金属工艺基础培训课件

1、金属工艺学基础知识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FFF2.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。FFF 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

2、（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

3、硬度加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值应用范围20671500N120金刚石圆锥体HRC251001000N1.588mm钢球HRB7085600N120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1538c1394c912c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

4、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： Fe3C，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：FFe3C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 Fe3C 7271148。（高温莱氏体） LdP Fe3C 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

5、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PWC=0.77的奥氏体同时析出F与Fe3C 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

6、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ACDEGPSQ 1538 1148 1227 1148 912 727 727 室温04.36.692.1100.020.770.0008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

7、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

8、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 LL+AAA+Fe3CF+AA+Fe3C+LdP+Fe3C+LdP+Fe3CPP+FLdLdL+Fe3CLd+Fe3CLd+Fe3CLdP+Fe3C+Fe3C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

9、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、20Cr9Cr2、CrWMn2Cr13、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。

10、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

11、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WC=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0.71.3GB/T129886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

12、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

13、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:

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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Ac1 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，