碳钢的热处理及性能分析..ppt

1、实验五 碳钢的热处理及性能分析实验六 常用钢铁材料的组织观察,清华大学基础工业训练中心,一、金属的概念 二、金属材料的力学性能 三、金属的结晶和组织 1. 金属的结晶过程 2. 金属的组织 （1）室温平衡组织 （2）非平衡组织,四、钢铁的分类和异同 钢和铸铁所含的主要合金元素都是铁和碳，所以也称钢和铸铁为Fe-C合金，它们的不同点在于含碳量，钢的含碳量小于2.11%，铸铁的含碳量大于2.11%。 五、Fe-C合金基本组织 1. 铁素体 F 2. 渗碳体 Fe3C 3. 珠光体 P（ F+ Fe3C ）,六、钢铁的组织和性能 1. 碳钢的室温平衡组织 碳钢的室温平衡组织由铁素体、渗碳体和珠光体三

2、种基本组织组成。随碳钢含碳量的不同，基本组织的含量也相应发生变化。碳钢按室温组织的不同根据含碳量可分为三类。,纯铁,亚共析钢,共析钢,过共析钢,碳钢的成分、组织、性能之间的关系示意图,2. 铸铁的室温平衡组织 铸铁由于含碳量高，碳的存在形态发生了变化。在钢中碳是以化合态的Fe3C（渗碳体）存在，而在铸铁中碳不仅以化合态的Fe3C存在，同时出现了游离态的石墨。铸铁的组织可以认为是在铁素体或珠光体，或铁素体珠光体的基体上分布着不同形态的石墨。根据石墨形态的不同，常用铸铁可分为： 灰 铸 铁 石墨以片状存在 可锻铸铁 石墨以团絮状存在 球墨铸铁 石墨以球状或近似球状存在,可锻铸铁（铁素体基体）,灰铸

3、铁（珠光体基体）,球墨铸铁 （铁素体珠光体基体）,3. 铸铁与碳钢的性能比较 铸铁与碳钢比较（在同一种基体下），由于铸铁中石墨的强度和伸长率都极低 （b20Mpa，0）,而且石墨的存在对基体起割裂作用，所以，铸铁的力学性能（抗拉强度、塑性、韧性）较差，不如碳钢，尤以灰铸铁（片状石墨）最差，球墨铸铁因球状石墨的割裂作用最轻，具有较好的力学性能。 铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能，而且生产成本低廉，因而在工业生产中得到广泛的应用。,六、热加工工艺对碳钢组织的影响 在材料加工工程中存在着如下关系： 设备 工艺 组织性能应用 原材料 成分 这个关系在实际生产过程中，表现为设备、工艺

4、条件等的不同决定了热过程的非平衡程度的不同，使得金属结晶和转变过程不同，最终使金属材料的组织呈现多样性，即使同一种金属材料的组织也可呈现不同的形态。可见，正是非平衡过程的多样性，使得工程材料得到不同的组织，具备不同的性能，从而满足各种使用要求。此外，相同的金属组织，晶粒越细小、分布越均匀，其力学性能越高。,常用热加工工艺方法特点,铸锭宏观组织示意图,焊接接头宏观组织示意图,七、热处理的概念及常用工艺 热处理是将金属在固态下通过加热、保温 和冷却过程，改变其内部组织，从而获得所需 性能的一种工艺方法。它的特点是：只改变金 属材料内部组织结构，获得所需性能，尽量避 免改变零件的形状。同样的材料经过

5、不同的热 处理方法，可以得到不同的内部组织，因此， 热处理工艺可以最大限度地发挥材料的潜力。 钢的常用热处理方法有：退火、正火、淬 火和回火。,常用热处理方法的工艺曲线示意图,退火,正火,淬火,回火,1. 退火 退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度，经保温一定时间，随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。 退火的目的： a. 降低硬度，以利于切削加工； b. 细化晶粒，改善组织，提高机械性能； c. 消除内应力，为下一道热处理作好准备； d. 提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷 冲压或冷拉拔加工。 退火的缺点：占用设备；生产率低。,2

6、. 正火 正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度，经保温一定时间，随后在空气中冷 却，以获得更细组织的一种热处理工艺。 正火的作用与退火相似，与退火不同之处是： a. 正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获 得的组织更细。 b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而 塑性、韧性则稍低。 c. 不占用设备；生产率高。,3. 淬火 淬火是将金属制件加热到这种金属的临界温度以上3050，经保温一定时间，随后在水或油中快速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。 淬火的目的：提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性，并在回火后获得高强度和一定韧性相配合的性能。,4. 回火 回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一温度，保温一段时间，然后置于空气或油中冷却的热处理工艺。 回火的目的：为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力，降低金属材料的淬性，使它具有一定的韧性。 根据加热温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。,（1）低温回火：回火温度为150250。低温回火能消除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。 （2）中温回火：回火温度为350500。中温回火可大大减小钢的内应力，提高了弹性、韧性，但硬度有所降低，应用于弹簧和热锻模等。 （3）高温回火：回火温度为500650。高温回火可以消除内应