金属工艺学教案（部分章节）.ppt

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1、,第五节 钢的表面热处理,教学重点与难点：1、表面淬火与化学热处理的区别 2、钢的化学热处理（渗碳）教学目的：掌握部分：1、表面热处理的目的、分类 2、常用的表面热处理工艺 了解部分：典型零件的表面热处理方法教学方法：讲授法、演示法,一、表面淬火,定义：钢件 淬火分类：接触电阻加热淬火火焰淬火激光淬火电子束淬火,表 层,表层：硬度高，耐磨,心部：硬度低 韧性好,淬火方法：快速加热工件,表层达到淬火温度，心部未达到临界淬火温度,快速冷却,目的：a、满足工件“表硬心韧”b、提高零件的表面性能，具有高硬度，高耐磨和 高的疲劳强度。,常见的表面淬火,火焰淬火,氧,乙炔,表层加热,快速冷却,表面淬硬深度

2、23mm,工艺过程：,工件,应用范围：,单件生产小批量生产大型工件热处理,自 动 化 淬 火,手 动 加 热 淬 火,特点：设备简单、操作方便、成本低；淬火质量不稳定；适于单件、小批量及大型零件的生产；,感应加热淬火（感应淬火）,概念：利用感应电流使工件表层、局部或整体产生热量后快 速冷却。,感应加热原理：高频交变电流通过 感应器产生高频的交变磁场，使 工件在磁场中产生同频率的感应电 流（涡流），涡流集中在表层，从 而达到加热的效果。,感应加热原理图,感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点：,热源在工件表层，加热速度快，热效率高 工件因不是整体加热，变形小 工件加热时间短，表面氧化脱碳量少

3、工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料的潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命设备紧凑，使用方便，劳动条件好 便于机械化和自动化 不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等,感应淬火加热分类,高频加热（200300kHZ）淬硬深度12mm超音频加热（2040kHZ）淬硬深度210mm工频加热（50kHZ）淬硬深度1020mm,二、化学热处理,定义：工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或 几种元素渗透到表层，改变其化学成分、组织和性能。,化学热处理基本过程,分解 吸收 扩散,分解：渗入的介质在高温下分解出渗入元素的活性原子。吸收：活性原子

4、被钢表面吸收。扩散：被吸收的活性原子由钢件表面向内扩散。,常见的化学热处理,渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗硼,渗硅,渗铬,渗碳定义：工件在渗碳介质中加热，保温，使碳原子渗入的热处理。,目的：为钢件表层增加含碳量，在经过淬火、低温回火，使工件 表层具有高硬度和耐磨性，工件内部具有原低碳钢的高塑性和高 韧性。,根据渗碳剂不同:固体渗碳、气体渗碳、液体渗碳固体渗碳温度：900930c气体渗碳温度：920940c气体渗碳温度：920930c,固体渗碳示意图,井式渗碳炉示意图,井式渗碳炉外观,气体渗碳原理：工件 高浓度碳 扩散,密封加热,保温吸收,表层含碳0.85%1.05%,化学热处理后钢件需进行淬火、回火

5、处理,渗碳前处理 非渗碳表面预保护（镀铜、加大加工余量）渗碳表面清洁，不能有裂纹等,渗碳后的处理 钢经过渗碳处理后，表面碳的含量很高，但其硬度不高，只有经过热处理后，使其转变成马氏体，才能获得较高的硬度和耐磨性能。,钢的氮化定义：将氮渗入到钢的表层。目的：提高其表面硬度、耐磨性、高抗蚀性和疲劳强度。优点：高硬度、高耐磨性 高疲劳强度 高抗腐蚀性 工件变形较小,缺点：生产周期长 成本高 渗层薄 工件难承受冲击载荷,常见的渗氮：气体渗氮 液体渗氮 碳氮共渗,渗氮工艺 渗碳前热处理：进行调质使工件心部获得回火索氏体组织。非渗氮表面：镀锡、涂料（水玻璃+石墨）渗氮温度：500600C,渗 碳 与 渗

6、氮 工 艺 特 点,第六节 热处理零件结构工艺性,零件结构工艺性概论：,设计的零件在能满足使用要求的前提下设施制造的可行性和经济性，即零件结构的难易程度。,零件结构工艺的要求：,锐边尖角要倒钝或改成圆角；,尽量使零件截面积均匀，质量平衡。必要时可加 开工艺孔或工艺性槽，并合理分布其位置其位置和 数量；轴类零件的细长比不可太大；内孔要求淬硬时，应变不通孔为通孔。孔与孔之间或 孔与棱边之间应有一定距离；,提高零件结构的刚性，必要时可附加加强肋；零件几何形状应力求简单、对称；对于大件、长件，设计时应考虑便于热处理的装夹、吊挂,第五章 钢的牌号与分类,教学重点与难点：1、钢的分类方法 2、钢新旧标准的

7、分类区别教学目的：应知1、了解各种分类的依据。2、了解新标准分类的种类应会1、能正确区分怎么分类的牌号,钢的分类旧标准分类方法,1、按钢的用途：,建筑及工程用钢,机械制造用结构钢,工具钢,特殊性能钢,专业用钢,2、按钢的质量：,普通质量钢,优质钢,高级优质钢,3、按钢冶炼方法：,平炉钢,转炉钢,电炉钢,4、按钢冶炼时 脱氧方法：,沸腾钢,镇静钢,特殊镇静钢,半镇静钢,5、按钢的含碳量：,低碳钢（Wc0.25%）,中碳钢（0.25%Wc0.60%）,高碳钢（Wc0.60%）,6、按钢合金元素含量：,低合金钢（WMe5%）,中合金钢（5%WMe10%）,高合金钢（WMe10%）,7、按钢中合金 元

8、素种类,锰钢,铬钢,硼钢,硅锰钢,8、按合金钢冷却 后所得的组织,珠光体钢,贝氏体钢,马氏体钢,奥氏体钢,热轧钢,9、按最终加工 方 法,冷轧钢,拉拔材,锻材,挤压材,铸件,10、按轧制成品 和最终产品,大型型钢,中小型型钢,棒材,铁道用钢,扁平成品钢,中空型材,新标准分类,1、按化学成分分类,非合金钢,低合金钢,合金钢,2、按质量等级分类,普通质量钢,优质质量钢,特殊质量钢,3、按主要性能 和使用分类,非合金钢,低合金钢,合金钢,钢的分类总结,非合金钢,低合金钢,合金钢,普通质量非合金钢,优质非合金钢,特殊质量非合金钢,普通质量非合金钢,优质非合金钢,特殊质量非合金钢,优质非合金钢,特殊质量

9、非合金钢,课题六：非合金钢,教学重点与难点：,教学目的：,1、非合金钢的化学成分与主要类型2、非合金钢的牌号与主要性能特点3、非合金钢的应用范围,应知目的：1、了解非合金钢的化学成分与主要类型 2、了解各种类型非合金的主要性能特点应会目的：1、掌握各种类型非合金钢的牌号 2、能根据使用情况选择各类非合金钢,教学方法：讲授法,非合金钢分类,碳素结构钢：建筑及工程用非合金结构钢，用于 制造一般结构件及普通机械零件。,优质碳素结构钢：制造较为重要机械零件。,碳素工具钢：制造低速、手动刀具及常温下使用 工具、模具和两具等。,易切削结构钢：制造重要机械零件,工程用铸造碳钢：制造重型机械、矿山机械、冶 金

10、机械、机车车辆的零件和构 件等,碳素结构钢,化学成分：,碳(0.06%Wc0.38%),锰(0.25%WMn0.80%),硅(0.30%WSi0.35%),硫(Ws0.050%),磷(Wp0.045%),性能特点：1、含碳量属于低、中碳钢 2、工艺性能好，可以焊接、锻造或者热处理 3、通过热轧成扁平成品或各种型材后不经过热处理 就可以直接使用 4、冶炼简单、价格低廉等,牌号：Q+屈服点数值+质量等级+脱氧方法,F:沸腾钢 b：半镇静钢Z:镇静钢 TZ：特殊镇静钢,A、B、C、D,一般是三位数值，单位为MPa,屈服点的汉语拼音字母,例：Q235AF 表示：屈服点235MPa、质量等级为A级 的沸

11、腾碳素结构钢。,性格特点和主要用途,优质碳素结构钢,化学成分,碳（0.05Wc0.75）,硅（0.03Wsi0.37）,锰（0.25WMn1.20）,性能特点:1、Wc0.8%2、化学成分准确、力学性能可靠 3、硫、磷有害杂质元素含量较少，钢的质量较高 4、一般机械零件都进行热处理，以充分发挥其力 学性能潜力。,牌号：优质碳素结构钢采用阿拉伯数字和化学元素符合及代表产品名称、用途、特性和工艺方法的符合表示。45：平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢50Mn：平均含碳量为0.50%，含锰量为0.70%1.00%的 优质碳素结构钢。,性能特点和主要用途,碳素工具钢,化学成分,碳（0.65Wc1.

12、35）,锰（WMn0.40）,性能特点：,1、均属于高碳特殊质量的非合金钢,2、均需要热处理（淬火与回火）,3、有害杂质（S、P）元素含量较少、质量较高,牌号:,T+数字+（A）,高级,平均含碳量（以千分之几计）,碳素工具钢,例：T 10 A:,高级,平均含碳量为1.0%,碳素工具钢,平均含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢,易切削结构钢,化学成分,碳（0.15%Wc0.25%）,硫（0.08%Wc0.30%）,其他化学元素,性能特点：1、含碳量低 2、化学成分较多，但各种成分含量不高 3、具有较高的综合的力学性能,牌号：,Y+数字+其他化学元素,平均含碳量,易切削钢代号,主要用途：1、制造机械车削刀具 2、螺栓、螺母、管接头等不重要的标准件 3、齿轮轴、花键轴等热处理零件,工程用铸造碳钢,化学成分,碳（0.15%Wc0.60%）,硅（0.50%Wc0.60%）,