《工程材料學(xué)》課件：Chapter 11 Processing performance of Metal materials

1、1Chapter 11 Processing performance of Metal materials2Contentsn鑄造性能 Cast Performancen鍛造性能 Forged Performancen焊接性能 Welding performancen可切削性能 Cutting performancen熱處理工藝性能 Heat Treatment Process Performance 30 Introduction制備過程：n鑄造+壓力加工(焊接)+切削加工+熱處理+精加工+裝配成機(jī)器鑄造、鍛造、焊接、熱處理、切削加工等工藝。41 Casting properties Cas

2、ting：將熔煉好的金屬澆注到與零件相適應(yīng)的鑄型空腔中，冷卻凝固后獲得鑄件的方法。鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色金屬。Properties：流動(dòng)性Fluidity 、收縮shrinkage 、鑄造應(yīng)力casting stress 、偏析segregation 、冷熱裂紋hot and cold cracking等。鑄造鋁、銅合金鑄鐵（灰口）鑄鋼（共晶點(diǎn)附近最好）51 Casting properties 1.1 Factors affecting fluidity Good fluidity ：易于鑄造復(fù)雜形狀，利于氣體及夾雜物上浮，利于補(bǔ)縮，防止鑄件出現(xiàn)鑄造缺陷。Factors：合金化學(xué)成分、澆注溫度

3、和鑄型填充條件61 Casting properties 1.1 Factors affecting fluidityChemical composition：灰鑄鐵和鋁硅合金流動(dòng)性好，鑄鋼流動(dòng)性最差n純鐵流動(dòng)性好，%C，流動(dòng)性，%C=2%，最差。亞共晶鑄鐵越接近共晶成分，流動(dòng)性越好；n形成夾雜物的熔點(diǎn)：MnS(1620), P共晶體(950)71 Casting properties 1.2 Shrinkage of casting alloys 合金從液態(tài)到固態(tài)的冷卻過程中發(fā)生的體積和尺寸減小的現(xiàn)象。縮孔縮松Shrinkage 、熱應(yīng)力thermal stress 、變形deformati

4、on及裂紋crack81 Casting properties 1.2 Shrinkage of casting alloys (1)縮孔及縮松Shrinkage金屬凝固收縮，內(nèi)部產(chǎn)生孔洞，大的集中孔洞叫縮孔，小的金屬凝固收縮，內(nèi)部產(chǎn)生孔洞，大的集中孔洞叫縮孔，小的分散孔洞叫縮松。分散孔洞叫縮松。降低鑄件承載能力和氣密性消除：對(duì)亞共晶灰鑄鐵，增加碳當(dāng)量；球鐵易產(chǎn)生縮松，降低鎂含量；91 Casting properties 1.2 Shrinkage of casting alloys (2)鑄件的裂紋crack鑄件內(nèi)應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件會(huì)產(chǎn)生裂紋。熱裂紋和冷裂紋n灰鑄鐵和球鐵不易形成熱裂

5、紋，可鍛鑄鐵和碳鋼易形成熱裂紋；nS、P增加，易產(chǎn)生裂紋；101 Casting properties 1.2 Shrinkage of casting alloys(2)鑄件的裂紋cracknSi、Mn增加抗裂能力，O、N、H使抗裂能力下降n微合金化及變質(zhì)處理碳鋼及合金鋼，抗裂能力增加；V、Ti、Nb、Zr等nC、Cr、Ni提高鋼強(qiáng)度，降低了導(dǎo)熱系數(shù)，增大鋼的冷裂傾向；P冷脆n脫氧不足或非金屬夾雜物；n112 鍛造性能Forged Performance塑性加工，利用材料的可塑性，借助外力的作用產(chǎn)生變形。多種牌號(hào)的鋼及高溫合金，及有色金屬金屬的可鍛性金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形的難易程度

6、。塑性和變形抗力綜合衡量有色金屬低碳鋼中碳鋼（低合金鋼）高碳鋼（高合金鋼）鑄鐵不可鍛壓122 Forged Performance一、萊氏體高合金工具鋼的可鍛性包括高速鋼 (W18Cr4V) 和鉻12型 (Cr12MoV) 冷作模具鋼。組織：粗大魚骨狀碳化物鍛造目的：擊碎粗大碳化物，使其分布均勻，反復(fù)鍛造。防止鍛造裂紋，鍛后緩慢均勻冷卻，必要時(shí)爐冷。132 Forged Performance二、不銹鋼的可鍛性A、M、F不銹鋼始鍛溫度和終鍛溫度比結(jié)構(gòu)鋼略低宜在保護(hù)性氣氛中加熱鍛后要求：M不銹鋼緩冷至600后空冷（以免發(fā)生M相變）；F不銹鋼和A不銹鋼在475及450-815范圍內(nèi)應(yīng)快冷，以抑制4

7、75脆性和晶間腐蝕。142 Forged Performance三、高溫合金的可鍛性高溫合金高溫下較大的變形抗力、較低的塑性，比合金鋼難鍛。必須采用功率較大的設(shè)備和特別堅(jiān)固的模具鍛后冷卻：中小型鍛件，堆放空冷；鎳基高溫合金鍛件放進(jìn)比合金再結(jié)晶溫度高50-100的爐中保溫5-7min，空冷152 Forged Performance四、有色金屬的可鍛性可鍛性好注意鍛造溫度的選擇。163 Welding performance是指被焊金屬材料在一定的焊接條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接頭的難易程度。評(píng)價(jià)指標(biāo)：n焊接接頭產(chǎn)生缺陷的傾向性；n焊接接頭使用可靠性。碳當(dāng)量及合金元素：越小，可焊性越好低碳鋼中碳鋼（低合金

8、鋼）高碳鋼（高合金鋼）銅、鋁合金173 Welding performance一、碳鋼及合金鋼的焊接低碳鋼焊接性能最好，適于各種焊接方法，但焊件板后75mm，預(yù)熱+后熱處理，改善接頭組織并消除焊接應(yīng)力中高碳鋼，含碳量增加，焊接性能變壞。預(yù)熱+焊后熱處理厚板或更高含碳構(gòu)件，焊前預(yù)熱溫度150-200或250-400。合金鋼焊接性能差，一般采用焊前預(yù)熱或焊后去應(yīng)力退火的方法。183 Welding performance二、不銹鋼的焊接A不銹鋼：良好的可焊性焊接材料選用不當(dāng)或焊接工藝不正確時(shí)，會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕、熱裂紋和氣泡等缺陷。焊后固溶處理。193 Welding performance二、不銹鋼

9、的焊接M不銹鋼：焊縫區(qū)在空冷條件下易得到M組織。焊前預(yù)熱+焊后熱處理；F不銹鋼：易在熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋；焊前預(yù)熱+焊后熱處理，消除殘余應(yīng)力，避免開裂。203 Welding performance三、有色金屬的焊接銅及銅合金：焊接性能差，易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，及變形應(yīng)力，變形大；紫銅和青銅采用氬弧焊，或氣焊和釬焊；黃銅采用氣焊和釬焊或電阻焊。213 Welding performance三、有色金屬的焊接鋁及鋁合金：主要是工業(yè)純鋁和防銹鋁合金焊接（不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金）；其他鋁合金：焊后熱影響區(qū)變脆，焊接性能差，一般用鉚接形式連接焊接方法：氬弧焊，或電阻焊、釬焊、氣焊。223 Welding

10、 performance三、有色金屬的焊接鈦及鈦合金：焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋，易與O、N、H、C等發(fā)生作用，要保護(hù)焊接區(qū)?？刹捎脷寤『?、等離子弧焊和真空電子束焊。234 Cutting performance可切削性：工件材料進(jìn)行切削加工時(shí)的難易程度。切削Cu、Al等有色金屬，切削力小，速度快；切削碳鋼比合金鋼容易；切削不銹鋼和耐熱合金困難，刀具磨損嚴(yán)重。因素：化學(xué)成分、硬度、韌性、導(dǎo)熱性、金相組織和加工硬化等。刀具形狀、耐磨性、切削速度等244 Cutting performance一、化學(xué)成分%C：碳素鋼的強(qiáng)度、硬度隨%C增加而增加，塑韌性降低：低碳鋼塑韌性高，高碳鋼強(qiáng)度和硬度高，切削困難；中碳

11、鋼強(qiáng)度、硬度、塑韌性居中，切削性能好。254 Cutting performance一、化學(xué)成分S：改善切削性能；Al？Cr、Mn、W、Mo、V等：使強(qiáng)度、硬度提高，切削困難；耐熱鋼和不銹鋼加工困難；游離石墨：鑄鐵。能促進(jìn)石墨化的元素，Si、Al、P等改善鑄鐵切削性能；S、Mn等降低。264 Cutting performance二、顯微組織及熱處理工藝組織切削性能： P S M球狀珠光體較片狀和針狀珠光體切削性能好。熱處理工藝：低碳鋼：正火處理提高硬度、降低塑性；2Cr13不銹鋼：調(diào)質(zhì)處理，降低硬度、提高塑性；白口鑄鐵：高溫退火變?yōu)榭慑戣T鐵后，易于切削。275 熱處理工藝性能主要包括：淬透性

12、：決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性?；鼗鸱€(wěn)定性：淬火鋼對(duì)回火過程中發(fā)生的各種軟化傾向的抵抗能力。 （如馬氏體的分解，碳化物的析出等）回火脆性：淬火鋼回火后出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象。氧化脫碳性淬火變形開裂傾向性28考試相關(guān)n考試時(shí)間：考試時(shí)間：15周周三下午周周三下午1:30-3:30;n地點(diǎn)：待定地點(diǎn)：待定；n試題類型：試題類型：q填空；名詞解釋；（填空；名詞解釋；（50分）問答題（分）問答題（50分）分）n答疑時(shí)間：答疑時(shí)間：14周一、三下午周一、三下午2:00，制造學(xué)院，制造學(xué)院319n考試要求：考試要求：嚴(yán)格遵守考場(chǎng)紀(jì)律。嚴(yán)格遵守考場(chǎng)紀(jì)律?？荚嚻陂g不得上廁所考試期間不得上廁所29鋼的合金化n鋼

13、中合金元素與鋼中合金元素與Fe和和C的相互作用的相互作用n鋼的強(qiáng)化機(jī)制鋼的強(qiáng)化機(jī)制n改善鋼的塑性和韌性的基本途徑改善鋼的塑性和韌性的基本途徑n合金元素對(duì)鋼相變（淬火回火階段）的影響合金元素對(duì)鋼相變（淬火回火階段）的影響30構(gòu)件用鋼1、力學(xué)性能特點(diǎn)：、力學(xué)性能特點(diǎn)：屈服、冷脆、時(shí)效現(xiàn)象屈服、冷脆、時(shí)效現(xiàn)象2、工藝性能：、工藝性能：良好的冷變形和焊接能力良好的冷變形和焊接能力3、化學(xué)性能：、化學(xué)性能：耐大氣腐蝕原因及措施耐大氣腐蝕原因及措施4、普碳鋼：、普碳鋼：低碳，快冷正火工藝低碳，快冷正火工藝5、低合金高強(qiáng)度鋼、低合金高強(qiáng)度鋼低碳、合金化時(shí)以低碳、合金化時(shí)以Mn為基礎(chǔ)，加入為基礎(chǔ)，加入Al,

14、V, Ti, Nb、Cu, P及稀土元素及稀土元素31零件用鋼零件用鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼彈簧鋼滲碳鋼滲碳鋼軸承鋼軸承鋼失效形失效形式式疲勞斷裂、過疲勞斷裂、過量變形、局部量變形、局部磨損磨損疲勞斷裂和由于疲勞斷裂和由于塑性變形而失去塑性變形而失去彈簧作用彈簧作用齒面磨損和剝落齒面磨損和剝落以及齒牙斷裂以及齒牙斷裂磨損和疲勞破磨損和疲勞破壞壞熱處理熱處理淬火淬火+高溫回火高溫回火淬火淬火 + 中溫回火中溫回火 表面滲碳表面滲碳 + 淬淬火火 + 低溫回火低溫回火球化退火球化退火 + 淬淬火火 + 低溫回火低溫回火成成 %C分分特特點(diǎn)點(diǎn) 合金合金 元素元素中碳中碳0.3-0.5%C Mn, Cr,

15、 Si, Ni, B；Mo, W, V, Ti0.80.9%C或或0.50.7%CSi, Mn，Cr, W, V心部心部0.1-0.25表層表層0.8%C Cr、Mn、Ni、B；W、Mo、V、Ti高碳高碳0.95-1.15%Cr, Mn, Si組織組織結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)回火索氏體回火索氏體回火屈氏體回火屈氏體表面和心部不同表面和心部不同 大部分組織：回大部分組織：回火火M+T+少量少量FM(80%)+殘余殘余A(10%)+ 碳碳化物化物(10%)常用牌常用牌號(hào)號(hào)45、40MnVB60Si2Mn20CrMnTiGCr1532工具鋼n主要掌握刃具鋼的種類主要掌握刃具鋼的種類性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)元素作用元素作用熱

16、熱處理工藝及最終組織處理工藝及最終組織. 特別是特別是高速鋼高速鋼,掌握常用掌握常用高速鋼的牌號(hào)、熱處理、組織等高速鋼的牌號(hào)、熱處理、組織等.33不銹鋼nC、Cr、Ni含量對(duì)不銹鋼基體組織的影響。含量對(duì)不銹鋼基體組織的影響。n不銹鋼中合金元素的作用不銹鋼中合金元素的作用n各種不銹鋼的牌號(hào)、主要性能特點(diǎn)及熱處理工各種不銹鋼的牌號(hào)、主要性能特點(diǎn)及熱處理工藝。藝。n奧氏體不銹鋼的主要合金元素作用及熱處理具奧氏體不銹鋼的主要合金元素作用及熱處理具體工藝。體工藝。34耐熱鋼n初步掌握耐熱鋼熱強(qiáng)性的影響因素。初步掌握耐熱鋼熱強(qiáng)性的影響因素。n掌握提高鋼的熱強(qiáng)性的途徑。掌握提高鋼的熱強(qiáng)性的途徑。q基體強(qiáng)化基體強(qiáng)化q第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化q晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化35鑄鐵n鑄鐵的石墨化：化學(xué)成分及冷卻速度鑄鐵的石