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金屬材料與熱處理,金屬材料基礎(chǔ)知識(shí) 材料熱處理基礎(chǔ)知識(shí) 熱處理設(shè)備介紹 表面及化學(xué)處理 模具失效案例分析 材料硬度標(biāo)準(zhǔn)化,,內(nèi)容綱要,,,,,,,鴻 準(zhǔn) 熱 處 理,第一篇,金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)介紹篇,鴻 準(zhǔn) 熱 處 理,,一、材料機(jī)械性能,金屬材料在各種外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能稱(chēng)為機(jī)械性能。金屬的機(jī)械性能主要包括:強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度等。 1.強(qiáng)度: 強(qiáng)度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗變形和破斷的 能力。 A.彈性極限 : 材料在外力作用下只產(chǎn)生彈性變形時(shí)所能 承受的最大應(yīng)力稱(chēng)為彈性極限，符號(hào)σe。 B.屈服極限 : 材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服極限 或屈服強(qiáng)度,符號(hào)σS。,C.抗拉強(qiáng)度: 材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力為抗拉強(qiáng)度 或強(qiáng)度極限，符號(hào)σb。 2.塑性: 金屬材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力稱(chēng)為塑性。延伸率 (δ)和斷面收縮率(ψ)是衡量金屬材料塑性的指標(biāo)。 3. 沖擊韌性: 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力，稱(chēng)為沖擊韌 性。 4.疲勞強(qiáng)度: 疲勞強(qiáng)度又稱(chēng)疲勞極限。減少零件的應(yīng)力集中，改善零件 表面質(zhì)量及使零件表面保留壓應(yīng)力均能有效地提高零件的 疲勞強(qiáng)度。,5.硬度: 硬度即指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃 痕的能力，它是各種零件和工具必須具備的性能指標(biāo)之一， 也是熱處理主要的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 (1).檢測(cè)方法: 就是用一定幾何形狀的壓頭，在一定載荷下，壓入被測(cè) 金屬材料表面，根據(jù)被壓入程度來(lái)測(cè)定其硬度值。 (2).表示方法: 壓入硬度測(cè)定法(如布氏硬度、洛氏硬度等);回跳硬度測(cè) 定法(如肖氏硬度、里氏硬度)等，而在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中常用的 是壓入硬度測(cè)定法，即布氏硬度、洛氏硬度等。,鴻 準(zhǔn) 熱 處 理,A.布氏硬度(HB): 它是用一定直徑的球體(淬硬鋼球或硬質(zhì)合金球)，以相應(yīng) 的試驗(yàn)力壓入被測(cè)鋼料表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn) 力，用測(cè)量表面壓痕直徑來(lái)計(jì)算硬度的一種壓痕硬度方法。 B.洛氏硬度(HRC): 洛氏硬度值是用洛氏硬度相應(yīng)標(biāo)尺刻度滿(mǎn)量程(100)與殘余 壓痕深度增量之差計(jì)算硬度值，HR值可直接從表盤(pán)顯示數(shù) 字中得出。www.3722.cn中國(guó)最大的資料庫(kù)下載,常用洛氏硬度及適用范圍,晶體是指原子(或分子)按一定幾何形狀有規(guī)律地排列的固態(tài)物質(zhì)。屬晶體的物質(zhì)的有食鹽、天然金鋼石、鐵等，所有的固體金屬和合金都是晶體。 晶體內(nèi)部原子是有規(guī)則秩序地排列的。為了便于分析和描述金屬晶體中原子的排列情況，示意地將原子看成一個(gè)小球，(圖A是晶體中原子在空間作有規(guī)則排列的簡(jiǎn)單模型)。用假想的線(xiàn)條將各原子的中心連接起來(lái)，這樣就得到一個(gè)抽象化了的空間格架(圖B)。這種用于描述原子在晶體排列形式的空間格架稱(chēng)為結(jié)晶格子，簡(jiǎn)稱(chēng)晶格。,晶胞就是在晶體中取出一個(gè)能完全代表晶體中原子排列特征的幾何單位(圖C)。,A,B,C,,體心立方晶格,,面心立方晶格,,密排六方晶格,,,,金屬的結(jié)晶過(guò)程就是晶核的形成及晶核長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。每種金屬都有一定的晶格類(lèi)型，但在不同溫度下，同一種金屬可能具有不同類(lèi)型的晶格。金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪痪Ц瘢@種現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得的不同晶體，稱(chēng)為同素異構(gòu)體。同素異構(gòu)體一般用希臘字母α、β、γ、δ等表示。如純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變表示:,鴻 準(zhǔn) 熱 處 理,金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶有相似之處，即同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有一定的轉(zhuǎn)變溫度；同樣遵循晶核形成和晶核長(zhǎng)大的結(jié)晶規(guī)律；轉(zhuǎn)變時(shí)也有結(jié)晶潛熱的放出和過(guò)冷現(xiàn)象，所以同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一個(gè)結(jié)晶過(guò)程，通常稱(chēng)為重結(jié)晶。 合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合而成，具有金屬特性的物質(zhì)。組成合金最基本的獨(dú)立的物質(zhì)稱(chēng)為組元。一般說(shuō)來(lái)，組元是組成合金的元素。合金的結(jié)構(gòu)可分為：固溶體、金屬化合物和多種晶體的機(jī)械混合物。,固溶體: 組成合金的組元在液態(tài)相互溶解，結(jié)晶時(shí)，以一組元為基體保持其原有的晶格類(lèi)型，其它組元的原子均勻地分布在基體組元的晶格里，形成均勻一致的固體，此合金就稱(chēng)為固溶體。根椐溶質(zhì)原子在溶濟(jì)晶格中所占據(jù)的位置不同，可分為間隙固溶體和置換固溶體。,金屬化合物: 組成合金的各組元，按照一定的原子數(shù)量比，相互化合而成的一種完全不同于原組元晶格的固體物質(zhì)，稱(chēng)為金屬化合物。金屬化合物可用分子式表示，如Fe3C、CuAl2等。 機(jī)械化合物: 組成合金的組元既不是純組元，也不是固溶體或化合物， 而是兩種或兩種以上的純組元、固溶體、化合物以彌散的混合物的形式組成在一起的固體物質(zhì)，稱(chēng)為機(jī)械混合物。,三、Fe-Fe3C平衡相圖,,鐵素體: 碳溶于α-Fe中的間隙固溶體，稱(chēng)為鐵素體。用符號(hào) “F”表示。由于碳和鐵的原子直徑和晶格類(lèi)型等存在著 很大差異，所以當(dāng)它們以固溶體形式存在時(shí)，只能是 間隙固溶體，并且其固溶度是有限的。由于鐵素體的 晶格類(lèi)型是體心立主，處于立方體中心的原子使立方 體的空隙分散，不利于碳原子 的溶入。因此鐵素體所 能溶入碳的數(shù)量很少，其最大固溶度為含0.0218%(727℃)。 室溫時(shí)鐵素體中碳的固溶度只有0.0008%。,,鐵碳合金的基本組織,鐵素體是鐵碳合金室溫下的主要組織，起著基體相的作 用。 奧氏體: 碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體，稱(chēng)為奧氏體。用符號(hào) “A”表示。奧氏體的最大固溶度為含碳2.11%(1148℃)。 奧氏體是鐵碳合金的高溫組織，在平衡條件下，它的 最低存在溫度是727℃。在該溫度下奧氏體的成份是一 固定值:含碳0.77%。,滲碳體: 滲碳體是鐵和碳形成的間隙化合物。用符號(hào)“Fe3C”表 示。它的含碳量為6.69%，是一個(gè)固定值。滲碳體具有 復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，很硬、很脆、幾乎沒(méi)有塑性，它是 鐵碳合金中的強(qiáng)化相。因此滲碳體的形態(tài)、大小、多 少及分布對(duì)鐵碳合金的性能有直接影響。通過(guò)不同的熱 處理方法，可以改變滲碳體在鐵碳合金中的形態(tài)、大小、 多少及分布，從而改變材料的性能。這正是熱處理的重 要原理之一 。,珠光體: 珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。用符號(hào)“P” 表示。珠光體是平衡條件下含碳量為0.77%的奧氏體 在727℃進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，當(dāng)珠光體中鐵素體和 滲碳體是片層相間的形態(tài)時(shí)，稱(chēng)片狀珠光體。經(jīng)過(guò) 一定的熱處理，可以得到鐵素體基體分布著顆粒狀 的滲碳體，稱(chēng)為粒狀珠光體。,萊氏體: 萊氏體是奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物，即碳的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)(含碳量)為4.3%的液態(tài)鐵碳合金。在727℃以 上是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱(chēng)為高溫萊氏體， 用“Ld”表示;低于727℃則是珠光體和滲碳體的機(jī)械混 合物，稱(chēng)為低溫萊氏體，用“L`d”表示。,1.按用途分類(lèi): (1).結(jié)構(gòu)鋼: A.工程構(gòu)件用鋼; B.機(jī)器零件用鋼: B-1.調(diào)質(zhì)鋼; B-2.彈簧鋼; B-3.滲碳、氮化鋼; B-4.滾動(dòng)軸承鋼。,(2).工具鋼: A.刃具鋼; B.量具鋼; C.模具鋼: C-1.冷作模具鋼; C-2.熱作模具鋼;,(3).特殊性能鋼: A.耐蝕鋼; B.耐熱鋼; C.耐磨鋼;,2.按鋼的化學(xué)成份分類(lèi): (1).碳素鋼; (2).合金鋼: A.低合金鋼(合金元素≦5%); B.中合金鋼(合金元素5~10%); C.高合金鋼(合金元素≧10%) D.其它如錳鋼、鉻鋼等。,3.按碳含量分類(lèi): (1).低碳鋼(C≦0.25%); (2).中碳鋼(C≦0.25~0.6%); (3).高碳鋼(C≧0.6%)。,在鋼材化學(xué)成分中添加入合金元素，用以保證一定的生產(chǎn)和加工工藝以及所需求的組織與性能的鐵基合金稱(chēng)為合金鋼。,淬硬性 鋼材在正常淬火條件下，可能得到的最高硬 度值的大小，是表示鋼淬火時(shí)獲得硬度高低的 能力。 淬透性 指鋼淬火時(shí)得到淬硬層深度大小的能力。,根據(jù)模具鋼的工作條件可以將它分為兩大類(lèi)，即使金屬在冷狀態(tài)下變形的冷作模具鋼和使金屬在熱狀態(tài)下變形的熱作模具鋼。 一、冷作模具鋼: 這類(lèi)模具在工作過(guò)程中，刃口受到強(qiáng)烈的摩擦和擠壓作用，有此模具還受到較大的沖擊力，因此冷作模具鋼應(yīng)具備如下基本性能: 1.高的硬度和耐磨性。 2.高的強(qiáng)度和足夠的韌性。 3.良好的工藝性能。,六、模具鋼及其性能,,二、熱作模具鋼: 熱作模具是用來(lái)使熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬獲得所需形狀的 模具，這種模具往往反復(fù)的激冷激熱，容易形成熱疲勞裂紋(龜裂)，因此，對(duì)熱鍛模鋼的基本性能要求是: 1.一定的硬度和足夠的耐磨性。 2.在高溫下保持高強(qiáng)度和良好的沖擊韌性。 3.高的淬透性，使模具整體得到均勻的機(jī)械性能。 4.良好的導(dǎo)熱性。 5.優(yōu)良的耐熱疲勞性。 6.良好的工藝性能和抗氧化能力。,三、壓鑄模具: 壓鑄模是在高壓下熔融金屬壓鑄成形的模具。由于模具反復(fù)與液態(tài)金屬接觸，其受熱程度比熱鍛模要高，故壓鑄模表面易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。此外，還受金屬液流的沖擊和腐蝕作用。因此對(duì)壓鑄模鋼提出以下性能要求。 1.高淬透性。 2.高的導(dǎo)熱性。 3.良好的高溫機(jī)械性能。 4.優(yōu)良的耐熱疲勞性。 5.較好的耐腐蝕和抗氧化性，以及良好工藝性能。,,返回,