冷 镦 材 料 冷镦材料基础知识培训课件冷镦（挤压）成型工艺简介：冷镦（挤压）成型工艺简介： v紧固件成型工艺中、冷镦（挤）技术是一种主要加工工艺。冷镦（挤）属于金属压力加工范畴，在生产中，在常温状态下，对金属施加外力，使金属在预定的模具内成形，这种方法通常叫冷镦。它的主要优点概括为以下几个方面：va.钢材利用率高；vb.生产率高；vc.机械性能好；vd.适于自动化生产。v总之，冷镦（挤）方法加工紧固件、异形件是一种综合经济效益相当高的加工方法，是紧固件业中普遍采用的加工方法，也是一种在国内、外广为利用、很有发展的先进加工方法。v因此如何充分利用、提高金属的塑性，掌握金属塑性变形的机理，研制出科学合理的紧固件冷镦（挤）加工工艺，是冷镦行业的目的和宗旨所在。 冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料的技术信息v材料牌号：如Cr12MoV、20Mn、SKH9、 M42、1022、306等；v化学成分：C、Si、Mn、Ni、Cr、P、S等；v热处理状态：退火、淬火、回火、固溶处理、 时效处理等；v机械性能：b、s、5、k、HB、 HRC等； 了解、熟悉和理解这些信息，对我们合理选用和使用冷镦材料，会有极大的帮助。冷镦材料基础知识培训课件第一章第一章金属材料的基础知识金属材料的基础知识冷镦材料基础知识培训课件第一节第一节金属材料的性能金属材料的性能v金属材料适应冷热加工的能力，称为加工工艺性能，简称金属材料适应冷热加工的能力，称为加工工艺性能，简称工艺性能。工艺性能好的材料易于承受加工，生产成本低；工工艺性能好的材料易于承受加工，生产成本低；工艺性能差的材科在承受加工时工艺复杂、困难，不易达到顶艺性能差的材科在承受加工时工艺复杂、困难，不易达到顶期的效果，加工成本也高。期的效果，加工成本也高。一、金属材料的工艺性能（一）铸造性能（略）（一）铸造性能（略）（二）锻造性能（二）锻造性能v重要零件的毛坯往往要经过锻造工序。材料承受锻压成型的能重要零件的毛坯往往要经过锻造工序。材料承受锻压成型的能力，称为力，称为可锻性。v金属的锻造性能可用金属的金属的锻造性能可用金属的塑性和变形抗力(强度)来衡量。金来衡量。金属承受锻压时变形程度大而不产生裂纹，其锻造性能就好。属承受锻压时变形程度大而不产生裂纹，其锻造性能就好。冷镦材料基础知识培训课件金属的冷热拉伸、压缩、挤压和弯曲性能主要取决于材料的塑性和强度。(三三)焊接性能焊接性能v金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优质焊接接头的能力，称为金属的焊接性。质焊接接头的能力，称为金属的焊接性。v影响钢的焊接性能的主要因素是钢的影响钢的焊接性能的主要因素是钢的含碳量，随着含碳虽，随着含碳虽的增加，焊后产生裂纹的倾向增大。钢中其它合金元素的的增加，焊后产生裂纹的倾向增大。钢中其它合金元素的影响相应小些。影响相应小些。金属的锻造性能取决于材料的成分、组织及加工条件。通常低碳钢具有较好的可锻性，低碳钢的可锻性最好。随着含碳量的增加，钢的可锻性降低。合金钢的可锻性略逊于碳钢。一般情况下，合金钢中合金元素含量越多，其可锻性越差。铸铁则不能承受锻造加工。(四)切削性能金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能切削性能。冷镦材料基础知识培训课件二、金属材料的力学性能二、金属材料的力学性能v力学性能是指金属材料在外力作用下，所表现出来的抵抗变形是指金属材料在外力作用下，所表现出来的抵抗变形和破坏的能力以及接受变形的能力。和破坏的能力以及接受变形的能力。（一）强度和塑性强度强度是衡量材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。塑性塑性是衡量材料在外力作用下接受变形的能力。拉伸试验拉伸试验是测定强度和塑性的最普遍方法，该试验依据国家标准（目前通用的标准为GB/T 2282002）进行，将材料制作成标准试样或比例试样，在万能实验机上沿试样轴向缓慢地施加拉力，试样随拉力的增加而变形，直至断裂。测得材料的弹性极限、屈服极限、强度极限及塑性等主要力学性能指标。冷镦材料基础知识培训课件1拉伸试样冷镦材料基础知识培训课件2拉伸曲线拉伸曲线v拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力延伸率曲线表拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力延伸率曲线表示，纵坐标为应力示，纵坐标为应力，=F/S0，横坐标为延伸率，横坐标为延伸率，l/l0。拉伸曲线的形状与材料有关，由图可见，在载荷小的oa阶段，试样在载荷F的作用下均匀伸长，伸长量与载荷的增加成正比。如果此时卸除载荷，试样立即回复原状，即试样产生的变形为弹性变弹性变形形。当载荷超过b点以后，试样会进一步产生变形，此时若卸除载荷，试样的弹性变形消失，而另一部分变形则保留下来，这种不能恢复的变形称为塑性变形塑性变形。冷镦材料基础知识培训课件v强度是材料抵抗塑性变形或断裂的能力。通过拉伸试验所测得的常用的是材料抵抗塑性变形或断裂的能力。通过拉伸试验所测得的常用的强度指标有强度指标有屈服强度和和抗拉强度。v屈服强度是材料产生屈服时对应的应力值。用符号是材料产生屈服时对应的应力值。用符号s表示，单位是表示，单位是N/mm2或或MPa，大小为载荷与试样原始横截面积的比值，即：，大小为载荷与试样原始横截面积的比值，即： s=Fs/S0(N/mm2)式中：式中：Fs材料屈服时的载荷（材料屈服时的载荷（N）；）；S0试样原始横截面积（试样原始横截面积（mm2）。）。3.强度强度冷镦材料基础知识培训课件抗拉强度抗拉强度是材料在拉断前所承受的最大应力值。用符号b表示，单位是N/mm2或MPa，其大小为材料最大载荷与试样原始横截面积的比值表示，即： b=F/S0(N/mm2) 式中： F 材料屈服时的载荷（N）； S0试样原始横截面积（mm2）。冷镦材料基础知识培训课件4塑性塑性金属材料的塑性塑性指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力。拉伸试验所测得的塑性指标有断后伸长率断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率，又称延伸率延伸率，标准试样的断后伸长率用表示，指试样被拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距比值的百分率。即： =(l1-l0)/l0100%式中： l1试样被拉断后标距的长度。 l0试样原始标距。断面收缩率断面收缩率指试样拉断后截面积的收缩量与原截面积之比的百分率，用符号表示。冷镦材料基础知识培训课件（二）硬度（二）硬度金属材料的硬度硬度通常是指材料表面抵抗更硬物体压入时所引起局部塑性变形的能力。常见的硬度指标有布氏硬度（布氏硬度（HB）、洛氏硬度）、洛氏硬度(HR)、维氏硬度、维氏硬度(HV)和里氏硬和里氏硬度度(HL)等。 1布氏硬度（HB）冷镦材料基础知识培训课件压头的材质有淬火钢球或硬质合金两种，当压头材质为淬火钢球淬火钢球时，布氏硬度用HBS表示，适用于测量布氏硬度450的材料；当压头材质为硬质合金硬质合金时，布氏硬度用HBW表示，适用于测量布氏硬度在450650范围内的材料。冷镦材料基础知识培训课件2洛氏硬度洛氏硬度(HR)用一定载荷将压头压入材料表面，根据压痕深度表示硬度值。根据压头和载荷的不同，洛氏硬度分HRA，HRB和HRC，试验规范见表3-1 。冷镦材料基础知识培训课件符号符号压头类型压头类型总载荷总载荷（kgf）适用范围适用范围HRC120金刚石圆锥金刚石圆锥150一般淬火钢等硬度较大材料一般淬火钢等硬度较大材料HRB1.588mm钢球钢球100退火钢和有色金属等软材料退火钢和有色金属等软材料HRA120金刚石圆锥金刚石圆锥60硬而薄的硬质合金或表面淬硬而薄的硬质合金或表面淬火钢火钢试验规范试验规范冷镦材料基础知识培训课件3维氏硬度（维氏硬度（HV）维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为136的正四棱锥金刚石压头压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下压痕，测量压痕对角线的长度，计算压痕表面积，载荷F除以压痕面积S所得值即为维氏硬度。维氏硬度用符号HV表示，计算公式如下： 冷镦材料基础知识培训课件图1-5 维氏硬度试验示意图维氏硬度也可按对角线的d值从表中查出，d值为两对角线的算术平均值。维氏硬度的结果表示方法为：硬度值+HV+试验载荷+载荷保持时间（1015秒不标注）。例如，640HV3020表示在试验力30kgf作用下保持载荷20秒测定的维氏硬度值为640。冷镦材料基础知识培训课件4里氏硬度（里氏硬度（HL） 里氏硬度用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定的速度冲击试样表面，用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度值。计算公式如下： 式中：vR冲击体回弹速度； vA冲击体冲击速度。冷镦材料基础知识培训课件布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和里氏硬度各有优缺点：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和里氏硬度各有优缺点：布氏布氏硬度由于压痕面积较大，能反映较大范围内的平均硬 度，所以 测量结果具有较高的精度和稳定性较高的精度和稳定性。 但操作费时费时，对试样表面有一定破坏破坏。洛氏洛氏硬度操作简单操作简单，可以直接读出硬度值，且压痕小压痕小，不不伤工件伤工件。缺点是所测硬度值的离散性较大离散性较大。维氏维氏硬度的载荷小、压痕浅，广泛用于测定薄薄工件表面硬硬化层。里氏里氏硬度操作简单，便携便携性好，广泛用于现场现场硬度测量。冷镦材料基础知识培训课件各种硬度试验因其试验条件的不同而不能直接换算不能直接换算，需要查阅专门的表格进行换算比较。硬度是材料的重要性能之一，一般情况下，材料的硬度高，其耐磨性能也较好。材料的硬度与强度之间也有一定的关系，例如，对于未淬硬钢，布氏硬度与抗拉强度间存在如下的近似换算关系： b0.362HBS （当HBS175） b0.345HBS （当HBS175）冷镦材料基础知识培训课件（三）冲击韧性（k）v冲击韧性是衡量材料抵抗冲击载荷能力大小的指标，常用冲击实验测定。冲击韧性是试样缺口处截面上单位面积所消耗的冲击功。冲击韧性用k表示，计算公式如下： 式中：式中：k试样冲断时所消耗的冲击功（试样冲断时所消耗的冲击功（J）；）；S试样缺口处截面积（试样缺口处截面积（cm2）。）。冷镦材料基础知识培训课件影响冲击韧性值大小的因素影响冲击韧性值大小的因素有材料的化学成份、冶金质量、组织状态、表面质量和内部缺陷等。另外，金属材料的冲击韧性随温度的降低而下降。金属材料的强度、塑性、硬度、韧性四者中真正独立的是强度和塑性，硬度与强度有极为密切的关系，韧性是受强度和塑性的综合影响；因此，在鉴别金属材料的力学性能时，常常是以强度和塑性强度和塑性为主要指标。 冷镦材料基础知识培训课件（四）疲劳强度（四）疲劳强度金属材料在远低于其屈服极限的交变应力长期作用下发生的断裂现象，称为金属的疲劳。图1-10 材料疲劳断口宏观形貌冷镦材料基础知识培训课件三、机械性能等级的标记制度：三、机械性能等级的标记制度：vGB/T3098. 1对螺栓、螺钉和螺柱（以下以螺栓为例）的机械性能等级规定了一套完整的标记制度。G13/T 3098. 1将螺栓的性能等级分为10个等级，分别标记为3. 6、4. 6、4.8、5. 6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9和12.9。v 螺栓机械性能等级标记用两组数字表示，两组数字中间用符号“”隔离开来。标记中“”前的一组数字表示这一等级的公称抗拉强度的百分之一。例如4.8级中的4表示这一等级的公称抗拉强度为400 N/mm2；8.8级中的8表示8.8级螺栓的公称抗拉强度为800 N / mm2等。冷镦材料基础知识培训课件v标记中的第二部分数字（“”后）代表这一性能等级的“屈强比”的10倍。“6”表示这一等级的螺栓的屈强比为0.6。“8”表示这一等级的屈强比为0.8。v 屈强比的高低表示这根螺栓（制造的材料）被强化程度的高低，即表示该螺栓的物理性能。冷镦材料基础知识培训课件v对于钢铁材料无论采用哪种强化方式：冷作硬化或调质处理，虽然屈服点与抗拉强度经过强化后同时提高，但这两个指标被强化的程度是不一样的屈服点上升幅度总是高于抗拉强度，因此随着强化程度的增加，屈强比也在升高。一般热轧正火态的低碳钢约为0.6。例如15号钢未强化时，屈强比约为0.63，其物理性能为软态，经过20的冷变形（如冷拔产生冷作硬化）后，这时屈强比由0.6上升为0.8，其物理性能为强化态。v经过调质处理的螺栓强化规律大致与变形强化的一致，只是淬火强化可以使屈强比升得更高（0.9）。其物理性能为硬。冷镦材料基础知识培训课件一、金属键与晶体结构v金属原子的结构特点是：价电子金属原子的结构特点是：价电子数目较少（数目较少（13个），电子层数个），电子层数较多，原子核对价电子的引力较较多，原子核对价电子的引力较弱，价电子极易脱离原子核形成弱，价电子极易脱离原子核形成自由电子，金属原子成为正离子，自由电子，金属原子成为正离子，如图如图1-13所示。自由电子在正离所示。自由电子在正离子之间做高速运动，形成带负电子之间做高速运动，形成带负电的电子气。金属原子间这种正离的电子气。金属原子间这种正离子与自由电子的电性引力结合，子与自由电子的电性引力结合，称为称为金属键。第二节第二节 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶冷镦材料基础知识培训课件v 金属键与非金属原子间的结合键（离子键和共价键）不同。金属离子间的键合力很大，且由大量原子结合成整体金属，故金属的强度高：v自由电子在电场力作用下作定向运动，使金属具有导电性；v金属离子周围的键是等价的、对称的，因而金属原子在空间的位置必须有规则地排列且势能最低，即呈晶体结构。v金属离子在平衡位置上作高速振动，温度越高，振幅越大。金属的这种结构决定了其具有优良的导热性。冷镦材料基础知识培训课件 取晶格中一个最基本的几何单元来表明原子排列的规律性，这个最小的几何单元，称为“晶胞晶胞”。显然，金属的结构是由大量晶胞在空间堆垛形成。晶胞各边的长度a，b，c称为“晶格常数”，其大小是以为单位来度量。 金属材料通常都是晶体，为了便于分析晶体中原子的排列规律，通常用假想的线条将各原子中心连接起来，使之构成一个空间格架，这种三维的空间格架，称作“晶格晶格”.冷镦材料基础知识培训课件常见的晶体结构有三种：即体心立方晶格；即体心立方晶格；面心立方晶格；面心立方晶格；密排六方晶格。密排六方晶格。v 为了研究方便，可以把金属原子看成球形，并且人为规定与邻为了研究方便，可以把金属原子看成球形，并且人为规定与邻近的原子是相切的，并将球的半径规定为原子半径。近的原子是相切的，并将球的半径规定为原子半径。冷镦材料基础知识培训课件二、晶面、晶向与晶格致密度v如果依晶格中晶胞的长、宽、高取坐标系如果依晶格中晶胞的长、宽、高取坐标系X、Y、Z，将坐标，将坐标原点选在一个顶角原子上，晶格就有了方位和方向，称为位原点选在一个顶角原子上，晶格就有了方位和方向，称为位向。向。冷镦材料基础知识培训课件三、单晶体与多晶体v在单晶体中晶格的在单晶体中晶格的位向是一致的。金位向是一致的。金属的单晶体很小，属的单晶体很小，约在约在10-1-10-3cm数数量级。量级。金属总是以多晶体的形式存在，所以往往看不到金所以往往看不到金属的单晶体，金属属的单晶体，金属单晶体的各向异性单晶体的各向异性也被抵消了。右图也被抵消了。右图为多晶体示意图。为多晶体示意图。在自然界中，常常可以看到食盐，方解石的单晶体。冷镦材料基础知识培训课件四、晶体的缺陷金属晶体的缺陷依照其几何形状，分为金属晶体的缺陷依照其几何形状，分为点缺陷、线缺陷和和面缺陷。（一）点缺陷v点缺陷是指晶格中三维尺寸都较小的点状缺陷，主要包括晶格空是指晶格中三维尺寸都较小的点状缺陷，主要包括晶格空位、间隙原子和异质原子。位、间隙原子和异质原子。v图图1-23为为空位和间隙原子，空位指晶格中某些结点处没有原子，空位指晶格中某些结点处没有原子，而间隙原子指晶格间隙中出现多余原子。产生空位和间隙原子的而间隙原子指晶格间隙中出现多余原子。产生空位和间隙原子的主要原因是由于原子热运动使其逃离晶体结点位置或转移到晶格主要原因是由于原子热运动使其逃离晶体结点位置或转移到晶格间隙中。间隙中。v图图1-24为为异质原子，一般是其他金属或非金属原子置换原晶格中，一般是其他金属或非金属原子置换原晶格中原子或存在原晶格间隙中。空位、间隙原子和异质原子缺陷均会原子或存在原晶格间隙中。空位、间隙原子和异质原子缺陷均会引起晶格局部变形，即晶格畸变。晶格畸变引起能量升高，使金引起晶格局部变形，即晶格畸变。晶格畸变引起能量升高，使金属的强度、硬度和电阻升高。属的强度、硬度和电阻升高。冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料基础知识培训课件（二）线缺陷（二）线缺陷线缺陷又称位错线缺陷又称位错，是指晶体中一列或若干列原子发生有规律的错排现象。位错有两种类型，最简单的是刃形位错.位错的存在对金属的性能有很大影响，随着位错数目的增加，金属强度先降低后增加，所以金属晶体中不含位错或含有大量位错均能使强度提高。冷镦材料基础知识培训课件（三）面缺陷v面缺陷是晶体中二维尺寸较大，一维尺寸较小的呈是晶体中二维尺寸较大，一维尺寸较小的呈面状分布的缺陷，如晶界、亚晶界等。面状分布的缺陷，如晶界、亚晶界等。在晶界上原子的无规则排列，使得晶界的性能与晶内差别很大：晶界原子比晶内原子易于发生化学反应，因而容易被腐蚀；晶界原子近于液态结构，致使晶界熔点低于晶内；异类原子和杂质在晶界上存在时能量低，所以晶界是杂质原子易于聚集的地方；由于晶界处原子排列无规则，金属的塑性变形（滑移）受到阻碍，致使晶界的强度比晶内高。因此，金属晶粒的大小对金属的性能有很大影响。冷镦材料基础知识培训课件（四）影响晶粒大小的因素v金属晶粒的大小是影响金属性能的重要因素。金属晶粒的大小是影响金属性能的重要因素。v晶粒大小与常温力学性能的关系为：晶粒越晶粒大小与常温力学性能的关系为：晶粒越细小，金，金属的强度、塑性、韧性越属的强度、塑性、韧性越高。反之晶粒越。反之晶粒越粗大，金属，金属的力学性能越的力学性能越差。v制备细晶粒材料的措施一般为在结晶过程提高形核率制备细晶粒材料的措施一般为在结晶过程提高形核率和抑制长大率。和抑制长大率。形核率和和长大率的影响因素主要有以的影响因素主要有以下三个方面：下三个方面：冷镦材料基础知识培训课件1过冷度影响形核率N和长大率G与过冷度t关系，一般随着过冷度的增加，形核率和长大率先增加后下降。3金属流动与振动在金属结晶时如果增加液体流速或给以机械振动、超声波振动，都将达到增加形核率或抑制长大率的效果。2难熔杂质的影响高熔点杂质的加入对细化晶粒的作用也非常明显，由于液态金属结晶时可以附着在未全部熔解的高熔点杂质的颗粒表面，所以加入高熔点杂质能提高形核率。冷镦材料基础知识培训课件第三节 金属的塑性变形与再结晶一、单晶体的塑性变形 晶体塑性变形的主要形式是滑移和孪生。二、多晶体的塑性变形 v多晶体塑性变形时，每个晶粒的塑性变形与单晶体塑性变形基本相同，但由于晶界的作用及相邻晶粒之间位向不同，多晶体的塑性变形与单晶体相比又有所不同。实际使用的金属材料几乎都是多晶体。实际使用的金属材料几乎都是多晶体。冷镦材料基础知识培训课件（一）晶界的影响（一）晶界的影响晶界晶界是相邻两个晶粒的边界，晶界上的原子排列是无规则的，金属中的杂质原于往往存在其间，这对于位错的运动形成很大阻力。用只有两个晶粒的试样进行拉伸试验，变形后试样出现了所谓“竹节现象竹节现象”，如图139所示。这说明晶界附近晶体的塑变抗力很大。由此可以推断，多晶体金属的晶粒越细细小（单位体积内晶粒数越多多）时，该晶体的塑变抗力越大，即强度越高高。冷镦材料基础知识培训课件（二）位向差的作用（二）位向差的作用v外力的切应力分量在外力呈外力的切应力分量在外力呈45角度时最大。角度时最大。v金属的晶粒越细时，其强度越高。细晶粒的金属不仅强度金属的晶粒越细时，其强度越高。细晶粒的金属不仅强度高，塑性也好。高，塑性也好。在在实实际际生生产产中中，希希望望金金属属零零件件的的晶晶粒粒越越细细越越好好。在在很很多多设设备备中中，有有些些重重要要零零件件的的晶晶粒粒度度，被被限限定定在在一一定定级级别别之之内内，尤尤其其是是承承受受冲冲击击的的构构件件，如如碎碎煤煤机机的的锤锤头头和和锤锤扦扦，细细晶晶粒粒金金属属的的强强度度高高、塑塑性性好好，则则冲冲击击韧韧性性也也高，能够承受反复的冲击而不易产生疲劳损坏。高，能够承受反复的冲击而不易产生疲劳损坏。冷镦材料基础知识培训课件三、冷塑性变形对金属组织和性能影响v金属材料在外力作用下产生塑性变形，其内部的组织和力学性能、物理、化学性能也发生一系列的变化，主要的变化是加工硬化加工硬化，同时在金属内部产生形变内应力形变内应力。 如：碎煤机锤头、磨煤机衬板、斗轮机斗齿、冷卷弹簧等都是利用加工硬化进一步提高强度的。如：碎煤机锤头、磨煤机衬板、斗轮机斗齿、冷卷弹簧等都是利用加工硬化进一步提高强度的。(一一)加工硬化加工硬化金属在受外力作用屈服后，如继续变形则需要增加应金属在受外力作用屈服后，如继续变形则需要增加应力，即随着塑性变形的增加金属不断强化、硬化，直力，即随着塑性变形的增加金属不断强化、硬化，直至达到强度极限。至达到强度极限。低碳钢的加工硬化现象见图低碳钢的加工硬化现象见图141所示，出现了加工硬化后强度可提高所示，出现了加工硬化后强度可提高80以上。建筑以上。建筑用钢筋须先经过冷拔强化。但加工硬化会使金属的电用钢筋须先经过冷拔强化。但加工硬化会使金属的电阻增加，耐腐蚀性下降，特别是金属的塑性韧性下阻增加，耐腐蚀性下降，特别是金属的塑性韧性下降，甚至趋于零。降，甚至趋于零。金属的显微组织：会发现金属的晶粒逐渐被拉长，甚金属的显微组织：会发现金属的晶粒逐渐被拉长，甚至会变成细条状、纤维状，这说明晶粒发生碎化，亚至会变成细条状、纤维状，这说明晶粒发生碎化，亚晶的数量增加。晶界和亚晶界数量的增加，使位错运晶的数量增加。晶界和亚晶界数量的增加，使位错运动受阻，形变抗力加大，导致强度和硬度增加，动受阻，形变抗力加大，导致强度和硬度增加，性能：随着塑性变形量的增加，位错密度增加，使运性能：随着塑性变形量的增加，位错密度增加，使运动中的位错发生复杂的交互作用，位错线相互缠结、动中的位错发生复杂的交互作用，位错线相互缠结、堆积，阻碍了位错的运动，也会使强度、硬度提高，堆积，阻碍了位错的运动，也会使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。塑性、韧性下降。(二)形变内应力（略）冷镦材料基础知识培训课件四、回复与再结晶 v形变后的金属加热时，将发生一系列的组织和性能的变化，变化的主要形式是回复与再结晶。(一)回复v 经过塑性变形的金属在加热温度较低时，金属组织基本不变，硬化现象仍然保留，但内应力大大消除，这种现象称为回复。冷镦材料基础知识培训课件（二）再结晶v塑性变形后的金属在较低温度下加热时，虽经回复使内应力大部分消除，但显微组织和结构没有明显的改变，形变储存能未能完全释放，金属组织仍处于不稳定状态。如继续提高加热温度，使金属原子的扩散能力增加，这种高能不稳定状态将消除，晶粒拉长和碎化趋于消失，金属的组织、性能完全恢复到变形前的状态。这种变化实质上是一个重新形核、长大的过程，称为再结晶。 再结晶后的金属组织与形变前的退火组织相同，加工硬化现象完全消失，位错密度也降至变形前的状态，如图l43所示。冷镦材料基础知识培训课件v加热温度过高，保温时间过长，都能使已形成的细晶粒组织继续长大，而成为粗大晶粒的组织，使金属的性能变坏，这是应该力求避免的。v回复、再结晶和晶粒长大过程中，随加热温度的增加，组织和性能变化如图145所示。v再结晶退火在工业生产中适于冷拔、冷拉的金属材料。往往在冷拔或冷拉后，安排一道或数道再结晶退火工艺，使变形后的金属恢复到变形前，再继续变形，如冷拔无缝钢管，冷拉钢丝、铜丝等。冷镦材料基础知识培训课件五、热加工与冷加工的区别许许多多重重要要工工件件在在机机加加工工前前，往往往往安安排排一一道道锻锻造造工工序序，如如汽汽轮轮机机的的主主袖袖、叶叶轮轮叶叶片片，发发电电机机风机、水泵的主轴、齿轮等。风机、水泵的主轴、齿轮等。用金属学的观点来看，凡在金属的再结晶温度以下的用金属学的观点来看，凡在金属的再结晶温度以下的加工变形称作冷加工，而在再结晶温度以上的加工变加工变形称作冷加工，而在再结晶温度以上的加工变形称为形称为热加工热加工。金属热加工的塑性变形量大，不会出现加工硬化，可金属热加工的塑性变形量大，不会出现加工硬化，可以很快加工成型。在热加工中，金属的某些缺陷以很快加工成型。在热加工中，金属的某些缺陷(如气如气孔、裂纹等孔、裂纹等)可以在高温下焊合，因而热加工后金属的可以在高温下焊合，因而热加工后金属的组织细密质量好。组织细密质量好。冷镦材料基础知识培训课件第二章第二章铁碳相图及其合金铁碳相图及其合金冷镦材料基础知识培训课件第一节第一节铁碳合金的相结构铁碳合金的相结构v纯铁从液态结晶后得到体心立方晶格的-Fe,随后又有两次同素异构转变，即面心立方格的-Fe和体心立方格的-Fe 。v碳溶入-Fe和-Fe铁中所形成的固溶体为铁素体和奥氏体。当含量超过铁素体和奥氏体的溶解度时，则会出现金属化合物相Fe3C，称做渗碳体。v碳原子溶入-fe 中所形成的固溶体称做高温铁素体。它在1400以上的高温出现，对工程上应用的铁碳合金的组织和性能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。固态铁碳合金的基本组成相是铁素体，奥氏体和渗碳体。冷镦材料基础知识培训课件一、铁素体（一、铁素体（F）v碳原子溶入-Fe中形成的间隙固溶体，称做铁素体。由于体心立方格的-Fe的晶体格间隙半径只有0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳的溶解度很小。在727时最大固溶度为0.02%,而在室温时固溶度几乎降为零。铁素体的力学性能与纯铁相近，其数值如下： 抗拉强度b 250Mpa，屈服强度s 140Mpa断后延伸率11.3 40%-50%冲击韧性K 200 J/cm2布氏硬度HBS 80由由此此可可见见，铁铁素素体体有有优良的塑性和韧性，但但强强度度，硬硬度度较较低低，在在铁铁碳碳合合金金中中是是软软韧韧相相。铁铁素素体体是是912912以以下下的的平平衡衡相相，也也称称做做常常温温相相，在在铁铁碳碳相相图图中中用符号用符号F F表示。表示。冷镦材料基础知识培训课件二、奥氏体（二、奥氏体（A）v碳原子溶入-Fe中形成的间隙固溶体，称做奥氏体。具有面心立方格的-Fe的间隙半径为0.052nm，比-Fe的间隙稍大，在1148时碳原子在其中的最大固溶度为2.11%。随着温度的降低，碳在-Fe中的固溶度下降，在727时是0.77%。v奥氏体是727以上的平衡相，也称高温相。在高温下，面心立方格晶体的奥氏体具有极好是塑性，所以碳钢具有良好的轧、锻等热加工工艺性能。在铁碳相图中，奥氏体通常用符号A表示。冷镦材料基础知识培训课件三、渗碳体（三、渗碳体（Fe3C）v渗碳体是铁与碳原子结合形成的具有金属性质的复杂间隙化合物。它的晶体结构复杂，属于复杂八面体结构，分子式为Fe3C，含碳量6.69%。v渗碳体的硬度很高，HV800，但极脆，塑性和韧性几乎是零，强度b=30Mpa左右。在铁碳合金中，它是硬脆相，是碳钢的主要强化相。渗碳体在碳钢中的含量和形态对钢的性能有很大影响。它在铁碳合金中可以呈片状、粒状、网状和板状形态存在。v在高温时，钢和铸铁中的渗碳体在一定时间会发生下面的分解反应，析出石墨态的碳。Fe3C 3Fe+C（石墨）冷镦材料基础知识培训课件一、相图图形介绍一、相图图形介绍v在铁碳合金系中，含碳量高于6.69%的铁碳合金性能极脆，没有使用价值。因此只研究FeFe3C，即含碳量小于6.69%这一部分，通常称为FeFe3C相图，也称铁碳合金相图。v在FeFe3C相图中，较稳定的化合物Fe3C与Fe是组成二元合金的两个组元。相图有三个部分组成，左上角为包晶相图。包晶相图与共晶相图都是具有三相平衡反应的基本相图，但它是在1400以上发生的反应，在研究和应用中对铁碳合金的组织和性能都没有什么影响，故不予研究。FeFe3C相图可简化为图2-2的形式。第二节 铁 碳 合 金 相 图冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料基础知识培训课件图中的特性点 v A点：纯铁的熔点v C点：共晶点v D点： Fe3C的熔点v E点：-Fe中的最大溶碳量v G点：-Fe-Fe的同素异构转变点v P点：碳在铁素体中的最大溶解度。v S点：共析点 冷镦材料基础知识培训课件图中的特性线 v ACD液相线v AECF固相线v GS、GP 为 -Fe固溶体转变线v PSK 奥氏体转变为珠光体的共析转变线冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料基础知识培训课件二、六种典型合金二、六种典型合金v工程上使用的铁碳合金分为钢和铸铁两大类，它们的区别在于所含碳量不同。含量碳量大于2.11%的，称为铸铁。在分析铁碳合金的平衡组织时，按照组织的不同，习惯将钢和铸铁分为在分析铁碳合金的平衡组织时，按照组织的不同，习惯将钢和铸铁分为共析钢，亚共析钢，过共析钢。共晶白口铸铁，亚共晶白口铸铁和过共晶白。共晶白口铸铁，亚共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁等六种典型合金，如图口铸铁等六种典型合金，如图23所示。所示。冷镦材料基础知识培训课件（一）共析钢（一）共析钢图中合金称为共析钢，其含碳量为0.77%。（二）亚共析钢（二）亚共析钢图中合金，含碳量低于0.77%的钢均称为亚共析钢。（三）过共析钢（三）过共析钢图中合金，含碳量在0.772.11%的钢,均统称为过共析钢。（四）共晶白口铁（四）共晶白口铁图中合金称为共晶白口铁，含碳量为4.3。（五）亚共晶白口铁（五）亚共晶白口铁图中合金，含碳量高于2.11%，低于4.3%的铁均称为亚共晶白口铁。 （六）过共晶白口铁（六）过共晶白口铁图中合金，含碳量为4.3%6.69%的铁，均统称为过共晶白口铁。冷镦材料基础知识培训课件三、含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响三、含碳量对铁碳合金组织和力学性能的影响v含碳量小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁,它的力学性能与铁素体基本相同,有良好的塑性和韧性,较低的强度与硬度。v 在铁碳合金中含碳量变化对组织和性能影响很大。从Fe-Fe3C相图中可看出，当含碳量不同时，组织将变化。图2-16为含碳量对碳钢组织影响的示意图。v当含碳量为0.77%时，为铁素体+珠光体；而在过共析钢中，组织则为珠光体+渗碳体。从示意图中可以很清楚的得出含碳量变化后这些组织的变化情况。冷镦材料基础知识培训课件v 含碳量变化后对力学性能的影响可见图2-17所示。从图中可看出，当含碳量增加后，碳钢的强度和硬度升高，而塑性和韧性则下降。这这是是由由于于含含碳碳量量增增加加后后，碳碳钢钢中中的的渗渗碳碳体体在在不不断断的的增增加加。但但是是，含含碳碳量量超超过过了了0.9%后后，由由于于游游离离状状态态的的二二次次渗渗碳碳体体自自晶晶界界析析出出，这这些些硬硬而而脆脆的的网网状状渗渗碳碳体体包包围围住住珠珠光光体体的的晶晶粒粒，降降低低了了晶晶界界之之间间的的结结合合力力，使使钢钢的的脆脆性性增增加加，反而使碳钢强度逐渐下降。当碳钢的含碳量大于反而使碳钢强度逐渐下降。当碳钢的含碳量大于1.4%后，在工程上已应用很少。后，在工程上已应用很少。冷镦材料基础知识培训课件四、铁碳合金在工程上的应用四、铁碳合金在工程上的应用v 铁碳合金相图在选择和使用材料、金属加工、热处理以及选配合金钢、合金铸铁等方面有重要作用。 v 铁碳合金相图能很好地反映钢铁材料的成分与组织之间的关系，可根据工程上的需要选材。白白口口铸铸铁铁的的硬硬度度高高，脆脆性性大大，难难于于加加工工，只只能能用用作作拔拔丝丝模模、磨磨煤煤机机磨磨球球等等。如如果果在在白白口口铸铸铁铁中中加加入入足足够够的的铬铬、镍镍等等合合金金元元素素，制制成成合合金金白白口口铁铁，则则是是很很好好的的耐耐磨磨材材料料，在在磨磨煤煤机机、碎煤机、灰渣泵、管道内衬、喷燃器中有很广泛的应用。碎煤机、灰渣泵、管道内衬、喷燃器中有很广泛的应用。铁碳合金相图是选择热加工工艺的重要依据，在铸铁、轧锻、铁碳合金相图是选择热加工工艺的重要依据，在铸铁、轧锻、焊接和焊接和热处理热处理方面应用很广。方面应用很广。冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料基础知识培训课件第三章第三章碳素钢碳素钢冷镦材料基础知识培训课件v目前使用的金属材料中，碳钢占有重要地位。工程上使用的碳钢一般是指含碳量不超过1.，且含有锰、硅、硫、磷等杂质的铁碳合金。一、常存杂质对碳钢性能的影响一、常存杂质对碳钢性能的影响v碳、锰、硅、硫、磷是碳钢中的常存元素，统称五大元素，在炼钢是要对含量进行分析和控制。碳在钢中的影响已如前述。锰、硅、硫、磷则称为常存杂质，它们的含量对碳钢的性能也有较大的影响。v（1）锰的影响， 锰作为炼钢时的脱氧剂而残存在钢中。它以置换固溶体的形式溶入铁素体，可以提高钢的强度。特别是它能与钢中的硫，化合形成高熔点的MnS化合物，可消除硫的脆热性，因此，锰是有益元素。在碳钢中锰的含量一般不超过1.2%以下。v（2）硅的影响， 硅与锰相似，也是炼钢脱氧是残存在钢中的。硅溶入铁素体可以起固溶强化的作用，但含量增多使钢变脆，一般控制在0.4%以下。冷镦材料基础知识培训课件v（3）硫的影响 硫是从矿石和燃料中带来的，虽经炼钢，炼铁，还未能完全消除而残存钢中。硫不溶于铁，但容易以FeS的形式与FE形成低熔点共晶体并存在与晶界上这种共晶体在958时熔化，使得在11001200是轧、锻的钢材发生晶间开裂并报废，称为热脆性，因此硫是有害元素，在钢中的含量要控制在0.055%以下。当钢中有锰存在是，锰与硫产生高熔点的MnS（熔点1620），可以消除硫的热脆性。v（4）磷的影响 磷也是矿石经冶炼残存在钢中的有害杂质，它可以溶入铁素体中使钢的韧性下降，并使脆性转变温度升高，这种现象称作冷脆性。磷在钢中的含量被限制在0.045%以内。v除了以上四种常存杂质外，还有氢、氧、氮等残存与钢中，这些气体易与形成白点、气孔和非金属夹杂物。特别是氧化夹杂，如SiO2、MnO等。这些缺陷的存在，均要使钢材质量下降。冷镦材料基础知识培训课件二、碳钢的分类、编号和用途碳钢的分类、编号和用途（1）碳钢的分类 碳钢的分类方法很多，通常按照钢的含碳量、质量和用途分类。v按含碳量分为： a 低碳钢：含碳量0.25； b 中碳钢：含碳量在0.250.6之间 c 高碳钢：含碳量0.6。v按钢的质量分为： 普通碳素钢：钢中含S0.055，P0.045； 优质碳素钢：钢中含S0.04，P0.040； 高级优质碳素钢：钢中含S0.030，P0.035。v按钢的用途分为： 碳素结构钢：用于制造工程构件(铁塔、锅炉支架、厂房钢结构、 起重设备和工程机械结构、水冷壁管、风管、榆粉管道、及机械零 件f抽、齿轮、螺栓、螺母等)。一般为低、中碳钢。 碳素工具钢：用于制造各种工具、刀具、刃具、模具、轴承等。一 般属于高碳钢。冷镦材料基础知识培训课件（2）碳钢的编号及用途 世界上许多工业国家都有自己的编号方法。我国碳钢的编号方法按GB70079分为三种。 v1）碳素结构钢 这类钢的牌号是按照力学性能中的屈服强度分成五类来编号的,数字大说明屈服强度值也越高，碳钢中的含碳量也越高；塑性也就要越低。碳素结构钢用于制造螺栓、螺母、钢板、圆钢以及各类型钢，广泛应用于机械制造及建筑等行业中。由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如Q235表示屈服点（s）为235 MPa的碳素结构钢。 必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。 专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。 冷镦材料基础知识培训课件v2）优质碳素结构钢 （a） 正常含锰量的优质碳素结构钢：含锰量0.8。编号方法简单，用两位数字表示,数字表示含碳量的万分之几。例如例如20号钢、号钢、45号钢即表示含碳量为号钢即表示含碳量为0.20、0.45的优质碳素结构钢。钢号从的优质碳素结构钢。钢号从05、08、10、15、20直直到到85。如如20Mn(20锰锰)或或65Mn（65锰）。优质碳素结构钢的牌号、成分和力学性能见表锰）。优质碳素结构钢的牌号、成分和力学性能见表23。如如作作焊焊丝丝用用的的写写作作H08，又又如如锅锅炉炉用用的的20号号优优质质碳碳素素结结构构钢钢可可写写作作20g（或或20锅锅），20g可可用用作作锅锅炉炉钢钢板板、压压力力容器和锅炉水冷壁及小型汽包等。容器和锅炉水冷壁及小型汽包等。（b）较高含锰量的优质碳素结构钢：含锰量在较高含锰量的优质碳素结构钢：含锰量在0.71.2洲之间。洲之间。编号方法是在正编号方法是在正常含锰量优质碳素结构钢钢号的后面加写常含锰量优质碳素结构钢钢号的后面加写Mn(或锰或锰)表示，表示，在在优优质质碳碳素素结结构构钢钢中中，对对于于专专门门用用途途的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢编编号号，是是在在钢钢号号前前面面或或后后面面加加一一个表示用途的汉字或汉字的拼音符号。个表示用途的汉字或汉字的拼音符号。冷镦材料基础知识培训课件v 优质碳素结构钢的应用。低碳优质碳素结构钢可用作桥梁起重及工程机械，钢结构件，还可渗碳后使用，制作机械零件；中碳优质碳素结构钢可经调质后制作轴、齿轮、温度不超过450的汽轮机转子、联轴器和汽缸紧因件；中、高碳优质碳素结构钢可用作各类弹簧、板黄和钢丝绳等。优质碳素结构钢一般经热处理后使用，或在正火状态下供应。若含S、P量更低的叫高级优质碳素结构钢，就在钢号后面加写A字(或高字)，如20 A(或20高)。 20 A广泛应用于锅炉的水冷壁管。 3）碳素工具钢：）碳素工具钢：碳素工具钢的含碳量一般在碳素工具钢的含碳量一般在0.65一一1.3之间。编号方法是用字母之间。编号方法是用字母T(或碳或碳)加加数字表示，数字表示含碳量的千分之几。例如数字表示，数字表示含碳量的千分之几。例如T8、T12（碳（碳8、碳、碳12）表示含碳）表示含碳量为量为0.8、1.2的碳素工具钢。钢号为的碳素工具钢。钢号为T7、T8T13(碳碳7、碳、碳8碳碳13)。碳。碳素工具钢含素工具钢含S、P量均较少，属于优质钢。量均较少，属于优质钢。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号后加写若为高级优质碳素工具钢，则在钢号后加写A字字(或高字或高字)，如，如T8A、T12A(碳碳8高、碳高、碳12高高)。冷镦材料基础知识培训课件第四章第四章合金钢合金钢冷镦材料基础知识培训课件v合金钢是以铁和碳元素为基础，为了满足某方面的性能要求，有目的加入一些其他元素冶炼而成的钢。这种有目的加入的合金元素有铬、锰、硅、钼、钨、钒、钛、铌、硼、镍、锆、稀土等。v合金元素加入后，可以提高钢的机械性能，改善钢的机械性能。有些合金元素的含量达到一定时，还可以钢具有某些特殊的机械性能或特殊的物理化学性能。第一节第一节合金元素对钢的影响合金元素对钢的影响一、合金元素在钢中的存在形式关于硼含量的规定：关于硼含量的规定：GB/T 3098.1中规定B（硼）最大含量从0.006降为0.003。硼钢是一种比较经济的钢种，微量的硼就能大大地提高钢的淬透性（如0.003）。但硼含量高了对钢也是有害的。因为硼化物是一种极硬及极脆的夹杂，量多了会增加脆性。 冷镦材料基础知识培训课件（一）合金元素溶入铁素体（一）合金元素溶入铁素体v几乎所有的合金元素或多或少地溶入铁素体而形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径有差异，故合金元素溶入铁素体后必然引起晶格畸变，从而产生固溶强化，使铁素体的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，如图4-1及图4-2所示。由由图图可可知知，合合金金元元素素加加入入量量愈愈多多，铁铁素素体体的的硬硬度度就就愈愈高高，以以硅硅、锰锰、镍镍元元素素为为最最显显著著。由由图图4-2可可知知，硅硅量量在在1%左左右右，锰锰量量在在1.5%左左右右，既既能能提提高高铁铁素素体体的的硬硬度度，又又不不降低韧性：降低韧性：铬铬元素含量在元素含量在2%5%S时，不仅能提高铁素体的硬度，又能提高韧性。时，不仅能提高铁素体的硬度，又能提高韧性。冷镦材料基础知识培训课件（二）形成碳化物（二）形成碳化物v按照合金元素在钢中与碳的作用不同，可以将合金元素分为两大类。v一 类是不与碳作用的元素，因而不能形成碳化物，只能溶入固溶体；另一类是与碳有亲和力，能形成碳化物。v不与碳化合的元素有：镍、硅、钴、铝、铜等。能与碳化合形成合金化物的元素，按其与碳的亲和力由弱到强大致可排成下列次序：锰、铁、铬、钼、钨、钒、锆、铌、钛等。v与碳亲和力较弱的元素（如锰、铬、钼、钨等）含量较少时，其中一部分以原子状态溶入固溶体，另一部分进入渗碳体而置换其中的铁原子，形成特殊的化合物，如Cr7C3或（Fe、Cr）7C3、WC或（Fe、W）6C等。v与碳的亲和力强的元素，如钒、锆、铌、钛等，只要钢中有足够的碳元素，就能形成这些元素的合金碳化物，如VC、ZrC、NbC、TiC等，只有在钢中缺少碳的情况下，这些元素才以原子状态溶入固溶体。v合金元素不同，合金碳化物的形状和尺寸也不同，强碳化物的碳化物成颗粒状，比较细碎。冷镦材料基础知识培训课件二、合金元素对铁碳合金相图的影响二、合金元素对铁碳合金相图的影响v合金元素对Fe-Fe3C相图的相区和S、E等临界点位置有影响。用合金元素Fe-Fe3C相图的影响来分析合金钢的组织变化规律。v常用合金元素对Fe-Fe3C相图的影响可以分为两类。一类是扩大奥氏体组织的相区，属于这一类的合金元素有锰、镍、氮等；另一类是缩小奥氏体组织的相区，属于这一类的合金元素有铬、钨、钼、钒、钛、铝、硅等。v锰类元素及铬类元素对FeFe3C相图中奥氏体相区和S、E点的影响，如图43和图44所示。冷镦材料基础知识培训课件v从图43和图44中可以看出：v若钢中加入大量的扩大奥氏体区域的合金元素，甚至会使相图中的奥氏体延至室温以下。在室温下能获得稳定的单相奥氏体组织，这种合金钢叫奥氏体钢。v若钢中加入大量的缩小奥氏体区域的合金元素，则奥氏体区域可能封闭甚至消失，铁素体区域就扩大。在固态是具有稳定的单相铁素体组织，这种合金钢称为铁素体钢。v合金元素对A3及A1温度的影响，使合金钢的热处理加热温度发生变化。v由于S点左移，使含碳量相同的碳钢与合金钢组织不同。例如含碳量例如含碳量0.4%的碳钢为具有铁素体与珠光体的亚共析组织；但加入的碳钢为具有铁素体与珠光体的亚共析组织；但加入14%的铬以后，则变为珠光的铬以后，则变为珠光体的共析组织。体的共析组织。E点左移点左移，就意味着出现莱氏体的含碳量降低，使含碳量低于，就意味着出现莱氏体的含碳量降低，使含碳量低于2.11%的合金钢中出现的合金钢中出现莱氏体组织，这种钢就称为莱氏体钢。莱氏体组织，这种钢就称为莱氏体钢。例如，高速钢的含碳量只有例如，高速钢的含碳量只有0.8%左右，但属于莱氏体钢。左右，但属于莱氏体钢。冷镦材料基础知识培训课件三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的影响（一）合金元素对奥氏体化的影响合金元素加入钢中后，改变了碳在钢中的扩散速度。除镍、钴元素外，大多数合金元素使奥氏体化过程减慢。由于合金元素造成碳在奥氏体中扩散的困难，再加上合金碳化物稳定性较高，较难溶入奥氏体，致使奥氏体被推延到较高的温度范围内进行。合金钢在奥氏体化过程中，不仅要进行碳的均匀化，而且还要进行合金元素的均匀化，因此合金钢的奥氏体的保温时间也比碳钢长。合金元素中除锰外，几乎都能阻止奥氏体晶粒长大；尤其是与碳亲和力强的元素作用更为显著。因为强碳化物形成元素，在钢中能形成稳定的碳化物，且以弥散质点的形式分布在奥氏体的晶界因为强碳化物形成元素，在钢中能形成稳定的碳化物，且以弥散质点的形式分布在奥氏体的晶界上，对奥氏体晶粒的长大起机械阻碍作用。这有利于在粗火时获得细马氏体，使钢具有较好的机上，对奥氏体晶粒的长大起机械阻碍作用。这有利于在粗火时获得细马氏体，使钢具有较好的机械性能。械性能。冷镦材料基础知识培训课件（二）合金元素对过冷奥氏体转变的影响（二）合金元素对过冷奥氏体转变的影响v合金元素中除钴外，几乎都能使C曲线右移，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。常用合金元素对奥氏体转变的影响，如图4-5所示。v锰及非碳化物形成元素加入后仅使C曲线右移；与碳的亲和力比铁强的碳化物元素加入后，C曲线不仅右移；并改变了形状，分为上、下两个C曲线。其中上C曲线是珠光体转变区，下C曲线是贝氏体转变区，在两区之间过冷奥氏体具有较大的稳定性。v使C曲线右移最强烈的合金元素是铬、钼、锰。如果钢中同时具有两种以上的这些元素，C曲线右移则更明显，使钢具有极其良好的淬透性。合金钢淬透性显著增加。合金钢淬火回火后的强度和硬度也就能显著地提高。由于合金钢的淬透性好，有些合金钢可在油甚至空气中进行淬火冷却，从而减少了内应力。这样，合金钢经过热处理后，强度与硬度比碳钢高；而脆性也比碳钢小得多，因此，可以具有更高一些的综合力学性能。 冷镦材料基础知识培训课件大大多多数数合合金金元元素素使使Ms与与Mf温温度度点点下下降降，如如图图46所所示示。Ms点点愈愈低低，淬淬火火后后钢钢中中的的参参与与奥奥氏氏体体数数量量就就愈愈多多，因因而而会会使使钢钢淬淬火火后后的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性下下降降，尺尺寸寸稳稳定定性性降降低。低。冷镦材料基础知识培训课件（三）合金元素对回火转变的影响（三）合金元素对回火转变的影响v回火时钢的组织转变。主要是马氏体的分解及碳化物的析出与聚集长大的过程。合金元素加入钢中便推迟和阻碍这一过程的进行，如果需要完成上述的转变，则需要更高的温度和更长的保温时间。合金钢回火后，所得到的碳化物更加细碎，分散度也更大，强度和硬度值也就更高。v图4-7是含碳量为0.35%的碳钢，及含碳量相同而含钼不同的合金钢，在不同温度下回火后的硬度变化曲线。冷镦材料基础知识培训课件第二节第二节合金钢的分类及编号方法合金钢的分类及编号方法一、合金钢的分类一、合金钢的分类v合金钢的种类繁多，通常按钢的成分和用途来进行分类。（一）按化学成分分类（一）按化学成分分类1按合金元素总含量的多少分为低合金钢（合金元素含量小于按合金元素总含量的多少分为低合金钢（合金元素含量小于5%）、中合金钢）、中合金钢（合金元素含量为（合金元素含量为5%10%）及高合金钢（合金元素大于）及高合金钢（合金元素大于10%）。）。2按加入的合金元素品种分为锰钢、铬钢、铬钼等。按加入的合金元素品种分为锰钢、铬钢、铬钼等。（二）按用途分类（二）按用途分类1合金结构钢合金结构钢合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。2合金工具钢合金工具钢合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具钢和冷模具钢）、量具钢。钢和冷模具钢）、量具钢。3特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。等。冷镦材料基础知识培训课件二、合金钢的编号方法二、合金钢的编号方法我国合金钢的牌号，由冶金部统一规定，是按照合金钢的用途和化学成分，用数字和元素的化学符号相结合的方法来表示的。（一）合金合金结构钢编号是：两位数字+元素符号+数字。前面的两位数字表示钢中平均含碳量的万分数；元素符号是指所含的合金元素；元素符前面的两位数字表示钢中平均含碳量的万分数；元素符号是指所含的合金元素；元素符号后的数字表示该元素在钢中的平均含量小于号后的数字表示该元素在钢中的平均含量小于1%或或1.5%时，钢号中只表明元素符号，时，钢号中只表明元素符号，不标数字。如果为不标数字。如果为2或或3，则表示该元素的平均含量为，则表示该元素的平均含量为1.5%2.5%或或2.56%3.5%。余类。余类推。推。例如例如40Mn2，表示钢中平均含碳量为，表示钢中平均含碳量为0.4%，平均含锰量为，平均含锰量为2%；20Cr3MoWV，表示钢中平均含碳，表示钢中平均含碳量为量为0.2%，平均含铬量为，平均含铬量为3%，钼、钨、钒元素的含量均小于，钼、钨、钒元素的含量均小于1.5%。合金结构钢中，滚动轴承钢的编号用合金结构钢中，滚动轴承钢的编号用“G”字起首，不标含碳量，而标所含铬的元素字起首，不标含碳量，而标所含铬的元素符号符号Cr及其平均含量的千分数。及其平均含量的千分数。如如GCr15，表示含碳量，表示含碳量0.95%1.05%，含铬量，含铬量1.3%1.65%的滚动轴承钢。的滚动轴承钢。冷镦材料基础知识培训课件（二）合金工具钢（二）合金工具钢编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构的钢号混淆。高合金工具钢中的高速钢，其含碳量虽小于高合金工具钢中的高速钢，其含碳量虽小于1%，但在钢号中也不标出含碳量的数字。，但在钢号中也不标出含碳量的数字。例如例如W9Cr4V2，表示钢中平均含钨量为，表示钢中平均含钨量为9%，平均含铬量为，平均含铬量为4%，平均含钒量为，平均含钒量为2%，其含碳量经查，其含碳量经查表可知为表可知为0.85%0.95%。例如例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为，平均含锰量为2%，含铬量小于，含铬量小于1%。又如。又如CrW5，表示，表示钢中含铬量小于钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为，平均含钨量为5%，含碳量则，含碳量则1%（经查表可知为（经查表可知为1.25%1.50%）。）。冷镦材料基础知识培训课件（三）特殊性能钢（三）特殊性能钢v特殊性能钢一般可分为高合金与低合金两大类。高合金的特殊性能钢的钢号表示方法与合金工具钢相似。例如例如2Cr13，表示钢中平均含碳量为，表示钢中平均含碳量为0.2%，平均含铬量为，平均含铬量为13%；又如；又如1Cr18Ni，表示钢中平均含，表示钢中平均含碳量碳量0.1%，平均含铬量为，平均含铬量为18%，平均含镍量为，平均含镍量为9%，含钛量小于，含钛量小于1%。在某些情况下，高合金特殊性能钢的含碳量，在钢号中也不标出，而直接写出所在某些情况下，高合金特殊性能钢的含碳量，在钢号中也不标出，而直接写出所含的合金元素及其含量。含的合金元素及其含量。例如例如Cr25Ti，钢中平均含铬量为，钢中平均含铬量为25%，含钛量小于，含钛量小于1%，经查表可知含碳量经查表可知含碳量0.12%。低合金特殊性能钢的钢号表示方法与合金结构钢相似。低合金特殊性能钢的钢号表示方法与合金结构钢相似。例如例如25Cr2Mo1V，钢中平，钢中平均含碳量为均含碳量为0.25%，平均含铬量为，平均含铬量为2%，平均含钼量为，平均含钼量为%，含钒量小于，含钒量小于1%。冷镦材料基础知识培训课件v含硫、磷量极少的高级优质合金钢，其钢号的后面应以A A，例如50CrVA。一些作专门用途的合金钢，还有专门的钢号记号，例如16Mng，钢号中的g表示锅炉用钢。第三节第三节合金结构钢合金结构钢概念:用于制造各种机械零件以及用于制造各种工程结构的钢，称为结构钢。v合金结构钢中常用的合金元素为锰、铬、镍、钨、钼、钒、钛等。锰、铬、镍等元素对提高钢的综合力学性能起着主要作用，可称为主加元素。钨、钼、钒、钛等元素加入后能提高钢的淬透性，细化晶粒，为进一步改善钢的性能起着辅助作用，可称为辅加元素。v合金结构钢按成分以及用途的不同又可分为普通低合金钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。冷镦材料基础知识培训课件一、普通低合金钢一、普通低合金钢v普通低合金钢是在普通碳素结构钢中加入少量的的合金元素（总含量小于3%）后冶炼成的工程材料，又称为高强度工程用钢，简称普低钢。这类钢具有良好的焊接性能和机械性能，耐蚀性也较好。主要用于制造桥梁、车辆、船舶等工业；火电厂锅炉汽包、各种管子、炉顶主梁、风机叶片、高压油主要用于制造桥梁、车辆、船舶等工业；火电厂锅炉汽包、各种管子、炉顶主梁、风机叶片、高压油管等也广泛应用这种钢制造。管等也广泛应用这种钢制造。普普低低钢钢中中含含碳碳量量一一般般控控制制在在0.2%以以下下。含含碳碳量量高高，会会降降低低塑塑性性和和韧韧性性，也也影影响响焊焊接接性性能能。普普低低钢钢中中主主加加元元素素是是锰锰、硅硅，常常用用辅辅加加元元素素有有钒钒、钛钛、铌铌或或稀稀土土等等。如如加加如如钼钼、硼硼还还能能提提高高珠珠光光体体的的稳稳定定性性，增增加加钢钢的的热热强强性性。用用钼钼、硼硼作作辅辅加加元元素素的的普普低低钢钢近近几几年年得到了迅速发展和应用。得到了迅速发展和应用。冷镦材料基础知识培训课件常常用用普普低低钢钢的的机机械械性性能能及及用用途途钢号供货状态机械性能 用 途RelRmA12Mn热轧3002804504402119低压锅炉、容器、油罐、车辆、桥梁、船舶16Mn 热轧350330310520500480211919锅炉、石油化工设备低压及中压容器；低、中压钢管；船舶、桥梁大型钢结构15Mnv热轧420400380560540520191817中、高压锅炉汽包，石油化工容器；可代12CrMo作锅炉钢管15MnTi正火4003805405201919压力容器及船舶、桥梁结构件；起重机械14MnMoV12MnMoV正火+回火正火+回火5004006505401617厚度大于60mm高压锅炉汽包及其他高压容器的钢板；12MnMoV可作500摄适度的锅炉钢管14MnMoVB14MnMoVBRe正火+回火正火+回火6505007506501516520摄适度以下的压力容器冷镦材料基础知识培训课件二、渗碳钢二、渗碳钢v渗碳钢的含量很低，一般为0.1%0.25%，以保证渗碳零件心部有足够的韧性和塑性。v合金渗碳钢中的主加元素是铬、锰、镍、硼等，以提高钢的淬透性，强化渗碳层和心部组织。辅加元素为钼、钨、钛、钒等，以形成稳定而硬度高的碳化物，并能有效地阻止奥氏体晶体的长大，进一步改善钢的机械性能。三、调质钢三、调质钢v合金调质钢的含碳量一般为0.25%0.5%，属于中碳钢。主加元素为铬、锰、硅、镍等，这些元素可以提高淬透性，强化铁素体。辅加元素是钼、钨、钒、肽、硼、铝等，这些元素含量一般较少，但能防止钢的高温回火脆性及奥氏体晶粒的粗化。v这类钢热处理一般是油淬后在500650温度下回火，调质后的组织一般为索氏体。这类钢具有良好的综合力学性能，重要的机器零件，如轴类、齿轮、螺栓和连杆等多用合金调制钢制造。冷镦材料基础知识培训课件四、弹簧钢四、弹簧钢v弹簧钢是制造各种弹性零件用钢。弹簧钢的含碳量为0.5%0.7%,常加入的合金元素有提高淬透性和强化铁素体元素如Mn、Si和Cr，还有提高回火稳定性和高温强度及细化晶粒作用的元素如Mo、W、V、Nb等。65Mn、60Si2Mn是典型的弹簧钢牌号。v弹簧常见的失效方式为弯曲疲劳或扭转疲劳破坏，也可能由于弹性极限较低引起弹簧的过量变形或永久变形而失去弹性。v弹簧必须具有高的弹性极限与屈服点，高的屈强比，高的疲劳极限及足够的冲击韧性和塑性。v弹簧钢常见的热处理工艺是采用热轧成形后淬火+中温回火（450550），获得回火屈氏体组织，处理后具有高的弹性极限和疲劳极限。广泛用于制造各种类型的弹簧零件。冷镦材料基础知识培训课件五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢v滚动轴承钢含碳量较高以保证高硬度、高耐磨性，一般为 0.95%1.10%。主要加入的合金元素为Cr，最具代表性的是GCr15钢。v失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨损而丧失精度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。v滚动轴承钢的热处理一般为淬火+低温回火，处理后组织为回火马氏体+碳化物，具有较高的硬度和耐磨性。冷镦材料基础知识培训课件第四节第四节合金工具钢合金工具钢v工具钢按用途不同又可分为刃具钢、量具钢、模具钢等。v各种工具钢的性能要求有差异，刃具钢应具有高的硬度和耐磨性，一定的强度和韧性，在大负荷或高速切削时还要求具有热硬性；量具钢应具有高的硬度，高的耐磨性和尺寸稳定性；冷模具钢应具有高硬度、高耐磨性，以及较高的强度和一定的韧性；热模具钢应具有高的韧性和抗热疲劳性能。v合金工具钢的含碳量一般较高，约为0.651.5，主要加入的元素有铬、钨、钼、钒等。铬是最基本的加入元素，能有效地提高钢的淬透性，从而增加钢的硬度和耐磨性。钨、钼、钒都是碳化物形成元素，加入后通过弥散硬化可以显著地提高钢的热硬性和耐磨性。一、刃具刚一、刃具刚v刃具刚主要是指制造车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等切削刀具的钢种。刃具在工作中受到很大的切削力、震动、摩擦及切削热的作用。因此，刃具刚应具有高硬度和耐磨性，并能在高温状态下维持其高硬度，即有热硬性。此外，刃具刚还应有足够的强度和韧性，以免在切削过程中发生断裂或崩刀。v刃具钢按合金元素的含量一般可分为低合金刃具钢和高速钢。冷镦材料基础知识培训课件（一）低合金刃具钢（一）低合金刃具钢v低合金刃具钢的合金元素总含量为35，加入铬、锰、硅等合金元素来提高淬透性和回火稳定性；加入钨、钒等强碳化物元素以提高钢的硬度和耐磨性。v低合金刃具钢的预备热处理为球化退火，最终热处理为淬火+低温回火，其组织为回火马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体。v主要用于制造淬火变形小的低速切削刃具。表4-6为常用低合金刃具钢的化学成分、热处理规范及用途。冷镦材料基础知识培训课件钢号化学成分（%）热处理规范（）用途CMnSiCr其它淬火（）淬火后（HRC）回火（）回火后（HRC）9Mn2V0.850.951.702.000.40V0.100.25780820油621502006062丝锥、板牙、绞刀9SiCr0.850.950.300.601.201.600.951.25860880油621401606265丝锥、板牙、钻头、绞刀Cr20.951.100.400.401.301.65840860油1301506265车刀、绞刀、插刀、刮刀CrMn1.301.500.450.750.401.301.60840860油621401606265长丝锥、板牙、拉刀、量具、长绞刀CrWMn0.901.050.801.100.150.350.901.20W1.201.60820840油621401606265长丝锥、板牙、拉刀、量具、长绞刀CrW51.251.500.400.400.400.70W4.505.50800820油651501606265铣刀、车刀、刨刀表4-6 常用低合金刃具钢的化学成分、热处理规范及用途冷镦材料基础知识培训课件（二）（二）高速钢高速钢v高速钢是含合金元素量较多的高合金刃具钢，可在600650保持高硬度。适宜制造较高切削速度的刃具，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、机用锯条等。v高速钢中含碳量较高（0.71.4），并含有较多的碳化物形成元素钨、铬、钒等。v钨在高速钢中的含量为619，钨是提高高速钢热硬性的主要元素，钨与碳能形成未定的碳化物，可有效地组织奥氏体晶粒长大。v铬在高速钢中的含量为3.854.4，铬的主要作用是提高钢的淬透性。v钒在高速钢中的含量为14.4，钒也是提高热硬性的主要元素之一，钒的碳化物硬而且细碎，分布均匀更为稳定，使钢具有高的耐磨性。冷镦材料基础知识培训课件表4-7为常用高速钢的化学成分、热处理规范及用途。钢号化学成分（%）热处理规范热硬性（HRC）用途CCrWVMo淬火（）淬火后（HRC）回火（）回火后（HRC）W18Cr4V（18-4-1）0.700.803.804.4017.5019.001.001.4012601300油63550570636661.562制造一般高速切削用车刀、铣刀、钻头、刨刀W9Cr4V2（9-4-2）0.850.953.804.408.5010.002.002.601240油63560636661.562作18-4-1钢代用品W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）0.800.903.804.405.756.751.802.204.755.7512201240油6355057063666061要求高耐磨性和韧性很好配合的高速切削刃具冷镦材料基础知识培训课件二、量具钢二、量具钢v量具钢的含碳量为0.9%1.5%，常加合金元素有Cr、W、Mn等。v量具钢热处理一般采用淬火+冷处理+高温回火+人工时效的工艺，冷处理的目的是减少残余奥氏体的含量，人工时效是在100150下长时间保温，进一步稳定组织和消除内应力。v量具钢主要用于制造量规、塞规、游标卡尺和千分尺等工具。三、模具钢三、模具钢v模具钢分为冷模具钢和热模具钢。v冷模具钢含碳量一般为1.3%2.3%，主要加入元素为Cr、Mo、V。Cr12和Cr12MoV是常用的冷模具钢，广泛用于冷冲模、冷弯模和冷挤压模等。v热模具钢的含碳量一般为0.3%0.6%，为保证足够的强度和韧性，常加入合金元素为Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V等，主要用于制造热锻模具、热挤压模等。冷镦材料基础知识培训课件常用模具钢的热处理规范及用途钢号退火后硬度（HBS）淬火用途加热温度（）冷却剂HRCCr122692179501000油60冲模、冷剪模、拉丝模9Mn2V22978081062小冲模、冷压模、塑料压模Cr12MoV2552071020104060拉伸模、冷冲模、粉末冶金压模5CrNiMo24119783086047大型锻模、热压模、小型压铸模5CrMnMo24119782085050大型锻模、热压模、小型压铸模4W2CrSiV23485092056压铸模、热锻模3Cr2W8V2352071075112546压铸模、热压模、热切剪刀6SiMnV22983086056中小型锻模冷镦材料基础知识培训课件第五节第五节特殊性能钢特殊性能钢v在钢中加入一些合金元素后，可以使合金钢具有某些特殊的物理、化学或机械性能、用以制造工程上有特殊性能要求的机械雾件，这种合金钢又称为特殊用途钢。一、磁钢（略）一、磁钢（略）冷镦材料基础知识培训课件二、镍铬不锈钢二、镍铬不锈钢v最早应用的镍铬不锈钢为含铬18%、含镍8%，习惯上称18-8钢。这种钢具有很高的腐蚀性能，而且无磁性，塑性和韧性较好，有良好的焊接性能。但是有晶间腐蚀的倾向。v为了进一步提高耐腐蚀性能，防止晶间腐蚀，就在18-8钢的基础上，多加了点镍，又加入了4%-0.8%的钛，做成18-9型或含钛的18-9型镍铬不锈钢。铬镍不锈钢中的含碳量都很低，含碳量提高不利于耐腐蚀性能。v钢中约含18%的铬，主要是为了提高钢的耐腐蚀性能；约含9%的镍，主要是扩大区域，降低钢的Ms点温度（降低至室温以下），使钢在室温时具有单相的奥氏体组织。单相奥氏体钢能进一步改善耐腐蚀性能，这种钢又成为奥氏体不锈钢。v钢中加钛的目的，是因为钛与碳的亲和力大，可以防止晶界上的铬析出，避免产生晶间腐蚀。v镍铬不锈钢淬火后并不能提高其硬度和强度，只是通过淬火使镍铬不锈钢成为单相的奥氏体组织，从而有高的耐腐蚀性能，所以这种热处理又叫做固溶处理。镍铬不锈钢有明显的加工硬化现象，所以通过冷变形加工可提高钢的强度，这是镍铬不锈钢提高强度的唯一途径。v进十几年来，研制用锰元素代替镍做奥氏体不锈钢，锰也能有效的扩大区域并降低Ms温度。新研制的以锰代镍奥氏体不锈钢有Cr17Mn11Mo2N、Cr18Mn11Si2N及Mn18Cr10MoVB等，这些钢种已在化工及动力设备上开始应用。冷镦材料基础知识培训课件三、耐磨钢（略）三、耐磨钢（略）冷镦材料基础知识培训课件国内外常用钢钢号对照表（摘录）钢号中国前苏联美国英国日本法国德国 GBASTMBSJISNFDIN高速钢W6Mo5Cr4V2P6M3N2BM2SKH9Z85WDCVS6-5-2高速钢W2Mo9Cr4VCo8M42BM42Z110DKCWVS2-10-1-8合金工具钢Cr12MoVX12MD2BD2SKD11Z200C12X165CrMoV46弹簧钢60Si2MnA60C2A9260250A61SUP761S765Si7优质碳素结构钢20Mn201021,1022080A20XC18不锈钢0Cr19Ni908X18H10304304S15SUS304Z6CN18.09X5CrNi189不锈钢1Cr1712X17430430S15SUS430Z8C17X8Cr17耐热钢0Cr17Ni12Mo208X17H13M2T316316S16SUS316Z6CND17.12X5CrNiMo1810耐热钢1Cr17Ni214X17H2431431S29SUS431Z15CN16-02X22CrNi17冷镦材料基础知识培训课件紧固件常用材料v制造紧固件常用碳钢材料可分为3大类，即低碳钢、中碳钢和合金钢。v低碳钢材料含碳量较低可塑性好，适用于冷镦加工，但不能通过热处理来提高强度，适于低强度级别的紧固件，最常用的低碳钢是：ASTM 1006、1008、1010、1016、1018、1020和1022。v中碳钢材可以热处理，经过热处理后的紧固件强度明显提高。常用的中碳钢材料有：ASTM1030 1035 1038和1541。但伴随着含碳量增加，冷加工性能降低。为适应冷镦加工必须进行预退火处理来改变材料的冷加工性。冷镦材料基础知识培训课件v合金钢中的合金元素增加，则可提高淬透性和强度，也可改善紧固件耐高温、耐低温、耐腐蚀的使用条件。其中使用最多的合金钢有：ASTM 1335,4037、4140、4340、8637和8740。其次为低碳马氏体钢：10B18,10B21,10B22和10B30。v不锈钢有奥氏体、铁素体和马氏体3种不同基型的不锈钢。304、305、316、321是不可热处理的，但它的强度可通过冷作硬化和应变硬化来提高。固溶退火后的强度为516N/mm2，冷作硬化后的强度为620 N/mm2，430、430F铁素体不锈钢不能热处理，一般强度为500 N/mm2左右；410、416、431马氏体不锈钢的紧固件可通过热处理提高强度，一般可达1240N/mm2。冷镦材料基础知识培训课件第五章 钢的热处理冷镦材料基础知识培训课件v通过加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而改变钢机械性能的工艺，称为热处理。热处理的这三个阶段，可以用工艺过程曲线来表示，如图31所示。冷镦材料基础知识培训课件第一节 钢在加热时的转变 v热处理的第一道工序就是加热。铁碳合金相图是确定加热温度的理论基础。v共析钢在A1临界温度下是珠光体组织，当加热温度超过临界点后珠光体就转变为奥氏体。v亚共析钢在A1临界点温度下是铁素体和珠光体，当温度超过A1后，珠光体转变为奥氏体；如果继续加热，当温度A3临界点铁素体也可转化为奥氏体。v过共析钢在A1临界点温度下是渗碳体和珠光体，当加热温度超过A1后，珠光体转变；如果继续加热至Acm以上，渗碳体将全部溶入奥氏体。v钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体化。一、加热温度的确定一、加热温度的确定冷镦材料基础知识培训课件v注意：加热时，钢的组织实际转变温度往往是高于相图中的理论相变温度；冷却时，也往往低于相图中的理论相变温度。v在热处理工艺中，不加热时的临界点分别用AC1、AC3、ACCm表示；而冷却是的临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。二、奥氏体化过程（略）二、奥氏体化过程（略）v对于亚共析钢与过共析钢，若加热温度没有超过AC3或ACCm，而在稍高于AC1停留，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，而共析铁素体或二次渗碳体仍将保留。只有进一步加热至AC3或Accm以上并保温足够时间，才能得到单相的奥氏体。v如果加热温度过高，或者保温时间过长，将会促使奥氏体晶粒粗化。奥氏体晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。 冷镦材料基础知识培训课件三、 晶粒度的评定 v晶粒的大小，或叫晶粒的粗细，是用晶粒度来表示的。v1起始晶粒度v2实际晶粒度在在实实际际生生产产中中影影响响奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大的的主主要要原原因因是是加加热热温温度度，加加热热温温度度越越高高，奥奥氏氏体体的的晶晶粒粒就就越越大大；其其次次是是保保温温时时间间，保保温温时时间间长长，奥奥氏氏体体的的晶晶粒粒也也大大。因因此此，热热处处理理时时要要特特别别注注意意控控制制好好加热温度，并选择好适当的保温时间。加热温度，并选择好适当的保温时间。冷镦材料基础知识培训课件第二节 奥氏体钢在冷却时的转变 v冷却是钢热处理的三个工序中影响性能的最重要环节，所以冷却转变是热处理的关键。v热处理冷却方式通常有两种，即等温冷却和连续冷却。冷镦材料基础知识培训课件一、奥氏体的等温转变 v（一）奥氏体等温转变曲线v奥氏体等温转变曲线一般用金相硬度法测定。图3-5 是共析钢C曲线测定方法示意图。图3-6是实测的共析钢C曲线。 图3-6 共析钢等温转变曲线冷镦材料基础知识培训课件（二）奥氏体等温转变产物的组织和性能v根据转变温度的不同，C曲线分为高温转变、中温转变和低温转变三个区域。根据转变结构特点和转变产物的不同，钢在冷却时奥氏体转变可分为珠光体型转变、贝氏体型转变及马氏体型转变三种。v高温转变的温度范围为A1至550（俗称“鼻尖）区间，转变产物是珠光体组织，故称珠光体转变；v中温转变的温度范围为550至Ms线区间，转变产物是贝氏体组织，故称贝氏体转变；v低温转变的温度范围为Ms线至Mf线区间，转变产物是马氏体组织，故称马氏体转变。冷镦材料基础知识培训课件二、奥氏体的连续冷却转变二、奥氏体的连续冷却转变v在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样会转变成珠光体或贝氏体或马氏体，组织转变的温度区域与奥氏体的等温转变时大致相同。v连续冷却是指按照一定的速度从较高的温度冷却，奥氏体的组织转变发生在各个不同的转变温度区域；因此，就会得到各个不同区域的产物。v连续冷却时的速度不同，在各个转变温度区域内停留的时间也不同，所得到的各种转变产物相对数量也就不同，就会有不同的机械性能。v连续冷却转变比较复杂，转变规律不如等温转交明显，有时有几种组织，这些组织也较难区分。 奥氏体的连续冷却转变在实际生产中，如一般淬火、正火、退火等，过冷奥氏体的转变奥氏体的连续冷却转变在实际生产中，如一般淬火、正火、退火等，过冷奥氏体的转变均是在连续冷却时转变的。所以，研究奥氏体在连续冷却过程中的转变具有十分重要的均是在连续冷却时转变的。所以，研究奥氏体在连续冷却过程中的转变具有十分重要的意义意义冷镦材料基础知识培训课件v 奥氏体的连续冷却转变用连续冷却曲线来进行分析。连续冷却曲线也是用试验方法测定绘制的，共析钢的连续冷却曲线如图325所示。冷镦材料基础知识培训课件奥奥氏氏体体的的连连续续冲冲却却曲曲线线较较难难测测定定。工工程程上上常常参参照照等等温温转转变变曲曲线线来来近近似似地地、定定性性地分析连续冷却时奥氏体的转变过程。地分析连续冷却时奥氏体的转变过程。为为了了预预测测某某种种钢钢在在某某一一冷冷却却速速度度下下所所得得到到的的组组织织，可可将将此此冷冷却却速速度度线线画画在在该该钢钢种种的的等等温温转转变变曲曲线线上上，根根据据冷冷却却速速度度线线在在等等温温转转变变曲曲线线中中的的位位置置来来估估计计所所得得到到的的组织，并以此来分析其力学性能组织，并以此来分析其力学性能，如图，如图326所示。所示。冷镦材料基础知识培训课件亚亚共共析析钢钢或或过过共共析析钢钢的的连连续续冷冷却却转转变变曲曲线线要要比比共共析析钢钢复复杂杂一一些些，45号号钢钢的的连连续续冷却曲线见图冷却曲线见图327所示。所示。连续冷却曲线在生产实践中具有效大的实用意连续冷却曲线在生产实践中具有效大的实用意义。可以用来制定正确的热处理冷却工艺，分义。可以用来制定正确的热处理冷却工艺，分析淬火、正火、退火后钢件所得到的组织和力析淬火、正火、退火后钢件所得到的组织和力学性能；还可以用来分析焊接热影响区的组织学性能；还可以用来分析焊接热影响区的组织和力学性能。和力学性能。冷镦材料基础知识培训课件第三节第三节钢的淬火和回火钢的淬火和回火一、淬火 淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到Ac3或或Ac1以上以上3050，保温一定时间，然后快速冷却从，保温一定时间，然后快速冷却从而得到马氏体或下贝氏体组织的工艺。淬火的主要目的是把材料的组织转变成而得到马氏体或下贝氏体组织的工艺。淬火的主要目的是把材料的组织转变成马氏体或下贝氏体。马氏体或下贝氏体。（一）加热温度的选择（一）加热温度的选择碳钢的淬火加热温度如图碳钢的淬火加热温度如图3-28所示。从所示。从中可以看出，亚共析钢的淬火温度为中可以看出，亚共析钢的淬火温度为Ac3以上以上3050。加热到此温度范围时，。加热到此温度范围时，组织完全为奥氏体，淬火后的组织为均组织完全为奥氏体，淬火后的组织为均匀的马氏体。如果加热温度小于匀的马氏体。如果加热温度小于Ac3，则，则淬火后的组织中会因出现铁素体而降低淬火后的组织中会因出现铁素体而降低钢的硬度。钢的硬度。冷镦材料基础知识培训课件（二）（二）冷却速度及冷却介质的选择冷却速度及冷却介质的选择v淬火时的冷却速度必须大于临界冷却速度；但过快的冷却又会增加内应力，引起钢件的变形和开裂。因此，选择合理的冷却介质是淬火工艺的关镀。v钢的等温转变曲线是选择淬火时的冷却速度和介质的依据，理想的冷却曲线如图329所示。理想的冷却曲线先应稍慢冷却，理想的冷却曲线先应稍慢冷却，但在高温转变区快速冷却，不但在高温转变区快速冷却，不能碰及等温转变曲线；在中温能碰及等温转变曲线；在中温转变区也不应该快冷。按这样转变区也不应该快冷。按这样的速度冷却，既能使奥氏体转的速度冷却，既能使奥氏体转变为马氏体，又能适当地调整变为马氏体，又能适当地调整钢件的温差，减少淬火冷却过钢件的温差，减少淬火冷却过程的内应力，避免变形和开裂。程的内应力，避免变形和开裂。生产中常用的淬火冷却介质是水和油。生产中常用的淬火冷却介质是水和油。冷镦材料基础知识培训课件(三三)淬透性的概念淬透性的概念v淬透性是指钢件接受淬火提高硬度的能力，通常用淬硬层的深度来评定。淬硬层是淬火后马氏体和半马氏体组织的深度大小，半马氏体是指组织中有50的马氏体，另外的50是贝氏体或极细珠光体。钢件淬火冷却时，沿整个截面的冷却速度是不相同的，因而钢件的表层和中心的组织和机械性能就会有差异，如图330所示。冷镦材料基础知识培训课件钢钢的的淬淬透透性性主主要要取取决决于于钢钢的的化化学学成成分分，因因为为钢钢中中的的化化学学成成分分不不同同，奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线的的位位置置就就不不同同，淬淬火火的的临临界界冷冷却却速速度度也也不不同同。只只有有当当临临界界冷冷却却速速度度小小于于实实际际冷冷却却速速度度，才才能能得得到到马马氏氏体体。在在生生产产实实践践中中，选选择择适适当当的的冷冷却却介介质质，提提高高实实际冷却速度，当然也增加淬透性。际冷却速度，当然也增加淬透性。（四）淬火的分类（四）淬火的分类常常用用的的淬淬火火方方法法可可分分为为单单液液淬淬火火、双双液液淬淬火火、分分级级淬淬火火、等等温温淬淬火火及及表表面面淬淬火火等等。除除表表面面淬淬火火外外，其其他他淬淬火火方法如图所示。方法如图所示。冷镦材料基础知识培训课件1单液淬火单液淬火将奥氏体化后的钢件，迅速置于一种介质中冷却至室温，这种方法称为单液淬将奥氏体化后的钢件，迅速置于一种介质中冷却至室温，这种方法称为单液淬火，是生产中应用的最广泛的淬火方法。一般碳钢和低合金钢用水来冷却，简火，是生产中应用的最广泛的淬火方法。一般碳钢和低合金钢用水来冷却，简称为水淬；大多数合金钢用油作冷却介质，简称为油淬。但水淬容易产生变形称为水淬；大多数合金钢用油作冷却介质，简称为油淬。但水淬容易产生变形和开裂；油淬容易出现硬度不足等缺点。和开裂；油淬容易出现硬度不足等缺点。2双液淬火双液淬火将将奥奥氏氏体体化化后后的的钢钢件件，先先置置于于一一种种冷冷却却速速度度较较大大的的介介质质（如如水水）中中冷冷却却，冷冷却却到到300左左右右时时再再将将钢钢件件移移入入另另一一种种冷冷却却速速度度较较小小的的介介质质（如如油油）中中冷冷却却至至室温，这种方法称为双液淬火。室温，这种方法称为双液淬火。3.分级淬火法分级淬火法将将奥奥氏氏体体化化后后的的钢钢件件，迅迅速速置置于于温温度度高高于于Ms的的介介质质中中，并并保保留留一一段段时时间间，使钢件内外温度一致，然后迅速将钢件移入另一种介质中冷却至室温。使钢件内外温度一致，然后迅速将钢件移入另一种介质中冷却至室温。4.等温淬火法等温淬火法将奥氏体化后的钢件，迅速放到温度稍高于将奥氏体化后的钢件，迅速放到温度稍高于M的冷却介质中，并保留较长的冷却介质中，并保留较长的时间，使过冷的奥氏体在等温条件下转变为贝氏体，然后在将钢件置于的时间，使过冷的奥氏体在等温条件下转变为贝氏体，然后在将钢件置于空气空气中冷却至室温，这种方法称为等温淬火。中冷却至室温，这种方法称为等温淬火。冷镦材料基础知识培训课件5表面淬火表面淬火将钢件的表面迅速地加热到奥氏体化的温度，再将钢件迅速的冷却到室温，使表面的将钢件的表面迅速地加热到奥氏体化的温度，再将钢件迅速的冷却到室温，使表面的组织转变为马氏体，而心部的组织为来的及变化，这种方法称为组织转变为马氏体，而心部的组织为来的及变化，这种方法称为表面淬火表面淬火，如图，如图332所示。所示。表表面面淬淬火火的的零零件件，一一般般是是用用中中碳碳钢钢制制造造的的。表表面面淬淬火火的的加加热热方方法法最最常常用用的的是是火火焰焰加加热热和和感感应应电电加加热热两两种种。火火焰焰加加热热表表面面淬淬火火操操作作工工艺艺如如图图333所所示示。火火焰焰加加热热表表面面淬淬火火的的淬淬硬硬层层深深度度一一般般为为26mm，这这种种操操作作方方法法比比较较简简便便，但但加加热热温温度度不不易易控控制制，钢钢件件表表面面质质量量不够稳定。不够稳定。感应电加热表面淬火是利用感应电流对钢件表面进行加热，然后感应电加热表面淬火是利用感应电流对钢件表面进行加热，然后喷水冷却喷水冷却，使钢件表，使钢件表面淬硬的一种热处理方法。感应电加热温度容易控制，加热速度极快，表面质量比较稳面淬硬的一种热处理方法。感应电加热温度容易控制，加热速度极快，表面质量比较稳定，是目前应用得较为广泛的表面淬火方法。定，是目前应用得较为广泛的表面淬火方法。冷镦材料基础知识培训课件二、回火二、回火v将淬火后的钢件再加热到临界点AC1以下的某一温度，经过一定时间的保温，然后以适当的速度冷却到室温，这种方法成为回火。v淬火后的钢件一般是硬而脆，其组织不稳定而且存着较大的内应力，如不及时回火，将会影响钢的机械性能和尺寸的稳定性，其至会导致变形和开裂。v回火的目的是为了降低钢的脆性，消除内应力，稳定尺寸。控制回火的加热温度，还可得到所需要的组织和机械性能。一般情况下，回火是热处理的最后一道工序，对钢的机械性能有很大的影响。 （一）回火时组织和性能的变化 回火过程中，随着加热温度的高低不同，淬火成马氏体组织的钢将发生四个回火过程中，随着加热温度的高低不同，淬火成马氏体组织的钢将发生四个阶段的组织变化。阶段的组织变化。v1室温室温200，马氏体分解为回火马氏体，马氏体分解为回火马氏体v2200 300，残余奥氏体分解为回火马氏体，残余奥氏体分解为回火马氏体v3300400，马氏体转变为屈氏体，马氏体转变为屈氏体v4400以上，马氏体转变为索氏体以上，马氏体转变为索氏体v综上：回火加热的温度不同，马氏体的含碳量、残余奥氏综上：回火加热的温度不同，马氏体的含碳量、残余奥氏体、内应力及碳化物的尺寸大小也不同。体、内应力及碳化物的尺寸大小也不同。冷镦材料基础知识培训课件（二）回火的分类（二）回火的分类v1低温回火（150250）v低温回火后所得到的组织为回火马氏体。回火后内应里和脆性降低；但保持了高硬度（HRC=5864），钢件具有高的耐磨性。主要用于工具、模具、滚动轴承、易磨损件以及渗碳或表面淬火后的回火处理。v2中温回火（350450）v中温回火所得到的组织为屈氏体。回火后钢的特点是有叫高的弹性极限和屈服极限，内应力基本消除，所以具有较好的韧性。主要用语处理各种弹簧件以及某些强度要求较高的轴类、刀杆和轴套等。v3高温回火（500650）v高温回火所得到的组织为索氏体。回火后钢的机械性能既有交好的强度和硬度，又有交好的苏醒和韧性，具有交好的综合的机械性能。淬火后再经过高温回火又常称为调质。调质主要用于各种重要的结构零件，如轴、齿轮、叶轮、螺栓等。冷镦材料基础知识培训课件v切削加工的螺栓和螺母在加工时，原材料表面的脱碳层己基本切除，可以在脱氧良好的盐浴炉中加热淬火。但采用冷墩或冷挤压成型时，原材料脱碳层不但存在，而且被挤向牙尖，因此必须在加热淬火时对其进行表面复碳，以保证螺栓和螺母的表面质量。常用的可控气氛炉有：多用炉、网带炉、链板炉、推杆炉、震底炉和辊底炉等所用气氛可以是吸热式、氮基气氛等。冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料基础知识培训课件第四节第四节钢的退火和正火钢的退火和正火一、退火将钢件加热，保温在缓慢冷却（通常是随炉冷却）至室温的热处理工艺，称为将钢件加热，保温在缓慢冷却（通常是随炉冷却）至室温的热处理工艺，称为退火。退火。退火后所得到的组织基本上就是铁碳相图中所标的碳钢组织，如亚共析钢为铁退火后所得到的组织基本上就是铁碳相图中所标的碳钢组织，如亚共析钢为铁素体和珠光体。素体和珠光体。退火的主要退火的主要目的目的是降低钢的硬度，消除内应力，提高塑性和韧性。提货还可以是降低钢的硬度，消除内应力，提高塑性和韧性。提货还可以西画晶粒，改善钢的组织和机械性能。西画晶粒，改善钢的组织和机械性能。根据钢的化学成分和对机械性能的要求不同，退火一般分为根据钢的化学成分和对机械性能的要求不同，退火一般分为完全退火、球化退完全退火、球化退火、扩散退火火、扩散退火和和去应力退火去应力退火等。各种退火的加热温度如图等。各种退火的加热温度如图3-39所示。所示。冷镦材料基础知识培训课件冷镦材料基础知识培训课件（一）完全退火v完全退火是把钢加热至Ac3以上3050保温，然后缓慢冷却下来的工艺过程。完全退火适用于处理亚共析钢和低、中合金钢，目的是细化晶粒、均匀组织、降低硬度和消除应力。v过共析钢不宜于进行完全退火，因为加热到Accm线以上再缓慢冷却时，渗碳体将以网状形式存在于铁素体的晶界上，反而增加了钢的脆性。（二）球化退火（二）球化退火球化退火球化退火是将钢件加热至是将钢件加热至Ac1以上以上2030，保温一定时间，随炉冷却或在，保温一定时间，随炉冷却或在Ar1以下以下20左右等温一定时间，使渗碳体球化，然后在左右等温一定时间，使渗碳体球化，然后在600以下出炉空冷的工艺。球化退以下出炉空冷的工艺。球化退火主要用于共析钢或过共析钢。火主要用于共析钢或过共析钢。（三）去（三）去应力应力退火退火去去应应力力退退火火是是将将钢钢件件加加热热至至500600的的范范围围内内，适适当当保保温温，然然后后缓缓慢慢冷冷却却到到室室温温的工艺，又称低温退火。的工艺，又称低温退火。冷镦材料基础知识培训课件v紧固件热处理中，常用的退火是：为改善切削加工性能的完全退火；为改善冷镦性能的球化退火；原材料冷拔过程中的再结晶退火及消除产品冷镦应力的去应力退火。 (四四)扩散退火扩散退火v扩散退火工艺是把钢加热至10501150，保温十几小时后再缓慢冷却至室温的工艺。目的是消除钢铸件因结晶时间先后不同而造成的元素浓度分布不均匀现象。冷镦材料基础知识培训课件二、 正火 加加热热到到Ac3或或Accm以以上上3050摄摄，保保温温一一段段时时间间，然然后后在在空空气气中中冷冷却却到到室室温温，这这种热处理工艺称为种热处理工艺称为正火正火。正正火火与与退退火火的的主主要要区区别别是是冷冷却却速速度度较较快快，因因此此，奥奥氏氏体体转转变变成成的的珠珠光光体体层层就就较较薄薄，晶晶体较细，强度与硬度较高。体较细，强度与硬度较高。正正火火的的主主要要目目的的是是细细化化晶晶体体，清清除除锻锻、轧轧和和焊焊接接件件的的组组织织缺缺陷陷，改改善善钢钢的的机机械械性性能能。正火主要用于以下几个方面：正火主要用于以下几个方面：(1)作为普通结构零件的最终热处理作为普通结构零件的最终热处理(2)用于改善低碳钢的切削加工性能用于改善低碳钢的切削加工性能(3)作为较为重要的零件预备性热处理。作为较为重要的零件预备性热处理。冷镦材料基础知识培训课件常用材料的退火和正火工艺冷镦材料基础知识培训课件冷镦用钢要求进行球化退火，以得到铁素体基体上均匀分布的球状碳化物组织。球化组织硬度低、塑性好，冷墩成型时不易产生裂纹。 冷镦材料基础知识培训课件在冷拔过程中，由于加工硬化，需进行中间退火，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒即再结晶退火。以恢复材料冷拔前的性能。退火工艺应考虑到形变量与再结晶的晶粒度之间的关系，防止晶粒长大。 冷镦材料基础知识培训课件第五节第五节钢的化学热处理钢的化学热处理v概念：钢件置于化学介质中，加热到一定的温度保温一定的时间，使介质中的活性原子渗入钢件的表面层，以改变表层的化学成方和组织，从而使钢件的表面获得某些特殊的性能，这种工艺称为化学热处理。v化学热处理的种类很多，根据渗入的元素不同，可分为渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗金属等。v化学热处理虽然很多，基本原理是一样的，都包括以下三个处理过程：（1）化化学学介介质质的的分分解解化化学学元元素素分分解解出出活活性性原原子子，如如渗渗碳碳时时由由介介质质分分解解出出活活性性碳碳原子原子c。只有分解出了新生状态的活性原子才能被零件表面吸收并渗入到钢中。只有分解出了新生状态的活性原子才能被零件表面吸收并渗入到钢中。（2）活活性性原原子子被被金金属属表表面面吸吸收收活活性性原原子子是是向向钢钢的的固固溶溶体体中中溶溶解解，如如渗渗碳碳时时c向向奥奥氏氏体体中中溶溶解解但但在在活活性性原原子子浓浓度度很很高高的的情情况况下下，固固溶溶体体达达到到饱饱和和浓浓度度以以后后，活活性性原子将与钢中某些元素形成化合物。原子将与钢中某些元素形成化合物。（3）介介质质元元素素向向内内部部扩扩散散由由于于渗渗入入元元素素在在钢钢的的最最表表层层浓浓度度很很高高，与与内内层层形形成成了了浓浓度度差差，从从而而使使渗渗入入介介质质的的元元素素由由表表层层向向内内部部扩扩散散。钢钢件件在在化化学学介介质质中中经经过过一一定定时间的加热和保温后，就能得到一定深度的扩散层。时间的加热和保温后，就能得到一定深度的扩散层。冷镦材料基础知识培训课件一、渗碳一、渗碳（一）固体渗碳（一）固体渗碳（二）气体渗碳（二）气体渗碳（三）渗碳后的热处理（三）渗碳后的热处理渗碳后必须经过淬火和回火。常用的有一次淬火加回火或二次淬火加回火的热处理工艺。二、渗氮二、渗氮三、碳氮共渗三、碳氮共渗（一）气体碳氮共渗（一）气体碳氮共渗（二）液体碳氮共渗（二）液体碳氮共渗四、渗金属四、渗金属冷镦材料基础知识培训课件