铸铁和钢的基础知识.

2020/1/20铸铁、钢基础知识——东动懂动15:112020/1/20目录1.铁碳相图2.钢铁的分类3.常用温度符号4.常用热处理方法5.结论15:11铁碳相图2020/1/20铁碳相图15:11钢铁的分类铸铁含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。2020/1/2015:11钢铁的分类铸铁白口铸铁碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。可锻铸铁由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。2020/1/2015:11钢铁的分类铸铁灰口铸铁含碳量较高（2.7%～4.0%），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（1145～1250℃），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。由于片状石墨存在，故耐磨性好。铸造性能和切削加工较好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。其牌号以“HT”后面附两组数字。例如：HT20-40（第一数字表示最低抗拉强度，第二组数字表示最低抗弯强度）。2020/1/2015:11钢铁的分类铸铁球墨铸铁将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。碳全部或大部分以自由状态的球状石墨存在，断口成银灰色。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。其牌号以“QT”后面附两组数字表示，例如：QT45-5（第一组数字表示最低抗拉强度，第二组数字表示最低延伸率）。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。蠕墨铸铁将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。2020/1/2015:11钢铁的分类铸铁合金铸铁普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。2020/1/2015:11钢铁的分类钢按化学成分碳素钢：低碳钢（C%0.25%）建筑中碳钢（0.25%C%0.6%）高碳钢（C%0.6%）工具合金钢：低合金钢（合金%4%）建筑中合金钢（4%合金%10%）高合金钢（合金%10%）工具2020/1/2015:11钢铁的分类钢按质量普通钢建筑（S%0.055%~0.065%；P%0.045%~0.085%）优质钢（S%0.030%~0.045%；P%0.035%~0.040%）高级优质钢工具（S%0.020%~0.030%；P%0.027%~0.035%）2020/1/2015:11钢铁的分类钢按用途结构钢：建筑结构、机械零件等用的钢。工具钢:作工具、模具、量具等用的钢。特殊性能钢:作专门用途的钢，如桥梁用钢、铆螺用钢、不锈钢、耐热钢等2020/1/2015:11钢铁的分类钢按炼钢方法1，转炉钢；2，平炉钢；3，电炉钢。按浇铸前脱氧程度1，镇静钢（脱氧完全）2，沸腾钢（脱氧不完全，应用少）3，半镇静钢（介于两者之间）2020/1/2015:11常用温度符号Ac1、Ac3、Accm钢加热时的实际转变温度加热时：Ac1P→γ；Ac3α完全→γ；AccmFe3CⅡ完全→γ；2020/1/2015:11常用温度符号Ar1、Ar3、Arcm钢冷却时的实际转变温度。加热时：Ar1γ→P；Ar3γ开始→α；Arcmγ开始析出Fe3CⅡ2020/1/2015:11常用热处理方法1.退火操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛胚状态进行退火。2020/1/2015:11常用热处理方法2.正火操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。2020/1/2015:11常用热处理方法3.淬火操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。应用要点：1.一般用于含碳量大于0.3%的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。2020/1/2015:11常用热处理方法4.回火操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。2020/1/2015:11常用热处理方法5.调质操作方法：淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高10~20度的温度，保温后进行淬火，然后在400~720度的温度下进行回火。目的：1.改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；2.减小淬火时的变形和开裂；3.获得良好的综合力学性能。应用要点：1.适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；2.不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些精密零件，如丝杠等的预先热处理，以减小变形。2020/1/2015:11常用热处理方法6.时效操作方法：将钢件加热到80~200度，保温5~20小时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。目的：1.稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期间的变形；2.减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。应用要点：1.适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要求形状不再发生变化的精密工件，如精密丝杠、测量工具、床身机箱等。2020/1/2015:11常用热处理方法7.冷处理操作方法：将淬火后的钢件，在低温介质（如干冰、液氮）中冷却到－60～－80度或更低，温度均匀一致后取出均温到室温。目的：1．使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大部转换为马氏体，从而提高钢件的硬度、强度、耐磨性和疲劳极限；2．稳定钢的组织，以稳定钢件的形状和尺寸。应用要点：1．钢件淬火后应立即进行冷处理，然后再经低温回火，以消除低温冷却时的内应力；2．冷处理主要适用于合金钢制的精密刀具、量具和精密零件。2020/1/2015:11常用热处理方法8.火焰加热表面淬火操作方法：用氧－乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到钢件表面上，快速加热，当达到淬火温度后立即喷水冷却。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持韧性状态。应用要点：1．多用于中碳钢制件，一般淬透层深度为2～6mm；2．适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。2020/1/2015:11常用热处理方法9.感应加热表面淬火操作方法：将钢件放入感应器中，使钢件表层产生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度，然后喷水冷却。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部保持韧性状态。应用要点：1．多用于中碳钢和中碳合金结构钢制件；2．由于肌肤效应，高频感应淬火淬透层一般为1～2mm，中频淬火一般为3～5mm，高频淬火一般大于10mm。2020/1/2015:11常用热处理方法10.渗碳操作方法：将钢件放入渗碳介质中，加热至900～950度并保温，使钢件便面获得一定浓度和深度的渗碳层。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍然保持韧性状态。应用要点：1．用于含碳量为0．15％～0．25％的低碳钢和低合金钢制件，一般渗碳层深度为0．5～2．5mm；2．渗碳后必须进行淬火，使表面得到马氏体，才能实现渗碳的目的。2020/1/2015:11常用热处理方法11.渗氮操作方法：利用在500～600度时氨气分解出来的活性氮原子，使钢件表面被氮饱和，形成氮化层。目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。应用要点：多用于含有铝、铬、钼等合金元素的中碳合金结构钢，以及碳钢和铸铁，一般氮化层深度为0．025～0．8mm．2020/1/2015:11常用热处理方法12.碳氮共渗操作方法：向钢件表面同时渗碳和渗氮。目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。应用要点：1．多用于低碳钢、低合金结构钢以及工具钢制件，一般氮化层深0．02～3mm；2．氮化后还要淬火和低温回火。2020/1/2015:114.结论2020/1/20白口铸铁碳以渗碳体形态存在；可锻铸铁碳以团絮状石墨形态存在；灰口铸铁碳以片状石墨形态存在；球墨铸铁碳以球状石墨形态存在；蠕墨铸铁碳以蠕虫状石墨形态存在；的不同的热处理工艺可以不同程度地改变材料的组织、性能，热处理和成分是决定材料性能的两大要素。退火、正火、淬火都是冷却过程，区别在于冷速的不一样；回火、调质都包含加热过程。表面处理方法很多，目的只有一个，提高材料表面性能，同时保持芯部性能不变。2020/1/20请大家批评指正！Thankyou！