第10章 工程材料金屬學(xué)課件

1、9.3 表面化學(xué)熱處理表面化學(xué)熱處理1.1.定義定義：將金屬或合金工件放入含有將金屬或合金工件放入含有某種活性原子的化某種活性原子的化學(xué)介質(zhì)學(xué)介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴(kuò)散滲入工件一中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴(kuò)散滲入工件一定深度的表層，定深度的表層，改變改變其其化學(xué)成分和組織化學(xué)成分和組織并獲得與心部并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。又稱表面合不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。又稱表面合金化。金化。2.2.特點(diǎn)：特點(diǎn)：和和表面淬火表面淬火不同，化學(xué)熱處理后的工件表面不不同，化學(xué)熱處理后的工件表面不僅有組織的變化，而且也有僅有組織的變化，而且也有化學(xué)成分化學(xué)成分的變化。的變化

2、。3.3.目的目的 提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性 如滲氮、滲硼等如滲氮、滲硼等 提高材料疲勞強(qiáng)度提高材料疲勞強(qiáng)度 如滲氮、滲碳、滲鉻等如滲氮、滲碳、滲鉻等 使金屬表面具有良好的抗粘著、抗咬合的能力和降低摩擦使金屬表面具有良好的抗粘著、抗咬合的能力和降低摩擦系數(shù)系數(shù) 如滲硫等如滲硫等 提高金屬表面的耐蝕性提高金屬表面的耐蝕性 如滲氮、滲鋁等如滲氮、滲鋁等4. 化學(xué)熱處理三個(gè)基本過程化學(xué)熱處理三個(gè)基本過程 化學(xué)熱處理的一般過程通常是由化學(xué)熱處理的一般過程通常是由分解、吸附和擴(kuò)散分解、吸附和擴(kuò)散三個(gè)三個(gè)基本過程組成。基本過程組成。 介質(zhì)分解出滲入元素的活性原子介質(zhì)

3、分解出滲入元素的活性原子，如：，如：CH42H2+C 2NH33H2+2N 零件表面吸收活性原子，進(jìn)入晶格內(nèi)形成固溶體或化合物。零件表面吸收活性原子，進(jìn)入晶格內(nèi)形成固溶體或化合物。 在一定溫度下原子在一定溫度下原子由表面向內(nèi)部擴(kuò)散由表面向內(nèi)部擴(kuò)散。鋼的分類和編號(hào)鋼的分類和編號(hào)一、鋼的分類一、鋼的分類第第10章章 工程材料工程材料1 1按用途分類按用途分類不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等 。1 1）結(jié)構(gòu)鋼）結(jié)構(gòu)鋼2 2）工具鋼）工具鋼 3 3）特殊性能鋼）特殊性能鋼: : 工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼 船舶、橋梁、車輛等船舶、橋梁、車輛等機(jī)械制造用鋼機(jī)械制造用鋼 滲碳鋼、滾動(dòng)軸承鋼、彈簧

4、鋼等滲碳鋼、滾動(dòng)軸承鋼、彈簧鋼等刃具鋼刃具鋼 模具鋼模具鋼量具鋼量具鋼2 2按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類低合金鋼低合金鋼 Me 10%1 1）碳素鋼）碳素鋼 2 2）合金鋼）合金鋼低碳鋼低碳鋼 C 0.6%3 3按顯微組織分按顯微組織分 P P、B B、M M、A A鋼鋼1 1）平衡態(tài)或退火態(tài)組織）平衡態(tài)或退火態(tài)組織 2 2）正火組織）正火組織亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過共析鋼過共析鋼3 3）室溫組織）室溫組織鐵素體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼奧氏體鋼雙相鋼雙相鋼添加合金元素4. 4. 按品質(zhì)分類按品質(zhì)分類 P、S 0.030%1 1）普通鋼）普通鋼2 2）優(yōu)質(zhì)鋼）優(yōu)質(zhì)鋼3 3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：）高級(jí)優(yōu)質(zhì)

5、鋼：S：使合金產(chǎn)生熱裂、熱脆缺陷P：使合金產(chǎn)生冷裂、冷脆缺陷P 0.045% S 0.055%P 0.040% S 0.045%離異共晶FeS位于晶界，(Fe+FeS)共晶溫度低于熱加工溫度。磷在鐵中具有較大的溶解度，磷具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，它使鋼的強(qiáng)度、硬度顯著提高，但劇烈地降低鋼的韌性，但劇烈地降低鋼的韌性，尤其是低溫韌性尤其是低溫韌性。二、鋼的編號(hào)二、鋼的編號(hào) 鋼號(hào)用鋼號(hào)用屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度表示。這類鋼主要用于制造一般的表示。這類鋼主要用于制造一般的機(jī)械零件和工程構(gòu)件。機(jī)械零件和工程構(gòu)件。1 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q235AF、Q235BZ、Q

6、345C、 Q345C、質(zhì)量等級(jí)：A到E(S、P含量)F：沸騰鋼；Z：鎮(zhèn)靜鋼Q+屈服點(diǎn)數(shù)值屈服點(diǎn)數(shù)值+質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法脫氧方法鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全鋼。脫氧完全鋼。組織致密，成分均勻，力學(xué)性能好。沸騰鋼脫氧不完全鋼。脫氧不完全鋼。凝固前產(chǎn)生大量CO氣泡，引起沸騰。2 2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼60、65、70 淬火+中溫回火，制造彈簧。 有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)P P、S S含量較低，鋼的質(zhì)量較好，主要用于制造含量較低，鋼的質(zhì)量較好，主要用于制造各種較重要的機(jī)械零件。各種較重要的機(jī)械零件。鋼號(hào)用兩位數(shù)字表示鋼號(hào)用兩位數(shù)字表示，數(shù)字表示含，數(shù)字表示含碳量的萬分之幾。碳量的萬分之幾。45 表示含

7、碳量是萬分之45（0.45%）08 - 0.08%調(diào)質(zhì)處理。制造齒輪、連桿、凸輪和軸類零件。沖壓件沖壓件 3 3）碳素工具鋼）碳素工具鋼 碳素工具鋼含碳量為碳素工具鋼含碳量為0.65-1.35% ，可制造低速切削的，可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。刀具和普通模具、量具。 常用牌號(hào)有常用牌號(hào)有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。等。T + XX碳含量千分之幾碳含量千分之幾4 4）合金結(jié)構(gòu)鋼）合金結(jié)構(gòu)鋼 其鋼號(hào)的表示方法為：其鋼號(hào)的表示方法為：兩位數(shù)字兩位數(shù)字+ +元素符號(hào)元素符號(hào)+ +數(shù)字?jǐn)?shù)字。如：如：50Mn、40Cr 、35SiMn、40Cr2Mo4V、6

8、0Si2Mn、38CrMoAl 含量含量1.5%1.5%，不標(biāo)出數(shù)字；，不標(biāo)出數(shù)字；1.5%1.5%、2.5%2.5%、3.5%.3.5%.以以2 2、3 3、4 4標(biāo)出標(biāo)出 鋼中的鋼中的V V、TiTi、AlAl、B B、RERE等合金元素，雖然含量低，但是在鋼等合金元素，雖然含量低，但是在鋼中能起重要的作用，所以也要標(biāo)出。中能起重要的作用，所以也要標(biāo)出。表示含碳量是萬分之幾表示含碳量是萬分之幾合金元素的平均含合金元素的平均含量的百分?jǐn)?shù)量的百分?jǐn)?shù)50Mn 含碳量：含碳量：0.50%；含；含Mn量：量：0.70%1.00% wC=0.20%、wMn=1.01.3%、wV=0.07%0.12%、

9、 wB=0.001%0.005%20MnVB5 5）合金工具鋼）合金工具鋼牌號(hào)由牌號(hào)由數(shù)字?jǐn)?shù)字+元素符號(hào)元素符號(hào)+數(shù)字?jǐn)?shù)字組成。組成。合金元素的平均含量的合金元素的平均含量的百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)，小于小于1.5時(shí)，不標(biāo)數(shù)字。時(shí)，不標(biāo)數(shù)字。用一位數(shù)字表示平均含碳量的用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分千分?jǐn)?shù)數(shù)，超過超過1.0時(shí)不標(biāo)時(shí)不標(biāo)。9SiCr表示平均含碳量為表示平均含碳量為0.9且平均含硅量、含鉻量均且平均含硅量、含鉻量均1.5的的合金工具鋼。合金工具鋼。Cr12MoV表示平均含碳量不小于表示平均含碳量不小于1.0、鉻平均含量為、鉻平均含量為12且鉬且鉬和釩平均含量均小于和釩平均含量均小于1.5的合金工

10、具鋼。的合金工具鋼。v高碳高碳 0.71.5%:v鎢鎢 18%:v鉻鉻 4%:v釩釩1.5%: 保證高硬度保證高硬度退火狀態(tài)下形成退火狀態(tài)下形成M6C碳化物碳化物,在在560左右回火時(shí)左右回火時(shí), 彌散析出彌散析出W2C, 造成二造成二次硬化次硬化, 提高鋼的紅硬性提高鋼的紅硬性。形成形成Cr23C6碳化物碳化物;提高鋼的淬透性提高鋼的淬透性。形成形成VC, 硬度極高硬度極高, 提高鋼的硬度和耐提高鋼的硬度和耐磨性磨性, 產(chǎn)生二次硬化。產(chǎn)生二次硬化。W18Cr4V 刃具鋼刃具鋼 滾動(dòng)軸承鋼是制造滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外套圈和滾珠、滾柱滾動(dòng)軸承鋼是制造滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外套圈和滾珠、滾柱的專用鋼種。含碳在的

11、專用鋼種。含碳在0.95% - 1.1%，合金元素主要是鉻。，合金元素主要是鉻。常常用牌號(hào)有用牌號(hào)有GCr9、GCr15，含含0.90-1.25% Cr、1.4-1.65%Cr。6) 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼，GCr + 數(shù)字?jǐn)?shù)字CrCr含量的千分之幾含量的千分之幾7) 7) 不銹鋼和耐熱鋼不銹鋼和耐熱鋼數(shù)字?jǐn)?shù)字 + 合金元素合金元素 + 數(shù)字?jǐn)?shù)字平均含碳量平均含碳量萬分之幾萬分之幾95Cr18wc0.08%以以06表示表示 06Cr19Ni10；wc0.03%以以022表示表示 022Cr19Ni10；wc0.01%以以008表示表示 008Cr30Mo2。合金元素合金元素百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)特例：特例

12、： 白口鑄鐵（BT100）、灰鑄鐵（HT200）、可鍛鑄鐵（KT350）、球墨鑄鐵（QT400）和蠕墨鑄鐵（RuT420）。 石墨形態(tài)石墨形態(tài)片狀 團(tuán)絮狀 球狀蠕蟲狀 三、三、 鑄鐵分類鑄鐵分類四、純銅及銅合金分類四、純銅及銅合金分類 工業(yè)純銅：一號(hào)銅（工業(yè)純銅：一號(hào)銅（99.95%Cu）、二號(hào)銅（）、二號(hào)銅（99.90%Cu），三號(hào)銅），三號(hào)銅（99.7%Cu） 其代號(hào)分別為其代號(hào)分別為T1、T2、T3。 無氧銅：含氧量極低，不大于無氧銅：含氧量極低，不大于0.003%，其代號(hào)有，其代號(hào)有Tu1，Tu2 脫氧銅：脫氧銅：TuP、TuMn，“u”是是“無無”漢語拼音字首。漢語拼音字首。紫銅、白

13、銅、黃銅、青銅紫銅、白銅、黃銅、青銅 五、鋁及鋁合金分類五、鋁及鋁合金分類LL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGKFDABC%FeT JNA1Fe3C鐵碳相圖鐵碳相圖4.32.1111487270.770.02186.691495L+合金合金：共析鋼共析鋼727時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變： S (PFe3C) = P123常溫下的組織常溫下的組織構(gòu)成：構(gòu)成： P合金合金 ：共析鋼：共析鋼的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程計(jì)算室溫珠光體中鐵素體和滲碳體的相對(duì)含量？計(jì)算室溫珠光體中鐵素體和滲碳體的相對(duì)含量？LL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGKFDABC%FeT JNHA1

14、Fe3C4.32.1111487270.770.02186.691495L+0.008WF=SK/PK =(6.690.77)/（6.69-0.0008）100% =88.5%W Fe3C = 188.5% = 11.5%合金合金 ：亞共析鋼：亞共析鋼(0.4%C)常溫下的組織構(gòu)成：常溫下的組織構(gòu)成： F先共析先共析 P合金合金 ：亞共析鋼亞共析鋼(0.4%C)的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程 +Fe3CGSPABJH0.02186.690.77727F + Fe3C 相相 區(qū)區(qū)0.4計(jì)算計(jì)算WC=0.4%鋼中的鋼中的組織組成物組織組成物 W F先先 = (0.770.40) / (0.770.0218)

15、 100% = 49.5%WP = 149.5% = 50.5% 先共析先共析F 和和 P 的含量？的含量？Fe3C0.02186.690.77727F + Fe3C 相相 區(qū)區(qū)0.4計(jì)算計(jì)算相組成物相組成物 鐵素體鐵素體 和和 Fe3C 的含量？的含量？室溫室溫Wa = (6.690.40) /( 6.69-0.0008)100% = (6.690.40)/6.69100% = 94.0%WFe3C = 194.0% = 6.0%K1.0 0.77 +Fe3CP +Fe3C相構(gòu)成：相構(gòu)成：a+ Fe3C組織構(gòu)成：組織構(gòu)成： Fe3C+P晶界處網(wǎng)狀分布合金合金 ：過共析鋼過共析鋼( 1.0%C )的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程合金合金 ：過共析鋼過共析鋼( 1.0%C )的結(jié)晶過程的結(jié)晶過程+FeFe3 3C CP+ +FeFe3 3C CFeFeFeFe3 3CCSQPNKJHGFEDCBA+ + FeFe3 3C C+L+L+