碳是提高鋼的強度和硬度的最有效的元素，根據(jù)合金元素與鋼中碳的作用，分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。碳化物形成元素是可以形成各種類型的碳化物，其結(jié)合力的強弱依次為Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn和Fe等，除了形成Fe3C外，合金元素與碳結(jié)合形成特殊碳化物。合金碳化物有的比滲碳體硬度高、組織穩(wěn)定，具有比一般碳鋼更加耐磨的特點，通過適當(dāng)?shù)囊睙挕峒庸ず蜔崽幚?，以獲得要求的組織、形態(tài)、大小和碳化物的分布，就能充分發(fā)揮合金元素的作用。非碳化物形成元素在鋼中不能與碳化合，它們通常以原子的狀態(tài)分布于奧氏體和

鋁合金在剛淬火后，強度和硬度并不高，塑性很好；但放置幾天后，強度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯下降。鋁合金的這種淬火后力學(xué)性能隨時間延長而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時效硬化現(xiàn)象，這一過程稱為時效。鋁沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在近鋁端處亦沒有共析轉(zhuǎn)變，只有固態(tài)溶解度隨溫度變化的曲線。將鋁合金固溶處理時，高溫下的過飽和α固溶體被原封不動地保留到室溫。但是這種過飽和固溶體在室溫下處于不平衡狀態(tài)，有脫溶分解和析出強化相而趨于穩(wěn)定的傾向。隨著時間的延長，強化相逐漸脫溶而使合金強度硬度提高，即所謂時效硬化。時效有自然時效和人工時效兩種方式。

在金屬以及合金中，原子是依靠熱振動而進行規(guī)則的運動，從一個位置移動到另一個位置，即完成原子的遷移過程，通常稱為金屬以及合金的擴散。擴散是一個重要的現(xiàn)象，例如合金的均勻化、冷變形金屬的再結(jié)晶、鋼的化學(xué)熱處理等均是受到擴散過程的影響而完成的。在金屬晶體中的原子永遠在它的平衡位置上進行不停的熱振動，如果金屬中出現(xiàn)成分不均勻而有濃度梯度（或化學(xué)梯度）時，原子獲得了該位置的動能，從而發(fā)生原子有選擇性的遷移即擴散。金屬的擴散機理有以下幾種觀點。①交換  原子的擴散是通過與周圍原子位置的對換而進行的，該觀點未

鑄鐵是指含碳量大于2.11%的鐵碳合金，含碳量在2.11%～6. 67%鐵碳合金稱為生鐵。鋼與鐵的主要區(qū)別在于含碳量的不同，鋼的含碳量在0. 20%～2.11%，而合金鋼則是在碳鋼中加入合金元素構(gòu)成的鋼種，如鉻、鎢、鉬、釩、鈦、錳、硅等合金元素。鑄鐵中含有硅、錳、硫、磷等元素，常用鑄鐵的含碳量在2.5%～4.0%。其本身具有良好的流動性和成型性，成本低廉，因此廣泛用于機械制造業(yè)、交通運輸、冶煉等行業(yè)，例如機床床身、民用鑄鐵件、汽車發(fā)動機汽缸體、汽缸套、汽車的前粱和后橋、冶金工業(yè)中的鋼錠模、模底板、軋輥、軸承座、高壓

鍍鉻薄鋼板又稱鍍鉻無錫鋼板，簡稱鍍鉻板，是為節(jié)約用錫而發(fā)展的一種鍍錫板代用材料。(1)鍍鉻板的結(jié)構(gòu)鍍鉻板是由鋼基板、鉻層、氧化鉻層和油膜層構(gòu)成。(2)鍍鉻板的性能和使用情況①鍍鉻板的抗蝕性能比鍍錫板稍差。鍍鉻板的鉻層和氧化鉻層厚度比鍍錫板錫層和氧化膜層大20多倍，這薄膜不能保護鋼基免受強酸強堿的侵蝕，但對弱酸弱堿倒是能起保護作用。為保險起見，使用前必須內(nèi)外涂料。②鍍鉻板對有機涂料的附著力特別好，比鍍錫板對各種涂料的附著力普遍都增加3-6倍。例如環(huán)氧酚醛涂料214#，兩涂一烘，在鍍錫板表面附著力5～6MPa時已算良好

零件熱處理的主要目的是獲得所需要的金相組織和性能。將鋼加熱到一定溫度和保溫一定的時間，得到細小而均勻的奧氏體組織，隨后選擇不同冷卻方式和速度進行冷卻，可得到的組織和性能有很大的差異。因此掌握奧氏體在各種冷卻速度下的組織轉(zhuǎn)變特征，能幫助我們選擇合適的冷卻方法。鋼的加熱方式、加熱速度和保溫時間對奧氏體的晶粒度影響很大，因此在具體的零件的熱處理過程中要采取合理的措施，確保零件滿足熱處理的技術(shù)要求。隨著零件冷卻速度的加大，鋼的強度增加，而塑性和韌性明顯下降，因此把成分相同的材料同時加熱到奧氏體狀態(tài)，以不同的冷卻方法淬火處理

采用化學(xué)成分介于T7~T8鋼的熱軋方坯(90mm×90mm×120mm)鍛制直徑小于120mm鋼球用于球磨機，要求除表面硬度大于60HRC外，鋼球整體還應(yīng)具有一定的韌性。為簡化生產(chǎn)工藝，提高經(jīng)濟效益，采用鍛后余熱淬火熱處理。鋼球初鍛溫度為1050℃，終鍛溫度為850℃。鍛后利用鍛造余熱進行水淬，水溫40~60℃，淬火后開裂的鋼球超過50%。1．失效分析對料坯和開裂鋼球的斷面進行了宏觀檢驗。原材料方坯斷面平整，表現(xiàn)出明顯的脆斷特征。開裂鋼球的斷裂面位于鋼球的中心面上。斷面中間為木紋狀斷口，而在

零件設(shè)計時應(yīng)考慮有利于控制熱處理變形，考慮以下幾點：(1)盡可能避免截面相差懸殊的工件結(jié)構(gòu)圖1為一模具，材料為T10A，硬度要求58~62HRC。采用堿浴冷卻，則乙處有軟點；水淬油冷，則甲處變形嚴(yán)重。后改為圖2所示結(jié)構(gòu)，冷卻易于均勻。這時采用堿浴淬火，獲得了均勻的硬度，并克服了甲處變形嚴(yán)重的缺點。圖1       模具                        

鈦合金淬火和時效熱處理的目的是提高鈦合金的強度和硬度。α鈦合金和含β穩(wěn)定化元素較少的（α+β）鈦合金，自β相區(qū)淬火時，發(fā)生無擴散型的馬氏體轉(zhuǎn)變r→α′。α′為B穩(wěn)定化元素在α-Ti中的過飽和固溶體。α′馬氏體與α的晶體結(jié)構(gòu)相同，具有密排六方晶格。α′硬度低、塑性好，是一種不平衡組織，加熱時效時分解成α相和β相的混合物，強度、硬度升高。β鈦合金和含穩(wěn)定化元素較多的（α+β）鈦合金，淬火后β相變成介穩(wěn)定的β相，加熱時效時，介穩(wěn)定β相析出彌散的α相，使合金的強度和

根據(jù)生產(chǎn)工藝特點鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩種，而形變鋁合金又有熱處理不可強化的和熱處理能強化的鋁合金。(1)形變鋁合金它可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金等，它們具有各自的特點，應(yīng)用范圍有所不同。形變鋁合金經(jīng)過軋制、擠壓等熱態(tài)和冷態(tài)的壓力加工，制成板、棒、線、管等各種型材。①防銹鋁合金  屬于鋁-錳系和鋁-鎂系合金，具有適中的強度和優(yōu)良的塑性，良好的耐蝕性等。是可進行熱處理強化的鋁合金，用于制作耐蝕性好的容器、油箱、深沖零件等。其牌號用“LF”+一組

該類鋼均為高級優(yōu)質(zhì)合金鋼，其鋼號的表示方法同合金工具鋼和高速工具鋼一致，如5Cr21Mn9Ni4N、1Cr18Ni9Ti、1Cr23Ni13等。特殊性能鋼按性能分為不銹耐酸鋼、耐熱鋼兩類。①不銹耐酸鋼  是一類有一定的力學(xué)性能，保證有耐腐蝕性能的特殊鋼種，根據(jù)金相組織的類型分為以下五種。a．鐵素體型不銹鋼  為低碳鉻不銹鋼，含碳量低，含鉻量在13%~15%，多用于制作氣輪機葉片、硝酸工廠和食品企業(yè)的設(shè)備等。b．馬氏體型不銹鋼  為含碳較高的鉻不銹鋼，熱處理

鋼與鑄鐵是在機械制造中應(yīng)用最為廣泛的金屬材料，盡管鋼鐵的種類多、成分各不相同，但其共同點是以鐵和碳兩種元素為主而組成的鐵碳合金。Fe-Fe3C相圖是表示在極其緩慢加熱（或冷卻）情況下，不同成分的鐵碳合金在不同溫度下具有的狀態(tài)或組織的圖形，在鐵碳合金中，碳可以溶解在鐵中形成固溶體，也可與鐵組成化合物，而化合物與固溶體還可結(jié)合成機械混合物等，鐵碳合金中出現(xiàn)以下幾種基本組織。①鐵素體F  是碳溶解于α-Fe品格間隙中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格，含碳量愈低則鐵素體的數(shù)量越多，碳在α-Fe中的溶解度

(1)晶體結(jié)構(gòu)它反映了原子在空間中的排列情況，如果排列的密度大，則原子遷移需要克服的阻力增大，此時擴散系數(shù)減小，原子的擴散會異常地困難。而金屬中出現(xiàn)空位或點缺陷，則原子擴散的阻力減小，原子的遷移速度加快，擴散速度增大。實踐證明面心立方晶格與體心立方晶格相比排列密度大，因此γ-Fe的擴散系數(shù)比α-Fe小。(2)原子的尺寸在固溶體中溶質(zhì)與溶劑的原子尺寸差越大，則畸變能增大，使原子處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，原子的擴散阻力減小，從而加快了擴散的速度。(3)擴散系數(shù)和溫度原子的擴散規(guī)律為隨溫度的升高擴散系數(shù)增大，也就是說溫度升高，擴

金屬材料的固有屬性即物理性能，其主要包括密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等，它是金屬材料的基本性能，下面小編分別加以介紹。(1)密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量，單位為g/cm³（或kg/m³）。它是金屬材料的特性之一，不同金屬材料的密度是有區(qū)別的，密度越大則質(zhì)量愈大。常用金屬材料的密度見表1-1所列，通常將密度小于5×10³kg/m³的金屬稱為輕金屬，密度大于5×10³kg/m³的金屬稱為重金屬。測量金屬的密度可以鑒別和確定某

金屬材料的強度力學(xué)性能是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力，強度的大小用應(yīng)力來表示。依據(jù)載荷作用方式的差異，強度又分為抗拉強度(σb)、抗壓強度（σbc）、抗彎強度(σbb)、抗剪強度(τb)和抗扭強度(τt)等幾種，在多數(shù)情況下以抗拉強度作為判別金屬材料強度高低的指標(biāo)?？估瓘姸仁峭ㄟ^拉伸試驗而測定的，拉伸試驗用靜拉力對標(biāo)準(zhǔn)試樣進行的軸向拉伸，同時測量連續(xù)的力和相應(yīng)的伸長，直到斷裂為止。根據(jù)測定的數(shù)值即可求出有關(guān)的力學(xué)性能。①屈服強度（或屈服點）  試樣在拉伸過程中，在外力不再增加

金屬材料的韌性力學(xué)性能是指金屬材料抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力，目前常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定金屬材料的韌性。沖擊韌度是沖擊試驗缺口處單位橫截面積上的沖擊吸收功，表示為αk。其計算公式為：αk=Ak/S0    (1-5)式中αk-沖擊韌度，J/cm²；Ak-沖擊吸收功，J；S0-試樣缺口處的橫截面積，cm²。沖擊韌度越大則表示金屬材料的韌性越好，文獻[1]介紹承受沖擊載荷的機械零件，絕大多數(shù)是在一次沖擊不足以使零件破壞的小能量多次沖擊作用下而破壞的，此時的沖擊

金屬材料的工藝性能是對不同加工成型方法的適應(yīng)能力，它包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能和切削加工性能等，工藝性能對零件的加工質(zhì)量有直接的影響，因此在選擇和制訂其加工路線過程中要著重考慮工藝性能的問題，零件的加工或成型方法較多，在滿足設(shè)計和使用要求的前提下，盡可能的采用低的成本、簡單的工序等制造出合格的產(chǎn)品，小編分別敘述如下。(1)鑄造性能金屬或合金材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能，它包括流動性、收縮性和偏析傾向等幾個指標(biāo)。流動性是指液態(tài)或熔融金屬的流動性，也可說充滿鑄型腔的能力，它受金屬化學(xué)成分和澆注的影響

所謂疲勞是指金屬零件在交變應(yīng)力作用下，盡管零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過長時間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然完全斷裂的過程。衡量疲勞強度的重要指標(biāo)為疲勞極限，是指應(yīng)力低于一定值時，試樣可以無限周期循環(huán)而不破壞，此應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限，采用σ-1表示。實際上金屬材料的疲勞極限是有限度的，一般將黑色金屬應(yīng)力循環(huán)107周次，有色金屬、不銹鋼應(yīng)力循環(huán)108周次而不斷裂的最大應(yīng)力作為疲勞極限的，可以看出影響金屬的疲勞強度的因素很多，主要為工作條件、表面狀態(tài)、材料本身和殘余內(nèi)應(yīng)力等，因此通過改善零件的結(jié)構(gòu)形狀、降低零件表

鋼的化學(xué)成分決定了其具有不同的性能，在生產(chǎn)實踐中可根據(jù)鋼的用途進行分類，一般將鋼分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼三類。①結(jié)構(gòu)鋼  指鋼的含碳量不大于0.60%的低、中碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，多用于制造一般的機器零件（機器上的齒輪、軸、凸輪、鍵、標(biāo)準(zhǔn)件等）、機器構(gòu)件（氣輪機機架、起重機上的橫梁等）和各項工程上的金屬構(gòu)件（工業(yè)與農(nóng)業(yè)建筑鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)架、橋梁上的金屬結(jié)構(gòu)、鐵路道軌、機車構(gòu)件）以及彈簧等，它是用途十分廣泛的一類。結(jié)構(gòu)鋼具有足夠的強度和塑性、良好的沖擊韌性、焊接性能好，同時也易于進行切削加工

增碳缺陷主要發(fā)生在鑄鋼中，一般增碳質(zhì)量分數(shù)在0.08%~0.4%之間。消失模生產(chǎn)鑄鋼件時，鑄件會發(fā)生表面增碳、體積增碳、局部增碳等不同情況。鑄鋼件的增碳存在很大的不均勻性，相同鋼液成分的不同鑄件，相同鑄件的不同部位增碳量也是不同的。它和模樣材料、內(nèi)澆道位置、澆注速度的大小等有關(guān)。1．產(chǎn)生原因在澆注過程中，模樣在高溫鋼液的作用下發(fā)生熱解，部分熱解產(chǎn)物排出型外，另一部分熱解產(chǎn)物聚積在涂層和鋼液間或模樣與鋼液的間隙中。自由碳在鋼液和凝固界面上的擴散活力遠大于在充型和冷凝過程中的擴散系數(shù)，存在著碳向鋼液中的對流傳質(zhì)和擴散傳