=第1篇-基本知識解析

1、=第第1篇篇-基本知識解基本知識解析析2022-2-421-1 金屬材料的主要性能金屬材料的主要性能強度強度s、0.2、b與塑性與塑性、硬度、硬度、韌性韌性疲勞強度疲勞強度r 、-1力學(xué)性能力學(xué)性能物理性能物理性能化學(xué)性能化學(xué)性能工藝性能工藝性能2022-2-431-2 鐵碳合金鐵碳合金純鐵純鐵的冷的冷卻曲卻曲線線1394153410006008001200溫度時間16001500500700900110013001400912- Fe -Fe- Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變AFCC固溶固溶體體2022-2-44幾個基本概念幾個基本概念1.1.合金合金 由兩種或兩種以上金屬元素或者金屬元素與非

2、金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。由兩種或兩種以上金屬元素或者金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。 如：青銅、鑄鐵、鋁合金等。如：青銅、鑄鐵、鋁合金等。2.2.組元組元 組成合金的最基本的獨立的物質(zhì)稱組元，簡稱組成合金的最基本的獨立的物質(zhì)稱組元，簡稱“元元”。 如：黃銅如：黃銅 ；硬鋁；硬鋁 等為二元合金。等為二元合金。 3.3.相相 指同一化學(xué)成分，同一結(jié)構(gòu)并以界面互相分開的均勻組成部分。如固相、液相等。指同一化學(xué)成分，同一結(jié)構(gòu)并以界面互相分開的均勻組成部分。如固相、液相等。 4.4.組織組織 借助于放大鏡、顯微鏡下觀察到具有某種形態(tài)、形貌特征的組成部分。借助于放大鏡、顯微鏡下觀察

3、到具有某種形態(tài)、形貌特征的組成部分。2022-2-45鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖LN1495(A 3C )( 3C )122715382022-2-46u 含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響含碳量對鐵碳合金組織和性能的影響 2022-2-47鋼的熱處理是將固態(tài)鋼采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的一種工藝。鋼的熱處理是將固態(tài)鋼采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的一種工藝。特點是改變零件或者毛坯的內(nèi)部組織，而不改變其形狀和尺寸。其目的是消除毛坯（如鑄件、鍛件等）中特點是改變零件或者毛坯的內(nèi)部組織，而不改變其形狀和尺寸。其目的是消除毛坯（如鑄件、

4、鍛件等）中缺陷，改善毛坯的切削性能，改善零件的力學(xué)性能，延長其使用壽命，并為減小零件尺寸、減輕零件重量、缺陷，改善毛坯的切削性能，改善零件的力學(xué)性能，延長其使用壽命，并為減小零件尺寸、減輕零件重量、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供了可能性。因此，幾乎提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供了可能性。因此，幾乎90以上的零件都要經(jīng)過不同的熱處理后才能使用。以上的零件都要經(jīng)過不同的熱處理后才能使用。熱處理分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲等）熱處理分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲等）及特殊熱處理（形變熱處理等）。及特

5、殊熱處理（形變熱處理等）。但不是所有的材料都能進行熱處理強化，能進行熱處理強化的材料必須滿足：有固態(tài)相變；經(jīng)冷加工但不是所有的材料都能進行熱處理強化，能進行熱處理強化的材料必須滿足：有固態(tài)相變；經(jīng)冷加工使組織結(jié)構(gòu)處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)；表面能被活性介質(zhì)的原子滲入從而改變表面化學(xué)成分。使組織結(jié)構(gòu)處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)；表面能被活性介質(zhì)的原子滲入從而改變表面化學(xué)成分。1-3 鋼熱處理鋼熱處理2022-2-48熱處理工藝熱處理工藝工藝工藝目的目的加熱溫度加熱溫度組織組織退火退火1.調(diào)整硬度調(diào)整硬度,便于切削加工。便于切削加工。2.細化晶粒細化晶粒,為最終熱處理作組織為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。準(zhǔn)備。亞共析鋼

6、亞共析鋼3+3050共析鋼共析鋼 1+3050過共析鋼過共析鋼1+3050PP球球正火正火1.低中碳鋼同退火。低中碳鋼同退火。2.過工析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體。過工析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體。3.普通件最終熱處理普通件最終熱處理亞共析鋼亞共析鋼3+3050共析鋼共析鋼 1+3050過共析鋼過共析鋼30500.5, +粒狀粒狀3C2022-2-49熱處理工藝（續(xù)）熱處理工藝（續(xù)）工藝工藝目的目的加熱溫度加熱溫度組織組織回火回火1.消除內(nèi)應(yīng)力，減少變消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形。形。2.獲得所需要的性能。獲得所需要的性能。低溫回火低溫回火150250中溫回火中溫回火350500高溫回火高溫回火500650

7、(調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì))亞共析亞共析,共析鋼：共析鋼：M回回過共析鋼回過共析鋼回(少少)+粒狀粒狀3CT回回S回回表面表面淬火淬火表面獲得馬氏體組織，表面獲得馬氏體組織，并獲得表硬里韌的性并獲得表硬里韌的性能。能。預(yù)備熱處理：預(yù)備熱處理：調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火適用于中碳鋼適用于中碳鋼 0.40.5表面：表面：M回回心部：心部： S回回(調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)) 或或(正火正火)滲碳滲碳提高表面含碳量，獲提高表面含碳量，獲得表硬里韌的性能。得表硬里韌的性能。滲碳溫度滲碳溫度:900950淬火溫度：淬火溫度：表面表面1+3050心部心部3+3050適用于低碳鋼適用于低碳鋼 0.10.25表面：表面：M回回(少少)+顆粒狀顆粒

8、狀3C心部：心部：M回回 M回回2022-2-410熱處理與硬度關(guān)系熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度合適切削加工硬度2022-2-4111-4 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼工程材料工程材料2022-2-412 碳鋼的分類碳鋼的分類分類方法分類方法鋼鋼 種種質(zhì)量分?jǐn)?shù)或脫氧情況質(zhì)量分?jǐn)?shù)或脫氧情況特特 點點按碳的質(zhì)量分按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類數(shù)分類低碳鋼低碳鋼0.250.25強度低，塑性和焊接性能較好強度低，塑性和焊接性能較好中碳鋼中碳鋼0.250.250.60.6強度較高，但塑性和焊接性能較差強度較高，但塑性和焊接性能較差高碳鋼高碳鋼 0.6% 0.6%塑性和焊接性能很差，強度和硬度高塑性和焊接性能很差，強度和硬度

9、高按鋼的質(zhì)量分按鋼的質(zhì)量分普通鋼普通鋼0.0550.055, 0.045, 0.045含含S、P量較高，質(zhì)量一般量較高，質(zhì)量一般優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼0.0400.040，0.0400.040含含S、P量較少，質(zhì)量較好量較少，質(zhì)量較好高級優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼0.0300.030, 0.035, 0.035含含S、P量很少，質(zhì)量好量很少，質(zhì)量好按用途分按用途分結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼0.080.080.650.65制造各種工程構(gòu)件和機器零件制造各種工程構(gòu)件和機器零件工具鋼工具鋼0.650.65制造各種刀具、量具和模具制造各種刀具、量具和模具按脫氧程度分按脫氧程度分沸騰鋼（沸騰鋼（F）僅用弱脫氧劑脫氧，較多僅用弱脫氧劑脫氧

10、，較多鋼錠內(nèi)分布有許多小氣泡，偏析嚴(yán)重鋼錠內(nèi)分布有許多小氣泡，偏析嚴(yán)重鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（Z）澆注時完全脫氧，凝固時不沸騰澆注時完全脫氧，凝固時不沸騰氣泡、疏松少，質(zhì)量較高氣泡、疏松少，質(zhì)量較高半鎮(zhèn)靜鋼（半鎮(zhèn)靜鋼（b）介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間質(zhì)量介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間質(zhì)量介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間2022-2-413常用的碳鋼牌號常用的碳鋼牌號分分 類類編編 號號 方方 法法常常 用用 牌牌 號號用用 途途 舉舉 例例說說 明明碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼Q235 F 屈服點為屈服點為235 、質(zhì)、質(zhì)量為量為A級的沸騰鋼級的沸騰鋼Q195、Q215A，Q235B、Q255A、Q255B、Q

11、275等等 一般以型材供應(yīng)的工程結(jié)構(gòu)件，一般以型材供應(yīng)的工程結(jié)構(gòu)件，制造不太重要的機械零件及焊接制造不太重要的機械零件及焊接件（參見件（參見 700-1988）優(yōu)質(zhì)碳素優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 45 表示平均表示平均0.45%的的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08F、10、20、35、40、50、60、65 用于制造曲軸、傳動軸、齒輪、用于制造曲軸、傳動軸、齒輪、連桿等重要零件（參見連桿等重要零件（參見 699-1988）碳素碳素工具鋼工具鋼T8T8A 表示平均表示平均0.8%的碳的碳素工具鋼，素工具鋼，A表示高表示高級優(yōu)質(zhì)級優(yōu)質(zhì)T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13 制造需較高硬度、耐磨

12、性、又制造需較高硬度、耐磨性、又能承受一定沖擊的工具，如手錘、能承受一定沖擊的工具，如手錘、沖頭等（參見沖頭等（參見 1298-1986）一般工程一般工程鑄造碳鋼鑄造碳鋼200-400 表示屈服強度為表示屈服強度為200 、抗拉強度為、抗拉強度為400 的碳素鑄鋼的碳素鑄鋼230-450、270-500、310-570、340-640 形狀復(fù)雜的需要采用鑄造成形形狀復(fù)雜的需要采用鑄造成形的鋼質(zhì)零件（參見的鋼質(zhì)零件（參見 11352-1989）2022-2-414合金鋼合金鋼低合金鋼低合金鋼 w wAEAE5%10%10%合金鋼合金鋼按合金元素含量分按合金元素含量分 合金鋼合金鋼貝氏體鋼貝氏體鋼

13、馬氏體鋼馬氏體鋼高合鐵素體鋼高合鐵素體鋼奧氏體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼萊氏體鋼按組織類型分按組織類型分按主添加元素分按主添加元素分合金鋼合金鋼錳鋼錳鋼硅鋼硅鋼鎢鋼鎢鋼2022-2-415合金鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼合金彈簧鋼刃具鋼刃具鋼模具鋼模具鋼量具鋼量具鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼耐磨鋼耐磨鋼滾動軸承鋼滾動軸承鋼低溫鋼低溫鋼易切鋼易切鋼合金鋼分類合金鋼分類 按用途分按用途分2022-2-416鑄鐵鑄鐵 鑄鐵鑄鐵白口鑄鐵白口鑄鐵灰口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵麻口鑄鐵( (普通普通) )灰鑄

14、鐵灰鑄鐵() () 片狀片狀可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵() 團絮狀團絮狀球墨鑄鐵球墨鑄鐵() 球狀球狀 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 （按（按G G形態(tài)）形態(tài)）蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵() 蠕蟲狀蠕蟲狀（鋼基體上分布著石墨）（鋼基體上分布著石墨）（按石墨化程度）（按石墨化程度）2022-2-417工業(yè)用金屬材料工業(yè)用金屬材料鋼種鋼種典型牌號典型牌號合金元素作用合金元素作用熱處理熱處理使用狀態(tài)下組織使用狀態(tài)下組織性能性能用途用途碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼0.4Q195Q235熱軋空冷熱軋空冷塑性塑性,焊焊接性好接性好建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)低合金高低合金高強度鋼強度鋼0.2Q345(16):強化強化F,增加增加P,降低脆轉(zhuǎn)溫度降低脆轉(zhuǎn)溫度

15、熱軋空冷熱軋空冷塑性塑性,焊焊接性好接性好橋梁橋梁,船船舶舶, 容器容器滲碳鋼滲碳鋼0.10.25202020:提高淬透性提高淬透性,強強化化:細化晶粒細化晶粒滲碳滲碳+淬火淬火+低溫回火低溫回火表面：表面：M回回+ A (少量少量)+顆粒狀顆粒狀3C心部：心部：M回回表硬里韌表硬里韌軸、齒輪軸、齒輪調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼0.30.5454040:提高淬透性提高淬透性,強強化化F,:防止第二類回防止第二類回火脆性火脆性調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)S回回良好綜合良好綜合力學(xué)性能力學(xué)性能軸、齒輪軸、齒輪彈簧鋼彈簧鋼0.60.90.450.765602:提高淬透性提高淬透性,強強化化F；:提高屈提高屈強比強比淬火淬火+中溫中溫回

16、火回火T回回高高b高高-1彈簧彈簧 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼2022-2-418工業(yè)用鋼（續(xù)）工業(yè)用鋼（續(xù)）鋼種鋼種典型牌號典型牌號合金元素作用合金元素作用熱處理熱處理使用狀態(tài)下組織使用狀態(tài)下組織性能性能用途用途滾動軸承滾動軸承鋼鋼0.951.10:提高淬透性提高淬透性,耐耐磨耐蝕性磨耐蝕性球退球退+淬火淬火+低溫回火低溫回火M回回+ A(少量少量)+顆顆粒狀粒狀3C高耐磨高耐磨高高-1足夠足夠滾動軸承滾動軸承耐磨鋼耐磨鋼1.01.313:形成形成A組織組織水韌處理水韌處理表：碳化物表：碳化物心：心：A高耐磨高耐磨耐沖擊耐沖擊鏟齒，履鏟齒，履帶板帶板碳素工具碳素工具鋼鋼0.651.35T713球退球退

17、+淬火淬火+低溫回火低溫回火M回回+ A(少量少量)+顆顆粒狀粒狀3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨沖子、絲沖子、絲錐、銼刀錐、銼刀低合金工低合金工具鋼具鋼0.751.59、：提高淬透、：提高淬透性性球退球退+淬火淬火+低溫回火低溫回火M回回+ A(少量少量)+顆顆粒狀粒狀3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨低速刃具低速刃具高速鋼高速鋼0.71.5W184V:提高淬透性；提高淬透性；W、V：提高熱：提高熱硬、耐磨性硬、耐磨性鍛、退火、鍛、退火、淬火淬火+三次三次回火回火M回回+ A(少量少量)+顆顆粒狀碳化物粒狀碳化物高熱硬高熱硬高硬度高硬度高耐磨高耐磨高速刃具高速刃具2022-2-419工業(yè)用鋼（續(xù)）工業(yè)

18、用鋼（續(xù)）鋼種鋼種典型牌號典型牌號合金元素作用合金元素作用熱處理熱處理使用狀態(tài)下組織使用狀態(tài)下組織性能性能用途用途冷作冷作模具模具鋼鋼1.42.31212:提高淬透性。提高淬透性。:提高耐磨性提高耐磨性鍛，退，鍛，退，淬火淬火+低溫低溫回火回火M回回+ A(少量少量) +顆顆粒狀碳化物粒狀碳化物高硬度高高硬度高耐磨耐磨冷沖模冷沖模擠壓模擠壓模熱鍛熱鍛模鋼模鋼0.50.655合金元素作用同合金元素作用同調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)S回回抗熱疲勞抗熱疲勞熱鍛模熱鍛模壓鑄壓鑄模鋼模鋼0.30.632W8V合金元素作用同合金元素作用同高速鋼高速鋼淬火淬火+回火回火M回回+ A(少量少量) +顆顆粒狀碳化物粒狀

19、碳化物抗熱疲勞抗熱疲勞,耐磨耐磨壓鑄模壓鑄模不不銹銹鋼鋼0.03-0.95113,213:提高耐蝕性；提高耐蝕性；:形成形成A；:防止晶防止晶間腐蝕間腐蝕調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)S回回高耐蝕性高耐蝕性(隨增加隨增加,耐蝕性下耐蝕性下降降)汽輪機汽輪機葉片葉片313,413淬火淬火+低溫低溫回火回火M回回醫(yī)療器醫(yī)療器械械013不能熱處不能熱處理理F硝酸氮硝酸氮肥工業(yè)肥工業(yè)1189固溶處理固溶處理A化工管化工管道道耐耐熱熱鋼鋼15,121:提高抗氧化性提高抗氧化性:提高提高T再；再；:彌散強化彌散強化; :形成形成A組織組織正火正火高熱強性高熱強性,高抗氧化高抗氧化性性鍋爐零鍋爐零件件492,111調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)S回回

20、氣閥氣閥,葉葉片片1189固溶固溶A過熱器過熱器管管2022-2-420 鑄鐵鑄鐵石墨化：鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程。石墨化：鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程。鑄鐵名鑄鐵名稱稱牌號舉例牌號舉例獲得方法獲得方法組織組織熱處理熱處理用途用途灰鑄鐵灰鑄鐵250(最低抗拉強度為最低抗拉強度為250)液態(tài)金屬石墨液態(tài)金屬石墨化化+孕育處理孕育處理基體基體(F、P、) +片片狀石墨狀石墨去應(yīng)力，消去應(yīng)力，消除白口，表除白口，表面淬火面淬火機床床身機床床身可鍛鑄可鍛鑄鐵鐵450-06 (最低抗拉強度最低抗拉強度為為450,最低延伸率為最低延伸率為6%)白口白口+石墨化退石墨化退火火基體基體(F、P) +團絮團絮狀石墨狀石墨石墨化退火石墨化退火車輪殼，管接車輪殼，管接頭頭球墨鑄球墨鑄鐵鐵500-7(最低抗拉強度為最低抗拉強度為500,最低延伸率為最低延伸率為7%)液態(tài)金屬石墨液態(tài)金屬石墨化化+球化處理球化處理+孕育處理孕育處理基體基體(F、P、) +球球狀石墨狀石墨可進行各種可進