车床主轴选材.ppt
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1、机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1 12 23 3铁碳合金钢的热处理合金钢任务三任务三 选择材料选择材料任 务 介 绍机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件 CA6140车床主轴选材机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件车床主轴工作条件分析车床主轴工作条件分析 1.主要位于主轴箱部,主要作用是传递回转和扭矩。要求主轴材料有好的刚度、硬度,不易发生变形、断裂能承受较大载荷。一般轴类零件常用材料为45钢,并根据需要进行正火、退火、调质、淬火等热处理以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。机
2、械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件2.对于中等精度而转速较高的轴类零件,可选用40Cr等牌号的合金结构钢,这类钢经调质和表面淬火处理,使其淬火层硬度均匀且具有较高的综合力学性能。精度较高的轴还可使用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn,它们经调质和局部淬火后,具有更高的耐磨性和耐疲劳性。3.在高速重载条件下工作的轴,可以选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等渗碳钢,经渗碳淬火后,表面具有很高的硬度,而心部强度和冲击韧性好。在实际应用中可以根据轴的用途选用其材料。如车床主轴在实际应用中可以根据轴的用途选用其材料。如车床主轴属一般轴类零件,材
3、料选用属一般轴类零件,材料选用45钢,预备热处理采用正火和钢,预备热处理采用正火和调质,最后热处理采用局部高频淬火调质,最后热处理采用局部高频淬火机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.1 1.1 铁碳合金铁碳合金 固固溶溶强强化化:当当溶溶质质原原子子溶溶解解在在溶溶剂剂晶晶体体中中时时,溶溶剂剂的的晶晶格格将将发发生生畸畸变变,晶晶格格常常数数发发生生变变化化,如如图图1-51-5所所示示。原原子子尺尺寸寸相相差差大大,化化学学性性质质不不同同,都都使使畸畸变变增增大大,结结果果合合金金的的强强度度、硬硬度度和和电电阻阻增增高高,塑塑性性
4、,韧韧性性下下降降。溶溶入入的的溶溶质质原原子子越越多多,引引起起的的晶晶格格畸畸变变也也越越大大。这这种种由由于于溶溶质质原原子子的的溶溶入入,使使基基体体金金属属(溶溶剂剂)的的强强度度、硬硬度度升升高高的的现现象象就就叫叫固溶强化。固溶强化。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件 2.2.金属化合物金属化合物 组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质。组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质。它的晶体结构与性能,和原两组元都不同,如渗碳体它的晶体结构与性能,和原两组元都不同,如渗碳体 就是铁和碳组成的晶格复杂的碳化物,一般
5、具有高硬度和高就是铁和碳组成的晶格复杂的碳化物,一般具有高硬度和高脆性。脆性。3.3.机械混合物机械混合物 由由两两种种或或两两种种以以上上的的组组元元、固固溶溶体体或或金金属属化化合合物物按按一一定重量比例组成的均匀物质称为机械混合物。定重量比例组成的均匀物质称为机械混合物。混混合合物物中中各各组组成成部部分分仍仍按按自自己己原原来来的的晶晶格格形形式式结结合合成成晶晶体体,如如铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体形形成成珠珠光光体体。混混合合物物的的性性能能取取决决于于组组成成混混合合物物的的各各部部分分的的性性能能,及及其其数数量量、大大小小、分分布布和和形态。形态。1.1 1.1 铁碳合金铁碳
6、合金机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.1 1.1 铁碳合金铁碳合金1.1.2 铁碳合金相图1.铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶(构)转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程,(构)转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程,有一定的转变温度和过冷度;也有晶核的形成和长大两有一定的转变温度和过冷度;也有晶核的形成和长大两个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构转变如下所示。转变如下所示。(体心立方晶格
7、)(体心立方晶格)(面心立方晶格)(面心立方晶格)(体心立方晶格)(体心立方晶格)机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.1 1.1 铁碳合金铁碳合金2.2.铁碳合金基本相铁碳合金基本相(1 1)铁素体()铁素体(F F)碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体,它它保保持持体体心心立立方方晶晶格格结结构构。其其显显微微组组织织如如图图1-61-6,溶溶解解度度(0.008%0.008%0.02%0.02%),故故性性质质接接近近纯纯铁铁,强强度度、硬硬度度低低,塑性、韧性好。塑性、韧性好。(2 2)奥氏体()奥氏体(A A)碳碳溶溶于于 中中的的
8、固固溶溶体体,保保持持面面心心立立方方晶晶格格结结构构。其其显显微微组组织织如如图图1-1-7 7,溶溶解解度度(0.77%0.77%2.11%2.11%),其其强强度度和和硬硬度度略略高高于于铁铁素素体体,塑塑性性、韧韧性性较较好。好。(3 3)渗碳体()渗碳体(FeFe3 3C C)铁铁和和碳碳组组成成的的金金属属化化合合物物,复复杂杂斜斜方方晶晶体体结结构构。含含碳碳量量为为6.69%6.69%,其其硬硬度很高,塑性、韧性几乎为零,脆性极大,在一定条件下分解为铁和石墨。度很高,塑性、韧性几乎为零,脆性极大,在一定条件下分解为铁和石墨。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与
9、检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金(5 5)莱氏体)莱氏体LdLd 莱莱氏氏体体在在7277270 0C C以以上上,由由奥奥氏氏体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物,称称为为高高温温莱莱氏氏体体LdLd;在在7277270 0C C以以下下,该该组组织织转转变变为为由由珠珠光光体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物,称称为为低低温温莱莱氏氏体体LdLd。其其显显微微组组织织如如图图1-91-9,其其力力学学性性能能与与渗渗碳碳体体相相似似,硬硬度度较较高,脆性较大。高,脆性较大。(4 4)珠光体)珠光体P P 珠珠光光体体是是铁铁
10、素素体体和和渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物。其其显显微微组组织织如如图图1-81-8,珠珠光光体体强强度度较较高高,塑塑性性、韧韧性性和和硬硬度度介介于于渗渗碳碳体和铁素体之间。体和铁素体之间。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金3.铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析铁碳合金相图的建立过程见图1-10。LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金(2)铁碳合金的分类 工业纯铁工业纯铁
11、含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的铁碳合金的铁碳合金 钢钢 含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金 共析钢共析钢 含碳量等于含碳量等于0.77%0.77%亚共析钢亚共析钢 含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%过共析钢过共析钢 含碳量位于含碳量位于0.77%0.77%2.11%2.11%白口铸铁白口铸铁 含碳量在含碳量在2.11%6.69%的铁碳合金的铁碳合金 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 含碳量等于含碳量等于4.3%亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于2.11%4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于
12、4.3%6.69%机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金5、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响(1)、含碳量对室温平衡组织的影响)、含碳量对室温平衡组织的影响 根据杠杆定律的计算结果,可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的根据杠杆定律的计算结果,可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的定量关系:定量关系:机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金(2)、含碳量对力学性能的影响)、含碳量对力学性能的影
13、响 亚共析钢随含碳量增加,亚共析钢随含碳量增加,P 量量增加,钢的强度、硬度升增加,钢的强度、硬度升高,塑性、韧性下降。高,塑性、韧性下降。0.77%C时,组织为时,组织为100%P,钢的性能即钢的性能即P的性能。的性能。0.9%C,Fe3C为为 晶界连晶界连续网状续网状,强度下降强度下降,但硬度仍但硬度仍上升。上升。2.11%C,组织中有以组织中有以Fe3C为基的为基的Le,合金太脆。,合金太脆。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金(3)、含碳量对工艺性能的影响)、含碳量对工艺性能的影响 切削性能:切削性能:
14、中碳钢比较合适中碳钢比较合适。可锻性能:可锻性能:低碳钢比高碳钢好。低碳钢比高碳钢好。铸造性能:铸造性能:共晶成分附近的合金铸造性能好。共晶成分附近的合金铸造性能好。焊接性能:焊接性能:低碳钢好于高碳钢。低碳钢好于高碳钢。热处理性能:热处理性能:第三节介绍第三节介绍。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金选择材料方面的应用选择材料方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用6 6、铁碳合金相图的应用、铁碳合金相图的应用机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教
15、学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金(1).选择材料方面的应用a.分析零件的工作条件分析零件的工作条件,根据铁碳合金根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。行选择材料。b.根据铁碳合金成分、组织、性能之间根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律的变化规律,确定选定材料的工作范确定选定材料的工作范 围。围。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金1.2.4 碳素钢、铸铁1.1.碳素钢碳素钢1 1)按钢的含碳量分类:)按钢的含碳量分类:低碳钢低碳钢 中碳钢中碳钢
16、 高碳钢高碳钢 2 2)按钢的质量分类)按钢的质量分类:有害杂质硫、磷的含量:有害杂质硫、磷的含量普通碳素钢普通碳素钢 优质碳素钢优质碳素钢 高级优质碳素钢高级优质碳素钢 (1).碳素钢分类碳素钢分类播放播放机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金3 3)按用途分按用途分为为:碳素结构钢:碳素结构钢:制制造造各各种种机机器器零零件件及及工工程程构构件件,大大都都是是低低碳碳钢、中碳钢,属普通钢、中碳钢,属普通碳素碳素钢钢或或优质优质碳素碳素钢钢。碳素工具钢:碳素工具钢:制制造造各各种种刃刃具具、量量具具和和模模具具
17、等等,大大都都是是高高碳碳钢,属优质钢或高级优质钢。钢,属优质钢或高级优质钢。4 4)按冶炼时脱氧程度的不同分类)按冶炼时脱氧程度的不同分类沸腾钢:不脱氧的钢;沸腾钢:不脱氧的钢;镇静钢:完全脱氧钢;镇静钢:完全脱氧钢;半镇静钢:半脱氧钢。半镇静钢:半脱氧钢。5)按金相组织分)按金相组织分亚共析钢、共析钢、过共析钢。亚共析钢、共析钢、过共析钢。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金1 1).普通碳素结构钢普通碳素结构钢 (2).钢的编号钢的编号 Q 235 A F沸腾钢沸腾钢 A质量等级质量等级235 MPa屈服
18、强度屈服强度机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金*45-Wc=45%00*较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn-Wc=45%00;WMn=0.7%1.0%2).优质碳素结构钢优质碳素结构钢机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金T 12 A高级优质高级优质 Wc=12%0碳素工具钢碳素工具钢3).碳素工具钢碳素工具钢机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学
19、课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金ZG 200-400b 400MPas 200MPa铸钢铸钢4).铸造碳钢铸造碳钢机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理1、热处理热处理:是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺。改变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺。l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程,的基本工艺过程,通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工艺曲线艺曲线。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教
20、研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理热处理是一种重要的加工工艺,在制造业被广泛应用。热处理是一种重要的加工工艺,在制造业被广泛应用。在机床制造中约在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。至于模具、滚动轴承则要至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。经过热处理。总之,重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。总之,重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教
21、学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 2、热处理特点、热处理特点:热处理热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能,而不改只通过改变工件的组织来改变性能,而不改变其形状。变其形状。铸造铸造轧制轧制 3 3、热处理适用范围:、热处理适用范围:、热处理适用范围:、热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料只适用于固态下发生相变的材料只适用于固态下发生相变的材料只适用于固态下发生相变的材料,不发不发生固态相变的材料不能用热处理强化。生固态相变的材料不能用热处理强化。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机
22、械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理4 4、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同,将、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同,将热处理工热处理工艺分类如下艺分类如下:其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理形真空热处理形变热处理激光变热处理激光热处理热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加
23、工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.2 钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式 热热加加保温保温连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却保温保温 热热加加时间温度临界温度临界温度机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌 珠 光 体 形 貌 像机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理光镜形貌电镜形貌 索 氏 体 形 貌 像机械工程学院机械教研室机械工
24、程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 屈 氏 体 形 貌 像电镜形貌光镜形貌机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理2).2).贝氏体型贝氏体型 (P)(P)转变转变 (A1(A1550):550):550350:B上上;4045HRC;B上上=过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状+Fe3C细条状细条状过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状 Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3
25、 1.3 钢的热处理钢的热处理 上贝氏体组织金相图机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理2).2).贝氏体型贝氏体型 (P)(P)转变转变 (A1(A1550):550):350230:B下下;5060HRC;B下下=过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状+Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件 下贝氏体组织金相图机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工
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