機(jī)械工程材料基礎(chǔ)

1、第一章 機(jī)械零件的失效分析一、基本要求本章主要介紹了機(jī)械零件在常溫靜載下的過(guò)量變形、在靜載和沖擊載荷下的斷裂、在交變載荷下的疲勞斷裂、零件的磨損失效和腐蝕失效以及在高溫下的蠕變變形和斷裂失效。要求學(xué)生掌握全部?jī)?nèi)容。二、重點(diǎn)內(nèi)容1 零件的過(guò)量變形以及性能指標(biāo),如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度等。2 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂及性能指標(biāo)，如沖擊韌性、斷裂韌性等。3 零件在交變載荷下的疲勞斷裂、疲勞抗力指標(biāo)及影響因素。4 零件的磨損和腐蝕失效以及防止措施。5 零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效。 三、難點(diǎn)斷裂韌性及衡量指標(biāo)，影響斷裂的因素。 四、基本知識(shí)點(diǎn)第一節(jié) 零件

2、在常溫靜載下的過(guò)量變形 1、工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為變形: 材料在外力作用下產(chǎn)生的形狀或尺寸的變化。彈性變形: 外力去除后可恢復(fù)變形。塑性變形: 外力去除后不可恢復(fù)。低碳鋼，正火、退火、調(diào)質(zhì)態(tài)的中碳鋼或低、中碳合金鋼和有些鋁合金及某些高分子材料都具有圖1-1所示的應(yīng)力-應(yīng)變行為。即在拉伸應(yīng)力的作用下的變形過(guò)程分為四個(gè)階段：彈性變形、屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形。圖1-1 低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖圖1-2 三種類型材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖1-純金屬 2-脆性材料 3-高彈性材料2 、靜載試驗(yàn)材料性能指標(biāo)剛度：零構(gòu)件在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。等于

3、材料彈性模量與零構(gòu)件截面積的乘積。強(qiáng)度：材料抵抗變形或者斷裂的能力，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度。彈性指標(biāo)：彈性比功。塑性指標(biāo)：伸長(zhǎng)率、斷面收縮率。硬度: 布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC)、維氏硬度(HV) 3 過(guò)量變形失效過(guò)量彈性變形抗力指標(biāo)：彈性模量E或者切變模量G。過(guò)量塑性變形抗力指標(biāo)：比列極限、彈性極限或者屈服強(qiáng)度。第二節(jié) 零件在靜載和沖擊載荷下的斷裂1、基本概念斷裂：材料在應(yīng)力作用下分為兩個(gè)或兩個(gè)以上部分的現(xiàn)象。韌性斷裂：斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形。脆性斷裂：斷裂前不發(fā)生塑性變形，斷裂后其斷口齊平，由無(wú)數(shù)發(fā)亮的小平面組成。2、沖擊韌性及衡量指標(biāo)沖擊韌性：材料在沖擊載荷下

4、吸收塑性變形功和斷裂功的能力，是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。沖擊試驗(yàn)與衡量指標(biāo)：沖擊吸收功Ak或沖擊韌度ak。工程材料的沖擊吸收功通常是在室溫測(cè)得，若降低試驗(yàn)溫度，在低溫下不同溫度進(jìn)行沖擊試驗(yàn)（稱之為低溫沖擊試驗(yàn)或系列沖擊試驗(yàn)），可以得到?jīng)_擊吸收功Ak隨溫度的變化曲線，如圖1-3所示。圖1-3 三種鋼的沖擊韌性隨溫度變化曲線示意圖TK為韌脆轉(zhuǎn)變溫度：Ak-T曲線上沖擊吸收功急劇變化的溫度。當(dāng)試驗(yàn)溫度低于TK時(shí)，沖擊吸收功明顯降低，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。3、斷裂韌性及衡量指標(biāo)斷裂韌度KIC：是評(píng)定材料抵抗脆性斷裂的力學(xué)性能指標(biāo)，指的是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力,單位：M

5、Pa·m 1/2 或者 MN·m-3/2斷裂判據(jù):KI<KIC     構(gòu)件安全KI>KIC     構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂KIKIC     構(gòu)件發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的臨界條件 4、影響脆性斷裂的因素決定材料斷裂類型的主要因素有：加載方式、材料本質(zhì)、溫度、加載速度、應(yīng)力集中及零件尺寸。加載方式不同，斷裂方式不同；一般降低溫度和增加加載速度都會(huì)引起材料催化；應(yīng)力集中改變了應(yīng)力狀態(tài)，max，max, ；單向拉伸0.5，而缺口拉伸試樣

6、<0.5，易引起脆斷，因此，應(yīng)力集中會(huì)引起材料脆化；薄板處于平面應(yīng)力狀態(tài)， 較大，厚板處于平面應(yīng)變狀態(tài)， 較小，易產(chǎn)生脆斷。第三節(jié) 零件在交變載荷下的疲勞斷裂1、基本概念交變載荷：載荷大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期變化的載荷。疲勞斷裂：零件在交變載荷下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。圖1-4 幾種常見(jiàn)的交變應(yīng)力2、疲勞斷口的特點(diǎn)疲勞斷裂過(guò)程：裂紋萌生、疲勞裂紋擴(kuò)展、最后斷裂。疲勞斷裂特征：1)   斷裂應(yīng)力低2)   無(wú)明顯宏觀塑變3)   斷口清楚顯示裂紋形成、擴(kuò)展和斷裂階段圖1-5 疲勞曲線示意圖3、疲勞抗力

7、指標(biāo)無(wú)裂紋構(gòu)件的疲勞抗力指標(biāo)：疲勞極限、過(guò)載持久值、疲勞缺口敏感度。帶裂紋構(gòu)件的疲勞抗力指標(biāo)：疲勞裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值Kth和裂紋擴(kuò)展速率DA/DN。 4、影響疲勞抗力的因素載荷類型：拉壓、扭轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)彎曲等；材料本質(zhì)：不同材料有不同的疲勞曲線，r、q、da/dN、KIC及Kth不同；零件表面狀態(tài)：零件的表面缺陷（如裂紋、刀痕等）對(duì)其強(qiáng)度影響不大，但疲勞極限有顯著影響；工作溫度：T s r，Kth，da/dN ；腐蝕介質(zhì):在腐蝕介質(zhì)作用下， r，Kth，da/dN 。 第四節(jié) 零件的磨損失效1、磨損的基本概念磨損的定義：在摩擦過(guò)程中零件表面發(fā)生尺寸變化和物質(zhì)耗損的現(xiàn)象叫做

8、磨損。2、磨損的過(guò)程和機(jī)理粘著磨損：1）定義：又稱咬合磨損，在滑動(dòng)摩擦條件下，摩擦副的接觸面發(fā)生金屬粘著，在隨后的相對(duì)滑動(dòng)中粘著處被破壞，有金屬屑粒被拉拽下來(lái)或者是金屬表面被擦傷的一種磨損形式。2）過(guò)程： 3）粘著磨損的特點(diǎn)：磨損速度大；破壞嚴(yán)重。4）防止措施：合理選材，摩擦副配對(duì)材料選用硬度差較大的材料；提高表面硬度；合理設(shè)計(jì)減小接觸壓應(yīng)力；減小表面粗糙度。磨粒磨損：1）定義：又稱磨料磨損，在滑動(dòng)摩擦?xí)r零件表面存在硬質(zhì)磨粒，使磨面發(fā)生局部塑性變形，磨粒嵌入、磨粒切割金屬表面從而導(dǎo)致零件表面逐漸損耗的一種磨損。2）過(guò)程：3）防止措施：提高表面硬度（從選材與材料表面處理方面）；減少磨粒

9、數(shù)量（從工作狀況方面）。接觸疲勞（疲勞磨損，麻點(diǎn)磨損）：1）定義：零件工作面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下引起的表面疲勞剝落破壞的現(xiàn)象。2）過(guò)程：類似于疲勞斷裂，是裂紋萌生和擴(kuò)展過(guò)程。三種主要形式：麻點(diǎn)剝落、淺層剝落、硬化層剝落3）主要防止措施：提高材料硬度；提高材料純度；提高零件心部和表面強(qiáng)度；減小表面粗糙度。 第五節(jié) 零件的腐蝕失效1、腐蝕的定義和分類腐蝕：材料表面和周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者電化學(xué)反應(yīng)所引起的表面損傷現(xiàn)象。分類：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。2、腐蝕過(guò)程及防止化學(xué)腐蝕過(guò)程（以高溫氧化腐蝕為主）：高溫氧化過(guò)程：1）金屬失去電子成為金屬離子2

10、）氧原子吸收電子成為氧離子3）金屬離子和氧離子結(jié)合為金屬氧化物基體金屬能否繼續(xù)氧化，取決于氧化物薄膜是否致密。提高鋼抗氧化能力：加入Al、Si、Cr等元素，與氧結(jié)合形成致密的氧化物膜，防止基體金屬進(jìn)一步氧化。電化學(xué)腐蝕：條件：金屬間存在電極電位差，并且相互接觸并處于相互聯(lián)通的電介質(zhì)溶液中形成微電池。過(guò)程：陽(yáng)極：失去電子，M®M n+ne(被腐蝕）陰極：發(fā)生析氫反應(yīng)或者吸氧反應(yīng)特點(diǎn)：速度快、選擇性圖1-6 不同金屬的電極電位常見(jiàn)局部腐蝕：電偶腐蝕、小孔腐蝕、縫隙腐蝕、晶界腐蝕（不銹鋼）。應(yīng)力腐蝕：定義：零（構(gòu)件）在拉應(yīng)力和特定介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。特點(diǎn)：拉應(yīng)力?。唤橘|(zhì)腐蝕

11、性弱； 易忽視3、零件防止腐蝕的措施對(duì)于化學(xué)腐蝕：選擇抗氧化材料如耐熱鋼、高溫合金、陶瓷材料等，零件表面涂層。對(duì)于電化學(xué)腐蝕：選擇耐腐蝕材料；表面涂層；電化學(xué)保護(hù)；加緩蝕劑。對(duì)于應(yīng)力腐蝕：減小拉應(yīng)力；去應(yīng)力退火；選擇KIscc高的材料；改善介質(zhì)條件。第六節(jié) 零件在高溫下的蠕變變形和斷裂失效1、材料在高溫下的力學(xué)行為1）材料的強(qiáng)度隨溫度的升高而降低。2）高溫下材料的強(qiáng)度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。3）高溫下材料的變形量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。蠕變：材料在長(zhǎng)時(shí)間恒應(yīng)力作用下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變。圖1-7 典型的蠕變曲線 2、評(píng)價(jià)材料高溫力學(xué)性能指標(biāo)蠕變極限：高溫長(zhǎng)期載荷作用下材料

12、對(duì)塑性變形的抗力指標(biāo)稱為蠕變極限。表示方法：在規(guī)定溫度下使試樣產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的應(yīng)力值；給定溫度下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使試樣產(chǎn)生一定蠕變總變形量的應(yīng)力值持久強(qiáng)度：材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下抵抗斷裂的能力。用給定溫度和規(guī)定時(shí)間內(nèi)試樣發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力表示。3、高溫下零件的失效和防止高溫下零件的失效形式：過(guò)量塑性變形（蠕變變形）、斷裂、磨損、氧化腐蝕等。防止措施：正確選材（選熔點(diǎn)高、組織穩(wěn)定的材料）；表面鍍硬鉻、熱噴涂鋁和陶瓷等第二章 碳鋼一、基本要求本章主要介紹了純鐵的組織和性能、 Fe-Fe3C圖的分析和應(yīng)用、壓力加工對(duì)鋼的組織和性能的影響等內(nèi)容。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠掌握晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷的

13、基本概念、鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析與壓力加工對(duì)鋼的組織和性能的影等知識(shí)。 二、重點(diǎn)內(nèi)容1 純鐵的結(jié)晶過(guò)程、純鐵的晶體結(jié)構(gòu)、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2鐵和碳的相互作用、鐵碳合金中的相和組織組成物。3 二元相圖的杠桿定律、Fe-Fe3C相圖分析及應(yīng)用。4 壓力加工對(duì)鋼的組織和性能的影響。 三、難點(diǎn)應(yīng)用杠桿定律計(jì)算碳鋼在室溫下的組織組成物和相組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 四、基本知識(shí)點(diǎn)第一節(jié) 純鐵的組織和性能 1、過(guò)冷現(xiàn)象和過(guò)冷度    純鐵結(jié)晶時(shí)，實(shí)際開(kāi)始結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之間的溫度差T（）,稱為過(guò)冷度。過(guò)冷度是一切物質(zhì)結(jié)晶的必要

14、條件，液體冷速越快，過(guò)冷度越大,液體與固體間的自由能差F（FLFs）越大, 物質(zhì)結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力越大。         圖2-1 純鐵的冷卻曲線（部分）圖2-2 液體和固體自由能隨溫度的變化2、純鐵的結(jié)晶過(guò)程    在液體中形成的穩(wěn)定微小晶體稱為晶核，純鐵的結(jié)晶過(guò)程是不斷形成晶核與晶核不斷長(zhǎng)大的過(guò)程。由一個(gè)晶核長(zhǎng)成的晶體稱作晶粒，由許多晶粒組成的晶體稱作多晶體。多晶體結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快、過(guò)冷度越大、形核數(shù)量越多、晶粒越細(xì)。金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)韌性越好。   

15、             圖2-3 純鐵結(jié)晶過(guò)程示意圖 3、晶體結(jié)構(gòu)基本概念    晶體：指原子（離子或分子）在空間呈規(guī)則排列的物體。    晶體結(jié)構(gòu)：指晶體中的原子（離子或分子）在空間的具體排列。    晶胞：是能夠反映晶格中原子重復(fù)排列規(guī)律的最基本單元。    金屬中常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)有：體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。圖2-4 三種常見(jiàn)

16、的金屬晶胞a)體心立方晶胞b)面心立方晶胞 c)密排六方晶胞 4晶體缺陷的基本概念    按照晶體中原子排列不規(guī)則區(qū)域的尺寸大小，將晶體缺陷分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。    點(diǎn)缺陷：指原子排列的不規(guī)則區(qū)域在空間三個(gè)方向上尺寸都是很小的一種缺陷，如空位、間隙原子和置換原子(見(jiàn)圖2-8)。    線缺陷：指原子排列的不規(guī)則區(qū)域在空間一個(gè)方向上尺寸很大，而在另外兩個(gè)方向尺寸是很小的一種缺陷，如刃型位錯(cuò)(圖2-9)。    面缺陷：指原子排列的不規(guī)則區(qū)域在空間兩個(gè)方向上尺

17、寸很大，而在另外一個(gè)方向尺寸是很小的一種缺陷，如晶界、亞晶界(圖2-11)。    在點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷附近，原子都偏離了原來(lái)的平衡位置，使晶格發(fā)生畸變，對(duì)晶體的性能會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。晶體缺陷越多，金屬?gòu)?qiáng)度越高。細(xì)晶強(qiáng)化是提高金屬材料強(qiáng)度的重要方法。圖2-5 點(diǎn)缺陷示意圖圖2-6 刃型位錯(cuò)示意圖圖2-7 晶界a)及亞晶界b)的示意圖圖2-8 純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)的變化 5、純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵結(jié)晶完成后，固態(tài)純鐵在隨后的冷卻過(guò)程中還會(huì)發(fā)生兩次晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變(見(jiàn)圖2-12)。這種同一元素在固態(tài)下隨溫度變化而發(fā)生的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，稱為同素異構(gòu)

18、轉(zhuǎn)變。鐵碳合金正是因?yàn)榫哂型禺悩?gòu)轉(zhuǎn)變，所以才能通過(guò)熱處理來(lái)改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改變其性能。 第二節(jié) 鐵碳合金中的相和組織組成物1、鐵和碳形成固溶體    固溶體：是溶質(zhì)原子溶入溶劑中形成的均勻晶體。溶質(zhì)和溶劑的原子尺寸相差較小時(shí)，兩者之間能夠形成置換固溶體。溶質(zhì)和溶劑的原子尺寸相差很大時(shí)，兩者之間能夠形成間隙固溶體(見(jiàn)圖2-15)。圖2-9 置換固溶體a）及間隙固溶體b）示意圖    碳溶于中形成的間隙固溶體，稱為鐵素體，以或F表示。    碳溶于g - Fe中形成的間隙固溶體，稱為奧氏

19、體，以g 或A表示。    由于形成固溶體時(shí)溶劑晶格能產(chǎn)生畸變，所以便會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性降低。固溶強(qiáng)化：指通過(guò)形成固溶體而導(dǎo)致的材料強(qiáng)度升高現(xiàn)象。與加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化一樣，固溶強(qiáng)化也是提高材料強(qiáng)度的重要方法。2、碳和鐵形成化合物    當(dāng)碳在和中的含量超過(guò)了碳的溶解度極限時(shí)，碳原子便會(huì)與鐵原子形成滲碳體。    滲碳體:含碳量為6.69%,具有正交晶體結(jié)構(gòu)。     特點(diǎn)：熔點(diǎn)高、硬而脆，塑性幾乎等于零。滲碳體對(duì)鐵碳合金性能的影響，與其形態(tài)有關(guān)。當(dāng)滲碳體以細(xì)

20、小的片狀或球狀出現(xiàn)時(shí)，對(duì)鐵碳合金具有強(qiáng)化作用。3、鐵碳合金中的相和組織組成物    系統(tǒng)中具有同一聚集狀態(tài)、同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)并以界面相互隔開(kāi)的均勻組成部份被稱為相。    F、A和Fe3C是鐵碳合金中的基本相。這些可獨(dú)立存在的基本相，以及由這些基本相所組成的混合物，又可稱為是鐵碳合金的組織組成物。組織組成物：是指構(gòu)成顯微組織的獨(dú)立部份。4、相圖的基本概念相圖是表示合金在緩慢冷卻的平衡狀態(tài)下其所含的相或組織與溫度以及成分之間關(guān)系的一種圖形。勻晶轉(zhuǎn)變：是指從液相中直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變。 5、二元相圖的杠桿定律

21、0;   見(jiàn)圖2-21，設(shè)合金的總質(zhì)量為1，在溫度t時(shí)液相的質(zhì)量為ML，固溶體的質(zhì)量為 M，則有： ML + M1。    由于合金中所含鎳的質(zhì)量等于液相中鎳的質(zhì)量與固溶體中鎳的質(zhì)量之和,而有： MLXL + MX 1X,所以，由以上兩式聯(lián)解，就能得到兩相相對(duì)質(zhì)量的計(jì)算公式為：        ML (X- X)/(X- XL) rb/ab         M (X-  

22、;XL)/(X- XL) ar/ab或      ML/M = rb/ar注：杠桿定律只適用于兩相區(qū)圖2-10 杠桿定律的證明和力學(xué)比喻 6、Fe-Fe3C相圖分析圖2-11 Fe-Fe3C相圖見(jiàn)圖2-11 ，ABCD點(diǎn)的連線是鐵碳合金的液相線，AHJECF點(diǎn)的連線是碳碳合金的固相線。在HJB線上發(fā)生的轉(zhuǎn)變稱為.包晶轉(zhuǎn)變，所謂包晶轉(zhuǎn)變：是指由一定成分的液相和一定成分的固相相互作用而生成另一個(gè)一定成分的固相的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)式為：     包晶轉(zhuǎn)變只能在含碳為0.090.53%的鐵碳合金中發(fā)生，其中，只有J點(diǎn)成分

23、的鐵碳合金經(jīng)包晶轉(zhuǎn)變后能夠獲得單一的奧氏體。在ECF線上發(fā)生的轉(zhuǎn)變稱為共晶轉(zhuǎn)變，所謂共晶轉(zhuǎn)變：是指由一定成分的液相同時(shí)轉(zhuǎn)變成兩種一定成分的固相的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)式為：     共晶轉(zhuǎn)變只能在含碳為2.116.69%的鐵碳合金中發(fā)生，其中，只有C點(diǎn)成分的鐵碳合金經(jīng)共晶轉(zhuǎn)變后能夠獲得單一的萊氏體。    在PSK線上發(fā)生的轉(zhuǎn)變稱為共析轉(zhuǎn)變，所謂共析轉(zhuǎn)變：是指由一定成分的固相同時(shí)轉(zhuǎn)變成兩種一定成分的新固相的轉(zhuǎn)變。反應(yīng)式為：     PSK線又稱A1線，所有含碳0.0218%的鐵碳合金冷卻至這條線上時(shí)都會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，

24、其中只有含碳為0.77%的鐵碳合金經(jīng)共析轉(zhuǎn)變后能夠獲得單一的珠光體。    GS線：又稱A3線，是冷卻時(shí)A中開(kāi)始折出F，加熱時(shí)F全部溶入到A中的轉(zhuǎn)變線。    ES線：是碳在A中的溶解度線，又稱Acm線。PQ線，是碳在F中的溶解度線。 7、鐵碳合金的分類    根據(jù)鐵碳合金的含碳量及其室溫平衡組織的不同，鐵碳合金可分為三類。    工業(yè)鈍鐵（wc0.0218%）室溫組織是鐵素體和少量三次滲碳體。 鋼（wc 為0.02182.11%）。其中：亞共析鋼（wc0.77%）

25、室溫組織是鐵素體和珠光體。共析鋼（wc為0.77%）室溫組織是珠光體。過(guò)共析鋼（wc0.77）室溫組織是珠光體和二次滲碳體。    白口鑄鐵（wc為2.116.69%），其中：    亞共晶白口鑄鐵（wc4.3%）室溫組織是珠光體、二次滲碳體和萊氏體。    共晶白口鑄鐵（wc為4.3%）室溫組織是萊氏體    過(guò)共晶白口鑄鐵（wc4.3%）室溫組織是萊氏體和一次滲碳體。 8、典型合金的結(jié)晶過(guò)程分析   wc為0.4%的亞共析鋼LL+L+AAA+

26、FP+F     wc為0.77%的共析鋼    LL+AAP     wc為1.2%的過(guò)共析鋼    LL+AAA+ Fe3CP+ Fe3C     共晶白口鑄鐵    LLd(A+ Fe3C) Ld(A+ Fe3C+ Fe3C) L,d(P+ Fe3C+ Fe3C) 9、含碳量對(duì)力學(xué)性能的影響    滲碳體是鐵碳合金中的強(qiáng)化相。隨著含碳量的增加

27、，滲碳體含量的增多，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。當(dāng)含碳量大于1.0%時(shí)，由于網(wǎng)狀二次滲碳體的出現(xiàn)，使鋼的強(qiáng)度又會(huì)降低。10、碳對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響    隨著含碳量的增加，鐵碳合金的組織發(fā)生以下變化： + Fe3C    + P   P    P + Fe3C工業(yè)純鐵       亞共析鋼    共析鋼      過(guò)共析鋼P(yáng) + Fe3

28、C + L,d     L,d    L,d  + Fe3C亞共晶白口鑄鐵      共晶白口鑄鐵  過(guò)共晶白口鑄鐵    隨著含碳量的增加，滲碳體分布和形態(tài)發(fā)生以下變化：沿鐵素體晶界分布的薄片狀Fe3C 分布在鐵素體內(nèi)的層片狀共析Fe3C    沿奧氏體晶界分布的網(wǎng)狀Fe3C 作為萊氏體基體的共晶Fe3C  分布在萊氏體上的粗大片狀Fe3C。 11、碳對(duì)鐵碳合金性能的影響圖2

29、-12 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)緩冷碳鋼力學(xué)性能的影響    珠光體是由鐵素體和滲碳體所組成的兩相組織，兼有鐵素體和滲碳體的優(yōu)點(diǎn)，既有較高的強(qiáng)度和硬度，又有良好的塑性和韌性。滲碳體是鐵碳合金中的強(qiáng)化相，當(dāng)滲碳體是以細(xì)小的片狀分布在鐵素體上時(shí)，對(duì)碳鋼具有強(qiáng)化作用。    隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，珠光體含量的增多，滲碳體含量的增加，碳鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，鋼中出現(xiàn)網(wǎng)狀Fe3C， 由于鋼的性能就會(huì)惡化，所以鋼的強(qiáng)度又會(huì)降低(見(jiàn)圖2-39)。12、Fe-Fe3C相圖.的實(shí)際應(yīng)用    在

30、實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)e-Fe3C相圖具有以下作用：       能為選材提供成分依據(jù)    由于Fe-Fe3C相圖能夠反映碳鋼的成分和組織的關(guān)系，而鋼的組織與鋼的性能之間又有著緊密的聯(lián)系，所以，根據(jù)零件的不同性能要求，可分別選用低碳鋼、中碳鋼或高碳鋼為制造材料。按照不同要求，就可選用適當(dāng)成分的鋼種。  能為制定熱加工工藝提供依據(jù)    由于液相線和固相線的距離越小，合金的鑄造性能越好，鋼在單相奧氏體相區(qū)內(nèi)鍛造性能最好，所以，由Fe-Fe3C相圖可知，共晶成分的合金鑄造性能

31、最好，鋼在奧氏體相區(qū)內(nèi)進(jìn)行鍛造最好（見(jiàn)圖2-40）圖2-13 Fe- Fe3C相圖與鑄鍛工藝的關(guān)系 13、鋼中常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼的性能影響 Si、Mn的影響    當(dāng)大部分Si、Mn元素都能固溶于鐵素體中時(shí)，Si、Mn是鋼中的有益的元素，它們的存在因能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化而能夠提高鋼的強(qiáng)度。 S、P的影響    S在鋼中能夠形成熔點(diǎn)為989并分布在奧氏體晶界上的共晶體，能導(dǎo)致的鋼的脆性增大，P能顯著降低鋼的韌性，特別是能顯著降低鋼的低溫韌性，所以，S、P都是鋼中的有害元素。由S導(dǎo)致的鋼的脆性增大現(xiàn)象，被稱為熱脆。由P引起的鋼

32、的低溫脆性增大現(xiàn)象，被稱為冷脆。 H的影響    微量的H溶入鋼中，就會(huì)導(dǎo)致鋼的脆性增大。H也是鋼中的有害元素。由H導(dǎo)致的鋼的脆性增大現(xiàn)象，被稱為的氫脆， N的影響    N能引起鋼的應(yīng)變時(shí)效而能導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度升高、脆性增大。N的存在，對(duì)鍋爐、化工容器等安全性能要求較高的構(gòu)件是不利的。    應(yīng)變時(shí)效，是指冷變形低碳鋼在室溫放置或加熱一定時(shí)間后所出現(xiàn)的強(qiáng)度升高，塑性、韌性降低現(xiàn)象。 14、鋼錠的組織和缺陷    按照鋼液澆鑄前的脫氧情況和鋼錠凝固時(shí)析出一氧化碳的程度，

33、可把鋼錠分為鎮(zhèn)靜鋼錠、沸騰鋼錠和半鎮(zhèn)靜鋼錠。    鎮(zhèn)靜鋼錠的組織為三個(gè)區(qū)，分別是.表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)（見(jiàn)圖2-43）。圖2-14 鎮(zhèn)靜鋼錠宏觀組織示意圖    加入有效的變質(zhì)劑為人工晶核或采用機(jī)械攪拌等方法使形核均勻化，可使鋼錠獲得均勻細(xì)小的等軸晶組織而能改善鋼的性能。 15、鎮(zhèn)靜鋼錠的缺陷    鋼錠中常見(jiàn)的組織缺陷有縮孔、疏松、成分偏析和氣泡?？s孔：是鋼錠凝固時(shí)由集中體積收縮所引起的一種組織缺陷。疏松：是鋼錠凝固時(shí)由分散體積收縮所造成的一種組織缺陷。區(qū)域偏析：是指鋼錠不同部

34、位化學(xué)成分不同的現(xiàn)象。氣泡：鋼液凝固時(shí)因有一部分氣體來(lái)不及逸出便會(huì)以氣泡形式留在鋼中。鋼錠在使用前須經(jīng)壓力加工消除缺陷，以改善其組織，提高其性能。16、冷加工對(duì)鋼的組織和性能的影響 晶體的滑移    滑移線：是滑移面與試樣表面形成的交線。    滑移帶：是由具有共同滑移方向的若干個(gè)滑移面發(fā)生滑移并逸出試樣表面時(shí)所留下的痕跡（見(jiàn)圖2-46）。    滑移是塑性變形的基本形式。滑移的機(jī)理是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。圖2-15 滑移線和滑移帶示意圖 塑性變形導(dǎo)致的組織變化    Fe3C對(duì)變形的

35、阻礙作用依次為：片狀Fe3C球狀Fe3C，細(xì)片狀Fe3C粗片狀Fe3C。隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，F(xiàn)e3C含量的增多，碳鋼的形變抗力增大。當(dāng)Fe3C以網(wǎng)狀形態(tài)出現(xiàn)時(shí)，對(duì)變形的阻礙作用最大，會(huì)使鋼的脆性增加。 塑性變形導(dǎo)致的性能變化    加工硬化：指由塑性變形導(dǎo)致的材料強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性降低現(xiàn)象。    加工硬化具有以下技術(shù)意義：                 a 是提高

36、金屬材料強(qiáng)度的一種重要方法;b 能使金屬的各種冷成型工藝得以進(jìn)行；c 能防止零件的偶然過(guò)載斷裂。    形變織構(gòu)：指通過(guò)塑性變形而使各晶粒內(nèi)原子排列位向趨于一致的現(xiàn)象。圖2-16 工業(yè)純鐵的織構(gòu)示意圖    宏觀殘余內(nèi)應(yīng)力：是由金屬各部位變形不均勻所引起的一種內(nèi)應(yīng)力。    微觀殘余內(nèi)應(yīng)力：是晶粒間變形不均勻所引起的一種內(nèi)應(yīng)力。    殘余內(nèi)應(yīng)力會(huì)造成零件形狀與尺寸不穩(wěn)定，會(huì)降低金屬的耐腐蝕性能。殘余壓應(yīng)力能顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。 17、冷變形鋼在加熱過(guò)程中組織和

37、性能的變化圖2-17 變形金屬在不同加熱溫度時(shí)組織和性能變化示意圖    加熱溫度較低時(shí)，變形金屬的組織和力學(xué)性能沒(méi)有明顯變化，但殘余內(nèi)應(yīng)力明顯降低、電阻明顯下降。這一性能變化階段稱為變形金屬的回復(fù)。由于經(jīng)回復(fù)后，變形金屬的殘余內(nèi)應(yīng)力能明顯降低，所以利用回復(fù)現(xiàn)象對(duì)冷變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火，能夠達(dá)到穩(wěn)定零件尺寸的目的。    加熱溫度較高時(shí)，變形金屬的強(qiáng)度顯著降低，塑性顯著提高，加工硬化效果會(huì)徹底消除。變形金屬的組織由破碎的、被拉長(zhǎng)的或被壓扁的變形晶粒變成細(xì)小的無(wú)變形的等軸晶粒的過(guò)程稱為再結(jié)晶。由于再結(jié)晶能夠消除加工硬化，所以利用再結(jié)晶

38、退火能恢復(fù)變形金屬的塑性。    再結(jié)晶結(jié)束后， 繼續(xù)升高加熱溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間，會(huì)出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象，金屬的強(qiáng)度和韌性隨著晶粒的長(zhǎng)大而降低。圖2-18 再結(jié)晶晶粒大小與冷變形度的關(guān)系    金屬的變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒大小有明顯的影響，臨界變形度：指再結(jié)晶晶粒極度長(zhǎng)大所對(duì)應(yīng)的變形度。為保證變形金屬再結(jié)晶后能夠獲得細(xì)小的晶粒，應(yīng)避免在臨界變形度附近對(duì)金屬進(jìn)行冷加工。18、熱變形加工    熱加工：指在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的不會(huì)造成加工硬化的壓力加工。    熱加工主要具有以下作用：

39、 改變工件的形狀和尺寸； 改善鋼的組織，提高鋼的性能。即通過(guò)消除鑄造缺陷，細(xì)化鋼的晶粒，改善鋼中的夾雜物分布，能提高鋼的機(jī)械性能。19、碳鋼的分類    按含碳量分類，碳鋼分為：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。    按鋼中的S、P含量分類，碳鋼分為：普通碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳鋼。    按用途分類，碳鋼分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。    按冶煉方法分類，碳鋼分為：鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。第三章鋼的熱處理一、基本要求本章主要介紹了鋼的熱處理的基本知識(shí)、普通熱處理、表面熱處理以

40、及特種熱處理工藝及應(yīng)用。要求學(xué)生掌握鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變、過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變、普通熱處理及表面熱處理工藝及應(yīng)用。一般了解鋼的特種熱處理。 二、重點(diǎn)內(nèi)容1、鋼的熱處理的基本知識(shí)；2、鋼的普通熱處理。 三、難點(diǎn)奧氏體化、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變及淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變。四、基本知識(shí)點(diǎn)在固態(tài)下通過(guò)加熱、保溫和冷卻的方法，改變鋼的組織，從而獲得所需性能的工藝稱為鋼的熱處理。 第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 1、奧氏體的形成將共析鋼、亞共析鋼和過(guò)共析鋼分別加熱到A1、A3和Acm以上時(shí)，都會(huì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織，這種加熱轉(zhuǎn)變稱為奧氏體化。1）共析鋼的奧氏體的形成過(guò)程奧氏

41、體的形成過(guò)程包括：形核、長(zhǎng)大、殘留滲碳體溶解和奧氏體均勻化四步。形核：和Fe3C的相界面最易于形核，通過(guò)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和Fe3C的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)大：一旦形核，則向和Fe3C方向長(zhǎng)大，此過(guò)程同樣通過(guò)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和Fe3C的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)。殘留滲碳體溶解：由于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的速度比和Fe3C向中溶解的速度快，所以，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變完成后，還一部分碳化物（殘留碳化物）尚未溶解，它會(huì)在隨后的加熱過(guò)程中繼續(xù)向奧氏體中溶解。奧氏體均勻化：殘留碳化物溶解完畢后，的成分是不均勻的，原來(lái)處含碳量低，而原來(lái)Fe3C處含碳量高。只有經(jīng)足夠長(zhǎng)的保溫時(shí)間，才能通過(guò)C的擴(kuò)散形成均勻的等軸晶。2）影響形成的因素影響因素有：加熱溫度、加

42、熱速度、鋼的原始組織、碳含量、合金元素。3）亞共析鋼和過(guò)共析鋼的形成過(guò)程亞共析鋼和過(guò)共析鋼中P的形成過(guò)程同共析鋼是一樣的。此外，其化過(guò)程中還分別發(fā)生先共析鐵素體的奧氏體化和先共析二次滲碳體的溶解過(guò)程。2、奧氏體晶粒大小1）奧氏體的實(shí)際晶粒度在實(shí)際熱處理加熱條件下得到的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體實(shí)際晶粒大小或奧氏體實(shí)際晶粒度。2）奧氏體的本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度表示鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的大小，并不表示奧氏體實(shí)際晶粒的大小。用Al脫氧或含有Nb、V、Ti等元素的鋼為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，而用Si、Mn脫氧的鋼則為本質(zhì)粗晶粒鋼。 第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體：在臨界溫度（A1、A3、Acm）以下

43、尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定的奧氏體。奧氏體轉(zhuǎn)變圖：描述過(guò)冷奧氏體的“溫度-時(shí)間-轉(zhuǎn)變”三者間關(guān)系的曲線。 1、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變（1）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（TTT圖、C曲線）的建立（2）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的分析1）孕育期和轉(zhuǎn)變速度隨等溫溫度而變化由于過(guò)冷度增大，相變驅(qū)動(dòng)力增大，在“鼻溫”時(shí)轉(zhuǎn)變的孕育期最短，轉(zhuǎn)變速度最快；而在“鼻溫”以下溫度時(shí)，隨溫度的降低，原子的活動(dòng)能力下降，故孕育期增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變速度變慢。2） 轉(zhuǎn)變類型隨等溫溫度而變化（1）P型轉(zhuǎn)變（A1TA）（2）B型轉(zhuǎn)變（TAMs）（3）M型轉(zhuǎn)變（MsMf） 2、過(guò)冷等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物過(guò)冷等溫轉(zhuǎn)變圖（C曲線）如下圖所示。

44、圖3-1 過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變示意圖1）珠光體轉(zhuǎn)變?cè)贏1560恒溫下，過(guò)冷發(fā)生P轉(zhuǎn)變，產(chǎn)物為層片狀P組織。不同轉(zhuǎn)變溫度下層片大小及距離不同，據(jù)此可將P轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分為：珠光體P：A1650 索氏體S：650600 托氏體T：600560 P、S、T無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只有形態(tài)上的粗細(xì)之分，P較粗、S較細(xì)、T更細(xì)。P、S、T通稱P型組織，組織越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越高，塑、韌性越好。2）貝氏體（B）轉(zhuǎn)變貝氏體：過(guò)飽和鐵素體和Fe3C的機(jī)械混合物。B轉(zhuǎn)變也是B形核與長(zhǎng)大的過(guò)程。首先沿奧氏體晶界形成過(guò)飽和鐵素體晶核并長(zhǎng)大，隨后在這種鐵素體中析出細(xì)小的滲碳體。不同溫度下產(chǎn)生的B的形態(tài)不同：  

45、60;     560 350 形成的B稱為B上、350Ms形成的B稱為B下。B上呈羽毛狀，由互相平行的過(guò)飽和鐵素體和分布在片間的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體組成。硬度高，可達(dá)4045HRC，但因鐵素體片粗大且平行分布，同時(shí)晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差，應(yīng)用少。B下呈針葉狀，由針葉狀過(guò)飽和鐵素體和彌散分布在其中的極細(xì)小的滲碳體組成。硬度高5060 HRC，強(qiáng)度高，耐磨性好，塑性、韌性高，具有良好的綜合力學(xué)性能。生產(chǎn)中“等溫淬火”的目的就是為了得到B下組織3）馬氏體（M）轉(zhuǎn)變（1）馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程轉(zhuǎn)變溫度低，C不能擴(kuò)散。，C完全保留在a-Fe中，引起過(guò)飽和。M又稱碳

46、過(guò)飽和鐵素體。M轉(zhuǎn)變產(chǎn)生體積膨脹，會(huì)造成較大的內(nèi)應(yīng)力及變形。（2）馬氏體的形態(tài)片狀馬氏體：呈雙凸透鏡狀，高碳、孿晶M，強(qiáng)度高，塑韌性低板條馬氏體：呈細(xì)長(zhǎng)板條狀，低碳，強(qiáng)度高，塑韌性好。wC >1.0% 的鋼淬火后, 幾乎全部為片M；wC <0.2% 的鋼淬火后, 基本上全部為板條M；0.2% < wC <1.0%的鋼淬火后，為兩種M的混合物。3、影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的主要因素1）含量的影響亞共析鋼及過(guò)共析鋼的過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變與共析鋼一樣，亦分為高溫P型轉(zhuǎn)變、中溫B型轉(zhuǎn)變和低溫M型轉(zhuǎn)變。但在P型轉(zhuǎn)變之前，亞共析鋼有鐵素體的析出，過(guò)共析鋼有Fe3C析出。亞共析鋼：wC，

47、C曲線右移；過(guò)共析鋼：wC，C曲線左移；共析鋼過(guò)冷奧氏體最穩(wěn)定（C曲線最靠右）。2）合金元素的影響合金元素對(duì)C曲線的影響是復(fù)雜的，幾乎除Co外，所有溶入奧氏體中的合金元素均使曲線右移。除Co、Al外，溶入奧氏體的合金元素都使C曲線上的Ms、Mf點(diǎn)降低。過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變圖（CCT圖）圖3-2 過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變示意圖CCT曲線位于C曲線右下方，P轉(zhuǎn)變溫度更低，時(shí)間更長(zhǎng)；共析鋼及過(guò)共析鋼的CCT曲線中無(wú)B型轉(zhuǎn)變，而多了一條P轉(zhuǎn)變終止線；亞共析鋼在連續(xù)冷卻時(shí)在一定溫度范圍內(nèi)過(guò)冷A會(huì)部分轉(zhuǎn)變?yōu)锽。由于CCT曲線測(cè)定比較困難，實(shí)際熱處理中常參照C曲線來(lái)定性估計(jì)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程。第三節(jié)鋼的普通熱處理

48、鋼制零件在制造過(guò)程中至少都要進(jìn)行一次熱處理。鋼的普通熱處理是將工件加整體進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以期獲得均勻的組織和性能和一種操作。包括：退火、正火、淬火和回火四種工藝。1、鋼的退火將鋼件加熱到臨界溫度（A1、A3、Acm）以上（有時(shí)以下）保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱退火。常用的有完全退火、球化退火和去應(yīng)力退火等。1）完全退火加熱至Ac3以上，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻到500后出爐冷卻。應(yīng)用：亞共析鋼和合金鋼的鑄、鍛、及熱軋型材，也可以用于焊件。目的：改善組織、細(xì)化晶粒，降低硬度，改善切削加工性。常作為對(duì)強(qiáng)度要求不高的零件的最終熱處理，或重要零件的預(yù)先熱處理。  

49、;          2）球化退火加熱至Ac1以上，保溫一定時(shí)間，使鋼的Fe3C（碳化物）趨于球化，然后緩慢冷卻到600后出爐冷卻。應(yīng)用：共析鋼和過(guò)共析鋼及合金鋼。目的：降低硬度，改善切削加工性能，并為淬火作組織準(zhǔn)備。3）去應(yīng)力退火把鋼件加熱到500650，保溫一定時(shí)間，隨爐冷卻至200后出爐。應(yīng)用：鑄件、鍛件、焊件、冷沖壓件及機(jī)加工件。目的：消除殘余應(yīng)力，以防止零件變形或產(chǎn)生裂紋。 2、鋼的正火將工件加熱至奧氏體區(qū)，保溫一定時(shí)間后，出爐空冷的熱處理工藝稱為正火。應(yīng)用：普通結(jié)構(gòu)件作為最終熱處理；

50、低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理，改善切削加工性能；過(guò)共析鋼消除網(wǎng)狀滲碳體。目的：細(xì)化組織，適當(dāng)提高硬度和強(qiáng)度。選擇退火或正火工藝時(shí)應(yīng)考慮以下因素：（1）改善切削加工性能低碳鋼：硬度低，粘刀，選擇正火；高碳鋼：硬度高，難切削，選擇退火；中碳鋼：退火、正火皆可。（2）使用性能普通結(jié)構(gòu)件，以正火作為最終熱處理，以細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，采用退火作為最終熱處理，以削除應(yīng)力防止裂紋。（3）經(jīng)濟(jì)性正火周期短，耗能少，操作簡(jiǎn)便，盡量以正火代替退火。 3、鋼的淬火將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后快速冷卻獲得M的熱處理工藝稱為淬火。1）目的獲得M組織，提高工件的強(qiáng)度和硬度。2）淬火介質(zhì)（1）

51、理想的淬火冷卻速度高溫慢冷，中溫快冷，低溫慢冷。（2）常用淬火介質(zhì)水、鹽水、油3）常用淬火方法單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火、等溫淬火4）鋼的淬透性（1）淬透性及其測(cè)定鋼件淬火時(shí)，表層直接與淬火介質(zhì)接觸，冷卻速度快；而心部則要靠熱傳導(dǎo)通過(guò)表層來(lái)散熱，冷卻速度慢。因此鋼件表層得到M，而心部只能獲得部分M，甚至完全得不到M。由鋼件表面到半層的區(qū)域稱為淬硬層，其深度稱淬硬層深度。常用的測(cè)定淬透性的方法有：臨界直徑法和頂端淬火法。（2）影響淬透性的主要因素合金元素、含碳量。 4、鋼的回火將淬火后的鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火?；鼗鸬哪康模合?/p>

52、淬火應(yīng)力，降低鋼的脆性；穩(wěn)定工件尺寸；獲得工件所要求的組織和性能。1）淬火鋼回火時(shí)組織和性能的變化（1）組織變化回火溫度80200，以e碳化物形式析出，彌散分布、極細(xì)、粒狀，與保持共格關(guān)系的薄片，其晶體結(jié)構(gòu)為正交晶格，分子式為Fe2.4C，此時(shí)組織為回火?；鼗饻囟?00300，分解使得體積，殘留奧氏體分解了過(guò)飽和鐵素體碳化物?；鼗饻囟?50400，馬氏體分解完成。鐵素體中含碳量降低到正常飽和狀態(tài)，e碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闃O細(xì)的顆粒狀滲碳體?；鼗饻囟仍?00以上，滲碳體顆粒聚集長(zhǎng)大并形成球狀，鐵素體發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶。（2）性能變化隨回火溫度升高，硬度、強(qiáng)度降低，塑性、韌性升高。2）回火各類及應(yīng)用（1）低溫

53、回火(150250)   組織：回火。性能：高硬度、強(qiáng)度。應(yīng)用：高碳鋼和高碳合金鋼工具鋼制造的工模具和滾動(dòng)軸承。（2）中溫回火(350500)   組織：回火T。性能：較高的韌性和高的彈性及屈服強(qiáng)度。應(yīng)用：彈簧。（3）高溫回火(500650)    組織：回火S。性能：良好的綜合力學(xué)性能。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械零件。 第四節(jié)鋼的表面熱處理 1、表面淬火將工件表面快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未傳到材料心部時(shí)立即迅速冷卻，使其表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。常用的表面淬火方

54、法有：焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火、激光加熱表面淬火。2、鋼的化學(xué)熱處理將工件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫和冷卻，使介質(zhì)中的某些元素滲入到工件表層，以改變表層的化學(xué)成份和組織，從而使工件表面具有與心部不同的性能的一種熱處理工藝。與表面淬火熱處理相比，化學(xué)熱處理不僅使工件表面與心部的組織不同，且成份亦不同。最常用的表面化學(xué)熱處理有：滲碳、滲氮、碳氮共滲第五節(jié)鋼的特種熱處理1、真空熱處理2、可控氣氛熱處理3、形變熱處理第四章 合金鋼一、基本要求本章概要敘述了合金元素在鋼中的作用，合金鋼的分類。主要介紹了工程上常用的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。要求學(xué)生掌握主要合金元素在鋼中的作用

55、，熟悉合金鋼的分類，重點(diǎn)掌握低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和鎳基合金的成分、組織、性能特點(diǎn)。一般了解合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、超高強(qiáng)度鋼、合金工具鋼、耐熱鋼和高溫合金、低溫鋼的性能、熱處理和應(yīng)用。 二、重點(diǎn)內(nèi)容1、合金元素在鋼中的作用，存在形式。2、低合金高強(qiáng)度鋼的成分、組織、性能特點(diǎn)及其熱處理。3、不銹鋼和鎳基合金的成分、組織、性能特點(diǎn)及用途。 三、難點(diǎn)第一次回火脆性和第二次回火脆性的防止。 四、基本知識(shí)點(diǎn)第一節(jié) 概述   1、合金元素在鋼中的作用（八大作用） 作用    

56、60;          主要元素細(xì)化A晶粒         Ti、V、Nb、Zr、Al提高淬透性         除Co以外，如Mn、Cr、W、Mo提高回火抗力       Cr、W、Mo、V固溶強(qiáng)化       &#

57、160;   Ni、Si、Al、Co、Cu、Mn、Cr、Mo、W第二相強(qiáng)化         Mn、Cr、Mo、W擴(kuò)大A相           Ni、Mn、Cu、N擴(kuò)大F相           Si、Al、Ni、Cr、W、Mo、Ti形成致密氧化膜     Si、

58、Cr、W、Mo、V、Ti、Al重點(diǎn)是Cr、W、Mo占了六大作用，另外兩個(gè)作用一個(gè)是細(xì)晶，一個(gè)是擴(kuò)大A。 2、合金元素在鋼中存在的形式（三種）固溶體、化合物和游離態(tài)。 3、第一類回火脆性一般認(rèn)為低溫回火脆性是由于M分解時(shí)沿M板條或片的界面析出斷續(xù)的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，使之成為裂紋擴(kuò)展的途徑，因而導(dǎo)致脆性斷裂。防止第一類回火脆性的措施是避免在250400回火。 4、第二類回火脆性第二類回火脆性是在回火過(guò)程中Sb、P、Sn 在晶界偏聚而引起的脆化現(xiàn)象。防止第二類回火脆性措施有兩個(gè)： 1）加入W、Mo等能強(qiáng)烈阻止或延緩雜質(zhì)元素在晶界的偏聚。2）450650回火快冷 

59、5 、合金鋼的分類及其牌號(hào)分類：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼的分類 第二節(jié)   合金結(jié)構(gòu)鋼1、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類、應(yīng)用應(yīng)用：最為廣泛分類：低合金高強(qiáng)度鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、超高強(qiáng)度鋼等.2、低合金高強(qiáng)度鋼1)簡(jiǎn)介又稱低合金高強(qiáng)度鋼 廣泛用于制造在大氣和海洋工作的大型焊接結(jié)構(gòu)件，如橋梁、車(chē)輛、船舶、輸油氣管、壓力容器等。2)成分及性能特點(diǎn)主要合金元素：Mn、Ti、V、Nb、Cu、P、Re等作用：強(qiáng)化F，細(xì)化晶粒，從而提高鋼的強(qiáng)度，Cu、Pb還可以提高鋼的耐大氣腐蝕抗力。3) 典型牌號(hào)16Mn、09MnNb、15MnVN等 3、

60、合金滲碳鋼1)簡(jiǎn)介是指經(jīng)過(guò)滲碳熱處理后使用的低碳合金鋼。主要用于制造在摩擦力、交變接觸應(yīng)力和沖擊波條件下工作的零件。如齒輪：表面要求高的硬度和耐磨性及高的接觸疲勞強(qiáng)度，心部則要求良好的韌性。2)成分及性能特點(diǎn)Wc=0.10%0.25%，保證零件心部足夠的韌性。加Cr、Ni、Mn、B，提高鋼的淬透性。加V、Ti、W、Mo形成特殊碳化物，阻止A增長(zhǎng)。3)典型牌號(hào)低淬透性：20Mn2、20MnV中淬透性：20CrMn、20CrMnTi高淬透性：18Cr2Ni4WA 4 、合金調(diào)質(zhì)鋼1）簡(jiǎn)介經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后使用的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。主要用于制造受力復(fù)雜、要求綜合力學(xué)性能的重要零件如精密機(jī)床

61、的主軸、發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸等等。2) 成分及性能特點(diǎn)Wc=0.25%0.50%，多為0.40%保證調(diào)質(zhì)后足夠的強(qiáng)度和韌性。主要加Mn、Cr、Si、Ni、B，等提高鋼的淬透性。強(qiáng)化F。有時(shí)加微量V以細(xì)化晶粒，加Mo、W 防止或減輕第二類回火脆性。3)典型牌號(hào)Typical Trademark低淬透性：40Cr、40MnB中淬透性：35CrMo、38CrSi高淬透性：38CrMoAl、40CrNiMoA5、合金彈簧鋼1)簡(jiǎn)介是用來(lái)制造彈簧和其它彈性零件的鋼種。如拖拉機(jī)上的板彈簧。2)成分及性能特點(diǎn)Wc=0.45%0.70%，含C量比合金調(diào)質(zhì)鋼高，為保證高強(qiáng)度和高的彈性極限。加Si、 Mn、Cr、V、Nb

62、、Mo、W提高鋼的淬透性和回火抗力。強(qiáng)化F加Mo、W、V、Nb可以降低因Si的加入造成的脫C敏感性。3)典型牌號(hào)60Si2Mn（含Si、Mn元素的合金彈簧鋼，用于制造截面尺寸25mm的彈簧，如汽車(chē)脫拉機(jī)的板彈簧）。50CrVA（含Cr、V元素的合金彈簧鋼，用于截面30mm并在350400工作的重載彈簧，如閥門(mén)彈簧）。 6、滾動(dòng)軸承鋼1)簡(jiǎn)介用于制造滾動(dòng)軸承的滾珠、滾柱和套圈等鋼種。也可以用于制作精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠及柴油機(jī)油泵的精密件要求具有高的接觸疲勞強(qiáng)度，高而均勻的耐磨性及一定的韌性和耐腐蝕性能。2)成分及性能特點(diǎn)Wc=0.95%1.1%，是高C低Cr鋼，可以保證鋼有高的硬

63、度和強(qiáng)度。WCr=0.40%1.65%提高鋼的淬透性，并形成合金滲碳體，使鋼具有高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性。對(duì)于大型軸承用鋼加Si、Mn、Mo可進(jìn)一步提高淬透性和強(qiáng)度3)典型牌號(hào)Typical Trademark含Cr軸承鋼：GCr9、GCr15、GCr9SiMn、GCr15SiMn無(wú)Cr軸承鋼，性能和GCr 15相當(dāng)，但可以節(jié)約Cr GMnMoVRe、GSiMoMnV 7、超高強(qiáng)度鋼1)簡(jiǎn)介b1500MPa。主要用于制造飛機(jī)起落架、機(jī)翼大粱，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、液體燃料氧化劑儲(chǔ)藏箱、炮筒、槍筒、防彈板等等。2)成分及性能特點(diǎn)Wc=0.03%0.45%，含C范圍寬。加入Cr、Mn

64、、Ni、Si 大大增加鋼的淬透性；加入Mo、V、Nb、Ti、Al形成特殊碳化物使鋼產(chǎn)生二次硬化，加入V、Nb、Ti細(xì)化晶粒?；緶?zhǔn)則：少量多元。3）典型牌號(hào)低合金超高強(qiáng)度鋼：合金總量5%；中合金超高強(qiáng)度鋼：合金總量5%10%；高合金超高強(qiáng)度鋼：合金總量10%。第三節(jié)合金工具鋼 1、簡(jiǎn)介工具鋼是用于制造刃具、模具、量具的鋼種。2、合金工具鋼的主要失效形式1)刃具主要失效形式：(1) 摩擦導(dǎo)致嚴(yán)重磨損，伴隨高溫;(2)大的切削力導(dǎo)致刃部崩缺;(3) 振動(dòng)，沖擊使刃具發(fā)生斷裂。      2)模具主要失效形式：(1)磨損(2)刃口鈍化(3)塌陷(4)溝槽(5)熱疲勞(6)斷裂3)量具主要失效形式：(1)磨損(2)碰撞(3)變形 3、對(duì)合金