第10章 工程材料 金属学课件

§9.3表面化学热处理1.定义：将金属或合金工件放入含有某种活性原子的化学介质中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变其化学成分和组织并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。又称表面合金化。2.特点：和表面淬火不同，化学热处理后的工件表面不仅有组织的变化，而且也有化学成分的变化。3.目的提高金属表面的强度、硬度和耐磨性如渗氮、渗硼等提高材料疲劳强度如渗氮、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系数如渗硫等提高金属表面的耐蚀性

如渗氮、渗铝等4.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分解、吸附和扩散三个基本过程组成。①

介质分解出渗入元素的活性原子，如：CH4→2H2+[C]2NH3→3H2+2[N]②零件表面吸收活性原子，进入晶格内形成固溶体或化合物。③在一定温度下原子由表面向内部扩散。钢的分类和编号一、钢的分类第10章工程材料1．按用途分类不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。1）结构钢2）工具钢

3）特殊性能钢:工程结构钢船舶、桥梁、车辆等机械制造用钢渗碳钢、滚动轴承钢、弹簧钢等刃具钢模具钢量具钢2．按化学成分分类低合金钢Me<5%中合金钢Me=5~10%高合金钢Me>10%1）碳素钢

2）合金钢低碳钢C<0.25%中碳钢C=0.25~0.6%高碳钢C>0.6%3．按显微组织分

P、B、M、A钢1）平衡态或退火态组织

2）正火组织亚共析钢共析钢过共析钢3）室温组织铁素体钢奥氏体钢双相钢添加合金元素4.按品质分类

P、S<0.030%1）普通钢2）优质钢3）高级优质钢：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，尤其是低温韧性。二、钢的编号

钢号用屈服强度表示。这类钢主要用于制造一般的机械零件和工程构件。1）碳素结构钢和低合金高强度结构钢Q235AF、Q235BZ、Q345C、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+质量等级+脱氧方法镇静钢—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。凝固前产生大量CO气泡，引起沸腾。2）优质碳素结构钢60、65、70—淬火+中温回火，制造弹簧。

有害杂质P、S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。钢号用两位数字表示，数字表示含碳量的万分之几。45—表示含碳量是万分之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3）碳素工具钢碳素工具钢含碳量为0.65-1.35%，可制造低速切削的刀具和普通模具、量具。常用牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、T12A、T13等。T+XX碳含量千分之几4）合金结构钢其钢号的表示方法为：两位数字+元素符号+数字。如：50Mn、40Cr、35SiMn、40Cr2Mo4V、60Si2Mn、38CrMoAl含量≤1.5%，不标出数字；≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%.....以2、3、4标出钢中的V、Ti、Al、B、RE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。表示含碳量是万分之几合金元素的平均含量的百分数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）合金工具钢牌号由数字+元素符号+数字组成。合金元素的平均含量的百分数，小于1.5％时，不标数字。用一位数字表示平均含碳量的千分数，超过1.0％时不标。9SiCr—表示平均含碳量为0.9％且平均含硅量、含铬量均＜1.5％的合金工具钢。Cr12MoV—表示平均含碳量不小于1.0％、铬平均含量为12％且钼和钒平均含量均小于1.5％的合金工具钢。高碳0.7～1.5%:钨18%:铬4%:钒1.5%:保证高硬度退火状态下形成M6C碳化物,在560℃左右回火时,弥散析出W2C,

造成二次硬化,提高钢的红硬性。形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。形成VC,硬度极高,

提高钢的硬度和耐磨性,产生二次硬化。W18Cr4V

刃具钢

滚动轴承钢是制造滚动轴承的内、外套圈和滚珠、滚柱的专用钢种。含碳在0.95%-1.1%，合金元素主要是铬。常用牌号有GCr9、GCr15，含0.90-1.25%Cr、1.4-1.65%Cr。6)滚动轴承钢，GCr+数字Cr含量的千分之几7)不锈钢和耐热钢数字+合金元素+数字平均含碳量万分之几95Cr18wc≤0.08%以06表示06Cr19Ni10；wc≤0.03%以022表示022Cr19Ni10；wc≤0.01%以008表示008Cr30Mo2。合金元素百分数※特例：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）。

石墨形态片状团絮状球状蠕虫状三、铸铁分类四、纯铜及铜合金分类

工业纯铜：一号铜（99.95%Cu）、二号铜（99.90%Cu），三号铜（99.7%Cu）其代号分别为T1、T2、T3。

无氧铜：含氧量极低，不大于0.003%，其代号有Tu1，Tu2

脱氧铜：TuP、TuMn，“u”是“无”汉语拼音字首。紫铜、白铜、黄铜、青铜五、铝及铝合金分类LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNA1Fe3C铁碳相图4.32.111148℃727℃0.770.02186.691495℃L+δ合金①：共析钢727℃时发生共析转变：

γS(αP＋Fe3C)=P123常温下的组织构成：

P合金①

：共析钢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？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

：亚共析钢(0.4%C)常温下的组织构成：

F先共析＋P合金②：亚共析钢(0.4%C)的结晶过程+Fe3CⅢGSPABJH0.02186.690.77727℃F+Fe3C相区0.4计算WC=0.4%钢中的组织组成物

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相区0.4计算相组成物

——铁素体和Fe3C的含量？室温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相构成：a+Fe3C组织构成：Fe3CⅡ+P晶界处网状分布合金③：过共析钢(1.0%C)的结晶过程合金③：过共析钢(1.0%C)的结晶过程γ+Fe3CⅡP+Fe3CⅡFeFe3CSQP