碳钢的热处理及性能分析..ppt
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1、实验五实验五 碳钢的热处理及性能分析碳钢的热处理及性能分析实验六实验六 常用钢铁材料的组织观察常用钢铁材料的组织观察清华大学基础工业训练中心清华大学基础工业训练中心一、金属的概念一、金属的概念二、金属材料的力学性能二、金属材料的力学性能三、金属的结晶和组织三、金属的结晶和组织 1.1.金属的结晶过程金属的结晶过程 2.2.金属的组织金属的组织 (1 1)室温平衡组织)室温平衡组织 (2 2)非平衡组织)非平衡组织四、钢铁的分类和异同四、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和碳,所以也称钢和铸铁为Fe-C合金,它合金,它们的不
2、同点在于含碳量,钢的含碳量小于们的不同点在于含碳量,钢的含碳量小于2.11%,铸铁的含碳量大于铸铁的含碳量大于2.11%。五、五、Fe-C合金基本组织合金基本组织 1.1.铁素体铁素体 F 2.2.渗碳体渗碳体 Fe3C 3.3.珠光体珠光体 P(F+Fe3C )六、钢铁的组织和性能六、钢铁的组织和性能 1.1.碳钢的室温平衡组织碳钢的室温平衡组织 碳钢的室温平衡组织由铁素体、渗碳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碳量的不同,基本组织的含量也相应发生变化。变化。碳钢按室温组织的不同根据含碳
3、量碳钢按室温组织的不同根据含碳量可分为三类。可分为三类。项目项目项目项目种类种类种类种类 含碳量含碳量含碳量含碳量 (%)室温平衡组织室温平衡组织室温平衡组织室温平衡组织 备备备备 注注注注 亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢 0.770.77 铁素体珠光体铁素体珠光体铁素体珠光体铁素体珠光体 随含碳量的增加,组织中珠随含碳量的增加,组织中珠随含碳量的增加,组织中珠随含碳量的增加,组织中珠光体的量增多。光体的量增多。光体的量增多。光体的量增多。共共共共 析析析析 钢钢钢钢 0.770.77 全部是珠光体全部是珠光体全部是珠光体全部是珠光体 过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢 0.770.77 珠光
4、体渗碳体珠光体渗碳体珠光体渗碳体珠光体渗碳体 渗碳体分布于珠光体晶粒的渗碳体分布于珠光体晶粒的渗碳体分布于珠光体晶粒的渗碳体分布于珠光体晶粒的周围(即晶界),在金相显周围(即晶界),在金相显周围(即晶界),在金相显周围(即晶界),在金相显微镜下观察呈网状结构,故微镜下观察呈网状结构,故微镜下观察呈网状结构,故微镜下观察呈网状结构,故又称网状渗碳体。含碳量越又称网状渗碳体。含碳量越又称网状渗碳体。含碳量越又称网状渗碳体。含碳量越高,渗碳体层越厚。高,渗碳体层越厚。高,渗碳体层越厚。高,渗碳体层越厚。纯铁纯铁纯铁纯铁亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢过共析钢过
5、共析钢碳钢的成分、组织、性能之间的关系示意图碳钢的成分、组织、性能之间的关系示意图碳钢的成分、组织、性能之间的关系示意图碳钢的成分、组织、性能之间的关系示意图2.2.铸铁的室温平衡组织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。铸铁由于含碳量高,碳的存在形态发生了变化。铸铁由于含碳量高,碳的存在形态发生了变化。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在钢中碳是以化合态的在钢中碳是以化合态的在钢中碳是以化合态的FeFe3 3C C(渗碳体)存在,而在(渗碳体)存在,而在(渗碳体)存在,而在(渗碳体)存在,而在铸铁中碳不仅以化合态的铸铁中碳不仅以化合态的铸铁
6、中碳不仅以化合态的铸铁中碳不仅以化合态的FeFe3 3C C存在,同时出现了游存在,同时出现了游存在,同时出现了游存在,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离态的石墨。铸铁的组织可以认为是在铁素体或珠离态的石墨。铸铁的组织可以认为是在铁素体或珠离态的石墨。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光体,或铁素体珠光体的基体上分布着不同形态光体,或铁素体珠光体的基体上分布着不同形态光体,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:的石墨。根据石墨形态的不同,常用铸铁可分为:的石墨。根据石墨形态的不同,常用铸铁
7、可分为:的石墨。根据石墨形态的不同,常用铸铁可分为:灰灰灰灰 铸铸铸铸 铁铁铁铁 石墨以片状存在石墨以片状存在石墨以片状存在石墨以片状存在 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁 石墨以团絮状存在石墨以团絮状存在石墨以团絮状存在石墨以团絮状存在 球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁 石墨以球状或近似球状存在石墨以球状或近似球状存在石墨以球状或近似球状存在石墨以球状或近似球状存在可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁(铁素体基体)(铁素体基体)(铁素体基体)(铁素体基体)灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁(珠光体基体)(珠光体基体)(珠光体基体)(珠光体基体)球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁(铁素体珠光体基体)(铁素体珠
8、光体基体)(铁素体珠光体基体)(铁素体珠光体基体)3.3.铸铁与碳钢的性能比较铸铁与碳钢的性能比较 铸铁与碳钢比较(在同一种基体下),由于铸铸铁与碳钢比较(在同一种基体下),由于铸铸铁与碳钢比较(在同一种基体下),由于铸铸铁与碳钢比较(在同一种基体下),由于铸铁中石墨的强度和伸长率都极低铁中石墨的强度和伸长率都极低铁中石墨的强度和伸长率都极低铁中石墨的强度和伸长率都极低(b b20Mpa20Mpa,00),而且石墨的存在对基体起割裂而且石墨的存在对基体起割裂而且石墨的存在对基体起割裂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、韧作用,所以,铸铁的力学性能(抗拉强度、塑
9、性、韧作用,所以,铸铁的力学性能(抗拉强度、塑性、韧作用,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,性)较差,不如碳钢,尤以灰铸铁(片状石墨)最差,性)较差,不如碳钢,尤以灰铸铁(片状石墨)最差,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,具有较好的力球墨铸铁因球状石墨的割裂作用最轻,具有较好的力球墨铸铁因球状石墨的割裂作用最轻,具有较好的力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。学性能。学性能。学性能。铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切铸铁具有优
10、良的减震性、耐磨性、铸造性能和切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,因而在工业生产中削加工性能,而且生产成本低廉,因而在工业生产中削加工性能,而且生产成本低廉,因而在工业生产中削加工性能,而且生产成本低廉,因而在工业生产中得到广泛的应用。得到广泛的应用。得到广泛的应用。得到广泛的应用。六、热加工工艺对碳钢组织的影响六、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:在材料加工工程中存在着如下关系:在材料加工工程中存在着如下关系:在材料加工工程中存在着如下关系:设备设备设备设备 工艺工艺工艺工艺 组织组织组织组织性能性能性能性能应用应用应用应用 原
11、材料原材料原材料原材料 成分成分成分成分 这个关系在实际生产过程中,表现为设备、工艺条这个关系在实际生产过程中,表现为设备、工艺条这个关系在实际生产过程中,表现为设备、工艺条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,使得金件等的不同决定了热过程的非平衡程度的不同,使得金件等的不同决定了热过程的非平衡程度的不同,使得金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属结晶和转变过程不同,最终使金属材料的组织呈现多属结晶和转变过程不同,最终使金属材料的组织呈现多属结晶和转变过程不同,最终使金属材料的组织呈现
12、多样性,即使同一种金属材料的组织也可呈现不同的形态。样性,即使同一种金属材料的组织也可呈现不同的形态。样性,即使同一种金属材料的组织也可呈现不同的形态。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可见,正是非平衡过程的多样性,使得工程材料得到不可见,正是非平衡过程的多样性,使得工程材料得到不可见,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。同的组织,具备不同的性能,从而满足各种使用要求。同的组织,具备不同的性能,从而满足各种使用要求。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
13、属组织,晶粒越细小、分布越均匀,其此外,相同的金属组织,晶粒越细小、分布越均匀,其此外,相同的金属组织,晶粒越细小、分布越均匀,其此外,相同的金属组织,晶粒越细小、分布越均匀,其力学性能越高。力学性能越高。力学性能越高。力学性能越高。工工工工艺艺艺艺热过热过热过热过程程程程及其特点及其特点及其特点及其特点成形成形成形成形特点特点特点特点组织组织组织组织特点特点特点特点性能或性能或性能或性能或应应应应用用用用铸铸铸铸造造造造在熔化在熔化在熔化在熔化设备设备设备设备中熔化金中熔化金中熔化金中熔化金属炉料(熔点以上属炉料(熔点以上属炉料(熔点以上属炉料(熔点以上约约约约100100100100),使
14、),使),使),使满满满满足化学足化学足化学足化学成分要求的金属液体成分要求的金属液体成分要求的金属液体成分要求的金属液体具有流具有流具有流具有流动动动动性性性性短短短短时间时间时间时间保温静置,保温静置,保温静置,保温静置,使金属熔体中气体、使金属熔体中气体、使金属熔体中气体、使金属熔体中气体、夹杂夹杂夹杂夹杂物上浮物上浮物上浮物上浮在在在在铸铸铸铸型中型中型中型中较为缓较为缓较为缓较为缓慢地冷却凝固,慢地冷却凝固,慢地冷却凝固,慢地冷却凝固,获获获获得得得得铸铸铸铸件件件件液液液液态态态态凝固凝固凝固凝固成形成形成形成形非平衡非平衡非平衡非平衡结结结结晶,一般晶,一般晶,一般晶,一般为为为
15、为粗大的柱状晶。粗大的柱状晶。粗大的柱状晶。粗大的柱状晶。冷却速度越大,晶冷却速度越大,晶冷却速度越大,晶冷却速度越大,晶粒越粒越粒越粒越细细细细小小小小受力不大的受力不大的受力不大的受力不大的形状复形状复形状复形状复杂杂杂杂件件件件锻锻锻锻造造造造在加在加在加在加热设备热设备热设备热设备中加中加中加中加热热热热工工工工件,使其具有良好的件,使其具有良好的件,使其具有良好的件,使其具有良好的塑性,并降低塑性,并降低塑性,并降低塑性,并降低变变变变形抗形抗形抗形抗力力力力在始在始在始在始锻锻锻锻和和和和终锻终锻终锻终锻温度温度温度温度范范范范围围围围内内内内对对对对工件施以工件施以工件施以工件施
16、以冲冲冲冲击击击击力或力或力或力或压压压压力,使力,使力,使力,使其其其其发发发发生塑性生塑性生塑性生塑性变变变变形,形,形,形,并改善内部并改善内部并改善内部并改善内部组织组织组织组织在在在在终锻终锻终锻终锻温度以下温度以下温度以下温度以下冷却,得到冷却,得到冷却,得到冷却,得到锻锻锻锻件件件件固固固固态态态态塑性塑性塑性塑性变变变变形形形形成形成形成形成形使俦使俦使俦使俦锭锭锭锭原来粗大的原来粗大的原来粗大的原来粗大的晶粒晶粒晶粒晶粒细细细细化,并沿化,并沿化,并沿化,并沿变变变变形方向呈形方向呈形方向呈形方向呈现现现现方向性方向性方向性方向性的特点,减小甚至的特点,减小甚至的特点,减小甚
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- 关 键 词:
- 热处理 性能 分析
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