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金属材料与热处理,金属材料基础知识材料热处理基础知识热处理设备介绍表面及化学处理模具失效案例分析材料硬度标准化,,內容纲要,,,,,,,鴻准热处理,第一篇,金属材料基础知识介绍篇,鴻准热处理,,一、材料机械性能,金属材料在各种外力作用下所表现出來的性能称为机械性能。金属的机械性能主要包括強度、塑性、硬度、韧性及疲劳強度等。1.強度強度是金属材料在靜载荷作用下，抵抗变形和破断的能力。A.弹性极限材料在外力作用下只产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，符号σe。B.屈服极限材料产生屈服现象时的应力称为屈服极限或屈服強度,符号σS。,C.抗拉強度材料在拉断前所能承受的最大应力为抗拉強度或強度极限，符号σb。2.塑性金属材料在断裂前发生塑性变形的能力称为塑性。延伸率δ和断面收缩率ψ是衡量金属材料塑性的指标。3.冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧性。4.疲劳強度疲劳強度又称疲劳极限。減少零件的应力集中，改善零件表面质量及使零件表面保留压应力均能有效地提高零件的疲劳強度。,5.硬度硬度即指材料抵抗局部变形，特別是塑性变形、压痕或划痕的能力，它是各种零件和工具必须具备的性能指标之一，也是热处理主要的质量检验标准。1.检测方法就是用一定几何形狀的压头，在一定载荷下，压入被测金属材料表面，根据被压入程度來测定其硬度值。2.表示方法压入硬度测定法如布氏硬度、洛氏硬度等;回跳硬度测定法如肖氏硬度、里氏硬度等，而在现場生产中常用的是压入硬度测定法，即布氏硬度、洛氏硬度等。,鴻准热处理,A.布氏硬度HB它是用一定直径的球体淬硬钢球或硬质合金球，以相应的试验力压入被测钢料表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量表面压痕直径來计算硬度的一种压痕硬度方法。B.洛氏硬度HRC洛氏硬度值是用洛氏硬度相应标尺刻度滿量程100与残余压痕深度增量之差计算硬度值，HR值可直接从表盘显示数字中得出。中国最大的资料库下载,常用洛氏硬度及适用范围,晶体是指原子或分子按一定几何形狀有规律地排列的固态物质。属晶体的物质的有食鹽、天然金钢石、铁等，所有的固体金属和合金都是晶体。晶体內部原子是有规則秩序地排列的。为了便于分析和描述金属晶体中原子的排列情況，示意地將原子看成一个小球，图A是晶体中原子在空间作有规則排列的简单模型。用假想的线条將各原子的中心连接起來，这样就得到一个抽象化了的空间格架图B。这种用于描述原子在晶体排列形式的空间格架称为结晶格子，简称晶格。,晶胞就是在晶体中取出一个能完全代表晶体中原子排列特征的几何单位图C。,A,B,C,,体心立方晶格,,面心立方晶格,,密排六方晶格,,,,金属的结晶过程就是晶核的形成及晶核长大两个过程。每种金属都有一定的晶格类型，但在不同溫度下，同一种金属可能具有不同类型的晶格。金属在固态下隨溫度的改变，由一种晶格转变为另一晶格，这种现象称为金属的同素异构转变。由同素异构转变所得的不同晶体，称为同素异构体。同素异构体一般用希腊字母α、β、γ、δ等表示。如纯铁的同素异构转变表示,鴻准热处理,金属的同素异构转变与液态金属的结晶有相似之处，即同素异构转变有一定的转变溫度；同样遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律；转变时也有结晶潛热的放出和过冷现象，所以同素异构转变也是一个结晶过程，通常称为重结晶。合金是由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合而成，具有金属特性的物质。组成合金最基本的独立的物质称为组元。一般说來，组元是组成合金的元素。合金的结构可分为固溶体、金属化合物和多种晶体的机械混合物。,固溶体组成合金的组元在液态相互溶解，结晶时，以一组元为基体保持其原有的晶格类型，其它组元的原子均勻地分布在基体组元的晶格里，形成均勻一致的固体，此合金就称为固溶体。根椐溶质原子在溶濟晶格中所占据的位置不同，可分为间隙固溶体和置換固溶体。,金属化合物组成合金的各组元，按照一定的原子数量比，相互化合而成的一种完全不同于原组元晶格的固体物质，称为金属化合物。金属化合物可用分子式表示，如Fe3C、CuAl2等。机械化合物组成合金的组元既不是纯组元，也不是固溶体或化合物，而是两种或两种以上的纯组元、固溶体、化合物以弥散的混合物的形式组成在一起的固体物质，称为机械混合物。,三、Fe-Fe3C平衡相图,,铁素体碳溶于αFe中的间隙固溶体，称为铁素体。用符号“F”表示。由于碳和铁的原子直径和晶格类型等存在著很大差异，所以当它們以固溶体形式存在时，只能是间隙固溶体，并且其固溶度是有限的。由于铁素体的晶格类型是体心立主，处于立方体中心的原子使立方体的空隙分散，不利于碳原子的溶入。因此铁素体所能溶入碳的数量很少，其最大固溶度为含0.0218727℃。室溫时铁素体中碳的固溶度只有0.0008。,,铁碳合金的基本组织,铁素体是铁碳合金室溫下的主要组织，起著基体相的作用。奧氏体碳溶于γFe中的间隙固溶体，称为奧氏体。用符号“A”表示。奧氏体的最大固溶度为含碳2.111148℃。奧氏体是铁碳合金的高溫组织，在平衡条件下，它的最低存在溫度是727℃。在该溫度下奧氏体的成份是一固定值含碳0.77。,渗碳体渗碳体是铁和碳形成的间隙化合物。用符号“Fe3C”表示。它的含碳量为6.69，是一个固定值。渗碳体具有復雜的晶体结构，很硬、很脆、几乎沒有塑性，它是铁碳合金中的強化相。因此渗碳体的形态、大小、多少及分布对铁碳合金的性能有直接影響。通过不同的热处理方法，可以改变渗碳体在铁碳合金中的形态、大小、多少及分布，从而改变材料的性能。这正是热处理的重要原理之一。,珠光体珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。用符号“P”表示。珠光体是平衡条件下含碳量为0.77的奧氏体在727℃進行共析转变的产物，当珠光体中铁素体和渗碳体是片层相间的形态时，称片狀珠光体。经过一定的热处理，可以得到铁素体基体分布著颗粒狀的渗碳体，称为粒狀珠光体。,莱氏体莱氏体是奧氏体与渗碳体的机械混合物，即碳的质量分数含碳量为4.3的液态铁碳合金。在727℃以上是奧氏体和渗碳体的机械混合物，称为高溫莱氏体，用“Ld”表示;低于727℃則是珠光体和渗碳体的机械混合物，称为低溫莱氏体，用“Ld”表示。,1.按用途分类1.结构钢A.工程构件用钢;B.机器零件用钢B-1.调质钢;B-2.弹簧钢;B-3.渗碳、氮化钢;B-4.滾动轴承钢。,2.工具钢A.刃具钢;B.量具钢;C.模具钢C-1.冷作模具钢;C-2.热作模具钢;,3.特殊性能钢A.耐蝕钢;B.耐热钢;C.耐磨钢;,2.按钢的化学成份分类1.碳素钢;2.合金钢A.低合金钢合金元素≦5;B.中合金钢合金元素510;C.高合金钢合金元素≧10D.其它如錳钢、鉻钢等。,3.按碳含量分类1.低碳钢C≦0.25;2.中碳钢C≦0.250.6;3.高碳钢C≧0.6。,在钢材化学成分中添加入合金元素，用以保证一定的生产和加工工艺以及所需求的组织与性能的铁基合金称为合金钢。,淬硬性钢材在正常淬火条件下，可能得到的最高硬度值的大小，是表示钢淬火时获得硬度高低的能力。淬透性指钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力。,根据模具钢的工作条件可以將它分为两大类，即使金属在冷狀态下变形的冷作模具钢和使金属在热狀态下变形的热作模具钢。一、冷作模具钢这类模具在工作过程中，刃口受到強烈的摩擦和挤压作用，有此模具还受到较大的冲击力，因此冷作模具钢应具备如下基本性能1.高的硬度和耐磨性。2.高的強度和足夠的韧性。3.良好的工艺性能。,六、模具钢及其性能,,二、热作模具钢热作模具是用來使热态金属或液态金属获得所需形狀的模具，这种模具往往反復的激冷激热，容易形成热疲劳裂纹龟裂，因此，对热锻模钢的基本性能要求是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冲击韧性。3.高的淬透性，使模具整体得到均勻的机械性能。4.良好的导热性。5.优良的耐热疲劳性。6.良好的工艺性能和抗氧化能力。,三、压铸模具压铸模是在高压下熔融金属压铸成形的模具。由于模具反复与液态金属接触，其受热程度比热锻模要高，故压铸模表面易产生热疲劳裂纹。此外，还受金属液流的冲击和腐蝕作用。因此对压铸模钢提出以下性能要求。1.高淬透性。2.高的导热性。3.良好的高溫机械性能。4.优良的耐热疲劳性。5.较好的耐腐蝕和抗氧化性，以及良好工艺性能。,,返回,