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德语APS复习-工程材料和热加工基础
主要概括了工程材料的热加工方面同时包括了相应的德语翻译，铁碳相图和一些热处理方法尤为重要，对于德审的同学很有帮助。
编辑于2022-03-09 15:34:57- 机械工程 …
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工程材料和热加工基础
1、材料种类和性能
力学性能
强度：抵抗破坏（永久变形、断裂） 刚度：抵抗受力（弹性）变形 脆性：外力作用下仅小变形即破坏 硬度： 塑性：受多大里产生永久变形 韧性：抗冲击破坏
2、晶体结构
体心立方晶格：α-Fe-较高强度和韧性 面心立法晶格：γ-Fe-较高塑性 密排六方晶格：Mg、Zn-较大的脆性
3、二元合金相图
固溶体和金属化合物
4、铁碳合金
Fe-Fe3C相图
组元
铁素体F：体心立方结构，727℃
接近纯铁，强度、硬度很低，塑性、韧性很好。含量较多时易于进行冲压等塑性变形
高温铁素体δ：间隙固溶体，1394℃
奥氏体A：溶解在γ-Fe中的间隙固溶体；面心立方结构；727℃以上
硬度低、塑性好，通常加热到奥氏体来锻造
渗碳体：Fe3C金属化合物
硬度高，脆性大，塑性极差。一定量呈细小而均匀地分布，提高强度和硬度
莱氏体Ld：共晶反应=铁素体+渗碳体
有较多的渗碳体，硬度高，脆性大，塑性很差。通常用于提高合金的耐磨性
珠光体P：共析反应=铁素体+渗碳体；片层状
强度、硬度、塑性和韧性介于铁素体和渗碳体之间。片层间距越小，强度和硬度越高。一般具有较高的硬度、强度和良好的塑性、韧性。
点线区
1148℃-共晶线-ECF；C：共晶点 4.3%
E：2.11%，碳在γ铁中的最大溶解度
A：1538℃-纯铁熔点；
D：1227℃-渗碳体熔点，6.69%
G：912℃-γ铁到α铁 727℃-共析线-PSK； S：0.77%，共析点
合金分类
工业纯铁（＜0.0218%C）
碳钢（0.0218%~2.11%C），高温组织为单相A，易于变形
亚（0.0218%~0.77%C，室温平衡组织为F+P）、-（0.77%C，室温平衡组织为P）、过（0.77%~2.11%C，室温平衡组织为P+Fe3CⅡ）共析钢
白口铸铁（2.11%~6.69%C），铸造性能好，硬而脆
亚、-（4.3%C）、过共晶白口铸铁
碳含量影响
力学：渗碳体越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越高，塑性和韧性越低；当渗碳体分布在晶界或作为基体存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降低。
切削：低碳差，高碳差且易磨损，中碳好，白口因莱氏体而难以加工
可锻性：单相奥氏体良好；白口铸铁以渗碳体为基体，不适合
铸造性能：白口铸铁流动性好，易于铸造；碳钢易氧化且流动性差，不适合
焊接：随着碳增加，塑性和韧性下降明显，使焊接性能下降
碳素钢
杂志：硅Si：有益元素，融入铁素体，通过固溶强化，提高钢的强度、硬度，而塑性和韧性有所降低 锰Mn：有益元素，融入铁素体，通过固溶强化，提高钢的硬度、强度。能起断屑作用，改善切削加工性。 磷P：有害元素，使钢的强度、硬度提高，但使塑性、韧性降低。产生冷脆，导致焊接性能变坏 硫S：有害元素，热脆
分类：碳含量；质量（P和S含量之别）
编号及用途：普通：屈服点+屈服强度+质量等级+脱氧方法，如Q235b等 优质：两位数字加特性符号，如45Mn用于齿轮等 碳素工具钢：T+阿拉伯数字（碳含量，‰），高级优质后加A，如T10用于车刀、手工锯等 一般工程铸造碳素钢
5、钢的热处理
钢的转变
加热：加热到Ac1以上时珠光体变为奥氏体
冷却：等温冷却、连续冷却
共析钢在550℃左端，过冷奥氏体最不稳定
马氏体M（碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体）:板条马氏体-低碳；片状马氏体-高碳均具有高硬度，高强度
贝氏体B（过饱和铁素体和渗碳体组成的两相混合物）：有上贝氏体：塑性韧性较差；下贝氏体：有良好的综合力学性能
钢的退火和正火
退火：炉内缓冷
完全退火-Ac3以上20-30℃：降低钢件的硬度，改善其切削加工性能。不适用于低碳钢和过共析钢。
等温退火-高于Ac1或Ac3：缩短周期
球化退火-Ac1以上20-30℃（渗碳体球状化）：用于共析钢、过共析钢和各种高碳合金工具钢，降低硬度，改善切削加工性能
去应力退火-一般为500-650℃：用来消除铸件、锻件、焊接件的内应力
正火：空冷，工艺简单经济（加热到Ac3（对于亚共析钢）和Accm（对于过共析钢）以上30-50℃，保温奥氏体化，获得索氏体：有良好的综合机械性能）
作用
改善低碳钢的切削加工性能
消除过共析钢严重的网状二次渗碳体，为球化退火做准备
提高普通零件的力学性能
作为最终热处理
钢的淬火和回火
淬火：将钢加热（912-723℃以上30-50℃）保温奥氏体化后，以大于vc速度快速冷却得到马氏体，以显著提高钢的硬度和强度
冷却介质：水和油
种类和应用
单液淬火：把加热工件放到冷却介质中连续冷却到室温；只适用于形状简单的碳钢和合 金钢工件
双液淬火：分级淬火，只适用于尺寸小，形状复杂的钢件。
等温淬火：稍高于Ms（马氏体开始转变温度）温度冷却并保温得到下贝氏体；适用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如模具、刀具、齿轮等
回火：是将淬火后的钢加热到临界温度A1c以下某一温度，保温一定时间然后冷却到室温，以消除脆性降低内应力、调整钢的力学性能、稳定组织和尺寸。
种类和应用
1、低温回火 所得组织为回火马氏体（高硬度和耐磨性，内应力降低，韧性提高）。主 要目的是降低淬火内应力和脆性，保持较高硬度。适用于高碳工具钢、模具、滚动轴承 等
2、中温回火 所得组织为回火托氏体（弹性极限和屈服极限高，具有一定的韧性）。主 要目的是获得高的弹性极限同时具有一定韧性，硬度一 般为 35~50HRC。 处理各种 弹簧
3、 高温回火 所得组织为回火索氏体（良好的韧性和塑性，较高的强度，良好的综合 力学性能）。主要目的是获得强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能。通常将淬火与 高温回火相结合的热处理工艺，称为调质处理。处理重要结构的零件：轴类、齿轮、连 杆等。
力学性能的变化
1、硬度变化：随回火温度的升高而降低。
2、强度与塑性的变化：碳钢随回火温度的升高，强度不断下降，塑性不断升高。
3、钢的回火脆性：钢的冲击韧度总体来说随回火温度升高而升高，但是在 250~~400 度和 500~~650 度出现明显下降。这种随回火温度升高而冲击韧度下降的现象称为回火脆性。
组织变化
1、 碳化物的析出 回火马氏体；回火托氏体；球化组织。
2、 残余奥氏体分解 淬火钢中残余奥氏体分解，产为时回火马氏体或下贝氏体。
3、 铁素体的回复与再结晶
淬透性和淬硬性
淬透性：指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体而不形成其他组织的能力。大小在 一定条件下淬硬层深度表示。
影响因素：是临界冷却速度。临界冷却速度越小，钢的淬透性越大
淬硬性：淬火后获得马氏体组织的最高硬度。淬硬性的高低主要取决于钢的碳 量。含碳量越高，淬硬性越高
6、钢的表面淬火和化学热处理
表面淬火：快速加热至淬火温度，便立即淬火冷却，从而得到表层马氏体，心部调质组织、正火组织等
方法
感应表面加热：交变电磁场-感生电流，用于中碳钢和中碳低合金钢，如45铜钢、40Cr 等生产的齿轮、轴类零件的表面硬化，提高耐磨性
火焰加热表面淬火
激光加热表面淬火
电接触加热表面淬火
钢的化学热处理
渗碳：通过向钢件表面渗入碳原子，从而使表层具有高的碳含量，并经热处理后使表层 具有高硬度、耐磨性，而心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性。
方法：气体渗碳（常用）、固体、液体
适用于低碳钢和低碳合金钢
氮化：向钢的表面渗入氮原子，形成坚硬化合物层，从而获得高的表面硬度、耐磨性、 高疲劳强度及耐腐蚀性
方法：气体氮化（常用）
适用于精度要求很高的零件，如精密齿轮、磨床主轴、精密机床丝杆等
特点：之后无需淬火、工件变形小、不耐酸腐蚀但抗腐蚀性好、最后一道处理工序
7、合金钢
分类
合金结构钢
合金工具钢
特殊钢
合金元素存在形式
非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Cu、N、B、Co
碳化物形成元素：Mn、Cr、Ti等
作用
合金元素含量越多，铁素体晶体畸变越严重，其硬度、强度越高。而韧性、塑性则有所 降低。
碳化物形成元素溶入渗碳体中取代部分铁元素形成合金渗碳体，其硬度有明显增加，因 而提高钢的耐磨性。
合金元素与碳化物形成的特殊化合物，它们的结构简单、熔点高、硬度高、稳定性高， 当以细小的质点分布在固溶体基体上时，可以起到弥散强化作用。
8、铸铁
常用分类
基体：：F、F+P、P
一、灰铸铁
二、球墨铸铁
三、蠕墨铸铁
四、可锻铸铁
Basis der technischen Materialien und Wärmbehandlung E: Fundamentals of Mechanical Manufacturing
Stoffeigenschaft
Festigkeit强度: Sie beschreibt den Widerstandsfähigkeit gegen Zerstören.
Steifigkeit刚度: Sie beschreibt den Widerstandsfähigkeit gegen elastische Verformung durch eine Kraft oder ein Drehmoment.
Plastizität塑性: Sie beschreibt die Fähigkeit von Stoffen, sich unter Kraft nach Überschreiten einer Fließgrenze irreversibel zu verformen.
Zähigkeit韧性: beschreibt den Widerstandsfähigket gegen Bruch oder Rissausbreitung断裂
Zerbrechlichkeit脆性: unter kleine Kraft wird ungeschmeidiger Stoff einfach zerstört
Härte硬度: sie ist der machanische Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers entgegensetzt.
Kristallstruktur
kubischraumzentrierte Kristallstruktur体心立方晶格: wie α-Fe, es hat höhere Intensität und Zähigkeit
kubischflächenzentrierte Kristallstruktur面心: wie γ-Fe, es hat höhere Plastizität
Begriffe
Mischkristall固溶体: er besteht aus mindestens 2 verschiedenen chemischen Elementen, wobei die Fremdatome oder Fremdlonen verteilt sind.
Metallverbindung金属化合物: Verbindung mit anderen Kristallstruktur, die durch Kombination zweiter verschiedenen Elementen gebildet wird
Eisenkohlenstofflegierung
Fe-C Legierungphasendiagramm
Konponente组元
Ferrite F: Ihre Eigenschaft ist änhlich wie reines Eisen
Hochtemperaturferrite: δ
Austenit A: er ist ein Zwischenmischkristall, der in γ-Fe aufgelöst
niederige
Zementit: Fe3C Metallverbindung
Ledeburit Ld: die Produkte der eutektischen Reaktion zwischen Ferrite und Zementit
Perlit P: die Produkte der eutektoidischen Reaktion zwischen Ferrite und Zementit
Punkte und Linien
ECF mit 1148 Celsius ist eutektische Linie; C mit 4.3% des Kohlenstoffs ist eutektischer Punkt
eutektische Reaktion: flüssige Legierung produziert 2 verschiedene Kristalle
E mit 2.11% des Kohlenstoffs ist die größte Löslichkeit von Kohlenstoff in γ-Fe
A ist Schmelzpunkt des reinen Eisens und die Temperatur ist 1538 Celsius
D mit 6.69% des Kohlenstoffs ist Schmelzpunkt des Zementits und die Temperatur ist 1227 Celsius
G mit 912 Celsius
Bei 727 Celsius ändert sich γ-Fe zu α-Fe und PSK ist eutektoidische Linie
eutektoidische Reaktion: Fest Legierung produziert 2 verschiedene Festkörper固相
S mit 0.77% des Kohlenstoffs ist eutektoidischer Punkt
Kategorien der Legierung
Technisch-Reineisen工业纯铁
es hat weniger als 0.0218% des Kohlenstoffs.
Kohlenstahl (0.0218-2.11% des Kohlenstoffs)
Utereutektoidstahl 0.0218-0.77%
Austenit
Eutektoidstahl 0.77%
ausgewogene Gewebe ist Ferrite und Perlit
Übereutektoistahl 0.77%-2.11%
Perlit und Fe3C
Gusseisen (2,11%-6.69%)
es hat gute Gießeigenschaft铸造性能 und ist hart und zerbrechlich
Fremstoff der Kohlenstahl
Fremdstoff
Silizium硅 ist nützliches Element, es kann die Festigkeit und Härte des Stahls erhöhen
Mangan锰 ist nützliches Element, es kann die Bearbeitbarkeit可切削性能 des Stahls verbessern
Phosphor磷 ist schädliches Element, er kann die Schweisseigenschaft焊接性能 des Stahls reduzieren
Schwefel硫 ist schädliches Element, er kann Heißbruch热脆 verursachen
Qulität ist von Anteil des P und S abhängig
Wärmebehandlung des Stahls
Glühen退火 ist das langsame Abkühlen冷却 von Stahl in Ofen炉子
völliges Glühen完全退火 ist 20-30Celsius über Ac3: dadurch wird Bearbeitbarkeit verbessert, und es gilt nicht für Unter- und Übereutektoidstahl.
isothermes Glühen等温退火 ist über Ac3 oder Ac1, dadurch wird Periode verkürzt
Weichglühen球化退火 ist 20-30 Celsius über Ac1: es gilt für Eutektoidstahl und Übereutektoidstahl und verschiedene Werkzeugstähle, dadurch wird Härte reduziert und Bearbeitbarkeit verbessert.
Entspannungsglühen
Nomalglühen正火 ist Abkühlen in Luft, es erhitzt auf 30-50 Celsius über Ac3 oder Accm, dadurch entsteht Temprit索氏体, der gute mechanische Eigenschaft hat.
Prozess ist einfach und billig
Wirkung
Bearbeitbarkeit des Kohlenstoffarmenstahl低碳钢 wird verbessert
es kann als schließliche Wärmebehandlung sein
Abschrecken淬火, dass Stahl auf 30-50 Celsius über Ac3 erhitzt und Austenitbildung奥氏体化 in Wärmehaltung保温 durchgeführt wird, dann wird er schnell abgekühlt und entsteht Martensit马氏体, um die Härte und Festigkeit des Stahls deutlich zu verbessern
Kühlmittel冷却介质: Öl und Wasser
Kategorien
Abschrecken mit einzelne Flüssigkeit单液淬火 legt erhitzte Werkstück in Kühlmittel und kühlt weiter auf Raumtemperatur ab. Es gilt nur für Kohlenstahl und Legierung mit einfachen Formen.
Abschrecken mit 2 Flüssigkeit 双液淬火iist graduiertes 分级Abschrecken und es gilt nur für Werkstück mit kleinen und komplexen Formen
isothermes Abschrecken: es gilt für Werkstück mit komplexen Formen und Hohen Präzisionsanforderungen精度要求 wie Zahnrad und Werkzeug.
Anlassen回火: es erhitzt den abgeschreckten Stahl auf unter Temperatur Ac1 und hält den Stahl einíge Zeit warm. Dann wird der Stahl auf Raumtemperatur abgekühlt, um Zerbrechlichkeit zu beseitigen und innere Spannung zu reduzieren . Dabei wird die mechanische Eigenschaft des Stahls verbessert und die Formen stabilisiert.
mechanische Eigenschften
die Härte nimmt mit zunehmender Temperatur ab.
die Plastizität des Kohlenstahls nimmt mit zunehmender Temperatur zu, und die Intensität nimmt ab.
Härtbarkeit淬透性、淬硬性
sie beschreibt maximale Härte des Martensits马氏体 nach der Austenitbildung je mehr Kohlenstoff, desto größere Härtbarkeit. Martensit hat höhe Härte und Abnutzbarkeit und Zähigkeit
Abschrecken der Oberfläche und chemische Wärmebehandlung
Abschrecken der Oberfläche
es erhitzt den Stahl schnell auf Temperatur des Abschreckens, dann kühlt er gerade ab, um Martensits der Oberfläche zu bekommen. Dadurch wird Härte und Abnutzbarkeit der Oberfläche erhebt.
Methode: 1. Elektromagnetisches Wechselfeld 交变电磁场erzeugt elektrischen Strom 2. Flammenheizfläche火焰加热表面 3. Laser erhitzt die Oberfläche激光加热表面
chemische Wärmebehandlung
Aufkohlen渗碳 kann die Oberfläche mit mehr Kohlenstoff ausstatten, um nach der Wärmebehandlung höhere Härte und Abnutzbarkeit der Oberfläche zu bekommen , und dabei kann im Innern eine gewisse Festigkeit und hohe Plastizität und Zähigkeit halten.
Methode: Aufkohlen durch Gas oder Flüssigkeit es gilt für Kohlenstoffarmerstahl und kohlenstoffarmer低碳的 legierten Stahl合金钢
Nitrieren氮化 kann die Oberfläche mit Stickstoff氮 ausstatten, um harte Oberfläche der Verbindung zu bekommen. Dadurch entsteht höhere Härte, Abnutzbarkeit, Dauerfestigkeit疲劳强度 und Korrosionsfestigkeit抗腐蚀性
Methode: Nitrieren durch Gas es gilt für Bauteil mit hohe Genauigkeitsanförderung, wie Präzisionszahnrad und Spindel丝杆 der Werkzeugmaschine
Besonderheiten sind danach keine Notwendigkeit zu Abschrecken und als schließliche Wärmebehandlung und kliene Verformung.
Guss铸造
Sandgussverfahren砂型铸造
Schritte
1.Sandaufbereitung配砂: man muss Formsand und Kernsand vorbereiten
2. Abformen制模 und Kernkasten芯盒 machen
3. Formen造型 und Kernherstellung造芯 und alles trocken
4. die Kern芯 und Form铸模 zusammensetzen
man muss auf Eingußloch浇口 und Luftloch通气孔 achten
5. Gießen浇注
6. Sand losklopfen落砂
7. Reinigung
8. Prüfen
Besonderheit
niedrige Genauigkeit
innere Qulität ist schlecht
breite Anpassungsfähigkeit, es wird nicht durch Material, Größe und Formen begrenzt
kostengünstig
Spezialguss特种铸造

Ac1=727℃ 共析线 Ac3（Acm）=727-912℃ Accm=727-1148℃