工程材料基礎(chǔ)課件

1、2022/9/16 7:021第4章 金屬材料熱處理2022/9/16 7:022熱處理的概念、作用和分類:熱處理： 用加熱、保溫、冷卻的方法，改變材料的內(nèi)部組織，從而改變材料的性能。0時(shí)間 溫度加熱 保溫冷卻臨界溫度2022/9/16 7:023熱處理的概念、作用和分類:熱處理的作用：預(yù)備熱處理：用來改變材料的加工工藝性能，為后續(xù)工序作好組織和性能的準(zhǔn)備。最終熱處理：用來保證材料的使用性能。2022/9/16 7:024熱處理的概念、作用和分類:熱處理的分類：熱處理普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理其他熱處理：形變熱處理、超細(xì)化熱處理、真空熱處理表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱化學(xué)熱處

2、理：滲碳、滲氮、滲金屬等2022/9/16 7:0254.1退火與正火用途： 主要用作預(yù)備熱處理，對(duì)于不重要的零件也可作為最終熱處理。2022/9/16 7:0264.1.1退火加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，緩慢冷卻（爐冷），獲得接近于平衡的組織。特點(diǎn)：緩慢冷卻，組織不穩(wěn)定組織穩(wěn)定。目的： 降低硬度，消除應(yīng)力，調(diào)整組織。2022/9/16 7:0271 完全退火亞共析鋼：Ac3+30-50 (完全奧氏體化)保溫一定時(shí)間后，緩冷冷卻方式：連續(xù)冷卻或等溫轉(zhuǎn)變（等溫退火）組織：2022/9/16 7:0282 球化退火（不完全退火）共析鋼、過共析鋼：Ac1+10-30 (不完全奧氏體化)較長(zhǎng)時(shí)間保溫

3、后，緩冷至600 再空冷目的：讓滲碳體球化，改善切削加工性能，為淬火作準(zhǔn)備。組織：球狀滲碳體2022/9/16 7:0292 球化退火（不完全退火）片狀珠光體球狀珠光體2022/9/16 7:02103 擴(kuò)散退火（均勻化退火）加熱溫度：Ac3 (完全奧氏體化)保溫1015小時(shí)，緩冷目的：消除成分偏析，但容易使晶粒長(zhǎng)大。2022/9/16 7:02114 去應(yīng)力退火加熱溫度：Ac1以下，一般地500-650 (不奧氏體化)充分保溫后緩冷至200 出爐目的：去除加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。2022/9/16 7:02125 再結(jié)晶退火（中間退火）加熱溫度：Ac1以下，最低再結(jié)晶溫度以上 (不奧氏體化)充

4、分保溫后出爐目的：去除塑性加工過程中產(chǎn)生的加工硬化，恢復(fù)塑性。2022/9/16 7:02134.1.2 正火加熱溫度：Ac3或Accm +30-50 (完全奧氏體化)適當(dāng)保溫后在靜止的空氣中冷卻（空冷）目的： 亞共析鋼：細(xì)化晶粒，適當(dāng)提高硬度 過共析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體。2022/9/16 7:0214退火與正火的比較退火和正火完全退火（亞共析鋼，Ac3以上完全奧氏體化）等溫退火（同完全退火，但時(shí)間較短）不完全退火和球化退火（共析鋼和過共析鋼，Ac1以上不完全奧氏體化）擴(kuò)散退火（Ac3以上完全奧氏體化，長(zhǎng)時(shí)間，消除枝晶偏析）去應(yīng)力退火（Ac1以下不奧氏體化，去除殘余應(yīng)力）正火（Ac3或Ac

5、cm以上完全奧氏體化，較快冷卻可細(xì)化晶粒）緩冷，如爐冷較快冷卻，如空冷2022/9/16 7:0215退火與正火的比較擴(kuò)散退火2022/9/16 7:02164.2鋼的淬火將鋼加熱奧氏體化后，迅速冷卻獲得馬氏體類型組織或下貝氏體組織的熱處理工藝方法。目的：提高硬度 如過共析鋼：HRC25 HRC62-652022/9/16 7:02174.2.1鋼的淬火加熱溫度和時(shí)間加熱溫度： 亞共析鋼Ac3+30-50 （完全化） 過共析鋼Ac1+30-50 （Fe3C)保溫時(shí)間：保證溫度和成分均勻即可。2022/9/16 7:02184.2.1鋼的淬火加熱溫度和時(shí)間2022/9/16 7:02194.2.

6、2淬火冷卻介質(zhì)水鹽水油2022/9/16 7:02204.2.3淬火冷卻方法單介質(zhì)淬火法雙介質(zhì)淬火法馬氏體分級(jí)淬火法貝氏體等溫淬火法冷處理2022/9/16 7:02214.3鋼的表面淬火表面淬火的工業(yè)需求： 軸、齒輪等零件要求表面耐磨，有較高的硬度，而心部要求有較好的強(qiáng)韌性。根據(jù)熱源不同，可分為：感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火激光加熱表面淬火電子束加熱表面淬火2022/9/16 7:02224.3鋼的表面淬火2022/9/16 7:02234.3鋼的表面淬火2022/9/16 7:02244.3鋼的表面淬火集膚效應(yīng)高頻中頻工頻2022/9/16 7:02254.3鋼的表面淬火2022/9/

7、16 7:02264.3鋼的表面淬火2022/9/16 7:02274.4 鋼的回火將淬火后的零件重新加熱至Ac1以下某個(gè)溫度，適當(dāng)保溫，冷卻至室溫。是鋼淬火后不可缺少的一道工序，要及時(shí)進(jìn)行。目的：消除應(yīng)力；穩(wěn)定組織；調(diào)整性能。2022/9/16 7:02284.4 鋼的回火鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變：馬氏體的分解（200 以下）；殘余奧氏體的分解（200 300）；滲碳體的形成（250 400）；滲碳體聚集長(zhǎng)大（400以上）2022/9/16 7:02294.4 鋼的回火回火后的組織和性能：回火馬氏體（250 以下）；回火托氏體（350 450）；回火索氏體（500 650）2022/9/16 7

8、:02304.4 鋼的回火回火時(shí)組織變化馬氏體回火馬氏體碳原子以-碳化物形式從馬氏體中析出2022/9/16 7:02324.4 鋼的回火回火工藝及應(yīng)用：低溫回火：（150250 ） 回火馬氏體；中溫回火： （350 500） 回火托氏體；高溫回火： （500 650） 回火索氏體 高的硬度和耐磨性，適于各種工具和其它耐磨零件。HRC55-64 高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，一定的韌性和疲勞強(qiáng)度。適于彈簧、鍛模等。HRC35-45 良好的綜合力學(xué)性能。適于軸類、齒輪等重要零件。HRC25-35 淬火+高溫回火又稱為“調(diào)質(zhì)處理”。2022/9/16 7:02334.4 鋼的回火回火脆性：低溫回火脆性：

9、（300 左右） 不可逆高溫回火脆性：(400 550） 可逆，快冷可避免。小結(jié)：各種熱處理組織比較奧氏體緩冷 快冷（淬火）重新加熱較快冷球化退火馬氏體回火馬氏體加熱回火珠光體貝氏體2022/9/16 7:02354.5 鋼的淬透性淬透性：鋼中奧氏體在冷卻時(shí)形成馬氏體而不形 成其他組織的能力,它主要與鋼的過冷A 的穩(wěn)定性與臨界淬火冷卻速度有關(guān) 淬透性影響因素： （1）奧氏體中含碳量 （2）奧氏體中合金元素的種 類和含量 （3）未溶碳化物和奧氏體晶 粒大小BtA1PMA工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系通常用用標(biāo)準(zhǔn)試樣在一定條件下淬火能夠淬硬的深度H或全部淬透的最大直徑D表示。 測(cè)定結(jié)構(gòu)鋼的淬透深度規(guī)定

10、以體積分?jǐn)?shù)為50%淬火M的硬度作為基準(zhǔn)。二、淬透性的表示方法 三、淬透性與淬硬性的區(qū)別 淬透性是鋼的一種屬性。主要和鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性有關(guān)。淬透性有時(shí)用淬硬層深度來表示 淬硬性是指鋼淬火后獲得M的最高硬度，淬硬性主要與鋼中的碳含量（A中的C含量 ）有關(guān)（如圖）。 固溶于A中C含量越多，淬火后鋼的硬度就越高。 合金元素的含量對(duì)淬硬性沒有顯著的影響，但對(duì)鋼的淬透性影響較大。？：淬火后硬度高的鋼淬透性好四、淬透性的測(cè)定 實(shí)際以淬硬層深度表征淬透性25冷卻水10012.512.5試樣噴水管淬透性測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果樣品臺(tái)試樣噴水試樣上磨出一個(gè)平面測(cè)出從底部到頂部的洛氏硬度值繪制出這樣一張圖到試樣底端的距離

11、洛 氏 硬 度鋼的淬透性以來表示，如 ，表示距水冷端5mm處，試樣的硬度值為HRC42。五、淬透性意義與選材 l重要零件選高淬透性材料，保證表面和 心部性能一致。 l選材時(shí)注意零件的尺寸效應(yīng)。冷卻速度淬硬層V心部2022/9/16 7:02434.6 固溶熱處理與時(shí)效強(qiáng)化固溶熱處理：加熱合金到高溫單相區(qū)，使合金元素充分溶入基體相而后快速冷卻，以獲得過飽和固溶體的工藝。時(shí)效強(qiáng)化：固溶處理的合金于室溫或略高于室溫保溫，通過過飽和的溶質(zhì)原子形成偏聚區(qū)和析出形成第二相微粒而導(dǎo)致的強(qiáng)度和硬度升高。2022/9/16 7:02444.6 固溶熱處理與時(shí)效強(qiáng)化主要應(yīng)用于不能用淬火方法進(jìn)行強(qiáng)化的合金材料，操作

12、過程與淬火回火相類似。條件：材料對(duì)合金元素應(yīng)具有一定的溶解度；合金元素的溶解度隨溫度的降低而下降；高溫固溶的合金元素快冷后成為過飽和固溶體；低溫下合金元素具有一定的擴(kuò)散速度。典型材料：奧氏體不銹鋼；鋁合金時(shí)效工藝分為：人工時(shí)效：時(shí)效溫度高、時(shí)間短，硬度低。自然時(shí)效：時(shí)效溫度低、時(shí)間長(zhǎng)，硬度低。Al-Cu合金的時(shí)效屈服強(qiáng)度Mpa時(shí)效時(shí)間 小時(shí)2022/9/16 7:02464.7鋼的化學(xué)熱處理概念：置于一定溫度的活性介質(zhì)中,滲入一種或幾種化學(xué)元素,改變表層化學(xué)成分和組織.常用：（1）提高硬度：滲碳、滲氮、滲硼等 （2）提高抗高溫氧化性：滲鋁、滲鉻等 （3）提高抗腐蝕性：滲硅、滲氮等化學(xué)熱處理三個(gè)

13、過程： （1）活性原子產(chǎn)生 （2）活性原子被鋼表面吸收 （3）活性原子由鋼表面向心部擴(kuò)散滲劑分解釋放活性原子活性原子在工件表面吸附活性原子由表面向心部擴(kuò)散含活性原子的滲劑鋼鋼2022/9/16 7:02484.7鋼的化學(xué)熱處理滲碳：滲碳方法：氣體滲碳；固體滲碳.加熱溫度：900-950 ，處于奧氏體狀態(tài)。材料：低碳鋼或低碳合金鋼。滲碳后的熱處理：淬火低溫回火。2022/9/16 7:02494.7鋼的化學(xué)熱處理滲氮：滲氮方法：氣體滲氮，也稱為“氮化處理”。目的：提高耐磨性、熱硬性和耐蝕性。加熱溫度：500-600 ，處于鐵素體狀態(tài)。材料：中碳鋼或中碳合金鋼，如38CrMoAl。滲氮前的熱處理：

14、滲氮前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，滲后不處理。2022/9/16 7:02504.7鋼的化學(xué)熱處理碳氮共滲：方法：中溫碳氮共滲，又稱為“氰化”，820860 加熱，以滲碳為主，硬度6065。主要應(yīng)用于齒輪、蝸輪、蝸桿等。低溫碳氮共滲，又稱為“氮碳共滲”，500570 加熱，以滲氮為主。主要應(yīng)用于碳素鋼、合金鋼、工具鋼等，提高使用壽命。2022/9/16 7:02514.8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性熱處理過程中容易出現(xiàn)的問題： 變形、開裂；氧化、脫碳；過熱、過燒。對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求：避免尖角；厚度均勻；封閉、對(duì)稱。2022/9/16 7:02524.8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性2022/9/16 7:02534.8熱處

15、理零件的結(jié)構(gòu)工藝性2022/9/16 7:02544.9熱處理技術(shù)新發(fā)展形變熱處理： 將形變工藝與淬火工藝相結(jié)合。分類：高溫形變熱處理：在奧氏體區(qū)域進(jìn)行塑性變形，隨后進(jìn)行淬火和回火，強(qiáng)度提高10-30，塑性提高40-50。低溫形變熱處理：奧氏體化后在450-600 進(jìn)行形變，并進(jìn)行淬火和回火，強(qiáng)度可提高300-1000MPa.2022/9/16 7:02554.9熱處理技術(shù)新發(fā)展超細(xì)化熱處理： 利用淬火后重新快速加熱奧氏體化的方法，細(xì)化晶粒，此過程反復(fù)34次，再進(jìn)行淬火和回火。目的： 提高強(qiáng)度和韌性。2022/9/16 7:02564.9熱處理技術(shù)新發(fā)展真空熱處理： 在真空條件下加熱和保溫的熱

16、處理工藝。特點(diǎn)： 防止氧化，表面凈化，脫氣作用，加熱速度緩慢。具體工藝： 真空退火，真空淬火，真空滲碳。2022/9/16 7:02574.9熱處理技術(shù)新發(fā)展激光熱處理、電子束熱處理： 特點(diǎn)： 高的能量密度； 在工件表面掃描，可局部加熱； 自激冷卻淬火。2022/9/16 7:0258第5章 金屬材料表面改性處理2022/9/16 7:0259表面改性處理： 改變零件表面質(zhì)量或表面狀態(tài)，使其達(dá)到耐磨、耐蝕、美觀和精度的要求。分類： 轉(zhuǎn)化膜處理、電鍍、噴涂、涂裝等。金屬材料表面改性處理：2022/9/16 7:0260轉(zhuǎn)化膜處理： 將工件浸入特定的溶液中，在一定條件下使其表面產(chǎn)生一層致密的保護(hù)膜。分類：氧化處理： 鋼：Fe3O4 鋁合金:Al2O3磷化處理：鋼，表面形成不溶于水的結(jié)晶型磷酸鹽。金屬材料表面改性處理：2022/9/16 7:0261電鍍： 在電解液中使零件表面形成一層金屬薄層，起保護(hù)和裝飾作用?？稍诟鞣N材料上進(jìn)行，常用的工藝有鍍