资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二部分 工程材料,2.0,基本要求,熟悉常用,金属材料的性能、试验方法及其选用。,熟悉,钢的热处理原理,。,掌握,常用金属材料的热处理方法及选用。,了解,常用工程塑料、特种陶瓷、复合材料的种类及应用,1,2.1,工程材料的分类和性能,2.1.1,工程材料的分类（,P32,）,按功能和用途分：,结构材料、功能材料,按组成特点分：,金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料,2,2.1.2,工程材料的性能,工程材料的性能主要包括工艺性能和使用性能。,工艺性能,是指材料使用某种工艺方法进行加工的难易程度（相对性）。,使用性能,是指材料在正常工作条件下所表现出来的,力学性能,、,物理性能,和,化学性能,。,3,2.1.2.1,力学性能,材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。简单地说，,力学性能是指材料在外力作用下表现出来的性能,。,主要力学性能指标：,硬度、强度、塑性、韧性、耐磨性,和,缺口敏感性,等。,材料力学性能主要取决于材料的,组织成分,和,晶体结构,。,4,1.,硬度,硬度,( hardness ):,是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。,常用测量硬度的方法：,布氏硬度,HB,洛氏硬度,HR,维氏硬度,HV,肖,氏硬度,HS,努氏硬度,HK,里氏硬度,HL,5,(1),布氏硬度,HB ( Brinell-hardness ),布氏硬度计,测量压痕球形面积,6,适用范围,:,450HBS;,650HBW;,特别适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火和调质厚的硬度。不宜在产品上进行试验,7,符号,HBS,或,HBW,之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如,:,120HBS10/1000/30,表示直径为,10mm,的钢球在,1000kgf,（,9.807kN,）,载荷作用下保持,30s,测得的布氏硬度值为,120,。,8,(2),洛氏硬度,HR ( Rockwll hardness ),h,1,-,h,0,洛氏硬度测试示意图,洛氏硬度计,10HRCHBS,压头：,圆锥角,120,0,的金刚石圆锥体,小淬火滚球,测量压痕深度,广泛用于热处理质量检验，常用于检查淬火后的硬度。,操作迅速简单，可在工件上直接试验，但检测结果离散度较大,9,(3),维氏硬度,HV ( diamond penetrator hardness ),适用范围,:,测量薄板,类,;,HVHBS,;,测量压痕对角线比较长度,压头：,两对面夹角,136,0,的金刚石四棱锥体,特点：试验力任意选取，压痕测量精度高，硬度值准确，但需查表或计算效率低。,10,(4),肖氏硬度,HS,是一种,动载荷,试验法，较为方便，可在现场测量大型工件的硬度，缺点是精度较低。,(5),努氏硬度,HK,是一种,显微硬度,试验法，对表面淬火硬度或镀层、渗层等薄层区域硬度测定以及截面上的硬度分布的测定较为方便。,(6),里氏硬度,HL,是一种新型的反弹式硬度测量方法，便于携带，,常用于测量大型铸锻件、永久组装部件,等，精度较高，可,自动转换,成洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度，并可直接打印结果。,11,2.,强度指标,(1),拉伸试样,GB6397-86,规定,金属拉伸试样,有：,圆形、矩形、异型及全截面,常用标准圆截面试样。,长试样：,L,0,=10d,0,;,短试样：,L,0,=5d,0,拉伸试样,12,拉伸试样的颈缩现象,拉伸试验机,13,l,F,l,b,l,u,l,F,b,b,k,F,s,s,o,g,f,e,F,e,p,F,p,拉伸曲线,op,段：比例弹性变形阶段；,pe,段：非比例弹性变形阶段；,平台或锯齿（,s,段,）：屈服阶段；,sb,段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。,b,点,：形成了“缩颈”。,bk,段：非均匀变形阶段，承载下降，到,k,点断裂。,断裂总伸长为,Of,，,其中塑形变形,O,g(,试样断后测得的伸长,),，弹性伸长,gf,。,14,弹性极限,:,Fe,弹性极限载荷,( N ),e =,( M pa ),S,0,试样原始横截面积,( mm2),F,s,s,=,( M Pa ),S,0,试样屈服时的载荷,( N ),试样,原始横截面积,( mm,2,),屈服强度,:,产生明显塑性变形的最低应力值,.,15,屈服强度,(,塑性变形量为,0.2%,，微量塑性变形,),F,0.2,0.2,=,( M Pa ),S,0,试样原始横截面,( mm,2,),试样,产生,0.2%,残余塑性变,形时的载荷,(N),0.2,：试样产生残余塑性变形,0.2%,时的应力,试样产生,0.2%,残余塑性变形,屈服点,s,、屈服强度,0.2,是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。,16,抗拉强度：,试样在断裂前所能承受的最大应力。,F,b,试样断裂前的最大载荷,(N),b,=,( M Pa ),S,0,试样原始,横截面积,( mm,2,),它表示材料抵抗断裂的能力。,是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。,17,3.,塑性,:,是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。,(1),断面收缩率,:,是指试样拉断处横截面积的收缩量,S,与原始横截面积,S,0,之比。,S,0,- S,1, = - 100%,S,0,(2),伸长率,:,是指试样拉断后的标距伸长量,L,与原始标距,L,0,之比。,l,1,-,l,0,= - 100%,l,0,18,l=,l,u,b,=,l/l,0,=,l,u,/l,0,+,l,b,/l,0, 10%,属塑性材料,u,b,b,s,e,E,塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。,防止过载断裂；,塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。,19,4.,冲击韧性,( notch toughness ):,材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。,20,冲击试验机,冲击试样和冲击试验示意图,21,试样冲断时所消耗的冲击功,A,k,为,:,A,k,= m g H m g h (J),冲击韧性值,a,k,就是试样缺口处单位,截面积上所消耗的冲击功。,A,K,a,k,= (J/cm,),S,0,22,5.,疲劳强度,( fatigue strength ):,表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。,23,钢材的循环次数一般取,N = 10,7,有色金属的循环次数一般取,N = 10,8,钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系,:,-1,=,(0.45,0.55),b,24,6.,刚度：将材料抵抗,弹性变形,的能力称为刚度。,弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。即：,E= /,材料的,E,越大，刚度越大；,E,对组织不敏感；,零件的刚度主要决定于,E,，也与形状、截面等有关，一般用,AE,表示。,25,2.1.2.2,物理性能：,密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；,2.1.2.3,化学性能：,耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；,2.1.2.4,工艺性能：,铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。,26,例,1.,（,25. 2007,单选,2,分）精度较高，便于携带，常用于测量大型铸锻件和永久组装件的硬度计,A,）洛氏硬度计,B,）布氏硬度计,C,）维氏硬度计,D,）,里氏硬度计,例,2.,（,8. 2006,单选,1,）测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火及调质后的硬度常采用,A,）洛氏硬度试验,B,）,布氏硬度试验,C,）维氏硬度试验,D,）努氏硬度试验,例,3.(24. 2005,单选,2,）广泛用于钢件淬火后的硬度检测仪器是：,A,）,洛氏硬度计,B,）布氏硬度计,C,）维氏硬度计,D,）肖氏硬度计,27,例,4,（,12. 2011,单选,1,分）常用于检测零件较薄硬化层（如,0.1mm,厚）硬度的仪器是：,A,）布氏硬度计,B,）洛氏硬度计,C,）肖氏硬度计,D,）,维氏硬度计,例,5.,（,7. 2006,单选,1,分）材料在无数次交变应力作用下而不致引起断裂的最大应力称为,A,）断裂强度,B,）疲劳强度,C,）抗拉强度,D,）屈服强度,28,例,6.,（,52. 2004,简答,5,分）金属材料力学性能的主要指标有哪些（至少列举,5,项）？用符号表示常规力学性能的五项指标。,答：硬度、强度、塑性、韧性、刚度、耐磨性、缺口敏感性等。超常规力学性能的五项指标：,b,、,e,、,、,、,a,k,29,2.2,金属材料及其热处理,2.2.0,考核知识点,（,1,）熟悉晶体的,两,大特性，金属最常见的,三,种晶体结构类型，实际金属材料中的,晶体缺陷,，常用的,三种细化,晶粒方法，纯金属在固体下的,两种转变,，合金相结构的,三种类型,；,（,2,）熟悉铁碳合金相图中固态下的,几种基本组织,，各主要点,温度,、碳的,质量分数,及意义，典型铁碳合金结晶过程分析，碳对铁碳平衡组织和性能的影响、相图的应用；,30,（,3,）熟悉金属材料常见的,化学分析,方法，,金相分析,方法，,无损探伤方法,及适用范围；,（,4,）熟悉钢的热处理原理（铁碳合金平衡图、钢在加热、冷却、回火时的转变）,（,5,）熟悉典型零件（轴类、弹簧、齿轮类、滚动轴承类、模具类、工具类、铸铁件类、有色金属类等）的热处理应用。,（,6,）熟悉金属材料的选择和使用原则。,31,（,7,）掌握钢的常规热处理（退火、正火、淬火、回火、时效等）、表面淬火（火焰淬火、感应加热淬火）、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗等）、铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁等）热处理、有色金属（铝合金、铜合金等）热处理方法的选用。,（,8,）了解热处理设备（燃烧炉、电阻炉、真空炉、感应加热电源及淬火机床）。,32,2.2.1,金属的晶体结构,2.2.1.1,晶体的特性：,熔点和各项异性,固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。在晶体中，原子（或分子）按一定的几何,规律,作周期性地排列,。,非晶体中原子（或分子）则是,无规则,的堆积在一起。（如松香、玻璃、沥青）,2.2.2.2,金属的晶体结构,由于金属键结合力较强，是金属原子总趋于紧密排列的倾向，故大多数金属属于以下三种,晶格类型,。,33,1,、体心立方晶格,2,、面心立方晶格,81,8,1,2,（个）。,81,8,61,2,4,（个）,34,3,、密排六方晶格,晶体缺陷,晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完整。把这些区域称为,晶体缺陷,。,121,6,21,2,3,6,（个）,35,这些缺陷的存在，对金属的性能（物理性能、化学性能、机械性能）将产生显著影响，如钢的耐腐蚀性，实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作用力计算所得数值。,根据晶体缺陷的,几何形态特征,，可将其分为以下三类：,点缺陷,线缺陷,面缺陷,36,点缺陷,空位和间隙原子和置换原子,37,线缺陷,位错,晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为,位错,。其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。最常见最基本的位错是,刃型位错,和,螺型位错,位错的存在以及,位错密度,的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。如金属材料的塑性变形与位错的移动有关。冷变形加工后金属出现了强度提高的现象（,加工硬化,），就是由于位错密度的增加所致。,38,面缺陷,晶界和亚晶界,实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的,晶界,和,亚晶界,。晶界和亚晶界实际上是一个,原子排列不规则的区域,，该处晶体的晶格处于畸变状态，能量高于晶粒内部，在常温下强度和硬度较高，在高温下则较低，晶界容易被腐蚀等。,39,2.2.2.3,金属的结晶,结晶：晶体物质由液态转变成固态的过程。凝固：非晶体由液态转变成固态的过程。,结晶的一般过程：,To,时间,温度,理论冷却曲线,实际冷却曲线,T1,结晶平台,(,是由结晶潜热导致,):,平衡结晶温度,40,过冷现象,过冷度,T = T,0, T,1,过冷是结晶的必要条件。,结晶的一般规律,形核,长大,41,形核、长大,42,实际金属的多晶粒结构,43,晶粒的粗细对金属力学性能影响颇大。晶粒愈细，其强度、韧性和塑性也愈好。,细化晶粒的三种途径：,1,）提高冷却速度自发形核,V,冷,T,N,晶粒细小,2,）变质处理非自发形核,3,）机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。,44,2.2.2.4,金属在固态下的转变,纯金属在固态下的转变有两种：,同素异晶转变,磁性转变（纯铁磁性转变温度,768,度）,纯铁的,同素异晶转变,反应式,:,1394,C,912,C,bcc,fcc,bcc,- Fe,- Fe,- Fe,45,纯铁的冷却曲线,1394,1534,1000,600,800,1200,温度,时间,1600,1500,500,700,900,1100,1300,1400,912, - Fe, - Fe, - Fe,46,2.2.2.5,合金的相结构,由于组元间相互作用不同，固态合金的相结构可分为,固溶体,和,金属化合物,两大类。,1,、固溶体,合金在固态下，组元间能够互相溶解而形成的均匀相称为,固溶体,。,47,不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。这种通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象，称为,固溶强化,。,48,2,、金属化合物,金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（,Fe,3,C,）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有,复杂的晶格形式,。,金属化合物的性能不同于任一组元，其,溶点一般较高、硬而脆,。当它呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高，这一现象称为,弥散强化,。,49,金属化合物在合金中常作为,强化相,存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。,3,、金属,混合物,绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化合物组成的,金属,混合物,，其性质取决于固溶体与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。,50,铁碳,合金固态下的几种,基本组织：,1.,铁素体,( F ),：碳溶于,Fe,中的间隙固溶体。,2.2.2,铁碳,合金相图,51,2.,奥氏体,( A ),碳溶于,-Fe,中形成的间隙固溶体。,52,奥氏体组织金相图,53,3.,渗碳体,(,Fe,3,C ),铁与碳形成的金属化合物。,54,渗碳体组织金相图,55,4.,珠光体,( P ),铁素体和渗碳体组成的机械混合物。,56,5.,莱氏体,( Ld ),奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。,57,Fe - Fe,3,C,相图,58,Fe - Fe,3,C,相图,A,C,D,E,F,G,S,P,Q,1148,727,L,A,L+A,4.3%C,2.11%C,0.0218%C,6.69%C,Fe,Fe,3,C,T,Ld,Ld+Fe,3,C,A+Ld+Fe,3,C,F,A+F,P,0.77%C,Ld,K,( P+Fe,3,C ),P+Ld+Fe,3,C,Ld+Fe,3,C,P+F,P+Fe,3,C,( F+ Fe,3,C ),A+,Fe,3,C,L+ Fe,3,C,( A+Fe,3,C ),59,铁碳,合金相图各主要线的意义：,ABCD,为,液相线,，,AHJECF,为,固相线,。,三条水平线,：,1.HJB,包晶转变线,:,L,B,+,H,A,J,1495,3.PSK,共析转变线,:,A,S,(,F,P,+,Fe,3,C,),P,727,2.ECF,共晶转变线,:,L,C,(,A,E,+,Fe,3,C,),Ld,1148,60,包晶反应：,在一定温度下，由一固定成份的液相与一个固定成份的固相作用，合成另一个成份固定的固相反应。,液固固,共晶反应：,由某一成份的液相在一定温度下同时结晶出两种不同成份的固相反应。,液固固,共析反应：,在一定温度下，一固定成份的固相同时分解成两种成份与结构均不相同的固相反应。,固固固,61,四条重要的线,:,GS,是冷却过程中由,相析出,相的开始线,ES,是,C,在,Fe,中的溶解度曲线,PQ,是,C,在,Fe,中的溶解度曲线,HN,是,C,在,Fe,中的溶解度曲线,。,重要的成份点,:,如下表,62,点符合,温度,t/,0,C,含碳量,w,c,含义,A,1538,0,纯铁熔点,C,1148,4.3,共晶点,D,1227,6.69,渗碳体熔点,E,1148,2.11,碳在奥氏体中的最大溶解度,G,912,0,Fe,Fe,同素异晶转变点,P,727,0.02,碳在铁素体中的最大溶解度,S,727,0.77,共析点,Q,室温,0.0008,碳在铁素体中的溶解度,63,五个单相区：,ABCD,以上液相,L,区,AHNA,相区,NJESGN,相区,GPQ,以左,相区,DFK,Fe,3,C,相区,七个两相区：,分别存在于相邻两个单相区之间：,L,、,L,A,、,L,Fe,3,C,、,A,、,A,F,、,A,Fe,3,C,、,F,Fe,3,C,64,2.2.2.1,典型铁碳,合金相图过程分析,( ingot iron ),共析钢,( eutectoid steel ),亚共析钢,( hypoeutectoid steel ),过共析钢,( hypereutectoid steel ),共晶白口铁,( eutectoid white iron ),亚共晶白口铁,( hypoeutectoid white iron ),过共晶白口铁,( hypereutectoid white iron ),钢,生铁,工业纯铁,65,66,67,1.,工业纯铁,( Wc ,定义,:,马氏体是一种碳在, Fe,中的,过饱和固溶体。,2,转变特点,:,在一个温度范围内连续冷却完成,;,转变速度极快,即瞬间形核与长大,;,无扩散转变,( Fe,、,C,原子均不扩散,),M,与原,A,的成分相同,造成晶格畸变。,转变不完全性, Q,M,=,f,( T ),105,3,马氏体的晶体结构,:,由于碳的过饱和作,用,使, Fe,晶格由,体心立方变成体心正方晶格。,106,4,马氏体的组织形态,:,板条状,-,低碳马氏体,(,0.2%C );,30,50HRC ;, = 9,17%,。,107,4,马氏体的组织形态,:,针、片状,-,高碳马氏体,(,1%C);,66HRC,左右,;, 1%,。,108,5,马氏体的性能,:,主要取决于马氏体中的碳浓度。,马氏体的碳浓度,Wc, 100,50,70,40,60,20,30,10,0.1,0.3,0.2,0.4,0,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,硬度,( HRC ),2000,抗拉强度,b,( Mpa ),1800,1400,1000,600,200,109,亚共析钢的,TTT,曲线,F,A,P + F,S + F,T,B,M + A,残,A,3,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,110,过共析钢的,TTT,曲线,P + Fe,3,C,S + Fe,3,C,T,B,M + A,残,Fe,3,C,A,A,CM,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,111,影响,TTT,曲线形状位置的因素,1,奥氏体中含碳量的影响,:,过共,析钢,共析,钢,亚共,析钢,时间,温度,A,1,112,2,奥氏体中含合金元素的影响,:,除,Co,、,Al (,2.5% ),外,所有合金元,素溶入奥氏体中,会引起,:,向右移,向下移,Ms,A,1,A,1,Ms,含,Cr,合金钢,113,3,加热温度和保温时间的影响,:,加热温度越高,保温时间越长,碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性,从而,使,TTT,曲线向右移。,3),过冷奥氏体的,连续冷却,转变,114,V,k,共析碳钢,CCT,曲线建立过程示意图,时间,( lg, ),温度,A,1,P,f,P,s,A+P,K,Ms,M,f,水冷,油冷,V,k1,炉冷,空冷,115,共析碳钢,TTT,曲线与,CCT,曲线的比较,稳定的奥氏体区,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,CCT,曲线,TTT,曲线,116,稳定的奥氏体区,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,在连续冷却过程中,TTT,曲线的应用,V,1,V,2,V,k,V,3,V,4,V,1,= 5.5/s :,炉冷,; P,V,2,= 20/s :,空冷,; S,V,3,= 33/s :,油冷,;T+M+A,残,V,4, 138/s :,水冷,; M+A,残,V,4,117,4.,钢的整体热处理,毛坯生产,预备热处理,机械加,工,最终热处理,机械精加工,预备热处理,:,退火,;,正火,最终热处理,:,淬火,;,回火,一般零件生产的工艺路线,:,118,（,1,）钢的退火,1),定义,:,把零件加温到适当温度,保温一段时间,然后,缓慢冷却,（,随炉冷却）,。,2),目的,:,消除应力,;,降低硬度，以改变切削性能,;,细化晶粒，均匀成分，为最终热处理作好组织准备。,119,3),种类,退火,重结晶,退 火,低温,退火,完全退火,扩散退火,球化退火,再结晶退火,去应力退火,普通退火,等温退火,普通球化,退 火,等温球化,退 火,不完全退火,等温退火,120,4),工艺参数,(P46-47):,温 度,(,C,),名 称,Ac,3,+ 30,50,完全退火,A,C1,A,C3,（,A,cm,）,不完全退火,Ac,3,或,A,C1,以上,等温退火,Ac,1,+ 30,50,球化退火,Ac3,、,A,CCm,+ 150,250,扩散退火,A,C1,以下,再结晶退火,去应力退火,500,600,121,122,(2),钢的正火,1),定义,:,把零件加温到临界温度,(A,c3,或,A,cm,),以上,30,50,保温一段时间,然后,在空气中冷却,。把零件加热到,A,c3,线以上,100,150,0,C,的正火称为高温正火。,2),目的,:,消除应力,;,调整硬度,;,细化晶粒，均匀成分，为最终热处理,作好组织准备。,常用于,消除过析钢中网状渗碳体,123,3),工艺参数,:,温 度,(,C,),名 称,Ac,3,+ 30,50,亚共析钢,Ac,1,+ 30,50,共析钢,A,ccm,+ 30,50,过共析钢,124,125,4),热处理后的组织,:,S (,W,c=0.6,1.4%),S+F (,W,c,0.6%),5),应用范围,:,1.,预备热处理,:,调整低、中碳钢的硬,度,;,消除过共析钢中的,Fe,3,C,（网状）。,2.,最终热处理,:,用于力学性能要求不,高的普通零件。,126,（,3,）钢的淬火,1),定义,:,把零件加温到临界温度以上,30,50,保温一段时间,然,后,快速冷却,(,水冷,),。,2),目的,:,为了获得马氏体组织,提高钢,的硬度和耐磨性。,127,3),工艺参数,:,温 度,(,C,),名 称,Ac,3,+ 30,50,亚共析钢,Ac,1,+ 30,50,共析钢,Ac,1,+ 30,50,过共析钢,128,3),工艺参数,:,129,4),热处理后的组织,:,M+Fe3C+A,残,Ac,1,+30,50,过共析钢,M + A,残,Ac,1,+30,50,共析钢,M + A,残,Ac,3,+30,50,亚共析钢,W,c,0.5%,M,Ac,3,+30,50,亚共析钢,W,c0.5%,最终组织,淬火温度,(),钢种,130,6),淬火冷却介质,1,理想淬火冷却介质,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,Ms,M,f,131,2,常用的淬火冷却介质,名 称,最大冷却速度时,平均冷却速度,/,(,s,-1,),所在温度,/ ,冷却速度,/( ,s,-1,),650,550,300,200,20,静止水,340,775,135,450,40,静止水,285,545,110,410,60,静止水,220,275,80,185,10%,NaCl,溶液,580,2000,1900,1000,10%NaOH,溶液,560,2830,2750,775,2010,号机油,430,230,60,65,8010,号机油,430,230,70,55,203,号锭子油,500,120,100,50,132,7),常用的淬火方法,单液淬火,双液淬火,分级淬火,等温淬火,时间,温度,Ms,A,1,133,8),钢的淬硬性,( Hardening of steel ),1,定义,:,是指钢在淬火后所能达到的最,高硬度。,2,影响钢的淬硬性的因素,:,主要取决于,马氏体的含碳量,。,134,9),钢的淬透性,( Hardenability of steel ),1,定义,:,是指钢在淬火时所能得到的,淬,硬层,(,马氏体组织占,50%,处,),的,深度。,2,影响钢的淬透性的因素,:,主要是,临界,淬火冷却速度,V,K,的大小,V,K,越,大,钢的淬透性越小。,135,工件淬硬层与冷却速度的关系,136,3,淬硬性与淬透性之间的关系,:,淬透性,淬硬性,钢 种,小,低,碳素结构钢,( 20 ),小,高,碳素工具钢,( T10A ),大,低,低碳合金结构钢,( 18Cr2Ni4WA ),大,高,高碳高合金工具钢,( Cr12MoV ),137,4,淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响,未淬透钢,淬透钢,138,(4),钢的回火,1),定义,:,把淬火后的零件重新加温到,Ac,1,线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却（一般空冷，也水冷或油冷）到室温。,2),目的,:,消除淬火应力,降低脆性,;,稳定工件尺寸,;,调整淬火零件的力学性能。,139,耐磨件,M,回,=,0.3%C,+,150,250,低温回火,弹簧等,T,回,=,F,针,+,Fe3C,粒,350,500,中温回火,调质件,S,回,=F,多,+Fe,3,C,球,500,650,高温回火,高合金钢,P,回,=F,多,+,Fe,3,C,粒,650,A,1,高温软化,3),工艺参数,淬火,+,高温回火,=,调质处理,用途,组 织,温度,(),名 称,淬火,+,高温回火,=,调质处理,140,3.,钢的表面淬火,1),定义,:,是一种不改变钢表层化学成,分,但改变表层组织的,局部热,处理工艺,。,2),工艺特征,:,通过快速加热使钢的表,层奥氏体化,然后急冷,使表层,形成马氏体组织,而心部仍保,持不变。,141,3),表面淬火用钢,:,选用,中碳或中碳低合金钢,。,40,、,45,、,40Cr,、,40MnB,等。,4),表面淬火加工的方法,:,感应加热,(,高、中、工频,),、,火,焰加热,、电接触加热法等。,142,1,感应加热表面淬火,1),感应加热的基本原理,:,*,感应电流,-,涡流,*,集肤效应,*,淬火层深度,(,),与电流频率,(,f,),的关系,:, = 500 /,f,（,mm,）,高频感应加热（,100,1000kHz,）：,0.2-2mm,中频感应加热（,0.5,10kHz,）,:2-8mm,工频感应加热（,50Hz,）,:10-15mm,143,感应加热表面淬火示意图,集肤效应示意图,144,2),工艺要求,:,*,表面淬火前,必须对零件进行,正火,或,调质处理,以保证零件有良好的,基体。,* 表面淬火后,必须对零件进行,低温,回火,处理,以降低淬火应力和脆性。,3),生产特点,:,淬火件的质量好,;,工件变,形小,;,不易氧化及脱碳,;,淬火层容易,控制,;,生产率高。设备投资大,不适,于复杂形状零件和小批量生产。,145,2,火焰加热表面淬火,1),火焰加热表面淬火的基本方法,146,2),火焰加热表面淬火的特点,:,*,设备简单,操作方便,成本低。,*淬火质量不稳定。,*适于单件、小批量及大型零件的生产。,147,时效处理,目的：进一步消除内应力，稳定工件尺寸。,方法：高温时效、低温时效，自然时效,148,4.,化学热处理,( Chemical Heat Treatment ),1),定义,:,将零件置于一定的化学介质,中,通过加热、保温,使介质,中一种或几种元素原子渗入,工件表层,以改变钢表层的化,学成分和组织的热处理工艺。,149,2),化学热处理的基本过程,:,2,吸收,:,活性原子被零件表面吸收和溶,解。,3,扩散,:,活性原子由零件表面向内部扩,散,形成一定的扩散层。,1,分解,:,化学介质在高温下释放出待渗,的活性原子。,2CO CO,2,+C,150,3),化学热处理进行的条件,:,1,渗入元素的,原子必须是活性原子,而,且,具有较大的扩散能力,。,2,零件本身,具有吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的,溶解度,或能,与之,化合,形成,化合物,。,4),化学热处理的种类,:,渗碳,;,渗氮,;,碳氮,共渗,;,渗硼,;,渗铝,;,渗硫,;,渗硅,;,渗铬等。,151,1.,钢的渗碳,( Carburize of steel ),1),定义,:,向钢的表面渗入碳原子的过程。,2),目的,:,获得具有表硬耐磨里韧性能的零件。,3),用钢,:,低碳钢,和,低碳合金钢。,如,20,、,20Cr,4),方法,:,固体、,气体,(,常见,),、液体渗碳,。,5),设备,:,井式渗碳炉、可控气氛炉、真空炉,。,18CrMnMo,、,12Cr2Ni4A,、,20CrMnMo,152,6),工艺,:,加热温度为,900,950;,渗碳时间一般为,3,9,小时,;,7),渗碳后的组织,:,1%C,P+Fe,3,C,0.2%C,F + P,少,表面,中心,零 件,P,P+F,153,8),渗碳后的热处理工艺,时间,温度,930,850,方案,1,方案,2,渗 碳,淬火,加热,154,9),热处理后的组织,低碳,M,回,+F,M,回,+Cm+A,残,低碳,合金钢,F+P,M,回,+Fe,3,C+A,残,低碳钢,心部组织,表层组织,钢种,155,2.,钢的渗氮,( Nitridation of steel ),2),目的,:,获得具有表硬、耐疲劳和耐蚀性以及热硬性里韧性能的零件。,3),用钢,:,中碳合金钢,。,4),方法,:,气体渗氮,、液体渗氮、离子渗氮。,（常用）,1),定义,:,向钢的表面渗入氮原子的过程。,156,5),工艺,:,加热温度,500,600;,保温时间,0.3,0.5mm/20,50h,。,6),热处理特点,:,渗氮前需调质处理,;,渗氮后不需热处理。,7),渗氮处理后的组织,表层,:,Fe,4,N,、,Fe,2,N,、,AlN,、,CrN,、,MoN,、,TiN,、,VN,。,心部,:,S,回,。,8),常用的钢种,: 35 CrMo,、,18CrNiW,、,38 CrMoAlA,(,氮化王牌钢,),等。,157,渗碳与渗氮的工艺特点,处理后是否需要热处理,处理时间,( h ),处理温度,( ),名称,需要,3,9,900,950,渗碳,不需要,20,50,500,600,渗氮,158,3.,钢的碳氮共渗,-,氰化处理,( Carbonitriding of steel ),1),定义,:,向钢的表面同时渗入碳和氮原,子的过程。,3),方法,:,固体碳氮共渗,气体碳氮共渗,液体碳氮共渗,高温,中温,低温,2),目的,:,获得具有表硬里韧性能的零件。,159,4),工艺,:,合金结构钢,HRC53,60,中温气体碳氮共渗,800,860,1,8,以渗碳为主,0.5,0.8mm,淬火,+,低温回火,合金工具钢,HRC54,63,低温气体碳氮共渗,500,600,1,6,以渗氮为主,0.1,0.4mm,不需要,材料,性能,名称,温度,(),时间,(h),作用,渗层,热处理,160,2.2.4.2,铸铁热处理,铸铁的力学性能主要受,基本组织,和,石墨,所控制，因此强化铸铁时，一方面要改变石墨的数量大小、形状和分布，尽量减少石墨的有害作用；另一方面又要通过,合金化,、,热处理,或,表面处理,方法调整基本组织，提高基体性能，以改善铸铁的强韧性。,161,1.,灰铸铁的热处理,（简单热处理）,（,1,）,消除内应力退火,（人工实效）,1,）,目的,:,消除铸铁件铸造后产生的很大的内应力。,2,）工艺方法：将铸件缓慢加热到,500,560,适当保温（每,10mm,截面保温,2h,）后，随炉缓慢冷却至,150,200 ,出炉空冷。,（,2,）,消除铸件白口、降低硬度的退火或正火,1,）退火工艺：,800,950,1,4h,，随炉缓冷，使部分渗碳体分解，最终得到铁素体珠光体的基体组织。,2,）正火工艺：,800,950,1,4h,空冷,162,（,3,）表面淬火,1,）,目的,:,提高灰铸铁件表速度面强度、耐磨性和疲劳强度。,2,）工艺方法：感应加热、火焰加热、电接触加热等工艺。,2.,可锻铸铁热处理（,产生,）,1,）,目的,:,可锻铸铁本身就是白口铸铁通过石墨化退火得到的。,2,）工艺方法：,950,1000,30,40h,，然后以,200,300 /h,炉速冷却到,770,后，再以极缓慢的冷却,2,3 /h,冷却至,720 ,左右再空冷，得到,珠光体可锻铸铁,；,也可从高温加热后缓冷至,680,，长时间（,15,30h,）等温保持，使珠光体中渗碳体,163,分解为,铁素体石墨出炉空冷得,铁素体可锻铸铁,。,3.,球墨铸铁,（可以象钢一样进行各种热处理）,（,1,）退火,1,）消除内压力退火（工艺与灰铸铁同）,2,）高温退火：消除白口，得高韧性的铁素体球铁,3,）低温退火：用于基体组织中无共晶渗碳体且珠光体含量较高，要求具有较高塑性、韧性的铸件。,（,2,）正火：目的是细化组织，提高球铁的强度、硬度和韧性。,（,3,）调质处理：提高球铁的强度和韧性（比正火高）。,（,4,）等温淬火：提高球铁的综合性能。,164,2.2.4.3,有色金属热处理,1.,铝合金热处理,（,1,）变形铝合金热处理,1,）扩散退火：消除合金铸锭中的晶内偏析。,2,）再结晶退火：消除各种加工应力、提高塑性。,3,）去应力退火：在,150,360,内低于再结晶温度下退火，消除应力保持强度。,4),回归处理：仅用于经淬火和自然实效处理过的零件，将零件在硝盐中迅速加热到,200,250,2,3min,后在水中冷却。目的是恢复得到过饱和固溶体淬火相，便于校正、加工。,5),淬火、时效：,2AI2,、,2Al4,、,2B11,合金：,500,5,20,90min,，淬水，室温自然时效,96,144h,。,165,（,2,）铸造铝合金热处理,1,）退火：,290,10,3,5h,，,消除,内应力稳定铸件尺寸。,2,）,淬火、时效：,ZL104,铝合金缸体：,535,5,4h,固溶处理，,175,5,9h,时效。,2.,铜合金热处理,只有一部分铜合金提高热处理可以得到强化。,（,1,）去应力退火,（,2,）再结晶退火：去除冷作硬化，恢复塑性,（,3,）均匀化退火：去除铸件内应力,（,4,）,淬火时效,（,5,）淬火回火,166,2.2.4.4,热处理设备,1.,燃料炉：,以重油、煤气、煤（或焦炭）等为燃料的加热炉,2.,电阻炉：,以电阻体为加热器的电炉。,
展开阅读全文