熱處理基本知識

1、2.3 機械工程材料及鋼的熱處理機械工程材料及鋼的熱處理n金屬材料的機械性能及工藝性能n金屬材料的熱處理及零件表面處理n常用金屬材料n常用非金屬材料n選用材料的一般原則金屬材料的機械性能及工藝性能金屬材料的機械性能及工藝性能n金屬材料的機械性能 金屬材料的機械性能主要是指在外力作用下表現(xiàn)出來的特性。 如：強度、剛度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等。強度n強度：是指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。 強度極限 和屈服極限 是表征強度的主要性能指標。 屈服極限是材料發(fā)生塑性變型時的應力； 強度極限是材料發(fā)生斷裂時的應力。bs剛度n剛度：是指材料抵抗彈性變形的能力。 彈性模量E:在彈性變形范圍內，應力與應

2、變的比值E為常數(shù)，稱為彈性模量； 彈性模量E是表征材料剛度的主要性能指標。塑性n塑性：是指在外力作用下，金屬產(chǎn)生塑性變型而不產(chǎn)生斷裂的能力。工程上一般用材料被拉斷后所留下的殘余變形來表示材料的塑性，一般用兩個指標來表示：n延伸率：n收縮率：%1001lll%1001AAA硬度n硬度：材料抵抗壓入物壓陷的能力，即材料對局部塑性變形的抵抗能力。工程上常用的洛氏硬度和布氏硬度分別為：HRC和HBC。韌性和疲勞強度n材料抵抗沖擊載荷和變載荷的能力。 韌性：在沖擊載荷作用下，材料抵抗破壞的能力。 疲勞強度：金屬材料受到交變載荷作用時會產(chǎn)生交變應力，即使其應力未超過屈服極限，但當應力循環(huán)次數(shù)增加到某一數(shù)值

3、N后，材料也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象，叫金屬的疲勞。疲勞曲線n材料承受交變或重復應力與其斷裂前的應力循環(huán)次數(shù)N之間的關系曲線，稱為疲勞曲線。循環(huán)次數(shù)N應力107金屬材料的工藝性能n是指金屬材料所具有的能夠適應各種加工工藝要求的能力。n金屬材料常用的加工工藝方法：鑄造、壓力加工、焊接、切削加工等。各種工藝方法對材料提出的要求各種工藝方法對材料提出的要求n鑄造：將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中，待其凝固后而得到的一定形狀和性能的鑄件的方法。 鑄造性：是指澆注時液態(tài)金屬的流動性、凝固時的收縮性和偏析傾向等。 灰口鑄鐵和青銅有良好的鑄造性能。n鍛造性：是指材料在壓力加工時，能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能

4、。 低碳鋼的鍛造性好，鑄鐵沒有鍛造性。n焊接性：是指材料在通常的焊接方法和焊接工藝條間下，能否獲得良好焊縫的性能。 低碳鋼的焊接性能好，鑄鐵的焊接性能差。n切削加工性：是指對材料進行切削加工的難易程度。 灰口鑄鐵具有良好的切削加工性。金屬材料的熱處理與零件的表面處理金屬材料的熱處理與零件的表面處理n鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)范圍內施以不同形式的加熱、保溫和冷卻，從而改變（或改善）其組織結構，以達到預期性能的操作工藝。n熱處理不改變工件形狀，只改變內部組織結構，以獲得不同的機械性能。n鋼的熱處理可以改善鋼的加工工藝性能、提高鋼的機械性能、增加壽命、耐磨性等。熱處理方法：n1、退火：將鋼件加熱到臨界溫

5、度以上2030度，經(jīng)保溫一段時間后隨熱處理爐（或埋入石灰石、沙中冷卻）緩慢冷卻至500度以下，然后在空氣中冷卻。n目的：降低鋼的硬度，改善切削性能；細化鋼的晶粒，減少組織的不均勻性，消去工件在鍛造、鑄造中出現(xiàn)的內應力。n2、正火：將鋼件加熱到臨界溫度以上3050度，保溫一段時間后從爐中取出在空氣中冷卻。n目的：正火和退火相似，但正火后機械強度略高。n3、淬火和回火n淬火是將工件加熱到臨界溫度以上3050度，保溫一定時間，然后在水或鹽水或油中急速冷卻。n目的：提高鋼的硬度和強度。但急速冷卻引起內應力，使鋼變脆，所以淬火后必須回火，以得到較高的強度、硬度和韌性。n回火：將淬火后的工件加熱到臨界溫度

6、以下，保溫一定時間后在空氣或水或油中冷卻。n目的：硬度、強度略有降低，但消除了內應力和脆性。n調質：淬火高溫回火，可以使鋼材獲得良好的綜合機械性能。表面化學熱處理n化學熱處理是將鋼件放在某種化學介質中，通過加熱、保溫、冷卻的方法使介質中的某些元素滲入鋼件表面，改變了表面層的化學成分，從而使其表面具有與內部不同的特殊性能。一般都是使表面獲得高硬度、高疲勞極限，以及耐磨、防腐蝕性能。 滲碳n將低碳鋼工件放在大量含碳的固體（木炭粉和碳酸鹽）或氣體（天然氣、煤氣等）介質中，加熱到850950，保溫一段時間，使碳擴散到鋼表面層內，使表面層的含碳量達到0.8%1.2%。再經(jīng)淬火和低溫回火，從而獲得高硬度和

7、耐磨性。氮化n將鋼件放入含有氮的介質或利用氨氣加熱分解的氮氣中，加熱到500620，持續(xù)保溫2050小時，使氮擴散滲入鋼件表面層內。經(jīng)氮化處理的鋼件不再經(jīng)淬火便具有很高的表面層硬度及耐磨性，并大大提高疲勞極限、耐腐蝕性能及耐熱性。 金屬零件的表面處理n表面處理是在金屬表面附上一層覆蓋層，以達到防腐、改善性能及裝飾的作用。通常分電鍍、化學處理和涂漆三種。電鍍n電鍍是應用電解原理在某些金屬（或非金屬）表面鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。n分為：鍍鉻 、鍍鎳 、鍍鋅 化學處理n金屬零件表面的化學處理主要有氧化和磷化。n氧化是零件表面形成該金屬的氧化膜，以保護金屬不受侵蝕，并起美化作用；n磷化是在金屬

8、表面生成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，可以保護金屬。 常用金屬材料n鑄鐵n碳素鋼n合金鋼n有色金屬材料常用金屬材料n1、鑄鐵：鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金。 n性能：具有良好的鑄造性、耐磨性、吸振性及切削加工性能，而且價格低廉，生產(chǎn)設備簡單。因此，它是應用最多的一種金屬材料。 n分類：（1）灰口鑄鐵；（2）可鍛鑄鐵； （3）球墨鑄鐵；（4）合金鑄鐵碳素鋼n通常把含碳量在0.02%2.11%之間的鐵碳合金稱為鋼（碳素鋼）。 n碳素鋼可以軋制成板材和型材，也可以鍛造成各種形狀的鍛件，但鍛件的形狀一般比鑄件簡單。n分類 （1）普通碳素結構鋼：Q195、Q215等 （2）優(yōu)質碳素結構鋼：30、45

9、號鋼等 （3）碳素鑄鋼：ZG310570等 （4）碳素工具鋼；T10等合金鋼n為了改善鋼的性能，專門在鋼中加入一種或數(shù)種合金元素的鋼叫做合金鋼。 n合金元素的種類：鉻（Cr）、錳（Mn）、鎳（Ni）、硅（Si）、硼（B）、鎢（W）、鉬（Mo）、釩（V）、鈦（Ti）、鋯（Zr）和稀土元素（Re）等。 n目的：使鋼獲得一般碳素鋼達不到的性能，如硬度、強度、塑性和韌性等；提高耐磨、防腐、防酸性能；獲得高彈性、高抗磁或導磁性等。 合金鋼分類n合金鋼按用途來分一般可分為三大類：合金結構鋼：調質鋼、彈簧鋼、軸承鋼 合金工具鋼：刃具鋼、磨具鋼、量具鋼 特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼等。有色金屬材料 n與鋼、鐵相

10、比，有色金屬的強度較低。應用它的目的，主要是利用其某些特殊的物理化學性能：如鋁、鎂、鈦及其合金密度小；銅、鋁及其合金導電性好；鎳、鉬及其合金能耐高溫等。因此，工業(yè)上除大量使用黑色金屬外，有色金屬也得到廣泛的應用。有色金屬及其合金種類繁多。常用非金屬材料n工程塑料：聚酰胺、尼龍、等。n工業(yè)陶瓷：普通陶瓷、特種陶瓷等。n復合材料：玻璃纖維樹脂基復合材料、 層合復合材料。選擇材料的一般原則n1、使用性原則 若零件尺寸取決于強度，且尺寸和重量又有所限制時，則應選用強度較高的材料；若零件尺寸取決于剛度，則應選用彈性模量較大的材料（如調質鋼、滲碳鋼等）；在滑動摩擦下工作的零件，應選用減摩性能好的材料；在高溫下工作的零件應選用耐熱材料；在腐蝕介質中工作的零件應選用耐腐蝕材料等。 n2、工藝性原則 用金屬制造零件的方法基本上有四種：鑄造、壓力加工（鍛造、沖壓）、焊接和機械切削加工（車、銑、刨、磨、鉆等）。 不同加工方法使用的材料不同：比如鑄鐵具有很好的鑄造工藝性，但不能鍛造