工程材料及热处理
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课程的重要地位与作用
• 进入21世纪，能源、信息和新材料已成为现代科 学技术和现代文明的三大支柱．而新材料又是最 重要的基础。历史证明，每一次重大新技术的发 现．往往都依赖于新材料的发展。
• 材料的种类、数量和质量已是衡量一个国家科学 技术、国民经济水平以及社会文明的重要标志之 一。我国把新材料的研究开发放在了优先发展的 地位。
（4）回 火 (Tempering)
将淬火后的工件加热至低于相变点某一温度，保持一段 时间，然后冷却，使组织成为较稳定的状态。
硬度下降，但韧性有较大改善。
淬火和回火必须配合使用
调质：淬火 + 高温回火。 适用于各种重要的零件。
温度
保温
加热
退火(炉冷)
淬火
正火(空冷)
回火
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时间
表面热处理 表面淬火 在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速 加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面
铸钢
特点与应用： 由于铸造特性，一般用于制造形状复杂，难
以切削加工、尺寸大，难以锻造加工的重要零件， 如：大型齿轮、缸体、变速箱机架等。
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重型机械齿轮
PE管材
聚丙烯制成电容器外皮
聚丙烯管子
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摩托车挡泥板
橡胶 弹性好，绝缘性好，耐磨损，耐化学腐蚀，耐放射 性。主要用于弹性材料、密封材料、减振材料、传动 材料。
1863年光学显微镜问世，使人们开始步入材料的 微观世界。
1912年X射线衍射技术和1932年电子显微分析技 术及后来出现的各种先进的显微分析技术，把人们带 到了微观世界的更深层次。人们开始了对晶体微观结 构的研究，大大推动了材料学的研究与发展。
新材料更是层出不穷，出现了功能材料、高分子 材料、半导体材料、陶瓷材料、复合材料、人工合成 材料、纳米材料。
时间
淬 火 (Quenching)
把钢加热到相变温度以上的某一温度，使钢呈奥氏体 状态， 然后快速冷至室温（油冷或水冷），从而获得马 氏体组织
提高钢的硬度和耐磨性。
温度
调质：淬火+高温回火。 适用于各种重要的零件。
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保温 加热
淬火
退火(炉冷)
正火(空冷) 回火
时间
（3）淬 火 (Quenching)
• 工程材料与成型技术是机械制造过程的重要部分。 使学生建立生产过程的基本知识，了解新材料， 掌握现代制造工艺和方法，培养工程素质、实践 能力和创新设计能力。
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常用 工程 材料
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优质碳素结构钢的应用
齿轮
螺栓
30—55钢：强度较高，有一定的塑性和韧度，经 热处理后，用于齿轮、轴、螺栓等重要零件。
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汽车万向节
合金调质钢
连杆
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合金弹簧钢
55Si2Mn、 60Si2Mn：具有高屈强比，高疲劳 强度，高弹性极限和韧性，用于弹簧等零件。
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滚珠轴承钢
滚珠
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滚珠轴承
合金刃具钢
合金模具钢
铣刀
模具
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量具用钢 螺纹规
游标卡尺
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千分尺
耐热钢
燃气轮机
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耐磨钢 履带
铁轨分道叉
破碎机颚板 14
挖掘机斗齿
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学习方法和要求
• 一、学习方法—大学自学为主，主要靠自学.
注意听好课，课前预习，课后复习；注意观察和了解平时 接触到的机械装置。
• 二、学习态度--积极进取、掌握主动.
主动完成一定量的作业和思考题（不仅是老师布置的）。
• 三、学习内容--夯实基础、学好专业、加大知识 面
• 四、相信自己、挖掘潜能--什么都有可能 • 因为有难度，所以更应引起我们的重视。
锉刀
碳素工具钢
钻头
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量规
优质碳素结构钢
曲轴
弹簧
65—85钢：有较高的强度、硬度和弹性，塑性和 韧性较低，常用于弹簧和6 耐磨零件。
合金渗碳钢
拨叉
变速齿轮
20Cr、20MnTi、 20Cr2Ni4：有较高的韧度，经 热处理后表面硬而耐磨，用于受冲击载荷的重要零 件。
40Cr、40CrMn、 38CrMnAl ：有较高的综合 力学性能，用于受力复杂7 的重要零件。
有一组数据可以说明这一点。新中国的钢产量从 1949年的几十万吨起步，产量每增加5千万吨/年上一个台 阶：
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第一次用了37年，第二次用了10年，第三次用了5年， 第四次仅用了2年（2003年产量达到2.2亿吨，04年达 到2.7亿吨——生铁2.5亿吨，钢材2.9亿吨）。五次1 年（05年达3.5亿吨）。
人类最早使用的工具是石头（石器时代）；原始社 会末期开始用火烧制陶器，由此发展为以后的瓷器（中 国古代文化的象征）， 随后发展起来的青铜冶炼技术把 人类带入青铜器时代；青铜器过渡到铁器（时代）生产 工具大发展—人类进入农业社会。
18世纪世界工业迅速发展（钢铁工业迅猛发展）， 造就了工业社会文明。
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o
人工合成矿物 主要有刚玉和石英。
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普通热处理
退 火(Annealing) 把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（ 随 炉 冷）
用途：铸、锻、焊毛坯的预备热处理，以改善毛坯机械加 工性能，去除内应力；性能要求不高的机械零件的最终热 处理。
温度
加热
保温 淬火
退火(炉冷)
正火(空冷)
回火
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• 世上无难事，只怕有心人。
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本课程的主要内容(三部分)
一、材料科学基础理论 材料性能、材料结构与结晶、铁碳合金及 相图、塑性变形
二、热处理理论与实践 热处理原理、工艺、设备及基本操作
三、常用的工程材料 金属材料、高分子材料、陶瓷材料
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第一章 绪论
• 1-1 材料科学的发展与工程材料
材料是人类生产和社会发展的重要物质基础，也是 日常生活中不可分割的一个组成部分。 自从地球上有了人类至今，材料的利用和发展构成了人 类文明发展史的里程碑 ：
按使用范围材料可分为：
工程材料和功能材料
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• 工程材料的种类：
1．金属材料
金属材料是用量最大、用途最广的机械工程材料。它
包
含两大类型；黑色金属和有色金属。
(1)黑色金属 黑色金属是指铁和以铁为基的合金，即钢铁材料，它
占金属材料总量的95％以上。由于钢铁材料力学性能优良 和低廉的价格，所以在工程材料中一直占据着不可替代的 主导地位。
(2)有色金属 除铁基合金之外的所有金属及其合金材料。它可
分为轻金属(如铝、镁、钛)，重金属(如铅、锡)，贵金 属(如金、银、镍、铂)和稀有金属（钨、钼、锂、铌、 镓、铟）等，其中以铝、铜及其合金用途最广。
2．非金属材料
非金属材料主要包括：高分子材料和无机非金属 材料和复合材料。