《汽车机械基础》课件-钢的热处理的重塑美

了解钢铁材料在热处理的历练中如何重获新生它们的成长的轨迹发生了什么样的变化？钢的热处理的历练美《钢铁是怎样炼成的》中的保尔•柯察金，在经历了生活的磨炼后，从懵懂的男孩成长为钢铁战士。汽车中的钢铁材料的成长正如保尔•柯察金的经历一样，这节课我们将一起了解是什么样的历练将一块普通的钢锭打造成了汽车上不可缺少的重要零部件。案例导入一、初识钢铁矿石生铁钢（钢锭）型材铸铁轧制、加压、拉拔锻造等加工含碳量大于2.11%的铁碳合金含碳量小于2.11%的铁碳合金二、铁碳合金的组织1.铁素体铁素体中溶解碳的能力很小，最大溶解度在727℃时，含碳量为0.0218%，随着温度的降低，其溶解度逐渐减小，室温时铁素体中只能溶解0.0008%的碳。铁素体的力学性能以及物理、化学性能与纯铁极相近，塑性、韧性很好（δ=30%~50%），但强度、硬度很低σb=180~280Mpa）。二、铁碳合金的组织2.奥氏体奥氏体的溶碳能力比铁素体大，在1148℃时，碳在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，随着温度降低，其溶解度也减小，在727℃时，为0.77%。奥氏体的强度、硬度低，塑性、韧性高。在铁碳合金平衡状态时，奥氏体为高温下存在的基本相，也是绝大多数钢种进行锻压、轧制等加工变形所要求的组织。趁热打铁这个成语所描述的的情景便是古代铁匠在奥氏体基本相下进行捶打加工二、铁碳合金的组织3.渗碳体

渗碳体是具有复杂晶格的铁与碳的间隙化合物，含碳量为6.69%。它的硬度很高，为800HB，塑性、韧性很差，几乎等于零，所以渗碳体的性能特点是硬而脆。渗碳体在钢与铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。渗碳体是钢中重要的硬化相，它的数量、形状、大小和分布对钢的性能有很大的影响。二、铁碳合金的组织4.珠光体珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，用符号“P”表示。其含碳量为0.77%。珠光体由渗碳体片和铁素体片相间组成，其性能介于铁素体和渗碳体之间。强度、硬度较好、脆性不大二、铁碳合金的组织5.钢中含碳量对力学性能的影响：随着碳含量的增加，钢的硬度始终上升，塑性、韧性始终下降。当碳含量小于0.9%时，随着碳含量的增加强度升高。当碳含量大于0.9%时，强度下降。三、钢的热处理常见的工艺路线：或三、钢的热处理热处理：通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改善其内部组织结构，以获得所需要性能的一种加工工艺。三、钢的热处理1.退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷、坑冷、灰冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。目的：减轻钢的成分及组织的不均匀性，细化晶粒，调整硬度，消除内应力，为淬火作组织准备三、钢的热处理1.退火：（1）完全退火加热到Ac3以上20-30度，再缓慢冷却的退火。目的：①细化、均匀化，粗大、不均匀组织②得到接近平衡组织→调整硬度→切削性③消除内应力三、钢的热处理1.退火：（2）等温退火由于完全退火的时间较长，等温退火很好地解决了这个问题。等温退火先以较快的速度，将工件加热到Ac3以上30～50℃，保温一定时间后，先以较快的冷速冷到珠光体的形成温度等温，使奥氏体转变成珠光体，待等温转变结束再快冷。这样就可大大缩短退火的时间。三、钢的热处理1.退火：（3）球化退火Ac1以上20-40度保温，缓冷。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。目的：使Fe3C球化，降低硬度；提高韧性，改善切削加工性；为以后淬火做准备。三、钢的热处理1.退火：（4）去应力退火将工件随炉缓慢加热至500～650℃（＜A1点），保温一段时间后随炉缓慢冷却，至200℃出炉空冷。目的：消除铸、锻、焊件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工件的残余内应力。退火温度愈高，内应力消除越充分，退火所需的时间越短。三、钢的热处理2.正火将工件加热到AC3或Accm以上30-80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。冷却方式较退火快，组织细，强度和硬度提高三、钢的热处理（1）用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能（2）用于低、中碳钢作为预先热处理，得合适的硬度便于切削加工。（3）用于过共析钢，消除网状Fe3CⅡ，有利于球化退火的进行。2.正火的应用三、钢的热处理将钢件加热到AC3或AC1以上30-50℃，保温一定时间，然后快速冷却（油冷或水冷），从而得到马氏体或下贝氏体的一种热处理。3.钢的淬火三、钢的热处理为得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但这必然会产生很大的内应力，往往会引起工件变形和开裂，为此人们提出了理想的淬火冷却曲线。淬火的冷却介质三、钢的热处理回火是将淬火钢加热到临界点Acl以下的某一温度，保温后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。回火得到的组织有回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体。回火的主要目的是：（1）降低脆性（2）稳定组织和工件尺寸（3）获得要求的机械性能4.钢的回火三、钢的热处理淬火钢在回火过程中，回火温度—回火组织—钢的性能之间存在着一一对应关系。回火温度越高，钢的硬度越低在较低温度（200-300℃）回火时，因淬火引起的内应力被消除，钢的屈服强度和抗拉强度都得到提高。按回火温度范围的不同，可分为三类：低温回火：回火温度范围一般为150～250℃，得到回火马氏体组织。（HRC58-64）中温回火：回火温度范围通常为350～500℃，得到回火托氏体组织。（HRC35-45）高温回火：回火温度范围通常为500～650℃，得到回火索氏体组织。（HRC25-35）回火脆性1）低温回火脆性（不可逆回火脆性）淬火钢在250～400℃温度范围内回火出现的脆性称为低温回火脆性，也叫第一类回火脆性。2）高温回火脆性（可逆回火脆性）淬火钢在500-650℃温度范围内回火出现的脆性称为高温回火脆性，又叫第二类回火脆性。三、钢的热处理5.表面热处理表面热处理过程是一个比较复杂的过程。一般将它看成由渗剂的分解、工件表面对活性原子的吸收和渗入工件表面的原子向内部扩散三个基本过程组成。三、钢的热处理钢的渗碳将低碳钢放人渗碳介质中，在900～950℃加热保温，使活性碳原子渗入钢件表面以获得高碳渗层的化学热处理工艺称为渗碳。主要目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，同时保持心部具有一定强度和良好的塑性与韧性。5.表面热处理三、钢的热处理钢的渗氮（气体氮化）在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺目的：提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度钢的碳氮共渗在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗碳为主的化学热处理工艺。分类：中温气体碳氮共渗、低温气体碳氮共渗（气体软氮化）二、钢铁材料的应用-先进高强度钢国际钢铁协会(IISI)先进高强钢应用指南第三版中将高强钢分为传统高强钢(ConventionalHSS)和先进高强钢(AHSS)。AHSS主要包括双相钢(DP)、相变诱导塑性(TRIP)钢、马氏体(M)钢、复相钢(CP)、热成形(HF)钢和孪晶诱导塑性(TWIP)钢；AHSS的强度在500MPa到1500MPa之间，具有很好吸能性。高强度钢在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用，已经广泛应用于汽车工业，主要应用于汽车结构件、安全件和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件鞍钢首卷世界最高级别强度的汽车钢新产品顺利下线先进高强度钢板是汽车实现“减重节能”和绿色发展的关键材料，代表了汽车用钢的发展方向，也是国际高强度钢竞争的关键技术。2023年我国鞍钢首卷强度为世界最高级别2000MPa的汽车钢新产品顺利下线，为进一步拓展中国汽车钢新市场奠定了坚实基础。二、钢铁材料的应用-先进高强度钢三、铝合金的应用在汽车轻量化中发挥重要作用的有色金属材料便是铝合金。1.铝合金铝合金是在铝中加入适量的锡、铜、镁、锰等元素后获得的合金,经处理后,铝合金的机械性能大为提高。2.铝合金的特点铝合金的比强度高具有良好的耐蚀性、切削加工性和铸造性、可以实现柔性的强度设计、表面美观活塞铝合金发动机缸盖轮辋和轮辐轮辋轮辐目前铝合金较多地应用在汽车的汽缸盖、轮辋、活塞、散热器、冷凝器等部件，不少汽车企业正在全铝发动机缸体、全铝车身上发力。汽车每应用1kg铝材，可获得2kg的减重效果；汽车每减重10%，油耗可降低6%-8%，尾气排放量可减少4%三、铝合金的应用1.镁合金是镁为基础加入其他元素组成的合金。其密度仅是铝合金的三分之二，钢铁的四分之一，在汽车零部件轻量化效果十分显著。2.镁合金的特点：密度小（1.8g/cm3左右）强度高，弹性模量大散热好消震性好承受冲击载荷能力比铝合金大耐有机物和碱的腐蚀性能好四、镁合金的应用镁合金方向盘骨架镁合金仪表盘目前镁合金主要应用于汽车方向盘骨架、镁合金仪表盘等支撑部位，镁合金零部件的大规模应用，正是汽车企业轻量化和节能减排研究的重要抓手。四、镁合金的应用1.塑料：是以石油天然气和煤为基础原料的各种单体，通过聚合、树脂粘合、树脂添加、压缩等复杂的化学反应而生成的高分子材料。2.特点：属轻质材料比强度高、化学稳定性好耐腐蚀绝缘性好耐磨性好、消声吸振性好，易加工成型。五、塑料的应用塑料目前广泛应用在汽车仪表盘、转向盘、车门内衬等内饰件，以及保险杠面板、挡泥板、灯外饰等方面。五、塑料的应用碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性，密度只有1.6g/c