第四章 金属及润滑材料2.docx
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第四章金属及润滑材料2
第四章金属及润滑材料
第一节金属材料
工程材料是指用于机械制造、工程结构等各种材料的总称。
它分为金属材料和非金属材料两大类。
工程材料在工业、农业以及国防建设中都占有极其重要的地位,在工程实际中应用很广,如在建筑安装工程中的采暖管道、给排水管道、通风管道、电线配管、暖卫设备、锅炉设备、通风空调设备、各种阀门及配件等等,都大量地使用工程材料。
为了能充分地挖掘工程材料的潜力,合理地选择和正确地使用工程材料,就必须了解和掌握它们的性能和应用等方面的基本知识。
一、金属材料类型及其力学性能
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
黑色金属又称钢铁材料,包括含碳小于2.11%的钢,含碳2.11%~6.67%的铸铁,以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金不锈钢等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
有色合金的强度和硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。
用金属材料制成的各种机械零件在使用的过程中,往往要受到各种形式的外力作用,作用的结果使其可能受到冲击、拉力、压力、弯曲、扭转等等。
为了保证机械零件能正常工作,要求金属材料必须具有一定的抵抗外力的作用而不产生变形或破坏的能力。
金属材料抵抗外力的作用所表现出的性能称为金属材料的力学性能,其常用的指标主要包括强度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度、蠕变及松弛等。
1.强度
强度是指金属材料在外力的作用下,抵抗塑性变形和断裂的能力。
根据金属材料承受外力的形式不同,可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度及抗剪强度,应用最普遍的是抗拉强度。
抗拉强度是由拉伸试验测定的。
金属材料通过拉伸试验绘出拉伸曲线(见工程力学),可求出材料的弹性极限(σe)、屈服点(σS)和抗拉强度(σb)。
σe、σS、σb是选择金属材料的重要依据。
一般,机械零件所承受的最大应力不允许超过σb,否则会产生破坏。
对于一些不允许在塑性变形情况下工作的机械零件,如锅炉、压力容器、高压缸体联接螺栓等等,计算应力要控制在σS以下。
在工程实际中,还常用到屈强比的概念,它是指σS和σb的比值。
屈强比的大小能反映材料的强度有效利用的情况和安全使用程度的情况。
材料的屈强比越小,安全使用的可靠性越高,一旦超载,也能由于塑性变形使金属的强度提高(称为硬化)而不至于立刻断裂。
但屈强比太小,则材料的强度得不到有效利用,造成材料的浪费。
根据机械零件的不同需要,对金属材料的屈强比可以通过热处理等手段进行适当的调整。
压力容器所用的金属材料的屈强比一般应控制在0.7左右。
2.塑性
塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。
塑性指标用伸长率(δ)和断面收缩率(ψ)来表示。
δ、ψ值越大,表示材料的塑性越好。
如工业纯铁的δ可达50%、ψ可达80%,而普通铸铁的δ、ψ几乎为零。
塑性好的材料可以发生较大的塑性变形而不破坏,这样的材料不但能进行各种轧制加工,还能避免一旦超载而引起的突然断裂。
例如,采用塑性较好的钢材(一般δ>20%;ψ>40%)制造板材、钢筋、型钢(角钢、槽钢等)、垫圈等。
3.硬度
硬度是指金属材料抵抗另一种更硬的物体压入其表面的能力。
硬度值是通过硬度试验测定的。
用具有高硬度的压头,压入金属材料表面产生塑性变形并形成压痕,再对压痕进行测量并计算求得硬度值。
因此,硬度也可以表示为,金属材料对局部塑性变形的抵抗力。
压头压入金属材料表面的压痕越小,其抵抗塑性变形的抗力就越大,硬度也越高。
硬度的测定方法有很多种,常用的有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。
布氏硬度的表示方法是将布氏硬度值标注在布氏硬度符号前面,如360HBS表示用淬火钢球做压头所测的布氏硬度值为360。
布氏硬度的应用特点如下:
(1)当要测的金属材料硬度较高时(布氏硬度值大于450),一般采用硬质合金钢球试验压头,淬火钢球试验压头适用于测布氏硬度值在450以下的材料。
(2)当压痕直径d在0.25D﹤d﹤0.6D范围内时,布氏硬度试验法所测的数据结果较准确。
但是,布氏硬度不宜测定硬度过高、厚度太薄或表面不允许有较大压痕(成品件)的金属材料。
(3)布氏硬度值与金属材料的抗拉强度有一定关系,因此在工程中应用很广。
HBS与σb之间存在如下近似关系:
对于低碳钢σb≈0.36HBS;高碳钢σb≈0.34HBS;调质合金钢σb≈0.325HBS;铝铸件σb≈0.26HBS;冷加工黄铜及青铜σb≈0.4HBS;退火黄铜及青铜σb≈0.55HBS。
(4)布氏硬度主要用于铸铁、有色金属、退火钢等原材料及半成品的硬度测定。
根据试验时所用的压头与载荷的不同,洛氏硬度分为HRA、HRB、HRC三种标尺,其中以HRC标尺应用最广。
洛氏硬度试验法与布氏硬度试验法相比,有如下应用特点:
操作简单,压痕小,不能损伤工件表面,测量范围广,主要应用于硬质合金、有色金属、退火或正火钢、调质钢、淬火钢等。
但是,由于压痕小,当测量组织不均匀的金属材料时,其准确性不如布氏硬度。
洛氏硬度试验法和布氏硬度试验法的试验条件不同,不能直接用数学公式换算,但在数值上也有一定的数值关系,当HB>220时,HRC与HB的关系大约为1:
10。
4.冲击韧度
冲击韧度是指金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力。
冲击韧度是用摆锤冲击试验测定的。
测定前将被测的金属材料按国标制成标准试件,
冲击韧度值aK愈大,表示金属材料的冲击韧度愈好,在受到冲击载荷时不宜被破坏。
由此可见,在受冲击载荷作用的机械零件,如空气压缩机的连杆、曲轴等,只用强度和硬度这些静载荷指标作为设计计算的依据是不够的,还要考虑金属材料抵抗冲击载荷的能力,即冲击韧度aK应满足设计要求,以保证机械零件使用中的安全可靠性。
5.疲劳强度
在机械中有许多零件是在交变载荷(载荷大小及方向随时间周期性变化)下工作,如弹簧、齿轮、轴等,它们在工作时所承受的应力,通常低于材料的屈服点。
金属材料长时间在小于屈服点的交变应力作用下发生断裂的现象,称为金属的疲劳或疲劳断裂。
金属材料在发生疲劳断裂时并没有明显的塑性变形,断裂是突然发生的。
因此,疲劳破坏具有很大的危险性。
金属材料在无数次交变载荷作用下,而不产生断裂的最大应力称为疲劳强度,用σ-1表示。
弹簧、齿轮、轴等机械零件往往在交变应力的作用下工作,在这些零件的设计计算选择材料时,不仅要考虑强度、硬度等力学性能指标是否满足要求,还要考虑它们的疲劳强度指标σ-1是否能满足要求。
6.松弛
受到一定预紧力的金属零件,在高温工作条件下,随着时间的逐渐延长,原来的弹性变形逐渐转变成了塑性变形,而应力逐渐减小,这种现象称为松弛。
如紧固螺栓及一些过盈配合相互联结的机械零件都可能出现松弛现象。
金属的松弛和蠕变都是在高温和应力共同作用下,不断产生塑性变形的现象,但两者也有区别,蠕变时应力基本不变,而变形不断增加;松弛则是变形量不变,而应力逐渐减小。
二、钢的分类及常用钢材的牌号、性能和用途
1.钢的分类
钢是指含碳量ωC小于2.11%的铁碳合金。
常用的钢中除含有Fe、C元素以外还含有Si、Mn、S、P等杂质元素。
另外,为了改善钢的力学性能和工艺性能,有目的的向常用的钢中加入一定量的合金元素,即得到合金钢。
钢的种类繁多,为了便于研究和使用,通常按下列方法分类:
(1)按钢的化学成分分类
钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两类。
碳素钢按含碳量的不同又可分为低碳钢(含碳量ωC小于0.25%)、中碳钢(含碳量ωC为0.25%~0.6%)、高碳钢(含碳量ωC大于0.6%);合金钢按含合金元素量的不同又可分为低合金钢(含合金元素总量ω小于5%)、中合金钢(含合金元素总量ω为5%~10%)、高合金钢(含合金元素总量ω大于10%)。
(2)按钢的用途分类
钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
结构钢主要用于制造各种工程结构,如建筑结构、桥梁、锅炉、容器等结构件和齿轮、轴等机械零件;工具钢主要用于制造各种工具、量具、模具;特殊性能钢主要用于制造需要某些特殊物理、化学或力学性能的结构、工具或零件如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
(3)按钢的冶金质量分类
钢按冶金质量即按钢中的有害杂质P、S的含量分为普通质量钢(ωP≤0.045%,ωS≤0.050%)、优质钢(ωP≤0.035%,ωS≤0.035%)、高级优质钢(ωP≤0.025,ωS≤0.025%)、特级优质钢(ωP<0.025,ωS<0.015%)。
钢的分类除以上几种分类方法之外,还有按金相组织分、按加工工艺分等。
我国现行钢材分类及命名方法,是以钢的质量和用途为基础综合分类的。
2.常用钢材的牌号、性能和用途
(1)碳素结构钢
碳素结构钢含硫、磷等杂质较多,与其他碳素钢相比力学性能较低,但由于制造方便、价格较低,一般在能满足使用要求的情况下都优先选用,通常轧制成各种型材如圆钢、方钢、工字钢及钢筋等,也可制作焊接管、螺栓及齿轮等,一般不经过热处理。
碳素结构钢的牌号是由代表屈服点的字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)及脱氧方法符号四个部分按顺序组成。
质量等级符号反映了碳素结构钢中有害元素(S、P)含量的多少,从A级到D级,钢中的S和P含量依次减少。
C级和D级的碳素结构钢的S和P的含量较少,质量较好,可以作为重要的焊接结构件。
脱氧方法符号F、b、Z、TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。
在钢号中的“Z”和“TZ”可以省略。
如Q215-AF表示屈服点为215MPa的A级沸腾钢。
在生产中常用的碳素结构钢及用途:
Q195钢和Q215钢通常轧制成薄板、钢筋,可用于制作焊接管、屋面板、铆钉、螺钉、地脚螺栓、轻负荷的冲击零件和焊接结构件等;Q235钢和Q255钢通常用于制作各种型钢、钢筋、各种管材、螺栓、螺母、吊钩以及不太重要的渗碳件;Q275钢强度较高,有时可代替优质碳素结构钢使用。
(2)优质碳素结构钢
优质碳素结构钢含硫、磷等杂质较少,有稳定的化学成分和较好的表面质量及较高的力学性能,适用于热处理工艺。
因此优质碳素结构钢广泛应用于较重要的工程结构及各种机械零件。
优质碳素结构钢的牌号用其平均含碳量的万分之几的两位数字表示,如平均含碳量ωC为0.45%的优质碳素结构钢表示为45钢;若钢中的含锰量较高时(含锰量ωMn为0.7%~1.2%),为较高含锰量钢,则数字后加“Mn”字。
如含碳量ωC为0.65%,含锰量ωMn为0.7%~1.0%的优质碳素结构钢表示为65Mn。
若是沸腾钢,则在牌号的末尾加“F”字。
在生产中常用的优质碳素结构钢及用途:
08F钢塑性好,一般用于制造冷冲压零件,如仪器、仪表外壳等;10~25钢属于低碳钢,冷冲压性和焊接性好,常用于制作冲压件、焊接件、强度要求不太高的机械零件及渗碳件,如机罩、焊接容器、发兰盘、螺母、垫圈及渗碳凸轮、齿轮等;30~35钢属于中碳钢,调质后可获得良好的综合力学性能,主要制造受力较大的机械零件,如曲轴、连杆、齿轮、水泵转子等;60钢等高碳钢,具有较高的强度、硬度,经过热处理后具有较高的弹性,但焊接性、可切削性差,主要用做弹簧、弹簧垫及各种耐磨零件。
较高含锰量钢,其用途与普通含锰量钢基本相同,但淬透性和强度稍高,可制成截面稍
大或强度稍高的零件。
(3)碳素工具钢
碳素工具钢是用于制造各类工具的高碳钢。
其含碳量ωC在0.65%~1.35%之间,含杂质量少,属于优质或高级优质钢,硬度高、耐磨性好,红硬性较差,当温度超过250℃时硬度急剧下降。
因此,碳素工具钢只适用于制造低速刃具、手动工具及冷冲压模具等。
碳素工具钢的牌号由“T”和两位数字组成,数字表示钢的平均含碳量的千分之几。
例如,T8表示平均含碳量ωC为0.8%的碳素工具钢。
如果是高级优质钢在牌号后面注上“A”,如T12A表示平均含碳量ωC为1.2%的高级优质碳素工具钢。
(4)铸造碳钢
铸造碳钢一般为中碳钢,含碳量ωC为0.20%~0.60%。
它的铸造性能比铸铁差,主要表现在流动性差、凝固时收缩率大、易产生偏析等。
主要用来制造形状复杂,有一定力学性能要求的铸造零件,如阀体、曲轴、缸体、机座等。
铸造碳钢的牌号是“铸造”两字的汉语拼音字首“ZG”和两组数字组成,第一组数字表示屈服点,第二组数字表示抗拉强度,若是焊接用铸造碳钢,则在牌号后加“H”字。
如ZG200-400表示屈服点为200MPa,抗拉强度为400MPa的工程用铸造碳钢。
(5)低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是一种低碳(含碳量ωC小于0.2%)、低合金(合金元素的总量ω不超过3%)、高强度的钢。
低合金高强度结构钢含主要的合金元素有Mn、V、Al、Ti、Cr、Nb等,它与相同含碳量的碳素结构钢比具有强度高,塑性、韧性好,焊接性和耐蚀性好,主要用于代替碳素结构钢制造重要的工程结构,如桥梁、船舶、锅炉、容器、建筑钢筋、输油输气管道等各种强度要求较高的工程构件。
低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服点的字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)三部分组成,如Q420A表示屈服点为420MPa,质量等级为A级的低合金高强度结构钢。
共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。
(6)机械制造用钢
机械制造用钢是在优质碳素结构钢的基础上加入一些合金元素而形成的钢。
因加入的合金元素较少(合金元素的总量ω不超过5%),所以机械制造用钢都属于中、低合金钢,其中的主加元素一般为Mn、Si、Cr、B等,这些元素对于提高淬透性起主导作用;辅加元素主要有W、Cu、V、Ti、Ni、Mo等。
机械制造用钢的牌号通常采用“数字+元素符号+数字”的表示方法。
其中前两位数字表示钢中的含碳量的万分之几,元素符号表示钢中所含的合金元素,而后面的数字表示合金元素含量的百分数。
但应注意:
当合金元素的含量ωC小于1.5%时,一般只标出元素符号,不标出合金元素含量,而当合金元素的含量ω等于或超过1.5%、2.5%、3.5%……时,则在该元素符号后面注上2、3、4……等。
合金结构钢都是优质钢、高级优质钢(牌号后加“A”)或特级优质钢(牌号后加“E”)。
(7)合金工具钢
常用的合金工具钢通常可分为低合金工具钢和高速工具钢两种。
合金工具钢的牌号与合金结构钢中的机械制造用钢相似,但当其含碳量ωC超过1%时则不标出;当含碳量ωC小于1%时则牌号前的数字表示含碳量的千分之几。
由于合金工具钢都是高级优质钢,故在牌号后均不标“A”。
(8)特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能,可以应用在特殊工作场合的钢,如不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。
特殊性能钢的牌号与合金工具钢基本相同,但当含碳量ωC小于或等于0.08%时则在牌号前面标出“0”;当含碳量ωC小于或等于0.03%时则在牌号前面标出“00”,例如0Cr19Ni9,00Cr30Mo2等。
1)不锈钢
在自然环境或一定的工业介质中具有耐腐蚀性的钢称为不锈钢。
常用的不锈钢有:
马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢等。
常用的马氏体型不锈钢有:
1Cr13、2Cr13等,可用来制造气轮机叶片、锅炉管附件等;3Cr13、4Cr13可用来制造阀门、油泵轴等。
铁素体不锈钢的耐蚀性和抗氧化性较好,特别是腐蚀性能较好,但力学性能及工艺性能较差。
典型的铁素体不锈钢有Cr13型、Cr17型及Cr25型,广泛用来制造耐蚀设备、耐蚀容器及管道。
奥氏体不锈钢含铬量ωCr超过18%,含镍量ωNi超过8%,含碳量ωC低于0.12%。
由于镍的加入,扩大了奥氏体区的范围而获得稳定的单相奥氏体组织,因此具有比铬不锈钢更高的化学稳定性及耐蚀性,是目前应用最多、性能最好的一类不锈钢。
常用的奥氏体不锈钢有1Cr19Ni19、1Cr18Ni9Ti,用来制造医疗器械、耐酸碱设备及管道等。
2)耐热钢
耐热钢是指在高温下具有高的化学稳定性和热强性(热强性是指在高温下的强度)的特殊钢。
耐热钢多为中、低碳合金钢,合金元素有Cr、Ni、Mo、Mn、Si、Al、W、V等,使得钢的表面形成完整、稳定的氧化膜,提高钢的抗氧化性并在钢中形成细小弥散的碳化物,起到提高钢的高温强度的作用。
常用的耐热钢有15CrMo、12CrMoV、4Cr9Si2等,用来制造锅炉导管、过热器及换热器等。
3)耐磨钢
耐磨钢是指在巨大压力和强烈冲击载荷作用下才能发生硬化现象的高锰钢。
高锰钢含锰量ωMn为11%~14%,含碳量ωC为0.9%~1.3%。
其铸态组织是奥氏体和碳化物,经过水韧处理,即加热到1050~1100℃,使碳化物全部溶入奥氏体,然后在水中快冷,防止碳化物析出,保证高锰钢结构中为均匀的单相奥氏体组织,从而使高锰钢具有高强度、高韧性和耐冲击的优良性能。
然而在工作时,如受到强烈的冲击、压力与摩擦,则高锰钢的表面会因塑性变形而产生强烈的加工硬化,使高锰钢表面硬度提高到500~550HBS,因而高锰钢可获得高的耐磨性,而其心部仍保持原来奥氏体所具有的高的塑性和韧性。
当旧的表面磨损后,新露出的表面又可在冲击与摩擦作用下,获得新的耐磨层。
故这种钢具有很高的抗冲击能力与耐磨性,但在一般机械工作条件下它并不耐磨。
在切削加工时,高锰钢极易产生加工硬化,使切削加工困难,所以大多数高锰钢零件采用铸造成型,如ZGMn13-1、ZGMn13-5等通常用来制造拖拉机履带、碎石机领板、挖掘机铲斗的斗齿等。
三、钢的热处理工艺
在生产实际中,改善钢的性能常有两种方法:
一种是调整钢的化学成分,加入合金元素,即合金化的方法;另一种是热处理的方法,使固态金属通过不同的加热、保温、冷却,来改变其内部组织,从而获得预期的性能。
这两种方法是密切相关、相辅相成的。
从使钢适应加
工过程及使用过程中不同性能的要求,以及充分发挥材料的潜在性能来说,热处理方法更是一项重要的、不可缺少的工艺手段。
钢的热处理的主要目的:
一是消除前道工序(如铸造、焊接、锻造)过程中产生的缺陷、改善其工艺性能,确保后续加工的顺利进行;二是提高钢件的使用性能和使用寿命。
根据加热、冷却及组织变化特点不同,可将钢的热处理分为如下几类:
普通热处理包括退火、正火、淬火和回火等。
表面热处理包括表面淬火和表面化学热处理等。
其他热处理包括形变热处理、真空热处理、可控气氛热处理和激光热处理等。
无论哪一种热处理方法,基本工艺过程都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成,如果把他们描绘在以“温度-时间”为坐标系的坐标中,所形成的曲线称为热处理工艺曲线,
1.钢的普通热处理
通常钢的普通热处理工艺包括:
退火、正火、淬火和回火等。
在生产中,常使用普通热处理方法对工件进行预先热处理和最终热处理。
预先热处理能消除工件在前道工序造成的某些缺陷,或为随后的最终热处理作好组织准备;最终热处理能改善钢的力学性能,更好的满足工件使用性能的要求。
(1)退火
将钢加热到适当温度,经过保温,然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。
退火的主要目的是:
降低钢的硬度、提高塑性,便于工件的切削加工;消除内应力,防止工件变形及裂纹;细化晶粒、均匀组织,为后续的热处理作准备。
根据钢的成分和退火的主要目的不同,常用的退火方法有完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火。
(2)正火
将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃,保温一定时间,出炉后在空气中冷却的热处理工艺称为正火。
和退火相比较,正火的冷却速度更快些,得到的组织晶粒更细些,处理后材料的强度和硬度稍高些、塑性稍低些,并且操作简单、省时,能耗较少,生产率和设备的利用率较高。
因此,在可能的条件下,应优先采用正火处理。
正火处理主要有以下几方面的应用:
1)可作为普通结构零件的最终热处理,用以消除铸件和锻件生产中产生的过热缺陷,细化组织,提高力学性能;
2)改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能;
3)作为中、低碳钢结构件的预先热处理,消除加工过程中所造成的组织缺陷;
4)代替调质处理,为后续高频感应加热表面淬火作好组织准备;
5)消除过共析钢中网状的二次渗碳体,为球化退火作好组织准备。
(3)淬火
将钢加热到Ac3或Ac1以上30~50℃,保温一定时间,使其奥氏体化后,以很快的冷却速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。
淬火是强化钢材的最重要的热处理方法,可以获得高硬度的马氏体或综合力学性能较好的贝氏体,主要应用于工具钢和耐磨零件的热处理。
(4)回火
将淬火钢加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,然后以一定的冷却方式(炉冷或空冷)冷却到室温的热处理工艺称为回火。
回火是淬火后必须进行的一道热处理工序,其主要目的是减小或消除由淬火产生的脆性和应力,防止工件变形与开裂;稳定工件尺寸,获得工件所需的组织并保证应用中不发生变化;调整钢的强度和硬度,使其得到所需要的力学性能。
根据工件性能的不同要求,按回火温度范围,可将回火分为三种:
低温回火的加热温度范围为150~250℃,回火后所得的组织是回火马氏体。
低温回火后基本保持马氏体的高硬度和高耐磨性(58~64HRC),并且降低了钢淬火后产生的内应力和脆性。
低温回火主要用于各种工具、量具、冷冲模具、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件等。
中温回火的加热温度范围为350~500℃,回火后的组织是回火托氏体。
回火托氏体具有较高的弹性极限和屈服强度,中温回火后具有较高的弹性、塑性及一定的韧性,并且硬度能达到40~50HRC。
中温回火主要应用于各种弹簧和模具的处理。
高温回火的加热温度范围为500~650℃,回火后的组织是回火索氏体。
在生产实际中也常把淬火加高温回火的热处理称为调质处理。
高温回火能使工件获得较好的综合力学性能,硬度能达到25~40HRC。
高温回火主要应用于重要的结构零件如各种轴、齿轮、螺栓、连杆等的处理。
应该指出:
工件回火后的硬度主要是由回火温度和回火时间决定的,与回火的冷却速度关系不大,所以在实际生产中,将工件回火出炉后通常在空气中冷却。
2.钢的表面热处理
在生产中有些工件要求表面具有高强度、高硬度和高耐磨性而心部仍要具有足够的强度、塑性和韧性,如在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下工作的曲轴、凸轮轴、齿轮等。
要达到上述性能要求,普通热处理方法是难以实现的。
目前广泛使用表面热处理即表面淬火和化学热处理,来满足生产实际提出的要求。
1)表面淬火
表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。
其原理是将钢件表面快速加热到淬火温度,然后以大于临界冷却速度的速度迅速冷却下来。
表面淬火不改变钢件表层的化学成分,仅改变表层的组织,并且心部组织不发生变化。
按照加热方法的不同,表面淬火可分为火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火和电子束加热表面淬火。
其中火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火在目前的生产中应用最为广泛。
2)表面化学热处理
表面化学热处理是将工件置于一定量的活性介质中加热、保温,使一种或几种活性原子渗入工件的表层,从而改善其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理主要用于强化和改善工件表面的使用性能,如提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度、耐高温性和耐腐蚀性等。
常用的表面化学热处理主要有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铅及多元共渗等。
四、普通焊条的牌号和用途
焊接是将分离的金属,通过加热或加压,或者两者并用,并且使用或不使用填充材料,并借助于金属内部原子的扩散与结合,使其牢固连接起来的一种工艺。
焊接与其它联接方法(如铆接、螺栓联接)相比,其特点是结构简单,节省材料,接头强度高、气密性好,生产效率高、适用范围广、成本低。
但由于焊接是不均匀的加热和冷却过程,焊后容易产生焊接应力和变形,因而会对焊接质量造成一定影响。
只要采取适当的焊接方法,并在焊接过程中采取一定的措施,是可以减少或消除这些缺陷的。
由于焊接的这些特点,使其得到了广泛应用。
在工业发达国家,钢产量的50%左右是通过焊接来达到其使用要求的,广泛应用于机械制造、建筑结构、桥
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