20xx新编金属工艺学教案全

20xx新编金属工艺学教案全内容摘要：

Cr、 20Mn2B、 55Si2MnA 当含碳量 ≥％时，不标含碳量数当含碳量 ％时，起首数表示含碳量的千分之几。 合金元素同上。 例： 9Mn2V： ％ C、 2％ Mn、 V％ CrWMn： C≥％、 Cr、 W、 Mn％。 W18Cr4V、 W12Cr4V4Mo、 9SiCr。 起首数表示含碳量的千分之几，若起首为 “0”，则表示含碳量 ％；若起首数为 “00”，则表示含碳量为 ≤％，合金元素同上。 第五节 零件选材的一般原则 选择材料的一般原则如下： ：安全第一。 ：质量第一。 ：效率第一。 （以铁代钢，以铸代锻） 问答题： 一、根据铁碳合金状态图，说明下列原因： ％的钢比含碳 ％的钢硬度高。 ％的钢比含碳 ％的钢强度高。 ，铸铁宜铸造成形。 T T10 钢比锯 20 钢费力，锯条宜钝。 1100℃ 含碳 ％的钢能锻造，而含碳 ％的生铁不 能锻造。 ，而吊车用的钢缆却用中碳钢。 、刻字刀具均用高碳钢。 0 10 号钢。 二、选择对应的材料： 45 65 A3（ Q235A） T13 T8A 10 ZG280－ 500。 弹簧 主轴 螺钉 锯子 锉子 箱体 油箱盖。 第一节 概述 复习旧课：碳素钢的分类和牌号及其应用。 第四章 钢的热处理 现代工业生产中，为了不断提高金属下材料的机械性能，采用两种方法： ① 合金化法 －碳钢中加入合金元素（调整钢的化学成分）。 ② 热处理法－碳钢进行工艺处理（调整钢的组织）。 热处理：钢在固态范围内，通过加热、保温、冷却，改变金属材料的内部组织，改变材料的力学性能。 一个条件，三个过程： Sold hot－ keep－ cold。 分类： 普通热处理：退火、正火、淬火、回火。 热处理 表面淬火：火焰加热和感应加热法。 表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。 ٭【第一节： 热处理的基本原理】（教课书省略） 一、钢的加热和保温时的组织转变： 绝大多数的热处理均是把钢加热到使其转变为奥氏体组织且尽量保持细小的晶粒。 （冷却）时组织转变的温度。 AC1－加热时，珠光体转变为奥氏体的温度。 Ar1－冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。 AC3－加热时，铁素体转变为奥氏体。 Ar3－冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始温度。 ACCm－加热时，二次渗碳体在奥氏体中的溶解的终了温度。 ArCm－冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的终了温度。 钢号： 10 25 30 50 T10 T12 AC1： 727 735 732 727 730 730 AC3： 876 840 813 774 Ar3： 850 824 796 755 Ar1： 710 710 714 718 718 713 ACCm： 800 820 加热、冷却时的理想温度： A A ACm 实际加热温度： AC AC ACCm （ 0~＋ 20℃ ） 实际冷却温度： Ar Ar ArCm （ 0～－ 20℃ ） ： 以共析钢为例： ① 加热到 AC1 以下时，依然是 P； ② 加热到 AC1 时， A晶核产生； ③ 继续加热， A晶核长大， F→A、 C溶解； ④ 残余 C 溶解； ⑤ 均匀化。 亚共析钢、过共析钢分析： 根据组织分成三个转变区： （珠光体转变区）： A1～ 550℃ ， P。 A1～ 650℃ , A′→P粗、 HRC15～ 2 δ＝ 20％、 σb＝ 550MPa。 650～ 600℃ , A′→P细（索氏体 S）、 HRC22～ 2 δ＝ 18％、 σb＝ 870MPa。 600～ 550℃ , A′→P极细（托氏体 T）、 HRC27～ 4 δ＝ 18％、 σb＝ 1100MPa。 （贝氏体转变区）： 550～ Ms， A→A′→B＝ C粒＋ F。 550～ 350℃ , A′→B上（羽毛状）＝ C粒＋ F 条状， HRC40～ 45。 350～ Ms， A′→B下（竹叶状）＝ C 粒＋ F 针， HRC45～ 55。 （马氏体转变区）： Ms～ Mf ， A→A′→M＋ A′残。 M： C→αFe（过饱和地溶解）， HRC65～ 66，硬度很高。 特点： ① Ms～ Mf 范围； ② 内应力很大； ③ A′不能 100％转变为 M。 三、钢的冷却曲线应用： 等温冷却：定性 连续冷却：定量 炉冷： 10℃ /min、空冷： 10℃ /s、油冷： 150℃ /s、水冷： 600℃ /s。 P S＋ P S＋ T＋ M M＋ A′残 临界冷却速度 Vk＝ V临。 】 补充内容： 影响 C曲线的因素： ① 含碳量： C％ C％ ↑C曲线右移。 C％ C％ ↑C曲线左移。 ② 合金元素：除 Co 外所有的合金元素均使 C曲线右移。 ③ 加热温度：温度越高， C曲线右移。 保温时间：时间 越长， C 曲线右移。 第二节 退火和正火 方法： 普通热处理：退火、正火、淬火、回火。 热处理 表面淬火：火焰加热和感应加热法。 表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮、二元、多元共渗。 一、退火： 把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺法。 目的： ① 提高钢的塑性和韧性（利于切削加工）； ② 消除钢的内应力（以防钢件变形和开裂）； ③ 均匀组织； ④ 为随后的热处理做准备（组织上为以后的热处理做准备）。 退火的种类： （ 1）完全退火： （亚共析钢） 把钢加热到 AC3 线以上 30～ 50℃ 的温度，保温一定时间（ ～ )（碳钢按有效厚度或直径每 25 毫米为 1 小时，合金钢按有效厚度或直径每 20 毫米为 1 小时，保温时间与工件形状、材料质量、装炉量等有关）然后随炉冷却的一种工艺。 组织分析： P＋ F→A→A′→P＋ F （重结晶退火）。 （实际生产中在炉中冷却到 500℃ 左右即可出炉冷却） （ 2）球化退火：（过共析钢） 把钢加热到 AC1 线以上 20～ 30℃ 的温度，保温一定时间（ 5～ 6min/mm1hour/m3）然后随炉冷却的 一种工艺。 组织分析： P＋ Fe3C 网 →A＋ Fe3C 网 →A′＋ Fe3C 球 →P＋ Fe3C 球。 （实际生产中冷却到 500℃ 以下时，组织转变完成，可取出空冷）。 有些难于形成颗粒球状渗碳体的钢，可以多次并重复上述过程－循环退火（周期化退火）。 （ 3）低温退火：（亚、共、过共析钢） 把钢加热到 500～ 650℃ ，保温一定时间（ 6～ 8min/mm、 ），然后随炉冷却的一种工艺。 （低温退火）若用于消除加工硬化（ 650～ 750℃ ），空冷，则称为再结晶退火。 组织分析： P＋ F→P＋ F→P＋ F→P＋ F P→学生分 析。 P＋ Fe3C 网 →学生分析。 （ 4）扩散退火：（亚、过共析钢） 把钢加热到 AC3线以上 150～ 200℃ 、 ACCm线以上 150～ 200℃ ，保温一定时间（ 10～ 20hour）然后随炉冷却的一种工艺。 （加热温度高，保温时间长，成本高，钢的烧损量大，晶粒粗大），这种工艺是为了消除钢中的成分不均匀的现象。 二、正火： 把钢加热到 AC3 线或 ACCm 线以上 30～ 50℃ 的温度，（ 4～ 5min/mm、 1hour/m3 经过保温后，随空气冷却的一种工艺。 目的： ① 提高低碳钢的硬度。 （利于切削加工） ② 消除 网状渗碳体组织。 （冷却速度较大，网状来不及形成） ③ 改善钢的组织。 （细化晶粒，均匀组织） 因正火是在空气中冷却，得到的组织晶粒细小，且缩短了冷却时间， 提高了生产率和设备利用率，是一种比较经济的方法，应用较广泛。 但是难于消除再结晶退火。 组织分析： P＋ F→A→A→A′→S＋ F P＋ Fe3C 网 →A→A→A′→S＋ Fe3C 粒 应用： ① 对一些大型或形状复杂的零件，淬火有开裂的危险，用正火； ② 对于含碳量 ～ ％的钢件，用正火代替退火； ③ 含碳量低于 ％的钢件，采用正火，能提高硬度 利于切削。 第三节 淬火和回火 复习旧课：退火和正火的目的及其应用。 一、淬火： 在固态范围内，把钢加热到一定的温度（亚共析钢 Ac3＋ 30～ 50176。 、共析钢及过共析钢 Ac1＋ 30～ 50176。 ），保温一定时间，（ ～ 、 30min/m3)(时间与钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸加热介质、装炉方法，虽经验公 式－热处理手册，但生产实际中是综合上述的因素通过实验才能合理的选定）以大于或等于临界冷却速度冷却下来的一种热处理工艺。 （ Vk） 目的：获得马氏体组织，从而提高钢的硬度和耐磨性。 （ 1）严格控制淬火加热温度。 （ 2）合理选择淬火冷却介质。 目的：既能得到高硬度的马氏体，也不会产生变形、开裂。 （ a）实际水中的冷却曲线。 （ b）实际油中的冷却曲线。 （ c）理想淬火剂的冷却曲线。 分析 MNQT（ c）冷却曲线： MN－冷却速度慢，目的是不易变形、开裂； NQ－冷却速度快，目的是 A′不会转变为珠光体； QT—冷却较慢， 目的是既能得到高硬度的马氏体，不变形、开裂。 而且冷却介质使用过程中不易变质，不易燃，无毒性，无污染，来源充足，价格便宜，能反复多次重复使用。 满足以上所有要求的淬火剂是理想的淬火剂，但目前尚未找到还有待于我去研究和开发。 水： 碳钢 优点： 650～ 550℃ 、 V＝ 600℃ /S ； A′ P、 S、 T、 B。 缺点： 300～ 200℃ 、 V＝ 270℃ /S ； 易使工件变形、开裂。 （若水温超过 40℃ ，在 650～ 550℃ ，冷却速度大为 A′→P、 S、 T、 B,不易淬 硬，水中淬火易形成表面蒸气膜，若不及时去掉，影响工件内部冷却形成软点。 盐水、碱水有水优点以外，并能自由去除薄膜，不会造出淬不硬及软点，但在 200～ 300℃ 之间冷却，依然很快，易变形、开裂）。 矿物油（机油）： 合金钢 优点： 300～ 200℃ 、 V＝ 30℃ /S ； 工件不会变形、开裂。 缺点： 650～ 550℃ 、 V＝ 150℃ /S； A′→P、 S、 T、 B。 （机油温度不能提的太高，过高的油温将会引起油面的燃烧，油长时间使用易老化，为了寻求理想的淬火介质：水玻璃溶液、聚乙烯醇水 溶液聚醚水溶液 …. 而当前热处理工艺发展的趋势是：在淬火冷却介质的改进和研究方向，主要是在现有的淬火油中加入各种添加剂，以提高冷却能力，减缓油的老化，延长使用时间， …….. ）。 （ 3）正确选择淬火方法： （由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质量的要求，所以在热处理工艺方面还应考虑从淬火方法上加以解决）。 单液淬火： 把钢加热到淬火温度，经保温后，放入一种冷却介质中。 （这种方法操作简单，易机械化、自动化，通常工件是形状简单的碳钢和合金钢。 在水中或盐水中进行单液淬火，操作虽然简单，单淬火变形大，如果采用油冷又难以 取得淬硬的效果，这就可将油、水冷却结合起来进行如下的双液淬火）。 应用：卡规、轴承、锯子等。 双液淬火： 把加热到淬火的温度的工件，经保温后，先放入水或盐水中冷到 400～ 300℃ ，再迅速移到油中或空气中冷却－水淬油冷法。 （双液淬火广泛应用于各种零件或工具，能得到高硬度，又能减少淬火内应力，缺点是操作难，且未能很好地改进工件表面与心部的温差这一缺点。 技术还要熟练）。 应用：齿轮、缸体、阀体等。 分级淬火： 把工件加热到淬火温度，经保温后，迅速冷却到 Ms 点，附近，稍加停留 （ A′ B），待工件表面和中心温 度基本一致时，再取出放入油中或空气中冷却冷却 ―― 热浴淬火法。 （这种淬火法由于在奥氏体向马氏体转变前，工件的温度经等温停留后逐渐趋于一致，使随后的组织转变得以在表层和内部同时进行，由此可大大减小淬火内应力和变形，主要应用于形状复杂、小尺寸的碳钢和合金钢。 ） 应用：油泵齿轮、滚珠、滚针等。 等温淬火： 把加热到淬火温度的工件，经保温后，放入稍高于 Ms 点的盐浴或碱浴中，并等温到奥氏体转变层成下贝氏体后，再取出空冷。