碳钢与钢的热处理.ppt

化工机械基础 清远市技师学院 复习 1、化工机械和化工机器有什么不同？ 2、金属的定义？黑色金属主要有哪些？ 3、碳钢是属于什么金属？ 4、铁与黄铜的熔点哪个高些？ 5、什么是金属的导热性和热膨胀性？ 5、从导热性能上考虑，换热器和保温器应 采 用哪些材料？ 6、什么是应力？ 三、力学性能 强度 指金属材料在静载荷作用下抵抗塑性 变形和断裂的能力。常用的强度指标 有： （1）屈服强度 指金属试样在拉伸过程中，当载荷 达到某一值时，载荷不变而试样仍继 续伸长的现象称为屈服。 三、力学性能 （2）抗拉强度 指金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大 负荷与试样原始截面积之比。 （3）疲劳强度 指金属材料在无数次重复的交变载荷作用下 而不至于破坏的最大应力称为疲劳强度。 （4）蠕变强度 指金属材料长期在高温条件下受热应力的作 用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象称为金 属的蠕变。 三、力学性能 硬度 含义：指金属材料抵抗硬物压入的能力。 金属被压以后，在它上面留下的压痕越小 或越浅，硬度就越高。 常用的指标有布氏硬度（HBW)、洛氏硬 度（HRC）、维氏硬度。 三、力学性能 塑性 含义金属材料受外力作用后产生永久变形 而不断裂的能力称为塑性，通常用断后伸 长率A和断面收缩率Z表示。 断后伸长率A数值越大，塑性越好； 断面收缩率Z数值越大，塑性越好。 三、力学性能 冲击韧度 金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力。冲击韧度越大， 表示材料的韧性越好。 四、工艺性能 铸造性能：指金属熔化成液体后在铸造成 型时所具有的一种特性。 锻压性能：是金属材料在锻压过程中承受 塑性变形的能力。 焊接性能：是指金属材料对焊接加工的适 应性，在一定的焊接工艺条件下获得焊接 接头的难易程度。 切削加工性能：是指金属在切削加工时的 难易程度。 第二节 碳钢 认识名词： 碳钢：含碳量大于0.0218%且小于2.11%，不含 特意加入的合金元素的铁碳合金称为碳素钢。 碳钢中其他元素对钢的影响： 硅和锰为有益元素，有利于提高钢的强度、硬 度，锰可以减轻硫对钢的危害性。 硫和磷为有害元素。硫导致钢材高温时开裂， 含硫量越高，热脆性越严重。低温时，磷使钢 材的塑性和韧性下降，温度越低，冷脆性越严 重。 一、碳钢的分类 按含碳量分类 低碳钢：含碳量小于等于0.25%。 中碳钢：含碳量为0.250.60%。 高碳钢：含碳量大于0.6% 一、碳钢的分类 按质量分类： 碳钢质量的高低主要根据有害杂质S和P 的 含量来分类： 普通优质钢：Ws0.050%，Wp0.045% 优质钢：Ws0.035%，Wp0.035% 高级优质钢：Ws0.025%，Wp0.025% 一、碳钢的分类 按钢的用途分类： （1）结构钢 主要用于制造各种机械零件（如轴、 齿轮、轴承等）和工程结构件（如建筑结 构、桥梁、船舶、压力容器等），其含碳 量一般都小于0.70%。 一、碳钢的分类 （2）工具钢 主要用于制造各种刀具、量具和模具 等，其含碳量一般都大于0.70% （3）专业用钢 专业用钢是指各个工业部门具有专业 用途的钢。 一、碳钢的分类 按脱氧程度分类： （1）沸腾钢：是脱氧不完全的钢，浇注时 钢水在锭模中放出大量一氧化碳气体，造 成沸腾现象。 （2）镇静钢：是完全脱氧的钢，浇注时在 钢锭模里钢液镇静，没有沸腾现象。 （3）半镇静钢：是脱氧程度介于沸腾钢和 镇静钢之间的钢。 思考： 沸腾钢和镇静钢哪个致密程度比较好？ 参考答案：镇静钢的致密程度比较好。沸 腾钢中分布着很多微小气泡，延伸率好， 但机械强度比较低。 注：沸腾钢内部杂质和夹杂物多，化 学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲 击韧性和可焊性差，但生产成本低，可用 于一般地建筑结构。 而镇静钢是指在浇铸时，钢液平静地 冷却凝固，基本无一氧化碳气泡产生,是脱 氧较完全的钢。钢质均匀密实，品质好， 但成本高。镇静钢可用于承受冲击荷载地 重要结构。 二、碳钢的牌号及用途 1、碳素结构钢 碳素钢牌号的构成：Q(屈服强度)+屈服强度 数值+质量等级符合+脱氧方法符号 质量等级符合：A,B,C,D，A级含硫、磷的含 量最高，D级最低。 脱氧方法符合：用F、b、Z、TZ表示，F表示 沸腾钢，b表示半镇静钢，Z是镇静钢，TZ 是特殊镇静钢。 二、碳钢的牌号及用途 如：Q235-AF表示屈服强度为235MPa的A 级沸腾钢。 问：Q195-Bb、Q160-CZ、Q235-DTZ,12 分别表示什么？ 碳素钢的特点：杂质和非金属杂物较多， 冶炼容易，工艺性能好，价格低廉，产量 大，常用于厂房、桥梁、船舶等建筑结构 或受力不大的机械零件。 二、碳钢的牌号及用途 2、优质碳素结构钢 优质碳素钢的牌号为两位数字，这两 位数字表示钢的平均含碳量的万分数。如 08表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结 构钢。优质碳素结构钢特点：刚中所含的 硫、磷及非金属夹杂物量较少，常用来制 造重要的机械零件，使用前一般要经过热 处理来改善力学性能。 二、碳钢的牌号及用途 3、碳素工具钢 碳素工具钢的的牌号以汉字“碳”的汉 语拼音字母的字首“T”及后面的数字表示 ，数字表示钢中平均含碳量的千分数，如 T8表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 高级优质碳素工具钢，在牌号后面加字母 A表示。 二、碳钢的牌号及用途 用途：适用于制造尺寸较小，进给量 较小 的低速切削工具以及形状简单的量具，也 可用于制造较简单的量具。 二、碳钢的牌号及用途 4、铸造碳钢 铸造碳钢的牌号由“ZG”+两组数字组 成，一组表示屈服强度，另一组表示抗拉 强度。如ZG230-450. 用途：用于制造形状复杂，力学性能 要求高的机械零件，广泛用于制造重型机 械的某些零件。 第三节 钢的热处理 名词学习： 热处理：将固态金属或合金采用加热、保 温和冷却的方法，以获得所需要的组织和 性能的工艺。 热处理工艺过程：加热保温冷却。 热处理工艺分为 整体热处理、表面热处理 和化学热处理。 整体热处理分为：退火、正火、淬火、回 火等。 表面热处理分为表面淬火和物理气相沉积 。 化学热处理分为渗碳、渗氮和碳氮共渗等 。 一、退火，又称焖火。 将钢加热到一定的温度（约为800， 钢呈樱红色）再保温一段时间，然后缓慢 冷却至常温。 缓慢冷却的方法有炉冷、坑冷、灰冷、 沙冷等。 退火目的：降低硬度、利于加工，消除 应力，稳定尺寸；消除缺陷，预先处理。 二、正火 正火是将钢加热到一定的温度，保温 一段时间，再在空气中冷却的热处理工艺 。 目的：一是细化钢的组织，消除内应力， 消除过热缺陷；二是对低碳钢正火可调整 硬度，便于切屑加工；三是对中碳钢正火 可获得综合的力学性能，代替调质处理； 四时用于中碳钢或合金结构钢淬火前的预 先热处理，以防止淬火缺陷。 三、淬火 淬火指将钢加热到一定温度（与退火温度 基本相同），保温一段时间，然后快速冷 却至常温的热处理工艺。 常用的冷却介质有：水、油、盐浴或碱浴 。 目的：提高工件的强度和硬度，经过淬火 的工件，它的强度和硬度会显著提高但韧 性很差。淬火后须进行回火处理，以保证 工件适当的韧性和强度。 四、回火 回火指将淬火后的工件重新加热到（727 以下）某一温度，并在此温度下保温一定时 间，然后在空气中冷却至常温的热处理工艺 。 目的：减小或消除淬火造成的内应力，提高 钢的韧度，降低脆性，稳定钢的内部组织及 保持零件的形状和尺寸。 根据加热温度不同，回火可分为： （1）低温回火 是在150250范围内进行。目的是 为了降低工件淬火后的内应力和脆性，回 火后硬度为5864HRC, 主要用于刀具、量 具、模具以及其他要求硬而耐磨的零件。 （2）中温回火 是在250500范围内进行。目的是使工件 在保持一定的韧性的条件下提高弹性和强度。 回火后的钢的硬度为4050HRC。中温回火主要 用于弹簧、锻模等。 （3）高温回火 是在500650范围内进行。目的是使工件 具有一定的强度、硬度（2540HRC）,而且具有 良好的塑性和韧性。通常淬火+高温回火称为调 质处理。 五、表面热处理 表面淬火的方法：包括火焰加热表面淬火 和感应加热表面淬火。 火焰加热表面淬火： 用氧乙炔（或其它可燃气体）对工件表 面进行加热，随后快速冷却的热处理方法 ，称为火焰加热表面淬火。 特点:设备简单，淬硬速度快，变形 小；其加热温度及淬硬层深度不易控制 ，淬火质量不稳定，适用于单件、小批 量生产，可用于由碳钢、中碳合金钢制 造的大型工件。 五、表面热处理 感应加热表面淬火： 用一定频率的感应电流加热工件表面（快 速加热），然后快速冷却的热处理工艺称 为感应加热表面淬火。 工件淬硬层深度与电流频率的关系：淬硬 层深度取决于电流频率、频率越高，淬硬 层深度越小；频率越低，淬硬层深度越大 。 五、表面热处理 五、表面热处理 特点：感应加热表面淬火时工件的淬 硬层深度易于控制，淬火变形小，加热速 度快，生产效率高，便于实现机械化、自 动化。 六、化学热处理 化学热处理指将工件置于化学介质中加 热、保温、冷却，使介质中的某些元素渗 入工件表面，以改变其表层化学成分和组 织的一种热处理工艺。 化学热处理改变了钢的组织，表面层 的化学成分也发生了变化。 六、化学热处理 过程：渗入介质在高温下通过化学反 应进行分解，形成的活性原则，被工件表 面吸收，并逐渐向工件内部扩散。 六、化学热处理 渗碳：指将用低碳钢或低碳合金钢制 造的工件放在含碳的介质中加热至高温（ 900950），使活性碳原子渗入工件表 面层的一种工艺。渗碳后再经淬火及低温 回火，工作表层具有高硬度和高耐磨性， 而心部仍保持一定的强度和高韧度。 六、化学热处理 渗氮：在一定温度下，使活性氮原子 渗入工件表面的化学热处理工艺。可以提 高零件的表面硬