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1 of be of be a  or of a In of of it is in if to at in of my is in  (a)  (b) (c) is is to a is is or is or of be is If no is as to is a be At or a is 0a or is be to of as to so it is to be in is to be as an a of   be in is to of be be in as 2 It is of to a be in or is be in to it is to do a of at of to it to be by of of At to be be in As it is of of be In to is in it of of of is of of of be to it is as is of a as of an A of it in in (a) to (b) to is to of as in of  (e) of 3 or to (d) e) by to do An of to is no of as to be in of by it is a of of  a or in a so as to or  of as in is of as or by he is TT in a of of To IT is at a is at to of  It is 23 C? it is To to a  of to it is to of at on a as be as  at of to to at  at M 4 of n in of in or be to by of of am to 80 of a to a 0 F?  00 F? 8 C?  6 C? ) is by in to at as by is as a of to or is by as or is a a of to at a by at a It is to to in or in of  5 is of of as  of or or to to it is is to is is by s a on of is of a or by in a or in 5%5%in an or or  of a on of of  of In a it is to a is to of of of  In of of or to is 3000 F?  05 C? ). a of of  no 00 F? (150 C? ). be or be of be is by to  to on 6 is of is to to as or is to to to is a to an is by at a to of  7 材料選擇與熱處理  近些年來，工程材料的選擇已經顯得非常重要。此外．選擇過程應該是一個對材料的連續(xù)不斷的重新評價過程．新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數量可能會減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經常會對材料 選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會要求使用不同的材料．來自國內和國際競爭、對產品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力．都會促能人們對材料進行重新評價。由于材料選用不當造成的產品責任訴訟，已經產生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關系已經被人們認識得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質量的前提下獲得滿意的結果，設汁工程師和制造工程師都必須認真仔細地選擇、確定和使用材料。  制造任何產品的第一步工作都是設汁。設計通?？梢苑譃閹讉€明確的階段：(a)初步設計； (b)功 能設汁； (c)生產設計。在初步設計階段，設計者著重考慮產品應該具有的功能．通常要設想和考慮幾個方案，然后決定這種想法是否可行；如果可行，則應該對其中一個或幾個方案作進一步的改進。在此階段，關于材料選擇唯一要考慮的問屬題是：是否有性能符合要求的材料可供選用；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內研制出一種新材料。  在功能設計或工程設計階段，要做出一個切實可行的設計。在這個階段要繪制出相當完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機或者實物模型，并對其進行試驗，評價產品的功能、可靠性 、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗可能會表明，在產品進入到生產階段之前，應該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點做為不認真選擇材料的借口。應該結合產品的功能，認真仔細地考慮產品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有樣機時．所選用的材料應該和其在生產中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術。這樣做對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據預期的銷售量經濟地制造出來，或者是樣機與正式生產的裝置在質量和可靠性方面有很大不同．則這種樣機就沒有多大的價值。設計工程師最好能在這一階段全部完成材料的分 析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產設計階段去做。因為，在生產設計階段材料的更換是由其他人進行的．這些人對產品的所有功能的了解可能不如設計工程 8 師。  在生產設計階段中，與材料有關的主要問題是應該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設備相適應，能夠利用現(xiàn)有設備經濟地進行加工，而且材料的數量能夠比較容易地保證供應。  在制造過程中，不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料作一些更改的情況。經驗表明，可以采用某些便宜材料作為替代品．然而，在大多數情況下，在進行生產后改換材料要比在開始生產前改換材料所花費的代價要高．在生產設計階 段做好材料選擇工作，可以避免大多數的這種材料更換情況。在生產制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當然，這些新材料可能降低成本、改進產品性能。但是，必須對新材料進行認真的評價．以確保其所有性能都滿足要求。應當時刻牢記．新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產品失效和產品責任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前．沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。  產品的責任訴訟迫使設計人員和公司在選擇材料時，采用最好的程序。在材料選擇過程中，五個最常見的問題為： (a)不了 解或者不會使用關于材料應用方面的最新和最好的信息資料： (b)未能預見和考慮產品可能的合理用途 (如有可能，設計人員還應進一步預測和考慮由于產品使用方法不當造成的后果。在近年來的許多產品責任訴訟案件中，由于錯誤地使用產品而受到傷害的原告控告生產廠家，并且贏得判決 )； (c)所使用的材料的數據不全或者有些數據不確定，尤其是當其長期性能數據是如此的時候； (d)質量控制方法不適當和未經驗證； (e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。  通過對上述五個問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結論。對這些問題的分析研究可 以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇辦法也不能避免發(fā)生產品責任訴訟，設計人員和工業(yè)界按照適當的程序進行材料選擇，可以大大減少訴訟的數量。  從上面的討論可以看出，選擇材料的人們應該對材料的性質，特點和加工方法有一個全面而基本的了解。  普遍認同的對金屬及合金熱處理的定義是，以一定的方式加熱或冷卻固態(tài)金屬或合金以達到一定的條件和／或獲得某些性能。以熱加工 (如鍛造 )為目的的加熱，不在此定義之列。同樣地，有時用于生產諸如玻璃或塑料制品的熱處理也不屬于該定義的范疇．  相變曲線  熱處理的基礎是時間 相變曲線，即 線， 3 個參數都繪制在一個圖中。根據曲線的形狀特點，分別稱為 c 曲線或 s 曲線。   9 為了繪制 線，將特定的鋼置于給定溫度下，以預先確定的時間間隔檢查其結構，記錄發(fā)生相變的量。我們知道共析鋼 (平衡條件下，在 723℃以上時全為奧氏體，而低于此溫度，則為珠光體．為了形成珠光體，碳原子將產生擴散形成滲碳體。擴散是一種漸進過程，需要足夠的時間完成奧氏體向珠光體的轉變。對于不同的樣品，可以記錄下在任一溫度時產生相變的量，然后把這些點繪制在一條以時間和溫度為坐標軸的曲線上。通過這些點就可以得 到如圖 1所示的共析鋼的相變曲線。左邊的曲線表示任一給定溫度下奧氏體開始轉變?yōu)橹楣怏w所需要的時間。類似地，右邊的曲線表示相變完成所需要的時間。兩條曲線之間是表示部分相變的點。兩條水平線燈 (和材 f 表示馬氏體轉變的開始和結束。   圖 1 共析鋼的等溫轉變曲線  熱處理工藝的分類  在某些場合熱處理過程可以根據其工藝和應用明確地區(qū)分開來。而在另一些場合，因為同樣的工藝常?？梢杂脕磉_到不同的目的，因此對該術語的說明和簡單的解釋是不夠的。例如：消除應力的熱處理和回火處理常 常使用同樣的設備、同樣的時間和溫度循環(huán)來實現(xiàn)，但這兩種工藝的目的是不同的。  下面對主要熱處理工藝的描述大體上是按其相互關系來安排的。  正火；把鐵類合金加熱到指定的相變溫度上限以上 (通常 50? 或28~56℃ )的合適溫度．接下來在不流動的空氣中冷卻到至少比相變溫度低得多的某 — 溫度。對于低碳鋼，得到的結構和性能與完全退火相同．而對于大多數鐵類合金，正火和退火意義不同。  正火一般作為起調節(jié)作用的熱處理工藝，特別是用于細化在鍛造或其他熱加工工藝中經受了高溫 的鋼的晶粒．正火處理之后通常還要接著進行淬火、退火或回火等進行奧氏體化。  退火：熱處理的一個通用術語，指的是加熱到一定溫度并保溫，然后以合適的速度冷卻，主要用于降低金屬材料的硬度，同時在其他性能或顯微組織方面產 10 作一些理想的變化。這種變化的目的是改善其機械加工性、便于冷加工 (被稱為中間退火 )，改善機械或電性能，或增加工件的尺寸穩(wěn)定性，但也不僅僅局限于此．如果僅僅用于消除應力，就叫做去應力退火，與應力消除熱處理是同義詞．  當“退火”這個術語用于鐵類合金而又無其他限制條件時，指的是完個退火。這種處理是把合金加熱到 其相變溫度以上，再進行循環(huán)冷卻以便硬度下降最大。冷卻過程的變化范圍較大，要看具體合金的成分和特性。  淬火；把鋼或合金浸沒在液體或氣體介質中，從奧氏體化溫度下快速冷卻。常用的淬火介質有水、 5％的鹽水、 5％的堿性水溶液、油、聚合物溶液和氣體 {常為空氣或氮氣 )。  對淬火介質的選擇主要取決于材料的淬透性以及被處理的材料的質量 (主要是淬火部分的厚度 )。  上面列出的各種淬火介質的冷卻能力有很大的區(qū)別．在選擇淬火介質時，最好避免選擇比達到預期效果所需的冷卻能力更強的溶液，從而盡量降低處理零件開裂或變形的可能性．淬火包括直 接淬火、噴霧淬火、熱淬火，分級淬火、局部淬火、噴射淬火和限時淬火。在本章最后的術語表中對這些術語進行了定義．  回火；在鐵類合金的熱處理中，回火指的是把奧氏體化和淬硬的鋼或鐵再加熱到預先設定的相變溫度下限以下的某一溫度 (通常低于 13000F 或 705℃ )?；鼗鹛峁┝双@得各種綜合機械性能的方法．用于淬硬鋼的回火溫度通常低于 300 F? {150℃ )。不要把回火與中間退火或去應力退火混淆。即使 3 種處理方法的時間和溫度循環(huán)可能相同，但是被處理的材料的狀態(tài)和目的可能是不同的 。  去應力退火：與回火相似，去應力退火總是把鋼和鐵加熱到相變溫度下限以下的某一溫度．對于有色金屬，這個溫度可以是稍高于室溫，也可以達到幾百度，取決于合金的種類和期望去除的應力的大?。? 去應力退火的主要目的是消除在模鑄、軋制、機加工、焊接等過程中在工件中產生的應力。通常這一過程是把工件加熱到預先設定的溫度并保持足夠長的時間來降低殘留的應力 (這是一個與時間和溫度有關的工序 )．接下來，以比較慢的速度冷卻以避免產生新的應力。