金属工艺基础培训课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,08 六月 2025,金属工艺基础培训课件,1.弹性变形：,材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。,一、两种基本变形,F,F,F,2.塑性变形:,材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。,F,F,F,在低碳钢拉伸曲线中，把F-l坐标换成-（应力应变）就可以直接在图上读出力学性能指标，并且不需要做成标准试样。,二、低碳钢的拉伸曲线,强度,材料在外力作用下，抵抗,塑性变形,和,断裂,的 能力。工程上常用的金属材料的强度指标有,屈服强度(,s,),和,抗拉强度(,b,),等.,不同的金属材料拉伸曲线,低碳钢,铸铁,典型塑性材料的拉伸曲线,典型脆性材料,1.布氏硬度原理：,布氏硬度试验是指用一定直径的 球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。,三、硬度,材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。最常用的硬度指标有：,布氏硬度（HB),和,洛氏硬度 (HRA-C),。布氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同；,使用刚球压头时布氏硬度值用符号,HBS,表示；使用硬质合金压头时用符号,HBW,表示。,在实际测试时，不必用公式计算，一般用读数显微镜测出压痕直 径d，然后根据 d大小查表，即可求出所测的硬度值。,应用：测量比较软的材料。测量范围 HBS450、HBW650的金属材料。,优缺点：压痕大，测量准确，但不能测量成品件。,原理,2.洛氏硬度,加初载荷,加主载荷,卸除主载荷,读硬度值,应用范围,2067,1500N,120金刚石圆锥体,HRC,25100,1000N,1.588mm钢球,HRB,7085,600N,120金刚石圆锥体,HRA,常用洛氏硬度标度的试验范围,四、铁及铁碳合金组织,1.纯铁的晶体结构,三种常见的金属的晶格类型：,体心立方,面心立方,密排六方,晶体中的原子排列,2.,金属的同素异构转变,1538c,1394c,912c,室温,-Fe,-Fe,-Fe,体心立方,面心立方,体心立方,金属的同素异构转变的慨念,金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象。,金属的同素异构转变的意义,可以用热处理的方法即可通过加热、保温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材料性 能的目的。,3.,铁碳合金组织,（1）.铁素体F：CFe中形成的固溶体。,单相、层片状、体心立方晶格。,（2）.奥氏体A：CFe中形成的固溶体。,单相、层片状、面心立方晶格。,（3）.渗碳体K：Fe,3,C，硬度极高，塑形、韧性极低，伸长率和冲击韧度近于零。,（4）.珠光体P：FFe,3,C,两相，机械混合物。0.77C。,强度高、硬度较高。,（5）.莱氏体Ld、Ld：两相机械混合物，含碳量：4.3C。,LdA Fe,3,C 7271148。（高温莱氏体）,LdP Fe,3,C 20727。（低温莱氏体）,总结：硬度最高的是渗碳体，强度最好的是珠光体，高温下奥氏体塑性最好，常温下铁素体塑性最好，莱氏体硬度较高。,组织,名称,组织特点,碳最大,溶解度,力学性能,奥氏体,A,碳溶于,-,Fe中所形成的固溶体,2.11,质软、塑性好,4050，,b,=400850 MPa，HBW170220,铁素体,F,碳溶于,-,Fe中所形成的固溶体,0.0218,塑性和韧性较好,3050，,b,=100240 MPa，HBW5080,渗碳体,K,具有复杂斜方结构间隙化合物,6.69,塑性、韧性几乎为零，脆、硬，HBW800,珠光体,P,W,C,=0.77的奥氏体同时析出F与Fe,3,C 的机械混合物,=2025，,b,=600800 MPa，HBW170230,表一 钢的成分、组织与性能的关系,五、铁碳合金状态图分析,渗碳体的熔点,共晶点,共析线,共析点,纯铁的熔点,共晶线,ACD线液相线,AECF线固相线,碳在奥氏体中的最大溶解度,A3线,Acm,铁碳合金相图中主要特性点的含义,特性点的符号,温度t/,含碳量wc%,含义,A,C,D,E,G,P,S,Q,1538,1148,1227,1148,912,727,727,室温,0,4.3,6.69,2.11,0,0.02,0.77,0.0008,纯铁的熔点,共晶点,渗碳体的熔点,碳在奥氏体中的最大溶解度,-Te,-Te同素异晶转变点,碳在铁素体中的最大溶解度,共析点,碳在铁素体中的溶解度,相图中主要线的含义,ACD线液相线,是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。,AECF线固相线,各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。,ECF水平线共晶线,含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148,由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。,PSK水平线共析线,（A1线）含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727,同时,析出,铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。,GS线（A3线）,是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。,ES线称Acm线,是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。,典型合金结晶过程分析,铁碳合金,含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金。,共晶生铁：,含碳量为4.3%;,亚共晶生铁：,含碳量在2.11%4.3%之间；,过共晶生铁：,含碳量在4.3%6.69%之间；,含碳量小于0.02%的铁碳合金。,工业纯铁,钢,生铁,含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根据金相 组织的不同，可分为三种。,共析钢：,含碳量为0.77%;,亚共析钢：,含碳量在0.02%0.77%之间；,过共析钢：,含碳量在0.77%2.11%之间；,铁碳合金状态图分析,L,L+A,A,A+Fe,3,C,F+A,A+Fe,3,C,+L,d,P+Fe,3,C,+L,d,P+Fe,3,C,P,P+F,L,d,L,d,L+Fe,3,C,L,d,+Fe,3,C,L,d,+Fe,3,C,L,d,P+Fe,3,C,+,Fe,3,C,转变,A奥氏体,P珠光体,F铁素体,共析钢和亚共析钢的结晶过程分析,过共析钢结晶过程分析,共晶生铁结晶过程分析,Ld变态莱氏体,亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析,钢,碳素钢,碳素结构钢（0.38%C),优质碳素结构钢(0.2-0.7%C用途广),碳素工具钢(T8等),合金钢,合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢,不锈钢,耐热钢,耐磨钢,其它,量具钢,模具钢,刃具钢,轴承钢,弹簧钢,调质钢,渗碳钢,低合金结构钢,（1.5%C),16Mn、20Cr,9Cr2、CrWMn,2Cr13、1Cr18Ni9,六、工业用钢分类、牌号、性能及其应用,(非合金钢),根据炼钢时脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三类。沸腾钢为脱氧不完全的钢。浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高，生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。镇静钢为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握。,碳素钢,：,含碳量1.4%,含碳量增加,强度和硬度增加,塑性和韧性下降.,1)碳素结构钢:是s、p含量较高，C0.38%,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。,第一节 碳素钢,2)、优质碳素结构钢,S、P含量较低，用于重要零件,GB/T69999,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W,C,=0.45%,20Mn、65Mn等称 含,锰,量较高的优质碳素结构钢。,3)、碳素工具钢含碳量0.71.3,GB/T129886,规定：牌号用“,碳,”字汉语拼音字首,“T”+数字,表示。数字表示,W,C,的,千分之几,。,如,：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。,如T10钢W,C,=1%；,T10A,中的“,A,”表示为,高级优质,碳素工具钢。,第二节 低合金钢,合金钢：碳钢中加入一种或几种合金元素,常加合金元素:Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼)稀土元素(Xt)等,低合金钢:合金总含量较低(3%),含碳量也较低的合金结构钢.,性能:较高的强度、塑性、韧性和耐蚀性，大多有良好的焊接性。,应用很广泛。,分类：,1.可焊接低合金高强钢,2.低合金耐候钢,3.低合金钢筋钢,4.铁道用低合金钢,5.矿用低合金钢,牌号同碳素结构钢,第三节 合金钢,合金钢：碳钢中加入一种或几种合金元素,常加合金元素:Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼)稀土元素(Xt)等,1）合金结构钢,“数+元素符号+数”表示,数含碳万分之几,符号合金元素,符号后面数表示含合金%,1.5%不标,=1.5%标2,若为高级优质钢,后加A,如:60Si2Mn 0.6%C,2%Si 1.5%Mn,18Cr2Ni4WA 0.18%C,2%Cr,4%Ni,=1.0%不标,如:9SiCr(板牙,丝锥),0.9%C 1.5%Si 1.5%Cr,CrWMn(长铰刀,丝锥,拉刀,精密丝杠),*高速钢 含C1.0也不标 W18Cr4V 0.70.8%C,18%W,4%Cr,400 工作,耐磨钢:高锰钢水韧处理,冲击下工作,表面产生加工硬化.并有马氏体在滑移面形成,表面硬度达HB450550,表面耐磨,心部为A（奥氏体）.,水韧处理:钢加热到临界点以上(10001100)保温,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,无法析出碳化物,成单一A组织.(,由于锰的存在，使Ms与Mf下移到室温以下，故得到奥氏体,),常用碳素结构钢,钢板钢筋建筑构件,螺钉铆钉钢桥梁,常用优质碳素结构钢：,螺栓,齿轮,曲轴弹簧,常用碳素工具钢：,锉刀,量规,钻头,容器 船舶,车辆桥梁,储气罐,齿轮,曲轴,汽车万向节,连杆,常用不锈钢,不锈钢船用螺旋桨 不锈钢剪刀,燃气轮机,耐热钢,拖拉机履带,耐磨钢,铁轨分道岔,挖掘机斗齿 耐磨钢,小榔头,锻造预先热处理切削加工钳工最终热处理。,选45钢 其工艺流程为：,预先热处理：正火,最终热处理：淬火回火,要求：50-55 HRC。选用45#钢，其加工工艺过程为：锻造正火切削加工调质精加工高频淬火+低温回火喷丸精磨。,机床用齿轮,七、钢的热处理,钢的热处理,热处理的概念,：,将金属或者合金在固态范围内，通过加热、保温、冷却的有机配合，改变其内部组织而得到所需要的性能的一种工艺过程。,特点：只改变材料的组织和性能,热处理的目的,：,一类是为了消除冶金、铸造、塑性成型、焊接等生产过程中材料所产生的缺陷，改善其工艺性能，为以后切削加工或热处理做组织和性能准备。,中间热处理或预先热处理,另一类是为了提高金属材料的力学性能，充分发挥材料的潜力，节约材料，延长零件的使用寿命。,最终热处理,热处理工艺曲线：,由于热处理时起作用的主要因素是温度和时间，所以各种热处理都可以用温度时间为坐标的热处理工艺曲线来表示。,加热,保温,冷却,临界温度,热处理工艺曲线,T,热处理,普通热处理,表面热处理,退火：软化,正火：细化,淬火：硬化,回火：韧化,表面淬火,化学热处理,渗碳,渗氮,碳氮共渗,其它热处理,形变,真空,激光,热处理的分类,：按其工艺方法不同分,常用热处理方法工艺曲线,退火、正火、淬火、回火和表面热处理。,常用的热处理基本工艺方法,1、退火：,将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中缓慢冷却。,目的：,降低硬度，便于机加工。,细化晶粒，提高塑性和韧性。,消除应力。,应用：,铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。,（1）、完全退火：,将亚共析钢加热到Ac3线以上3050，保温后缓慢冷却.,（2）、,球化退火:,将过共析钢加热到Ac1线以上2030，保温后缓慢冷却.,（3）、,低温退火:,将钢加热到Ac1线以下，保温后缓慢冷却.,（4）、,再结晶退火：,消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上150250），降低硬度，恢复塑性。,应用：,（1）取代部分完全退火；,（2）用于普通结构件的最终热处理；,（3）用于过,共析钢，减少或消除网状二次渗碳体，为球化处理作准备。,2、正火：,将钢加热到Ac3 线以上3050,（亚共析钢）或Accm以上3050,（过共析钢），保温后在空气中冷却。得到的是细珠光体组织（索氏体）。,3、淬火：,将钢加热到Ac3或Ac1 线以上3050,，保温后在淬火介质中快速冷却（Fe向aFe同素异晶转变），以获得马,氏体（M,）,组织（碳在a Fe中的严重过饱和固溶体）。,作用：马氏体具有高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性很差。,4、回火：,将淬火钢重新加热到A,c1,线以下某温度，保温后冷却的热处理工艺。,目的：主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止产生裂纹。,回火三种形式：,（1）低温回火（150250,），目的是,降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（5664HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。,（2）中温回火（350500,），目的是使钢获得高弹性，,并保持较高硬度（3550HRC)和一定的韧性。如弹簧、锻模等。,（3）高温回火调质处理（500650,），硬度2035HRC，强度及韧性等综合性能较好。如连杆、曲轴、齿轮等。,5、表面淬火：,将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法。,目的：获得高硬度、高耐磨性的表层，而心部仍保持原有的良好韧性。,（1）.感应加热表面淬火,基本原理:,a.高频感应加热表面淬火,频率50KHz300KHz，淬硬层深度0.5mm2.0mm。,应用：中小模数齿轮和中小尺寸的轴类零件。,b.中频感应加热表面淬火,频率1KHz10KHz，淬硬层深度2mm10mm,应用：大、中模数齿轮和较大直径轴类零件。,c.工频感应加热表面淬火,频率50Hz，淬硬层深度10mm20mm,应用：大直径轧辊、火车车轮等零件,特点及应用:,适用于中碳钢和中碳合金钢的成批大量生产。,（2）.火焰加热表面淬火,利用氧乙炔（或其他可燃气）火焰,对零件表面进行加热，随之冷却的工艺。,适用于单件小批生产。,6、化学热处理,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,的表层，以改变其化学成分、组织和性能,的热处理工艺。,基本过程：活性介质分解，表面吸收，向内部扩散。,（,1）.钢的渗碳,目的：提高表层的硬,度的耐磨性，并保持心部良好的韧性。,分类：气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。,a.气体渗碳,加热到 900950，工件在井式渗碳炉中，滴入易于热分解和气化的液体进行渗碳。,b.固体渗碳,颗粒状的木炭为渗碳剂，平均速度为0.1mm/h.,c.渗碳后的组织和热处理,表层含碳量0.85%1.05%，渗碳层厚度为0.5mm2.5mm。,渗碳后进行淬火和低温回火。,(,2).钢的渗氮（氮化）,目的：提高硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。,a.气体渗氮,b.离子渗氮（离子氮化）,(3).碳氮共渗,