第10章 工程材料金属学课件

1、9.3 表面化学热处理表面化学热处理1.1.定义定义：将金属或合金工件放入含有将金属或合金工件放入含有某种活性原子的化某种活性原子的化学介质学介质中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，定深度的表层，改变改变其其化学成分和组织化学成分和组织并获得与心部并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。又称表面合不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。又称表面合金化。金化。2.2.特点：特点：和和表面淬火表面淬火不同，化学热处理后的工件表面不不同，化学热处理后的工件表面不仅有组织的变化，而且也有仅有组织的变化，而且也有化学成分化学成分的变化。的变化

2、。3.3.目的目的 提高金属表面的强度、硬度和耐磨性提高金属表面的强度、硬度和耐磨性 如渗氮、渗硼等如渗氮、渗硼等 提高材料疲劳强度提高材料疲劳强度 如渗氮、渗碳、渗铬等如渗氮、渗碳、渗铬等 使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数系数 如渗硫等如渗硫等 提高金属表面的耐蚀性提高金属表面的耐蚀性 如渗氮、渗铝等如渗氮、渗铝等4. 化学热处理三个基本过程化学热处理三个基本过程 化学热处理的一般过程通常是由化学热处理的一般过程通常是由分解、吸附和扩散分解、吸附和扩散三个三个基本过程组成。基本过程组成。 介质分解出渗入元素的活性原子介质

3、分解出渗入元素的活性原子，如：，如：CH42H2+C 2NH33H2+2N 零件表面吸收活性原子，进入晶格内形成固溶体或化合物。零件表面吸收活性原子，进入晶格内形成固溶体或化合物。 在一定温度下原子在一定温度下原子由表面向内部扩散由表面向内部扩散。钢的分类和编号钢的分类和编号一、钢的分类一、钢的分类第第10章章 工程材料工程材料1 1按用途分类按用途分类不锈钢、耐热钢、耐磨钢等不锈钢、耐热钢、耐磨钢等 。1 1）结构钢）结构钢2 2）工具钢）工具钢 3 3）特殊性能钢）特殊性能钢: : 工程结构钢工程结构钢 船舶、桥梁、车辆等船舶、桥梁、车辆等机械制造用钢机械制造用钢 渗碳钢、滚动轴承钢、弹簧

4、钢等渗碳钢、滚动轴承钢、弹簧钢等刃具钢刃具钢 模具钢模具钢量具钢量具钢2 2按化学成分分类按化学成分分类低合金钢低合金钢 Me 10%1 1）碳素钢）碳素钢 2 2）合金钢）合金钢低碳钢低碳钢 C 0.6%3 3按显微组织分按显微组织分 P P、B B、M M、A A钢钢1 1）平衡态或退火态组织）平衡态或退火态组织 2 2）正火组织）正火组织亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢3 3）室温组织）室温组织铁素体钢铁素体钢奥氏体钢奥氏体钢双相钢双相钢添加合金元素4. 4. 按品质分类按品质分类 P、S 0.030%1 1）普通钢）普通钢2 2）优质钢）优质钢3 3）高级优质钢：）高级优质

5、钢：S：使合金产生热裂、热脆缺陷P：使合金产生冷裂、冷脆缺陷P 0.045% S 0.055%P 0.040% S 0.045%离异共晶FeS位于晶界，(Fe+FeS)共晶温度低于热加工温度。磷在铁中具有较大的溶解度，磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显著提高，但剧烈地降低钢的韧性，但剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性尤其是低温韧性。二、钢的编号二、钢的编号 钢号用钢号用屈服强度屈服强度表示。这类钢主要用于制造一般的表示。这类钢主要用于制造一般的机械零件和工程构件。机械零件和工程构件。1 1）碳素结构钢和低合金高强度结构钢）碳素结构钢和低合金高强度结构钢Q235AF、Q235BZ、Q

6、345C、 Q345C、质量等级：A到E(S、P含量)F：沸腾钢；Z：镇静钢Q+屈服点数值屈服点数值+质量等级质量等级+脱氧方法脱氧方法镇静钢脱氧完全钢。脱氧完全钢。组织致密，成分均匀，力学性能好。沸腾钢脱氧不完全钢。脱氧不完全钢。凝固前产生大量CO气泡，引起沸腾。2 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢60、65、70 淬火+中温回火，制造弹簧。 有害杂质有害杂质P P、S S含量较低，钢的质量较好，主要用于制造含量较低，钢的质量较好，主要用于制造各种较重要的机械零件。各种较重要的机械零件。钢号用两位数字表示钢号用两位数字表示，数字表示含，数字表示含碳量的万分之几。碳量的万分之几。45 表示含

7、碳量是万分之45（0.45%）08 - 0.08%调质处理。制造齿轮、连杆、凸轮和轴类零件。冲压件冲压件 3 3）碳素工具钢）碳素工具钢 碳素工具钢含碳量为碳素工具钢含碳量为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。 常用牌号有常用牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。等。T + XX碳含量千分之几碳含量千分之几4 4）合金结构钢）合金结构钢 其钢号的表示方法为：其钢号的表示方法为：两位数字两位数字+ +元素符号元素符号+ +数字数字。如：如：50Mn、40Cr 、35SiMn、40Cr2Mo4V、6

8、0Si2Mn、38CrMoAl 含量含量1.5%1.5%，不标出数字；，不标出数字；1.5%1.5%、2.5%2.5%、3.5%.3.5%.以以2 2、3 3、4 4标出标出 钢中的钢中的V V、TiTi、AlAl、B B、RERE等合金元素，虽然含量低，但是在钢等合金元素，虽然含量低，但是在钢中能起重要的作用，所以也要标出。中能起重要的作用，所以也要标出。表示含碳量是万分之几表示含碳量是万分之几合金元素的平均含合金元素的平均含量的百分数量的百分数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）合金工具钢）合金工具钢牌号由牌号由数字数字+元素符号元素符号+数字数字组成。组成。合金元素的平均含量的合金元素的平均含量的百分数百分数，小于小于1.5时，不标数字。时，不标数字。用一位数字表示平均含碳量的用一位数字表示平均含碳量的千分千分数数，超过超过1.0时不标时不标。9SiCr表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.9且平均含硅量、含铬量均且平均含硅量、含铬量均1.5的的合金工具钢。合金工具钢。Cr12MoV表示平均含碳量不小于表示平均含碳量不小于1.0、铬平均含量为、铬平均含量为12且钼且钼和钒平均含量均小于和钒平均含量均小于1.5的合金工

10、具钢。的合金工具钢。v高碳高碳 0.71.5%:v钨钨 18%:v铬铬 4%:v钒钒1.5%: 保证高硬度保证高硬度退火状态下形成退火状态下形成M6C碳化物碳化物,在在560左右回火时左右回火时, 弥散析出弥散析出W2C, 造成二造成二次硬化次硬化, 提高钢的红硬性提高钢的红硬性。形成形成Cr23C6碳化物碳化物;提高钢的淬透性提高钢的淬透性。形成形成VC, 硬度极高硬度极高, 提高钢的硬度和耐提高钢的硬度和耐磨性磨性, 产生二次硬化。产生二次硬化。W18Cr4V 刃具钢刃具钢 滚动轴承钢是制造滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚柱滚动轴承钢是制造滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚柱的专用钢种。含碳在的

11、专用钢种。含碳在0.95% - 1.1%，合金元素主要是铬。，合金元素主要是铬。常常用牌号有用牌号有GCr9、GCr15，含含0.90-1.25% Cr、1.4-1.65%Cr。6) 滚动轴承钢滚动轴承钢，GCr + 数字数字CrCr含量的千分之几含量的千分之几7) 7) 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢数字数字 + 合金元素合金元素 + 数字数字平均含碳量平均含碳量万分之几万分之几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数百分数特例：特例

12、： 白口铸铁（BT100）、灰铸铁（HT200）、可锻铸铁（KT350）、球墨铸铁（QT400）和蠕墨铸铁（RuT420）。 石墨形态石墨形态片状 团絮状 球状蠕虫状 三、三、 铸铁分类铸铁分类四、纯铜及铜合金分类四、纯铜及铜合金分类 工业纯铜：一号铜（工业纯铜：一号铜（99.95%Cu）、二号铜（）、二号铜（99.90%Cu），三号铜），三号铜（99.7%Cu） 其代号分别为其代号分别为T1、T2、T3。 无氧铜：含氧量极低，不大于无氧铜：含氧量极低，不大于0.003%，其代号有，其代号有Tu1，Tu2 脱氧铜：脱氧铜：TuP、TuMn，“u”是是“无无”汉语拼音字首。汉语拼音字首。紫铜、白

13、铜、黄铜、青铜紫铜、白铜、黄铜、青铜 五、铝及铝合金分类五、铝及铝合金分类LL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGKFDABC%FeT JNA1Fe3C铁碳相图铁碳相图4.32.1111487270.770.02186.691495L+合金合金：共析钢共析钢727时发生共析转变：时发生共析转变： S (PFe3C) = P123常温下的组织常温下的组织构成：构成： P合金合金 ：共析钢：共析钢的结晶过程的结晶过程计算室温珠光体中铁素体和渗碳体的相对含量？计算室温珠光体中铁素体和渗碳体的相对含量？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 ：亚共析钢：亚共析钢(0.4%C)常温下的组织构成：常温下的组织构成： F先共析先共析 P合金合金 ：亚共析钢亚共析钢(0.4%C)的结晶过程的结晶过程 +Fe3CGSPABJH0.02186.690.77727F + Fe3C 相相 区区0.4计算计算WC=0.4%钢中的钢中的组织组成物组织组成物 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 区区0.4计算计算相组成物相组成物 铁素体铁素体 和和 Fe3C 的含量？的含量？室温室温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相构成：相构成：a+ Fe3C组织构成：组织构成： Fe3C+P晶界处网状分布合金合金 ：过共析钢过共析钢( 1.0%C )的结晶过程的结晶过程合金合金 ：过共析钢过共析钢( 1.0%C )的结晶过程的结晶过程+FeFe3 3C CP+ +FeFe3 3C CFeFeFeFe3 3CCSQPNKJHGFEDCBA+ + FeFe3 3C C+L+L+