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一、归纳
⒈目的
掌握常用工程资料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识(性能和改性方法是重点).
具备依照零件的服役条件合理选择和使用资料;
具备正确拟定热办理工艺方法和稳当安排工艺路线的能力。
⒉复****方法
以“资料的化学成分→加工工艺→组织、结构→性能→应用"之间的关系为主线,掌握资料性能和
改性的方法,指导复****br/>二、资料结构与性能:
⒈资料的性能:
①使用性能:机械性能(刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲倦强度、断裂韧性);
②工艺性能:热办理性能、铸造性能、铸造性能、机械加工性能等.
⒉资料的晶体结构的性能:纯金属、实质金属、合金的结构(第二章);
纯金属:体心立方(-Fe)、面心立方(-Fe),各向异性、强度、硬度低;塑性、韧性高
实质金属:晶体弊端(点:缝隙、空位、置换;线:位错;面:晶界、压晶界)→各向同性;强度、硬度增高;塑性、韧性降低.
合金:多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属.
单相合金组织:合金在固态下由一个固相组成;纯铁由单相铁素体组成。
多相合金组织:由两个以上固相组成的合金。
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机械工程资料复****br/>多相合金组织性能:较单相组织合金有更高的综合机械性能,工程实质中多采用多相组织的合金.
⒊资料的组织结构与性能
⑴.结晶组织与性能:F、P、A、Fe3C、Ld;
1)平衡结晶组织
平衡组织:在平衡凝固下,经过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使
使各个晶粒内部的成分均匀,并素来保留到室温。
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机械工程资料复****br/>2)成分、组织对性能的影响
①硬度(HBS):随C﹪↑,硬度呈直线增加,HBS值主要取决于组成相Fe3C的相对量。
②抗拉强度(b):C﹪<0。9%范围内,先增加,C﹪>0。9~%后,b值明显下降。
③钢的塑性()、韧性(ak):随着C﹪↑,呈非直线形下降。
3)硬而脆的化合物对性能的影响:
第二相增强:硬而脆的化合物,
若化合物呈网状分布:则使强度、塑性下降;
若化合物呈球状、粒状(球墨铸铁):降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用,使韧性及切
削加工性提高;
呈弥散分布于基体上:则阻拦位错的搬动及阻拦晶粒加热时的长大,使强度、硬度增加,而塑性、
韧性仅略有下降或不降即弥散增强;
呈层片状分布于基体上:则使强度、硬度提高,而塑性、韧性有所下降。
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机械工程资料复****br/>⑵。塑性变形组织与性能
1)组织与性能的变化
金属塑性变形后产生晶格畸变,晶粒破碎现象,处于组织不牢固状态的非平衡组织,
非平衡组织向平衡组织转变:可经过再结晶、时效及回火实现。
加工硬化,物电阻增大、耐蚀性降低等,各向异性:
产生纤维状组织;晶粒破碎、位错密度增加;织构现象的产生;节余内应力。
2)变形金属在加热过程中组织和性能的变化
回复(去应力退火):强度和硬度略有下降,塑性略有提高。电阻和内应力等理化性能明显下降
再结晶:,金属的性能全部恢复。金属的强度和硬度明显↓,
而塑性和韧性明显↑,性能完好恢复到变形前的水平.
⑶。热办理组织与性能
1)贝氏体的机械性能:
上贝氏体:;同时,渗碳体分布在铁素体片之间,,强度和韧性都较差。
下贝氏体:铁素体针微小,碳化物分布均匀,所以硬度高,韧性好,综合机械性能好.
马氏体的形态及机械性能
①.板条马氏体(又称位错马氏体。):碳含量<0。23%;
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机械工程资料复****br/>机械性能:不存在显微裂纹,淬火应力小,强度高,塑性、韧性好。
②.针状马氏体:碳含量>1。0%;(显微镜下呈针状)
机械性能:存在大量显微裂纹,较大的淬火应力,塑性和韧性均很差;
③.混杂组织马氏体:碳含量在0。23%一1。0%。
④.马氏体的硬度,含碳最增加,%今后,其硬度的变化趋于和缓.
⑤合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大。
回火组织与性能
回火种类
回火温度
组织
性能及应用
组织形态
保持高硬度,降低脆性及残
低温回火
150~250
回火M(M’)余应力,用于工模具钢,表
过饱和
+碳化物(FexC)
面淬火及渗碳淬火件
回火屈氏体
硬度下降,韧性、弹性极限
中温回火
350—500
和信服强度↑,用于弹性元
保留马氏体针形F+细粒状FeC
(T’)
3
件
强度、硬度、塑性、韧性、
高温回火
500-650
回火索氏体优异综合机械性能,优于正
多边形F+粒状Fe3C
(S')
火获得的组织。中碳钢、重
要零件采用。
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机械工程资料复****br/>⒋资料组织结构变化实现的性能增强:
固溶增强:经过合金化(加入合金元素)组成固溶体,使金属资料获得增强称为固溶增强;
细晶增强:强度、硬度越高;其塑性、韧性越好。晶界处原子排列凌乱,使其熔点低,易受腐化.
由结晶过程、冷热塑性变形、合金化、热办理实现。
加工硬化:使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加,从而使强度、硬度增加,塑性、韧性、耐蚀性
等下降,并产生各向异性。冷塑性变形实现。
第二相增强:硬而脆的化合物(Fe3C),若呈网状分布:则使强度、塑性下降;若呈球状、粒状(球墨铸铁):使韧性及切削加工性提高;
呈弥散分布于基体上:使强度、硬度增加,塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散增强;呈层片状分布于基体上:强度、硬度提高,而塑性、韧性有所下降。
形变增强:金属资料经冷加工塑性变形能够提高其强度;
相变增强:经过热办理等手段发生固态相变,获得需要的组织结构,使金属资料获得增强.
三、资料热办理、合金化与性能
⒈改进资料成形加工组织与性能的热办理工艺(起初热办理)
⑴退火:完好退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火
退火:加热+保温+缓冷获得凑***衡状态组织.
退火目的:改进铸、锻、焊粗大不均匀的组织,降硬度,提高塑性,改进冷加工工艺性。
除掉成分不均匀,内应力。
1)完好退火(加热Ac3+(20~30℃)温度,保温、缓冷
组织:P+F
目的:①细化,均匀化粗大、的原始组织;②降低硬度→切削性↑;③除掉内应力;除掉组织弊端;
应用:(C%=0。3~%)亚共折钢,共析钢和合金钢铸、锻、轧
2)球化退火
加热Ac1+(10~30℃),保温、缓冷(或Ar1-(20~30℃)等温)
应用:过,共析钢、高碳合金钢
组织:球状P(F+球状Cem)
目的:①Fe3CII及Fe3C共析球化→HRC↓,韧性↑→切削性↑
②为淬火作准备;球化退火前,正火办理,除掉网状碳化物,以利于球化进行。
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机械工程资料复****br/>3)扩散退火
加热1050~1150℃,保温10~20h,冷却:炉冷
组织:P+F或P+Fe3CII
目的:除掉偏析
结果:粗晶、魏氏组织、带状组织,韧性、塑性较差,需完好退火或正火来细化晶粒。
4)去应力退火(再结晶退火)
加热:Ac1-(100~200)℃;保温+炉冷;
目的:除掉加工硬化,除掉节余应力。
⑵正火
正火:亚共析加热Ac3+(30~50℃)、
过共析钢加热Accm+(30~50℃)保温+空冷,获得P类工艺。
组织:S或P(F+Fe3C)
正火与完好退火的差异:冷速较快,组织较细,得更高的强度和硬度;生产周期较短,成本较低.
目的及应用:起初热办理、最后热办理、改进切削加工性能。
⒉起初热办理工艺应用
工具钢:球化退火;结构钢:正火,:调质办理正火。
⑴改进冷塑性加工性能
再结晶退火:恢复变形前的组织与性能,恢复塑性,以便连续变形。
⑵改进机加工性能
C%<%中低碳钢:正火,提高硬度
C%=0。4O%~%:完好退火;
C%>0。6%的高碳钢:球化退火,获得粒状珠光体。
合金钢:退火:
铸铁件白口层:加热850~950℃+保温+(炉冷+空冷)。
⑶除掉资料的加工应力
去应力退火:没有组织变化。
工艺:缓慢加热500~650℃+保温+缓冷,
⒊钢铁的淬火
⑴淬火原则与淬透性
目的:提高硬度、强度、耐磨性。
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机械工程资料复****br/>原则:①淬硬,获尽量完好的M;②淬透,M组织表里如一;③保证淬硬条件下,用缓冷介质,以防
开裂.
⑴.淬透性:在规定淬火条件下获得M多少的能力,决定钢材淬硬深度和硬度分布的特点;是钢的
,表现为VK的大小。
淬透性评定:用标准试样在规定条件下淬火,能淬透的深度或全部淬透的最大直径表示。
⑵.淬透层深度:从表面至半M区的距离。与钢的淬透性及外在因素有关。
影响因素:,淬透层越深;,淬火时的冷速越快,淬透层越深;Ⅲ。
水淬比油淬的淬透层深;
⑶.淬硬性:由M中C%↑,钢的淬硬性越好.
⒋淬火工艺
⑴淬火加热温度
①亚共析碳钢:AC3+(30~50℃),组织:均匀微小M组织
温度太高,M粗大,淬火应力,变形和开裂倾向增大。加热温度<AC3时,硬度降低.
②共析和过共析碳钢:
加热:AC1+(30~50℃)。组织:M+Fe3CII+Ar,
若在AC1~Acm以上淬火,→A粗大→高碳M粗大→力学性能↓,变形开裂↑
③合金钢:加热温度>碳钢
⑵淬火方法
①单介质淬:简单碳钢及合金钢工件。碳钢水、合金钢、小碳钢油
②双介质淬火先水,。
③分级淬火稍高于Ms的盐浴或碱浴中保温,再取空冷。用于:小尺寸工件及***.
④贝氏体等温淬火:
稍高Ms温度的盐浴或碱浴中冷却+保温,:形状复杂和性能较高的较小零件.
⑤深冷办理:在0℃以下的介质中冷却的热办理工艺.
目的:减少Ar获最大数量M,提高硬度、耐磨性,牢固尺寸。
用于:精美工件,量具。
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机械工程资料复****br/>⒌表面淬火
⑴原理:(交变磁场→感觉电流→工件电阻→加热,集肤效应→表面加热)
工艺:水(乳化液)发射淬火+(180~200℃)低温回火,
⑵感觉加热表面淬火的分类
1)高频淬火淬硬层深度0。5~㎜;中小零件.
2)中频淬火淬硬层深度2~10㎜;大中模数齿轮,较大轴类零件等
3)工频淬火:淬硬层深度10~20㎜;大直径零件。
⑶适用钢种①中碳钢和中碳低合金钢:②碳素工具钢和低合金工具钢:③球铁、灰铸铁。
⑷表面淬火的特点
①加热速度快
)淬火组织为细隐晶马氏体(极细马氏体).表面硬度↑2~3HRC,脆性↓。③明显提高钢件的疲倦强度。
⒍钢的化学热办理
化学热办理:在加热和保温中使活性原子浸透其表面,改变表面的化学成分和组织,改进表面性能。
目的:提高表面硬度,耐磨性,心部仍保持必然的强度和优异的塑性和韧性;提高钢件的疲倦强度;
抗蚀性和耐热性等。
⑴渗碳
1)碳浓度:表面C(%~0。30%)→%,
机械性能:经淬火+回火,提高表面硬度、耐磨性及疲倦强度,心部仍保持优异的韧性和塑性。
用途:各种齿轮、活塞销、套筒等。渗碳工艺主要用于低碳钢、低碳低合金渗碳钢.
2)渗碳工艺
温度:900~950℃;(渗碳加热到AC3以上)
渗碳时间:900~950℃温度下,~。
3)低碳钢渗碳缓冷组织:
表层:P+Fe3CII(过共析相)
心部:亚共析组织(P+F),
中间:过渡组织;
4)渗碳后的热办理
①渗碳后淬火+低温回火
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机械工程资料复****br/>淬火后组织:M+A残,
⒎钢的合金化
合金元素在钢中的作用:提高钢的淬透性,细化晶粒,提高钢的回火牢固性,防范回火脆性,二次
硬化,固溶增强,第二相增强(弥散增强),增加韧性,提高钢的耐蚀性或耐热性。
⑴形成固溶体、产生固溶增强
⑵形成含部分金属键的金属(间)化合物,产生弥散增强(或第二相增强)
⑶溶入奥氏体,提高钢的淬透性
⑷提高钢的热牢固性,增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性
⑸
⑹形成钝化保护膜
⑺对奥氏体和铁素体存在范围的影响
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