常用金属材料及表面处理

May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.2课程内容课程内容•常用金属零件表面处理•金相及热处理简介•常用不锈钢•常用有色金属•常用金属材料1.铝及其合金2.铜及其合金3.钛及其合金4.钨及其合金1.阳极氧化2.电镀3.金属钝化4.零件表面电解抛光5.静电粉末喷涂May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.3冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理钢材生产流程图高炉炼铁电炉、转炉炼钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.4冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理炼铁高炉炼铁是将铁还原出来3CO+Fe2O3==高温==3CO2+2FeMay,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.5冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理炼钢转炉炼钢是将生铁中的过量碳和杂质除去Fe+1/2｛O2｝=FeOSi+2(FeO)=2[Fe]+SiO2+QMn+2(FeO)=2[Fe]+MnO2+QC+FeO=Fe+CO+Q2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝5[Fe]+(4CaO.P2O5)+Q[FeS]+(CaO)=(FeO)+(CaS)-Q氧化顺序是：Si、Mn、C、P、FeMay,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.6冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理轧制热轧-hot-rolling冷轧-cold-rollingMay,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.7冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理Fe-C合金金相图May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.8冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理铁素体:(Ferrite)是c溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体,具有体心立方晶体结构,用字母F或者α表示.奥氏体:(Austentte)是c溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体．具有面心立方晶体结构，用字母A或者γ表示．马氏体:(Martensite)碳在α-Fe中的过饱和固溶体,用M表示珠光体:(Pearlite)是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。用符号P表示，含碳量为ωc=0.77%渗碳体:(Cementite)Fe3C型碳化物莱氏体:(ledeburite)莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体。体心立方晶体结构面心立方晶体结构α-Fe：温度在912℃以下的纯铁，晶格类型是体心立方γ-Fe：温度在912℃～1394℃的纯铁，晶格类型是面心立方小知识继续升高温度，γ-Fe转变为δ-Fe，它的结构与α-Fe一样，是体心立方结构。May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.9冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理图中的特性点A点：纯铁的熔点1538℃C点：共晶点1148℃D点：渗碳体的熔点1227℃S点：共析点727℃G点：纯铁的同素异晶转变点912℃E点：C在γ-Fe中最大溶解度1148℃P点：C在α-Fe中最大溶解度727℃Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度图中的特性线ACD：液相线AECF：固相线GS：AF的转变线，又称A3线。ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。ECF：共晶线，含C量2.11%--6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。PSK：共析线，含C量在0.0218%--6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P，又称A1线。其中要特别注意A1线、A3线和Acm线。它们常常和退火及其它热处理工艺有密切关系。Q2014/4/2May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.10冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理铁碳合金的成份组织性能关系May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.11冶金金相及钢的热处理冶金金相及钢的热处理退火、正火、淬火、回火,备俗称“四把火”钢的热处理是将金属在固态下通过加热、保温和冷却过程，改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.12常见的热处理工艺常见的热处理工艺退火annealing•Ac3/Ac1以上的某一温度•炉中冷却•改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力正火normalizing•类似退火•从炉中取出在空气中冷却•效率高，低能耗淬火quenching•加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。回火Tempering•淬火-回火；低于下临界温度•①提高组织稳定性-消除内应力•②改善切削加工性能-降低硬度。•③调整力学性能-提高韧性。May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.13钢铁为什么会生锈•铁:稳定状态Fe2O3和Fe3O4•化学腐蚀•电化学腐蚀阳极：Fe=Fe2++2e-阴极：O2+2H20+4e-=4OH-总反应：2Fe+2H20+O2=2Fe(OH)2阳极：Fe=Fe2++2e-阴极：2H++2e-=H2↑总反应：2H++Fe=Fe2++H2↑吸氧腐蚀析氢腐蚀常用不锈钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.14•关键词：铬:提高阳极活性镍:提高热力学稳定性Fe2+/Fe的标准电极电势为-0.48VCr3+/Cr的标准电极电势为-0.74VNi2+/Ni的标准电极电势为-0.24V•解放：铬Fe、Mn、Cr、Mo、V、Zr、Ti的亲碳排列顺序增加•标准电极电势常用不锈钢2014/4/2May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.15常用不锈钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.16不锈钢也会生锈案例常用不锈钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.17中国日本美国1Cr17Ni7SUS3013011Cr18Ni9SUS302302Y1Cr18Ni9SUS3033030Cr18Ni9SUS30430400Cr19Ni10SUS304L304L0Cr17Ni12Mo2SUS31631600Cr17Ni14Mo2SUS316L316L300系列不锈钢300系列不锈钢常用不锈钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.18常用不锈钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.1917－4PH不锈钢17－4PH不锈钢17－4PH即为美国ASTM630俗称:马氏体沉淀硬化不锈钢PH:precipitation-hardening沉淀硬化热处理工艺:固溶+时效马氏体沉淀硬化不锈钢固溶处理的硬度在30HRC左右，进行机加没有问题，机加成型后进行最终的时效处理提高硬度在40HRC左右。建议时效在真空炉进行时效处理，表面有浅黄色的氧化色可以使用。May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.2017－4PH不锈钢17－4PH不锈钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.2117－4PH不锈钢17－4PH不锈钢May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.22铝及其合金铝及其合金•认识铝化学符号Al原子序数13白色的轻金属，较软密度2.7g/cm3熔点660.4℃沸点2467℃包装May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.23铝及其合金铝及其合金纯铝和工业纯铝1×××铝含量99%110010501060硬铝（高强度铝）2×××AI-Cu合金202420252026防锈铝薄板3×××AI-Mn合金300330043105锻铝（模板）4×××AI-Si合金404340324A11防锈铝材（板棒）5×××AI-Mg合金505251825056锻铝（挤压刑棒）6×××AI-Mg-Si合金606160636009超硬铝（航空铝）7×××AI-Zn-Mg合金707570507039基它铝合金8×××以其它元素主要合金的铝合金产品如AI-Li备用组合金9×××第一位数表示分类号第二位数：钝铝表示受控杂质的个数，铝合金表示对原合金的改进次数N:表示系日本独创合金第三、四位数：纯铝表示Al含量百分小数点后的最低含量，铝合金表示编号•铝材牌号May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.24铝及其合金铝及其合金代号名称代号名称FOHH14WTT2T3T4加工状态退火状态冷加工状态半冷加工状态固溶处理后在自然时效状态中固溶处理后时效退火状态（用于铸件）固溶处理后冷加工再自然时效时稳定状态固溶处理后自然时效T5T6T7T8T9T10T41T42T62人工时效（不固溶处理，在F状态下人工时效，适于铸件及型材）固溶处理后人工时效固溶处理后在高温下人工时效固溶处理后冷加工再人工时效固溶处理后人工时效再冷加工热加工冷却后人工时效，再时行冷加工固溶处理后沸水淬火固溶处理后自然淬火固溶处理后高温时效•铝和铝合金热处理状态代号及名称May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.25铝及其合金铝及其合金铝材类型主要用途1×××不受力装饰铝件铝牌装饰条常用105010601080状态避免使用11002×××高强度结构件航空航天常用202420112017最高可含铜10%不建议阳极氧化但化学氧化有需求3×××性能类似纯铝延展好用于包装易拉罐常用30033004不合适超过5um的阳极氧化一般用胶印4×××最高含硅12%焊接性好热膨胀小耐磨用于活塞和焊条常用400440434032阳极氧化一般不选用5×××最高含镁15%用于要求强度的各种铝件包括外壳装饰用505250055083505052525657非常适合阳极氧化6×××各种工业铝型材和建筑型材常用646360636061适合阳极氧化7×××高强度铝用于航空航天常用7075707270057050硬质氧化选用但普通氧化不选用铸铝铝硅系最常用高强度铸件选用铝硅铜系常用ZL101ZL204AC4DADC1ADC6ADC10ADC12A380A360阳极选用铝镁系铸铝ADC6ZL301AC7B）•铝材加工及应用2014/4/2May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.26铝及其合金铝及其合金•铝材加工及应用May,2008/©Copyright2008,MeasurementSpecialties,Inc.27铜与铜合金铜与铜合金May,2008/©Cop