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機(jī)械工程材料總復(fù)習(xí)1一、性能1、使用性能(1)力學(xué)性能①剛度:材料抵抗彈性變形的能力。指標(biāo)為彈性模量:E=/②強(qiáng)度:材料抵抗變形和破壞的能力??估瓘?qiáng)度b—材料斷裂前承受的最大應(yīng)力。屈服強(qiáng)度s—材料產(chǎn)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力。條件屈服強(qiáng)度0.2—?dú)堄嗨茏優(yōu)?.2%時(shí)的應(yīng)力。疲勞強(qiáng)度-1—無數(shù)次交變應(yīng)力作用下不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力。2③塑性:材料斷裂前承受最大塑性變形的能力。指標(biāo)為、。④硬度:材料抵抗局部塑性變形的能力。指標(biāo)為HB、HRC。⑤沖擊韌性:材料抵抗沖擊破壞的能力。指標(biāo)為
k,材料的使用溫度應(yīng)在冷脆轉(zhuǎn)變溫度以上。⑥斷裂韌性:材料抵抗內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的能力。指標(biāo)為K1C。(2)物理化學(xué)性能①密度、熔點(diǎn)、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等。②耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫等。32、工藝性能①鑄造性能:液態(tài)金屬的流動(dòng)性、填充性、收縮率、偏析傾向。②鍛造性能:成型性與變形抗力。③切削性能:對刀具的磨損、斷屑能力及導(dǎo)熱性。④焊接性能:產(chǎn)生焊接缺陷的傾向。⑤熱處理性能:淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。4二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、晶體與非晶體金屬在固態(tài)下一般都是晶體。晶體——原子按一定的次序有規(guī)則的排列。如:金剛石、石墨和一切固態(tài)金屬及其合金都屬于晶體。非晶體——內(nèi)部原子呈不規(guī)則的排列。如:普通玻璃、松香、石蠟等。晶體結(jié)構(gòu)不同,其性能往往相差很大。
a)石英晶體b)石英玻璃52、晶體結(jié)構(gòu)(1)純金屬的結(jié)構(gòu)晶格:表示原子排列規(guī)律的空間格架。晶胞:晶格中代表原子排列規(guī)律的最小幾何單元。晶胞表示方法:晶胞各邊的尺寸a、b、c稱為晶格常數(shù),晶胞各邊之間的相互夾角分別以
、β、γ表示。
(a)晶體結(jié)構(gòu)(b)晶格(c)晶胞晶體示意圖6(2)三種典型的金屬晶格①體心立方晶格
體心立方晶格的晶胞如圖所示。它是一個(gè)立方體,在體心立方晶胞中,原子位于立方體的八個(gè)頂角和中心。屬于這類晶格的金屬有
-Fe、Cr、V、W、Mo、Nb等。
(a)模型(b)晶胞(c)晶胞原子數(shù)體心立方晶格7②面心立方晶格
面心立方晶胞如圖所示。它的形狀也是一個(gè)立方體。在面心立方晶胞中,原子位于立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心。屬于這類晶格的金屬有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。
(a)模型(b)晶胞(c)晶胞原子數(shù)面心立方晶格8③密排六方晶格
密排六方晶胞如圖所示。它是一個(gè)正六面柱體,在晶胞的12個(gè)角上各有一個(gè)原子,上底面和下底面的中心各有一個(gè)原子,上下底面的中間有三個(gè)原子。屬于這類晶格的金屬有Mg、Zn、Be、Cd等。
(a)模型(b)晶胞(c)晶胞原子數(shù)密排六方晶格9三種常見純金屬的晶體結(jié)構(gòu)體心立方面心立方密排六方晶格常數(shù)aaa、c原子半徑原子個(gè)數(shù)246配位數(shù)81212致密度0.680.740.74滑移面{110}×6{111}×4六方底面×1滑移方向<111>×2<110>×3底面對角×3滑移系12123常見金屬
-Fe、Cr、W
-Fe、Ni、AlMg、Zn10(3)金屬實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)①單晶體與多晶體單晶體:晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致,這晶體稱為單晶體。如單晶Si半導(dǎo)體。多晶體:這種實(shí)際上由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體。其中每個(gè)小晶體的外形多為不規(guī)則的顆粒,通常稱為晶粒。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。
(a)單晶體(b)多晶體11②晶體缺陷點(diǎn)缺陷:點(diǎn)缺陷是指長、寬、高尺寸都很小的缺陷。常見的點(diǎn)缺陷是空位和間隙原子??瘴唬壕Ц裰械目战Y(jié)點(diǎn)。間隙原子:擠進(jìn)晶格間隙中的原子。置換原子:取代原來原子位置的外來原子。
a)空位b)間隙原子c)置換原子12線缺陷:晶體中最普通的線缺陷就是位錯(cuò),它是在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。13面缺陷:面缺陷包括晶界和亞晶界。亞晶粒:組成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶塊。亞晶界:亞晶粒之間的交界面。14晶界的特點(diǎn):原子排列不規(guī)則;阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng);熔點(diǎn)低;耐蝕性低;產(chǎn)生內(nèi)吸附;是相變的優(yōu)先形核部位。金屬的晶粒越細(xì),晶界總面積越大,位錯(cuò)障礙越多;需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多,使得金屬塑性變形的抗力越高。晶粒越細(xì),單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越多,變形越均勻,在斷裂前將發(fā)生較大塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加,在斷裂前消耗的功大,因而韌性也好。細(xì)晶強(qiáng)化:通過細(xì)化晶粒來提高強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性的方法。153、合金的晶體結(jié)構(gòu)合金:由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。如碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色合金。組元:組成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)稱為組元,簡稱元。組元一般是指組成合金的元素,但一些穩(wěn)定的化合物有時(shí)也可作為組元,如Fe3C。合金系:由二個(gè)或二個(gè)以上組元按不同比例配制成一系列不同成分的合金,稱為合金系。相:在金屬組織中化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能相同的組分稱為相。組織:用肉眼或借助顯微鏡觀察到材料具有獨(dú)特微觀形貌特征的部分稱為組織。16多數(shù)合金組元液態(tài)時(shí)都能互相溶解,形成均勻液溶體。固態(tài)時(shí)由于各組分之間相互作用不同,形成不同的組織。通常固態(tài)時(shí)合金形成固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三類組織。(1)固溶體:合金由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時(shí),一組元的晶格中溶入另一種或多種其他組元而形成的均勻相稱為固溶體。保留晶格的組元稱為溶劑,溶入晶格的稱為溶質(zhì)。①置換固溶體:溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置形成的固溶體。多為金屬元素之間形成的固溶體。②間隙固溶體:溶質(zhì)原子處于溶劑晶格間隙所形成的固溶體。固溶強(qiáng)化:隨溶質(zhì)含量增加,固溶體的強(qiáng)度、硬度提高,塑性、韌性下降的現(xiàn)象。17(2)金屬間化合物合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)稱為金屬間化合物,它的晶格類型和性能完全不同于任一組元,一般可用化學(xué)分子式表示,如Fe3C,TiC等。金屬間化合物具有熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大的特點(diǎn),在合金中主要作為強(qiáng)化相,可以提高材料的強(qiáng)度、硬度和耐磨性,但塑性和韌性有所降低。(3)機(jī)械混合物兩種或兩種以上的相,按一定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組合成的物質(zhì)稱為機(jī)械混合物。混合物中各組成相仍保持自己的晶格,彼此無交互作用,其性能主要取決于各組成相的性能以及相的分布狀態(tài)。18三、金屬的結(jié)晶1、純金屬的結(jié)晶①結(jié)晶的概念:金屬的結(jié)晶是指金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。②純金屬的冷卻曲線:純金屬的結(jié)晶都是在一定溫度下進(jìn)行的。oC
LT0T1S0
oCa
bLsL+s0
合金的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線19純金屬的結(jié)晶是在一個(gè)恒定溫度下進(jìn)行的(此恒定溫度稱為結(jié)晶溫度),即是個(gè)恒溫過程。過冷——實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。過冷度△T——實(shí)際結(jié)晶溫度T1與理論結(jié)晶溫度T0之差,即:△T=T0-T1。冷速↑→?T↑→晶粒細(xì)化特定金屬的過冷度不是一個(gè)定值,它隨冷卻速度的變化而變化,冷卻速度越大,過冷度△T越大,金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度也就越低,并使晶粒細(xì)化。合金的結(jié)晶過程(共晶合金除外)是個(gè)非恒溫過程。合金的結(jié)晶過程是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的,即有一個(gè)開始結(jié)晶溫度和結(jié)晶終了溫度。冷卻曲線上有個(gè)斜線。20③金屬的結(jié)晶過程液態(tài)金屬的結(jié)晶過程包含兩個(gè)步驟:晶核的形成和晶核的長大。自發(fā)晶核——形成晶粒。原子自發(fā)地聚集在一起形成自發(fā)晶核,金屬的冷卻速度越快,自發(fā)的晶核越多。外來晶核——形成晶粒。金屬液中高熔點(diǎn)雜質(zhì)起晶核的作用。實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)是由許多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所組成的——多晶體結(jié)構(gòu)。晶界:晶粒之間的接觸面,晶粒的外形是不規(guī)則的,晶粒的內(nèi)部原子排列的位向也各不相同。21金屬結(jié)晶過程示意22④晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響結(jié)晶過程中形成的晶核數(shù)量愈多或晶核長大的速度愈慢,則得到的晶粒愈細(xì),強(qiáng)度、塑性和韌性愈好。金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性隨晶粒的細(xì)化而提高,稱為細(xì)晶強(qiáng)化。⑤細(xì)化鑄態(tài)金屬晶粒的主要途徑增加過冷度(提高冷卻速度);進(jìn)行變質(zhì)處理(加入難熔質(zhì)點(diǎn));附加振動(dòng)(機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、電磁振動(dòng))。細(xì)化固態(tài)金屬晶粒途徑:熱處理、或壓力加工的方法。232、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變——金屬在固態(tài)下,其晶格形式隨溫度發(fā)生改變的現(xiàn)象。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程也包括晶核的形成與長大;轉(zhuǎn)變時(shí)也放出潛能,因而也是在恒溫下進(jìn)行的;也有過冷現(xiàn)象等。正是由于純鐵能夠發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,生產(chǎn)中才可能對鋼和鑄鐵進(jìn)行熱處理,以改變其組織和性能。
-Fe比
-Fe致密,所以轉(zhuǎn)換時(shí)將伴隨體積膨脹或收縮。243、二元合金相圖(1)合金的結(jié)晶過程25(2)杠桿定律二元合金在平衡狀態(tài)下兩相共存,如結(jié)晶時(shí),可以利用杠桿定律(Leverrule)計(jì)算出某一溫度下兩相的相對量。設(shè)合金的平均成分為x,合金的總量為Q,在溫度T1時(shí)液、固兩相平衡,液相的成分為xL、質(zhì)量為QL,固相的成分為x
、質(zhì)量為Q
。則有:QL(x-xL)=Q
(x
-x)x
xLx26
-FeFe3C0.00080.776.69
相的質(zhì)量分?jǐn)?shù):Fe3C相的質(zhì)量分?jǐn)?shù):或杠桿定律:Q
×(0.77-0.0008)=QFe3C×(6.69-0.77)27合金相的相對重量百分比組織組成物的相對重量百分比45鋼T10鋼含碳3.0%的亞共晶白口鑄鐵杠桿定律的應(yīng)用(只適應(yīng)于平衡相圖的二相區(qū))284、鐵碳合金相圖29(1)鐵碳合金的基本組織鐵碳合金中含碳量不超過0.0218%的稱為工業(yè)純鐵,為提高鐵碳合金的強(qiáng)度、硬度,可增加碳元素含量。①鐵素體:碳溶解在
-Fe中的間隙固溶(F)。塑性好(δ=30~50%)、韌性好,強(qiáng)度、硬度低。②奧氏體:碳溶解在γ-Fe中的間隙固溶體(A)。塑性很好(δ=40~50%)。③滲碳體:鐵與碳形成的金屬化合物(Fe3C)。硬度很高(HBW=800),塑性、韌性幾乎為零。④珠光體:是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體(P)。⑤萊氏體:是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變所形成的奧氏體與滲碳體的共晶體(Ld)。硬度高,塑性差。30(2)Fe-Fe3C相圖的特性點(diǎn)特性點(diǎn)符號溫度t/℃含碳量wc%含義A15380純鐵的熔點(diǎn)B14950.53包晶反應(yīng)時(shí)液態(tài)合金的成分點(diǎn)H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶點(diǎn)L+δ-Fe→
-FeN13940γ-Fe→δ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)L→γ-Fe
+Fe3CD12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度G9120
-Fe→γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.0218碳在
-Fe中的最大溶解度S7270.77共析點(diǎn)γ-Fe→
-Fe+Fe3CQ室溫0.0008室溫下碳在鐵素體中的溶解度31(3)Fe-Fe3C相圖的特性線特性線名稱含義ABCD液相線是不同成分鐵碳合金開始結(jié)晶的溫度線HJB包晶線含碳量為0.17%的液態(tài)合金冷卻到此線時(shí),在1495℃由液態(tài)合金與先結(jié)晶出的δ-Fe發(fā)生反應(yīng)生成γ-Fe
,稱為包晶反應(yīng)AHJECF固相線各種成分的合金均處在固體狀態(tài),結(jié)晶溫度終止線ECF共晶線含碳量為4.3%的液態(tài)合金冷卻到此線時(shí),在1148℃由液態(tài)合金同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物,此反應(yīng)為共晶反應(yīng)PSK共析線A1含碳量為0.77%的奧氏體冷卻到此線時(shí),在727℃同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物,此反應(yīng)稱為共析反應(yīng)GSA3線奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線GP奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的終了線ESAcm線是碳在奧氏體中的溶解度線,實(shí)際上是冷卻時(shí)由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線PQ溶解度線是碳在鐵素體中的溶解度線,實(shí)際上是冷卻時(shí)由鐵素體中析出三次滲碳體的開始線32典型鐵碳合金結(jié)晶過程3334355、鐵碳合金成分、組織、性能之間的關(guān)系從對Fe-Fe3C相圖的分析可知,在一定的溫度下,合金的成分決定了組織,而組織又決定了合金的性能。①含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響結(jié)論:含碳量不同,鐵碳合金(鋼和鐵)的常溫組織是完全不同的。36②碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對力學(xué)性能的影響亞共析鋼隨含碳量增加,P量增加,鋼的強(qiáng)度、硬度升高,塑性、韌性下降。Wc=0.77%C時(shí),組織為100%P,鋼的性能即P的性能。Wc>0.9%C,F(xiàn)e3CⅡ?yàn)榫Ы邕B續(xù)網(wǎng)狀,強(qiáng)度下降,但硬度仍上升。Wc>2.11%C,組織中有以Fe3C為基的L’d,硬而脆,難以切削加工。37③含碳量對工藝性能的影響鑄造性:鑄鐵的流動(dòng)性比鋼好,易于鑄造,特別是含碳量接近于4.3%的共晶成分的鑄鐵由于其結(jié)晶溫度低,流動(dòng)性好,鑄造性能最好??慑懶裕旱吞间摫雀咛间摵?。由于鋼加熱至固相線下大約1200℃左右的高溫時(shí),獲得單一的奧氏體組織,其塑性好、強(qiáng)度低,便于塑性變形,所以鍛造一般都是將鋼料加熱到1200℃左右的高溫,在奧氏體狀態(tài)進(jìn)行的??珊感裕汉剂吭降停摰暮附有阅茉胶?,所以低碳鋼比高碳鋼更容易焊接。切削加工性:含碳量過高或過低,都會降低其切削加工性能。一般認(rèn)為中碳鋼的塑性比較適中,硬度在160~230HB時(shí),切削加工性能最好。386、鐵碳相圖的應(yīng)用①選用材料:由鐵碳相圖可知,合金中隨著含碳量的不同,其組織各不相同,從而導(dǎo)致其力學(xué)性能不同??筛鶕?jù)機(jī)器零件所要求的性能來選擇不同含碳量的材料。②判斷切削加工性能:低碳鋼鐵素體較多,塑性好,加工性不好;中碳鋼鐵素體含量比例適當(dāng),鋼的硬度適當(dāng),易于加工;高碳鋼硬度高,易磨損。③制定熱加工工藝的依據(jù):在鑄造工藝方面,根據(jù)相圖可以確定合適的熔化溫度和澆注溫度,含碳量為4.3%的鑄鐵鑄造性最好;在鍛造工藝方面,可以選擇鋼材的軋制和鍛造的溫度范圍應(yīng)在奧氏體區(qū)。④制定熱處理工藝的依據(jù):由相圖可知合金在固態(tài)加熱和冷卻過程中均有組織的變化,可以進(jìn)行熱處理。39四、鋼的熱處理①熱處理定義:將鋼在固態(tài)下以一定的方式進(jìn)行加熱、保溫,然后采取合適的方式冷卻,讓其獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝。②加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種:一種是在A1以下加熱,不發(fā)生相變;另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱,目的是獲得均勻的奧氏體組織,稱奧氏體化。401、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變①加熱至Ac1以上時(shí):首先由P轉(zhuǎn)變成A。②加熱至Ac3以上時(shí):亞共析鋼中的F轉(zhuǎn)變?yōu)锳。③加熱至Accm以上時(shí):過共析鋼中的二次滲碳體轉(zhuǎn)變成奧氏體(Fe3CⅡ→A)。41(1)奧氏體的形成過程共析鋼奧氏體化:原始組織為P,加熱至Ac1以上時(shí),將發(fā)生A形核、長大、殘余Fe3C溶解、A均勻化過程。亞共析鋼奧氏體化:原始組織為F+P,加熱至Ac1以上時(shí),P先奧氏體化,組織部分奧氏體化;加熱至Ac3以上時(shí),F(xiàn)奧氏體化,組織全部奧氏體化。42(2)奧氏體的晶粒大小奧氏體化后的晶粒度:初始晶粒度:奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度。實(shí)際晶粒度:給定溫度下奧氏體的晶粒度。本質(zhì)晶粒度:加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大傾向。(3)影響奧氏體晶粒大小的主要因素①加熱溫度和保溫時(shí)間:加熱溫度高、保溫時(shí)間長,晶粒粗大。②加熱速度:加熱速度越快,過熱度越大,形核率越高,晶粒越細(xì)。③原始組織:鋼的原始晶粒越細(xì),熱處理加熱后的奧氏體的晶粒越細(xì)。43④合金元素阻礙奧氏體晶粒長大的元素:Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等。促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素:Mn、P、C、N。本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼442、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變熱處理冷卻方式分為等溫冷卻和連續(xù)冷卻。隨過冷度不同,過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。時(shí)間熱加保溫溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻45(1)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀,F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細(xì)片狀,F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細(xì)片狀,F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀,短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀,細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M板條MS~Mf無擴(kuò)散型板條狀50淬火M針MS~Mf針狀60-65淬火46(2)冷卻轉(zhuǎn)變方式①等溫冷卻轉(zhuǎn)變:鋼經(jīng)奧氏體化后,迅速冷至臨界點(diǎn)(Ar1或Ar3)線以下,等溫保持時(shí)過冷奧氏體發(fā)生的轉(zhuǎn)變。47②連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變:過冷奧氏體在一個(gè)溫度范圍內(nèi),隨溫度下降發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。483、熱處理工藝退火:退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度,保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻(爐冷)的熱處理工藝。正火:將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。淬火:淬火是將工件加熱到臨界點(diǎn)Ac3或Ac1以上,保溫一定時(shí)間,然后以大于臨界冷卻速度Vk冷卻,獲得非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變組織(馬氏體)的熱處理工藝?;鼗穑夯鼗鹗菍⒐ぜ阌埠蠹訜岬紸c1以下的某一溫度,保溫一定時(shí)間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。表面淬火:指利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法?;瘜W(xué)熱處理:將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫,使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。49工藝目的加熱溫度組織退火①調(diào)整硬度,便于切削加工②細(xì)化晶粒,為最終熱處理作組織準(zhǔn)備亞共析鋼Ac3+30~50℃共析鋼Ac1+30~50℃過共析鋼Ac1+30~50℃F+PPP球正火①低中碳鋼同退火②過工析鋼:消除網(wǎng)狀二次滲碳體③普通件最終熱處理亞共析鋼Ac3+30~50℃共析鋼Ac1+30~50℃過共析鋼Accm+30~50℃<0.6%C,F+S;≧0.6%C,SSS淬火獲得馬氏體組織亞共析鋼Ac3+30~50℃共析鋼Ac1+30~50℃過共析鋼Ac1+30~50℃≦0.5%C,M>0.5%C,M+A’M+A’M+A’+粒狀Fe3C50工藝目的加熱溫度組織回火①消除內(nèi)應(yīng)力,減少變形②獲得所需要的性能低溫回火150~250℃中溫回火350~500℃高溫回火500~650℃亞共析,共析鋼:M回M回+A’(少)+粒狀Fe3CT回S回表面淬火表面獲得馬氏體組織,并獲得表硬里韌的性能預(yù)備熱處理調(diào)質(zhì)或正火適用于中碳鋼0.4~0.5%C表面:M回心部:S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)滲碳提高表面含碳量,獲得表硬里韌的性能滲碳溫度:900~950℃淬火溫度:表面Ac1+30~50℃心部Ac3+30~50℃適用于低碳鋼0.1~0.25%C表面:M回+A’+顆粒狀Fe3C心部:M回+F
M回514、金屬塑性變形(1)單晶體的塑性變形①滑移:即在切應(yīng)力的作用下,晶體的一部分相對于另一部分沿一定的晶面(滑移面)和晶向(滑移方向)發(fā)生相對位移。②孿生:在切應(yīng)力作用下,晶體的一部分沿著孿生面相對于另一部分發(fā)生切變,而且發(fā)生切變的部分與未切變部分的晶體結(jié)構(gòu)呈對稱形式分布。(2)多晶體的塑性變形多晶體塑性變形是各個(gè)晶粒塑性變形的綜合結(jié)果。(3)冷變形對金屬組織結(jié)構(gòu)和性能的影響冷變形即在再結(jié)晶溫度以下發(fā)生的變形。52①形成纖維組織②產(chǎn)生加工硬化③形成形變織構(gòu)④產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力(4)加熱時(shí)的變化回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大?;貜?fù):將冷變形后的金屬加熱至一定溫度(T回)后,使原子回復(fù)到平衡位置,晶內(nèi)殘余應(yīng)力大大減小的現(xiàn)象。再結(jié)晶:當(dāng)加熱溫度達(dá)到再結(jié)晶溫度(T再)時(shí),塑性變形后的金屬組織與性能在加熱時(shí)全部恢復(fù)的過程。T再≈0.4T熔
T(K)=t(c)+273.1553五、工業(yè)用金屬材料碳素鋼:Wc<2.11%的鐵碳合金+少量Si、Mn、P、S。合金鋼:碳鋼的基礎(chǔ)上+各種合金元素(Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti)。鑄鐵:Wc>2.11%(2.5~4.0%C左右)、雜質(zhì)比鋼多的鐵碳合金。有色金屬及其合金:鋁、銅、鈦。粉末冶金材料與功能材料:硬質(zhì)合金。非金屬材料:高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料了解各種材料的分類,牌號,性能特點(diǎn),應(yīng)用范圍等。541、碳素鋼Wc<2.11%的鐵碳合金+少量Si、Mn、P、S。按含碳量分:低碳鋼(<0.25%C)
中碳鋼(=0.25~0.6%C)
高碳鋼(>0.6%C)按品質(zhì)分:普通質(zhì)量鋼(0.045%P,0.05%S)
優(yōu)質(zhì)鋼(0.035%P,0.035%S)
高級優(yōu)質(zhì)鋼(0.025%P,0.025%S)按用途分:結(jié)構(gòu)鋼——用于制造工程構(gòu)件和機(jī)器零件工具鋼——制造各種刀具、模具、量具552、合金鋼按合金元素含量分:低合金鋼:合金元素總量≤5%
中合金鋼:合金元素總量=5~10%
高合金鋼:合金元素總量≥10%按用途分:合金結(jié)構(gòu)鋼:低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼:Q345、Q390
滲碳鋼:20Cr、20Mn2
調(diào)質(zhì)鋼:40Cr、35CrMo
彈簧鋼:65Mn、60Si2Mn
滾動(dòng)軸承鋼:GCr15合金工具鋼:刃具鋼:低合金刃具鋼:9SiCr、CrWMn
高合金刃具鋼:高速鋼(W18Cr4V)
模具鋼:冷作模具鋼:Cr12、Cr12MoV
熱作模具鋼:5CrMnMo、3Cr2W8V
量具鋼:CrMn、CrWV、GCr15特殊性能鋼:不銹鋼:1Cr13、2Cr13、3Cr13
耐熱鋼:15CrMo
耐磨鋼:ZGMn1356鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途碳素結(jié)構(gòu)鋼<0.4Q195Q235熱軋空冷F+P塑性,焊接性好建筑結(jié)構(gòu)低合金高強(qiáng)度鋼<0.2Q345(16Mn)Mn:強(qiáng)化F,增加P,降低脆轉(zhuǎn)溫度熱軋空冷F+P塑性,焊接性好橋梁,船舶,容器滲碳鋼0.1~0.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高淬透性,強(qiáng)化F,Ti:細(xì)化晶粒滲碳+淬火+低溫回火表面:M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C心部:M回+F表硬里韌軸、齒輪調(diào)質(zhì)鋼0.3~0.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透性,強(qiáng)化F,Mo:防止第二類回火脆性調(diào)質(zhì)S回良好綜合力學(xué)性能軸、齒輪彈簧鋼0.6~0.90.45~0.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬透性,強(qiáng)化F;Si:提高屈強(qiáng)比淬火+中溫回火T回高
s/b高-1彈簧工業(yè)用鋼57鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途滾動(dòng)軸承鋼0.95~1.1GCr15Cr:提高淬透性,耐磨耐蝕性球退+淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C高耐磨高
-1足夠ak滾動(dòng)軸承耐磨鋼1.0~1.3ZGMn13Mn:形成A組織水韌處理表:M+碳化物心:A高耐磨耐沖擊鏟齒履帶碳素工具鋼0.65~1.35T7~T13球退+淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C高硬度高耐磨沖子、絲錐、銼刀低合金工具鋼0.75~1.59SiCrSi、Cr:提高淬透性球退+淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀Fe3C高硬度高耐磨低速刃具高速鋼0.7~1.5W18Cr4VCr:提高淬透性;W、V:提高熱硬、耐磨性鍛、退火、淬火+三次回火M回+A’(少量)+顆粒狀碳化物高熱硬高硬度高耐磨高速刃具58鋼種C%典型牌號合金元素作用熱處理使用狀態(tài)下組織性能用途冷作模具鋼1.4~2.3Cr12Cr12MoVCr:提高淬透性。MoV:提高耐磨性鍛,退,淬火+低溫回火M回+A’(少量)+顆粒狀碳化物高硬度高耐磨冷沖模擠壓模熱鍛模鋼0.5~0.65CrNiMo5CrMnMo合金元素作用同調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)S回抗熱疲勞熱鍛模壓鑄模鋼0.3~0.63Cr2W8V合金元素作用同高速鋼淬火+回火M回+A’(少量)+顆粒狀碳化物抗熱疲勞,耐磨壓鑄模不銹鋼0.03-0.951Cr13,2Cr13Cr:提高耐蝕性;Ni:形成A;Ti:防止晶間腐蝕調(diào)質(zhì)S回高耐蝕性(隨C%增加,耐蝕性下降)汽輪機(jī)葉片3Cr13,4Cr13淬火+低溫回火M回醫(yī)療器械0Cr13不能熱處理F硝酸氮肥工業(yè)1Cr18Ni9Ti固溶處理A化工管道耐熱鋼15CrMo,12Cr1MoVCr,Si:提高抗氧化性;Mo:提高T再;V,Ti:彌散強(qiáng)化;Ni:形成A組織正火F+P高熱強(qiáng)性,高抗氧化性鍋爐零件4Cr9Si2,1Cr11MoV調(diào)質(zhì)S回氣閥,葉片1Cr18Ni9Ti固溶A過熱器管593、鑄鐵定義:含碳量>2.11%(2.5~4.0%C左右)、雜質(zhì)比鋼多的鐵碳合金。分類:根據(jù)鑄鐵中碳存在的形式,可分為:①白口鑄鐵(生鐵)碳的存在形式:滲碳體(Fe3C),斷口為白色。性能:硬而脆,難以切削加工,不能直接用作機(jī)器零件,主要用作煉鋼原料。②灰口鑄鐵(熟鐵)碳的存在形式:石墨,斷口為灰黑色。性能:是鑄造性能最好,應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料。③麻口鑄鐵碳的存在形式:石墨+滲碳體,斷口為黑白色。性能:脆性大,很少使用。60灰口鑄鐵的種類:根據(jù)石墨形態(tài)的不同,鑄鐵可分為:①灰鑄鐵:石墨以片狀形式存在。HT100、HT150……HT350(數(shù)字代表σb)②可鍛鑄鐵:石墨以團(tuán)絮狀形式存在。將白口鑄鐵進(jìn)行長時(shí)間退火,使Fe3C→3Fe+C石墨——石墨化后所得??慑戣T鐵實(shí)際上并不可鍛。KTH300-06、KTH330-08……(黑心可鍛鑄鐵)KTZ450-06、KTZ550-04……(珠光體可鍛鑄鐵)(前面的數(shù)字代表σb;后面的數(shù)字代表δ)③球墨鑄鐵:石墨以球狀形式存在。在鐵水中加入球化劑(稀土鎂)進(jìn)行球化處理所得。QT400-18、QT400-15(數(shù)字分別代表σb和δ)④蠕墨鑄鐵:石墨以蠕蟲狀形式存在。RuT420,RuT340,RuT260(數(shù)字代表σb)61鑄鐵鑄鐵名稱牌號舉例獲得方法組織熱處理用途灰鑄鐵HT250(最低抗拉強(qiáng)度為250MPa)液態(tài)金屬石墨化+孕育處理基體(F、P、F+P)+片狀石墨去應(yīng)力,消除白口,表面淬火機(jī)床床身可鍛鑄鐵KTZ450-06(最低抗拉強(qiáng)度為450MPa,最低延伸率為6%)白口+石墨化退火基體(F、P)+團(tuán)絮狀石墨石墨化退火車輪殼,管接頭球墨鑄鐵QT500-7(最低抗拉強(qiáng)度為500MPa,最低延伸率為7%)液態(tài)金屬石墨化+球化處理+孕育處理基體(F、P、F+P)+球狀石墨可進(jìn)行各種熱處理柴油機(jī)曲軸624、有色金屬及其合金①鋁及其合金:工業(yè)純鋁:L1、L2、L3……L6
形變鋁合金:防繡鋁:LF21
硬鋁:LY1
超硬鋁:LC4
鍛鋁:LD5
鑄造鋁合
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