金属材料及热处理基础知识培训讲义.ppt

金属材料及热处理基础,生产技术部,一、认识铁、钢,钢铁材料的基本知识,钢铁材料又称黑色金属材料， 是工业中应用最广、用量最多的金属材料 钢铁是钢和生铁的统称， 他们都是以铁和碳为主要元素组成的合金；,1.钢铁材料的基本知识,合金：由两种或以上的金属元素或金属元素与非金 属原素融合而成具有金属特性的物 生铁：含碳量大于2%的铁碳合金称为生铁； 钢： 含碳量不大于2%的铁碳合金称为钢；,1.钢铁材料的基本知识,生铁分类： 炼钢生铁：Si含量低（1.75%） 铸造生铁：Si含量高（3.75%）,1.钢铁材料的基本知识,1.钢铁材料的基本知识,铸铁分类： 按断口分： 白口：碳以渗碳体形式存在。硬、脆、耐磨，无法直接切削加工。用作犁铧等。 灰口：碳以石墨形式存在。有一定的力学性能和良好的切削加工性。应用广泛。 麻口：两者之间。工业上极少应用。,1.钢铁材料的基本知识,铸铁分类： 按生产方法组织性能分 普通灰铸铁： 孕育铸铁：在灰铸铁的基础上，采用“变质处理”，获得性能好的“高级铸铁”。 可锻铸铁：白口铸铁经石墨化处理，有一定的塑性和韧性，其实并不可锻。 球墨铸铁：又称球铁，浇铸是加入“球化剂”，使碳呈球状石墨存在。,1.钢铁材料的基本知识,钢的分类（按化学成分）： 碳素钢：以碳作为主要的合金化元素 合金钢：为改善性能在碳钢基础上加其他合金元素,1.钢铁材料的基本知识,碳素钢： 工业纯铁（0.04%）、 低碳钢（0.25%）、 中碳钢（0.250.6%）、 高碳钢（0.6%）；,1.钢铁材料的基本知识,合金钢： 为改善性能在碳钢基础上加其他合金元素。 低合金钢（5%）； 中合金钢（510%）； 高合金钢（10%）；,1.钢铁材料的基本知识,按用途： 结构钢：建筑及工程用结构钢、机械制造用结构钢。 工具钢： 特殊钢和专用钢：,1.钢铁材料的基本知识,按品质分： 普通钢、 优质钢、 高级优质钢,1.钢铁材料的基本知识,按制造加工方式： 铸钢： 锻钢： 热轧钢： 冷轧钢： 冷拔钢：,钢铁材料的牌号表示方法,国家标准（GB/T221-2000）规定了钢铁产品具体的表示方法，采用汉字及汉语拼音表示。 主要表征名称、用途、特性、工艺方法、化学成分等。 举例： 我国牌号：Q235、T8A、45、20CrMo、GCr15、W18Cr4V 外国牌号：H13、8620、16MnCr5,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,物理性能： 质量（密度）：7.8吨/立方米 热性能：（导热性） 电性能：（导电性） 磁性能：（磁粉探伤及剩磁） 减摩耐磨性能：,1.钢铁材料的基本知识,力学性能： 强度 硬度： 韧性： 塑性： 疲劳： 断裂韧度： 弹性指标：,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,金属材料的性能 （力学性能）,强度 金属材料受外力作用时，对变形和断裂的抵抗能力称为强度。 （抗拉、抗压、抗弯、抗剪、抗扭、屈服强度、持久强度、蠕变强度） 持久强度： 在一定的高温环境下，经过规定时间发生断裂时的应力，一般规定十万小时后的破断强度，通常用外推法取得的。 蠕变强度： 在一定的高温环境下，即使所受应力小于屈服强度，也会随着时间的增长而缓慢地产生永久变形。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能： （力学性能）,硬度 硬度金属材料抵抗其他更应物体压入其表面的能力。硬度是通过试验机测定的，常用的有布氏、洛氏、维氏等硬度。 根据硬度（洛）计算压痕深度：h=（100-HRA、HRC）2m,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能： （力学性能）,韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能 （力学性能）,疲劳 金属材料在极限强度下，长期承受交变载荷（即大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生明显变形的情况下抵抗断裂的能力，用疲劳极限衡量。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能 （力学性能）,断裂韧性 金属材料在裂纹存在的情况下抵抗脆性开裂的能力，是强度和塑性的综合指标。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,化学性能： 耐腐蚀性 抗氧化性 化学稳定性,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,工艺性能： 铸造性（流动性、收缩率、偏析） 锻造性：始锻温度、终锻温度、冷却规范 焊接性： 加工性：硬度和脆性 热处理性：淬硬性、淬透性、变形和开裂趋势、氧化脱碳趋势、过热过烧趋势、回火稳定性、回火脆性、时效趋势,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,工艺性能： 热处理性： 淬硬性 淬透性 变形和开裂趋势 氧化脱碳趋势 过热过烧趋势 回火稳定性 回火脆性 时效趋势,1.钢铁材料的基本知识,电子万能拉力试验机（双空间）,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：,拉伸试验,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：（冲击试验机）,扭转试验机,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：,金属材料的性能：,顶锻 冷弯 杯突 锻平 缠绕,1.钢铁材料的基本知识,扭转 打结拉力 反复弯曲 压扁 扩口 卷边,工材料工艺性能试验：,主要合金元素对材料性能的影响：,碳（C）：最主要的合金化元素，显著提高强度； 硅（Si）：常见元素之一，显著提高强度，尤其是弹性极限（如60Si2Mn），炼钢时作为脱氧剂加入； 锰（Mn）：常见元素之一，提高强度和弹性极限（如60Si2Mn），提高淬透性，细化晶粒。炼钢时作为脱氧剂加入； 磷（P）：显著提高强度和改善切削加工性能，增加脆性脆性（低温），易产生严重偏析，一般作为杂质元素。 硫（S） ：杂质元素。降低韧性，降低抗蚀性，只有用于改善切削性能。 鉻（Cr） ：是常用合金化元素之一，提显著高抗氧化性，提高强度和耐磨性。 镍（Ni） ：常用原素之一，提高强度，改善低温韧性； 还有Mo、Ti、N、O、H等等。,1.钢铁材料的基本知识,：,2.热处理基础知识,奥氏体 铁素体 渗碳体,基 础 相,衍 生 相,珠光体 贝氏体 马氏体 莱氏体,相,2.热处理基础知识,铁素体,奥氏体,渗碳体,2.热处理基础知识,高碳马氏体（针状）,贝氏体,珠光体,低碳马氏体（板状条）,2.热处理基础知识,热处理定义： 热处理是指金属或合金在固态范围内，通过一定的加热、保温、冷却等方法，以改变金属或合金的内部组织，而得到所需要性能的一种工艺操作。,2.热处理基础知识,热处理工艺简介：,退火,正火,淬火,回火,2.热处理基础知识,热处理工艺简介： 退火：加热到一定的温度+保温一定的时间+缓慢冷却（随炉冷却） =目的：改善组织，软化材料，便于加工（冷挤压）。 正火（等温正火）：加热到奥氏体化温度以上+保温一定时间（均匀化）+空气中冷却 =目的：调整硬度，改善组织，细化晶粒，便于加工， 淬火：加热到奥氏体化温度以上+保温一定时间（均匀化）+快速冷却（水、油冷） =目的：提高硬度、强度和耐磨性 回火：加热到奥氏体化温度以下+保温一定时间+适当速度冷却 =目的：减小应力和脆性，调整机械性能，稳定工件尺寸。 ）,时间,油 冷 淬 火,空 冷 正 火,炉 冷 退 火,低温回火,温度,2.热处理基础知识,其他热处理工艺简介： 时效：将工件长时间露天放置=目的：消除应力、稳定尺寸。 冷处理：冷却到-30-150+保温一定时间+低温回火=目的：进一步提高工件硬度，稳定工件尺寸。 表面淬火： 调质：淬火+高温回火=目的：具有一定的强度和韧性，获得良好的综合机械性能 气体渗碳（碳氮共渗）=目的：获得高碳表面层，提高零件表面的硬度和耐磨性；心部保持原有的高韧性和高塑性。 -“内柔外刚” 气体渗氮（氮碳共渗）=目的：获得高氮表面层，大大提高零件表面的硬度和耐磨性；心部保持原有的高韧性和高塑性。-“内柔外刚” 表面改性：氧化（发蓝或发黑）、磷化、钝化,2.热处理基础知识,常见材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷： 热处理缺陷：,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷：椭圆度-最大直径与最小直径之差； 表面质量缺陷： 裂纹：钢材表面呈直线的裂纹现象、与轧制方向一致 发裂：长度和宽度都较小，在10倍放大镜下观察 刮伤（划痕、拉伤）：呈直线或弧形的沟痕（可以见底） 折叠：表面局部重,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 锈蚀： 水渍-受雨水等侵蚀，尚未起锈，仅在表面呈黑色或暗红色的水纹印迹； 浮锈（轻锈）-呈黄或淡红色细粉末状，去锈后仅轻微损伤氧化膜（蓝皮）； 中锈（迹锈）-钢材去锈后，表面粗糙，留有锈痕； 重锈（层锈）-钢材去锈后，表面呈现麻坑的严重锈蚀；,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷： 疏松、 偏析、 气泡、 裂纹、 夹杂、 带状、 翻皮、 白点,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷：疏松,圆钢表层不致密 连铸冷速过慢所至,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷：偏析,C=0.191% 密度7.82,C=0.209% 密度7.80,C=0.201%密度7.71,C=0.171%密度7.85,矩形偏析框（长宽比1.7） 最大成分变差0.038% 最大密度变差0.135,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷： 偏析,图片13：柱状枝晶严重,柱状枝晶长25mm,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷： 气泡,气孔呈发纹态,感应炉冶炼圆钢低倍组织 内部气孔多，不致密 放置1小时后腐蚀残酸浸出,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷： 裂纹,发纹是枝晶间夹杂物集中所致,发纹在枝晶夹缝处,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺陷： 带状,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷： 材料形状缺陷： 材料表面质量缺陷： 内部缺