第四章材料的強化、改性及表面技術(shù).ppt

第四章材料的強化 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 鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變 1 鋼加熱時的轉(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 其屈服強度 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)晶粒長大的傾向性 當(dāng)加熱溫度超過一定范圍 930 時 本質(zhì)細晶粒鋼的奧氏體晶粒可能迅速長大 甚至超過本質(zhì)粗晶粒鋼 在實際生產(chǎn)中 常從加熱溫度 保溫時間和加熱速度幾個方面來控制奧氏體的晶粒大小 2 鋼在冷卻時的轉(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 亞共析碳鋼和過共析碳鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 3 過冷奧氏體的連續(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中的過飽和間隙固溶體 三 鋼的整體熱處理對工件整體進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點以上某一溫度 保溫一定的時間 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點以下的某一溫度 保溫一定時間后冷卻到室溫的熱處理過程 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 其沖擊韌性在250 400 和450 650 兩個溫度區(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鋼的表層進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行預(yù)備熱處理 最好是進行調(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 工件滲碳后必須進行淬火加低溫回火 才能有效地發(fā)揮滲碳層的作用 達到硬而耐磨的要求 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 實質(zhì)上就是氮碳共滲 碳氮共滲后進行淬火加低溫回火 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 可在文字對熱處理技術(shù)條件加以扼要說明 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)時間 以使原組織中的脫溶 析出 相溶入固溶體的工藝過程稱為固溶處理 固溶處理旨在獲得過飽和固溶體 為時效作組織準(zhǔn)備 二 非鐵合金的時效強化工件經(jīng)固溶處理后在室溫或稍高于室溫放置 過飽和固溶體發(fā)生脫溶分解 其強度 硬度升高的過程稱為時效 第三節(jié)高聚物的改性強化一 高聚物的物理改性物理改性主要是通過物理共混來進行的 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行物理混合的方法稱為機械共混或物理共混 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)合強化在復(fù)合過程中 利用高強度 高模量材料作為增強組分與基體材料進行人工復(fù)合 使材料性能大幅度提高的方法就是復(fù)合強化 復(fù)合強化中常用的增強組分有兩種 即硬質(zhì)顆粒增強組分和高強度纖維增強組分 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 簡稱CVD法 2 物理氣相沉積 簡稱PVD法 3 電鍍電鍍工藝是將直流電通過電鍍?nèi)芤?電解液 在陰極 工件 表面沉積金屬鍍層的工藝過程 陽極溶解 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化 激光表面合金化及激光表