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文檔簡介
1、掌握金屬的結(jié)晶過程,了解金屬的晶體結(jié)構(gòu);掌握金屬的結(jié)晶過程,了解金屬的晶體結(jié)構(gòu);熟悉鐵碳合金的基本相和組織,理解鐵碳合金相圖的含義;熟悉鐵碳合金的基本相和組織,理解鐵碳合金相圖的含義;熟悉常用碳素鋼的性能、牌號和用途;熟悉常用碳素鋼的性能、牌號和用途;掌握熱處理工藝的原理,以及各種熱處理的工藝過程和用途;掌握熱處理工藝的原理,以及各種熱處理的工藝過程和用途;了解合金元素在鋼中的主要作用,熟悉合金鋼的性能、牌號和用途;了解合金元素在鋼中的主要作用,熟悉合金鋼的性能、牌號和用途;了解粉末冶金工藝、特點及其應(yīng)用。了解粉末冶金工藝、特點及其應(yīng)用。晶格、晶胞,常見金屬的晶格類型,晶體缺陷;晶格、晶胞,常
2、見金屬的晶格類型,晶體缺陷;金屬的結(jié)晶過程,金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶;金屬的結(jié)晶過程,金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶;鐵碳合金的基本相和組織,鐵碳合金的基本相和組織,F(xiàn)e-Fe3C相圖中的點線的含義,合金組織,相圖中的點線的含義,合金組織,成分和溫度的變化規(guī)律,鐵碳相圖的應(yīng)用;成分和溫度的變化規(guī)律,鐵碳相圖的應(yīng)用;碳素鋼、碳及常存雜質(zhì)對碳素鋼的性能影響,碳素鋼的分類,常用碳碳素鋼、碳及常存雜質(zhì)對碳素鋼的性能影響,碳素鋼的分類,常用碳素鋼的性能、牌號、用途;素鋼的性能、牌號、用途;鋼在加熱與冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過程,常用的熱處理工藝方法;鋼在加熱與冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過程,常用
3、的熱處理工藝方法;合金鋼的定義、分類、牌號,常用合金鋼的性能和用途;合金鋼的定義、分類、牌號,常用合金鋼的性能和用途;鑄鐵的分類,鑄鐵的石墨化,各種鑄鐵的性能、牌號和用途。鑄鐵的分類,鑄鐵的石墨化,各種鑄鐵的性能、牌號和用途。金屬晶格結(jié)構(gòu)、組織和特點,常用金屬材料金屬晶格結(jié)構(gòu)、組織和特點,常用金屬材料的性能及的性能及其用途。其用途。 講授、現(xiàn)場教學(xué)、課件。講授、現(xiàn)場教學(xué)、課件。4學(xué)時。學(xué)時。鋼鐵材料鋼鐵材料鋼鋼(含碳量小于(含碳量小于2.11%的鐵碳合金)的鐵碳合金)鑄鐵鑄鐵(含碳量大于(含碳量大于2.11%的鐵碳合金)的鐵碳合金)根據(jù)含碳量的不同分為根據(jù)含碳量的不同分為鋼鐵材料的生產(chǎn)方式鋼鐵
4、材料的生產(chǎn)方式煉鋼煉鋼煉鐵煉鐵鋼材生產(chǎn)鋼材生產(chǎn)鋼材種類鋼材種類型材型材:圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼、角鋼、槽鋼、螺紋鋼等圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼、角鋼、槽鋼、螺紋鋼等板材板材:中厚鋼板、薄鋼板、鋼帶和硅鋼片中厚鋼板、薄鋼板、鋼帶和硅鋼片管材管材:無縫鋼管和焊接鋼管(又稱有縫鋼管)無縫鋼管和焊接鋼管(又稱有縫鋼管)線材線材:直徑為直徑為69mm的圓鋼和直徑在的圓鋼和直徑在10mm以下的螺紋鋼以下的螺紋鋼 金屬材料在不同的使用場合下,所要求的力學(xué)性能、物理性金屬材料在不同的使用場合下,所要求的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能以及工藝性能各不相同。雖然都是金屬材料,不同能、化學(xué)性能以及工藝性能各不相同。雖
5、然都是金屬材料,不同成分和不同狀態(tài)下的性能差異也非常大。造成金屬材料性能差異成分和不同狀態(tài)下的性能差異也非常大。造成金屬材料性能差異的主要原因是由于金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。的主要原因是由于金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同。 非晶體非晶體中的質(zhì)點,是雜亂無章地堆積在一起,無規(guī)則可循。中的質(zhì)點,是雜亂無章地堆積在一起,無規(guī)則可循。根據(jù)內(nèi)部原子堆積的情況根據(jù)內(nèi)部原子堆積的情況固態(tài)物質(zhì)固態(tài)物質(zhì)分類分類晶體晶體:如純鋁、純鐵、純銅等:如純鋁、純鐵、純銅等非晶體:非晶體:玻璃、瀝青、松香、石蠟等玻璃、瀝青、松香、石蠟等晶體晶體中的原子或分子,在三維空間中是按照一定的幾何規(guī)中的原子或分子,在三維空間中是按照一定的幾何
6、規(guī)則作周期性地重復(fù)排列。則作周期性地重復(fù)排列。晶體和非晶體的晶體和非晶體的根本區(qū)別根本區(qū)別晶體具有規(guī)則的外形。晶體具有規(guī)則的外形。晶體具有固定的熔點。晶體具有固定的熔點。晶體具有各向異性。晶體具有各向異性。晶體的特點晶體的特點體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格 體心立方晶格 面心立方晶格密排六方晶格 單晶體多晶體 在理想情況下,晶體內(nèi)部的晶格位向是完全一致的,即晶體的原子是按一定幾何規(guī)律做周期性排列而成,這種晶體稱為單晶體 。 外形不規(guī)則,呈顆粒狀的小晶體稱為晶粒,每個晶粒相當(dāng)于一個單晶體,其原子排列位向是一致的,而各個晶粒的晶格位向各不相同。晶粒與晶粒之
7、間的界面稱為晶界,晶界上的原子處于過渡的不規(guī)則狀態(tài),這些由許多晶粒組成的晶體稱為多晶體。 晶格空位晶格空位置換原子置換原子間隙原子間隙原子點缺陷是指長、寬、高尺寸都很小的缺陷。點缺陷是指長、寬、高尺寸都很小的缺陷。常見的點缺陷常見的點缺陷刃型位錯(刃型位錯(a)螺形位錯螺形位錯 (b)線缺陷是指晶體內(nèi)沿某一條線,附近原子的排列偏離了完整晶格線缺陷是指晶體內(nèi)沿某一條線,附近原子的排列偏離了完整晶格所形成的線形缺陷區(qū),即發(fā)生了所形成的線形缺陷區(qū),即發(fā)生了“位錯位錯”。 常見的線缺陷常見的線缺陷面缺陷是在兩個方向的尺寸很大,第三個方向的尺寸面缺陷是在兩個方向的尺寸很大,第三個方向的尺寸很小而呈面狀的
8、缺陷,主要指晶界和亞晶界。很小而呈面狀的缺陷,主要指晶界和亞晶界。由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬,經(jīng)熔煉、燒結(jié)或由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬,經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法結(jié)合成具有金屬特性的物質(zhì)。如黃銅是由銅和鋅組成。其他方法結(jié)合成具有金屬特性的物質(zhì)。如黃銅是由銅和鋅組成。 簡稱元,是指組成合金的最基本獨立物質(zhì)。組元通常是純元簡稱元,是指組成合金的最基本獨立物質(zhì)。組元通常是純元素或者穩(wěn)定的化合物。根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少,合金可分素或者穩(wěn)定的化合物。根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少,合金可分為二元合金、三元合金或多元合金等。為二元合金、三元合金或多元合金等。是指由兩個或兩個以上組元按照不同
9、比例配制成一系列不是指由兩個或兩個以上組元按照不同比例配制成一系列不同成分的合金。同成分的合金。是指合金中具有同一的聚集狀態(tài)、同一的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的均勻組是指合金中具有同一的聚集狀態(tài)、同一的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的均勻組成部分。成部分。是指用肉眼或借助顯微鏡觀察到材料具有獨特微觀形貌特征是指用肉眼或借助顯微鏡觀察到材料具有獨特微觀形貌特征的部分。組織反映材料的相組成、相形態(tài)、大小和分布狀況,它的部分。組織反映材料的相組成、相形態(tài)、大小和分布狀況,它是決定材料最終性能的關(guān)鍵。是決定材料最終性能的關(guān)鍵。合金在熔點以上時各組元都能互相溶解,形成均勻液溶體。固態(tài)時由于各合金在熔點以上時各組元都能互相溶解,形成均勻液溶
10、體。固態(tài)時由于各組分之間相互作用不同,可能出現(xiàn)兩種基本相:固溶體和金屬化合物。組分之間相互作用不同,可能出現(xiàn)兩種基本相:固溶體和金屬化合物。固溶體固溶體金屬化合物金屬化合物置換固溶體間隙固溶體 指由合金中各組元指由合金中各組元的原子按一定比例相互的原子按一定比例相互作用而生成的一種新的作用而生成的一種新的具有金屬特性的物質(zhì)。具有金屬特性的物質(zhì)。 物質(zhì)由液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。如果凝固的固物質(zhì)由液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。如果凝固的固態(tài)物質(zhì)是原子(或分子)作有規(guī)則排列的晶體,則這種凝固又稱態(tài)物質(zhì)是原子(或分子)作有規(guī)則排列的晶體,則這種凝固又稱為結(jié)晶。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看,結(jié)晶就是原子
11、從不規(guī)則的排列(液態(tài))為結(jié)晶。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看,結(jié)晶就是原子從不規(guī)則的排列(液態(tài))過渡到按照一定的幾何形狀作有秩序排列(固態(tài))的過程。過渡到按照一定的幾何形狀作有秩序排列(固態(tài))的過程。TTn實際結(jié)晶溫度 TO理論結(jié)晶溫度 過冷度 Tm熔點 在金屬液體中,總是存在著一些類似晶體中原子有規(guī)則排列的小集團(tuán)。在金屬液體中,總是存在著一些類似晶體中原子有規(guī)則排列的小集團(tuán)。在熔點或熔點以上,這些小集團(tuán)是不穩(wěn)定的,時聚時散,此起彼伏。當(dāng)在熔點或熔點以上,這些小集團(tuán)是不穩(wěn)定的,時聚時散,此起彼伏。當(dāng)?shù)陀谌埸c時,這些小集團(tuán)中的一部分長大至一定尺寸后,就能成為比較低于熔點時,這些小集團(tuán)中的一部分長大至一定尺寸后,
12、就能成為比較穩(wěn)定的小晶體。這些小晶體作為結(jié)晶中心,稱為晶核。實際金屬液體并穩(wěn)定的小晶體。這些小晶體作為結(jié)晶中心,稱為晶核。實際金屬液體并不是很純的,其中總有一些固態(tài)雜質(zhì)存在,在結(jié)晶時,晶核大多依附在不是很純的,其中總有一些固態(tài)雜質(zhì)存在,在結(jié)晶時,晶核大多依附在這些固態(tài)雜質(zhì)表面上形成。這些固態(tài)雜質(zhì)表面上形成。 鐵碳合金是以鐵和碳為基本組元的合金,它是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中應(yīng)鐵碳合金是以鐵和碳為基本組元的合金,它是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料。要合理地選擇鐵碳合金,就必須熟悉鐵碳合金用最廣泛的金屬材料。要合理地選擇鐵碳合金,就必須熟悉鐵碳合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系。的成分、組織和性能之間的關(guān)系
13、。 鐵碳合金中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為鐵碳合金中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%0.20%的雜質(zhì),稱之為的雜質(zhì),稱之為工業(yè)純鐵。工業(yè)純鐵雖然塑性、導(dǎo)磁性良好,但強(qiáng)度較低,不適工業(yè)純鐵。工業(yè)純鐵雖然塑性、導(dǎo)磁性良好,但強(qiáng)度較低,不適宜制作機(jī)械零件。為了提高純鐵的強(qiáng)度、硬度,常在純鐵中加入宜制作機(jī)械零件。為了提高純鐵的強(qiáng)度、硬度,常在純鐵中加入少量碳元素,可形成等五種基本組織。少量碳元素,可形成等五種基本組織。 鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體表2-1 FeFe3C相圖中的特性點符號溫度()含碳量(%)說明A15380純鐵的熔點C11484.30共晶點D12276.69滲
14、碳體的熔點E11482.11碳在-Fe中的最大溶解度F11486.69滲碳體的成分點G9120-Fe與-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點K7276.69Fe3C的成分點P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S7270.77共析點Q600(室溫) 0.0057(0.0008) 600(或室溫)時碳在-Fe中的溶解度通常根據(jù)鐵碳合金含碳量和室溫組織的特點,由FeFe3C相圖中的P點和E點將鐵碳合金分為工業(yè)純鐵、鋼及白口鑄鐵三類。工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵是指P點以左的鐵碳合金(含碳量小于0.0218%),室溫組織為鐵素體+少量三次滲碳體。工業(yè)純鐵的性能特點是塑性韌性好,硬度和強(qiáng)度較低。鋼鋼是指高溫固態(tài)組織為單相固溶
15、體的一類鐵碳合金,相圖中P點成分與E點成分之間的鐵碳合金(含碳量0.0218%2.11%),具有良好的塑性,適于鍛造、軋制等壓力加工,根據(jù)室溫組織的不同又分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼三種。白口鑄鐵白口鑄鐵是指E點成分以右(含碳量2.11%6.69%)的鐵碳合金。白口鑄鐵有較低的熔點,流動性好,便于鑄造,脆性大。根據(jù)室溫組織的不同,白口鑄鐵又分為亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵和過共晶白口鑄鐵三類。 鐵碳合金分類鐵碳合金分類 碳素鋼簡稱碳鋼,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)所使用的鋼鐵材料中占據(jù)十分重要的地位。由于碳鋼具有冶煉、加工容易、價格低廉、工藝性能良好,力學(xué)性能能夠滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的使用要求,是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用
16、量最大的金屬材料。在汽車工業(yè)中,鋼鐵材料的用量占汽車用材總量的70%左右。 常用的碳素鋼,含碳量小于1.3%。實際上,碳素鋼除含有Fe和C兩種元素外,同時含有少量的硫、磷、硅、錳等雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)通常是由煉鋼原材料帶入或者由于冶煉工藝需要而有意加入的一些物質(zhì),它們的存在對鋼鐵的性能影響較大,尤其是硫、磷的含量應(yīng)該嚴(yán)格控制在要求的范圍內(nèi)。硅、錳、硫、磷和其他硅、錳、硫、磷和其他幾種常用碳鋼的分類方法有:按照碳鋼中的含碳量按照碳鋼中的含碳量分為低碳鋼(含碳量WC低于0.25%)、中碳鋼(含碳量WC 0.25%0.60%)和高碳鋼(含碳量WC高于0.60%)。按照鋼的用途按照鋼的用途分為碳素結(jié)構(gòu)鋼
17、(主要用于制造橋梁、船舶、建筑物等各類工程構(gòu)件,及齒輪、螺釘、螺母、連桿等各種機(jī)器零件,一般屬于低碳鋼和中碳鋼)和碳素工具鋼(主要用于制造各種刃具、量具和模具等,一般屬于高碳鋼)。按照鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量按照鋼中有害雜質(zhì)硫、磷含量分為普通碳素鋼(硫的含量Ws低于0.055%,磷的含量WP低于0.045%)、優(yōu)質(zhì)碳素鋼(硫的含量Ws低于0.04%,磷的含量WP低于0.04%)和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼(硫的含量Ws低于0.03%,磷的含量WP低于0.035%)三類。1 1碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的平均含碳量在0.06%0.38%范圍內(nèi),其中含有的有害元素和非金屬夾雜物較多,但性能上能滿足一般工程
18、結(jié)構(gòu)及普通零件的要求,因而工程上應(yīng)用較廣。 碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度,良好的塑性和韌性,優(yōu)良的工藝性能(焊接性、冷變形成形性),通常以型材(圓鋼、方鋼、工字鋼、鋼筋等)、板材、管材等形式用于橋梁建筑等工程構(gòu)件及機(jī)械零件。在汽車零部件中,可用碳素結(jié)構(gòu)鋼制造的有螺釘、螺母圈、法蘭軸、制動器底板、車廂板件、發(fā)電機(jī)支架、拉桿、銷、鍵等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的用途舉例1010F用來制造鍋爐管、油桶頂蓋、鋼帶、鋼處、鋼板和型材,用于制造機(jī)械零件2015F用于不經(jīng)受很大應(yīng)力而要求韌性的各種機(jī)械零件,如拉桿、軸套、螺釘、起重鉤等;也用于制造在6.0106Pa(約60個大氣壓)、450
19、以下非腐蝕介質(zhì)中使用的管子等;還可以用于心部強(qiáng)度不大的滲碳與碳氮共滲零件,如軸套、鏈條的滾子、軸以及不重要的齒輪、鏈輪等35用于熱鍛的機(jī)械零件,冷拉和冷頂鍛鋼材,無縫鋼管,機(jī)械制造中的零件,如轉(zhuǎn)軸、曲軸、軸銷、拉桿、連桿、橫梁、星輪、套簡、輪圈、鉤環(huán)、墊圈、螺釘、螺母等;還可用來鑄造汽輪,機(jī)機(jī)身、軋鋼機(jī)機(jī)身、飛輪等40用來制造機(jī)器的運動零件,如輥子、軸、曲柄銷、傳動軸、活塞桿、連桿、圓盤等45用來制造蒸汽渦輪機(jī)、壓縮機(jī)、泵的運動零件;還可以用來代替滲碳鋼制造齒輪、軸、活塞銷等零件,但零件需經(jīng)高頻或火焰表面淬火,并可用作鑄件55用于制造齒輪、連桿、輪圈、輪緣、扁彈簧及軋輥等,也可用作鑄件65用于
20、制造氣門彈簧、彈簧圈、軸、軋輥、各種墊圈、凸輪及鋼絲繩等70用于制造彈簧碳素工具鋼碳素工具鋼幾種常用碳素工具鋼性能及用途牌號主要性能用途T7、T7A承受沖擊、韌性較好,硬度適當(dāng)扁鏟、手鉗、大錘、改錐、木工工具T8、T8A承受沖擊、硬度較高沖頭、壓縮空氣工具、木工工具T8Mn、T8MnA承受沖擊、硬度較高、淬透性較大沖頭、壓縮空氣工具、木工工具、斷面較大的工具T9、T9A、T10、T10A韌性較好、硬度較高沖頭、木工工具、鑿巖工具T11、T11A不受劇烈沖擊、硬度高、耐磨性好車刀、刨刀、沖頭、絲錐、鉆頭、手鋸條T12、T12A不受沖擊、硬度高、耐磨性好銼刀、刮刀、量具T13、T13A不受沖擊、硬
21、度高、耐磨性很好刮刀、剃刀鑄造碳素鋼鑄造碳素鋼幾種常用鑄鋼的性能和用途牌號主要性能用途ZG200400良好的韌性、塑性和焊接性能用于受力不大,韌性好的機(jī)械零件,如機(jī)座、變速器殼、減速器殼體等ZG230450較高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性和焊接性能用于受力不大,韌性好的機(jī)械零件,如砧座、外殼、軸承座、底板、箱體等ZG270500較高的強(qiáng)度和較好的塑性,鑄造性能好,焊接性能和切削性能好用途廣泛,用于軋鋼機(jī)機(jī)架、軸承座、連桿、箱體、曲軸、缸體、飛輪等 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻,以消除毛坯 (鑄件、鍛件等)的缺陷,改善鋼的加工工藝性能。預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理(又稱中間熱處理)是零件加工
22、過程中的一道工序,目的為后續(xù)的機(jī)械加工或進(jìn)一步的熱處理做準(zhǔn)備。最終熱處理最終熱處理是工件經(jīng)切削加工等成形工藝而得到最終的形狀和尺寸后,再進(jìn)行的賦予工件所需使用性能的熱處理。根據(jù)加熱和冷卻方式的不同和組織性能的變化特點不同,分為:普通熱處理普通熱處理(退火、正火、淬火、回火等);表面熱處理表面熱處理(表面淬火和滲碳、滲氮、滲硼等的化學(xué)熱處理);特殊熱處理特殊熱處理(形變熱處理和磁場熱處理)。根據(jù)在零件生產(chǎn)工藝流程中的位置和作用,分預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理最終熱處理最終熱處理由加熱、保溫和冷卻三個階段組成。因此,要了解各種熱處理方法對鋼的組織和性能的影響,必須研究鋼在加熱、保溫和冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)
23、律。熱處理的工藝過程熱處理的工藝過程鋼的加熱和冷卻時各臨界點的實際位置鋼的加熱和冷卻時各臨界點的實際位置 加熱是各種熱處理必不可少的第一道工序。加熱的目的是使鋼部分或完全處于奧氏體狀態(tài)。通常將這種加熱轉(zhuǎn)變過程稱為鋼的奧氏體化,加熱時奧氏體化的程度及晶粒大小,對其冷卻轉(zhuǎn)變過程及最終的組織和性能都有極大的影響。 以共析鋼(含碳量Wc為0.77%)為例,加熱前其內(nèi)部組織是珠光體,其中的鐵素體和滲碳體間隔排列成片層狀,加熱時奧氏體的轉(zhuǎn)變過程可分為奧氏體的形核、奧氏體晶核長大、剩余滲碳體溶解和奧氏體成分的均勻化四個階段。 常用的冷卻方式有等溫冷卻和連續(xù)冷卻兩種。等溫冷卻等溫冷卻是將加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼快
24、速冷卻到A1以下某溫度并保溫停留一段時間,使其在該溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,然后再冷卻到室溫。連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻則是指將加熱到奧氏化狀態(tài)的鋼,以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻至室溫,并在連續(xù)冷卻過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。等溫冷卻連續(xù)冷卻過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的連續(xù)等溫轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的連續(xù)等溫轉(zhuǎn)變 鋼的退火鋼的退火鋼的正火鋼的正火 退火是把鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?,?jīng)過一定時間的保溫,然后緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻),以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。其主要目的是減少鋼錠、鑄件、鍛肧等的化學(xué)成分及組織的不均勻性,細(xì)化晶粒,降低硬度,消除內(nèi)應(yīng)力,以及為淬火做好組織準(zhǔn)備。 鋼材或鋼件加熱 Ac3(對于
25、亞共析鋼)或Accm(對于過共析鋼)以上3050,保溫適當(dāng)時間后,使之完全奧氏體化,然后在空氣中均勻冷卻,以得到珠光體組織的熱處理工藝稱為正火。正火后組織以索氏體為主。鋼的退火與正火的選用鋼的退火與正火的選用改善切削加工性改善切削加工性 在一般生產(chǎn)中,低碳鋼通過正火可提高硬度,改善切削性能;中碳鋼既可采用退火,也可采用正火;含碳0.45%0.6%的高碳鋼則必須采用完全退火;過共析鋼用正火消除網(wǎng)狀滲碳體后再進(jìn)行球化退火。使用性能方面使用性能方面對鋼件的性能要求不太高,可采用正火作為最終熱處理。如果零件尺寸較大或形狀較復(fù)雜,應(yīng)選擇退火。經(jīng)濟(jì)性方面經(jīng)濟(jì)性方面 正火比退火生產(chǎn)周期短,操作簡便。故在可能
26、條件下,特別是在大批量生產(chǎn)時應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。退火與正火屬于同一類型熱處理方式,在選擇時從以下幾方面考慮: 淬火淬火是指將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(共析鋼與過共析鋼)以上的某一溫度,保溫后以大于臨界冷卻速度Vc進(jìn)行快速冷卻,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(或下貝氏體)的熱處理工藝。淬火的目的就是獲得馬氏體,以提高鋼的力學(xué)性能,其實質(zhì)是奧氏體化后進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變(或下貝氏體轉(zhuǎn)變)。理想淬火冷卻曲線示意圖 減少或消除內(nèi)應(yīng)力減少或消除內(nèi)應(yīng)力淬火鋼內(nèi)往往存在很大的內(nèi)應(yīng)力,并導(dǎo)致韌性下降、零件變形和開裂,回火可消除內(nèi)應(yīng)力,防止工件變形或開裂。獲得工件所要求的力學(xué)性能獲得工件所要求的力學(xué)性能淬火鋼件
27、硬度高,脆性大,為滿足各種工件不同的性能要求??梢酝ㄟ^適當(dāng)回火來調(diào)整硬度,獲得所需的塑性和韌性。穩(wěn)定工件尺寸穩(wěn)定工件尺寸通過回火可以使組織趨于穩(wěn)定,以保證工件在使用過程中不再發(fā)生變形。改善某些合金鋼的切削性能改善某些合金鋼的切削性能常采用高溫回火,使碳化物適當(dāng)聚集,降低硬度,以利于切削加工?;鼗鹗前汛慊痄摷訜岬紸c1以下的某一溫度保溫后進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。淬火鋼回火的目的淬火鋼回火的目的回火的種類及應(yīng)用回火的種類及應(yīng)用根據(jù)一般鋼件的不同性能要求,按其回火溫度范圍,可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種形式。類型類型溫度溫度范圍范圍/回火回火組織組織回火目的回火目的用途用途低溫回火150
28、250回火馬氏體為了降低鋼中殘余應(yīng)力和脆性而保持鋼在淬火后所得到的高硬度和耐磨性,硬度一般為HRC5864主要用于高碳鋼合金工具鋼制造的工具、量具和模具,軸承零件,高強(qiáng)度鋼制造的結(jié)構(gòu)件,以及滲碳和表面淬火零件中溫回火350500回火屈氏體具有一定韌性的同時,兼有高的彈性和屈服極限,硬度為HRC3545左右用于各種彈簧的處理以及其他結(jié)構(gòu)鋼制造的有相應(yīng)硬度要求的工裝夾具高溫回火500650回火索氏體可獲得強(qiáng)度、塑性韌性都較好的綜合性能,硬度HBS200350調(diào)質(zhì)處理在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等一 淬火鋼回火時的力學(xué)性能變化淬火鋼回火時的力學(xué)性能變化1)硬度變化)硬度變化各種鋼在200
29、以下回火時,硬度變化不大,保持淬火馬氏體的高硬度。200300回火后,由于馬氏體分解造成的硬度降低已由殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w帶來的硬度升高所補(bǔ)償,所以硬度的降低不大。對于高碳鋼,因為淬火后殘余奧氏體量較多,回火后有時還可使硬度略有提高?;鼗饻囟壤^續(xù)升高,鋼的硬度很快下降。對于碳鋼,回火溫度每升高100,硬度約下降10HRC。2)強(qiáng)度與塑性的變化)強(qiáng)度與塑性的變化40鋼的強(qiáng)度隨回火溫度升高而降低,塑性隨回火溫度升高而升高,但超過650時反而降低。這是由于回火溫度增高,馬氏體中的碳不斷析出,位錯密度下降,內(nèi)應(yīng)力減小以及粒狀滲碳體粗化等原因?;鼗饻囟却笥?50時,由于組織過分粗化而使塑性下降。 感
30、應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火當(dāng)感應(yīng)器中通入高頻交變電流時,所產(chǎn)生的交變磁場使放入感應(yīng)器內(nèi)的工件內(nèi)部感生出巨大的渦流。感應(yīng)電流在工件表層密度最大,而心部密度幾乎為零,這種現(xiàn)象稱為“集膚效應(yīng)”。由于鋼件本身具有電阻,因而集中于表層的電流可使表層被迅速加熱,幾秒鐘內(nèi)溫度可升至8001000,而心部的幾乎未被加熱,在隨后的噴水冷卻時工件表層即被淬硬。感應(yīng)加熱表面淬火是用一定方法使工件表面產(chǎn)生一定頻率的感應(yīng)電流,將工件表面迅速加熱然后迅速淬火冷卻的一種熱處理操作方法。感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱表面淬火的特點感應(yīng)加熱表面淬火的特點與普通加熱淬火相比,感應(yīng)加熱表面淬火在工業(yè)上的應(yīng)用更廣泛
31、。原因是由于感應(yīng)加熱表面淬火有以下優(yōu)點:感應(yīng)加熱速度極快感應(yīng)加熱速度極快一般只需幾秒至幾十秒時間就可使工件達(dá)淬火溫度。由于快速加熱,使相變臨界點(Ac1、Ac3)升高,轉(zhuǎn)變溫度范圍擴(kuò)大但轉(zhuǎn)變所需時間縮短。工件表層獲得極細(xì)小的馬氏體(稱隱晶馬氏體)組織工件表層獲得極細(xì)小的馬氏體(稱隱晶馬氏體)組織使工件表層具有比普通淬火稍高的硬度且脆性較低,具有較高的疲勞強(qiáng)度。工件表面質(zhì)量好工件表面質(zhì)量好由于快速加熱,工件表面不易氧化、脫碳,且淬火時工件變形小。生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高便便于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化。淬硬層深度也易于控制。 化學(xué)熱處理是將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中,通過加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中某些元素滲入工件
32、表面以改變工件表面層的化學(xué)成分和組織,從而使其表面與心部具有不同的特殊性能的一種熱處理工藝。 可根據(jù)工件的工作條件和對性能的要求,選用不同的方法。例如滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度。氮化、滲硼、滲鉻使工件表面硬度增加,耐磨性和耐蝕性顯著提高。滲鋁可提高耐熱抗氧化性,滲硫可提高減摩性,滲硅可提高耐酸性等。1)化學(xué)熱處理的基本過程)化學(xué)熱處理的基本過程常用的化學(xué)處理方法包括滲碳、滲氮和碳氮共滲等幾種形式。無論哪種形式的化學(xué)熱處理,元素滲入零件表面層均由介質(zhì)分解、工件表面吸收和原子擴(kuò)散三個基本過程所組成。在化學(xué)熱處理過程中,只有活性原子才能為工件表面所吸收?;瘜W(xué)介質(zhì)在一定溫度下,分解
33、生成活性原子。2)鋼的滲碳)鋼的滲碳鋼的滲碳是向低碳鋼或低碳合金鋼表層滲入碳原子,以提高鋼件碳層含碳量,使之具有高硬度和高耐磨性,中心部仍保持良好韌性的熱處理過程。滲碳廣泛用于在磨損情況下工作并承受沖擊載荷、交變載荷的工件,如汽車、拖拉機(jī)的傳動齒輪,內(nèi)燃機(jī)的活塞銷等?;瘜W(xué)熱處理化學(xué)熱處理真空熱處理真空熱處理1)加熱速度緩慢,工件變形?。┘訜崴俣染徛?,工件變形小工件在真空中加熱,熱量傳遞主要靠輻射,加熱速度緩慢,工件變形較小。2)氧化作用被抑制)氧化作用被抑制在真空中加熱,隨著真空度的提高,由于氧氣分子稀薄,氧化作用被抑制,可以實現(xiàn)無氧化加熱的光亮熱處理。3)表面凈化)表面凈化在高真空狀態(tài)下,由
34、于氧分解壓極低,形成的氧氣由真空泵排出。4)脫氣作用)脫氣作用在真空加熱升高到800以上時,溶于鋼中的氫、氮以及氧化物分解的氣體逸出,發(fā)生脫氣作用。5)蒸發(fā)現(xiàn)象)蒸發(fā)現(xiàn)象合金鋼在真空中加熱時,某些蒸氣壓高的合金元素,將發(fā)生揮發(fā)現(xiàn)象。所謂真空是指壓力較正常大氣壓?。簇?fù)壓)的任何氣態(tài)空間。若將熱處理的加熱和冷卻過程置于真空中進(jìn)行,就稱為真空熱處理。真空熱處理的基本特點真空熱處理的基本特點形變熱處理形變熱處理形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機(jī)結(jié)合,以提高材料力學(xué)性能的復(fù)合工藝。目的:使形變強(qiáng)化與相變強(qiáng)化結(jié)合起來,獲得比普通熱處理更高的強(qiáng)韌化效果,同時可簡化工序和節(jié)能。形變熱處理的分類形變熱處理的分
35、類常用的幾種形變熱處理包括:1)高溫形變淬火)高溫形變淬火高溫形變淬火是在奧氏體穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行形變,隨后淬火獲得馬氏體組織的熱處理工藝。目前生產(chǎn)中采用的鍛后余熱淬火、熱軋淬火等就是這種類型。2)高溫形變等溫淬火)高溫形變等溫淬火是在奧氏體穩(wěn)定區(qū)形變,隨后在貝氏體區(qū)等溫淬火,獲得貝氏體組織的熱處理工藝。如其斷裂強(qiáng)度、塑性與韌性等也高于普通淬火。3)低溫形變淬火)低溫形變淬火低溫形變淬火是在奧氏體化后,迅速冷卻至亞穩(wěn)奧氏體區(qū)(500600)形變,隨后淬火,獲得馬氏體組織的熱處理工藝。它的特點是在保證一定塑性的條件下,大幅度地提高強(qiáng)度。 相變前形變相變中形變相變后形變表面氣相沉積表面氣相沉積是氣相中的純
36、金屬或化合物在零件表面沉積,形成具有特殊性能膜層的方法。為了提高零件的耐磨性、減緩材料的腐蝕,材料表面性能優(yōu)化技術(shù)已被人們越來越重視。其中表面氣相沉積是一種發(fā)展較快、應(yīng)用最廣的表面涂覆新技術(shù)。形變熱處理的分類形變熱處理的分類化學(xué)氣相沉積(化學(xué)氣相沉積(CVD)物理氣相沉積(物理氣相沉積(PVD)兩種。)兩種。根據(jù)成膜過程機(jī)理不同 鑄鐵是指含碳量大于2.11%的鐵碳合金,工業(yè)上常用的鑄鐵都不是簡單的二元合金,而是以Fe、C、Si為主要元素的多元合金。普通鑄鐵的成分范周是含碳2.54.0%,硅1.03.0%,錳0.51.4%,磷0.010.5%,硫 0.020.2%。 鑄鐵是一種成本低廉并具有良好
37、性能的金屬材料。與鋼相比,雖然鑄鐵的機(jī)械性能,特別是抗拉強(qiáng)度及韌、塑性較低,但由于它具有優(yōu)良的減震性、耐磨性、耐腐蝕性、鑄造性及切削加工性,而且生產(chǎn)設(shè)備工藝簡單,因此在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。鑄鐵中石墨的作用鑄鐵中石墨的作用石墨化的優(yōu)點石墨化的優(yōu)點石墨化的缺點石墨化的缺點鑄鐵有較高的流動性,而且在凝固過程中會析出比容較大的石墨,從而減小其收縮率。故具有優(yōu)良的鑄造性;鑄鐵組織中石墨的存在,不僅割斷了基體的連續(xù)性,而且在其尖端處還會引起應(yīng)力集中。所以鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)不如鋼。石墨片的量越多,尺寸越大,影響也越大、石墨具有割裂基體連續(xù)性的作用,從而使鑄鐵的切屑易脆斷,具有良好的切削加工性;石
38、墨本身的潤滑作用,故鑄鐵又有優(yōu)良的減摩性;石墨的組織松軟,能夠吸收震動,因而又使鑄鐵具有良好的消震性;片狀石墨本身就相當(dāng)于許多微缺口,故鑄鐵具有低的缺口敏感性。鑄鐵的石墨化鑄鐵的石墨化生產(chǎn)中為了避免產(chǎn)生白口或麻口,鑄鐵中必須加入足夠的C、Si、Al等促進(jìn)石墨化的元素。 鑄鐵的石墨化過程是鑄鐵中碳原子析出和形成石墨的過程,而鑄鐵組織形成的基本過程主要也就是石墨形成的過程。石墨可以從液相中直接結(jié)晶出來,或從奧氏體及鐵素體中脫溶沉淀出來,又可以由滲碳體分解而成。因此,滲碳體實際上是一個亞穩(wěn)定相,石墨才是穩(wěn)定相。影響鑄鐵石墨化的因素影響鑄鐵石墨化的因素鑄鐵的化學(xué)成分和結(jié)晶過程中的冷卻速度是影響石墨化的
39、主要因素。鑄鐵中的碳和硅是影響石墨化過程的主要元素,它能促進(jìn)石墨化進(jìn)程;鑄鐵中的Al、Ni、Ti、Co、P、Cu等元素也是促進(jìn)石墨化的元素;鑄鐵中的Mn、Mo、Cr、V、W、Mg、Ce等元素屬于阻礙石墨化的元素。鑄鐵中的Cu和Ni既促進(jìn)共晶時的石墨化又能阻礙共析時的石墨化。灰鑄鐵的成分灰鑄鐵的成分消除內(nèi)應(yīng)力的退火消除內(nèi)應(yīng)力的退火灰鑄鐵的牌號由“HT+數(shù)字” 組成,其中“HT”表示灰鐵二字的漢語拼音字首,數(shù)字代表直徑為30mm試棒的最低抗拉強(qiáng)度值?;诣T鐵的成分范圍為2.5%4.0%C,1.0%3.0%Si,0.25%1.0%Mn,0.02%0.20%S,0.05%0.50%P。將此液體鐵水進(jìn)行緩
40、慢冷卻凝固時,會發(fā)生石墨化析出片狀石墨,其斷口的外貌呈淺煙灰色,故稱灰鑄鐵。 灰鑄鐵的牌號灰鑄鐵的牌號灰鑄鐵的熱處理灰鑄鐵的熱處理消除鑄件白口,改善切削加工性的退火消除鑄件白口,改善切削加工性的退火高(中)頻感應(yīng)加熱表面淬火高(中)頻感應(yīng)加熱表面淬火2.5.3 球墨鑄鐵球墨鑄鐵 球墨鑄鐵的成分球墨鑄鐵的成分正火正火 球墨鑄鐵牌號的表示采用“QT+數(shù)字-數(shù)字”形式。“QT”為球鐵二字的漢浯拼音字頭,第一組數(shù)字代表最低抗拉強(qiáng)度值(MPa),第二組數(shù)字代表最小拉伸后延伸率值(%)。 應(yīng)用最廣泛的是鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵,鐵索體+珠光體球墨鑄鐵則應(yīng)用得較少。珠光體球墨鑄鐵的一般成分范圍是含碳3
41、.6%3.8%,硅2.0%2.8%,錳0.60.8%,磷0.1%,硫0.07%,鎂0.03%0.5%,稀土元素0.02%0.04%。球墨鑄鐵的組織特點是其石墨的形態(tài)比可鍛鑄鐵更為圓整,因而對基體的強(qiáng)度、塑性和韌性的影響更小。 球墨鑄鐵的牌號球墨鑄鐵的牌號球墨鑄鐵的熱處理球墨鑄鐵的熱處理淬火及回火淬火及回火等溫淬火等溫淬火化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理2.5.4 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵的成分可鍛鑄鐵的成分低溫時效低溫時效 可鍛鑄鐵的牌號由“KTH+數(shù)字?jǐn)?shù)字”或“KTZ+數(shù)字?jǐn)?shù)字”組成。“KTH”和“KTZ”分別代表“黑心可鍛鑄鐵”與“珠光體可鍛鑄鐵可鐵”。第一組數(shù)據(jù)表示最低抗拉強(qiáng)度(MPa),第二組數(shù)
42、字表示最小伸長率(%)。 可煅鑄鐵按基體組織不同可分為鐵素體可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。鐵素體可鍛鑄鐵團(tuán)其斷口中心呈灰暗色,表層呈灰白色而稱為”黑心可鍛鑄鐵”。珠光體可鍛鑄鐵斷口呈灰色,習(xí)慣上稱為”黑心可鍛鑄鐵”。若在氧化性介質(zhì)中進(jìn)行石墨化退火,由于表層完全脫碳,得到鐵素體組織,心部為珠光體基加團(tuán)絮狀石墨,斷口呈現(xiàn)表層暗灰色,中心灰白色,故稱為”白心可鍛鑄鐵”??慑戣T鐵的牌號可鍛鑄鐵的牌號可鍛鑄鐵的熱處理可鍛鑄鐵的熱處理孕育處理孕育處理2.5.5 蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵的組織特征蠕墨鑄鐵的組織特征正火正火 蠕墨鑄鐵的牌號“RuT+數(shù)字”,其中“RuT”為“蠕鐵”漢語拼音字頭,后面數(shù)字為最小抗
43、拉強(qiáng)度值。 蠕墨鑄鐵的組織由鋼的基體和蠕蟲狀的石墨組成。石墨形狀介于片狀和球狀之間,在光學(xué)顯微鏡下觀察,石墨短而厚,頭部較圓,形似蠕蟲。蠕墨鑄鐵的牌號蠕墨鑄鐵的牌號蠕墨鑄鐵的熱處理蠕墨鑄鐵的熱處理退火退火蠕墨鑄鐵的性能特點蠕墨鑄鐵的性能特點 蠕墨鑄鐵的性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間,強(qiáng)度、塑性、韌性優(yōu)于灰鑄鐵,接近于鐵素體球墨鑄鐵,壁厚敏感性比灰鑄鐵小得多,故厚大截面上的力學(xué)性能均勻。突出的優(yōu)點是屈服強(qiáng)度在鑄造合金中最高,導(dǎo)熱性、鑄造性能、切削加工性能優(yōu)于球墨鑄鐵接近于灰鑄鐵,耐磨性優(yōu)于孕育鑄鐵。2.5.6 合金鑄鐵合金鑄鐵 耐磨合金鑄鐵耐磨合金鑄鐵減磨鑄鐵減磨鑄鐵 耐磨鑄鐵主要用于制造摩擦條件
44、下工作的機(jī)械零件。一類是在有潤滑條件下工作的耐磨鑄鐵(又稱減磨鑄鐵),例如機(jī)床導(dǎo)軌、汽缸套及軸承等;另一類則是在干摩擦條件下工作的耐磨鑄鐵(又稱抗磨鑄鐵),例如軋輥、犁鏵、球磨機(jī)襯板和磨球等??鼓ヨT鐵抗磨鑄鐵 減磨鑄鐵應(yīng)有較低的摩擦系數(shù)和能夠很好的保持連續(xù)油膜的能力。最適宜的組織形式應(yīng)是在軟的基體上分布有堅硬的強(qiáng)化相。細(xì)層狀珠光體中的鐵素體為軟基體,滲碳體為強(qiáng)化相,同時石墨也起著貯油和潤滑的作用。 常用減磨鑄鐵有高磷鑄鐵。 抗磨鑄鐵在干摩擦及磨粒磨損條件下工作。這類鑄鐵不僅受到嚴(yán)重的磨損,而且承受很大的負(fù)荷,獲得高而均勻的硬度是提高這類鑄鐵耐磨性的關(guān)鍵。抗磨鑄鐵的組織應(yīng)具有均勻的高硬度。 合金化合金化提高鑄鐵耐熱性的
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