布氏硬度和洛氏硬度对照表

―开始‖―终了‖线，组织为珠光体

冷却速度过―开始‖―终止‖线，组织为珠光体和马氏体 冷却速度不过珠光体区，则为M §3 钢的热处理工艺

热处理: 整体热处理: 退火 正火 淬火 回火

表面热处理: 表面淬火 化学热处理—渗碳 渗氮

一 退火

将钢件加热到高于或低于钢的临界点,保温一定时间,随后在炉内或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却,以获得接近平衡的组织,这种工艺叫— 目的: 1) 降低硬度—切削加工

2) 细化晶粒,改善组织—提高机械性能 3) 消除内应力—淬火准备

4) 提高塑性,韧性—冷冲压, 冷拉拔 1 完全退火:将钢加热到Ac3以上30~50℃,保温一定时间后,缓慢冷却以获得接近平衡状态组织(P+F)的热处理工艺.

目的:通过完全重结晶,使锻,铸,焊件降低硬度,便于切削加工,同时可消除内应力,使A充分转变成正常的F和P. 应用: 亚共析钢 * 不能用于共析钢,∵在Accm以上缓冷,会析出网状渗碳体(Fe3CⅡ),脆性↑ 2 不完全退火:将共析钢或过共析钢加热到Ac1以上20~30℃,适当保温,缓慢冷却的热处理工艺-- 又叫球化退火.

目的:使珠光体组织中的片状渗碳体转变为粒状或球状,这种组织能将低硬度,改善切削加工性.并为以后淬火做准备.减小变形和开裂的倾向.

应用:共析钢,过共析钢(球化退火)

3 等温退火：将钢件加热到Ac3A（亚共析钢）或Ac1(共析钢或过共析钢)以上,保温后较快地冷却到稍低于Ar1的温度,再等温处理,A转变成P后,出炉空冷. 目的: 节省退火时间,得到更均匀的组织,性能. 应用: 合金工具钢,高合金钢

4 去应力退火:将钢加热到Ac1以下某一温度(约500~650℃)保温后缓冷. (又叫低温退火) 目的:消除内应力 应用:铸,锻,焊

*不发生相变,重结晶 例子:杯裂

5 再结晶退火:将钢件加热到再结晶温度以上150~250℃,即650~750℃,保温,空冷. 目的: 发生再结晶,消除加工硬化. 应用: 冷扎,冷拉,冷压等 * 可能相变

6 扩散退火: 均匀化退火,高温进行 目的:消除偏析,应用:铸件 二 正火

钢件加热到Ac3(亚)或Accm(过共)以上30~50℃,保温,空冷

* 正火作用与退火相似,区别是正火冷速快,得到非平衡的珠光体组织,细化晶粒,效果好,能得到片层间距较小的珠光体组织. 与退火对比

含碳量 碳素结构钢 (HB) 碳素工具钢(HB) 工艺 ≤0.25 0.25~0.65% 0.65~0.85% 0.7~1.3% 50-220 220-229 187-217(球化) 退火 ≤150 1 56-228 230-280 229-341 正火 ≤156 1实践表明:工件硬度HB170-230时,对切削有利

正火目的:1 提高机械性能 2 改善切削加工性

3 为淬火作组织准备—大晶粒易开裂

对于过共析钢,正火能减少二次渗碳体的析出,使其不形成连续的网状结构,有利于缩短过共析钢的球化退火过程,经正火和球化退火的过共析钢有较高的韧性,淬火就不易开裂,用于生产过共析钢的工具的工艺路线: 锻造—正火—球化退火—切削加工—淬火, 回火—磨 低碳钢,正火代替退火,中C钢: 正火代调质(但晶粒不均) 三 淬火

将钢件加热到Ac3(亚)或Ac1(过)以上30-50℃,经过保温,然后在冷却介质中迅速冷却,以获得高硬度组织的一种热处理工艺.

目的:提高硬度,耐磨性

应用:工具,模具,量具,滚动轴承. 组织:马氏体.下贝氏体

淬火冷却:决定质量,理想冷却速度两头慢中间快.减少内应力. 1 常用淬火法:

1) 单液淬火(普通淬火):在一种淬火介质中连续冷却至室温.如碳钢水冷 缺点: 水冷,易变形,开裂. 油冷:易硬度不足,或不均 优点: 易作,易自动化.

2) 双液淬火:先在冷却能力较强的介质中冷却到300℃左右,再放入冷却到冷却能力较弱的介质中冷却,获得马氏体.

对于形状的碳钢件,先水冷,后空冷. 优点: 防低温时M相变开裂.

3) 分级淬火:工件加热后迅速投入温度稍高于Ms点的冷却介质中,(如言浴火碱浴槽中)停2-5分(待表面与心部的温差减少后再取出)取出空冷.

应用:小尺寸件(如刀具淬火) 防变形,开裂 优点: 工艺理想,操作容易 缺点: ∵在盐浴中冷却,速度不够大 ∴只适合小件

4) 等温淬火:将加热后的钢件放入稍高于Ms温度的盐浴中保温足够时间, 使其发生下贝氏体转变,随后空冷. 应用: 形状复杂的小零件,硬度较高,韧性好,防变形,开裂. 例子:螺丝刀(T7钢制造)

用淬火+低温回火 HRC55, 韧性不够,扭10°时易断 如用等温淬火, HRC55~58 韧性好, 扭90°不断

等温淬火后如有残余A,需回火, A-F. 如没有残余A,不需回火 缺点:时间长

2 钢的淬透性与淬硬性

淬透性:钢在淬火时具有获得淬硬层深度的能力.

淬硬性:在淬火后获得的马氏体达到的硬度,它的大小取决于淬火时溶解在奥氏体中的碳含量.

四 回火

将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,后冷却到室温的热处理工艺.

目的:消除淬火后因冷却快而产生的内应力,降低脆性,使其具有韧性,防止变形,开裂,调整机械性能.

1 低温回火:加热温度 150~250℃

组织: 回火马氏体—过饱和度小的α-固溶体,片状上分布细小ε-碳化物 目的: 消除内应力,硬度不降.HRC58~64 应用: 量具,刃具

低碳钢: 高塑性,韧性,较高强度配合 2 中温回火:加热温度 350~500℃

组织: 极细的球(粒)状Fe3C和F机械混合物. (回火屈氏体) 目的:减少内应力,提高弹性,硬度略降.

应用:(0.45~0.9%)弹簧,模具 高强度结构钢 3 高温回火:500~650℃

组织: 回火索氏体—较细的球(粒)状Fe3C和F机械混合物. 目的: 消除内应力,较高韧性,硬度更低. 应用: 齿轮,曲轴,连杆等(受交变载荷) 淬火+高温回火---调质

五 表面淬火

表面层淬透到一定深度而中心部仍保持原状态. 应用:既受摩擦,又受交变,冲击载荷的件. 目的:提高表面的硬度,有利的残余应力. 提高表面耐磨性,疲劳强度

加热方法:1 火焰: 单间小批局部,质量不稳 2 感应加热: 质量不稳 六 化学热处理

工件放在某种化学介质中加热,保温,使化学元素渗入工件表面,改善工件表面性能. 应用: 受交变载荷,强烈磨损,或在腐蚀,高温等条件下工作的工件.

渗C: 表面成高碳钢,细针状高碳马氏体(0.85~1.05%),心部又有高韧性的受力较大的齿轮,轴类件 固体渗碳, 液体渗碳,气体渗碳(常用:渗碳剂如甲醇+丙酮 900~930℃) 如: 低碳钢,表层:P+Fe3CⅡ 内部:P+F

热处理:淬火+低温回火 得到回火M(细小片状)+ Fe3CⅡ

表面含C: 0.85~1.05% 若表面含C低,得到低含C的回火M,硬度低 含C高,网状或大量块状渗C体,脆性↑ 渗N: 表面硬度,耐磨性,耐蚀性,疲劳强度↑ 温度: 500~570℃ 最后工序. 为保证内部性能,氮化前调质

优点: 氮化后不淬火,硬度高(>HV850),氮化层残余压应力,疲劳强度↑ 氮化物抗腐蚀. 温度低,变形小.

碳氮共渗: 硬度高,渗层较深,硬度变化平缓,具有良好的耐磨性,较小的表面脆性.

第二篇 铸 造

概述

一 什么是铸造?

将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法. 二 特点 1 优点:

1) 可以生产形状复杂的零件,尤其复杂内腔的毛坯(如暖气) 2) 适应性广,工业常用的金属材料均可铸造. 几克~几百吨. 3) 原材料来源广泛.价格低廉. 废钢,废件,切屑

4) 铸件的形状尺寸与零件非常接近,减少切削量,属少无切削加工. ∴ 应用广泛: 农业机械40~70% 机床:70~80%重量铸件 2 缺点:

1) 机械性能不如锻件(组织粗大,缺陷多等) 2) 砂性铸造中,单件,小批,工人劳动强度大.

3) 铸件质量不稳定,工序多,影响因素复杂,易产生许多缺陷.

铸造的缺陷对铸件质量有着重要的影响,因此,我们从铸件的质量入手,结合铸件主要缺陷的形成与防止,为选择铸造合金和铸造方法打好基础.

第一章 铸造工艺基础 §1 液态合金的充型

充型: 液态合金填充铸型的过程.

充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力 充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件. 冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降. 一 合金的流动性

液态金属本身的流动性----合金流动性 1 流动性对铸件质量影响

1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件.

2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除. 3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩. 2 测定流动性的方法:

以螺旋形试件的长度来测定: 如 灰口铁:浇铸温度1300℃ 试件长1800mm. 铸钢: 1600℃ 100mm 3 影响流动性的因素 主要是化学成分:

1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小 2) 共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大.

3) 非共晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生数枝状晶阻碍液流

二 浇注条件

1 浇注温度: t↑ 合金粘度下降,过热度高. 合金在铸件中保持流动的时间长, ∴ t↑ 提高充型能力. 但过高,易产生缩孔,粘砂,气孔等,故不宜过高 2 充型压力: 液态合金在流动方向上所受的压力↑ 充型能力↑ 如 砂形铸造---直浇道,静压力. 压力铸造,离心铸造等充型压力高. 三 铸型条件

1 铸型结构: 若不合理,如壁厚小, 直浇口低, 浇口小等 充↓ 2 铸型导热能力: 导热↑ 金属降温快,充↓ 如金属型 3 铸型温度: t↑ 充↑ 如金属型预热

4 铸型中气体: 排气能力↑ 充↑ 减少气体来源,提高透气性, 少量气体在铸型与金属液之间形成一层气膜,减少流动阻力,有利于充型.

§2 铸件的凝固和收缩

1

2 3

铸件的凝固过程如果没有合理的控制,铸件易产生缩孔,缩松

一 铸件的凝固 1 凝固方式:

铸件凝固过程中,其断面上一般分为三个区: 1—固相区 2—凝固区 3—液相区 对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄,依此划分凝固方式. 1) 逐层凝固:

纯金属,共晶成分合金在凝固过程中没有凝固区,断面液,固两相由一条界限清楚分开,随温度下降,固相层不断增加,液相层不断减少,直达中心. 2) 糊状凝固

合金结晶温度范围很宽,在凝固某段时间内,铸件表面不存在固体层,凝固区贯穿整个断面,先糊状,后固化.故--- 3) 中间凝固

大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间. 2 影响铸件凝固方式的因素 1) 合金的结晶温度范围

范围小: 凝固区窄,愈倾向于逐层凝固

如: 砂型铸造, 低碳钢 逐层凝固, 高碳钢 糊状凝固 2) 铸件的温度梯度

合金结晶温度范围一定时,凝固区宽度取决于铸件内外层的温度梯度. 温度梯度愈小,凝固区愈宽.(内外温差大,冷却快,凝固区窄) 二 合金的收缩

液态合金从浇注温度至凝固冷却到室温的过程中,体积和尺寸减少的现象---.是铸件许多缺陷(缩孔,缩松,裂纹,变形,残余应力)产生的基本原因. 1 收缩的几个阶段

1) 液态收缩: 从金属液浇入铸型到开始凝固之前. 液态收缩减少的体积与浇注温度质开始凝固的温度的温差成正比.

2) 凝固收缩: 从凝固开始到凝固完毕. 同一类合金,凝固温度范围大者,凝固体积收缩率大.如: 35钢,体积收缩率3.0%, 45钢 4.3%

3) 固态收缩: 凝固以后到常温. 固态收缩影响铸件尺寸,故用线收缩表示.