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,*,绪论,一、材料的发展史,材料,(metals),是人类用来制作各种产品的物质，是先于人类存在的，是人类生活和生产的物质基础。反映人类社会文明的水平。,1 .,石器时代 ：,古猿到原始人的漫长进化过程。原料：燧石和石英石。,2.,新石器时代,：,原始社会末期开始用火烧制陶器,。,3.,青铜器时代：,夏,(,公元前,2140,年始,),以前就开始了,4.,铁器时代：,春秋战国时期,(,公元前,770,221,年,),开始大量使用铁器,1,完全退火处理时间较长，不经济,等温退火效果比普通退火好，时间缩短一半,2,2),球化退火,将钢加热到,Ac,1,以上,10,30,，保温较长时间后以极其缓慢的速度冷却到,600,以下，再出炉空冷。,3,加工对象,共析、过共析钢及合金工具钢,目的,使渗碳体球化，降低硬度，改善切削加工性，为淬火做好组织准备。,4,球化退火,也可用于亚共析钢,，目的是使珠光体中的渗碳体球化，降低硬度，提高塑性。,为了保证球化退火的效果对于含碳量高、网状渗碳体严重的钢往往要用正火先破坏网状渗碳体。,5,3),去应力退火,加热到,Ac,1,以下,100,200,（约,500,650,），充分保温后缓冷到,200 ,出炉空冷,加工对象,用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件。,目的,消除毛坯和零件中的残余应力,6,4),扩散退火（均匀化退火）,加热到,Ac,3,以上,150,200,（约,1050,1150 ,），长时间（,10,15h),保温后随炉缓冷。,加工对象,:,合金钢大型铸、锻件,目的,:,消除材料化学成分的偏析和组织不均匀。,均匀化退火后钢的晶粒粗大，因此一般还要进行完全退火或正火。,7,各种退火工艺规范,8,4.1.2,正火,定义：,将钢件加热至,Ac,3,或,Accm,以上,30,50,，保温后在静止的空气中均匀冷却的热处理工艺。,9,目的：,普通的结构零件，主要是细化晶粒，提高力学性能。,低碳钢和低碳合金钢，可获得合适的硬度，改善切削加工性。,过共析钢，可以消除二次渗碳体网，有利于球化退火的进行。,10,11,小结,重点要求,1.,什么是退火及正火？退火及正火的目的、特点,。,2.,各种退火及正火的工艺规范及加工对象、组织特点,。,一般要求,1.,退火及正火处理的组织区别,。,12,4.2,淬火（蘸火）,概念：,将钢件加热到,Ac,3,或,Ac,1,以上某一温度，保温一定时间，在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。,13,目的：获得马氏体（碳在,Fe,中过饱和的固溶体）提高钢的硬度和耐磨性。,淬火是强化钢件最重要的热处理方法,14,4.2.1,淬火加热温度和加热时间,1),淬火加热温度,亚共析钢：,Ac,3,30,50,过共析钢：,Ac,1,30,50,15,对于亚共析碳钢，适宜的淬火温度一般为,Ac,3,+30,50,，,这样可获得均匀细小的马氏体组织。,如果淬火温度过高,：则将获得粗大马氏体组织，同时引起钢件较严重的变形。,如果淬火温度过低,：则在淬火组织中将出现铁素体，造成钢的硬度不足，强度不高。,16,对于过共析碳钢，适宜的淬火温度一般为,Ac,1,+30,50,，,这样可获得均匀细小马氏体和粒状渗碳体的混合组织。,如果淬火温度过高,：则将获得粗片状马氏体组织，同时引起较严重变形，淬火开裂倾向增大；还由于渗碳体溶解过多，淬火后钢中残余奥氏体量增多，降低钢的硬度和耐磨性。,如果淬火温度过低,：则可能得到非马氏体组织，钢的硬度达不到要求。,17,对于合金钢，因为大多数合金元素阻碍奥氏体晶粒长大,(,Mn,、,P,除外,),，所以淬火温度允许比碳钢稍微提高一些，这样可使合金元素充分溶解和均匀化，以便取得较好淬火效果。,18,2),加热保温时间,确定加热保温时间的依据是保证奥氏体成分均匀以及工件内外温度一致。一般由经验公式或试验加以确定,19,4.2.2,淬火冷却介质,淬火时为了得到马氏体组织，冷却速度必须大于淬火临界冷却速度,V,K,。,但快冷又不可避免地造成很大的内应力，引起工件变形与开裂。,20,理想的淬火冷却介质应具有如图冷却曲线,但实际生产中还没有找到一种淬火介质能符合这一理想淬火冷却速度。,21,常用的淬火冷却介质是水，盐水和油。,冷却速度,： 盐水 水 盐浴 油,22,23,水的冷却能力很强，而加入,5,10,NaCl,的盐水，其冷却能力更强。尤其在,650,550,的范围内冷却速度非常快，大于,600,s,。,但在,300,200,的温度范围，冷却能力仍很强，这将导致工件变形，甚至开裂。因而主要用于淬透性较小的碳钢零件。,24,淬火油几乎都是矿物油。其优点是在,300,200,的范围内冷却能力低，有利于减小变形和开裂，缺点是在,650,550,范围冷却能力远低于水，所以不宜用于碳钢，通常只用作合金钢的淬火介质,为减少工模具淬火时的变形，工业上常用熔融盐浴或碱浴作为冷却介质来进行分级淬火或等温淬火,25,4.2.3,淬火冷却方法,1),单液淬火,2),双液淬火,3),分级淬火,4),等温淬火,26,单液淬火法,它是将加热的工件放入一种淬火介质中连续冷却至室温的操作方法,例如：碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等均属单液淬火法。,这种方法操作简单，容易实现机械化自动化。但在连续冷却至室温的过程中，水淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。,27,双液淬火法,对于形状复杂的碳钢件，为了防止在低温范围内马氏体相变时发生裂纹，可在水中淬冷至接近,Ms,温度时从水中取出立即转到油中冷却，也常叫水淬油冷法,这种淬火方法如能恰当地掌握好在水中的停留时间，即可有效地防止裂纹的产生,28,分级淬火法,钢件加热保温后，迅速放入温度稍高于,Ms,点的恒温盐浴或碱浴中，保温一定时间，待钢件表面与心部温度均匀一致后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。,这种淬火方法能有效地减小变形和开裂倾向。但由于盐浴或碱浴的冷却能力较弱，故只适用于尺寸较小、淬透性较好的工件。,29,等温淬火法,钢件加热保温后，迅速放入温度稍高于,Ms,点的盐浴或碱浴中，保温足够时间，使奥氏体转变成下贝氏体后取出空冷。,等温淬火可大大降低钢件的内应力，下贝氏体又具有较高的强度、硬度和塑、韧性，综合性能优于马氏体。,30,适用于尺寸较小、形状复杂，要求变形小，且强、韧性都较高的工件，如弹簧、工模具等。,等温淬火后一般不必回火。,31,各种淬火方法示意图,时间,温度,Ms,A,1,单液淬火,双液淬火,分级淬火,等温淬火,32,小结,重点要求,1.,什么是淬火？,2.,淬火的常用的冷却介质、冷却方式,。,一般要求,1.,淬火加热温度和加热时间,。,33,在冲击、交变和摩擦等动载荷条件下工作的机械零件，如齿轮、曲轴，凸轮轴、活塞销等汽车、拖拉机和机床零件，要求表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则要有足够的塑性和韧度。如果仅从选材和普通热处理工艺来满足要求是很困难的。,34,4.3,钢的表面淬火热处理,表面淬火,是一种不改变表层化学成分，只改变表层组织的局部热处理方法。,表面淬火,是通过快速加热，使钢件表层奥氏体化，然后迅速冷却，使表层形成一定深度的淬硬组织（马氏体），而心部仍保持原来塑性、韧度较好的组织的热处理工艺。,35,（,1,）感应加热表面淬火,感应加热表面淬火,是利用电磁感应、集肤效应、涡流和电阻热等电磁原理，使工件表层快速加热，并快速冷却的热处理工艺,36,感应加热时，工件截面上感应电流的分布状态与电流频率有关。,电流频率愈高，集肤效应愈强，感应电流集中的表层就愈薄,，这样加热层深度与淬硬层深度也就愈薄,因此，可通过调节电流频率来获得不同的淬硬层深度。,分类,高频淬火,100-500kHz,中频淬火,25008000Hz,工频淬火,0.6%,）,93,锰钢,铬钢,按合金元素种类分 硼钢,铬镍钢,合金钢 硅锰钢,高合金钢,按合金元素含量分 中合金钢,低合金钢,94,（,2,）按质量分,普通钢（,S0.050%,，,P0.045%,）,优质钢（,S0.030%,，,P0.035%,）,高级优质钢（,S0.020%,，,P0.030%,）,特级优质钢（,S0.015%,，,P0.025%,）,95,（,3,）按用途分,建筑工程用钢,工程用钢 桥梁工程用钢,船舶工程用钢,结构钢 车辆工程用钢,调质钢,机器用钢 渗碳钢,弹簧钢,轴承钢,刃具钢,工具钢 模具钢,量具钢,不锈钢,特殊钢 耐热钢,耐磨钢,96,将以上综合：,碳素结构钢（低、中碳）,碳钢 优质碳素结构钢（低、中、高碳）,碳素工具钢（高碳）,钢 铸造碳钢（低、中碳）,合金钢,特殊性能钢,97,6-2,碳,钢的编号及应用,6.2.1,碳素钢（碳钢）,它是碳的含量低于,2,11,，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。,碳钢价格低廉，工艺性能良好，是工业上应用最广泛的金属材料。,98,6.2.2,碳钢的编号方法,分 类,编 号 方 法,举 例,说 明,碳素结构钢,Q235AF,“,Q”,：“,屈”字的汉语拼音字首；数字：为屈服点,(MPa),；,质量等级：,A,、,B,、,C,、,D,；,脱氧方法：,F,、,b,、,Z,、,TZ,；,优质碳素,结构钢,45,两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。,碳素工具钢,T8A,“,T”,：,为碳字的汉语拼音字首；数字：表示钢的平均含碳量的干分之几；“,A”,：,表示高级优质。,一般工程用,铸造碳钢,ZG200400,“,ZG,代表铸钢。第一组数字为屈服强度,(Mpa,）；,第二组数字为抗拉强度,(MPa),。,99,碳素结构钢的力学性能,(GB/T700-1988),牌,号,等,级,拉 伸 试 验,冲击试验,屈服点,s,，,MPa,抗拉强度,b,/,MPa,伸长率,s,%,温度,V,型冲击功,(,纵向,),J,钢材厚度,(,直径,),，,mm,钢材厚度,(,直径,),mm,16,40,60,100,150,150,16,40,60,100,150,150,不小于,不小于,不小于,Q195,195,315-390,33,Q215,A/B,215,195,175,165,335-410,31,29,27,26,/20,/27,Q235,A/B,C/D,235,215,195,185,375-460,26,24,22,21,/20,0/-20,/27,Q255,A/B,255,235,215,205,410-510,24,22,20,19,/20,/27,Q275,275,255,235,225,490-610,20,18,16,15,100,6.2.3,碳素结构钢,1,、牌号,例如：,Q235-AF,表示,S,235,的,A,级碳素结构沸腾钢,Q,：“,屈”的汉语拼音首字母,235,：,S,的值,（,厚度 ,16mm,）,A,、,B,、,C,、,D,：,表示质量等级，从左到右质量依次提高,F,、,b,、,Z,、,TZ,：,依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢（,Z,、,TZ,可以省略）等。,101,GB/T700-1988,标准,GB700-79,标准,化学成分和力学性能均须保证,A,类钢,保证力学性能，,B,类钢,保证化学成分，,C,类钢,保证化学成分及力学性能。,Q195,A1；B1,Q215,A2；C2,Q235,A3；C3,Q255,A4；C4,Q275,C5,碳素结构钢 新、老标准钢号对照,102,2,、应用：,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,建筑构件,钢桥梁,103,Q195,Q255,（,0.06,0.28,）,均属于低碳钢，塑性、焊接性好，具有一定的强度。用作受力不大的零件，如：螺栓、螺母、垫圈、链片、法兰、地脚螺钉及焊接件等。,Q275,（,0.28,0.38,）,属中碳钢，用作承受中等载荷普通件，如：链轮、小轴、螺杆、销钉等。,104,3,、热处理特点：,热轧空冷,组织,：,S,F,105,6.2.4,优质碳素结构钢,1,、牌号,牌号以含碳,0.01%,为单位,106,优质碳素钢的化学成分和性能,钢号,化学成分，,%,s,，,MPa,C,Mn,Si,S,P,08F,10,20,35,40,45,50,60,65,0.05-0.11,0.07-0.13,0.17-0.23,0.32-0.39,0.37-0.44,0.42-0.50,0.47-0.55,0.57-0.65,0.62-0.70,0.25-0.50,0.35-0.65,0.35-0.65,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.03,0.17-0.37,0.17-0.37,0.17-0.37,0.17-0.37,0.17-0.37,0.17-0.37,0.17-0.37,0.17-0.37,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,0.035,12,300,6,120163,KTH330-8,12,330,8,120163,KTH350-10,12,350,10,120163,KTH370-12,12,370,12,120163,P,基体,KTZ450-5,450,5,152219,KTZ500-4,500,4,179241,KTZ600-3,600,3,201269,KTZ700-2,700,2,240270,* 试棒直径,16mm,162,应用,常用来制造形状复杂且受振动的薄壁小型铸件。如 ：,管接头、低压阀门等,。,163,6.4.3,球墨铸铁,组织特点：,碳主要以球状石墨形式存在。,在铁水浇注前加球化剂（稀土,Mg,）使,G,球化,石墨呈球状后对基体金属的割裂作用减到最小。所以球墨铸铁的强度、塑性和韧性高。,164,牌号：,例：,QT600,2,“QT”,为“球铁”汉语拼音字首；,第一组数字表示最低抗拉强度值,(MPa),；,第二组数字表示最低伸长率值。,165,牌号,基体,机械性能,b,MPa,0.2,MPa,5,%,a,k,kJ/m,2,HB,QT400-17,F,400,250,17,600,179,QT420-10,F,420,270,10,300,207,QT500-5,F+P,500,350,5,147-241,QT600-2,P,600,420,2,229-302,QT700-2,P,700,490,2,229-302,QT800-2,P,800,560,2,241-321,QT1200-1,下,B,1200,840,1,300,38HRC,166,热处理,退火,去应力退火,，,500,600,。,低温退火,，,720760,，,PG + F,，,塑韧性、切削加工性,高温退火,，,900950,，,P, CmG + F,，,塑韧性、切削加工性,正火, P% ,，,细化组织，强度、耐磨性,低温正火,，,840860,，,P + F + G,，,塑韧性较好。,高温正火,，,880920,，,P + G +,少量,F,，,强度较高。,167,调质,850900,油淬,+,550600,回火回火,S + G,等温淬火,840900 + 300,等温下,B+G,调质,、,等温淬火,后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。,168,用途：,常用来制造汽车和拖拉机的曲轴、凸轮轴、齿轮等重要零件。替代部分铸钢、锻钢件，如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。,连杆,管道接口,169,6.4.4,蠕墨铸铁,在铁水浇注前加,蠕,化剂而得。,G,呈蠕虫状，形状短厚，两端较圆滑，力学性能介于,HT,、,QT,。,但耐热疲劳性能、铸造性能优于,QT,，,适用于经受热循环载荷的高强度铸件，如：大型柴油机缸盖、进排气管、金属型、液压阀阀体等。,进气管,排气管,170,牌号,b,MPa,0.2,MPa,%,硬度,HB,基体,不,小 于,RuT420,420,335,0.75,200280,P,RuT3
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