第1篇金屬材料的基本知識(shí)

1、金屬工藝學(xué)緒緒 論論第一篇第一篇 金屬材料的基本知識(shí)金屬材料的基本知識(shí)第二篇第二篇 鑄造鑄造 第三篇第三篇 壓力加工壓力加工 第四篇第四篇 焊接焊接 補(bǔ)充篇補(bǔ)充篇 非金屬材料結(jié)構(gòu)及成形非金屬材料結(jié)構(gòu)及成形 第五篇第五篇 切削加工切削加工 （下冊）（下冊）使用教材 鄧文英主編，金屬工藝學(xué)，上、下冊，高鄧文英主編，金屬工藝學(xué)，上、下冊，高等教育出版社，等教育出版社，2000.72000.7主要參考教材 1.王運(yùn)炎、朱王運(yùn)炎、朱 莉，機(jī)械工程材料，機(jī)械工莉，機(jī)械工程材料，機(jī)械工業(yè)出版社，第業(yè)出版社，第3 3版版,2009.8,2009.8 2. 2.呂廣庶、張遠(yuǎn)明主編，工程材料及成形技呂廣庶、張遠(yuǎn)明

2、主編，工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，2001.92001.9 緒 論 金屬工藝學(xué)是一門研究有金屬工藝學(xué)是一門研究有關(guān)金屬加工工藝方法的綜合性關(guān)金屬加工工藝方法的綜合性技術(shù)科學(xué)。技術(shù)科學(xué)。 我國在商代就大量使用青銅我國在商代就大量使用青銅器，當(dāng)時(shí)青銅冶煉和鑄造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)精湛。器，當(dāng)時(shí)青銅冶煉和鑄造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)精湛。 在春秋末期我國就出現(xiàn)了鐵器，也比歐洲早在春秋末期我國就出現(xiàn)了鐵器，也比歐洲早一千八百多年左右。一千八百多年左右。 解放后，我國在金屬材料、非金屬材料及其解放后，我國在金屬材料、非金屬材料及其加工技術(shù)方面有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，推動(dòng)了加工技術(shù)方面有了突飛

3、猛進(jìn)的發(fā)展，推動(dòng)了我國機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展我國機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展 將金屬材料加工成機(jī)械零件時(shí)機(jī)械制造的基本過程將金屬材料加工成機(jī)械零件時(shí)機(jī)械制造的基本過程 本課程將介紹金屬的熱加工（包括鑄造、塑性加工、本課程將介紹金屬的熱加工（包括鑄造、塑性加工、焊接、熱處理）和冷加工（車、鉗、銑、刨、磨、焊接、熱處理）和冷加工（車、鉗、銑、刨、磨、鉆、鏜等工藝及裝備）；根據(jù)市場實(shí)踐的需要，還鉆、鏜等工藝及裝備）；根據(jù)市場實(shí)踐的需要，還補(bǔ)充非金屬材料及其加工工藝補(bǔ)充非金屬材料及其加工工藝第一篇 金屬材料的基本知識(shí)第一章第一章 金屬的性能金屬的性能第二章第二章 鐵碳合金鐵碳合金第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理第

4、四章第四章 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼第五章第五章 非鐵合金（有色金屬）非鐵合金（有色金屬）第一章第一章 金屬的性能金屬的性能金屬材料的性能包含使用性能和工藝性能。金屬材料的性能包含使用性能和工藝性能。 使用性能使用性能是指金屬材料在使用條件下所表是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能，它包括物理性能、化學(xué)性現(xiàn)出來的性能，它包括物理性能、化學(xué)性能和機(jī)械（力學(xué)）性能等；能和機(jī)械（力學(xué)）性能等； 工藝性能工藝性能是指金屬材料在制造過程中適應(yīng)是指金屬材料在制造過程中適應(yīng)加工的性能，如鑄造性能、鍛造性能、焊加工的性能，如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能以及切削加工性能等接性能以及切削加工性能等 。第一節(jié)第一節(jié) 金

5、屬的力學(xué)性能金屬的力學(xué)性能 金屬材料在外力（載荷）作用下所表現(xiàn)出來的金屬材料在外力（載荷）作用下所表現(xiàn)出來的性能，稱為性能，稱為力學(xué)性能力學(xué)性能，或，或機(jī)械性能機(jī)械性能（mechanical property)。力學(xué)性能主要有。力學(xué)性能主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度可分為屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）、抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度可分為屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）、抗拉強(qiáng)度(強(qiáng)度極限）等。強(qiáng)度極限）等。1.強(qiáng)度強(qiáng)度（1）屈服強(qiáng)度）屈服強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下開始產(chǎn)生明屈服強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的最小應(yīng)力，也叫

6、顯塑性變形時(shí)的最小應(yīng)力，也叫屈服極限屈服極限。ss0FA（2）抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是金屬材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度是金屬材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力，故又稱故又稱強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限。bb0FA2、塑性、塑性 金屬材料的塑性通常用伸長率金屬材料的塑性通常用伸長率和斷面收縮率和斷面收縮率 來表示來表示 。（1）伸長率）伸長率(延伸率）延伸率） 伸長率是試樣拉斷后標(biāo)距增長量與原始標(biāo)距長度伸長率是試樣拉斷后標(biāo)距增長量與原始標(biāo)距長度的百分比。在斷裂時(shí)的伸長率叫延伸率。的百分比。在斷裂時(shí)的伸長率叫延伸率。 %100001lll2斷面收縮率斷面收縮率 斷面收縮率是指試樣拉斷前后斷面處橫截面面斷面

7、收縮率是指試樣拉斷前后斷面處橫截面面積的相對收縮值。積的相對收縮值。 %100010AAA 二、硬度二、硬度常用的有布氏硬度（常用的有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（和維氏硬度（HV）等。）等。1布氏硬度布氏硬度采用硬質(zhì)合金鋼球壓入被測材料若干秒后卸載，采用硬質(zhì)合金鋼球壓入被測材料若干秒后卸載，量取壓痕直徑量取壓痕直徑d d，按照，按照d d 值大小查專門的表格，值大小查專門的表格，求得求得HBHB值。值。分為分為HBSHBS和和HBWHBW兩種：兩種：傳統(tǒng)布氏硬度（傳統(tǒng)布氏硬度（HBSHBS） 鋼球直徑鋼球直徑10mm10mm，載荷為，載荷為30000N30000

8、N，適用于，適用于450HBS450HBS以下的灰鑄鐵、軟鋼和以下的灰鑄鐵、軟鋼和有色金屬。有色金屬。新型布氏硬度（新型布氏硬度（HBWHBW） 加大加大鋼球直徑和壓下載鋼球直徑和壓下載荷，適用于荷，適用于650HBS650HBS以下的以下的淬火鋼。淬火鋼。布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)2 2洛氏硬度洛氏硬度采用金剛石圓錐體、或淬火鋼球采用金剛石圓錐體、或淬火鋼球, ,以一種下壓力的以一種下壓力的力，使之力，使之緊密接觸緊密接觸，下壓下壓h h0 0；然后再壓入主載荷，然后再壓入主載荷，如如500N500N，保持?jǐn)?shù)秒后卸載，以殘余壓痕深

9、度計(jì)算硬，保持?jǐn)?shù)秒后卸載，以殘余壓痕深度計(jì)算硬度值（實(shí)際上可由指針直接指示出度值（實(shí)際上可由指針直接指示出HRHR值）。值）。 主載荷載荷壓頭壓頭500N 900N1400N鉆石錐鉆石錐HRAHRC3.18mm3.18mm1.58mm1.58mmHRB實(shí)際是用一個(gè)頂角為實(shí)際是用一個(gè)頂角為120120度的金剛石圓錐體度的金剛石圓錐體( (鉆鉆石錐），或直徑為石錐），或直徑為1.58mm1.58mm或或3.18mm3.18mm的鋼球；采的鋼球；采用三種下壓載荷：用三種下壓載荷：50Kg50Kg、或、或90Kg90Kg、或、或140Kg140Kg三三種壓頭：組成種壓頭：組成9 9個(gè)標(biāo)尺：個(gè)標(biāo)尺：A

10、A、B B、k k HRA HRA 是采用是采用50Kg50Kg載荷將鉆石錐壓入，求的硬度，載荷將鉆石錐壓入，求的硬度，用于硬度極高的材料。例如：硬質(zhì)合金。用于硬度極高的材料。例如：硬質(zhì)合金。 HRB HRB 是采用是采用90Kg90Kg載荷和直徑載荷和直徑1.58mm1.58mm淬硬的鋼球求淬硬的鋼球求得的硬度，用于硬度較低的材料。例如：退火鋼、得的硬度，用于硬度較低的材料。例如：退火鋼、鑄鐵等。鑄鐵等。 HRC HRC 是采用是采用140Kg140Kg載荷和鉆石錐壓入，求得的硬度，載荷和鉆石錐壓入，求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：淬火鋼用于硬度很高的材料。例如：淬火鋼等等 l洛氏硬度

11、的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：簡便、迅速、簡便、迅速、壓痕小，不損害零件壓痕小，不損害零件l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：所測得數(shù)據(jù)重復(fù)性差，需所測得數(shù)據(jù)重復(fù)性差，需多做幾點(diǎn)，取均值。多做幾點(diǎn)，取均值。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕3. 維氏硬度的測試原理維氏硬度的測試原理 維氏硬度試驗(yàn)是將相對面夾角為維氏硬度試驗(yàn)是將相對面夾角為1360的四棱錐體金剛的四棱錐體金剛石作壓頭，以石作壓頭，以選定的試驗(yàn)力選定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測量壓痕對角線的長度來計(jì)持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測量壓痕對角線的長度來計(jì)算硬度。算硬度。 三、韌性三、韌性(

12、notch toughness ) 金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫韌金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫韌性，也叫沖擊韌性。性，也叫沖擊韌性。 試驗(yàn)原理：試驗(yàn)原理：沖擊試驗(yàn)是在擺錘式?jīng)_沖擊試驗(yàn)是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。0KkS 沖擊韌度（沖擊韌度（J/cmJ/cm2 2) )A AK K沖擊功（沖擊功（J J）A k = m g h1 m g h2 (J)S-S-試件缺口處的截面面積（試件缺口處的截面面積（cmcm2 2) )kKkS四、疲勞強(qiáng)度四、疲勞強(qiáng)度( fatigue strength ) 當(dāng)金屬材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而沒當(dāng)金屬材料在無數(shù)次

13、重復(fù)或交變載荷作用下而沒引起斷裂的引起斷裂的最大應(yīng)力最大應(yīng)力，叫疲勞強(qiáng)度，叫疲勞強(qiáng)度交變應(yīng)力；交變應(yīng)力； N N循環(huán)次數(shù)。循環(huán)次數(shù)。無數(shù)次重復(fù)，定義為無數(shù)次重復(fù)，定義為107次。次。-1-1表示按正弦變化表示按正弦變化的對稱循環(huán)應(yīng)力的疲勞的對稱循環(huán)應(yīng)力的疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度疲勞斷口疲勞斷口提高韌性的措施：通過改善材料形狀結(jié)構(gòu)，減少表提高韌性的措施：通過改善材料形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力提高材料疲勞抗力. .軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片疲勞輝紋（掃描電鏡照片）第二節(jié)第二節(jié) 金屬的物理、化學(xué)性能

14、與工藝性能金屬的物理、化學(xué)性能與工藝性能 金屬的物理性能主要包括密度、熔點(diǎn)、熱膨金屬的物理性能主要包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和磁性等。脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和磁性等。一、金屬的物理性能一、金屬的物理性能 密度密度 一般將密度小于一般將密度小于5kg/dm3的金屬稱為輕金屬，密度的金屬稱為輕金屬，密度大于大于5kg/dm3的金屬稱為重金屬。的金屬稱為重金屬。VM2熔點(diǎn)熔點(diǎn) 金屬和合金熔化時(shí)所需要的溫度稱為熔點(diǎn)。金屬和合金熔化時(shí)所需要的溫度稱為熔點(diǎn)。純金屬都有固定的熔點(diǎn)，合金的熔點(diǎn)取決純金屬都有固定的熔點(diǎn)，合金的熔點(diǎn)取決于它的化學(xué)成分。于它的化學(xué)成分。3熱膨脹性熱膨脹性 金屬材料隨溫度

15、變化而體積發(fā)生膨脹或收金屬材料隨溫度變化而體積發(fā)生膨脹或收縮的特性稱為熱膨脹性?？s的特性稱為熱膨脹性。tllla112l4 4導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 金屬材料傳遞熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。金屬的金屬材料傳遞熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。金屬的熱導(dǎo)率越大，它的導(dǎo)熱性就越好。熱導(dǎo)率越大，它的導(dǎo)熱性就越好。 5 5導(dǎo)電性導(dǎo)電性 金屬材料傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性。電阻率金屬材料傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性。電阻率是表示材料導(dǎo)電能力的性能指標(biāo)。是表示材料導(dǎo)電能力的性能指標(biāo)。 磁性磁性 金屬材料在磁場中受到磁化的性能稱為磁性。金屬材料在磁場中受到磁化的性能稱為磁性。二、金屬的化學(xué)性能二、金屬的化學(xué)性能 主要的化學(xué)性能有；耐腐蝕性、

16、抗氧化性和化主要的化學(xué)性能有；耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性學(xué)穩(wěn)定性 耐腐蝕性耐腐蝕性 金屬材料在常溫下抵抗氧氣、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)金屬材料在常溫下抵抗氧氣、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱為耐腐蝕性腐蝕破壞作用的能力稱為耐腐蝕性 。2. 2. 抗氧化性抗氧化性 金屬材料在加熱時(shí)阻止氧化作用的能力稱為抗氧化性。金屬材料在加熱時(shí)阻止氧化作用的能力稱為抗氧化性。金屬的氧化性隨溫度的升高而增加金屬的氧化性隨溫度的升高而增加 。 化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱?；瘜W(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性。金屬

17、材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性。三三. .金屬的工藝性能金屬的工藝性能1、鑄造性、鑄造性鑄造性就是金屬熔化成液態(tài)后，在鑄造成型時(shí)所具有的一鑄造性就是金屬熔化成液態(tài)后，在鑄造成型時(shí)所具有的一種特性。種特性。 2、鍛壓性、鍛壓性 鍛壓性就是金屬材料在鍛造和沖壓過程中承受塑性變形的鍛壓性就是金屬材料在鍛造和沖壓過程中承受塑性變形的性能。性能。 3、焊接性、焊接性 焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成滿足設(shè)計(jì)要求焊接性是指材料在限定的施工條件下焊接成滿足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定壽命要求的能力。的構(gòu)件，并滿足預(yù)定壽命要求的能力。4、切削加工性、切削加工性 金屬材料的切削加工性是指金屬切削加工的

18、難易程度。金屬材料的切削加工性是指金屬切削加工的難易程度。第二章第二章 鐵碳合金鐵碳合金第一節(jié)第一節(jié) 純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶結(jié)構(gòu)純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶結(jié)構(gòu) 一一. .金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶金屬由液態(tài)金屬由液態(tài)固態(tài)（溫度的下降）固態(tài)（溫度的下降）原子無序排列原子無序排列規(guī)則排列規(guī)則排列, ,生成晶體生成晶體, ,稱為結(jié)晶。稱為結(jié)晶。因此固態(tài)金屬是晶體！（因此固態(tài)金屬是晶體?。ㄅ袛囝}判斷題） 純金屬的結(jié)晶過程：純金屬的結(jié)晶過程： 隨著溫度降低，存在一隨著溫度降低，存在一理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度和和實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度，兩者之差稱為兩者之差稱為過冷度；過冷度；由于結(jié)晶過程中有潛熱放出，由于

19、結(jié)晶過程中有潛熱放出，使溫度不在下降，故出現(xiàn)水平段使溫度不在下降，故出現(xiàn)水平段 結(jié)晶過程結(jié)晶過程：生核：生核按一定的規(guī)則排列，聚集、按一定的規(guī)則排列，聚集、呈樹枝狀長大，直到與鄰近晶體互相接觸（接觸處呈樹枝狀長大，直到與鄰近晶體互相接觸（接觸處稱為晶界），長大就停止了。稱為晶界），長大就停止了。由此可見，實(shí)際金屬是多晶體。各晶粒內(nèi)部原子排由此可見，實(shí)際金屬是多晶體。各晶粒內(nèi)部原子排列位向不同。列位向不同。晶粒大小（晶粒度）對金屬力學(xué)性能的影響：晶粒晶粒大?。ňЯ６龋饘倭W(xué)性能的影響：晶粒愈細(xì)，其強(qiáng)度和硬度愈高，塑性和韌性愈好。愈細(xì)，其強(qiáng)度和硬度愈高，塑性和韌性愈好。要使晶粒細(xì)化，關(guān)鍵在于提

20、高結(jié)晶時(shí)生核的數(shù)量，要使晶粒細(xì)化，關(guān)鍵在于提高結(jié)晶時(shí)生核的數(shù)量，（1 1）鑄造時(shí)）鑄造時(shí), ,一是力求提高冷卻的速度，增加生核一是力求提高冷卻的速度，增加生核數(shù)量；二是澆注前，加變質(zhì)劑（孕育劑），增加外數(shù)量；二是澆注前，加變質(zhì)劑（孕育劑），增加外來生核的原子。來生核的原子。 （2 2）采用塑性加工或熱處理方法細(xì)化晶粒。）采用塑性加工或熱處理方法細(xì)化晶粒。二二. .金屬的晶粒結(jié)構(gòu)金屬的晶粒結(jié)構(gòu)晶格：用一些假想的直線將各質(zhì)點(diǎn)中心連接起來，晶格：用一些假想的直線將各質(zhì)點(diǎn)中心連接起來，形成一個(gè)空間格子，稱為晶格形成一個(gè)空間格子，稱為晶格 晶胞：從晶格中選取一個(gè)能反映晶粒排列特點(diǎn)的最晶胞：從晶格中選取一

21、個(gè)能反映晶粒排列特點(diǎn)的最小幾何單元稱為晶胞小幾何單元稱為晶胞 u金屬晶格的類型金屬晶格的類型 體心立方晶格（體心立方晶格（b.c.cb.c.c) ) -Fe、-Ti、Cr、W、V 、Mo 面心立方晶格（面心立方晶格（f.c.cf.c.c) )AlAl、NiNi、CuCu、-Fe-Fe 密排六方晶格（密排六方晶格（f.c.pf.c.p) )-Ti、-Co、Be、Mg、Zn、Cd常見的晶格類型主要有常見的晶格類型主要有 晶格、晶格、 晶格和晶格和 晶格三種。晶格三種。 總總結(jié)結(jié)三三. .純鐵的同素異純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變晶轉(zhuǎn)變同素異晶（構(gòu)）轉(zhuǎn)變：同素異晶（構(gòu)）轉(zhuǎn)變：隨著溫度的改變，固隨著溫度的改變，固

22、態(tài)金屬的晶格也隨之態(tài)金屬的晶格也隨之改變。改變。大部分金屬在溫度下降大部分金屬在溫度下降時(shí)，晶格保持不變；時(shí)，晶格保持不變；但鐵及錫、鈦、錳等但鐵及錫、鈦、錳等在結(jié)晶之后，隨著溫在結(jié)晶之后，隨著溫度的不同呈現(xiàn)不同的度的不同呈現(xiàn)不同的晶格。晶格。體心立方體心立方體心立方體心立方面心立方面心立方 同素異晶轉(zhuǎn)變也是原子的重新排列，廣義上也是同素異晶轉(zhuǎn)變也是原子的重新排列，廣義上也是結(jié)晶過程，它也遵循生核、長大的規(guī)律，轉(zhuǎn)變時(shí)結(jié)晶過程，它也遵循生核、長大的規(guī)律，轉(zhuǎn)變時(shí)也有過冷度，也產(chǎn)生結(jié)晶熱效應(yīng)等。也有過冷度，也產(chǎn)生結(jié)晶熱效應(yīng)等。 為了區(qū)分起見，開始由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶叫初次為了區(qū)分起見，開始由液態(tài)到固態(tài)

23、的結(jié)晶叫初次結(jié)晶，以后的同素異晶轉(zhuǎn)變稱之為二次結(jié)晶或重結(jié)晶，以后的同素異晶轉(zhuǎn)變稱之為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。結(jié)晶。 同素異晶轉(zhuǎn)變時(shí)，同素異晶轉(zhuǎn)變時(shí)，原子排列密度原子排列密度也隨之改變，當(dāng)也隨之改變，當(dāng)然體積也回隨之改變。如，然體積也回隨之改變。如，體心立方的鐵體心立方的鐵-Fe-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎降蔫F面心立方的鐵-Fe-Fe，伴隨著體，伴隨著體積的收縮，體積的收縮會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為組織積的收縮，體積的收縮會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為組織應(yīng)力。應(yīng)力。第二節(jié)第二節(jié) 鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織 合金：兩種和兩種以上的金屬元素，或金屬與非合金：兩種和兩種以上的金屬元素，或金屬與非金屬元素溶合在一起，構(gòu)

24、成具有金屬特征的物質(zhì)。金屬元素溶合在一起，構(gòu)成具有金屬特征的物質(zhì)。 組元：組成合金的元素，組元：組成合金的元素， 相：相：具有相同化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能的具有相同化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能的均勻組成部分。均勻組成部分。 組織：金屬或合金內(nèi)部涉及晶體或晶粒的大小、組織：金屬或合金內(nèi)部涉及晶體或晶粒的大小、方向、形狀及排列狀況等組織關(guān)系的構(gòu)造情況。方向、形狀及排列狀況等組織關(guān)系的構(gòu)造情況。 一一. .固溶體固溶體合金在固態(tài)下合金在固態(tài)下, ,一些元素進(jìn)入某一組元的晶格中，一些元素進(jìn)入某一組元的晶格中，不改變其晶體結(jié)構(gòu)而形成的均勻晶體相，稱為不改變其晶體結(jié)構(gòu)而形成的均勻晶體相，稱為固溶體。固

25、溶體。 溶劑：與固溶體晶格相同的組成元素稱為溶劑，溶劑：與固溶體晶格相同的組成元素稱為溶劑，在固溶體中一般都占有較大的含量；在固溶體中一般都占有較大的含量； 溶質(zhì)：其它的組成元素稱為溶質(zhì)，其含量與溶溶質(zhì)：其它的組成元素稱為溶質(zhì)，其含量與溶劑相比較少劑相比較少例如，一部分碳原子溶解于鐵的晶格內(nèi)，形成合例如，一部分碳原子溶解于鐵的晶格內(nèi)，形成合金；其中鐵是溶劑，碳是溶質(zhì)，合金的結(jié)構(gòu)仍金；其中鐵是溶劑，碳是溶質(zhì)，合金的結(jié)構(gòu)仍保持鐵的原有的結(jié)構(gòu)類型。保持鐵的原有的結(jié)構(gòu)類型。固溶體是均勻的固態(tài)組織，溶質(zhì)原子即使用顯微固溶體是均勻的固態(tài)組織，溶質(zhì)原子即使用顯微鏡也無法區(qū)分；因此，鏡也無法區(qū)分；因此，固溶體

26、是單向組織固溶體是單向組織。置換固溶體置換固溶體: :當(dāng)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中替換一部分當(dāng)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中替換一部分溶劑原子，占據(jù)溶劑的某些節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，所形成溶劑原子，占據(jù)溶劑的某些節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，所形成的固溶體為置換固溶體的固溶體為置換固溶體間隙固溶體：當(dāng)溶質(zhì)原子在溶間隙固溶體：當(dāng)溶質(zhì)原子在溶 劑晶格中不占據(jù)溶劑的節(jié)點(diǎn)位置，劑晶格中不占據(jù)溶劑的節(jié)點(diǎn)位置， 而是嵌入各節(jié)點(diǎn)之間的空隙時(shí)，而是嵌入各節(jié)點(diǎn)之間的空隙時(shí)， 所形成的固溶體為間隙固溶體；所形成的固溶體為間隙固溶體； 條件是溶質(zhì)元素與溶劑元素的條件是溶質(zhì)元素與溶劑元素的 原子半徑比原子半徑比r r質(zhì)質(zhì)/r/r劑劑0.590.59。 鐵碳合金中

27、的固溶體就是碳溶入鐵的晶格中的間隙固鐵碳合金中的固溶體就是碳溶入鐵的晶格中的間隙固溶體溶體。碳的溶解度是有限的，叫有限固溶體。碳的溶解度是有限的，叫有限固溶體。 碳可溶入碳可溶入-Fe-Fe，-Fe-Fe和和-Fe-Fe，生成間隙固溶體。，生成間隙固溶體。 間隙固溶體有晶格畸變。間隙固溶體有晶格畸變。1 1、鐵素體、鐵素體碳溶入碳溶入-Fe-Fe中所形成的固溶體中所形成的固溶體, ,是有限固溶體，為體心立是有限固溶體，為體心立方晶格，用方晶格，用F F表示。表示。溶碳量：溶碳量：600600，0.0060.006 727727，0.0210.021 鐵素體的力學(xué)性能鐵素體的力學(xué)性能 與純鐵接近

28、，強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好；顯微組織與純鐵接近，強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好；顯微組織為明亮的多邊形。為明亮的多邊形。2 2、奧氏體、奧氏體 碳溶入碳溶入-Fe-Fe中所形成的固溶體中所形成的固溶體，是有限固溶體。面心立，是有限固溶體。面心立方晶格，用方晶格，用A A表示。表示。 溶碳能力較溶碳能力較F F要高得多要高得多，11481148，最大可達(dá)，最大可達(dá)2.112.11； 727727，最大可達(dá)，最大可達(dá)0.770.77 穩(wěn)定的奧氏體晶粒在穩(wěn)定的奧氏體晶粒在727727以上。以上。奧氏體力學(xué)性能奧氏體力學(xué)性能 與溶碳量有關(guān)，強(qiáng)度、硬度不高，塑性好；顯微組與溶碳量有關(guān)，強(qiáng)度、硬度不高，塑性

29、好；顯微組織為多邊形，但晶界較鐵素體平直，存在雙晶帶。織為多邊形，但晶界較鐵素體平直，存在雙晶帶。二二. . 化合物化合物金屬化合物：具有金屬性質(zhì)的均勻物質(zhì)，屬于單金屬化合物：具有金屬性質(zhì)的均勻物質(zhì)，屬于單相組織。相組織。 如鐵碳合金中的如鐵碳合金中的FeFe3 3C C滲碳體滲碳體, ,它硬而脆，可它硬而脆，可以劃破玻璃，塑性、韌性極差；是鋼鐵中的強(qiáng)化以劃破玻璃，塑性、韌性極差；是鋼鐵中的強(qiáng)化相；形態(tài)有片狀、球狀和網(wǎng)狀；滲碳體的數(shù)量形相；形態(tài)有片狀、球狀和網(wǎng)狀；滲碳體的數(shù)量形狀和分布對鋼的性能影響很大。狀和分布對鋼的性能影響很大。 鑄造時(shí)，滲碳體可能發(fā)生分解，產(chǎn)生石墨鑄造時(shí)，滲碳體可能發(fā)生分

30、解，產(chǎn)生石墨 FeFe3 3C 3Fe+CC 3Fe+C石墨石墨非金屬夾雜物：如非金屬夾雜物：如FeSFeS、MnSMnS不具備金屬的性能，不具備金屬的性能，屬非金屬夾雜物。屬非金屬夾雜物。三三. .機(jī)械混合物機(jī)械混合物由結(jié)晶過程所形成的由結(jié)晶過程所形成的兩相混合物兩相混合物。它可以是純金屬、。它可以是純金屬、固溶體和化合物各自的混合，是兩相或兩相以上固溶體和化合物各自的混合，是兩相或兩相以上組成的組成的多相組織多相組織，各相均保持其原有的晶格。其，各相均保持其原有的晶格。其性能介于各組成相之間，取決于各相的性能和比性能介于各組成相之間，取決于各相的性能和比例，還與各相的形狀、大小和分布相關(guān)。

31、例，還與各相的形狀、大小和分布相關(guān)。鐵碳合金中的混合物主要是珠光體和萊氏體鐵碳合金中的混合物主要是珠光體和萊氏體1.1.珠光體，用珠光體，用P P表示或表示或F+ F+ FeFe3 3C C， 即，鐵素體即，鐵素體+ +滲碳體滲碳體 含碳量：含碳量：0.770.77 性能：性能： 抗拉強(qiáng)度高抗拉強(qiáng)度高b b=750MPa=750MPa， 硬度較高，硬度較高，180HBS180HBS 有一定的塑性和韌性有一定的塑性和韌性 =20=202525，k k=30=3040J/cm40J/cm2 2。 呈片狀：白色是鐵素體，呈片狀：白色是鐵素體， 黑色是滲碳體黑色是滲碳體2.2.萊氏體萊氏體 高溫萊氏體

32、：在高溫萊氏體：在727727以上時(shí)，萊氏體屬于高溫組以上時(shí)，萊氏體屬于高溫組織，高溫萊氏體用織，高溫萊氏體用LdLd表示，或表示，或A+ FeA+ Fe3 3C C，即，奧氏，即，奧氏體體+ +滲碳體的機(jī)械混合物。滲碳體的機(jī)械混合物。 低溫萊氏體：在低溫萊氏體：在727727以下時(shí)，高溫萊氏體以下時(shí)，高溫萊氏體LdLd轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變低溫萊氏體低溫萊氏體Ld Ld ，低溫萊氏體，低溫萊氏體LdLd是是P+ FeP+ Fe3 3C C的的機(jī)械混合物。機(jī)械混合物。 含碳量：含碳量：4.34.3 性能：與滲碳體接近，極為硬脆性能：與滲碳體接近，極為硬脆第三節(jié)第三節(jié) 鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖L鐵碳合金狀

33、態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖 描述不同含碳量的鐵碳合金結(jié)晶過描述不同含碳量的鐵碳合金結(jié)晶過程圖；程圖； 實(shí)際是實(shí)際是Fe-FeFe-Fe3 3C C的狀態(tài)圖；的狀態(tài)圖； （FeFe3 3C C的含碳量為的含碳量為6.696.69） 是研究不同含碳量的鋼和鑄鐵在是研究不同含碳量的鋼和鑄鐵在不同溫度下組織變化規(guī)律的重要工具。不同溫度下組織變化規(guī)律的重要工具。繪制過程：繪制過程：配制各種成分的合金配制各種成分的合金分別加熱到熔點(diǎn)分別加熱到熔點(diǎn)緩慢冷卻緩慢冷卻找出冷卻曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)找出冷卻曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（臨界點(diǎn)）（臨界點(diǎn)）把各種合金的把各種合金的性質(zhì)相同的各臨界點(diǎn)連接起來。性質(zhì)相同的各臨界點(diǎn)連接起來。一一. .鐵碳

34、合金狀態(tài)圖的分析鐵碳合金狀態(tài)圖的分析基本相：液相（基本相：液相（L L），奧氏體相（），奧氏體相（A A），鐵素體相），鐵素體相（F F）, ,滲碳體相滲碳體相( (FeFe3 3C C) )特征點(diǎn)特征點(diǎn)小 特征線及各區(qū)域的組織狀態(tài)特征線及各區(qū)域的組織狀態(tài) 特征線：連接各特征點(diǎn)的線特征線：連接各特征點(diǎn)的線 (記住幾個(gè)重點(diǎn)特征線）記住幾個(gè)重點(diǎn)特征線）（1 1）ACDACD線線液相線液相線，以上是液態(tài)合金相（，以上是液態(tài)合金相（L L）；）；（2 2）AECFAECF線線固相線固相線，ECFECF線線11481148，表示冷卻到此線溫度表示冷卻到此線溫度后全部變?yōu)楣虘B(tài)后全部變?yōu)楣虘B(tài) ACEACE區(qū)

35、：區(qū)：L+AL+A CDF CDF區(qū)：區(qū)：L+ L+ FeFe3 3C C , , FeFe3 3C C1 1為一次滲碳體為一次滲碳體 如果碳含量在如果碳含量在C C點(diǎn)，高于點(diǎn)，高于11481148為為L L，在，在C C點(diǎn)低于此溫度產(chǎn)生共點(diǎn)低于此溫度產(chǎn)生共晶反應(yīng)，生成萊氏體晶反應(yīng)，生成萊氏體LdLd（A+ FeA+ Fe3 3C C) ) 11481148 LLd LLd（A+ FeA+ Fe3 3C C) ) 低于低于727727時(shí)，時(shí)，LdLdLdLd（P+FeP+Fe3 3C C) )，低溫萊氏體，低溫萊氏體（3 3）ECFECF線為共晶線線為共晶線，此線含碳量在，此線含碳量在2.11

36、2.116.696.69之間，這之間，這段鐵碳合金稱為鑄鐵。鑄鐵都含有不同量的萊氏體段鐵碳合金稱為鑄鐵。鑄鐵都含有不同量的萊氏體（4 4）GSGS線（線（A A3 3線）線）是析出是析出F F的線，是的線，是-Fe-Fe向向 -Fe-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變的結(jié)果。同素異晶轉(zhuǎn)變的結(jié)果。（5 5）ESES線（線（A Acmcm 線）線）是冷卻時(shí)從奧氏體析出滲碳是冷卻時(shí)從奧氏體析出滲碳體的開始線。體的開始線。（6 6）PSKPSK線為共析線線為共析線(A(A1 1線，線，727727）如果碳含量在如果碳含量在S S點(diǎn)，點(diǎn)，（含碳量在（含碳量在0.770.77），高于，高于727727為為A A，低于此溫度

37、產(chǎn)生共析反應(yīng)，生成珠光體，低于此溫度產(chǎn)生共析反應(yīng)，生成珠光體P P（鐵（鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物），素體和滲碳體的機(jī)械混合物），（）稱稱S S點(diǎn)位共析點(diǎn)位共析點(diǎn)，點(diǎn)，即，即， A PA P（F+F+FeFe3 3C C) )在在S S點(diǎn)，由奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；除點(diǎn)，由奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；除S S點(diǎn)之外，其點(diǎn)之外，其它含量僅是一定含量的珠光體。它含量僅是一定含量的珠光體。分別為（分別為（F+PF+P）和（）和（P+P+FeFe3 3C C）兩個(gè)區(qū)域）兩個(gè)區(qū)域 在鑄鐵段（含碳量大于在鑄鐵段（含碳量大于2.112.11），低于），低于727727時(shí)，時(shí)， Ld LdLd Ld（Z+FeZ+

38、Fe3 3C C) )，低溫萊氏體，低溫萊氏體（7 7）PQPQ線線鐵素體冷卻到此線，將以鐵素體冷卻到此線，將以FeFe3 3C C形式析形式析出過飽和的碳，稱之為出過飽和的碳，稱之為FeFe3 3C C，由于三次滲碳體的，由于三次滲碳體的數(shù)量很少，對鋼的機(jī)械性能影響不大。數(shù)量很少，對鋼的機(jī)械性能影響不大。鐵碳合金的分類：鐵碳合金的分類：（1 1）鋼）鋼含碳量小于含碳量小于2.112.11，按照室溫組織又分為三類：，按照室溫組織又分為三類： 亞共析鋼亞共析鋼含碳量含碳量0.770.77 共析鋼共析鋼含碳量含碳量=0.77=0.77 過共析鋼過共析鋼0.770.77 含碳量含碳量 2.11 2.

39、11（2 2）鑄鐵）鑄鐵含碳量在含碳量在2.112.116.696.69的鐵碳合金，按照室溫組的鐵碳合金，按照室溫組織又分為三類：織又分為三類： 亞共晶鑄鐵亞共晶鑄鐵含碳量含碳量4.34.3 共晶鑄鐵共晶鑄鐵含碳量含碳量=4.3=4.3 過共晶鑄鐵過共晶鑄鐵4.34.3 含碳量含碳量6.696.69二二. .鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變1 1、共析鋼、共析鋼對應(yīng)于合金成分對應(yīng)于合金成分 （共析反應(yīng)）（共析反應(yīng)）L L+A A PL L+A A P金相照片見大圖金相照片見大圖；結(jié)晶過程示意圖見結(jié)晶過程示意圖見2 2、亞共析鋼、亞共析鋼對應(yīng)于合金成分對應(yīng)于合金成分 （共析反應(yīng)）

40、（共析反應(yīng)）LL+AAA+FP+FLL+AAA+FP+F（）達(dá)到達(dá)到3 3點(diǎn)以后，隨著鐵素體的析出，點(diǎn)以后，隨著鐵素體的析出，使剩余奧氏體的含碳量沿使剩余奧氏體的含碳量沿GSGS線增線增加至加至S S點(diǎn)，而后隨著溫度的下降，點(diǎn)，而后隨著溫度的下降，剩余奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。剩余奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。 結(jié)晶過程示意圖見結(jié)晶過程示意圖見黑色為珠光體，白色為鐵素體黑色為珠光體，白色為鐵素體3 3、過共析鋼、過共析鋼對應(yīng)于合金成分對應(yīng)于合金成分 （共析反應(yīng)）（共析反應(yīng)）L L+A A A+L L+A A A+（FeFe3 3C C） P+P+FeFe3 3C C 達(dá)到達(dá)到3 3點(diǎn)以后，隨著滲碳體點(diǎn)

41、以后，隨著滲碳體（FeFe3 3C C）的析出，的析出，使剩余奧氏體使剩余奧氏體的含碳量沿的含碳量沿ESES線降低至線降低至S S點(diǎn)，而后點(diǎn)，而后隨著溫度的下降，剩余奧氏體全隨著溫度的下降，剩余奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。結(jié)晶過程示意圖部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。結(jié)晶過程示意圖黑色為珠光體，白色網(wǎng)狀為二次滲碳體黑色為珠光體，白色網(wǎng)狀為二次滲碳體結(jié)合鐵碳合金狀態(tài)圖，說明含碳量在結(jié)合鐵碳合金狀態(tài)圖，說明含碳量在0.770.77冷卻冷卻時(shí)組織變化情況。時(shí)組織變化情況。三三. .鐵碳合金狀態(tài)圖中的鑄鐵部分鐵碳合金狀態(tài)圖中的鑄鐵部分含碳量在含碳量在2.112.116.696.69的部分。的部分。鑄鐵中都含有相當(dāng)比例的萊

42、氏體，它性能硬脆，難鑄鐵中都含有相當(dāng)比例的萊氏體，它性能硬脆，難以機(jī)械加工，是鑄鐵中的以機(jī)械加工，是鑄鐵中的白口鐵白口鐵，機(jī)械制造中極，機(jī)械制造中極少使用。少使用。機(jī)械制造中應(yīng)用最廣的是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣的是灰口鐵灰口鐵，其中的碳是以石，其中的碳是以石墨狀態(tài)存在，而不是以滲碳體狀態(tài)存在。墨狀態(tài)存在，而不是以滲碳體狀態(tài)存在。共晶白口鐵共晶白口鐵WcWc =4.3% =4.3% 亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵WcWc =2.11 =2.114.34.3過共晶白口鐵過共晶白口鐵 WcWc = =.3.36.696.69第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理引言引言熱處理的概念熱處理的概念 將將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)

43、的方式進(jìn)行固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫加熱、保溫和和冷冷卻卻以獲得所需組織與性能的工藝。以獲得所需組織與性能的工藝。 只改變組織和性能，只改變組織和性能，不改變形狀和尺寸。不改變形狀和尺寸。熱處理的目的熱處理的目的（1 1）提高鋼的力學(xué)性能）提高鋼的力學(xué)性能 提高零件的強(qiáng)度、硬度、提高零件的強(qiáng)度、硬度、 韌性和彈性等韌性和彈性等（2 2）改善鋼的工藝性能）改善鋼的工藝性能用途廣泛用途廣泛 機(jī)械制造中，熱處理零件占機(jī)械制造中，熱處理零件占60607070 汽車、拖拉機(jī)汽車、拖拉機(jī)中，熱處理零件占中，熱處理零件占7070 8080分類分類兩大類兩大類 （1 1）普通熱處理）普通熱處理 退火

44、、正火、淬火、回火等退火、正火、淬火、回火等 （2 2）表面熱處理）表面熱處理 表面淬火和化學(xué)熱處理（涂表面淬火和化學(xué)熱處理（涂碳、氧化等）碳、氧化等）第一節(jié)第一節(jié) 鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變由于有過熱與過冷由于有過熱與過冷問題操作中采用實(shí)際問題操作中采用實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度：轉(zhuǎn)變溫度：AcAc3 3、AcAccmcm、AcAc1 1ArAr3 3、ArArcmcm、ArAr1 1加熱溫度和加熱時(shí)間對加熱溫度和加熱時(shí)間對晶粒度的影響晶粒度的影響二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變由于冷卻到由于冷卻到A A1 1溫度以下，過冷

45、奧氏體會(huì)形成多種溫度以下，過冷奧氏體會(huì)形成多種組織，而實(shí)際的冷卻不是緩慢的，而是連續(xù)的，組織，而實(shí)際的冷卻不是緩慢的，而是連續(xù)的，要想得到連續(xù)冷卻時(shí)每一時(shí)刻的組織轉(zhuǎn)變，組織要想得到連續(xù)冷卻時(shí)每一時(shí)刻的組織轉(zhuǎn)變，組織轉(zhuǎn)變量（）同時(shí)受到時(shí)間和溫度的影響，得到轉(zhuǎn)變量（）同時(shí)受到時(shí)間和溫度的影響，得到“連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線”是很困難的。故我們用是很困難的。故我們用“等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線”近似分析連續(xù)冷卻問題。近似分析連續(xù)冷卻問題。等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線將奧氏體的鋼迅速冷卻到將奧氏體的鋼迅速冷卻到A A1 1以以下的某一溫度進(jìn)行保溫，待下的某一溫度進(jìn)行保溫，待組織轉(zhuǎn)變完成后組織轉(zhuǎn)變完成

46、后，測，測試它的組織狀態(tài)；經(jīng)過在不同溫度下不同冷卻速試它的組織狀態(tài)；經(jīng)過在不同溫度下不同冷卻速度下的多次測試，繪成等溫轉(zhuǎn)變曲線度下的多次測試，繪成等溫轉(zhuǎn)變曲線C C曲線。曲線。 某一溫度時(shí)，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的曲線某一溫度時(shí)，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的曲線 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖共析鋼在不同溫度下（不同過冷度）轉(zhuǎn)變曲線共析鋼在不同溫度下（不同過冷度）轉(zhuǎn)變曲線C C曲線的幾個(gè)區(qū)域：曲線的幾個(gè)區(qū)域： 穩(wěn)定奧氏體區(qū)（穩(wěn)定奧氏體區(qū)（A A1 1以上）以上） 過冷奧氏體區(qū)（過冷奧氏體區(qū)（A A1 1以下）以下） A PA P組織共存區(qū)組織共存區(qū) 過冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)

47、，過冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)，它又分為：它又分為：（1 1）珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)）珠光體轉(zhuǎn)變區(qū) 形成于形成于ArAr1 1550550高溫區(qū)，高溫區(qū)，是是F+FeF+Fe3 3C C的片狀的片狀機(jī)械混合物機(jī)械混合物；依照其粗細(xì)又可分為：；依照其粗細(xì)又可分為：1 1）珠光體：）珠光體：ArAr1 1650650，粗片狀珠光體，粗片狀珠光體，P P；2 2）細(xì)片珠光體：）細(xì)片珠光體：650650600600 ，常稱為索氏體，常稱為索氏體，S S；3 3）極）極細(xì)片珠光體：細(xì)片珠光體：600600550550時(shí)時(shí)，常稱為托氏體，常稱為托氏體，T T；（2 2）貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)：形成于）貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)：形成于55055

48、0MsMs中溫區(qū)，中溫區(qū)，B B。（3 3）馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)：形成于）馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)：形成于MsMs以下的低溫區(qū)，以下的低溫區(qū)，M M。鋼在淬火鋼在淬火時(shí)，過冷奧氏體時(shí)，過冷奧氏體迅速迅速冷卻冷卻到到MsMs以下，只能發(fā)生以下，只能發(fā)生-Fe-Fe向向-Fe-Fe的轉(zhuǎn)變，鋼中的碳難以的轉(zhuǎn)變，鋼中的碳難以從溶碳能力很低的從溶碳能力很低的-Fe-Fe中擴(kuò)散中擴(kuò)散出來，就形成了碳在出來，就形成了碳在-Fe-Fe中過中過飽和固溶體，即馬氏體，簡稱飽和固溶體，即馬氏體，簡稱M M。圖中圖中M Ms s馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度，馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度，M Mf f馬氏體轉(zhuǎn)變終止溫度；對共析鋼馬氏體轉(zhuǎn)變終止溫度；對共析鋼M

49、 Mf f=-50=-50，故室溫時(shí)，故室溫時(shí)仍有仍有殘余奧氏體殘余奧氏體，稱為，稱為AA。故共析鋼室溫下為。故共析鋼室溫下為M+AM+A MsMs、M Mf f的高低取決于鋼的化學(xué)成分的高低取決于鋼的化學(xué)成分（含碳量、合金含量）（含碳量、合金含量）由于碳的超飽和，致使馬氏體晶格嚴(yán)重畸變，故馬氏體由于碳的超飽和，致使馬氏體晶格嚴(yán)重畸變，故馬氏體硬度高、韌性差。由于由面心立方的硬度高、韌性差。由于由面心立方的A A轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的的M,M,使體積產(chǎn)生膨脹！使體積產(chǎn)生膨脹！但是在低碳鋼中的馬氏體硬度不高，還有一定的韌性。但是在低碳鋼中的馬氏體硬度不高，還有一定的韌性。等溫轉(zhuǎn)變曲線的應(yīng)

50、用等溫轉(zhuǎn)變曲線的應(yīng)用右圖為共析鋼在連續(xù)冷卻中右圖為共析鋼在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用：的應(yīng)用：v v1 1緩慢冷卻，獲得珠光體組織緩慢冷卻，獲得珠光體組織v v2 2較緩慢冷卻，獲得索光體組織較緩慢冷卻，獲得索光體組織v v3 3快速冷卻，即在水中淬火快速冷卻，即在水中淬火獲得獲得M+AM+Av vk k由過冷奧氏體得到全部馬氏體由過冷奧氏體得到全部馬氏體的臨界冷卻速度。的臨界冷卻速度。第二節(jié)第二節(jié) 鋼的退火與正火鋼的退火與正火一、退火一、退火 1 1、概念：將鋼加熱到、概念：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)一定時(shí)間間，然后，然后隨爐冷卻后埋入隨爐冷卻后埋入灰中灰中，使其緩慢地冷卻的，使其緩

51、慢地冷卻的熱處理工藝熱處理工藝。（1 1）完全退火）完全退火 熱處理規(guī)范熱處理規(guī)范：將：將亞共析鋼亞共析鋼加熱加熱A Ac3c3以上以上303050C50C, ,完全奧氏體后，保溫后隨之緩慢冷卻（相當(dāng)于圖完全奧氏體后，保溫后隨之緩慢冷卻（相當(dāng)于圖1-261-26的速度的速度v v1 1）。）。 適用范圍：適用范圍：鑄鋼件（晶粒粗大，塑性、韌性差）鑄鋼件（晶粒粗大，塑性、韌性差）和重要鍛件（晶粒、組織不勻，有內(nèi)應(yīng)力）。和重要鍛件（晶粒、組織不勻，有內(nèi)應(yīng)力）。 目的：目的：細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，以利細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，以利于切削加工。于切削加工。 原理原理：加熱：加熱AcAc

52、3 3以上（不能過高），呈完全奧氏以上（不能過高），呈完全奧氏體狀態(tài)，初始形成的奧氏體晶粒非常細(xì)小，緩慢體狀態(tài)，初始形成的奧氏體晶粒非常細(xì)小，緩慢冷卻后，使鋼件生成細(xì)小的晶粒。一定要嚴(yán)格控冷卻后，使鋼件生成細(xì)小的晶粒。一定要嚴(yán)格控制加熱溫度，防止奧氏體晶粒的長大。制加熱溫度，防止奧氏體晶粒的長大。 （2 2）球化退火）球化退火 熱處理規(guī)范：熱處理規(guī)范：將將過共析鋼過共析鋼加熱加熱A Ac1c1以上以上202030 C30 C, ,保溫后隨爐緩冷卻至保溫后隨爐緩冷卻至600 C600 C，出爐空冷，出爐空冷（圖（圖1-261-26速速度的度的v v2 2) )。 原理：原理：在加熱到保溫溫度時(shí)，

53、尚有少量未完全溶解在加熱到保溫溫度時(shí)，尚有少量未完全溶解的滲碳體，在隨后的冷卻過程中，奧氏體經(jīng)共析反的滲碳體，在隨后的冷卻過程中，奧氏體經(jīng)共析反應(yīng)生成滲碳體時(shí)，便以未溶解滲碳體為核心，呈球應(yīng)生成滲碳體時(shí)，便以未溶解滲碳體為核心，呈球狀析出，分布于鐵素體基體之中狀析出，分布于鐵素體基體之中“球狀體球狀體”。 適用范圍：適用范圍：主要用于過共析鋼，因?yàn)檫^共析鋼經(jīng)過主要用于過共析鋼，因?yàn)檫^共析鋼經(jīng)過鍛造之后，其珠光體晶粒粗大，且有少量二次滲碳鍛造之后，其珠光體晶粒粗大，且有少量二次滲碳體，致使硬度高、脆性大，切削時(shí)易于磨損刀具，體，致使硬度高、脆性大，切削時(shí)易于磨損刀具，且淬火時(shí)容易產(chǎn)生變形和裂紋。

54、且淬火時(shí)容易產(chǎn)生變形和裂紋。 目的：目的：球狀體硬度低，解決了切削珠光體時(shí)容易球狀體硬度低，解決了切削珠光體時(shí)容易磨損刀具的問題。磨損刀具的問題。（3 3）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火 將鋼加熱到將鋼加熱到500500600C600C, ,保溫后緩慢冷卻保溫后緩慢冷卻。由于加。由于加熱溫度低于臨界溫度，故鋼未發(fā)生組織變化，僅熱溫度低于臨界溫度，故鋼未發(fā)生組織變化，僅是有原子擴(kuò)散。是有原子擴(kuò)散。 適用范圍：適用范圍：主要用于部分鑄鍛件和焊接件，消除主要用于部分鑄鍛件和焊接件，消除內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形。內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形。為了降低鑄、鍛鋼件的硬度和調(diào)整硬度不均勻性，為了降低鑄、鍛鋼件的硬度和調(diào)整硬度不

55、均勻性，常用的熱處理方法是常用的熱處理方法是(退火退火) 二、正火二、正火 熱處理規(guī)范：熱處理規(guī)范：將鋼加熱將鋼加熱A Ac3c3以上以上303050 C50 C （亞共析鋼）（亞共析鋼）或或A Acmcm以上以上303050 C 50 C （過共析鋼）（過共析鋼）保溫后在空氣中冷卻的保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。熱處理工藝。 作用作用：與完全退火相似，也是將鋼加熱到奧氏體溫：與完全退火相似，也是將鋼加熱到奧氏體溫度區(qū)，進(jìn)行重（新）結(jié)晶，解決鑄鍛件晶粒粗大和度區(qū)，進(jìn)行重（新）結(jié)晶，解決鑄鍛件晶粒粗大和組織不勻問題。組織不勻問題。 與完全退火區(qū)別是，冷卻速度比完全退火冷卻速度與完全退火區(qū)別是，

56、冷卻速度比完全退火冷卻速度快，生成索氏體，比珠光體強(qiáng)度、硬度稍高，但韌快，生成索氏體，比珠光體強(qiáng)度、硬度稍高，但韌性并未下降。性并未下降。 適用范圍：適用范圍：（1 1） 取代完全退火取代完全退火 爐外降溫，不占用設(shè)備；適用爐外降溫，不占用設(shè)備；適用于低碳鋼和含碳量較低的中碳鋼。含碳量高的鋼正于低碳鋼和含碳量較低的中碳鋼。含碳量高的鋼正火后硬度過高，難于切削加工?；鸷笥捕冗^高，難于切削加工。（2 2）用于普通結(jié)構(gòu)鋼的最終熱處理）用于普通結(jié)構(gòu)鋼的最終熱處理（3 3）對于過共析鋼，可減少或消除二次滲碳體呈網(wǎng)）對于過共析鋼，可減少或消除二次滲碳體呈網(wǎng)狀析出。狀析出。第三節(jié)第三節(jié) 淬火與回火淬火與回火

57、1 1、熱處理規(guī)范：熱處理規(guī)范：將鋼件將鋼件加熱到加熱到A Ac3c3或或A Ac1c1以上以上30305050溫度，保持一定時(shí)間后，在溫度，保持一定時(shí)間后，在淬火介質(zhì)中快速冷卻，以獲淬火介質(zhì)中快速冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。得馬氏體組織的熱處理工藝。（圖（圖1-261-26中中v v3 3) ) 淬火時(shí)，過冷的奧氏淬火時(shí)，過冷的奧氏體快速冷卻到體快速冷卻到MsMs以下，以下，發(fā)生發(fā)生-Fe-Fe向向-Fe-Fe的的同素異晶轉(zhuǎn)變，形成同素異晶轉(zhuǎn)變，形成馬氏體，這種轉(zhuǎn)變伴馬氏體，這種轉(zhuǎn)變伴隨著體積膨脹，淬火隨著體積膨脹，淬火會(huì)形成內(nèi)應(yīng)力，容易會(huì)形成內(nèi)應(yīng)力，容易使淬火件產(chǎn)生裂紋或使淬火件產(chǎn)

58、生裂紋或變形，為此，采用合變形，為此，采用合適的措施來防止適的措施來防止。主要熱處理的加熱溫度主要熱處理的加熱溫度退火退火正火正火淬火淬火亞共析鋼（完全退火）亞共析鋼（完全退火）A Ac3c3以上以上303050C50CA Ac3c3以上以上303050 50 CCA Ac3c3以上以上30305050過共析鋼（球化退火）過共析鋼（球化退火）A Ac1c1以上以上20203030CCA Acmcm以上以上303050 50 CCA Ac1c1以上以上30305050500500600C600C2 2、防止產(chǎn)生的裂紋或變形的措施、防止產(chǎn)生的裂紋或變形的措施 裂紋或變形裂紋或變形是由于體積膨脹而引

59、起的是由于體積膨脹而引起的（1 1）嚴(yán)格控制淬火加熱溫度）嚴(yán)格控制淬火加熱溫度對于亞共析鋼，對于亞共析鋼， 加熱溫度過低，不能完全實(shí)現(xiàn)向奧氏體的轉(zhuǎn)變；加熱溫度過低，不能完全實(shí)現(xiàn)向奧氏體的轉(zhuǎn)變；淬火后除了馬氏體外，尚殘存少量鐵素體，使鋼的淬火后除了馬氏體外，尚殘存少量鐵素體，使鋼的硬度不足；硬度不足；若若加熱溫度過高，則奧氏體晶粒長大，淬火后的加熱溫度過高，則奧氏體晶粒長大，淬火后的馬氏體晶粒也加大，增加鋼的脆性。馬氏體晶粒也加大，增加鋼的脆性。對于過共析鋼，如果溫度過高，不僅硬度不增加，對于過共析鋼，如果溫度過高，不僅硬度不增加，而且裂紋、變形傾向加大。而且裂紋、變形傾向加大。（2 2）合理選

60、擇淬火介質(zhì)，使其冷卻速度略大于臨界冷）合理選擇淬火介質(zhì)，使其冷卻速度略大于臨界冷卻速度卻速度v vk k獲得全部馬氏體（包括少量獲得全部馬氏體（包括少量AA）的最）的最低冷卻速度。低冷卻速度。淬火介質(zhì)：淬火介質(zhì)： 水、礦物油、鹽水和堿水等水、礦物油、鹽水和堿水等水水冷卻速度快，容易使鋼冷卻速度快，容易使鋼 獲得馬氏體，主要用于碳素鋼。獲得馬氏體，主要用于碳素鋼。油油冷卻速度較低，淬透性差；冷卻速度較低，淬透性差；淬火時(shí)鋼產(chǎn)生裂紋、變形的傾向小。淬火時(shí)鋼產(chǎn)生裂紋、變形的傾向小。淬透性淬透性鋼在淬火時(shí)所能達(dá)到鋼在淬火時(shí)所能達(dá)到 的淬硬層的深度的淬硬層的深度 由于合金鋼因淬透性好，宜于由于合金鋼因淬