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60Si2Mn是常用的硅锰弹簧钢,主要用于汽车的板弹簧。
低合金工具钢可制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。
GCr15只在对非金属夹杂物要求不严格时,制作切削工具、量具和冷轧辊等。
2.各种强化机理(书24页)
钢强化的本质机理:
各种途径增大了位错滑移的阻力,从而提高了钢的塑性变形抗力,在宏观上就提高了钢的强度。
1)固溶强化:
原子固溶于钢的基体中,一般都会使晶格发生畸变,从而在基体中产生弹性应力场,弹性应力场与位错的交互作用将增加位错运动的阻力。
从而提高强度,降低塑韧性。
2)位错强化:
随着位错密度的增大,大为增加了位错产生交割、缠结的概率,所以有效阻止了位错运动,从而提高了钢的强度。
但在强化的同时,也降低了伸长率,提高了韧脆转变温度。
3)细晶强化:
钢中的晶粒越细,晶界、亚晶界越多,可有效阻止位错运动,并产生位错塞积强化。
细晶强化既提高了钢的强度,又提高了塑性和韧度,所以是最理想的强化方法。
4)第二相强化:
钢中微粒第二相对位错有很好的钉扎作用,位错通过第二相要消耗能量,从而起到强化效果。
根据位错的作用过程,分为切割机制和绕过机制。
根据第二相形成过程,分为回火时第二相弥散沉淀析出强化;
淬火时残留第二相强化。
5)弥散强化等于第二相强化:
塑韧性下降
总结:
对结构钢,贡献最大的是细晶强化和沉淀强化;
置换固溶对强化贡献不大。
*合金钢与C钢的强度性差异,在于合金元素对钢相变过程的影响。
3.合金化原理的重点问题:
1)什么是奥氏体形成元素,什么是铁素体形成元素?
答:
在γ-Fe中有较大溶解度并稳定γ固溶体的元素称为奥氏体形成元素,如Mn,Ni,Co,C,N,Cu;
在α-Fe中有较大溶解度并稳定α固溶体的元素称为铁素体形成元素,如:
V,Nb,Ti。
2)钢中碳化物稳定性顺序?
碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳亲和力的大小,即d层电子数:
电子越少,金属元素与碳的结合强度越大,越稳定。
此外,考虑到热效应影响稳定性时,碳化物生成热越大,越稳定。
碳化物根据结构类型可分为简单点阵结构和复杂点阵结构。
简单点阵结构:
有M2C型、MC型,特点是硬度较高,熔点较高,稳定性较好;
复杂点阵结构:
有M23C6型、M7C3型、M3C型,其特点是硬度较低,熔点较低,稳定性较差。
特别指出:
M6C型碳化物虽属于复杂点阵结构,但稳定性比M23C6型、M7C3型好。
基本类型:
MC型;
M2C型;
M23C6型;
M7C3型;
M3C型;
M6C型;
(强K形成元素形成的K比较稳定,其顺序为:
Ti>
Zr>
Nb>
V>
W,Mo>
Cr>
Mn>
Fe)
各种K相对稳定性如下:
MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C
(高-------------------------低)
3)钢的强化机制?
提高钢韧性的途径?
如上,钢的强化机制是几种强化机制的综合结果。
提高钢韧性的途径:
教材版本,举例参考上图
A.细化奥氏体晶粒,从而细化了铁素体晶粒与组织,如强碳化物形成元素;
B.提高钢的回火稳定性,如强碳化物形成元素;
C.改善基体韧度,如Ni;
D.细化碳化物;
E.降低或消除钢的回火脆性;
F.在保证强度水平下,适当降低含碳量;
G.提高冶金质量;
H.通过合金化形成一定量的残余奥氏体。
4)钢中的杂质?
S、P作用?
杂质有三类:
常存杂质,冶炼残余,由脱氧剂带入,Mn、Si、Al;
S、P难清除。
隐存杂质,生产过程中形成,如微量元素O、H、N等。
偶存杂质,与炼钢时的矿石、废钢有关,如Cu、Sn、Pb、Cr等。
典型杂质:
S容易与Fe结合形成熔点为989℃的FeS相,会使钢产生热脆性;
P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相,使钢在冷加工过程中产生冷脆性;
H留在钢中形成所谓的白点,导致钢的氢脆。
5)钢中各合金元素作用?
如Si,Cr?
具体表现在T9和9SiCr(后面有题)
复习PPT上有归纳。
硅和铬具体表现在T9和9SiCr上:
对于9SiCr,由于Si、Cr的作用提高了淬透性,一般情况下油淬临界直径小于40mm;
回火稳定性较好,经约250℃回火,硬度仍然大于60HRC;
由于Si的存在,脱碳倾向较大,切削加工性相对也差些。
6)第一、第二类回火脆性的典型特征和产生原因(教材24页)
第一类回火脆性,典型特征有:
①不可逆;
②脆性的产生与回火后冷却速度无关;
③脆性的表现特征为晶界脆断。
产生原因:
①Fe3C薄膜在原奥氏体晶界上形成,削弱了晶界强度;
②杂质元素P、S、Bi等由于内吸附现象偏聚晶界,降低了晶界的结合强度。
第二类回火脆性,典型特征:
①可逆;
②脆性是在回火后慢冷产生,快冷可抑制脆性;
③脆性的表现特征为晶界脆断。
回火时,杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界,形成网状或片状化合物,降低晶界强度。
高于回火脆性温度,杂质扩散离开晶界或化合物分解;
快冷抑制了杂质元素扩散。
4.正火和淬火、高温回火得到的同样是珠光体组织,但为什么一般钢要经过淬火、回火?
钢的淬火目的是为了获得马氏体(或贝氏体)组织,提高钢的硬度、强度和耐磨性,并保持足够的韧性。
回火目的是消除淬火应力,降低脆性;
稳定工件尺寸;
调整淬火零件的力学性能。
5.在这些处理过程中,合金元素存在的形式和所处的位置是怎样变化的,其它组织结构是怎样变化的?
6.固溶强化、位错强化、细晶强化和弥散强化等强化机制是如何相互转化的?
7.合金化设计到组织设计的要点
1)碳化物的类型及性质:
碳化物的形成规律:
2)合金元素对相图的影响:
合金元素对C线的影响:
3)合金元素对过程的影响:
合金元素对工艺性的作用:
钢的强韧化矛盾
8.合金化原则
多元适量,复合加入(看总复习PPT)
9.主要合金元素的作用(总复习PPT)
第三、四章
1.掌握各类钢的特点(总复习PPT)
2.弹簧、热锻模的服役条件及技术要求
弹簧的服役条件:
板簧主要承受弯曲载荷,失效形式是疲劳破坏;
螺旋弹簧主要承受扭转应力,失效形式也为疲劳破坏。
弹簧的技术要求:
高的弹性极限σe、屈强比σs/σb→弹性↓;
高的疲劳强度σ-1→避免早期疲劳破坏;
有足够的塑性和韧性→不产生脆性断裂;
足够的淬透性→保证σe和整体强度;
具有良好的表面质量。
热锻模的服役条件:
1)反复冷、热→易产生龟裂、热疲劳;
2)表层温度~500℃,冲击力大;
3)强烈摩擦磨损;
4)模具尺寸比较大。
热锻模的性能要求:
↑热疲劳抗力→↑A1,↓硬度是有利的;
↑热强性\韧度→高温回火;
→消除回脆,整体性能好;
↑模具高温耐磨性;
淬透性好,导热性好。
热锻模的工艺要求:
注意保护模面和模尾,以避免脱碳。
加热要注意预热,450左右预热,升温速度要慢,<
50℃/h;
冷却要注意预冷,预冷到780℃左右,循环油冷,冷至150~200℃取出;
淬火后必须立即回火,绝对不允许冷至室温。
3.轴承钢的冶金质量
对轴承钢的基本质量要求是纯净和组织均匀。
纯净就是杂质元素和非金属夹杂物要少,组织均匀是钢中碳化物要细小,分布要均匀。
因以上两种原因造成的失效占总失效的65%。
非金属夹杂主要有氧化物,硫化物和硅酸盐三种。
根据形状划分又可分为脆性夹杂物、塑性夹杂物和球状不变形夹杂物。
其中危害最大的是硬而脆的氧化物,主要有刚玉和尖晶石。
钢冶炼时彻底脱氧是获得高纯净钢的必要条件。
碳化物的不均匀性可分为碳化物液析,可采用高温扩散退火消除;
带状碳化物可由较长的退火时间消除;
而控制终轧或终锻温度、控制终轧后冷速或正火可消除网状碳化物。
老师PPT上的:
碳化物细小均布。
主要有三类K:
K液析→结晶时枝晶偏析而存在→高温扩散退火,不允许液析严重;
带状K→轧制时二次碳化物偏析→高温扩散退火;
网状K→冷却时在晶界析出→正火。
4.高速钢的热处理工艺(后面有题)
1)高速钢经锻轧后,要经过退火处理,有普通退火和等温退火两种方式,其中普通退火工艺为860-880℃保温2-3小时。
2)然后进行淬火前的预热,因为高速钢导热率低,淬火加热温度又很高。
预热可减少工件在淬火加热过程中的变形开裂倾向,缩短高温保温时间,减少氧化脱碳。
分为一次预热和两次预热。
一次预热为800-850℃,适用于直径小的工件;
两次预热是在一次预热之前加一次500-600℃预热。
预热时间一般为淬火时间的两倍。
3)淬火温度和时间的确定。
4)采用分级淬火的冷却方式
5.工具钢的球化处理
一般要求钢中的碳化物呈球状、细小、均匀分布,这样可保证钢的耐磨性和韧度,而且对热处理工艺也非常有利。
因此,一般情况下工具钢的预先热处理都采用球化退火。
低合金工具钢在淬火前必须经过球化退火,得到粒状珠光体的原始组织,以利于切削加工,并且淬火过热倾向小。
球化退火一般采用等温退火工艺,由退火温度以30-40℃/h冷至700℃,等温4h,再炉冷到600℃出炉。
工具钢的工艺特点:
锻造→球化退火→不完全淬火,淬火工艺参数要求严格。
6.高碳钢的第二相
指的是碳化物。
99页
7.齿轮、轴类零件的选材料
齿轮:
不同机械的齿轮,其工作条件差别很大,所以在选择材料和热处理工艺上也有很大不同。
1)机床齿轮,载荷不大,工作平稳,一般无大的冲击力,转速也不高。
常选用调质钢制造,如45、40Cr、42SiMn等钢,热处理工艺为正火或调质,高频感应加热淬火。
一般工艺路线为:
备料→锻造→正火→粗加工→调质处理→半精加工→高频淬火+回火→磨削
2)汽车、拖拉机的变速箱齿轮,汽车、拖拉机上的变速箱齿轮属于重载荷齿轮。
一般都采用渗碳钢,如20Cr、20CrMnTi等,进行渗碳热处理。
备料→锻造→正火→粗加工→渗碳+淬火+回火→喷丸→磨削
3)重载齿轮,航空发动机齿轮和一些重型机械上的齿轮承受高速和重载,一般多采用高淬透性渗碳钢,如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等钢。
工艺路线较复杂:
备料→模锻→正火+高温回火→机械加工→渗碳→高温回火→机械加工→淬火+回火→精加工→检验。
轴类零件:
轴是各类机械中最基本零件,也是关键零部件。
它直接影响精度和使用寿命。
1)轻载主轴。
如普通车床主轴,负荷小,冲击力不大,磨损也不严重,一般采用45钢,整体经正火或调质处理,轴颈处高频感应加热淬火。
2)中载主轴。
如铣床,中等负荷,有一定冲击力,磨损也较重,一般用40Cr等制造,进行调质处理,轴颈处高频感应加热淬火。
如冲击力较大,也可用20Cr等钢进行渗碳淬火。
3)重载主轴。
如组合机床的主轴,负荷较大,冲击力大,磨损严重,可用20CrMnTi钢制造,渗碳淬火。
4)高精度主轴。
如精密镗床的主轴,虽然负荷不大,磨损也不严重,但是精度要求很高,一般可用38CrMoAlA氮化钢制造,经调质后氮化处理,可满足要求。
8.不同表面强化工艺特点、应用和适用钢种。
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表面强化手段也有很多,如既改
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