机械制造基础教案12.docx

1、机械制造基础教案12第一次课 碳钢；合金结构钢；碳钢的金相组织观察项目一 非合金钢（碳钢）钢在自然界中储量较多，冶炼方便，加工容易，价格低廉，力学性能较优良，因此，应用最广，用量最大。尽管其应用领域已部分被有色金属、陶瓷、塑料及复合材料所取代，但它仍将占主导地位，占钢产量8090%，所以选材应首先考虑碳钢。一、碳素钢的分类1、按碳的质量分数分类 （1）低碳钢：Wc0.6。2、按钢的用途分类（1）碳素结构钢 用于机械零件（桥梁、锅炉等）和工程构件（轴、螺钉、螺母、曲轴和连杆等），多为低、中碳钢。（2）碳素工具钢 制作刀具、量具和模具，为高碳钢。3、按质量等级分类（1）普通碳素钢它在生产过程中不需

2、要特别控制质量的钢种，主要包括碳素结构钢、碳素钢筋钢等。（2）优质碳素钢它在生产过程中需要特别控制质量的钢种，如磷、硫含量，晶粒度等，主要有压力容器用钢。（3）特殊质量碳素钢需特别严格控制质量和性能，常用的有铁道特殊碳钢、碳素弹簧钢、碳素工具钢等。二、碳素钢的牌号、性能和用途（一）碳素结构钢1.牌号牌号表示方法：Q+S数值+质量等级符号+脱氧方法符号。例如，Q235AF，表示s235Mpa,质量等级为A、（A、B、C、D）级（A级质量最差），脱氧方法为沸腾钢（F、b、Z）的碳素结构钢。2.成分特点Wc=0.06%0.38%。3.性能特点强度低，塑性好，焊接性、冷成形性优良。3.用途通过热轧成各

3、种型材（如圆钢、方钢、钢板等），不经热处理而直接使用。Q195、Q215常轧制成薄板、钢筋供应市场；如Q235C、D级可用作焊接用材，又如铆钉。（二）、优质碳素结构钢 优质碳素结构钢所含硫、磷及非金属夹杂物都比碳素结构钢少，碳的质量分数波动范围也小，力学性能比较均匀，塑韧性比较好。1.牌号牌号表示方法：两位数字。数字为Wc的万分数，或数字+元素符号。常见牌号有15、20、35、45、55、65、65Mn。（1）根据化学成分不同，部分优质碳素结构钢又分为正常锰含量和较高锰含量优质碳素结构钢两类。如20钢，20Mn钢（WMn=0.7%1.0%），60Mn钢（WMn=0.9%1.2%）。（2）高级优

4、质：Ws、WP分别0.030%，牌号后加“A”，如45A。（3）特级优质Ws0.020%，（WP0.025%，牌号后加“E”，如45E。2.成分特点Wc=0.08%0.65%。3.性能特点与用途（1）08、10钢 属极软低碳钢，强硬度很低，塑韧性很好，具有优良的冲压、拉伸和焊接性能，淬透性、淬硬性差，难切削加工。 用于制造冷冲压零件和各种容器、仪表板、机器罩等，如扎制薄板、薄带冷变形材料、各种容器、车身、垫圈等。 （2）15、20钢 也有良好的冷冲压性能和可焊接性能。 常用来制造受力不大、韧性要求较高的中小结构件或零件。如焊接容器、螺钉、螺母、轴套等。如经过渗碳处理，可制造凸轮、齿轮等。 （3

5、）35、40、45、50钢 强度较高，综合力学性能良好，淬透性低，水淬易产生裂纹，小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火。主要用来制造齿轮、连杆、轴类等。 （4）60、70钢 强硬度高，但塑韧性较差。经适当的热处理后，常用来制造弹簧、弹簧垫圈、钢丝、低速车轮圈和扎辊等。（三）、碳素工具钢1.牌号牌号表示方法：T+数字。数字为Wc的千分数。如T8、T10、T12。如果含锰量较高，则加Mn，如T8Mn。高级优质碳素工具钢则附加“A”，如T12A，T8MnA。2. 成分特点Wc=0.65%1.35%。3.性能特点成本低，加工性能优良，强硬度较高，耐磨性好，但韧性较差，热硬性差，淬透性低，淬火时易变形

6、开裂。4.用途适用于制造各种低速刀具、量具。此类钢一般以退火状态供应市场，使用时再进行适当的热处理。如大锤、钻头、冲子、斧子、锯条、锉刀、丝锥、车刀、铣刀刻刀等。项目二 合金结构钢由于碳钢在某些方面不能满足性能要求，因而人们研制并开发了合金钢。在碳钢的基础上有目的加入一种或几种元素而获得的钢就称为合金钢。一、钢的分类 GB/T133041991钢分类：非合金钢、低合金钢、合金钢。 1、低合金钢低合金钢合金元素的种类和含量低于国标规定范围的钢。普通质量低合金钢 按质量等级低合金钢可分为优质低合金钢特殊质量低合金钢 2、合金钢低合金钢（WMe10） 按合金元素种类：铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等 按

7、用途：合金结构钢、合金工具钢、不锈钢及耐热钢（特殊性能钢）、合金专用钢等。 按退火组织分类：亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢。 按正火组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。二、合金钢的牌号表示方法牌号：数字元素符号数字拼音字母。以60Si2Mn为例：Wc60/100000.6， Wsi2， WMn1.5。1Cr13：Wc1/1000， WCr13特例：GCr15（Wcr1.5）， 0Cr18Ni9(Wc0.08)，00Cr12（(Wc0.75的高碳钢或工具钢球化退火。 （2）从使用性能方面考虑 受力小、性能要求低的工件正火。（3）从经济方面考虑 尽量用正火。三、淬火1淬火工艺及

8、其目的 工艺：加热到Ac3、Ac1以上某一温度保温，快速冷却。 目的：获得马氏体或下贝氏体组织，以便在不同的回火温度获得不同的性能。 2淬火加热温度亚共析钢Ac3以上3050； 共、过共析钢Ac1以上3050。 3淬火冷却介质 淬火冷却时，为得到M，冷速必须大于M临界冷速。淬火冷却介质冷却能力越强，工件越易于淬硬，淬硬层越深，但产生的内应力越大，变形或开裂倾向越大。因此，理想的淬火介质如左图所示。它可减少淬火应力，避免变形和开裂。常见的冷却介质有油、水、盐水、碱水，其冷却能力依次增强。碳钢一般用水淬，合金钢一般用油淬。盐水和碱水适用尺寸较大，外形简单，硬度要求较高，而淬火变形要求不高的碳钢零件

9、。此外还有碱浴、硝盐浴，其冷却能力介于水和油之间。常用于形状复杂、尺寸较小和变形要求小的零件。目前广泛采用的新型淬火剂如水玻璃碱水溶液、过饱和的硝盐水溶液等会在工件表面形成薄膜，使工件冷却均匀，避免了软点，减少了变形与开裂倾向。又具有无毒、无烟、无腐蚀、不燃烧等特点。4常用淬火方法 （1）单介质淬火 如水、油。 （2）双介质淬火 如先水冷后油冷或先水冷后空冷。 （3）马氏体分级淬火 先盐浴后空冷。（4）贝氏体等温淬火 先盐浴后空冷。四、回火1回火工艺及其目的工艺：将淬火钢重新加热Ac1以下某一温度，保温、冷却。 目的：减少或消除淬火内应力，稳定组织和尺寸，降低脆性，获得所需力学性能。 2淬火钢

10、回火时组织和性能的变化一般规律：回火温度升高，强度、硬度下降，塑性、韧性上升。3回火种类和应用 （1）低温回火（500）。组织：回火索氏体。性能：综合力学性能优良。应用：曲轴、连杆、螺栓、齿轮等。项目四 淬火实验热处理是将金属在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织及性能的一种工艺方法。对于同一种金属材料而言，采用不同的热处理工艺可获得不同的力学性能，从而满足不同零件的使用要求和工艺性能要求，有效地拓宽了材料的使用范围，有利于最大限度的发挥材料的潜能。一、实验目的1了解碳钢整体热处理的工艺特点，初步掌握操作方法。2分析加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢组织和力学性能的影响。二、实验设备和

11、试样 1实验设备箱式电阻炉，温控仪表，夹钳，水槽，油槽。2试样45钢，T12。三、实验内容 将钢加热到Ac1（共析钢和过共析钢）或Ac3以上某一温度，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度的速度冷却下来，使A转变成M。 1淬火温度的选择 淬火温度的选择主要取决于Wc，对于亚共析钢，其加热温度为Ac3+3050，淬火后得到细小的M与粒状Fe3C，后者可提高硬度和耐磨性，若加热温度过高，不仅无助于强度和硬度的提高，反而因过多的残余A而导致硬度和耐磨性下降。 各种不同成分的碳钢的临界温度可在热处理手册中查找。45的临界温度为730，加热可选为780；T10的临界温度为730，加热可选为780。 2保温

12、时间的确定 保温时间的确定与钢的成分、工件的形状尺寸、加热介质、加热方法等因素有关，可根据具体情况在有关文献上查得。加热温度在800左右，工件形状为圆柱形的可按1.0分钟/每毫米直径计算。 3冷却介质与冷却方法的选择 冷却是淬火的关键工序，如果冷却时冷却曲线与C曲线相交，将使A转变为其它组织，使性能不能满足要求；但若冷却过快，会形成较大的内应力，致使工件变形或开裂。冷却时要在获得M组织的前提下尽量慢冷，理想的冷却曲线就是按这一要求描绘出来的。目前为止，还没有找到一种十分理想的淬火冷却介质，应用较多的还是单液冷却，碳钢用水，合金钢用油。四、实验方法与步骤 全班同学可分二组，各组领取试样后，按规定的工艺进行热处理。然后测定硬度，并填入书后的表中，最后完成实验报告。五、热处理安全操作技术 1淬火时，穿好防护用品，以防淬火剂飞溅伤人。2操作前应熟悉零件的工艺要求及热处理设备的使用方法，严格按工艺规程操作。3加热设备和冷却设备之间，不得放置任何妨碍操作的物品。4用电热炉加热时，工件进炉、出炉应先切断电源，以防触电。5经热处理后的工件，不要轻易用手去摸，以防烫伤。总结：1铸造、锻造的性能和方法；2正火、淬火和回火的目的；3. 回火的温度、组织、性能和应用；4. 淬火实验报告。作业：课程报告导言引入课题导言引入课题导言引入课题复习导言引入课题导言引入课题导言引入课题导言引入课题