金属材料及热处理-讲义

金属材料与热处理让我们首先学习一下基础知识吧。。。。。。回主页返回下一页上一页

金属材料的分类

常用热处理方法一、基础知识回主页返回下一页上一页金属材料金属材料的分类钢铁材料—由铁或以铁为主而形成的物质。非铁材料—除钢铁材料以外的其它金属材料。回主页返回下一页上一页钢铁材料钢铸铁非合金钢合金钢灰铸铁可锻铸铁金属材料的分类球墨铸铁蠕墨铸铁Wc=0.0218～2.11%Wc>2.11%回主页返回下一页上一页非合金钢（碳素钢）的分类一、按碳的质量分数：1、低碳钢：Wc≤0.25%2、中碳钢：0.25%<Wc<0.6%3、高碳钢:0.6%≤Wc<2.11%回主页返回下一页上一页非合金钢（碳素钢）的分类

二、按钢的用途分：1、结构钢—主要用于制造各种机械零件和工程结构件。其含碳量一般小于0.7%。2、工具钢—主要用于制造各种刀具、量具和模具。其含碳量一般大于0.7%。回主页返回下一页上一页合金钢分类一、按用途分合金结构钢—用于制造机械零件和工程构件的钢。合金工具钢—用于制造各种工具的钢。不锈钢—指用来抵抗大气腐蚀或能抵抗酸、碱、盐等化学介质腐蚀的钢。耐热钢—高温下不发生氧化，并且具有较高热强性的钢。耐磨钢—用于工作时受到剧烈的冲击或较大压力作用、摩擦磨损严重的机械零件。回主页返回下一页上一页合金钢分类二、按合金元素总含量分低合金钢：合金元素总量<5%中合金钢：合金元素总量5%～10%高合金钢：合金元素总量>10%回主页返回下一页上一页非铁材料铜及其合金非铁材料(有色金属)的分类铝及其合金钛及其合金轴承合金回主页返回下一页上一页一、铜及其合金1、纯铜2、黄铜—以锌为主加元素的铜合金。3、白铜—以镍为主加元素的铜合金。4、青铜—除黄铜的白铜以外的铜合金。非铁材料(有色金属)的分类回主页返回下一页上一页二、铝及其合金1、纯铝2、变形铝合金3、铸造铝合金非铁材料(有色金属)的分类回主页返回下一页上一页铝合金的分类形变铝合金铸造铝合金不能热处理强化铝合金能热处理强化铝合金硬铝越硬铝锻铝防锈铝铝硅合金铝铜合金铝镁合金铝锌合金回主页返回下一页上一页常用铝合金（1）变形铝合金防锈铝合金—LF2（5A02）硬铝合金——LY12（2A12）超硬铝合金—LC4（7A04）锻铝合金——LD8（2A80）（2）铸造铝合金

Al-Si系合金—ZL101、102Al-Cu系合金—ZL201、202Al-Mg系合金—ZL301Al-Zn系合金—ZL401回主页返回下一页上一页铝及铝合金的组别分类组别牌号系列组别牌号系列纯铝（铝含量不小于99.00%）1×××以镁和硅为主要合金元素铝合金6×××以铜为主要合金元素的铝合金2×××以锌为主要合金元素的铝合金7×××以锰为主要合金元素的铝合金3×××以其它合金元素为主要元素的铝合金8×××以硅为主要合金元素的铝合金4×××备用合金组9×××以镁为主要合金元素的铝合金5×××

回主页返回下一页上一页硬质合金的分类1、钨钴类硬质合金2、钨钴钛类硬质合金3、通用硬质合金(万能)回主页返回下一页上一页热处理概念热处理工艺热处理分类常用热处理方法回主页返回下一页上一页常用热处理方法将固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温、冷却以获得所需的组织结构与性能的工艺。一、热处理的概念二、热处理的工艺热处理的方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温、冷却三个阶段组成的，如图所示。回主页返回下一页上一页二、热处理的工艺回主页返回下一页上一页三、热处理分类常用热处理方法整体热处理表面热处理退火、正火、调质淬火、回火表面淬火化学热处理时效—人工时效自然时效固溶处理渗碳、渗氮碳氮共渗渗金属回主页返回下一页上一页钢在加热和冷却时的相变临界点

回主页返回下一页上一页一、退火整体热处理1、定义—将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。2、目的（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。（2）细化晶粒，均匀组织及成分，改善性能。（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。回主页返回下一页上一页二、正火1、定义—将钢加热到Ac3、Accm以上30～500C，保温一定时间，然后在空气中冷却的方法称为正火。2、目的—与退火基本相同细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。但正火冷却速度比退火稍快，故正火组织比退火细，强、硬度比退火高。整体热处理回主页返回下一页上一页三、淬火1、定义—将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。2、目的—获得马氏体组织，以提高钢的强度、硬度和耐磨性。它是强化钢材的重要手段。整体热处理回主页返回下一页上一页四、回火1、定义—钢件淬火后再加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。2、目的消除内应力,防止工件在使用过程中变形和开裂。通过回火提高钢的韧性，适当调整钢的强度和硬度，使工件具有较好的综合力学性能。减少或消除残余奥氏体，稳定组织和尺寸。整体热处理回主页返回下一页上一页五、调质1、定义—淬火+高温回火的复合热处理工艺。2、目的—使工件获得良好的综合力学性能。1、定义—将钢加热到1050～1100℃使碳化物完全溶入奥氏体内，然后水冷,获得单相奥氏体组织。六、固溶处理整体热处理2、目的—为了获得单相奥氏体组织。回主页返回下一页上一页一、表面淬火1、定义—仅对工件的表层进行淬火热处理方法。2、目的—使表层获得硬而耐磨的马氏体组织，而心部仍保持原来塑、韧性较好的退火、正火或调质状态的组织。表面热处理回主页返回下一页上一页表面淬火示意图回主页返回下一页上一页二、化学热处理（1）定义—将钢件在渗碳介质中加热、保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。（2）目的—提高钢件表层含碳量。使零件表面获得高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度和较高的塑性和韧性。表面热处理1、渗碳回主页返回下一页上一页（1）定义—在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理。（2）目的—是提高零件表层含氮量以增强表面硬度和耐磨性、提高疲劳强度和抗蚀性。2、渗氮（氮化）表面热处理回主页返回下一页上一页二、重点内容

常用材料的牌号、成分、性能、热处理及用途回主页返回下一页上一页非合金钢（碳素钢）回主页返回下一页上一页Q235-A.F（A3）名称及含义：表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢，属于普通碳素结构钢。成分:Wc=0.14%～0.22%.性能:既有较高的塑性又有适中的强度。热处理：这类钢常在热轧状态下使用。用途：普通碳素结构钢主要用于一般建筑、工程结构及普通机械零件。回主页返回下一页上一页槽钢角钢螺母螺钉20名称及含义：表示碳的平均质量分数Wc=0.2%的优质碳素结构钢。成分:Wc=0.2%.性能：强硬度低，塑韧性及焊接性能良好。热处理：渗碳+淬火+低温回火。用途：制作冲压件、焊接件、渗碳件及受力不大的机械零件。回主页返回下一页上一页冲压件无缝管焊接件回主页返回下一页上一页45名称及含义：表示碳的平均质量分数Wc=0.45%的优质碳素结构钢。成分:Wc=0.45%.性能：具有较高的强、硬度,切削性能良好。热处理：淬火+高温回火。用途：制作受力较大的机械零件，如齿轮、连杆、曲轴、联轴器等。回主页返回下一页上一页齿轮联轴器回主页返回下一页上一页65Mn名称及含义：表示含锰量较高的优质碳素结构钢，其碳的平均质量分数Wc=0.65%的。成分:Wc=0.65%.性能：具有较高的强、硬度及弹性，焊接性能不好，切削性能差。热处理：淬火+中温回火。用途：主要用于制造尺寸较小的弹簧、弹性零件及耐磨零件。如：气门弹簧、弹簧垫圈等。回主页返回下一页上一页汽门弹簧弹簧垫圈回主页返回下一页上一页T12名称及含义：表示碳的平均质量分数Wc=1.2%的高级优质碳素工具钢。成分:Wc=1.2%.性能：具有高的硬度和耐磨性，韧性差。

热处理：淬火+低温回火。碳素工具钢主要用于制造刃部受热程度较低的、、、的用工具和、小进给量的机用工具。形状简单尺寸小精度低低速回主页返回下一页上一页锉刀钻头回主页返回下一页上一页解决这一问题的方法是：采用性能好的来制造。

淬透性差、热硬性低的碳素钢不能满足一些特殊性能的要求。合金钢回主页返回下一页上一页合金钢回主页返回下一页上一页20Cr、20CrMnTi名称：合金渗碳钢。成分:Wc=0.2%,WCr<1.5%。性能：外硬内韧，良好的淬透性。热处理：渗碳+淬火+低温回火。用途：主要用来制造有优良的耐磨性耐疲劳性，又能承受冲击载荷有作用的零件。回主页返回下一页上一页20CrMnTi含钒量WTi≤1.5%含铬量WMn≤

1.5%含钨量WCr≤

1.5%含碳量Wc≈

0.2%20CrMnTi回主页返回下一页上一页凸轮机构回主页返回下一页上一页变速齿轮回主页返回下一页上一页变速齿轮模型回主页返回下一页上一页40Cr、38CrMoAl名称：合金调质钢。成分:Wc=0.4%,WCr<1.5%性能：具有高的强度和良好的塑性、韧性，有很好的淬透性。热处理：40Cr淬火+高温回火。38CrMoAl钢：调质后氮化。用途：主要用来制造受力复杂的重要零件，如齿轮、连杆等。回主页返回下一页上一页38CrMoAl含钒量WAl≤1.5%含铬量WMo≤

1.5%含钨量WCr≤

1.5%含碳量Wc≈

0.38%38CrMOAl(氮化钢)回主页返回下一页上一页连杆齿轮回主页返回下一页上一页60Si2Mn名称：合金弹簧钢。性能：高的屈服点、弹性极限、疲劳强度，一定的塑性、韧性和淬透性。热处理：淬火+中温回火。用途：主要用于制造各种弹簧和弹性元件，如汽车、拖拉机上的减震板簧和螺旋弹簧。回主页返回下一页上一页60Si2Mn含铬量WMn

≤

1.5%含钨量WSi≈

2%含碳量Wc≈

0.60%60Si2Mn回主页返回下一页上一页火车螺旋弹簧汽车板簧回主页返回下一页上一页GCr15名称：滚动轴承钢。成分:Wc=0.95～1.1%,WCr=1.5%性能：高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性、足够的韧性和淬透性。热处理：球化退火+淬火+低温回火。用途：主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等。回主页返回下一页上一页滚动轴承结构回主页返回下一页上一页模具回主页返回下一页上一页量具回主页返回下一页上一页9SiCr名称：合金刃具钢。成分:Wc=0.9%,WCr<1.5%.WSi<1.5%性能：高的硬度和耐磨性、足够的强度和一定的韧性。热处理：淬火+低温回火。用途：主要用来制造刀刃细薄的低速切削刀具。回主页返回下一页上一页9

Si

Cr含铬量WCr≤1.5%含硅量WSi≤1.5%含碳量Wc0.9%9SiCr回主页返回下一页上一页丝锥板牙回主页返回下一页上一页W18Cr4V名称：高速工具钢。性能：高的硬度和耐磨性、足够的强度和一定的韧性,很高的热硬性(6000C)。热处理：高温淬火+多次高温回火。用途：主要用于制造切削速度较高的刀具和形状复杂载荷较大的成型刀具。回主页返回下一页上一页

W18Cr4V含钒量WV≤1.5%含铬量WCr≈

4%含钨量WW≈18%含碳量Wc=0.7~0.8%W18Cr4V回主页返回下一页上一页W18Cr4V钢淬火组织马氏体+残余A+剩余合金碳化物回主页返回下一页上一页W18Cr4V淬火+一次回火组织回主页返回下一页上一页回火马氏体+残余A+剩余合金碳化物W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织420

回主页返回下一页上一页回火马氏体+残余A+剩余合金碳化物刃具回主页返回下一页上一页车刀铣刀钻头回主页返回下一页上一页W6Mo5Cr4

V2含钒量WV≈

2%

含铬量WCr≈

4%含钨量WMo≈5%含钨量Ww≈6%

含碳量Wc=0.8~0.9%W6Mo5Cr4V2回主页返回下一页上一页齿轮铣刀回主页返回下一页上一页3Cr13名称：马氏体不锈钢。成分:Wc=0.3%,WCr=13%。性能：具有较高的强度和硬度，有抗大气、蒸气等介质腐蚀的能力。热处理：淬火+低温回火。用途：主要用于制造力学性能要求较高而在弱腐蚀介质中工作、耐蚀性要求较低的机械零件和工具。回主页返回下一页上一页不锈钢船用螺旋桨

不锈钢剪刀

回主页返回下一页上一页0Cr18Ni9(304)、1Cr18Ni9Ti(321)名称：奥氏体不锈钢。性能：具有较高的耐蚀性，塑性和低温韧性，以及高的加工硬化能力，无磁性，而且具有良好的焊接性能，是工业上应用最广泛的不锈钢。热处理：固溶处理。用途：主要用于制造强腐蚀介质中工作的设备及冷变形的低负荷零件，如吸收塔、酸槽、管道等。回主页返回下一页上一页0Cr18Ni9(304)0Cr18

Ni9

含镍量WNi≈9%含铬量WCr≈

18%含碳量Wc<0.08%回主页返回下一页上一页1Cr18Ni9Ti(321)1Cr18

Ni9

Ti含镍量WNi≈9%含铬量WCr≈

18%含碳量Wc≈0.1%含钛量WTi≤1.5%回主页返回下一页上一页大型化工储罐(304)管板换热器(304

)回主页返回下一页上一页不锈钢牌号对照表中国美国中国美国中国美国1Cr17Ni730100Cr17Ni14Mo2316L2Cr134201Cr18Ni93020Cr17Ni12Mo2N316N1Cr17Ni24310Cr18Ni93040Cr19Ni13Mo33177Cr17440A00Cr19Ni10304L00Cr19Ni13Mo3317L9Cr18440C0Cr23Ni13309S0Cr18Ni11Ti3211Cr174300Cr25Ni20310S1Cr18Ni9Ti3211Cr17Mo4340Cr17Ni12Mo23161Cr13410

铸铁回主页返回下一页上一页HT150名称及含义：最低抗拉强度为150MPa灰铸铁。成分:Wc=2.7%～3.6%,Wsi=1.0%～3.0%,WMn=0.4%～1.2%,Wp<0.3%,Ws<0.15%。性能：良好的铸造性能、切削性能，较高的耐磨性、减震性及低的缺口敏感性。用途：用于承受中载荷的铸件，如底座、床身、工作台等。回主页返回下一页上一页QT400-18名称及含义：最低抗拉强度为400MPa最小断后伸长率为18%的球墨铸铁。成分:Wc=3.6%～3.9%,Wsi=2.0%～2.8%,WMn=0.6%～0.8%,Ws<0.04%,Wp<0.1%,WMg=0.03%～0.05%。性能：具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。综合力学性能接近于钢，铸造性能好。用途：用以制造受力复杂、负荷较大和要求耐磨的铸件。回主页返回下一页上一页球墨铸铁管道接口内燃机曲轴

上一页下一页返回回主页有色金属（非铁金属）回主页返回下一页上一页H62名称：普通黄铜。成分:WCu=62%，WZn=38%。性能：强度较高，有一定的耐蚀性。用途：广泛用来制作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧及机器中的轴套等。上一页下一页返回回主页法兰阀闸阀上一页下一页返回回主页QSn4-3名称：锡青铜。成分:WCu=93%，WSn=4%，WZn=3%。性能：锡青铜具有良好的减磨性、抗磁性、低温韧性、耐大气腐蚀性和铸造性能。用途：主要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件，以及抗蚀、抗磁零件等上一页下一页返回回主页减速器蜗轮青铜轴承上一页下一页返回回主页LY12（2A12）名称：硬铝。成分:合金元素含量较多，铜为主加元素。性能：强度和硬度较高，塑性及变形加工性能较差。热处理：淬火+时效硬化。用途：用于制作航空模锻件和重要的销、轴等零件。上一页下一页返回回主页上一页下一页返回回主页铝合金的热处理时效：铝合金固溶处理后得到的组织是不稳定的，不稳定组织在室温下放置，或低温下加热时有分解出强化相过渡到稳定组织的倾向，使强、硬度明显升高，这种现象称为时效或时效硬化。上一页下一页返回回主页人工时