金属材料与钢的热处理.ppt

1、机械制造基础机械制造基础主讲:肖耘亚2010.3第一章金属材料与钢的热处理第一节金属材料及其性能常用金属材料n n黑色金属：铁族材料n n有色金属：非铁金属材料一、黑色金属n n铸铁：含碳量2.06%n n碳素钢：含碳量2.06%n n合金钢：在碳素钢中添加合金元素2、碳素钢n n普通碳素结构钢uu以以Q+Q+屈服强度、质量等级、脱氧方法表示，屈服强度、质量等级、脱氧方法表示，Q235-Q235-A.FA.F，“屈屈”235MPa”235MPa，A A（BCDBCD）级，沸腾钢级，沸腾钢n n优质碳素结构钢uu以含碳量的万分比表示，以含碳量的万分比表示，4545，10A10A，65Mn65Mn

2、n n碳素工具钢uu以含碳量的千分比表示，以含碳量的千分比表示，T8T8n n铸钢uuZG200-400ZG200-400，前数表示屈服强度，后者表示，前数表示屈服强度，后者表示抗拉强度抗拉强度3、合金钢n n在碳素钢中添加硅、锰、铬、镍、钼、钒、钛等合金元素构成的高性能钢uu合金结构钢合金结构钢t t以两位数字以两位数字+合金元素符号合金元素符号+数字表示数字表示t t60Si2Mn60Si2Mn，GCr15GCr15uu合金工具钢合金工具钢t t以两位数字以两位数字+合金元素符号合金元素符号+数字表示，但含数字表示，但含C C量低于量低于1%1%时时可不标可不标t t9SiCr9SiCr，

3、Cr12MoVCr12MoVt t刃具钢：热硬性，刃具钢：热硬性，W18Cr4VW18Cr4V（高速钢）（高速钢）t t量具钢：耐磨、小变形，量具钢：耐磨、小变形，T10AT10A，CrWMnCrWMnt t模具钢：耐用，耐高温（热作模具钢模具钢：耐用，耐高温（热作模具钢5CrMnMo5CrMnMo），耐负荷），耐负荷（冷作模具钢（冷作模具钢Cr12MoVCr12MoV）3、合金钢uu特殊性能合金钢特殊性能合金钢t t具有特殊物理、化学性能的高合金钢，含碳量小，具有特殊物理、化学性能的高合金钢，含碳量小，以千分数计以千分数计t t不锈钢：含铬不锈钢：含铬(1Cr13)(1Cr13)、镍（、镍（

4、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti）t t耐热钢：耐高温，如内燃机气阀、加热炉管道，耐热钢：耐高温，如内燃机气阀、加热炉管道，含铬、硅，含铬、硅，15CrMo15CrMo，4Cr10Si2Mo4Cr10Si2Mot t耐磨钢：具有在强烈冲击下抵抗磨损的性能，如耐磨钢：具有在强烈冲击下抵抗磨损的性能，如坦克履带，一般是高锰钢，坦克履带，一般是高锰钢，ZGMn13ZGMn13t t软磁钢（硅钢）：通电时的高磁性软磁钢（硅钢）：通电时的高磁性二、有色金属n n具有特殊性能，如导热性、导电性、耐腐蚀性n n铜与铜合金n n铝与铝合金n n轴承合金二、有色金属n n铜与铜合金uu纯铜：又称紫铜，导

5、热、导电、极好的塑性、耐腐纯铜：又称紫铜，导热、导电、极好的塑性、耐腐蚀，但机械强度差，不做零件蚀，但机械强度差，不做零件uu黄铜：铜锌合金，常用做阀门、管件，含锌在黄铜：铜锌合金，常用做阀门、管件，含锌在2040%2040%，含锌越多，强度增加，塑性下降，含锌越多，强度增加，塑性下降，H62H62，HPb59-1HPb59-1uu青铜：铜锡或铜铝合金，耐磨、耐腐蚀、减磨，轴青铜：铜锡或铜铝合金，耐磨、耐腐蚀、减磨，轴承材料承材料t t锡青铜：锡青铜：t t无锡青铜：无锡青铜：t tQSn4-3QSn4-3，ZCuSn5Pb5Zn5ZCuSn5Pb5Zn5二、有色金属n n铝与铝合金uu纯铝：

6、密度小，熔点低，导电，导热，塑性纯铝：密度小，熔点低，导电，导热，塑性好，强度、硬度低，能形成氧化膜，耐腐蚀好，强度、硬度低，能形成氧化膜，耐腐蚀uu铝合金：加入铜、镁、硅、锰，良好的强度、铝合金：加入铜、镁、硅、锰，良好的强度、塑性、耐腐蚀性，且能经热处理强化塑性、耐腐蚀性，且能经热处理强化t t变形铝合金：强度高，塑性好，如飞机构件变形铝合金：强度高，塑性好，如飞机构件t t铸造铝合金：适宜铸造，但塑性差，不能锻打铸造铝合金：适宜铸造，但塑性差，不能锻打uu变形铝和铝合金牌号变形铝和铝合金牌号二、有色金属n n轴承合金uu摩擦系数小，耐磨，抗压强度高，导热性好摩擦系数小，耐磨，抗压强度高，

7、导热性好uu锡基轴承合金：锡基轴承合金：ZSnSb11Cu6ZSnSb11Cu6（锡锑铜）（锡锑铜）uu铅基轴承合金：铅基轴承合金：ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb16Sn16Cu2（铅锑锡铅锑锡铜铜）第二节钢的热处理钢的热处理n n定义：将固态钢，通过不同方式的加热、保温和冷却，来改变钢的内部组织结构，从而改善钢的性能的一种工艺方法n n作用：发挥材料潜力，改善使用性能，提高产品质量，延长使用寿命n n分类：uu整体热处理整体热处理uu表面热处理表面热处理亚共析钢的显微亚共析钢的显微组织，图中呈块组织，图中呈块状分布的白亮部状分布的白亮部分即是铁素体分即是铁素体,黑色部分为珠光黑色部分

8、为珠光体组织体组织 共析钢的显微组织，共析钢的显微组织，其组织全部为珠光体其组织全部为珠光体 共析钢的显微组织，其组织共析钢的显微组织，其组织由珠光体晶粒及其周边的网由珠光体晶粒及其周边的网状渗碳体组成状渗碳体组成 莱氏体在室温时是莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体所珠光体和渗碳体所组成的机械混合物组成的机械混合物 整体热处理n n退火n n正火n n淬火n n回火整体热处理1.1.钢的退火钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经钢的退火是将钢加热到发生相变或

9、部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。工性能。退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。处理，又称预先热

10、处理。整体热处理2.钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。整体热处理3.钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。整体热处理4.钢的回火将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。目的是消

11、除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。整体热处理4.4.钢的回火钢的回火 调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在处理。高温回火是指在500-650500-650之间进行回火。调质之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期时效处理：为了消除精密

12、量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度回火温度150-250150-250）精加工前，把工件重新加热到）精加工前，把工件重新加热到100-150100-150，保持，保持5-205-20小时，这种为稳定精密制件质量小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。和尺寸，尤为重要。表面热处理n n表面淬火n n渗碳n n渗氮表面热处理

13、n n表面淬火：uu将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬火在马氏体组织，这样就可以把表面层被淬火在马氏体组织，而心部没有发生相变，而心部没有发生相变，uu实现表面淬硬而心部不变的目的。实现表面淬硬而心部不变的目的。uu适用于中碳钢。适用于中碳钢。表面热处理n n化学热处理：uu将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺。uu按照渗入元素的种类不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、氰化和渗金属法等四种。热处理的表示方法n n按热处理工艺分类及代号的规定，并标出应达到的力学性能指标n n5XXX见P13表1.7n n例：uu51515151，235HBS235HBSuu52135213，45HRC45HRC