第10章 工程材料 金屬學課件

§9.3表面化學熱處理1.定義：將金屬或合金工件放入含有某種活性原子的化學介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴散滲入工件一定深度的表層，改變其化學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熱處理。又稱表面合金化。2.特點：和表面淬火不同，化學熱處理后的工件表面不僅有組織的變化，而且也有化學成分的變化。3.目的提高金屬表面的強度、硬度和耐磨性如滲氮、滲硼等提高材料疲勞強度如滲氮、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.化學熱處理三個基本過程化學熱處理的一般過程通常是由分解、吸附和擴散三個基本過程組成。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)部擴散。鋼的分類和編號一、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、車輛等機械制造用鋼滲碳鋼、滾動軸承鋼、彈簧鋼等刃具鋼模具鋼量具鋼2．按化學成分分類低合金鋼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，磷具有很強的固溶強化作用，它使鋼的強度、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

鋼號用屈服強度表示。這類鋼主要用于制造一般的機械零件和工程構(gòu)件。1）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q235AF、Q235BZ、Q345C、Q345C、質(zhì)量等級：A到E(S、P含量)F：沸騰鋼；Z：鎮(zhèn)靜鋼Q+屈服點數(shù)值+質(zhì)量等級+脫氧方法鎮(zhèn)靜鋼—脫氧完全鋼。組織致密，成分均勻，力學性能好。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械零件。鋼號用兩位數(shù)字表示，數(shù)字表示含碳量的萬分之幾。45—表示含碳量是萬分之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)鋼其鋼號的表示方法為：兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字。如：50Mn、40Cr、35SiMn、40Cr2Mo4V、60Si2Mn、38CrMoAl含量≤1.5%，不標出數(shù)字；≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%.....以2、3、4標出鋼中的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，所以也要標出。表示含碳量是萬分之幾合金元素的平均含量的百分數(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）合金工具鋼牌號由數(shù)字+元素符號+數(shù)字組成。合金元素的平均含量的百分數(shù)，小于1.5％時，不標數(shù)字。用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分數(shù)，超過1.0％時不標。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,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

滾動軸承鋼是制造滾動軸承的內(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。常用牌號有GCr9、GCr15，含0.90-1.25%Cr、1.4-1.65%Cr。6)滾動軸承鋼，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。合金元素百分數(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：一號銅（99.95%Cu）、二號銅（99.90%Cu），三號銅（99.7%Cu）其代號分別為T1、T2、T3。

無氧銅：含氧量極低，不大于0.003%，其代號有Tu1，Tu2

脫氧銅：TuP、TuMn，“u”是“無”漢語拼音字首。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)晶過程計算室溫珠光體中鐵素體和滲碳體的相對含量？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)晶過程+Fe3CⅢGSPABJH0.02186.690.77727℃F+Fe3C相區(qū)0.4計算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：過共析鋼(1.0%C)的結(jié)晶過程合金③：過共析鋼(1.0%C)的結(jié)晶過程γ+Fe3CⅡP+Fe3CⅡFeFe3CSQP