《工程材料》第3章金屬的塑性變形改性

第3章金屬的塑性變形改性

§1、塑變實質位錯運動單晶體金屬內位錯運動造成變形實際金屬一般為多晶體，各晶粒變形的合成造成金屬塑變位錯運動動畫§2、冷變形對金屬組織、性能的影響金屬冷塑變晶粒拉長.破碎（位錯↑晶格畸變↑）強度硬度↑塑性韌性↓加工硬化冷拉、冷拔、冷軋可提高強度硬度未變形原始晶粒拉長或壓扁的晶粒細長狀組織和纖維組織冷軋動畫§3冷變形后金屬加熱組織、性能的變化再結晶冷變形后金屬加熱再結晶回復（晶格畸變消除）晶粒長大加工硬化消除塑性提高冷變形加工過程中可穿插再結晶退火，提高變形量升溫至T再§4、熱變形對金屬組織、性能的影響（T＞T再）金屬（有氣孔、夾雜）熱變形晶粒細化、致密度提高強度.硬度.塑性.韌性提高鍛造、熱軋可提高強度硬度《工程材料》第4章鋼的熱處理改性

§1鋼的熱處理概述一、定義把鋼在固態下加熱到一定溫度，使相變，從而改變組織、性能的工藝

二、作用提高機械性能

45鋼：調質Rm由600提高到850，表面淬火＋低溫回火HBW由230提高到500（50HRC）提高加工性能

T12鋼：加工前，退火降低硬度；加工后淬火提高硬度；鑄件、鍛件、焊件退火消除應力防止變形三、應用機床：60～70%，汽拖：70～90%，工模具：100%四、方法加熱

保溫

冷卻加熱溫度：由相圖確定爐子：電爐、燃料爐、鹽浴爐冷卻爐冷、空冷、水冷AFPSEG五、分類普通熱處理表面熱處理退火（爐冷）正火（空冷）淬火（水或油冷）＋回火表面淬火滲碳滲氮（化學熱處理）§2鋼加熱時的組織轉變一、轉變溫度AC3AC1ACcmAFPSEGA1A3AcmPS—A1GS—A3ES—AcmAC1AC3ACcm二、轉變過程PA奧氏體化P?若溫度高、保溫時間長，A晶粒長大，性能下降§3鋼冷卻時的轉變APB下M指紋狀竹葉狀片狀板條狀塑韌性好強韌性好硬脆韌性＞５５０℃稍>２３０℃＜２３０℃一、轉變產物B下PM板M片二、等溫轉變“C”曲線三、鋼連續冷卻轉變在等溫“C”曲線上畫冷速線判斷1、退火12345P2、正火P細3、水淬M4、油淬P細＋M

5、鹽浴淬B下不同的鋼“C”的左右位置不同PB下M溫度時間0MS§4鋼的退火與正火一、目的軟化、細化、均勻化二、作用切削加工性機械性能四、鋼淬火得M的臨界冷速V臨“C”曲線的切線“C”越靠右的鋼，V臨越小，易得MV臨PB下M溫度時間0MS完全退火球化退火去應力退火正火鋼種加熱溫度冷卻方式組織應用亞共析鋼過共析鋼各種鋼各種鋼AC3AC1ACcmAFPSEGAC3+△爐冷F+P受力較小鑄焊件AC1+△爐冷F+Fe3C球高硬件預軟化＜AC1爐冷不變受力小、復雜件AC3+△ACcm+△空冷F+P細P+Fe3C受力較大鑄、焊件高硬件球退之前高硬度件——刀具.模具.量具.軸承受力小件——電機.風機等的殼體受力較小件——減速器外殼受力較大件——氣缸體.缸蓋.壓縮機殼三、方法§5鋼的淬火與回火一、淬火1、目的高強、高硬、高耐磨2、作用機械性能3、方法AC3AC1ACcmAFPSEG鋼種加熱溫度冷卻方式組織應用AC3+△AC1+△水冷M+A’M+A’＋Fe3C粒高強件高硬件淬火工藝過程亞共析鋼過共析鋼4、淬火方法分類a.單液淬火水淬（油淬）常用b.雙液淬火水淬+油淬復雜件、大件c.分級淬火MS附近短時等溫復雜小件d.等溫淬火鹽浴淬復雜精密件PB下M溫度時間0MSabcd5、淬透性與淬硬性淬透性M層的深度MPV＞V臨V冷淬硬性M的硬度“C”越靠右的鋼，淬透性越好含碳量越高的鋼，淬硬性越好選材：高強件（連桿）選淬透性好的鋼表硬心韌件（模具）選淬透性小的鋼選熱處理：大尺寸選正火比淬火好。制訂加工工序：淬透性小的鋼，精加工前再淬火。淬透尺寸二、回火M→？MM回T回S回F過＋Fe3C

很少150～250℃350～500℃500～650℃F較過＋Fe3C

較少F＋Fe3C粒高硬高彈高綜合性M回T回S回M即

F過1、目的球化、韌化、穩定化

2、作用3、方法降低M脆性低溫回火中溫回火高溫回火150～250℃350～500℃500～650℃M回T回S回高硬高彈

高綜合性軸承、工具淬火+高回

調質處理彈簧、軸套軸、輪§6鋼的表面熱處理一、表面淬火1、目的提高表面硬度2、方法加熱（快速）——冷卻（快速）

感應加熱交變I——交變B——表面感應I——表面加熱

頻率提高、加熱速度快、表面層薄

火焰加熱激光加熱適合簡單件（軸、輪），大批件

適合簡單件（軋輥.導軌）小批量件適合精密件、溝槽件(汽缸套、汽缸)動畫3、后續熱處理低回4、預先熱處理

正火、調質5、應用耐磨性要求較高的軸、輪工具件二、滲碳對低碳鋼（C<0.25%）

滲碳表面達高碳（1%）

1、目的表硬心韌（中碳鋼）（高碳鋼）3、組織P+Fe3CⅡ——P——P+F4、后續熱處理淬火＋低回

M回＋

Fe3C粒——M回——M回（低碳）5、應用受沖擊大的軸、輪（低碳鋼）2、方法加熱保溫冷卻900～950℃2～10小時0.5～2.5mm

爐冷滲碳爐§7熱處理缺陷及防止一、加熱缺陷變形、開裂1、保護氣氛

2、加木炭、煤油

3、鹽熔爐、真空爐

二、冷卻缺陷氧化、脫碳1、結構改進

（對稱、均勻、圓角）

2、冷速改進

（雙液、分級、等溫）

3、入水方式

（垂直）

本章重點內容1.鋼加熱時的組織轉變鋼加熱時主要為珠光體的轉變，即P→A（奧氏體化）。亞共析鋼加熱時還有鐵素體的轉變F→A。過共析鋼加熱溫度較高時還有滲碳體的轉變，Fe3C→A。2.鋼冷卻時的組織轉變鋼加熱奧氏體化以后，冷卻三種類型的轉變：1)珠光體轉變：即A→P，A1線以下溫度等溫或冷速較慢時；2)貝氏體轉變：即A→B，Ms溫度以上一定溫度等溫時；3)馬氏體轉變：即A→M，快速冷卻到Ms溫度以下時。作用加熱溫度冷卻組織應用退火軟化Ac3

亞共析鋼

爐冷F+P受力較小的鑄、鍛、焊件Ac1過共析鋼爐冷F+Fe3C球高硬度件鑄鍛焊之后的球化退火軟化正火細化Ac3亞共析鋼空冷F+P受力較大鑄、鍛、焊件Accm過共鋼析空冷P+Fe3C細高硬度件鑄鍛焊之后、球化退火前的細化淬火硬化Ac3亞共析鋼水或油冷M+γ'高強度件、高彈性件粗切削加工后Ac1過共析鋼水或油冷M+Fe3C粒+γ'高硬度件粗切削加工后回火韌化低溫空冷M回+Fe3C粒高硬度件淬火或表面淬火后M回高強或高彈件強化后再表面淬火后中溫空冷T回高彈性件淬火后高溫空冷S回高強度件淬火后3.鋼的熱處理工藝及組織、應用《工程材料》第5章金屬的表面改性

§1、電鍍工藝方法通過電解使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體表面沉積。電鍍方法包括：掛鍍滾鍍刷鍍工藝特點耐磨性：如鎳、鎳—鎢和鈷—鎢合金等。裝飾性：金、銀、鉻、半光亮鎳等。耐腐蝕：鎳、鋅、銅等。表層性能應用范圍廣泛應用于耐蝕、耐磨、裝飾及其他功能性鍍層（如磁性膜、光學膜）鍍層平滑均勻、附著力強、成本低、效率高、耐蝕耐磨性好。易環境污染、能耗高§2、化學鍍工藝方法通過氧化還原反應，使鍍液中金屬離子還原成金屬，并沉積到零件表面。工藝特點耐磨性：如鎳、鎳—鎢和鈷—鎢合金等。裝飾性：金、銀、鉻、半光亮鎳等。耐腐蝕：鎳、鋅、銅等。表層性能應用范圍可取代電鍍，有些化學鍍層如鎳層、鎳磷層等耐蝕性和耐磨性優良，用于泵、閥、軸、連續螺栓、葉輪等的表面處理，可提高零件壽命。鍍層均勻、針孔小、不需直流電源設備、能在非導體上沉積、鍍液排放少污染小、成本低。§3、熱噴涂工藝方法采用燃料或電弧、等離子弧、激光等作熱源，將噴涂材料加熱到熔化或半熔化狀態，通過高速氣流使其霧化，然后噴射、沉積到經過預處理的工件表面熱噴鍍方法包括：火焰噴涂電弧噴涂等離子噴涂等圖

等離子噴涂原理工藝特點主要有耐蝕、耐磨涂層等。表層性能應用范圍Zn、Al、Zn—A1耐蝕合金涂層可用于橋梁、輸電線、鋼結構件、高速公路護欄、照明燈桿等，Ni、Fe、Co基金屬陶瓷復合耐磨涂層可用于凸輪從動件、汽缸襯套、導葉、渦輪葉片等熱噴涂材料廣泛，操作靈活，不受零件尺寸限制，基體溫度低，變形小、組織和性能變化小。涂層結合力較大，噴涂層厚度可控。但存在粉塵、煙霧和噪聲等污染。§4、氣相沉積工藝方法利用氣相之間的反應，在各種材料或制品表面沉積單層或多層薄膜包括：物理氣相沉積真空蒸鍍、濺射鍍膜離子鍍膜化學氣相沉積圖

離子鍍原理示意圖工藝特點超硬、高耐蝕、耐熱和抗氧化等、各種功能性、裝飾性表層性能應用范圍如離子鍍超硬涂層TiC、TiN可用于模具，離子鍍鉻、鈦、氮化鈦可用于耐蝕要求的零件，離子鍍鋁代替不銹鋼，離子鍍W、Ti、Ta等用于排熱氣管等耐熱的金屬零件。鍍層附著性好，膜層組織均勻、致密