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综合车间工艺文件培训第一章热处理工艺文件第一节钢铁材料分类一.钢和铸铁(生铁)通常钢按化学成分碳素钢，合金钢。碳素钢以铁（Fe)和碳（C）为主，简称碳钢。碳钢根据含碳（C）的不同可分为:低碳钢，含碳量为小于0.25%；中碳钢，含碳量为0.25%~0.55%或0.25%~0.60%；高碳钢，含碳量为0.60%~2%。钢与铸铁（生铁）主要区别是含碳量不同，生铁含碳量为2%~6.67%（或2.11%);钢的含碳量为0.25%~2%（或2.11%）。二.钢中元素对钢的性能影响1.碳(C)钢的性能与含碳量有直接关系。含碳量越高，硬度就越高，合金钢的硬度取决于合金中含碳量的多少，含碳量增加，渗碳体组织多，硬度就呈直线上升。合金的塑形主要是由铁素体提供的，低碳钢的铁素体组织多，所以塑性就最好。随着含碳量的增加，铁素体减少，合金的塑性也不断下降。当合金的基体为渗碳体时，塑性趋于零。合金的冲击韧性随着脆性的渗碳体的增多，急剧下降。碳对焊接性有着不良影响。含碳越高，它的熔点越低；发过来含碳越低熔点就越高。2.猛(Mn)猛是炼钢生铁和脱氧剂猛铁带入钢中的杂质元素。猛的脱氧能力很好，能还原钢中的氧化铁，提高产量。猛能溶入铁素体，提高钢的强度，并使钢材在热轧后冷却时得到片层较细`强度较高的珠光体。猛还能与硫形成MnS,以消除硫的有害作用。工业钢一般都含有一定数的猛，它能消除或减弱钢因硫引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。猛在钢中由于降低临界转变温度而起到细化珠光体的作用。它具有使钢形成和稳定奥氏体组织的能力，猛也强烈增加钢的淬透性。它还能减低钢的红折性。含猛量大于0.5%，含碳较高时，水淬容易发生裂纹，主要是由于猛会促使晶粒长大的原因。3.硅(Si)硅也是由炼钢生铁和脱氧剂硅铁带入钢中的杂质元素。硅能好地消除氧化铁对钢的不良影响。硅也溶入铁素体，使铁素体化，提高钢的强度.硬度和弹性.弹性极限和耐磨性。硅对钢的回火稳定性和抗氧化性有很大好处，因此，硅对钢中也是有益元素。4.硫(S)硫是在炼钢时由矿石和燃烧带到钢中有害物质。但钢加热到1000℃进行压力加工时，晶界上的共晶体熔化，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为“热脆”。为了消除硫的有害作用，可增加含猛量，猛能从FeS中夺走S而形成硫化猛（MnS),熔点1620℃，并呈粒状分布在晶粒内，能有效消除热脆性。5.磷(Ｐ)磷也是钢中有害物质，容易形成冷脆。冷加工时如含磷量高时，很容易开裂，在常温时用力击打就可以折断。６.钨(Ｗ)钨是合金元素，熔点为３３７０℃(３４１０℃)钨对钢的淬透性不大。它在钢中的用途主要是增加钢的回火稳定性。它在钢中增加红硬度和热强性，增加耐磨性。钨提高钢的临界温度，必须采用较长的加热温度时间，不然达不到所期待的结果。钨能阻止晶粒长大，可细化晶粒。钨的塑性低，导热性差。７.铬(Cr)铬是合金钢的元素，加入钢中能显著改善钢的抗氧化作用，抗腐蚀能力。能显著增加钢的淬透性，增加钢的回火脆性倾向。铬一定量加入铁和钢中能提高强度、硬度、耐磨性。8.钒(V)钒是合金钢元素，它在钢中的作用为细化钢组织和晶粒，提高钢的强度.韧性.耐磨性。但是含钒量过高会使钢的锻造性变坏。钒高温熔入奥氏体时，会增加钢的淬透性，增加钢的回火稳定性。9.钼(Ｍo)钼是合金元素。它在钢中的作用为提高淬透性.热强性，防止回火脆性。钼提高钢的零界点，含钼钢在热处理时温度偏高一些。10.镍(Ni)镍是合金元素。镍和碳不形成碳化物，它是形成和稳定奥氏体(A)的主要元素。镍降低零界转变温度和降低钢中各元素的扩散速度，因而提高钢淬透性了。11.铝(Al)铝在钢的作用：①是作为炼钢脱氧，并且细化晶粒；②作为合金元素加入钢中，提高钢的抗氧化性；③它也不良影响，在某些钢中脱氧，如果用量过多，会促进钢石墨化倾向。12.钛(Ti)钛是合金元素，钛提高钢的零界点，由于钢中的钛和碳形成十分稳定的碳化钛(TiC),在一般热处理的奥氏体化温度范围内，碳化钛极难溶解，由于碳化钛，使奥氏体晶粒细化，奥氏体分解转变是，新相晶核的机会增多，这些都将加速奥氏体的转变。13.硼(B)硼在钢中主要用途是增加钢中的淬透性，从而节约其他较稀缺、较贵重的合金元素，如Ni、Cr、Mo等。第二节金属材料性能一、物理性能1.密度物质单位体积的质量称为密度，以克/厘米³为计量单位。如铁(Fe)的密度为7.85克/厘米³。金属最轻的镁(Mg)的密度为1.74克/厘米³；最重的是铂(Pt)密度为21.45克/厘米³。按金属密度大小可分为：轻金属，密度小于5克/厘米³；重金素，密度为大于5克/厘米³。2.熔点金属材料缓慢加热时由固体熔化为液体时的温度叫做熔点。熔点低的金属有铅(Pt)327℃、锡(Sn)232℃等，可以用来制造钎焊的钎料、熔体(保险丝)和铅等。熔点高的金属有铁(Fe)1535℃、镍(Ni)1452℃、铬(Cr)1550℃、钼(Mo)2620℃、钨(W)3370℃、钛(Ti)1813℃等，可以用来制造高温零件，如加热炉构件、电热元件以及火箭、导弹中的耐高温零件。非金属材料中的陶瓷(金属陶瓷)有一定熔点，如石英(SiO₂)熔点为1670℃，而塑料和一般玻璃等非晶态材料，则没有熔点，只有软化点，或称玻璃化温度。3.导电性材料传到电流的能力称为导电性。纯金属中银(Ag)的导电性最好，其次是铜(Cu)、铝(Al)。工程中为减少电能损耗，常采用纯铜或纯铝作为输电导体；采用导电性差的材料如Fe-Cr、Ni-Cr、Fe-Cr-Al等合金，碳硅棒等作为加热元件。4.绝缘性阻碍传导电流的能力叫绝缘性。5.导热性材料传导热量的能力称为导热性。导热率越大，导热性越好。纯金属的导热性比合金好，银和铜的导热性最好，铝其次。6.热膨胀性材料因温度改变而引起的体积变化现象称为热膨胀性，金属受热时体积长大的性质称热膨胀性。7.磁性材料在磁场中能被磁化的能力称为导磁性。材料受磁场作用的性能称为磁性。二、化学性能材料的化学性能是指材料抵抗其周围介质侵蚀的能力，主要包括耐饰性和热稳定性等。1.耐蚀性金属材料在常温下抵抗周围介质侵蚀的能力称为耐蚀性，包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。(1)化学腐蚀一般是在干燥气体及电解液中进行的，腐蚀时没有电流产生。(2)电化学腐蚀是在电解液中进行，腐蚀时有微电流产生。根据介质侵蚀能力的强弱，对于不同介质中工作的金属材料的耐腐蚀性要求也不同。如镍铬不锈钢在稀酸中耐蚀，而在盐酸中则不耐蚀；铜及铜合金在一般的大气中耐蚀，但在氨气中却不耐蚀。2.热稳定性材料在高温下抵抗氧化的能力称为热稳定性。在高温（高压）下工作的锅炉、内燃机零件等都要考虑具有良好的热稳定性。材料对氧化的抵抗能力称为抗氧化性能。三.机械性能1.硬度材料抵抗另一种更硬物体压入的性能称为硬度。生产上往往用硬度作为衡量工件的耐磨性和强度的依据。常用的硬度试验的方法有：布氏硬度，洛氏硬度，肖氏硬度，还有超声波硬度等。2.钢度金属材料零件在受力时，抵抗弹性变形的能力，称为钢度。3.强度是指材料抵抗外力作用，而不被破坏的一种能力称为强度。根据外力作用的性质，由于受力种类不同材料的强度可分为以下五种。①.抗拉强度②.抗压强度③.抗弯强度④.抗扭强度⑤.抗剪强度。4.弹性金属在外力作用下产生变形，当外力取消后，具有恢复原有行状和大小的能力，称为弹性。即不发生塑性变形的能力。5.疲劳极限金属受变载荷作用时，在低于抗拉强度极限的应力下发生断裂的现象称为疲劳。金属在交变载荷作用下，经无限次循环而不破坏的最大应力称为疲劳极限。6.塑性金属在外力作用下产生变形而不止破裂，并在外力取消后，仍能保持变形后的形状的能力称为塑性。7.延伸率金属在外力作用下破断时，其伸长量与原来长度之比称为延伸率。8.收缩性金素在冷却时，体积的缩小性质叫缩性。9.截面收缩率金属在外力作用下破断以后，其截面积的收缩量与原来截面积之比称为截面收缩率。10.韧性材料抵抗冲击破坏的能力称为韧性。第三节金属晶体结构一、晶体的概念物质是由原子组成的。根据原子在物体内部的排列方式，可以把固态物质分为晶体和非晶体两大类。1.非晶体物质如松香、玻璃、沥青、石蜡等。其内部原子是无规则、无次序地堆砌在一起的。2.晶体物质如食盐、铁、精钢石等。其内部原子都是按一定的几何形状，有规则、有次序地排列着。晶体都是具有固定的熔点，并呈各向异性；非晶体则与之相反，没有固定的熔点并呈各向同性。3.晶格原子有规则地排列所形成的空间几何形状，称为空间晶格，简称晶格。由于原子排列的具体方式不同，便组成了几种不同类型的晶格。常有的有：①体心立方晶格，②面心立方晶格，③密排六方晶格。①体心立方晶格它的晶胞是一个立方体，在立方体的每个角上和立方体的中心都有一个原子，称为体心立方晶格。具有这种晶格形式的金属有：α铁，铬(Cr),钨(W),钒(V),钼(Mo).纯铁在910℃以下时，其原子呈体心立方晶格排列。这种具有体心立方晶格的铁称为α-铁。②面心立方体晶格它的晶胞是一个立方体，在立方体每个角上和每个面的中心都有一个原子，具有立方晶体结构的金属除了γ-铁外，还有Al(银)，Cu(铜)，镍(Ni),Ag(银)，Au(金)。③秘排六方晶格它的晶胞是一个六方柱体，在六方柱体的每个角上和上下底面的中心都有一个原子。此外在六方柱体中心还有三个原子，称为密排六方晶格。具有这种晶格形式的金属有镁(Mg)、锌(Zn)、钛(Ti)等。二、结晶的概念金属由液态转变为固态的过程称为凝固。由于凝固后的固态金属通常为晶体，所以又将这一转变过程称为结晶。第二章钢的热处理原理第一节概述热处理就是使固态金属加热到一定的温度，并在这个温度保持一定时间(保温)然后以一定的冷却速度、方式冷却下来，从而改变金属其内部组织，获得预期性能的工艺过程。达到充分发挥材料潜力，提高产品质量，延长使用寿命的目的。第二节临界点把发生相转变的温度称为临界点。临界点用字母A表示；下临界点用A1表示;上零界点用A3或Acm表示。钢在加热或者冷却时，就会发生组织转变，组织转变开始或终了的那个温度，叫做临界温度或零界点。为了便于识别，规定Ａｃ和Ａｒ通常在表示临界点的符号中，加以表示加热和冷却的符号ｃ与ｒ，以示区别：ＡＣ１＿＿加热时，珠光体转变为奥氏体温度；ＡＣ３＿＿加热时，铁素体转变为奥氏体的终了的温度；Ａｃｃｍ＿＿加热时，二次渗碳体在奥氏体中的溶解的终了的温度；Ａr１＿＿冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度；Ａr３——冷却时，奥氏体转变为铁素体的温度；Ａrｃｍ——冷却时，二次渗碳体从奥氏体中分析出的开始温度。平衡图上表示临界点实际加热时表示的临界点实际冷却时表示的临界点A₁Ac1Ar1A₃Ac3Ar3AcmAccmArcm第二节热处理对钢的影响一、马氏体也叫马丁体、马田赛体、马登散体，符号用M表示。碳在α﹣铁中的过饱和的固溶体，称为马氏体。马氏体是奥氏体在极大的过冷度下形成的，马氏体它是各种组织中比容最大的一个。然而马氏体的组织很不稳定的。马氏体的密度比奥氏体小，所以当奥氏体转变为马氏体时，钢的体积增大。由于马氏体转变的不均匀，这种体积变化，将引起很大的内应力，使钢发生变形甚至裂纹。奥氏体向马氏体转变开始温度，通常用符号Ms或用MH表示。马氏体转变终了的温度符号Mz或Mk、ME表示。马氏体是淬火时，要求得到的组织。马氏体性能：硬而脆；韧性很低。硬度HB:600~700.二、索氏体也叫索必体，符号S表示。索氏体也是铁素体与渗碳体的混合物，它比珠光体要细得多。它具有优良的综合机械性能；它有良好屈服极限和冲击韧性，抗拉强度为700~1400MPa；伸长率10%~20%;硬度HB250~320。索氏体的获得有以下几种方法；①用正火获得索氏体。②用等温转变获得索氏体。将钢加热到临界点温度以上，然后投入550~650℃的盐浴中，并让其等温分解为索氏体。③将淬火钢在450~600℃进行回火也可以获得索氏体。由回火得到的索氏体，称为回火索氏体。回火索氏体中的碳化物分散度更大，且呈球状，具有更好的机械性能。三、屈氏体又称托氏体、讬氏体、讬罗司脱体，用符号T表示。屈氏体是一种最细的