金屬材料與熱處理基本知識

1、金屬材料與熱處理基本知識 一、鐵碳合金的基本組織1、鐵素體 碳在-Fe中的間隙固溶體稱為鐵素體，用F表示。強(qiáng)度和硬度很低，塑韌性好。2、奧氏體 碳在-Fe中的間隙固溶體稱為奧氏體，用A表示。塑性好，在鍛造、軋制時(shí)常要加熱到A區(qū)域，易于加工。3、滲碳體 鐵與碳形成的金屬化合物稱為滲碳體，用Fe3C表示。硬度高，脆性大。4、珠光體 F與Fe3C混合物,用P表示。強(qiáng)、韌性介于兩者之間。5、萊氏體 A與Fe3C混合物（P+Fe3C）用Ld表示。硬度高，塑性差。二、鐵碳合金狀態(tài)圖1、狀態(tài)圖主要點(diǎn)、線特性點(diǎn)溫度含義A1538純鐵熔點(diǎn)C1147共晶點(diǎn)D1227滲碳體熔點(diǎn)E1147C在-Fe中最大溶解度G91

2、0純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)P727C在-Fe中最大溶解度S727共析點(diǎn)Q室溫室溫時(shí)C在-Fe中最大溶解度ABCD線： 液相線，液相冷卻至此開始析出，加熱至此全部轉(zhuǎn)化。AHJECF線： 固相線，液態(tài)合金至此線全部結(jié)晶為固相，加熱至此開始轉(zhuǎn)化GS線：A3線，A開始析出F的轉(zhuǎn)變線，加熱時(shí)F全部溶入AES線：Acm線，C在A中溶解度曲線，F(xiàn)e3C析出線加熱時(shí)Fe3C全部溶入AECF線：共晶線，含C量2.11-6.69%至此發(fā)生共晶反應(yīng)，結(jié)晶出A與Fe3C混合物，萊氏體。PSK線：共析線（A1線），含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反應(yīng)，產(chǎn)生出珠光體 GP線鐵素體析出終了線PQ線Fe3C

3、析出線      2、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程（1）、60鋼      1點(diǎn)以上 L  12 點(diǎn) L+A 23點(diǎn)A 34點(diǎn)A+F 4點(diǎn)室溫P+F(2)、 T7鋼      1點(diǎn)以上 L  12 點(diǎn) L+A 23點(diǎn)A 3點(diǎn)室溫P(3)、T12鋼      1點(diǎn)以上 L

4、60; 12 點(diǎn) L+A 23點(diǎn)A 34點(diǎn)A+ Fe3C 4點(diǎn)室溫P+ Fe3C3、鐵碳合金分類鋼是含C量0.02182.11%的鐵碳合金。亞共析鋼含C量0.0218-0.77%；共析鋼：含C量 0.77%；過共析鋼含C量0.77-2.11%4、鐵碳合金相圖的應(yīng)用 鑄造方面：選擇合適的澆鑄溫度，流動(dòng)性好。 煅造方面：選擇合適的溫度區(qū)，奧氏體區(qū)。 熱處理方面：退火、正火、淬火、回火等。三、鋼的熱處理1、鋼在加熱或冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 Fe-Fe3C相圖中的A1，A3，Acm線是反映不同含碳量的鋼在緩慢加熱和冷卻時(shí)的相變溫度。實(shí)際生產(chǎn)中，加熱和冷卻速度不可能很慢，總有過冷

5、和過熱現(xiàn)象。加熱和冷卻速度越大，相變溫度偏離平衡點(diǎn)的程度也越大，即過冷度和過熱度越大。通常用Ac1，Ac3和Accm表示加熱時(shí)偏離后的相變溫度；用Ar1，Ar3和Arcm表示冷卻時(shí)偏離后的相變溫度。大多數(shù)熱處理工藝都是將鋼加熱至相變溫度以上，使其室溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆驃W氏體， 即“奧氏體化”。2、熱處理常用術(shù)語（1）退火：把鋼加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，隨后在爐中緩慢冷卻。目的： 調(diào)整鋼的硬度消除內(nèi)應(yīng)力（2）正火：將鋼加熱到Ac3或Accm以上30-50，適當(dāng)保溫后，從爐中取出在靜止的 空氣中冷卻至室溫。 目的：降低鋼的硬度，改善切削加工性。提高鋼的塑韌性，便于成形加工。細(xì)化晶粒。也可用作最終熱

6、處理。（3）淬火：是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織。（4）回火：將淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的熱處理。根據(jù)不同的要求可采用低溫回火、中溫回火或高溫回火。通常隨著回火溫度的升高，硬度和強(qiáng)度降低，延性或韌性逐漸增高?；鼗鸬淖饔茫禾岣呓M織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。消除內(nèi)應(yīng)力，以便

7、改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。（5）馬氏體（M）:C在-Fe中的過飽和固溶體。高強(qiáng)度，高硬度和耐磨性（6）貝氏體(B):含飽和碳的F和碳化物組成的混合物。上貝氏體，下貝氏體（高強(qiáng)韌）（7）淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理（回火索氏體S） 四、金屬材料的力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在受外力作用時(shí)所反映出來的性能。主要有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。1、屈服點(diǎn)當(dāng)載荷增達(dá)到Fs時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)了平臺(tái)，即試樣所承受的載荷幾乎不變，但產(chǎn)生了不斷增加的塑性變形，這種現(xiàn)象稱為屈服。用ós表示。2、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是金屬材料斷裂前所承受的最大

8、應(yīng)力，故又稱強(qiáng)度極限。常用ób來表示。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇、評定金屬材料時(shí)有重要意義，因?yàn)榻饘俨牧喜荒茉诔^其ós的條件下工作，否則會(huì)引起機(jī)件的塑性變形；金屬材料也不能超過其 ób的條件下工作，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)件的破壞。3、塑性金屬材料的塑性通常用伸長率和斷面收縮率來表示。  (1)伸長率= （L1-L0）/L0  ×100%    式中： L0試樣原標(biāo)距的長度（mm）          

9、; L1試樣拉斷后的標(biāo)距長度（mm） (2)  斷面收縮率斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積的相對收縮值。        = （A0-A1）/A0 ×100%     式中：A0試樣的原始截面積（mm2）          A1試樣斷面處的最小截面積（mm2）    和愈大，則塑性愈好。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。4、

10、硬度      金屬表面一個(gè)小體積內(nèi)抵抗其它硬物體壓入其內(nèi)的能力，叫硬度。金屬材料的硬度可用專門儀器來測試，常用的有布氏硬度、洛氏硬度等。（1）布氏硬度（HB）      計(jì)算壓痕球形表面積上承受的平均壓力，叫布氏硬度。 (2)  洛氏硬度（HRC）       測量金剛石圓錐壓痕深度，叫洛氏硬度。五、鋼的分類1、碳鋼（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，鋼板，角鋼等 （2） 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼10、20、45含碳量低：鋼板、容器、螺釘、螺母含碳量中：齒輪、軸含碳量高：彈簧、鋼絲繩2、 碳素工具鋼T7、T12 高硬度和耐磨性，制造刀具、量具、模具3、合金結(jié)構(gòu)鋼：(1)調(diào)質(zhì)鋼40Cr 42CrMo 軸、汽車前橋(2)滲碳鋼20CrMnTi