碳是提高鋼的強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)，通過適當(dāng)?shù)囊睙?、熱加工和熱處理，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(qiáng)度和硬度并不高，塑性很好；但放置幾天后，強(qiáng)度和硬度會(huì)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(shí)間延長而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時(shí)效硬化現(xiàn)象，這一過程稱為時(shí)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(shí)，高溫下的過飽和α固溶體被原封不動(dòng)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(qiáng)化相而趨于穩(wěn)定的傾向。隨著時(shí)間的延長，強(qiáng)化相逐漸脫溶而使合金強(qiáng)度硬度提高，即所謂時(shí)效硬化。時(shí)效有自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種方式。

在金屬以及合金中，原子是依靠熱振動(dòng)而進(jìn)行規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，即完成原子的遷移過程，通常稱為金屬以及合金的擴(kuò)散。擴(kuò)散是一個(gè)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(kuò)散過程的影響而完成的。在金屬晶體中的原子永遠(yuǎn)在它的平衡位置上進(jìn)行不停的熱振動(dòng)，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(shí)，原子獲得了該位置的動(dòng)能，從而發(fā)生原子有選擇性的遷移即擴(kuò)散。金屬的擴(kuò)散機(jī)理有以下幾種觀點(diǎn)。①交換  原子的擴(kuò)散是通過與周圍原子位置的對換而進(jìn)行的，該觀點(diǎn)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(dòng)性和成型性，成本低廉，因此廣泛用于機(jī)械制造業(yè)、交通運(yùn)輸、冶煉等行業(yè)，例如機(jī)床床身、民用鑄鐵件、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(hù)鋼基免受強(qiáng)酸強(qiáng)堿的侵蝕，但對弱酸弱堿倒是能起保護(hù)作用。為保險(xiǎn)起見，使用前必須內(nèi)外涂料。②鍍鉻板對有機(jī)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(shí)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(shí)間，得到細(xì)小而均勻的奧氏體組織，隨后選擇不同冷卻方式和速度進(jìn)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(shí)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(qiáng)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(shí)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(jī)，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(jì)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(jìn)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(jìn)行了宏觀檢驗(yàn)。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(jì)時(shí)應(yīng)考慮有利于控制熱處理變形，考慮以下幾點(diǎn)：(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(diǎn)；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(shí)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(diǎn)。圖1       模具                        

鈦合金淬火和時(shí)效熱處理的目的是提高鈦合金的強(qiáng)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(shí)，發(fā)生無擴(kuò)散型的馬氏體轉(zhuǎn)變r(jià)→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(shí)效時(shí)分解成α相和β相的混合物，強(qiáng)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(shí)效時(shí)，介穩(wěn)定β相析出彌散的α相，使合金的強(qiáng)度和

根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)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(qiáng)化的和熱處理能強(qiáng)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(diǎn)，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(qiáng)度和優(yōu)良的塑性，良好的耐蝕性等。是可進(jìn)行熱處理強(qiáng)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(hào)用“LF”+一組

該類鋼均為高級優(yōu)質(zhì)合金鋼，其鋼號(hào)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(jī)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(jī)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(diǎn)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(jī)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(shí)擴(kuò)散系數(shù)減小，原子的擴(kuò)散會(huì)異常地困難。而金屬中出現(xiàn)空位或點(diǎn)缺陷，則原子擴(kuò)散的阻力減小，原子的遷移速度加快，擴(kuò)散速度增大。實(shí)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(kuò)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(kuò)散阻力減小，從而加快了擴(kuò)散的速度。(3)擴(kuò)散系數(shù)和溫度原子的擴(kuò)散規(guī)律為隨溫度的升高擴(kuò)散系數(shù)增大，也就是說溫度升高，擴(kuò)

金屬材料的固有屬性即物理性能，其主要包括密度、熔點(diǎn)、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(qiáng)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(qiáng)度的大小用應(yīng)力來表示。依據(jù)載荷作用方式的差異，強(qiáng)度又分為抗拉強(qiáng)度(σb)、抗壓強(qiáng)度（σbc）、抗彎強(qiáng)度(σbb)、抗剪強(qiáng)度(τb)和抗扭強(qiáng)度(τt)等幾種，在多數(shù)情況下以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬材料強(qiáng)度高低的指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度是通過拉伸試驗(yàn)而測定的，拉伸試驗(yàn)用靜拉力對標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行的軸向拉伸，同時(shí)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(qiáng)度（或屈服點(diǎn)）  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(yàn)來測定金屬材料的韌性。沖擊韌度是沖擊試驗(yàn)缺口處單位橫截面積上的沖擊吸收功，表示為αk。其計(jì)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(xiàn)[1]介紹承受沖擊載荷的機(jī)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(shí)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(jì)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(dòng)性、收縮性和偏析傾向等幾個(gè)指標(biāo)。流動(dòng)性是指液態(tài)或熔融金屬的流動(dòng)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(diǎn)，但經(jīng)過長時(shí)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(qiáng)度的重要指標(biāo)為疲勞極限，是指應(yīng)力低于一定值時(shí)，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(shí)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(qiáng)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(shí)踐中可根據(jù)鋼的用途進(jìn)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(jī)器零件（機(jī)器上的齒輪、軸、凸輪、鍵、標(biāo)準(zhǔn)件等）、機(jī)器構(gòu)件（氣輪機(jī)機(jī)架、起重機(jī)上的橫梁等）和各項(xiàng)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(jī)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(qiáng)度和塑性、良好的沖擊韌性、焊接性能好，同時(shí)也易于進(jìn)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?jǐn)?shù)在0.08%~0.4%之間。消失模生產(chǎn)鑄鋼件時(shí)，鑄件會(huì)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(kuò)散活力遠(yuǎn)大于在充型和冷凝過程中的擴(kuò)散系數(shù)，存在著碳向鋼液中的對流傳質(zhì)和擴(kuò)散傳