《機(jī)械材料與公差》(材料部分)

機(jī)械材料與公差學(xué)習(xí)要求課前：認(rèn)真預(yù)習(xí)課中：認(rèn)真聽(tīng)講、積極思考并回答老師提出的問(wèn)題、有針對(duì)性的記筆記課后：認(rèn)真復(fù)習(xí)、自主完成課后練習(xí)（要求字跡工整、儀器繪圖）、有問(wèn)題及時(shí)尋求老師和同學(xué)的幫助機(jī)械材料與公差模塊一常用工程材料與選用模塊二工程力學(xué)基礎(chǔ)模塊三尺寸公差與配合模塊四形位公差與識(shí)讀模塊五表面粗糙度模塊六漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪的公差與檢測(cè)

模塊一

常用工程材料及選用

任務(wù)1-1

認(rèn)識(shí)金屬材料的性能材料：是人類(lèi)用來(lái)制作各種產(chǎn)品的物質(zhì)。

工程材料：金屬材料非金屬材料復(fù)合材料金屬材料：以金屬(包括合金與純金屬)為基礎(chǔ)的材料，指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱(chēng)。人類(lèi)文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。現(xiàn)代，種類(lèi)繁多的金屬材料已成為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用主要是由于其不僅來(lái)源豐富，而且使用性能與其成分、組織及加工工藝密切相關(guān)。它能滿(mǎn)足各種工程構(gòu)件或機(jī)械零件所需的力學(xué)性能和工藝性能要求，所以掌握各種金屬材料的力學(xué)性能及其變化規(guī)律，根據(jù)工作條件及力學(xué)性能選擇材料，充分發(fā)揮其性能潛力，是保證構(gòu)件或零件質(zhì)量的基礎(chǔ)。鋼鐵材料（黑色金屬）：鐵和以鐵為基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金），主要是鋼和鑄鐵。

[小資料]

黑色金屬只有三種：鐵、錳與鉻。而它們?nèi)齻€(gè)都不是黑色的！純鐵是銀白色的；錳是銀白色的；鉻是灰白色的。因?yàn)殍F的表面常常生銹，蓋著一層黑色的四氧化三鐵與棕褐色的三氧化二鐵的混合物，看去就是黑色的。怪不得人們稱(chēng)之為“黑色金屬”。常說(shuō)的“黑色冶金工業(yè)”，主要是指鋼鐵工業(yè)。因?yàn)樽畛Ｒ?jiàn)的合金鋼是錳鋼與鉻鋼，這樣，人們把錳與鉻也算成是“黑色金屬”了。[小資料]鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)中常用化學(xué)元素符號(hào)鉻（Cr）鎳（Ni）硅（Si）錳（Mn）鋁（Al）硫（S）磷（P）鎢（W）鉬（Mo）釩（V）鈦（Ti）銅（Cu）鐵（Fe）硼（B）鈷（Co）氮（N）鈮（Nb）鉭（Ta）鈣（Ca）鎂（Mg）錫（Sn）鉛（Pb）硒（Se）碳（C）砷（As）稀土（RE）氧（O）氫（H）有色金屬材料：有色金屬是指鐵、鉻、錳三種金屬以外的所有金屬，還包括有色合金（有色合金是以一種有色金屬為基體（通常大于50%），加入一種或幾種其他元素而構(gòu)成的合金。）。

合金：是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經(jīng)一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)。一般通過(guò)熔合成均勻液體和凝固而得。根據(jù)組成元素的數(shù)目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。[小資料]合金的生成常會(huì)改善元素單質(zhì)的性質(zhì)，例如，鋼的強(qiáng)度大于其主要組成元素鐵。合金的物理性質(zhì)，例如密度、反應(yīng)性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性可能與合金的組成元素尚有類(lèi)似之處，但是合金的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度卻通常與組成元素的性質(zhì)有很大不同。根據(jù)合金中含量較大的主要金屬的名稱(chēng)而分類(lèi)稱(chēng)作某某合金

銅合金

主要保持銅的性能。常見(jiàn)的合金中，Cu與Zn的合金稱(chēng)黃銅，其中Cu占60%～90%、Zn占40%～10%，有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件；青銅是人類(lèi)使用歷史最久的金屬材料，用于雕象、裝飾品和教堂鐘，它是Cu、Sn合金。錫的加入明顯地提高了銅的強(qiáng)度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強(qiáng)，因此錫青銅常用于制造齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件。鋁合金

突出特點(diǎn)是密度小、強(qiáng)度高，具有很好的耐蝕性，良好的塑性和較高的強(qiáng)度。鋁合金廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、艦艇和載重汽車(chē)等，可增加它們的載重量以及提高運(yùn)行速度，并具有抗海水侵蝕，避磁性等特點(diǎn)。鈦是周期表中第IVB類(lèi)元素，外觀(guān)似鋼，熔點(diǎn)達(dá)1672℃，屬難熔金屬。鈦是容易鈍化（鈍化是使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，而延緩金屬的腐蝕速度的方法）的金屬，且在含氧環(huán)境中，其鈍化膜在受到破壞后還能自行愈合，因此鈦和鈦合金有優(yōu)異的耐蝕性，鈦對(duì)海水很穩(wěn)定,將鈦或鈦合金放入海水中數(shù)年,取出后,仍光亮如初,遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼。鈦的另一重要特性是密度小。其強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，是目前所有工業(yè)金屬材料中最高的。由于上述優(yōu)異性能，鈦享有“未來(lái)的金屬”的美稱(chēng)。鈦合金已廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，它是火箭、導(dǎo)彈和航天飛機(jī)不可缺少的材料。船舶、化工、電子器件和通訊設(shè)備以及若干輕工業(yè)部門(mén)中要大量應(yīng)用鈦合金，只是鈦的價(jià)格較昂貴，限制了它的廣泛使用。另外，一些國(guó)家的貨幣都會(huì)使用合金（如鎳合金）。鐵碳合金，它是工程技術(shù)中最重要、用量最大的金屬材料，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，我們會(huì)重點(diǎn)介紹。非金屬材料：非金屬材料由非金屬元素或化合物構(gòu)成的材料。

通常指以無(wú)機(jī)物為主體的玻璃、陶瓷、石墨、巖石以及以有機(jī)物為主體的木材、塑料、橡膠等一類(lèi)材料。由晶體或非晶體所組成。無(wú)金屬光澤。是熱和電的不良導(dǎo)體(碳除外)。復(fù)合材料：是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀(guān)上組成具有新性能的材料。

可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的缺陷，擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿(mǎn)足各種不同的要求。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性?xún)?yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn)，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。小結(jié)

鋼鐵材料（黑色金屬）金屬材料有色金屬工程材料非金屬材料合金－鐵碳合金復(fù)合材料鉑的延性好，可以抽成直徑僅有1/5000mm的細(xì)絲；金的展性好，可以壓成厚度只有1/10000mm薄片。性質(zhì)的差異決定了金屬的用途不同。金屬材料的性能

使用性能：金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。金屬材料的性能工藝性能：金屬材料從冶煉到成品的生產(chǎn)過(guò)程中，在各種加工條件下表現(xiàn)出來(lái)的性能。

物理性能1.使用性能化學(xué)性能力學(xué)性能鑄造性焊接性2.工藝性能鍛壓性切削加工性熱處理性使用性能：材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。概述工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過(guò)程中加工成形的適應(yīng)能力。機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的重要任務(wù)之一，就是合理地選用材料和正確制定材料的加工工藝。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)器零件時(shí)，必須首先熟悉金屬材料的各種性能，才能根據(jù)零件的技術(shù)要求，合理地選用所需的金屬材料。

金屬材料的力學(xué)性能是指在承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時(shí)，對(duì)變形與斷裂的抵抗能力及發(fā)生變形的能力。材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱(chēng)為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形。力學(xué)性能定義：材料在力的作用下，諸如不同載荷所造成的彈性變形、塑性變形、斷裂（脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂等）以及金屬抵抗變形和斷裂能力的衡量指標(biāo)。常用的力學(xué)性能有：強(qiáng)度、剛度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等。1.1強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。塑性是指金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不致引起破壞的能力。金屬材料的強(qiáng)度和塑性的判據(jù)可通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)定。

一、拉伸實(shí)驗(yàn)（GB/T228-2002）1.拉伸試樣2.力—伸長(zhǎng)曲線(xiàn)（以低碳鋼試樣為例）3.脆性材料的拉伸曲線(xiàn)返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)1.拉伸試樣（GB6397-86）長(zhǎng)試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)

萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)

a)WE系列液壓式b)WDW系列電子式2.力－伸長(zhǎng)曲線(xiàn)彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線(xiàn)。強(qiáng)化階段返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)

(a)試樣(b)伸長(zhǎng)(c)產(chǎn)生縮頸(d)斷裂拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線(xiàn)（與低碳鋼試樣相對(duì)比）脆性材料在斷裂前沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象。

返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)材料強(qiáng)度的大小通常用單位面積上所承受的力來(lái)表示，其單位為N/m2(Pa)，但Pa這個(gè)單位太小，所以實(shí)際工程中常用MPa（MPa=106Pa）作為強(qiáng)度的單位。應(yīng)力

=P/F0應(yīng)變

=(l-l0)/l0

彈性極限σe

彈性極限是指在產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)材料所能承受的最大應(yīng)力，即：

式中Fe——試樣完全彈性變形時(shí)所能承受的最大載荷，N；

Ao——試樣原始截面積，mm2。1.屈服強(qiáng)度(屈服點(diǎn)）（1）屈服現(xiàn)象在金屬拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，變形增加較快，此時(shí)除了彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形，在力－伸長(zhǎng)曲線(xiàn)出現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)的小平臺(tái)，這便是屈服現(xiàn)象。（2）屈服強(qiáng)度在拉伸曲線(xiàn)上，與上、下屈服點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為上、下屈服強(qiáng)度，分別用σsH和σsL表示。σsH和σsL的計(jì)算公式如下：一般鋼材的屈服強(qiáng)度在200～2000MPa之間，如建造2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”外部鋼結(jié)構(gòu)的Q460E鋼，其屈服強(qiáng)度為460MPa。（3）規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度對(duì)于高碳淬火鋼、鑄鐵等材料，在拉伸試驗(yàn)中沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，無(wú)法確定其屈服強(qiáng)度。國(guó)標(biāo)GB228-2002規(guī)定，一般規(guī)定以試樣達(dá)到一定殘余伸長(zhǎng)率對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為材料的屈服強(qiáng)度，稱(chēng)為規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，通常記作σ0.2表示殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。

ΔLF0F0.20.2%L0F0.2A0σ0.2=工程上各種構(gòu)件或機(jī)器零件工作時(shí)均不允許發(fā)生過(guò)量塑性變形，因此屈服強(qiáng)度σsL是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一，也是大多數(shù)機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。σsL

常作為零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，對(duì)韌性材料，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力[σ]=σsL/n，安全系數(shù)n一般取2或更大。2.抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度

材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號(hào)σb表示。σb=FbA0計(jì)算公式抗拉強(qiáng)度σb的物理意義是塑性材料抵抗大量均勻塑性變形的能力。鑄鐵等脆性材料拉伸過(guò)程中一般不出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度就是材料的斷裂強(qiáng)度。斷裂是零件最嚴(yán)重的失效形式，所以，抗拉強(qiáng)度也是機(jī)械工程設(shè)計(jì)和選材的主要指標(biāo)，特別是對(duì)脆性材料來(lái)講。3.強(qiáng)度的意義

強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，一般鋼材的屈服強(qiáng)度在200～1000MPa之間。強(qiáng)度越高，表明材料在工作時(shí)越可以承受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時(shí)，選用高強(qiáng)度的材料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自重。因此，提高材料的強(qiáng)度是材料科學(xué)中的重要課題，稱(chēng)之為材料的強(qiáng)化。塑性（二）衡量指標(biāo)金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。斷面收縮率：伸長(zhǎng)率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)（一）定義斷后伸長(zhǎng)率（δ

）l1-l0l0×100%δ=l1——試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0——試樣的原始標(biāo)距,mm。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)同一材料的試樣長(zhǎng)短不同，測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率略有不同。由于大多數(shù)韌性金屬材料的集中塑性變形量大于均勻塑性變形量，因此，比例試樣的尺寸越短，其斷后伸長(zhǎng)率越大，用短試樣（L0＝5d0）測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率A略大于用長(zhǎng)試樣（L0＝10d0）測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率A11.3。斷面收縮率（ψ

）A0-A1A0ψ=×100%A0——試樣原始橫截面積,mm2；A1——頸縮處的橫截面積,mm2

。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)塑性的意義任何零件都要求材料具有一定的塑性。很顯然，斷后伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ越大，說(shuō)明材料在斷裂前發(fā)生的塑性變形量越大，也就是材料的塑性越好。意義：

a）安全，防止產(chǎn)生突然破壞；

b）緩和應(yīng)力集中；

c）軋制、擠壓等冷熱加工變形。[小資料]

金屬材料的延伸率和斷面收縮率愈大，表示該材料的塑性愈好，即材料能承受較大的塑性變形而不破壞。一般把延伸率大于百分之五的金屬材料稱(chēng)為塑性材料（如低碳鋼等），而把延伸率小于百分之五的金屬材料稱(chēng)為脆性材料（如灰口鑄鐵等）。塑性好的材料，它能在較大的宏觀(guān)范圍內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，并在塑性變形的同時(shí)使金屬材料因塑性變形而強(qiáng)化，從而提高材料的強(qiáng)度，保證了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以順利地進(jìn)行某些成型工藝加工，如沖壓、冷彎、冷拔、校直等。因此，選擇金屬材料作機(jī)械零件時(shí)，必須滿(mǎn)足一定的塑性指標(biāo)。強(qiáng)度與塑性是一對(duì)相互矛盾的性能指標(biāo)。在金屬材料的工程應(yīng)用中，要提高強(qiáng)度，就要犧牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必須犧牲一部分強(qiáng)度。正所謂“魚(yú)和熊掌二者不能兼得”。但通過(guò)細(xì)化金屬材料的顯微組織，可以同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和塑性。通常情況下金屬的伸長(zhǎng)率不超過(guò)90%，而有些金屬及其合金在某些特定的條件下，最大伸長(zhǎng)率可高達(dá)1000%～2000%，個(gè)別的可達(dá)6000%，這種現(xiàn)象稱(chēng)為超塑性。由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動(dòng)應(yīng)力，極大的活性及擴(kuò)散能力，在壓力加工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等很多領(lǐng)域被中應(yīng)用。超塑性1.2硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。（一）布氏硬度（二）洛氏硬度1.原理2.應(yīng)用3.優(yōu)缺點(diǎn)1.原理2.應(yīng)用3.優(yōu)缺點(diǎn)4.實(shí)驗(yàn)（錄像）4.實(shí)驗(yàn)（錄像）返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)（一）布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的硬質(zhì)合金球以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)

布氏硬度試驗(yàn)原理圖1.原理布氏硬度=

FA壓=2FπD[D-（D2-d2）?]（一）布氏硬度返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)布氏硬度實(shí)際測(cè)試時(shí)，硬度值是不用計(jì)算的，利用刻度放大鏡測(cè)出壓痕直徑d，根據(jù)值d查平面布氏硬度表即可查出硬度值（詳見(jiàn)附表B）。目前，金屬布氏硬度試驗(yàn)方法執(zhí)行時(shí)GB/T231-2002標(biāo)準(zhǔn)，用符號(hào)HBW表示，布氏硬度試驗(yàn)范圍上限為650HBW。

測(cè)量比較軟的材料。測(cè)量范圍<650HBW的金屬材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)2.應(yīng)用

壓痕大，測(cè)量準(zhǔn)確，但不能測(cè)量成品件。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)布氏硬度優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)時(shí)使用的壓頭直徑較大，在試樣表面上留下壓痕也較大，測(cè)得的硬度值也較準(zhǔn)確。

缺點(diǎn)：對(duì)金屬表面的損傷較大，不易測(cè)試太薄工件的硬度，也不適于測(cè)定成品件的硬度。

應(yīng)用：布氏硬度試驗(yàn)常用來(lái)測(cè)定原材料、半成品及性能不均勻的材料（如鑄鐵）硬度，常用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材，不宜測(cè)定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。4.實(shí)驗(yàn)（錄像）返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)1.

原理（二）洛氏硬度返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)加初載荷加主載荷卸除主載荷讀硬度值返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)2.應(yīng)用范圍20~671500N120°金剛石圓錐體HRC25~1001000N1.588mm鋼球HRB70~85600N120°金剛石圓錐體HRA返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗(yàn)范圍優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、迅速，效率高，可直接測(cè)量成品件及高硬度的材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：壓痕小，測(cè)量不準(zhǔn)確，需多次測(cè)量。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)洛氏硬度

優(yōu)點(diǎn)：①操作簡(jiǎn)單迅速，效率高，直接從指示器上可讀出硬度值；

②壓痕小，故可直接測(cè)量成品或較薄工件的硬度；

③HRA和HRC采用金剛石壓頭，可測(cè)量高硬度薄層和深層的材料。

缺點(diǎn)：由于壓痕小，測(cè)得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測(cè)定四次以上，取其平均值為該材料的硬度值。應(yīng)用：HRC標(biāo)尺用于測(cè)試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗(yàn)方法。HRB標(biāo)尺用于測(cè)試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRA標(biāo)尺用于測(cè)試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實(shí)際應(yīng)用上一般只限于測(cè)試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。各硬度值之間大致有以下關(guān)系：布氏硬度值在200～450HBW范圍內(nèi)，HBW=10HRC；總結(jié)

1、布式硬度上限值HB650，不能高于此值。布氏硬度（HB）一般用于材料較軟的時(shí)候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。2、洛氏硬度（HRC）一般用于硬度較高的材料，如熱處理后的硬度等等。3、洛氏硬度與布氏硬度（＞220HBS時(shí)）有以下近似關(guān)系：

1HRC≈10HBS4、材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)之一。

1.3沖擊韌性

總結(jié)：

強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。

材料在工作時(shí)還經(jīng)常受到動(dòng)載荷的作用，沖擊載荷就是常見(jiàn)的一種。靜載荷包括不隨時(shí)間變化的恒載（如自重）和加載變化緩慢以至可以略去慣性力作用的準(zhǔn)靜載（如鍋爐壓力）；

動(dòng)載荷動(dòng)載荷包括短時(shí)間快速作用的沖擊載荷（如空氣錘）、隨時(shí)間作周期性變化的周期載荷（如空氣壓縮機(jī)曲軸）其對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。沖擊載荷沖擊韌性的概念沖擊試驗(yàn)溫度對(duì)金屬材料韌性的影響提高金屬材料韌性的措施1.沖擊載荷在很短時(shí)間內(nèi)作用物體上的載荷稱(chēng)為沖擊載荷。加載時(shí)間短，加載速率高；有時(shí)利用，有時(shí)盡量避免或減小。載荷作用效果大，所以必須考慮材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，即沖擊韌性。沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時(shí)間短、加載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之增加，一般沖擊試驗(yàn)時(shí)金屬形變速率ε=102～104s-1。提高應(yīng)變率將使金屬材料的變脆傾向增大，因此沖擊載荷對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。2.沖擊韌性的概念

材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱(chēng)為沖擊韌性。示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，說(shuō)明其沖擊韌性很低。3.沖擊試驗(yàn)沖擊試樣沖擊試驗(yàn)原理一次擺錘沖擊試驗(yàn)沖擊韌性的表示方法如不能制備標(biāo)準(zhǔn)試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥,試樣的其他尺寸及公差與相應(yīng)缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，缺口應(yīng)開(kāi)在試樣的窄面上。其中5mm×10mm×55mm試樣常用于薄板材料的檢驗(yàn)。焊接接頭沖擊試樣的形狀和尺寸與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，但其缺口軸線(xiàn)應(yīng)當(dāng)垂直焊縫表面。

原理沖擊韌性可以通過(guò)一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，試驗(yàn)時(shí)將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗(yàn)機(jī)架的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢(shì)能mgH1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時(shí)擺錘的勢(shì)能為mgH2。所以，擺錘用于沖斷試樣的能量

AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J）。4.材料沖擊韌性的表示方法國(guó)標(biāo)GB/T229－1994沖擊功吸收功：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊功吸收功，也就是材料在斷裂前所吸收的能量。根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功數(shù)值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤(pán)上讀出。4.材料沖擊韌性的表示方法沖擊韌度的大小用αk表示，αk是試樣缺口處單位面積A所消耗的沖擊功，即αk=Wk/A

αk(單位為J/cm2)值越大，表示材料的韌性越好，在受到?jīng)_擊時(shí)越不容易斷裂。沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把沖擊吸收能量低的材料稱(chēng)為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱(chēng)為韌性材料。缺口沖擊試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)量迅速簡(jiǎn)便用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量。用來(lái)評(píng)定材料的冷脆傾向（測(cè)定韌脆轉(zhuǎn)變溫度）。設(shè)計(jì)時(shí)要求機(jī)件的服役溫度高于材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。5.沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用5.沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用缺口沖擊試驗(yàn)由于其本身反映一次或少數(shù)次大能量沖擊破斷抗力，因此對(duì)某些特殊服役條件下的零件，如彈殼、裝甲板、石油射孔槍等，有一定的參考價(jià)值。通過(guò)一次擺錘沖擊試驗(yàn)測(cè)定的沖擊吸收吸收能量K是一個(gè)由強(qiáng)度和塑性共同決定的綜合性力學(xué)性能指標(biāo)，不能直接用于零件和構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，但它是一個(gè)重要參考，所以將材料的沖擊韌性列為金屬材料的常規(guī)力學(xué)性能，σsL(σ0.2)、σb、δ、ψ和αk被稱(chēng)為金屬材料常規(guī)力學(xué)性能的五大指標(biāo)。沖擊韌性與溫度有密切的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r(shí)材料的韌性急劇下降，材料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度稱(chēng)為轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）。轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）越低，表明材料的低溫韌性越好，對(duì)于在寒冷地區(qū)使用的材料要十分重要。金屬材料的成分對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響很大，一般的碳素鋼，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）大約為-20℃，某些合金鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）可達(dá)-40℃以下。TITANIC建造中的Titanic號(hào)TITANIC的沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)1912年4月號(hào)稱(chēng)永不沉沒(méi)的泰坦尼克號(hào)（Titanic）首航沉沒(méi)于冰海，成了20世紀(jì)令人難以忘懷的悲慘海難。20世紀(jì)80年代后，材料科學(xué)家通過(guò)對(duì)打撈上來(lái)的泰坦尼克號(hào)船板進(jìn)行研究，回答了80年的未解之謎。由于Titanic號(hào)采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當(dāng)船在冰水中撞擊冰山時(shí)，脆性船板使船體產(chǎn)生很長(zhǎng)的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒(méi)。下圖中左面的試樣取自海底的Titanic號(hào)，沖擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。6.提高沖擊韌性的途徑

沖擊韌性是一個(gè)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)相當(dāng)敏感的量，所以提高材料的沖擊韌性的途徑有：

改變材料的成分，如加入釩、鈦、鋁、氮等元素，通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高其韌性，尤其是低溫韌性；

提高材料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、氣泡等缺陷；1.4疲勞極限

人工作久了就會(huì)感到疲勞，難道金屬工作久了也會(huì)疲勞嗎？金屬的疲勞能得到恢復(fù)嗎？金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，往往在工作應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞。1998年6月3日，德國(guó)發(fā)生了戰(zhàn)后最慘重的一起鐵路交通事故。一列高速列車(chē)脫軌，造成100多人遇難。事故的原因已經(jīng)查清，是因?yàn)橐还?jié)車(chē)廂的車(chē)輪“內(nèi)部疲勞斷裂”引起的。首先是一個(gè)車(chē)輪的輪箍發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車(chē)輪脫軌，進(jìn)而造成車(chē)廂橫擺，此時(shí)列車(chē)正好過(guò)橋，橫擺的車(chē)廂以其巨大的力量將橋墩撞斷，造成橋梁坍塌，壓住了通過(guò)的列車(chē)車(chē)廂，并使已通過(guò)橋洞的車(chē)頭及前5節(jié)車(chē)廂斷開(kāi)，而后面的幾節(jié)車(chē)廂則在巨大慣性的推動(dòng)下接二連三地撞在坍塌的橋體上，從而導(dǎo)致了這場(chǎng)近50年來(lái)德國(guó)最慘重的鐵路事故。1.變動(dòng)載荷和循環(huán)應(yīng)力1.交變載荷——引起疲勞破壞的外力，指載荷大小、甚至方向均隨時(shí)間變化的載荷，其在單位面積上的平均值即為交變應(yīng)力。交變應(yīng)力可分為規(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)力(也稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力)和無(wú)規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力兩種。金屬疲勞產(chǎn)生的原因a)應(yīng)力大小變化b)c）應(yīng)力大小和方向都變化d)應(yīng)力大小和方向無(wú)規(guī)則變化1.平均應(yīng)力2.應(yīng)力幅tσ一個(gè)應(yīng)力循環(huán)2.疲勞斷裂零件在循環(huán)應(yīng)力作用下,在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后突然產(chǎn)生斷裂的過(guò)程,稱(chēng)為疲勞斷裂.

疲勞斷裂由疲勞裂紋產(chǎn)生—擴(kuò)展—瞬時(shí)斷裂三個(gè)階段組成。

盡管疲勞失效的最終結(jié)果是部件的突然斷裂,但實(shí)際上它們是一個(gè)逐漸失效的過(guò)程，從開(kāi)始出現(xiàn)裂紋到最后破斷需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間。疲勞斷裂的宏觀(guān)斷口一般由三個(gè)區(qū)域組成，即疲勞裂紋產(chǎn)生區(qū)（裂紋源）、裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)。3.疲勞斷口3.疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）當(dāng)應(yīng)力低于某值時(shí)，材料經(jīng)受無(wú)限次循環(huán)應(yīng)力也不發(fā)生疲勞斷裂，此應(yīng)力稱(chēng)為材料的疲勞極限，記作σR（R為應(yīng)力比），就是S-N曲線(xiàn)中的平臺(tái)位置對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。通常，材料的疲勞極限是在對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞條件下（R＝－1）測(cè)定的，對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞極限記作σ-1。4.疲勞強(qiáng)度若疲勞曲線(xiàn)上沒(méi)有水平部分，常以規(guī)定斷裂循環(huán)次數(shù)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為條件疲勞極限。對(duì)一般低、中強(qiáng)度鋼：107周次對(duì)高強(qiáng)度鋼：108周次對(duì)鋁合金，不銹鋼：108周次對(duì)鈦合金：107周次在工程中，有時(shí)根據(jù)零件壽命的要求，在規(guī)定的某一循環(huán)周次下，測(cè)出σmax，并稱(chēng)之為疲勞強(qiáng)度，實(shí)際上就是條件疲勞極限。5.提高疲勞極限的途徑(1)在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量避免尖角、缺口和截面突變。(2)提高零件表面加工質(zhì)量。(3)對(duì)材料表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。金屬材料的物理性能金屬的物理性能是金屬固有的屬性，它包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等金屬材料的化學(xué)性能

金屬的化學(xué)性能是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能。它包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。

1.耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧化、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。

2.抗氧化性金屬材料抵抗氧化作用的能力，稱(chēng)為抗氧化性。3.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(chēng)。金屬材料的工藝性能:是指在各種加工條件下表現(xiàn)出來(lái)的適應(yīng)能力。1.鑄造性能金屬及合金成型獲得優(yōu)良鑄件的能力稱(chēng)為鑄造性能?；诣T鐵比鑄鋼的鑄造性好。

2.鍛壓性能金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱(chēng)為鍛壓性能。一般情況下，低碳鋼的鍛壓性最好，中碳鋼次之，高碳鋼較差。3.焊接性能金屬材料在一定焊接條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的能力稱(chēng)為焊接性能。一般情況下，低碳鋼具有良好的焊接性，高碳鋼、鑄鐵的焊接性較差。4.切削加工性能金屬材料切削加工的難易程度稱(chēng)為切削加工性能。鑄鐵比鋼切削加工性能好，碳鋼比合金鋼切削性能好。

常用金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)力學(xué)性能性能指標(biāo)符號(hào)名稱(chēng)單位強(qiáng)度σb抗拉強(qiáng)度MPa（N/mm2）σs屈服點(diǎn)塑性δ斷后伸長(zhǎng)率%ψ斷面收縮率硬度HB布氏硬度HR洛氏硬度HC維氏硬度韌性αk沖擊韌性J/cm2疲勞強(qiáng)度σ-1對(duì)稱(chēng)循環(huán)強(qiáng)度MPa任務(wù)1-2了解金屬材料的知識(shí)金屬材料的性能不僅決定于它們的化學(xué)成分，而且還決定于它們的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。要正確選擇和使用材料，必須了解金屬材料的組織結(jié)構(gòu)及其對(duì)性能的影響。晶體：原子呈周期性有規(guī)則的排列[特征]擁有整齊規(guī)則的幾何外形；擁有固定的熔點(diǎn)；有各向異性的特點(diǎn)；可以使X光發(fā)生有規(guī)律的衍射（判定某物質(zhì)是不是晶體的主要方法）等。鹽、味精、冰花、雪花、砂糖、堿、牙齒、骨骼、工業(yè)中的礦物巖石是晶體（鉆石、紅寶石、藍(lán)寶石等）、地上的泥土砂石、各種金屬及合金制品也屬晶體。單晶體外形為不規(guī)則的顆粒狀，通常把它稱(chēng)為“晶粒”。單晶體具有各向異性的特征。

多晶體由許多方位各不相同的單晶體塊組成的。晶粒之間的分界面叫晶界。它們沒(méi)有固定的獨(dú)特形狀，表現(xiàn)為各向同性。各種金屬就屬于多晶體。非晶體

：非晶體的內(nèi)部組成是原子無(wú)規(guī)則的均勻排列。表現(xiàn)為各向同性。玻璃、松香、瀝青、琥珀、珍珠和橡膠就是常見(jiàn)的非晶體。結(jié)晶：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)而形成晶體的整個(gè)過(guò)程。金屬的冷卻曲線(xiàn)

（T-t曲線(xiàn)）

[理論結(jié)晶溫度]

純金屬在無(wú)限緩慢的冷卻條件下（即平衡狀態(tài)下）的結(jié)晶溫度稱(chēng)為理論結(jié)晶溫度，用T0表示。[實(shí)際結(jié)晶溫度]實(shí)際測(cè)出的結(jié)晶溫度稱(chēng)實(shí)際結(jié)晶溫度，用Tn表示。

過(guò)冷是金屬結(jié)晶的必要條件

。

[過(guò)冷現(xiàn)象]

金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，即Tn<T0，這種現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)冷現(xiàn)象。[過(guò)冷度]

理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值稱(chēng)為過(guò)冷度，用ΔT表示。過(guò)冷度的大小與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度也越大。

金屬的結(jié)晶過(guò)程

結(jié)晶過(guò)程是金屬內(nèi)的原子從液態(tài)的無(wú)序的混亂排列轉(zhuǎn)變成固態(tài)的有規(guī)律排列。

1、孕育

2、生核

3、長(zhǎng)大

[注意]

結(jié)晶的三個(gè)基本過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的，主要是晶核不斷生成和不斷長(zhǎng)大的過(guò)程。晶粒大小對(duì)力學(xué)性能的影響在室溫下，一般情況是金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度、硬度越高；塑性、韌性越好，這種現(xiàn)象稱(chēng)為細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)化晶粒是改善材料力學(xué)性能的重要措施。工業(yè)上常用以下方法來(lái)細(xì)化晶粒：增加過(guò)冷度

變質(zhì)處理

附加振動(dòng)

金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

晶格將每個(gè)原子視為一個(gè)幾何質(zhì)點(diǎn)，并用一些假想的幾何線(xiàn)條將各質(zhì)點(diǎn)連接起來(lái)，形成一個(gè)空間幾何格架。在金屬材料中最常見(jiàn)的晶格有體心立方晶格和面心立方晶格。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱(chēng)為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是原子重新排列的過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)重新結(jié)晶的過(guò)程。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

δ-Fe→γ-Fe→α-Fe

體心面心體心特點(diǎn)：?

通過(guò)熱處理改變其組織和性能的依據(jù)；?

是性能多樣、用途廣泛的原因之一；?

將導(dǎo)致體積變化（產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力）。性能：純鐵塑性好，但強(qiáng)度低，很少用來(lái)制造機(jī)械零件。

同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：固態(tài)下，一種元素的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象。合金的結(jié)構(gòu)

[組元]：組成合金最基本的、獨(dú)立的單元稱(chēng)為組元。根據(jù)組元數(shù)目的多少，可將合金分為二元合金、三元合金等。[相]：合金中的相是指有相同的結(jié)構(gòu)，相同的物理、化學(xué)性能，并與該系統(tǒng)中其余部分有明顯界面分開(kāi)的均勻部分。固態(tài)下只有一個(gè)相的合金稱(chēng)為單相合金；由兩個(gè)或兩個(gè)以上相組成的合金稱(chēng)為多相合金。固態(tài)時(shí)合金的結(jié)構(gòu)1、固溶體

[固溶體的性能]：固溶體與純金屬相比，不僅具有高的強(qiáng)度和硬度，還有良好的塑性與韌性。一般合金都是以固溶體作為基體相。[固溶強(qiáng)化]

：固溶體可提高合金的強(qiáng)度、硬度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是提高金屬材料性能的重要途徑之一。固態(tài)時(shí)合金的結(jié)構(gòu)2、金屬化合物

[金屬化合物]：是合金中各組元間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的一種新相，它的組成一般可用分子式來(lái)表示，如鐵碳合金中的Fe3C（滲碳體）。

[金屬化合物性能]：一般熔點(diǎn)高，性能硬而脆。金屬化合物是合金鋼、硬質(zhì)合金和許多非鐵合金的重要組成相。固態(tài)時(shí)合金的結(jié)構(gòu)3、機(jī)械混合物

[機(jī)械混合物的性能]：取決于各相的性能、相對(duì)數(shù)量、形狀、大小及分布情況。在常用合金中，其組織大多是固溶體和金屬化合物的機(jī)械混合物。

鋼鐵是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料。其基本組元是鐵和碳，故統(tǒng)稱(chēng)為鐵碳合金。一、鐵碳合金的基本組織是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727℃時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。鐵素體⒈組元：Fe、Fe3C⒉相⑴鐵素體：碳在

-Fe中的固溶體稱(chēng)鐵素體,用F

或

表示。

鐵素體組織金相圖⑵奧氏體:碳在

-Fe中的固溶體稱(chēng)奧氏體。用A或

表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時(shí)最大為2.11%。727℃時(shí)為0.77%組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強(qiáng)度低、塑性好，鋼材熱加工都在

區(qū)進(jìn)行.碳鋼室溫組織中無(wú)奧氏體。奧氏體

奧氏體組織金相圖⑶滲碳體：即Fe3C,含碳6.69%,用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強(qiáng)度低(

b35MPa),脆性大,塑性幾乎為零Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨),該反應(yīng)對(duì)鑄鐵有重要意義。由于碳在

-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。

鑄鐵中的石墨鋼中的滲碳體滲碳體組織金相圖⑷珠光體：鐵素體與Fe3C的機(jī)械混合物，用P表示。珠光體的組織特點(diǎn)是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。珠光體珠光體(P)⑸萊氏體：

與Fe3C的機(jī)械混合物高溫萊氏體：727℃以上，奧氏體與滲碳體，以L(fǎng)d表示低溫萊氏體：727℃以下，珠光體與滲碳體，以L(fǎng)’d表示為蜂窩狀,以Fe3C為基，性能硬而脆。萊氏體萊氏體(Ld)鐵碳合金的基本組織在純鐵中加入少量的碳形成鐵碳合金，可使強(qiáng)度和硬度明顯提高。因此，鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。在這5種組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體是鐵碳合金的基本相。

基本組織定義力學(xué)性能溶碳量鐵素體F碳在α-Fe中的間隙固溶體強(qiáng)、硬度低，塑、韌性好≤0.0218%奧氏體A碳在γ-Fe中的間隙固溶體硬度極低，塑性極好≤2.11%滲碳體Fe3CFe與C的金屬化合物硬而脆，塑性極差=9.69%珠光體PF和Fe3C組成的機(jī)械混合物強(qiáng)度較高、硬度適中，塑、韌性較好=2.11%萊氏體Ld（Ld’）A（P）和Fe3C組成的機(jī)械混合物硬度很高，塑性極差=4.3%鐵碳合金相圖

鐵碳合金相圖是指在極其緩慢的加熱或冷卻的條件下，不同成分的鐵碳合金，在不同溫度下所具有的狀態(tài)或組織的圖形，是研究鐵碳合金成分、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是選材、制定熱加工工藝及熱處理工藝的重要依據(jù)。

Fe-Fe3C

相圖FeT°Fe3C

Fe-Fe3C

相圖ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3C

T°(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡLd’Ld’+Fe3CⅠP+Ld’+Fe3CⅡK(P+Fe3C)⒈特征點(diǎn)?????LJNGAA+Fe3CP+Fe3CL+Fe3CL+AF+A

Fe—Fe3C相圖的特性點(diǎn)Fe—Fe3C相圖的特性線(xiàn)Fe—Fe3C相圖中的特性線(xiàn)，都是鐵碳合金組織發(fā)生轉(zhuǎn)變或相變的分界線(xiàn)。ACD線(xiàn)為液相線(xiàn)。AECF為固相線(xiàn)。ES線(xiàn)為碳在奧氏體中的溶解度曲線(xiàn)，又稱(chēng)Acm線(xiàn)。GS線(xiàn)又稱(chēng)A3線(xiàn)，它是合金冷卻時(shí)奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線(xiàn)。PSK線(xiàn)為共析轉(zhuǎn)變線(xiàn)，又稱(chēng)A1線(xiàn)。ECF線(xiàn)(1148℃)為共晶線(xiàn)。含碳量超過(guò)2.11％的合金冷卻到此溫度線(xiàn)時(shí)，將從液態(tài)合金中同時(shí)結(jié)晶出兩種固態(tài)相，即奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物。這一轉(zhuǎn)變稱(chēng)為共晶反應(yīng)，轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物為“萊氏體"，C點(diǎn)稱(chēng)為共晶點(diǎn)。含碳量大于0.02％的鐵碳合金，當(dāng)溫度降低到PSK水平線(xiàn)上時(shí)，從含碳量為0.77％的奧氏體同時(shí)析出鐵素體和滲碳體，組成機(jī)械混合物。這一轉(zhuǎn)變稱(chēng)為共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱(chēng)為“珠光體”，S點(diǎn)稱(chēng)為共析點(diǎn)。鐵碳合金的分類(lèi)根據(jù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和室溫組織的不同，可將鐵碳合金分為以下三類(lèi)：

工業(yè)純鐵：wc≤0.0218%。

鋼：0.0218%＜wc≤2.11%。根據(jù)室溫組織的不同，鋼又可分為三種：共析鋼、亞共析鋼、過(guò)共析鋼。

白口鐵：2.11%＜wc＜6.69%。根據(jù)室溫組織的不同，白口鐵又可分為三種：共晶白口鐵、亞共晶白口鐵、過(guò)共晶白口鐵。工業(yè)純鐵：室溫組織為F+Fe3CⅢ典型鐵碳合金的組織

工業(yè)純鐵組織金相圖共析鋼：室溫組織為P；

L→L+A→A→P(F+Fe3C)

共析鋼組織金相圖亞共析鋼：室溫組織為P+F；

L→L+A→A→A+F→P+F

亞共析鋼組織金相圖過(guò)共析鋼：室溫組織為P+Fe3CⅡ；

L→L+A→A→A+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ

過(guò)共析鋼組織金相圖共晶白口鑄鐵：室溫組織為L(zhǎng)d’；

L→Ld(A+Fe3C)→Ld(A+Fe3C+Fe3CⅡ)→Ld’(P+Fe3C+Fe3CⅡ)

共晶白口鐵組織金相圖亞共晶白口鑄鐵：室溫組織為L(zhǎng)d’+P+Fe3CⅡ

；

L→Ld(A+Fe3C)+A→Ld+A+Fe3CⅡ→Ld+P+Fe3CⅡ

亞共晶白口鐵組織金相圖過(guò)共晶白口鑄鐵：室溫組織為L(zhǎng)d’+Fe3CⅠ

；

L→Ld(A+Fe3C)+Fe3C→Ld+Fe3C→Ld′+Fe3C

過(guò)共晶白口鐵組織金相圖鐵碳合金的成分、組織、性能之間的關(guān)系1、含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響2、含碳量對(duì)鐵碳合金力學(xué)性能的影響

wc↑→塑、韌性↓→硬度↑

wc<0.9%時(shí)，wc↑→強(qiáng)度↑

wc>0.9%時(shí)，wc↑→強(qiáng)度↓3、雜質(zhì)對(duì)鐵碳合金力學(xué)性能的影響一.Si脫氧劑，且強(qiáng)化F,提高淬透性。

二.Mn脫氧劑，除硫劑，且強(qiáng)化F,提高淬透性

。三.S不利作用：引起熱脆（原因：硫與鐵會(huì)形成化合物FeS，而FeS與Fe形成低熔點(diǎn)共晶體(熔點(diǎn)為985℃)，分布在奧氏體晶界上。當(dāng)熱壓力加工時(shí)鋼就會(huì)沿晶界碎裂）有利作用：提高切削加工性

四.P不利作用：引起冷脆,（原因：固溶于F→鋼強(qiáng)硬度↑，塑韌性↓↓）有利作用：提高切削加工性,使彈片易碎等

鋼中要嚴(yán)格控制硫、磷含量。

鐵碳合金相圖的應(yīng)用1、選材方面的應(yīng)用可判斷力學(xué)性能。2、在鑄造、鍛造和焊接方面的應(yīng)用可確定澆鑄溫度和鑄造工藝性；可選擇始鍛、終鍛溫度和鍛造工藝性；可判斷焊接性能并制定焊接工藝。3、在熱處理方面的應(yīng)用可確定熱處理加熱溫度一是合金化改善鋼的性能二是熱處理任務(wù)1-3探析鋼的熱處理工藝定義：熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝.

為簡(jiǎn)明表示熱處理的基本工藝過(guò)程，通常用溫度—時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線(xiàn)。

時(shí)間／h2、熱處理特點(diǎn):熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形狀。

3、熱處理適用范圍:只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。

熱處理特點(diǎn)：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。目的：不僅可以消除毛坯缺陷，改善工藝性能，以利于進(jìn)行冷、熱加工外，更重要的是充分發(fā)揮材料潛力，顯著提高力學(xué)性能，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命。在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。在汽車(chē)、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。.

模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)過(guò)熱處理。總之，重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。

鋼加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變加熱是熱處理的第一道工序。對(duì)鋼加熱的目的一般是使鋼奧氏體化。亞共析鋼:Ac3+(20-40℃)共析鋼:Ac1+(20-40℃)過(guò)共析鋼:Accm+(20-40℃)鋼在加熱、冷卻時(shí)的臨界溫度

第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過(guò)程又稱(chēng)為奧氏體化。以共析鋼的奧氏體形成過(guò)程為例。

§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體的形成(P

A)

鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。箱式可控氣氛多用爐真空熱處理爐第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.加熱溫度

加熱溫度愈高，晶粒長(zhǎng)大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大，熱處理時(shí)必須規(guī)定合適的加熱溫度范圍。2.保溫時(shí)間

隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，但隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大速度越來(lái)越慢，且不會(huì)無(wú)限制地長(zhǎng)大下去。3.加熱速度加熱速度越快，奧氏體化的實(shí)際溫度愈高，奧氏體的形核率大于長(zhǎng)大速度，獲得細(xì)小的起始晶粒。生產(chǎn)中常用快速加熱和短時(shí)保溫的方法來(lái)細(xì)化晶粒。4.冶煉和脫氧條件冶煉時(shí)用鋁脫氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素，形成難溶的碳化物顆粒,阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在一定溫度下晶粒不易長(zhǎng)大。

過(guò)冷奧氏體——暫時(shí)保留在A(yíng)1以下的奧氏體。

連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變——使加熱到奧氏體化的鋼連續(xù)降溫進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變

等溫冷卻轉(zhuǎn)變——使加熱到奧氏體化的鋼以較快的冷卻速度冷到A1以下某溫度保溫，在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度A1連續(xù)冷卻等溫冷卻過(guò)冷奧氏體的兩種冷卻方式把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于A(yíng)1的某一溫度，并等溫停留一段時(shí)間，使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫。

鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變共析碳鋼C曲線(xiàn)的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線(xiàn)A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變⑴珠光體形貌形成溫度為A1～650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號(hào)P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌三維珠光體如同放在水中的包心菜第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（2）索氏體形貌像形成溫度為650-600℃,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號(hào)S表示。電鏡形貌光鏡形貌第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（3）托氏體形貌像形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號(hào)T

表示。電鏡形貌光鏡形貌第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?cè)诠忡R下呈羽毛狀.在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自?shī)W氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下上貝氏體形貌第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

下貝氏體形貌在光鏡下呈竹葉狀。在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60o角。光鏡下電鏡下第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)實(shí)用價(jià)值。下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。

上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3、馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過(guò)冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類(lèi)型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。

(1)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在

-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱(chēng)馬氏體，用M表示。馬氏體組織馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變(2)馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類(lèi)。①板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長(zhǎng)的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡下第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變電鏡下光鏡下②

針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變③馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)幾乎全部是針狀馬氏體.C%在0.2～

1.0%之間為板條與針狀的混合組織。第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變(3)馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變總結(jié)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類(lèi)型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1～650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650～600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600～550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550～350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過(guò)飽和F條之間40-50等溫處理B下350～MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過(guò)飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS～Mf無(wú)擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS～Mf板條狀50淬火第一節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)

在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用v1---爐冷A→Pv2---空冷A→Sv3---油冷A→T+Mv4---水冷A→M＋A/vk---臨界冷卻速度vk（奧氏體全部過(guò)冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度）PSMT§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變熱處理的分類(lèi)：普通熱處理熱處理表熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;

新技術(shù)：可控氣氛熱處理、真空……、形變……、電解熱……、離子化……、激光……、電子束表面……、硫碳氮-稀土共滲等。毛坯生產(chǎn)預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理機(jī)械精加工預(yù)備熱處理:

退火;正火；調(diào)質(zhì)最終熱處理:

淬火;回火；表面熱處理第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝一、鋼的退火1、退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度（臨界溫度以上30～50℃

），保溫一定時(shí)間，然后在爐中緩慢地冷卻的熱處理工藝。2、目的——為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備

1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；

2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷；

3）消除內(nèi)應(yīng)力。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝退火

重結(jié)晶退火

低溫退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火3退火種類(lèi)第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝1）完全退火

定義：將鋼加熱Ac3以上30-50oC,完全奧氏體后，保溫一定時(shí)間隨之緩慢冷卻到600oC以下，出爐空冷。組織：細(xì)小而均勻的平衡組織（鐵素體+珠光體）目的：細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，以利于切削加工。適用范圍：亞共析鋼型材。各種退火與正火的工藝曲線(xiàn)

2）球化退火

定義：將鋼加熱到Ac1以上20-30oC，保溫后隨爐緩冷至600oC，出爐空冷，使鋼中碳化物呈球狀的工藝方法。組織：球狀珠光體（滲碳體呈球形的細(xì)小顆粒彌散分布在鐵素體基體中）第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。適用范圍：主要用于過(guò)共析鋼、合金工具鋼。球狀珠光體第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝3）均勻化退火（擴(kuò)散退火）

定義：將鋼加熱到Ac3以上150-300oC，長(zhǎng)時(shí)間保溫后隨爐緩冷。目的：使鋼中的化學(xué)成分和組織均勻化適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛坯。4）去應(yīng)力退火定義：將鋼加熱到Ac1以下（一般約為500—600oC），保溫后隨爐緩冷至200--300oC出爐空冷，又稱(chēng)低溫退火。目的：消除鑄件、鍛件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。（沒(méi)有發(fā)生組織變化）適用范圍：用于所有的鋼。5）再結(jié)晶退火---中間退火定義：把經(jīng)過(guò)冷變形處理的鋼加熱到再結(jié)晶溫度以上150～250℃，保溫后緩慢冷卻的退火工藝方法。目的：使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力。應(yīng)用：去除冷變形鋼引起的加工硬化。再結(jié)晶退火視頻：退火工藝第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝二、鋼的正火1、正火：將鋼件加熱到Ac3或Accm線(xiàn)以上30～50oC

，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，在空氣中冷卻。2、正火與退火的區(qū)別：正火與退火的目的基本相同，但正火的冷卻速度比退火稍快，正火后得到的珠光體組織比較細(xì)，強(qiáng)度、硬度比退火鋼高。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝2）對(duì)低、中碳鋼（S+F），可用正火作為預(yù)備熱處理，可提高硬度和強(qiáng)度，改善切削加工性；3）對(duì)高碳鋼（S），正火可抑制滲碳體網(wǎng)的形成，可為球化退火作準(zhǔn)備。熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度3、目的及應(yīng)用：1）對(duì)力學(xué)性能要求不高的結(jié)構(gòu)、零件，可用正火最為最終熱處理，以提高其強(qiáng)度、硬度和韌性。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝視頻：正火工藝

第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝三、鋼的淬火淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一定時(shí)間后，快速冷卻的熱處理工藝。目的：為了獲得馬氏體（或貝氏體）組織，提高鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，并保持足夠的韌性第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝1、碳鋼⑴亞共析鋼淬火溫度為Ac3+30-50℃。預(yù)備熱處理組織為退火或正火組織。(一)淬火溫度碳鋼的淬火加熱溫度范圍

第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝亞共析鋼淬火組織：

0.5%C時(shí)為M

0.5%C時(shí)為M+A’。65MnV鋼(0.65%C)淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝⑵共析鋼淬火溫度為Ac1+30-50℃；淬火組織為M+A’。碳鋼的淬火加熱溫度范圍

第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝⑶過(guò)共析鋼淬火溫度:Ac1+30-50℃.溫度高于A(yíng)ccm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A’量增多,使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開(kāi)裂傾向增加。淬火組織:

M+Fe3C顆粒+A’。(預(yù)備組織為P球)T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝總結(jié)

M+Fe3C+A殘Ac1+30～50過(guò)共析鋼M+A殘Ac1+30～50

共析鋼M+A殘Ac3+30～50亞共析鋼Wc＞0.5%MAc3+30～50亞共析鋼Wc≤0.5%

最終組織淬火溫度(℃)

鋼種2、合金鋼

由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。⑴亞共析鋼淬火溫度為Ac3+50-100℃。⑵共析鋼、過(guò)共析鋼淬火溫度為Ac1+50-100℃。

第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝（二）淬火介質(zhì)理想的冷卻曲線(xiàn)應(yīng)只在C曲線(xiàn)鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒(méi)有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油.水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱(chēng)鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復(fù)雜件的分級(jí)淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝（三）淬火方法

采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。

1、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝視頻：?jiǎn)我捍慊鸱ǖ诙?jié)鋼的普通熱處理工藝

2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷，卻躲過(guò)鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點(diǎn)是冷卻理想，缺點(diǎn)是不易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝視頻：雙液淬火法第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝

3、分級(jí)淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。鹽浴爐視頻：分級(jí)淬火法第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝

4、等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小.適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。視頻：等溫淬火法網(wǎng)帶式淬火爐淬透性是鋼的主要熱處理性能。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。（四）鋼的淬透性1淬透性的概念M量和硬度隨深度的變化淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來(lái)表示。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力.影響淬透性的因素:

鋼的臨界冷卻速度，Vc越低，鋼的淬透性越好鋼的化學(xué)成分（增加過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，降低Vc，鋼的淬透性越好）淬透性的應(yīng)用:

淬透性好的鋼，經(jīng)淬火回火后，截面上組織均勻一致，綜合力學(xué)性能好。因此，鋼的淬透性對(duì)提高大截面零件的力學(xué)性能，發(fā)揮材料潛力，具有重要的意義。淬透性好的鋼，在淬火冷卻時(shí)可采用比較緩和的淬火介質(zhì)，減小工件淬火的變形及開(kāi)裂傾向。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝鋼的淬硬性淬硬性：是指鋼在理想條件下淬火成馬氏體后所能達(dá)到的最高硬度。

影響鋼的淬硬性的因素主要取決于鋼含碳量。低碳鋼淬火的最高硬度值低，淬硬性差；高碳鋼淬火的最高硬度值高，淬硬性好。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝淬硬性與淬透性之間的關(guān)系:淬透性淬硬性鋼種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼(20)小高碳素工具鋼(T10A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具鋼(Cr12MoV)第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝淬硬性與淬透性之間的區(qū)別:

淬透性與實(shí)際工件有效淬硬深度的區(qū)別同一鋼種對(duì)不同截面的工件在同樣奧氏體化條件下淬火，其淬透性是相同的，但是其有效淬硬深度卻因工件的形狀、尺寸和冷卻介質(zhì)的不同而異。淬透性是鋼本身所固有的的屬性，對(duì)以一種鋼，它是確定的，可用于不同鋼種之間的比較。實(shí)際工件的有效淬硬深度，除了取決于鋼的淬透性，還與工件的形狀、尺寸及采用的冷卻介質(zhì)等外界因素有關(guān)。

兩個(gè)不同的概念淬硬性是指鋼淬火后能達(dá)到的最高硬度，主要取決于馬氏體的含碳量，淬透性好的鋼其淬硬性不一定高。四、鋼的回火一、定義：將淬火后鋼件再加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間后，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。二、目的：消除淬火應(yīng)力，降低脆性；穩(wěn)定工件尺寸；調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝

三、回火的種類(lèi)按回火溫度的不同，回火可分以下三種：高溫回火低溫回火：中溫回火回火的種類(lèi)150oC-250oC350oC-500oC500oC-650oC第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝1、低溫回火（150-250）oC

組織：

M回目的：保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性，降低淬火力，減少鋼的脆性。硬度為58-64HRC。應(yīng)用：刃具、量具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳淬火件和表面淬火件.第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝2、中溫回火（350-500）oC

組織：T回目的：獲得高的彈性極限、屈服點(diǎn)和較好的韌性。又稱(chēng)彈性處理。硬度為35-45HRC.應(yīng)用：彈性零件及熱鍛模具等。第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝3、高溫回火（500-650）oC

組織：S回目的：獲得良好的綜合力學(xué)性能。硬度為25-35HRC.應(yīng)用：各種重要結(jié)構(gòu)零件如螺栓、齒輪及軸承。淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理第二節(jié)鋼的普通熱處理工藝

鋼的回火分類(lèi)：按回火溫度范圍，回火可分為：低溫回火、中溫回火和高溫回火。

常用回火方法特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)下表：

種類(lèi)