第10章 工程材料 金屬學(xué)課件

§9.3表面化學(xué)熱處理1.定義：將金屬或合金工件放入含有某種活性原子的化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱使介質(zhì)中的原子擴(kuò)散滲入工件一定深度的表層，改變其化學(xué)成分和組織并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。又稱表面合金化。2.特點(diǎn)：和表面淬火不同，化學(xué)熱處理后的工件表面不僅有組織的變化，而且也有化學(xué)成分的變化。3.目的提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性如滲氮、滲硼等提高材料疲勞強(qiáng)度如滲氮、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系數(shù)如滲硫等提高金屬表面的耐蝕性

如滲氮、滲鋁等4.化學(xué)熱處理三個(gè)基本過(guò)程化學(xué)熱處理的一般過(guò)程通常是由分解、吸附和擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程組成。①

介質(zhì)分解出滲入元素的活性原子，如：CH4→2H2+[C]2NH3→3H2+2[N]②零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。③在一定溫度下原子由表面向內(nèi)部擴(kuò)散。鋼的分類和編號(hào)一、鋼的分類第10章工程材料1．按用途分類不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。1）結(jié)構(gòu)鋼2）工具鋼

3）特殊性能鋼:工程結(jié)構(gòu)鋼船舶、橋梁、車輛等機(jī)械制造用鋼滲碳鋼、滾動(dòng)軸承鋼、彈簧鋼等刃具鋼模具鋼量具鋼2．按化學(xué)成分分類低合金鋼Me<5%中合金鋼Me=5~10%高合金鋼Me>10%1）碳素鋼

2）合金鋼低碳鋼C<0.25%中碳鋼C=0.25~0.6%高碳鋼C>0.6%3．按顯微組織分

P、B、M、A鋼1）平衡態(tài)或退火態(tài)組織

2）正火組織亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼3）室溫組織鐵素體鋼奧氏體鋼雙相鋼添加合金元素4.按品質(zhì)分類

P、S<0.030%1）普通鋼2）優(yōu)質(zhì)鋼3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)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，尤其是低溫韌性。二、鋼的編號(hào)

鋼號(hào)用屈服強(qiáng)度表示。這類鋼主要用于制造一般的機(jī)械零件和工程構(gòu)件。1）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q235AF、Q235BZ、Q345C、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+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法鎮(zhèn)靜鋼—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。凝固前產(chǎn)生大量CO氣泡，引起沸騰。2）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)P、S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。鋼號(hào)用兩位數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳量的萬(wàn)分之幾。45—表示含碳量是萬(wàn)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3）碳素工具鋼碳素工具鋼含碳量為0.65-1.35%，可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。常用牌號(hào)有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。T+XX碳含量千分之幾4）合金結(jié)構(gòu)鋼其鋼號(hào)的表示方法為：兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字。如：50Mn、40Cr、35SiMn、40Cr2Mo4V、60Si2Mn、38CrMoAl含量≤1.5%，不標(biāo)出數(shù)字；≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%.....以2、3、4標(biāo)出鋼中的V、Ti、Al、B、RE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。表示含碳量是萬(wàn)分之幾合金元素的平均含量的百分?jǐn)?shù)50Mn含碳量：0.50%；含Mn量：0.70%~1.00%

wC=0.20%、wMn=1.0~1.3%、wV=0.07%~0.12%、wB=0.001%~0.005%20MnVB5）合金工具鋼牌號(hào)由數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字組成。合金元素的平均含量的百分?jǐn)?shù)，小于1.5％時(shí)，不標(biāo)數(shù)字。用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，超過(guò)1.0％時(shí)不標(biāo)。9SiCr—表示平均含碳量為0.9％且平均含硅量、含鉻量均＜1.5％的合金工具鋼。Cr12MoV—表示平均含碳量不小于1.0％、鉻平均含量為12％且鉬和釩平均含量均小于1.5％的合金工具鋼。高碳0.7～1.5%:鎢18%:鉻4%:釩1.5%:保證高硬度退火狀態(tài)下形成M6C碳化物,在560℃左右回火時(shí),彌散析出W2C,

造成二次硬化,提高鋼的紅硬性。形成Cr23C6碳化物;提高鋼的淬透性。形成VC,硬度極高,

提高鋼的硬度和耐磨性,產(chǎn)生二次硬化。W18Cr4V

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、滾柱的專用鋼種。含碳在0.95%-1.1%，合金元素主要是鉻。常用牌號(hào)有GCr9、GCr15，含0.90-1.25%Cr、1.4-1.65%Cr。6)滾動(dòng)軸承鋼，GCr+數(shù)字Cr含量的千分之幾7)不銹鋼和耐熱鋼數(shù)字+合金元素+數(shù)字平均含碳量萬(wàn)分之幾95Cr18wc≤0.08%以06表示06Cr19Ni10；wc≤0.03%以022表示022Cr19Ni10；wc≤0.01%以008表示008Cr30Mo2。合金元素百分?jǐn)?shù)※特例：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)片狀團(tuán)絮狀球狀蠕蟲狀三、鑄鐵分類四、純銅及銅合金分類

工業(yè)純銅：一號(hào)銅（99.95%Cu）、二號(hào)銅（99.90%Cu），三號(hào)銅（99.7%Cu）其代號(hào)分別為T1、T2、T3。

無(wú)氧銅：含氧量極低，不大于0.003%，其代號(hào)有Tu1，Tu2

脫氧銅：TuP、TuMn，“u”是“無(wú)”漢語(yǔ)拼音字首。紫銅、白銅、黃銅、青銅五、鋁及鋁合金分類LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNA1Fe3C鐵碳相圖4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ合金①：共析鋼727℃時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：

γS(αP＋Fe3C)=P123常溫下的組織構(gòu)成：

P合金①

：共析鋼的結(jié)晶過(guò)程計(jì)算室溫珠光體中鐵素體和滲碳體的相對(duì)含量？LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNHA1Fe3C4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ0.008WF=SK/PK=[(6.69－0.77)/（6.69-0.0008）]×100%=88.5%WFe3C=1－88.5%=11.5%合金②

：亞共析鋼(0.4%C)常溫下的組織構(gòu)成：

F先共析＋P合金②：亞共析鋼(0.4%C)的結(jié)晶過(guò)程+Fe3CⅢGSPABJH0.02186.690.77727℃F+Fe3C相區(qū)0.4計(jì)算WC=0.4%鋼中的組織組成物

WF先=[(0.77－0.40)/(0.77－0.0218)]×100%=49.5%WP=1－49.5%=50.5%

——先共析F和P的含量？Fe3C0.02186.690.77727℃F+Fe3C相區(qū)0.4計(jì)算相組成物

——鐵素體和Fe3C的含量？室溫Wa

=[(6.69－0.40)/(6.69-0.0008)]×100%=(6.69－0.40)/6.69×100%=94.0%WFe3C=1－94.0%=6.0%Kγ1.0→γ0.77+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ相構(gòu)成：a+Fe3C組織構(gòu)成：Fe3CⅡ+P晶界處網(wǎng)狀分布合金③：過(guò)共析鋼(1.0%C)的結(jié)晶過(guò)程合金③：過(guò)共析鋼(1.0%C)的結(jié)晶過(guò)程γ+Fe3CⅡP+Fe3CⅡFeFe3CSQP