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文檔簡(jiǎn)介

會(huì)計(jì)學(xué)1常用金屬材料及熱處理前言

Introduction

工程材料是構(gòu)成機(jī)械的物質(zhì)基礎(chǔ)。機(jī)械的性能取決于其使用的材料.用于機(jī)械制造的材料有上千種,我們?cè)谶x擇材料時(shí),既能保證使用性能、便于加工,又要有經(jīng)濟(jì)性,那就必須了解這些材料,認(rèn)識(shí)這些材料。第1頁(yè)/共70頁(yè)

工程材料分類(lèi)

金屬非金屬?gòu)?fù)合材料碳鋼合金鋼鋼有色金屬塑料橡膠陶瓷聚合物聚合物基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料黑色金屬重金屬輕金屬貴金屬鑄鐵第2頁(yè)/共70頁(yè)

金屬材料的性能為更合理使用金屬材料,充分發(fā)揮其作用,必須掌握各種金屬材料制成的零、構(gòu)件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能(使用性能)及其在冷熱加工過(guò)程中材料應(yīng)具備的性能(工藝性能)。材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等)、化學(xué)性能(耐用腐蝕性、抗氧化性),力學(xué)性能(機(jī)械性能)。材料的工藝性能指材料適應(yīng)冷、熱加工方法的能力。第3頁(yè)/共70頁(yè)工藝性能:指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。1.鑄造性能:指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能,主要包括流動(dòng)性能、充滿(mǎn)鑄模能力;收縮性、鑄件凝固時(shí)體積收縮的能力;偏析指化學(xué)成分不均性。2.焊接性能:指金屬材料通過(guò)加熱或加熱和加壓焊接方法,把兩個(gè)或兩個(gè)以上金屬材料焊接到一起,接口處能滿(mǎn)足使用目的的特性。3.冷彎性能:指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一般用彎曲角度α(外角)或彎心直徑d對(duì)材料厚度a的比值表示,a愈大或d/a愈小,則材料的冷彎性愈好。

工藝性能第4頁(yè)/共70頁(yè)4.

沖壓性能:金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進(jìn)行沖壓叫冷沖壓。檢驗(yàn)方法用杯突試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。5.

鍛造性能:金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。

化學(xué)性能化學(xué)性能:指金屬材料與周?chē)橘|(zhì)掃觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。1.

耐腐蝕性:指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。2.

抗氧化性:指金屬材料在高溫下,抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。第5頁(yè)/共70頁(yè)腐蝕的概念金屬表面受到外部介質(zhì)作用而逐漸破壞的現(xiàn)象稱(chēng)為腐蝕或者銹蝕。腐蝕通常分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種類(lèi)型。金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕,稱(chēng)為電化學(xué)腐蝕;金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕,稱(chēng)為化學(xué)腐蝕。大部分金屬的腐蝕是電化學(xué)腐蝕。第6頁(yè)/共70頁(yè)電化學(xué)腐蝕示意圖電化學(xué)腐蝕實(shí)際上是電池作用。-Fe+CuH2SO4e鐵和銅在電解質(zhì)H2SO4溶液中形成了一個(gè)電池,由于鐵的電極電位低,為陽(yáng)極,銅的電極電位高,為陰極,所以鐵被溶解,而在陰極上就放出氫氣。第7頁(yè)/共70頁(yè)化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕就是金屬與介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在干燥環(huán)境下鋼鐵表面的紅色銹蝕就是屬于化學(xué)腐蝕:4Fe+3O2=2Fe2O3當(dāng)氧氣含量不足時(shí),反應(yīng)物為FeO(黑色)鋼鐵氧化發(fā)黑的成分是Fe3O4第8頁(yè)/共70頁(yè)機(jī)械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的特性。

1.抗拉強(qiáng)度:也叫強(qiáng)度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用牛頓/平方毫米(N/mm2

)表示。

2.

屈服強(qiáng)度:指材料在拉抻過(guò)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)增加或產(chǎn)生0.2%L時(shí)應(yīng)力值,單位用牛頓/平方毫米(N/mm2

)表示。

機(jī)械性能(力學(xué)性能)第9頁(yè)/共70頁(yè)3.延伸率(δ):材料在拉伸斷裂后,總伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。4.斷面收縮率(Ψ)材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。第10頁(yè)/共70頁(yè)第11頁(yè)/共70頁(yè)硬度硬度:指材料抵抗其它更硬物壓入其表面的能力,常用硬度按其范圍測(cè)定分布氏硬度(HBS、HBW)和洛氏硬度(HRA、HKB、HRC)和維氏硬度(HV)第12頁(yè)/共70頁(yè)布氏硬度原理:用一定直徑的鋼球以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣的表面,保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力,在試樣的表面留下球形痕跡,測(cè)量壓痕直徑的大小求得硬度值布氏硬度又兩種:HBS和HBW,區(qū)別時(shí)鋼球布同,HBS用的時(shí)淬火鋼球,HBW是硬質(zhì)合金球,HBS現(xiàn)在基本都不用,現(xiàn)在用的是HBW.布氏硬度計(jì)的優(yōu)點(diǎn):準(zhǔn)確布氏硬度計(jì)的缺點(diǎn):損傷大,不易測(cè)薄的工件第13頁(yè)/共70頁(yè)洛氏硬度原理:以頂角為120°的金剛石圓錐體或者直徑時(shí)1.588mm的淬火鋼球做壓頭,以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入試樣的表面,根據(jù)壓痕深度,確定硬度值。洛氏硬度有9種:HRA,HRB,HRC,HRD,HRE,HRF,HRG,HRH,HRK洛氏硬度計(jì)的優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單迅速,效率高,直接讀數(shù)洛氏硬度計(jì)的缺點(diǎn):不夠準(zhǔn)確第14頁(yè)/共70頁(yè)維氏硬度原理:原理與布氏相似,區(qū)別是采用錐面夾角為136°的金剛石正四棱錐體,測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度。優(yōu)點(diǎn):準(zhǔn)確度高,壓痕更小,是以微米單位來(lái)計(jì)缺點(diǎn):效率低第15頁(yè)/共70頁(yè)沖擊韌性

沖擊韌性(Ak):材料抵抗沖擊載荷的能力,單位為焦耳/平方厘米(J/cm2)。韌性轉(zhuǎn)變溫度:沖擊吸收功氏隨著溫度的降低而降低的,有些材料在低于某一溫度時(shí),沖擊值顯著下降,這一溫度稱(chēng)為韌性轉(zhuǎn)變溫度普通碳素鋼的韌性轉(zhuǎn)變溫度大約是在-20℃,這就是某些車(chē)輛、橋梁、管道等在東北等寒冷地區(qū)易發(fā)生脆斷的原因。第16頁(yè)/共70頁(yè)

鐵碳合金相圖

鐵碳合金相圖:表示在平衡狀態(tài)下鐵碳合金的化學(xué)成分、相、組織與溫度的關(guān)系圖。利用它可以研究鋼和鑄鐵的內(nèi)部組織及其變化規(guī)律,從而為更好的利用它們,并為制定熱處理、壓力加工等工藝規(guī)程打下基礎(chǔ)。在工程中一般研究的鐵碳合金狀態(tài)圖實(shí)際上都是鐵與滲碳體兩組元構(gòu)成的狀態(tài)圖。第17頁(yè)/共70頁(yè)

鐵碳合金的相圖及組織轉(zhuǎn)變工業(yè)純鐵碳鋼白口鑄鐵亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鐵第18頁(yè)/共70頁(yè)工業(yè)純鐵含碳量小于0.0218%的鐵碳合金,鋼含碳量在0.0218%~2.11%的鐵碳合金,

共析鋼含碳量等于0.77%,

亞共析鋼含碳量小于0.77%,

過(guò)共析鋼含碳量位于0.77%~2.11%,白口鑄鐵含碳量在2.11%~6.69%的鐵碳合金

共晶白口鑄鐵含碳量等于4.3%,

亞共晶白口鑄鐵含碳量位于2.11%~4.3%

過(guò)共晶白口鑄鐵含碳量位于4.3%~6.69%第19頁(yè)/共70頁(yè)1.鐵素體(F)

碳溶于中的固溶體,它保持體心立方晶格結(jié)構(gòu)。其顯微組織如圖1-15,溶解度(0.008%~0.02%),故性質(zhì)接近純鐵,強(qiáng)度、硬度低,塑性、韌性好。2.奧氏體(A)

碳溶于中的固溶體,保持面心立方晶格結(jié)構(gòu)。其顯微組織如圖1-16,溶解度(0.77%~2.11%),其強(qiáng)度和硬度略高于鐵素體,塑性、韌性較好,奧氏體氏沒(méi)有磁性的。3.滲碳體(Fe3C)

鐵和碳組成的金屬化合物,復(fù)雜斜方晶體結(jié)構(gòu)。含碳量為6.69%,其硬度很高,塑性、韌性幾乎為零,脆性極大,在一定條件下分解為鐵和石墨。第20頁(yè)/共70頁(yè)圖1-15鐵素體的顯微組織圖1-16奧氏體的顯微組織第21頁(yè)/共70頁(yè)4.珠光體P

珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。其顯微組織如圖1-17,珠光體強(qiáng)度較高,塑性、韌性和硬度介于滲碳體和鐵素體之間。圖1-17珠光體的顯微組織第22頁(yè)/共70頁(yè)5.萊氏體Ld

萊氏體在727℃以上,由奧氏體與滲碳體組成的機(jī)械混合物,稱(chēng)為高溫萊氏體Ld;在727℃以下,該組織轉(zhuǎn)變?yōu)橛芍楣怏w與滲碳體組成的機(jī)械混合物,稱(chēng)為低溫萊氏體Ld’。其力學(xué)性能與滲碳體相似,硬度較高,脆性較大。第23頁(yè)/共70頁(yè)

常用金屬材料工業(yè)用鋼

鑄鐵

有色金屬第24頁(yè)/共70頁(yè)4.6.1鋼(含碳量小于2.11%的鐵碳合金)鋼的分類(lèi):1)以含碳量分(按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωC%)低碳鋼(ωc≤0.25%)中碳鋼(0.25%≤ωc≤

0.6%)高碳鋼(0.6%<ωc≤

2.11%)2)以化學(xué)成份分(按合金成份)碳素鋼(以Fe、C成份為主)合金鋼(除Fe、C外,還有其它合金元素)第25頁(yè)/共70頁(yè)3)以鋼的品質(zhì)分(按有害雜質(zhì)S、P含量)普通鋼(ωs≤0.05%;ωp≤0.045%)優(yōu)質(zhì)鋼(ωs≤0.04%;ωp≤0.04%)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(ωs≤0.03%;ωp≤0.035%)4)以鋼的用途分(按行業(yè)使用)結(jié)構(gòu)鋼(建筑、機(jī)械制造用)工具鋼(工具、刀具、模具等用)特殊性能鋼(防腐蝕、高溫、導(dǎo)磁等場(chǎng)合用)

5)按冶煉時(shí)脫氧程度分沸騰鋼(不脫氧F)鎮(zhèn)靜鋼(脫氧完全Z)半鎮(zhèn)靜鋼(脫氧不完全b)第26頁(yè)/共70頁(yè)鋼中各元素的影響

1.碳的作用鋼中含碳量增加,屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高,但塑性和沖擊性降低,當(dāng)碳量0.23%超過(guò)時(shí),鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼,含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。第27頁(yè)/共70頁(yè)2.硅的影響硅能溶解于鐵素體中,使鐵素體強(qiáng)化,從而提高鋼的強(qiáng)度。3.錳的影響錳能與硫化合成MnS,減少硫?qū)︿摰挠泻τ绊憽T谑覝叵?,錳大部分溶于鐵素體,對(duì)鋼有一定的強(qiáng)化作用。4.磷和硫的影響磷和硫都是有害元素,一般情況下含量越低越好,要嚴(yán)格的控制其含量。第28頁(yè)/共70頁(yè)介紹鋼的成份、使用特點(diǎn)及應(yīng)用、牌號(hào):(一)結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào):1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼字母Q+屈服點(diǎn)數(shù)值(Mpa)+質(zhì)量等級(jí)。表示普碳結(jié)構(gòu)鋼共分195、215、235、255、275五種。共有A,B,C,D四個(gè)級(jí)別,A級(jí)最差。如:Q235A;Q215B;第29頁(yè)/共70頁(yè)2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào):由兩位數(shù)字組成表示碳的平均萬(wàn)分含量(常用:08~85)如45(表示ωC≤0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼)當(dāng)ωMn=0.7~1.2%時(shí),在數(shù)字后加Mn如65Mn(表示ωc=0.65%,ωMn=0.7~1.2%的優(yōu)質(zhì)碳鋼)。第30頁(yè)/共70頁(yè)2、合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào):數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字表示碳的平均萬(wàn)分含量元素平均百分含量:<1.5%不標(biāo)記,表示所含合金元素的名稱(chēng)如:20Cr(表示ωc=0.2%,ωCr<1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼)如:38CrMnAl(表示ωc=0.38%,ωCr、ωMnωAl的含量均<1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼)如:60Si2Mn(表示ωc=0.6%,ωSi=1.5~2.49%,的ωMn<1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼)第31頁(yè)/共70頁(yè)*滾動(dòng)軸承鋼

是合金結(jié)構(gòu)鋼中的一類(lèi)專(zhuān)門(mén)用鋼。牌號(hào):字母G+合金元素+數(shù)字表示滾動(dòng)軸承用鋼表示所含主要合金元素的名稱(chēng)如:GCr9(表示ωCr=0.9%的滾動(dòng)軸承鋼)只標(biāo)出鉻元素平均千分含量,其它不標(biāo)記,如:GCr15SiMn(表示ωCr=1.5%的滾動(dòng)軸承鋼)成份:ωC=1~1.15%,加入了Mn、Si等合金元素,熱處理后使用。第32頁(yè)/共70頁(yè)(二)工具鋼1、碳素工具鋼牌號(hào):字母T+數(shù)字+質(zhì)量級(jí)別表示工具鋼表示碳的平均千分含量(7~13)

末尾標(biāo),表示是高級(jí)優(yōu)質(zhì)如T7(表示含碳量為ωC≈0.7%的碳素工具鋼);如T10(表示含碳量為ωC≈1.0%的碳素工具鋼);第33頁(yè)/共70頁(yè)2、合金工具鋼數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字表示碳的平均千分含量,>1%不標(biāo)記表示所含合金的名稱(chēng)元素平均百分含量:<1.5%不標(biāo)記,第34頁(yè)/共70頁(yè)(三)特殊性能鋼1、不銹鋼(主要合金元素為Cr和Ni)牌號(hào):數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字表示碳的平均千分含量,<0.08%時(shí)用0表示表示所含合金的名稱(chēng)元素平均百分含量如:1Cr13(表示ωc≈0.1%,ωCr≈13%的不銹鋼);如:1Cr18Ni9(表示ωc≈0.1%,ωCr≈18%,ωNi≈9%的不銹鋼);如:2Cr13(表示ωc≈0.2%,ωCr≈13%的不銹鋼);第35頁(yè)/共70頁(yè)2、耐熱鋼牌號(hào):數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字表示碳的平均千分含量,<0.08%時(shí)用0表示表示所含合金的名稱(chēng)元素平均百分含量<1.5%不標(biāo)記,如:4Cr10Si2Mo(表示ωc≈0.4%,ωCr≈10%,ωSi≈2%,ωMo<1.5%的耐熱鋼);如:5Cr2Mn9Ni4N(表示ωc≈0.5%,ωCr≈2%,ωMn≈9%,ωNi≈

4,ωN<1.5%的耐熱鋼);如:0Cr13Al(表示ωc<0.08%,ωCr≈13%,ωAl<1.5%的耐熱鋼);第36頁(yè)/共70頁(yè)(四)鑄鋼牌號(hào):字母ZG+數(shù)字—數(shù)字表示鑄鋼表示抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)表示屈服點(diǎn)σs(Mpa)如ZG230—450(表示含碳量屈服點(diǎn)為σs=230MPa,抗拉強(qiáng)度為的σb=450Mpa的碳素鑄鋼);第37頁(yè)/共70頁(yè)4.6.2鑄鐵(含碳量大于2.11%的鐵碳合金)1、白口鑄鐵牌號(hào):無(wú)牌號(hào)標(biāo)記成份:ωC=2.11~6.69%,碳以Fe3C(化合物)的形式存在,并含有Si、Mn、P、S等雜質(zhì)特點(diǎn)與應(yīng)用:斷面呈白色,性能硬而脆,不能切削加工,一般不用來(lái)制造機(jī)械零件,主要用作煉鋼的原料。第38頁(yè)/共70頁(yè)2、灰口鑄鐵牌號(hào):字母HT+數(shù)字表示灰口鑄鐵表示最低抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)如:HT150(表示最低抗拉強(qiáng)度為σb=150MPa的灰口鑄鐵);第39頁(yè)/共70頁(yè)3、可鍛鑄鐵牌號(hào):字母KTH(KTZ)+數(shù)字—數(shù)字KTH表示“黑心”可鍛鑄鐵KTZ表示“珠光體”可鍛鑄鐵表示最低抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)表示最低伸長(zhǎng)率δ(%)如:KTH300—06(表示最低抗拉強(qiáng)度為σb=300MPa,δ=6%的黑心可鍛鑄鐵);第40頁(yè)/共70頁(yè)4、球墨鑄鐵牌號(hào):字母QT+數(shù)字—數(shù)字表示球墨鑄鐵表示最低抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)表示最低伸長(zhǎng)率δ(%)如:QT400—18(表示最低抗拉強(qiáng)度為σb=400MPa,δ=18%的球墨鑄鐵);第41頁(yè)/共70頁(yè)4.6.3有色金屬——除鋼鐵(黑色金屬)以外的其它金屬材料。1、鋁及鋁合金(1)純鋁舊牌號(hào):L1、L2、L3、L4、----序號(hào)越大,純度越低新牌號(hào):1070、1060、1050、1040、----純度依次降低特點(diǎn)及應(yīng)用:輕,密度低→配置鋁合金導(dǎo)電導(dǎo)熱性好→導(dǎo)線、電容抗大氣腐蝕→包覆材料加工性能好→包裝材料強(qiáng)度低→不能作為承受載荷的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用第42頁(yè)/共70頁(yè)(2)鋁合金牌號(hào):LF2(防銹)、LY11(硬鋁)、LC3(超硬鋁)LD5(鍛鋁)----(舊)變形鋁合金(新)變形鋁合金5A02(防銹)、2A11(硬鋁)、7A03(超硬鋁)2A50(鍛鋁)----鑄造鋁合金ZL╳╳╳鋁合金組別(表示除鋁以外的主要合金)A表示原始合金,其它字母為改型合金區(qū)分同組的不同合金表示所含合金成分第43頁(yè)/共70頁(yè)2、銅及銅合金(1)純銅(紫銅)牌號(hào):T1、T2、T3、T4、----序號(hào)越大,純度越低特點(diǎn)及應(yīng)用:玫瑰紅色,表面形成氧化膜后呈紫色,故一般稱(chēng)為紫銅。有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、極好的塑性和耐蝕性。主要用于電線、電纜、電子元件及導(dǎo)熱器件等。(2)銅合金第44頁(yè)/共70頁(yè)(a)黃銅(銅鋅合金)牌號(hào):普通黃銅:H××平均含銅量的百分?jǐn)?shù)特點(diǎn)及應(yīng)用:對(duì)海水和大氣有良好的耐蝕性,一般用于制造彈殼、散熱器、墊片、油管等器件。(b)青銅(銅錫、銅鋁、銅硅、銅鉛等合金的總稱(chēng))牌號(hào):對(duì)壓力加工的錫青銅:QSn××Sn含量的百分?jǐn)?shù)對(duì)鑄造青銅:ZCu××除銅外其它元素的符號(hào)和含量的百分?jǐn)?shù)第45頁(yè)/共70頁(yè)——含碳量小于2.11%的鐵碳合金1)以含碳量ωC%<0.25%(低),0.25~0.6%(中),>0.6%(高)2)以化學(xué)成份碳素鋼,合金鋼3)以鋼的品質(zhì)

普通鋼,優(yōu)質(zhì)鋼,高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼4)以鋼的用途結(jié)構(gòu)鋼,工具鋼,特殊性能鋼*常用鋼種的牌號(hào)及識(shí)別:鋼第46頁(yè)/共70頁(yè)結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼:Q235A;Q215B;優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼:45;65Mn;合金結(jié)構(gòu)鋼:20Cr;38CrMnAl;60Si2Mn;(GCr9)工具鋼碳素工具鋼:T7;T10;合金工具鋼:9CrSi;3CrWMn;5CrNiMo;(W18Cr4V)第47頁(yè)/共70頁(yè)特殊性能鋼不銹鋼:1Cr13;2Cr13;1Cr18Ni9耐熱鋼:4Cr10Si2Mo;0Cr13Al軟磁鋼(硅鋼片):JDR540—50;DQ133—30鑄鋼鑄造碳鋼:ZG230—450;ZG270—500;第48頁(yè)/共70頁(yè)——含碳量大于2.11%的鐵碳合金白口鑄鐵無(wú)牌號(hào)標(biāo)記灰口鑄鐵HT150;HT200;可鍛鑄鐵KTH300—06;KTZ450—04;球墨鑄鐵QT400—18;QT600—3鑄鐵第49頁(yè)/共70頁(yè)鋼鐵材料熱處理是通過(guò)加熱、保溫和冷卻方式借以改變合金的組織與性能的一種工藝方法,其基本內(nèi)容包括熱處理原理及熱處理工藝兩大方面。

鋼的熱處理鋼鐵材料的強(qiáng)韌化重要有兩個(gè)途徑:一是對(duì)鋼鐵材料實(shí)施熱處理;二是通過(guò)調(diào)整鋼的化學(xué)成分,加入合金元素(亦即鋼的合金化原理),以改善鋼的性能。第50頁(yè)/共70頁(yè)鋼的熱處理原理鋼的熱處理相變溫度鋼在加熱時(shí),實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度往往要偏離平衡的臨界溫度,冷卻時(shí)也是如此。隨著加熱和冷卻速度的增加,滯后現(xiàn)象將越加嚴(yán)重。通常把加熱時(shí)的臨界溫度標(biāo)以字母“C”,如AC1、AC3、ACm等;把冷卻時(shí)的臨界溫度標(biāo)以字母“r”,如Ar1、Ar3、Arm。第51頁(yè)/共70頁(yè)

鋼的普通熱處理一、退火將鋼加熱到一定溫度進(jìn)行保溫,緩冷至600℃以下,再空冷至室溫的熱處理工藝。各種退火和正火的一般加熱范圍第52頁(yè)/共70頁(yè)名稱(chēng)目的工藝制度組織應(yīng)用完全退火細(xì)化晶粒,消除鑄造偏析,降低硬度,提高塑性加熱到AC3+20~50℃,爐冷至550℃左右空冷

F+P亞共析鋼的鑄、鍛、軋件,焊接件球化退火降低硬度,改善切削性能,提高塑性韌性,為淬火作組織準(zhǔn)備加熱到AC1+20~40℃,然后緩冷片狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罟参?、過(guò)共析鋼及合金鋼的鍛件、軋件等擴(kuò)散退火改善或消除枝晶偏析,使成分均勻化加熱到Tm-100~200℃,先緩冷,后空冷粗大組織(組織嚴(yán)重過(guò)燒)合金鋼鑄錠及大型鑄鋼件或鑄件再結(jié)晶退火消除加工硬化,提高塑性加熱到再結(jié)晶溫度,再空冷變形晶粒變成細(xì)小的等軸晶冷變形加工的制品去應(yīng)力退火消除殘余應(yīng)力,提高尺寸穩(wěn)定性加熱到500~650℃緩冷至200℃空冷無(wú)變化鑄、鍛、焊、冷壓件及機(jī)加工件常用退火工藝制度小結(jié)第53頁(yè)/共70頁(yè)二、正火正火將鋼加熱到AC3以上溫度并保溫,出爐空冷至室溫的熱處理工藝。由于正火比退火加熱溫度略高,冷卻速度大,故珠光體的分散度大,先共析鐵素體的數(shù)量少,因而正火后強(qiáng)度、硬度較高。正火的應(yīng)用:①

用正火作為性能要求的一般結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。②

亞共析鋼采用正火來(lái)調(diào)整硬度,改切削加工性能。③

過(guò)共析鋼的正火可消除網(wǎng)狀碳化物。第54頁(yè)/共70頁(yè)三、淬火1、定義:淬火是將鋼加熱到AC1或AC3以上溫度并保溫,出爐快速冷卻,使奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體的熱處理工藝。2、淬火的必要性經(jīng)過(guò)退火或正火的工件只能獲得一般的強(qiáng)度和硬度,對(duì)于許多需要高強(qiáng)度、高耐磨條件下工作的零件則必須淬火與回火處理。第55頁(yè)/共70頁(yè)3.淬火加熱溫度淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒為原則,以便冷卻后獲得細(xì)小的馬氏體組織。亞共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac3以上30~50℃;過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac1以上30~50℃。

第56頁(yè)/共70頁(yè)2)淬火保溫時(shí)間淬火保溫時(shí)間主要根據(jù)鋼的成分特點(diǎn)、加熱介質(zhì)和零件尺寸來(lái)確定。

(a)含碳量越高,含合金元素越多,導(dǎo)熱性越差,則保溫時(shí)間就越長(zhǎng);(b)零件尺寸越大,保溫時(shí)間越長(zhǎng);(c)生產(chǎn)中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定保溫時(shí)間,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般條件下25.4mm以下的工件的保溫時(shí)間是1小時(shí),大于25.4mm時(shí),按照每增加1mm保溫時(shí)間延長(zhǎng)2.36分鐘來(lái)確定。第57頁(yè)/共70頁(yè)3)淬火冷卻速度淬火冷卻介質(zhì)選擇的原則:(a)為保證獲得馬氏體組織,要求V冷卻≥V臨界;(b)為保證零件不因淬火應(yīng)力而開(kāi)裂,要求V冷卻不應(yīng)太大,應(yīng)該選擇合適的冷卻介質(zhì)。水:

主要用于形狀簡(jiǎn)單、截面較大的碳鋼零件的淬火。油:一般用作合金鋼和某些小型復(fù)雜碳素鋼件的淬火。鹽?。簽榱藴p少零件淬火時(shí)的變形,鹽浴也常用作淬火介質(zhì),主要用于分級(jí)淬火和等溫淬火。第58頁(yè)/共70頁(yè)6、鋼的淬透性和淬硬性

鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。其大小通常用規(guī)定條件下淬火獲得淬透層的深度(又稱(chēng)有效淬硬深度)的距離作為淬透層深度。

生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂臨界淬火直徑,是指圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時(shí)所能得到的最大淬透直徑(即心部被淬成半馬氏體的最大直徑),用Do表示。在相同冷卻條件下,Do越大,鋼的淬透性越好。第59頁(yè)/共70頁(yè)淬透性的應(yīng)用:(1)淬透性大的工件易淬透,組織和性能均勻一致;(2)淬火性大的工件在淬火時(shí),可選用冷卻能力較小的淬火介質(zhì)以減小淬火應(yīng)力。(3)對(duì)受力大而復(fù)雜的工件,為確保組織性能均勻一致,可選用淬透性大的鋼。(4)當(dāng)要求工件表面硬度高,而心部韌性好時(shí),可選用低淬透性鋼。鋼的淬硬性是指淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度,淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。

第60頁(yè)/共70頁(yè)四、回火1、定義:回火是把淬火后的鋼件,重新加熱到A1以下某一溫度,經(jīng)保溫后空冷至室溫的熱處理工藝。2、目的:淬火鋼件經(jīng)回火可以減少或消除淬火應(yīng)力,穩(wěn)定組織,提高鋼的塑性和韌性,從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性得到適當(dāng)配合,以滿(mǎn)足不同工件的性能要求。第61頁(yè)/共70頁(yè)回火的目的是降低應(yīng)力和脆性,獲得回火馬氏體組織,使鋼具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。低溫回火一般用來(lái)處理要求高硬度和高耐磨性的工件,如刀具、量具、滾動(dòng)軸承和滲碳件等。(HRC≥60)4、回火的種類(lèi):1)低溫回火(150~250℃)2)中溫回火(350~500

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