金属工艺学教案全.doc

金属工艺学教案绪论一、为什么要学金属工艺学（机械工程材料工艺学）？金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课。它主要传授各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互关系；金属零件的加工工艺过程和结构工艺性；常用金属材料性能对加工工艺的影响；工艺方法的综合比较等。研究的对象：常用的工程材料、材料的各种加工处理工艺。例如：钢铁、铝合金、铜合金、塑料等材料及热处理工艺、焊接工艺、铸造工艺、切削加工工艺等加工处理工艺。举例：常用主轴材料：45 。技术要求：调质处理。 箱体材料：HT200。技术要求：退火。国家工业发展的三大支柱：材料、信息、微机。1.工程材料是国家工业发展的物质基础。工业和日常生活都离不开工程材料的使用，研究材料最终是为人类的文明进步而服务。2.作为工科类专业所必须掌握的一门功课。基础课（桥梁） 专业课 机械工程材料工艺学是一门技术基础课，对专业课和基础课起着桥梁的作用。二、机械工程材料工艺学课程有什么特点？1.本课程同实践紧密相联系，是一门实践性很强的学科。2.通过生产实践才能融会贯通地学习掌握（安排了钳工、金工实习）。3.为了弥补实践方面的不足，采用录像教学以及到工厂参观和实习，通过师生的相互努力来学好这门功课。三、怎样才能学好机械工程材料工艺学？1.注意各章节的联系、学习、复习、巩固、应用、总结。2.要理解、要提问题、不能累计问题。3.抓住主要内容：金属材料及热处理基本知识，铸造、锻造、焊接、切削加工基本常识。随着科学技术和生产力的不断发展，金属工艺学的内容构成也有所发展。应当指出，本课程的发展必然是有关学科的相互渗透和综合，而不是兼收并蓄、包罗万象、内容越来越复杂。它仍属工艺学范畴。金属工艺学是实践性很强的技术基础课，它有利于对学生进行技能训练，有利于培养学生具有更高的实际能力和开拓精神。第一篇 金属材料导论复习旧课：了解本课程的性质。合金的定义：一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料（导电性、延展性、光泽、导热性）。常用的是：钢和铁、铜合金、铝合金等（理论联系实际）。钢铁的冶炼：一、炼铁：1.原料：空气提供氧气，助燃作用。铁矿石铁 （有贫矿和富矿之分）我国常用的是 Fe2O3（赤铁矿）、Fe3O4（磁铁矿）、Fe2O3.3H2O（褐铁矿）、（伴随着SiO2、MnO、S、P等杂质）。焦炭还原剂、提供热能（炼焦厂生产）。CO2CO2Q、 CO2CCOQFe2O3COFeCO2Q熔剂造渣剂，去除杂质，（石灰厂生产）CaCO3（石灰石）、CaO（生石灰）（举例：家用磷钒净水作用）。CaCO3CaOCO2CaOSiO2CaSiO3（）CaOFeSCaS（）FeOFeO+CO2.设备：高炉。（衡量质量指标系数：焦炭比）。组成：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。3.产品：生铁：炼钢 制造铁制品等。高炉煤气：日用燃料等。炉铁渣：水泥、玻璃 （提纯）。二、炼钢：1.原料：生铁铁的来源。氧气精炼提纯的作用。FeO2FeOFeOSiSiO2FeFeOCCOFeFeOMnMnOFeSiO2MnOMnSiO2（）造渣剂（熔剂）（生石灰）主要去除S、P等杂质。（举例：家用磷钒净水作用）FeSFeSCaOFeSCaS（）FeOPO2P2O5FeP2O5Fe3（PO4）2CaOFe3（PO4）2Ca3（PO4）2（）FeO2.设备：转炉（正在普及设备）、电弧炉（最好）、平炉（淘汰设备）。3.产品：钢锭（简称钢包）：有特镇静钢（TZ）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）、沸腾钢（F）。钢渣。煤气。 第一章 金属材料的主要性能复习旧课：钢铁的冶炼。提问：炼钢、铁的原料？ 第一节 金属材料的力学性能（机械性能）材料的性能： 使用性能：物理性能、化学性能、力学性能（机械性能）。 工艺性能：热处理性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能。 力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出（静载荷、动载荷、交变载荷）的性能。一、 强度与塑性概念：静载荷、应力试验：拉伸实验 试样低碳钢、L05d0、L010d0 GB（639786）要求同学们实验指导书（图书馆查资料，锻炼学生的自学能力）。材料的力学性能实验。分析：（从中导出材料的强度和塑性）1.强度：定义：塑性变形、断裂的能力。衡量指标：屈服强度、抗拉强度。（1） 屈服点：定义：发生屈服现象时的应力。公式：sFs/Ao （MPa）Fs材料发生屈服现象时的力。So材料的原始横截面面积。条件屈服强度规定：r0.2F0.2/Ao (无明显的屈服现象的材料)应用：汽缸盖和汽缸体之间的密封性（螺栓联接）超过螺栓材料本身的屈服强度。（2）抗拉强度：定义：最大应力值。公式：bFb/AoFb最大的载荷。So材料的原始截面面积。应用：汽缸的密封、钢绳吊重物、机车的牵引等。s/b 屈强比：越小，可靠性越高；越大，可靠性越低。2.塑性：定义：发生塑性变形，不破坏的能力。衡量指标：伸长率、断面收缩率。（1）伸长率：定义：公式：（L1L0）/L0 100L1拉断后的长度。L0原来的试样长度。注意：长、短试样测出的值不相等（比较大小，要同样的试样）。L05d0 5 L010d0 1055% 塑性材料、55脆性材料。45：518.7% 15（2）断面收缩率：定义：公式：（A0A1）/A0100S0原截面面积。S1断口处断面面积。5 10值越大，塑性越好。总结： 越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。录像：拉伸试验。复习旧课：强度和塑性的概念。二、 硬度硬度：定义：抵抗更硬物体压入的能力。衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。1.布氏硬度：HB试验：GB84。一定直径的钢球HBS（硬质合金HBW），规定的载荷及时间后。 HBF/S (N/mm2) 650举例：钢球直径：10mm，载荷：30KN（F30D2），时间：规定10（s）。材料：压痕直径：d03.92mm 查表： HBS239（1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。（2）优缺点： 精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。2.洛氏硬度：HR、（HRA、HRB、HRC）试验：GB83。一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。HRA、HRB、HRC。一般通常习惯用HRC（无单位）。（1）应用范围：钢及合金钢。（2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。3.维氏硬度：试验：GB83。一定锥形的金刚石，在规定的载荷、时间后。HVF/S（1）应用范围：测薄片和镀层。（2）优缺点：数值精确，但操作麻烦。4.肖氏硬度HS、锉氏硬度、显微硬度HM总结：数值越大，硬度越高。但相互之间不能比较，必须查表为同单位才行。 三、 韧性概念：动载荷、“梅氏”试样（金属夏比试验）。冲击韧度：定义：抵抗冲击载荷而不破坏的能力。衡量指标：kAk/A （J/cm2）k一次性冲击试验的标准。多次冲击：Aks、 b。 Ak、k和温度有关：温度越低，k越小。（低温易冲断）脆性临界转变温度。 四、 疲劳强度概念：交变载荷、疲劳现象试验：疲劳实验法。衡量指标：疲劳强度-1钢：107、有色金属：108。max=-1五、 蠕变和松弛：（补充内容）1.蠕变： 蠕变强度高温下容易产生。2.松弛：松弛强度高温下容易产生。录像：硬度试验、冲击试验和疲劳试验。 第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能复习旧课：学习本课的实际意义。金属的性能：物理性能、化学性能。一、物理性能：1.比重：单位体积内物体的重量。密度：单位体积内物体的质量。铁：7.8克/厘米3、铜：8.9克/厘米3、铝：2.7克/厘米3、钛：4.51克/厘米3 5g/cm3重金属。应用：飞机制造业、子弹头、检验材料、炼铁、炼钢、铅球等。2.熔点：固体液体的温度点。凝固点：液体固体的温度点。铁：1538、铜：1083、铝：660、钛：1660。应用：耐高温材料（飞机、导弹、航天）、防火安全阀、熔断器（保险丝）等。3.热涨性：一般而言，金属材料具有热胀冷缩的性能。材料不同，热胀冷缩的大小也不同。应用：电线的形态、桥梁的架设、钢轨的铺设、精密的测量工具、电冰箱、电饭锅等。4. 导热性：金属具有传导热能的性质。导热材料的顺序：银、铜、铝等。金属材料的杂质越多、导热性越差。高速钢导热性差，加热要缓慢，以防开裂。应用：陶瓷、水壶的水垢等。5. 导电性：金属具有传递电流的性质。导电材料的顺序：银、铜、铝等。应用：电火花加工（下册P.7880、电解加工、电子束加工及制造电线、电缆、玻璃拉丝模等。6.磁性；金属材料在磁场的情况下磁化（分为软磁和硬磁）。例如：铁、镍、钴等。应用：手表材料、磨床的磨削加工（P.71下册）等。二、化学性能：1.耐蚀性（耐酸碱性）：金属材料抵抗腐蚀的性能。例如：钢铁生铁锈、铜生铜绿 （造成重大事故）。应用：食品行业、饮料行业、医药行业、化工行业等。2.抗氧化性：高温时抵抗氧化的能力。应用：锻打、电焊、热处理等。3.化学稳定性：在常温下，化学稳定的性能。应用：耐热设备、高温锅炉等。三、工艺性能：是指是否易于进行冷、热加工的性能。包括：热处理性能（第三章）、铸造性能（第二篇）、焊接性能（第三篇）、锻造性能（第四篇）、切削加工性能（第五篇）。（最后要和书名金属工艺学联系上）以上各种工艺性能将在以后有关章节中分别介绍。第二章 铁碳合金（钢和铸铁） 第一节 纯铁的晶体结构及其同素异晶转变复习旧课：材料的力学性能。一、金属的结晶结晶：液态金属凝结成固态金属的现象。概念：理论结晶温度金属在无限缓冷冷却下结晶得到的结晶温度To。 （计算出来的） 实际结晶温度金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。（实际测量出来的）（平时浇注的温度）一、金属结晶的过冷现象：过冷现象：金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，TnTo。过冷度：ToTnT（变量）。冷却速度越大，过冷度越大。金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，TnTo。过冷度：ToTnT（变量）。冷却速度越大，过冷度越大。金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn107/s 非晶态金属）实验测出：冷却速度越大，生核速率越大长大速率。（2）变质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（变质剂）（孕育剂）形成非自发晶核，使晶核数目增多，晶粒变细小。（3）机械振动：使枝晶破碎成为几个晶核，使晶核数目增多（超生波振动等）。二、纯金属的晶体结构概念：原子球、结点、晶格、晶胞、晶格常数（a、b、c、）致密度：晶胞中原子占有的体积与晶胞体积之比。纯金属的晶格类型：1.体心立方晶胞例如：纯铁（-Fe）912、W、Mo、V、Cr（Ti）882 立方体: abc ； 90原子数：81/812致密度：0.68原子的晶格结构不同，则性能不同，即使原子的晶格结构相同，但由于原子的质量不同，性能也不同。2.面心立方晶格立方体 abc 90原子数：81/861/24致密度：0.74举例：铜：abc=3.608108、铜原子M63.541.671024g铜原子的直径：D2.5505，计算铜的密度？纯铁（Fe）9121394、Al、Cu、Ag、Mn等。三、纯铁的同素异晶转变（举列钻石和石墨）纯铁：Fe（912）Fe（1394）-Fe（1538）L 二次结晶或重结晶。提问：一定质量的纯铁加热到9121394时，体积是增加还是减少，若继续加热到13941538时，体积是增大还是减少？ 第二节 铁碳合金的基本组织复习旧课：细化金属材料晶粒的方法及纯铁的结构。元素（金属非金属）共为108种，而纯金属一般共为83种。Fe：HB80、b200MPa、C：HB3、b0 。FeC组成的合金化合物：HB800、b=400MPa。Al：HB25、b80MPa。AlMgMn组成的铝合金化合物：HB70、b280MPa。而工业中的金属材料均为合金。合金：定义；金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的新材料。金属特性：导电性、导热性、塑性、光泽。例如：钢铁合金：FeCMnSi、铝合金：（AlMgMn）、（AlZeMn）、铜合金：（CuZn）、（CuSn）、（CuNi）等。产生具有优良的使用性能和工艺性能方面的新材料（特出的物理、化学性能）。组元：定义：合金中的最小单元。合金系：合金中百分含量不同的组元构成的一系列合金。铝合金（AlMgMn）。铝合金：Al：99、97、95、. Mg：0.5、2、2、. Mn：0.5、1、3、.二元合金系、三元合金系、四元合金系。相：具有同一化学成分，同一聚集状态，且有明显界面分开的独立均匀部分。例如：液单相、固相单相、液固两相。一、固溶体：定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。置换固溶体：d质/d剂0.85。（胖子到教室形象举例）晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。无限置换固溶体：CuNi有限置换固溶体：Cu+Zn温度越高，则溶解度（固溶量）越大。间隙固溶体：d质/d剂0.59。（瘦子到教室形象举例）晶格歪扭、畸变，晶体缺陷。只能形成有限固溶体：CFe、 727 0.0218。因形成固溶体使材料强度、硬度升高的现象固溶强化。（合金的好处）1.铁素体F：CFe中形成的固溶体。单相、层片状、体心立方晶格。20 0.0008C （工业纯铁）。727 0.0218C 。机械性能：3050、7080、ku160200J/cm2、b180280MPa、HBS5080 （770磁性）。（应用简略提一下）（饱和的盐水凝固点21、其沸点108。 饱和NaOH溶液沸点314。） 2.奥氏体A：CFe中形成的固溶体。单相、层片状、面心立方晶格。727 0.77%C、1148 2.11%C。机械性能：4060、b40050MPa、HBS170220、抗磁性。（应用提一下）二、金属化合物（中间相）（强化相）形成：温度降低时析出的一种新材料。Fe3C、Fe2.4C、VC、WC、CuZn、Cu21Zn22、HRC、ku。渗碳体C：FC层片相间叠加。硬度极高，而塑性、韧性极低。三、机械混合物：定义：固溶体固溶体金属化合物金属化合物 例如：钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等。1. 珠光体P：FFe3C两相，机械混合物。 0.77C。机械性能：2025、b800850MPa、 HBS280260。强度高、硬度较高。（应用提一下）2.莱氏体Ld、Ld： 两相机械混合物，含碳量：4.3C。 LdAC 7271148。（高温莱氏体） LdPC 20727。（低温莱氏体）机械性能：HB560600、45。性能与渗碳体相近。（应用较少）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。 一、铁碳合金状态图的建立 （1）配制不同成分的铁碳合金，用热分析法测定各合金的冷却曲线。 （2）从各冷却曲线上找出临界点，并将各临界点分别画到成分温度坐标中。 （3）将意义相同的临界点连接起来。二、FeFe3C合金状态图的分析：1.点（特性点）：A 1538 100Fe的熔点 ； D 1227 100Fe3C的熔点；G 912 100Fe的同素异晶转变点（重结晶温度点）；C 1148 4.3C 共晶点LLd（AC） 共晶反应；F 1148 6.69C 虚点 ； P 727 100Fe虚点；K 727 6.69C虚点、E 1148 2.11C 碳在Fe中的最大固溶量；S 727 0.77C 碳在Fe中的最小固溶量，共析点AP 共析反应。 2.线（特性线）：（1）AC线：液相线 开始结晶出奥氏体：LLA。DC线：液相线 开始结晶出渗碳体：LL+C。（2）AE线：固相线 奥氏体结晶终了线：LAA。ECF线：固相线（共晶线）：共晶反应 LLd。（3）GS线A3线：从奥氏体中开始析出铁素体线。（4）ES线Acm线：从奥氏体中开始析出渗碳体线（碳在奥氏体中的固溶线）。（5）PSK线A1线：共析线； 共析反应 AP（FC）共晶体。（6）PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线。这种由铁素体中析出的渗碳体为三次渗碳体。3.分类：含碳量分类： 工业纯铁：C0.0218C 钢：0.0218C2.11 白口铁：2.11C6.69钢分类： 共析钢：0.77 P 亚共析钢： C0.77 PC共晶白口铁分类： 共晶白口铁：4.3C Ld 亚共晶白口铁：C4.3C LdC三、钢在结晶过程中的组织转变实验：热分析法（C：06.69）实用价值。1.共析钢：0.77C：LLAAP分析：在727发生共析反应，A中含碳多少？P中含碳多少？（727:F88.78、C11.22）2.亚共析钢：0.5C：LLAAAFPF分析：AAF 在点以上A中含碳多少？随着温度降低，A中含碳是 逐渐增加还是减少？AFPF 在冷却到点时，A中含碳增加到0.77C，发生共析反应 AP，727时，P、F各占百分多少？727: F35.34、P64.66。20:F92.64、C7.36。3.共析钢：1.0C：LLAAACPC （P96.1、C3.9）分析：AAC 在点以上，A中含碳多少？C中含碳多少？在点以下，随着温度降低，A中含碳逐渐增加还是减少？ACPC 当冷却到时，A中含碳逐渐减少到0.77C，发生共析反应AP，727,P、C相对含量是多少？.亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁请学生自行分析。铁碳合金的组织和性能：工业纯铁：F 塑性好。亚共析钢：FP 取决于F、P的含量。共析钢：P 强度高。过共析钢：PC 取决于P、C的含量（C为网状的二次渗碳体，脆、不合格）。亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁自行分析。力学性能和含碳量的关系曲线图。力学性能4.FeFe3C状态图的应用。正确选材：.C0.25，低碳钢：塑性好，韧性好。0.25C0.60，中碳钢：综合机械性能好。.0.60C1.4，高碳钢：硬度高，耐磨性好。制定工艺性能：铸造方面：共晶成分的铁碳合金铸造时，组织致密，不易偏析。锻造方面：钢加热到固相线AE以下200及A3线上170之间，利用奥氏体塑性好。焊接方面：热处理方面：课堂讨论：碳对铁碳合金组织和性能的影响。 第四节 工业用钢简介复习旧课：碳对铁碳合金组织和性能的影响。一、钢的分类碳钢的分类、编号和用途： （1）分类：低碳钢：0.25C 亚共析钢： 0.0080.77C。中碳钢：0.25C0.60% 共析钢： 0.77C。高碳钢：0.60C1.4 过共析钢：0.772.11C。（2）质量：普通碳素钢：S0.05、P0.045。优质碳素钢：S0.04、P0.04。（和国际不接轨）高级优质碳素钢：S0.03、P0.035。（3）用途： 碳素结构钢：碳素工具钢：（4）冶炼：平炉钢（逐渐淘汰） 转炉钢（使用） 电弧炉钢。（5）酸碱性：酸性钢 碱性钢 中性钢。钢的分类：碳素钢和合金钢。二、碳素钢：钢中杂质含量对其性能的影响1.锰Mn：0.250.8Mn，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度和硬度，特别是降低钢的的脆性。2.硅Si：0.4Si，有益元素，脱氧剂。提高钢的强度。3.硫S：0.050，有害元素，热脆（红脆性）。（FeSFe）为共晶体，985为液体。硫的含量越高，热脆性越严重。4.磷P：0.0045，有害元素，冷脆。使钢常温下其塑性和韧性急剧下降，脆性转变温度升高，在低温时，这种现象更加严重。5.氢H：0.0001，有害元素，氢脆，白点。过多的氢分子会导致钢的开裂。总之，杂质元素对钢材的性能与质量影响很大，必须严格控制在所规定的范围内。碳素钢分如下三类：（1）普通碳素结构钢：新：Q235A（F、b、Z）、s235MPa。旧：甲类钢：A1、A2、A3、A7满足机械性能要求的。 乙类钢：B1、B2、B3、.B7满足化学性能要求的。 特类钢：C2、C3、.C5满足机械和化学性能要求的。通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。（2）优质碳素结构钢： 普通含锰量钢：0.250.8Mn。 较高含锰量钢：0.701.20Mn。举例：45： 0.45C左右、 0.500.80Mn左右。 45Mn ： 0.45C左右、 0.701.00Mn左右。常用于齿轮、主轴、连杆45。弹簧、板簧、发条65、65Mn。（3）.碳素工具钢： 优质碳素工具钢：T数字。高级优质碳素工具钢：T数字A。举例：T7、T8、T9、.T14。含义：0.7、0.80、0.9.1.4 T7A、T8A、T9A、.T14A。主要用于剪刀、斧头、锯子、锉刀等。三、合金钢：钢：非合金钢、低合金钢、合金钢。合金钢：低合金钢、合金钢。碳钢在200时，机械性能剧烈下降，而合金钢在650时，其机械性能才略为下降。质量：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。1.合金结构钢起首两位数字表示平均含碳量的万分之几，其后的符号表示所含的主要元素；若元素含量1.5，不标数，元素含量1.5，其后的数表示其百分含量。最后标“A”则称为高级优质合金结构钢（滚动轴承钢除外）。例：12CrNi3：0.12C、Cr1.5、3Ni20CrMnTi：0.20C、Cr、Mn、Ti1.515Cr、20Mn2B、55Si2MnA2.合金工具钢当含碳量1.0时，不标含碳量数当含碳量1.0时，起首数表示含碳量的千分之几。合金元素同上。例：9Mn2V：0.9C、2Mn、V1.5CrWMn：C1.0、Cr、W、Mn1.5。W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、9SiCr。3.特殊性能钢起首数表示含碳量的千分之几，若起首为“0”，则表示含碳量0.10；若起首数为“00”，则表示含碳量为0.03，合金元素同上。第五节 零件选材的一般原则选择材料的一般原则如下：1.应能满足零件的工作要求：安全第一。2.应能满足工艺性能要求：质量第一。3.必须重视材料的经济性：效率第一。（以铁代钢，以铸代锻）问答题：一、根据铁碳合金状态图，说明下列原因：1.含碳1.0的钢比含碳0.5的钢硬度高。2.含碳1.2的钢比含碳0.6的钢强度高。3.钢宜压力加工成形，铸铁宜铸造成形。4.钳工锯T8、T10钢比锯10、20钢费力，锯条宜钝。5.在1100含碳0.4的钢能锻造，而含碳4.0的生铁不能锻造。6.捆扎物品的铁丝一般都用低碳钢，而吊车用的钢缆却用中碳钢。7.制造滚动轴承的材料均是高碳钢。8.制造刮刀、刻字刀具均用高碳钢。9.制造型材的钢均用08、10号钢。二、选择对应的材料：45 65 A3（Q235A） T13 T8A 10 ZG280500。弹簧 主轴 螺钉 锯子 锉子 箱体 油箱盖。第一节 概述复习旧课：碳素钢的分类和牌号及其应用。第四章 钢的热处理现代工业生产中，为了不断提高金属下材料的机械性能，采用两种方法：合金化法碳钢中加入合金元素（调整钢的化学成分）。热处理法碳钢进行工艺处理（调整钢的组织）。热处理：钢在固态范围内，通过加热、保温、冷却，改变金属材料的内部组织，改变材料的力学性能。一个条件，三个过程：Sold hotkeepcold。分类： 普通热处理：退火、正火、淬火、回火。热处理 表面淬火：火焰加热和感应加热法。 表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。【第一节：热处理的基本原理】（教课书省略）一、钢的加热和保温时的组织转变：绝大多数的热处理均是把钢加热到使其转变为奥氏体组织且尽量保持细小的晶粒。1.钢在加热（冷却）时组织转变的温度。AC1加热时，珠光体转变为奥氏体的温度。Ar1冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。AC3加热时，铁素体转变为奥氏体。Ar3冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始温度。ACCm加热时，二次渗碳体在奥氏体中的溶解的终了温度。ArCm冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的终了温度。钢号： 10 25 30 50 T10 T12AC1： 727 735 732 727 730 730AC3： 876 840 813 774Ar3： 850 824 796 755Ar1： 710 710 714 718 718 713ACCm： 800 820加热、冷却时的理想温度：A1、A3、ACm实际加热温度： AC1、AC3、ACCm （020）实际冷却温度： Ar1、Ar3、ArCm （020）2.钢加热时的变化：以共析钢为例：加热到AC1以下时，依然是P；加热到AC1时，A晶核产生；继续加热，A晶核长大，FA、C溶解；残余C溶解；均匀化。亚共析钢、过共析钢分析：根据组织分成三个转变区：1.高温转变区（珠光体转变区）：A1550， P。A1650, AP粗、HRC1522、20、b550MPa。650600, AP细（索氏体S）、HRC2227、18、b870MPa。600550, AP极细（托氏体T）、HRC2743、18、b1100MPa。2.高温转变区（贝氏体转变区）：550Ms，AABC粒F。550350, AB上（羽毛状）C粒F条状，HRC4045。350Ms，AB下（竹叶状）C粒F针，HRC4555。3.低温转变区（马氏体转变区）：MsMf ，AAMA残。M：C-Fe（过饱和地溶解），HRC6566，硬度很高。特点：MsMf范围；内应力很大；A不能100转变为M。三、钢的冷却曲线应用： 等温冷却：定性 连续冷却：定量炉冷：10/min、空冷：10/s、油冷：150/s、水冷：600/s。 P SP STM MA残 临界冷却速度VkV临。】补充内容：影响C曲线的因素：含碳量：C0.77 CC曲线左移。 合金元素：除Co外所有的合金元素均使C曲线右移。加热温度：温度越高，C曲线右移。保温时间：时间越长，C曲线右移。第二节 退火和正火方法： 普通热处理：退火、正火、淬火、回火。热处理 表面淬火：火焰加热和感应加热法。表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。一、退火：把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺法。目的：提高钢的塑性和韧性（利于切削加工）；消除钢的内应力（以防钢件变形和开裂）；均匀组织；为随后的热处理做准备（组织上为以后的热处理做准备）。退火的种类：（1）完全退火：（亚共析钢）把钢加热到AC3线以上3050的温度，保温一定时间（1.52.5min/mm30min/m3)（碳钢按有效厚度或直径每25毫米为1小时，合金钢按有效厚度或直径每20毫米为 1小时，保温时间与工件形状、材料质量、装炉量等有关）然后随炉冷却的一种工艺。组织分析：PFAAPF （重结晶退火）。（实际生产中在炉中冷却到500左右即可出炉冷却）（2）球化退火：（过共析钢）把钢加热到AC1线以上2030的温度，保温一定时间（56min/mm1hour/m3）然后随炉冷却的一种工艺。组织分析：PFe3C网AFe3C网AFe3C球PFe3C球。（实际生产中冷却到500以下时，组织转变完成，可取出空冷）。有些难于形成颗粒球状渗碳体的钢，可以多次并重复上述过程循环退火（周期化退火）。（3）低温退火：（亚、共、过共析钢）把钢加热到500650，保温一定时间（68min/mm、1.5hour/m3），然后随炉冷却的一种工艺。（低温退火）若用于消除加工硬化（650750），空冷，则称为再结晶退火。组织分析：PFPFPFPFP学生分析。PFe3C网学生分析。（4）扩散退火：（亚、过共析钢）把钢加热到AC3线以上150200、ACCm线以上150200，保温一定时间（1020hour）然后随炉冷却的一种工艺。（加热温度高，保温时间长，成本高，钢的烧损量大，晶粒粗大），这种工艺是为了消除钢中的成分不均匀的现象。二、正火：把钢加热到AC3线或ACCm线以上3050的温度，（45min/mm、1hour/m3 经过保温后，随空气冷却的一种工艺。目的：提高低碳钢的硬度。（利于切削加工）消除网状渗碳体组织。（冷却速度较大，网状来不及形成）改善钢的组织。（细化晶粒，均匀组织）因正火是在空气中冷却，得到的组织晶粒细小，且缩短了冷却时间，提高了生产率和设备利用率，是一种比较经济的方法，应用较广泛。但是难于消除再结晶退火。组织分析：PFAAASF PFe3C网AAASFe3C粒应用：对一些大型或形状复杂的零件，淬火有开裂的危险，用正火；对于含碳量0.30.5的钢件，用正火代替退火；含碳量低于0.3的钢件，采用正火，能提高硬度利于切削。第三节 淬火和回火复习旧课：退火和正火的目的及其应用。一、淬火：在固态范围内，把钢加热到一定的温度（亚共析钢Ac33050、共析钢及过共析钢Ac13050），保温一定时间，（1.52.5min/mm、 30min/m3)(时间与钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸加热介质、装炉方法，虽经验公式热处理手册，但生产实际中是综合上述的因素通过实验才能合理的选定）以大于或等于临界冷却速度冷却下来的一种热处理工艺。（Vk）目的：获得马氏体组织，从而提高钢的硬度和耐磨性。（1）严格控制淬火加热温度。（2）合理选择淬火冷却介质。目的：既能得到高硬度的马氏体，也不会产生变形、开裂。（a）实际水中的冷却曲线。（b）实际油中的冷却曲线。（c）理想淬火剂的冷却曲线。分析MNQT（c）冷却曲线：MN冷却速度慢，目的是不易变形、开裂；NQ冷却速度快，目的是A不会转变为珠光体；QT冷却较慢，目的是既能得到高硬度的马氏体，不变形、开裂。而且冷却介质使用过程中不易变质，不易燃，无毒性，无污染，来源充足，价格便宜，能反复多次重复使用。满足以上所有要求的淬火剂是理想的淬火剂，但目前尚未找到还有待于我去研究和开发。水： 碳钢优点：650550、 V600/S ； A P、S、T、B。缺点：300200、 V270/S ； 易使工件变形、开裂。（若水温超过40，在650550，冷却速度大为AP、S、T、B,不易淬硬，水中淬火易形成表面蒸气膜，若不及时去掉，影响工件内部冷却形成软点。盐水、碱水有水优点以外，并能自由去除薄膜，不会造出淬不硬及软点，但在200300之间冷却，依然很快，易变形、开裂）。 矿物油（机油）： 合金钢优点：300200 、 V30/S ； 工件不会变形、开裂。缺点：650550 、 V150/S； AP、S、T、B。（机油温度不能提的太高，过高的油温将会引起油面的燃烧，油长时间使用易老化，为了寻求理想的淬火介质：水玻璃溶液、聚乙烯醇水溶液聚醚水溶液.而当前热处理工艺发展的趋势是：在淬火冷却介质的改进和研究方向，主要是在现有的淬火油中加入各种添加剂，以提高冷却能力，减缓油的老化，延长使用时间，.）。（3）正确选择淬火方法：（由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质量的要求，所以在热处理工艺方面还应考虑从淬火方法上加以解决）。单液淬火：把钢加热到淬火温度，经保温后，放入一种冷却介质中。（这种方法操作简单，易机械化、自动化，通常工件是形状简单的碳钢和合金钢。在水中或盐水中进行单液淬火，操作虽然简单，单淬火变形大，如果采用油冷又难以取得淬硬的效果，这就可将油、水冷却结合起来进行如下的双液淬火）。应用：卡规、轴承、锯子等。双液淬火：把加热到淬火的温度的工件，经保温后，先放入水或盐水中冷到400300，再迅速移到油中或空气中冷却水淬油冷法。（双液淬火广泛应用于各种零件或工具，能得到高硬度，又能减少淬火内应力，缺点是操作难，且未能很好地改进工件表面与心部的温差这一缺点。技术还要熟练）。应用：齿轮、缸体、阀体等。分级淬火：把工件加热到淬火温度，经保温后，迅速冷却到Ms点，附近，稍加停留 （A B），待工件表面和中心温度基本一致时，再取出放入油中或空气中冷却冷却热浴淬火法。（这种淬火法由于在奥氏体向马氏体转变前，工件的温度经等温停留后逐渐趋于一致，使随后的组织转变得以在表层和内部同时进行，由此可大大减小淬火内应力和变形，主要应用于形状复杂、小尺寸的碳钢和合金钢。）应用：油泵齿轮、滚珠、滚针等。等温淬火：把加热到淬火温度的工件，经保温后，放入稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，并等温到奥氏体转变层成下贝氏体后，再取出空冷。（等温淬火硬度虽然没有分级淬火高，但工件在获得较高硬度的同时还具有良好的塑性和韧性，还可以有效地减少应力和变形，其缺点是不适应用界面尺寸大的工件，其心部易产生珠光体，生产周期长，适用于薄、细而形状发复杂的零件。）应用；油嘴、小圆筒等。冷处理：把淬冷到室温的钢继续冷却到7080，保温一段时间，使残余过冷奥氏体在继续冷却过程中转变为马氏体。（是用干冰78.5或103的液化乙烯、192的液态氮成本很高，易产生应力、变形，很少应用。）应用：游标卡尺、螺旋尺、钢尺、砝码等。V1单液淬火、V2双液淬火、V3分级淬火、V4等温淬火。二、回火：定义：将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间（15小时），然后冷却的一种工艺。目的：降低材料的脆性、消除内应力；获得要求的力学性能；稳定工件尺寸；降低合金钢的硬度，使之易被切削。（1）低温回火（150250）：组织：回火马氏体 HRC5864。应用于需要高硬度，高耐磨的材料零件。例如：刃具、量具、模具、滚动轴承等。（2）中温回火（350500）：组织：回火屈氏体 HRC3545。应用于需要较高弹性、韧性的材料零件等。例如：弹簧、板簧、发条、冲击工具等。（3）高温回火（500650）组织：回火索氏体HRC1525 （HB200250）。应用于受交变载荷作用的材料零件等。例如：轴、丝杠、齿轮、连杆等。淬火高温回火：调质处理。时效处理：（尺寸稳定处理）某些量具等精密工具为了保持淬火后的高硬度和耐磨性及稳定的尺寸，需在100180进行长时间的低温加热，保温（1050小时），随炉冷却的工艺。第四节 表面淬火和化学热处理复习旧课：淬火和回火的应用。普通热处理：材料的内外力学性能均匀一致：外硬内硬、外韧内韧，但是，特殊情况下，需要内外力学性能不一致的材料：外硬内韧。一、表面淬火（中碳钢）：定义：1.火焰加热表面淬火：氧炔焰： M：26mm。2.感应加热表面淬火：（需经正火、调质处理）高频（10500KHz） M：0.52mm；感应器 中频（50010000Hz）M： 28mm； 中频 （50Hz） M：1015mm；二、化学热处理：定义：1.渗碳：气体渗碳、固体渗碳：低碳钢 ： 10.52mm 后：渗碳淬火低温回火。2.渗氮：气体渗氮。 前：调质处理渗氮。合金钢： （0.0010.8mm）。3.碳氮二元共渗：气体、固体、液体共渗。低碳钢 低碳合金钢4.辉光离子氮化（离子氮化）：第一章 铸造工艺基础第一节 液态合金的充型复习旧课：表面热处理的特点及其应用。液态合金填充铸型的过程，简称充型。影响充型能力的主要因素如下：一、合金的流动性流动性：4.3C、高温、P、铸型特点。二、浇注条件1. 浇注温度在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不易太高。2. 充型压力液态合金所受的压力越大，充型能力越好三、铸型填充条件如下因素对充型能力均有影响：1. 铸型材料：导热系数和比热容越大，激冷越大，充型能力越差。2. 铸型温度：3. 铸型中的气体：开设出气口，增加透气性。第二节 铸件的凝固与收缩一、铸件的凝固方式1. 逐层凝固：2.