金屬材料與熱處理

1、金屬材料與熱處理一、金屬材料及熱處理（一）硬度：是指金屬表面抵抗其它更硬物體壓入的能力。HB鋼球印痕面積法=2PD(D-)（單位面積上的力）；HB>450時不能用布氏方法；不能測太薄的金屬>10h (壓坑深度)；HRC測量淬火回火后的工件 （120o金鋼錐）；HRB測量較軟的退火件 銅、鋁 （1.588mm鋼球）；HRA測量硬度很高或硬而薄的金屬，如硬質(zhì)合金表面處理工件等（120o金鋼錐）；B60230HB1.588mmP:10+90Kg25100HRBC230700 HB120o金鋼錐10+140Kg2067HRCA>700 HB10+50Kg>70HRAHR=k-h

2、/0.002；H壓痕深度（mm）；K常數(shù)，用鋼球時為130，用金鋼石時為100；0.002為壓痕深，每0.002為洛氏硬度一度；高硬度時 HRC1/10HB；HV用頂角為136o金剛石四方角錐體，根據(jù)被測工件越薄，選用越小載荷;5、10、20、30、50、100、和120Kg；HV=1.8544P/d2(1公斤/mm2)；HV可測量很薄的工件和滲碳層、氮化層、氰化層硬度。（二）強度：指材料抵抗外力作用而不被破壞的一種能力。l b =Pb/F0;l s=PS/F0;l 0.2 產(chǎn)生0.2%永久變型量時的強度。（三）塑性：指材料發(fā)生永久變形而不被破壞的一種能力l 伸長率：斷裂的長度增加量與原長度之

3、比。（L1-L0）/L0×100l 斷面收縮率：拉斷的橫截面積減小量與試樣原來橫截面積之比，百分?jǐn)?shù)。l 硬度與強度的近似關(guān)系：軋制或鍛鋼件b（0.34-0.36）HB鑄鋼件 b（0.30.4）HB灰口鑄鐵件 b（HB-40）/6（四）韌性：指材料抵抗沖擊力的作用而不被破壞的一種能力。沖擊韌性ak=Ak/F(1公斤·米/厘米2);脆性與韌性相反，脆性材料的破壞是突然發(fā)生，沒有顯著變形，斷口處很明亮并有金屬光澤。而韌性材料的破壞都有預(yù)兆，并且斷口呈灰色纖維狀。如M24螺栓斷裂表面呈灰色纖維狀，說明有一定韌性。材料晶粒越細(xì)，ak值越高。二、熱處理基礎(chǔ)知識l 原子順續(xù)排列的狀態(tài)叫晶

4、體，晶體顆粒組合在一起組織金屬材料。晶粒之間的結(jié)合面叫晶界。l 晶粒有體心立方晶格和面心立方晶格，晶格是組成晶粒的最小單元。l 體心立方體晶格的8個頂點各有一個原子，中心一個原子。l 面心立方體晶格的8個頂點和6個平面各有一個原子。l 體心立方晶格組織材料較硬，抗力較大，不易鍛造。如Cr、W、Mo、Mn、V、Fe（常溫鐵）。l 面心立方晶格較軟，易變形如Al、Cu、Ni、Pb、Fe（奧氏體）l 晶粒大?。ɑ蚍Q粗細(xì)）會直接影響到鋼材的質(zhì)量，晶粒愈細(xì)小，鋼材的性能越好，晶粒愈粗大，鋼材的性能就愈差，特別是ak就愈低。正火、淬火溫度控制就是為細(xì)化晶粒。此外，細(xì)晶粒的鋼材在熱處理淬火加熱與冷卻時，引起

5、變形與開裂的傾向也小的多，所以細(xì)化晶粒的預(yù)先熱處理是最終熱處理的必備工序。l 具有體心立方晶格的純鐵叫Fe;l 面心立方晶格的純鐵叫Fe;l Fe和Fe在910oC時發(fā)生較變；l 純鐵在770oC以下具有磁性，770oC以上沒有磁性。l 三、名詞：1、固溶體：固態(tài)下溶解有其它元素的組織叫做“固溶體”（Fe和Fe對C的溶解能力是大小不一樣的）2、鐵素體：就是碳在Fe中的固溶體。室溫下可溶解0.006的碳，723oC時可溶解達(dá)到最大值0.025。3、奧氏體：就是碳在Fe中間隙式的固溶體。由于Fe的原子間的空隙較大，723oC時可溶解碳量為0.8（共析鋼），1130oC溶解量達(dá)到最大值2。4、滲碳體

6、：即Fe3C（碳化鐵），F(xiàn)e:C=3:1(原子數(shù)比)，具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)的化合物稱為滲碳體，滲碳體中含碳量為6.67，其溶解度不隨溫度的變化（化合物）。熔點1600oC左右，硬度很高;HB>800，很耐磨，但很脆，滲碳體和鐵素體混合在一起就是常用的鋼材，隨含碳量的增高，硬度強度增高，ak下降。加入合金元素形成合金碳化物，其硬度還會更高，如碳化鎢（WC）碳化鈦（TiC）等。5、珠光體：珠光體是鐵素體和滲碳體兩者所組成的機械混合物，他存在于723oC以下，是鐵素體與滲碳體一層一層交替分布著，顯微鏡下白亮呈片狀為滲碳體中間較寬的白色間隔層為鐵素體。這種組織顯出珍珠表面相似的紋路和光澤，所以稱珠

7、光體。純珠光體含碳量為0.8%（共析鋼）。粗片狀鐵素體加粗片狀滲碳體叫珠光體，等溫轉(zhuǎn)變670723度HB170250（HRC 0-24）通過熱處理方法（加熱到Ac1線略高保溫時間長）可以獲得一種滲碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上的組織，這種組織叫做粒狀（或球狀）珠光體，以改善加工性能和熱處理變形開裂性能。6、網(wǎng)狀滲碳體：過共析鋼在Acm線以下奧氏體中析出的滲碳體分布在奧氏體晶界上或降到A1線以下滲碳體固化在珠光體晶界上即呈網(wǎng)狀分布。7、索氏體：在等溫轉(zhuǎn)變C形線鼻尖所得到的較細(xì)片狀鐵素體+較細(xì)片狀滲碳體叫之索氏體。等溫轉(zhuǎn)變溫度600670oC（珠光體的一種）HB250320，HRC2432。8、屈

8、氏體：同上是珠光體的一種，更細(xì)片狀鐵素體+更細(xì)片狀滲碳體叫之為屈氏體，形成溫度600550oC。HB330400（HRC3238）。珠光體、索氏體、屈氏體、都屬珠光體只是粗細(xì)不同，性能上有差異。9、上貝氏體：鐵素體形成密集面相互平行的扁片滲碳體呈短片狀斷斷續(xù)續(xù)地分布在鐵素體片層之間，上貝氏體在顯微鏡下呈羽毛形態(tài)，HRC45左右，形成溫度 500400oC。10、下貝氏體：鐵素體形成針狀，極為細(xì)小的滲碳體質(zhì)點呈彌散狀分布在針狀鐵素體內(nèi)，呈黑色針狀顯微形態(tài)。HRC55左右，形成溫度230400oC。11、馬氏體：奧氏體快速冷卻不觸及C形線鼻尖直接降到230oC以下（共析鋼），即低于Ms，F(xiàn)e轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

9、Fe，碳原子全部被保留在Fe中，形成一種過飽和的固溶體組織，這就是馬氏體。這種轉(zhuǎn)變也稱非擴(kuò)散形轉(zhuǎn)變。馬氏體金相顯微組織呈針狀，黑色針狀物為馬氏體，白色基體稱為殘余奧氏體。性能十分脆硬。HB可達(dá)600700（HRC6065）。淬火即可獲得這種組織。硬度取決于C含量，低C鋼淬不硬，含C量高于0.8，硬度幾乎不再增加了。馬氏體的轉(zhuǎn)變隨C含量增高而降低含碳量0.5時Mz約0oC，Ms290oC隨著含C增Ms下降，C量小于0.8時Mz也隨C而下降，0.9以上時Mz在-100oC附近下降不大。奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變有一個很大的特點：奧氏體不能百分之百轉(zhuǎn)化為馬氏體總有較少的奧氏保留下來，稱保留下來的為殘氏奧氏

10、體。因奧氏體為Fe面心產(chǎn)方晶格，比容（單位重量的體積）較小，約只有0.1220.125，而馬氏體為Fe過飽和固溶體，比容較大，約有0.1270.130，可見，在轉(zhuǎn)變過程中，在馬氏體形成的同時還伴隨著體積的膨脹，從而會對尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體造成一內(nèi)壓力，合使其不易發(fā)生向馬氏體的轉(zhuǎn)變而被保留下來。Ms Mz點越低剩余奧氏體量也就越多。12、過冷奧氏體：低于A1線溫度狀態(tài)下存在的奧氏體，C形曲線鼻尖溫度處的過冷奧氏體最不穩(wěn)定，最容易發(fā)生分解。13、晶粒度：晶粒度就是用來表示晶粒大小的尺度，共分為8級;冶金部規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測定方法將制成的試樣在放大100倍的顯微鏡下觀察與標(biāo)準(zhǔn)晶粒度作比較以確定實際晶粒的大小。凡

11、在14級者為粗晶粒鋼，58級者為細(xì)晶粒鋼。粗晶粒鋼溫度、韌性等變壞，所以熱處理時加熱溫度不能過高，時間不能過長，防止晶粒過大。第二講14退火：就是將鋼加熱到Ac3線（過共析鋼為A1線）以上，保溫一定時間為工件厚度（）小時 ，合金鋼（）小時，隨爐冷卻，得到鐵素體加珠光體（亞共析），珠光體（共析鋼），滲碳體加珠光體（過共析鋼）的方法，降低硬度，提高塑性，改善壓力和切削性能。15、正火：就是將鋼加熱到Ac3線和Acm以上3050oC，保溫后出爐空冷，分別得到鐵素體加索氏體、索氏體，有細(xì)化晶粒、調(diào)整組織、削除前道鑄造、鍛造冷加工產(chǎn)生的缺陷，作為預(yù)先熱處理作用。提高鋼材加工性能（最好HB200250時）

12、提高加工面光潔度，不粘刀，加工表面光滑。比如管路密封膠圈結(jié)合面，O型圈溝槽，缸、泵接口平面。16、等溫退火：鋼加熱到Ac3以上30-50oC,保溫后較快冷卻到略低于Ar1的溫度（或轉(zhuǎn)入略低于Ar1的爐中）在此溫度下奧氏體金部轉(zhuǎn)變完成，主要用于合金鋼退火。17、球化退火：目的在于過共析鋼得到球狀珠光體，便于加工，也是熱處理的前處理。球化退火的工藝是加熱到溫度略高于Ac1以上1020oC，保溫后緩慢冷卻到略低于Ar1的溫度并停留一段時間，使組織轉(zhuǎn)變?nèi)客瓿?，然后冷?00oC以下再空冷。加熱溫度超過Ac1越高，則冷卻以后得到的片狀珠光體會愈多。若超過Acm時，則冷卻下來所得到的全部為片狀珠光體。球

13、化退火所以能形成球狀珠光體，是因為鋼在加熱到略高于Ac1時呈現(xiàn)一不均勻的組織。即除了奧氏體的濃度不均勻外，還有大量未溶解的滲碳體存在。其中片狀滲碳體在較長時間的保溫過程中會自發(fā)地趨于球狀（因后者最為穩(wěn)定）。當(dāng)鋼隨后冷卻下來時，由奧氏體分解而形成的Fe3C也逐漸球狀化因而最終便獲得在鐵素體基體上分布著許多顆粒狀滲碳體，這就是球狀珠光體。18、低溫退火：為消除鑄、鍛、焊接、切削冷沖壓過程的內(nèi)應(yīng)力，緩慢速度加熱到500650oC，經(jīng)適當(dāng)保溫，再緩冷下來的過程，又叫去應(yīng)力退火。鋼的顯微組織不發(fā)生改變。19、淬火：將鋼加熱到Ac3線或Ac1線上3050oC，保溫一段時間（均勻化）快速冷卻下來，以得到高硬

14、度馬氏體組織的方法。細(xì)晶粒奧氏體得到細(xì)晶粒馬氏體組織。過共析鋼有網(wǎng)狀Fe3C時，應(yīng)先正火細(xì)化晶粒再淬火。合金鋼加熱溫度相對較高。20、顯微裂紋：工件淬火后得到馬氏體組織，此時的組織中存在著極大的內(nèi)應(yīng)力，如果不及時回火，則會由于淬火應(yīng)力的作用容易在工件內(nèi)部產(chǎn)生顯微裂紋，嚴(yán)重時會導(dǎo)致工件的脆性增大而開裂。21、回火：工件淬火后一般都要進(jìn)行回火，淬火后得到馬氏體性能很脆，并存在很大應(yīng)力，不及時予以回火，時間久了可能會引起工件發(fā)生開裂，回火就是將淬火后的工件重新加熱到A1以下某溫度保溫一段時間，然后取出工件以一定的方式冷卻下來。22、回火馬氏體（低溫回火）：馬氏體是一種過飽和Fe固溶體，從室溫加熱到3

15、00oC左右，隨著升溫原子活力增加，C原子開始以某種碳化物的形式從馬氏體中析出，因溫度不高，析出的碳化物未全部脫離原馬氏體組織，仍處在一定的過飽和狀態(tài)，這種組織稱為回火馬氏體。對硬度影響不大，但內(nèi)應(yīng)力清除了一部分。23、第一類回火脆性：馬氏體中C的過飽和度大時，淬火后內(nèi)存較多的殘余奧氏體，大約在250350oC時，殘余奧氏體也發(fā)生向較為穩(wěn)定的回火馬氏體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的結(jié)果可使硬度有增加（12HRC），這種現(xiàn)象在高碳鋼中尤為明顯，與此同時沖擊韌性卻略有下降，稱為第一類回火脆性。24、第二類回火脆性：主要發(fā)生在合金鋼450650oC含Cr、Ni、Mn、Si等;在此溫度回火后進(jìn)行緩冷時，有極其細(xì)小的片狀

16、硬脆物。如：碳化物、氮化物、或磷化物沿鐵素體晶界析出所致?？焖倮鋮s會使溶于鐵素體中的硬脆物來不及析出。隨溫度升高，k提高是因所析出的化合物球化的結(jié)果。我們常用的40Cr有二類回火脆性的傾向，一般談到回火脆性主要指第二類回火脆性。生產(chǎn)中防止回火脆性的方法主要有：l 回火后進(jìn)行快速冷卻（油或水冷）為消除重新產(chǎn)生的熱應(yīng)力，則在回火后可再進(jìn)行一次溫度低于發(fā)生回火脆性溫度的補充回火。l 加入少量防止回火脆性的合金元素Mo和W等。25、中溫回火屈氏體：將馬氏體回?zé)岬?00400oC左右，過飽和的C原子析出與鐵原子結(jié)合生成顆粒狀碳化物，馬氏體組織中碳濃度減少，晶格改組轉(zhuǎn)變成鐵素體組織，形成由極細(xì)小的顆粒狀滲

17、碳體分布在鐵素體基體上這種機械混合物稱之為回火屈氏體。26、高溫回火索氏體：馬氏體加熱到400650oC左右細(xì)小Fe3C顆粒聚集成較大顆粒（自發(fā)合并長大）得到較大滲碳體與鐵素體所組成的機械化合物。這種組織叫回火索氏體，強度、硬度降低，塑性、韌性增加。與正火索氏體相比，滲碳體呈球狀而不是呈片狀。27、魏氏體組織：鐵素體沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內(nèi)，使鋼材的塑性和韌性大大下降（Fe從P中析出時未形成清晰的晶界，冷卻凝固成的組織）28、萊氏體：Y A+Fe3C L(P+Fe3C + Fe3C)29、一次滲碳體Fe3C：過共析鋼從液體轉(zhuǎn)變?yōu)锳+Fe3C 時的Fe3C 叫一次滲碳體。30、二次滲碳體F

18、e3C：隨溫度降低，從A中析出的Fe3C叫二次滲碳體Fe3C。31、三次滲碳體Fe3C：含碳量小于0.02的鐵素體，溫度降到PQ線以下時，析出的滲碳體叫三次滲碳體Fe3C32、淬透性：材料淬火能夠得到淬透層深度的能力稱為“淬透性”，與化學(xué)成分和尺寸有關(guān)。33、淬透深度：是指由鋼的表面測量到馬氏體占50，珠光體占50的組織深度。34、淬硬性：鋼經(jīng)過淬火后得到的最大硬度值，含C越高淬硬性越大，反之越小。一、 鋼的加熱與冷卻 基本組織（一）加熱溫度與奧氏體的晶粒度當(dāng)共析鋼加熱到Ac1亞共析鋼加熱到Ac3，過共析鋼加熱到Acm線以上不多時，便產(chǎn)生了室溫時的珠光體，全部轉(zhuǎn)變成為奧氏體組織，此時鋼形成的奧

19、氏體的起始晶粒是很細(xì)小的，它與轉(zhuǎn)變前原來珠光體組織晶粒的大小無關(guān)，如果此時的細(xì)晶粒的奧氏體再冷卻下來，則所得到的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體，索氏體、屈氏體或馬氏體的晶粒也必須是細(xì)小的，這就是說，高溫奧氏體（高于轉(zhuǎn)變線溫度的A）晶粒的大小，決定了轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物的晶粒的大小，而與以后工件的水冷、油冷、空冷的等方式無關(guān)；對得到什么金相組織與冷卻速度，冷卻相變溫度有關(guān)。亞共析鋼和過共析鋼在加熱到Ac1以上不多時，室溫時的珠光體全部轉(zhuǎn)化為細(xì)小晶粒的奧氏體A。與共析鋼不同的是在Ac1以上繼續(xù)加熱時，亞共析鋼鐵素體和過共析鋼中的滲碳體Fe3C逐步溶解到奧氏體組織去，不過溶解過程并不影響奧氏體A晶粒的大小，直到Ac3以上不多

20、時，F(xiàn)e和Fe3C全部溶入A中，A仍能保持細(xì)小的晶粒，所以熱處理加熱溫度均為Ac1或Ac3以上3050。當(dāng)加熱溫度繼續(xù)升了，經(jīng)過Ac3或Acm以上很多時，及保溫時的不恰當(dāng)延長，均會促使奧氏體A晶粒的長大，這種“長大”經(jīng)過是靠大晶粒吞并（或聚集）小晶粒來實現(xiàn)的，粗大的A晶粒在以后冷卻下來時會得到是粗大晶粒的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，從而使鋼的性能，特別是k值顯著下降，引起淬火過程中變型與開裂傾向也增大，這種由于加熱溫度過高，引起A晶粒粗大的現(xiàn)象稱為“過熱”，一旦產(chǎn)生這種情況，可采用重新退火或正火，控制最高加熱溫度加m消除；若加熱溫度更高（接近于固相線AE線）這時不只是晶粒的粗大，而且還會造成A體晶粒邊界嚴(yán)重氧化

21、和低熔點組成物的溶化。（如FeS熔點985），破壞了晶粒間的相互聯(lián)系，以致使工件報廢，這種現(xiàn)象稱作“過燒”或叫“燒毀”。鋼材的晶粒度分為18級YB2764。規(guī)定，加熱到930奧氏體的晶粒度分線，測定方法是將制成試樣在放大100倍的顯微鏡下觀察，并與標(biāo)準(zhǔn)晶粒度做比較，以確定A氏體實際晶粒大小，因A晶粒度決定了室溫組織的晶粒度，所以以室溫樣塊作對照；有兩種分發(fā)一可認(rèn)為13級為粗晶粒，46級為中等晶粒，78級為細(xì)晶粒，在評定鋼材時一般加熱到930時，具有14級晶粒的稱為“本質(zhì)粗晶粒鋼”而58級晶粒度的稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，增加合金元素可以調(diào)整同種加熱溫度的鋼材晶粒度。（二）碳及合金元素對加熱轉(zhuǎn)變的影響在

22、加熱亞共析或過共析鋼時，其奧氏體的形成過程是在珠光體P轉(zhuǎn)變成A的還有鐵素體Fe或二次滲碳體繼續(xù)向A轉(zhuǎn)變或溶解的過程。合金元素對奧氏體形成的影響，大致歸納為如下兩點：（1）除個別合金元素如Mn、Ni造成臨界點降低處，TiMo、W、SiCr由強至弱，均在不同程度上提高了鋼的臨界點Ac1、Ac3、Acm。（2）除CO等外，大多數(shù)合金元素都會減慢碳在A中的擴(kuò)散速度也較小，所以溫度較高外必須進(jìn)行較長的保溫時間，或采取二次加熱。（3）碳及合金元素對A晶粒的影響a、共析鋼加熱時A晶粒最易長大。b、過共析鋼加熱到Ac1以上不太高時由于大量二次Fe3CII的存在，可以得到比較細(xì)的晶粒。c、各種合金鋼中，除了個別

23、合金元素如：Mn、P等外，大多數(shù)合金元素使鋼不同程度的細(xì)化，尤其是強烈形成碳化物的元素Ti、V、Al、Nb、W、Mo、Cr由強到弱，均能阻止奧氏體晶粒長大，從而細(xì)化晶粒，原因是合金元素在鋼中形成難于溶解于A的碳化物及氮化物分布在A的晶界上，會阻止A晶粒長大，影響較弱的元素Si和Ni，只有Mn元素起到促進(jìn)奧氏體晶粒長大，Ti、V、Al常作為細(xì)化晶粒元素加入鋼中，減少加熱時的過熱傾向。因此，合金鋼淬火加熱溫度稍高，仍可獲得細(xì)晶粒奧氏體，只有錳鋼熱敏感性較大，應(yīng)選擇較低的淬火加熱溫度。（三）鋼在高溫A狀態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變（1）鐵碳圖、C形線、自熱冷卻轉(zhuǎn)變的幾個圖表。鐵碳合金平衡圖Fe體心立方晶格139015

24、34 C 0.1以下Fe面心立方晶格9101390Fe體心立方晶格910以下實際加熱臨界點實際冷卻臨界點A3亞共析鋼A轉(zhuǎn)變線 Ac3Ar3Acm過共析鋼A轉(zhuǎn)變線 AccmArcmA1珠光體A轉(zhuǎn)變線 Ac1Ar1代號P珠光體、S索氏體、T屈氏體、B貝氏體、M馬氏體、F鐵素體、Fe3C滲碳體、A奧氏體、Y液體、L萊氏體、Fe高溫鐵素體、Fe中溫鐵素體。Fe低溫鐵素體。M馬氏體叫過飽和Fe固溶體隨碳量增加，飽和度增加，m硬度增加M體積大，A體積?。ㄍ|(zhì)量），AM，體積膨脹，因此過冷A可能出現(xiàn)殘余A，是個不穩(wěn)定，造成內(nèi)應(yīng)力開裂、變形、硬度低等。珠光體和殘余A含量反應(yīng)熱處理水平。消除殘余A，采取冷處理-

25、50-80，再做一次回火處理消除殘A。高碳鋼，淬火 560，回火三次，每次保溫1小時，應(yīng)能消除殘A。（2）碳在鋼中含量對C形成形狀位置的影響與共析鋼比較，亞共析和過共析鋼，都會造成A穩(wěn)定性變差，即在含C量高于0.8或低于0.8范圍的材料，C形線發(fā)生左移，在A向P轉(zhuǎn)變前還分別有下貝氏體和滲碳體析出，析出量過冷量的增加而減少。合金元素對A分解有推遲作用，使C曲線右移，故合金鋼采用油淬，空氣淬火，一些碳化物元素，如Cr、Mo、W、V還會使C曲線形狀發(fā)生改變使AP，AB分開。C曲線除受A成分影響外還同A的晶粒度、均勻度及不溶于A的質(zhì)點有關(guān)，A晶粒越大，C形曲線右移，成分越均勻，越難分解，也會右移。凡不

26、溶于A的質(zhì)點（如碳化物、氮化物）越多，A發(fā)生分解時成為天然核心，使C左移，即加熱溫度愈高，A成分愈均勻，晶粒越大，碳化物溶入奧氏體中量就愈多，使A穩(wěn)定性增加，結(jié)果使C曲線右移，只有當(dāng)合金碳化物溶入奧氏體時，才能減慢A分解速度，如果在A的晶界未被溶入，反而會加快奧氏體分解速度，使C曲線左移。（3）合金元素對M點的影響除Al、Co外，A中的合金元素都會使M點降低，依次Mn、Mo、Cr、Ni、Cu對M點降的越厲害，測淬火后殘余A量也就越多。合金元素對馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點的影響 合金元素對殘余奧氏體量的影響（4）合金元素對回火的影響合金鋼的回火穩(wěn)定性比相應(yīng)的C鋼來的好，其原因在于回火時，合金元素不

27、僅自動擴(kuò)散速度較慢，還起到了阻礙碳原子從馬氏體中析出和阻礙碳化物聚集的緣故。各種合金元素對材料強度、塑性、高溫強度、過熱傾向、淬透性、回火穩(wěn)定性、回火脆性的影響。（5）鋼在回火中的組織與性能的變化馬氏體分解：淬火M是過飽和固溶體，20150回火時，M內(nèi)部不斷析出細(xì)小碳化物，從而使碳化物周圍局部區(qū)域的M的含碳量下降;在150350時，M的含碳量繼續(xù)下降，直到350時，M分解結(jié)束，固溶體中含碳量接近于正常的飽和狀態(tài)，內(nèi)應(yīng)力減少大為下降。殘余A的轉(zhuǎn)變，殘余A在200300回火分解為過飽和的固溶體+碳化物，過飽和的固溶體的含碳量與回火至同樣溫度的M一樣。碳化物為薄片狀，以后在繼續(xù)加熱時，滲碳體將逐漸球

28、化。碳化物的形成和長大，實驗證明，在350以下回火時，由馬氏體中最初分解出的碳化物并非滲碳體（是什么？），而是一種呈薄片狀的極不穩(wěn)定的鐵碳化合物，隨溫度的升高，將轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀的比較穩(wěn)定的滲碳體，溫度繼續(xù)上升，滲碳體顆粒不斷聚集長大。性能的溫升變化：200以上時 硬度 內(nèi)應(yīng)力 k b300左右時 ， b隨硬度而下降， 而 k，650左右時， 和k達(dá)到最大值，>650較多時， 和k因晶粒的粗化而有所降低。 合金鋼碳鋼中特意加入一些合金元素的鋼，常用的合金元素鉻Cr、錳Mn、硅Si、鋁Al、硼B(yǎng)、鎢W、鉬Mo、釩V、鈦Ti、鈮Nb鋯Zr和稀土元素Re等。合金鋼分三大類：1、合金結(jié)構(gòu)鋼；2、合金

29、工具鋼；3、特殊性能鋼（一）合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或樹種合金元素，如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V、Ti等，使之具有好的強度，足夠地韌性和好的淬透性，好地回火穩(wěn)定性，奧氏體穩(wěn)定性。合金結(jié)構(gòu)鋼分類：1、普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（含碳量低）：含碳量在0.100.25之間的并含有少量多元合金元素（Si、Mn、Cu、Ni、Nb、Re）的低碳結(jié)構(gòu)鋼，主要用于焊接鉚合結(jié)構(gòu)。如：16 Mn、09M2、16 Mn Cu、15 MnTi、15Mn V、10 Mn Si Cu等。2、機械制造結(jié)構(gòu)鋼：a、滲碳鋼：含碳量0.150.25之間，主要有15、20、20Cr、20 Cr MnTi、20

30、 Cr Mn Mo、20 Mo B、25 MnTiB、12 CrNi3A、20Cr2Ni4A、18 Cr2 Ni4WA。經(jīng)滲碳淬火及低溫回火，用于表面耐磨的受力件，如齒輪花鍵軸等。b、調(diào)質(zhì)鋼：含碳量在0.250.5之間，主要用于淬火加高溫回火（調(diào)質(zhì)），高強度高韌性零件，也有為到達(dá)更高的強度采用淬火加中溫或低溫回火的。常用材料40、45、45Mn2、40Cr、35 Cr Mo、40 CrMn Mo、40MnB、40 MnVB、40 Cr Ni Mo A、38 Cr MoAlA。注意：防止二類回火脆性的回火冷卻方法和次數(shù)、c、彈簧鋼：含碳量在0.600.70之間，經(jīng)淬火和中溫回火的彈性零件，常用材

31、料65、65Mn、60Si2Mn、70Si3MnA、50CrVA、60Si2CrVA、65 Si2MnWA、55 SiMnMoVNb、55 SiMnMoV。d、軸承鋼：含碳量在0.951.10之間，經(jīng)淬火加低溫回火使用的軸承件，主要有GCr9、GCr15、GCr15SiMn、GMnMoVRe、GSiMnV、GSiMnMoV。合金鋼編號方法：數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字+鋼的平均含碳量（萬分之幾）合金元素符號合金元素符號（百分之幾）合金元素含量小于1.5時，只標(biāo)元素，不標(biāo)明含量（數(shù)值），如果平均含量等于或大于1.5、2.5、3.5則相應(yīng)也以2、3、4等表示。若含硫、磷量較低（S0.02

32、P0.03）的高級優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號后加“A”或“高”。工具鋼的編號方法：1、合金工具含碳量：平均含量C1，不標(biāo)出，C<1時以千分之幾表示，合金以百分表示，同結(jié)構(gòu)鋼如：9Mn2V、CrMn；2、碳素工具鋼前帶T，后數(shù)為含碳千分之幾，含量大小于1均標(biāo)出，如：T9、T12；3、高速鋼含碳量不標(biāo)出，合金百分?jǐn)?shù)標(biāo)出，如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。（二）普通低合金結(jié)構(gòu)鋼是一種低碳結(jié)構(gòu)用鋼，含碳量小于0.2，以16Mn應(yīng)用最廣泛，s=3235公斤/2，Q345，較A3的2426公斤/2高30，>20。且與普結(jié)鋼有更低的冷淬臨界溫度。一般規(guī)定要求在-40。C時的ak不低于室溫的50?？珊?/p>

33、性好，0。C以上時一般不用預(yù)熱，因加入Mn、Si等元素，主要是起到對鐵素體的固溶強化及細(xì)化晶粒等作用，為了提高耐蝕性能，還加入了適量的銅（0.20.5）和磷（0.050.10）。低碳結(jié)構(gòu)鋼大多在正火狀態(tài)下使用，他們在正火狀態(tài)下的組織應(yīng)為鐵素體+索氏體。（三）滲碳鋼為得到高的表面硬度和耐磨性，而心部要求有較高的強度和適當(dāng)?shù)捻g性ak值，在結(jié)構(gòu)鋼中加入一定量的合金元素，如Cr、Mn、Ni、Mo、W、Ti、B等，其中Cr、Mn、Ni所起的主要作用是增加合金滲碳鋼淬透性，并使淬火和低溫回火后表面和心部組織得到強化，其余如Mo、W、Ti、B等合金元素在合金滲碳鋼中含量一般是少的，B的含量是極微量的，僅為0

34、.0010.004。Mo、W、Ti所起的作用是形成穩(wěn)定的合金碳化物，阻礙A晶粒長大，并使鋼在淬火和低溫回火后表層和心部組織強化，特別是增加表層的耐磨性，微量的B能強烈的增加合金滲碳鋼的淬透性。心部為低碳淬火組織，保證了高的ak和足夠的強度b，表層含碳0.851.05，經(jīng)淬火后硬度高達(dá)HRC>60，有良好的耐磨性。如齒輪常用材料：20 Cr MnTi（原18 Cr MnTi），鍛造后950970正火，硬度為HB170210，加工性能良好，930940滲碳6-8小時，預(yù)冷870880時油淬后160200低溫回火，2-3小時，強度、韌性、塑性都有升高，表面硬度HRC5860，心部硬度HRC35

35、45，表面得到回火馬氏體，殘A和碳化物，心部為鐵素體+Pt低碳回火M，b100公斤/2，50，ak80公斤·米/2，200回火強度最高。（四）調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼主要用于受力情況復(fù)雜的重要零部件，最為良好的機械性能，既強又韌，調(diào)質(zhì)鋼的含碳量一般在0.250.50之間，碳素調(diào)質(zhì)鋼的含碳量應(yīng)控制在0.50以下，而合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳量0.25以上。合金調(diào)質(zhì)鋼中主要的合金元素又Cr、Ni、Mn、Si，主要作用是增加淬透性，調(diào)質(zhì)后內(nèi)部組織為回火索式體（實際上這些元素大多溶入鐵素體中，使鐵素體得到強化，與滲碳鋼心部組織相似），其余Mo、V、B等元素，他們在合金調(diào)質(zhì)鋼中很少，B的含量極微（與合金滲碳鋼相同）

36、，Mo所起的主要作用是防止二類回火脆性現(xiàn)象（與合金滲碳鋼有區(qū)別），而V所起的主要做用是阻礙高溫A晶粒長大，Al是加速鋼的氮化，細(xì)化晶粒（為什么？）。微量的B能強烈的使C行曲線向右移動，從而顯著增加鋼的淬透性。即滯后開始轉(zhuǎn)變時間，對對結(jié)束時間影響不大。注意：1、調(diào)質(zhì)回火后，要使得回火索氏體不允許有塊狀鐵素體出現(xiàn)，否則會降低強度和韌性；2、回火保溫后要注意二類回火脆性，可以用水冷或油冷，甚至再去應(yīng)力回火，對于大截面件內(nèi)部快速冷卻越過500650是困難的，普遍加入抑制二類回火脆性的合金元素，最有效的是Mo和W，Mo在鋼中的含量0.30.4；W0.81.2。3、調(diào)質(zhì)鋼也可在中低溫回火下使用，金相為回火

37、屈式體或回火馬氏體，用于高強度的工具耐磨件。（五）彈簧鋼含碳0.60.9 高的s/bSi、Mn作為主合金，強化鐵素體，Si、Mn熱處理易于石墨化加入少量W、V、Cr碳化物形成元素來防止。D<10的冷彈簧，只需250300去應(yīng)力處理。D>10或熱成形彈簧，淬火加中溫回火，獲回火屈氏體T，中溫回火溫度350520淬火溫度一般不超過900，防止過熱（錳）和脫碳（Si有促進(jìn)脫碳作用），表面噴丸強化，表層增加殘余壓應(yīng)力，壽命提高56倍。（六）軸承鋼鍛造球化退火HB<210加工，淬火850以下160回火保溫2-3小時，HRC6165。（七）工具鋼1、高硬度：只有工具的硬度大于被加工材料的

38、硬度，才能進(jìn)行切削，硬度一般都在HRC60以上（6065），含碳量在0.61.5范圍；2、高的耐磨性；3、高的熱硬性，熱硬的高低與回火穩(wěn)定性有關(guān)，保證刀刃溫度高達(dá)600硬度不降低，經(jīng)常加入提高回火穩(wěn)定性的元素，如V、W、Ti、Cr、Mo、Si。4、碳素工具鋼，熱硬性差，做手工工具用，T7T13，做手錘銼刀，鑿子等。5、低合金工具鋼，合金元素總量不超過35，如9SiCr。制作板牙，SiCr的加入特別是Cr能大大的提高淬透性，Cr能顯著細(xì)化碳化物的晶粒，并使之分布均勻，使刀具不崩刃，硅能提高回火穩(wěn)定性，使鋼在250300回火時保持HRC60以上的硬度，但應(yīng)注意的是硅使鋼的熱處理時易脫碳，但淬火溫度

39、860870，如果高到880以上時，A晶粒變大顯著，淬火M針粗大，強度、韌性、塑性變壞，另外又會使殘余A量增加，使強度、硬度、耐磨性下降。6、加熱后在170180左右的硝鹽中等溫淬火，使其發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變，比用油淬得到更好的韌性，滿意的硬度HRC60以上，并可減少變形。淬火后180200低溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力，改善機械性能，保證硬度。高速鋼：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 工作溫度600無明顯變化。碳：元素 l 一方面要保證能與W、Cr、V形成足夠的碳化物。l 另一方面要有一定的碳量溶于奧氏體，淬火后形成富碳馬氏體，保證高硬度。鎢：元素，是提高回火穩(wěn)定性和熱硬性的一個主要元素，W與C形成W

40、C，可阻止A晶粒的長大，并增加鋼的耐磨性。鉻：主要使C曲線右移，即提高淬透性，同時提高回火穩(wěn)定性。釩：是提高熱硬性的主要元素之一，VC顆粒細(xì)小，分布均勻，硬度很高，HRC8385，使高速鋼具有優(yōu)良的耐磨性。W18Cr4V的熱處理工藝見P107，原理及方法略。硬質(zhì)合金，將一些難熔的碳化物粉末（WC，TiC）和膠結(jié)物質(zhì)如（鈷、鎳等）混合再加壓成型，再經(jīng)燒結(jié)而成為一種合金。HRA8791，熱硬性好可大于1000，切削速比高速鋼提高47倍，壽命提高580倍。模具鋼冷沖模Cv12、Cv12W、Cr12MoVC：22.3 1.451.70Cr Cv高硬度，提高淬透性和回火穩(wěn)定性，產(chǎn)生二次硬化殘，殘A析出碳

41、化和轉(zhuǎn)油為M結(jié)果。鉬 Mo 增加淬透性和韌性釩 V 細(xì)化晶粒，提高韌性、耐磨性和回火穩(wěn)定性熱模具鋼5CrMnMo 5CrNiMo 含碳0.50.6高強度，高韌性，400600下強韌性，抗熱疲勞龜裂現(xiàn)象，大規(guī)模的淬透性C0.5左右，太高使ak和導(dǎo)熱性降低Cr提高淬透性，并提高回火穩(wěn)定性，其碳化物提高耐磨性，425以下有熱硬性，鎳Ni 提高淬透性（C曲線右移），并顯著提高強度和韌性錳Mn 提高淬透性和強度鉬Mo 增加淬透性及回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，減少回火脆性，并提高熱硬性特殊鋼一、不銹鋼l 1CrB 含碳0.15，淬火回火，回火索氏體l 2CrB 含碳0.161.24，淬火回火，回火索氏體l 3CrB 含碳0.250.34，淬火回火，馬氏體l 4CrB 含碳0.350.45，淬火回火，馬氏體二、抗磨鋼ZctMnB，等含碳>1.0，含錳1310001100，碳化物能全部溶到A中，淬水冷卻，碳化物析不出，形成單-A，HB180220，沖擊下HB450550耐磨，必須全部獲得全部A組織，才表現(xiàn)最良好的韌性和抗磨性，但必須是沖擊使用狀態(tài)，表面硬化現(xiàn)象。合金元素在鋼中的作用一、 合金元素對鋼的強度、硬度、沖擊強度的影響。合金元素在鋼中，以原子固溶體狀態(tài)（A、F、M）引起晶格變形強化，主要發(fā)生在弱碳化元素Mn、Cr、Mo