钢铁材料及热处理.ppt

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1、钢铁材料的分类钢是含碳量在0.04%-2.11%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。分为铸铁和钢铸铁的分类铸铁分为：普通铸铁和合金铸铁普通铸铁：灰铸铁：如HT200等。铸造流动性好，能承受较大弯曲应力，塑性与韧性差。可锻铸铁：如KTH370-12等。比灰铸铁强度高，塑性与韧性也较好，可承受冲击和扭转负荷，具有良好的耐腐蚀性，切削性能好。球墨铸铁：如QT400-15等。具有较高的强度和耐磨性，具有一定的韧性，可制作行星架等零件。合金铸铁 又称为特殊性能铸铁：耐磨铸铁如钼铬铸铁，是制造金属密封环的主要材料。耐热铸铁如RTCr16等，可制造各种

2、加热炉的零件。耐蚀铸铁如STSi11等,可制造化工设备零部件。特殊和新型铸铁材料特殊铸造材料铸造碳钢：如ZG40Cr,ZG230-450等，具有较高的强度、韧性、和耐磨性，可进行热处理，可制作要求较高的零部件。新型铸铁材料：蠕墨铸铁，如RuT380等，材质性能介于灰铁和球铁之间，它既有球铁的强度、刚度和一定的韧性，且具有良好的耐磨性，同时它具有良好的铸造性。可铸造要求较高的大型复杂零件。钢材的分类1传统的分类方法：按化学成分分为：碳素钢（简称碳钢）、合金钢；按品质分为：普通、优质、高级优质、特级优质钢；按用途分为：结构、工具、特殊性能、专业用钢；按冶炼方法分：可按炉类型进一步分为平炉、转炉、电

3、炉钢；按脱氧程度和浇铸制度进一步分为沸腾、镇静和半镇静钢；按金相组织分类时，可按退火状态的钢、正火状态的钢、无相变或部分发生相变的钢进一步分类。2新的分类方法1992年10月中国颁发了“钢分类”国家标准（GB/T1330491）。按照此标准，钢的分类分为两部分：第一部分，按化学成分分类；第二部分，按主要质量等级、主要性能及使用特性分类。（1）按化学成分分为：非合金钢（包括含碳量小于0.25%的低碳钢，含碳量0.25%0.60%的中碳钢，含碳量大于0.60%的高碳钢，）；低合金钢（合金元素占总质量的5%以下）；和合金钢（合金元素占总质量的5%以上）。（2）按主要质量等级、主要性能及使用特性分w为

4、：普通质量钢材，优质钢材，特殊质量钢材几种典型钢材的特点45：非合金钢，为优质碳素结构钢，中碳钢，刚度、强度、韧性等机械性能都较好，加工性能良好，焊接性差，仍可焊接。使用极为广泛。常用热处理方法：调质，淬火。可获得更好的机械性能。可制作齿轮，轴等重要零件。40Cr：合金结构钢。调质后，具有良好的综合性能。淬透性好，焊接性差，仍可焊接。是使用最广泛的钢种之一。它的热处理效果，热处理变形都略好于45。几种典型钢材的特点Q235：碳素结构钢，是一般钢结构的主要使用材料，Q标示屈服，其点数值为235MPa，热处理没有效果。20CrMnTi：是应用广泛、用量很大的合金结构钢。淬火低温回火后，综合力学性能

5、和低温冲击韧性良好，渗碳淬火后具有良好的耐磨性和抗弯强度。热处理工艺简单，热加工和冷加工性好。可制作重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件。几种典型钢材的特点42CrMo：调质后有较高的疲劳强度和抗多次冲击能力，高温下具有高的持久强度和蠕变强度，低温冲击韧性良好，工作温度可达500-110。在进行表面氮化处理后，可获得较高的表面硬度HV600（约HRC56）以上，且几乎不变形，可做为最后一道工序。制作典型零件：齿圈，轴等。几种典型钢材的特点GCr15：轴承钢，热处理后获得高硬度和高耐磨性，是制作轴承和密封套的优质材料。65Mn：高锰弹簧钢，具有高的强度和硬度，弹性良好，淬透性较好；经淬火及低温回火

6、或调质、表面淬火处理，用于制造受摩擦、高弹性、高强度的机械零件。T8：碳素工具钢，经淬火，回火处理后，可得到较高的硬度和良好的耐磨性，但承受冲击载荷的能力低，可制造钻套，冲头等工具。还有一些工具材料如合金工具钢、粉末冶金材料、陶瓷刀具等不是我们常用材料，这里就不介绍了。几种典型钢材的特点以上所讲的都是黑色金属材料，下面我们将一下常用的有色金属。ZCuSn10Pb1：锡青铜，在较高负荷，中速下工作的耐磨耐腐蚀材料，常用于制作衬套、轴瓦、垫圈、涡轮等零件。ZALSi9：铝硅合金，铸造性很好，铸造形状复杂的高温工作的承受冲击力的零件，如我们使用的变矩器机芯。常用的非金属材料下面介绍几种常用的非金属材

7、料聚四氟乙烯（PTFE）材料：耐油、耐腐蚀、自润滑极好，加入填充剂后较耐磨，可在较高温度下工作，是制作密封环等密封件的理想材料。本体是白色，在加入各种材料如铜、铅粉等呈现不同颜色。橡胶：一般使用丁腈橡胶（NBR）和氟橡胶(FPM)。丁腈橡胶耐油、耐腐蚀，价格便宜，但耐磨和耐高温能力较差，是制作O型密封圈和一般骨架油封的理想材料；氟橡胶耐油、耐腐蚀，耐磨和耐高温能力都较好，但价格较高，是制造密封要求较高的密封件的理想材料。常用的非金属材料乳胶密封垫：我们原使用耐油石棉橡胶，后由于环保问题，改用乳胶密封垫，该材料不含石棉，耐油能力强，是端面密封的理想材料。常用的非金属材料磁性材料：我们常用的磁性材

8、料是钡铁氧体。引言：引言：1 1、热处理的概念、热处理的概念 2 2、热处理的目的、热处理的目的 将固态钢材采用适当的方式进行将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温加热、保温和和冷冷却以获得却以获得所需组织与性能的工艺。所需组织与性能的工艺。（1 1）提高钢的力学性能）提高钢的力学性能（2 2）改善钢的工艺性能）改善钢的工艺性能第一节第一节 钢的热处理原理钢的热处理原理根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：1、整体热处理、整体热处理2、表面热处理、表面热处理表面淬火、气相沉积表面淬火、气相沉积3 3、化学热处理：、化学热处理：渗

9、碳、氮化、碳氮共渗渗碳、氮化、碳氮共渗退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火第第4章章 钢的热处理钢的热处理热处理的理论依据热处理的理论依据第第4章章 钢的热处理钢的热处理第一节第一节 钢的退火与正火1、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。2、目的：1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）细化晶粒，消除组织缺陷；3）消除内应力。一、钢的退火一、钢的退火第第4章章 钢的热处理钢的热处理3、分类：根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。（1）完全退火 1、定义：将钢加热Ac3以上3050C,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢

10、冷却到500C以下，出炉空冷。2、目的目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。以利于切削加工。3、适用范围适用范围：亚共析钢型材：亚共析钢型材。第第4章章 钢的热处理钢的热处理（2）球化退火 1、定义：将钢加热到Ac1以上2030 C,保温后随炉缓冷至600 C，出炉空冷。2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。第第4章章 钢的热处理钢的热处理（3）去应力退火 1、定义：将钢加热到500-600 C,保温后随炉缓冷至200-300 C出炉空冷。又称低温退火。2、目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应

11、力。（没有发生组织变化）3、适用范围：用于所有的钢。第第4章章 钢的热处理钢的热处理二、钢的正火二、钢的正火1、概念、概念：将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或AccmAccm线以上线以上3050 3050 C C ，保温适当，保温适当的时间后，在的时间后，在空气空气中冷却的热处理工艺。中冷却的热处理工艺。2 2、目的、目的：1 1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加 工性能；工性能；2 2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理；）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理；3 3）对高碳钢，可为球化退火作准备）对高碳钢，可为球化退火作准备

12、 。第第4章章 钢的热处理钢的热处理退火与正火的加热温度范围退火与正火的加热温度范围第第4章章 钢的热处理钢的热处理第二节第二节 钢的淬火与回火钢的淬火与回火2 2、目的、目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。够的韧性。1 1、概念、概念：将钢件加热到将钢件加热到Ac3Ac3或或Ac1Ac1以上某一温度，保持以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。一定时间后，快速冷却的热处理工艺。一、钢的淬火一、钢的淬火第第4章章 钢的热处理钢的热处理3 3、淬火剂：、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水水、矿物油、盐水和碱水等。等。为了保证获得所需淬火组织

13、，又要防止变形和开裂，必须采用已为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法淬火方法包括包括单液淬火、双液淬火、分级淬火单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如图所示。等，如图所示。4.4.淬火方法淬火方法:第第4章章 钢的热处理钢的热处理4 4、淬火方法：、淬火方法：（1 1）单液淬火）单液淬火：将加热后的零件投入一种：将加热后的零件投入一种 冷却冷却 剂中冷却至室温。剂中冷却至室温。特点：操作简单，容易实现自动化。特点：操作简单，容易实现自动化。（2 2）双液淬火）双液淬火：先水后油，

14、或先油后空气。先水后油，或先油后空气。特点：可防止变形与开裂。特点：可防止变形与开裂。（3 3）分级淬火）分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再空冷。再空冷。特点：有效减小内应力，防止变形与开裂；特点：有效减小内应力，防止变形与开裂；但只适于小尺寸工件。但只适于小尺寸工件。第第4章章 钢的热处理钢的热处理三、钢的回火1 1、回火的概念、回火的概念：将淬火后钢件再加热到将淬火后钢件再加热到Ac1Ac1以下的某一温度，保以下的某一温度，保 温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。2、回火的目的：降低淬火钢的脆性，提高韧性

15、，调整硬度，消降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。能。第第4章章 钢的热处理钢的热处理3、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150 C 250 C 中温回火：350 C 500 C 高温回火：500 C 650 C 第第4章章 钢的热处理钢的热处理1、低温回火（低温回火（150250150250）C C 目的目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应 力力,减减少钢的脆性。硬度为少钢的脆性。硬度为58-64HRC58-64HRC。主

16、要用于主要用于：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火 件和表面淬火件。件和表面淬火件。2 2、中温回火（、中温回火（350500350500）C C 目的目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称又称弹性弹性处理。硬度为处理。硬度为35-45HRC.35-45HRC.主要用于：主要用于：弹性零件及热锻模具等。弹性零件及热锻模具等。3 3、高温回火（、高温回火（500650500650）C C 目的目的：获得良好的综合力学性能。：获得良好的综合力学性能。又称又称调质调质处理。硬度为处理。硬度为25-35HRC.2

17、5-35HRC.主要用于主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。第第4章章 钢的热处理钢的热处理第四节第四节 钢的表面热处理钢的表面热处理引言引言:为了兼顾零件表面和心部两种不同性为了兼顾零件表面和心部两种不同性能要求能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法生产中广泛采用表面热处理的方法,即表面淬火和化学热处理即表面淬火和化学热处理.一、表面淬火一、表面淬火 1 1、概念：指仅改变钢的表层组织的局、概念：指仅改变钢的表层组织的局部热处理工艺。部热处理工艺。第第4章章 钢的热处理钢的热处理 2、种类 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火：用氧用氧乙炔火焰喷射

18、到工件表面，使其被快乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含适用于含C 0.35%0.7%C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳合金的中碳钢和中碳合金钢，如钢，如4545，40Cr40Cr。感应加热表面淬火感应加热表面淬火：用一定频率的感应电流使工件表面被快速加用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含适用于含C 0.4%0.5%C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合金钢，的中碳钢和中碳合金钢，如如4040，40Cr40Cr。第

19、第4章章 钢的热处理钢的热处理第五节 钢的化学热处理引言 1、概念：将钢置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。2、分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗第第4章章 钢的热处理钢的热处理第六节 钢的渗碳 概念概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。目的目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度

20、和良好的韧性配合强度和良好的韧性配合。渗碳方法渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳用钢渗碳用钢：含碳量为：含碳量为0.1%0.25%0.1%0.25%的低碳钢和低碳合的低碳钢和低碳合 金钢。金钢。第第4章章 钢的热处理钢的热处理第七节 钢的渗氮 概念概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。子渗入工件表面的热处理工艺。目的：目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、

21、热硬性和耐蚀性等。性和耐蚀性等。渗氮方法渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。气体渗氮。渗氮用钢：渗氮用钢：优质碳素结构钢，如优质碳素结构钢，如2020，4040等；一般合金结构等；一般合金结构钢，如钢，如40Cr40Cr等；渗等；渗氮氮专用钢，如专用钢，如38CrMoAlA38CrMoAlA。第第4章章 钢的热处理钢的热处理第八节 其它化学热处理方法碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。渗铬：渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。渗硼：渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。件夹具。第第4章章 钢的热处理钢的热处理