金屬工藝基礎(chǔ)培訓(xùn)課件

1、金屬工藝學(xué)基礎(chǔ)知識1.彈性變形： 材料受外力作用時產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后恢復(fù)其原來形狀，這種隨外力消失而消失的變形，稱為彈性變形。一、兩種基本變形FFF2.塑性變形: 材料在外力作用下產(chǎn)生永久的不可恢復(fù)的變形，稱為塑性變形。FFF 在低碳鋼拉伸曲線中，把F-l坐標換成 -（應(yīng)力應(yīng)變）就可以直接在圖上讀出力學(xué)性能指標，并且不需要做成標準試樣。二、低碳鋼的拉伸曲線強度 材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的 能力。工程上常用的金屬材料的強度指標有屈服強度(s)和抗拉強度(b)等.不同的金屬材料拉伸曲線低碳鋼鑄鐵典型塑性材料的拉伸曲線典型脆性材料1.布氏硬度原理： 布氏硬度試驗是指用一定直徑的 球體

2、（鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的表面壓痕直徑計算硬度的一種壓痕硬度試驗。三、硬度 材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。最常用的硬度指標有：布氏硬度（HB)和洛氏硬度 (HRA-C)。布氏硬度和洛氏硬度試驗原理和使用范圍均不相同； 使用剛球壓頭時布氏硬度值用符號HBS表示；使用硬質(zhì)合金壓頭時用符號HBW表示。 在實際測試時，不必用公式計算，一般用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直 徑d，然后根據(jù) d大小查表，即可求出所測的硬度值。 應(yīng)用：測量比較軟的材料。測量范圍 HBS450、HBW650的金屬材料。優(yōu)缺點：壓痕大，測量準確，但不能測量成品件。原理 2.洛氏

3、硬度加初載荷加主載荷卸除主載荷讀硬度值應(yīng)用范圍20671500N120金剛石圓錐體HRC251001000N1.588mm鋼球HRB7085600N120金剛石圓錐體HRA常用洛氏硬度標度的試驗范圍四、鐵及鐵碳合金組織1.純鐵的晶體結(jié)構(gòu)三種常見的金屬的晶格類型： 體心立方 面心立方 密排六方晶體中的原子排列2.金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1538c1394c912c室溫-Fe -Fe- Fe體心立方面心立方體心立方金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的慨念 金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義 可以用熱處理的方法即可通過加熱、保溫、冷卻來改變材料的組織，從而達到改善材料性 能的

4、目的。3.鐵碳合金組織（1）.鐵素體F：CFe中形成的固溶體。單相、層片狀、體心立方晶格。（2）.奧氏體A：CFe中形成的固溶體。單相、層片狀、面心立方晶格。（3）.滲碳體K： Fe3C，硬度極高，塑形、韌性極低，伸長率和沖擊韌度近于零。（4）.珠光體P：FFe3C兩相，機械混合物。 0.77C。強度高、硬度較高。（5）.萊氏體Ld、Ld：兩相機械混合物，含碳量：4.3C。 LdA Fe3C 7271148。（高溫萊氏體） LdP Fe3C 20727。（低溫萊氏體）總結(jié)：硬度最高的是滲碳體，強度最好的是珠光體，高溫下奧氏體塑性最好，常溫下鐵素體塑性最好，萊氏體硬度較高。組織名稱組織特點碳最大

5、溶解度力學(xué)性能奧氏體A碳溶于-Fe中所形成的固溶體2.11質(zhì)軟、塑性好4050 ， b=400850 MPa ， HBW170220鐵素體F碳溶于-Fe中所形成的固溶體0.0218塑性和韌性較好3050，b=100240 MPa ，HBW5080滲碳體 K具有復(fù)雜斜方結(jié)構(gòu)間隙化合物6.69 塑性、韌性幾乎為零，脆、硬 ， HBW800珠光體PWC=0.77的奧氏體同時析出F與Fe3C 的機械混合物 =2025， b=600800 MPa，HBW170230表一 鋼的成分、組織與性能的關(guān)系五、鐵碳合金狀態(tài)圖分析滲碳體的熔點共晶點共析線共析點純鐵的熔點共晶線ACD線液相線AECF線固相線碳在奧氏體

6、中的最大溶解度A3線Acm 鐵碳合金相圖中主要特性點的含義 特性點的符號溫度t/ 含碳量wc%含義ACDEGPSQ 1538 1148 1227 1148 912 727 727 室溫04.36.692.1100.020.770.0008純鐵的熔點共晶點 滲碳體的熔點碳在奧氏體中的最大溶解度-Te -Te同素異晶轉(zhuǎn)變點碳在鐵素體中的最大溶解度共析點碳在鐵素體中的溶解度 相圖中主要線的含義ACD線液相線 是不同成分鐵碳合金開始結(jié)晶的溫度線。AECF線固相線 各種成分的合金均處在固體狀態(tài)。結(jié)晶溫度終止線。ECF水平線共晶線 含碳量為4.3%的液態(tài)合金冷卻到此線時，在1148 由液態(tài)合金同時結(jié)晶出奧

7、氏體和滲碳體的機械混合物，此反應(yīng)稱為共晶反應(yīng)。PSK水平線共析線（A1線） 含碳量為0.77%的奧氏體冷卻到此線時，在727 同時析出鐵素體和滲碳體的機械混合物，此反應(yīng)稱為共析反應(yīng)。GS線（A3線） 是冷卻時奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線。ES線稱Acm線 是碳在奧氏體中的溶解度線，實際上是冷卻時由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。 典型合金結(jié)晶過程分析鐵碳合金含碳量為2.11%6.69%的鐵碳合金。共晶生鐵： 含碳量為4.3%;亞共晶生鐵：含碳量在2.11%4.3%之間；過共晶生鐵：含碳量在4.3%6.69%之間；含碳量小于0.02%的鐵碳合金。工業(yè)純鐵鋼生鐵 含碳量為0.02%2.11%的鐵碳合

8、金。根據(jù)金相 組織的不同，可分為三種。共析鋼： 含碳量為0.77%;亞共析鋼：含碳量在0.02%0.77%之間；過共析鋼：含碳量在0.77%2.11%之間； 鐵碳合金狀態(tài)圖分析 LL+AAA+Fe3CF+AA+Fe3C+LdP+Fe3C+LdP+Fe3CPP+FLdLdL+Fe3CLd+Fe3CLd+Fe3CLdP+Fe3C+Fe3C轉(zhuǎn)變 A奧氏體P珠光體F鐵素體共析鋼和亞共析鋼的結(jié)晶過程分析過共析鋼結(jié)晶過程分析共晶生鐵結(jié)晶過程分析Ld變態(tài)萊氏體亞共晶、過共晶生鐵結(jié)晶過程分析鋼碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼（0.38%C)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 (0.2-0.7%C用途廣)碳素工具鋼 (T8等)合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金

9、工具鋼特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼 耐磨鋼其它量具鋼模具鋼刃具鋼軸承鋼彈簧鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼（1.5%C) 16Mn、20Cr9Cr2、CrWMn2Cr13、1Cr18Ni9六、工業(yè)用鋼分類、牌號、性能及其應(yīng)用(非合金鋼)根據(jù)煉鋼時脫氧程度的不同，鋼可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼三類。 沸騰鋼為脫氧不完全的鋼。澆注時鋼液在鋼錠模內(nèi)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象（氣體逸出），鋼錠凝固后，蜂窩氣泡分布在鋼錠中，在軋制過程中這種氣泡空腔會被粘合起來。這類鋼的特點是鋼中含硅量很低，通常注成不帶保溫帽的上小下大的鋼錠。優(yōu)點是鋼的收率高，生產(chǎn)成本低，表面質(zhì)量和深沖性能好。缺點是鋼的雜質(zhì)多，成分偏析較大，所以性能不均勻。

10、鎮(zhèn)靜鋼為完全脫氧的鋼。通常鑄成上大下小帶保溫帽的錠型，澆注時鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。由于錠模上部有保溫帽（在鋼液凝固時作補充鋼液用），這節(jié)帽頭在軋制開坯后需切除，故鋼的收得率低，但組織致密，偏析小，質(zhì)量均勻。優(yōu)質(zhì)鋼和合金一般都是鎮(zhèn)靜鋼。 半鎮(zhèn)靜鋼為脫氧較完全的鋼。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，澆注時有沸騰現(xiàn)象，但較沸騰鋼弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼的某些優(yōu)點，在冶煉操作上較難掌握。 碳素鋼：含碳量1.4%,含碳量增加,強度和硬度增加,塑性和韌性下降.1)碳素結(jié)構(gòu)鋼:是s、p含量較高，C0.38%牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等級分別用A、B、C、D表

11、示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且質(zhì)量最好。第一節(jié) 碳素鋼2)、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼S、P含量較低，用于重要零件GB/T69999規(guī)定：牌號用兩位數(shù)字表示。其中兩位數(shù)字表示含碳量萬分之幾。如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。 如: 45鋼是WC=0.45%20Mn、65Mn等稱 含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。3)、碳素工具鋼含碳量0.71.3GB/T129886規(guī)定：牌號用“碳”字漢語拼音字首“T”+數(shù)字表示。數(shù)字表示W(wǎng)C的千分之幾。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10鋼WC=1%；T10A中的“A”表示為高級優(yōu)質(zhì)

12、碳素工具鋼。第二節(jié) 低合金鋼 合金鋼：碳鋼中加入一種或幾種合金元素常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼) 稀土元素(Xt)等低合金鋼:合金總含量較低(3%),含碳量也較低的合金結(jié)構(gòu)鋼. 性能:較高的強度、塑性、韌性和耐蝕性，大多有良好的焊接性。 應(yīng)用很廣泛。分類：1.可焊接低合金高強鋼2.低合金耐候鋼3.低合金鋼筋鋼4.鐵道用低合金鋼5.礦用低合金鋼牌號同碳素結(jié)構(gòu)鋼第三節(jié) 合金鋼合金鋼：碳鋼中加入一種或幾種合金元素常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼) 稀土元素(Xt)等1 ）合金結(jié)構(gòu)鋼 “數(shù) +元素符號+數(shù)”表示數(shù)含碳萬分之幾, 符

13、號合金元素, 符號后面數(shù)表示含合金%, 1.5%不標, =1.5% 標2若為高級優(yōu)質(zhì)鋼,后加A如: 60Si2Mn 0.6%C, 2%Si 1.5%Mn 18Cr2Ni4WA 0.18%C, 2%Cr, 4%Ni, =1.0%不標如: 9SiCr (板牙, 絲錐) 0.9%C 1.5%Si 1.5%Cr CrWMn (長鉸刀,絲錐,拉刀, 精密絲杠)*高速鋼 含C1.0也不標 W18Cr4V 0.70.8%C,18%W,4%Cr,400 工作 耐磨鋼: 高錳鋼水韌處理,沖擊下工作,表面產(chǎn)生加工硬化.并有馬氏體在滑移面形成,表面硬度達HB450550,表面耐磨,心部為A（奧氏體）. 水韌處理:

14、鋼加熱到臨界點以上(10001100)保溫,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,無法析出碳化物,成單一A組織.(由于錳的存在，使Ms與Mf下移到室溫以下，故得到奧氏體 ) 常用碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板鋼筋建筑構(gòu)件螺釘鉚釘鋼橋梁常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：螺栓 齒輪 曲軸彈簧常用碳素工具鋼： 銼刀 量規(guī)鉆頭 容器 船舶 車輛橋梁儲氣罐齒輪曲軸汽車萬向節(jié)連桿 常用不銹鋼 不銹鋼船用螺旋槳 不銹鋼剪刀燃氣輪機耐熱鋼拖拉機履帶耐磨鋼鐵軌分道岔挖掘機斗齒 耐磨鋼小榔頭鍛造預(yù)先熱處理切削加工鉗工最終熱處理。選45鋼 其工藝流程為：預(yù)先熱處理：正火最終熱處理：淬火回火 要求：50-55 HRC。選用45#鋼，其加工工藝過程為：鍛

15、造正火切削加工調(diào)質(zhì)精加工高頻淬火+低溫回火噴丸精磨。機床用齒輪七、 鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理的概念：將金屬或者合金在固態(tài)范圍內(nèi)，通過加熱、保溫、冷卻的有機配合，改變其內(nèi)部組織而得到所需要的性能的一種工藝過程。特點：只改變材料的組織和性能熱處理的目的： 一類是為了消除冶金、鑄造、塑性成型、焊接等生產(chǎn)過程中材料所產(chǎn)生的缺陷，改善其工藝性能，為以后切削加工或熱處理做組織和性能準備。 中間熱處理或預(yù)先熱處理 另一類是為了提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料，延長零件的使用壽命。 最終熱處理熱處理工藝曲線： 由于熱處理時起作用的主要因素是溫度和時間，所以各種熱處理都可以用溫度時間為坐標

16、的熱處理工藝曲線來表示。加熱保溫冷卻臨界溫度熱處理工藝曲線T熱處理普通熱處理表面熱處理 退火：軟化正火：細化淬火：硬化回火：韌化表面淬火化學(xué)熱處理滲碳滲氮碳氮共滲其它熱處理形變真空激光熱處理的分類：按其工藝方法不同分常用熱處理方法工藝曲線退火、正火、淬火、回火和表面熱處理。常用的熱處理基本工藝方法1、退火： 將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中緩慢冷卻。目的：降低硬度，便于機加工。細化晶粒，提高塑性和韌性。消除應(yīng)力。應(yīng)用：鑄件、鍛件、焊接及其它毛坯的熱處理。 （1）、完全退火：將亞共析鋼加熱到Ac3線以上3050，保溫后緩慢冷卻. （2）、球化退火: 將過共析鋼加熱到Ac1線以上2030，保

17、溫后緩慢冷卻.（3）、低溫退火: 將鋼加熱到Ac1線以下，保溫后緩慢冷卻.（4）、再結(jié)晶退火：消除沖壓件冷變形所產(chǎn)生的加工硬化（再結(jié)晶溫度以上150250），降低硬度，恢復(fù)塑性。應(yīng)用：（1）取代部分完全退火； （2）用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理； （3）用于過共析鋼，減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化處理作準備。2、正火： 將鋼加熱到Ac3 線以上3050 （亞共析鋼）或Accm以上3050 （過共析鋼），保溫后在空氣中冷卻。得到的是細珠光體組織（索氏體）。 3、淬火： 將鋼加熱到Ac3或Ac1 線以上3050 ，保溫后在淬火介質(zhì)中快速冷卻（Fe向aFe同素異晶轉(zhuǎn)變），以獲得馬氏體（M）組織（碳在

18、a Fe中的嚴重過飽和固溶體）。作用：馬氏體具有高的硬度和耐磨性，但塑性和韌性很差。4、回火： 將淬火鋼重新加熱到Ac1 線以下某溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。 目的：主要是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋。 回火三種形式： （1）低溫回火（150250），目的是降低淬火鋼的內(nèi)應(yīng)力和脆性，并保持高硬度（5664HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。 （2）中溫回火（350500），目的是使鋼獲得高彈性，并保持較高硬度（3550HRC)和一定的韌性。如彈簧、鍛模等。 （3）高溫回火調(diào)質(zhì)處理（500650），硬度2035HRC，強度及韌性等綜合性能較好。如連桿、曲軸、齒輪等。 5、表面淬火： 將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火方法。目的：獲得高硬度、高耐磨性的表層，而心部仍保持原有的良好韌性。（1）.感應(yīng)加熱表面淬火基本原理:a.高頻感應(yīng)加熱表面淬火 頻率50KHz300KHz，