金属材料及热处理课件

nullnull*金属材料及热处理主讲： 喻枫襄樊职业技术学院null*金 属 工 艺 学 喻枫 null*绪 论 ★世界四大材料：　钢铁、木材、塑料、水泥 　　　(如生产一根“轴”) ★材料分：金属材料、非金属材料、复合材料金属材料—指钢铁、有色金属等材料非金属材料—无机高分子材料（陶瓷、水泥、 木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶）， 复合材料---玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。★现在新材料----纳米材料、智能材料null* ★ 材料按物质结构不同分： 金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料)、复合材料 ★ 材料按用途不同分： 机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料 ★ 材料按功能不同分： 结构材料、功能材料、磁性材料等null*材料发展概括▲ 《天工开物》—明朝科学家：宋应星 箸▲ 石器时代陶器时代铜器时代：司母戊鼎（公元前11—16世纪）1130×780×1100战国编钟（前475—221年）65个 总重2500Kg天然石，兽骨，树枝泥巴（日晒→原始陶器；火烧→瓷器用具） 铁器时代 沧州大狮（公元953年 ）重50T ,长5.3m,宽3m人工复合材 料 塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等《本草纲目》《农政全书》—李时珍—徐光启 ★ 智能材料null*null*本课程的性质和目的2、目的：a　获得有关金属热处理、金属材料的基本知识。c 具有选择零件材料的能力，确定加工工艺路线的能力。d 为后续课程和从事技术工作打下基础。 1、性质：特点：杂，多，广，逻辑性差。本课学习方法是：预习 、 笔记 哲学笔记pdf明清笔记pdf政法笔记下载课堂笔记下载生物化学笔记PDF 、复习、讨论问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 本教材的重点：常见的材料牌号及应用，钢的热处理第一章 钢铁材料生产简介*第一章 钢铁材料生产简介一、炼铁 *一、炼铁 1.原料： ①空气－提供氧气，助燃作用。 ②铁矿石－铁 ,我国常用的是 Fe2O3（赤铁矿）、Fe3O4（磁铁矿）、Fe2O3.3H2O（褐铁矿）、（伴随着SiO2、MnO、S、P等杂质）。 ③焦炭－还原剂、提供热能（炼焦厂生产）。 C＋O2→CO2＋Q、 CO2＋C→CO＋Q Fe2O3＋CO→Fe＋CO2↑＋Qnull*④熔剂→造渣剂，去除杂质，（石灰厂生产）CaCO3（石灰石）、CaO（生石灰）（举例：家用磷钒净水作用）。 CaCO3→CaO＋CO2↑ CaO＋SiO2→CaSiO3（↓） CaO＋FeS→CaS（↓）＋FeO FeO+CO→…… null*2.设备： 高炉。（衡量质量指标系数：焦炭比）。 组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。null*3.产品： ①生铁：炼钢 制造铁制品等。 ②高炉煤气：日用燃料等。 ③炉铁渣：水泥、玻璃 （提纯）。二、炼钢：*二、炼钢：1.原料： ①生铁－铁的来源。 ②氧气－精炼提纯的作用。 Fe＋O2→FeO FeO＋Si→SiO2＋Fe FeO＋C→CO＋Fe FeO＋Mn→MnO＋Fe SiO2＋MnO→MnSiO2（↓）null*③造渣剂（熔剂）（生石灰）－主要去除S、P等杂质。（举例：家用磷钒净水作用） Fe＋S→FeS CaO＋FeS→CaS（↓）＋FeO P＋O2→P2O5 Fe＋P2O5→Fe3（PO4）2 CaO＋Fe3（PO4）2→Ca3（PO4）2（↓）＋FeO ……………null*2.设备： 转炉（正在普及设备）、电弧炉（最好）、平炉（淘汰设备）。null*3.产品： ①钢锭（简称钢包）：有特镇静钢（TZ）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）、沸腾钢（F）。 ②钢渣。 ③煤气。null*第二章 金属材料的力学性能Mechanics properties of metals金属材料的性能〈使用性能—力学、物理、化学工艺性能—铸造、锻压、焊接、切削加工力学性能：受外力作用下所表现出的性能。 判据 如： 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等第一节 强 度 与 塑 性一、强度 strength 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂 的能力。通过拉伸试验测得大小。见教材P3强度判据：屈服点 （屈服强度）、 抗拉强度null*L0LKd0拉断前试样拉断后试样试样按GB6397—86制取，分长试样L0=10d0短试样 L0=5d0说明：bkse拉伸力 F O伸长量 △LFsFbFe低碳钢的力—伸长曲线FFnull*说明： —单位面积上的内力称应力。读[sigm]L—长度 Length 单位：mmA—截面积 Area 单位：mm2 F—外力 Force 单位：N s—屈服点的值 单位 ：MPa（兆帕）mega pascal◆屈服点概念：力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s 表示◆抗拉强度概念：试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号：b表示 补充：bb 表示抗弯强度注：s (塑性材料） 、 b（脆性材料 ）是 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与选材的重要依据 另：e 表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。null*补充资料： GB/T228—2002《金属材料 室温拉伸试验方法》 规定：断后伸长率 A 表示； 断面收缩率 Z 表示； 屈服强度 Re 表示； 抗拉强度 Rm 表示； 此规定代替GB228---87，从2002年7月执行。null*二、塑性 plasticity概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。判据：断后伸长率 、断后断面收缩率◆断后伸长率 Percentage elongation after fracture概念：试样断后 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的伸长量与标准的百分比。用符号  表示，读作 [代儿特]其中：Lk—断后试样长度 Lo—试样原始长度◆断后断面收缩率概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。用符号 表示， 读作[扑洒哎]说明：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小。、 Ψ越大，材料的塑性越好。通常认为<5%脆性材料。Ψ null*第 二 节 硬 度 Hardness硬度—是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力。硬度是衡量材料软硬程度的判据。一、布氏硬度 Brinell Hardness用符号：HB 表示N/mm2 (Kgf/mm2)。说明：1、压头为淬火钢球用 HBS 表示，数值∠450 用于测量有色金属、退火或正火钢件 、灰铸铁材料。2、压头为硬质合金用 HBW 表示，数值450—650生产中一般不用HBW来测量材料的硬度。3、表示法：数字在前、字母在后。如 200HBS I50HBS～175HBS； 标注时不要写成HBS=200，或 HBS=150～175， 或500HBS ， 不要出现单位；数值差不要超过30。4、不宜测量薄件、成品件。因压痕大。S—steel （钢）FD工件压头：钢球或硬质合金 dnull*二、洛氏硬度 Rockwell Hardness 原理是用120°的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在一定的压力作用下，压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小。 常用的是用符号 HRC 表示。没有单位。 注：GB/T230—91规定 有九种表示硬度方法，常见的有A、B、C三种，如HRA、HRB、HRC、HRD、HRE等，因施加压力 和压头材料不同而出现了不同的标尺A、B、C、D、E等说明：1、数字在前、字母在后，如45HRC；35HRC～38HRC 2、HRC适用范围数值20～70；小于或大于这个范围均 为标注错误！如17HRC；75HRC；HRC=15～19等。 3、在图纸标注时注意数值差应≯5，否则为标注错误。 4、适用于测量硬度较高的材料，如淬火钢件；测量成 品件或半成品件。因压痕较小。压头直径1.587mm。null*补充标准： 国家标准工程建设（GBJ）； 国家计量技术法规（JJG）； 城建行标 （CJ、CJJ）； 建材行标 （JC）； 建工行标 （JG、JGJ）； 冶金行标 （YB、YBJ）；国际标准化组织标准（ISO）； International Standards Organization 120°Fh工件压头null*第 三 节 冲 击 韧 性 与 疲 劳 强 度Impact hardness and fatigue strength一、韧性韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。韧性的判据通过冲击实验来测定。1. 摆锤式一次冲击实验GB229—94规定：将材料制成带有V型缺口标准冲击试样。用符号：AKV 表示 J/cm2 见教材P9 图1—6说明：韧性值与温度有关；在20℃左右 可不显脆性，温度 降低后韧 性值减小，易脆断。如 ：碳钢 —20℃以下，易发生脆断。此时的温度称——脆性转变温度。2.多次冲击试验——小能量多次冲击注：冲击能量小时，取决于材料的强度； 冲击能量大时，取决于材料塑性。二、疲劳强度——用符号：σ-1 受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。这样的断裂现象称之为疲劳 零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段 。 *金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲劳强度。 材料的疲劳强度通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上测定。 据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。 — 循环基数钢：有色金属：受交变载荷作用的零件，在其所受应力远远低于该材料的屈服强度时，会发生突然的断裂。而且是脆性断裂。这样的断裂现象称之为疲劳 零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段 。 金属材料的物理、化学及工艺性能*金属材料的物理、化学及工艺性能一、金属的物理性能 1．  密度 2．  熔点 3．  导热性 4．  导电性 5．  热膨胀性 6．  磁性null*二、金属的化学性能 它是金属材料在室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力， 1. 耐腐蚀性(如耐酸性、耐碱性等) 2．抗氧化性 3．化学稳定性 三、金属的工艺性能*三、金属的工艺性能 工艺性能是物理、化学、力学性能的综合。按工艺方法的不同，可分为铸造性能、可锻性、焊接性和切削加工性等 1、铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为铸造性能。铸造性能包括流动性、收缩性等。在金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。 null*2、锻造性能 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。 3、焊接性能 焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件 4、切削加工性能 切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。 null*复习与思考题： 1、某厂购进一批钢材，从中制取d0=10mm的圆形截面短试样，经拉伸实验后，测得 Fb=33.81KN, Fs=20.68KN, Lk=65mm, dk=6mm. 试问这批钢材的力学性能是否合格？（注：GB699—88规定此种钢材的力学性能判据：b=375 MPa；s=225 MPa;5=27% ;=55% )。 2、下列硬度要求或写法是否恰当？为什么？ （1）HRC12～17；（2）HRC =50～60 Kgf/mm2；（3）500～530 HBS ； （4）70HRC～75HRC ；（5）230 HBW ； 3、整体硬度要求230HBS～250HBS的轴类零件，精加工后再抽查，应选用什么硬度计测量硬度较合适？ 4、一紧固螺钉在使用过程中发现有塑性变形，是因为螺钉材料的力学性能哪一判据的值不足？ 5、用洛氏硬度试验方法能否直接测量成品或教薄工件？为什么？null*第三章 金属的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构一、晶体结构的基本概念1.晶体与非晶体 概念：原子按一定几何形状作有规律的重复排列的 固体物质——称晶体；非晶体则反之。特点：晶体——①有熔点；②具有各向异性。如：食盐，冰，金刚石，金属等。 非晶体——①无熔点；②各向同性。如：玻璃，松香，沥青等。null*二、常见的晶格类型1. 体心立方晶格 body—centered cubic lattice特点：b 较好。如：＜912℃ Fe, Cr, Mo, V等。体心立方晶格含有2个原子体积组成。2. 面心立方晶格 face—centered cubic lattice特点： 较好。 如： ＞912℃ Fe , Cu, Al 等金属。含有4个原子体积组成。面心立方晶格null*2. 晶格与晶胞晶格：表示晶体中原子排列形成的空间格子。晶胞：组成晶格最基本的几何单元。abc晶 胞 示意图原子3. 晶格常数——a ,b , ca=b=c且互垂直表示晶胞几何形状大小晶体中的原子排列晶面结点形成的原因：各原子之间相互吸引力与排斥力相平衡结果。null*3. 密排六方晶格 hexagonal closepacked lattice特点：硬度高、脆性大。如：锌(Zn) , 镁(Mg), 镉(Cd)等金属。abCa=b＜c4. 晶格致密度——原子排列的紧密程度。致密度=———— = ———原子体积晶胞体积—43π r3a3结果：体心=0.68面心=0.74六方=0.74原子半径 r =anull*三、 金属的实际晶体结构（一）、多晶体结构晶粒晶界多晶体 示意图由多个单晶粒组成的晶体为多晶体通常：钢铁材料晶粒尺寸 为 0.1～0.001mm◆ 显微组织：在显微镜下观察到其形态、大小、分布不同的组成物。（二）、晶格缺陷 1、点缺陷：在长、宽、高方向尺寸都有很小变化的一种缺陷。↗ ↘间隙原子晶格空位null*2、线缺陷 ：在晶格中呈线状分布的缺陷。↗↗，↘↘3、面缺陷：呈面状分布的缺陷。↑↑ ，↓↓线 缺 陷面缺陷null*第二节 合金的相结构一、有关合金的基本概念1、合金 alloy 由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。2、组元 constituent 组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称“元”。如：黄铜 Cu—Zn；硬铝 Al—Cu 等都称二元合金。 3、系 system 由给定组元可以按不同比例配制一系列成分不同的合金，简称：“系”。null*4、相图 ：表示合金系中合金状态与温度、成分之间的关系的图解。 如：铁碳合金状态图5、相 phase ：指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分。如 固相、液相等。 6、组织 structure ：借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。 二、合金的相结构1、固溶体 solid solution◆ 概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均匀固体。如；糖水 水—溶剂，糖—溶质。null*◆ 分类： 按溶质原子在溶剂中分布情况不同， 分 置换固溶体和间隙固溶体两类①置换固溶体——溶质原子替换晶格上的原子②间隙固溶体——溶质原子溶入晶格原子间隙a)间隙固溶体 b)置换固溶体特征：晶格类型不变，化学成分有限，性能发生变化null*◆ 特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶剂）。（2）化学成分在一定范围内可改变。（3）性能随化学成分改变而逐渐变化。◆性能：造成晶格畸变，强度、硬度上升。这种现象称固溶强化。若溶质原子质量分数（含量）适当，其力学性能高。2、金属化合物 compound◆ 概念：合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属特性的新相。如 Fe与C→Fe3Cnull*◆ 特征（1）具有一定的化学成分。（2）与任一组元成分不同。（3）熔点高脆性大硬度高。◆ 性能晶格复杂斜方，σ、HB↗↗，δ、ak↘↘，脆性大3、机械混合物 mixture◆ 概念：两相按固定比例构成的组织（复合相），称机械混合物。如 铁碳合金中 F与Fe3C结合为P ◆ 特征：各相保持自己的晶格类型、性能特点。 强度、硬度适中，目前钢铁材料中大 部分是这种组织。null*第三节 纯 金 属 的 结 晶一、结晶的概念1、结晶 crystallization 由液态转变为固体晶体的过程。或者描述为：原子由不规则排列到有规则排列过程。或者描述为：晶体结构形成的过程。如水——冰2、冷却曲线与过冷度ΔT℃T0T1时间O冷却曲线★平台：结晶过程时间。是结晶时放出的热（潜热）造成的。★ T0——理论结晶温度T1—实际结晶温度T0—T1= ΔT 过冷度过冷是结晶的必要条件！T—temperationnull*结论：冷却速度↗——△T ↗或者说： △T ↗——△F（结晶能量） ↗——结晶驱动力↗——结晶倾向↗二、结晶过程过程：不断形核和晶核不断长大的过程。三、晶粒大小控制1、晶粒越细小，力学性能越高。null*FF结果：小鸡蛋不易碎， 大鸡蛋容易碎举例：两组大小不同的鸡蛋受力情况2、细化晶粒方法：（1）增加△T。（2）孕育处理（变质处理）。（3）附加振动或搅拌。null*四、金属的同素异构转变——补充 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 铁丝加热实验示意图铁丝标尺支架现象：加热时铁丝伸长，到912℃开始收缩。若冷却时从1000 ℃到912 ℃出现伸长现象。◆概念：在固态下随温度发生变化，其晶格类型发生转变的现象-——同素异构转变。◆冷却曲线：用冷却曲线表示出此现象。实质是：原子排列不同，结构不同，金属体积发生改变null*冷却曲线：温度℃时间O15381394912L—liquid结晶过程δ—Fe 体心立方晶格γ—Fe 面心立方晶格α—Fe体心立方晶格转变式： α—Fe → γ—Fe → δ—Fe 9121394体心 面心 体心或者： γ—Fe ——α—Fe 912℃临界转变温度 面心 体心体心——2个原子体积面心——4个原子体积null*第四节 合金的结晶描述合金的结晶过程用“二元相图”解释一、二元合金相图的建立： — ———— 用热分析法绘制如：Cu—Ni合金CuNi成分变化：Cu由100%→0%； Ni由0%→100%0100温度AB10831452℃L----liquidS---solidL+SWNi%→※结晶过程分析：70%Cu+30%Ni 合金1●●21点以上为液体 L到1点开始结晶出固体 S1—2间为两相 区 L+S到2点时全为固体 S2点以下为固体null*ABCuNi●●12LSAB上线——液相线AB下线——固相线二、 合金结晶的特点：1、一个温度范围内结晶，有两个相变点（因为合金有两组元 ）。2、结晶出的固相成分与液相成分不同（液相成分不断改变）。3、形成单相、两相混合物、单相与两相混合物。L+St℃τO1●●2LL→S（L+S）S冷却曲线null*第四章 铁碳合金 Ferrocarbon alloy 第一节 铁碳合晶基本组织一、铁碳合金状态图1、状态图的建立——通过热分析法获得Fe与C形成：FeCFe3C Fe2C FeC----Wc=6.69% ----Wc=9.3% ----Wc=17.8%Fe3CFe2CFeCFe—Fe3C 简化状态图null*二、状态图作用：（1）研究钢铁的成分、组织和性能之间关系理论基础。 （2）制定热加工工艺的依据。简化 Fe—Fe3C 状态图※三、基本组织1、铁素体 F Ferrite ——碳在α—Fe中所形成的间隙固溶体。 特点：塑性、韧性好，强度、硬度低。null*2、奥氏体 A —austenite 英国金相学家碳在γ—Fe中的间隙固溶体。特点：塑性较好，强度较低3、渗碳体 Fe3C是Fe与C的化合物。特点：硬度很高，很脆，塑性几乎等于零，在钢中起强化作用。-----cementite4、珠光体 P—pearlite（日本）是F与Fe3C机械混合物，WC=0.77%特点：有一定的强度、塑性，层片状。null*5、莱氏体 Ld--Ledeburite德国金相学家特点：硬而脆，不能进行压力加工。是高温下A与Fe3C的机械混合物 → 共晶反应的产物。Wc=4.3% 反应式： L 4.3===Ld (A+Fe3C)1148℃注：随温度降低至727℃时，A转变为P，室温下变成：P+ Fe3C共晶组织，称为 低温莱氏体 L'dL'd ==（P+ Fe3C）F、A、 Fe3C是单相组织P、 Ld 是混合物null*第二节 Fe—Fe3C 状态图分析一、分类工业纯铁碳钢白口铸铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁null*★力学性能变化：随碳含量增加，其强度、硬度↑，塑性、韧性↓。但当WC>0.9%后，其HB↑↑，σb、δ、ak↓↓二、状态图中的特性点、线、区域组织请打开教材40页，二部分。null*钢铁力学性能与碳含量WC的关系null*特性点： 见表2—2特性线：1、ACD线；2、AECF线——固相线——液相线（其中AE线是碳钢固线）3、ECF线——共晶转变线 L→Ld4、GS线（又称A3线）5、ES线（又称Acm线）6、PSK线——共析转变线 A →p（又称A1线）null*三、合金的结晶过程分析亚共析钢共析钢过共析钢ⅠⅠⅡⅡⅢⅢAF+ALEA+Fe3CⅡL+Anull*三、合金的结晶过程分析AEGPQSFeLAL+AFF+A F+PPP+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ0.772.11Ⅰ 、共析钢 WC=0.77%Ⅰ●1●2●3PⅡ、亚共析钢Ⅱ●1●2●3●41●●2●3●4●4'LL+AAF+AA→PP+F冷却曲线过共析钢 WC=1.0%状态图的应用：自己看P45null*第五章 碳钢 carbon -steel重点是常见牌号的含义、性能、应用。GB/T13304—1991规定：钢按化学成分分：非合金钢（碳钢）、低合金钢、合金钢三类。非合金钢——是指WC<2.11%，并含有少量Si、Mn、P、S等元素的铁碳合金。（一）、常存元素对碳钢性能的影响 （了解）1、锰 Mn作用：脱氧，FeO还原Fe；与S作用→MnS降低热脆性；提高强度、硬度。有益元素2、硅 Si作用：与钢液中FeO生成炉渣，提高钢质量；溶于F中，固溶强化。有益元素。null*3 、硫 S作用：形成FeS(熔点1190℃），在晶界 处，在1100 ℃—1200 ℃时，压力加工，产生脆裂。“热脆”。有害元素4、磷 P作用：全部溶于F中，固溶强化；σ、HB↑↑，在低温下引起脆断——“冷脆”。有害元素（二）、碳钢分类、牌号、用途（掌握内容）1、分类（1）按钢中含碳量多少分：低碳钢 中碳钢 高碳钢Wc < 0.25% Wc = 0.25%—0.60% Wc = 0.6%—1.48%null*2、按钢的质量（品质）分：（S、P含量多少）普通碳素钢: 优 质 钢: 高级优质钢:S、P较高；Ws≤0.05%,Wp≤0.045% Ws ≤0.035%, Wp ≤0.035%; Ws ≤0.02%. Wp ≤0.02%;3、按钢的用途不同分：（1）碳素结构钢 structural steel（2）碳素工具钢 tool steel（3）特殊性能钢 special steel（4）铸 钢 casting steel——适用于各种机器零件、工程结构件——制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等——用于特殊要求，酸、碱、盐腐蚀环境。——形状复杂，难用锻造方法成形的铸钢件。null*（三）碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢 GB700—1988牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。如：Q235—A . FQ——“屈”字汉语拼音字首235——σs≥235MPaA——质量等级 A级F——脱氧方法，指“沸腾钢”制造的钢材，一般不标出。牌号有：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类。见教材41页 表3—1。null*2、优质碳素结构钢——S、P含量较低，用于重要零件GB699—88规定：牌号用两位数字表示。其中两位数字表示含碳量万分之几。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。 如: 45钢是WC=0.45%用途见表3—2，P42。20Mn、65Mn等称 含锰量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢GB1298—88规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表示。数字表示WC的千分之几。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢WC=1%；T10A中的“A”表示为高级优质碳素工具钢。用途见P43null*4、铸 钢 GB/T5613—1995牌号：用“铸钢”汉语拼音字首 ZG表示。如：ZG200—400 用变速箱体、壳等，焊接性好。200——σs≥200MPa 400——σb≥400MPa还有：ZG230—450；用力不大的阀体、轴承盖。ZG270—500热轧曲轴、连杆等注意：碳钢分类；说出常见钢号 20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200—400等，属哪类钢，有何性能特点，用途。null*第六章 钢的热处理 Heat treatment of carbon steel1、热处理概念 GB/T7372—99——采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温、冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。目的：改变钢的工艺性能；强化钢材；满足使用要求。 原理：改变组织。t ℃o时间 τ加热保温冷却热处理工艺曲线本章重点：热处理基本理论；常用热处理工艺；热处理组织、性能特点。null*2、热处理分类按目的、加热条件和特点不同分：——退火、正火、淬火、回火。 是讨论的重点 （1）整体热处理 bulk heat--treatment（2）表面热处理 surface heat--treatment——火焰加热法、感应加热法。（3）化学热处理 thermo-chemical treatment——渗碳、渗氮、碳氮共渗等（4）特殊热处理 special hent-treatment——形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等。null*第一节 钢在加热时的组织转变GPQSEAFF+AA+Fe3CⅡpF+PP+Fe3CⅡ加热时： “C” 下标如：AC1 ；AC3 ；AccmAC3AccmAC1冷却时：“ r ” 下标如：Ar1； Ar3 ；ArcmAr3Ar1Arcm一、奥氏体的形成以共析钢为例，室温 P→F+Fe3C混合物F—体心 立方 WC=0.0218%; Fe3C—密排六方 WC=6.69%AC1A 面心立方 WC=0.77%*奥氏体形成的过程是 Fe、C原子的扩散过程null*Fe3CF●A 核●AA形成过程：1、奥氏体的形核与长大2、剩余Fe3C的溶解3、奥氏体的均匀化6.69%0.0218%二、影响 A 形成的因素1、加热速度、温度的影响。2、原始组织的影响。3、化学成分的影响null*三、奥氏体晶粒大小与控制1、晶粒度 ——晶粒的大小程度，称晶粒度。GB6394—86规定：有10个级别，1 级最粗——10 级最细。见教材P632、晶粒大小与控制（1）起始晶粒度（2）实际晶粒度（3）本质晶粒度 ——P刚刚转变为A时的晶粒大小。——经热处理后获得的晶粒大小。——原材料的晶粒大小（未加热时）。（1）合理选择加热温度和保温时间。（2）选择原始材料晶粒 粒状 P 组织。（3）加入一定量的合金元素，抑制 A 晶粒长大。null*第二节 钢在冷却时组织转变A1温度时间O连续冷却等温冷却●●●一、过冷A的等温冷却转变▲过冷A——冷却到 A1 线以下暂时存在的A。▲等温冷却——将 A 由高温冷却到 A1 线以下某个温度等温停留一段时间，然后冷却下来的方式。▲等温转变——在等温保持时，过冷 A 发生的转变1、等温转变曲线的建立以共析钢为例步骤（1）制成若干试样。null*（2）将试样加热到850℃—900℃，保温一段时间。A1tτO850—900（3）将试样分别放入不同温度的等温槽（炉）中，如：700℃、650、600、550、500、450、400、200等700650650600550500450200230Ms2、曲线分析时间—温度—组织转变关系曲线 ，简称“T T T ”线。Time—Temperature—TransformPBM按温度划分三个区：高温区：A1—550℃ → 珠光体型转变 P 中温区：550℃—Ms →贝氏体型转变B 低温区：Ms（230）以下 →马氏体型转变Mnull*3、过冷 A 等温转变产物的组织与性能550600650A1MsPBM（1）珠光体型转变——产物 P由于冷却速度不等，得到的P 层片厚薄不同，三种：①、A1—650℃，△T小，P 粒粗，160HBS—250HBS “ P”表示。P②、650—600℃， △T 稍大，P 粒较细，薄F与Fe3C，”S”表示，sarbite 索氏体，25—35HRC。S③、600—550℃，△T大，P 粒很细，用 T 表示，troostite 托氏体；35HRC—48HRC。T（2）贝氏体型转变 -- B bainite727——奥氏体转变成过饱和铁素体和极细小的渗碳体的混合物，称 “贝氏体”。分B上、B下，B上硬脆无使用价值，B下力学性能较好。——生产中常用。350B上B下（3）马氏体型转变—M martensite△T极大，Fe、C原子不能扩散，C全部溶于α—Fe中，体积↑，产生应力。面心立方：γ—Fe体心立方α—FeT+M+A'M+A'null*碳在α—Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体。硬度很高：62HRC—65HRC，耐磨性好。二、过冷 A 连续冷却转变A1550℃MsV1炉冷V2空冷V3油冷V4 水冷PSTVK1、连续冷却转变曲线又称“C C T ”曲线Continuous Cooling TransformVK—临界冷却速度 V1→P 170—220HBS V2→S 25HRC—35HRC V3→T+M 45HRC—55HRC V4→M+A' 55HRC—65HRC2、马氏体的形态、性能①晶体结构：体心立方→体心正方，体积增大。②形态、性能：片状M ，WC≥1%，HB高，δ、ak差。板条状M，WC≤0.6%,良好σ，较高ak,强韧性。null*第三节 钢的退火与正火一、退火 annealing GB/T7232—1999概念：将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，称退火。——属整体热处理的一种。分：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退化、再结晶退火等。1、完全退火 full annealing（1）概念：将工件加热到AC3+30—50℃完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡组织（P+F）的退火工艺。AA3Ac3完全退火P+F（2）目的：细化晶粒，提高性能；消除应力，防止变形；降低硬度。提高切削加工性。（3）应用：亚共析钢；铸件；锻件；焊接件。null*2、球化退火 spheroidizing annealing（1）、概念：使工件中碳化物球状化而进行的退火工艺。A+Fe3CⅡP+Fe3CⅡAAc130—50℃完全退火球化退火加热温度Ac1+30—50 ℃（2）目的：↓HB，↑切削加工性（195HBS左右）；为淬火做准备。（3）应用：过共析钢，模具钢，合金工具钢。3、去应力退火 tress relievisng（1）、概念：将工件加热到500—600℃左右，保留一段时间，然后随炉冷到200—300℃，再空冷的方法。去应力 退火500600（2）、目的：去除内应力，稳定尺寸，减少变形。（3）、应用：铸件，锻造件，焊接件，切削加工件。null*二、正火 normalizingAF+AA+Fe3CP+Fe3CSFPG1、概念：将工件加热到奥氏体化状态，然后在空气中冷却的热处理工艺。2、加热温度：Ac3或Accm+30—50℃正火AccmAc330—50℃3、目的：细化晶粒，调整硬度，消除网状Fe3C。4、应用：碳钢件。三、退火与正火的选择1、使用性能：工件要求不高，用正火；形状复杂、大件用退火。2、可加工性：WC≤0.45%碳钢用正火；高碳钢用退火，↓HB。3、经济性：正火——经济；退火——工艺繁杂；null*第四节 钢的淬火与回火一、淬火 quenching卒ZU（兵）CU（忽然）蘸1、概念——将工件加热到奥氏体化后以适当的方式冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。2、目的：提高硬度，高弹性和耐磨性。3、加热温度亚共析钢：AC3+30—50℃过共析钢：AC1+30—50℃AA+Fe3C ⅡM+A'少M+Fe3CⅡ+ A‘很少4、保温时间：太短——奥氏体化不均匀，出现软点；太长——钢件表面出现氧化、脱碳、晶粒粗大。null*5、淬火冷却介质水：较快，易变形开裂。油：较慢，减少变形，如10#、20#机油。食盐水：冷却能力提高，加10%NaCI，6、淬火方法 P54自己看7、钢的淬透性和淬硬性（1）淬透性 hardenability ：获得硬度深度和硬度分布的能力。硬度层越深，淬透性越好。（2）淬硬性 hardening capacity ：淬火后获得的最高硬度的能力。取决于WC的含量；注意：淬火后硬度高的钢，不一定淬透性好； 淬火后硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。当WC≤0.7%，随WC↑，淬透性↑； 当WC>0.7%，随WC↑，淬透性↓。null*（3）对力学性能的影响：淬透性好的钢，力学性能高；淬透性差的钢，尤其是心部力学性能底，受力易变形。二、回火 tempering1、概念：淬火后的工件，再加热到A1以下某一温度、保温一定时间，然后冷却到室温的工艺。2、目的：（1）使工件获得要求的力学性能；（2）稳定工件尺寸；（3）消除或减少内应力；（4）改善工件的切削加工性。3、回火方法 （组织转变、性能、应用）（1）低温回火 （150—250℃）low—temperature tempering——获得组织 M回；58—65HRC；用于 高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚动轴承钢。（2）中温回火null*（2）中温回火 （350—500）℃；medium—temperatur tempering——回火后 σb、σs 较高，内应力消除，ak 较好。回火组织：T回；用于弹簧钢制造的弹性件、锻模。（3）高温回火 ( 500—650)℃；high—temperatuer tempering——回火组织：S回；特点是 综合力学性能好。应用广泛，汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构零件，如：轴、齿轮等。淬火+高温回火称调质处理，简称：调质。trawn说明：①回火组织与等温冷却转变组织的区别：S回、T回 是粒状，而 S、T 是片状；②正火与调质硬度很接近，但结构件一般经调质而不正火后用，因调质综合力学性能好。null*4、回火脆性：一般来讲，随回火温度↑，其σ、HB↓，δ、ak↑，但在250—350℃之间其ak↓的现象，称“回火脆性”。碳化物沿着马氏体周围析出，形成脆性薄壳，受力易裂纹。1、退火、正火、淬火、回火简称“四把火”的概念、工艺、目的、应用。 小结：2、回火后的组织性能、应用如何？作业：P 60null*第五节 钢的表面热处理和化学热处理简介一、表面热处理 surface heat--treatment1、概念：将工件快速加热，表面达到淬火温度立即淬火（喷水），表面层获得 M ，而心部保持了原有的韧性、塑性且达到表面耐磨的工艺。2、应用：齿轮、凸轮、套筒、 顶杆等， WC=0.4%—0.5%较好。3、方法：按加热方式不同， 分为：感应加热和火焰加热（1）感应加热表面淬火 ①原理——“集肤效应”null*高频加热：200KHZ—300KHZ ；0.3—2.5mm,小件；轴；齿轮中频加热：1KHZ—10KHZ；2—10mm；较大件，凸轮，曲轴工频加热：50HZ；硬度层 10—20mm；应用大件② 特点：a、生产率高，加热速度快；b、淬火后晶粒细、硬度高；c、加热不氧化、不脱碳、不变形；d、有较高疲劳强度；e、缺点是设备投资大。应用大批量生产小件，齿轮等。（2）、火焰加热——用乙炔—氧气混合气体燃烧的火焰。特点：操作简单，效率低；表面层2—6mm，工作表面严重氧化，质量难以控制。应用 单件、小批生产。第六节 化学热处理 简介Thermo—chemical treatment一、概念：是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。null*二、工艺方法1、渗碳：向工件表面深入碳原子过程，↑WC，渗碳层0.5—2mm.（1）目的：提高耐磨性；此时心部有良好的韧性；“外强里韧”。（2）应用：低碳钢，低合金钢。（3）方法：气体渗碳，固体渗碳。（4）热处理：渗碳、淬火+低温回火。2、氮化：向工件表面渗入活性氮原子——形成硬度极高的合金氮化物。（1）目的：提高硬度、耐磨性，提高疲劳强度，耐蚀性。（2）应用：含较高合金元素的钢，V、W、AI、Mo、Cu等（3）方法：离子渗氮——氨气第七节 钢的热处理新工艺、新技术 P59自己看。 null*本章总结：1、什么是热处理？分类；为什么要进行热处理？2、加热、冷却时组织如何转变的？冷却速度对组织有何影响？3、“四把火”的概念、工艺、应用，工序安排。4、何谓表面热处理，化学热处理；机理是什么？有何特点，应用如何？null*第七章 合 金 钢 p62 alloy-steel一、合金元素对钢的影响（一）对钢热处理的影响1、对钢加热转变的影响：使奥氏体均匀（除钴、镍）细致（除锰）2、对钢冷却转变的影响：提高淬透性（除钴）3、对过冷奥氏体向马氏体转变影响：（除钴、铝）使马氏体转变温度降低，残留奥氏体较碳钢多4、对淬火钢回火转变温度影响:（1）提高回火稳定性 （2）产生二次硬化现象null*1、与铁作用：固溶于铁素体中，固溶强化，↑力学性能。二、对钢力学性能影响三、对钢工艺性能影响2、与碳作用：①固溶于铁素体；②形成碳化物，↑↑HB、σb.总的看来：在碳钢的基础上，加入些合金元素，提高淬透性，提高综合力学性能，满足使用要求。1、铸造性能 降低金属流动性，增加偏析倾向，降低铸造性能2、锻造性能 含大量碳化物的合金钢，在锻造时使塑性降低，变形抗力增大，降低锻造性能3、焊接性能 硫、磷含量高的合金钢焊接性能差，钛、锆、铌、钒等合金元素改善焊接性能 4、切削加工性能 合金钢且学性能差，适量的硫、磷、铝可改善null*二、分类 1、按含合金元素量多少： （1）低合金钢W含量<5% （2）中合金钢W含量=5%—10% （3）高合金钢W含量>10% 2、按用途分： （1）合金结构钢——轴、齿轮、钢筋、型钢等 （2）合金工具钢——刀具、模具、手用工具等 （3）特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等 null第一节 合金结构钢一、低合金高强度钢：GB/T1591—1994 （原：低合金钢）牌号：标出 化学元素和含量，含碳量WC两位数字+元素符号+数字含元素量的%<1.5%不标出 1.5—2.5%用 2表示2.5—3.5%用 3表示主加元素WC的万分之几例如：40Cr 、60Si2Mn 、20CrMnTi合金元素总量<5%，主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶等。null*1、成分 ： WC<0.2%；合金元素强化铁素体。2、性能：良好的δ、ak，较高的σb、 σs；3、钢号、用途 ： Q295 ；Q345 ； Q390 ；Q420；Q460常用的是：Q345 代替旧标准 16Mn4、热处理：热轧后，正火状态使用。二、合金渗碳钢 GB3077—99 P681、成分：WC<0.25%；目的保证心部有良好的塑性、韧性。2、性能：良好的淬透性；经渗碳后，耐磨性↑，σ-1↑，良好的δ、ak ， 抗冲击。3、钢号、用途： 见P68 表7-3统一数字代号：20Cr----A20202; 20CrMnTi---A26202null*4、热处理：渗碳、淬火+低温回火，58HRC—62HRC三、合金调质钢 GB/T3077—991、成分：Wc=0.25--0.50%；过高，ak↓；过低，淬不硬，σ不高。2、性能：具有良好的综合力学性能。3、钢号、用途：P71 表7— 4 代号40Cr---A204024、热处理：淬火+高温回火——S回四、合金弹簧钢 GB1222—841、成分：Wc=0.5---0.7% 过低，σe不高，屈服比低；过高—σ-1、δ、 ak ↓2、性能：具有高的σb；高的屈强比σs/σb， σ-1、足够的δ、 ak 3、钢号、用途：；P72表7-5 60Si2Mn 如汽车和火车用板簧，缓冲卷簧null*4、热处理：（1）冷成形弹簧：当d<8mm, 200—250℃去应力退火；淬火+中温回火。五、滚动轴承钢 （专用）——应用在高速运转中。1、成分：Wc=0.95---1.1%, 目的保证高硬度、耐磨性；加Wcr=0.4---1.6%，提高淬透性。2、性能：较高的σ-1，HB，σe一定的ak3、钢号、用途： 常用的 GCr15 ——小型套圈，直径<25mm钢球；GCr9——直径为10—20mm滚珠。WCr=0.9%说明：Cr 铬 、Cd 镉——银白色，多用于电镀。在工厂中（电镀中），为了区别，而读音不同。4、热处理：球化退火、淬火+低温回火——M回null第二节 合金工具钢 GB1299——85Alloy tool—steel 一、合金刃具钢——要求高的硬度、耐磨性，保证一定的寿命。1、性能特点：热硬性好——在较高温度下保持较高硬度的能力；如600℃时硬度达60HRC2、钢号、用途见教材p74 表7—7；3、热处理：球化退火、淬火+低温回火 60HRC—63HRC二、量具钢 P75 自己看三、模具钢 GB1299—85——按工作条件不同分：冷变形模具钢（冷作模具钢）、热变形模具钢（热作模具钢）两类。null*1、冷作模具钢P75 ——制造工件在冷态下成型的模具。如冷冲模、落料模。要求有足够的塑性、韧性，高硬度、耐磨性。Wc=1.0%----2.0%；热处理：淬火+低回常见的有：Cr12、Cr12MoV, 简单的用T10、T10A2、热作模具钢p77——制造热态下成型的模具。如 热锻模，压铸模。Wc=0.3%---0.6%；热处理：淬火+中温回火——S回如：5CrMnMo 、5CrNiMo 、3Cr2W8V; 见P117表5—11四、高速钢 GB9943—88 ；P78——锋钢；又称 白钢。特点是高热硬性、耐磨性、淬透性。应用高速切削刀具：车刀、刨刀、钻头等。常见的牌号：W18Cr4V ; W6Mo5Cr4V2null第三节 特殊性能钢 special steel (了解） 一、不锈钢 GB1220—92P79表7-11具有抵抗大气或其他介质腐蚀的钢称为 不锈钢。WCr>12%1、铬不锈钢：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13，2、铬镍不锈钢：1Cr18Ni9Ti 、0Cr18Ni9另：铁素体不锈钢：1Cr17——容器，日用品二、耐磨钢 GB5680—98 P84表7-13、——又称“高锰钢”，强烈冲击力作用下发生硬化现象。如牌号：ZGMn13—1； ZGMn13—2 ；等应用 防弹板、铁道叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。三、耐热钢 自己阅P81表7-12小结： 作业 P85null第八章 铸 铁 p86 cast iron本章重点：铸铁的分类、常用的牌号、应用。一、什么是铸铁？GB5611—95一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称，称为铸铁。补充：生铁 ：pig—iron 铁矿石在高炉中炼出来的。炼铁（Iron—making)工艺，分铸造生铁和炼钢生铁（WSi<1.25%)两种；铸造生铁与其他材料一起熔化后，获得的材料，叫铸铁；炼钢生铁通过进一步的熔炼，得到钢材，此过程称炼钢 steel—making。特点：铸铁有良好的铸造性、耐磨性、减摩性、减振性、切削加工性等优良性能，且制造容易、价格便宜，在工业生产中应用广泛。null二、铸铁分类按碳的存在形式分1、白口铸铁 white cast--iron——碳以碳化物（Fe3C)形式出现。断口：银白色，硬而脆；很难切削加工，很少直接用于零件.2、灰口铸铁 gray cast--iron——碳以石墨形式出现。断口：呈灰色；常用材料。按石墨的形状不同，又分为：（1）灰 铸 铁——片 状石墨（2）球墨铸铁——球 状石墨（3）可锻铸铁——团絮状石墨（4）蠕墨铸铁——蠕虫状石墨3、麻口铸铁 mottled cast--iron——碳以 Fe3C+石墨 形式出现。断口：白色与灰色之间；此类铸铁脆性很大，很少使用。白口灰口麻口另：合金铸铁（向铸铁中加入合金元素，改善性能）。null第一节 铸铁的石墨化及影响因素一、铸铁石墨化——铸铁中石墨的形成过程称为“石墨化”。石墨 “ G ” 表示，graphite是碳的一种结晶形式，六方晶格，碳原子呈层片状排列； 性能：σ、δ、ak很低，硬度为3HBS；实践证明：冷却速度快——Fe3C冷却速度慢—— G二、石墨化影响因素1、化学成分：随C、Si↑→G核↑，有利于 G 析出；S↑→阻碍 G ，促进白口化，所以严格控制。2、冷却速度：V↑→原子来不急扩散，G难以进行；易白口。V小——易得到灰口。所以设计时：合理选择 铸件壁厚。薄 件→ 白口厚大件→灰口null*第二节 灰铸铁 gray cast一、成分、组织、性能1、成分：Wc=2.6%~3.5%；Wsi=1.1~3%；Mn=0.6~1.3%2、组织（1）F+片状G；（2）F+P+片状G；（3）P+片G3、性能：（1）力学性能：σ压高；σb低；δ、ak较差；（2）其他性能：铸造性好；减振性好；减摩性好；切削加工性好；低的缺口敏