材料及成型技术上海大学.ppt

上传人:小飞机 文档编号:6388419 上传时间:2023-10-26 格式:PPT 页数:89 大小:5.99MB
返回 下载 相关 举报
材料及成型技术上海大学.ppt_第1页
第1页 / 共89页
材料及成型技术上海大学.ppt_第2页
第2页 / 共89页
材料及成型技术上海大学.ppt_第3页
第3页 / 共89页
材料及成型技术上海大学.ppt_第4页
第4页 / 共89页
材料及成型技术上海大学.ppt_第5页
第5页 / 共89页
点击查看更多>>
资源描述

《材料及成型技术上海大学.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料及成型技术上海大学.ppt(89页珍藏版)》请在三一办公上搜索。

1、1,工程材料复习课,1,材料及成形技术,2,考试时间:5月27日(周二)8:1510:15考试地点:EJ103EJ104 学号数07122028 EJ103 其 余 同 学 EJ104答疑时间:5月26日 13:0021:00 地点:HD208,2008年春季学期“材料与成形技术”考试通知,2,3,1、强度 强度概念:材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力,如,弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳极限、蠕变极限等 比强度、比模量概念:单位密度上的强度、弹性模量,一、固体材料的性能,3,4,屈强比越小,构件万一超载时,产生塑性变形的时间越长,则离断裂的时间长,易发现和马上采取措施(如停机

2、、换构件等),即时间裕度大,可靠性高。屈强比大,则屈服强度高,材料强度利用率高。屈强比增大,则材料塑性段距离减小,固将增加材料的脆性趋势。0.2概念:条件屈服强度 弹性模量E 概念 E/,屈强比概念:s/b,4,5,金属材料表面抵抗其它硬物压入的能力。相互关系:HBS10HRC HVHB:HBS淬火钢球测定硬度值450以下的材料 HBW硬质合金球测定硬度值650以下的材料HR:HRA 适用硬质合金、表面淬火层、渗碳钢 HRB 适用有色金属、退火钢、正火钢 HRC 适用淬火钢、调质钢,2、硬度概念:,5,6,AkG(Hh),3、冲击韧度,材料抵抗大能量冲击载荷能力的指标,试样缺口处单位面积所消耗

3、的功。,冷脆概念,6,7,1、晶格、晶胞和晶格常数2、三种晶格类型,二、金属的结构,7,8,取有向线段上任一点的座标值化为最简整数,加以方括号,uvw即为晶向指数。,取晶面的三坐标截距值为倒数,并化为最简整数,依次计入圆括号(hkl)内,即为该晶面的晶面指数。,2、晶面晶向表示方法 要求:会画图、改错。,8,9,4、晶格缺陷 掌握:点缺陷、线缺陷、面缺陷 4种缺陷,3、单晶体和多晶体概念 结晶方位一致与否,9,10,1、理论结晶温度与实际结晶温度(过冷度概念),2、纯金属的结晶过程,三、金属的结晶,10,11,1)晶粒度概念 晶粒度表示晶粒大小,由平面截面单位面积内所包含晶粒个数来表示;晶粒度

4、级别越高,晶粒越细;2)晶粒度对力学性能的影响 晶粒越细,常温强度越高,塑性韧性有所改善,高温强度下降。3)细化晶粒的方法增加过冷度,变质处理,附加振动。,3、金属结晶后晶粒的大小,11,12,4)金属的同素异构转变(重结晶),12,13,1、二元合金的晶体结构 组元、相、固熔体、化合物概念 在物质中,凡是成分相同,结构相同,并与其它部分以界面分开的均匀组成部分,称为相。合金结晶后可以是一种相,也可以是由若干种相所组成。一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体称为组织。相的相对数量、形状、尺寸和分布的不同,形成了不同的组织,不同的组织使合金具有不同的力学性能。例:铁碳相图中 Fe3C;F P

5、 A;Fe3C Fe3C Fe3C,三、二元合金,13,14,溶质原子溶入金属溶剂中所组成的合金相称为固溶体。固溶体的点阵结构仍保持溶剂金属的结构,只引起晶格参数的改变。当两组元在固态无限溶解时,所形成的固溶体称为连续固溶体或无限固溶体;当两组元在固态部分溶解时,所形成的固溶体称为有限固溶体或端际固溶体。按照溶质原子在固溶体中所处的位置,固溶体又可分为间隙固溶体和置换固溶体。1)间隙固溶体 当溶质原子直径与溶剂原子直径的比值小于0.59时,才能形成间隙固溶体。溶剂晶格的间隙是有限的,因此,间隙固溶体只能是有限固溶体。,2、固溶体,14,15,间隙固溶体的溶解度与溶质原子半径及溶剂的晶格类型有关

6、。溶质原子半径愈小,溶解度愈大,溶剂晶格类型不同,具有的间隙大小不同,溶解度也不同。对于溶质和溶剂原子大小比较接近的元素,只能形成置换固溶体。置换固溶体中,溶质原子在溶剂晶格中的分布是任意的、无规律的。如果溶质原子在溶剂晶格中的溶解度有一定限度,则叫有限互溶,形成有限置换固溶体;置换固溶体中溶质原子与溶剂半径相差越小,则溶解度越大,若溶剂元素与溶质元素在周期表中位置靠近,且晶格类型相同,则可形成无限固溶体,合金组元可以以任何比例相互溶解,如Cu-Ni 合金。,2)置换固溶体,15,16,相图是反映材料在平衡状态下相状态和成分及温度关系的图形。相图也称平衡图或状态图。二元合金相图可用温度成分坐标

7、系的平面图形来表示。二元相图是反映二元系统相的平衡状态与温度、成分关系的平面图形。1)匀晶相图 两组元在液态无限互溶,在固态也无限互溶,形成固溶体的二元相图称为二元匀晶相图。特点:晶格类型相同,结晶不在恒温下进行,在冷却较快的非平衡结晶条件下,会形成枝晶偏析。,3、二元合金相图,16,17,固溶体的非平衡结晶:,匀晶相图中冷却时的成分变化,17,18,两组元在液态无限互溶,固态有限溶解,通过共晶反应形成两相机械混合物的二元合金称为二元共晶相图。共晶反应是液相在冷却过程中同时结晶出两个结构不同的固相的过程。,2)共晶相图,18,19,两组元在液态无限互溶,固态下有限溶解,发生包晶反应的相图称为二

8、元包晶相图。包晶反应是一个液相与一个固相相互作用,生成一个新的固相的过程。,3)二元包晶相图,19,20,从一个固相同时结晶出两个固相的恒温转变,称为共析转变,发生共析反应形成两相机械混合物的二元合金相图称为共析相图。,共析反应的产物为共析物。由于共析反应在固态进行,所以共析组织比共晶组织要细得多。共析相图是铁碳相图中的一个重要组成部分,需好好掌握。反应过程:d+e,4)共析相图,20,21,1)二元相图的分析步骤 若有稳定化合物,则将其看作一独立组元,把相图分成几个部分分析。相区接触法则:二元相图中,相邻相区中的相数只相差一个(点接触除外)。分析时首先熟悉单相区中的相,再根据相区接触法则辨别

9、其它相区。找出与三相共存水平线点接触的三个单相区,确定三相平衡转变的性质和反应式。在两相平衡区,可应用杠杆定律求出各相的相对量。,4、二元相图的分析与应用,21,22,6、杠杆定律不同条件下相的成分及其相对量可用杠杆定理求得。(1)确定两平衡相的成分如图(a)所示,水平线与液相线L的交点即为液相的成分。(2)确定两平衡相的相对量 设试验合金重量为1,液、固相重量分别为QL、QS,则 QL+QS=1;,设液、固相含Ni浓度分别为x1、x2,x为试验合金中的平均含Ni量(%),则,FC(组元)-P(相数)1,5、相律,22,23,例题:将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后缓慢冷却到如图1-80所示温

10、度T1,求此时:(1)两相的成分;(2)两相的质量比;(3)各相的相对重量(4)各相的重量。,例题:,23,24,10某合金如图1-81所示:,(1)标出-区域中存在的相;(2)标出、区域中的组织;(3)相图中包括哪几种转变?写出它们的反应式。,动画:习题10,9,L L+L+匀晶转变+共析共析转变+脱溶转变(5)+脱溶转变,24,25,11.今有两个形状相同的铜镍合金铸件,一个含Ni90,一个含Ni50,铸后自然冷却,问凝固后哪个铸件的偏析较为严重?,动画:习题11,25,26,12.按下面所设条件,示意地绘出合金的相图,并填出各区域的相组分和组织组分,以及画出合金的力学性能与该相图的关系曲

11、线。设C、D两组元在液态时能互相溶解,D组元熔点是C组元的4/5,在固态时能形成共晶,共晶温度是C组元熔点的2/5,共晶成分为wD30;C组元在D组元中有限固溶,形成固溶体。溶解度在共晶温度时为wC25,室温时wC10,D组元在C组元中不能溶解;C组元的硬度比D组元高。计算wD40合金刚完成共晶转变时,组织组成物及其百分含量。,题12,26,27,动画:习题12,27,28,L(wB=75%)(wB=15%)+(wB=95%)(1)求wB=50%的合金结晶刚结束时的各组织组分和各相组分的相对量。(2)若显微组织中初晶与共晶(+)各占50,求该合金的成分,补充习题1.一个二元共晶转变如下:,(1

12、)组织组成:w=(75-50)/(75-15)=41.7%w(+)=(50-15)/(75-15)=58.3%相组成:w=(9550)/(95-15)=56.3%w=(50-15)/(95-15)=43.7%,(2)w=(x-75)/(95-75)=50%解得x=85 w(+)=(95-x)/(95-75)=50%解得x=85,28,29,1)铁碳合金相图 三条水平线(平衡);六种成分;各转折点的相变化、成分变化;组织变化及力学性能变化规律。,P 中F 和 Fe3 C 的相对量:,四、铁碳合金,29,30,亚共析钢结晶过程的基本反应为匀晶反应+包晶反应+固溶体转变反应+共析反应,室温组织为铁素

13、体+珠光体,显微组织如图所示。过共析钢结晶过程的基本反应为匀晶反应+二次析出反应+共析反应,室温组织为珠光体+二次渗碳体,显微组织如图所示。,共亚析和过共析钢,30,31,共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程分析 碳含量大于2.11的三种白口铸铁均发生共晶转变。共晶产物莱氏体冷却至共析线后转变为低温莱氏体,反应式为:Ld(AE+Fe3C共晶)Ld(P+Fe3C+Fe3C共晶)其实质是共晶奥氏体析出二次渗碳体,并在727时转变为珠光体。组织中的铁素体、渗碳体、珠光体和低温莱氏体一旦形成,在随后的冷却过程中不再发生相变。,铸铁,31,32,说明,举 例,形状复杂的需要采用铸造成形

14、的钢质零件(参见 GB11352-89,ZG230-450、ZG270500、ZG310-570、ZG340-640,表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的碳素铸钢,ZG200-400,一般工程铸造碳钢,制造需较高硬度、耐磨性、又能承受一定冲击的工具,如手锤、冲头等(参见 GB1298-86),T7、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13,表示平均Wc为千分之8的碳素工具钢,A表示高级优质,T8T8A,碳素工具钢,用于制造曲轴、传动轴、齿轮、连杆等重要零件(参见 GB699-88),08F、10、20、35、40、50、60、65,表示平均Wc为万分之45的优质碳素结构钢

15、,45,优质碳素结构钢,一般以型材供应的工程结构件,制造不太重要的机械零件及焊接件(参见 GB700-88),Q195、Q215A,Q235B、Q255A、Q255B、Q275等,屈服点为235MPa、质量为A级的沸腾钢,Q235-A F,碳素结构钢,用 途,常 用 牌 号,编 号 方 法,分 类,1、碳钢的分类 表16 2、碳钢的牌号 表17,五、碳钢,32,33,2、按用途分类 1)结构钢:主要用于制造各种工程构件及机器零件。用于制造机器零件的结构钢可分为:调质钢:如45、40Cr、35SiMn等。渗碳钢:如20、20Cr、20CrMnTi等。弹簧钢:如65、65Mn、50CrV等。2)工

16、具钢:主要用于制造各种工具,如刃具、模具、量具等。3)特殊性能钢:指具有不锈、耐热、抗磨等特殊性能的钢。3、合金钢的分类 Wme3%渗碳、调质钢 1)合金结构钢(低合金高强度结构钢、合金结构钢)2)弹簧钢 碳素Wc0.60.9,合金Wc0.450.7 主加Si、Mn、Cr 3)滚动轴承钢 要求硬度高、耐磨性好、淬透性高、接触疲劳强度高、耐蚀 Wc0.951.15,Wcr1。65,3、合金钢的分类,33,34,4)合金工具钢,(1)低合金刃具钢 车、铣、铰刀等 性能要求:回火稳定性 a)硬度和耐磨性;b)强度和韧性;c)红硬性;d)工艺性(2)高速钢 淬透性好,红硬性高,小截面刀具空气中能淬透

17、典型牌号:W18Cr4V(3)模具钢 a)冷作模具钢 b)热作模具钢 P70性能(4)量具钢 多选用碳素工具钢、低合金工具钢(9SiCr、CrMn)、轴承钢(GCr15)制作,34,35,4、合金钢的牌号,1)低合金高强度结构钢Q295、Q345、Q390、Q4602)合金结构钢(1)渗碳钢 20Cr、20CrV、20Mn2、20MnV、20CrMn等(2)调质钢 40Cr、42SiMn、35CrMo等(3)弹簧钢 65Mn、60Si2Mn(4)滚动轴承钢 GCr9、GCr9SiMn、GCr15等(5)低合金刃具钢 9SiCr、9Mn2V等(6)高速钢 W18Cr4V 不锈钢牌号前的数字表示平

18、均碳质量分数的千倍。当Wc0.03%或Wc0.08%者,在牌号前分别冠以“00”或“0”。,35,36,1、铸铁的分类及特性 按照石墨形貌的不同,这一类铸铁又可分为灰铸铁(片状石墨)、可锻铸铁(团絮状石墨)、球墨铸铁(球状石墨)和蠕墨铸铁(蠕虫状石墨)等四种。2、石墨化过程 在铁碳合金中,渗碳体只是一种亚稳定的相,石墨才是一种稳定的相。石墨化过程是指铸铁中析出碳原子形成石墨的过程。影响石墨化的因素主要是化学成分和冷却速度。化学成分是影响石墨化过程的本质因素。碳和硅是有效促进石墨化的元素。,六、铸铁,36,37,高温、中温、低温阶段,石墨化过程都未能实现,碳以Fe3C形式存在白口铸铁。在高温、中

19、温阶段,石墨化过程得以实现,碳主要以G形式存在的铸铁灰铸铁。在高温阶段石墨化过程得以实现,而中温、低温阶段石墨化过程没有实现,碳以G和Fe3C两种形式存在的铸铁麻口铸铁。低温石墨化过程得以充分进行,获得的铸铁具有铁素体基体铁素体灰铸铁。低温石墨化过程没有进行,获得的铸铁具有珠光体基体珠光体铸铁。低温石墨化过程没有充分进行,获得的铸铁具有铁素体和珠光体的基体铁素体-珠光体灰铸铁。,3、铸铁类型,37,38,1.灰口铸铁 按GB9439-88规定,灰铸铁有六个牌号:HT100(铁素体灰口铸铁)、HT150(铁素体珠光体灰口铸铁)、HT200和HT250(珠光体灰口铸铁)、HT300和HT350(孕

20、育铸铁)。HT表示“灰铁”汉语拼音的字首,后续数字表示直径为30mm铸件试样的最低抗拉强度(MPa)值。2.可锻铸铁 将白口铸件在高温下经长时间的石墨化退火或氧化脱碳处理,可以获得团絮状形态石墨的高韧性铸铁件,称为可锻铸铁。可锻铸铁分为珠光体可锻铸铁(如KTZ550-04)、黑心可锻铸铁(如KTH330-08)和白心可锻铸铁(如KTB380-12)等。,铸铁的牌号与性能,38,39,3.球墨铸铁 球墨铸铁的组织特征是在室温下在钢的基体上分布着球状形态的石墨。它是向铁水中加入一定量的球化剂(如镁、稀土元素等)进行球化处理而获得。按照热处理方法不同,球墨铸铁可分为铁素体球墨铸铁(QT400-18、

21、QT400-15、QT450-10)和珠光体球墨铸铁(QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2)。4.蠕墨铸铁 铸铁基体中的石墨主要以蠕虫状形态存在,称为蠕墨铸铁。其石墨形状和性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,力学性能优于灰铸铁,铸造性能优于球墨铸铁,并具有优良的热疲劳性。根据JB4403-87,其牌号为RuT420、RuT380、RuT340、RuT300、RuT260等。其力学性能一般以单铸Y形试块的抗拉强度作为验收依据。,球墨铸铁与蠕墨铸铁,39,40,接近于QT但铸造性能优于QT,先铸出白口铸铁,然后石墨化退火,团絮状G,KTZ550-04,可锻铸铁,优于于球墨铸铁,

22、加蠕化剂和孕育剂,蠕虫状G,RuT300,蠕墨铸铁,可以铁代钢,需球化处理和热处理,P,QT500-7,球墨铸铁,较好,加孕育剂,细P,HT300,孕育铸铁,差,碳当量高,F+P,HT150,灰铸铁,力学、工艺性能,生产方法的特点,显微组织,牌号,种类,根据下表所列的需求归纳对比几种铸铁的特点,表 几种铸铁的特点,40,41,钢的热处理是将钢在固态下施加不同的加热、保温和冷却,从而获得所需的组织结构和性能的工艺过程。热处理应伴随固态相变或扩散。1、钢在加热和冷却时的相变温度,2、奥氏体的形成过程 钢加热时奥氏体的形成也是通过形核及长大过程来实现的。现以共析钢为例说明奥氏体形成的三个步骤:亚共析

23、钢与过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。,七、钢的热处理,41,42,1.奥氏体晶核的形成和长大;2.残余渗碳体的溶解;3.奥氏体成分均匀化。,共析钢奥氏体化,42,43,共析钢加热到Ac1点以上某一温度到A出现的这段时间称孕育期。随温度升高,原子扩散速度加快,孕育期缩短。如在740等温转变时,经过10s转变开始,而在800等温时,瞬间转变便开始。A形成所需时间较短,残余渗碳体溶解所需时间较长,而A均匀化所需时间更长。例如780等温时,形成A的时间不到10s,残余碳化物完全溶解却需要几百s,而实现A均匀化则需要104s。亚共析钢和过共析钢奥氏体形成基本上与共析钢相同。但对于亚共析钢或过共析

24、钢,当珠光体全部转变成奥氏体后,还有过剩相铁素体或渗碳体的继续转变。加热温度愈高,原始组织愈细小,奥氏体形成速度愈快。,3、奥氏体的形成速度,43,44,(1)温度:加热温度越高,晶粒越大;(2)合金成分:碳含量增高,晶粒长大倾向增大,残余渗碳体增加,则倾向减小;形成碳化物、氮化物、氧化物的元素增加,则阻碍晶粒长大;锰、磷元素增加,晶粒增大。,2)影响奥氏体长大的因素,44,45,1)C曲线的转变产物 奥氏体过冷到临界点A1以下时,则为不稳定状态的奥氏体。随过冷度不同,过冷奥氏体将发生三种类型转变,即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。TTT曲线表示了着三种转变情况,现以共析钢分析:,4、TT

25、T曲线,45,46,珠光体转变,珠光体转变Ac1 550,扩散型转变,又分为:珠光体型:Ac1 650片层较厚,用符号“P”表示。索氏体:650600,片层较薄,用符号“S”表示。托氏体:600550,片层极薄,用符号“T”表示。,46,47,贝氏体转变,550Ms 贝氏体用符号“B”表示。贝氏体可分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。B上:550350。呈羽毛状,B上的力学性能差,无实用价值。:B下:350Ms。呈黑针状,B下具有优良的力学性能,是生产上常用的组织。贝氏体形成时只有碳原子发生扩散,而铁原子不扩散,因此贝氏体转变属于半扩散型转变。,47,48,马氏体转变,M:碳在-Fe中过饱

26、和的固溶体。转变特点无扩散性。马氏体的组织形态分为板条状和针状两大类。板条M,Wc0.20,板条内的亚结构是高密度的位错,因而又称为位错马氏体。片状M。Wc1.0,呈双凸透镜的片状,显微组织为片状。其亚结构主要是孪晶,因此又称为孪晶马氏体。,上马氏体点:发生马氏体转变的开始温度称为上马氏体点,用“Ms”表示。下马氏体点:马氏体转变的终了温度称为下马氏体点,用“Mf”表示。马氏体转变可归纳为:高速长大;马氏体转变的不完全性;存在残余奥氏体,用“A残”表示;Ms、Mf点的温度取决于奥氏体的碳含量。,48,49,碳含量的影响A 亚共析钢的C曲线随碳含量的增加而向右移。碳是稳定A的元素B 过共析钢的C

27、曲线随碳含量的增加而向左移。C 亚共析钢和过共析钢各有一条共析相析出线。,不进行全A化,未熔Fe3C增加A的形核率,2)影响C曲线的因素,49,50,A 加入溶于奥氏体的合金元素使C曲线右移。B 某些合金对珠光体转变与贝氏体转变具有不同的延缓作用,使C曲线出现两个“鼻子”。,加热温度和保温时间加热温度愈高或保温时间愈长,奥氏体晶粒愈粗大,成分也愈均匀,碳化物溶解愈完全。这些都降低过冷奥氏体转变的形核率,增加其稳定性,使曲线右移。,合金元素的影响,50,51,共析钢的CCT曲线如图所示。CCT曲线由AP转变开始线Ps和终了线Pf 及AP转变中止线K组成。与TTT曲线相比,CCT曲线稍位于右下方。

28、曲线中没有贝氏体转变区。当连续冷却曲线碰到K线时,AP则中止;冷至Ms点以下,则AM。Vk全部转变为珠光体的临界冷却速度。Vk为转变为马氏体的临界冷却曲线。,5、连续转变曲线 CCT,51,52,过共析碳钢和亚共析钢CCT曲线,过共析碳钢的CCT曲线与共析碳钢相比,除了多出一条先共析渗碳体的析出线外,其它基本相似。但亚共析碳钢的CCT曲线与共析碳钢却大不相同,它多出一条先共析铁素体的析出线外,还出现了贝氏体转变区,因此亚共析碳钢在连续冷却后可以出现由更多产物组成的混合组织。例如45钢经油冷淬火后得到铁素体、托氏体、上、下贝氏体、马氏体的混合组织。,52,53,例题:直径为10mm的共析钢小试样

29、加热到相变点A1以上30,用图1-82所示的冷却曲线进行冷却,分析其所得到的组织,说明各属于什么热处理方法。,TMA残,油淬,h,P,等温退火,g,P,退火,f,P+S,正火,e,B下 A残,等温淬火,d,S+TMA残,油淬,c,MA残,分级淬火,b,MA残,水淬,a,组 织,热处理方式,例题,53,54,例:有一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒,不均匀加热,加热后棒料温度如图所示,假设各段冷却介质如表所示,请在各段中填入相应的相组织,并分析其力学性能。,A B C D,P+Fe3CII,P+Fe3CII,P+Fe3CII,粗P+Fe3CII 网,炉冷,P+Fe3CII,P+Fe3CII

30、,S+Fe3CII,粗P+Fe3CII,空冷,P+Fe3CII,P+Fe3CII,T+M+Fe3CII+A残,粗T+M+Fe3CII+A残,油冷,P+Fe3CII,P+Fe3CII,M+A残,粗M+A残,水冷,D,C,B,A,1000 750 700 500,例:有一根长2米直径20mm,54,55,解题动画,55,56,6、常用钢的热处理工艺,有几种热处理工艺,加热温度,冷却介质,作用及适用范围。,56,57,使珠光体中的片状渗碳体和网状二次渗碳体球化,以降低硬度、改善切削加工性能;获得均匀组织,改善热处理工艺性能,为以后的淬火作组织准备,用于共析钢、过共析钢和合金工具钢,铁素体基体上均匀分

31、布的粒状渗碳体组织-球状珠光体,将过共析碳钢加热到Ac1以上2030,保温24h,使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状,弥散分布在奥氏体基体上,在随后的缓冷过程中,或以原有的细小的渗碳体质点为核心,或在奥氏体中富碳区域产生新的核心,形成均匀的颗粒状渗碳体,球化退火,与完全退火相同,但所需时间可缩短一半,且组织也较均匀,用于奥氏体比较稳定的合金钢,珠光体,将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度等温保温,使过冷奥氏体转变为珠光体,空冷至室温,等温退火,细化晶粒,消除内应力,降低硬度以便于随后的切削加工,用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件,平衡组织铁素珠光体,将亚共析碳钢加热到Ac3以上30

32、50,保温,随炉缓冷到600以下,出炉空冷,完全退火,目的,应用场合,组织,热处理工艺,名称,表1-13 退火和正火的热处理工艺,57,58,对于低碳钢、低碳低合金钢,细化晶粒,提高硬度(140190HBS),改善切削加工性能;对于过共析钢,消除二次网状渗碳体,有利于球化退火的进行,适用于碳素钢及中、低合金钢,因为高合金钢的奥氏体非常稳定,即使在空气中冷却也会获得马氏体组织,亚共析F+P共析P过共析P+Fe3c,将亚共析碳钢加热到Ac3以上3050,过共析碳钢加热到Accm以上3050,保温,空气中冷却,正火,消除残余内应力,提高工件的尺寸稳定性,防止变形和开裂,用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压

33、件及机加工件,组织不变,将工件随炉缓慢加热到500650,保温,随炉缓慢冷却至200出炉空冷,去应力退火,高温长时间保温,使原子充分扩散,消除晶内偏析,使成分均匀化,用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严重的合金钢铸件,粗大晶粒,加热到1100左右,保温1015h,随炉缓冷到350,再出炉空冷。工件经均匀化退火后,奥氏体晶粒十分粗大,必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒,消除过热缺陷,均匀化退火,目的,应用场合,组织,热处理工艺,名称,续表,58,59,淬火冷却方式动画,59,60,例:有一T8钢薄壁工件,经测试,若从750冷却到室温时间为1.7秒,则能获得淬透的工件,但是其工艺要求规

34、定该工件同素异构转变时间必须大于30秒,否则要产生开裂,试问,应采用什么方法热处理使工件既不开裂又能淬透?并请在材料的等温转变图中定性地画出你的工艺方案。,例:有一T8钢薄壁工件,60,61,淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。一般规定由工件表面到半马氏体区的深度作为淬硬层深度。(2)淬透性对钢力学性能的影响 钢的淬透性直接影响其热处理后的力学性能。淬透性高的钢,其力学性能沿截面均匀分布。淬透性低的钢,其截面心部的力学性能低。淬透性的应用 对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及要求力学性能均匀的零件,应选用高淬透性的钢制造。对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件,可选用低淬透性的钢制造

35、。在设计和制造零件时,必须考虑钢的热处理尺寸效应。,7、钢的淬透性,61,62,1)回火的目的 降低脆性,减少或消除内应力 获得工艺所要求的力学性能 稳定工件尺寸 对某些高淬透性的合金钢,可降低硬度,以利加工。(1)低温回火(150250)组织为回火马氏体,能降低内应力和脆性,并保持高硬度和耐磨性。用于工具、模具、轴承、渗碳件及经表面淬火的工件。(2)中温回火(350500)组织为回火托氏体,具有较高弹性和一定韧性,主要用于弹簧的处理。(3)高温回火(500650)组织为回火索氏体,具有良好的综合力学性能。,8、钢的回火,62,63,1)合金元素在钢中的分布形式 P612)合金元素对钢中基本相

36、的影响 P62 非、中强、强碳化物形成元素3)合金元素对铁碳相图的影响 P624)合金元素对钢的热处理的影响 P635)合金元素对钢的回火转变的影响 两种回火脆性温度 P64在350附近回火时为第类回火脆性。它与回火后的冷却方式无关,且无法消除。淬火合金钢在450650回火时出现的回火脆性,称为第类回火脆性。它与杂质在奥氏体晶界上的偏析有关。消除第类回火脆性的方法:回火后快速冷却,使杂质来不及在晶界上偏析,如图1-74所示;对于大截面工件在钢中加入=或Mo=0.5,回火后缓冷也不发生第类回火脆性。,八、钢中的合金元素,63,64,九、钢的表面热处理 掌握感应加热淬火 合金渗碳钢淬火,表1-17

37、 感应加热种类及应用范围,大型零件,如冷轧辊、火车车轮、柱塞等,1020,50 Hz,工频感应加热,大中模数齿轮(m=812),大直径轴类,机床导轨等,210,50010000 Hz(常用2500800 Hz),中频感应加热,中小模数齿轮(m=36),花键轴,曲轴,凸轮轴等,2.53.5,2060 KHz(常用3040 KHz),超音频感应加热,中小模数齿轮(m3),中小轴,机床导轨等,0.52,100200 KHz(常用200300 KHz),高频感应加热,应用范围,淬硬层深度(mm),工作电流频率,感应加热类型,感应加热表面热处理特点:加热速度快、奥氏体晶粒细小均匀、表面不易氧化脱碳、耐磨

38、性好、不易变形、生产率高,适用大批生产,九、钢的表面热处理,64,65,形变热处理是把塑性变形(锻、轧等)和热处理工艺紧密结合起来的一种热处理方法。由于它可以使钢同时受到形变强化和相变强化,因此可以大大提高钢的综合力学性能。根据形变温度的高低,可分为中温形变热处理和高温形变热处理两种。中温形变热处理是把钢加热至奥氏体化,保温一段时间,迅速冷却到过冷奥氏体的亚稳区,进行大量的(6090)塑性变形,然后淬火得到马氏体组织的综合热处理工艺。中温形变热处理淬火后需要进行低温回火或中温回火。高温形变热处理是把钢加热至奥氏体化,保温一段时间,在该温度下进行塑性变形,随后淬火处理,获得马氏体组织。,十、钢的

39、形变热处理,65,66,形变热处理动画,66,67,1、细晶强化 s=i+Kyd-1/2 i反映位错在晶粒内运动时的摩擦阻力,Ky反映位错运动造成的滑移从一个晶粒传播到相邻晶粒的难易程度。2、固溶强化 外来原子溶入基体中形成固溶体,产生晶格畸变造成的强化3、弥散强化 材料通过基体中分布有细小弥散的第二相质点而产生的强化。这种弥散 质点可以是过饱和固溶体时效时的脱溶产物,或是材料制备时特意加入 的弥散质点(如粉末冶金)。4、形变强化(位错强化)冷变形时,使晶粒拉长、产生碎晶、晶格扭曲,造成强化,强化金属的方法,67,68,成分在F点以左的合金称为不能热处理强化的铝合金。成分位于F和D之间的合金称

40、为能热处理强化的铝合金。成分位于D点以右的为铸造铝合金。应注意:相图中D点仅是合金的最大饱和溶解度理论分界线,不可绝对。,十一、非铁金属材料 掌握铝合金,68,69,13分析在缓慢冷却条件下,45钢和T10钢的结晶过程和室温的相组成和组织组成。并计算室温下组织的相对量。,习题13,69,70,14.试比较索氏体和回火索氏体,托氏体和回火托氏体,马氏体和回火马氏体之间在形成条件、组织形态、性能上的主要区别。,习题14,70,71,16.现有45号钢材料,(2)请分别选择力学性能要求一般或力学性能要求高的生产小轴零件两种合适的热处理方案;(3)在TTT曲线上画出这两种热处理方案的工艺曲线,并分别标

41、出其室温时的组织状态;,解:力学性能要求高:淬火高温回火 力学性能要求一般:正火,习题16,71,72,调质组织:回火索氏体正火组织:索氏体,习题16动画,72,73,17确定下列钢件的退火方法,并指出退火的目的及退火的组织。(1)经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;(2)ZG35的铸造齿轮;(3)改善T12钢的切削加工性能。,再结晶退火,去应力退火,球化退火,习题17,73,74,18说明直径为10mm的45钢试样分别经下列温度加热:700、760、850、1100,保温后在水中冷却得到的室温组织。,1、700:原来组织 F+P2、760:F+M+A残3、850:M+A残4、1100:粗大的

42、M+A残,习题18,74,75,19指出下列工件淬火及回火温度,并说明回火后获得的组织:(1)45钢小轴(要求综合力学性能好);(2)60钢弹簧;(3)T12钢锉刀。,解(1)45钢小轴,高温回火,回火温度500650,组织:回火索氏体,解(2)60钢弹簧,中温回火,回火温度350500,组织:回火托氏体,解(3)T12钢锉刀,低温回火,回火温度150250,组织:回火马氏体,习题19,75,76,20有两种高强度螺栓,一种直径为10mm,另一种直径为30mm,都要求有较高的综合力学性能:b800MPa,k600KJ/m2。试问应选择什么材料及热处理工艺。,10mm直径高强度螺栓:45钢,调质

43、。,30mm直径高强度螺栓:40Cr,调质。,习题20,76,77,21为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素?为什么要进行中温回火?,答:在室温下硅能溶于铁素体对钢有一定的强化作用,硅的加入可使屈强比s/b提高到接近1。硅的加入增加钢的淬透性和回火稳定性。但硅会促使钢在加热时表面易脱碳,使疲劳强度降低。,习题21,77,78,模拟试卷答案:一、改错题(在错误处的文句下方划线,并写出正确的文句只划线不改错无分;每题1分,共10分。)1、材料的抗拉强度是指材料达到允许变形程度前的最大应力。(断裂)2、当外力超过塑性材料的弹性极限后,材料将产生屈服变形,该弹性极限也是材料的屈服极限。(不)3、HRA

44、是测定硬质合金、淬火钢、表面淬火层的洛氏硬度测试方法。(渗碳)4、低应力脆断是材料在低温下发生脆性所引起的。(冷脆)5、结晶时成核速率愈小,生长速率愈小,则结晶后合金的力学性能愈好(大)6、置换固溶体中溶质原子和溶剂原子半径相差愈小则溶解度愈小。(大)7、球化退火为得到在铁素体基体上均匀分布的球状渗碳体,故其冷却速度比完全退火慢,占用炉子时间长。(短)8、水淬后,过 共析钢得到的是板状马氏体组织。(亚)9、利用合金元素产生细晶粒钢,既减少晶界的面积,又提高晶界的强度,可提高钢的抗高温蠕变性能。(粗)10、包晶反应是一个液态析出另外一个固态的反应。(液相和一个固相),模拟试卷答案,78,79,二

45、、填空题:(每空1分,共10分)现代材料成形技术应定义为:一切用物理、化学、冶金 原理制造机器部件和结构,或改进机器部件化学成分、微观 组织及性能的方法。2.二战中,大量美国造全焊接“自由轮”发生折断事故,这主要是材料在低温下 冲击韧度 明显降低,而 面心立方 晶格结构的材料不会发生这种冷脆现象。3.目前我们所知的强化金属的方法有_固溶_ 强化、细晶 强化和 弥散 强化等。4.等温淬火法常用来处理形状复杂、尺寸要求精确,并要求有较高 强韧 性的零件淬火。5弹簧淬火后应采用中温回火,可以得到回火 _回火托氏体_组织。6.当某一材料的KIC=62MPam1/2,材料中裂纹长度2 a=5.7mm时,

46、要使裂纹失稳扩展而导致断裂,需要的应力为 20.72 MPa。(K1=(a)1/2),79,80,单项选择题(每题1分,共10分)1.金属材料的冲击韧度用符号 ak 表示,其计算单位为(2)(1)N/mm2(2)J/cm2(3)kgfm/mm2(4)Pa/mm2 2.金属在疲劳试验时,试样承受的载荷为(4)(1)静载荷(2)动载荷(3)冲击载荷(4)交变载荷3.固溶强化的基本原因是(4)(1)晶格类型发生变化(2)晶粒变细(3)晶格发生滑移(4)晶格发生畸变 4.碳的质量分数为1.2%的碳钢,当加热至Ac1Accm时,其组织应为(3)(1)F+A(2)P+A(3)A+Fe3CII(4)P+Fe

47、3CII5.A1、Ar1、Ac1、A3之间的关系为(2)(1)A1Ar1Ac1A3(2)Ar1A1Ac1A3(4)A3Ac1A1Ar1 6.过冷奥氏体转变前所停留的时间称为(1)(1)孕育期(2)转变期(3)过渡期(4)停留期,80,81,7.与钢相比,铸铁工艺性能的突出特点是(3)(1)焊接性能好(2)锻造性能好(3)流动性好(4)热处理性能好 8.量具的最终热处理一般为(4)(1)淬火(2)淬火+高温回火(3)等温淬火(4)淬火+低温回火 9.60 钢可以制造下列工件(2)(1)游标卡尺(2)齿轮(3)塞规(4)锉刀 10.使钢固溶强化最为显著的化学元素有(4)(1)Cr(2)Mn(3)N

48、i(4)P,81,82,82,四、多项选择题(在五个备选答案中,至少有二个答案是正确的。每题2分,共20分)1.硬度指标包括以下几种(1)(2)()(4)(5)(1)HBW(2)HBS(3)HRD(4)HRC(5)HV 2.引起钢脆性的化学元素有(1)()(3)()(5)(1)S(2)Al(3)P(4)Mn(5)H 3等温退火的冷却是将亚共析钢保温后快速冷却到稍低于Ar1的温度,再进行 处理,使A转变为P后,然后()()()(4)(5)(1)随炉子一起冷却(2)在水中冷却(3)在油中冷却(4)在空气中冷却(5)在室温中冷却 4.在钢冷却时对珠光体转变影响较大的合金元素为(1)(2)(3)()(

49、5)(1)Cr(2)Mo(3)W(4)Al(5)V 5.促进石墨化的化学元素有(1)(2)(3)(4)()(1)C(2)Si(3)Al(4)Cu(5)Mn,83,6.工具钢包括(1)(2)()(4)(5)(1)模具钢(2)刃具钢(3)耐热钢(4)量具钢(5)高速钢 7.高速钢具有(1)()(3)(4)(5)(1)淬透性(2)高塑性(3)导电性(4)红硬性(5)回火稳定性 8.钢的淬透性主要取决于过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移,显著提高钢的淬透性的合金元素有(1)(2)()(4)(5)(1)Mn(2)Ni(3)Co(4)Cr(5)V 9.钢正火的目的是(1)(2)()(4)(5)(1)提高硬度

50、、强度(2)消除网状二次渗碳体(3)降低硬度以利切削加工(4)提高钢综合力学性能(5)消除内应力 10.按石墨形态分,铸铁可分为(1)(2)(3)(4)(5)(1)普通灰铸铁(2)孕育铸铁(3)可锻铸铁(4)球墨铸铁(5)蠕墨铸铁,83,84,五、综合题(共50分)1附图所示为四种不同材料的应力-应变曲线(1-4),试比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度(屈服点)、刚度和塑性。(6分),答:1)b:2134 2)S:1324 3)E:1324 4):3241,3284,85,2.现用屈服强度为575MPa的铝合金公路防护杆来代替屈服强度为690MPa的钢制公路防护杆(铝的密度为2.7g/cm3,

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索
资源标签

当前位置:首页 > 生活休闲 > 在线阅读


备案号:宁ICP备20000045号-2

经营许可证:宁B2-20210002

宁公网安备 64010402000987号