第四章材料的強(qiáng)化、改性及表面技術(shù).ppt

第四章材料的強(qiáng)化 改性及表面技術(shù) 第一節(jié)鋼的熱處理一 熱處理的基本概念及分類鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下通過(guò)加熱 保溫 冷卻以改變其組織 從而獲得所需性能的一種工藝方法 熱處理工藝曲線 箱式電阻爐 熱處理分類 1 整體熱處理 退火 正火 淬火 回火等 2 表面熱處理 表面淬火 3 化學(xué)熱處理 滲碳 碳氮共滲 滲氮等 二 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 1 鋼加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變熱處理加熱最主要的目的就是為了得到奧氏體 因此這種加熱轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為鋼的奧氏體化 1 鋼的奧氏體化完全奧氏體化加熱 不完全奧氏體化加熱 2 奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及其控制奧氏體晶粒越小 冷卻坐標(biāo)產(chǎn)物的組織越細(xì) 其屈服強(qiáng)度 沖擊韌度越高 本質(zhì)晶粒度只表示鋼在一定溫度范圍內(nèi)晶粒長(zhǎng)大的傾向性 當(dāng)加熱溫度超過(guò)一定范圍 930 時(shí) 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的奧氏體晶粒可能迅速長(zhǎng)大 甚至超過(guò)本質(zhì)粗晶粒鋼 在實(shí)際生產(chǎn)中 常從加熱溫度 保溫時(shí)間和加熱速度幾個(gè)方面來(lái)控制奧氏體的晶粒大小 2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 1 奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變1 珠光體轉(zhuǎn)變 550 C以上 索氏體 S 托氏體 T 珠光體組織特征圖 珠光體P索氏體S托氏體T 2 貝氏體轉(zhuǎn)變 B 按組織形態(tài)和轉(zhuǎn)變溫度 可將貝氏體組織分為 上貝氏體 B上 下貝氏體 B下 上貝氏體 光學(xué)顯微鏡下B上呈羽毛狀 在電子顯微鏡下觀察時(shí)可看到B上組織為一束大致平行分布的條狀鐵素體和夾于條間的斷續(xù)條狀碳化物的混合物 光學(xué)顯微 2 亞共析碳鋼和過(guò)共析碳鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 3 過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1 奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖 Vc 臨界冷卻速度 獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度 2 馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體 M 分為 針片狀馬氏體 高碳馬氏體 板條狀馬氏體 低碳馬氏體 馬氏體 M 是碳在 Fe中的過(guò)飽和間隙固溶體 三 鋼的整體熱處理對(duì)工件整體進(jìn)行穿透加熱的熱處理工藝稱為整體熱處理 它包括退火 正火 淬火 回火 固溶處理 水韌處理等 1 鋼的退火將鋼材或鋼件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?保持一定的時(shí)間 隨后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝 稱為退火 2 鋼的正火鋼材或鋼件加熱到Ac3 Accm 以上 保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后 在空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火 退火與正火的加熱溫度范圍 3 鋼的淬火將鋼件加熱到Ac1或Ac3點(diǎn)以上某一溫度 保溫一定的時(shí)間 然后以大于臨界冷卻速度冷卻以獲得馬氏體和 或 下貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火 1 淬火工藝 2 鋼的淬透性 鋼的淬火加熱溫度范圍 淬火加熱溫度 1 淬透性的概念鋼的淬透性是指在規(guī)定條件下 決定鋼材有效淬硬深度和硬度分布的特性 它是鋼材本身固有的屬性 也是鋼熱處理的主要工藝性能 鋼的淬透性用末端淬火法 端淬法 測(cè)定 2 淬透性的應(yīng)用鋼的力學(xué)性能沿截面的分布是受淬透性的影響 3 淬火缺陷及其防止1 變形與開(kāi)裂2 硬度不足3 氧化與脫碳 4 淬火鋼的回火工件在淬火后通常得到馬氏體加殘留奧氏體 Ar 這種組織不穩(wěn)定 存在很大的內(nèi)應(yīng)力 因此必須回火 鋼件淬硬后 再加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度 保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理過(guò)程 稱為回火 1 低溫回火 150 250 C 2 中溫回火 350 500 C 3 高溫回火 500 650 C 習(xí)慣上將淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理 回火產(chǎn)物的組織形態(tài)比較 在250 400 出現(xiàn)的 稱為第一類回火脆性 在450 650 出現(xiàn)的 稱為第二類回火脆性 淬火鋼回火時(shí) 其沖擊韌性在250 400 和450 650 兩個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)明顯下降 這種脆化現(xiàn)象稱為鋼的回火脆性 四 鋼的表面熱處理僅對(duì)鋼的表層進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝 稱為鋼的表面熱處理 在實(shí)際生產(chǎn)中 最常用的是表面淬火加回火 為了保證表面淬火后工件的力學(xué)性能 在表面淬火前需要進(jìn)行預(yù)備熱處理 最好是進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 五 鋼的化學(xué)熱處理把鋼制零件放在含欲滲元素的活性介質(zhì)中加熱到預(yù)定的溫度 保溫一定的時(shí)間 使該元素滲入到工件的表面層中 從而改變表面層的成分 組織和性能 這種工藝過(guò)程稱為鋼的化學(xué)熱處理 1 鋼的滲碳為了增加鋼件表層的含碳量和獲得一定的碳濃度梯度 將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫 使碳原子滲入到鋼件表層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳 工件滲碳后必須進(jìn)行淬火加低溫回火 才能有效地發(fā)揮滲碳層的作用 達(dá)到硬而耐磨的要求 2 鋼的滲氮在一定溫度下 一般在Ac1溫度以下 使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮 也稱氮化 為了保證零件的力學(xué)性能 在滲氮前零件須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 3 碳氮共滲碳氮共滲就是同時(shí)向零件表面滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝 舊稱氰化 在生產(chǎn)中主要采用氣體碳氮共滲 低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主 實(shí)質(zhì)上就是氮碳共滲 碳氮共滲后進(jìn)行淬火加低溫回火 六 熱處理工序的位置1 預(yù)備熱處理的位置預(yù)備熱處理包括退火 正火 調(diào)質(zhì)等 2 最終熱處理的工序位置最終熱處理包括整體淬火 表面淬火 整體滲碳 局部滲碳 滲氮等 七 熱處理技術(shù)要求在零件圖樣上的表示方法在圖樣上標(biāo)注熱處理技術(shù)條件時(shí) 可在文字對(duì)熱處理技術(shù)條件加以扼要說(shuō)明 一般可注在零件圖樣標(biāo)題欄的上方 第二節(jié)非鐵合金的強(qiáng)化 一 非鐵合金的固溶處理將固溶度隨溫度的升高而增大的合金 加熱到單相固溶體相區(qū)內(nèi)的適當(dāng)溫度 保溫適當(dāng)時(shí)間 以使原組織中的脫溶 析出 相溶入固溶體的工藝過(guò)程稱為固溶處理 固溶處理旨在獲得過(guò)飽和固溶體 為時(shí)效作組織準(zhǔn)備 二 非鐵合金的時(shí)效強(qiáng)化工件經(jīng)固溶處理后在室溫或稍高于室溫放置 過(guò)飽和固溶體發(fā)生脫溶分解 其強(qiáng)度 硬度升高的過(guò)程稱為時(shí)效 第三節(jié)高聚物的改性強(qiáng)化一 高聚物的物理改性物理改性主要是通過(guò)物理共混來(lái)進(jìn)行的 將不同種類的聚合物置于混合設(shè)備中 借助于溶劑或熱量的作用進(jìn)行物理混合的方法稱為機(jī)械共混或物理共混 二 高聚物的化學(xué)改性高聚物的化學(xué)改性是指在加工過(guò)程中使一種高聚物與另一種高聚物或單體共混并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) 從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)改性的方法 1 接枝共聚物2 嵌段共聚物3 交聯(lián)共聚物 第四節(jié)材料的復(fù)合強(qiáng)化在復(fù)合過(guò)程中 利用高強(qiáng)度 高模量材料作為增強(qiáng)組分與基體材料進(jìn)行人工復(fù)合 使材料性能大幅度提高的方法就是復(fù)合強(qiáng)化 復(fù)合強(qiáng)化中常用的增強(qiáng)組分有兩種 即硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)組分和高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)組分 第五節(jié)材料的表面處理技術(shù) 表面技術(shù)是指通過(guò)施加覆蓋層或改變表面形貌 化學(xué)組分 相組成 微觀結(jié)構(gòu)等達(dá)到提高材料抵御環(huán)境作用能力或賦于材料表面某種功能特性的材料工藝技術(shù) 1 原子沉積原子沉積主要包括氣相沉積和電鍍等工藝 氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理 化學(xué)過(guò)程在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層 使工件表面性能優(yōu)化的一種新技術(shù) 1 化學(xué)氣相沉積 簡(jiǎn)稱CVD法 2 物理氣相沉積 簡(jiǎn)稱PVD法 3 電鍍電鍍工藝是將直流電通過(guò)電鍍?nèi)芤?電解液 在陰極 工件 表面沉積金屬鍍層的工藝過(guò)程 陽(yáng)極溶解 陰極沉積 2 顆粒沉積將金屬或其它軟 硬的化合物以顆粒形態(tài)覆于基體材料上 形成表面覆蓋層 能改變材料的表面性能 滿足耐磨性及其它性能的要求 3 離子注入離子注入是將預(yù)先選擇的元素原子電離 經(jīng)電場(chǎng)加速 獲得高能量后注入工件的表面改性工藝 4 激光表面處理激光表面處理包括激光表面強(qiáng)化 激光表面合金化及激光表