金属材料及热处理基础知识培训讲义.ppt

金属材料及热处理基础,生产技术部,一、认识铁、钢,钢铁材料的基本知识,钢铁材料又称黑色金属材料，是工业中应用最广、用量最多的金属材料钢铁是钢和生铁的统称，他们都是以铁和碳为主要元素组成的合金；,1.钢铁材料的基本知识,合金：由两种或以上的金属元素或金属元素与非金 属原素融合而成具有金属特性的物生铁：含碳量大于2%的铁碳合金称为生铁；钢：含碳量不大于2%的铁碳合金称为钢；,1.钢铁材料的基本知识,生铁分类：炼钢生铁：Si含量低（1.75%）铸造生铁：Si含量高（3.75%）,1.钢铁材料的基本知识,1.钢铁材料的基本知识,铸铁分类：按断口分：白口：碳以渗碳体形式存在。硬、脆、耐磨，无法直接切削加工。用作犁铧等。灰口：碳以石墨形式存在。有一定的力学性能和良好的切削加工性。应用广泛。麻口：两者之间。工业上极少应用。,1.钢铁材料的基本知识,铸铁分类：按生产方法组织性能分普通灰铸铁：孕育铸铁：在灰铸铁的基础上，采用“变质处理”，获得性能好的“高级铸铁”。可锻铸铁：白口铸铁经石墨化处理，有一定的塑性和韧性，其实并不可锻。球墨铸铁：又称球铁，浇铸是加入“球化剂”，使碳呈球状石墨存在。,1.钢铁材料的基本知识,钢的分类（按化学成分）：碳素钢：以碳作为主要的合金化元素合金钢：为改善性能在碳钢基础上加其他合金元素,1.钢铁材料的基本知识,碳素钢：工业纯铁（0.04%）、低碳钢（0.25%）、中碳钢（0.250.6%）、高碳钢（0.6%）；,1.钢铁材料的基本知识,合金钢：为改善性能在碳钢基础上加其他合金元素。低合金钢（5%）；中合金钢（510%）；高合金钢（10%）；,1.钢铁材料的基本知识,按用途：结构钢：建筑及工程用结构钢、机械制造用结构钢。工具钢：特殊钢和专用钢：,1.钢铁材料的基本知识,按品质分：普通钢、优质钢、高级优质钢,1.钢铁材料的基本知识,按制造加工方式：铸钢：锻钢：热轧钢：冷轧钢：冷拔钢：,钢铁材料的牌号表示方法,国家标准（GB/T221-2000）规定了钢铁产品具体的表示方法，采用汉字及汉语拼音表示。主要表征名称、用途、特性、工艺方法、化学成分等。举例：我国牌号：Q235、T8A、45、20CrMo、GCr15、W18Cr4V 外国牌号：H13、8620、16MnCr5,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,物理性能：质量（密度）：7.8吨/立方米热性能：（导热性）电性能：（导电性）磁性能：（磁粉探伤及剩磁）减摩耐磨性能：,1.钢铁材料的基本知识,力学性能：强度硬度：韧性：塑性：疲劳：断裂韧度：弹性指标：,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,金属材料的性能（力学性能）,强度金属材料受外力作用时，对变形和断裂的抵抗能力称为强度。（抗拉、抗压、抗弯、抗剪、抗扭、屈服强度、持久强度、蠕变强度）持久强度：在一定的高温环境下，经过规定时间发生断裂时的应力，一般规定十万小时后的破断强度，通常用外推法取得的。蠕变强度：在一定的高温环境下，即使所受应力小于屈服强度，也会随着时间的增长而缓慢地产生永久变形。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：（力学性能）,硬度硬度金属材料抵抗其他更应物体压入其表面的能力。硬度是通过试验机测定的，常用的有布氏、洛氏、维氏等硬度。根据硬度（洛）计算压痕深度：h=（100-HRA、HRC）2m,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：（力学性能）,韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能（力学性能）,疲劳金属材料在极限强度下，长期承受交变载荷（即大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生明显变形的情况下抵抗断裂的能力，用疲劳极限衡量。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能（力学性能）,断裂韧性金属材料在裂纹存在的情况下抵抗脆性开裂的能力，是强度和塑性的综合指标。,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,化学性能：耐腐蚀性抗氧化性化学稳定性,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,工艺性能：铸造性（流动性、收缩率、偏析）锻造性：始锻温度、终锻温度、冷却规范焊接性：加工性：硬度和脆性热处理性：淬硬性、淬透性、变形和开裂趋势、氧化脱碳趋势、过热过烧趋势、回火稳定性、回火脆性、时效趋势,1.钢铁材料的基本知识,金属材料的性能：,工艺性能：热处理性：淬硬性淬透性变形和开裂趋势氧化脱碳趋势过热过烧趋势回火稳定性回火脆性时效趋势,1.钢铁材料的基本知识,电子万能拉力试验机（双空间）,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：,拉伸试验,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：（冲击试验机）,扭转试验机,1.钢铁材料的基本知识,材料的力学性能试验：,金属材料的性能：,顶锻冷弯杯突锻平缠绕,1.钢铁材料的基本知识,扭转打结拉力反复弯曲压扁扩口卷边,工材料工艺性能试验：,主要合金元素对材料性能的影响：,碳（C）：最主要的合金化元素，显著提高强度；硅（Si）：常见元素之一，显著提高强度，尤其是弹性极限（如60Si2Mn），炼钢时作为脱氧剂加入；锰（Mn）：常见元素之一，提高强度和弹性极限（如60Si2Mn），提高淬透性，细化晶粒。炼钢时作为脱氧剂加入；磷（P）：显著提高强度和改善切削加工性能，增加脆性脆性（低温），易产生严重偏析，一般作为杂质元素。硫（S）：杂质元素。降低韧性，降低抗蚀性，只有用于改善切削性能。鉻（Cr）：是常用合金化元素之一，提显著高抗氧化性，提高强度和耐磨性。镍（Ni）：常用原素之一，提高强度，改善低温韧性；还有Mo、Ti、N、O、H等等。,1.钢铁材料的基本知识,：,2.热处理基础知识,奥氏体铁素体渗碳体,基础相,衍生相,珠光体贝氏体马氏体莱氏体,相,2.热处理基础知识,铁素体,奥氏体,渗碳体,2.热处理基础知识,高碳马氏体（针状）,贝氏体,珠光体,低碳马氏体（板状条）,2.热处理基础知识,热处理定义：热处理是指金属或合金在固态范围内，通过一定的加热、保温、冷却等方法，以改变金属或合金的内部组织，而得到所需要性能的一种工艺操作。,2.热处理基础知识,热处理工艺简介：,退火,正火,淬火,回火,2.热处理基础知识,热处理工艺简介：退火：加热到一定的温度+保温一定的时间+缓慢冷却（随炉冷却）=目的：改善组织，软化材料，便于加工（冷挤压）。正火（等温正火）：加热到奥氏体化温度以上+保温一定时间（均匀化）+空气中冷却=目的：调整硬度，改善组织，细化晶粒，便于加工，淬火：加热到奥氏体化温度以上+保温一定时间（均匀化）+快速冷却（水、油冷）=目的：提高硬度、强度和耐磨性回火：加热到奥氏体化温度以下+保温一定时间+适当速度冷却=目的：减小应力和脆性，调整机械性能，稳定工件尺寸。）,时间,油冷淬火,空冷正火,炉冷退火,低温回火,温度,2.热处理基础知识,其他热处理工艺简介：时效：将工件长时间露天放置=目的：消除应力、稳定尺寸。冷处理：冷却到-30-150+保温一定时间+低温回火=目的：进一步提高工件硬度，稳定工件尺寸。表面淬火：调质：淬火+高温回火=目的：具有一定的强度和韧性，获得良好的综合机械性能气体渗碳（碳氮共渗）=目的：获得高碳表面层，提高零件表面的硬度和耐磨性；心部保持原有的高韧性和高塑性。-“内柔外刚”气体渗氮（氮碳共渗）=目的：获得高氮表面层，大大提高零件表面的硬度和耐磨性；心部保持原有的高韧性和高塑性。-“内柔外刚”表面改性：氧化（发蓝或发黑）、磷化、钝化,2.热处理基础知识,常见材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：热处理缺陷：,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：椭圆度-最大直径与最小直径之差；表面质量缺陷：裂纹：钢材表面呈直线的裂纹现象、与轧制方向一致发裂：长度和宽度都较小，在10倍放大镜下观察刮伤（划痕、拉伤）：呈直线或弧形的沟痕（可以见底）折叠：表面局部重,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：锈蚀：水渍-受雨水等侵蚀，尚未起锈，仅在表面呈黑色或暗红色的水纹印迹；浮锈（轻锈）-呈黄或淡红色细粉末状，去锈后仅轻微损伤氧化膜（蓝皮）；中锈（迹锈）-钢材去锈后，表面粗糙，留有锈痕；重锈（层锈）-钢材去锈后，表面呈现麻坑的严重锈蚀；,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：疏松、偏析、气泡、裂纹、夹杂、带状、翻皮、白点,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：疏松,圆钢表层不致密连铸冷速过慢所至,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：偏析,C=0.191%密度7.82,C=0.209%密度7.80,C=0.201%密度7.71,C=0.171%密度7.85,矩形偏析框（长宽比1.7）最大成分变差0.038%最大密度变差0.135,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：偏析,图片13：柱状枝晶严重,柱状枝晶长25mm,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：气泡,气孔呈发纹态,感应炉冶炼圆钢低倍组织内部气孔多，不致密 放置1小时后腐蚀残酸浸出,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：裂纹,发纹是枝晶间夹杂物集中所致,发纹在枝晶夹缝处,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：带状,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：热处理缺陷：表面硬度低：渗碳被阻碍、淬火被阻碍、淬火温度过低、过回火。心部硬度低：淬火温度过低、淬火冷却速度慢；硬度高则是原材料淬硬性高。层深不合格：渗碳温度、时间、碳势、淬火有问题。表面非马超标：淬火冷却慢、气氛控制不当。组织不合格：热处理条件发生变化。变形量异常：热处理条件发生变化。,2.热处理基础知识,常见的材料、热处理缺陷：材料形状缺陷：材料表面质量缺陷：内部缺陷：热处理缺陷：表面非马超标,谢谢大家！,