第3编 机械材料
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第１章 金属的性质 ································································· 92
１．机械性性质 ····························································· 92 ２．其他性质 ······························································· 93
第２章 金属材料 ··································································· 94 １．主要金属材料 ··························································· 94 ２．钢铁的分类 ····························································· 95 ３．炭素鋼 ································································· 95 ４．铸铁 ··································································· 96 ５．合金钢 ································································· 97
第３章 非铁金属材料 ······························································· 100
第４章 非金属材料 ································································· 101 １．木材 ··································································· 101 ２．混凝土 ································································· 101 ３．皮革 ··································································· 101 ４．橡胶 ··································································· 101 ５．合成树脂 ······························································· 101 ６．涂料 ··································································· 102 ７．纤维 ··································································· 102 ８．精制陶瓷 ······························································· 102
第５章 热处理 ····································································· 105 １．正火 ····································································· 105 ２．退火 ··································································· 105 ３．淬火 ··································································· 106 ４．回火 ··································································· 106
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第６章 表面硬化 ······························································ 109 １．表面效果的目的 ···················································· 109 ２．渗碳表面淬火法 ···················································· 109 ３．氮化法 ···························································· 109 ４．高频淬火法 ························································ 110 ５．火焰淬火法 ························································ 110
第７章 材料的符号的读法、表示方法 ············································ 111 １．钢铁符号的读法 ···················································· 111 ２．ＪＩＳ和ＴＭＳ（丰田规格）的符号比较表 ···························· 113
第１章 金属的性质
１．机械性性质 （１）强度
抵抗拉伸、压缩、弯曲等外力的性质
拉伸强度〔Ｎ／mm2〕 材料抵抗拉伸力的强度，常用于表示钢材强度。 压缩强度〔Ｎ／mm2〕 抵抗压缩力的强度
弯曲强度 材料在多大的力量下可以被折弯，抵抗这个最大荷重的强
度，多表现为抗折力。
（２）伸展率〔％〕
拉伸材料直至拉断，拉伸后的长度相对于原长度的比例 （３）硬度
金属材料的硬度是机械性质中最重要的性质，是了解其耐磨耗性的根据。硬度的程度表现为材
料撞击一定物体时的抵抗力的大小。其试验方法分为布氏、维氏、洛氏、肖氏4种规格。
（４）冲击值〔Ｊ〕
材料抵抗突然受到的压力的强度 （５）韧性
指粘性强度，抵抗冲击和弯曲等外力的反复破坏的性质。韧性大的物体冲击值也大。 （６）脆性
即使有强度和硬度，延性和冲击值小的材料具有脆性 （７）展性
经过打击、压延等作业，容易成为薄板的性质 （８）延性
能够拉长成为棒或线的性质
展性和延性 通常延性大，展性也大，但这两种性质并不一定平行。（表１－１）
表１－１ 延性和展性排名
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排名 延性 展性 １ 金 金 ２ 银 银 ３ 白金 铜 ４ 铁 铝 ５ 镍 锡 ６ 铜 白金 ７ 铝 铅 ８ 锌 锌 ９ 锡 铁 10 铅 镍 113
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（９）可锻性
锻造、压延、拉拔等作用下变形的性质 （10）可铸性
融化后流动性增加，能够成为铸件的性质。与可锻性是相反的性质。
２．其他性质 （１）导热度
传导热的容易程度，距离１㎝温度相差１℃的情况下，通过１cm2的横截面1秒钟所传递的热量。 〔导热度由大到小的顺序〕Ａｇ､Ｃｕ､Ａｕ､Ａｌ､Ｗ､Ｍｇ､Ｍｏ､Ｚｎ､铁（铜）、铸铁 （２）导电度
电容易通过的性质
〔导电度由大到小的顺序〕Ａｇ､Ｃｕ､Ａｕ､Ａｌ､Ｍｇ､Ｗ､Ｚｎ､Ｆｅ （３）磁性
带有磁力的性质，靠近磁石的时候，具有相互吸引的性质的叫顺磁性体，相互排斥的叫反磁性
体。
顺磁性体中有Ｆｅ､Ｎｉ､Ｃｏ､Ａｌ､Ｎａ､Ｋ､Ｐｔ等，反磁性体中有Ｃ､Ｐ､Ｃｕ、Ｂｉ､Ｓｂ､
Ａｕ等。
顺磁性体中，带有特别强的磁力的Ｆｅ､Ｃｏ､Ｎｉ叫做强磁性体，或者简单叫做磁性体。除此
之外的顺磁性体、反磁性体所带有的磁性都很微弱，因此统一叫做非磁性体。
（４）合金性
混合融化能够成为合金的性质。 （５）加工硬化
一般在常温下加工金属材料的话，硬度和拉伸强度会增加，相反、伸长和拉伸会减小，变脆。
这种性质叫做加工硬化。
冷加工和热加工 从其金属的再结晶温度（变形结晶变回正常组织的温度）到低的温度下
加工叫做冷加工，再结晶温度以上的加工叫做热加工。
冷加工影响到金属的机械性质 引起加工硬化 ① 强度、降伏点、弾性限度高。 ② 硬度増加。 ③ 伸长、拉伸減少。
第２章 金属材料
１．主要金属 从元素周期表来看，全部元素约80％为金属元素。但是，受到种种制约（资源量、利用技术、成本
等）的影响，能够成为各种构成物和部品的材料而被使用的金属，现在一般实际使用的金属种类并不多。
主要金属 如 表２－１ 所示。
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表２－１ 主要金属的性质
金属铝 锌 金 银 锡 钛 铁 铜 铅 镍 镁
一般纯金属富有柔软的延展性，但是有强度低的缺点。因此，利用金属作为材料的时候，除去特殊
情况，几乎没有直接使用纯金属的情况。
为了提高其金属性质弥补缺陷，大多数情况使其合金化后应用于实际。
名 元素 密度 3熔点 符号 [g/cm] [℃] Ａｌ Ｚｎ 2.7 7.1 特 征 660 比重轻，电、热的传导性良好。非磁性、柔软。 419 硬而脆，在电镀、压铸中被使用。 961 富有延展性，是金属中电、热传导性最好的。 232 熔点低，富有延展性，耐蚀性也相当好 1680 耐蚀、耐热性优越，比强度高于钢。 1536 在地壳中的存有量仅次于Al的最重要的金属。 1083 富有延展性，电、热传导性仅次于银。 327 柔软、強度低但耐蚀性良好。 1453 耐热、耐蚀性优越。强磁性 659 実用金属中最轻的，但活性大耐蚀性不好。 Ａｕ 19.3 1063 耐蚀性良好，是金属中具有最好的延展性的贵金属 Ａｇ 10.5 Ｓｎ Ｔｉ Ｆｅ Ｃｕ Ｎｉ Ｍｇ 7.3 4.5 7.9 8.9 8.9 1.7 Ｐｂ 11.3 115
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２．铁钢的分类 根据铁钢的成分，分类如下。
（１）（纯）铁：碳素量0.006～0.035％的铁
（２）碳素钢 ：包含碳素量0.035～1.7％的铁的碳素合金 （３）铸 铁 ：包含碳素量1.7～4.3％的铁的碳素合金
（４）合金钢 ：将碳素钢与１种以上的金属或非金属进行合金，对其性质进行了实用性的改善
３．碳素钢 （１）组成
碳素钢是，含有0.035～1.7％碳的Ｆｅ―Ｃ合金，在制造工程中必然会混入的微量Ｓｉ0.3％、
Ｍｎ0.2％～0.8％、微量Ｐ0.06％、微量Ｓ0.06％等不纯成分。
碳素钢的Ｃ含量不同，其机械性质也不同，分类如 表２－２ 所示。
（２）机械性质
一般碳素钢在200～300℃时，其拉伸强度和硬度最大，伸展和拉深度最小。并且冲击值在400～
500℃时为最小値。
因此，碳素钢在200～300℃时具有比在室温下要硬，并且脆的性质，因此加工时要避开这个温度。
并且，在此温度下由于氧化呈现出蓝色，叫做青热脆性。
蠕变限度，在温度上升到300℃以上的同时，碳素钢中含有的大量Ｓ（硫黄）急速减少，在赤热温度范围内变脆，高温加工中、容易沿加工方向成直角产生龟裂。这种现象叫做热脆性或高温脆性。 温度降到常温以下的话，随着温度的降低，拉伸强度、降伏点、硬度以及疲労限度都会增加，但是伸长、拉深以及冲击值会减少。特别是在冲击值开始急速下降的温度，Ｃ含量越来越少。温度达到零下时变脆的现象叫做低温脆性。
表２－２ 碳素钢的分类
种 类
（３）构造用碳素钢
碳素钢，从0.035％Ｃ非常软的到1.7％Ｃ非常硬的，其中Ｃ含量比较低的用于构造用材料，含量高的用于工具用材料。 用途有，棒钢、形钢、钢板、帯钢、线材、钢管等圧延钢材以及锻造品等，机械、建筑、桥梁、
铁道车辆、船舶等构造用材料，应用广泛。
（４）碳素钢铸钢
铸钢品多数由碳素钢作成。具有强韧性，因此作为机械部品应用广泛。 碳素钢铸钢品，按照Ｃ〔％〕含量分类如下。
极软钢 软 钢 半软钢 半硬钢 硬 钢 最硬钢 0.80～1.70 Ｃ量〔％〕 ＜0.12 0.12～0.20 0.20～0.35 0.35～0.50 0.50～0.80 116
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表２－３ 碳素钢铸钢品的规格（ＪＩＳ Ｇ ５１０１－１９６９）
拉 伸 试 验 种类 １种 ２种 ３种 ４种 符号 ＳＣ３７ ＳＣ４２ ＳＣ４６ ＳＣ４９ 降伏点 2拉伸强度 2伸展 〔％〕 26以上 24以上 22以上 20以上 拉深 〔％〕 35以上 35以上 30以上 25以上 摘 要 电动机部品用 一般构造用 一般构造用 一般构造用 〔Ｎ／mm〕 〔Ｎ／mm〕 180以上 210以上 230以上 250以上 370以上 420以上 460以上 490以上 Ｐ以及Ｓ含有量在0.05％以下 ① 低碳素钢：Ｃ＜0.2％ ② 中碳素钢：Ｃ0.2～0.5％ ③ 高碳素钢：Ｃ＞0.5％ 在表２－３种显示出生产量大的低碳素钢以及中碳素钢铸钢品的规格。
铸钢品的大部分，为了改善其机械性质比铸件状态要好，要进行正火，或者退火后使用。
４．铸铁 （１）普通铸铁（灰铸铁）是指
铸铁的定义是含有Ｃ1.7％以上到6.67％的铁合金，但一般所说的铸铁Ｃ含量限定在2.0～4.0％的范围。
（２）普通铸铁的特性
① 机械性质、物理性质的概要 １）压缩强度是拉伸强度的３～４倍。 ２）弹性系数低于钢。
３）导热性高于钢，特别是品种越低导热性越大。 ４）比电阻大，品种越低比电阻越大。 （３）耐磨损性
灰铸铁的耐磨损性一般良好，用于轴承、齿轮、汽缸、活塞环、工作机器头、制动片等用途广
泛。 （４）减震能力
灰铸铁具有这样的性质，如果受到振动，能够迅速吸收其能量。
这种特性叫做减震能力。石墨到结出粗大结晶的程度，减震能力提高，因此重视此功能的时候，
最好不要选择强度太高的品种。
钢的比减震能力为２～３％，与之相比，铸铁的比减震能力要大５～10倍。 （５）耐腐蚀性
灰铸铁的耐腐蚀性不好，特别是对于酸来说，可以说是完全不耐酸。
但是有例外情况，浓度在65％以上的浓硫酸会生成硫化铁的皮膜，耐腐蚀性很好。并且，耐碱
性很好，常用于火碱浓缩用或者溶解用的容器
对于水的耐腐蚀性和耐电腐蚀性也很好，要好于钢。因此常用于水管、水管阀门。
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５．合金钢 （１）组成
合金钢是指，在碳素钢中加入1种或多种合金元素，改善其性质，适用于各种目的的钢。 （２）合金的一般性质 ① 强度
一般拉伸强度比成分金属要大。 ② 硬度
虽然会增加，但是会因加工度、热处理而变化。 ③ 可铸性 一般变好。 ④ 可锻性 一般低下。 ⑤ 耐蚀性 一般会增加。 ⑥ 延性及展性 一般变差。 ⑦ 导热、导电度 一般大幅度减少。 ⑧ 熔化点
一般变低，熔汤流动变好。
偏析 － 金属材料的成分和不纯物在凝固时分布不均，产生部分浓度不同的现象
叫做偏析。
（３）合金钢铸钢
为了达到提高碳素钢铸钢性质的目的、也就是提高強度、耐蚀性、耐热性、耐磨损性，添加了各种金属而生产出来了合金铸钢。它分为低合金铸钢和高合金铸钢。 ① 不锈钢铸钢
不锈钢铸钢是指，放置在温度大约500℃以下的腐蚀物质环境中，具有耐腐蚀性质的铸钢。
高Ｃｒ系属于被称作13铬不锈钢的钢种，高Ｃｒ－Ｎｉ系属于18-8不锈钢的钢种，在耐蚀性方面比13铬系的耐腐蚀的范围更广。
含Ｍｏ多的对稀硫酸的耐蚀性强，切削性也好。并且，加入Ｃｕ的耐酸性更好。 ② 高锰铸钢
高Ｍｎ铸钢有含Ｍｎ11～14％、Ｃ0.9～1.3％を的钢种，耐受到冲击的磨损。因此，被广
泛用于耐磨耗的物品，多用于轨道交叉口、各种粉碎机的部品。
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表２－４ 主要合金钢的主要成分、特性、用途。
表２－４ 主要合金钢材一览表
名 称 铬 镍铬主成分〔％〕 钢 Ｃｒ１ Ｃｒ11～18 (不锈钢) 钢 Ｎｉ１～3.5 Ｃｒ１ Ｎｉ８、Ｃｒ18 (不锈钢) Ｎｉ0.4～4.5 镍铬钼钢 Ｃｒ0.4～1.8 Ｍｏ0.15～0.7 Ｃ 0.12～0.5 低高铬铬硅钨 高弹
速 簧度锰锰钼 钒 钢 Ｍｎ0.5～0.9 钢 Ｍｎ12 钢 Ｃｒ0.13～0.48 Ｍｏ0.2 钢 Ｃｒ１、Ｖ0.2 钢 Ｓｉ３ 钢 Ｗ１～８ 钢 Ｗ18、Ｃｒ４、 Ｖ１ 钢 Ｓｉ0.15～2.2 Ｍｎ0.30～1.0 （低锰结构钢） (哈德菲尔的高锰钢） 高温下强度大 焊接性良好 强韧、耐冲击。 电流损失少 软化、保持磁性。 赤熱硬化性 强韧、弾性限度大 曲轴、齿轮 弹簧、工具 发电机、变压器 切削工具 弹簧 最优秀的构造用钢 韧性大 淬火性大 弾性极限大 强度、硬度大 非磁性、耐磨损性 轨道、土建用、船舶用 曲线滑道、碎石机 高级内燃机的曲轴、其他主要机械部品 特 性 硬度大。 硬度、强度大。 耐有机酸、耐海水。 蒸汽涡轮的叶片 高级齿轮、餐具、 涡轮的叶片 用 途 轴承球、滚子 耐蚀性大（18－８钢） 需耐蚀部品 硬度大、高温下不可錾子、磁石 119
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＜课题＞２－１
接触实物，观察并理解。
将以下金属材料的序号填入表中的（ ）内。
50〔㎜〕 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 10〔㎜〕 50〔㎜〕 ( )
１ 铸件 ２ 铝 ３ 铁 ４ 铜 ５ 不锈钢 ６ 黄铜
第３章 非铁金属材料
非铁系金属材料，使用量少，与铁系材料不能相比，但是种类繁多，活用各自的特征被广泛应用。 表３－１中为主要种类。
表３－１ 非铁系材料的主要种类
大分类 铜铝构造用材料 镁锌合合金 金 中分类 合合金 金 种类、特征、用途等 黄铜（Ｃｕ－Ｚｎ）、青铜（Ｃｕ－Ｓｎ）、铝青銅（Ｃｕ－Ａｌ）、洋白（Ｃｕ－Ｎｉ－Ｚｎ）等多种合金。 Ａｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｎ系等多种类，用于建筑、汽车、电气用等。 有Ｍｇ－Ａｌ系、Ｍｇ－Ｚｎ系等。在轻量化方面是很适合的材料，但是比铝成本高，所以很少使用。 用于压铸有Ｚｎ－Ａｌ系、Zｎ－Ａｌ－Ｃｕ系。熔点低、铸造性优越，机械性质也好。 120
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钛不用合金化强度也很高，耐蚀、耐热性优越。合金的话一般添加Ａｌ和Ｖ。 能够分为Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｐｂ系、Ａｌ系。Ｃｕ系和Ａｌ系适用于高速高荷重。Ｓｎ－Ｐｂ系被称为白合金，用途广泛。 主要为Ｎｉ基和Ｃｏ基的合金，在其中添加Ｃｒ和Ｆｅ等合金元素。 Ｐｂ－Ｓｎ系的焊锡、Ｐｂ－Ｓｂ－Ｓｎ系的活字用合金，还有熔点更低的Ｂｉ系合金。 导电用有纯铜和纯铝，电阻线有Ｃｕ－Ｎｉ系、Ｃｕ－Ｍｎ－Ｎｉ系等的合金，电热线有Ｎｉ－Ｃｒ系合金。 以钨为主题，将粉末材料成形焼結制作出来。用于工具和耐磨损机械部品。 已开发的Ｔｉ－Ｎｉ系、Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ系、Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ系等，一部分应用于实际。 钛 轴承用合金 耐热用合金 低熔点合金 特殊用途材料 电气用材料 磁超性硬材合料 Ｎｉ－Ｆｅ合金的强磁性铁镍合金应用于磁心材料等。 金 形状记忆合金
第４章 非金属材料
１．木材 木材作为木型以及辅助构造材料被使用。
表４－１ 木型用木材
木 材 扁杉 樱 ２．混凝土 ３．皮革 将生皮涂上丹宁等，具有耐水、耐蚀、耐油、耐磨损耗性。 ４．橡胶 （１）硫化橡胶（天然橡胶）
由橡胶树液中取得的生橡胶，在其中加入硫黄和添加剂加工而成的，普通的天然橡胶基本上是 硫化橡胶。 ① 性质
１）富有弹性和柔软性，随时间推移发生老化现象。 ２）热和电气的不良导体
特 征 （价格） 用 途 日本白松 有粘性，易加工 柏 致密、易加工 质软、易弯曲 致密、强韧 日本厚朴 质地均匀、易加工 （廉 价） 普通木型用 （廉 价） 稍微坚硬的木型用 （昂 贵） 复杂的小型木型用 （廉 价） 大型木型用 （昂 贵） 复杂的长时间使用的木型用 121
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３）耐水性大、具有耐药性，缺乏耐油性。 ４）防音、吸振作用优越。 ② 用途
作为皮带、垫圈、软管、轮胎、内胎等缓冲防震材料，在工业中被广泛使用。
硬质橡胶 硬橡胶是代表。在橡胶中加入大量硫黄（15％～35％），长时间加热制成的。 硬而脆，但加工性良好，电气绝缘性大，具有耐油性、耐热性、耐老化性。
对化学药品也很强。被广泛应用于电气部品的绝缘材料。
（２）合成橡胶
替代天然橡胶，化学合成的橡胶。有丁晴橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶等多个种类。根据其性质，
被广泛应用于不同领域。一般比天然橡胶更具有耐油性、耐热性，不易老化。
５．合成树脂 合成树脂（塑料）是化学合成的高分子有机化合物的总称，有非常多的种类。大体分类的话，可分
为热可塑性塑料和热硬化性塑料２种。 （特征）
① 比重小。（1.05～1.35）
② 具有耐油、耐酸、耐碱、耐药品性。 ③ 电气绝缘性良好。 ④ 塑性大 ⑤ 具有不可燃性。 （１）热可塑性塑料
常温下为固体，加热后软化流动。但是，冷却后会变回原状。代表有氯乙烯、苯乙烯树脂、聚
乙烯等。
氯乙烯由 ― 由乙炔气、氯化氢构成。 ① 性质 １）強度大 ２）富有加工性。
３）耐蚀性、耐酸性、耐水性良好。 ４）具有电气绝缘性 ② 用途
电气部品、电气绝缘物、机械部品、建材、胶卷、薄板、塑料模型、粘着剂、纤维品等 （２）热硬化性塑料
成形之前为液体、粉末状，加热成形后硬化，冷却后也不会变回原状。
代表有酚醛树脂（胶木）、尿素树脂（脲醛树脂）、聚醛、聚氨基甲酸乙脂等。
酚醛树脂（胶木） ― 也叫做酚醛塑料，由石炭酸、甲酚等，与福尔马林发生反应得到的。 ① 性质
１）电气绝缘性好。 ２）具有耐热性、耐蚀性。 ３）硬，抗冲击、抗弯曲能力强。 ② 用途
多用于电气机械的绝缘部品，也被使用在纺织机械等机械部品的容器上。 ６．涂料 122
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涂装的目的是，与外界隔离，保护物体表面，赋予色彩、光泽的美化效果。 ７．纤维 棉、麻、合成纤维等的纤维质物品。 ８．精制陶瓷 （１）陶瓷的定义
陶瓷这个词是指，陶磁器、玻璃、砖等窑业制品的意思，自古一直在使用。与金属、塑料等组
成３大材料。并且，是由金属元素和非金属元素组合而成的化合物，是非金属无机固体材料。
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这种窑业制品的主要成分为珪石、粘土等的珪氧化合物，将这些烧制坚固后，珪石本来就具有
的耐热、耐蚀、硬质的特性没有损失，还能得到足够的強度。完善其缺点，作为新素材而开发出来的就是精制陶瓷。
（２）精制陶瓷的定义
为了增加陶瓷的強度，最初使用的是氧化铝（Al2O3），将这种原料的高纯度粉末的成形物烧制
坚固，可以制造出在此之前没有的高強度陶瓷。之后，假如各种人工无机物质为原料，可以制作出各种特征的陶瓷。这样利用了高纯度物质所具有的特性所制作出来的叫做精制陶瓷。
要给精制陶瓷下定义的话，「将高纯度的人工粉末在严密的控制下，成形、烧结而成的非金属无
机质固体材料」。
（３）精制陶瓷的特征 陶瓷具有金属材料和有机材料没有的特征。这些特征是 ① 能够在高温下使用。 ② 电气绝缘性良好。 ③ 高強度。 ④ 富有耐磨性。
⑤ 对酸・碱的耐蚀性优越。 等等。
相对于陶瓷，精制陶瓷是更加能够发挥这些特征的制品。（表４－２）
表４－２ 精制陶瓷的一般性质
材 料 Al2O3（氧化铝） MgO(氧化镁) SiO2（石英） ZrO2（氧化锆） 3Al2O3・2SiO2（莫来石） MgO Al2O3（尖晶石） ZrO2・SiO2（锆石）
熔点 最高使用温度 莫 氏 热膨胀系数 〔℃〕 2,050 2,800 ― 2,600 1,830 2,110 2,420 〔℃〕 1,950 2,400 1,200 2,500 1,800 1,900 1,870 （氧化气流中） 硬 度 〔×10-7／℃〕 9 6 7 7～8 8 8 7.5 80 140 5 100 45 90 55 〔℃〕 热冲击抵抗性 20～1,500 良好 20～1,400 不好 20～1,000 优良 20～1,400 普通 20～1,300 良好 20～1,250 不好 20～1,200 良好 124
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（４）精制陶瓷的用途
氧化物系陶瓷（Al2O3、 ZrO2等），因为其本身是烧结性良好的物质，通过常压烧结能够得到陶
瓷。非氧化物系陶瓷（Si3N4、SiC等），是不易烧结物质，研究、开发了很多众烧结方法。其种类有，反应烧结法、常压烧结法、气氛加压烧结法、热冲压法等多种方法。
通过这些烧结法得到的烧结体的用途如下。
① Al2O3････ 滑动部品、喷嘴、切削工具 ② Si3N4 ････ 高温用、汽缸套、涡轮叶片
③ SiC･･････ 高温用、涡轮叶片、机械密封、热交换器 ④ ZrO2･････ 切削工具、剪刀
第５章 热 处 理
将金属材料经过加热、冷却等操作，调整材质的作业叫做热处理。 １．正火 正火是指，由于锻造时过热产生的粗大结晶组织或者铸造组织被细微化，并且通过低温加工、从高温急冷等去除内部应变，使金属材料的材质呈现标准状态的作业。 其方法有，将金属加热之各自合适的温度，在此温度下保持一段时间后取出放在空气中冷却的普通
正火，以及放入坑和箱子中慢慢冷却的2段正火。 ２．退火 退火是指，①除去内部应变或以软化为目的的情况，②调整结晶组织的情况，将材料加热到适当的温度，保持一段时间后，在炉中慢慢冷却的操作。 （１） 除去内部应变或以软化为目的的情况 —— 低温退火
经过低温加工的材料内，或者铸物等存在内部应力,这些产生不好的影响的时候，黄铜为180～200℃，铁铸物为450～550℃，加热数十分钟，去除内部应力，变为没有内部应力的稳定物。
其次，作为通过低温加工将硬化物软化的方法，钢在600～700℃下加热后渐冷后，被软化并且
被切削性良好。
（２）调整结晶组织的情况
在压延、锻造时，将过高温长时间加热后结晶粒粗大化的物质，利用其变态点，在高于变态点
30～50℃的高温下加热，保持次温度一定时间后，渐冷后可以使粗大组织细微化。这叫做完全退火。图５－１所示 完全退火。
ＴＡ
Ａ３－１
临界区域 炉冷
火色消失
（黑皮温度）
温度550〔℃〕
空冷・水冷125 炉冷 设保Ｃ 机械材料
图５－１ 完全退火
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３．淬火 钢的淬火是，将加热奥氏体急冷，阻止珠光体变态，将其变为珠光体的热处理。
通常、淬火是指金属急冷后被硬化的热处理。但是，钢之中，也有像Ｍｎ－Ｃｒ－Ｍｏ钢和Ｃｒ－Ｎｉ－Ｗ钢这样从淬火温度拿到空气中冷却后缓慢冷却法也可硬化的。钢材其质量越大，淬火效果越小。这种影响到淬火効果的质量的影响叫做钢的质量效果。 ４．回火 淬火后的钢虽然很硬但是很脆。并且，即使没有发生淬裂，也会产生会导致淬裂内部应力，因为不
稳定而有回复稳定状态的趋势。将这种一次淬火的材料再加热的热处理叫做回火，为了去除淬火后的钢的内部应力增加粘性强度，加热至适当的温度后冷却。
一般淬火硬化后的钢，硬度比回火（在400～600℃温度下的回火，叫做调质处理）低，脆性被减轻，
韧性变强。（图５－２）
通常，回火要在加热后放在空气中冷却，合金钢中有些材料在空气中放冷后会变脆。这叫做回火脆
性。这种情况必须在回火温度下急冷。
并且，高速度钢和高锰钢等在回火后硬度会增大。
図５－２ 回火后的钢的机械性质 回火温度 〔℃〕
〔Ｎ・ｍ〕
〔％〕〔Ｎ／mm２〕
伸长拉伸强度ブリネル硬度 127
冲击值 设保Ｃ 机械材料
表５－１ 符合目的的材料处理方法
目 的 材 料 钢 变软 钢合金 轻合金 材 料 处 理 方 法 退火･･････完全退火 ２段退火・低温退火 退火･･････500～600℃加热 退火･･････200℃加热 ① 低温退火･･････加热到450℃以上 除去内部应力（应急反应） 钢 ② 荷重加热法････････在施加外力的同时 加热到350～500℃
③ 喷丸硬化 非铁合金 低温退火･･････200～300℃加热 ① 正火･･････普通正火・２段正火 钢 变硬 铜合金 ② 淬火････････普通淬火・时间淬火 分级淬火 奥氏体等温淬火 ① 溶体化处理后・时效 ② 常温加工后・低温退火 ① 正火 ② 调质处理（淬火・回火）･･････ＨＢ500为止 ① 淬火・回火･･････ＨＢ500・ＨＲＣ45 ② 常温加工和低温退火（发蓝处理） 低温退火硬化･･････退火温度225℃ ① 淬火・回火（调质处理） ･･････ＨＢ500・ＨＲＣ45・13700Ｎ／mm 钢 提高疲劳限度 适用于喷丸硬化 ② 表面淬火･･････高频淬火・火焰淬火・盐浴渗氮 ・浸炭淬火 非铁合金 ① 溶体化处理后・时效 ② 常温加工硬化 ① 完全淬火・回火(调质处理) 耐冲击 为防止低音脆度 防止磨耗
钢 钢 钢 ･･････ＨＢ350～500(注意回火脆度) ② 奥氏体等温淬火･･････ＨＲＣ45～50 完全淬火・回火（调质处理）･･････ＨＢ350～500 ① 淬火・低温回火･･････150～200℃ ② 表面淬火・低温回火 ･･････高频淬火・浸炭淬火・火焰淬火 ２Ａl合金 溶体化处理后・时效（常温或100℃时效） 变强 钢 非铁合金 溶体化处理后・时效 提高弹簧性 钢 铜合金 128
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〈课题〉５－１
测定材料的硬度。
首先，使用简易硬度计（硬度计）测定生材和热处理（淬火）过的物质甲、乙。
第１次 生材 甲 乙
测定值 第２次 第３次 第６章 表面硬化
１．表面硬化的目的 表面硬化的目的是，将铁钢质的机械构造部材表面硬化，能够使其耐磨损、能够承受局部压力或反复的负荷。
并且作为表面硬化的优点，能够防止钢在淬火时发生淬裂的危险。
例如，覆盖机械部品全部断面的淬火硬化，由于淬火在表面产生拉伸应力，这与表面存在的材料缺
陷很容易造成淬裂，渗碳淬火可以在表面产生压缩压力，因此比较不容易发生淬裂。
２．渗碳表面淬火法 碳含量多的话比较容易淬火，在利用能够得到硬度的方法时，在要求硬度的加工物体表面浸入碳元
素，增加其表面的碳含量（渗碳）进行加硬淬火的方法叫做浸碳淬火。
在进行渗碳时，用低碳素钢（0.23％Ｃ以下）制作所需要的形状，只留下要进行渗碳的部分，其他 部分镀铜或者涂抹渗碳防止剂，在渗碳剂中加热。这样可以只使必要的部分渗碳增加碳素含量，淬 火后得到硬度。渗碳法中有固体渗碳法、气体渗碳法、液体渗碳法。 ３．氮化法 129
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将工件放入密闭的容器中，加热至500～600℃，使氨气流经，表面浸入氮。如果使用铝铬钼钢，可 以得到比渗碳更加坚硬的氮化铁（ＦｅＮ）。虽然这种方法要花费很长时间（25～100小时），但处 理温度低，因此尺寸偏差最小，氮化后也不需要淬火。并且，氮化用钢中含有Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、 Ｖ等，Ａｌ、Ｃｒ可以提高硬度，Ｃｒ可以加深硬化层。Ｍｏ有在中心部硬度低下时抑制退火脆性 的效果。具有温度上升硬度也不会降低的特征。 氮化钢有铝铬钼钢１种（ＳＡＣＭ１）。
〔用途〕柴油机构的喷射喷嘴、柱塞、主轴、球轴承、量块等 高级品。
（１）与渗碳表面淬火法相比氮化法的特征 ① 虽然硬化层潜，但是表面硬度高，耐磨损性优越。
② 没有淬火的必要。并且没有渐冷时热处理产生的应变、淬裂的危险。 ③ 600℃以下的温度，硬度不会下降，也不会被氧化。 ④ 冲击抵抗性显著下降，因此不适合做刀具。 130
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４．高频淬火法 将数〔千Hz〕～数〔兆Hz〕的高频电流通过符合加工物体形状的线圈，使之产生涡电流，利用这 个热度急速加热在冷却的淬火方法。 作为高频淬火用的材料，表面硬度要足够，并且不容易发生淬裂的材料。通常使用C含量0.4～0.45％ 左右的碳素钢或者低合金钢。由于是急速加热淬火，淬火组织非常细小，与普通的淬火相比表面硬 度高。但是，退火硬化抵抗小，再加热后硬度下降显著。
高频淬火，提高表面硬度，提高耐磨损性，改善耐疲劳性的效果也很好。这是因为在表面产生了残
留压缩应力。 ５．火焰淬火法 0.4～0.6％Ｃ的碳素钢在热处理的作用下，粘性 增强，并且能够变得相当硬。使用构造用碳素钢 或者构造用合金钢制作部品时，只在必要的地方 使用氧和乙炔混合的气体急速加热。这样表面在 变成奥氏体的时候，用水或者其他冷却剂冷却的 话，只有这一部分被淬火硬化。这就是火焰淬火 法。硬化的深度为1.5～５mm左右。 方法如图６－１所示。
図６－１ 火焰淬火法
第７章 材料符号的读法、表示方法
１．钢铁符号的读法 钢铁材料的规格分为两大类，铁和钢。铁可分为铣铁、合金铁以及铸铁。钢可分为普通钢、特殊钢
以及铸锻钢。进一步细分，普通钢按形状可分为条钢、厚板、薄板、钢管、线材以及线，特殊钢可 按照性状分为強韧钢、工具钢、特殊用途钢。
钢铁符号也是按照上述规格进行分类的，如果能够记住各个分类的符号也就是以下各项的话，能够
容易得分清ＪＩＳ符号。
（１）第１位的符号肯定是Ｓ(Steel：钢)或者Ｆ(Ferrum：铁)。
例外① ＳＰ镜铁（Spiegeleisen）、ＳｉＭｎ硅锰(Sillicon Manganese) ② Ｓ※※Ｆ 热轧硅钢板（ＳはSillicon）
（２）第２位的符号、也就是Ｓ或Ｆ后面的符号，大多数按照如下类别赋予符号。 Ｐ：Plate （薄板） Ｕ：Use （特殊用途） Ｔ：Tube （管） Ｃ：Casting （铸造） Ｋ：Kogu （工具） Ｆ：Forging （锻造）
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例外① 构造用合金钢类（例如 镍铬钢）使用ＳＮＣ这样的添加元素的符号。
② 普通钢钢材中，条钢、厚板（例如 锅炉管用钢材）使用ＳＢ这样表示用途的英文
首字母。
（３）第３位的数字，大多数由1位或2位数字，其它通常由Ａ、Ｂ、Ｃ･････････来表示。 例外① 机械构造用碳素钢钢材 Ｓ※Ｃ（※※碳素量）
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表７－１ 钢铁符号分类一览表
分类 规格名称 符号 ＳＳ 分类 规格名称 弹簧钢钢材 特 殊 不锈钢棒 汽车构造用热轧钢材以ＳＡＰＨ 构造 及钢帯 用 钢 机械构造用碳素钢钢材 研磨棒钢用一般钢材 冷轧钢板以及钢帯 薄钢板 热轧软钢板以及钢帯 铝铬 钼钢钢材 铬钼钢钢材 构造用 合金钢 铬钢钢材 镍铬钢钢材 镍铬 钼钢钢材 钢钢材 特 殊 含硫易切削钢 用途钢 高碳素铬轴承钢
Ｓ※※Ｃ ＳＧＤ ＳＰＣＣ ＳＰＣＣＴ ＳＰＣＤ ＳＰＣＥ ＳＰＣＥＮ ＳＰＨＣ ＳＰＨＤ ＳＰＨＥ ＳＡＣＭ ＳＣＭ ＳＣｒ ＳＮＣ ＳＮＣＭ ＳＭｎＣ ＳＵＭ ＳＵＪ 灰铸铁品 球状石墨铸铁品 黒心可锻铸铁品 铸铁 白色可锻铸铁品 珠光体可锻铸铁品 ＦＣ ＦＣＤ ＦＣＭＢ ＦＣＭＷ ＦＣＭＰ 锻 钢 碳素钢锻钢品 ＳＦ 工具钢 耐热钢 耐热钢棒 耐热钢板 碳素工具钢 中空钢钢材 合金工具钢 高速度工具钢钢材 碳素钢铸钢品 铸 钢 不锈钢铸钢品 耐热钢铸钢品 用途钢 热轧不锈钢板 冷轧不锈钢板 ＳＵＳ－ＣＰ ＳＵＨ－Ｂ ＳＵＨ－Ｐ ＳＫ ＳＫＣ ＳＫＳ ＳＫＤ ＳＫＴ ＳＫＨ ＳＣ ＳＣＳ ＳＣＨ ＳＵＳ－ＨＰ 符号 ＳＵＰ ＳＵＳ－Ｂ 合金铁 一般构造用圧延钢材 机械构造用锰钢以及锰铬ＳＭｎ 133
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２．ＪＩＳ和ＴＭＳ(丰田规格)的符号比较表
表７－２ 符号比较表
种 类 ＪＩＳ 符号 S10C SS330 SCr430 SCM430 钢 材 SNCM431 SUH3 SUJ1 SWRM6 SWB SWP A 铸铁铸钢 FC150 FCD400 BC6 非铁铸物 PBC2A ADC1 WJ1 TCUP1-0 铜・铜合金 TCUW1-C BSW1-0 PBP1-0 PBB1-H 铝 ・ 铝
细节部分， JIS请参照JIS手册｢钢铁・非铁｣、TMS请参照技术标准缩小版之｢金属材料篇｣。
A1100P-0 A1100BE-F 材料名称 机械构造用碳素钢材 一般构造用压轧钢材 铬钢 铬钼钢 镍铬钼钢 耐热钢 高碳素铬轴承钢 软钢线材 硬钢线 钢琴线 灰铸铁品 球状石墨铸铁品 青铜铸物 磷青铜铸物 铝合金压铸 白合金 韧铜板 韧铜线 黄铜线 磷青铜板 磷青铜棒 铝板 铝棒 符号 S10 SS330 SCr30 SCM30 SNCM30 SUE3 SUJ1 SWRM6 SWB SWP A FC150 FCD400 BC6 PBC2A ADT2 WJ1-A TCUP1-0 TCUW1-0 BSW1-0 PBP1-0 PBB1-H A1100P-0 A1100BE-F ＴＭＳ（丰田） 材料名称 机械构造用碳素钢 一般碳素钢 铬钢 铬钼钢 镍铬钼钢 耐热钢 轴承钢 线材 硬钢线 钢琴线 灰铸铁 球状石墨铸铁 青铜铸物 磷青铜铸物 铝合金压铸 轴承用白合金 韧铜板 韧铜线 黄铜线 磷青铜板 磷青铜棒 铝板 铝棒 A1070TD-H14 铝无缝管 A1070TD-H14 铝无缝管 A1100BR-H14 铝铆钉材 合 金 A1100BR-H14 铝铆钉材 134
＜课题＞７－１
回答以下问题。
① 18－８不锈钢 18和８的意思
18
８
② 0.4～0.6〔％〕的碳素钢 0.4～0.6的意思
③ 请写出一下材料的名称
Ｓ４５Ｃ
ＳＣｒ２０
ＳＫ３
ＳＣＭ４０
ＦＣ１５０
④ ＳＳ４５的意思 Ｓ
Ｓ 45
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