机械工程常用材料及钢的热处理

,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,*,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,*,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,*,人民邮电出版社,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,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,1,章 机械工程常用材料及钢的热处理,1.1,机械工程常用材料,1.2,钢的热处理,是指金属材料在外力作用时表现出来的性能,。,力学性能,指标,：强度、硬度、塑性、韧性等,。,强度与塑性,静载单向静拉伸实验,应力,(,),：单位横截面积的内力,标准拉伸试样：长试样,L,0,=10,d,0,短试样,L,0=5,d,0,1.1,机械工程常用材料,2.,硬度,材料抵抗局部变形、特别是塑性变形、压痕或划痕的能力,。,硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念,硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其他机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。,硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，,压入法又分为,布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度,等。,3.,冲击韧性,(,A,k,或,a,k,),韧性,：材料断裂前吸收变形能量的能力,冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。,a,k=,冲击破坏所消耗的功,A,k,/,标准试样断口截面积,F,单位为焦耳,/,厘米,（,J/cm,）,a,k,值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形,a,k,值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。,A,k,=,m,g(,h,1,-,h,2,),冲击吸收,(,A,k,),：,单位为焦耳,冲击韧度,(,a,k,),：,韧脆转变温度：冲击吸收功急剧 变化或断口韧性急剧转变 的温度区域。,指材料适应加工工艺要求的能力,1.,铸造性能,指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，,包括：流动性能、收缩性、偏析等。,2.,焊接性能,指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口,处是否能满足使用目的的特性。,3.,锻造性能,金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不,破裂的能力。,含碳量越高，焊接性越差。,含碳量越高，锻造性越差。,材料的工艺性能,含碳量,4.3%,的铁碳合金铸造性最好,。,4.,切削加工性,：指材料被切削加工成合格零件的难易程度。,包含：,刀具耐用度；切削力，切削温度，,表面加工质量，,切屑的形状或断屑难易程度。,5.,冲压性能,：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。,含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。,含碳量越高，冲压性越差。,6.,热处理工艺性,：指材料被热处理时达到性能等要求的难易程度。,如：淬硬性、淬透性。,1.2,钢的热处理,采用适当方式对材料或工件在,固态,下进行,加热、保温和冷却，,以获得预期,组织结构，,从而获得所需,性能,的工艺方法。,热处理的实质,热处理工艺,热处理的原理,热处理,加热、保温、冷却,组织转变规律,改变组织结构 性能,钢的整体热处理,钢的退火与正火,种 类,加热温度,冷却方式,目 的,应 用,退,火,完全,退火,Ac,3,以上,30,50,随炉冷至,600,左右后出炉空冷,消除残余应力；细化晶粒,亚共析钢的铸、锻、焊件,球化,退火,Ac,1,以上,10,20,冷至略低于,Ar,l,温度，保温后随炉冷至,600,左右，出炉空冷,片状珠光体转变球状珠光体，降低硬度，改善切削加工性，为淬火作组织准备,过共析钢的刃具、量具、模具等,等温,退火,Ac,3,以上,30,50,或,Ac,1,以上,10,20,较快冷却到珠光体转变温度区间的适当温度等温，使奥氏体转变为珠光体类组织后在空气中冷却,与完全退火和球化退火相同，但组织更均匀、晶粒更细小，缩短生产周期,高碳钢、合金工具钢和高合金钢,均匀化,退火,钢熔点以下,100,200,保温,10,15 h,后缓冷,消除铸造过程中产生的枝晶偏析，使成分均匀化,亚共析钢的铸锭,去应,力退火,A,1,以下,100,200,随炉缓,300,200,出炉空冷,消除残余应力，稳定尺寸，减少变形,铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机械加工件等,再结,晶退火,T,再,=,（,0.35,0.40,）,T,熔点（,K,）,缓冷,消除加工硬化，提高塑性，改善切削加工性及成形性能。,进一步冷变形钢件,冷变形钢材及其它合金成品,正,火,Ac,3,或,Ac,cm,以上,30,50,空冷,细化晶粒；改善切削加工性；为最终热处理作组织准备,低碳钢、中碳钢的预备热处理；消除过共析钢的网状渗碳体；一般要求钢件的最终热处理。,钢的退火与正火,冷却速度慢，获得接近平衡组织。可降低硬度、细化晶粒、消除应力。,冷却速度比退火快，晶粒更细小。低碳钢和低碳合金钢正火可提高硬度；中碳钢正火可提高力学性能；高碳钢正火可消除网状渗碳体。,退火的主要特点：,正火的主要特点：,钢的淬火与回火,是将钢加热至临界点,(,A,c,3,或,A,c,1,),以上，保温后以大于,V,K,的速度冷却，,使奥氏体转变成马氏,体,(,或下贝氏体,),的热处理工艺。,淬火,回火,是将淬火后的钢加热至,A1,以下的某一温度后进行冷却的热处理工艺。,淬火的目的是为了得到马氏体组织。,一般淬火后的钢都要进行回火，才能使钢具有不同的力学性能,。,淬,火,Ac,3,以上,30,50,Ac,1,以上,30,50,以大于钢的淬火临界冷却速度冷却，一般合金钢油淬，非合金钢水淬,获得马氏体，个别获得下贝氏体，提高钢的硬度和耐磨性,各种工具、模具、量具、滚动轴承等,回,火,低温,回火,150,250,空冷,在保持高硬度的同时，降低淬火内应力和脆性,工具、模具、量具、轴承，渗碳件及经表面淬火的工件。,中温,回火,350,500,空冷,提高弹性极限和屈服强度,各种各类弹簧以及其它结构钢,高温,回火,500,650,空冷,获得良好的综合力学性能，硬度一般为,25,35HRC,各种重要的机器结构件，特别是受交变载荷的零件，如连杆、轴等,钢的表面热处理,钢的表面淬火,将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺。,表面淬火前应对工件正火或调质，表面淬火后应低温回火。,利用感应电流通过工件所,产生的热量，使工件表层、,局部或整体加热并快速冷,却的淬火。,1.,感应淬火,高频感应淬火：,200,300kHz,，淬硬层深度为,0.5,2mm,。,主要用于要求淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸,轴类零件等。,工频感应淬火：,50Hz,，淬硬层深度为,10,20mm,。,主要用于大直径零件。,最适宜的钢种是中碳钢,(,如,40,钢、,45,钢,),和中碳合金钢。,(1),感应淬火频率的选用,中频感应淬火：,2500,8000Hz,，淬硬层深度为,2,10mm,。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件。,加热速度极快；,工件表层获得极细小的马氏体组织；,工件表面质量好，变形小；,生产效率高,(2),感应淬火加热的特点,2.,火焰淬火,火焰淬火是利用氧,-,乙炔,(,或其他可燃气体,),火焰对工件表层,加热，并快速冷却的淬火工艺。淬硬层深度一般为,2,6mm,。,用于单件、小批生产。,钢的化学热处理,将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变表层一定深度的化学成分、组织和性能的热处理工艺,基本过程,分解,吸收,扩散,渗层,1.,渗碳,固体渗碳法,单件、小批生产,(1),渗碳的方法,气体渗碳法,大批量生产,将工件置于密封的井式渗碳,炉中，滴入易分解和气化的液,体或直接通入渗碳气体，加热,到渗碳温度。活性碳原子,C,被工件表面吸收而溶于高温奥,氏体中，并向工件内部扩散形,成一定深度的渗碳层。,(2),渗碳用钢、渗碳后组织及热处理,渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢,表层为,过共析组织,，与其相邻为,共析组织,，再向里为,亚共析组织,的过渡层，心部为,原低碳钢组织。,渗碳后的组织,按化学成分,非合金钢,低合金钢,合金钢,钢的分类,1.3,常用金属材料,钢铁及合金牌号统一数字代号体系,大写拉丁字母有：,A,、,B,、,C,、,E,、,F,、,H,、,J,、,L,、,M,、,P,、,Q,、,S,、,T,、,U,、,W,。,其中,A,表示合金结构钢,；,L,表示低合金钢,；,U,表示非合金钢,；,T,表示工具钢等,。,第一位阿拉伯数字有,0,9,。在不同的钢中，每一位数字所代表的含义各不相同。如在,合金结构钢,细分类中，,0,代表,Mn,（,x,）、,MnMo,（,x,）钢；,1,代表,SiMn,（,x,）、,SiMnMo,（,x,）钢。,在,低合金钢,细分类中，,0,代表低合金一般结构钢；,1,代表低合金专用结构钢,。,在,非合金钢,中，,1,代表非合金一般结构及工程结构钢；,2,代表非合金机械结构钢等,钢铁及合金牌号统一数字代号体系,灰口铸铁,白口铸铁,麻口铸铁,按碳存在的形式分类,普通灰铸铁 石墨呈片状,蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状,可锻铸铁 石墨呈棉絮状,球墨铸铁 石墨呈球状,按石墨的形态分类,按,化学,成分,分类,普通铸铁,合金铸铁,铸铁的分类,铝合金的分类,根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，,铝合金可分为,变形铝合金,和,铸造铝合金,。,（,1,）,变形铝合金,不可热处理强化铝合金,防锈铝,可热处理强化铝合金,硬铝、超硬铝和锻铝,（,2,）,变形铝合金,铸造铝合金,具有共晶组织，塑性较差，但熔点,低，流动性好,铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。,按,化,学,成,分,黄铜,青铜,白铜,以,Zn,为主要合金元素。良好的加,工性能，良的铸造性能，耐腐蚀,性能也好。,以,Sn,为主要合金元素。用于铸造,形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜,还好。,以,Ni,为主要合金元素。具有较好,的强度和塑性，能进行冷加工变,形，抗腐蚀性能也好,。,铜合金的分类,工业,纯铜,纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为,4,种：,T1,、,T2,、,T3,、,T4,。编号越大，纯度越低。,工业纯铜除配制铜合金和其他合金外，主要用于电器工业，制造电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器等。,纯铜的强度低，不宜用作结构材料,1.4,钢铁材料的现场鉴别,常用的鉴别方法有火花鉴别法、色标鉴别法、断口鉴别法和音色鉴别法等。,20,钢的火花特征,45,钢的火花特征,T12,钢的火花特征,HT200,的火花特征,火花鉴别法,色标鉴别法,碳素结构钢,Q235,钢为红色；优质碳素结构钢,20,钢为棕色加绿色，,45,钢为白色加棕色；合金结构钢,20CrMnTi,钢为黄色加黑色，,40CrMo,钢为绿色加紫色；铬轴承钢,GCr15,钢为蓝色；高速钢,W18Cr4V,钢为棕色加蓝色；不锈钢,1Cr18Ni9Ti,钢为绿色加蓝色；热作模具钢,5CrMnMo,钢为紫色加白色。,断口宏观鉴别法,若断口呈纤维状，无金属光泽，颜色发暗，无结晶颗粒，且断口边缘有明显的塑性变形特征，则表明钢材具有良好的塑性和韧性，含碳量较低。若断口齐平，呈银灰色，且具有明显的金属光泽和结晶颗粒，则表明属脆性材料。而过共析钢或合金经淬火后，断口呈亮灰色，具有绸缎光泽，类似于细瓷器断口特征。低碳钢不易敲断，断口边缘有明显的塑性变形特征，有微量颗粒；中碳钢的断口边缘的塑性变形特征没有低碳钢明显，断口颗粒较细、较多；高碳钢的断口边缘无明显塑性变形特征，断口颗粒很细密；铸铁极易敲断，断口无塑性变形，晶粒粗大，呈暗灰色。,音色鉴别法,根据钢铁敲击时发出的声音不同，以区别钢和铸铁的方法称为音色鉴别法。敲击时，发出比较清脆声音的材料为钢，发出较低沉声音的材料为铸铁。为了准确地鉴别材料，在以上几种现场鉴别的基础上，一般还可采用化学分析、金相检验以及硬度试验等手段进行鉴别,。,THE