钢铁材料及热处理PPT推荐.ppt
- 文档编号:7155427
- 上传时间:2023-05-08
- 格式:PPT
- 页数:70
- 大小:4.09MB
钢铁材料及热处理PPT推荐.ppt
《钢铁材料及热处理PPT推荐.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢铁材料及热处理PPT推荐.ppt(70页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
硬度值的物理意义随其试验方法的不同而不同。
工程上常用的有:
布氏硬度洛氏硬度HBS或HBWHRA、HRC、HRB,9,第一章钢铁材料及热处理第一节金属及合金的性能,布氏硬度计,洛氏硬度计,布氏硬度试验是用一定的载荷F,将直径为D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力作用下,压入被测材料的表面,保持一定的时间后卸去载荷,以载荷与压痕表面积的比值作为布氏硬度值。
洛氏硬度试验是用一定的载荷将顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压人被测试样表面,根据压痕的深度确定它的硬度值。
10,用布氏硬度试验测材料的硬度值,其测试数据比较准确,但不能测太薄的试样和硬度较高的材料。
用洛氏硬度计可以测量从软到硬的各种不同材料,这是因为它采用了不同的压头和载荷,组成各种不同的洛氏硬度标尺。
硬度和强度一样,都反映了材料对塑性变形的抗力。
硬度还影响到材料的耐磨性,在一般情况下,硬度高,其耐磨性能也较好。
测量布氏硬度时,由于F和D都是定值,所以,一般是先测得压痕直径d,根据d查表确定材料的布氏硬度值。
布氏硬度值越大,材料越硬。
11,第一章钢铁材料及热处理第一节金属及合金的性能,1.4冲击韧性:
材料抵抗冲击载荷的能力。
Akv冲击功,Jak冲击韧性值,J/cm2,冲击试验机,Akv=G(H1-H2)JA试样断口处截面积,12,第一章钢铁材料及热处理第一节金属及合金的性能,1.5疲劳强度材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂的最大应力。
疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。
据统计,机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏,而且疲劳破坏前没有明显的变形,所以疲劳破坏经常造成重大事故,所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。
13,第一章钢铁材料及热处理第一节金属及合金的性能,2.物理性能和化学性能物理性能:
密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等;
化学性能:
耐腐蚀性能(酸、氧化);
耐蚀性:
金属材料对周围介质(如大气、水汽及各种电介质)侵蚀的抵抗能力。
14,第一章钢铁材料及热处理第一节金属及合金的性能,3.工艺性能金属材料适应加工工艺要求的能力。
铸造性能锻压性能焊接性能切削性能,按照工艺方法不同划分,由材料的物理性能、化学性能、力学性能综合决定。
15,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,碳钢、铸铁机械制造各部门中,应用最广泛的材料。
资源丰富、冶炼简单、价格低廉、具有良好的力学性能、工艺性能。
1.碳钢碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金;
含碳量2.11%,还含有少量硅、锰、硫、磷等杂质。
16,1.1碳及杂质对碳钢的影响碳-钢中的主要元素,对碳钢的性能影响最大,含碳量升高,强度、硬度提高,而塑性、韧性下降;
硅-钢中有益的元素,它能消除氧的不良影响,并能适当提高钢的强度、硬度和弹性,而使塑性和韧性有所下降;
锰-钢中有益的元素,能使钢的强度、硬度增加,减少氧和硫对钢的危害,因含量较少,对钢的性能影响不大;
硫-来自矿石和燃料,不熔于铁,与铁化合生成FeS。
FeS与Fe形成共晶体,热脆,严格控制含硫量;
磷-强度、硬度增加,塑性、韧性显著下降,冷脆,严格控制含磷量。
17,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,1.2碳钢的分类、编号、性能和用途
(1)分类,碳含量:
低碳钢Wc0.60%,钢的质量普通质量碳钢Ws,Wp0.045%优质碳钢Ws,Wp0.035%特殊优质碳钢Ws,Wp0.020%,用途不同碳素结构钢碳素工具钢,18,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,1.2碳钢的分类、编号、性能和用途
(2)编号a.碳素结构钢:
以钢材厚度(或直径)不大于16mm钢的屈服强度数值表示。
Q+屈服强度数值+质量等级符号+脱氧方法Q-钢的屈服强度;
A,B,C,D-质量等级;
F-沸腾钢;
Z-镇静钢;
b-半镇静钢;
TZ-特殊镇静钢例:
Q235-A表示屈服强度(s)为235MPa的A级普通碳素结构钢。
19,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,沸腾钢(F)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:
钢收率高,生产成本低,表面质量和深冲性能好。
缺点:
钢杂质多,成分偏析较大,所以性能不均匀。
20,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,镇静钢(Z)为完全脱氧的钢。
通常铸成上大下小带保温帽的钢锭型,浇注时钢液镇静不沸腾。
由于钢锭模上部有保温帽(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,故钢的收缩率低,但组织致密,偏析小,质量均匀。
优质钢和合金钢一般都是镇静钢。
半镇静钢(b)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。
21,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,b.优质碳素结构钢牌号:
两位数字,表示钢平均碳量的万分数;
10-25号钢强度低,塑性、韧性、焊接性能好;
冲压、焊接件30-55号钢强度、韧性高;
齿轮、轴、键、重要的螺钉60号钢强度、硬度高,弹性好;
弹簧例:
45钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
22,c.碳素工具钢(高碳钢)制造切削刀具、量具和冲压或冷拉模具牌号:
T+数字+A,数字表示钢平均碳含量的千分之几;
A表示高级碳素优质工具钢。
例:
T12A表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。
23,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.纯铁的晶体结构和结晶过程2.1金属的晶体结构,在显微镜下观察金属的金相试样时,可以看到金属是由许多外形不规则的小颗粒所组成的,这些小颗粒统称为晶粒,而晶粒之间的交界处称为晶界。
24,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.纯铁的晶体结构和结晶过程2.1金属的晶体结构晶体是指其原子按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。
原子排列简化近似:
1.将实际晶体结构视为完整无缺理想晶体;
2.把原子看成是不动的等径刚球质点;
3.原子在三维空间紧密堆积;
4.没有局部排列不规则的缺陷;
25,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.纯铁的晶体结构和结晶过程2.1金属的晶体结构,晶格,晶格:
表示晶体中原子排列形式的空间格子。
一种晶格反映出一定的排列规律。
26,晶面,晶格中各种方位的原于面称为“晶面”。
可以说晶体(晶格)是由层层的晶面堆砌而成的。
27,晶向,晶格中由原子(结点)所组成的任一直线,都能代表晶体空间的一个方向,这种方向称为“晶向”。
28,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.1金属的晶体结构晶胞:
组成晶格的最基本单元(即:
从晶格中取出一个最基本的几何单元来表达晶体中原子排列特征)。
29,密排六方晶胞,体心立方晶胞,面心立方晶胞,晶胞的形式,常见的金属晶胞结构:
30,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.2纯铁的结晶过程和同素异构转变2.2.1纯铁的结晶过程结晶:
一切物质由液态转变为固态晶体的过程。
实质是原子从不规则排列过渡到规则排列的过程。
过冷度:
实际结晶温度与理论结晶温度之差。
过冷度不是恒定值,其大小取决于液体金属的冷却速度、金属的性质和纯度。
31,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.2.1纯铁的结晶过程结晶过程是金属晶核形成和晶核长大的过程。
一般情况下,金属是由许多外形不规则、位向不同的小晶粒组成多晶体。
在结晶温度时,液体中形成一些极小的晶体(晶核)。
已形成的晶核不断长大,同时在液体中又产生新的晶核,并逐渐长大。
由于结晶条件不同,晶粒大小差别很大。
细晶组织具有良好的力学性能。
在生产上往往采用增大过冷度或在液态金属中加入少量的变质剂的方法来获得细的晶粒。
32,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.2.2纯铁的同素异构转变金属具有两种或两种以上的晶格结构的性能称为“同素异构性”;
金属的晶格结构随温度的变化而改变的现象称为“同素异构转变”。
这种转变与液态金属的结晶类似,也包含晶核的形成与长大。
转变时也放出结晶潜热,也在恒温下进行,也有过冷现象等。
如:
Fe、Mn、Co、Sn等金属,33,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,2.2.2纯铁的同素异构转变纯铁在770时,发生磁性转变,770以下具有磁性,770以上无磁性。
770,无磁性,有磁性,34,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,3.合金相图的建立3.1基本概念1)合金:
有两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的物质。
2)相:
在物质中,凡是成分相同,结构相同,并与其他部分以晶界分开的均匀组成部分,称为相。
3)组织:
一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体。
相的相对数量、形状、尺寸和分布的不同,形成了不同的组织,不同的组织使合金具有不同的力学性能。
35,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,4)组元:
组成合金的最简单、最基本,能够独立存在的物质。
元素或稳定化合物(Fe3C)。
5)合金系:
由给定组元配制成一系列成分不同的合金,组成一个合金系统。
由两个组元组成的合金系称为二元系;
由三个组元组成的合金系称为三元系;
由多个组元组成的合金系称为多元系。
36,6)相平衡:
合金中参与结晶或相变过程的各相之间的相对质量和相的浓度不再改变时的状态。
7)相图:
以温度为纵坐标,成分为横坐标,表明合金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成,以及这些相之间平衡关系的图形。
亦称平衡图或状态图。
37,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,8)固溶体合金在固态时,组元间会互相溶解,形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相,这种新相称为固溶体。
晶格与固溶体相同的组元为固溶体的溶剂;
其他组元为溶质。
按溶质原子在溶剂晶格中所占的位置,置换固溶体间隙固溶体,38,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,
(1)置换固溶体:
溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。
由于溶入了溶质原子,造成晶格的畸变,改变晶格常数。
硬度、强度增加,发生固溶强化。
39,
(2)间隙固溶体:
溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。
溶质原子溶入溶剂晶格间隙后,将使溶剂晶格发生畸变,晶格常数增大,合金的强度、硬度增加。
40,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,3.2合金相图:
用图解方法表示合金系中合金状态、温度和成分关系。
各种成分的合金,各相的相对含量、成分发生变化,了解合金的组织状态和预测合金的性能按要求来研究新的合金制订铸造、锻压、焊接及热处理工艺,温度,41,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,3.2.1二元相图的建立热分析法:
(以Cu-Ni系相图为例)配制一系列成分不同的Cu-Ni合金;
测定上述各合金的冷却曲线;
找出各合金的临界点;
以温度为纵坐标、以成分为横坐标,各临界点连接起来,42,二元合金相图的建立,Tr3,80%A20%B,60%A40%B,40%A60%B,20%A80%B,100%B,100%A,43,金属工艺学钢铁材料及热处理,44,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,Acm,A3,A1,A+F,F,45,金属工艺学钢铁材料及热处理,K,D,A,G,P,S,E,C,F,Q,2、铁碳合金状态图及其分析,L,A,F,P,Ld,L+A,L+Fe3C,A+F,铁碳合金分类:
工业纯铁:
WC0.0218%碳素钢:
0.02%WC2.11%铸铁:
WC2.11%,A+Fe3C,P+F,P+Fe3C,46,金属工艺学钢铁材料及热处理,铁碳合金的基本组织:
1)铁素体(F):
2)奥氏体(A):
3)渗碳体(Fe3C):
碳溶于-Fe所形成的间隙固溶体,其结构为体心立方晶格。
在727有最大的溶解度0.0218%,室温下的溶解度仅为0.0008%,是一种软而韧的相。
碳溶于-Fe所形成的间隙固溶体,结构为面心立方晶格。
在1148时有最大的溶解度2.11%,在727时其溶碳量下降到0.77%。
也是一种软而韧的相。
是铁和碳形成的金属化合物,具有复杂的晶格类型,碳含量为6.69%,是一种硬而脆的相。
47,5)莱氏体(Ld):
由F与Fe3C相间排列而形成的机械混合物,b=800MPa,=20-25%,180HB,其综合力学性能好。
铁碳合金室温组织主要是:
FFe3CP,高温下是A与Fe3C组成的机械混合物,727以下则是由P与Fe3C组成的机械混合物,wc=4.3%,性能硬而脆,700HB=0%。
4)珠光体(P):
48,金属工艺学钢铁材料及热处理,3)碳钢的结晶过程,
(1)wc=0.77%钢的结晶,1,2,3,温度结晶情况组织,Tt1没有结晶L体T=t1开始结晶L+A,T=t2结晶结束A体t2t3组织不变A体,Tt3组织基本不变P体,常温下组织全部是P体的钢叫共析钢。
共析钢的WC=0.77%,49,金属工艺学钢铁材料及热处理,
(2)wc=0.45%钢的结晶,1,2,3,温度结晶情况组织,Tt4组织基本不变P+F,4,常温下组织是P+F的钢叫亚共析钢,亚共析钢的wc0.77%。
P+F,0.45,50,金属工艺学钢铁材料及热处理,(3)Wc0.77%钢的结晶过程,1,2,3,4,P+F,碳含量大于0.77%钢叫过共析钢。
过共析钢的常温组织是P+Fe3C。
温度结晶情况组织,Tt4组织基本不变P+Fe3C,P+Fe3C,51,金属工艺学钢铁材料及热处理,K,D,A,G,P,S,E,C,F,Q,2、铁碳合金状态图及其分析,L,A,F,P,Ld,L+A,L+Fe3C,A+F,铁碳合金分类:
WC2.11%,A+Fe3C,P+F,P+Fe3C,52,铁碳合金的分类:
工业纯铁:
0.0218%钢:
0.0218%2.11%亚共析钢:
0.0218%0.77%共析钢:
0.77%过共析钢:
0.77%2.11%白口铁:
2.11%6.69%亚共晶白口铁:
2.11%4.3%共晶白口铁:
4.3%过共晶白口铁:
4.3%6.69%,53,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,54,第一章钢铁材料及热处理第二节铁碳合金及其状态图,1,2,3,4,5,6,55,2)铁碳相图结构分析,特性线、点的含义,ACD线:
AECF线:
液相线固相线,C:
共晶反应,共晶体Ld,ECF线:
共晶转变线,共晶点,ES线:
碳在A体中的溶解度曲线。
A+Fe3C,GS线:
S:
共析反应,共析体P。
共析点,PSK线:
共析转变线,所在温度727。
56,金属工艺学钢铁材料及热处理,1-3钢的热处理,将固态金属或合金采用适当的方式进行加热,保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
1热处理:
一、热处理的基本概念,改善和提高金属材料的力学性能;
满足金属材料的加工和使用要求;
延长机器零件的使用寿命,节约金属材料,降低成本。
2热处理目的:
57,金属工艺学钢铁材料及热处理,1-3钢的热处理,加热、保温和冷却。
3热处理过程分为三个步骤:
加热:
把需要热处理的钢件置于加热炉中,加热到所需温度;
保温:
使加热到所需温度的钢件保持一定的时间,达到内外温度趋于一致,使钢的组织得到充分的转变;
冷却:
把加热、保温后的钢件放到适当的介质中进行冷却,以获得所需要的钢的内部组织。
58,金属工艺学钢铁材料及热处理,1-3钢的热处理,4热处理分类,整体热处理:
表面热处理:
化学热处理:
退火、正火、淬火、回火。
火焰加热、感应加热、表面淬火等。
渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
59,金属工艺学钢铁材料及热处理,二、钢的热处理工艺,1、钢的退火,1)定义:
将钢加热到高于临界点温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过亚共析钢)以上2030或低于临界点温度(Ac1)的某一温度,保温一定时间,然后缓慢冷却下来(炉冷、砂冷等)的热处理方法。
60,金属工艺学钢铁材料及热处理,2)目的:
a.降低硬度,改善切削加工;
b.消除应力,稳定尺寸;
c.细化晶粒,调整组织,消除缺陷,为后续热处理作好组织准备。
3)种类:
完全退火、球化退火、去应力退火、等温退火、均匀化退火等多种。
61,金属工艺学钢铁材料及热处理,二、钢的热处理工艺,2、钢的正火,1)定义:
将钢加热到AC3或Accm以上3050,保温后在空气中冷却的工艺。
2)目的和用途:
细化晶粒,提高力学性能;
提高硬度,以利切削加工;
消除过共析钢中的网状二次渗碳体;
61,62,金属工艺学钢铁材料及热处理,3、钢的淬火,1)淬火:
将钢件加热到AC3或Ac1线以上某一温度,保温一定时间,然后快速冷却以得到马氏体(M)组织的热处理工艺。
2)目的:
获得M体组织,提高钢的硬度和耐磨性,为最终热处理做准备。
M体:
碳在-Fe中的过饱和固溶体。
其硬度随钢中碳含量的增加而增加。
4、钢的回火,回火:
淬火后的钢件再加热到AC1点以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。
63,金属工艺学钢铁材料及热处理,1、回火的工艺特点和目的,工艺特点:
淬火后进行;
加热温度在AC1线以下。
目的:
稳定组织;
消除应力;
提高韧性。
2、回火的分类和应用,低温回火(150250):
高温回火(500650):
中温回火(350500):
性能:
具有高的硬度(5864HRC)和高的耐磨性,内应力脆性韧性。
用途:
用于耐磨件,量具、工具以及渗碳或表面淬火的工件。
内应力脆性HB(3545HRC)e用途:
多用于弹性零件。
完全消除内应力,综合性能好,硬度2035HRC。
受力较复杂的重要件,如机器的主轴、齿轮等。
淬火+高温回火称为调质处理,64,金属工艺学钢铁材料及热处理,三、钢的表面热处理,1、钢的表面淬火,2、钢的化学热处理,仅对钢的表层进行淬火的工艺,其表层得到硬而耐磨的M体,而心部则仍是塑性、韧性较好的组织,即所谓的外硬里韧。
感应加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火,用一种或几种元素渗入钢的表面,改变钢表层的化学成份、组织和性能的热处理工艺。
1、钢的渗碳2、钢的氮化3、碳氮共渗,65,金属工艺学钢铁材料及热处理,1-4其他常用金属材料,在碳素钢的基础上,为了改善钢的组织和性能,在冶炼时有意加入某些元素所获得的钢种,叫合金钢。
常用的合金元素有:
Si(0.4%)、Mn(0.8%)、Cr、Mo、W、V、Ti、Co、Al、RE等。
合金结构钢:
用于制造重要的机器零件和工程构件。
合金工具钢:
用于制造重要的工具、模具。
特殊性能钢:
具有某些特殊物理、化学性能的钢种。
1、合金钢分类(按主要用途),一、合金钢,66,金属工艺学钢铁材料及热处理,2、合金钢牌号的表示方法,结构钢:
两位数字+合金元素符号+数字如60Si2Mn工具钢和特殊性能钢:
一位数字+合金元素符号+数字如9SiCr,合金钢,合金结构钢:
合金工具钢:
特殊性能钢,9SiCr,W18Cr4V(高速钢),1Cr18Ni9Ti,4Cr6Si2,ZGMn13,普通低合金结构钢(普低钢):
合金渗碳钢:
合金调质钢:
合金弹簧钢:
滚动轴承钢:
16Mn,20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn,GCr15,67,金属工艺学钢铁材料及热处理,二、铸铁(Wc2.11%的铁碳合金),铸铁按碳存在形式分为白口铸铁:
灰铸铁:
蠕墨铸铁:
球墨铸铁:
碳几乎全部以渗碳体的形式存在,断口呈银白色。
碳的大部或全部以片状石墨形态存在,断面呈灰暗色。
HT200,碳以蠕虫状石墨形态存在。
碳大部或全部以球状石墨形态存在。
QT600-3,68,69,70,THEEND,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钢铁 材料 热处理