【正文】 ２．冷加工對(duì)組織和性能的影響 冷加工 —— 在 TR 以下溫度進(jìn)行的變形加工， 如低碳鋼的冷拔、冷沖 。 3. 加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化的概念。 ? 2．組元 ? 組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。如鐵、碳二元合金中，鐵和碳可以以不同的比例，配制成若干種 FeC二元合金。 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 銅 鎳合金勻晶相圖 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 純銅熔點(diǎn) 純鎳熔點(diǎn) 液相線 固相線 液相區(qū) 固相區(qū) 液固兩相區(qū) 勻晶合金的結(jié)晶過(guò)程 a b c d T,?C t L ? L ? L 勻晶轉(zhuǎn)變 L? ? ? 冷卻曲線 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 勻晶合金與純金屬不同，它沒(méi)有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。即 QL/Q?=b1c1/a1b1 杠桿定律推論： 在兩相區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)溫度 T1時(shí)兩相在合金 b中的相對(duì)質(zhì)量各為 QL/QH=b1c1/a1c1 Q?/QH=a1b1/a1c1 =1 QL/QH 例：求 30%Ni合金在 1280 ?時(shí) ?相的相對(duì)量 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? a c 30 a1 b1 c1 1280 ?C 解：作成分線和溫度線如圖。 d Ld ? ?c + ?e 共晶反應(yīng)要點(diǎn) Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 c e d ? 共晶轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行。 ? 成分在共晶線范圍的合金都要經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變。組織越細(xì)密，強(qiáng)度越高。 ● Fe3 C —— 熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。 金屬材料性能由組織決定， 而組織由化學(xué)成分和工藝過(guò)程決定。 共析鋼加熱到 Ac1 以上時(shí)， P → A 共析鋼 A化過(guò)程 —— 形核 、長(zhǎng)大、 Fe3 C 完全溶解、 C 的均勻化。A 1100200300400500600700800100100 10 10 10 102 3 4 5AM sM f過(guò)冷A過(guò)冷AA → MA →下 BA → S轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變結(jié)束A→上BA → TA →PM下 B上 BTSP 5~25HR C25~35HR C35~40HR C40~50HR C50~60HR C60~65HR C P 型組織 —— F + 層片狀 Fe3C 珠光體 P 索氏體 S 屈氏體 T 層片間距： P S T 珠光體 P ， 3800 索氏體 S 8000 屈氏體 T 8000 高溫轉(zhuǎn)變過(guò)程 —— 晶格改變和 Fe， C原子擴(kuò)散。M fM s01時(shí)間/sT/ ℃100200300400500600700800100100 10 10 102 3 4AA → BA → PBP+FM+A39。) 油冷 → T+M+A39。 2) 瞬 時(shí)性 M 的形成速度很快， 溫度 ↓則 轉(zhuǎn)變量 ↑ 3) 不徹底 M 轉(zhuǎn)變 總要?dú)埩羯倭? A， A中的 C%↑ 則 MS、 Mf ↓ ，殘余 A含量 ↑ 4) M形成時(shí)體積 ↑， 造成很大內(nèi)應(yīng)力。 ，冷至 100℃ ，冷至 60℃ M 的性能 C %↑→ M 硬度 ↑ 針狀 M 硬度高，塑韌性差。 轉(zhuǎn)變溫度 對(duì)共析鋼 硬度 和 韌性 的影響 按轉(zhuǎn)變溫度的高低， 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分別是： P、 S、 T，上 B、下 B、 M， 其硬度依次增加。 淬火溫度 1) 亞共析鋼 Ac3 + 30～ 50 ℃ 2) 過(guò)共析鋼 Ac1 + 30～ 50 ℃ ， → M + Fe3CII + A39。 淬透性的應(yīng)用 按負(fù)載，選擇不同淬透性的材料。 淬火應(yīng)力 ↓ ，韌性 ↑ ，保持淬火后的高硬度。 高溫回火（ 500～ 650℃ ） → 回火 S (等軸狀 F +粒狀 Cm ) 綜合機(jī)械性能最好 , 即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。 感應(yīng)加熱表面淬火 交變磁場(chǎng) → 感應(yīng)表面電流 → 表面加熱 特點(diǎn) 1) 加熱速度快，晶粒度小，硬度 ↑，脆性 ↓ 2) 表層殘余壓應(yīng)力 → 提高疲勞強(qiáng)度 3) 不易氧化、脫碳、變形小。 分類 —— 滲 C、 N化、 C N共滲、滲硼、滲鉻、滲 Al等 。 鋼的氮化 工件表面滲入 N原子，以提高硬度、耐磨性，疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。 3）按用途分 —— 碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。 表 34 優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和性能 鋼號(hào) 化學(xué)成分， % ?s ， MPa ≥ C Mn Si S P 08F 10 20 35 40 45 50 60 65 ? 175 205 245 315 335 355 375 400 420 (摘自 GB/T6991999) 用途 較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。 螺紋量規(guī) 熱處理 ：淬火 + 低溫回火 組織 ： 回火 M＋ 粒狀 Fe3C + A39。 ２ . 合金鋼的編號(hào) 結(jié)構(gòu)鋼 —— 如 60Si2Mn ， w(C)=% ， w(Si)=2% ， w(Mn)＜ % 工具鋼、特殊性能鋼 —— 如 9SiCr ， w(C)=% ， w(Si)、 w(Cr) 均＜ % 而 CrWMn 中， w(C)＞ % 專用鋼 —— 如， 滾 動(dòng)軸承鋼 GCr15， w(C)=% ， w(Cr)=% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 —— 如， 20Cr2Ni4A 合金結(jié)構(gòu)鋼 1． 低合金結(jié)構(gòu)鋼 2． 滲碳鋼 3． 調(diào)質(zhì)鋼 4． 彈簧鋼 5． 滾動(dòng) 軸承鋼 1． 低合金結(jié)構(gòu)鋼 鋼號(hào) 舊鋼號(hào) 主 要 化 學(xué) 成 分 ， % 機(jī)械性能 C Mn Si， ? ?s ， MPa ?b ， MPa ?5 ， % Q295 09MnNb 12Mn ? ~ 295 570 23 Q345 16Mn 16MnRe ~ ~ 345 630 21~22 Q390 16MnNb 15MnTi ? ~ 390 650 19~20 Q420 14MnVTiRe 15MnVN ? ~ 420 680 18~19 Q460 14MnMoV 18MnMoNb ? ~ 460 720 17 常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能 （厚度 (直徑 )?16mm， AKV ≥34J） 成分 —— w(C)＜ % ，主加元素 Mn，附加 V、 Ti、 Nb。 性能 —— 滲層硬度高，耐磨，抗接觸疲勞；心部韌性高、強(qiáng)度大。 滲碳 → 淬火 → 低溫回火 3． 調(diào)質(zhì)鋼 成分 —— w(C)=～ %，合金元素消除回火脆性 , 提高回火抗力 , 強(qiáng)化 F 。 調(diào)質(zhì)，可附加表面淬火或氮化 (38CrMoAl)。 熱處理 熱軋彈簧：熱成型 → 淬火 + 中溫回火 → 噴丸 冷軋彈簧：淬火 + 中溫回火 → 冷成型 → 去應(yīng)力 → 噴丸 組織 —— 回火 T 5．滾動(dòng) 軸承鋼 成分 —— w(C)=～ %，主加元素是 Cr，形成細(xì)小的碳化物。 組織 —— 回火 M ＋細(xì)碳化物＋少量 A39。 性能 —— HRC＞ 60，使用溫度 200 ~ 300 ℃ 。 性能 高硬度、耐磨性 —— VC等彌散硬化 高熱硬性 —— 600 ℃ 時(shí) HRC≈62 ， W2C等提高熱硬性。 淬火組織 （左圖）： M + 碳化物 + A 39。 應(yīng)用 —— 高速車刀、鉆頭、銑刀等。 大型模具 —— 3Cr2W8V等，淬透性好。 最終熱處理 —— 淬火 +（ 70～ 80℃ ） 冷處理 + 低溫回火 + 時(shí)效處理 時(shí)效處理： 120～ 130℃ ，保溫幾～幾十小時(shí)，使 M、 A 39。 加入 Cr，降低兩相的電極電位差。 A 型 —— 如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、醫(yī)療行業(yè)。 失效的概念和失效分析的目的 失效的基本概念： 任何零件都具有一定的設(shè)計(jì)功能與壽命。 失效分析的基本步驟 ? 調(diào)查取證； ? 整理分析； ? 斷口分析； ? 成分組織性能的分析與測(cè)試； ? 綜合分析得出結(jié)果。 工藝性能的選材原則 ? 金屬材料的工藝性能； ? 高分子材料的工藝性能； ? 陶瓷材料 經(jīng)濟(jì)性能選材原則 ? 產(chǎn)品價(jià)值分析； ? 產(chǎn)品的總成本分析； ? 材料成本分析。 鑄造合金的收縮 ?收縮的概念； ?收縮的階段： 1）液態(tài)收縮； 2）凝固收縮； 3）固態(tài)收縮。其形成過(guò)程見(jiàn)書圖 10－ 5。 冷裂－在較低溫度下形成的，常出現(xiàn)在鑄件受拉伸部位。 鑄造工藝圖 ?澆注位置的選擇； ?鑄型分型面的選擇； ?工藝參數(shù)的確定； ?鑄造工藝圖。 3）可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵是用低 C低 Si的鐵水澆注出的白口組織的鑄件毛坯，然后經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的高溫石墨化退火使白口鑄件中的滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，從而得到由團(tuán)絮狀石墨和不同基體組成的鑄鐵。一般澆注后不進(jìn)行熱處理，鑄態(tài)時(shí)直接使用。在熔煉過(guò)程中易吸氣和氧化， 在澆注過(guò)程中易產(chǎn)生粘砂、澆不足、冷隔、縮孔、變形、裂紋、夾渣和氣孔。 第 11章 壓力加工 ? 金屬的塑性成形又稱為壓力加工，是指在外力的作用下，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的型材、毛坯或零件的成形加工方法。前者用于鍛造中、小鍛件，后者用于鍛造大型鍛件?？梢?jiàn)，對(duì)于大型鍛件，只能采用自由鍛成型。 ? (1)空氣錘 ? 空氣錘的規(guī)格以落下部分重量來(lái)表示，一般為 50～ 1000㎏。水壓機(jī)的壓力在整個(gè)沖程中都是不變的，故能充分利用有效沖程進(jìn)行鍛造，它比錘上鍛造容易達(dá)到較大的鍛透深度，鍛件的整個(gè)截面可獲得細(xì)晶粒組織。 自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性 板料沖壓 ? 板料沖壓是指利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形，從而獲得制件的加工方法。沖床則是沖壓加工的基本設(shè)備，可用于切斷、落料、沖孔、彎曲、拉深和其它沖壓工序。 (3)凸、凹模刃口尺寸的確定 (4)沖裁力的計(jì)算 ? 2. 修整 修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，以切掉普通沖裁時(shí)在沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，從而提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度 3. 切斷 切斷是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。拉深件的底部一般不變形，只起傳遞拉力的作用，厚度基本不變。 ? (2)拉深系數(shù) ? 拉深件直徑 d與坯料直徑 D的比值稱為拉深系數(shù)，用 m表示，即 ? m＝ d/D ? m是衡量拉深變形程度的指標(biāo)。對(duì)于普通低碳鋼板拉深件，凹模圓角半徑 Rd＝ (6～ 15)S。間隙過(guò)小，模具與拉深件間的摩擦力增大，易拉裂工件，擦傷工件表面，降低模具壽命。當(dāng)外側(cè)拉應(yīng)力超過(guò)坯料的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，即會(huì)造成金屬破裂。 第 12章