机械制造基础第3版 宋昭祥第一篇第3章工程材料的改性
46页1、第三章 工程材料的改性 教学要点: 1.钢的退火、正火 2.钢的淬火、回火 3.铸铁改性工艺 4.改性工艺的相关设备 5.改性工艺新技术,第一篇第三章 工程材料的改性 ,第一篇第三章 工程材料的改性 ,第一节 金属材料改性工艺 一、钢的改性工艺 (一)钢的整体热处理改性工艺 钢的整体热处理是将钢件在固态下进行适当的加热、保温和冷却,改变其内部组织,从而改善和提高钢件性能的工艺方法。 钢的整体热处理过程可以用温度和时间这两个主要因素来描述,钢的整体热处理工艺主要有退火、正火、淬火、回火等 。,第一篇第三章 工程材料的改性 ,图1.3-1 热处理工艺曲线示意图,第一篇第三章 工程材料的改性 ,铁碳合金状态图中,钢的组织转变临界温度(相变温度)A1、A3、Acm是在极其缓慢的加热或冷却条件下测定的。然而实际热处理过程中加热或冷却的速度都比较快,因此钢的实际相变温度总是会略高或略低于状态图中的理论相变温度,即存在一定的过热度或过冷度。 通常将加热时的实际相变温度加注字母c,如Acl、Ac3、Accm,将冷却时的实际相变温度加注字母r, 如Ar1、Ar3、Arcm。,第一篇第三章 工程材料的改性
2、 ,图1.3-2 钢在加热或冷却时的相变温度线,第一篇第三章 工程材料的改性 ,1退火 退火是将钢件加热至高于或低于钢的临界温度,经适当保温后随炉或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却,以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。主要目的: 降低硬度,改善切削加工性; 细化晶粒改善组织,提高力学性能; 消除内应力,防止开裂与变形,或为下一道淬火工序作好组织准备; 提高塑性和韧性,便于进行冷冲压或冷拉拔加工。,钢的退火(影音文件),第一篇第三章 工程材料的改性 ,第一篇第三章 工程材料的改性 ,2正火 正火是将钢件加热到Ac3或Acm以上3050,保温适当时间后出炉,在空气中冷却的热处理工艺。目的: 可获得具有较高强度和硬度的组织,可用作不太重要的机械零件的最终热处理; 提高低碳钢的硬度,避免粘刀,改善其切削加工性; 对于过共析钢,正火可以减少或消除网状渗碳体,降低材料的脆性。,钢的正火(影音文件),第一篇第三章 工程材料的改性 ,第一篇第三章 工程材料的改性 ,3淬火 淬火是将钢件加热至Ac3(亚共析钢)或Acl(共析钢与过共析钢)以上3050,保温适当时间后置于冷却介质中快速冷却的热处理工艺。其主
3、要目的是提高钢的硬度和耐磨性,常用于各种刃具、量具、模具和滚动轴承等。,第一篇第三章 工程材料的改性 ,冷却速度是淬火工艺的关键。如果冷却速度不是足够快,则奥氏体会发生分解而得不到高硬度的马氏体组织;冷却速度过快又会使某些钢件容易变形或淬裂。 正确地确定冷却速度的原则是: 在保证获得全部马氏体组织的前提下,尽可能降低冷却速度。,钢的淬火(影音文件),第一篇第三章 工程材料的改性 ,第一篇第三章 工程材料的改性 ,4回火 回火是将淬火后的钢件重新加热至Acl以下一定温度,保温适当时间后置于空气或水中冷却的热处理工艺。 淬火马氏体是一种硬、脆而又不稳定的组织。经回火后,马氏体中的过饱和碳原子以粒状碳化物的形式析出,从而使钢的组织趋于稳定,消除淬火时因冷却过快而产生的内应力,降低脆性、提高韧性,同时使零件的尺寸稳定化。钢件淬火后都要进行回火。,钢的回火(影音文件),第一篇第三章 工程材料的改性 ,第一篇第三章 工程材料的改性 ,(二)钢的表面强化工艺 钢的整体热处理往往不能同时提高钢的硬度与韧性,而有些机器零件要求其表面与心部具有不同的性能,例如变速齿轮、凸轮、离合器零件等,是在动载荷与摩擦
4、条件下工作的,既要求表面具有较高的硬度和耐磨性,又要求心部具有足够的韧性,必须采用各种表面强化工艺才能满足上述要求。,第一篇第三章 工程材料的改性 ,1 表面热处理 1)表面淬火 表面淬火是一种物理表面热处理工艺,是将钢件快速加热,使表面迅速达到淬火温度,心部仍低于A。温度,这时立即喷水快速冷却,使钢件表面层获得淬硬的马氏体组织,而心部仍然保持原来韧性较好的组织,再经低温回火。适于表面淬火的材料是中碳钢和中碳合金钢。表面淬火前应进行正火或调质处理。,感应加热表面淬火(影音文件),第一篇第三章 工程材料的改性 ,第一篇第三章 工程材料的改性 ,2)化学表面热处理 是将钢件置于某种介质中加热和保温,使介质中的活性原子渗入钢件表层,改变表层的化学成分和组织,以获得所要求性能的热处理工艺。常用的化学表面热处理工艺有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。,第一篇第三章 工程材料的改性 ,2 表面形变强化 使钢件表面在常温下发生塑性变形,提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表面强化工艺。它的工艺简单,成本低廉,是提高钢件抗疲劳能力,延长其使用寿命的重要工艺措施。 目前常用的表面形变强化工艺有喷丸、滚压等。
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