第四章金屬材料熱處理知識(shí)

1、第四章第四章金屬材料的熱處理知識(shí)金屬材料的熱處理知識(shí)一一.金屬材料的特性金屬材料的特性常見的特性：常見的特性：1、機(jī)械性能：、機(jī)械性能： 1）強(qiáng)度：強(qiáng)度： 材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單 位面積受載荷稱應(yīng)力。位面積受載荷稱應(yīng)力。 2）、屈服點(diǎn)（）、屈服點(diǎn)（s）：）： 稱屈服強(qiáng)度，指材料在拉抻過程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一臨稱屈服強(qiáng)度，指材料在拉抻過程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一臨 界值時(shí)，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加時(shí)應(yīng)力值界值時(shí)，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加時(shí)應(yīng)力值 3）、抗拉強(qiáng)度（）、抗拉強(qiáng)度（b）：）： 也叫強(qiáng)度極限指材

2、料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。（也叫強(qiáng)度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。（N/mm2）表）表 示（拉和壓的截面變形實(shí)際狀況描述）。示（拉和壓的截面變形實(shí)際狀況描述）。 4）、硬度：）、硬度： 指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度表示：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度表示： 布氏硬度布氏硬度和和洛氏硬度洛氏硬度5）、沖擊韌性：）、沖擊韌性： 材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳/厘米厘米2（J/cm2）.3.化學(xué)性能：化學(xué)性能： 含義：含義：指金屬材料與周圍介質(zhì)掃觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。指金屬材料與周圍介質(zhì)掃觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化

3、學(xué)反應(yīng)的性能。 1）、耐腐蝕性：）、耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。 2）、抗氧化性：）、抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。 2、工藝性能：、工藝性能：1）、鑄造性能：）、鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性 能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時(shí)體積收縮的能力；能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時(shí)體積收縮的能力；2）、焊接性能：）、焊接性能：指金屬材料通過加熱和加壓焊接方法，把兩個(gè)或兩個(gè)以上金指金屬材料通過加熱和加壓

4、焊接方法，把兩個(gè)或兩個(gè)以上金 屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。力學(xué)性能力學(xué)性能1、內(nèi)、內(nèi) 力：力： 是指材料在外力作用下，其內(nèi)部各部分之間相互作用的力。是指材料在外力作用下，其內(nèi)部各部分之間相互作用的力。2、應(yīng)、應(yīng) 變：變： 物體在外力作用下，其形狀尺寸發(fā)生的相對(duì)改變。物體在外力作用下，其形狀尺寸發(fā)生的相對(duì)改變。3、線應(yīng)變：、線應(yīng)變：物體內(nèi)某處的線段在變形后長度的改變值與線段原長之比。物體內(nèi)某處的線段在變形后長度的改變值與線段原長之比。4、應(yīng)、應(yīng) 力：力： 物體在外力作用下變形時(shí)，其內(nèi)部任一截面單位面積上的內(nèi)物體在外力作用下變形時(shí)，其

5、內(nèi)部任一截面單位面積上的內(nèi) 力大小。力大小。5、正應(yīng)力正應(yīng)力：是方向垂直于截面的應(yīng)力。正應(yīng)力分為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。是方向垂直于截面的應(yīng)力。正應(yīng)力分為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。6、工作應(yīng)力：、工作應(yīng)力： 是由外加載荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。是由外加載荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。 強(qiáng)度的概念：強(qiáng)度的概念：1、強(qiáng)度的定義：、強(qiáng)度的定義：是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。2、測(cè)定方法：、測(cè)定方法：拉伸試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)。3、拉伸過程四個(gè)階段：、拉伸過程四個(gè)階段：（1）彈性階段：）彈性階段：曲線的曲線的oe段，材料發(fā)生彈性變形。彈性極限用段，材料發(fā)生彈性變形。彈性極限用e表表 示。示。（2）屈服階段

6、：）屈服階段：曲線曲線s點(diǎn)及其后的一段，此階段應(yīng)力不再增加，但應(yīng)變點(diǎn)及其后的一段，此階段應(yīng)力不再增加，但應(yīng)變繼續(xù)增大，材料失去抵抗變形的能力。發(fā)生塑性變形。此時(shí)的應(yīng)力稱為繼續(xù)增大，材料失去抵抗變形的能力。發(fā)生塑性變形。此時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度。用屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度。用s表示。表示。應(yīng)力的概念：應(yīng)力的概念：拉伸過程四個(gè)階段：拉伸過程四個(gè)階段：（3）強(qiáng)化階段：曲線sb段，從屈服之后到最大強(qiáng)度值。材料又恢復(fù)了變形抗力。可以測(cè)得抗拉強(qiáng)度b 。在此階段，要讓試件繼續(xù)變形，必須增加應(yīng)力值，也就是說必須增大拉力，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，材料因此得到強(qiáng)化。（4）頸縮階段：曲線bk段，達(dá)到最大強(qiáng)度值后，試件的

7、某一部位開始變細(xì)，叫做頸縮現(xiàn)象。試件繼續(xù)變形的載荷也減小，最后被拉斷?？估瓘?qiáng)度抗拉強(qiáng)度b和屈服強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度s是評(píng)價(jià)材料強(qiáng)度性能的兩個(gè)主要指標(biāo)。是評(píng)價(jià)材料強(qiáng)度性能的兩個(gè)主要指標(biāo)。金屬構(gòu)件都是在金屬構(gòu)件都是在彈性狀態(tài)彈性狀態(tài)下工作的，不允許發(fā)生塑性變形。下工作的，不允許發(fā)生塑性變形。從圖從圖1-3的曲線中我們可以得知，隨著含碳量增加，材料的抗拉強(qiáng)度增大。的曲線中我們可以得知，隨著含碳量增加，材料的抗拉強(qiáng)度增大。對(duì)于高碳鋼、鑄鐵、合金鋼來說，對(duì)于高碳鋼、鑄鐵、合金鋼來說，屈服現(xiàn)象不明顯屈服現(xiàn)象不明顯了。那么，就規(guī)定拉伸試了。那么，就規(guī)定拉伸試件發(fā)生某一微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為該材料的屈服點(diǎn)，例如以

8、材料塑性伸件發(fā)生某一微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為該材料的屈服點(diǎn)，例如以材料塑性伸長長0.2%作為屈服點(diǎn)，其屈服強(qiáng)度用作為屈服點(diǎn)，其屈服強(qiáng)度用0.2表示表示.1、塑性定義：是指材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。2、評(píng)定指標(biāo)：伸長率和斷面收縮率。（1）伸長率=（L1-L0）/L0 100%L0-試件原標(biāo)距長度。L1-拉斷后試件的標(biāo)距長度。見圖1-2所示。常見伸長率5和10兩種形式。5 ：試件原標(biāo)距長度L0=5d（d 為試件直徑）時(shí)的伸長率。10 ：試件原標(biāo)距長度L0=10d時(shí)的伸長率。同一種材料的5和10的值是不同的， 5的值較大，10的值較小。所以只有相同符號(hào)的伸長率才能互相比較。2）

9、斷面收縮率公式：=（A0-A1）/A0 100%A0：試件原始的橫截面積。A1 ：試件拉斷后頸縮處的橫截面積。見圖1-2所示。斷面收縮率不受試件標(biāo)距長度的影響，能更可靠地反映材料的塑性。伸長率和斷面收縮率還能反映材料在靜載和緩慢拉伸狀態(tài)下的韌性。注意：塑性好的材料，其冷壓成型的性能好。重要的受力元件，要求具有一定的塑性。國內(nèi)鍋爐壓力容器材料的伸長率（ 5 ），一般要達(dá)到10%以上。硬硬 度度硬度定義：硬度定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。硬度與強(qiáng)度有一定的關(guān)系。硬度高，強(qiáng)度也高。硬度較高，材料耐磨性較好。工程上常用的硬度試驗(yàn)方法有：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度HV、里氏硬

10、度HL。布氏硬度布氏硬度HB ：用于測(cè)定硬度較低的材料，例如經(jīng)退火，正火，調(diào)質(zhì)處 理的鋼材；鑄鐵；非鐵金屬等。試驗(yàn)方法:是把規(guī)定直徑的淬火鋼球（或硬質(zhì)合金球）以一定的試驗(yàn)力F壓入 所測(cè)材料表面，保持規(guī)定的時(shí)間后，測(cè)量表面壓痕直徑d，計(jì)算 出壓痕表面積A，再計(jì)算出布氏硬度值HB=F/A。 計(jì)算公式： 0.102x2F/(D(D-根號(hào)下（D2-d2) 用淬火鋼球淬火鋼球壓頭測(cè)定的硬度值用HBS表示； 用硬質(zhì)合金球壓頭測(cè)定的硬度值用HBW表示；洛氏硬度洛氏硬度HR ：在鋼鐵熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)中應(yīng)用最多。測(cè)量方法：是采用測(cè)量壓痕深度來測(cè)定硬度值。有三種硬度標(biāo)度：（1）HRB使用的是鋼球壓頭，用于測(cè)量非鐵金

11、屬，退火或正火鋼等；（2）HRA和HRC使用 120金剛石圓錐體壓頭，用于測(cè)量淬火鋼，硬質(zhì)合 金，滲碳層等。維氏硬度維氏硬度HV ：用于檢測(cè)金屬的表面硬度。測(cè)量方法：采用正棱角錐體金剛石壓頭，在一定試驗(yàn)力下在試件表面壓出 正方形壓痕，然后通過測(cè)量壓痕兩對(duì)角線平均長度來測(cè)量硬度 值。 可以測(cè)量金相組織中不同相的硬度； 在焊接性能試驗(yàn)中可以測(cè)量焊縫、熔合線和熱影響區(qū)的硬度。里氏硬度里氏硬度HL ：里氏硬度計(jì)體積小，重量輕，操作簡便，在任何方向上 均可測(cè)試，適合施工現(xiàn)場(chǎng)使用。測(cè)量方法：采用一個(gè)裝有碳化鎢球的沖擊測(cè)頭，在一定的試驗(yàn)力作用下沖 擊試樣表面，利用電磁感應(yīng)原理中速度與電壓成正比的關(guān)系， 測(cè)量

12、出沖擊測(cè)頭距離試樣表面1mm處的沖擊速度VA和回跳速度 VR。 HL= (VR/ VA)1000.沖擊韌度沖擊韌度沖擊韌度沖擊韌度1、定義 ：沖擊韌度是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時(shí)所消耗能量大小 的特性。2、測(cè)定方法：用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)沖斷帶有缺口的試樣所消耗的功,稱為 沖擊吸收功，用AK表示。 沖擊韌度用K表示， K= AK/SN(試樣斷口處的橫截面積） K或AK值越大，材料韌性越好。3、試樣的缺口形式：夏比U形和夏比V形。承壓設(shè)備必須用夏比V形。注意：注意：沖擊韌度高的材料一般具有較高的塑性；反之則不然。沖擊韌度是對(duì)材料的化學(xué)成分，冶金質(zhì)量，組織狀態(tài)，內(nèi)部缺陷以及試驗(yàn)溫度等比較敏感的一

13、個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)。二二.金屬熱處理方法金屬熱處理方法1、英文名稱翻譯：、英文名稱翻譯：heat treatment of metal 2、定義：、定義：金屬材料的熱處理方法：金屬材料的熱處理方法： 1）退火， 2）正火， 3）淬火 4）回火 四種其本的熱處理工藝。 1 1）、退火：）、退火： 定義：定義：將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速 度冷卻(通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻)的一種金屬熱處理 工藝 作用：作用： ( 1) 降低硬度，改善切削加工性； (2) 消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向； (3) 細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消

14、除組織缺陷 2）正火）正火: 定義：定義：是將工件加熱至臨界溫度以上3050，保溫一段時(shí)間后，從爐 中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)冷卻的金屬熱處理工藝。其 目的是在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化 區(qū)別區(qū)別：正火與退火工藝相比，其主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所 以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。故退火與正火同樣能達(dá)到零件性 能要求時(shí)，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都 采用正火熱處理。一般合金鋼合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由 于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工 3）淬火：）淬火： 定義：將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬定義：將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬 冷冷介質(zhì)介質(zhì)中快速冷卻的中快速冷卻的金屬熱處理工藝金屬熱處理工藝 ，常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、，常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、 水、水、礦物油礦物油、空氣等、空氣等 。 用途：用途： 淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、 量具及要求量具及要求表面表面耐磨的零件（如耐磨的零件（如齒輪齒輪、軋輥、軋輥、滲碳滲碳零件等）。通過零件等）。通過 淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度、韌性及淬火與不同溫度的回火配合，可以大