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1、本次课内容塑性变形对金属组织和性能的影响；变形金属在加热时组织和性能的影响；一、塑性变形对金属组织和性能的影响1. 晶粒拉长，纤维组织晶粒拉长，纤维组织各向异性各向异性(沿纤维方向的强度、塑性最大）沿纤维方向的强度、塑性最大）变形变形10%100变形变形40%100变形变形80%纤维组织纤维组织100工业纯铁工业纯铁不同变形度不同变形度的显微组织的显微组织2. 织构(形变织构）金属塑性变形到很大程度金属塑性变形到很大程度(70%以上以上)时时,由于晶粒发生转由于晶粒发生转动动,使各晶粒的位向趋近于一致使各晶粒的位向趋近于一致,形成特殊的择优取向形成特殊的择优取向,这种这种有序化的结构叫做有序化
2、的结构叫做形变织构形变织构。形变织构一般分两种：一种是。形变织构一般分两种：一种是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向,称为丝织构。称为丝织构。例如低碳钢经高度冷拔后例如低碳钢经高度冷拔后,其其平行于拔丝方向平行于拔丝方向;另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向,称为板称为板织构织构,低碳钢的板织构为低碳钢的板织构为001。 晶粒拉长，但未出现晶粒拉长，但未出现织构织构。晶粒拉长，且出现晶粒拉长，且出现织构织构。因形变织构造成深冲制品的制耳示意图 3.3.加工硬化（形变强化）加工硬化（形变强化）加工硬化的原因：加工硬化的
3、原因：塑性变形塑性变形位错密度增加位错密度增加，相互缠结，相互缠结，亚晶界亚晶界，运动阻力加大，运动阻力加大变形抗力变形抗力；晶粒破碎细化。；晶粒破碎细化。金属在冷变形时，强度、硬度金属在冷变形时，强度、硬度，塑性、韧性，塑性、韧性。P21，图图1-17加工硬化的实际意义有效的强化机制；有效的强化机制；均匀塑性变形和压力加工的保证；均匀塑性变形和压力加工的保证；零件安全的保证。零件安全的保证。4 4）形成亚结构；）形成亚结构；金属经大的塑性变形时金属经大的塑性变形时, , 由于位错的密度增大和发生交互由于位错的密度增大和发生交互作用作用, , 大量位错堆积在局部地区大量位错堆积在局部地区, ,
4、 并相互缠结并相互缠结, , 形成不均形成不均匀的分布匀的分布, , 使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块, , 而而在晶粒内产生亚晶粒。在晶粒内产生亚晶粒。 金属经变形金属经变形后的亚结构后的亚结构6 6）残余内应力：外力去除后，残留于金属内部且）残余内应力：外力去除后，残留于金属内部且平衡于金属内部的应力。由金属内部不均匀变形引起平衡于金属内部的应力。由金属内部不均匀变形引起，残余应力分为第一类应力；第二类应力和第三类应，残余应力分为第一类应力；第二类应力和第三类应力。力。残余内应力的危害残余内应力的危害：引起零件加工过程变形、开裂；引起零件加工过程变形
5、、开裂；耐蚀性耐蚀性。5 5）塑性变形可影响金属的物理、化学性能。如使电阻增大）塑性变形可影响金属的物理、化学性能。如使电阻增大, ,耐腐蚀性降低。耐腐蚀性降低。 二、二、二、二、塑性变形后的金属在加热时塑性变形后的金属在加热时塑性变形后的金属在加热时塑性变形后的金属在加热时 组织和性能的变化组织和性能的变化组织和性能的变化组织和性能的变化加热时冷变形金属加热时冷变形金属组织和性能随温度组织和性能随温度的升高可分为三个的升高可分为三个阶段：阶段：1 1回复回复2 2再结晶再结晶3 3晶粒长大晶粒长大 回复回复变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。变形后的金属在较低温度进行加热，会发生
6、回复过程。产生回复的温度产生回复的温度T回复回复为为：T回复回复=(0.250.3)T熔点熔点式中：式中：T熔点熔点表示该金属的熔点表示该金属的熔点,单位为绝对温度单位为绝对温度(K)。由于加热温度不高由于加热温度不高,原子扩散能力不很大原子扩散能力不很大,只是晶粒只是晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态，大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态，变形金属的显微变形金属的显微组织不发生明显的变化。此时材料的强度和硬度只略有降组织不发生明显的变化。此时材料的强度和硬度只略有降低，塑性有增高，但低，塑性
7、有增高，但残余应力残余应力则大大降低。工业上常利用则大大降低。工业上常利用回复过程对变形金属进行去应力退火，以降低残余内应力，回复过程对变形金属进行去应力退火，以降低残余内应力，保留加工硬化效果。保留加工硬化效果。 再结晶1.1.再结晶过程及其对金属组织、性能的影响再结晶过程及其对金属组织、性能的影响变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。这个过程称为细小的等轴晶。这个过程称为再结晶再结晶。变形金属
8、进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑性变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除，此时内应力全部消失，物和韧性大大提高，加工硬化现象被消除，此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平。理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶再结晶生成的新的晶粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。 2. 2. 再结晶温度再结晶温度 变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围，并变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围，并非某一恒定温度。一般所说的再结晶温度指的是最低再
9、结非某一恒定温度。一般所说的再结晶温度指的是最低再结晶温度晶温度(T(T再再), ), 通常用经大变形量通常用经大变形量(70%(70%以上以上) )的冷塑性变形的冷塑性变形的金属的金属, ,经一小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。经一小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。最低再结晶温度与该金属的熔点有如下关系：最低再结晶温度与该金属的熔点有如下关系： T T再再=(0.35=(0.350.4)T0.4)T熔点熔点 式中的温度单位为绝对温度式中的温度单位为绝对温度(K)(K)。最低再结晶温度与下列因素有关：最低再结晶温度与下列因素有关： 预先变形度：金属再结晶前塑性变形的相对变形量称为预
10、先预先变形度：金属再结晶前塑性变形的相对变形量称为预先变形度。变形度。预先变形度越大预先变形度越大, , 金属的晶体积缺陷就越多金属的晶体积缺陷就越多, ,组织越组织越不稳定不稳定, ,最低再结晶温度也就越低最低再结晶温度也就越低。当预先变形度达到一定。当预先变形度达到一定大小后大小后, ,金属的最低再结晶温度趋于某一稳定值。金属的最低再结晶温度趋于某一稳定值。 金属的熔点：金属的熔点：熔点越高熔点越高, ,最低再结晶温度也就越高最低再结晶温度也就越高。 杂质和合金元素：由于杂质和合金元素特别是高熔点元素杂质和合金元素：由于杂质和合金元素特别是高熔点元素, ,阻碍原子扩散和晶界迁移阻碍原子扩散
11、和晶界迁移, ,可可显著提高最低再结晶温度显著提高最低再结晶温度。如。如高纯度铝高纯度铝(99.999%)(99.999%)的最低再结晶温度为的最低再结晶温度为8080, ,而工业纯铝而工业纯铝(99.0%)(99.0%)的最低再结晶温度提高到了的最低再结晶温度提高到了290290。 加热速度和保温时间：再结晶是一个扩散过程加热速度和保温时间：再结晶是一个扩散过程, ,需要一定时需要一定时间才能完成。提高加热速度会使再结晶在较高温度下发生间才能完成。提高加热速度会使再结晶在较高温度下发生, ,而保温时间越长而保温时间越长, ,再结晶温度越低。再结晶温度越低。 晶粒长大晶粒长大晶粒长大晶粒长大变
12、形变形80%工业纯铁再结晶退工业纯铁再结晶退火火显微照片显微照片100变形变形80%600退火退火8小时小时变形变形80%400退火退火8小时小时再结晶后的晶粒度再结晶后的晶粒度影响因素：影响因素：1）加热温度）加热温度T、保温时间、保温时间t晶粒直径晶粒直径D；2）预变形度的影响。）预变形度的影响。2 21010金属材料塑性变形的加工：热加工和冷加工1 1冷、冷、热加工的热加工的划分的标准：再结晶温度来划分。划分的标准：再结晶温度来划分。2 2金属金属热加工热加工时组织和性能的变化。时组织和性能的变化。 形成流线形成流线锻造曲轴锻造曲轴切削加工曲轴切削加工曲轴细化晶粒；细化晶粒；焊合气孔、疏
13、松，消除成分不均匀；焊合气孔、疏松，消除成分不均匀；热加工时金属塑性好；热加工时金属塑性好；热加工时金属表面有氧化、对某些金属不易热加工时金属表面有氧化、对某些金属不易 加工、对薄壁或细的轧件不易保温、加工后加工、对薄壁或细的轧件不易保温、加工后 的强度和硬度不及冷变形加工。的强度和硬度不及冷变形加工。三、材料的同素异构现象把把种金属具有两种或两种以上的晶格结构称为种金属具有两种或两种以上的晶格结构称为同素异构性，这种金属的晶格结构随温度变化而同素异构性，这种金属的晶格结构随温度变化而改变的现象，称为同素异构转变。改变的现象，称为同素异构转变。同素异构转变与液态金属结晶存在着明显区别，同素异构
14、转变与液态金属结晶存在着明显区别，主要表现在：同素异构转变时晶界处能量较高，主要表现在：同素异构转变时晶界处能量较高，新的晶核往往在原晶界上形成；固态下原子扩散新的晶核往往在原晶界上形成；固态下原子扩散比较困难，固态转变需要较大的过冷；固态转变比较困难，固态转变需要较大的过冷；固态转变时会产生体积变化，在金属中引起较大的内应力。时会产生体积变化，在金属中引起较大的内应力。 纯铁的同素异构转变同位素、同素异构体、同分异构体的差别 同位素：同位素：研究同种元素的不同原子研究同种元素的不同原子, ,它们的中子数它们的中子数不同不同, ,比如碳比如碳1212和碳和碳1414。 同素异构体：元素相同，晶
15、体结构不同，同素异构体：元素相同，晶体结构不同，如铁的如铁的三种同素异构体。三种同素异构体。同分异构体：同分异构体：研究分子式相同的分子的不同结构研究分子式相同的分子的不同结构, , 同分异构体原子的连接顺序同分异构体原子的连接顺序, ,方式不同方式不同, ,如基团位如基团位置置, ,官能团的差异官能团的差异, ,比如乙醇和甲醚。比如乙醇和甲醚。 思考题某车间用冷拉钢丝绳吊装工件随炉加热到700，保温1h后起吊出炉，钢丝绳突然断裂，试分析其原因。一曲线尺（纯锡材料）经反复弯曲发现其逐渐变硬，在房间内放置一段时间后，其性能恢复如初，试分析其原因。材料的同素异构现象第三章二元合金相图及其应用 （一
16、）基本概念（一）基本概念（一）基本概念（一）基本概念 在介绍合金的结晶之前，先介绍几个基本的概念在介绍合金的结晶之前，先介绍几个基本的概念在介绍合金的结晶之前，先介绍几个基本的概念在介绍合金的结晶之前，先介绍几个基本的概念： 1 1合金合金合金合金 是指由两种或两种以上元素经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的材料。是指由两种或两种以上元素经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的材料。 2 2组元组元组元组元 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。组元可以是元素，也可以是稳定的化合物，如组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。组元可以是元素，也可以是稳定的化合物，如Fe3CFe
17、3C，在铁、碳合金中它也可以作为组元，在铁、碳合金中它也可以作为组元 3 3相相相相 合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同并有明确界面与其它部分分开的均匀组合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同并有明确界面与其它部分分开的均匀组成部分。这个界面称为相界面。成部分。这个界面称为相界面。 4 4组织组织组织组织 是指用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状、分布及各相之间的组合状态称为组织是指用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状、分布及各相之间的组合状态称为组织 5 5合金系合金系合金系合金系 由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称为合金系；由
18、两个组元组由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称为合金系；由两个组元组成的合金系叫二元合金系；三个组元组成的合金系叫三元合金系；三个以上组元组成的合金系叫多成的合金系叫二元合金系；三个组元组成的合金系叫三元合金系；三个以上组元组成的合金系叫多元合金系。如铁、碳二元合金中，铁和碳可以以不同的比例，配制成若干种元合金系。如铁、碳二元合金中，铁和碳可以以不同的比例，配制成若干种Fe-CFe-C二元合金。所以、二元合金。所以、对于对于Fe-CFe-C二元合金来说，不是一种，而是由不同配比组成的一系列不同成分的合金，所以叫二元合金来说，不是一种，而是由不同配比组成的一系列不同成分
19、的合金，所以叫Fe-CFe-C二二元合金系。不同成分的合金具有不同的性能。元合金系。不同成分的合金具有不同的性能。 相图的建立1 1 1 1匀晶相图匀晶相图匀晶相图匀晶相图相图相图（平衡图、状态图）（平衡图、状态图）平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。 CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 铜铜- -镍合金匀晶相图镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 纯铜纯铜熔点
20、熔点纯镍纯镍熔点熔点液相线液相线固相线固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程abcdT,CtL L L匀晶转变 L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。杠杆定律杠杆定律杠杆定律杠杆定律CuNiNi%T,C204060801001000110012001300140
21、0150010831455L L+ 12acba1b1c1T1T21. 1. 在两相区内，对应在两相区内，对应每一确定的温度，两每一确定的温度，两相的成分是确定的。相的成分是确定的。2. 2. 随着温度的降低，随着温度的降低，两相的成分分别沿液两相的成分分别沿液相线和固相线变化。相线和固相线变化。杠杆定律杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠杆定律推论：杠杆定律推论：在两在两相区内，对应温度相区内，对应温度T1T1时两相在合金时两相在合金b b中的相中的相对质量各为对质量各为Q QL L/Q/QH H=b=b1 1c c1 1/a
22、/a1 1c c1 1Q Q /Q/QH H=a=a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=1- =1- Q QL L/Q/QH H例：求例：求例：求例：求30%Ni30%Ni30%Ni30%Ni合金在合金在合金在合金在1280 1280 1280 1280 时时时时 相的相对量相的相对量相的相对量相的相对量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ ac30a1b1c11280 C解：作成分线和温度线如图。6618根据杠杆定律推论，Q Q / / Q QH H = = a a1 1b b1 1 /a/a1 1c c
23、1 1 =12/48=1/4=12/48=1/4答：所求合金在1280 时相的相对质量为1/4。2 2 2 2共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图PbSnSn%T, C铅-锡合金共晶相图液相线液相线L固相线固相线 + L+ L+ 固溶线固溶线 固溶线固溶线共晶转变分析共晶转变分析共晶转变分析共晶转变分析PbSnT, CL + L+ L+ 共晶反应线共晶反应线表示从表示从c点到点到e点点范围的合金，在范围的合金，在该温度上都要发该温度上都要发生不同程度上的生不同程度上的共晶反应。共晶反应。ce共晶点共晶点表示表示d点成分的合点成分的合金冷却到此温度金冷却到此温度上发生完全的共上发生完全的共晶转变。晶
24、转变。dLd c+ e共晶反应要点共晶反应要点共晶反应要点共晶反应要点PbSnT, CL + L+ L+ 183ced共晶转变在恒温下进行。共晶转变在恒温下进行。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。X X1 1合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析cefgX1T, CtL L LL+ 冷却曲线冷却曲线 + 1234PbSnT, CL + L+ L+ 183
25、cedX X1 1合金结晶特点合金结晶特点合金结晶特点合金结晶特点T, CtL L LL+ 冷却曲线冷却曲线 + 1.没有共晶反应过程，没有共晶反应过程，而是经过匀晶反应形成而是经过匀晶反应形成单相单相 固相。固相。2.要经过脱溶反应，要经过脱溶反应，室温室温组织组成物组织组成物为为 + 组织组成物组织组成物组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。X X2 2合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析（共晶合金共晶合金共晶合金共晶合金）X2T, CtL( + )L( + )LL( + )共晶体共晶体冷却曲线冷却曲线( + )PbSnT, CL + L+ L+
26、 183cedX X3 3合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析（亚共晶合金亚共晶合金亚共晶合金亚共晶合金）X3T, CtLL+ ( + )+ + 12( + )+ PbSnT, CL + L+ L+ 183cedL+( + )+ 标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图3 3 3 3包晶相图包晶相图包晶相图包晶相图包晶转变包晶转变： Ld+ c ePtAgAg%T, C铂-银合金包晶相图L + L+ L+ cedfgT, CtLL+ L+ + 4. 4. 4. 4. 共析相图共析相图共析相图共析相图共析转变共析转变：
27、( + )共析共析体体ABT, C + + + cedL+ L相图与性能的关系相图与性能的关系1.合金的使用性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系2.固溶体中溶质浓度固溶体中溶质浓度强度、硬度强度、硬度组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。2.2.合金的工艺性能与合金的工艺性能与合金的工艺性能与合金的工艺性能与相图相图相图相图的关系的关系的关系的关系铸造性能铸造性能液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），则流动性好，不易形成分散缩孔。则流动性
28、好，不易形成分散缩孔。锻造、轧制性能锻造、轧制性能单相固溶体合金，单相固溶体合金，变形抗力小，变形均匀，变形抗力小，变形均匀，不易开裂。不易开裂。1 1铁碳相图铁碳相图2 2结晶过程结晶过程3 3成分成分- -组织组织- -性能关系性能关系 4 4Fe-Fe3 CFe-Fe3 C相图的应用相图的应用铁碳铁碳合金的合金的结晶结晶第七讲第七讲第七讲第七讲1 1 1 1铁碳相图铁碳相图铁碳相图铁碳相图 (Fe-Fe(Fe-Fe(Fe-Fe(Fe-Fe3 3 3 3 C C C C相图相图相图相图) ) ) )(1) (1) Fe-FeFe-Fe3 3 C C相图的组元相图的组元 Fe Fe FeFe
29、、-Fe (bcc) -Fe (bcc) 和和-Fe (-Fe (fccfcc) )强度、硬度低，韧性、塑性好。强度、硬度低，韧性、塑性好。 FeFe3 3 C C 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2) (2) Fe-FeFe-Fe3 3 C C相图的相相图的相 FeFe3 3 C C （ CemCem， CmCm，渗碳体）渗碳体） 复杂晶体结构复杂晶体结构 液相液相 L L 相相 （高温铁素体（高温铁素体 ） FeFe（C C）固溶体固溶体 相（相（A A ，奥氏体）奥氏体） -Fe -Fe（C C）固溶体固溶体 相相 （F F，铁素体）铁素体） -
30、Fe -Fe（C C）固溶体固溶体(3) (3) (3) (3) 相图中重要的点和线相图中重要的点和线相图中重要的点和线相图中重要的点和线液相线ABCD固相线AHJECF包晶线HJB，包晶点J共晶线ECF，共晶点CL4.3(A2.11+Fe3C)高温莱氏体,Le或Ld共析线PSK，共析点SA0.77(F0.02+Fe3C)珠光体, PES线：C在A中的固溶线PQ线：C在F中的固溶线2 2 2 2铁碳铁碳铁碳铁碳合金的合金的合金的合金的平衡平衡平衡平衡结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程Fe-C合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁 C % 0.0218 % C % 0.0218 %钢钢 0.0218 %
31、 0.0218 % C % 2.11 %C % 2.11 %亚共析钢亚共析钢 0.77 %0.77 %共析钢共析钢 0.77 % 0.77 % 过共析钢过共析钢 0.77 %0.77 %白口铸铁白口铸铁 2.11 % 2.11 % C % C % 6.69 %6.69 %亚共晶白口铁亚共晶白口铁 4.3 % 4.3 % 共晶白口铁共晶白口铁 4.3 % 4.3 % 过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3 %4.3 %类型类型类型类型亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢钢号钢号钢号钢号202045456060T8T8T10T10T12T12碳质量分数
32、碳质量分数碳质量分数碳质量分数0.200.200.450.450.600.600.800.801.001.001.201.20几种几种常见常见碳钢碳钢(1)(1)(1)(1)工业纯铁工业纯铁工业纯铁工业纯铁 ( C % 0.0218 % )( C % 0.0218 % )( C % 0.0218 % )( C % 0.0218 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织F F + + FeFe3 3C C (微量)500500第八讲第八讲第八讲第八讲(2)(2)(2)(2)共析钢共析钢共析钢共析钢 ( C % = 0.77 % )( C % = 0.77 % )结晶过程结晶过程结晶
33、过程结晶过程室温组织室温组织: : 层片状层片状 P P ( ( F F + + 共析共析 FeFe3 3C C ) )500500(3)(3)(3)(3)亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢 ( C % = 0.4 % )( C % = 0.4 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: : F F + + P P，500500(4)(4)(4)(4)过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢 ( C % = 1.2 % )( C % = 1.2 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: :P P + + FeFe3C CII 400400(5)(5)(5)(5)共晶白口铁共
34、晶白口铁共晶白口铁共晶白口铁 ( C % = 4.3 % )( C % = 4.3 % )( C % = 4.3 % )( C % = 4.3 % )结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织: : （低温）（低温）莱氏体莱氏体 LeLe （P P + + FeFe3C CII+ +共晶共晶FeFe3C C）, , 500500莱氏体莱氏体 LeLe的性能：的性能：硬而脆硬而脆标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图3 3 3 3铁碳铁碳铁碳铁碳合金的合金的合金的合金的成分成分成分成分- - - -组织组织组织组织- - - -性能关系性能
35、关系性能关系性能关系含碳量与相的相对量含碳量与相的相对量关系关系：C C %F%F %，FeFe3 3C C %含碳量与组织含碳量与组织关系关系：图（图（a a）和（和（b b）含碳量与性能含碳量与性能关系关系HBHB：取决于相及相对量取决于相及相对量强度：强度：C%=0.9% C%=0.9% 时最大时最大塑性、韧性：随塑性、韧性：随C%C%而而4 4 4 4铁碳相图的应用铁碳相图的应用铁碳相图的应用铁碳相图的应用钢铁选材钢铁选材：相图相图性能性能用途用途局限性局限性 相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。铸件选材和确定浇注温度铸件选材和确定浇
36、注温度确定锻造温度确定锻造温度( ( 在在 A A 区）区）制定热处理工艺制定热处理工艺复习复习复习复习 相相相相与与与与组织组织组织组织相：相：有一定的有一定的化学成分化学成分和和晶体结构晶体结构的均匀组成部分。的均匀组成部分。合金中有两类基本相合金中有两类基本相 固溶体固溶体 和和 化合物化合物组织：组织：材料内部的微观形貌，体现相的形态、数量、大小和分布。材料内部的微观形貌，体现相的形态、数量、大小和分布。金属材料性能由组织决定，金属材料性能由组织决定，而组织由化学成分和工艺过程决定。而组织由化学成分和工艺过程决定。过共析钢过共析钢x400第四章金属热处理及材料改性热处理热处理热处理热处
37、理的概念的概念的概念的概念把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。以改变其组织和性能的一种工艺。热处理的分类根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，将热处理工艺分类：普通热处理：退火、正火、淬火和回火；表面热处理：表面淬火、化学热处理；其他热处理：真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理。加热和冷却对临界转变温度的影响1 1奥氏体的形成奥氏体的形成奥氏体的形成奥氏体的形成 FeFe，C C原子扩散和晶格改变的过程。原子扩散和晶格改变的过程。原子扩散和晶格改变的过程。原子扩散和晶格改变的过程。共析钢
38、加热到共析钢加热到Ac1以上时，以上时，PA共析钢共析钢A化过程化过程形核形核、长大、长大、FeFe3 3 C C 完全溶解、完全溶解、C的均匀化。的均匀化。亚（过）析钢的亚（过）析钢的A化化PA后，先共析后，先共析F或或Fe3C溶解。溶解。影响影响影响影响A A转变速度的因素转变速度的因素转变速度的因素转变速度的因素加热温度加热温度和和速度速度转变快转变快C%或或FeFe3 3 C C片间距片间距界面多，形核多界面多，形核多转变快转变快合金元素合金元素A化速度化速度或或A晶粒度晶粒度加热温度，保温时间加热温度，保温时间晶粒尺寸晶粒尺寸合金碳化物合金碳化物，C%晶粒尺寸晶粒尺寸1. 1. 1.
39、 1. 过冷过冷过冷过冷A A A A的等温转变的等温转变的等温转变的等温转变过冷过冷A:TST珠光体珠光体P，3800索氏体索氏体S8000屈氏体屈氏体T8000高温高温高温高温转变转变转变转变过程过程过程过程 晶格改变和晶格改变和晶格改变和晶格改变和FeFe，C C原子扩散。原子扩散。原子扩散。原子扩散。中温转变（中温转变（中温转变（中温转变（550550MMS S） CC原子扩散，原子扩散，原子扩散，原子扩散， FeFe原子不扩散原子不扩散原子不扩散原子不扩散过冷过冷A贝氏体贝氏体B（碳化物碳化物+含过饱和含过饱和C的的F）上上B，550350产物产物羽毛状，小片状羽毛状，小片状Fe3C
40、分布在分布在F间。间。上上B强度和韧性差强度和韧性差光学显微照片光学显微照片1300电子显微照片电子显微照片500045钢，上钢，上B+下下B，400下下下下B B， 350350MMSS产物产物产物产物下下B韧性高，综合机械性能好。韧性高，综合机械性能好。F针内定向分布着细小针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒颗粒电子显微照片电子显微照片12000T8钢，下钢，下B，黑色针状黑色针状光学显微照片光学显微照片400亚亚亚亚（过）（过）（过）（过）共析钢共析钢共析钢共析钢过冷过冷过冷过冷A A A A的等温转变的等温转变的等温转变的等温转变与共析钢相比，与共析钢相比，C曲线左移，曲线左移，多一条过
41、冷多一条过冷AF（Fe3C）的转变开始线，且的转变开始线，且Ms、Mf线上线上（下）（下）移。移。连续冷却连续冷却连续冷却连续冷却 转变产物转变产物转变产物转变产物CCT和和TTT曲线的比较曲线的比较CCT位于位于TTT曲线曲线右下方右下方CCT中没有中没有AB转变转变炉冷炉冷P(V)空冷空冷S(VVk)油冷油冷T+M+A(VkVk)水冷水冷M+A(VVk)马氏体（马氏体（马氏体（马氏体（MM）转变特点转变特点转变特点转变特点 1)无扩散无扩散Fe和和C原子都不进行扩散，原子都不进行扩散，M是是体心正方体心正方的的C过饱和的过饱和的F，固溶强化显著。固溶强化显著。2)瞬瞬时性时性M的形成速度很
42、快，的形成速度很快，温度温度则则转变量转变量3)不彻底不彻底M转变转变总要残留少量总要残留少量A，A中的中的C%则则MS、Mf，残余，残余A含量含量4)M形成时体积形成时体积，造成很大内应力。造成很大内应力。MM的形态的形态的形态的形态C%1.0%时，为时，为针状针状M。C%=0.251.0%时，为时，为混合混合M。Fe-1.8C，冷至，冷至-100Fe-1.8C，冷至，冷至-60MM的性能的性能的性能的性能C%M硬度硬度针状针状M硬硬度度高，塑韧性差。高，塑韧性差。板条板条M强度高，塑韧性较好。强度高，塑韧性较好。亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢 连续冷却连续冷却连续冷却连续冷却转变转变转变
43、转变炉冷炉冷F+P空冷空冷F+S油冷油冷T+M水冷水冷M过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢 连续冷却连续冷却连续冷却连续冷却转变转变转变转变炉冷炉冷P+Fe3C空冷空冷S+Fe3C油冷油冷T+M+A水冷水冷M+A转变温度转变温度转变温度转变温度 对对对对共析钢共析钢共析钢共析钢 硬度硬度硬度硬度 和和和和 韧性韧性韧性韧性 的影响的影响的影响的影响按转变温度的高低，按转变温度的高低，转变产物分别是：转变产物分别是：P、S、T，上上B、下下B、M，其硬度依次增加。其硬度依次增加。2.4.2.4.2.4.2.4.3 3 3 3钢的普通热处理钢的普通热处理钢的普通热处理钢的普通热处理1 1退火退火2
44、2正火正火3 3淬火淬火4 4回火回火1 1 1 1退火退火退火退火加热、保温后，缓冷加热、保温后，缓冷( (炉冷炉冷) )近平衡组织近平衡组织P（+F或或Fe3CII）完全退火完全退火（亚共析钢）（亚共析钢）加热温度加热温度AcAc3 3 + + 20203030缓冷缓冷F+P目的：目的：细化晶粒，均匀化组织细化晶粒，均匀化组织降低硬度降低硬度 切削性切削性等温等温退火：退火：等温等温转变转变F+P，再缓冷再缓冷球化退火球化退火（过共析钢）（过共析钢）在在AcAc+ + 20203030等温等温，使使Fe3C球化，球化，再缓冷再缓冷球状球状P（F+球状球状Cm）目的：目的：硬度硬度, ,切削
45、性切削性, ,韧性韧性扩散退火扩散退火加热至略低于固相线加热至略低于固相线 目的：使成分、组织均匀目的：使成分、组织均匀再结晶退火：再结晶退火：加热温度加热温度 T TR R + + 30305050目的：消除加工硬化目的：消除加工硬化去应力退火去应力退火加热温度加热温度 AcAc1 1 ，一般为一般为 500500650650目的：目的：消除冷热加工后的内应力消除冷热加工后的内应力图4-11碳钢各种退火的工艺规范示意图正火正火正火正火应用：应用：1)钢的最终热处理钢的最终热处理细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)%强度、韧性、硬度强度、韧性、硬度2
46、)预先热处理预先热处理淬火、球化退火前改善组织。淬火、球化退火前改善组织。3)增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。加热温度加热温度Ac3(Accm)+3050，空冷空冷S（+F或或Fe3CII）3 3 3 3淬火淬火淬火淬火（蘸火）（蘸火）（蘸火）（蘸火）加热到加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却以上，保温，快速冷却M。淬火温度淬火温度1)亚共析钢亚共析钢Ac3+30502)过共析钢过共析钢Ac1+3050，M+Fe3CII+A，硬度大。硬度大。A中中C%M脆性脆性，残余，残余A%淬火温度低淬火温度低M细小，淬火应力小。细小，淬火应力小。冷却冷却冷却
47、冷却介质介质介质介质冷却速度冷却速度：盐水盐水水水盐浴盐浴油油淬火方法淬火方法单介质淬火：水、油冷单介质淬火：水、油冷双介质淬火：水冷双介质淬火：水冷+油冷油冷分级淬火：分级淬火：Ms盐浴中均温空冷盐浴中均温空冷等温淬火（等温淬火（在盐、碱浴中）在盐、碱浴中）下下B钢的淬透性钢的淬透性钢的淬透性钢的淬透性淬火时得到淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度的能力，取决于临界冷却速度VK。淬透性的应用淬透性的应用按负载，选择不同淬透性的材料。按负载，选择不同淬透性的材料。淬硬性淬硬性：淬火后获得的最高硬度，：淬火后获得的最高硬度，C%淬硬性淬硬性影响淬透性的因素影响淬透性的因素除除Co外，合金使外，
48、合金使VK,淬透性淬透性(a)完全淬透完全淬透(b)淬透较大厚度淬透较大厚度(c)淬透较小厚淬透较小厚度度淬透性不同的钢调质后机械性能的比较淬透性不同的钢调质后机械性能的比较4 4 4 4回火回火回火回火淬火后，加热到淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。以下，保温，冷却。目的：消除淬火应力，调整性能。目的：消除淬火应力，调整性能。低温回火（低温回火（150250）回火回火M(过饱和过饱和F+薄片状薄片状Fe2.4C)+A淬火应力淬火应力，韧性，韧性，保持淬火后的高硬度。，保持淬火后的高硬度。用于高用于高C工具钢等。工具钢等。中温回火（中温回火（350500）回火回火T(F+细粒状细粒状Cm)
49、弹性极限和屈服强度弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等，韧性和硬度中等。用于用于弹簧等。弹簧等。高温回火（高温回火（500650）回火回火S(等轴状等轴状F+粒状粒状Cm)综合机械性能最好综合机械性能最好,即强度、塑性和韧性都较好即强度、塑性和韧性都较好。用于用于重要零件。重要零件。调质处理调质处理淬火淬火+高温回火高温回火回火产物的组织形态比较回火产物的组织形态比较回火产物的组织形态比较回火产物的组织形态比较 回火回火M400回火回火T7500回火回火S7500M低倍低倍T1000S1000回火时性能的变化回火时性能的变化回火时性能的变化回火时性能的变化 回火温度回火温度硬度硬度、强度、强度，
50、塑性塑性2.4.2.4.2.4.2.4.4 4 4 4钢的表面热处理钢的表面热处理钢的表面热处理钢的表面热处理（表面淬火）（表面淬火）（表面淬火）（表面淬火） 不改变心部组织，利用快速加热将表层不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。化后进行淬火。目的目的：提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。感应加热表面淬火感应加热表面淬火交变磁场交变磁场感应表面电流感应表面电流表面加热表面加热特点特点1)加热速度快，晶粒度小，硬度加热速度快，晶粒度小，硬度，脆性，脆性2)表层残余压应力表层残余压应力提高疲劳强度提高疲劳强度3)不易氧化、脱碳、变形小。不易氧化、脱
51、碳、变形小。4)加热温度和淬硬层厚度容易控制。加热温度和淬硬层厚度容易控制。火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火（乙炔氧等火焰）（乙炔氧等火焰）设备简单，但生产率低。设备简单，但生产率低。2.4.2.4.2.4.2.4.5 5 5 5钢的化学热处理钢的化学热处理钢的化学热处理钢的化学热处理将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。以改变表层的化学成分、组织和性能。分类分类 渗渗 C C、N N化、化、C C N N共渗、渗硼、渗铬、渗共渗、渗硼、渗铬、渗AlAl等等。钢的渗钢
52、的渗钢的渗钢的渗 C C C C 气体、固体渗气体、固体渗气体、固体渗气体、固体渗 C C C C低低C钢在高钢在高C介质中加热到介质中加热到900950、保温、保温高碳表层（约高碳表层（约1.0%）目的：表面硬度，耐磨性目的：表面硬度，耐磨性，心部保持一定的强度和塑韧性。，心部保持一定的强度和塑韧性。渗碳后的渗碳后的渗碳后的渗碳后的的热处理的热处理的热处理的热处理 淬火淬火直接淬火直接淬火晶粒粗大，残余晶粒粗大，残余A多，耐磨性低，变形大。多，耐磨性低，变形大。一次淬火一次淬火加热温度加热温度Ac3以上（心部性能以上（心部性能）或）或Ac1以上（表面性能以上（表面性能）二次淬火二次淬火Ac3
53、以上（心部性能以上（心部性能）+Ac1以上（表面性能以上（表面性能）低温回火低温回火,150200，消除淬火应力，提高韧性。消除淬火应力，提高韧性。钢的氮化钢的氮化钢的氮化钢的氮化工件表面渗入工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。氮化温度低氮化温度低(500600)，时间长（，时间长（2050h），），渗层薄。渗层薄。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。第五章金属材料3.1.1碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类3.1.2碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途3.13.1碳钢碳钢碳钢碳钢3.1.1 3.1.1 3
54、.1.1 3.1.1 碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类.成分成分w(C)2.11%Mn、Si固溶强化固溶强化S 热脆热脆P 冷脆冷脆O、N、H 强度、塑性、韧性强度、塑性、韧性.分类分类1）按）按C含量分含量分低低C钢钢w(C)0.25%中中C钢钢0.25%w(C)0.6%高高C钢钢w(C)0.6%2）按质量分（）按质量分（S、P含量）含量）普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分）按用途分碳素结构钢、碳素工具钢。碳素结构钢、碳素工具钢。3.1.23.1.23.1.23.1.2碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途碳
55、钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途1碳素结构钢碳素结构钢2优质碳素结构钢优质碳素结构钢3碳素工具钢碳素工具钢GB/T700-1988 GB/T700-1988 标准标准 GB700-79 GB700-79 标准标准化学成分和力学性能均须保证化学成分和力学性能均须保证 A A 类钢类钢 保证力学性能，保证力学性能， B B 类钢类钢 保证化学成分，保证化学成分， C C 类钢类钢 保证化学成分及力学性能。保证化学成分及力学性能。Q195 Q195 A1A1；B1B1Q215 Q215 A2A2；C2C2Q235 Q235 A3A3；C3C3Q255 Q255 A4A4；C4C4Q275 Q275 C
56、5C5碳素结构钢碳素结构钢 新、老标准钢号对照新、老标准钢号对照表表3-2 3-2 碳素结构钢的机械性能碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌牌号号等等级级拉拉 伸伸 试试 验验冲击试验冲击试验屈服点屈服点 s，MPa抗拉抗拉强度强度 b b / /MPa伸长率伸长率 s , , %温度温度V V型冲型冲击功击功( (纵向纵向) )J钢材厚度钢材厚度( (直径直径) )，mm钢材厚度钢材厚度( (直径直径),), mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A
57、/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615用途用途用途用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。热处理热处理：热轧空冷空冷组织组织：SF多边型角钢多边型角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁2 2优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号牌号如如45
58、钢，含钢，含C量为量为45/10000=0.45%。表表3-4 3-4 优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能钢号钢号化学成分，化学成分，% s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0.370.17-0
59、.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03562GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062（摘自（摘自GB/T182542002）应用应用GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。热处理热处理热处理热处理球
60、化退火球化退火 +淬火淬火 +低温回火低温回火冷处理，时效（冷处理，时效（120120140,10140,1020h20h）：）：稳定尺寸，去应力。稳定尺寸，去应力。组织组织回火回火M细碳化物少量细碳化物少量A1 1合金刃具钢合金刃具钢2 2合金模具钢合金模具钢3 3量具用钢量具用钢3.2.3.2.3.2.3.2.3 3 3 3合金工具钢合金工具钢合金工具钢合金工具钢1 1合金刃具钢合金刃具钢合金刃具钢合金刃具钢（）性能要求（）性能要求高硬度高硬度机加工刀具机加工刀具HRC60高耐磨性高耐磨性刀具寿命和生产率刀具寿命和生产率组织组织要求要求硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。硬而细小
61、的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。高的热硬性高的热硬性（红硬性红硬性）高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。足够的韧性足够的韧性以承受冲击载荷以承受冲击载荷（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢成分成分w(C)=0.91.5%，合金元素合金元素5%。性能性能HRC60，使用温度使用温度200300。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w/%热处理及性能热处理及性能CMnSiCr淬火淬火回火回火回火后回火后HRCHRC9SiCr0.850.950.300.601.201.600.951.25860880油油1802006
62、062CrWMn0.901.050.801.10W1.21.600.901.20820840油油1401606265（摘自（摘自GB/T12992000）热处理热处理热处理热处理 球化退火球化退火球化退火球化退火（+机加工）机加工）机加工）机加工）+淬火淬火淬火淬火 +低温回火低温回火低温回火低温回火最终组织最终组织回火回火M+合金碳化物合金碳化物+少量少量A应用应用如如9SiCr，做板牙、丝锥等。做板牙、丝锥等。板牙板牙丝锥丝锥（）高速钢（）高速钢（）高速钢（）高速钢 成分成分w(C)=0.71.2%，合金元素合金元素10%。性能性能高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性VC等弥散硬化等弥散硬化高热硬
63、性高热硬性600时时HRC62，W2C等提高热硬性。等提高热硬性。高淬透性高淬透性尺寸不大时可空冷淬火，尺寸不大时可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。等元素提高淬透性。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w，%热处理及性能热处理及性能CWVCrMo淬火淬火回火回火回火后回火后HRCW18Cr4V0.700.8017.519.01.001.403.804.4012701285油油550570三次三次63W6Mo5Cr4V20.800.905.506.751.752.203.804.404.755.5012101230油油540560三次三次63热处理热处理热处理热处理（锻造（锻造+）球化退火球化退
64、火（+机加工）机加工）淬火淬火+ +回火回火锻造目的锻造目的成型；使成型；使铸态铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。淬火淬火淬火淬火，12801280增加增加增加增加A A、MM中中中中合金含量合金含量合金含量合金含量，提高热硬性。，提高热硬性。，提高热硬性。，提高热硬性。淬火组织淬火组织（左图）：（左图）：M+碳化物碳化物+A最终组织最终组织（右图）：回火（右图）：回火M+粒状碳化物粒状碳化物+少量少量A回火回火，560，三次，三次W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除弥散硬化，二次淬火基本消除A。应用应用高速车刀、钻头、高速车刀、钻头、铣刀铣刀等。等。（）热
65、模具钢（）热模具钢（）热模具钢（）热模具钢 热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。性能性能耐热性、热疲劳抗力高。耐热性、热疲劳抗力高。应用应用中小型模具中小型模具5CrMnMo等。等。大型模具大型模具3Cr2W8V等，淬透性好。等，淬透性好。最终最终热处理热处理淬火淬火+高温回火高温回火最终组织最终组织回火回火T或或回火回火S3 3量具用钢量具用钢量具用钢量具用钢卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等性能性能高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。应用应用简单量具
66、简单量具T10A、T12A等。等。高精度量具高精度量具GCr15、CrWMn等。等。最终最终热处理热处理淬火淬火+（-70-80）冷处理冷处理+低温回火低温回火+时效处理时效处理时效处理：时效处理：120130，保温几几十小时，使，保温几几十小时，使M、A稳定，消除内应力。稳定，消除内应力。最终组织最终组织回火回火M+碳化物碳化物+少量少量A1 1不锈钢不锈钢2 2耐热钢耐热钢3 3耐磨钢耐磨钢3.2.3.2.3.2.3.2.4 4 4 4特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢1.1.不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢钢的抗腐蚀措施钢的抗腐蚀措施形成单相组织。形成单相组织。加入加入Cr，降低两相的电极
67、电位差。，降低两相的电极电位差。加入加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜等，生成致密的表面氧化膜。常用不锈钢常用不锈钢F型型如如1Cr17，化工设备、食品工业。化工设备、食品工业。M型型如如1Cr13用于汽轮机叶片；用于汽轮机叶片；3Cr13做手术器具及刀具。做手术器具及刀具。A型型如如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业。用于化工、食品、医疗行业。不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分, ,%淬火淬火回火回火CCrNiTi类类别别机械性能机械性能 bMPasMPa5%HRCH
68、B1Cr130.1512149501000水水, ,油油7007504Cr130.360.45121410501100油油200300M型型540345680400254159501Cr170.121618780850正火正火0Cr18Ni90.07171981210101150水水F型型A型型A-F型型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti0.1217199120.50.89201150水水520205401871Cr21Ni5Ti0.090.1420224.85.80.350.89501100水水, ,空空60035020.耐热钢耐热钢耐热钢耐热钢抗氧化性：抗氧化
69、性：金属在高温下的抗氧化能力金属在高温下的抗氧化能力热强性：热强性：热强性是指钢在高温下的强度热强性是指钢在高温下的强度用途：用途：锅炉、燃气轮机等锅炉、燃气轮机等类类别别钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分, ,%淬火淬火回火回火CCrNiTiM型型1Cr130.1512149501000油油7007501Cr11MoV0.110.181011.5Mo0.50.710501100空空720740A型型1Cr18Ni9Ti0.1217198110.50.89201150水水机械性能机械性能 bMPasMPa5403454906855202055%2040HB159159187.耐磨钢耐磨
70、钢耐磨钢耐磨钢ZGMn13ZGMn13热处理热处理：10001100，保温，水冷，保温，水冷A，硬度低硬度低，韧性高。韧性高。性能：性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。提高，心部保持高韧性。用途：用途：履带、铁道岔道履带、铁道岔道第9章机械零件失效分析及选材机械零件的失效分析；选材的一般原则；选材的实际过程。失效的概念和失效分析的目的失效的概念和失效分析的目的失效的基本概念：失效的基本概念：任何零件都具有一定的设计功能与寿命。当其在任何零件都具有一定的设计功能与寿命。当其在使用
71、过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结构发生变化而使用过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象称为失效。象称为失效。失效分析的目的：失效分析的目的：就是要分析零件失效的原因并提出相应的就是要分析零件失效的原因并提出相应的防止和改进措施，其结论对零件的设计、选材、加工与使用都有防止和改进措施，其结论对零件的设计、选材、加工与使用都有重大的指导意义。重大的指导意义。失效的形式 变形失效变形失效 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 蠕变变形蠕变变形 断裂失效断裂失效 韧性断
72、裂韧性断裂 脆性断裂脆性断裂 低应力断裂低应力断裂 疲劳断裂疲劳断裂 蠕变断裂蠕变断裂 介质加速断裂介质加速断裂 表面损伤失效表面损伤失效 磨损磨损 腐蚀腐蚀 表面接触疲劳表面接触疲劳 物理性能降级物理性能降级 电、磁、热等性能衰减电、磁、热等性能衰减失效的主要原因失效的主要原因失效的主要原因失效的主要原因 设计设计 设计思想有误设计思想有误 工作条件分析错误工作条件分析错误 结构外形不合理结构外形不合理 材质材质 选材不当选材不当 材质低劣（冶金缺陷）材质低劣（冶金缺陷） 加工加工 各种冷、热加工缺陷各种冷、热加工缺陷 使用使用 安装不良、维护不善、操安装不良、维护不善、操 作不当、过载使用
73、作不当、过载使用失效分析的工具失效分析的工具肉眼及光学显微镜（肉眼及光学显微镜（OMOM）；）；扫描电子显微镜（扫描电子显微镜（SEMSEM）；）；透射电子显微镜（透射电子显微镜（TEMTEM）；）；X X射线荧光镜；射线荧光镜；X X射线衍射及立体显微镜。射线衍射及立体显微镜。失效分析的基本步骤调查取证；调查取证；整理分析；整理分析；断口分析；断口分析；成分组织性能的分析与测试；成分组织性能的分析与测试；综合分析得出结果。综合分析得出结果。选材的一般原则使用性能；使用性能；工艺性能；工艺性能；经济性能。经济性能。使用性能选材原则使用性能选材原则分类分类典型性能典型性能用途用途力学性能力学性能
74、强度强度各机械装置、承载结构各机械装置、承载结构刚度刚度韧性韧性物理性能物理性能密度密度航天、航空航天、航空导热性导热性热交换器、隔热装置热交换器、隔热装置导电性导电性电机电器、输变电设备电机电器、输变电设备化学性能化学性能耐热性耐热性加热设备、化工设备加热设备、化工设备耐蚀性耐蚀性功能器件，敏感元件功能器件，敏感元件功能特性功能特性电、磁、声、光、热等性能电、磁、声、光、热等性能第二十二讲第二十二讲第二十二讲第二十二讲2）按使用性能选材的方法与步骤分析零件的工作条件，确定其使用分析零件的工作条件，确定其使用性能；性能；进行失效分析；进行失效分析；将零件的使用性能要求转化为对材将零件的使用性能
75、要求转化为对材料性能指标和具体数值的要求。料性能指标和具体数值的要求。典型零件按使用性能分析典型零件按使用性能分析零件零件工作条件工作条件常见失效形式常见失效形式性能要求性能要求应力应力种类种类载荷载荷性质性质受载受载状态状态螺栓螺栓拉、拉、剪剪静载静载-过量变形，断裂过量变形，断裂强度，塑性强度，塑性传动轴传动轴弯、弯、扭扭循环循环冲击冲击轴颈轴颈摩擦摩擦疲劳断裂，过量疲劳断裂，过量变形变形，轴颈磨损，轴颈磨损综合力学性能综合力学性能传动齿传动齿轮轮压、压、弯弯循环循环冲击冲击摩擦摩擦振动振动断齿，磨损，断齿，磨损，疲劳断裂，接触疲劳断裂，接触疲劳疲劳表面高硬度及疲劳表面高硬度及疲劳极限极限
76、，心部强度及韧性，心部强度及韧性弹簧弹簧扭、扭、弯弯交变交变冲击冲击振动振动弹性失稳，弹性失稳，疲劳破坏疲劳破坏弹性极限，屈强比弹性极限，屈强比，疲劳极限，疲劳极限按力学性能选材需注意的问题按力学性能选材需注意的问题材料性能与零件性能的关系；材料性能与零件性能的关系；力学性能指标在选材中的应用意义；力学性能指标在选材中的应用意义；材料强度与塑性、韧性的合理配合；材料强度与塑性、韧性的合理配合；注意提高零件的结构效率。注意提高零件的结构效率。工艺性能的选材原则工艺性能的选材原则金属材料的工艺性能；金属材料的工艺性能；高分子材料的工艺性能；高分子材料的工艺性能；陶瓷材料陶瓷材料经济性能选材原则经济
77、性能选材原则产品价值分析；产品价值分析；产品的总成本分析；产品的总成本分析；材料成本分析。材料成本分析。第10章 铸造前言铸造的概念；铸造的特点；铸造的缺点。铸造成形的理论基础合金的铸造性能：合金的铸造性能： 液态合金的充型能力；收缩；偏析；氧化液态合金的充型能力；收缩；偏析；氧化 和吸气等。和吸气等。合金的流动性：合金的流动性： 影响合金流动性的因素（成分、物理性影响合金流动性的因素（成分、物理性 质、温度、杂质和气体）；质、温度、杂质和气体）；充型能力的影响因素：充型能力的影响因素： 铸型条件；铸型的发气；铸型温度；铸件结构。铸型条件；铸型的发气；铸型温度；铸件结构。铸造合金的收缩收缩的概
78、念；收缩的阶段：1）液态收缩； 2）凝固收缩； 3）固态收缩。影响收缩的因素合金成分；浇注温度；铸件结构和铸型铸件中的缩松和缩孔缩孔：存在于铸件上部或最后凝固的部位，缩孔的外形特征：多呈倒锥形，内表面不光滑。缩孔的形成过程见书图104。缩松：多分布于铸件的轴线区域、内浇口附近甚至厚大铸件的整个断面，它分布面广，难于控制。其形成过程见书图105。铸造应力及铸件的变形、裂纹热应力；机械应力；热应力；机械应力；铸件的变形及其防止：铸件的变形及其防止： 变形铸件厚的部分受拉应力，薄的部分受变形铸件厚的部分受拉应力，薄的部分受压应力，内应力超过合金的屈服极限时，铸件就会压应力，内应力超过合金的屈服极限时
79、，铸件就会产生变形。防止：采用同时凝固；反变形法；加强产生变形。防止：采用同时凝固；反变形法；加强 筋。筋。铸件的裂纹及防止：铸件的裂纹及防止： 热裂凝固后期高温下形成的，主要是由于收热裂凝固后期高温下形成的，主要是由于收缩受到机械阻碍作用而形成的。缩受到机械阻碍作用而形成的。 冷裂在较低温度下形成的，常出现在铸件受冷裂在较低温度下形成的，常出现在铸件受拉伸部位。拉伸部位。砂型铸造砂型铸造的生产过程及其特点 砂型铸造的生产工艺流程见书图1014。手工造型操作灵活，生产效率低，铸件质量不高；机器造型生产量大，但是不能生产厚壁和大型铸件。砂型铸造工艺过程简介造型；熔炼和浇注；落砂与清理。铸造工艺图
80、浇注位置的选择；铸型分型面的选择；工艺参数的确定；铸造工艺图。特种铸造熔模铸造；金属型铸造；压力铸造；离心铸造。常用合金铸件生产特点1）铸铁件 灰铸铁：主要采用冲天炉熔炼，砂型铸造，容易铸造薄壁铸件，一般不设置补缩手段，小件可采用湿型铸造。2）球墨铸铁 球化处理见图1032所示。3）可锻铸铁 可锻铸铁是用低C低Si的铁水浇注出的白口组织的铸件毛坯，然后经长时间的高温石墨化退火使白口铸件中的渗碳体分解为团絮状石墨，从而得到由团絮状石墨和不同基体组成的铸铁。 特点：收缩大，流动性差。4）蠕墨铸铁 生产过程和球墨铸铁相似。 特点：流动性好，可以浇铸出复杂铸件和薄壁铸件。一般浇注后不进行热处理，铸态时
81、直接使用。铸钢件铸钢分为铸造碳钢和铸造合金钢；铸钢的特点：综合力学性能高于各类铸铁，不仅强度高，且有优良的塑性和韧性，焊接性好；缺点：晶粒粗大、组织不均匀，常存在一些残余应力，需进行热处理。铸钢的熔炼三相电弧炉；感应电炉；平炉。铸钢的铸造工艺特点熔点高（约1500）、流动性差、收缩率高（达到2）。在熔炼过程中易吸气和氧化， 在浇注过程中易产生粘砂、浇不足、冷隔、缩孔、变形、裂纹、夹渣和气孔。铸钢所用型砂须有良好的透气性、耐火性、强度和退让性。 一般应遵守顺序凝固的原则，设置冒口和冷铁。对薄壁件应遵循同时凝固的原则。第11章压力加工金属的塑性成形又称为压力加工，是指在外力的作用下，使金属坯料产生
82、塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、毛坯或零件的成形加工方法。塑性加工的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。压力加工的方法：轧制、挤压、拉拔、自由锻造、模型锻造和板料冲压压力加工的优缺点压力加工的理论基础金属的纤维组织及锻造比金属的锻造性能金属的变形规律金属的纤维组织及锻造比金属的锻造性能金属的变形规律常用锻造方法 自由锻自由锻 自由锻造，简称自由锻，它是利用锻压设备上下砧块和一些简单通用自由锻造，简称自由锻，它是利用锻压设备上下砧块和一些简单通用工具，使坯料在压力作用下产生塑性变形。工具，使坯料在压力作用下产生塑性变形。 根据锻造设备类型不同，自由锻可分为锻锤自由锻和水压机
83、自由锻二根据锻造设备类型不同，自由锻可分为锻锤自由锻和水压机自由锻二种。前者用于锻造中、小锻件，后者用于锻造大型锻件。种。前者用于锻造中、小锻件，后者用于锻造大型锻件。 自由锻造具有以下三个特点：自由锻造具有以下三个特点：自由锻造具有以下三个特点：自由锻造具有以下三个特点： 自由锻使用工具简单，通用性强，灵活性大，因此适合单件小批锻自由锻使用工具简单，通用性强，灵活性大，因此适合单件小批锻件的生产。件的生产。 自由锻件是由坯料逐步变形而成，工具只与坯料部分接触，故所需自由锻件是由坯料逐步变形而成，工具只与坯料部分接触，故所需设备功率比模锻要小得多，所以自由锻适于锻造大型锻件。如万吨模设备功率比
84、模锻要小得多，所以自由锻适于锻造大型锻件。如万吨模锻水压机只能模锻几百公斤重的锻件，而万吨自由锻水压机却可锻造锻水压机只能模锻几百公斤重的锻件，而万吨自由锻水压机却可锻造重达百吨以上的大型锻件。可见，对于大型锻件，只能采用自由锻成重达百吨以上的大型锻件。可见，对于大型锻件，只能采用自由锻成型。型。 自由锻是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸，所以锻件的精度差，自由锻是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸，所以锻件的精度差，锻造生产率低，劳动强度较大。锻造生产率低，劳动强度较大。 1.1.自由锻设备自由锻设备自由锻设备自由锻设备 根据施加在锻件上作用力的性质，自由锻设备可分为锻锤根据施加在锻件上作用力
85、的性质，自由锻设备可分为锻锤( (空气锤、蒸汽空气锤、蒸汽空空气锤气锤) )和液压机和液压机( (水压机、油压机水压机、油压机) )两大类。锻锤产生冲击力，液压机产生静压两大类。锻锤产生冲击力，液压机产生静压力使金属变形。力使金属变形。 (1)(1)空气锤空气锤 空气锤的规格以落下部分重量来表示，一般为空气锤的规格以落下部分重量来表示，一般为505010001000。 空气锤的特点是：锤头速度可达到空气锤的特点是：锤头速度可达到7 78m8ms s，不需要辅助设备，操作方便，不需要辅助设备，操作方便，但结构较复杂，锤击能力有限，广泛应用于中小型锻件的生产。但结构较复杂，锤击能力有限，广泛应用于
86、中小型锻件的生产。 (2)(2)水压机水压机 水压机的优点在于它以静压力代替锻锤的冲击力，上抵铁速度约为水压机的优点在于它以静压力代替锻锤的冲击力，上抵铁速度约为0.10.10.30.3mms s。从而避免了对地基及建筑物的震动，工作环境噪音小，也比较安全。从而避免了对地基及建筑物的震动，工作环境噪音小，也比较安全。水压机的压力在整个冲程中都是不变的，故能充分利用有效冲程进行锻造，水压机的压力在整个冲程中都是不变的，故能充分利用有效冲程进行锻造，它比锤上锻造容易达到较大的锻透深度，锻件的整个截面可获得细晶粒组织。它比锤上锻造容易达到较大的锻透深度，锻件的整个截面可获得细晶粒组织。 水压机的缺点
87、是设备庞大，并需一套供水系统和操纵系统，造价较高。水压机的缺点是设备庞大，并需一套供水系统和操纵系统，造价较高。 水压机的规格用压力来表示，也称吨位。水压机施加的压力可达水压机的规格用压力来表示，也称吨位。水压机施加的压力可达8008001200012000吨，所锻钢锭的重量由吨，所锻钢锭的重量由1 1吨到吨到300300吨，广泛用于碳素钢、合金钢、高合金钢及吨，广泛用于碳素钢、合金钢、高合金钢及特殊钢等大型锻件的单件小批生产中。特殊钢等大型锻件的单件小批生产中。 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性板料冲压板料冲压是指利用冲模使板料产生分离或变形，
88、从而获得板料冲压是指利用冲模使板料产生分离或变形，从而获得制件的加工方法。制件的加工方法。板料冲压的特点：生产率高，操作简单，工艺过程易于实板料冲压的特点：生产率高，操作简单，工艺过程易于实现机械化、自动化；冲压件质量好，尺寸精度高，互换性现机械化、自动化；冲压件质量好，尺寸精度高，互换性好；可冲制形状复杂的零件，材料利用率高，废品率低；好；可冲制形状复杂的零件，材料利用率高，废品率低；冲模结构复杂，材料和制造成本高，只有在大批量生产的冲模结构复杂，材料和制造成本高，只有在大批量生产的条件下，才能显示出它的优越性。条件下，才能显示出它的优越性。常用的冲压设备主要有剪床和冲床。剪床的用途是将板料
89、常用的冲压设备主要有剪床和冲床。剪床的用途是将板料切成一定宽度的条料，供冲压用。冲床则是冲压加工的基切成一定宽度的条料，供冲压用。冲床则是冲压加工的基本设备，可用于切断、落料、冲孔、弯曲、拉深和其它冲本设备，可用于切断、落料、冲孔、弯曲、拉深和其它冲压工序。压工序。板料冲压的基本工序可分为分离工序和成形工序两大类。板料冲压的基本工序可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序分离工序分离工序分离工序分离工序是将一块完整板料按要求分成两部分，如分离工序是将一块完整板料按要求分成两部分，如落料、冲孔、切断和修整等。落料、冲孔、切断和修整等。(1)冲裁变形过程(2)凸凹模间隙凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件
90、的断面质量，而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。(3)凸、凹模刃口尺寸的确定(4)冲裁力的计算2.修整修整修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度3.切断切断切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。成形工序成形工序成形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、胀形等。 1.1.拉深拉深拉深拉深 (1)(1)拉深过程拉深过程 利用模具使落料后得到的平板坯料变形成开口空心零件的成形工序利用模具使落料后得到的平板坯料变形成开口空
91、心零件的成形工序( (图图10-10)10-10)。其变形过程为：把直径是。其变形过程为：把直径是D D的平板坯料放在凹模上，在凸的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，板料通过塑性变形，被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空模作用下，板料通过塑性变形，被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空心零件。拉深件的底部一般不变形，只起传递拉力的作用，厚度基本心零件。拉深件的底部一般不变形，只起传递拉力的作用，厚度基本不变。零件直壁由坯料外径不变。零件直壁由坯料外径D D减去内径减去内径d d的环形部分所形成，主要受拉的环形部分所形成，主要受拉力作用，厚度有所减小。而直壁与底部之间的过渡圆角部位变薄最严力作用，厚度有所
92、减小。而直壁与底部之间的过渡圆角部位变薄最严重。拉深件的法兰部分，切向受压应力作用，厚度有所增大。重。拉深件的法兰部分，切向受压应力作用，厚度有所增大。 (2)(2)拉深系数拉深系数 拉深件直径拉深件直径d d与坯料直径与坯料直径D D的比值称为拉深系数，用的比值称为拉深系数，用mm表示，即表示，即 mmd/Dd/D mm是衡量拉深变形程度的指标。是衡量拉深变形程度的指标。mm越小，表明拉深件直径越小，变形越小，表明拉深件直径越小，变形程度越大，坯料程度越大，坯料拉深件成形过程中最常见的质量问题是破裂(图10-13)和起皱(图10-14)。 破裂是拉深件最常见的破坏形式之一，多发生在直壁与底部
93、的过渡圆破裂是拉深件最常见的破坏形式之一，多发生在直壁与底部的过渡圆角处。产生破裂的原因主要有以下几点：角处。产生破裂的原因主要有以下几点： 凸凹模圆角半径设计不合理凸凹模圆角半径设计不合理 拉深模的工作部分不能设计成锋利的刃口，必须做成一定的圆角。对拉深模的工作部分不能设计成锋利的刃口，必须做成一定的圆角。对于普通低碳钢板拉深件，凹模圆角半径于普通低碳钢板拉深件，凹模圆角半径RdRd(6(615)S15)S。凸模圆角半径。凸模圆角半径RpRp(0.6(0.61)Rd1)Rd。当这两个圆角半径。当这两个圆角半径( (尤其是尤其是Rd)Rd)过小时，就容易产生过小时，就容易产生拉裂。拉裂。 凸凹
94、模间隙不合理凸凹模间隙不合理 拉深模的凸凹模间隙一般取拉深模的凸凹模间隙一般取Z Z(1.1(1.11.2)S1.2)S。间隙过小，模具与拉深。间隙过小，模具与拉深件间的摩擦力增大，易拉裂工件，擦伤工件表面，降低模具寿命。件间的摩擦力增大，易拉裂工件，擦伤工件表面，降低模具寿命。 拉深系数过小拉深系数过小 mm值过小时，板料的变形程度加大，拉深件直壁部分承受的拉力也加值过小时，板料的变形程度加大，拉深件直壁部分承受的拉力也加大，当超出其承载能力时，即会被拉断。大，当超出其承载能力时，即会被拉断。 模具表面精度和润滑条件差模具表面精度和润滑条件差2.2.弯曲弯曲弯曲弯曲弯曲是使坯料的一部分相对于
95、另一部分弯曲成一弯曲是使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序定角度的工序( (图图10-15)10-15)。弯曲时材料内侧受压，。弯曲时材料内侧受压，而外侧受拉。当外侧拉应力超过坯料的抗拉强度而外侧受拉。当外侧拉应力超过坯料的抗拉强度极限时，即会造成金属破裂。坯料越厚、内弯曲极限时，即会造成金属破裂。坯料越厚、内弯曲半径半径r r越小，则压缩及拉伸应力越大，越容易弯裂。越小，则压缩及拉伸应力越大，越容易弯裂。为防止破裂，弯曲的最小半径为为防止破裂，弯曲的最小半径为rminrmin(0.25(0.251)S1)S，S S为板料的厚度。材料塑性好，则弯曲半径为板料的厚度。材料塑性好，则弯
96、曲半径可小些。可小些。第12章焊接焊接的概念：焊接是利用局部加热或加压等手段，焊接的概念：焊接是利用局部加热或加压等手段，使分离的两部分金属，通过原子的扩散与结合而使分离的两部分金属，通过原子的扩散与结合而形成永久性连接的工艺方法。形成永久性连接的工艺方法。 焊接的分类：据实现金属原子间结合的方式不同，焊接的分类：据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊可分为熔化焊、压力焊和钎焊3 3大类大类 焊接的特点：优点焊接的特点：优点成形方便成形方便成形方便成形方便 、适应性强适应性强适应性强适应性强 、 生生生生产成本低；缺点生产自动化程度较低；焊接质产成本低；缺点生产自动化程度较
97、低；焊接质产成本低；缺点生产自动化程度较低；焊接质产成本低；缺点生产自动化程度较低；焊接质量的可靠性还不令人十分满意；焊接生产过程的量的可靠性还不令人十分满意；焊接生产过程的量的可靠性还不令人十分满意；焊接生产过程的量的可靠性还不令人十分满意；焊接生产过程的质量只能靠焊后无损检测、甚至破坏性的定时定质量只能靠焊后无损检测、甚至破坏性的定时定质量只能靠焊后无损检测、甚至破坏性的定时定质量只能靠焊后无损检测、甚至破坏性的定时定量抽查来加以检验。量抽查来加以检验。量抽查来加以检验。量抽查来加以检验。主要焊接方法分类熔化焊成形理论基础熔化焊成形理论基础焊条电弧焊过程示意图焊接电弧焊接电弧焊接电弧是在电
98、极与工件间的气体介质中长时间而有力的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。1.电弧的引燃2.电弧的组成焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成。直流弧焊机的正接与反接焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性电弧静特性曲线1-普通电阻特性2-弧长为5mm的电弧静特性3-弧长为2mm的电弧静特性焊接冶金焊接冶金焊接冶金特点，主要有：(1)冶金温度高(2)冶金过程短(3)冶金条件差为保证焊缝质量必须采取的工艺措施(1)造成有效的保护防止有害元素进入熔池(2)渗合金元素以保证焊缝化学成分(3)脱氧脱硫和脱磷等焊条焊条焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊条由焊芯和药皮两部分组成。1.1.焊芯焊芯焊
99、芯焊芯 焊芯是由经过特殊冶炼的专用金属丝焊芯是由经过特殊冶炼的专用金属丝( (焊丝焊丝) )切制而成切制而成的。焊接时，其作用有两个方面：一是导电，产生电弧；的。焊接时，其作用有两个方面：一是导电，产生电弧；二是熔化后作为填充金属进入熔池，用来形成焊缝和调整二是熔化后作为填充金属进入熔池，用来形成焊缝和调整焊缝成分焊缝成分焊芯材料有低碳钢，不锈钢，有色金属等，化学成分焊芯材料有低碳钢，不锈钢，有色金属等，化学成分要求较严。制造焊芯的焊丝材料牌号，要加要求较严。制造焊芯的焊丝材料牌号，要加“ “H(H(焊焊)”)”字，字，如如H08H08、H30CrMnSiH30CrMnSi、H1Cr18Ni9
100、TiH1Cr18Ni9Ti等。常用焊丝的主要化等。常用焊丝的主要化学成分见表学成分见表11-111-1。2.2.药皮药皮药皮药皮 药皮的主要作用药皮的主要作用(1)(1)使焊条具有好的焊接工艺性使焊条具有好的焊接工艺性 (2)(2)保保护焊缝护焊缝 (3)(3)冶金作用冶金作用 3.3.焊条的种类及牌号焊条的种类及牌号焊条的种类及牌号焊条的种类及牌号 4.4.焊条的选用焊条的选用焊条的选用焊条的选用 焊接接头的金属组织与性能焊接接头的金属组织与性能1.1.焊缝区焊缝区焊缝区焊缝区2.熔合区熔合区3.热影响区热影响区焊接应力与变形焊接应力与变形1.焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的原因2.焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式3.防止及消除焊接应力的措施防止及消除焊接应力的措施4.防止和消除焊接变形的措施防止和消除焊接变形的措施常用焊接方法常用焊接方法电弧焊，电渣焊，电阻焊，钎焊常用材料的焊接金属材料的焊接性1.焊接性的概念金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。2.钢材焊接性的评价方法接头形式的选择与设计接头形式的选择与设计
