【文章內(nèi)容簡介】 =%不標(biāo) 如 : 9SiCr (板牙 , 絲錐 ) %C %Si %Cr CrWMn (長鉸刀 ,絲錐 ,拉刀 , 精密絲杠 ) *高速鋼 含 C 也不標(biāo) W18Cr4V ~%C,18%W,4%Cr,%V 應(yīng)用 :刃具 ,模具 ,量具等 3 特殊性能鋼 不銹鋼 : 1Cr13 1Cr18Ni9Ti 等 耐熱鋼 : 1Cr13 2Cr13 400℃ 工作 耐磨鋼 : 高錳鋼水韌處理 ,沖擊下工作 ,表面產(chǎn)生加工硬化 .并有馬試體在滑移面形成 ,表面硬度達(dá)HB450~550,表面耐磨 ,心部為 A. 水韌處理 : 鋼加熱到臨界點(diǎn)以上 (1000~1100℃ )保溫 ,碳化物全容于 A,水冷 ,因冷速快 ,無法析出碳化物 ,成單一 A組織 . 167。 5 常用非金屬材料 一 高分子材料 天然 : 羊毛 橡膠 人工合成 : 塑料 人工橡膠 粘結(jié)劑等 有機(jī)玻璃 尼龍 丙綸 氯綸 商品名 工程塑料 : 環(huán)氧樹脂 聚甲醛 : 塑料手表中零件 聚酰亞胺 : 絕緣 二 陶瓷 耐磨 耐蝕 脆 刀片 砂輪 三 復(fù)合材料 磨削軟片 : 聚酰亞胺 +金剛石 167。 4 金屬零件選材的一般原則 產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本如何 ,與材料選擇的是否恰當(dāng)有直接關(guān)系 ,機(jī)械零件進(jìn)行選材時(shí) ,主要考慮零件的工作條件 ,材料的工藝性能和產(chǎn)品的成本 . 基本原則如下 : 1 滿足零件工作條件 : 受力狀態(tài) — 機(jī)械性能 ,基本 σ δ α k 等 工作溫度環(huán)境介質(zhì) — 使用環(huán)境 ,高溫 — 耐熱 ,抗腐蝕 — 不銹鋼 高硬度 — 工具鋼 2 材料的工藝性能 零件的生產(chǎn)方法不同 ,直接影響其質(zhì)量和生產(chǎn)成本 . 如 :灰口鐵 ,鑄造性能 切削加工性很好 ,可鍛性差 . 3 經(jīng)濟(jì)性 價(jià)值 =功能 /成本 如 : 耐腐蝕容器 : 1)普通碳素鋼 :5000 元 用一年 2)奧氏體不銹鋼 : 40000 元 用 10 年 3)鐵素體不銹鋼 : 15000 元 用 6 年 1):2):3) =1::2 第四章 鋼的熱處理 167。 1 概述 一 鋼的熱處理 : 把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進(jìn)行必要的保溫 ,并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫 ,以改變鋼的內(nèi)部組織 ,從而得到所需性能的工藝方法 * 只改變組織和性能 ,而不改變其形狀和大小 .熱處理是改善材料性能的重要手段之一 ,能提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,延長機(jī)件壽命 ,節(jié)約金屬材料 ,所以 ,重要機(jī)件都要經(jīng)過熱處理 . (提問 :前面學(xué)過的改善金屬材料性能的手段 — 固溶強(qiáng)化 ) 熱處理工藝曲線 : 各種熱處理都可以用溫度 — 時(shí)間的坐標(biāo)圖形表示 . 溫度 保溫 臨界溫度 加熱 冷卻 時(shí)間 應(yīng)用廣泛 :機(jī)械制造業(yè)中 70%零件需熱處理 .汽車 拖拉機(jī) 制造業(yè) 70~80% 量具 刃具 模具 滾動(dòng)軸承等 100% 二 目的 1 冶金 鍛 鑄 焊毛坯或成品 ,消除缺陷 ,改善工藝性能 .為后續(xù)加工 (如機(jī)加 )做好組織 ,性能 ,準(zhǔn)備 . 退火 正火 2 是鋼件的機(jī)械性能提高 ,達(dá)到鋼件的最終 使用性能指標(biāo) ,以滿足機(jī)械零件或工具使用性能要求 . 淬火 +回火 表面淬火 化學(xué)處理 l 依據(jù) :狀態(tài)圖 167。 2 熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變 一 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 1 臨界溫度 : 狀態(tài)圖上 A1 : 共析線 (PA) 臨界溫度 : A3 : A 析出 F(FA) 極緩慢冷卻 Acm : A 析出 Fe3CⅡ ( ) 實(shí)際加 熱臨界溫度 Ac1 Ac3 A “過熱” Accm 實(shí)際冷卻臨界溫度 Ar1 P Ar3 A 析出 F “過冷” Arcm 析出 Fe3CⅡ 2組織轉(zhuǎn)變 1) 共析鋼 : P(F+Fe3C)A (1) A 晶核形成 :F和 Fe3C 界面上先形成 A晶核 (因界面原子排列不規(guī)則 ,缺陷多 ,能量低 ) (2) A 晶核長大 :F晶格轉(zhuǎn)變 ,Fe3C不斷溶入 A, A 晶核不斷生成 ,長大 .F 轉(zhuǎn)變快 , 先消失 . (3) 殘余滲碳體的溶解 :隨保溫時(shí)間加長 , 殘余 Fe3C逐漸溶入 A (4)A 成分均勻化 : A 轉(zhuǎn)變完成后 ,各處含 C濃度不均勻 ,繼續(xù)保溫 ,C充分?jǐn)U散 ,得到單一的均勻 A 這個(gè)過程是 A重結(jié)晶的過程 . 2) 亞共析鋼 : F+P— Ac1— F+A— Ac3A 3) 過共析鋼 : P+ Fe3CⅡ Ac1— A+ Fe3CⅡ AccmA(晶粒粗化 ) 二 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 (鋼在室溫時(shí)的機(jī)械性能不僅與加熱 ,保溫有關(guān) ,與冷卻過程也有關(guān) ) 1 冷卻方式 1) 連續(xù)冷卻 : 時(shí)加熱到 A的鋼 ,在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變 . 水冷 油冷 空冷 (正火 ) 爐冷 (退火 ) 2) Ar1 (2) (1) 等溫冷卻 : 使加熱到 A的鋼 ,先以較快的速度冷卻到 Ar1線下某一溫度 ,成為過冷 A,保溫 ,使 A在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變 ,轉(zhuǎn)變完 ,再冷卻到室溫 . 等溫退火 等溫淬火 2 共析鋼冷卻時(shí)的等溫轉(zhuǎn)變 以共析鋼為例 ,進(jìn)行一系列不同過冷度的等溫冷卻實(shí)驗(yàn) ,可以測出過冷奧氏體在恒溫下開始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間 ,畫到”溫度 — 時(shí)間”坐標(biāo)系中 ,然后 ,把開始轉(zhuǎn)變的時(shí)間和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間分別連接起來 ,即得到共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線 .又叫 C 曲線 . 1) 高溫產(chǎn)物 : Ar1 ～ 650℃ P 層片較厚 500X 顯微鏡 HRC1020 650～ 600℃ 細(xì)珠光體 索氏體 S HRC25~35 層片較薄 800~1000X 600～ 550℃ 極細(xì)珠光體 屈氏體 T HRC30~40 層片極薄 l a）以上三種均為 F+ Fe3C 層片相間的珠光體，只是層片厚度不同。 l b）由于過冷度從小到大，原子活動(dòng)能力由強(qiáng)到弱，致使析出的滲 碳體和鐵素體層片越來越來薄。 l c）珠光體層片越薄，塑變抗力越大，強(qiáng)，硬越大。 2）中溫產(chǎn)物 550~350℃ 上貝氏體 B 上 電鏡下觀察，滲碳體不連續(xù)，短桿狀，分布于許多平行而密集的鐵素體條之間。 350 ~ 230℃ 下貝氏體 B 下 比 B 上 有較高強(qiáng)、硬、韌、塑。片狀過飽和 F和其內(nèi)部沉淀的碳化物組織（因?yàn)檫^飽和 F有析出 Fe3C傾向，但過冷度太大，導(dǎo)致碳原子沒能擴(kuò)散超出 F片，只是在片內(nèi)沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子） 3）低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 230 ~ 50℃ 馬氏體（ M） +殘余 A 馬氏體：過飽和的α固溶體“ M” （由于溫度低，原子活動(dòng)能力低，晶格轉(zhuǎn)變完成，但是， C原子不能從面心中擴(kuò)散出來，仍留在體心中，形成過飽和α固溶體） ∵ 晶格嚴(yán)重畸形，∴ M 硬↑ HRC65 塑 韌 → 0 3 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 連續(xù)冷卻可能發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變，很復(fù)雜。 共析鋼連續(xù)冷卻，只有珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。 珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)：三條線構(gòu)成：開始，終了，終止線 冷卻速度過“開始”“終了”線，組織為珠光體 冷卻速度過“開始”“終止”線，組織為珠光體和馬氏體 冷卻速度不過珠光體區(qū)，則為 M 167。 3 鋼的熱處理工藝 熱處理 : 整體熱處理 : 退火 正火 淬火 回火 表面熱處理 : 表面淬火 化學(xué)熱處理 — 滲碳 滲氮 一 退火 將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點(diǎn) ,保溫一定時(shí)間 ,隨后在爐內(nèi)或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻 ,以獲得接近平衡的組織 ,這種工藝叫 — 目的 : 1) 降低硬度 — 切削加工 2) 細(xì)化晶粒 ,改善組織 — 提高機(jī)械性能 3) 消除內(nèi)應(yīng)力 — 淬火準(zhǔn)備 4) 提高塑性 ,韌性 — 冷沖壓 , 冷拉拔 1 完全退火 :將鋼加熱到 Ac3以上 30~50℃ ,保溫一定時(shí)間后 ,緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織(P+F)的熱處理工藝 . 目的 :通過完全重結(jié)晶 ,使鍛 ,鑄 ,焊件降低硬度 ,便于切削加工 ,同時(shí)可消除內(nèi)應(yīng)力 ,使 A充分轉(zhuǎn)變成正常的 F和 P. 應(yīng)用 : 亞共析鋼 * 不能用于共析鋼 ,∵在 Accm 以上緩冷 ,會(huì)析出網(wǎng)狀滲碳體 (Fe3CⅡ ),脆性↑ 2 不 完全退火 :將共析鋼或過共析鋼加熱到 Ac1 以上 20~30℃ ,適當(dāng)保溫 ,緩慢冷卻的熱處理工藝 又叫球化退火 . 目的 :使珠光體組織中的片狀滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)榱罨蚯驙?,這種組織能將低硬度 ,改善切削加工性 .并為以后淬火做準(zhǔn)備 .減小變形和開裂的傾向 . 應(yīng)用 :共析鋼 ,過共析鋼 (球化退火 ) 3 等溫退火：將鋼件加熱到 Ac3A（亞共析鋼）或 Ac1(共析鋼或過共析鋼 )以上 ,保溫后較快地冷卻到稍低于 Ar1的溫度 ,再等溫處理 ,A 轉(zhuǎn)變成 P 后 ,出爐空冷 . 目的 : 節(jié)省退火時(shí)間 ,得到更均勻的組織 ,性能 . 應(yīng)用 : 合金工具鋼 ,高合金鋼 4 去應(yīng)力退火 :將鋼加熱到 Ac1以下某一溫度 (約 500~650℃ )保溫后緩冷 . (又叫低溫退火 ) 目的 :消除內(nèi)應(yīng)力 應(yīng)用 :鑄 ,鍛 ,焊 *不發(fā)生相變 ,重結(jié)晶 例子 :杯裂 5 再結(jié)晶退火 :將鋼件加熱到再結(jié)晶溫度以上 150~250℃ ,即 650~750℃ ,保溫 ,空冷 . 目的 : 發(fā)生再結(jié)晶 ,消除加工硬化 . 應(yīng)用 : 冷扎 ,冷拉 ,冷壓等 * 可能相變 6 擴(kuò)散退火 : 均勻化退火 ,高溫進(jìn)行 目的 :消除偏析 ,應(yīng)用 :鑄件 二 正火 鋼件加熱到 Ac3(亞 )或 Accm(過共 )以上 30~50℃ ,保溫 ,空冷 * 正火作用 與退火相似 ,區(qū)別是正火冷速快 ,得到非平衡的珠光體組織 ,細(xì)化晶粒 ,效果好 ,能得到片層間距較小的珠光體組織 . 與退火對(duì)比 含碳量 工藝 碳素結(jié)構(gòu)鋼 (HB) 碳素工具鋼 (HB) ≤ ~% ~% ~% 退火 ≤ 150 150220 220229 187217(球化 ) 正火 ≤ 156 156228 230280 229341 實(shí)踐表明 :工件硬度 HB170230 時(shí) ,對(duì)切削有利 正火目的 :1 提高機(jī)械性能 2 改善切削加 工性 3 為淬火作組織準(zhǔn)備 — 大晶粒易開裂 對(duì)于過共析鋼 ,正火能減少二次滲碳體的析出 ,使其不形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ,有利于縮短過共析鋼的球化退火過程 ,經(jīng)正火和球化退火的過共析鋼有較高的韌性 ,