金相培训课件

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1、金相培训资料 质量管理部,主要内容: 一、金属材料 二、齿轮材料 三、热处理知识 四、金属材料性能,金属材料,金属的分类 金属一般可以分为黑色金属和有色金属。 黑色金属：铁、锰、铬三种金属 有色金属：黑色金属以外的金属,金属材料之钢铁材料,钢铁材料分为铸铁和钢 。 铸铁是含碳大于2.1%的铁碳合金，铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好价格低等特点。 钢是用生铁（炼钢生铁）或生铁加一部分废钢炼成的钢中含碳量低于2.1%的铁碳合金。其杂质（主要指S、P）含量降低到规定标准。,常用钢材分类 一、按冶炼方法分： 1、平炉钢2、转炉钢3、电炉钢4、坩埚

2、炉钢 二、按化学成分分：1、碳素钢(低Wc0.25%、中0.25% Wc0.6%、高0.6% Wc）； 2、合金钢(低Wme 5%、中5% Wme 10%、高10% Wme）； 三、按用途分：1、结构钢（工程用钢、机器制造用钢）2、滚动轴承钢3、弹簧钢4、工具钢5、特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、磁钢）； 四、按品质分： 1、普通钢Ws0.0350.05%、Wp0.0350.045% 2、优质钢Ws、p0.035% 3、高级优质钢Ws、p0.025% 。,详细分类,优质碳素结构钢的用途根据化学成分和性能不同而异，又分三大类： 低碳碳结钢（C0.60%）具有较高的强度、硬度、弹性和耐磨性。主要用于制

3、造机具的易磨损零件和弹簧等，如农机的犁铧、耙片、轧机轧辊及减震弹簧、座垫弹簧等。65Mn、70Mn、70、75、80、85钢也属于特殊质量非合金钢（弹簧钢）。, 易切削结构钢 易切削结构钢是利用钢中某些元素的作用改善钢的切削加工性能，以适应于在自动机床上进行高速切削的钢种。常用改善切削加工性的元素有S、Pb、Ca等，其中以S最常用，S在钢中形成MnS夹杂，MnS很脆，并有一定润滑作用因而切屑易于碎断，工件表面光洁度高，减少刀具磨损，提高切削速度。易切削结构钢虽然钢中含S、P较多，单在这类钢中是作为有益元素加入或保存下来，因此，属于优质钢。易切削结构钢用作生产标准件如小型螺丝、螺母、油泵、手表、

4、计算机、打字机零件、机床光杠、丝杠等。易切削结构钢牌用“Y”加钢号表示，除Y40Mn属于优质低合金钢外，其余都是优质碳结钢。 （3）碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量高（0.65-1.35%）属高碳钢，具有高硬度，高耐磨性、良好的锻造性能和切削加工性，价格便宜，唯一不足的是淬透性低。其牌号由“碳”的汉语拼音字头（T）加数字组成，数字表示碳的名义千分含量，高级优质碳素工具钢在数字后而加字母A,合金钢 合金钢分为优质合金钢和特殊质量合金钢。优质合金钢生产过程中需要特别控制质量和性能；特殊质量合金钢生产过程中要严格控制质量和性能。 一般工程结构用合金钢 一般工程结构用合金钢属优质合金钢俗称合结钢。主要用

5、于制造机械结构件，大多经热处理后使用。由于合金元素作用，增加淬透性（Mn,Mo,Cr）、细化晶粒（V,Ti）提高淬火稳定性。低碳合金结构钢经过渗碳，渗氮，淬火及低温回火处理后，构件表面耐磨，心部韧性好，也叫表面硬化钢；中碳合金结构钢经过调质处理，能获得良好的综合性能，叫调质钢。 合结钢牌号用两位阿拉伯数字和合金元素符号及数字表示，数字表示平均含碳量万分数，平均合金含量小于1.5%时，钢号中仅标明元素符号，不标明含量，含量大于1.5%时，用数字标明。 优质合金钢除合结钢外，还包括合金钢筋钢、地质石油钻探用合金钢、电工硅钢、铁道用合金钢。, 弹簧钢 弹簧钢是用于生产各种板簧和螺旋弹簧或类似零件（如

6、轧辊等）。弹簧钢含碳较高。弹簧是一种能产生大量弹性变形的结构零件，通过弹簧的弹性变形，可以吸收冲击能量、缓和冲击和震动的作用，因此对弹簧钢的要求必须有高的强度，特别是高的屈服强度和疲劳强度；要不易脱碳，有良好的表面质量，具有一定的淬透性和良好的工艺性能。有的弹簧还要求耐热、耐腐蚀等。 65、70、75、80 等碳素弹簧钢淬透性能较差，多用于直径或厚度小于12毫米的弹簧；65Mn 淬透性能较好，可用于制造截面尺寸为1520毫米的弹簧，应用广泛。, 滚动轴承钢 滚动轴承钢也叫轴承钢。主要用来制造滚动轴承内外套圈、滚珠、滚粒等，但在量具、冷作模具、低合金刀具、柴油机高压油泵件等方面也有广泛应用。 轴

7、承钢种类较多，有高碳铬、渗碳、不锈、高温、无磁轴承钢。渗碳轴承钢牌号用“G”为汉语拼音字头，钢中含碳量不驰标出,Cr元素后数字表示铬含量名义千分数。后面用元素符号及其名义含量百分数表示。, 合金工具钢 合金工具钢按用途分为量具刃具钢、耐冲击工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、磁模钢和塑料模具钢。 量具刃具钢是含碳0.8-1.45%，加入Cr、Mn、Si、W等合金元素。Cr、Si、Mn提高钢的淬透性；同时Cr、Si、还能提高回火稳定性；Mn还减小淬火变形；W提高耐磨，细化组织。这类钢主要用于制造车刀、刨刀、铰刀、拉刀等刃具及量规、样板、千分尺、塞规等量具。, 高速工具钢 为满足切削过程中刀具线速度达

8、80米/分，刀刃温度高达60C，刀具硬度HRC60的要求，在高碳钢中加入大量W、Mo、Cr、V等合金元素而获得高速钢。W和Mn可提高钢的热硬性，在回火温度500C-600C下，W、Mo析出并生成Mo2C和W2C，发生二次硬化（温度在500C-600C时钢的硬度不仅不下降，反而升高的现象叫二次硬化）。 高速工具钢中W18Cr4V是世界上最早生产，也是最常用高工钢，用来制造各种刀具，如车刀、插齿刀、扩孔钻、钻头等。,金属材料之齿轮材料,1.齿轮材料的一般描述 汽车变速箱中的齿轮，目前基本是用低碳低合金钢制造，在渗碳（碳氮共渗）淬火状态下使用。 除了金属材料外，还有一些高分子非金属材料，如尼龙、塑料

9、等也可制作齿轮，许多玩具上的齿轮都是用塑料制作的，在汽车变速箱中，也有用尼龙做的齿轮，如里程表被动齿轮。此外，还有一些复合材料用做齿轮 。 2.汽车齿轮用钢的特性 汽车变速箱齿轮，在工作中要承受交变弯曲负荷的作用，齿面要承受接触与摩擦的作用，工作时产生的噪音，还必须严格控制，因此对于汽车齿轮，除了加工工艺应精益求精外，材料上也有许多特殊要求。 我厂变速箱齿轮，大量采用的是低碳合金结构钢，如20CrMoH，SCM722H2，SCM722H2-V，SAE8620H，SCr420H，SCM318H，20CrMnTiH，20MnCr5等，这类钢经渗碳淬火后，可满足变速箱齿轮所需的高强度、高硬度、高耐磨

10、性、和高韧性的要求。,为了使齿轮获得优良的性能，齿轮材料必须具备下列特点 ： 纯净度 用于制造汽车变速箱的齿轮材料，必须有较好的纯净度，即夹杂物要少，气体含量要低，目前，我厂标准规定齿轮钢中硫化物和氧化物含量等级应2.5级；成分中的氧含量应20ppm。 均匀性 材料中的成分、组织要求分布均匀。材料中的偏析、带状组织、混晶、魏氏组织等，都应当尽量地少。我厂标准规定偏析3级、带状组织2级。 晶粒度 从材料的强韧性来说，钢的晶粒俞细俞好。但对钢的渗碳来说，晶粒太细，渗碳速度会变慢。国际上规定用于渗碳的齿轮钢，晶粒度为58级，要求更高时，可定为68级或79级。 淬透性 钢的淬透性包括两个方面：一是淬透

11、性值的高低，二是淬透性值分布带的宽窄。淬透性值太高，冷却时马氏体转变更为剧烈，零件变形更大。淬透性值以J9的大小最为关键，J9=28-42HRC比较合适，大于42HRC时，材料在渗碳淬火后不仅变形大，而且在使用过程中容易发生脆断。（ 如20CrMoH按GB225: J6=34-40HRC :J9=29-35HRC ;J15=24-30HRC） 切削性 齿轮钢还要求有较好的切削性。冶炼时，主要控制硫的含量。硫是有害元素，不能太多，但硫能提高钢的切削性能，因此，硫含量也不能太低。硫最好控制在0.02%0.035%之间。42HRC比较合适,3.汽车齿轮用钢的分类,汽车齿轮用钢的分类方法有多种，这里介

12、绍按合金系列分类。齿轮用钢主要有Cr、 Cr-Mn 、Cr-Mn-Ti 、Cr-Mn-B、Cr-Mo、Cr-Mn-Mo、Cr-Ni 、Cr-Ni-Mo等8个系列。每个系列中都含有多个钢种，每种钢的化学成分，可查相关的资料 。我们现在使用的20CrMoH钢就是从日本引进的SCM420H转化而来。 4.汽车齿轮用钢的选择 汽车齿轮材料的选择，原则上是满足设计要求 。不同的国家、不同的企业在选择齿轮材料时有各自的习惯与特点。德国人多用MnCr系列钢，日本人则喜欢用CrMo和Cr系列钢，美国用得比较多的是CrNiMo系列钢。从材料的强韧性角度来考虑，CrNiMo和CrNi系列是比较好的。从热处理的变形

13、来看，据南京高速齿轮厂介绍，MnCr系列钢有一定的优势，比20CrMoH好。变形问题是与材料的淬透性、纯净度、带状组织、冷热加工工艺等因素有关的。,齿轮用钢举例,热处理知识,定义 热处理是指将钢在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，改变金属内部组织结构，从而获得所需性能的操作工艺。 热处理是改善金属材料使用性能和工艺性能的一种非常重要的工艺方法，它是强化金属材料，提高产品质量和寿命的主要途径之一。因此，绝大部分重要的机械零件在制造过程中都必须进行热处理。 热处理的特点 与铸造、压力加工、焊接和切削加工等不同，它不改变工件的形状和尺寸，只改变工件的性能，如提高材料的强度和硬度，增加耐磨性，或者

14、改善材料的塑性、韧性和加工性等。,热处理工艺路线,热处理工艺路线一般包括加热、保温、冷却三个过程。 加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。 金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。,金属热处理工艺大体分三大类： 普通热处理 (整体热处理)

15、对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁普通热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 表面热处理 只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等 。,热处理工艺,化学热处理 通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。 化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体

16、、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。 化学热处理与表面热处理不同之处是前者改变了工件表层的化学成分。,正火:将钢材或钢件加热到AC3(亚共析钢0.77%) 或Acm(过共析钢)以上3050温度,保温适当时间后在空气中冷却,得到细珠光体组织（0.10.3mm) 的热处理工艺。(硬度2535HR)。 正火目的： 1、改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。 、消除过共析钢中二次渗碳体，为球化退火作好组织准备。 、作为普通结构钢零件的最终热处理，因为正火可消除铸造和锻造中产生的过热缺陷、细化组织，提高力学性能。正常组织为等轴见下图，用硝酸酒精溶液可见。,普通热处理分类,