阜新华通管道有限公司热处理工艺培训.ppt
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1、,第一章:金属学基本概念 金属学就是研究金属和合金的性能与它们内部结构之间的关系,以及影响金属与合金组织和性能的因素的一门科学。,1金属材料的基础知识,知识要点,金属,晶格、晶胞、晶系,晶体、晶体缺陷,Fe - Fe3C 相图分析,铁碳合金的分类,1金属材料的基础知识,金属是具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能,并具有正的温度电阻系数的物质。金属,是个大家庭,现在世界上有86种金属。 通常根据金属的颜色和性质等特征,将金属分为黑色金属和有色金属。 黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金,如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 黑色金属以外的金属称为有色金属。,锰,铬,1金属材料的基础知识,黑色金属和有色
2、金属这名字,常常使人误会,以为黑色金属一定是黑的,其实不然。黑色金属只有三种:铁、锰、铬。而它们三个都不是黑色的!纯铁是银白色的;锰是银白色的;铬是灰白色的。 因为它们的一些氧化物呈现黑色,因此得名。但像碳水化合物,芳香烃等名词一样,它也失去了原有的意义,只是一个习惯称呼,例如,铁的氧化物就有红色的,铬的氧化物也有绿色的,四氧化三铁,三氧化二铁,1金属材料的基础知识,化学键,即组成物质整体的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力。,原子间相互作用时,其吸引和排斥情况的不同,从而形成了不同类型的化学键,化学键,共价键,离子键,金属键,1金属材料的基础知识,(1)晶体与非晶体 晶体是指原子呈规则排
3、列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 根本区别:晶体中原子(或分子)在三维空间有规律地周期性重复排列,而非晶体不具备这一特点。,原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。,1金属材料的基础知识,2. 晶格与晶胞 金属中的原子堆垛:为便于表述晶体内原子的排列规律,我们把原子看成刚性小球,金属晶体就是由这些刚性小球堆垛而成的 晶格:把原子看成一个结点,然后用假想的线条将这些结点连 结起来,便构成了一个有规律性的空间格架称晶格 晶胞:晶格中能完全反映晶格特征的最小几何单元称晶胞。晶胞
4、中各棱边的长度a、b、c称为晶格常数。由于晶体中原子重复排列的规律性,因此晶胞可以表示晶格中原子排列的特征。,1金属材料的基础知识,晶系:根据晶胞参数不同,将晶体分为七种晶系。 90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。 1855年,法国学者奥古斯特布拉菲用数学方法证明空间点阵共有且只能有14种,并归纳为七个晶系。,1金属材料的基础知识,1金属材料的基础知识,1金属材料的基础知识,原子,原子的 结合,晶 体,晶体结构 空间点阵,1金属材料的基础知识,热压烧结 电弧等离子,热挤压,1金属材料的基础知识,3、晶体缺陷 晶格的不完整部位称晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷,按形状可分三类,即点
5、、线、面缺陷。,空位 (Schottky 缺陷) 间隙原子 (Frenkel 缺陷) 错位缺陷 异类原子 (杂质原子),点缺陷的类型,1金属材料的基础知识,1金属材料的基础知识,线缺陷晶体中的位错 位错:晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移,滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。分为刃型位错和螺型位错。,刃位错 螺位错 混合位错,1金属材料的基础知识,面缺陷晶界与亚晶界 晶界是不同位向晶粒的过度部位,宽度为510个原子间距,位向差一般为2040。 亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小,位向差也很小(10 2 )的小晶块。 亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。,Fe - Fe3
6、C 相图分析,1金属材料的基础知识,1金属材料的基础知识,铁碳相图的应用,1、选用材料: 由铁碳相图可知,合金中随着含碳量的不同,其组织各不相同,从而导致其力学性能不同。因此,我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的材料。 2、判断切削加性能: 低碳钢中铁素体较多,塑性好,加工性不好;中碳钢中铁素体含量比例适当,钢的硬度适当,易于加工。 3、制定热加工工艺: 在铸造工艺方面,根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度,含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好;在锻造工艺方面,可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产: 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织
7、的变化,可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。,1金属材料的基础知识,铁碳合金,含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金。 共晶白口铸铁: 含碳量为4.3%; 亚共晶白口铸铁:含碳量在2.11%4.3%之间; 过共晶白口铸铁:含碳量在4.3%6.69%之间;,含碳量小于0.02%的铁碳合金。,工业纯铁,碳钢,白口铸铁,含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根据金相 组织的不同,可分为三种。 共析钢: 含碳量为0.77%; 亚共析钢:含碳量在0.02%0.77%之间; 过共析钢:含碳量在0.77%2.11%之间;,铁碳合金的分类,1金属材料的基础知识,第二章:钢的热处理 热处理是将金属材料以
8、一定的速度加热到预定温度并保持预定的时间,再以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法。 对金属材料进行热处理主要源于提高其综合机械性能,符合零件在生产制造中所遵循的“工艺组织(成分)性能”的原则。,知识要点,金属热处理及分类,退火和正火,淬火及淬火组织转变,回火及调质处理,加热及冷却组织转变,金属热处理的意义:是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量,而这一般不是肉眼所能看到的。 金属热处理过程:包括加热、保温、冷却三个过程,有时只有加热和冷却两个过程。 金属加热时,工件暴露在空气中,常常发生氧化、脱碳,因而金属通常应在可控气氛
9、或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。 冷却是热处理工艺过程中不可缺少的步骤,冷却方法因工艺不同而不同,主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢,正火的冷却速度较快,淬火的冷却速度更快。,2钢的热处理,热处理,普通(整体)热处理,表面热处理,退火,正火,淬火,回火,表面淬火,表面化学热处理,感应加热表面淬火,火焰加热表面淬火,激光加热表面淬火等,渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗金属等,金属热处理分类,2钢的热处理,一、退火,1. 退火 退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度,经保温一定时间,随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却,以获得接近平衡状
10、态组织的一种热处理工艺。,a. 降低硬度,以利于切削加工; b. 细化晶粒,改善组织,提高机械性能; c. 消除内应力,为下一道热处理作好准备; d. 提高金属材料的塑性、韧性,便于进行冷 冲压或冷拉拔加工。 退火的缺点:占用设备;生产率低。,2钢的热处理,2. 正火 正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度,经保温一定时间,随后在空气中冷 却,以获得更细组织的一种热处理工艺。 正火的作用与退火相似,与退火不同之处是: a. 正火是在空气中冷却,冷却速度快,所获 得的组织更细。 b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高,而 塑性、韧性则稍低。 c. 不占用设备;生产率高。,2钢的热处
11、理,3. 淬火 淬火是将金属制件加热到这种金属的临界温度以上3050,经保温一定时间,随后在水或油中快速冷却,以获得高硬度组织的一种热处理工艺。 淬火的目的:提高金属材料的强度和硬度,增加耐磨性,并在回火后获得高强度和一定韧性相配合的性能。 一、表面淬火 表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。 目的:为了获得高硬度的表面层和有利的残余应力分布,提高工件的硬度和耐磨性。 表面淬火加热的方法很多,如感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热等,2钢的热处理,(b)冷却速度超过临界冷却速度; (c)在MsMf温度范围使过冷奥氏体发生马氏体转变。,2钢的热处理,板条马氏体,片状马氏体,W(C)0.60%
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