金屬材料與熱處理

關(guān)于金屬材料與熱處理課件第1頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月一、金屬材料的歷史地位二、金屬材料的分類三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況四、金屬材料發(fā)展的歷史五、金屬材料的發(fā)展熱點六、關(guān)于本課程

緒

論主要內(nèi)容第2頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月一、金屬材料的歷史地位1.材料發(fā)展與社會進步有著密切關(guān)系,它是衡量人類社會文明程度的標(biāo)志之一，金屬材料是現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)。

石器時代→青銅器時代→鐵器時代

2.目前，人類還處在金屬器時期。雖然無機非金屬材料、高分子材料的使用量與日俱增，但在可預(yù)見的時期內(nèi)，仍不會改變這種狀況。第3頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、金屬材料的分類黑色金屬有色金屬金屬材料鑄鐵

鋼

工程構(gòu)件用鋼機器零件用鋼

工具鋼

特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬(鋁,鎂,鈦)

重金屬(銅,鋅,鉛,鎳)

貴重金屬(金,銀)稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷)

放射金屬(鐳鈾釷)結(jié)構(gòu)金屬材料功能金屬材料第4頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況(1)1.從總產(chǎn)量來看，鋼鐵材料的產(chǎn)量占絕對優(yōu)勢，占世界金屬總產(chǎn)量的95％，而且有許多良好的性能，能滿足大多數(shù)條件下的應(yīng)用，價格低廉。2.在世界金屬礦儲量中，鐵礦資源雖然比較豐富和集中，但就世界地殼中金屬礦產(chǎn)儲量來講，則非鐵金屬礦儲量大于鐵礦儲量，如鐵只占5.1％，而非鐵金屬中鋁為8.8％．鎂為2.1％，鈦為0.6％。第5頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

非鐵金屬冶煉較困難，所需能源消耗大，因而生產(chǎn)成本高，限制了生產(chǎn)總量的增長。

4.非鐵金屬所創(chuàng)造的價值高，并且它有鋼鐵所不具備的特殊性能，例如比強度高，耐低溫、耐腐蝕等，因而非鐵金屬產(chǎn)量仍在迅速增長。

三、金屬結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用情況(2)第6頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月四、金屬材料發(fā)展的歷史(1)1.公元前3800年，出現(xiàn)人工冶煉的銅器，我國在公元前3000年出現(xiàn)錫青銅——甘肅東鄉(xiāng)馬家窯文化的青銅刀（含6％~10％Sn）。商、周時期是中國青銅器的鼎盛時期。2.自公元前12世紀(jì)起鐵器在地中海東岸地區(qū)使用日廣。到公元前10世紀(jì)，鐵工具比青銅工具應(yīng)用更普遍。公元前8世紀(jì)到公元前7世紀(jì)，北非和歐洲相繼進入鐵器時代。第7頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

中國古代鋼鐵及非鐵金屬的生產(chǎn)技術(shù)和熱處理技術(shù)，在明末科學(xué)家宋應(yīng)星所著《天工開物》中有詳細的闡述。4.現(xiàn)代冶金技術(shù)的發(fā)展自19世紀(jì)中葉的轉(zhuǎn)爐煉鋼和平爐煉鋼開始。19世紀(jì)末的電弧爐煉鋼和20世紀(jì)中葉的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及爐外精煉技術(shù)，使鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)了現(xiàn)代化。四、金屬材料發(fā)展的歷史(2)第8頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月5.在非鐵金屬冶金方面，19世紀(jì)80年代發(fā)電機的發(fā)明，使電解法提純銅的工業(yè)方法得以實現(xiàn)，開創(chuàng)了電冶金新領(lǐng)域；同時，用熔鹽電解法將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得到廉價的鋁，使鋁成為僅次于鐵的第二大金屬；20世紀(jì)40年代，用鎂作還原劑從四氯化鈦制得純鈦，并使真空熔煉加工等技術(shù)逐步成熟后，鈦及鈦合金的廣泛應(yīng)用得以實現(xiàn)。同時，其他非鐵金屬也陸續(xù)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

四、金屬材料發(fā)展的歷史(3)第9頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月6.19世紀(jì)末，出現(xiàn)了新型的合金鋼如高速工具鋼、高錳鋼、鎳鋼和鉻不銹鋼，并在20世紀(jì)發(fā)展為門類眾多的合金鋼體系。與此同時，鋁合合、鎂合金、銅合金、鈦合金和難熔金屬及合金等也先后形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。7.20世紀(jì)中葉，新金屬材料研究發(fā)展迅猛。如非晶態(tài)合金、金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬納米材料等。四、金屬材料發(fā)展的歷史(4)第10頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月五、金屬材料的發(fā)展熱點1．繼續(xù)重視高性能的新型金屬材料

具有高強度、高韌性、耐高、低溫、抗腐蝕等性能。2．非晶（亞穩(wěn)態(tài)）材料日益受到重視

非晶態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)合金材料、金屬納米材料。3．特殊條件下應(yīng)用的金屬材料低溫、高壓、高溫、外場以及輻照條件材料的結(jié)構(gòu)、組織和性能的研究。4．材料的設(shè)計及選用科學(xué)化

按照指定的性能對材料進行結(jié)構(gòu)、成分的科學(xué)設(shè)計。第11頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月六、關(guān)于本課程(1)1.本課程的目的是講授金屬結(jié)構(gòu)材料的物理冶金問題，使學(xué)生掌握金屬及合金中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程、環(huán)境對金屬材料各種性能的影響的基本規(guī)律；掌握常用金屬材料的化學(xué)成分設(shè)計、生產(chǎn)、熱處理和使用中的問題。第12頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月2.本課程的主要內(nèi)容

金屬材料的合金化基礎(chǔ)理論碳鋼、合金鋼鑄鐵有色金屬及合金六、關(guān)于本課程(2)第13頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3.學(xué)習(xí)要求掌握金屬材料合金化原理、合金元素對鋼相變、組織、性能影響的一般規(guī)律。掌握常用鋼、鑄鐵、高溫合金、有色金屬等材料的牌號、成分、熱處理規(guī)范、組織、力學(xué)性能和用途。能夠根據(jù)工程構(gòu)件、機器零件（或工具）的服役條件，合理選用材料，確定熱處理工藝等。能對產(chǎn)品質(zhì)量作初步分析，提出消除或預(yù)防熱處理缺陷的措施。六、關(guān)于本課程(3)第14頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月4.成績考核方式期末試卷（80%）+平時綜合（20%）5.教材與參考書吳承建、陳國良、強文江編著?！督饘俨牧蠈W(xué)》，北京：冶金工業(yè)出版社，2000。王笑天主編。金屬材料學(xué)，北京：機械工業(yè)出版社，1987。王曉敏主編。工程材料學(xué)，北京：機械工業(yè)出版社，1999。六、關(guān)于本課程(4)第15頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一單元

金屬材料與機械產(chǎn)品制造過程簡介第16頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬材料的基本概念

金屬材料是由金屬元素或以金屬元素為主要材料構(gòu)成的并具有金屬特性的工程材料。金屬材料純金屬

合金第17頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬材料的分類金屬材料黑色金屬有色金屬非合金鋼低合金鋼

合金鋼

鑄鐵滑動軸承合金

鈦及鈦合金其他非鐵合金

銅及銅合金鋁及鋁合金第18頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月Steelmakingflowlines

第19頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月SteelFinishingflowlines

第20頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月機械產(chǎn)品的制造過程使用制造設(shè)計第21頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月機械產(chǎn)品加工工藝鑄造壓力加工

焊接

粉末冶金切削加工特種加工熔焊壓焊釬焊第22頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬材料的性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能化學(xué)性能第二單元金屬材料的性能第23頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月力學(xué)性能

力學(xué)性能

指金屬在力的作用下所顯示出的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的性能，如彈性、強度、硬度、塑性、韌性等第24頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月強度與塑性材料的拉伸曲線1、oe段：直線、彈性變性2、es段：曲線、彈性變形+塑性變形3、ss段：水平線（略有波動）明顯的塑性變形屈服現(xiàn)象，作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長。4、sb曲線：彈性變形+均勻塑性變形。5、b點：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達到最大值，試樣即將斷裂。第25頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月強度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。強度的指標(biāo)2、抗拉強度指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。其物理意義是在于它反映了最大均勻變形的抗力。1、屈服點Rm

=

Fm/S0

當(dāng)材料的內(nèi)應(yīng)力R＞Rm時，材料將產(chǎn)生斷裂。Rm常用作脆性材料的選材和設(shè)計的依據(jù)。

符號：Re

材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力Re=Fs/S0

Fs：試樣屈服時所承受的拉伸力（N）S0

：試樣原始橫截面積（mm）第26頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性指標(biāo)

塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評定指標(biāo)是斷后伸長率和斷面收縮率。1、斷后伸長率A2、斷面收縮率Z指試樣拉斷后標(biāo)距的伸長量與原標(biāo)距長度的百分比。指試樣拉斷后縮項處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。A=(Lu-Lo)/Lox100%Lu:拉斷拉伸試樣對接后測出的標(biāo)距長度

Lo:拉伸試樣的原始標(biāo)距Z=(So-Su)/Sox100%So:拉伸試樣原橫截面積。

Su:拉伸試樣斷口處的橫截面積第27頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月硬度引言：1、定義：指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與試驗方法有關(guān)。2、硬度的測試方法布氏硬度洛氏硬度維氏硬度肖氏硬度第28頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月1、布氏硬度試驗（布氏硬度計）

原理:用一定直徑的球體（淬火鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗力壓入待測材料表面，保持規(guī)定時間并達到穩(wěn)定狀態(tài)后卸除試驗力，測量材料表面壓痕直徑，以計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。2、布氏硬度值

用球面壓痕單位面積上所承受有平均壓力表示。如：120HBS500HBW4、測量范圍

用于測量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等.布氏硬度3、優(yōu)缺點（1）測量值較準(zhǔn)確，重復(fù)性好，可測組織不均勻材料（鑄鐵）（2）可測的硬度值不高（3）不測試成品與薄件（4）測量費時，效率低第29頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月1、洛氏硬度試驗（洛氏硬度計）

原理:

用金剛石圓錐或淬火鋼球，在試驗力的作用下壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量來計算硬度的一種壓痕硬度試驗。

2、洛氏硬度值用測量的殘余壓痕深度表示?？蓮谋肀P上直接讀出。如：50HRC

4、測量范圍

用于測量淬火鋼、硬質(zhì)合金等材料.洛氏硬度3、優(yōu)缺點（1）試驗簡單、方便、迅速（2）壓痕小，可測成品，薄件（3）數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，應(yīng)測三點取平均值（4）不應(yīng)測組織不均勻材料，如鑄鐵。第30頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月1、維氏硬度試驗

原理:用夾角為136°的金剛石四棱錐體壓頭，使用很小試驗力F（49.03-980.07N）壓入試樣表面，測出壓痕對角線長度d。2、維氏硬度值

用壓痕對角線長度表示。如：640HV。

4、測量范圍

常用于測薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。維氏硬度3、優(yōu)缺點（1）測量準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬）（2）可測成品與薄件（3）試樣表面要求高，費工。第31頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性。常用一次擺錘沖擊彎曲，試驗來測定金屬材料的沖擊韌性。沖擊試樣沖擊試樣的原理及方法：沖擊韌度越大，表示材料的沖擊韌性越好。小能量多次沖擊試驗第32頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞強度

疲勞概念：在交變應(yīng)力作用下，零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。第33頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月①疲勞斷裂時無明顯的宏觀朔性變形，斷裂前沒有預(yù)兆，而是突然破壞；②引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于材料的屈服點；③疲勞破壞的宏觀斷口由兩部分組成。疲勞破壞的特征第34頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞曲線是指交變應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。疲勞曲線和疲勞極限第35頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月物理性能密度熔點導(dǎo)熱性導(dǎo)電性熱膨脹性磁性第36頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)性能耐蝕性抗氧化性化學(xué)穩(wěn)定性第37頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬的工藝性能工藝性能是指金屬材料對不同加工工藝方法的應(yīng)能力。第38頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬（材料）及合金在鑄造工藝中獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能。1、流動性：熔融金屬的流動能力稱為流動性。主要受金屬化學(xué)成份和澆注溫度等的影響。2、收縮性：鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為引縮性。3、偏析傾向：金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。鑄造性能：第39頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月鍛造性能：用鍛壓成形方法獲得優(yōu)良鍛件的難易程度稱為鍛造性能。鑄鐵不能鍛壓。焊接性能：大量接性能是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性。切削加性能：切削加工（性能）金屬材料的難易程度稱為切削加工性能。第40頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第三單元金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體與非晶體非晶體：在物質(zhì)內(nèi)部，凡原子呈無序堆積狀況的，稱為非晶體。如：普通玻璃、松香、樹脂等。晶體：凡原子呈有序、有規(guī)則排列的物質(zhì)，金屬的固態(tài)、金剛石、明礬晶體等。性能：晶體有固定的熔、沸點，呈各向異性，非晶體沒有固定熔點，而且表現(xiàn)為各向同性。一、金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)第41頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月晶格和晶胞：表示原子在晶體中排列規(guī)律的空間格架叫做晶格。能完整地反映晶格特征的最小幾何單元，稱為晶胞。晶面和晶向：在晶體中由一系列原子組成的平面，秋為晶面。通過兩個或兩個以上原子中心的直線，可代表晶格空間排列的一定方向，稱為晶向晶體結(jié)構(gòu)的概念第42頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月體心立方晶格：它的晶胞是一個立方體，原子位于立方體的八個頂角上和立方體的中心。如：鉻（Cr）、釩（V）、鎢（W）、鉬（Mo）及α-Fe面心立方晶格：它的晶胞也是一個立方體，原子位于立方體的八個頂角上和立方體六個面的中心。如：鋁（Al）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鎳（Ni）及γ-Fe密排六方晶格：它的晶胞是一個正六棱柱體，原子排列在柱體的每個頂角上和上、下底面的中心，另外三個原子排列在柱體內(nèi)。屬于這種晶格類型的金屬有鎂（Mg）、鈹（Be）、鎘（Cd）、及鋅（Zn）等。金屬晶格的類型第43頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬材料的實際晶體結(jié)構(gòu)點缺陷

晶體中呈點狀的缺陷，即在三維空間上尺寸都很小的晶體缺陷線缺陷

三維空間的兩個方向上尺寸很小的晶體缺陷面缺陷在二維方向上尺寸很大，在第三個方向上尺寸很小，呈面狀分布的缺陷第44頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月

金屬由原子不規(guī)則排列的液體轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的固體的過程稱為結(jié)晶。純金屬的冷卻曲線及過冷度。用熱分析法進行研究純金屬的冷卻曲線(理論)純金屬的冷卻曲線(實際)二、純金屬的結(jié)晶第45頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月純金屬的結(jié)晶過程結(jié)晶結(jié)束晶核長大形核與晶核長大形核溶液第46頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月晶粒大小對金屬材料力學(xué)性能的影響控制晶粒大小的方法（1）加快液態(tài)金屬材料的冷卻速度；（2）變質(zhì)處理（3）采用機械振動、超聲波振動和電磁振動等；金屬材料結(jié)晶后晶粒的控制第47頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月三、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬在固態(tài)下，隨溫度的改變有一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪痪Ц竦默F(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬有：鐵、鈷、鈦、錫、錳等。同一金屬的同素異構(gòu)晶體按其穩(wěn)定存在的溫度，由低溫到高溫依次用希臘字母α，β，γ，δ等表示

第48頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是由晶核的形成與晶核的長大兩個基本過程完成，新晶核在原晶界處生成同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有過冷（過熱）現(xiàn)象，并且轉(zhuǎn)變時具有較大的過冷度同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，有相變潛熱產(chǎn)生，在冷卻曲線上出現(xiàn)水平線段，但這種轉(zhuǎn)變在固態(tài)下進行的，它與液體結(jié)晶相比具有不同之處同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時常伴有金屬材料體積的變化第49頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月四、合金的相結(jié)構(gòu)組元合金系相組織基本概念第50頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月合金的相結(jié)構(gòu)固溶體置換固溶體間隙固溶體金屬氧化物機械混合物第51頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月五、合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶過程合金結(jié)晶冷卻曲線形成單相固溶體的結(jié)晶冷卻曲線形成單相混合物或共晶體的結(jié)晶冷卻曲線形成機械混合物的冷卻曲線第52頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月六、金屬材料鑄錠組織特征鑄錠的組織結(jié)構(gòu)表面細晶粒區(qū)柱狀晶粒區(qū)等軸晶粒區(qū)2.定向結(jié)晶和單晶第53頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月七、金屬材料塑性變形與再結(jié)晶金屬材料塑性變形塑性變形實質(zhì)冷變形強化回復(fù)再結(jié)晶晶粒長大第54頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月八、金屬材料焊接接頭組織焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)過熱區(qū)正火區(qū)部分相變區(qū)第55頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵素體概念：碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體。符號：F，體心立方晶格溶解能力：溶解度很小，在727℃時，碳在α-Fe中的最大溶碳量為0.0218%，隨溫度的降低逐漸減小。性能：由于鐵素體的含碳量低，所以鐵素體的性能與純鐵相似。即有良好的塑性和韌性，強度和硬較低。鐵碳合金相圖第四單元第56頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月奧氏體概念：碳溶解在γ－Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體。符號：A，面心立方晶格溶碳能力：較強。在1148℃時可溶C為2.11%，在727℃時，可溶C為0.77%。性能：強度、硬度不高，具有良好的塑性，是絕大多數(shù)鋼在高溫進行鍛造和扎制時所要求的組織。第57頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月珠光體概念：是鐵素體與碳光體的混合物符號：P，是鐵素體和滲碳體片層相間，交替排列。溶碳能力：在727℃時，C=0.77%性能特點：取決于鐵素體和滲碳體的性能，強度較高，硬度適中，具有一定的塑性。第58頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月萊氏體概念：是含碳量為4.3%的液態(tài)鐵碳合金在11480C時從液體上中間結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的混合物。符號：Ld（高溫萊氏體，溫度＞727℃）由于奧氏體在727℃時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成叫低溫萊氏體。L’d表示溶碳能力：C=4.3%性能特點：硬度很高，塑性很差。第59頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月珠光體概念：是鐵素體與碳光體的混合物符號：P，是鐵素體和滲碳體片層相間，交替排列。溶碳能力：在727℃時，C=0.77%性能特點：取決于鐵素體和滲碳體的性能，強度較高，硬度適中，具有一定的塑性

第60頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鐵碳合金相圖第61頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵碳合金的分類

鋼：0.0218%＜C＜2.11%的鐵碳合金亞共析鋼：0.0718%＜C＜0.77%共析鋼：C=0.77%過共析鋼：0.77%＜C＜2.11%白口鑄鐵：2.11%≤C＜6.69%亞共晶白口鑄鐵：2.11%≤C＜4.3%共晶白口鑄鐵：C=4.3%過晶白口鑄鐵：4.3%＜C＜6.69%第65頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月四、鐵碳合金相圖的應(yīng)用選材方面鑄造方面壓力加工方面熱處理方面焊接方面第66頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第五單元非合金鋼一、硅1、來源：煉鋼后期作脫氧劑帶入；2、對鋼的性能影響：提高鋼的強度、硬度；3、是鋼中的有益元素。二、錳1、來源：煉鋼脫氧劑。2、對鋼的性能影響：提高鋼的強度與硬度。3、是鋼中的有益元素

第67頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月三、硫1、來源：生鐵帶入；2、對鋼的性能影響：對鋼造成熱脆性；3、是鋼中的有害元素。四、磷1、來源：生鐵帶入；2、對鋼的性能影響，對鋼造成冷脆性；3、是鋼中的有害元素。第68頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、非合金鋼的分類按鋼的含碳量分類：1、低碳鋼：C≤0.25%2、中碳鋼：0.25%＜C＜0.6%3、高碳鋼：C≥0.6%第69頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、按鋼的質(zhì)量分類：1、普通鋼：S≤0.05%，P≤0.045%2、優(yōu)質(zhì)鋼：S≤0.035%，P≤0.035%]3、高級優(yōu)質(zhì)鋼：S≤0.025%，P≤0.025%第70頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月三、按鋼的用途分類：1、結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機械零件和工程構(gòu)件。C＜0.7%2、工具鋼：主要用于制造各種刀具、模具和量具。其含碳量大于0.70%第71頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月三、非合金鋼鋼的牌號及用途牌號：Q屈服點數(shù)值，質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號；性能：一般；應(yīng)用：廠房、橋梁、船舶、鉚釘、螺釘、螺母等。例如：Q235-A·F：表示屈服點為235Mpa的A級沸騰鋼第72頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月一、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號：用兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的十分之幾。分類：1）、08~25鋼，屬于低碳鋼性能：強度、硬度較低、塑性、韌性及焊接性良好；用途：沖壓件、焊接結(jié)構(gòu)件及滲碳件如：深沖器件、壓力容器等。2）、30~55鋼屬于中碳鋼性能：較高的強度和硬度，是塑性和韌性隨含碳量的增加而逐步降低。用途：制作受力較大的機械零件。如：連桿、曲軸、齒輪等3）、60鋼以上屬于高碳鋼。性能：有較高的強度、硬度和彈性；用途：制造較高強度、耐磨性和彈性的零件如：氣門彈簧、彈簧墊圈等第73頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月碳素工具鋼：牌號：T+數(shù)字（平均含碳量的千分數(shù)）如：T12A：表示平均含碳量為1.2%的高效優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。T7~T8：鉆頭、模具等T9~T10：絲錐、板牙等T11~T13：銼刀、削刀等第74頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄造碳鋼：牌號：ZG+數(shù)字—數(shù)字第一組數(shù)字：屈服點第二組數(shù)字：抗拉強度值如：ZG270—500，應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜力學(xué)性能要求較高的機械零件。第75頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第六單元鋼材的熱處理一、熱處理：熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理的目的：提高零件的使用性能；充分發(fā)揮鋼材的潛力；延長零件的使用壽面；改善工件的工藝性能，提高加工質(zhì)量，減小刀具的磨損。鋼的熱處理方法：退火、正火、淬火、回火及表面熱處理等五種。熱處理使鋼性能發(fā)生變化的原因：由于鐵有同素異轉(zhuǎn)變，從而使鋼在加熱和冷卻過程中，發(fā)生了組織與結(jié)構(gòu)變化。第76頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼的奧氏體化奧氏體晶核的形成及長大；殘余滲碳件的溶解；奧氏體的均勻化；在熱處理工藝中，鋼保溫的目的是：①、為了使工件熱透；②、使組織轉(zhuǎn)變完全；③、使奧氏體成分均勻。奧氏體晶粒的長大：加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒越大第77頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鋼材在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變圖的建立過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能珠光體轉(zhuǎn)變：溫度：A1~5500C→珠光體HRCA1~6500C→珠光體→P＜256500C~6000C→索氏體→S25~356000C→5500C→屈氏體→T35~40貝氏體型轉(zhuǎn)變：5500C~Ms→貝氏體→B40~455500C→3500C→上貝氏體→B上3500C~Ms→下貝氏體→B下45~55

第78頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體轉(zhuǎn)變碳在α—Fe中的過飽和固溶體，稱為馬氏體，用符號M表示，體心正方晶格。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點：轉(zhuǎn)變溫度：Ms~Mf轉(zhuǎn)變速度極快；轉(zhuǎn)變體積發(fā)生膨脹；轉(zhuǎn)變不徹底。性能特點：針狀馬氏體：硬度高、脆性大；板條馬氏體：強度、韌性較好馬氏體的硬度主要取決于含碳量。過冷奧氏體等溫度轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用。在等溫轉(zhuǎn)變圖上估計連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，確定馬氏體臨界冷卻速度第79頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月

四、退火與正火退火概念：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝稱為退火。退火的主要目的是：降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工；細化晶粒，均勻鋼的組織及成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作組織上的準(zhǔn)備；消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防止變形幫開裂。第80頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月退火的方法：完全退火：完全退火是將鋼加熱到完全奧氏體（Ac3以上30~500C），隨之緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝方法。應(yīng)用：中碳鋼及低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛件、鑄件、熱軋型材等。球化退火：球化退火是將鋼加熱到AC1以上20－300C，保溫一定得時間，以不大于500C/H得冷卻速度隨爐冷卻，使鋼終碳化物呈球狀得工藝方法。應(yīng)用：適用于共析鋼及過共析鋼。如碳素工具鋼，合金工具鋼、軸承鋼等。去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火是將鋼加熱到略低于A1得溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻得工藝方法。應(yīng)用：消除塑性變形、焊接、切削加工、鑄造等形成的殘余內(nèi)應(yīng)力。第81頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月正火1、正火概念：將鋼加熱到Ac3或Accm以上30-500C，保溫適當(dāng)?shù)臅r間，在空氣中冷卻的工藝方法。正火退火的目的基本相同，2、正火主要用于如下場合：善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性；正火可細化晶粒；消除過共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體，改善鋼的力學(xué)性能，并為球化退火作組織準(zhǔn)備；代替中碳鋼和低碳合金結(jié)構(gòu)鋼的退火。第82頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月五、淬火1、概念：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一定時間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或下馬貝氏組織的熱處理工藝稱為淬火；2、目的：主要獲得馬氏體，提高鋼的強度和硬度。工藝：一、淬火加熱溫度：亞共析鋼的淬火加熱：Ac3以上30~500C過共析鋼的淬火加熱：Ac1以上30~500C二、淬火冷卻介質(zhì)：油、水、鹽水、堿水等。三、淬火方法：單液淬火法：碳鋼一般用水作冷卻介質(zhì)；合金鋼用油作冷卻介質(zhì)。雙介質(zhì)淬火：如，先水后油；先水后空氣。馬氏體分液淬火；貝氏體等溫淬火。第83頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月4冷處理鋼的淬透性和淬硬性淬火缺陷：氧化與脫碳過熱和過燒變形與開裂硬度不定第84頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月六、回火回火的概念：將鋼淬火后，再加熱到Ac1點以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。回火目的：消除內(nèi)應(yīng)力；獲得所需要的力學(xué)性能；穩(wěn)定組織和尺寸淬火鋼在回火時組織與性能的變化馬氏體分解；殘余奧氏體分解滲碳體的形成滲碳體的聚集長大。其基本的趨勢是：隨著回火溫度的升高，鋼的強度、硬度下降，而塑性、韌性提高。第85頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月回火的分類及應(yīng)用低溫回火：T1=1500C~2500C組織：回火馬氏體；性能：具有高硬度，高耐磨性和一定的韌性；應(yīng)用：刀具、量具、冷沖壓模具等中溫回火：T1=3500C~5000C組織：回火托氏體；應(yīng)用：刀具、量具、冷沖壓模具等性能：具有高的彈性極限、屈服點；應(yīng)用：彈性零件。第86頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫回火：T1=500C~6500C組織：回火索氏體；性能：綜合力學(xué)性能；應(yīng)用：受力結(jié)構(gòu)體。調(diào)質(zhì)：生產(chǎn)中常把淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。第87頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月七、表面熱處理與化學(xué)熱處理概述：在機械設(shè)備中，有許多零件（如齒輪、活塞銷、曲軸等）是在沖擊載荷及表面摩擦條件下工作的。這類零件表面必須具有高硬度和耐磨性，而心部要有足夠的塑性和韌性。這類零件要進行表面熱處理常用的表面熱處理方法有：表面淬火及化學(xué)熱處理。表面淬火對工件表面進行淬火的工藝稱為表面淬火?；鹧婕訜岜砻娲慊鸶袘?yīng)加熱表面淬火第88頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月七、表面熱處理與化學(xué)熱處理二、化學(xué)熱處理分解吸收擴散鋼的滲碳：滲碳件必須用低碳鋼或低碳合金鋼制造。滲碳件進行熱處理，常用淬火后低溫回火。第89頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月八、熱處理新技術(shù)熱處理新技術(shù)形變熱處理真空熱處理可控氣氛熱處理激光熱處理電子束淬火第90頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第七單元低合金鋼與合金鋼1、合金元素在鋼材中的存在形式：合金鐵素體\合金碳化物。2、合金元素對鋼材熱處理和力學(xué)性能的影響：合金元素對鋼材的有利作用，主要是通過影響熱處理工藝中的相變過程顯示出來。（1）對鋼材加熱轉(zhuǎn)變的影響。（2）對鋼材回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)生影響：提高鋼材的耐回火性；產(chǎn)生二次硬化。第91頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月1．形成鐵基固溶體

（1）形成鐵基置換固溶體①Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可與Fe形成無限固溶體。其中Ni、Co和Mn形成以γ-Fe為基的無限固溶體，Cr和V形成以α-Fe為基的無限固溶體。②Mo和W只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。③Ti、Nb、Ta只能形成具有較窄溶解度的有限固溶體；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。

一、合金元素的存在形式（1）

第92頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月ⅠA

0H

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

He

LiBeBC

NOFNeNaMgⅢB

ⅣB

ⅤB

ⅥB

ⅦB

ⅧBⅠB

ⅡB

AlSiPSClArKCaSeTi

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

ZnGaGeAsSeBrKrPbSrYZr

Nb

Mo

TcRuRhPdAgCdInSnSbTeI

XeCsBaLaHf

Ta

W

ReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn元素周期表第93頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）形成鐵基間隙固溶體①對α-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙。

②對γ-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體或四面體間隙。③間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按B、C、N、O、H的順序而增加。一、合金元素的存在形式（2

）

第94頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月2．形成合金滲碳體（1）合金滲碳體（碳化物）

、氮化物和碳、氮化物間隙化合物相，是鋼中的基本強化相。（2）過渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和氮化物的強度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe一、合金元素的存在形式（3）

第95頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月其中：Ⅳ、Ⅴ族金屬的碳化物與氮化物具有簡單的點陣結(jié)構(gòu)，如TiC、VC、TiN、TaC等；Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ金屬的碳化物與氮化物具有復(fù)雜的點陣結(jié)構(gòu)，如Cr7C3、Cr23C6、W2C、Mo2C、(W、Mo、Fe)6C等。在鋼中，鐵的碳化物與合金碳化物相比，是最不穩(wěn)定的。滲碳體中Fe的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)23C等。

一、合金元素的存在形式（4）

第96頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3．形成金屬間化合物（1）金屬化合物的類型通常分為正常價化合物、電子化合物及間隙化合物三類。金屬間化合物通常僅指電子化合物。（2）在奧氏體不銹鋼、馬氏體時效鋼及許多高溫合金中較為重要的金屬間化合物是σ(Cr46Fe54)、η(TiFe2)、χ(Cr21Mo17Fe62)、

μ(Co7Mo6)、

P(Cr18Ni40Mo42)、R(Cr18Co51Mo31)、

Ni3(Al,Ti)、Ni3(Al,Nb)、δ(TiAl3)、γ(TiAl)、

NiAl、NiTi、FeAl、α2(Ti3Al)等。

一、合金元素的存在形式（5）

第97頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月4．形成非金屬相（非碳化合物）及非晶體相（1）鋼中的非金屬相有：FeO、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、Cr2O3、MgO·Al2O3、MnO·Al2O3、MnS、FeS、2MnO·SiO2、CaO·SiO2等。非金屬夾雜物一般都是有害的。（2）AlN和一些稀土氧化物彌散質(zhì)點可用來強化鋼或其它有色金屬合金。（3）在特殊條件下（如快速冷卻凝固），可使某些金屬或合金形成非晶體相結(jié)構(gòu)。鋼中非晶體相的作用目前仍缺乏較詳細的實驗和理論依據(jù)。

一、合金元素的存在形式（6）

第98頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（1）1．合金元素與鐵的相互作用（1）γ相穩(wěn)定化元素（奧氏體形成元素）

使A3降低，A4升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴大了γ相區(qū)。根據(jù)Fe-Me相圖的不同，可分為：開啟γ相區(qū)(無限擴大γ相區(qū))；擴展γ相區(qū)(有限擴大γ相區(qū))。

第99頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（2）①開啟γ相區(qū)(無限擴大γ相區(qū))（圖1-1）

這類合金元素主要有Mn、Ni、Co等。如果加入足夠量的Ni或Mn，可完全使體心立方的α相從相圖上消失，γ相保持到室溫，故而由γ相區(qū)淬火到室溫較易獲得亞穩(wěn)的奧氏體組織，它們是不銹鋼中常用作獲得奧氏體的元素。第100頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-1擴大γ相區(qū)并與γ-Fe無限互溶的Fe-Me相圖(a)及Fe-Ni相圖(b)第101頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月②擴展γ相區(qū)(有限擴大γ相區(qū))（圖1-2）雖然γ相區(qū)也隨合金元素的加入而擴大，但由于合金元素與α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶體，并且也使A3（GS線）降低，A4（JN線）升高，但最終不能使γ相區(qū)完全開啟。這類合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。γ相區(qū)借助C及N而擴展，當(dāng)C含量在0~2.11%（重量）范圍內(nèi)，均可以獲得均勻化的固溶體（奧氏體），這構(gòu)成了鋼的整個熱處理的基礎(chǔ)。

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（3）第102頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-2擴大γ相區(qū)并與γ-Fe有限互溶的Fe-Me相圖(a)及Fe-C相圖(b)第103頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）α相穩(wěn)定化元素（鐵素體形成元素）

合金元素使A4降低，A3升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使鐵素體形成，即縮小了γ相區(qū)。根據(jù)Fe-Me相圖的不同，可分為：封閉γ相區(qū)(無限擴大α相區(qū))；縮小γ相區(qū)(不能使γ相區(qū)封閉)。

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（4）第104頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（5）①封閉γ相區(qū)(無限擴大α相區(qū))（圖1-3）

當(dāng)合金元素達到某一含量時，A3與A4重合，其結(jié)果使δ相與α相區(qū)連成一片。當(dāng)合金元素超過一定含量時，合金不再有α-γ相變，與α-Fe形成無限固溶體（這類合金不能用正常的熱處理制度）。

這類合金元素有：Si、Al和強碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti、P及Be等。但應(yīng)該指出，含Cr量小于7%時，A3下降；含Cr量大于7%時，A3才上升。第105頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第106頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（6）②縮小γ相區(qū)(不能使γ相區(qū)封閉)合金元素使A3

升高，A4

下降，使相區(qū)縮小，但不能使其完全封閉。如圖1-4。這類合金元素有：B、Nb、Zr、Ta等。第107頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-4縮小γ相區(qū)的Fe-Me相圖(a)及Fe-Nb相圖(b)第108頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月2．合金元素與碳的相互作用（1）形成碳化物碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。碳化物是鋼中主要的強化相。碳化物形成元素均位于Fe的左側(cè)。非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu、N、P、S等，與碳不能形成碳化物，但可固溶于Fe形成固溶體，或形成其它化合物，如氮化物等。非碳化物形成元素均處于周期表Fe的右側(cè)。二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（7）第109頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月碳化物的晶體結(jié)構(gòu)：當(dāng)rc/rMe>0.59時，碳與合金元素形成一種復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)的碳化物。Cr、Mn、Fe屬于這類元素，它們形成下列形式的碳化物：Cr23C6、Cr7C3、Fe3C。當(dāng)rc/rMe

≤0.59時，形成簡單點陣的碳化物（間隙相）。Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Zr均屬于此類元素，它們形成的碳化物是：MeX型（WC、VC、TiC、NbC、TaC、ZrC）和Me2X型（W2C、Mo2C、Ta2C）。二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（8）第110頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月碳化物的特性：硬度大、熔點高（可高達3000℃），分解溫度高（可達1200℃）；間隙相碳化物雖然含有50%~60%的非金屬原子，但仍具有明顯的金屬特性；可以溶入各類金屬原子，呈缺位溶入固溶體形式，在合金鋼中常遇到這類碳化物。如：Fe3W3C、Fe4W2C、Fe3Mo3C等。

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（9）第111頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）Me對固溶體中碳活度及擴散系數(shù)的影響合金元素對碳在固溶體中活度的影響主要表現(xiàn)在存在于固溶體中的合金元素，會改變金屬原子與碳的結(jié)合力或結(jié)合強度。碳化物形成元素增加固溶體中碳與合金元素之間的結(jié)合力，降低其活度。非碳化物形成元素，相反將“推開”碳原子，提高其活動性，即增加碳的活度，同時將出現(xiàn)碳從固溶體中析出的傾向。（圖1-5）

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（10）第112頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月在研究碳化物、氮化物和碳、氮化合物在奧氏體中的溶解和冷卻時它們從固溶體中的析出，以及熱處理過程中元素在各相間的再分配這些問題時，合金元素對碳在奧氏體中的活度具有很重大的意義。

圖1-5合金元素的摩爾原子濃度對1000℃時碳在奧氏體中的相對活度系數(shù)的影響

的影響

第113頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月Me對C在A中的擴散激活能和擴散系數(shù)的影響碳化物形成元素：如Cr、Mo和W等降低C的活度，即提高了C在A中結(jié)合力，因而使擴散激活能升高擴散系數(shù)下降。非碳化物形成元素：如Ni、Co等提高C的活度，即降低了C在A中的結(jié)合力，因而使擴散激活能下降，擴散系數(shù)升高。二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（11）第114頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-6合金元素對C在奧氏體中的擴散激活能和擴散系數(shù)的影響

第115頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月需要指出的是Si是個例外，它能升高擴散激活能，降低擴散系數(shù)，造成這個例外的原因，則是由于Si雖提高C的活度，但同時降低了Fe原子的活動性，即增加了Fe在固溶體中的結(jié)合能，因而得到與Ni、Co相反的結(jié)果。二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（12）第116頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月總之，合金元素與碳的相互作用具有重大的實際意義:它關(guān)系到所形成的碳化物的種類、性質(zhì)和在鋼中的分布。而所有這些都會直接影響到鋼的性能，如鋼的強度、硬度、耐磨性、塑性、韌性、紅硬性和某些特殊性能。同時對鋼的熱處理亦有較大的影響，如奧氏體化溫度和時間，奧氏體晶粒的長大等。

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（13）第117頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3．合金元素對奧氏體層錯能的影響（1）層錯能的概念：晶體中形成層錯時增加的能量。（2）奧氏體層錯能對鋼的組織和性能的影響：一般認為層錯能越低，越有利于位錯擴展和形成層錯，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工硬化趨勢增大。二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（14）第118頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月例如高Mn鋼和高Ni鋼都是奧氏體型鋼，但加工硬化趨勢相差很大。高Ni鋼易于變形加工，

Ni、Cu和C等元素使奧氏體層錯能提高。高Mn鋼則難于變形加工，

Mn、Cr、Ru和Ir則降低奧氏體的層錯能。

二、合金元素與鐵和碳的相互作用

及其對γ層錯能的影響（15）第119頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月三、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響（1）1．合金元素對奧氏體、鐵素體區(qū)存在范圍的影響擴大γ相區(qū)的合金元素(如Ni、Co、Mn等)均擴大鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域。其中完全擴大γ相區(qū)的合金元素Ni或Mn的含量較多時，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織，例如1Cr18Ni9高鎳奧氏體不銹鋼和ZGMn13高錳耐磨鋼等。第120頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-7（a）合金元素Mn對Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響第121頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月縮小γ相區(qū)的合金元素(如Cr、W、Mo、V、Ti、Si等)均縮小鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域。其中完全封閉γ相區(qū)的合金元素（例如Cr、Ti、Si等）超過一定含量后，可使鋼在包括室溫在內(nèi)的廣大范圍內(nèi)獲得單相鐵素體組織，例如1Cr17Ti高鉻鐵素體不銹鋼等。Cr對Fe-Fe3C相圖中A區(qū)的影響如圖1-7（b）。

三、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響（2）第122頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-7（b）合金元素Cr對Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響第123頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月2．合金元素對Fe-Fe3C相圖共析點S的影響Me對共析轉(zhuǎn)變溫度的影響三、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響（3）擴大γ相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度下降；縮小γ相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖的共析轉(zhuǎn)變溫度上升。圖1-8合金元素對共析溫度的影響

第124頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月Me對共析點（S）成分的影響

幾乎所有合金元素都使S點（圖1-9）降低，尤其以強碳化物形成元素的作用最為強烈。共晶點E的碳含量也隨合金元素增加而降低。圖1-9合金元素對共析含碳量的影響

三、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響（4）第125頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月四、合金元素對鋼的熱處理的影響（1）

1．Me對鋼加熱時奧氏體形成過程的影響合金元素的加入改變了臨界點的溫度、S點的位置和碳在奧氏體中的溶解度，使奧氏體形成的溫度條件和碳濃度條件發(fā)生了變化；由于奧氏體的形成是一個擴散過程，合金元素原子不僅本身擴散困難，而且還將影響鐵和碳原子的擴散，從而影響奧氏體化過程。

第126頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月奧氏體形成過程奧氏體的形核奧氏體的長大滲碳體的溶解奧氏體成分均勻化四、合金元素對鋼的熱處理的影響（2）

第127頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）Me對奧氏體形成速度的影響

奧氏體的形成速度取決于奧氏體晶核的形成和長大，兩者都與碳的擴散有關(guān)。非碳化物形成元素Co和Ni等提高碳在奧氏體中的擴散速度，增大奧氏體的形成速度。Si、Al、Mn等對碳在奧氏體中的擴散速度影響較小，故對奧氏體的形成速度影響不大。強碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等與碳的親和力較大，顯著妨礙碳在奧氏體中的擴散，大大減慢了奧氏體的形成速度。

四、合金元素對鋼的熱處理的影響（2）

第128頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月碳化物的分解：

奧氏體形成后，還殘留有一些穩(wěn)定性各不相同的碳化物。穩(wěn)定性高的碳化物，要求其分解并溶入奧氏體中，必須提高加熱溫度，甚至超過其平衡臨界點幾十或幾百度。奧氏體的成分均勻化：

由于碳化物的不斷溶入，不均勻程度更加嚴重。要使奧氏體成分均勻化，碳和合金元素均需擴散。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（3）

第129頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月由于合金元素的擴散很緩慢，因此對合金鋼應(yīng)采取較高的加熱溫度和較長的保溫時間，以得到比較均勻的奧氏體，從而充分發(fā)揮合金元素的作用。但對需要具有較多未溶碳化物的合金工具鋼，則不應(yīng)采用過高的加熱溫度和過長的保溫時間。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（4）

第130頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-10碳化物和氮化物在奧氏體中溶解度與溫度的關(guān)系

第131頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）Me對奧氏體晶粒長大傾向的影響合金元素形成的碳化物在高溫下越穩(wěn)定，越不易溶入奧氏體中，能阻礙晶界長大，顯著細化晶粒。按照對晶粒長大作用的影響，合金元素可分為：

①Ti、V、Zr、Nb等強烈阻止奧氏體晶粒長大，Al在鋼中易形成高熔點AlN、Al2O3細質(zhì)點，也能強烈阻止晶粒長大；②W、Mo、Cr等阻礙奧氏體晶粒長大的作用中等；四、合金元素對鋼的熱處理的影響（5）

第132頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-11AlN含量對奧氏體晶粒度的影響

圖1-12MnNiMo鋼中的AlN質(zhì)點（電解萃取碳復(fù)型）第133頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月③Ni、Si、Cu、Co等阻礙奧氏體晶粒長大的作用輕微；④Mn、P、B則有助于奧氏體的晶粒長大。Mn鋼有較強烈的過熱傾向，其加熱溫度不應(yīng)過高，保溫時間應(yīng)較短。

第134頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月2．Me對鋼的過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響主要表現(xiàn)在合金元素可以使鋼的C曲線發(fā)生顯著變化。具體可以分為以下幾個方面：（1）對高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）的影響；（2）對中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）的影響；（3）對低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）的影響。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（6）

第135頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-13合金元素對奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變曲線的影響(a)強碳化物形成元素

(b)中等及弱碳化物形成元素

(c)非碳化物形成元素

四、合金元素對鋼的熱處理的影響（7）

第136頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第137頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第138頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第139頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第140頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第141頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第142頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第143頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月第144頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）對高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）的影響除Co外，幾乎所有的合金元素使C曲線右移（即增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲珠光體型的轉(zhuǎn)變）。C曲線右移的結(jié)果，降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了鋼的淬透性。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（8）

第145頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月Me的加入對鋼還有固溶強化的作用；合金元素只有當(dāng)淬火加熱溶入奧氏體中時，才能起到提高淬透性的作用。

如果淬火加熱溫度不高，保溫時間較短，Cr、Mo、W、V等強碳化物未溶解時，非但不能提高淬透性，反而會由于未溶碳化物粒子能成為珠光體轉(zhuǎn)變的核心，使淬透性下降。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（9）

第146頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種或多種合金元素同時加入對淬透性的影響要比兩單個元素影響的總和強得多，例如鉻錳鋼、鉻鎳鋼等。合金鋼采用多元少量合金化原則，可最有效地發(fā)揮各種合金元素提高鋼的淬透性的作用。合金元素的加入推遲珠光體型轉(zhuǎn)變的同時還可在連續(xù)冷卻過程中得到貝氏體型組織的鋼。

四、合金元素對鋼的熱處理的影響（10）

第147頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）對中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）的影響合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的作用是通過對γ→α轉(zhuǎn)變和碳原子的擴散的影響而起作用。首先表現(xiàn)在對貝氏體轉(zhuǎn)變上限溫度BS點的影響。碳、錳、鎳、鉻、鉬、釩、鈦等元素都降低BS點，使得在貝氏體和珠光體轉(zhuǎn)變溫度之間出現(xiàn)過冷奧氏體的中溫穩(wěn)定區(qū)，形成兩個轉(zhuǎn)變的C曲線。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（11）

第148頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月合金元素還改變貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)過程，增長轉(zhuǎn)變孕育期，減慢長大速度。碳、硅、錳、鎳、鉻的作用較強，鎢、鉬、釩、鈦的作用較小。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（12）

第149頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月四、合金元素對鋼的熱處理的影響（13）

圖1-14Mn和Mo對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響

（圖中曲線旁的數(shù)字，分別表示Mn或Mo的百分含量）第150頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）對低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）的影響合金元素的作用表現(xiàn)在對馬氏體點Ms~Mf溫度的影響，并影響鋼中殘留奧氏體含量及馬氏體的精細結(jié)構(gòu)。除Co、Al以外，絕大多數(shù)合金元素都使Ms和Mf下降（圖1-15）。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（14）

第151頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-15合金元素對1.0%C碳鋼的影響

四、合金元素對鋼的熱處理的影響（15）

第152頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月Ms和Mf點的下降，使得室溫下將保留更多的殘留奧氏體量（圖1-16）。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（16）

圖1-16合金元素對1.0%C碳鋼1150℃淬火后殘余奧氏體含量的影響

第153頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月合金鋼中高的殘余奧氏體含量對鋼的性能產(chǎn)生很大影響—殘余奧氏體量過高（有時達30%-40%）時，鋼的硬度降低，疲勞抗力下降。對于奧氏體不銹鋼，為了要在室溫下或零溫度下（

Ms點遠低于室溫或零下）獲得穩(wěn)定的單相奧氏體組織，必須加入大量奧氏體形成元素。通常是加入鎳、錳、鉻、碳、氮等元素。

四、合金元素對鋼的熱處理的影響（17）

第154頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月對于合金結(jié)構(gòu)鋼，為了降低殘余奧氏體量，需要進行附加的處理：冷處理就是將淬火后的鋼件在負溫下繼續(xù)冷卻，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的工藝。如生產(chǎn)上采用干冰與酒精混合可獲得-70℃的低溫。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（18）

第155頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月多次回火過程中殘余奧氏體發(fā)生合金碳化物的析出，降低了殘余奧氏體中的合金成分，使殘余奧氏體的Ms、Mf點升高，而在回火后的冷卻過程中，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體（稱為二次淬火），從而使殘余奧氏體量減少。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（19）

第156頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月合金元素還影響馬氏體的形態(tài)和馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。當(dāng)Ms點溫度較高時，由于滑移的臨界分切應(yīng)力較低，在Ms點以下形成位錯結(jié)構(gòu)的馬氏體；在Ms點溫度較低時，孿生分切應(yīng)力低于滑移臨界分切應(yīng)力，則馬氏體相變以孿生形成孿晶結(jié)構(gòu)的馬氏體。四、合金元素對鋼的熱處理的影響（20）

第157頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3．合金元素對淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變過程的影響主要表現(xiàn)在提高鋼的回火穩(wěn)定性，即鋼對回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能力，使回火過程各個階段的轉(zhuǎn)變速度大大減慢，將其推向更高的溫度。具體為（1）Me對馬氏體分解的影響（2）Me對殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響（3）Me對碳化物的形成、聚集和長大的影響（4）Me對鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的影響（5）Me對回火脆性的影響

四、合金元素對鋼的熱處理的影響（21）

第158頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月五、合金元素對鋼性能的影響（1）加入Me的主要目的：使鋼具有更優(yōu)異的力學(xué)性能使用性能耐腐蝕性、耐熱性強度塑性韌性耐腐蝕性熱強性抗氧化性耐熱性第159頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月工藝性能鑄造性能鍛壓性能焊接性能熱處理性能切削性能五、合金元素對鋼的性能的影響

（2）第160頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月合金鋼的分類與編號

第161頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月一、合金鋼的分類1．按化學(xué)成分分類（1）按鋼中所含合金元素的種類分，可分為：錳鋼、鉻鋼、硅鋼、硅錳鋼、鉻錳鈦鋼等。（2）按鋼中合金元素總質(zhì)量分數(shù)分，可分為：低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。第162頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月2．按鋼的用途分類（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：工程構(gòu)件用鋼（低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼）和機械制造用鋼（合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼和超高強度鋼）。（2）合金工具鋼：刃具鋼（低合金刃具鋼和高速鋼）、量具鋼和模具鋼（冷作模具鋼和熱作模具鋼）。（3）特殊性能鋼：抗氧化鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼和易削鋼等。

第163頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3．按金相組織分類（1）按退火后的組織分：亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、萊氏體鋼。（2）按正火后的組織分：鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。4．按冶金質(zhì)量分類（1）普通低合金鋼（2）優(yōu)質(zhì)低合金鋼（3）優(yōu)質(zhì)低合金鋼（4）高級優(yōu)質(zhì)合金鋼（5）特高級優(yōu)質(zhì)合金鋼第164頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月1．合金結(jié)構(gòu)鋼（1）工程構(gòu)件用鋼（低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼）

由代表屈服點的漢語拼音字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）等三個部分按順序排列組成。如Q390A。專用工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)鋼：在牌號的頭部（或尾部）標(biāo)注出代表產(chǎn)品用途的符號，例如表示壓力容器用鋼牌號表示為“Q345R”；焊接氣瓶用鋼牌號表示為“Q295HP”；鍋爐用鋼牌號表示為“Q390g”；橋梁用鋼表示為“Q420q”等等。二、合金鋼的牌號第165頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）機器零件制造用鋼由三部分組成，即由“二位數(shù)字+元素符號+數(shù)字”組成。前面的兩位數(shù)字表示鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)的萬倍，元素符號表示所含合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素含量的百倍。凡合金元素質(zhì)量分數(shù)小于1.5%時，編號中只標(biāo)明元素符號，一般不標(biāo)含量。如果合金元素平均質(zhì)量分數(shù)等于或大于1.5%、2.5%、3.5%……，則在元素符號后相應(yīng)標(biāo)出2、3、4……。合金結(jié)構(gòu)鋼中的Nb、Ti、B等元素，雖然含量很低，但屬有意加入，故在鋼的牌號中仍應(yīng)表示出來。如40B，其平均碳的質(zhì)量分數(shù)為0.4%，硼的質(zhì)量分數(shù)僅為0.0005%~0.0035%。第166頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月合金結(jié)構(gòu)鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼（牌號后加“A”字）或特級優(yōu)質(zhì)鋼（牌號后加“E”字）。高碳鉻軸承鋼的牌號在頭部加符號“G”，但不標(biāo)碳含量。鉻含量以千分之幾計，其他合金元素按合金結(jié)構(gòu)鋼的合金含量表示。例如：平均含鉻量為1.50%的軸承鋼，其牌號表示為“GCr15”。其它專用機器零件制造用鋼也要在牌號的頭部（或尾部）加上代表產(chǎn)品用途的符號，例如鉚螺鋼“ML30CrMnSi。第167頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月2．合金工具鋼表示方法與機器零件制造用結(jié)構(gòu)鋼相似，但當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分數(shù)大于1%時，含碳量不標(biāo)出；當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分數(shù)小于1%時，則牌號前的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千倍。合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。由于合金工具鋼都屬于高級優(yōu)質(zhì)鋼，故不再在牌號后標(biāo)出“A”字。如9SiCr表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)為0.9%左右，鉻、硅各為1%左右。第168頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月高速工具鋼不論碳的平均質(zhì)量分數(shù)為多少均不予標(biāo)出。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、CW6Mo5Cr4V2等，但當(dāng)合金成分不相同時，對高碳者牌號前冠以“C”字。低鉻（平均鉻含量小于1%）的合金工具鋼，在鉻含量前加數(shù)字“0”。例如：平均含鉻量為0.60%的合金工具鋼，其牌號表示為“Cr06”。塑料模具鋼在牌號頭部加“SM”，牌號表示方法與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼相同。例如：SM45、SM3Cr2Mo。第169頁，課件共199頁，創(chuàng)作于2023年2月3．特殊性能鋼不銹鋼及耐熱鋼牌號前的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千倍，合金元素的表示方法與其它合金鋼相同。當(dāng)碳的質(zhì)量分數(shù)小于或等于0.03%時，在牌號前冠以00”；當(dāng)碳的質(zhì)量分數(shù)小于或等于0.08%時，在牌號前冠以“0”。如不銹鋼3Cr13的平均wC=0.3%、wCr≈13%；不銹鋼0Cr19Ni9的平均wC≤0.08%、wCr≈19%、wNi≈9%；00Cr19Ni11鋼的平均wC≤0.3%、wCr≈19%、wNi≈11%。另