金属材料及热处理技术_new

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1、金属材料及其热处理技术第一节概述一、工程材料的分类工程材料分为——金属材料、非金属材料,复合材料,以及纳米材料等。※金属材料又分为:·黑色金属——铁和铁的合金。如:钢、铸钢(铸铁)等。·有色金属——即非铁金属及合金。如:铜及其合金、铝及其合金等。金属材料是最重要的机械制造工程材料。※非金属材料(除金属材料以外的材料)包括:有机材料——如塑料、橡胶等。29无机材料——如陶瓷、玻璃等。二、金属材料的机械性能(力学性能)机械性能是机械零件设计和选材的重要依据。机械性能(力学性能)—有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度,及钢材的可焊性、可锻性、可铸性、可切削加工性等指标。三

2、、常用金属材料1.钢:含碳量<2.11%铁碳合金——称为钢。在钢中特意加一种或几种合金元素——称为合金钢。按照钢的用途不同,可分为:(1)结构钢(2)工具钢(3)特殊钢(4)专业用钢以上四种钢,在车工加工(切削)时,会出现连续削。29部分常用钢的牌号、性能及用途见表1—1若需要详细钢的牌号等,可查《钢铁材料手册》。2.铸铁:含碳量29>2.11%,并含有硅、锰和少量磷、硫等杂质的铁碳合金——称为铸铁。它具有良好的——铸造性,切削(加工)性,及减振性、耐摩性、低的缺口敏感性。根据铸铁中存在碳的形式及石墨形态的不同,分为:铸铁(灰口铸铁)球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁这些铸铁均

3、以游离态的石墨为主,车工加工时出现短削。部分常用铸铁的型号、性能及用途见表1-229其牌号、性能及用途等详细可查《钢铁材料手册》。四、在钢的热处理分类1.保钢的热处理——将钢固态下进行加热、温、冷却,使钢得到预期的组织结构和性能指标的一种热处理工艺方法。任何一种热处理工艺过程都包括:加热、保温、冷却三个阶段。热处理的目的:主要是改变钢的内部组织结构和性能指标,而不是改变钢件的外部形状和尺寸29大小。因此,热处理在机械零件制造中占有重要的地位。2.热处理分类:根据加热,冷却及组性能变化的特点不同。分为:(1)普通热处理——常用(生产中应用最广泛的热处理方法);(2)表面

4、热处理;(3)特殊热处理。※临界点(或线):钢在加热或冷却过程中发生组织转变的温度之后,状态图中的临界温度,其实际转变温度——称为临界点(或线)。它是制定热处理工艺的重要依据之一。五、钢的普通热处理工艺1.退火29将钢加热到临界点以上的温度,保温一段时间,然后缓慢冷却(一般随炉冷却或埋入导热性差的介质中冷却)的一种热处理工艺。主要目的:【1】便于切削加工;降低钢的硬度,【2】消除内应力,以防止钢件的塑性变形与开裂;【3】改善组织,细化晶粒,提高钢的机械性能;【4】为淬火做好组织准备。常用退火方法:完全退火不完全退火球化退火去除应力退火2.正火将钢加热到临界点或Ac1,

5、Accm以上30℃-50℃,保温一段时间后,在空气中冷却(自然冷却)的一种热处理工艺。目的:【1】提高低碳钢的硬度;【2】改善切削加工性能;【3】改善组织,细化晶粒;【4】为最后热处理做组织准备。29与退火相比,正火的冷却速度快。所以获得的组织较细,其强度、硬度稍高,塑性、韧性略有下降,消除内应力不如退火彻底,但生产周期短。3.淬火将钢加热到临界点(Ac3)或(Ac1)以上30℃-50℃,并保温一段时间,然后放入冷却介质中快速冷却,以得到马氏体组织的一种热处理工艺。马氏体具有高硬度(高碳马氏体)或高强度(低碳马氏体),经淬火可显著提高零件和工模具、量具的硬度及耐磨性。

6、所以,几乎所有的工模具和重要零件(部件)都需要进行淬火。因此,淬火是钢强化最有效、最重要的热处理工艺。图1-2热处理工艺曲线淬火介质:常用冷却介质水和油。淬火方法:液单淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。4.回火将淬火后的钢加热到临界温度(点)AC1,以下某个温度,保温一段时间后冷却至室温的热处理工艺。29淬火后的钢虽然强度和硬度显著提高,单韧性往往降低很多。此外淬火时急剧冷却将使钢产生很大的内应力,内应力可导致零件变形甚至开裂。因此,钢淬火后一般都要进行回火处理。回火的目的:【1】减少或消除淬火的内应力【2】使钢的强度、硬度、塑性和韧性达到所需要的机械性能【3】稳

7、定钢件的组织和尺寸淬火的方法:(1)低温回火(150—250度)得到的组织是回火马氏体和残余奥氏体。(2)中温回火(350---500度)得到的组织是回火屈氏体和残余奥氏体。(3)高温回火(500---650度)得到的组织是回火索氏体和残余奥氏体。六、钢的表面热处理方法分为:表面淬火和化学热处理两种方法钢的表面淬火—29是将零件表层以极快的速度加热到临界点以上,发生奥氏体组织转变,而心部受热较少还未达到临界点,尚未发生组织转变,就快速冷却,使表层获得马氏体,心部仍然保持淬火前的组织。这样便得到表面层硬而耐磨,心部具有良好的组织和韧性的性能。一般钢件表

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