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恢复原有公称尺寸的修理在修理实践中是应用最广的一种方法。
实行这种方法时，完全采用了机件修理的一般工艺方法：
焊接、电镀、金属喷镀、机械加工和钳工工作。
在修理冶金机械零件时焊接是应用很广的方法之一，50%以上的机件可用焊接修理。
它大大地简化和加速修理工作，在很多情况下，它是完成修理工作的主要方法。
在修理工作中常遇到的焊接工作有三种：
焊接、堆焊和补焊。
损坏的机件的焊接主要是将机件中已磨损或损坏的部分切除，然后焊上新的部分，并使保持机件原有形状和尺寸。
堆焊是机件磨损表面焊上一层金属，这样不仅恢复原有尺寸，并提高了耐磨性。
焊补是将机件损坏的孔洞、裂纹或其它类似的缺陷全部或部分地进行修补工作。
电镀和金属喷镀主要是修复机件的磨损表面以恢复其原有的尺寸。
有机械加工和钳工方法修理机件以恢复其原有的尺寸和形状主要有：
用镶配修理套管、套筒、环或螺塞；
有的单面磨损与对称的机件经过不大的加工后，可以将它移置和翻转后继续使用；
此外，对称强度要求不高的机件可用螺钉。
铆钉和销钉补缀裂纹，用各种万能胶来胶结金属材料，用油灰来填补各种器壳、容器和盖子等壁上裂纹、缩孔和其他缺陷。
用塑性变形有修理方法可以修复机件的磨损、凹陷、弯曲等缺陷，在修理时常在加热或加热的情况下利用机件金属的变形，使被挤压的金移向机件磨损部分，磨损量和弯曲扭转变形较小的以及薄壁机件用冷塑性变形和冷矫正。
第二节钢铁材料
（一）金属材料的力学性能
机械设备的一些零、部件往往受到不同性质的外力作用，使这些零、部件引起拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等变形，由于外力的作用结果会产生一定的破坏作用，因此，制作零、部件使用的金属材料必须具有抵抗外力的能力，以不致于发生破坏或过度变形，这种能力通常称为金属材料的力学性能（又称机械性能）。
为了衡量金属材料的力学性能，在检验过程中，规定了一些项目作为衡量标准。
在机械设备安装工程中主要应用的有下列几项：
1、应力与强度金属材料在外力作用下，在其内部单位面积上所产生的内力称为应力，依其性质不同，有拉应力、压应力、剪应力等。
应力的使用单位是公斤/厘米2或公斤/毫米2。
金属材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为强度。
根据外力性质不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。
金属材料的强度是衡量材料性能的一个重要指标。
2、疲劳金属材料在受重复或交变应力作用下，循环一定周次后断裂时所能承受最大应力称为疲劳强度。
此时的周次称为材料的疲劳寿命。
金属材料的疲劳强度往往比单方面受力的强度低得多。
3、韧性与脆性金属材料对冲击负荷的抵抗能力称为韧性，根据测定时的温度不同，冲击韧性可分为低温冲击韧性和高温冲击韧性。
金属材料的冲击韧性随温度下降而降低的性质称为冷脆性。
4、硬度金属材料抵抗另一较硬物体压入的能力称为硬度。
常用的有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、肖氏硬度（HS）等。
硬度与材料强度大体成正比关系，材料的硬度越大，强度越高。
5、弹性金属材料在外力作用下发生了变形，当外力去掉后，仍能完全恢复原形状的性能，称为弹性。
6、热膨胀性金属材料大都有热胀冷缩性能。
为了衡量膨胀的程度，可用线膨胀系数来表示，就是每升1℃时，材料伸长值为原来长度的比值，用下式表示：
l
K=
L（T2–T1）
式中K——线膨胀系数；
L——原件长度；
T1T2——末温度与原温度
i——膨胀长度
几种主要金属材料的线膨胀系数如表所示：
几种主要金属材料容重、熔点及线膨胀系数
名称
容重（吨/米2）
熔点（℃）
线膨胀系数
钢
7.85
1350～1400
0.000012
灰口铸铁
6.60～7.40
1200
0.000011
黄铜
8.20～8.85
950
0.000019
青铜
7.50～8.90
900
0.000018
锡基轴承合金
7.34～7.75
185～241
铅基轴承合金
9.33～10.67
181～244
（二）钢铁材料分类
钢铁材料由于所含化学元素的品种及数量不同，因而表现了不同的性能。
钢铁材料是铁与碳的合金，含碳量在1.7%以上称为生铁，含碳量在1.7%以下称为钢。
钢铁产品牌号的表示方法有两种：
一种是汉字牌号，它是用汉字（符号）和阿拉伯数字来表示；
另一种是汉语拼音字母（符号）或国际化学符号和阿拉伯数字来表示。
牌号中符号部分表示的意文有两方面：
1、产品的名称、用途、冶炼方法和浇注方法，用汉字缩写或汉语拼音字母表示；
2、产品主要元素用中文名称或国际化学符号表示。
牌号中数字部分表示的意文也有两方面：
1、产品的顺序号；
2、产品中主要元素的含量。
（三）钢铁的化学特性
为了调整钢铁材料的性能,在冶炼时特别加入一些元素,或设法除去一些有害元素,用以提高强度，改善力学性能，或提高抵抗腐蚀的能力。
例如钢含碳量多时强度高，但脆性增加；
含碳量少时强度低，但塑性好。
又如钢中加入大量的铬钢就不生锈，成为不锈耐酸钢等等。
影响钢的力学性能的元素主要有碳、硅、锰、硫、磷等五种，碳、硅、锰可提高钢的强度和硬度，但塑性及韧性降低。
硫为有害元素，硫与铁化合成硫化铁，在热加工时由于硫化铁熔融，往往造成裂纹，这种现象称为热脆。
磷虽可提高强度和硬度，但冷加工时往往脆裂，这种现象称为冷脆。
因此，在材料标准中对硫磷的含量都作了限制。
（四）铸铁
铸铁是由高炉冶炼出来的生铁经过配料并加以熔化浇铸而成的。
铸铁也是铁碳合金，它除了铁、碳以外，还包含有硅锰、硫、磷等元素。
铸铁的用途比较广泛，如机械设备中的一些机座、工作台、缸体、轧辊等等，大多用铸铁制成的。
铸铁所以应用广泛，主要是它有良好的铸造性、切削加工性、耐磨性和减震性等特点，而且价廉。
但铸铁也有其弱点，它的强度比钢低，塑性、韧性也比较差。
铸铁主要有以下几种：
1、白口铸铁，含有大量的碳化铁，断面呈银白色，故称白口铁。
这种铸铁质硬性脆，不易加工，因此主要用于炼钢、制造可锻铸铁和一些不需加工的铸铁。
2、灰口铸铁，含有大量的片状石墨，断面呈暗灰色，有时甚至呈黑色，故呈灰口铁。
灰口铸铁铸造容易，便于加工，性脆、强度比较低。
多用于不需要高强度与硬度的铸件上。
灰口铸铁用符号“HT”表示，是灰、铁汉字的汉语拼音的一个字母，如HT15—32表示灰铸铁抗拉强度是15公斤/毫米2。
抗弯强度是32公斤/毫米2。
3、可锻铸铁，将白口铸铁加以特殊的石墨化退火（可锻处理）后，就得到可锻铸铁（俗称马铁）。
可锻铸铁不能锻造，但它的韧性较灰口铸铁好，能承受一定的冲击负荷，多用于铸造机械零件和管子配件。
可锻铸铁用符号“KT”表示，是可、铁二字汉语拼音第一个字母。
4、球墨铸铁，是在铁水中加入适量的镁，使片状石墨结晶成球状石墨，即成球墨铸铁。
球墨铸铁的铸造性、切削加工性、减磨性都比灰口铸铁好，同时又具有钢的高强度性能。
由于具有以上一些优点，球墨铸铁广泛应用在机械制造工程中制造性能要求较高的铸件，如曲轴、活塞、齿轮等。
球墨铸铁的缺点是：
熔炼和铸造工艺要求较高，减震性能也不如灰口铸铁。
球墨铸铁用符号“QT”（球、铁）另加强度值数字表示。
（五）钢
工艺用钢种类很多，按国家标准有三种分类方法：
1、按冶炼方法分，有平炉钢、转炉钢和电炉钢、普通碳素钢和低合金钢都是平炉和转炉生产的，合金钢大多是电炉冶炼的。
2、按用途分，有结构钢、工具钢、特殊钢等。
3、按化学成分分，有碳素钢（普通碳素钢、优质碳素钢）与合金钢等。
合金钢又因所加元素不同，有锰钢、硅锰钢等等。
（1）普通碳素钢普通碳素钢按其含碳量多少，分为低碳钢（含碳量在0.25%以下）、中碳钢（含碳量在0.25—0.55%之间）、高碳钢（含碳量在0.6%以上）。
低碳钢强度硬度较低，
而塑性、韧性较好；
中碳钢具有较好的综合机械性能；
高碳钢强度、硬度较高，塑性、韧性较低。
按照国家标准，普通碳素钢分为三类：
甲类钢是按照钢的机械性能供应的，不保证化学成分，这种钢使用时一般不再进行压力加工和热处理。
它用符号“A”表示，从A0到A7（如A3称为甲类3号钢），数字号码越大，含碳量越高，因而强度置高，硬度越大，但塑性、韧性相应减弱。
甲类钢主要用于机械结构和建筑材料，其机械性能及用途如表所示：
甲类钢机械性能及用途
号
机械性能
用途举例
σs（公斤/毫米2）
不小于
σb
（公斤/毫米2）
δ5
（%）
δ10
按尺寸分组
一组
二组
三组
A0
A0F
—
≥32
22
18
用于受力不大的零件，如水和煤气管钢筋，地脚螺栓、螺母、垫片、铆钉、焊接件及冲压件（容器、设备壳体）等，其中以A3钢较为常用。
A1
A1F
32～40
33
28
A2F
20
19
34～42
31
26
A3
24
23
38～40
41～43
44～47
27
25
21
A4
A4F
42～44
45～48
49～52
用于承受中等外力的零件，如螺钉、螺杆、轴、链轮、连杆、农机零件等
注：
1、F表示沸腾钢；
2、δ5δ10指试件标距长度L与试件直径d的比值为5及10。
乙类钢是按照钢的化学成分供应的，不保证机械性能，使用这类钢时，往往要经过锻造和热处理。
乙类钢用符号“B”表示，从B0到B7，其含碳量如表所示：
乙类钢的含碳量
钢号
B0
B0F
B1
B1F
B2
B2F
B3
B3F
B4
B4F
B5
B6
B7
含碳量（%）
≤0.23
0.06～0.12
0.09～0.15
0.14～0.22
0.18～0.27
0.28～0.37
0.38～0.49
0.50～0.62
特类钢既保证机械性能又保证化学成分，兼有甲乙两类钢性能，用符号“C“表示，从C1到C5。
普通碳素钢大多轧制成各种形式的钢材，如角钢、槽钢、工字钢、钢管、圆钢或线材等。
为了识别钢材的品种，在普通碳素钢钢材上涂以不同颜色的油漆标志，例如3号钢涂红色，5号钢涂绿色等。
（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢含硫、磷量较少、强度高、塑性也较好。
一般用于制造比较重要的机械部件，也可用来制造工具、刃具等，常轧制成不同的型材供应。
优质碳素结构钢分为较低含锰量和较高含锰量两类，牌号用数字表示，例如“15“（通称15号钢）表示含碳量为0.15%的优质碳素钢，”15Mn“表示含碳量为0.15%的较高含锰量优质碳素钢。
（3）碳素工具钢碳素工具钢主要用来制造工具、刃具、量具及模具。
硬度高、耐磨性好。
这种钢分优质和高优质两种，用途相似，但用高优质碳素工具钢制作的工具寿命长，价格也贵。
碳素工具钢符号“T“另加含碳量的数字表示。
例如T7及T7A分别表示含碳量为0.7%的优质及高优质碳素工具钢。
碳素工具钢应经淬火热处理才能使用，淬火温度760～820℃。
（4）合金结构钢合金结构钢是在钢中加入一种或多种元素，而以主要元素命名的，例如加入锰而成锰钢，加入铬而成铬钢，加入硅和锰而成硅锰钢等等。
牌号由碳及其它元素的含量来表示。
例如15Mn2表示含碳量为0.15%，含锰量小于2%的锰钢。
27SiMn表示含碳量为0.27%的含有硅锰元素硅锰钢。
合金结构品种繁多，一般都有较高的强度、较好的韧性、耐磨性等。
根据品种性能不同，在机械制造上广泛用来制造零件。
合金中如果铬含量达到12～14%（与其它元素组合时可达19%）时，则具有耐腐蚀性而成为不锈耐酸钢。
不锈钢耐酸、碱腐蚀，广泛用来制造耐腐蚀的零件、罐体、管道等。
为了节约价格昂贵的铬、镍等金属，根据我国的资源特点，尽量做到不用镍和少用铬，而发展一些含硅、锰、钒、硼等我国实产元素的新钢种。
如普通低合金钢16Mn以及合金结构钢40MnVB就是属于这类新钢种。
它们的强度比碳素钢高，塑性、韧性都较好，冷弯性、可焊性也好，一般用来制造建筑材料和机械零件。
（5）合金工具钢常用的合金工具钢有铬工具钢、高速工具钢等。
牌号也是用含碳量和其它主要元素含量表示。
铬工具钢耐磨性好、硬度高、可淬性好，但韧性差。
可以用来制造冷冲模标准齿轮、卡规、量具、样板、钻头、铰刀、车刀、刨刀等。
高速工具钢一般称为锋钢，也就是钨工具钢。
这种钢硬度高、韧性差，但有一种特殊性能，即赤热硬度（当温度升高至600℃时硬度不会降低），用它可以作刃具。
它的型号很多，淬火温度是1240～1285℃，用油作冷却剂。
（6）硬质合金硬质合金是指钨钻合金及钨钻钛合金，一般统称为硬质合金。
硬度高、耐磨性好，热硬性比锋钢更好，当温度高达900℃时，硬度仍不变。
可作各种刀具，作刀头时，是用铜焊或银焊，将硬质合金刀片焊到刀杆上。
第三节钢铁的火花鉴别及热处理
（一）钢铁的火花鉴别钢铁材料在砂轮上磨削时，随着材料品种的不同，散发出的火花形状也不一样。
在施工现场鉴别钢材的品种时，可以用砂轮磨削的方法，根据火花的形状，大致可确定钢材的品种。
火花的各部名称可参看图3-1，进行火花鉴别时应保持较暗的光度，不然就看不清楚。
钢材接砂轮磨削时，手的压力要适宜。
一般软钢的火束长约50厘米，中碳钢以上的钢及合金钢的火束长约30厘米。
钢材鉴别主要根据流线的颜色、形状、长短，节花的有无与形状及尾花形状来判定。
现将经常使用的几种钢铁材料的火花图形分述如下：
低碳钢：
花量极少，芒线二、三叉呈星形，花形小，
叶较粗而亮，流线带橙色而稍暗，
火束细长，全体带橙色（图3-2）
图3-2低碳钢火花图3-1火花的各部名称
中碳钢：
芒线十数叉，
花呈星形，在花尖上更有小花及花粉发生，花数约占全体二分之一以上，火束较上者稍明亮而粗，火花盛开如（图3-3）
图3-4高碳钢火花图3-3中碳钢火花
高碳钢：
火束粗而短，小碎花极多，光度较上者为暗，碎花极为美丽（图3-4）
（二）钢的热处理钢的热处理就是根据钢本身具有的特点，使它在固态下，采用不同温度进行加热，保温和冷却来改变钢的内部组织结构，进而改善钢的性能，提高钢制品质量的一种重要工艺方法。
在制造和修理工具时，大多是用热处理的方法来提高工具的质量，延长工具的使用期限。
因此，必须很好地了解热处理的基本知识，正确选用热处理方法，才能收到良好的效果。
以下介绍几种热处理方法：
一、淬火：
钢件加热到某一温度时，内部结构便会改变，这个温度称为临界温度。
将钢材加热到临界温度以上，然后放入水、油、空气中急骤冷却，提高钢的强度、硬度，增加钢件的坚固性、切削性，这种热处理操作称为淬火。
因各种钢材的成分不同，所以淬火所需的温度也不一样，如碳素钢淬火时加热温度为740～850℃；
合金钢加热温度为680～950℃；
高速钢加热温度为1300～1350℃。
淬火温度的高低应以仪器来测定。
但在现场进行热处理时，钢件的温度控制往往是靠颜色来鉴别。
当钢件在温度变化时，颜色也随着变化。
钢件温度与颜色的关系，可参考下列数值：
暗中透出微亮的颜色
500～520℃
浅红色
900℃
暗褐色
600℃
橙黄色
950℃
红裼色
650℃
黄色
1000℃
暗樱红色
700℃
浅黄色
1050℃
樱红色
750℃
黄白色
1100℃
浅樱红色
800℃
白色
1200～1400℃
红色
850℃
明亮夺目的白色
1500℃
为了正确掌握淬火这一热处理方法，必须严格遵守以下规定：
1、必须保证钢件的淬火温度，当未达到要求温度时，要继续加热并保持一定的时间，然
后才可放入适当的冷却剂中。
2、在保证钢件有足够硬度的前提下，淬火的温度越低越好，这也是比较理想的淬火温度，在此温度一能得到较好的硬度和韧性。
3、直径大于5～10毫米的普通碳素钢用水冷却、尺寸较小的用油冷却。
温度在550～600
℃时，油的冷却性能不大，必须用水，但在200～300℃时，较小的冷却速度用油可以减少钢件变形。
4、长而薄的钢件（如锯片等）淬火时最好固定在铁板中间，以减少变形。
5、钨钢制成的工具可在水中冷却，细薄工具要在油中冷却。
6、高速切削钢刀具淬火时，加热温度要提高到接近开始融合的程度。
二、回火：
粹火虽能提高钢的硬度，但钢件经淬火后，内部产生应力及其它不良性能（如增加脆性等）。
为此，在淬火后将钢件再加热到临界温度以下的适宜温度，然后按适合的速度慢慢冷却，达到消除内力提高韧性的目的，这种热处理方法称为回火。
为了避免回火后冷却时产生裂纹，因此加热温度不可太快，一般应根据钢件的主要用途来确定回火温度及冷却速度。
回火温度一般分为三种情况：
第一种是低温回火，加热温度为150～250℃，目的是开始消除内部应力，提高钢件的韧性；
第二种是中温回火，加热温度为350～450℃，目的是进一步消除内应力，提高钢件的韧性；
第三种是高温回火，加热温度为500～680℃，目的是消除全部内应力，并具有很高的硬度和耐磨性。
一般碳素钢回火温度150～200℃，高速钢560～580℃，在空气中冷却。
结构钢一般在600～650℃温度下进行回火。
含铬和锰的特殊钢，在600～650℃回火慢慢冷却，以免产生脆性和降低韧性。
三、退火与正火
把钢件加热到临界温度以上的退火温度，然后在炉中或绝热物体中缓慢冷却下来，称为退火。
退火或以调整钢材内部组织，增加塑性、韧性，改善加工性能。
钢件加热后，保温一定时间，在空气中慢慢冷却，使钢材恢复到正常的细小而均匀的组织，称为正火。
正火与退火的区别是冷却速度不同，正火冷却速度快，加热温度有时也高于退火温度。
以上介绍的淬火、回火、退火、正火方法都是从整体发生变化，因此又称整体热处理。
但在机械制造工业中，往往有些零、部件（如齿轮、曲轴、凸轮、轴销子等）要求表面与内部具有不同的性能，表面要求有较高的硬度与耐磨性，而其内部只具有一般硬度和较高的塑性、韧性，在这种情况下通常采用表面热处理的方法。
表面热处理有两种：
表面淬火及化学热处理（渗碳、氮化、氧化等）。
表面淬火是把钢件表层快速加热到淬火温度（加热方法可用火焰加热或感应加热），立即迅速冷却，使表面得到较高和硬度和耐磨性。
表面处理后为了消除内应力，可进行低温回火。
下面介绍简单的热处理实例——錾子。
錾子多用碳素工具钢制成。
淬火前先要将錾子磨好，然后在炉中将錾刀加热，随着温度增高，錾子的颜色逐渐变化，当加热到樱红色至浅樱红色之间时，将錾子从炉中取现，立刻将刀尖垂直于水平插入温水中，水平要平静，錾刀入水深度以4毫米左右为宜。
錾刀入水后要沿水面移动，这样錾刀周围的水不会火热，大体上可以保持水温不变。
待錾刀冷却后从水中取出，这时錾刀刀尖呈白色，但錾子本身却没有冷却。
錾刀离水后，錾体的热量迅速的向刀端传导，使刀端逐渐变色，由白而黄、由黄而紫、由紫而蓝。
变色的过程就是回火的过程。
根据硬度需要，当錾刀变到某一颜色时，将錾子再投入水中冷却，使它的颜色不再变化，而得到所需硬度。
颜色的变化以錾刀为黄色时投入水中所得的硬度大，紫色其次，蓝色则更小。
几种钢的热处理指标如表3-5所示。
几种钢的热处理指标表3-5
钢种
钢号
零件
热处理
抗张力
硬度
（HB）
方法
温度（℃）
介质
碳素钢
30
拉杆、轴、汽缸
正火
860～880
空气
48
170
40
齿轮轴
淬火
回火
830～850
580～640
水
60
192～228
45
齿轮、水泵
840～860
54
65
58
207
192～235
217
合金钢
35Mn2
曲轴
800～820
620～640
80
83
255～302
30Cr
轴
850～870
550～570
油
73
241
212
30Mo
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