模块三：工程材料及其热处理课件

课程教学模块三 工程材料及其热处理教学重点 常用碳钢 合金钢 铸铁 有色金属等材料的分类 成分 组织 牌号 性能和应用 钢的热处理分类 工艺规程与应用 零件选材和及其热处理工艺分析 教学难点 钢在加热和冷却时的组织转变分析 常见化学元素对钢的组织 性能及热处理影响 变形铝合金的强化手段和热处理特点 课题一非合金钢 碳钢 教学重点 常用碳钢和铸铁的牌号 性能和应用 教学难点 根据碳钢的牌号能分析它的成分 性能特点和大致应用范围 一 常存杂质元素对碳钢性能的影响1 锰的影响改善钢的质量 提高钢的强度和硬度 减轻硫的危害 是有益元素 一般WMn 0 25 0 80 2 硅的影响消除FeO对钢的不良影响 产生固溶强化 是钢中有益元素 一般Wsi 0 4 3 磷的影响使钢的强度 硬度增加 但塑性和韧性显著降低 使钢低温时脆性严重 冷脆 是有害元素 应严格控制磷含量 4 硫的影响与铁形成化合物FeS 使钢变脆 热脆 是钢中有害元素 应严格控制硫含量 二 碳钢的分类1 按含碳量分类分为低碳钢 Wc 0 25 中碳钢 0 25 Wc 0 60 和 高碳钢 Wc 0 60 2 按质量分类1 普通质量碳钢 Ws 0 045 Wp 0 045 不需要特别控制质量的钢种 包括一般碳素结构钢 碳素钢筋钢 铁道用一般碳素钢等 2 优质碳钢需要特别严格控制质量的碳钢 主要包括 机械结构用优质碳钢 工程结构用优质碳钢 冲压薄板的低碳结构钢 锅炉和压力容器用碳钢 优质铸造碳钢等 3 按用途分类1 碳素结构钢主要用于制造各种工程构件和机器零件 一般属于低碳钢和中碳钢 2 碳素工具钢 主要用于制造各种刃具 量具 模具等 一般是高碳钢 此外 钢按冶炼时脱氧方法不同 分为沸腾钢 镇静钢和半镇静钢等三 碳钢的牌号和应用1 碳素结构钢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符号四部分顺序组成 质量等级有 A表示Ws 0 050 Wp 0 045 B表示Ws 0 045 Wp 0 045 C表示Ws 0 040 Wp 0 040 D表示Ws 0 035 Wp 0 035 脱氧方法有F 沸腾钢 b 半镇静钢 Z 镇静钢 TZ 特殊镇静钢 四种 通常Z和TZ可省略 例 Q235 AF 2 优质碳素结构钢牌号用两位数字表示钢平均含碳量的万分数 例 45钢 又分为普通含锰量 WMn 0 7 和较高含锰量 WMn 0 7 1 2 两类 含锰量较高的钢在两位数字后面加 Mn 字 例 65Mn钢 脱氧方法表示法同碳素结构钢 高级优质钢 加 A 特级优质钢 加 E 3 碳素工具钢牌号用 碳 的汉语拼音字首 T 加数字 钢的平均Wc的千分数 表示 例 T12 碳素工具钢含碳量高 硫 磷杂质含量较少 一般经淬火 低温回火后硬度比较高 耐磨性好 但塑性较低 主要用于要求不很高的刃具 量具和模具 4 铸钢牌号用 ZG 表示 牌号有两种表示方法 以强度表示时 在 ZG 后面有两组数字 第一组数字表示该牌号屈服点 的最低值 第二组数字表示其抗拉强度的最低值 两组数字间用 隔开 例 ZG230 450 以化学成分表示铸钢牌号时 在 ZG 后面的数字表示铸钢平均碳含量的万分数 平均碳含量 1 时不标出 平均碳含量 0 1 时 其第一位数字为 0 在含碳量后面排列各主要合金元素符号 每个元素符号后面用整数标出含量的百分数 例 ZG15Cr1MolV 四 铸铁铸铁是一系列主要由铁 碳和硅组成的合金总称 具有良好的铸造性 耐磨性 减震性 切削加工性等 且制造容易 价格便宜 铸铁按碳的存在形式分为灰口铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁和蠕墨铸铁 课题二钢在加热和冷却时组织转变 教学重点 奥氏体的形成及其晶粒大小的控制措施 C曲线及其应用 教学难点 钢在加热时和冷却时组织转变 一 钢在加热时的组织转变A1 A3 Acm各相变点是固态下铁碳合金的组织转变线 是在极其缓慢加热和冷却条件下得到的 在实际生产中 固态相变时都有不同程度的过热度或过冷度 见下图 为便于区别 将加热时各相变点用ACl AC3 ACcm表示 冷却时各相变点用Arl Ar3 Arcm表示 1 奥氏体的形成以共析钢为例 当加热到AC1以上时 发生珠光体向奥氏体的转变 即奥氏体化 过程可分为三个阶段 1 奥氏体晶核的形成和长大 2 剩余渗碳体的溶解 3 奥氏体均匀化 当加热到AC1线稍上时钢中的珠光体向奥氏体转变 只有分别加热到AC3或ACCm温度以上 保温足够时间 才能获得成分均匀的单相奥氏体 2 奥氏体晶粒长大及其控制措施钢加热时珠光体向奥氏体转变刚刚结束时 奥氏体晶粒是比较细小的 如果继续加热或保温 奥氏体晶粒会变粗大 影响热处理后钢的强度 塑性 韧性较低 因此 加热时获得细小晶粒的奥氏体对提高热处理效果和钢的性能有重要的意义 控制奥氏体晶粒长大措施 1 合理选择加热温度和保温时间 2 采用快速加热和短时间保温 3 加入一定量合金元素 除锰 磷外 二 钢在冷却时的组织转变钢经加热奥氏体化后 可以采用不同方式冷却 获得所需要的组织和性能 成分相同的钢 奥氏体化后 采用不同方式冷却 将获得不同的力学性能 见下表 实际生产中 必须过冷到A1温度以下才开始转变 在相变温度A1以下还没有发生转变而处于不稳定状态的奥氏体称 过冷奥氏体 过冷奥氏体有等温转变和连续冷却转变两种冷却转变方式 见下图 1 过冷奥氏体的等温转变以共析钢为例 介绍等温转变曲线及转变产物 1 过冷奥氏体等温转变曲线 C曲线 下边曲线为过冷奥氏体转变开始线 右边曲线为过冷奥氏体等温转变终了线 A1线以上是奥氏体稳定区 A1线以下 转变开始线的左边为过冷奥氏体区 转变终了线的右边是转变产物区 转变开始线和终了线之间为过冷奥氏体和转变产物共存区 转变开始线与纵坐标轴之间的时间为孕育期 在C曲线拐弯的 鼻尖处 约550 孕育期最短 过冷奥氏体最不稳定 水平线MS为马氏体转变开始线 约230 水平线Mf为马氏体转变终了线 约 50 A 残余奥氏体 即淬火冷却到室温后残留的奥氏体 2 过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 1 珠光体型转变 A1 550 2 贝氏体转变 550 MS 3 亚共析钢和过共析钢的等温转变由于亚共析钢和过共析钢的碳含量低于或高于共析成分 当过冷奥氏体在C曲线 鼻尖 上部区域等温时 亚共析钢先析出铁素体 然后进行珠光体转变 得到铁素体和珠光体组织 同理 过共析钢先析出渗碳体 然后进行珠光体转变 得到渗碳体和珠光体组织 2 过冷奥氏体的连续冷却转变以共析钢为例 介绍等温转变曲线及转变产物 1 等温转变曲线在连续冷却转变中的应用共折钢连续冷却时 根据冷却速度曲线V1 V2 V3 V4与C曲线相交的位置 可估计连续冷却转变的产物 马氏体临界冷却速度 k 与冷却曲线相切 称临界冷却速度 是获得全部马氏体转变的最小冷却速度 过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织与性能见下表 2 马氏体转变 MS Mf 马氏体的组织形态有板条状和片状两种类型 主要取决于奥氏体中碳含量 1 当Wc 0 20 时 形成板条状低碳马氏体 有较好的强韧性 2 当Wc 1 0 时 形成片状 针状 高碳马氏体 性能硬而脆 3 当Wc在0 20 l 0 时 形成片状和板条状马氏体的混合组织 强度 硬度随碳含量增加而增大 当碳含量超过0 6 强度和硬度增加不明显 马氏体转变不能进行到底 残余奥氏体的存在 会降低淬火钢的硬度和耐磨性 并且在工件长期使用过程中残余奥氏体会逐步转变为马氏体 使工件变形而引起尺寸的不稳定 减少残余奥氏体的措施 冷处理 即把淬火后的工件继续冷却到室温以下 80 50 以减少残余奥氏体的含量 课题三钢的热处理 教学重点 1 钢的退火与正火淬火 回火的目的 方法及应用 2 感应淬火 气体渗碳 渗氮 教学难点 1 过冷奥氏体连续冷却转变产物组织与性能 2 淬透性概念及应用 3 感应淬火原理 三 钢的退火与正火1 退火退火就是将工件加热到适当温度 保温一定时间 然后缓慢冷却的热处理工艺 退火主要用于铸 锻 焊毛坯或半成品零件 退火的目的 降低钢的硬度 提高塑性 改善其切削加工性能 均匀钢的成分 细化晶粒 改善组织与性能 消除工件的内应力 防止变形与开裂 为最终热处理作准备 1 完全退火将钢完全奥氏体化后缓慢冷却 获得接近平衡组织的退火工艺 目的 降低钢的硬度 以利于切削加工 消除应力 稳定工件的尺寸 防止变形和开裂 细化晶粒 改善组织 为最终热处理作组织准备 加热温度 Ac3以上20 40 应用范围 亚共析碳钢和合金钢的铸件 锻件 焊接件及 热轧型材等 过共析钢不宜采用完全退火 2 等温退火将钢加热到Ac3或Ac1以上20 40 保温适当时间后 较快地冷却到珠光体温度区间的某一温度 等温一定时间 使奥氏体转变为珠光体组织 然后空冷至室温的退火工艺 目的 与完全退火相同 但所用时间比完全退火缩短约1 3 并能得到均匀的组织和性能 加热温度 Ac3 Ac1 以上20 40 应用范围 亚共析 过共析碳钢 合金钢的铸件 锻件等 3 球化退火使钢中的碳化物球状化而进行的退火工艺 目的 使网状Fe3C 或片状滲碳体转变为球状滲碳体 降低硬度 便于切削加工 为淬火作好组织准备 加热温度 Ac1以上20 40 应用范围 过共析钢和合金工具钢 轴承钢等 对网状 Fe3C 比较严重的钢 在球化退火前先进行一次正火处理 4 去应力退火将钢加热到Ac1以下 保温一定时间 然后随炉冷却的退火工艺 目的 消除工件的内应力 稳定工件尺寸 减少变形 加热温度 Ac1以下温度 一般500 650 应用范围 铸件 锻压件 焊件 切削加工件等 去应力退火因加热温度低于A1 故不发生组织转变 只消除内应力 5 均匀化退火将工件加热到高温 并长时间保温 然后缓慢冷却的退火工艺 目的 减少化学成分偏析和组织不均匀性 加热温度 1050 1150 高温 应用范围 质量要求高的合金钢铸锭和铸件等 均匀化退火后 钢件晶粒粗大 应进行完全退火或正火 2 正火 将钢加热到Ac1或Accm以上30 50 保温一定的时间 出炉后在空气中冷却的热处理工艺称为正火 四 钢的淬火1 淬火加热1 加热温度钢的含碳量是决定其淬火加热温度的主要因素 2 加热时间加热时间包括升温时间和保温时间两部分 加热时间长短与加热介质 加热速度 钢的种类 工件形状和尺寸 装炉方式及装炉量有关 具体加热时间可通过经验公式计算 再用实际经验修正后决定 2 淬火冷却1 冷却介质钢淬火的目的是为了获得马氏体 但又要减少工件变形和防止工件开裂 由C曲线可知 冷却介质的理想淬火冷却速度如下图所示 生产上常用的冷却介质有水 矿物油 盐水 碱水等 2 淬火方法 1 单介质淬火 2 双介质淬火 3 马氏体分级淬火 4 贝氏体等温淬火 常用淬火方法如下图所示 3 钢的淬透性和淬硬性1 钢的淬透性钢的淬透性是以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布的特性 淬硬深度是从淬硬的工件表面到规定硬度值 一般为550HV 处的垂直距离 淬硬深度越深 淬透性越好 2 钢的淬硬性钢的淬硬性是指钢试样在规定条件下淬火硬化所能达到的最高硬度的能力 其含义是钢试样在规定条件下淬火时马氏体组织所能达到的硬度 钢的淬硬性主要取决于钢中含碳量 钢中含碳量越高 淬硬性越好 五 钢的回火回火是将淬硬后的工件加热到Ac1点以下某一温度 保温一定时间 然后冷却到室温的热处理工艺 是紧接淬火之后的热处理工序 目的 获得工件所需要的力学性能 消除或减少内应力 降低钢的脆性 防止工件变形和开裂 稳定工件组织和尺寸 保证精度 1 回火方法1 低温回火加热温度在250 以下进行的回火 目的 保持淬火工件高硬度和高耐磨性 降低淬火残留应力和脆性 应用范围 各种刃具 模具 滚动轴承 渗碳及表面淬火等要求硬而耐磨的零件 2 中温回火加热温度在350 500 之间进行的回火 目的 使工件获得较高的弹性和强度 适当的韧性和硬度 回火后组织 回火托氏体 力学性能 35 50HRC 较高的弹性极限 屈服点和一定的韧性 应用范围 各种弹性元件及热锻模等 3 高温回火加热温度在500 以上进行的回火 目的 使工件获得强度 塑性和韧性都较好的综合力学性能 回火后组织 回火索氏体 力学性能 200 350HBS 较好的综合力学性能 应用范围 各种较重要的受力结构件 2 回火脆性淬火钢在某些温度区间或回火后缓冷通过该温度区间时 出现脆化的现象称回火脆性 回火脆性分两种 在250 350 范围内出现的回火脆性称第一类回火脆性 又称 低温回火脆性 或 不可逆回火脆性 不管是碳素钢还是合金钢 都应避免这种回火脆性 含铬 镍 锰等元素的合金钢淬火后 在450 650 范围内回火 缓冷易产生第二类回火脆性 又称 高温回火脆性 或 可逆回火脆性 为防止第二类回火脆性的出现 小零件可 采用回火时快冷 大零件可选用含钨或钼的合金钢 六 钢的表面热处理与化学热处理1 钢的表面热处理表面热处理是只对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的热处理工艺 常用的方法是表面淬火 表面淬火是仅对工件表层进行淬火的热处理工艺 表面淬火不改变零件表层的化学成分 只改变表层的组织 并且心部仍保留原来退火 正火或调质状态的组织 目的是使工件表层具有高硬度 耐磨性 而心部具有足够的强度和韧性 工业上常用的表面淬火方法有火焰淬火和感应淬火 1 感应淬火感应淬火是指利用感应电流通过工件所产生的热效应 使工件表层 局部或整体加热 并快速冷却的淬火工艺 特点 加热速度快 工件表面质量高 淬火变形小 易实现机械化和自动化及大批量生产 劳动生产率高 设备昂贵 维修调整较难 主要用于中碳钢或中碳低合金钢 也可用于工具钢 不宜用于形状复杂的零件及单件生产 2 火焰表面淬火火焰表面淬火是应用氧 乙炔 或其它可燃气体 火焰 对零件表面加热 然后快速冷却的淬火 淬硬层深度一般为2 6mm 2 钢的化学热处理简介化学热处理是将工件放入一定温度的活性介质中加热并保温 使一种或几种元素渗入它的表层 以改变其化学成分 组织和性能的热处理工艺 常用的化学热处理是渗碳和渗氮 1 钢的渗碳渗碳是将工件放入富碳的介质中加热到高温 使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺 2 钢的渗氮 氮化 渗氮是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 七 热处理工艺的应用1 热处理技术条件的标注设计者根据零件的性能要求 提出热处理技术条件 并标注在零件图上 其内容包括最终热处理方法及热处理后应达到的力学性能 供热处理生产及检验时用 热处理技术条件可用国家标准规定的热处理代号来标注 也可用简单的文字和数字来说明 一般零件只标出硬度值 标定的硬度值允许有一定的波动范围 布氏硬度值一般为30 40个单位左右 洛氏硬度值为5个单位左右 热处理技术条件一般标注在零件图标题栏的上方 技术要求中 所标的内容应合理 不需规定具体的热处理工艺 热处理工作者可根据材料成分及技术要求等 结合实际情况和操作水平等因素决定 2 热处理工艺位置1 预先热处理 1 退火 正火的工序位置退火和正火作为预先热处理通常安排在毛坯生产之后 粗加工之前 其作用是消除毛坯的内应力 细化晶粒 均匀组织 改善切削加工性 为最终热处理作好组织准备 退火 或正火 工艺路线一般为 毛坯生产 退火 或正火 切削加工 2 调质处理的工序位置一般安排在粗加工之后 半精加工或精加工之前 其目的 是提高零件的综合力学性能 调质工艺路线一般为 下料 锻造 正火 或退火 粗加工 调质 半精加工 或精加工 2 最终热处理最终热处理包括各种淬火 回火及化学热处理 其工序位置一般安排在半精加工之后 磨削之前 1 淬火工序位置 整体淬火工艺路线一般为 下料 锻造 退火 正火 粗加工 半精加工 淬火 回火 磨削 表面淬火工艺路线一般为 下料 锻造 退火 正火 粗加工 调质 半精加工 表面淬火 低温回火 磨削 2 渗碳工序位置 整体渗碳的工艺路线一般为 下料 锻造 退火 正火 粗加工 半精加工 渗碳 淬火 低温回火 磨削 局部渗碳的工艺路线一般为 下料 锻造 退火 正火 粗加工 半精加工 保护非渗碳部位 渗碳 切除防渗余量 淬火 低温回火 磨削 3 渗氮工序位置渗氮零件 38CrMoAlA钢 的工艺路线一般为 下料 锻造 退火 粗加工 调质 半精加工 去应力退火 粗磨 渗氮 精磨或研磨 3 热处理零件结构的工艺性热处理零件结构工艺性是指在设计需要进行热处理零件时 既要考虑保证零件的使用性能要求 又要考虑热处理工艺对零件结构的要求 如果零件结构工艺性不合理 则可能造成淬火变形 开裂等热处理缺陷 从而使零件报废 造成不必要的损失 一般应注意以下几点 1 避免尖角与棱角 2 避免截面厚薄悬殊 合理安排空洞和键槽 3 采用封闭 对称结构4 采用组合结构 八 热处理新技术简介 课题四低合金钢和合金钢 教学重点 常用低合金钢 合金结构的牌号 性能及用途 教学难点 合金元素对钢性能的影响 低合金钢 合金结构钢牌号与应用之间的一般关系 一 合金钢的分类及牌号1 低合金钢的分类及牌号1 低合金钢的分类 1 按主要质量等级分类分普通质量低合金钢 优质低合金钢和特殊质量低合金钢 2 按主要性能和使用特性分类分为可焊接的低合金高强度结构钢 低合金耐候钢 低合金钢筋钢 铁道用低合金钢 矿用低合金钢 其他低合金钢等 2 低合金钢的牌号 1 低合金高强度结构钢表示方法与碳素结构钢相同 例 Q345 2 易切削结构钢以 易 字的汉语拼音字首 Y 为首 其后数字表示平均碳含量的万分数 钢中含锰量较高时标出 Mn 例 Y40Mn 2 合金钢的分类及牌号1 合金钢的分类按主要性能和使用特性分为工程结构用合金钢 机械结构用合金钢 轴承钢 工具钢 不锈 耐蚀和耐热钢 特殊物理性能钢等 2 合金钢的牌号 1 机械结构用合金钢和工程结构合金钢 调质处理合金结构钢 表面硬化合金结构钢 合金弹簧结构钢 两位数字 元素符号 数字 A 碳含量万分数 所含合金元素 该元素含量百万分数 硫磷含量少钢质量高 例 18Cr2Ni4WA 高锰耐磨钢 ZG Mn 数字 铸钢汉语拼音字首 锰 平均含锰量的百分数 例 ZGMn13 1 2 轴承钢GCr 元素符号 数字 G 滚 汉语拼音字首 Cr 铬 平均含铬量千分数 元素符号 若还有其他元素 数字 含量百分数 例 GCr15SiMn 3 合金工具钢表示方法与合金弹簧钢类似 差别在于 若钢中的WC 1 时 牌号前的数字表示平均含碳量的千分之几 若钢中的WC 1 时 牌号前不标出含碳量 例 9Mn2V 4 高速工具钢表示方法与合金工具钢类似 主要差别是无论钢中的含碳量多少 均不在牌号前标出数字 例 W18Cr4V 5 不锈钢和耐热钢表示方法与合金工具钢类似 只是当WC 0 03 或WC 0 08 时 其牌号前的数字分别用 00 或 0 代替 例 3Cr13 00Cr17Ni14Mo2 二 合金元素在钢中的作用1 合金元素在钢中的存在形式及作用1 合金元素与铁作用形成固溶体合金元素可以溶入 Fe或 Fe中 形成含合金元素的铁素体或奥氏体 合金元素的溶入 将导致铁素体或奥氏体的晶格畸变 产生固溶强化 硅 锰 镍等元素对铁素体的强化效果显著 2 合金元素与碳作用形成合金碳化物 大多数合金元素能与碳作用形成合金碳化物 熔点高 硬度高 不易分解 呈颗粒状分布在晶界上 可细化晶粒 提高钢的强度和硬度 2 合金元素对钢热处理的影响1 合金元素对加热时奥氏体化的影响大多数合金元素能减慢碳的扩散速度 加之合金碳化物稳定 难溶解 显著减慢碳及合金元素的扩散速度 故减慢了奥氏体化过程 大多数低合金钢和合金钢 需更高的加热温度 更长的保温时间 大多数合金元素 除锰 磷外 形成的碳化物 在高温下较稳定 且分布在奥氏体的晶界上 能有效阻止奥氏体晶粒的长大 起到细化奥氏体晶粒的作用 2 合金元素对冷却时奥氏体转变的影响 增加过冷奥氏体的稳定性 固溶于奥氏体中的合金元素 除钴以外 均程度不同地增加过冷奥氏体的稳定性 C曲线右移 使钢的淬透性增加 降低马氏体点 Ms 除钴 铝以外 大多数合金元素均会降低马氏体点 使合金钢淬火后的残余奥氏体量增加 3 合金元素对回火转变的影响1 提高钢的耐回火性 回火稳定性 2 产生二次硬化三 合金钢1 常用机械结构和工程结构用合金钢1 合金调质钢 1 用途及性能要求用途 汽车 机床等机器中重要的零件 性能要求 良好的综合力学性能 2 成分 性能和热处理特点成分 性能 Wc 0 25 0 50 保证良好的综合力学性能 加入Cr Mn Si Ni B等可以提高淬透性 强化铁素体 细化晶粒 提高耐回火性等 热处理 调质处理 3 常用合金调质钢分低淬透性合金调质钢 如40Cr 中淬透性合金调质钢 如35CrMo 38CrMoAl 高淬透性合金调质钢 如40CrNiMo 40CrMnMo 三类 2 合金渗碳钢 1 用途及性能要求用途 汽车发动机 变速箱中的齿轮 内燃机凸轮 活塞销等机械零件 性能要求 零件表面高的硬度 高的耐磨性和耐疲劳性 和耐疲劳性能 心部高的韧性和足够的强度 2 成分 性能和热处理特点成分 性能 Wc 0 1 0 25 以保证零件心部有良好的塑性和韧性 加入Cr Mn Ni Ti V W Mo B等以提高钢的淬透性 细化晶粒 在渗碳层获得均匀细小的耐磨碳化物 热处理 渗碳后淬火 低温回火 3 常用合金渗碳钢分低淬透性合金渗碳钢 如20Cr 20MnV 中淬透性合金渗碳钢 如20CrMnTi 高淬透性合金渗碳钢 如18Cr2Ni4WA 三类 3 合金弹簧钢 1 用途及性能要求用途 机械和仪表中各种弹性元件 性能要求 高的弹性极限和屈强比 较高的疲劳强度 足够的塑性和韧性 2 成分 性能和热处理特点成分 性能 Wc 0 5 0 7 保证高的弹性极限 加入Mn Si Cr Mo W V B等以提高钢的淬透性 细化晶粒 耐回火性 强化铁素体 提高弹性和屈强比等 冷成形弹簧 去应力退火或淬火加中温回火 成形弹簧 淬火 中温回火 3 常用合金弹簧钢分硅锰系合金弹簧钢 如60Si2Mn 硅铬系合金弹簧钢 铬锰系合金弹簧钢和铬钒系合金弹簧钢 如50CrVA 4 高锰耐磨钢 1 用途及性能要求用途 制造受强烈冲击和巨大压力 并要求耐磨的零件 性能要求 受到强烈摩擦 巨大压力和冲击时 表面高的硬度和耐磨性 心部良好的韧性和塑性 较高的抗冲能力 2 成分 性能和热处理特点成分 性能 Wc 0 90 1 50 WMn 11 14 铸态组织为奥氏体和大量的碳化物 性能硬而脆 热处理 水韧处理 强度 硬度 180 230HBS 不高 塑性 韧性好 3 常用高锰耐磨钢ZGMn13 1等 2 轴承钢1 用途及性能要求用途 制造各种滚动轴承的元件 如滚珠 滚柱和内外套圈等 性能要求 很高的强度 硬度 耐磨性 很高的接触疲劳强度 一定的韧性和耐润滑剂腐蚀的能力 2 成分 性能和热处理特点成分 性能 Wc 0 95 1 15 保证高硬度 高耐磨性 加入Cr Si Mn Mo V等合金元素 提高钢的淬透 性 耐磨性和接触疲劳强度 热处理 球化退火 淬火和低温回火 3 常用轴承钢高碳铬轴承钢 GCr15应用最广 和无铬轴承钢 3 不锈钢与耐热钢1 不锈钢通常将具有抵抗大气或其他介质腐蚀的钢称为不锈钢 成分特点 低碳 加入大量的Cr Ni等合金元素 作用是提高铁素体的电极电位 使钢获得单相组织 在钢的表面形成一层致密的氧化膜 1 马氏体不锈钢 2 铁素体型不锈钢 3 奥氏体 铁素体型不锈钢 4 奥氏体型不锈钢 5 沉淀硬化型不锈钢 2 耐热钢耐热钢是指具有高温抗氧化性和热强性的钢 成分特点 低碳 加入Cr Al Si 形成致密保护膜 Ti V Mo W 增加高温强度 分为抗氧化钢和热强钢两类 抗氧化钢主要用于长期在高温下不起氧化皮 强度要求不高的零件 如炉底板 热强钢主要用要求有高温强度又有较好抗氧化性的零件 如柴油机排气阀 汽轮机叶片等 课题五铸铁 有有色金属等其他材料 教学重点 1 常用黄铜和青铜的牌号 性能及用途2 硬质合金的分类 牌号 及应用 3 工程塑料和复合材料的定义 特性 分类教学难点 1 根据零件的使用需要 正确选用合适的有色金属材料牌号 2 粉末冶金材料 含硬质合金 的性能特点及应用 3 工程塑料化学名称较难记忆 一 铝及其合金1 工业纯铝铝及其合金是航空工业中的主要结构材料 是有色金属中应用最广泛的结构材料 纯铝呈银白色 是一种轻金属 面心立方晶格 无同素异晶转变 熔点低 密度小 具有优良加工工艺性能 电导性 热导性和耐大气腐蚀能力 其牌号用l 表示 最后两位数字表示铝的最低百分含量 第二位字母表示原始纯铝的改型情况 如lA35 工业纯铝是WAl 99 00 99 80 的纯铝 主要用来制作电线 电缆 散热片 配置合金等 2 铝合金1 铝合金的分类与牌号 1 铝合金的分类分为变形铝合金和铸造铝合金两大类 变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金 2 铝合金的牌号 变形铝合金牌号 采用四位字符牌号 铝合金的牌号用2 8 系列表示 第一位数字 铝合金的组别 第二位字母 原始合金的改型情况 A为原始合金 B Y为原始合金的改型合金 最后两位数字 区分同一组中不同的铝合金 例 5A02 铸造铝合金牌号 用 Z Al 元素符号 数字 表示 数字是主加合金元素百分含量 例 ZAlSi9Mg 2 铝合金的热处理固溶处理和时效 固溶处理是将能热处理强化的铝合金加热至高温单相区 经保温第二相溶解形成单相 固溶体后 迅速水冷至室温 得到过饱和的 固溶体的工艺 时效是将经固溶处理后的铝合金 在室温或加热到一定的温度 其性能随时间发生变化的现象 铝合金经固溶处理后 强度和硬度不会明显升高 塑性会显著提高 但这种组织是不稳定的 经时效处理 强度和硬度显著升高 塑性下降 二 铜及其合金1 工业纯铜纯铜呈紫红色 熔点1083 密度为8 96g cm3 面心立方晶格 无同素异晶转变 良好电导性 热导性 耐蚀性 抗磁性和加工工艺性能 工业纯铜的代号用 T 加顺序号表示 共有T1 T2 T3 T4四个牌号 序号越大 纯度越低 纯铜主要用于制作电线 电缆 导热材料及配置合金 2 铜合金铜合金分为黄铜 青铜和白铜 白铜是铜镍合金 主要用来制作精密机械和仪表中的耐蚀零件 热电偶等 价格高 1 黄铜 1 普通黄铜的组织和性能 当Wzn 32 时 形成单相 固溶体 随锌含量增加 其强度增加塑性改善 适于冷热变形加工 当Wzn 45 时 全部为 相组织 强度急剧下降 合金已无使用价值 黄铜还具有较好的耐蚀性和较好的铸造性能 20普通黄铜的牌号 性能及用途 压力加工黄铜的牌号用 H 数字 表示 如H68 铸造普通黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同 单相黄铜H68 有较高的强度 冷 热变形能力 较好的耐蚀性 用于制造形状复杂 耐蚀的零件 双相黄铜H62 有较高的强度 可进行热变形加工 广泛用于制作热轧 热压零件或由棒材经机加工制造各种零件 铸造普通黄铜ZCuZn38 具有铸造性能好 组织致密 主要用于一般的结构件和耐蚀零件 2 特殊黄铜在普通黄铜中加入其他合金元素的黄铜 加入的合金元素有铅 锡 铝 硅 锰 铁 镍等 以改善切削加工性 提高耐蚀性 铸造性能和力学性能等 压力加工特殊黄铜的牌号用 H 主加合金元素符号 铜的百分含量 合金元素的百分含量 表示 例 HPb59 1 铸造特殊黄铜的牌号表示方法与铸造铝合金相同 例 ZCuZn16Si4 3 青铜 锡青铜以锡为主要添加元素的铜基合金 常用锡青铜一般Wsn 3 14 其中压力加工锡青铜Wsn 7 锡青铜耐磨性好 无磁性和冷脆现象 可用于制作轴承 轴套等耐磨零件及弹簧等弹性元件 锡青铜的铸造收缩率小 用于铸造形状复杂 致密性要求不高 耐磨 耐蚀的零件 无锡青铜是含铝 铍 硅 铅 锰等合金元素的铜基合金 主要有 铝青铜 铍青铜等 三 轴承合金简介 1 轴承合金的性能和组织特点轴承支承轴进行工作 会与轴颈产生摩擦 为减少轴承对轴颈的磨损 对轴承合金有如下要求 1 较高的抗压强度和疲劳强度 2 摩擦系数小 表面能储存润滑油 耐磨性好 3 良好的抗蚀性 热导性和较小的膨胀系数 4 良好的磨合性 5 加工性能好 原料来源广 价格便宜 因此 轴承合金组织特点 软基体上分布硬质点或硬基体上分布软质点 2 常用轴承合金简介1 锡基轴承合金 锡基巴氏合金 2 铅基轴承合金 铅基巴氏合金 3 铜基轴承合金 4 铝基轴承合金 四 粉末冶金材料简介1 粉末冶金的特点与工艺1 粉末冶金的特点粉末冶金与一般的熔炼铸造相比 有以下特点 1 能生产具有特殊性能的材料和制品 2 无切屑或少切屑的精密加工 但金属粉末成本高 模具费用高 制品大小和形状受到一定限制 制品的韧性和强度较差 2 粉末冶金工艺简介粉末冶金工艺过程如下图所示 3 粉末冶金材料简介以碳钢或合金钢粉末为主要成分 用粉末冶金法制作结构零件用的材料 具有精度较高 表面质量好 省工时 省材料 生产率高 制品多孔可浸润滑油 减摩 减振 消声 广泛用于制作各类零件 五 硬质合金1 硬质合金的性能特点1 硬度高 耐磨性好 热硬性好常温下的硬度可达到86 93HRA 在900 1000 的温度下 仍可保持60HRC的高硬度 可切削50HRC左右的硬质材料 2 抗压强度和弹性模量高常温下的抗压强度可达6000MPa 900 时可达到1000MPa 弹性模量高 是高速工具钢的2 3倍 2 常用的硬质合金1 常用硬质合金的分类与牌号 1 钨钴类硬质合金主要成分是碳化钨 WC 和粘结剂钴 Co 牌号用 YG 数字 表示 例 YG15 2 钨钛钴类硬质合金主要成分是碳化钨 碳化钛 TiC 和粘结剂钴 牌号用 YT 数字 表示 例 YT15表示 3 通用硬质合金主要成分是碳化钨 碳化钛 碳化钽 或碳化铌 和粘结剂钴 牌号用 YW 数字 表示 例 YW1 2 常用硬质合金的化学成分 性能与应用 1 钨钴类硬质合金碳化钨的含量越高 粘结剂钴的含量越低 则合金的硬度 耐磨性 红硬性越高 抗弯强度和韧性越低 适宜于加工脆性材料 如铸铁等 2 钨钛钴类硬质合金由于碳化钛的加入 提高了硬度 耐磨性和热硬性 但抗弯强度和韧性有所下降 同时 在合金表面形成一层氧化钛薄膜 切削时不易粘刀 适于加工韧性材料 如钢等 3 通用硬质合金因含碳化钽 或碳化铌 有利于提高抗弯强度 硬度 耐磨性 耐热性和抗氧化能力 可用来加工铸铁和各种钢材 4 钢结硬质合金性能介于高速钢和硬质合金之间 并可进行锻造 热处理 焊接 适用于制造各种形状复杂的整体刀具 模具和耐磨零件 5 常用硬质合金的应用 切削加工用硬质合金 模具用硬质合金 硬质合金量具 耐磨零