金屬材料與熱處理課件

金屬材料與熱處理一、常用碳素鋼金屬材料與熱處理一、常用碳素鋼11．碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是由屈服點(diǎn)字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)、脫氧方法等四部分按順序組成。其中屈服點(diǎn)的數(shù)值以鋼材厚度(或直徑)不大于16mm鋼的屈服點(diǎn)表示；質(zhì)量等級(jí)分A、B、C、D四級(jí)，A級(jí)質(zhì)量最低，D級(jí)質(zhì)量最高；屈服點(diǎn)的字母以“屈’’字漢語(yǔ)拼音字母“Q”表示；沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼分別以“沸”、“鎮(zhèn)”二字的漢語(yǔ)拼音字首“F”、“z”表示；半鎮(zhèn)靜鋼用字母b表示，“z”可以省略。例如Q235—A·F表示σs（屈服強(qiáng)度）=235MPa的A級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼，F(xiàn)表示沸騰鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼塑性、韌性好。適于制作鋼筋、鋼板等建筑用材料和一般機(jī)械構(gòu)件。1．碳素結(jié)構(gòu)鋼2

2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)由兩位數(shù)字構(gòu)成，數(shù)字值表示鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分之幾。例如45鋼，表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．45％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。若鋼中錳含量較高，但不是特意加入的，則在兩位數(shù)字之后加“Mn”。如65Mn鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．65％且錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。若為沸騰鋼，則在表示牌號(hào)的兩位數(shù)字之后寫上“F”，如08F表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．08％的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)沸騰鋼。金屬材料與熱處理課件310、15、20等鋼屬于低碳鋼，具有良好的冷沖壓性能及可焊性，常用來(lái)制造用力不大、韌性要求較高的機(jī)械零件，如螺釘、螺帽、法蘭盤、拉桿及化工機(jī)械中的焊接容器等。經(jīng)過(guò)滲碳淬火處理后，其表面硬而耐磨，心部保持高的塑性和韌性，常用于制造承受沖擊載荷的耐磨零件，如凸輪、摩擦片等。10、15、20等鋼屬于低碳鋼，具有良好的冷沖壓性能及可焊性430、45、50等鋼屬于中碳鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理(即淬火后高溫回火)后，有良好的綜合力學(xué)性能，是受力較大的機(jī)器零件理想的原材料。主要用來(lái)制造截面尺寸不大的齒輪、連桿及軸類零件。60以上的鋼屬于高碳鋼，經(jīng)熱處理后，有高強(qiáng)度和良好的彈性，適于制造彈簧、鋼繩、軋輥等彈性零件及耐磨零件。30、45、50等鋼屬于中碳鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理(即淬火后高溫回火5易切削鋼也是結(jié)構(gòu)鋼的一種。其特點(diǎn)是易于切削加工。這種材料適用于自動(dòng)機(jī)床上加工。它是向鋼中加入一種或幾種易生成脆性?shī)A雜物的元素(硫和磷等)，使鋼中形成有利于斷屑的夾雜物，從而改善了鋼的切削加工性能。易切削鋼也是結(jié)構(gòu)鋼的一種。其特點(diǎn)是易于切削加工63．碳素工具鋼碳素工具鋼的牌號(hào)以“碳”字漢語(yǔ)拼音字首“T”與其后面的一組數(shù)字組成，數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為千分之幾。含錳較高的在數(shù)字后標(biāo)注“Mn”，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后標(biāo)注“A”。如T10A表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1．0％的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。3．碳素工具鋼碳素工具鋼的牌號(hào)以“碳”字漢語(yǔ)拼音字首“7碳素工具鋼隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其硬度和耐磨性漸增，而韌性則逐漸下降，應(yīng)用場(chǎng)合也因之不同。T7、T8一般用于要求韌性稍高的工具如：沖頭、鏨子、簡(jiǎn)單模具、木工工具等。T9、T10、T11用于要求中等韌性、高硬度的工具，如手用鋸條、絲錐、板牙等，也可用作要求不高的模具。T12、T13具有高的硬度及耐磨性，但韌性低，用于制造量具、銼刀、鉆頭、刮刀等。碳素工具鋼隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其硬度和耐磨8鑄鋼的牌號(hào)用“ZG+兩組數(shù)字”表示，ZG是“鑄鋼”二字漢語(yǔ)拼音首位字母，兩組數(shù)字分別表示最低屈服點(diǎn)和最低抗拉強(qiáng)度的值，單位是MPa。如ZG200—400，表示屈服點(diǎn)不小于200MPa，抗拉強(qiáng)度不小于400MPa的鑄鋼。鑄鋼的牌號(hào)用“ZG+兩組數(shù)字”表示，ZG是“鑄鋼”二字漢語(yǔ)拼9鋼的熱處理一、概述

鋼的熱處理是通過(guò)鋼在固態(tài)下的加熱、保溫和冷卻，改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需要的性能的工藝方法。

熱處理在機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛，它不僅能提高材料的使用性能，以充分發(fā)揮其潛力，還能提高機(jī)械零件的壽命，并能提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約金屬材料。此外，熱處理還可用來(lái)改善工件的加工工藝性能，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。鋼的熱處理一、概述10根據(jù)加熱、保溫和冷卻的方式不同，熱處理可分為退火、正火、淬火、回火及化學(xué)熱處理等基本方法。熱處理工藝過(guò)程中的加熱、保溫和冷卻一個(gè)階段。通常可用溫度—時(shí)間坐標(biāo)圖形表示，稱為熱處理工藝曲線，如圖6—5所示。由于加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度的不同，將使鋼產(chǎn)生不同的組織轉(zhuǎn)變。

根據(jù)加熱、保溫和冷卻的方式不同，熱處理可分為退火、正火、淬火11金屬材料與熱處理課件12二、鋼的普通熱處理

1．退火退火是將鋼加熱到工藝預(yù)定的某一溫度，經(jīng)保溫后緩慢冷卻下來(lái)的熱處理方法。常用的退火方法有完全退火、球化退火和去應(yīng)力退火等。二、鋼的普通熱處理1．退火132．正火正火是將鋼加熱到工藝規(guī)定的某一溫度，使鋼的組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，經(jīng)保溫一段時(shí)間后，在空氣中冷卻到室溫的工藝方法。正火的冷卻速度比退火稍快，過(guò)冷度稍大。因此，正火后所獲得的組織較細(xì)，強(qiáng)度、硬度較高。2．正火14正火與退火的工藝和目的相似，在實(shí)際生產(chǎn)中，正火主要應(yīng)用于下列幾個(gè)方面：第一，凡碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0．45％的碳鋼，都用正火替代退火；第二，過(guò)共折鋼常用正火來(lái)消除網(wǎng)狀滲碳體，給球化退火作組織上的準(zhǔn)備；第三，對(duì)使用性能要求不高的工件，常用正火代替調(diào)質(zhì)。正火與退火的工藝和目的相似，在實(shí)際生產(chǎn)中，正火主要應(yīng)用于下列153．淬火淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac1或Ac3以上，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻下來(lái)的一種熱處理方法。淬火的目的是提高鋼的硬度和耐磨性，使結(jié)構(gòu)零件獲得良好的綜合力學(xué)性能。3．淬火16

4．回火鋼件淬火后必須經(jīng)過(guò)回火。回火就是將淬火鋼重新加熱到工藝預(yù)定的某一溫度(低于臨界溫度)，經(jīng)保溫后再冷卻到室溫的熱處理工藝。淬火鋼回火的目的在于消除淬火內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整鋼的力學(xué)性能，穩(wěn)定鋼件的組織和尺寸。根據(jù)零件的力學(xué)性能要求和回火溫度不同，回火方法有以下三種：

(1)低溫回火的溫度為150～250℃，得到的組織為回火馬氏體。目的是降低淬火鋼的脆性及內(nèi)應(yīng)力，保持高硬度和高耐磨性。低溫回火適用于量具、切削工具、沖模等以及滾動(dòng)軸承和滲碳淬火零件。4．回火17

(2)中溫回火的溫度為350～450℃，得到的組織為回火托氏體。這種組織不僅具有一定的韌性和硬度，而且具有高的彈性和屈服強(qiáng)度。中溫回火常用于各種彈簧和鍛模的回火。

(3)高溫回火的溫度為500～650℃，得到的組織為回火索氏體，它具有較高的強(qiáng)度和沖擊韌度的力學(xué)性能。高溫回火常用于傳動(dòng)件和重要的緊固件，如曲軸、連桿、氣缸、螺栓等。在生產(chǎn)中常把淬火后進(jìn)行高溫回火的熱處理，稱為調(diào)質(zhì)處理?；鼗鹗菬崽幚淼淖詈笠坏拦ば?，它直接影響成品的質(zhì)量，因此回火溫度必須嚴(yán)加控制。(2)中溫回火的溫度為350～450℃，得到的組織為回火托18三、鋼的表面熱處理

許多零件，如齒輪、凸輪、曲輪等，不僅要求表面具有高的硬度和耐磨性，還要求心部具有足夠的韌性。若要滿足這些要求，僅僅依靠選材和采用一般熱處理方法是難以實(shí)現(xiàn)的，而采用表面熱處理工藝則能滿足上述要求。表面熱處理是僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理，以改善其組織和力學(xué)性能的工藝，它包括表面淬火和化學(xué)熱處理兩類。三、鋼的表面熱處理許多零件，如齒輪、凸輪、曲輪等，不僅要求191．表面淬火表面淬火是指使工件表面迅速加熱到淬火溫度，而不等熱量傳到中心就迅速冷卻。表面淬火后，工件的表層獲得硬而耐磨的馬氏體組織，而心部仍保持原來(lái)的韌性較好的組織。為了使淬火工件的表面耐磨，鋼中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于0．3％。表面淬火用鋼一般是中碳或中碳合金鋼。1．表面淬火表面淬火是指使工件表面迅速加熱到淬火溫度，而20加熱工件的方法主要有感應(yīng)加熱和火焰加熱兩種。感應(yīng)加熱是利用感應(yīng)線圈中的交變電磁場(chǎng)，使工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，依靠電熱效應(yīng)使表面金屬溫度迅速升高至淬火溫度，然后進(jìn)行淬火冷卻。火焰加熱是利用氧—乙炔焰直接加熱工件，使其表面迅速升溫至淬火溫度。然后進(jìn)行淬火冷卻。表面淬火常應(yīng)用于齒輪、曲軸軸頸、凸輪等零件的表面硬化處理。加熱工件的方法主要有感應(yīng)加熱和火焰加熱兩種。感應(yīng)加熱是利用感212．化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將零件置于化學(xué)介質(zhì)中加熱保溫，使零件表面滲入某種元素以改變其化學(xué)成分組織和力學(xué)性能的熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理包含分解(化學(xué)介質(zhì)在一定溫度下分解出活性原子)、吸收(活性原子被工件表面吸收并滲入工件表面)和擴(kuò)散(滲入的活性原子由表及里的滲透形成擴(kuò)散層)三個(gè)基本過(guò)程。化學(xué)熱處理方法有滲碳和滲氮兩種。2．化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將零件置于化學(xué)介質(zhì)中加熱保溫，22(1)滲碳是使介質(zhì)分解出的活性碳原子滲入工件表層，提高表層組織中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)淬火及低溫回火，使工件表層具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持原來(lái)的組織和性能的熱處理工藝方法。滲碳主要用于低碳鋼和低碳合金鋼，滲碳后工件表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．85％～1．05％，經(jīng)淬火與低溫回火后表面硬度為56～64HRC，而心部仍保持良好的塑性、韌性。按所用的滲碳劑不同，滲碳的方法分為固體滲碳法和氣體滲碳法等，目前生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。(1)滲碳是使介質(zhì)分解出的活性碳原子滲入工件表層，提高表層23(2)滲氮是使化學(xué)介質(zhì)分解出的活性氮原子，滲入工件表層形成氮化層的熱處理工藝方法。滲氮后的工件表面生成的滲氮物，由于結(jié)構(gòu)致密，硬度高，所以能抵抗化學(xué)介質(zhì)的侵蝕并具有比滲碳更高的表面硬度、耐磨性、熱硬性和疲勞強(qiáng)度，不再需要淬火強(qiáng)化。目前，常用的滲氮方法是氣體滲氮，氣體滲氮用鋼以中碳合金鋼為主，使用最廣泛的鋼為38CrMoAlA。(2)滲氮是使化學(xué)介質(zhì)分解出的活性氮原子，滲入工件表層形成氮24四、鋼的表面處理在生產(chǎn)實(shí)際中，許多零件和工具為了防止其使用時(shí)，表面產(chǎn)生腐蝕及增加表面的美觀，常對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，使零件和工具的表面生成一層均勻而致密的氧化膜。這不僅提高了表面的抗蝕性能，而且氧化膜所具有的光澤也增加了美觀。目前常用的表面處理方法有氧化、發(fā)黑和磷化等。四、鋼的表面處理25合金鋼合金鋼就是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，為了改善鋼的性能，在冶煉時(shí)有目的地加入一些元素的鋼，加入的元素稱合金元素。合金鋼常用的合金元素有錳、硅、鉻、鎳、鎢、釩、鈦、硼、稀土等。合金鋼合金鋼就是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，為了改善鋼的性能，在冶煉26一．合金鋼牌號(hào)的表示方法合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是采用“二位數(shù)字+化學(xué)元素符號(hào)+數(shù)字”的方法來(lái)表示的。前面的數(shù)字表示鋼的碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分之幾，合金元素直接用化學(xué)元素符號(hào)表示，后面的數(shù)字表示合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分之幾。凡合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωMe

<1．5％時(shí)，牌號(hào)中只標(biāo)明元素，一般不標(biāo)明質(zhì)量分?jǐn)?shù)；如果平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωMe

≥1．5％、2．5％、3．5％……則相應(yīng)地以2、3、4……等表示。如果為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)后加“A”。例如：60Si2MnA

一．合金鋼牌號(hào)的表示方法27

60Si2MnAA——高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼Mn——平均錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωMn<1．5％Si2——平均硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωsi=2％60——平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωC=0.60％合金工具鋼牌號(hào)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼大體相同，所不同的是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示方法。當(dāng)平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1．0%時(shí)，在牌號(hào)中不標(biāo)出；當(dāng)平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1．0％時(shí)，則在牌號(hào)前以千分之幾表示。例如：60Si2MnA289Mn2VV——釩的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1．5％Mn2——錳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％9——碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．9％Cr12Cr12——鉻的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％不寫數(shù)字，碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1．0％一些特殊專用鋼，為表明其用途，在牌號(hào)前需附加字母。如滾動(dòng)軸承鋼(GCr15)，其牌號(hào)前面加“滾”字漢語(yǔ)拼音大寫字“G”表示。9Mn2V29

二、常用合金鋼1．合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入適量的合金元素的鋼。按照用途不同，合金結(jié)構(gòu)鋼可分為：普通低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等。(1)普通低合金結(jié)構(gòu)鋼常用的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼有09Mn2、16Mn、15MnV等。主要取代碳素結(jié)構(gòu)鋼，用以制造各種要求強(qiáng)度較高的工程結(jié)構(gòu)件，例如：船舶、車輛、高壓容器、管道、大型橋梁、大型屋架等。二、常用合金鋼30

(2)合金滲碳鋼

常用的滲碳鋼有20Cr、20Mn2B、20CrMnTi、20MnVB。

適于制造易磨損而又承受較大沖擊載荷的零件，如汽車、拖拉機(jī)的齒輪、凸輪軸、氣門頂桿等。

(3)合金調(diào)質(zhì)鋼常用的合金調(diào)質(zhì)鋼有40Cr、40Mn2、35CrMnSi和40MnB等。適用于制造性能要求高及截面尺寸較大的重要零件，如承受交變載荷、中等轉(zhuǎn)速、中等載荷的軸類、桿類、齒輪等零件。

(2)合金滲碳鋼31(4)合金彈簧鋼

常用的合金彈簧鋼有60Si2Mn、50CrVA等。重要的或大斷面的彈簧，都采用合金彈簧鋼制造，如機(jī)車車輛、汽車、拖拉機(jī)上的螺旋彈簧及板彈簧、閥門彈簧等。

(5)滾動(dòng)軸承鋼常用的滾動(dòng)軸承鋼有GCr6、GCr9、GCr15、GCr15SiMn等。適用于制造滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體的專用鋼，也可用于制造工具、量具和模具等。(4)合金彈簧鋼322．合金工具鋼合金工具鋼與碳素工具鋼相比，合金工具鋼具有淬透性好、耐磨性好、熱硬性高和熱處理變形小的優(yōu)點(diǎn)。按用途可分為刃具鋼、量具鋼和模具鋼三類。

(1)刃具鋼主要用來(lái)制造金屬切削刀具。

根據(jù)合金元素含量的不同，刃具鋼一般為低合金刃具鋼和高速鋼兩類。1)低合金刃具鋼

常用的低合金刃具鋼有9SiCr、9Mn2V、CrMn、CrWMn、CrW5和Cr2等，用于制造要求變形小的鉸刀、銑刀、低切削量的拉刀，并可用于制造量具和模具。2．合金工具鋼332)高速鋼是一種高合金鋼

高速鋼的品種繁多，主要有鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。鎢系高速鋼以w18Cr4V為代表，主要用于制造工作溫度在600℃以下結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成形刀具和普通麻花鉆等。

鎢鉬系高速鋼以W6Mo5Cr4V2為代表，它是在鎢系高速鋼的基礎(chǔ)上，以鉬代替部分鎢而制成的。除可代替W18Cr4V制造麻花鉆、滾刀、銑刀、插齒刀和擴(kuò)孔刀等外，還適合制造薄棱刃及大截面的刀具。

2)高速鋼是一種高合金鋼34(2)量具鋼：量具是用來(lái)度量和檢驗(yàn)成品尺寸的工具。因此，要求它的工作部分應(yīng)具有高的硬度和耐磨性。精度要求較低、形狀簡(jiǎn)單的量具，可采用T10A、T12A制造。高精度量規(guī)和量塊等，采用熱處理變形小的Cr12、9Mn2v、GCr15SiMn和CrWMn等制造。(2)量具鋼：量具是用來(lái)度量和檢驗(yàn)成品尺寸的工具。因此，要求35(3)模具鋼：按模具工作條件不同，可分為：冷作模具和熱作模具。冷作模具鋼是用來(lái)制造冷沖模、下料模、剪切模、拉絲模等冷態(tài)工作的模具。通?？梢圆捎肨10A、T12A、9Mn2V和9SiCr等。對(duì)于形狀復(fù)雜，要求高精度、高耐磨性的模具，則選用Cr12和Cr12MoV等來(lái)制造。熱作模具鋼(如熱鍛模、熱壓模)在工作過(guò)程中常常受到加熱和冷卻的交替作用，因此要求模具有足夠的室溫強(qiáng)度和韌性外，還應(yīng)具有高的高溫強(qiáng)度和耐熱疲勞性。目前，常用的熱作模具鋼有5Cr