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金屬材料與熱處理,金屬材料基礎知識 材料熱處理基礎知識 熱處理設備介紹 表面及化學處理 模具失效案例分析 材料硬度標準化,,內容綱要,,,,,,,鴻 準 熱 處 理,第一篇,金屬材料基礎知識介紹篇,鴻 準 熱 處 理,,一、材料機械性能,金屬材料在各種外力作用下所表現(xiàn)出來的性能稱為機械性能。金屬的機械性能主要包括:強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等。 1.強度: 強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生彈性變形時所能 承受的最大應力稱為彈性極限，符號σe。 B.屈服極限 : 材料產生屈服現(xiàn)象時的應力稱為屈服極限 或屈服強度,符號σS。,C.抗拉強度: 材料在拉斷前所能承受的最大應力為抗拉強度 或強度極限，符號σb。 2.塑性: 金屬材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力稱為塑性。延伸率 (δ)和斷面收縮率(ψ)是衡量金屬材料塑性的指標。 3. 沖擊韌性: 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力，稱為沖擊韌 性。 4.疲勞強度: 疲勞強度又稱疲勞極限。減少零件的應力集中，改善零件 表面質量及使零件表面保留壓應力均能有效地提高零件的 疲勞強度。,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之一， 也是熱處理主要的質量檢驗標準。 (1).檢測方法: 就是用一定幾何形狀的壓頭，在一定載荷下，壓入被測 金屬材料表面，根據被壓入程度來測定其硬度值。 (2).表示方法: 壓入硬度測定法(如布氏硬度、洛氏硬度等);回跳硬度測 定法(如肖氏硬度、里氏硬度)等，而在現(xiàn)場生產中常用的 是壓入硬度測定法，即布氏硬度、洛氏硬度等。,鴻 準 熱 處 理,A.布氏硬度(HB): 它是用一定直徑的球體(淬硬鋼球或硬質合金球)，以相應 的試驗力壓入被測鋼料表面，經規(guī)定保持時間后卸除試驗 力，用測量表面壓痕直徑來計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標尺刻度滿量程(100)與殘余 壓痕深度增量之差計算硬度值，HR值可直接從表盤顯示數(shù) 字中得出。www.3722.cn中國最大的資料庫下載,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。屬晶體的物質的有食鹽、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小球，(圖A是晶體中原子在空間作有規(guī)則排列的簡單模型)。用假想的線條將各原子的中心連接起來，這樣就得到一個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為結晶格子，簡稱晶格。,晶胞就是在晶體中取出一個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,,,,金屬的結晶過程就是晶核的形成及晶核長大兩個過程。每種金屬都有一定的晶格類型，但在不同溫度下，同一種金屬可能具有不同類型的晶格。金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉變?yōu)榱硪痪Ц瘢@種現(xiàn)象稱為金屬的同素異構轉變。由同素異構轉變所得的不同晶體，稱為同素異構體。同素異構體一般用希臘字母α、β、γ、δ等表示。如純鐵的同素異構轉變表示:,鴻 準 熱 處 理,金屬的同素異構轉變與液態(tài)金屬的結晶有相似之處，即同素異構轉變有一定的轉變溫度；同樣遵循晶核形成和晶核長大的結晶規(guī)律；轉變時也有結晶潛熱的放出和過冷現(xiàn)象，所以同素異構轉變也是一個結晶過程，通常稱為重結晶。 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。組成合金最基本的獨立的物質稱為組元。一般說來，組元是組成合金的元素。合金的結構可分為：固溶體、金屬化合物和多種晶體的機械混合物。,固溶體: 組成合金的組元在液態(tài)相互溶解，結晶時，以一組元為基體保持其原有的晶格類型，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，此合金就稱為固溶體。根椐溶質原子在溶濟晶格中所占據的位置不同，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，稱為金屬化合物。金屬化合物可用分子式表示，如Fe3C、CuAl2等。 機械化合物: 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，稱為機械混合物。,三、Fe-Fe3C平衡相圖,,鐵素體: 碳溶于α-Fe中的間隙固溶體，稱為鐵素體。用符號 “F”表示。由于碳和鐵的原子直徑和晶格類型等存在著 很大差異，所以當它們以固溶體形式存在時，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，稱為奧氏體。用符號 “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“Fe3C”表 示。它的含碳量為6.69%，是一個固定值。滲碳體具有 復雜的晶體結構，很硬、很脆、幾乎沒有塑性，它是 鐵碳合金中的強化相。因此滲碳體的形態(tài)、大小、多 少及分布對鐵碳合金的性能有直接影響。通過不同的熱 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械混合物。用符號“P” 表示。珠光體是平衡條件下含碳量為0.77%的奧氏體 在727℃進行共析轉變的產物，當珠光體中鐵素體和 滲碳體是片層相間的形態(tài)時，稱片狀珠光體。經過 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，稱為粒狀珠光體。,萊氏體: 萊氏體是奧氏體與滲碳體的機械混合物，即碳的質 量分數(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械混合物，稱為高溫萊氏體， 用“Ld”表示;低于727℃則是珠光體和滲碳體的機械混 合物，稱為低溫萊氏體，用“L`d”表示。,1.按用途分類: (1).結構鋼: A.工程構件用鋼; B.機器零件用鋼: B-1.調質鋼; B-2.彈簧鋼; B-3.滲碳、氮化鋼; B-4.滾動軸承鋼。,(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.按鋼的化學成份分類: (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: (1).低碳鋼(C≦0.25%); (2).中碳鋼(C≦0.25~0.6%); (3).高碳鋼(C≧0.6%)。,在鋼材化學成分中添加入合金元素，用以保證一定的生產和加工工藝以及所需求的組織與性能的鐵基合金稱為合金鋼。,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，是表示鋼淬火時獲得硬度高低的 能力。 淬透性 指鋼淬火時得到淬硬層深度大小的能力。,根據模具鋼的工作條件可以將它分為兩大類，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: 這類模具在工作過程中，刃口受到強烈的摩擦和擠壓作用，有此模具還受到較大的沖擊力，因此冷作模具鋼應具備如下基本性能: 1.高的硬度和耐磨性。 2.高的強度和足夠的韌性。 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，這種模具往往反復的激冷激熱，容易形成熱疲勞裂紋(龜裂)，因此，對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械性能。 4.良好的導熱性。 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。因此對壓鑄模鋼提出以下性能要求。 1.高淬透性。 2.高的導熱性。 3.良好的高溫機械性能。 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,