碳钢的热处理及性能分析ppt课件
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实验五 碳钢的热处理及性能分析 实验六 常用钢铁材料的组织观察,1,一、金属的概念 二、金属材料的力学性能 三、金属的结晶和组织 1. 金属的结晶过程 2. 金属的组织 (1)室温平衡组织 (2)非平衡组织,2,四、钢铁的分类和异同 钢和铸铁所含的主要合金元素都是铁和碳,所以也称钢和铸铁为Fe-C合金,它们的不同点在于含碳量,钢的含碳量小于2.11%,铸铁的含碳量大于2.11%。 五、Fe-C合金基本组织 1. 铁素体 F 2. 渗碳体 Fe3C 3. 珠光体 P( F+ Fe3C ),3,六、钢铁的组织和性能 1. 碳钢的室温平衡组织 碳钢的室温平衡组织由铁素体、渗碳体和珠光体三种基本组织组成。随碳钢含碳量的不同,基本组织的含量也相应发生变化。碳钢按室温组织的不同根据含碳量可分为三类。,4,5,纯铁,亚共析钢,共析钢,过共析钢,6,碳钢的成分、组织、性能之间的关系示意图,7,2. 铸铁的室温平衡组织 铸铁由于含碳量高,碳的存在形态发生了变化。在钢中碳是以化合态的Fe3C(渗碳体)存在,而在铸铁中碳不仅以化合态的Fe3C存在,同时出现了游离态的石墨。铸铁的组织可以认为是在铁素体或珠光体,或铁素体珠光体的基体上分布着不同形态的石墨。根据石墨形态的不同,常用铸铁可分为: 灰 铸 铁 石墨以片状存在 可锻铸铁 石墨以团絮状存在 球墨铸铁 石墨以球状或近似球状存在,8,可锻铸铁(铁素体基体),灰铸铁(珠光体基体),球墨铸铁 (铁素体珠光体基体),9,3. 铸铁与碳钢的性能比较 铸铁与碳钢比较(在同一种基体下),由于铸铁中石墨的强度和伸长率都极低 (b20Mpa,0),而且石墨的存在对基体起割裂作用,所以,铸铁的力学性能(抗拉强度、塑性、韧性)较差,不如碳钢,尤以灰铸铁(片状石墨)最差,球墨铸铁因球状石墨的割裂作用最轻,具有较好的力学性能。 铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能,而且生产成本低廉,因而在工业生产中得到广泛的应用。,10,六、热加工工艺对碳钢组织的影响 在材料加工工程中存在着如下关系: 设备 工艺 组织性能应用 原材料 成分 这个关系在实际生产过程中,表现为设备、工艺条件等的不同决定了热过程的非平衡程度的不同,使得金属结晶和转变过程不同,最终使金属材料的组织呈现多样性,即使同一种金属材料的组织也可呈现不同的形态。可见,正是非平衡过程的多样性,使得工程材料得到不同的组织,具备不同的性能,从而满足各种使用要求。此外,相同的金属组织,晶粒越细小、分布越均匀,其力学性能越高。,11,常用热加工工艺方法特点,12,铸锭宏观组织示意图,焊接接头宏观组织示意图,13,七、热处理的概念及常用工艺 热处理是将金属在固态下通过加热、保温 和冷却过程,改变其内部组织,从而获得所需 性能的一种工艺方法。它的特点是:只改变金 属材料内部组织结构,获得所需性能,尽量避 免改变零件的形状。同样的材料经过不同的热 处理方法,可以得到不同的内部组织,因此, 热处理工艺可以最大限度地发挥材料的潜力。 钢的常用热处理方法有:退火、正火、淬 火和回火。,14,常用热处理方法的工艺曲线示意图,退火,正火,淬火,回火,15,1. 退火 退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度,经保温一定时间,随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却,以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。 退火的目的: a. 降低硬度,以利于切削加工; b. 细化晶粒,改善组织,提高机械性能; c. 消除内应力,为下一道热处理作好准备; d. 提高金属材料的塑性、韧性,便于进行冷 冲压或冷拉拔加工。 退火的缺点:占用设备;生产率低。,16,2. 正火 正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度,经保温一定时间,随后在空气中冷 却,以获得更细组织的一种热处理工艺。 正火的作用与退火相似,与退火不同之处是: a. 正火是在空气中冷却,冷却速度快,所获 得的组织更细。 b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高,而 塑性、韧性则稍低。 c. 不占用设备;生产率高。,17,3. 淬火 淬火是将金属制件加热到这种金属的临界温度以上3050,经保温一定时间,随后在水或油中快速冷却,以获得高硬度组织的一种热处理工艺。 淬火的目的:提高金属材料的强度和硬度,增加耐磨性,并在回火后获得高强度和一定韧性相配合的性能。,18,4. 回火 回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一温度,保温一段时间,然后置于空气或油中冷却的热处理工艺。 回火的目的:为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力,降低金属材料的淬性,使它具有一定的韧性。 根据加热温度的不同,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。,19,(1)低温回火:回火温度为150250。低温回火能消除一定的内应力,适当地降低钢的脆性,提高韧性,同时工件仍保持高硬度、高耐磨性,应用于各种量具和刃具。 (2)中温回火:回火温度为350500。中温回火可大大减小钢的内应力,提高了弹性、韧性,但硬度有所降低,应用于弹簧和热锻模等。 (3)高温回火:回火温度为500650。高温回火可以消除内应力,硬度有显著的下降,可获得具有强度、塑性、韧性等综合机械性能,应用于齿轮、连杆、曲轴等。 5. 调质处理 淬火后再经高温回火的热处理工艺,称为调质处理。一般要求具有较高综合机械性能的重要结构零件,都要经过调质处理。,20,- 配套讲稿:
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