金属材料及热处理基础1Word文档下载推荐.docx
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合金元素含量≤5%;
中合金钢:
合金元素含量在5-10%范围内;
高合金钢:
合金元素含量>
10%)。
(此划分无严格的规定)
(三)按质量分:
1、普通质量钢(P≤0.040%,S≤0.050%);
2、质量钢(P≤0.035%,S≤0.035%);
3、优质钢(P≤0.025%,S≤0.025%);
4、高级优质钢(P≤0.025%,S≤0.015%)。
三、钢的编号
(一)碳钢的编号
1、碳素结构钢
以钢材直径(或厚度)不大于16mm钢的屈服点(σs)数值划分,牌号由屈服点字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四个部分按顺序组成。
例:
Q235-A.F,表示屈服点数值为235N/mm2的A级沸腾钢。
(1)、符号、代号的意义
Q:
钢屈服点;
A、B、C、D:
质量等级。
A、B、C为普通级,硫、磷含
量依次降低;
D为优质级;
F:
沸腾钢;
b:
半镇静钢;
Z:
镇静钢;
TZ:
特殊镇静钢。
(Z、TZ省略)
(2)、新旧牌号对照。
A6、A7、B6、B7新标准已无相应的钢材与之对应;
Q195不分等级,其成分和力学性能分别与B1、A1相同;
Q215分A、B两级。
与A2、C2相当;
Q235分A、B、C、D四级。
A、B级分别与A3、C3相当;
Q255分A、B两级。
与A4、C4相当;
Q275不分等级,成分和力学性能与C5相当。
2、优质碳素结构钢:
一般用两位数字表示,代表平均碳含量,以万分之一(0.01%)表示。
45钢,表示平均碳含量为0.45%左右。
3、碳素工具钢:
在“碳”或“T”字的后面附以数字,表示钢中的平均碳含量,以千分之一(0.1%)表示。
若为高级优质碳素工具钢,则在数字后面附加以“高”或“A”。
例如T10A,表示高级优质碳素工具钢,碳含量1.0%左右。
(二)、合金钢编号
1、合金结构钢:
以两位数字加元素符号再加数字的方法表示。
前面的两位数字代表平均碳含量,以万分之一(0.01%)表示;
元素符号后的数字表示该元素的含量,以百分之一表示,当元素含量小于1.5%时,后面数字不写。
35CrMo:
表示该钢碳含量为0.35%左右,Cr含量在1.0%左右(0.8-1.2%),Mo含量小于1.5%(0.2-0.4%);
40Cr:
表示该钢碳含量为0.40%左右,Cr含量在1.0%左右;
20MnTiB:
表示该钢碳含量为0.20%左右,Mn含量在1.0%(1.3-1.6%)左右,Ti含量在0.08%左右,B含量在0.001%以上。
2、合金工具钢:
以一位数字加化学元素符号,再加数字的方法表示。
前一位数字表示平均碳含量,以千分之一(0.1%)表示。
但若钢中的碳含量大于等于1%时,前面的数字可不必标出;
后面的数字代表相临前面元素的含量,以1%表示。
当元素含量小于1.5%时,后面数字可不标。
9Mn2V:
表示该钢碳含量为0.9%左右,Mn为2%左右,V小于等于1%;
CrWMn:
表示该钢碳含量大于等于1%,Cr、W、Mn含量均在1%左右。
3、例外:
高速钢、不锈钢、耐热钢的碳含量一般不标出,但如果几个钢的合金元素相同,仅碳含量不同时,碳含量用千分之几(0.1%)表示。
高级优质钢在钢号后标以“高”或“A”。
如38CrMoAlA。
(三)、其他牌号
1、SAE编号:
碳钢10XX。
如1006A、1008K、1022、1038、1038H等材质,其中06、08、22、38表示含碳量在0.06%、0.08%、0.22%、0.38%左右,A表示Al脱氧钢,K表示SI脱氧钢,H表示保证淬透性钢;
硼钢XXBXX。
如10B21、10B30等,其中21、30表示含碳量在0.21%、0.30%左右,B表示加入了硼元素,其含量在0.0005%以上;
铬钼钢41XX。
如4135、4140等,其中35、40表示含碳量在0.35%、0.40%左右,最前面的数字4表示铬含量约0.95%左右,钼含量约0.20%左右。
2、JIS编号:
碳钢SXXC。
如S45C、SWRCH22A等,其中45、22表示含碳量在0.45%、0.22%左右,CH表示冷打钢;
铬钼钢SCMXXX。
如SCM435、SCM415等,其中35、15表示含碳量在0.35%、0.15%左右,S表示STELL(钢),C、M表示铬、钼合金元素,4表示铬含量约1.0%左右,钼含量约0.20%左右。
四、常用合金元素在钢中的作用。
碳(C):
提高钢件强度,提高耐磨性。
钨(W):
提高红硬性。
铬(Cr):
提高淬透性、耐磨性。
钒(V):
细化晶粒。
钼(Mo):
提高二次硬化。
钴(Co):
提高红硬性尤甚。
锰(Mn):
提高强度,并在一定程度上提高可淬性。
镍(Ni):
提高强度,减小氢脆。
硼(B):
提高淬透性。
硅(Si):
保证钢件的强度,适当的含量改善钢件塑韧性。
铝(AL):
与氮(N)结合成ALN阻止奥氏体晶粒长大。
第二章热处理基本概念
金属热处理是将金属材料(其中包括黑色金属材料和有色金属材料及其加工后的工件)在固态范围内,通过一定的加热,保温和冷却,使金属或合金的内部组织发生变化,从而获得预期的性能(如力学性能、加工性能、物理和化学性能)、组织和结构的工艺过程的总称。
一、退火
(一)、概念:
把钢加热到适当温度(一般Ac1以上),保温一定的时间,然后缓慢冷却,以获得接近平衡状态的组织的热处理方法。
(二)、目的:
降低硬度,以利于切削加工;
提高钢的塑性和韧性,以便于冷变形加工;
改善或消除钢在铸造、轧制、锻造和焊接等过程中所造成的各种组织缺陷;
细化晶粒,改善钢中碳化物的形态及分布,为最终热处理做好组织准备;
消除内应力,以减少变形和防止开裂。
二、淬火
将钢加热到临界温度(Ac3或Ac1)以上,保温一定时间使之奥氏体化后,以大于临界冷却速度的冷速进行冷却,以得到高硬度的马氏体或下贝氏体的热处理工艺方法。
提高工件的硬度和耐磨性;
提高工件的综合力学性能或使工件获得较高的弹性;
获得特殊的物理化学性能(磁性、耐蚀性、耐热性等)。
三、回火
将工件加热到钢的A1以下某一温度,保温一段时间,然后进行冷却(一般冷至室温)的热处理工艺。
使工件获得所要求的力学性能;
减少或消除残余应力;
稳定工件的组织和尺寸。
(三)、分类:
低温回火(150~250℃),如渗碳和碳氮共渗件,低合金超高强度钢等;
中温回火(300~450℃),如各种弹簧钢等;
高温回火(500~650℃),如螺栓、轴等。
四、正火
将钢加热到Ac3或Acm以上适当温度,保温一定时间,使奥氏体均匀化,然后出炉空冷或以其它适当的冷却方式冷却的热处理工艺。
碳含量小于0.5%的钢件常用正火代替退火,这样既节约能源,又提高生产效率;
力学性能要求不高的零件,可用正火作为最终处理;
对于过共析钢若有网状碳化物存在,必须进行正火处理,消除网状碳化物,再进行球化退火;
消除切削加工后的硬化现象和去除内应力;
细化晶粒,均匀组织。
五、深冷处理
高碳合金工具钢和经渗碳或碳氮共渗的结构钢零件,为提高其硬度和耐磨性,或为保证其尺寸的稳定性,将淬火后已冷到室温的工件继续深冷至零下温度,使淬火后保留下来的残余奥氏体继续向马体转变的工艺。
一般情况下,冷处理的温度达到-60~-80℃即可满足要求。
六、淬透性与淬硬性
(一)、淬硬性:
钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。
主要取决于淬火马氏体的碳含量,碳含量越高,钢的淬硬性越好。
淬硬性与钢中合金元素的含量关系不大。
(二)、淬透性:
钢能获得淬硬层深度的能力。
在同一淬火条件下,获得淬硬层愈深,表示钢的淬透性愈好。
淬透深度标准:
人为规定自工件表面到半马氏体组织区的深度作为淬透深度。
如果工件淬火后心部获得了50%的马氏体,就认为被淬透了。
影响淬透性的主要因素:
淬透性是钢的固有属性,主要取决于临界冷速的大小,临界冷速越小,钢的淬透性越好;
除Co和AL外,所有溶入奥氏体的合金元素都提高钢的淬透性(如Cr、Mo、Mn、B、V等);
适当提高淬火加热温度,使奥氏体晶粒长大及钢的成分均匀化,也能增加过冷奥氏体的稳定性,提高钢的淬透性。
质量效果:
因尺寸不同而使热处理效果不同者,称为质量效果。
一般碳钢之质量效果大,其淬透性较差,导致大规格之螺栓与螺帽淬硬层深度浅,故需考虑添加B、Mn、Cr等合金元素,或用合金钢来取代碳钢。
如10B21、35ACR,20MnTiB、SCM435等。
七、淬火工艺参数的确定
(一)、淬火加热温度
确定钢的淬火加热温度时,应考虑钢的化学成分、工件尺寸和形状、技术要求、奥氏体的晶粒长大倾向,以及淬火介质与淬火方法等。
根据实践经验,淬火加热温度选定原则如下:
亚共析钢为:
AC3+30-50℃;
共析钢与过共析钢:
AC1+30-50℃;
AC3(或AC1)+50-100℃
但在实际生产中,需根据具体情况作适当调整。
如对工件较大,装炉量较大或要增大淬硬层深度的工件,可适当提高淬火加热温度;
如对尺寸较小、形状复杂、容易变形或开裂的工件,淬火温度应适当降低。
附表一:
几种常用钢临界点、淬火加热温度
牌号
AC1(℃)
AC3(℃)
淬火加热温度(℃)
淬火介质质
15
725
870
890-920
水
40
724
790
830-880
水或油
45
780
780-860
20MnTiB
720
843
860-890
油
35CrMo
755
800
820-840
830-850
40Cr
743
782
830-860
T10
730
770-790
GCr15
745
900
820-850
(二)、淬火保温时间
淬火保温时间是指工件装炉后,从炉温升到淬火温度时起算,直到出炉为止所需要的时间。
包括工件透热时间和组织转变所需的时间。
影响淬火保温时间的因素很多,主要有:
1、钢的成分。
钢中碳及合金元素含量增多,将使钢的导热性下
降,故保温时间应增加。
1、工件的形状与尺寸。
对相同材料与形状的工件,保温时间将随有效厚度的增大而延长;
对于形状复杂或尺寸较大的碳素工具钢及合金工具钢工件,常在淬火加热前采取预热;
2、加热介质。
3、装炉情况。
4、炉温。
提高炉温,可缩短加热保温时间。
(三)、冷却方式
工件淬火冷却可以采取不同的方法,主要有单液淬火法(直接淬火法)