金屬材料硬度對(duì)照表

硬度知識(shí)一、硬度簡(jiǎn)介：硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。1.布氏硬度(HB)以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2(N/mm2)。2.洛氏硬度(HR)當(dāng)HB>450或者試樣過小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來(lái)表示：HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。3維氏硬度(HV)以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度HV值(kgf/mm2)。#############################################################################################注：洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C為三種不同的標(biāo)準(zhǔn)，稱為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。

洛氏硬度試驗(yàn)是現(xiàn)今所使用的幾種普通壓痕硬度試驗(yàn)之一，三種標(biāo)尺的初始?jí)毫鶠?合10kgf)，最后根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度值。標(biāo)尺A使用的是球錐菱形壓頭，然后加壓至(合60kgf)；標(biāo)尺B使用的是直徑為1.588mm(1/16英寸)的鋼球作為壓頭，然后加壓至(合100kgf)；而標(biāo)尺C使用與標(biāo)尺A相同的球錐菱形作為壓頭，但加壓后的力是1471N(合150kgf)。因此標(biāo)尺B適用相對(duì)較軟的材料，而標(biāo)尺C適用較硬的材料。

實(shí)踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳怯善鹗妓苄宰冃慰沽屠^續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關(guān)系并不一致。本站《硬度對(duì)照表》一文對(duì)鋼的不同硬度值的換算給出了表格，請(qǐng)查閱。##############################################################################################二、硬度對(duì)照表：根據(jù)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN50150,以下是常用范圍的鋼材抗拉強(qiáng)度與維氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的對(duì)照表。

抗拉強(qiáng)度

Rm

N/mm2維氏硬度

HV布氏硬度

HB洛氏硬度

HRC25080-27085-28590-30595-320100-335105-350110105-370115109-380120114-400125119-415130124-430135128-450140133-465145138-480150143-490155147-510160152-530165156-545170162-560175166-575180171-595185176-610190181-625195185-640200190-660205195-675210199-690215204-705220209-720225214-740230219-755235223-77024022878524523380025023882025524283526024785026525286527025788027526190028026691528527193029027695029528096530028599531029510303203041060330314109534032311253503331115360342119037035212203803611255390371129040038013204103901350420399138543040914204404181455450428148546043715204704471555480(456)1595490(466)1630500(475)1665510(485)1700520(494)1740530(504)1775540(513)1810550(523)1845560(532)1880570(542)1920580(551)1955590(561)1995600(570)2030610(580)2070620(589)2105630(599)2145640(608)2180650(618)660670680690700720740760780800820840860880900920940硬度試驗(yàn)是機(jī)械性能試驗(yàn)中最簡(jiǎn)單易行的一種試驗(yàn)方法。為了能用硬度試驗(yàn)代替某些機(jī)械性能試驗(yàn)，生產(chǎn)上需要一個(gè)比較準(zhǔn)確的硬度和強(qiáng)度的換算關(guān)系。實(shí)踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳怯善鹗妓苄宰冃慰沽屠^續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。下面是本站根據(jù)由實(shí)驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式制作的快速計(jì)算器，有一定的實(shí)用價(jià)值，但在要求數(shù)據(jù)比較精確時(shí)，仍需要通過試驗(yàn)測(cè)得。三、硬度換算公式

1.肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12

2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15

3.勃式硬度(BHN)=洛克式硬度(HV)

4.洛式硬度(HRC)=勃式硬度(BHN)/10-3

硬度測(cè)定範(fàn)圍:

HS<100

HB<500

HRC<70

HV<1300洛氏硬度

布氏硬度HB10/3000維氏硬度

HV

HRCHRA

硬度換算表HVHRCHBSHVHRCHBSHVHRCHBS940685605330028492055050529528090067540496290275880530488285270860520480280265840510473275261820500465270256800644904562652527804804482602424776047044125524374046043325023872061450425245233700440415240228690430405230186804203972206704103882106604003792001165039036919064038036018066303703501703620360341160061035033160034032259033031358032030357031031294附錄G鋼的硬度值換算（續(xù)）表1鋼的維氏硬度（HV）與其他硬度和強(qiáng)度的近似換算值a（續(xù)）維氏硬度布氏硬度10－mm鋼球3000－kg負(fù)荷b洛氏硬度b表面洛氏硬度表面金剛石圓錐壓頭肖氏硬度抗拉強(qiáng)度（近似值）Mpa(1000psi)維氏硬度標(biāo)準(zhǔn)鋼球鎢－硬質(zhì)合金鋼球標(biāo)尺60-kg負(fù)荷金剛圓錐壓頭標(biāo)尺100-kg負(fù)荷金剛圓錐壓頭標(biāo)尺100-kg負(fù)荷金剛圓錐壓頭標(biāo)尺100-kg負(fù)荷金剛圓錐壓頭15-N標(biāo)尺15－kg負(fù)荷30-N標(biāo)尺30－kg負(fù)荷45-N標(biāo)尺45-kg負(fù)荷HVHBSHBWHRAHRBHRCHRDHR15NHR30NHR45NHSσbHV123456789101112133703603503403303203103002952902852802752702652602552502452402302202102001901801701601501401301201101009590853503413313223133032942842802752702652612562522472432382332282192092001901811711621521431331241141059590868135034133132231330329428428027527026526125625224724323823322821920920019018117116215214313312411410595908681－－－－－－－－－――－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－50－47－45－42－41－40－38－37－36－343332302928262524222120－－－－－－1170(170)1130(164)1095(159)1070(155)1035(150)1005(146)980(142)950(138)935(136)915(133)905(131)890(129)875(127)855(124)840(122)825(120)805(117)795(115)780(113)765(111)730(106)695(101)670(97)635(92)605(88)580(84)545(79)515(75)490(71)455(66)425(62)390(57)－－－－－370360350340330320310300295290285280275270265260255250245240230220210200190180170160150140130120110100959085a）在本表中用黑體字表示的值與按ASTM－E140表1的硬度轉(zhuǎn)換值一致，由相應(yīng)的SAE－ASM－ASTM聯(lián)合會(huì)列出的。b）括號(hào)里的數(shù)值是超出范圍的，只是提供參考。利用布氏硬度壓痕直徑直接換算出工件的洛氏硬度

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于受檢測(cè)儀器的限制，經(jīng)常使用布氏硬度計(jì)測(cè)量大型淬火件的硬度。如果想知道該工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先測(cè)量出布氏硬度值，然后根據(jù)換算表，查出相對(duì)應(yīng)的洛氏硬度值，這種方式顯然有些繁瑣。那么，能否根據(jù)布氏硬度計(jì)的壓痕直徑，直接計(jì)算出工件的洛氏硬度值呢答案當(dāng)然是肯定的。根據(jù)布氏硬度和洛氏硬度換算表，可歸納出一個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)單且容易記住的經(jīng)驗(yàn)公式：HRC=（479-100D）/4，其中D為Φ10mm鋼球壓頭在30KN壓力下壓在工件上的壓痕直徑測(cè)量值。該公式計(jì)算出的值與換算值的誤差在～-1范圍內(nèi)，該公式在現(xiàn)場(chǎng)用起來(lái)十分方便，您不妨試一試。

附錄：金屬工藝學(xué)

金屬工藝學(xué)是一門研究有關(guān)制造金屬機(jī)件的工藝方法的綜合性技術(shù)學(xué)科.主要內(nèi)容:1常用金屬材料性能

2各種工藝方法本身的規(guī)律性及應(yīng)用.

3金屬機(jī)件的加工工藝過程、結(jié)構(gòu)工藝性。

熱加工：金屬材料、鑄造、壓力加工、焊接

目的、任務(wù)：使學(xué)生了解常用金屬材料的性質(zhì)及其加工工藝的基礎(chǔ)知識(shí)，為學(xué)習(xí)其它相關(guān)課程及以后從事機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面的工作奠定必要的金屬工藝學(xué)的基礎(chǔ)。[以綜合為基礎(chǔ)，通過綜合形成能力]

第一篇金屬材料第一章金屬材料的主要性能兩大類：1使用性能：機(jī)械零件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能。

包括：機(jī)械性能、物理、化學(xué)性能

2工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能等。第一節(jié)金屬材料的機(jī)械性能

指力學(xué)性能---受外力作用反映出來(lái)的性能。

一彈性和塑性：

1彈性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)其原來(lái)形狀的性能。力和變形同時(shí)存在、同時(shí)消失。如彈簧：彈簧靠彈性工作。

2塑性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生永久變形而不至于引起破壞的性能。（金屬之間的連續(xù)性沒破壞）塑性大小以斷裂后的塑性變形大小來(lái)表示。塑性變形：在外力消失后留下的這部分不可恢復(fù)的變形。

3拉伸圖

金屬材料在拉伸過程中彈性變形、塑性變形直到斷裂的全部力學(xué)性能可用拉伸圖形象地表示出來(lái)。以低碳鋼為例σbσkσsσeε（Δl）

將金屬材料制成標(biāo)準(zhǔn)式樣。

在材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)試件軸向施加靜壓力P，為消除試件尺寸對(duì)材料性能的影響，分別以應(yīng)力σ（即單位面積上的拉力4P/πd2）和應(yīng)變（單位長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)量Δl/l0）來(lái)代替P和Δl，得到應(yīng)力——應(yīng)變圖1）彈性階段oe

σe——彈性極限2）屈服階段：過e點(diǎn)至水平段右端

σs——塑性極限，s——屈服點(diǎn)過s點(diǎn)水平段——說明載荷不增加，式樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)。（P一定，σ=P/F一定，但真實(shí)應(yīng)力P/F1↑因?yàn)樽冃?，F(xiàn)1↓）發(fā)生永久變形3）強(qiáng)化階段：水平線右斷至b點(diǎn)

P↑

變形↑σb——強(qiáng)度極限，材料能承受的最大載荷時(shí)的應(yīng)力。4）局部變形階段bk

過b點(diǎn)，試樣某一局部范圍內(nèi)橫向尺寸突然急劇縮小。

“縮頸”

（試樣橫截面變小，拉力↓）

4延伸率和斷面收縮率：——表示塑性大小的指針1）延伸率：

δ=l0——式樣原長(zhǎng)，l1——拉深后長(zhǎng)2）斷面收縮率：F0——原截面，F(xiàn)1—拉斷后截面*1）δ、ψ越大，材料塑性越好2）ε與δ區(qū)別：拉伸圖中ε=ε彈+ε塑，δ=εmas塑3）一般δ〉5%為塑性材料，δ〈5%為脆性材料。

5條件屈服極限σ0。2有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。通常規(guī)定產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力作為屈服極限,稱為條件屈服極限.

二剛度

金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力—

1材料本質(zhì)

彈性模量—在彈性范圍內(nèi),應(yīng)力與應(yīng)變的比值.其大小主要決定材料本身.相當(dāng)于單位元元變形所需要的應(yīng)力.

σ=Εε,Ε=σ/ε=tgα

2幾何尺寸\形狀\受力

相同材料的E相同,但尺寸不同,則其剛度也不同.所以考慮材料剛度時(shí)要把E\形狀\尺寸同時(shí)考慮.還要考慮受力情況.

三強(qiáng)度

強(qiáng)度指金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力.

按作用力性質(zhì)的不同,可分為:抗拉強(qiáng)度σ+

抗壓強(qiáng)度σ-

抗彎強(qiáng)度σw抗剪強(qiáng)度τb

抗扭強(qiáng)度σn

常用來(lái)表示金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo):

屈服強(qiáng)度:(Pa

N/m2)

Ps-產(chǎn)生屈服時(shí)最大外力,F0-原截面

抗拉強(qiáng)度(PaN/m2)Pb-斷裂前最大應(yīng)力.

σs\σb在設(shè)計(jì)機(jī)械和選擇評(píng)定材料時(shí)有重要意義.因金屬材料不能在超過σs的條件下工作,否則會(huì)塑變.超過σb工作,機(jī)件會(huì)斷裂.

σs--σb之間塑性變形,壓力加工

四硬度

金屬抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力—

是材料性能的綜合物理量,表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)的抵抗彈性變形\塑性變形或斷裂的能力.

1布式硬度HB

用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在一定壓力P下,將鋼球垂直地壓入金屬表面,并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷,測(cè)壓痕直徑d(用刻度放大鏡測(cè))則

HB=P/F(N/mm2)單位一般不寫.F-壓痕面積.HBS—壓頭用淬火鋼球,

HBW—壓頭用硬質(zhì)合金球l

因鋼球存在變形問題,不能測(cè)太硬的材料,適于HBS<450,如鑄鐵,有色金屬,軟鋼等.

而HＢＷ＜６５０．l

特點(diǎn)：壓痕大，代表性全面l

應(yīng)用：不適宜薄件和成品件

２洛式硬度ＨＲ

用金剛石圓錐在壓頭或鋼球，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，測(cè)其深度ｈ，由公式求出，可在硬度計(jì)上直接讀出，無(wú)單位．不同壓頭應(yīng)用范圍不同如下表：HRBｄ＝淬火鋼球退火鋼灰鐵有色金屬HRC1200金剛石圓錐1471淬火回火件

HRA硬質(zhì)合金碳化物優(yōu)點(diǎn):易操作,壓痕小,適于薄件,成品件缺點(diǎn):壓痕小,代表性不全面需多測(cè)幾點(diǎn).*硬度與強(qiáng)度有一定換算關(guān)系,故應(yīng)用廣泛.根據(jù)硬度可近似確定強(qiáng)度,如灰鐵:σb=1HBS

3顯微硬度(Hm)

用于測(cè)定金屬組織中個(gè)別組成體,夾雜物等硬度.

顯微放大測(cè)量

顯微硬度(查表)與HR有對(duì)應(yīng)關(guān)系.如:磨削燒傷表面,看燒傷層硬度變化.

五沖擊韌性ak

材料抵抗沖擊載荷的能力常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的沖擊韌性,標(biāo)準(zhǔn)試樣一次擊斷,用試樣缺口處單位截面積上的沖擊功來(lái)表示akak=Ak/F(J/m2)

Ak=G(H-h)

G-重量

F-缺口截面脆性材料一般不開口,因其沖擊值低,難以比較差別.

1

ak↑,沖擊韌性愈好.

2

Ak不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算:在生產(chǎn)中,工件很少因受一次大能量沖擊載荷而破壞,多是小沖擊載荷,多次沖擊引起破壞,而此時(shí),主要取決于強(qiáng)度,故設(shè)計(jì)時(shí),ak只做校核.

3

ak對(duì)組織缺陷很敏感,能夠靈敏地反映出材料品質(zhì),宏觀缺陷,纖維組織方面變化.所以,沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來(lái)檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理工藝質(zhì)量的有效方法。（微裂紋——應(yīng)力集中——沖擊——裂紋擴(kuò)展）

六

疲勞強(qiáng)度：?jiǎn)栴}提出：許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下，發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于該材料的屈服強(qiáng)度，這種現(xiàn)象——疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%機(jī)件失效是由于疲勞破壞。疲勞強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。

1疲勞曲線——交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系。例如：純彎曲，有色金屬N》108鋼材N>107不疲勞破壞

2疲勞破壞原因

材料有雜質(zhì),表面劃痕,能引起應(yīng)力集中,導(dǎo)致微裂紋,裂紋擴(kuò)展致使零件不能承受所加載荷突然破壞.

3預(yù)防措施改善結(jié)構(gòu)形狀,避免應(yīng)力集中,表面強(qiáng)化-噴丸處理,表面淬火等.

第二節(jié)金屬材料的物理,化學(xué)及工藝性能

一物理性能比重:計(jì)算毛坯重量,選材,如航天件:輕熔點(diǎn):鑄造鍛造溫度(再結(jié)晶溫度)熱膨脹性:鐵軌模鍛的模具量具導(dǎo)熱性:鑄造:金屬型

鍛造:加熱速度導(dǎo)電性:電器元件銅鋁磁性:變壓器和電機(jī)中的硅鋼片

磨床:工作臺(tái)

二化學(xué)性能金屬的化學(xué)性能,決定了不同金屬與金屬,金屬與非金屬之間形成化合物的性能,使有些合金機(jī)械性能高,有些合金抗腐蝕性好,有的金屬在高溫下組織性能穩(wěn)定.

如耐酸,耐堿等如化工機(jī)械,高溫工作零件等

三工藝性能金屬材料能適應(yīng)加工工藝要求的能力.鑄造性,可鍛性,可焊性,切削加工形等

思考題;

1什么是應(yīng)力,應(yīng)變(線應(yīng)變)

2頸縮現(xiàn)象發(fā)生在拉伸圖上哪一點(diǎn)如果沒發(fā)生頸縮,是否表明該試樣沒有塑性變形

3σ的意義能在拉伸圖上畫出嗎

4將鐘表發(fā)條拉成一直線,這是彈性變形還是塑性變形如何判定變形性質(zhì)

5為什么沖擊值不直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算第二章金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶第一節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)

一基本概念:

固體物質(zhì)按原子排列的特征分為:

晶體:原子排列有序,規(guī)則,固定熔點(diǎn),各項(xiàng)異性.

非晶體:原子排列無(wú)序,不規(guī)則,無(wú)固定熔點(diǎn),各項(xiàng)同性

如:金屬,合金,金剛石—晶體

玻璃,松香瀝青—非晶體

晶格:原子看成一個(gè)點(diǎn),把這些點(diǎn)用線連成空間格子.

結(jié)點(diǎn):晶格中每個(gè)點(diǎn).

晶胞:晶格中最小單元,能代表整個(gè)晶格特征.

晶面:各個(gè)方位的原子平面

晶格常數(shù):晶胞中各棱邊的長(zhǎng)度(及夾角),以A(1A=10-8cm

金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于晶格類型,晶格常數(shù).

二常見晶格類型

1體心立方晶格:Cr,W,α-Fe,Mo,V等,特點(diǎn):強(qiáng)度大,塑性較好,原子數(shù):1/8X8+1=2

20多種

2面心立方晶格:Cu

Ag

Au

Ni

AlPb

γ-Fe塑性好

原子數(shù):4

20多種

4

密排六方晶格:

MgZnBe

β-Crα-TiCd(鎘)

純鐵在室溫高壓(130x108N/M2)成ε-Fe

原子數(shù)=1/6x12+1/2x2+3=6,30多種

三多晶結(jié)構(gòu)單晶體-晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致.多晶體—許多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu).各項(xiàng)同性.晶?！庑尾灰?guī)則而內(nèi)部晶各方位一致的小晶體.晶界—晶粒之間的界面.

第二節(jié)金屬的結(jié)晶

一金屬的結(jié)晶過程(初次結(jié)晶)

1結(jié)晶:金屬?gòu)囊后w轉(zhuǎn)變成晶體狀態(tài)的過程.晶核形成:自發(fā)晶核:液體金屬中一些原子自發(fā)聚集,規(guī)則排列.

外來(lái)晶核:液態(tài)金屬中一些外來(lái)高熔點(diǎn)固態(tài)微質(zhì)點(diǎn).晶核長(zhǎng)大:已晶核為中心,按一定幾何形狀不斷排列.

*晶粒大小控制:晶核數(shù)目:多—細(xì)(晶核長(zhǎng)得慢也細(xì))

冷卻速度:快—細(xì)(因冷卻速度受限,故多加外來(lái)質(zhì)點(diǎn))晶粒粗細(xì)對(duì)機(jī)械性能有很大影響,若晶粒需細(xì)化,則從上述兩方面入手.結(jié)晶過程用冷卻曲線描述!

2冷卻曲線溫度隨時(shí)間變化的曲線—熱分析法得到

1)

理論結(jié)晶溫度

實(shí)際結(jié)晶溫度

時(shí)間(s)

T(℃)

過冷:液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度以下才開始結(jié)晶的現(xiàn)象.

2)

過冷度:理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)

晶溫度之差.(實(shí)際冷卻快,結(jié)晶在理論溫度下)

二金屬的同素異購(gòu)轉(zhuǎn)變(二次結(jié)晶\重結(jié)晶)同素異構(gòu)性—一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì).同素異購(gòu)轉(zhuǎn)變—金屬在固體時(shí)改變其晶格類型的過程.如:鐵錫錳鈦鈷以鐵為例:δ-Fe(1394℃)γ-Fe(912℃)α-Fe

體心

面心

體心因?yàn)殍F能同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,才有對(duì)鋼鐵的各種熱處理.(晶格轉(zhuǎn)變時(shí),體積會(huì)變化,以原子排列不同)

第三節(jié)合金的晶體結(jié)構(gòu)

一合金概念合金:由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì).組元:組成合金的基本物質(zhì).如化學(xué)元素(黃銅:二元)金屬化合物相:在金屬或合金中,具有相同成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻組成部分.相與相之間有明顯的界面.如:純金屬—一個(gè)相,溫度升高到熔點(diǎn),液固兩相.合金液態(tài)組元互不溶,幾個(gè)組元,幾個(gè)相.固體合金中的基本相結(jié)構(gòu)為固溶體和金屬化合物，還可能出現(xiàn)由固溶體和金屬化合物組成的混合物。

二合金結(jié)構(gòu)

1固溶體溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體。

根據(jù)溶質(zhì)在溶劑晶格中所占的位置不同，分為：

1）

置換固溶體

溶質(zhì)原子替代溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結(jié)點(diǎn)位置，所形成的固溶體。*溶質(zhì)原子，溶劑原子直徑相差不大時(shí)，才能置換如：Cu——Zn

Zn溶解度有限。Cu——Ni溶解度無(wú)限晶格畸變——固溶強(qiáng)化：畸變時(shí)塑性變形阻力增加，強(qiáng)，硬增加。這是提高合金機(jī)械性能的一個(gè)途徑。

2）

間隙固溶體溶質(zhì)原子嵌入各結(jié)點(diǎn)之間的空隙，形成固溶體。溶質(zhì)原子小，與溶劑原子比為〈。溶解度有限。也固溶強(qiáng)化。

2金屬化合物合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質(zhì)，可用分子式表示的物質(zhì)。如Fe3C特點(diǎn)：（1）較高熔點(diǎn)、較大脆性、較高硬度。（2）在合金中作強(qiáng)化相，提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性，而塑性、韌性下降，如WC、TiC?？赏ㄟ^調(diào)整合金中的金屬化合物的數(shù)量、形態(tài)、分布來(lái)改變合金的性能

3機(jī)械混合物

固溶體+金屬化合物、固+固——綜合性能

§4二元合金狀態(tài)圖的構(gòu)成合金系：由給定的組元可以配制成一系列成分含量不同的合金，這些合金組成一個(gè)合金系統(tǒng)——

為研究合金系的合金成分、溫度、結(jié)晶組織之間的變化規(guī)律、建立合金狀態(tài)圖來(lái)描述。合金狀態(tài)圖——合金系結(jié)晶過程的簡(jiǎn)明圖解。實(shí)質(zhì)：溫度——成分作標(biāo)圖，是在平衡狀態(tài)下（加熱冷卻都極慢的條件下）得到的。

二、二元合金狀態(tài)圖的建立以Pb（鉛）-Sb（銻）合金為例：1配置幾種Pb-Sb成分不同的合金。2做出每個(gè)合金的冷卻曲線3將每個(gè)合金的臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度—成分坐標(biāo)上，并將相通意義的點(diǎn)連接起來(lái)，即得到Pb-Sb合金的狀態(tài)圖。

A

B

D

C

E

液相線：ACB

固相線：DCE

單相區(qū)：只有一個(gè)相。兩相區(qū)：兩個(gè)相。ACD、BCE。c—共晶點(diǎn)*作業(yè)：

第三章鐵碳合金

§1鐵碳合金的基本組織液態(tài)：Fe、C無(wú)限互溶。

固態(tài)：固溶體

金屬化合物

t

℃

1538δ-Fe+C——鐵素體F1394γ-Fe+C——奧氏體A912α-Fe+C——鐵素體F

s

一鐵素體碳溶于α-Fe形成的固溶體——鐵素體F體心立方，顯微鏡下為均勻明亮的多邊形晶粒。性能：韌性很好（因含C少），強(qiáng)、硬不高。δ=45~50%，HBS=σb=250Mpa含碳：727℃，%

二奧氏體碳溶于γ-Fe中形成的固溶體—“A”面心立方,顯微鏡下多邊形晶粒,晶界較F平直.性能:塑性好,壓力加工所需要組織.含碳最高;1147℃,%HBS=170~220

三滲碳體金屬化合物Fe3C在一定條件下會(huì)分解成鐵和石墨,這對(duì)鑄造很有意義.

四珠光體PF+Fe3C組織:兩種物質(zhì)相間組成,性能:介于兩者之間.強(qiáng)度較高:

硬度HBS=250

五萊氏體>727℃A+Fe3C—Ld高溫萊氏體

<727℃P+Fe3性能:與Fe3C

§2鐵碳合金狀態(tài)圖是表明平衡狀態(tài)下含C不大于%的鐵碳合金的成分,溫度與組織之間關(guān)系,是研究鋼鐵的成分,自治和性能之間關(guān)系的基礎(chǔ),也是制定熱加工工藝的基礎(chǔ).

含C>在工業(yè)上午實(shí)際意義,而含%時(shí),Fe與C形成Fe3C,故可看成一個(gè)組元,即鐵碳合金狀態(tài)圖實(shí)際為Fe-Fe3

一鐵碳合金狀態(tài)圖中點(diǎn)線面的意義

1各特性點(diǎn)的含義1)A:純鐵熔點(diǎn)

含C:0%

1538℃2)C:共晶點(diǎn)

%

11483)D:Fe3C4)E:C在A中最大溶解度

11485)F:

Fe3C6)G:α-Fe與γ-Fe轉(zhuǎn)變點(diǎn)

0%

9127)K:Fe3C8)P:C在α-Fe中最大溶解度

7279)S:共析點(diǎn)

72710)Q:C在α-Fe中溶解度

室溫

2主要線的意義1)

ACD:液相線,液體冷卻到此線開始結(jié)晶.2)

AECF:固相線此線下合金為固態(tài)3)

ECF:生鐵固相線,共晶線,液體—Ld4)

AE:鋼的固相線,液態(tài)到此線—A5)

GS:”A3”6)

ES:”Acm”A到此線開始析出Fe3CⅡ7)

PSK:”A1”共析線.A同時(shí)析出P(F+Fe3

3主要區(qū)域1)ACE:兩相區(qū)L+A

2)DCF:兩相區(qū)L+Fe3C13)AESG:單相區(qū)A

4)GPS:A+F兩相區(qū)

二鋼鐵分類

1工業(yè)純鐵:含C<%

組織:F

2鋼:含碳:~

共析鋼

含C=%

P亞共析鋼

含C<%

P+F過共析鋼

含C>%

P+Fe3C11

3鐵

含C:%~%共晶生鐵

%C

Ld’亞共晶生鐵

<%C

P+Ld’+Fe3C11過共晶生鐵

>%C

Ld’+Fe3C1

三典型合金結(jié)晶過程分析

1共析鋼L—L+A—A--P

2亞共析鋼L—A+L—A—A+F—F+P

3過共析鋼L—L+A—A—A+Fe3C11--Fe3C

4

共晶鐵L—Ld—Ld’

5

亞共晶鐵L—1點(diǎn)—L+A—A+Ld—P+Ld’

6

過共晶鐵L—1點(diǎn)—L+Fe3C1—2點(diǎn)—Ld+Fe3C1—3點(diǎn)---Fe3

四鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用

1鑄造確定澆鑄溫度

選材:共晶點(diǎn)附近鑄造性能好

2鍛造鍛造溫度區(qū)間

A

3焊接

焊接缺陷用熱處理改善.根據(jù)狀態(tài)圖制定熱處理工藝

§3鋼的分類和應(yīng)用

按化學(xué)成分:碳鋼:<%C少量Si

Mn

SP等雜質(zhì)

合金鋼:加入一種或幾種合金元素

一碳鋼

1含碳量對(duì)碳鋼性能的影響

<%C

C↑強(qiáng),硬↑塑,韌↓FeC強(qiáng)化相

>%C

C↑硬↑,強(qiáng),塑,韌↓FeC分布晶界,脆性↑

2鋼中常見雜質(zhì)對(duì)性能的影響Si:溶于F,強(qiáng)化F,強(qiáng),硬↑塑,韌↓.含量<~%有益作用不明顯Mn:1)溶于F,Fe3CS:FeS—(FeS+Fe)共晶體,熔點(diǎn)985℃,分布晶界,引起脆性”熱脆”P:溶于F,是強(qiáng)度,硬度↑,但室溫塑性,韌性↓↓

“冷脆”

3碳鋼的分類

1)

按含碳量分低碳鋼

<%C

中碳鋼:~%C,高碳鋼>%C

2)按質(zhì)量分(含S,P多少分)

普通鋼S<=%,P<=%

優(yōu)質(zhì)鋼S,P<=%

高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼S<=%

P<=%

3)按用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼,碳素工具鋼

>%C

4碳鋼的編號(hào)和用途

1)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼:

Q235數(shù)字表示屈服強(qiáng)度單位Mpa

2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

正常含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼:~%Mn

較高含錳量

~%C

~%Mn,>%C~%Mn

0810152025

強(qiáng)↓塑↑沖壓件

焊件30354045505560

強(qiáng)↑硬↑

彈簧,軸,齒輪耐磨件6570758085

耐磨件數(shù)字表示含C萬(wàn)分8之幾

3)碳素工具鋼T7T8

T13

數(shù)字表示含C千分之幾高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼加A

含Mn高,加Mn

T8MnA

二合金鋼常加合金元素:MnSiCrNiMo

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(hào)+數(shù)”表示數(shù)—含碳萬(wàn)分之幾,

符號(hào)—合金元素,

符號(hào)后面數(shù)表示含合金%,<%不標(biāo),

=%標(biāo)2若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,后加A如:60Si2Mn

%C,

2%Si

<%Mn

18Cr2Ni4WA

%C,2%Cr,

4%Ni,

<%W高級(jí)優(yōu)質(zhì)應(yīng)用:工程結(jié)構(gòu)件,

機(jī)械零件主要包括:低合金鋼,合金滲碳鋼,合金調(diào)質(zhì)鋼,合金彈簧鋼,滾動(dòng)軸承鋼等

2合金工具鋼:

數(shù)+元素符號(hào)+數(shù)

與結(jié)構(gòu)鋼同數(shù)—一位數(shù),含C千分之幾,含C>=%不標(biāo)

如:9SiCr

(板牙,絲錐)

%C

<%Si

<%Cr

CrWMn

(長(zhǎng)鉸刀,絲錐,拉刀,精密絲杠)

*高速鋼

含C<也不標(biāo)

W18Cr4V~%C,18%W,4%Cr,<%V應(yīng)用:刃具,模具,量具等

3特殊性能鋼

不銹鋼:1Cr13

1Cr18Ni9Ti等

耐熱鋼:1Cr13

2Cr13

>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.并有馬試體在滑移面形成,表面硬度達(dá)HB450~550,表面耐磨,心部為A.

水韌處理:鋼加熱到臨界點(diǎn)以上(1000~1100℃)保溫,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,無(wú)法析出碳化物,成單一A組織.

§5常用非金屬材料

一高分子材料

天然:

羊毛

橡膠

人工合成:塑料

人工橡膠

粘結(jié)劑等有機(jī)玻璃

尼龍

丙綸

氯綸---商品名

工程塑料:環(huán)氧樹脂聚甲醛:塑料手表中零件

聚酰亞胺:絕緣

二陶瓷

耐磨

耐蝕

脆

刀片

砂輪

三復(fù)合材料

磨削軟片:

聚酰亞胺+金剛石

§4金屬零件選材的一般原則

產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本如何,與材料選擇的是否恰當(dāng)有直接關(guān)系,機(jī)械零件進(jìn)行選材時(shí),主要考慮零件的工作條件,材料的工藝性能和產(chǎn)品的成本.

基本原則如下:

1滿足零件工作條件:

受力狀態(tài)—機(jī)械性能,基本

σδαk等

工作溫度環(huán)境介質(zhì)—使用環(huán)境,高溫—耐熱,抗腐蝕—不銹鋼高硬度—工具鋼

2材料的工藝性能零件的生產(chǎn)方法不同,直接影響其質(zhì)量和生產(chǎn)成本.如:灰口鐵,鑄造性能切削加工性很好,可鍛性差.

3經(jīng)濟(jì)性價(jià)值=功能/成本

如:耐腐蝕容器:1)普通碳素鋼:5000元用一年

2)奧氏體不銹鋼:40000元

用10年

3)鐵素體不銹鋼:15000元

用6年1):2):3)=1::2

第四章鋼的熱處理

§1概述

一鋼的熱處理:把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進(jìn)行必要的保溫,并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫,以改變鋼的內(nèi)部組織,從而得到所需性能的工藝方法*只改變組織和性能,而不改變其形狀和大小.熱處理是改善材料性能的重要手段之一,能提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長(zhǎng)機(jī)件壽命,節(jié)約金屬材料,所以,重要機(jī)件都要經(jīng)過熱處理.(提問:前面學(xué)過的改善金屬材料性能的手段—固溶強(qiáng)化)熱處理工藝曲線:各種熱處理都可以用溫度—時(shí)間的坐標(biāo)圖形表示.溫度

保溫

臨界溫度加熱

冷卻

時(shí)間

應(yīng)用廣泛:機(jī)械制造業(yè)中70%零件需熱處理.汽車

拖拉機(jī)制造業(yè)70~80%

量具

刃具

模具滾動(dòng)軸承等100%

二目的

1冶金鍛鑄焊毛坯或成品,消除缺陷,改善工藝性能.為后續(xù)加工(如機(jī)加)做好組織,性能,準(zhǔn)備.

退火

正火

2是鋼件的機(jī)械性能提高,達(dá)到鋼件的最終使用性能指標(biāo),以滿足機(jī)械零件或工具使用性能要求.

淬火+回火

表面淬火

化學(xué)處理l

依據(jù):狀態(tài)圖

§2熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變

一鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

1臨界溫度:

狀態(tài)圖上

A1

:

共析線(P-A)臨界溫度:

A3

:

A析出F(F-A)

極緩慢冷卻

Acm:

A析出Fe3CⅡ

實(shí)際加熱臨界溫度

Ac1Ac3

A

“過熱”Accm

實(shí)際冷卻臨界溫度

Ar1

PAr3

A

析出F

“過冷”Arcm

析出Fe3CⅡ

2組織轉(zhuǎn)變

1)

共析鋼:P(F+Fe3C(1)A晶核形成:F和Fe3C(因界面原子排列不規(guī)則,缺陷多,能量低)(2)A晶核長(zhǎng)大:F晶格轉(zhuǎn)變,Fe3C(3)殘余滲碳體的溶解:隨保溫時(shí)間加長(zhǎng),殘余Fe3C(4)A成分均勻化:A轉(zhuǎn)變完成后,各處含C濃度不均勻,繼續(xù)保溫,C充分?jǐn)U散,得到單一的均勻A

這個(gè)過程是A重結(jié)晶的過程.2)

亞共析鋼:

F+P—Ac1—F+A—Ac3---A3)

過共析鋼:

P+Fe3CⅡ--Ac1—A+Fe3C

二鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變(鋼在室溫時(shí)的機(jī)械性能不僅與加熱,保溫有關(guān),與冷卻過程也有關(guān))1冷卻方式1)

連續(xù)冷卻:時(shí)加熱到A的鋼,在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變.

水冷

油冷

空冷(正火)

爐冷(退火)2)

Ar1

(2)

(1)等溫冷卻:使加熱到A的鋼,先以較快的速度冷卻到Ar1線下某一溫度,成為過冷A,保溫,使A在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變完,再冷卻到室溫.

等溫退火

等溫淬火

2共析鋼冷卻時(shí)的等溫轉(zhuǎn)變

以共析鋼為例,進(jìn)行一系列不同過冷度的等溫冷卻實(shí)驗(yàn),可以測(cè)出過冷奧氏體在恒溫下開始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間,畫到”溫度—時(shí)間”坐標(biāo)系中,然后,把開始轉(zhuǎn)變的時(shí)間和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間分別連接起來(lái),即得到共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線.又叫C曲線.

1)

高溫產(chǎn)物:

Ar1～650℃

P

層片較厚

500X

顯微鏡

HRC10-20650～600℃

細(xì)珠光體

索氏體S

HRC25~35層片較薄800~1000X600～550℃

極細(xì)珠光體

屈氏體THRC30~40層片極薄l

a）以上三種均為F+Fe3Cl

b）由于過冷度從小到大，原子活動(dòng)能力由強(qiáng)到弱，致使析出的滲

碳體和鐵素體層片越來(lái)越來(lái)薄。l

c）珠光體層片越薄，塑變抗力越大，強(qiáng)，硬越大。

2）中溫產(chǎn)物

550~350℃

上貝氏體

B上電鏡下觀察，滲碳體不連續(xù)，短桿狀，分布于許多平行而密集的鐵素體條之間。350~230℃

下貝氏體

B下比B上有較高強(qiáng)、硬、韌、塑。片狀過飽和F和其內(nèi)部沉淀的碳化物組織（因?yàn)檫^飽和F有析出Fe3C

3）低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：230~-50℃

馬氏體（M）+殘余A

馬氏體：過飽和的α固溶體“M”

（由于溫度低，原子活動(dòng)能力低，晶格轉(zhuǎn)變完成，但是，C原子不能從面心中擴(kuò)散出來(lái)，仍留在體心中，形成過飽和α固溶體）

∵晶格嚴(yán)重畸形，∴M硬↑HRC65

塑韌→0

3共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

連續(xù)冷卻可能發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變，很復(fù)雜。

共析鋼連續(xù)冷卻，只有珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。

珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)：三條線構(gòu)成：開始，終了，終止線冷卻速度過“開始”“終了”線，組織為珠光體冷卻速度過“開始”“終止”線，組織為珠光體和馬氏體冷卻速度不過珠光體區(qū)，則為M§3鋼的熱處理工藝

熱處理:整體熱處理:退火

正火

淬火

回火

表面熱處理:表面淬火

化學(xué)熱處理—滲碳

滲氮

一退火

將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點(diǎn),保溫一定時(shí)間,隨后在爐內(nèi)或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻,以獲得接近平衡的組織,這種工藝叫—目的:1)降低硬度—切削加工

2)

細(xì)化晶粒,改善組織—提高機(jī)械性能

3)

消除內(nèi)應(yīng)力—淬火準(zhǔn)備

4)

提高塑性,韌性—冷沖壓,冷拉拔

1完全退火:將鋼加熱到Ac3以上30~50℃,保溫一定時(shí)間后,緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織(P+F)的熱處理工藝.目的:通過完全重結(jié)晶,使鍛,鑄,焊件降低硬度,便于切削加工,同時(shí)可消除內(nèi)應(yīng)力,使A充分轉(zhuǎn)變成正常的F和P.應(yīng)用:亞共析鋼*不能用于共析鋼,∵在Accm以上緩冷,會(huì)析出網(wǎng)狀滲碳體(Fe3CⅡ

2不完全退火:將共析鋼或過共析鋼加熱到Ac1以上20~30℃,適當(dāng)保溫,緩慢冷卻的熱處理工藝--

又叫球化退火.目的:使珠光體組織中的片狀滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)榱罨蚯驙?這種組織能將低硬度,改善切削加工性.并為以后淬火做準(zhǔn)備.減小變形和開裂的傾向.應(yīng)用:共析鋼,過共析鋼(球化退火)

3等溫退火：將鋼件加熱到Ac3A（亞共析鋼）或Ac1(共析鋼或過共析鋼)以上,保溫后較快地冷卻到稍低于Ar1的溫度,再等溫處理,A轉(zhuǎn)變成P后,出爐空冷.目的:節(jié)省退火時(shí)間,得到更均勻的組織,性能.應(yīng)用:合金工具鋼,高合金鋼

4去應(yīng)力退火:將鋼加熱到Ac1以下某一溫度(約500~650℃)保溫后緩冷.

(又叫低溫退火)目的:消除內(nèi)應(yīng)力應(yīng)用:鑄,鍛,焊*不發(fā)生相變,重結(jié)晶

例子:杯裂

5再結(jié)晶退火:將鋼件加熱到再結(jié)晶溫度以上150~250℃,即650~750℃,保溫,空冷.

目的:發(fā)生再結(jié)晶,消除加工硬化.

應(yīng)用:冷扎,冷拉,冷壓等

*可能相變

6擴(kuò)散退火:均勻化退火,高溫進(jìn)行

目的:消除偏析,應(yīng)用:鑄件

二正火

鋼件加熱到Ac3(亞)或Accm(過共)以上30~50℃,保溫,空冷*正火作用與退火相似,區(qū)別是正火冷速快,得到非平衡的珠光體組織,細(xì)化晶粒,效果好,能得到片層間距較小的珠光體組織.與退火對(duì)比

含碳量工藝碳素結(jié)構(gòu)鋼(HB)碳素工具鋼(HB)≤~%~%~%退火≤150150-220220-229187-217(球化)正火≤156156-228230-280229-341實(shí)踐表明:工件硬度HB170-230時(shí),對(duì)切削有利正火目的:1提高機(jī)械性能

2改善切削加工性

3為淬火作組織準(zhǔn)備—大晶粒易開裂

對(duì)于過共析鋼,正火能減少二次滲碳體的析出,使其不形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有利于縮短過共析鋼的球化退火過程,經(jīng)正火和球化退火的過共析鋼有較高的韌性,淬火就不易開裂,用于生產(chǎn)過共析鋼的工具的工藝路線:

鍛造—正火—球化退火—切削加工—淬火,回火—磨

低碳鋼,正火代替退火,中C鋼:正火代調(diào)質(zhì)(但晶粒不均)

三淬火將鋼件加熱到Ac3(亞)或Ac1(過)以上30-50℃,經(jīng)過保溫,然后在冷卻介質(zhì)中迅速冷卻,以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝.目的:提高硬度,耐磨性應(yīng)用:工具,模具,量具,滾動(dòng)軸承.

組織:馬氏體.下貝氏體淬火冷卻:決定質(zhì)量,理想冷卻速度兩頭慢中間快.減少內(nèi)應(yīng)力.

1常用淬火法:

1)

單液淬火(普通淬火):在一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫.如碳鋼水冷缺點(diǎn):水冷,易變形,開裂.油冷:易硬度不足,或不均優(yōu)點(diǎn):易作,易自動(dòng)化.

2)

雙液淬火:先在冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻到300℃左右,再放入冷卻到冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻,獲得馬氏體.對(duì)于形狀的碳鋼件,先水冷,后空冷.優(yōu)點(diǎn):防低溫時(shí)M相變開裂.

3)分級(jí)淬火:工件加熱后迅速投入溫度稍高于Ms點(diǎn)的冷卻介質(zhì)中,(如言浴火堿浴槽中)停2-5分(待表面與心部的溫差減少后再取出)取出空冷.

應(yīng)用:小尺寸件(如刀具淬火)防變形,開裂

優(yōu)點(diǎn):工藝?yán)硐?操作容易

缺點(diǎn):∵在鹽浴中冷卻,速度不夠大∴只適合小件

4)等溫淬火:將加熱后的鋼件放入稍高于Ms溫度的鹽浴中保溫足夠時(shí)間,使其發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變,隨后空冷.

應(yīng)用:形狀復(fù)雜的小零件,硬度較高,韌性好,防變形,開裂.

例子:螺絲刀(T7鋼制造)

用淬火+低溫回火

HRC55,韌性不夠,扭10°時(shí)易斷

如用等溫淬火,HRC55~58

韌性好,扭90°不斷

等溫淬火后如有殘余A,需回火,A-F.如沒有殘余A,不需回火

缺點(diǎn):時(shí)間長(zhǎng)

2鋼的淬透性與淬硬性

淬透性:鋼在淬火時(shí)具有獲得淬硬層深度的能力.

淬硬性:在淬火后獲得的馬氏體達(dá)到的硬度,它的大小取決于淬火時(shí)溶解在奧氏體中的碳含量.

四回火

將淬火后的鋼加熱到Ac1以下某一溫度,保溫一定時(shí)間,后冷卻到室溫的熱處理工藝.

目的:消除淬火后因冷卻快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,降低脆性,使其具有韌性,防止變形,開裂,調(diào)整機(jī)械性能.

1低溫回火:加熱溫度150~250℃組織:回火馬氏體—過飽和度小的α-固溶體,片狀上分布細(xì)小ε-碳化物目的:消除內(nèi)應(yīng)力,硬度不降.HRC58~64應(yīng)用:量具,刃具

低碳鋼:高塑性,韌性,較高強(qiáng)度配合

2中溫回火:加熱溫度350~500℃組織:極細(xì)的球(粒)狀Fe3C目的:減少內(nèi)應(yīng)力,提高彈性,硬度略降.應(yīng)用:~%)彈簧,模具

高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

3高溫回火:500~650℃組織:回火索氏體—較細(xì)的球(粒)狀Fe3C目的:消除內(nèi)應(yīng)力,較高韌性,硬度更低.應(yīng)用:齒輪,曲軸,連桿等(受交變載荷)淬火+高溫回火---調(diào)質(zhì)

五表面淬火

表面層淬透到一定深度而中心部仍保持原狀態(tài).應(yīng)用:既受摩擦,又受交變,沖擊載荷的件.目的:提高表面的硬度,有利的殘余應(yīng)力.

提高表面耐磨性,疲勞強(qiáng)度加熱方法:1火焰:單間小批局部,質(zhì)量不穩(wěn)

2感應(yīng)加熱:質(zhì)量不穩(wěn)

六化學(xué)熱處理

工件放在某種化學(xué)介質(zhì)中加熱,保溫,使化學(xué)元素滲入工件表面,改善工件表面性能.

應(yīng)用:受交變載荷,強(qiáng)烈磨損,或在腐蝕,高溫等條件下工作的工件.滲C:表面成高碳鋼,細(xì)針狀高碳馬氏體~%),心部又有高韌性的受力較大的齒輪,軸類件

固體滲碳,液體滲碳,氣體滲碳(常用:滲碳劑如甲醇+丙酮900~930℃)如:低碳鋼,表層:P+Fe3CⅡ

熱處理:淬火+低溫回火得到回火M(細(xì)小片狀)+Fe3CⅡ

表面含C:

~%

若表面含C低,得到低含C的回火M,硬度低

含C高,網(wǎng)狀或大量塊狀滲C體,脆性↑滲N:表面硬度,耐磨性,耐蝕性,疲勞強(qiáng)度↑

溫度:500~570℃最后工序.

為保證內(nèi)部性能,氮化前調(diào)質(zhì)優(yōu)點(diǎn):氮化后不淬火,硬度高(>HV850),氮化層殘余壓應(yīng)力,疲勞強(qiáng)度↑氮化物抗腐蝕.

溫度低,變形小.碳氮共滲:硬度高,滲層較深,硬度變化平緩,具有良好的耐磨性,較小的表面脆性.

第二篇鑄造概述

一什么是鑄造

將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應(yīng)的鑄造空腔中,待其冷卻凝固后,以獲得零件或毛坯的方法.

二特點(diǎn)

1優(yōu)點(diǎn):1)

可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件,尤其復(fù)雜內(nèi)腔的毛坯(如暖氣)2)

適應(yīng)性廣,工業(yè)常用的金屬材料均可鑄造.幾克~幾百噸.3)

原材料來(lái)源廣泛.價(jià)格低廉.廢鋼,廢件,切屑4)

鑄件的形狀尺寸與零件非常接近,減少切削量,屬少無(wú)切削加工.∴應(yīng)用廣泛:農(nóng)業(yè)機(jī)械40~70%

機(jī)床:70~80%重量鑄件

2缺點(diǎn):1)

機(jī)械性能不如鍛件(組織粗大,缺陷多等)2)

砂性鑄造中,單件,小批,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大.3)

鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定,工序多,影響因素復(fù)雜,易產(chǎn)生許多缺陷.

鑄造的缺陷對(duì)鑄件質(zhì)量有著重要的影響,因此,我們從鑄件的質(zhì)量入手,結(jié)合鑄件主要缺陷的形成與防止,為選擇鑄造合金和鑄造方法打好基礎(chǔ).

第一章鑄造工藝基礎(chǔ)§1液態(tài)合金的充型充型:液態(tài)合金填充鑄型的過程.充型能力:液態(tài)合金充滿鑄型型腔,獲得形狀完整,輪廓清晰的鑄件的能力充型能力不足:易產(chǎn)生:澆不足:不能得到完整的零件.冷隔:沒完整融合縫隙或凹坑,機(jī)械性能下降.

一合金的流動(dòng)性

液態(tài)金屬本身的流動(dòng)性----合金流動(dòng)性

1流動(dòng)性對(duì)鑄件質(zhì)量影響1)

流動(dòng)性好,易于澆出輪廓清晰,薄而復(fù)雜的鑄件.2)

流動(dòng)性好,有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體上浮,排除.3)

流動(dòng)性好,易于對(duì)液態(tài)金屬在凝固中產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)縮.

2測(cè)定流動(dòng)性的方法:

以螺旋形試件的長(zhǎng)度來(lái)測(cè)定:如灰口鐵:澆鑄溫度1300℃試件長(zhǎng)1800mm.鑄鋼:

1600℃

100mm

3影響流動(dòng)性的因素

主要是化學(xué)成分:1)

純金屬流動(dòng)性好:一定溫度下結(jié)晶,凝固層表面平滑,對(duì)液流阻力小2)

共晶成分流動(dòng)性好:恒溫凝固,固體層表面光滑,且熔點(diǎn)低,過熱度大.3)

非共晶成分流動(dòng)性差:結(jié)晶在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,初生數(shù)枝狀晶阻礙液流

二澆注條件

1澆注溫度:t↑合金粘度下降,過熱度高.合金在鑄件中保持流動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng),∴

t↑提高充型能力.但過高,易產(chǎn)生縮孔,粘砂,氣孔等,故不宜過高

2充型壓力:液態(tài)合金在流動(dòng)方向上所受的壓力↑充型能力↑如砂形鑄造---直澆道,靜壓力.壓力鑄造,離心鑄造等充型壓力高.

三鑄型條件

1鑄型結(jié)構(gòu):若不合理,如壁厚小,直澆口低,澆口小等

充↓

2鑄型導(dǎo)熱能力:導(dǎo)熱↑金屬降溫快,充↓

如金屬型

3鑄型溫度:t↑充↑

如金屬型預(yù)熱

4鑄型中氣體:排氣能力↑充↑減少氣體來(lái)源,提高透氣性,少量氣體在鑄型與金屬液之間形成一層氣膜,減少流動(dòng)阻力,有利于充型.§2鑄件的凝固和收縮123

鑄件的凝固過程如果沒有合理的控制,鑄件易產(chǎn)生縮孔,縮松

一鑄件的凝固

1凝固方式:

鑄件凝固過程中,其斷面上一般分為三個(gè)區(qū):1—固相區(qū)2—凝固區(qū)3—液相區(qū)對(duì)凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄,依此劃分凝固方式.1)

逐層凝固:純金屬,共晶成分合金在凝固過程中沒有凝固區(qū),斷面液,固兩相由一條界限清楚分開,隨溫度下降,固相層不斷增加,液相層不斷減少,直達(dá)中心.2)

糊狀凝固合金結(jié)晶溫度范圍很寬,在凝固某段時(shí)間內(nèi),鑄件表面不存在固體層,凝固區(qū)貫穿整個(gè)斷面,先糊狀,后固化.故---3)

中間凝固大多數(shù)合金的凝固介于逐層凝固和糊狀凝固之間.

2影響鑄件凝固方式的因素1)

合金的結(jié)晶溫度范圍范圍小:凝固區(qū)窄,愈傾向于逐層凝固如:砂型鑄造,低碳鋼逐層凝固,高碳鋼糊狀凝固2)

鑄件的溫度梯度合金結(jié)晶溫度范圍一定時(shí),凝固區(qū)寬度取決于鑄件內(nèi)外層的溫度梯度.溫度梯度愈小,凝固區(qū)愈寬.(內(nèi)外溫差大,冷卻快,凝固區(qū)窄)

二合金的收縮

液態(tài)合金從澆注溫度至凝固冷卻到室溫的過程中,體積和尺寸減少的現(xiàn)象---.是鑄件許多缺陷(縮孔,縮松,裂紋,變形,殘余應(yīng)力)產(chǎn)生的基本原因.

1收縮的幾個(gè)階段1)

液態(tài)收縮:從金屬液澆入鑄型到開始凝固之前.液態(tài)收縮減少的體積與澆注溫度質(zhì)開始凝固的溫度的溫差成正比.2)

凝固收縮:從凝固開始到凝固完畢.同一類合金,凝固溫度范圍大者,凝固體積收縮率大.如:35鋼,體積收縮率%,45鋼%3)

固態(tài)收縮:凝固以后到常溫.

固態(tài)收縮影響鑄件尺寸,故用線收縮表示.

2影響收縮的因素1)

化學(xué)成分:鑄鐵中促進(jìn)石墨形成的元素增加,收縮減少.如:灰口鐵C,Si↑,收↓,S↑收↑.因石墨比容大,體積膨脹,抵銷部分凝固收縮.2)

澆注溫度:溫度↑液態(tài)收縮↑3)

鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件在鑄型中收縮會(huì)受鑄型和型芯的阻礙.實(shí)際收縮小于自由收縮.∴鑄型要有好的退讓性.

3縮孔形成在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)一些空洞,集中—縮孔.純金屬,共晶成分易產(chǎn)生縮孔*產(chǎn)生縮孔的基本原因:鑄件在凝固冷卻期間,金屬的液態(tài)及凝固受縮之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固態(tài)收縮.

4影響縮孔容積的因素(補(bǔ)充)1)

液態(tài)收縮,凝固收縮↑縮孔容積↑2)

凝固期間,固態(tài)收縮↑,縮孔容積↓3)

澆注速度↓

縮孔容積↓4)

澆注速度↑

液態(tài)收縮↑易產(chǎn)生縮孔

5縮松的形成

由于鑄件最后凝固區(qū)域的收縮未能得到補(bǔ)足,或者,因合金呈糊狀凝固,被樹枝狀晶體分隔開的小液體區(qū)難以得到補(bǔ)縮所至.1)

宏觀縮松肉眼可見,往往出現(xiàn)在縮孔附近,或鑄件截面的中心.非共晶成分,結(jié)晶范圍愈寬,愈易形成縮松.2)

微觀縮松凝固過程中,晶粒之間形成微小孔洞---凝固區(qū),先形成的枝晶把金屬液分割成許多微小孤立部分,冷凝時(shí)收縮,形成晶間微小孔洞.

凝固區(qū)愈寬,愈易形成微觀縮松,對(duì)鑄件危害不大,故不列為缺陷,但對(duì)氣密性,機(jī)械性能等要求較高的鑄件,則必須設(shè)法減少.(先凝固的收縮比后凝固的小,因后凝固的有液,凝,固三個(gè)收縮,先凝固的有凝,固二個(gè)收縮區(qū)----這也是形成微觀縮松的基本原因.與縮孔形成基本原因類似)

6縮孔,縮松的防止辦法

基本原則:制定合理工藝—補(bǔ)縮,縮松轉(zhuǎn)化成縮孔.

順序凝固:冒口—補(bǔ)縮

同時(shí)凝固:冷鐵—厚處.減小熱應(yīng)力,但心部縮松,故用于收縮小的合金.l

安置冒口,實(shí)行順序凝固,可有效的防止縮孔,但冒口浪費(fèi)金屬,浪費(fèi)工時(shí),是鑄件成本增加.而且,鑄件內(nèi)應(yīng)力加大,易于產(chǎn)生變形和裂紋.∴主要用于凝固收縮大,結(jié)晶間隔小的合金.l

非共晶成分合金,先結(jié)晶樹枝晶,阻礙金屬流動(dòng),冒口作用甚小.l

對(duì)于結(jié)晶溫度范圍甚寬的合金,由于傾向于糊狀凝固,結(jié)晶開始之后,發(fā)達(dá)的樹枝狀骨狀布滿整個(gè)截面,使冒口補(bǔ)縮道路受阻,因而難避免顯微縮松的產(chǎn)生.顯然,選用近共晶成分和結(jié)晶范圍較窄的合金生產(chǎn)鑄件是適宜的.§3鑄造內(nèi)應(yīng)力,變形和裂紋

凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中,其固態(tài)收縮若受到阻礙,鑄件內(nèi)部就發(fā)生內(nèi)應(yīng)力,內(nèi)應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因.(有時(shí)相變膨脹受阻,負(fù)收縮)

一內(nèi)應(yīng)力形成

1熱應(yīng)力:鑄件厚度不均,冷速不同,收縮不一致產(chǎn)生.

塑性狀態(tài):金屬在高于再結(jié)晶溫度以上的固態(tài)冷卻階段,受力變形,產(chǎn)生加工硬化,同時(shí)發(fā)生的再結(jié)晶降硬化抵消,內(nèi)應(yīng)力自行消失.(簡(jiǎn)單說,處于屈服狀態(tài),受力—變形無(wú)應(yīng)力)

彈性狀態(tài):低于再結(jié)晶溫度,外力作用下,金屬發(fā)生彈性變形,變形后應(yīng)力繼續(xù)存在.舉例:a)凝固開始,粗細(xì)處都為塑性狀態(tài),無(wú)內(nèi)應(yīng)力∵兩桿冷速不同,細(xì)桿快,收縮大,∵受粗桿限制,不能自由收縮,相對(duì)被拉長(zhǎng),粗桿相對(duì)被壓縮,結(jié)果兩桿等量收縮.b)細(xì)桿冷速大,先進(jìn)如彈性階段,而粗桿仍為塑性階段,隨細(xì)桿收縮發(fā)生塑性收縮,無(wú)應(yīng)力.c)細(xì)桿收縮先停止,粗桿繼續(xù)收縮,壓迫細(xì)桿,而細(xì)桿又阻止粗桿的收縮,至室溫,粗桿受拉應(yīng)力(+),(-)

由此可見,各部分的溫差越大,熱應(yīng)力也越大,冷卻較慢的部分形成拉應(yīng)力,冷卻較快的部分形成壓應(yīng)力.預(yù)防方法:1壁厚均勻2同時(shí)凝固—薄處設(shè)澆口,厚處放冷鐵優(yōu)點(diǎn):省冒口,省工,省料缺點(diǎn):心部易出現(xiàn)縮孔或縮松,應(yīng)用于灰鐵錫青銅,因灰鐵縮孔、縮松傾向小，錫青銅糊狀凝固，用順序凝固也難以有效地消除其顯微縮松。

2機(jī)械應(yīng)力合金的線收縮受到鑄型或型芯機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是暫時(shí)的,落砂后,就自行消失.*機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力共同作用,可能使某些部位增加了裂紋傾向.預(yù)防方法:提高鑄型和型芯的退讓性.

3相變應(yīng)力

冷卻過程中,固態(tài)相變時(shí),體積會(huì)發(fā)生變化.如A—P,A—P體積會(huì)增大,Fe3C鐵碳合金三種應(yīng)力在鑄件不同部位情況如下表:鑄件部位

熱應(yīng)力相變應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力共析轉(zhuǎn)變石墨化落砂前落砂后薄或外層-

+

++

0厚或內(nèi)層+

-

-

+

0前面講過預(yù)防應(yīng)力方法,若產(chǎn)生應(yīng)力,還可通過自然時(shí)效和人工時(shí)效的方法消除應(yīng)力.

二變形與防止

鑄件通過自由變形來(lái)松弛內(nèi)應(yīng)力,自發(fā)過程.鑄件廠發(fā)生不同程度的變形.舉例:平板鑄件∵平板中心散熱慢,受拉力.平板下部冷卻慢.∴發(fā)生如圖所示變形

防止方法:1壁厚均勻,形狀對(duì)稱,同時(shí)凝固.2反變形法(長(zhǎng)件,易變形件)殘余應(yīng)力:

自然時(shí)效,

人工時(shí)效---低溫退火

550—650℃

三鑄件的裂紋與防止

鑄件內(nèi)應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時(shí),鑄件便發(fā)生裂紋.

1熱裂紋:高溫下形成裂紋

特征:裂紋短,縫寬,形狀曲折.縫內(nèi)呈氧化色,無(wú)金屬光澤,裂縫沿晶粒邊界通過,多發(fā)生在應(yīng)力集中或凝固處.

灰鐵,球鐵熱裂少,鑄鋼,鑄鋁,白口鐵大.

原因:1

凝固末期,合金呈完整骨架+液體,強(qiáng),塑↓

2

含S—熱脆

3

退讓性不好預(yù)防:

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理,

改善退讓性,

控制含S量

2冷裂紋:

低溫下裂紋

特征:裂紋細(xì),連續(xù)直線狀或圓滑曲線,裂口表面干靜,具有金屬光澤,有時(shí)里輕微氧化色

原因:復(fù)雜大工件受拉應(yīng)力部位和應(yīng)力集中處易發(fā)生;材料塑性差;

P—冷脆

預(yù)防:合理設(shè)計(jì),減少內(nèi)應(yīng)力,控制P含量,提高退讓性§4

鑄件中的氣體

常見缺陷,廢品1/3.氣體在鑄件中形成孔洞.

一氣孔對(duì)鑄件質(zhì)量的影響

1破壞金屬連續(xù)性

2較少承載有效面積

3氣孔附近易引起應(yīng)力集中,機(jī)械性能↓αk

σ-1

↓

4彌散孔,氣密性↓

二分類(按氣體來(lái)源)

1侵入氣孔:砂型材料表面聚集的氣體侵入金屬液體中而形成.

氣體來(lái)源:造型材料中水分,粘結(jié)劑,各種附加物.

特征:多位于表面附近,尺寸較大,呈橢圓形或梨形孔的內(nèi)表面被氧化.

形成過程:澆注---水汽(一部分由分型面,通氣孔排出,另一部分在表面聚集呈高壓中心點(diǎn))—?dú)鈮荷?溶入金屬---一部分從金屬液中逸出—澆口,其余在鑄件內(nèi)部,形成氣孔.

預(yù)防:降低型砂(型芯砂)的發(fā)起量,增加鑄型排氣能力.

2析出氣孔:溶于金屬液中的氣體在冷凝過程中,因氣體溶解度下降而析出,使鑄件形成氣孔.

原因:金屬熔化和澆注中與氣體接觸(H2

O2

NOCO等)

特征:分布廣,氣孔尺寸甚小,影響氣密性

3反應(yīng)氣孔:金屬液與鑄型材料,型芯撐,冷鐵或溶渣之間,因化學(xué)反應(yīng)生成的氣體而形成的氣孔.

如:冷鐵有銹

Fe3O4+