1、 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 2 课程内容 常用金属零件表面处理 金相及热处理简介 常用不锈钢 常用有色金属 常用金属材料 1.铝及其合金 2.铜及其合金 3.钛及其合金 4.钨及其合金 1.阳极氧化 2.电镀 3.金属钝化 4.零件表面电解抛光 5.静电粉末喷涂 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 3 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理钢材生产流程图 高炉炼铁 电炉、转炉炼钢 May, 2008 / Copyright
2、 2008, Measurement Specialties, Inc. 4 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理炼铁高炉 炼铁是将铁还原出来 3CO+Fe2O3=高温 =3CO2+2Fe May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 5 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理炼钢转炉 炼钢是将生铁中的过量碳和杂质除去 Fe+1/2 O2 =FeO Si+2(FeO)=2Fe+SiO2+Q Mn+2(FeO)=2Fe+MnO2+Q C+FeO=Fe+CO+Q 2P+ 5(FeO)+ 4(CaO) 5Fe+ (4 C
3、aO. P2O5)+Q FeS+(CaO)=(FeO)+(CaS)-Q 氧化顺序是： Si、 Mn、 C、 P、 Fe May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 6 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理轧制 热轧 -hot-rolling 冷轧 -cold-rolling May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 7 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理Fe-C 合金金相图 May, 2008 / Copyright 2008, Mea
4、surement Specialties, Inc. 8 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理铁素体 : (Ferrite) 是 c溶于 -Fe中所形成的间隙固溶体 ,具有体心立方晶体结构 , 用字母 F或者 表示 . 奥氏体 : (Austentte) 是 c溶于 -Fe中所形成的间隙固溶体具有面心立方晶体结构， 用字母 A或者 表示 马氏体 : (Martensite)碳在 -Fe中的过饱和固溶体 , 用 M表示 珠光体 : (Pearlite)是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。 用符号 P表示，含碳量为 c=0.77% 渗碳体 : (Cementite) Fe3C
5、型碳化物 莱氏体 : (ledeburite)莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为 c 4.3。当温度高于 727 时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号 Ld表示。在低于 727 时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号 Ld表示，称为变态莱氏体。 体心立方晶体结构 面心立方晶体结构 -Fe ：温度在 912 以下的纯铁，晶格类型是体心立方 -Fe： 温度在 912 1394 的纯铁，晶格类型是面心立方 小知识 继续升高温度， -Fe转变为 -Fe，它的结构与 -Fe一样，是体心立方结构。 May, 2008 / Copyright 2008, Me
6、asurement Specialties, Inc. 9 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理图中的特性点 A点：纯铁的熔点 1538 C点：共晶点 1148 D点：渗碳体的熔点 1227 S点：共析点 727 G点：纯铁的同素异晶转变点 912 E点： C在 -Fe中最大溶解度 1148 P点： C在 -Fe中最大溶解度 727 Q点：室温时 C在 -Fe中最大溶解度 图中的特性线 ACD：液相线 AECF：固相线 GS： AF的转变线，又称 A3线。 ES： C在 A中的溶解度曲线，又称 Acm线。 ECF：共晶线，含 C量 2.11 % -6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结
7、晶出 A与 Fe3C混合物 -莱氏体 Ld。 PSK：共析线，含 C量在 0.0218 % -6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体 P ，又称 A1线。 其中要特别注意 A1线、 A3线和 Acm线。它们常常和退火及其它热处理工艺有密切关系。 Q 2014/4/2May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 10 冶金金相及钢的热处理 冶金金相及钢的热处理铁碳合金的成份组织性能关系 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 11 冶金金相及
8、钢的热处理 冶金金相及钢的热处理退火、正火、淬火、回火 ,备俗称“四把火” 钢的热处理 是将金属在固态下通过加热、保温和冷却过程，改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 12 常见的热处理工艺 常见的热处理工艺退火 annealing Ac3/Ac1以上的某一温度 炉中冷却 改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力 正火 normalizing 类似退火 从炉中取出在空气中冷却 效率高，低能耗 淬火 quenching 加热到临界温度 Ac3（亚共析钢）或 Ac1
9、（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms以下（或 Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。 回火 Tempering 淬火 -回火；低于下临界温度 提高组织稳定性 -消除内应力 改善切削加工性能 -降低硬度。 调整力学性能 -提高韧性。 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 13 钢铁为什么会生锈 铁 : 稳定状态 Fe2O3和 Fe3O4 化学腐蚀 电化学腐蚀 阳极： Fe=Fe2+2e- 阴极： O2+2H20+4e-=4OH- 总反应
10、： 2Fe+2H20+O2=2Fe(OH)2 阳极： Fe=Fe2+2e- 阴极： 2H+2e-=H2 总反应： 2H+Fe=Fe2+H2 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 常用不锈钢 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 14 关键词：铬 : 提高 阳极活性 镍 : 提高热力学稳定性 Fe2+/Fe 的标准电极电势为 -0.48V Cr3+/Cr 的标准电极电势为 -0.74V Ni2+/Ni 的标准电极电势为 -0.24V 解放：铬 Fe、 Mn、 Cr、 Mo、 V、 Zr、 Ti 的 亲碳 排列顺序增加 标准电极电势 常用
11、不锈钢 2014/4/2May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 15 常用不锈钢 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 16 不锈钢也会生锈 案例 常用不锈钢 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 17 中国 日本 美国 1Cr17Ni7 SUS301 301 1Cr18Ni9 SUS302 302 Y1Cr18Ni9 SUS303 303 0Cr18Ni9 SUS
12、304 304 00Cr19Ni10 SUS304L 304L 0Cr17Ni12Mo2 SUS316 316 00Cr17Ni14Mo2 SUS316L 316L 300系列不锈钢 常用不锈钢 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 18 常用不锈钢 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 19 17 4PH不锈钢 17 4PH 即为美国 ASTM 630 俗称 : 马氏体沉淀硬化不锈钢 PH: precipitation-hardening
13、 沉淀硬化 热处理工艺 :固溶 + 时效 马氏体沉淀硬化不锈钢固溶处理的硬度在 30HRC左右，进行机加没有问题，机加成型后进行最终的时效处理提高硬度在 40HRC左右。建议时效在真空炉进行时效处理，表面有浅黄色的氧化色可以使用。 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 20 17 4PH不锈钢 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 21 17 4PH不锈钢 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Sp
14、ecialties, Inc. 22 铝及其合金 铝及其合金 认识 铝 化学符号 Al 原子序数 13 白色的轻金属，较软 密度 2.7g/cm3 熔点 660.4 沸点 2467 包装 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 23 铝及其合金 铝及其合金纯铝和工业纯铝 1 铝含量 99% 1100 1050 1060 硬铝 （ 高强度铝 ） 2 AI-Cu 合金 2024 2025 2026 防锈铝薄板 3 AI-Mn合金 3003 3004 3105 锻铝 （ 模板 ） 4 AI-Si合金 4043 4032 4A
15、11 防锈铝材 （ 板棒 ） 5 AI-Mg合金 5052 5182 5056 锻铝 （ 挤压 刑棒 ） 6 AI-Mg-Si合金 6061 6063 6009 超硬铝 （ 航空铝 ） 7 AI-Zn-Mg合金 7075 7050 7039 基它铝合金 8 以其它元素主要合金的铝合金产品 如 AI-Li 备用组合金 9 第一位数表示分类号 第二位数：钝铝表示受控杂质的个数，铝合金表示对原合金的改进次数 N: 表示系日本独创合金 第三、四位数：纯铝表示 Al 含量百分小数点后的最低含量，铝合金表示编号 铝材牌号 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Sp
16、ecialties, Inc. 24 铝及其合金 铝及其合金代号 名称 代号 名称 F O H H14 W T T2 T3 T4 加工状态 退火状态 冷加工状态 半冷加工状态 固溶处理后在自然时效状态中 固溶处理后时效 退火状态（用于铸件） 固溶处理后冷加工再自然时效时稳定状态 固溶处理后自然时效 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T41 T42 T62 人工时效（不固溶处理，在 F 状态下人工时效，适于铸件及型材） 固溶处理后人工时效 固溶处理后在高温下人工时效 固溶处理后冷加工再人工时效 固溶处理后人工时效再冷加工 热加工冷却后人工时效，再时行冷加工 固溶处理后沸水淬火 固溶处理后自然
17、淬火 固溶处理后高温时效 铝和铝合金热处理状态代号及名称 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 25 铝及其合金 铝及其合金铝材类型 主要用途 1 不受力装饰铝件 铝牌 装饰条 常用 1050 1060 1080 状态 避免使用 1100 2 高强度结构件 航空航天 常用 2024 2011 2017最高可含铜 10%不建议阳极氧化 但化学氧化有需求 3 性能类似纯铝延展好 用于包装易拉罐 常用 3003 3004 不合适超过 5um的阳极氧化 一般用胶印 4 最高含硅 12%焊接性好 热膨胀小耐磨 用于活塞和焊条
18、常用 4004 4043 4032阳极氧化一般不选用 5 最高含镁 15%用于要求强度的各种铝件包括外壳装饰用 5052 5005 5083 5050 5252 5657 非常适合阳极氧化 6 各种工业铝型材和建筑型材 常用 6463 6063 6061适合阳极氧化 7 高强度铝用于航空航天 常用 7075 7072 7005 7050 硬质氧化选用但普通氧化不选用 铸铝 铝硅系最常用 高强度铸件选用铝硅铜系 常用 ZL101 ZL204 AC4D ADC1 ADC6 ADC10 ADC12 A380 A360 阳极选用铝镁系铸铝 ADC6 ZL301 AC7B） 铝材加工及应用 2014/4
19、/2May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 26 铝及其合金 铝及其合金 铝材加工及应用 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 27 铜与铜合金 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 28 铜与铜合金 认识铜 镍黄铜 ? 锡青铜 ? 锰白铜 ? 元素符号 Cu， (Cuprum ) 原子量 63.54, 比重 8.92g/cm3， 熔点 1083 纯铜呈浅玫瑰色或淡
20、红色 合金类 合金成分 特性 牌号举例 红铜 COPPER 纯铜合金 导体 T1,TU1 黄铜 BRASS 铜锌合金 易加工 H65, HNi65-5 青铜 BRONZE 铜锡合金 ? 坚硬 QSn4-3 白铜 copper-nickel alloy 铜钴镍合金 贵 B30, BMn3-12 May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 29 铜与铜合金 Free-Cutting Brass, UNS C36000 对应国内牌号： HPb63-3 第一位数为分类代码 1 纯铜和高铜合金； 2 铜锌合金， 3 铜锌铅合金， 4
21、 锡锌锡合金， 5 铜锡、铜锡铅合金， 6 铜铝、铜硅、特殊铜锌合金， 7 铜镍、铜镍锌合金； 8 和 9 铸造铜及铜合金。 第二、三位数代表习惯称呼的合金编号； 第四、五位数为 00 ； May, 2008 / Copyright 2008, Measurement Specialties, Inc. 30 铜和铜合金 铜和铜合金代号 名称 代号 名称 代号 名称 F O OL 1/4H 热轧状态 软状态 在 “ O ”状态基础上稍加工（仅管材） 1/4 硬状态 1/8H 1/2H 3/4H H 1/8 硬状态 1/2 硬状态 3/4 硬状态 硬状态 EH SH SR 特硬状态 抗拉强度最大的加工制品 消除应力状态 铜和铜合金状态代号及名称
