能力一是材料性能的综合物理量，表示金属材料在一个小的体积范围内的抵抗弹性变形塑性变形或断裂的能力1布式硬度HB用直径D的淬火钢球或硬质合金球，在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面，并保持压力到规定的时间后卸 荷，测压痕直径d（用刻度放大镜测）则2HB=P/F （N/mm ）单位一般不写.F-压痕面积.HBS 压头用淬火钢球，HBW 压头用硬质合金球I因钢球存在变形问题，不能测太硬的材料，适于HBS107不疲劳破坏2疲劳破坏原因材料有杂质，表面划痕，能引起应力集中，导致微裂纹，裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏3预防措施改善结构形状，避免应力集中，表面强化-喷丸处理，表面淬火等.第二节金属材料的物理，化学及工艺性能一物理性能比重：计算毛坯重量，选材，如航天件：轻 熔点:铸造 锻造温度（再结晶温度） 热膨胀性：铁轨模锻的模具量具 导热性：铸造:金属型 锻造:加热速度 导电性：电器元件 铜铝 磁性:变压器和电机中的硅钢片磨床：工作台二化学性能金属的化学性能，决定了不同金属与金属，金属与非金属之间形成化合物的性能，使有些合金机械性能高，有些合金抗腐蚀性好，有的金属在高温下组织性能稳定.如耐酸，耐碱等如化工机械，高温工作零件等三工艺性能金属材料能适应加工工艺要求的能力铸造性，可锻性，可焊性,切削加工形等思考题；1什么是应力，应变（线应变）?2颈缩现象发生在拉伸图上哪一点？如果没发生颈缩，是否表明该试样没有塑性变形 ？3 Z.2的意义？能在拉伸图上画出吗？4将钟表发条拉成一直线，这是弹性变形还是塑性变形 ？如何判定变形性质？5为什么冲击值不直接用于设计计算？第二章金属和合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构一基本概念：固体物质按原子排列的特征分为：晶体：原子排列有序，规则,固定熔点,各项异性非晶体：原子排列无序，不规则，无固定熔点，各项同性 如：金属，合金，金刚石一晶体 玻璃松香 沥青一非晶体晶格：原子看成一个点，把这些点用线连成空间格子结点：晶格中每个点晶胞：晶格中最小单元，能代表整个晶格特征.晶面：各个方位的原子平面-8晶格常数：晶胞中各棱边的长度（及夹角），以A（1A=10 cm）度量 金属晶体结构的主要区别在于晶格类型，晶格常数二常见晶格类型20多种1体心立方晶格：Cr，W， -FaMo，V等，特点：强度大，塑性较好，原子数：1/8 X8 +1=2 2面心立方晶格：Cu Ag Au Ni Al Pb y Fe塑性好原子数:420多种4 密排六方晶格：Mg Zn Be 0Cr -Ti Cd（镉）8 2纯铁在室温高压（130x10 N/M ）成&Fe 原子数=1/6 X12+1/2 x2+3=6,30 多种三多晶结构单晶体-晶体内部的晶格方位完全一致 多晶体一许多晶粒组成的晶体结构各项同性. 晶粒一外形不规则而内部晶各方位一致的小晶体 晶界一晶粒之间的界面.第二节金属的结晶一金属的结晶过程（初次结晶）1结晶：金属从液体转变成晶体状态的过程.晶核形成：自发晶核：液体金属中一些原子自发聚集，规则排列.外来晶核：液态金属中一些外来高熔点固态微质点 晶核长大：已晶核为中心，按一定几何形状不断排列.*晶粒大小控制：晶核数目：多一细（晶核长得慢也细）冷却速度：快一细（因冷却速度受限，故多加外来质点） 晶粒粗细对机械性能有很大影响，若晶粒需细化，则从上述两方面入手.结晶过程用冷却曲线描述!2冷却曲线温度随时间变化的曲线 一热分析法得到1）理论结晶温度实际结晶温度时间（s）T（C）过冷：液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象.2）过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差（实际冷却快，结晶在理论温度下）二金属的同素异购转变（二次结晶重结晶） 同素异构性一一种金属能以几种晶格类型存在的性质同素异购转变一金属在固体时改变其晶格类型的过程如:铁锡锰钛钻以铁为例:孑e（1394 C）-Fe（912C）伏Fe体心面心体心因为铁能同素异构转变，才有对钢铁的各种热处理（晶格转变时，体积会变化，以原子排列不同）第三节合金的晶体结构一合金概念合金：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属组成的具有金属特性的物质组元:组成合金的基本物质如化学元素（黄铜:二元）金属化合物相:在金属或合金中，具有相同成分且结构相同的均匀组成部分相与相之间有明显的界面.如:纯金属一一个相，温度升高到熔点，液固两相.合金液态组元互不溶，几个组元，几个相 固体合金中的基本相结构为固溶体和金属化合物，还可能出现由固溶体和金属化合物组成的混合物。二合金结构1固溶体溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。根据溶质在溶剂晶格中所占的位置不同，分为：1）置换固溶体溶质原子替代溶剂原子而占据溶剂晶格中的某些结点位置，所形成的固溶体。*溶质原子，溶剂原子直径相差不大时，才能置换如：Cu Zn Zn溶解度有限。 Cu Ni溶解度无限晶格畸变一一固溶强化：畸变时塑性变形阻力增加，强，硬增加。这是提高合金机械性能的一个途径。2）间隙固溶体溶质原子嵌入各结点之间的空隙，形成固溶体。溶质原子小，与溶剂原子比为0.59。溶解度有限。也固溶强化。2金属化合物合金各组成元素之间相互作用而生成的一种新的具有金属性质，可用分子式表示的物质。如Fe3C WC特点：（1 ）较高熔点、较大脆性、较高硬度。（2）在合金中作强化相，提高强度、硬度、耐磨性，而塑性、韧性下降，如WC、TiC。可通过调整合金中的金属化合物的数量、形态、分布来改变合金的性能3机械混合物固溶体+金属化合物、固+固一一综合性能4二元合金状态图的构成合金系：由给定的组元可以配制成一系列成分含量不同的合金，这些合金组成一个合金系统为研究合金系的合金成分、温度、结晶组织之间的变化规律、建立合金状态图来描述。合金状态图一一合金系结晶过程的简明图解。实质：温度一一成分作标图，是在平衡状态下（加热冷却都极慢的条件下）得到的。二、二元合金状态图的建立以Pb （铅）-Sb （锑）合金为例:Pb-Sb成分不同的合金。2做出每个合金的冷却曲线Pb-Sb合金的状态图。3将每个合金的临界点标在温度 一成分坐标上，并将相通意义的点连接起来，即得到ABEDC液相线：ACB固相线：DCE单相区：只有一个相。两相区：两个相。ACD、BCE。 c共晶点*作业：第三章铁碳合金1铁碳合金的基本组织液态：Fe、C无限互溶。 固态：固溶体 金属化合物1538 -Fe+C1394-铁素体FYFe+C奥氏体A912aFe+C铁素体Fs一铁素体碳溶于aFe形成的固溶体一一铁素体F 体心立方，显微镜下为均匀明亮的多边形晶粒。性能：韧性很好(因含C少)，强、硬不高。-=4550% HBS=Zb=250Mpa 含碳： 727 C, 0.02%二奥氏体碳溶于丫Fe中形成的固溶体 一一All面心立方，显微镜下多边形晶粒，晶界较F平直.性能：塑性好，压力加工所需要组织含碳最高；1147C,2.11% HBS=170220三渗碳体金属化合物 Fe3C复杂晶格，含碳669%性能:硬高HB(sw)800”脆作强化相. 在一定条件下会分解成铁和石墨，这对铸造很有意义四珠光体PF+Fe3C机械混合物，含碳0.77%组织:两种物质相间组成，性能:介于两者之间强度较高：硬度HBS=250五莱氏体727 C A+Fe3C Ld高温莱氏体700 塑性极差.铁碳合金状态图是表明平衡状态下含 C不大于6.69%的铁碳合金的成分，温度与组织之间关系，是研究钢铁的成分，自治和性能之间 关系的基础，也是制定热加工工艺的基础.含C6.69在工业上午实际意义，而含C6.69%时,Fe与C形成Fe3C,故可看成一个组元，即铁碳合金状态图实际为 Fe-Fe3C的状态图.一铁碳合金状态图中点线面的意义1各特性点的含义1)A纯铁熔点含C: 0%1538 C2)C共晶点4.3%11483)DFe 3C 熔点6.6916004)EC在A中最大溶解度2.1111485)FFeaC成分点6.6911486)Gae与YFe转变点 0%9127)KFe 3C成分点6.697278)PC在aFe中最大溶解度0.027279)S共析点0.7772710) Q: C在a-Fe中溶解度0.0008 室温2主要线的意义1) ACD:液相线，液体冷却到此线开始结晶.2) AECF:固相线此线下合金为固态3) ECF:生铁固相线，共晶线，液体一Ld4) AE:钢的固相线，液态到此线一A5) GS: llAs II A到此线开始析出F6) ES: IIAml A到此线开始析出 FesS7) PSK: |Ai共析线.A同时析出P(F+FesC)3主要区域1) ACE:两相区 L+A 2) DCF:两相区 L+FesCi3) AESG:单相区A 4) GPS: A+F两相区钢铁分类1工业纯铁：含C0.0218% 组织:F2 钢:含碳:0.02182.11共析钢含C=0.77%P亚共析钢含C0.77%P+Fe3C11含 C:2.11%6.69%共晶生铁亚共晶生铁过共晶生铁4.3% C 4.3% CLdP+Ld + F(3CiiLd + FeCi典型合金结晶过程分析1共析钢L L+A A-P2亚共析钢L A+L A A+F F+P3过共析钢L L+A AA+ Fe3Cii- Fe3Ci+P4 共晶铁L Ld Ld 5 亚共晶铁L 1 点一L+A A+Ld P+Ld6 过共晶铁L 1 点一L+Fe3C12 点一Ld+ Fe3Ci3 点-Fe3Ci+Ld四铁碳合金状态图的应用1铸造确定浇铸温度选材：共晶点附近铸造性能好2锻造锻造温度区间A3焊接焊接缺陷用热处理改善根据状态图制定热处理工艺3钢的分类和应用按化学成分：碳钢：2.11%C少量Si Mn S P等杂质合金钢：加入一种或几种合金元素碳辛冈1含碳量对碳钢性能的影响0.9%C Cf硬f，强,塑，韧J Fe（分布晶界,脆性f2钢中常见杂质对性能的影响Si:溶于F，强化F,强，硬f塑，韧J含量0.030.4%有益作用不明显Mn: 1）溶于F,FesC.引起固溶强化 2）与FeS反应一MnS比重轻，进入熔渣，如量少，有益作用不明显（FeS+Fe）共晶体，熔点985 C分布晶界,引起脆性热脆IIP：溶于F,是强度，硬度f但室温塑性，韧性冷脆II3碳钢的分类1）按含碳量分低碳钢 0.6%C2）按质量分（含S,P多少分）普通钢 S=0.055%,P=0.045%优质钢 S,P=0.04%高级优质钢 S=0.03%P0.6%C4碳钢的编号和用途1）普通碳素结构钢：Q235数字表示屈服强度 单位Mpa2）优质碳素结构钢正常含锰量的优质碳素结构钢：0.250.8% Mn较高含锰量0.150.6%C 0.71.0%M n , 0.6%C 0.91.2%M n08 10 15 20 25 强J塑f冲压件 焊件30 35 40 45 50 55 60强1硬f弹簧,轴，齿轮 耐磨件65 70 75 80 85耐磨件数字表示含C万分8之几3）碳素工具钢T7T8T13数字表示含C千分之几咼级优质钢加 A含Mn咼，加MnTsMnA二合金钢常加合金元素：Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B（硼）稀土元素（Xt）等1合金结构钢数 +兀素符号+数表示数一含碳万分之几，符号一合金元素，符号后面数表示含合金 %, 1.5%不标，=1.5%标2若为高级优质钢，后加A如：60Si2Mn 0.6%C, 2%Si 1.5%Mn18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni,1.5%W 高级优质应用：工程结构件，机械零件主要包括：低合金钢，合金渗碳钢，合金调质钢，合金弹簧钢，滚动轴承钢等2合金工具钢：数+元素符号+数与结构钢同数一一位数，含C千分之几，含 0=1.0%不标如：9SiCr （板牙，丝锥）0.9%C1.5%Si1.5%CrCrWMn （长铰刀，丝锥，拉刀，精密丝杠）* 高速钢 含 C1.0 也不标 W18Cr4V 0.70.8%C,18%W,4%Cr,400 C 工作耐磨钢：高锰钢水韧处理，冲击下工作，表面产生加工硬化并有马试体在滑移面形成，表面硬度达 HB450550,表 面耐磨，心部为A.水韧处理：钢加热到临界点以上(10001100C)保温,碳化物全容于A,水冷，因冷速快，无法析出碳化物，成单一 A组 织5常用非金属材料一高分子材料天然：羊毛橡胶人工合成：塑料人工橡胶粘结剂等有机玻璃尼龙 丙纶氯纶-商品名工程塑料：环氧树脂聚甲醛：塑料手表中零件聚酰亚胺：绝缘二陶瓷耐磨耐蚀脆刀片砂轮三复合材料磨削软片：聚酰亚胺+金刚石4金属零件选材的一般原则产品的质量和生产成本如何，与材料选择的是否恰当有直接关系，机械零件进行选材时，主要考虑零件的工作条件 材料的工艺性能和产品的成本.基本原则如下：1满足零件工作条件：受力状态一机械性能,基本 Z 3等k工作温度环境介质 一使用环境，高温一耐热,抗腐蚀一不锈钢 高硬度一工具钢2材料的工艺性能零件的生产方法不同，直接影响其质量和生产成本.如:灰口铁，铸造性能 切削加工性很好，可锻性差.3经济性价值=功能/成本如：耐腐蚀容器：1)普通碳素钢：5000元用一年2) 奥氏体不锈钢：40000元 用10年3) 铁素体不锈钢：15000元用6年1) :2):3) =1:1.25:2第四章钢的热处理1概述一 钢的热处理：把钢在固态下加热到一定的温度进行必要的保温，并以适当的速度冷却到室温，以改变钢的内部组织，从而得到所需性能的工艺方法*只改变组织和性能，而不改变其形状和大小热处理是改善材料性能的重要手段之一，能提高产品质量，延长机件寿命，节约金属材料，所以，重要机件都要经过热处理(提问:前面学过的改善金属材料性能的手段一固溶强化) 热处理工艺曲线：各种热处理都可以用温度一时间的坐标图形表示温度保温临界温度加热 冷却时间应用广泛：机械制造业中70%零件需热处理汽车 拖拉机制造业7080%量具刃具模具滚动轴承等100%二目的1冶金锻铸 焊毛坯或成品，消除缺陷，改善工艺性能为后续加工(如机加)做好组织，性能，准备退火 正火2是钢件的机械性能提高，达到钢件的最终使用性能指标，以满足机械零件或工具使用性能要求淬火+回火表面淬火化学处理I依据:状态图2热处理过程中的组织转变一钢在加热时的组织转变1临界温度：状态图上 Ai :共析线(P-A)临界温度：A3 : A析出F(F-A)极缓慢冷却Acm : A 析出 FeC n()实际加热临界温度Ac1A c3A 过热 IIA ccm实际冷却临界温度A r1PAr3A 析出Ft冷IIA rcm析出FesC n2组织转变1) 共析钢：P(F+Fe3C)-A(1) A晶核形成:F和Fe3C界面上先形成 A晶核缺陷多，能量低）A晶核长大:F晶格转变，Fe3C不断溶入A, A晶核不断生成，长大.F转变快,先消失. 残余渗碳体的溶解：随保温时间加长,残余Fe3C逐渐溶入A（4）A成分均匀化：A转变完成后，各处含C浓度不均匀，继续保温,C充分扩散，得到单一的均匀 A 这个过程是A重结晶的过程.2）亚共析钢：F+PAci F+A AC3-A3）过共析钢：P+ Fe3Cn-AciA+ Fe3CAccm-A（晶粒粗化）二钢在冷却时的组织转变（钢在室温时的机械性能不仅与加热，保温有关，与冷却过程也有关）1冷却方式1）连续冷却：时加热到A的钢,在温度连续下降的过程中发生组织转变.水冷 油冷 空冷（正火）炉冷（退火）2）Ari（2）（1）等温冷却：使加热到A的钢,先以较快的速度冷却到 Ari线下某一温度，成为过冷A,保温,使A在等 温下发生组织转变，转变完,再冷却到室温.等温退火等温淬火2共析钢冷却时的等温转变以共析钢为例，进行一系列不同过冷度的等温冷却实验，可以测出过冷奥氏体在恒温下开始转变和转变终了的时间，画到愠度一时间 坐标系中，然后，把开始转变的时间和转变终了的时间分别连接起来，即得到共析钢的奥氏体等温转变曲线又叫C曲线.1）高温产物：Ari650C P 层片较厚 500X 显微镜 HRC10-20650600 C 细珠光体 索氏体 S HRC2535层片较薄 8001000X600550 C极细珠光体 屈氏体T HRC3040层片极薄la）以上三种均为F+ Fe3C层片相间的珠光体，只是层片厚度不同。lb）由于过冷度从小到大，原子活动能力由强到弱，致使析出的渗碳体和铁素体层片越来越来薄。lc）珠光体层片越薄，塑变抗力越大，强，硬越大。2 ）中温产物550350 C上贝氏体 B上电镜下观察，渗碳体不连续，短杆状，分布于许多平行而密集的铁素体条之间。350 230 C下贝氏体 B下比B上有较高强、硬、韧、塑。片状过饱和 F和其内部沉淀的碳化物组织（因为过 饱和F有析出FesC倾向，但过冷度太大，导致碳原子没能扩散超出F片，只是在片内沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子）3 ）低温转变产物：230 -50 C 马氏体（M ） +残余A 马氏体：过饱和的 a固溶体一Mil（由于温度低，原子活动能力低，晶格转变完成，但是，C原子不能从面心中扩散出来，仍留在体心中，形成过饱和a固溶体）晶格严重畸形， M硬f HRC65塑 韧 t 03共析钢连续冷却转变连续冷却可能发生几种转变，很复杂。共析钢连续冷却，只有珠光体转变区和马氏体转变区。珠光体转变区：三条线构成：开始，终了，终止线开始”终了线，组织为珠光体冷却速度过F始”终止I线，组织为珠光体和马氏体冷却速度不过珠光体区，则为M3钢的热处理工艺热处理：整体热处理：退火 正火 淬火 回火表面热处理：表面淬火化学热处理一渗碳渗氮一退火将钢件加热到高于或低于钢的临界点，保温一定时间，随后在炉内或埋入导热性较差的介质中缓慢