金屬熱處理(全,相圖好)研究.ppt

1、第一篇 金屬材料基本知識(shí),本篇重點(diǎn)： 1.金屬材料的力學(xué)性能 2.鐵碳合金基本組織及狀態(tài)圖 3.鋼的熱處理 本篇難點(diǎn)： 1.各力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義和測(cè)定方法 2.鐵碳合金狀態(tài)圖的分析 3.鋼的熱處理,材料： 可以用來制作產(chǎn)品的物質(zhì)。 材料按物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同分： 金屬材料、非金屬材料（有機(jī)高分子材料和陶瓷料)、復(fù)合材料 材料按用途不同分： 機(jī)械工程材料、土木工程材料、電工材料、電子材料 材料按功能不同分： 結(jié)構(gòu)材料、功能材料、磁性材料等,世界四大材料：鋼鐵、木材、塑料、水泥,常用工程材料按其化學(xué)成分、結(jié)合鍵的特點(diǎn)分： 金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料,金屬材料指鋼鐵、有色金屬等材料,非金屬材料無機(jī)高

2、分子材料（陶瓷、水泥、 木材等），有機(jī)高分子材料（如塑料、橡膠）， 復(fù)合材料-玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料、硼纖維材料。,現(xiàn)在新材料-納米材料、智能材料,納米材料：一般把分子粒徑小于等于1100nm(即10-910-7m)的材料稱為納米材料。 廣義地說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（1100nm）或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料。 智能材料： 一種新型材料，由傳感器或敏感元件等與傳統(tǒng)材料結(jié)合而成。這種材料可以自我發(fā)現(xiàn)故障，自我修復(fù)，并根據(jù)實(shí)際情況作出優(yōu)化反應(yīng)，發(fā)揮控制功能。,材料發(fā)展概括, 石器時(shí)代,陶器時(shí)代,銅器時(shí)代：,司母戊鼎（公元前1116世紀(jì)）11307801100,戰(zhàn)國

3、編鐘（前475221年）65個(gè) 總重2500Kg,天然石，獸骨，樹枝,泥巴（日曬原始陶器；火燒瓷器用具）,鐵器時(shí)代 滄州大獅（公元953年 ）重50T ,長5.3m,寬3m,人工復(fù)合材 料,塑料、橡膠、陶瓷、鈦合金、碳纖維、納米等, 智能材料,出土于河南安陽侯家莊武官村。此鼎形制雄偉，重達(dá)875公斤,高達(dá)133厘米,口長110厘米、口寬78厘米，是迄今為止出土的最大最重的青銅器。,司母戊大鼎,1978年夏天出土于湖北隨縣(今湖北隨州市)擂鼓墩戰(zhàn)國早期曾國君王曾侯乙墓。這是一種打擊樂器，供古代宗廟祭祀和宴請(qǐng)賓客時(shí)使用。全套編鐘包括鈕鐘19件，甬鐘45件，外加楚惠王贈(zèng)送的一件鐘，共65件，總重量二

4、千五百多公斤,編鐘以大小和音高為序編成8組，懸掛在銅木結(jié)構(gòu)的三層鐘架上。鐘上均鑄有篆書銘文，共二千八百余字，其內(nèi)容全面地反映了戰(zhàn)國時(shí)期我國樂律學(xué)達(dá)到的高度水平。這是我國迄今為止發(fā)現(xiàn)的數(shù)量最多、保存最完好的一套編鐘。編鐘音樂性能保存完好，音色優(yōu)美，音域?qū)拸V，從最低音到最高音，共有五個(gè)八度，能演奏古今中外的樂曲。這套編鐘的發(fā)現(xiàn)，對(duì)研究戰(zhàn)國歷史、音樂和冶鑄技術(shù)等，都有著極高的價(jià)值。它的總用銅量達(dá)5噸之多，設(shè)計(jì)精巧，鑄造瑰麗，出土?xí)r尚完整地懸掛在鐘架上，音域?qū)拸V，音色優(yōu)美，古今樂曲均能演奏，八鼓諧余韻繞梁令人驚嘆叫絕,它是中國古代文化藝術(shù)的瑰寶，被譽(yù)為世界第八奇跡。1983年湖北省博物館等單位復(fù)制成功

5、了28件編鐘，演奏了春江花月夜等樂曲，抑揚(yáng)頓挫和諧動(dòng)聽，湖北省歌舞團(tuán)演出了歷史歌舞編鐘樂舞，使觀眾聽到了兩千多年前的美妙聲音。 編鐘的鐘架稱為鉅(j)，由245個(gè)構(gòu)件組成，設(shè)計(jì)精巧，比例適宜，結(jié)構(gòu)牢固，可以拆卸。雖然承受了二千多公斤重的全套編鐘，歷時(shí)二千多年，出土?xí)r仍矗立如故。是研究先秦音樂史與青銅鑄造工藝的珍品。,永樂大鐘 高6.75m、直徑3.3m、重量46.5t的銅鐘，是明朝永樂年間（約1420年）鑄造的，在世界大鐘之林中鑄造年代最久遠(yuǎn)。鐘身內(nèi)外鑄滿了佛經(jīng)，經(jīng)文清晰，排列巧妙，總字?jǐn)?shù)達(dá)230184個(gè)，是世界上鑄字最多的大鐘。撞擊一下，鐘聲悠揚(yáng)悅耳，可傳4050km。,永樂大鐘局部， 上面

6、載明大鐘 鑄造的時(shí)間。,滄州鐵獅鑄造于公元953年。鐵獅子通高5.78米，身長6.5米，體寬3.17米，重約40噸,滄州鐵獅子，當(dāng)?shù)赜址Q作“鎮(zhèn)海吼”，它位于滄縣舊州城內(nèi)，坐落在原開元寺前。關(guān)于鐵獅子的確實(shí)來歷，有許多說法，古今不一。據(jù)滄縣志記載，相傳周世宗北征契丹罰罪人所鑄，“以鎮(zhèn)州城”。可是，后來的考據(jù)家分辯說，周世宗素不信佛，罰罪之說不足信。流傳廣泛又比較合乎情理的，是當(dāng)?shù)匾粋€(gè)有名的傳說。古時(shí)滄州一帶濱臨滄海，海水經(jīng)常泛濫，海嘯為害，民不聊生，當(dāng)?shù)厝藶榍宄@無情的水患，自動(dòng)集資捐錢，請(qǐng)當(dāng)時(shí)山東有名的鑄造師李云鑄此獅以鎮(zhèn)遏海嘯水患，并取名“鎮(zhèn)海吼”。獅身外面鑄有捐錢者的姓名，一般認(rèn)為此說比較

7、可信。,1996年我國鋼產(chǎn)量超過一億噸，變成世界 第一產(chǎn)鋼大國。這是為紀(jì)念鋼產(chǎn)量突破一億噸 而發(fā)行的郵票。,材料歷史發(fā)展圖片：,陶器時(shí)代,第一章 金屬材料的主要性能,本章重點(diǎn)：金屬材料的力學(xué)性能,主要內(nèi)容：金屬材料的力學(xué)性能,包括材料的強(qiáng) 度 、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞 強(qiáng)度等。,本章難點(diǎn)：各性能指標(biāo)的物理意義和測(cè)定方法,金屬材料應(yīng)用最為廣泛 （1）地球上的儲(chǔ)量豐富 （2）具備制造機(jī)器的物理和化學(xué)性能 （3）易于加工,金屬材料的性能,使用性能力學(xué)、物理、化學(xué),工藝性能鑄造、鍛壓、焊接、切削加工,力學(xué)性能：受外力作用下所表現(xiàn)出的性能。,判據(jù) 如： 強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等,金屬材料的

8、性能對(duì)零件的使用和加工有重要作用,第一節(jié) 材料的力學(xué)性能,力學(xué)性能 材料在外力作用下所表現(xiàn)出的特性。,一、外力作用下材料的變形與失效,作用在機(jī)件上的外力載荷,F = F,（MPa）,外力 內(nèi)力應(yīng)力,靜載荷:載荷不隨時(shí)間變化或者變化極其平穩(wěn)緩慢，并且使各部件的加速度為0：（起重機(jī)以等速度吊起重物）,動(dòng)載荷：載荷隨時(shí)間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化：（起重機(jī)加速度吊起重物）,= F /S,（1）彈性變形：,材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后恢復(fù)其原來形狀，這種隨外力消失而消失的變形，稱為彈性變形。,1.兩種基本變形,（2）塑性變形:,材料在外力作用下產(chǎn)生永久的不可恢復(fù)的變形，稱為塑性變形。,

9、b,k,s,e,拉伸力 F,O,伸長量 L,Fs,Fb,Fe,低碳鋼的力伸長曲線,Fe ：彈性變形,Fs ：s點(diǎn)為屈服點(diǎn),Fb ：b，縮頸,FK：k，斷裂。,在低碳鋼拉伸曲線中，把F-l坐標(biāo)換成 -（應(yīng)力應(yīng)變）就可以直接在圖上讀出力學(xué)性能指標(biāo)，并且不需要做成標(biāo)準(zhǔn)試樣。,強(qiáng)度 材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的 能力。工程上常用的金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度(s)和抗拉強(qiáng)度(b)等. 應(yīng)用：強(qiáng)度是機(jī)械零件（或工程構(gòu)件）在設(shè)計(jì)、加工、使用過程中的主要性能指標(biāo)，特別是選材和設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。,L0,LK,d0,拉斷前試樣,拉斷后試樣,試樣按GB639786制取，分長試樣L0=10d0,短試樣 L0

10、=5d0,說明：,b,k,s,e,拉伸力 F,O,伸長量 L,Fs,Fb,Fe,低碳鋼的力伸長曲線,F,F,不同的金屬材料拉伸曲線,低碳鋼,鑄鐵,典型塑性材料的拉伸曲線,典型脆性材料,注意,1.室溫 2.靜載荷 3.材料類型,1強(qiáng)度：,當(dāng)材料單位面積上所受的應(yīng)力es時(shí)，材料將產(chǎn)生明顯的塑性變形。,條件屈服強(qiáng)度:,0.2=F 0.2/A0 （MPa）,材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。,（1） 屈服強(qiáng)度（S）,指材料在外力作用下，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力。,S =Fs/A0 （MPa）,它表征了材料抵抗微量塑性變形的能力。,屈服強(qiáng)度 是塑性材料選材和評(píng)定的依據(jù)。,k,b,F,e,s,100

11、%,0.2%,b,b =Fb/A0 （MPa）,（2）抗拉強(qiáng)度（b ）,抗拉強(qiáng)度是材料在拉斷前承受最大載荷時(shí)的應(yīng)力。,它表征了材料在拉伸條件下所能承受的最大應(yīng)力。,抗拉強(qiáng)度 是脆性材料選材的依據(jù)。,高碳鋼：60、65強(qiáng)度高，用于制造鋼絲繩，彈簧，發(fā)條等,2. 塑性,常用 和 作為衡量塑性的指標(biāo)。,伸長率：,材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不引起破壞的能力。,斷面收縮率:,F,F,L,良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。,低碳鋼：10、15、20，塑性好，用于拉拔、沖壓、鍛造和焊接,對(duì)于塑性差的材料，用0.2來代替s； 1）使材料具有良好的成形性； 2）受到外力變形時(shí)，有強(qiáng)化作用。,GB

12、/T2282002金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法 規(guī)定：斷后伸長率 A 表示； 斷面收縮率 Z 表示； 屈服強(qiáng)度 Re 表示； 抗拉強(qiáng)度 Rm 表示； 此規(guī)定代替GB228-87，從2002年7月執(zhí)行。,3.硬度 材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。 決定金屬材料的耐磨性：刀具、模具、耐磨表面等。 最常用的硬度指標(biāo)有：布氏硬度（HB)和洛氏硬度 (HRA-C)。布氏硬度和洛氏硬度試驗(yàn)原理和使用范圍均不相同；,布氏硬度原理：圖13,布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的 球體（鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。,使用鋼球壓頭

13、時(shí)布氏硬度值用符號(hào)HBS表示；使用硬質(zhì)合金壓頭時(shí)用符號(hào)HBW表示。 在實(shí)際測(cè)試時(shí)，不必用公式計(jì)算，一般用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕直 徑d，然后根據(jù) d大小查表，即可求出所測(cè)的硬度值。 應(yīng)用：測(cè)量比較軟的材料。測(cè)量范圍 HBS450、HBW650的金屬材料。 優(yōu)缺點(diǎn)：壓痕大，測(cè)量準(zhǔn)確，但不能測(cè)量成品件。廣泛用于測(cè)定鑄鐵、有色金屬、退火鋼等小于450HBS的金屬材料。,金屬布氏硬度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) 1. 概述 GB/ T231. 1 2002 金屬布氏硬度試驗(yàn) 第1 部分： 試驗(yàn)方法修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)I SO6506 1 ： 1999金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1 部分： 試驗(yàn)方法， 是對(duì)GB/ T231 19

14、84 金屬布氏硬度試驗(yàn)方法的修訂，并于2002 年12 月31 日發(fā)布、2003 年6 月1 日實(shí)施。從實(shí)施之日起代替GB/ T231 1984 。 2. 取消用鋼球壓頭進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn) 按舊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 布氏硬度試驗(yàn)可以采用鋼球壓頭或硬質(zhì)合金球壓頭兩種。壓頭為鋼球時(shí)， 用符號(hào)“HBS”或“HB” 表示; 壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)， 用符號(hào)“HBW”表示。鋼球壓頭的布氏硬度試驗(yàn)適用于450 HBS 以下的材料。硬質(zhì)合金球壓頭的布氏硬度試驗(yàn)適用于650HBW以下的材料。由于淬火鋼球相對(duì)硬質(zhì)合金球壓頭容易產(chǎn)生變形， 當(dāng)布氏硬度值超過350 時(shí)， 用鋼球和硬質(zhì)合金球得到的試驗(yàn)結(jié)果明顯不同。因此， 為了統(tǒng)一起

15、見， 新標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了硬質(zhì)合金球壓頭一種。因此， 本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后， 硬度計(jì)應(yīng)全部采用硬質(zhì)合金球壓頭。技術(shù)文件應(yīng)一律標(biāo)注符號(hào)“HBW”。,補(bǔ)充說明,1. 原理,洛氏硬度,應(yīng)用范圍,2070,1500N,120金剛石圓錐體,HRC,20100,1000N,1.588mm鋼球,HRB,6085,600N,120金剛石圓錐體,HRA,常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗(yàn)范圍,硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等,軟鋼、退火鋼、銅合金等,淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等,4.沖擊韌性 金屬材料抵抗沖擊載荷的作用而不破壞的能力。常用的指標(biāo)有沖擊韌度(Ak)。,試驗(yàn)原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功（Ak ）等于擺錘沖擊試樣前后的勢(shì)能差。,沖擊

16、韌度（a k）：沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積。,試驗(yàn)過程如圖所示。,計(jì)算公式 Ak=GH1 - GH2 =G（H1 - H2）,在沖擊載荷下工作的零件，很少是受大能量一次沖擊而破壞的；往往是受小能量多次重復(fù)沖擊而破壞的。,材料的斷裂前塑性變形的能力。 與脆性相反，材料在斷裂前有較大形變、斷裂時(shí)斷面常呈現(xiàn)外延形變， 此形變不能立即恢復(fù)，其應(yīng)力-形變關(guān)系成非線性、消耗的斷裂能很大的材料。通常以沖擊強(qiáng)度的大小、晶狀斷面率來衡量。,韌性越好，則發(fā)生脆性斷裂的可能性越小,5.疲勞強(qiáng)度 金屬材料抵抗交變載荷的作用而不 破壞 的能力。常用的指標(biāo)有疲勞強(qiáng)度(-1) 。,零件發(fā)生疲勞破壞是沒有預(yù)兆而突然斷裂，

17、此時(shí)發(fā)生疲勞破壞的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度，甚至比屈服強(qiáng)度還小，非常危險(xiǎn)。,有許多機(jī)械零件，如軸、齒輪、連桿和彈簧等，在工作過程中受到大小、方向隨時(shí)間呈周期性變化的載荷作用，這種載荷稱為交變載荷。,材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下不引起破壞的最大應(yīng)力。, 循環(huán)基數(shù),鋼：,受交變載荷作用的零件，在其所受應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生突然的斷裂。而且是脆性斷裂。,據(jù)統(tǒng)計(jì)，約80%的機(jī)件失效為疲勞破壞。,有色金屬：,疲勞強(qiáng)度是指金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱 為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。 實(shí)際上，金屬材料并不可能作無限多次交變載荷試驗(yàn)。一般試驗(yàn)時(shí)規(guī)定，鋼在經(jīng)受107次、非鐵（有色

18、）金屬材料經(jīng)受108次交變載荷作用時(shí)不產(chǎn)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度。 當(dāng)施加的交變應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)，所得的疲勞強(qiáng)度用1表示。 許多機(jī)械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的變化，這種隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力（也稱循環(huán)應(yīng)力）。在交變應(yīng)力的作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時(shí)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。 疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，所以對(duì)于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等

19、承受交變載荷的零件要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來制造。,金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不均勻，從而造成應(yīng)力傳遞的不平衡，有的地方會(huì)成為應(yīng)力集中區(qū)。與此同時(shí)，金屬內(nèi)部的缺陷處還存在許多微小的裂紋。在力的持續(xù)作用下，裂紋會(huì)越來越大，材料中能夠傳遞應(yīng)力部分越來越少，直至剩余部分不能繼續(xù)傳遞負(fù)載時(shí)，金屬構(gòu)件就會(huì)全部毀壞。,金屬疲勞的破壞作用,金屬疲勞原理,金屬在一定振幅下能承受多少次的震動(dòng)，超過這個(gè)次數(shù)就超過了金屬的疲勞極限，就會(huì)發(fā)生變形，如果振幅很大，就直接產(chǎn)生變形了，如果振幅很小，次數(shù)就可達(dá)到無限次,機(jī)械零件在交變壓力作用下，經(jīng)過一段時(shí)間后，在局部高應(yīng)力區(qū)形成微小裂紋， 再由微小裂紋逐漸擴(kuò)展以致斷裂。疲勞破壞具有在時(shí)

20、間上的突發(fā)性， 在位置上的局部性及對(duì)環(huán)境和缺陷的敏感性等特點(diǎn)，故疲勞破壞常不易被 及時(shí)發(fā)現(xiàn)且易于造成事故。 應(yīng)力幅值、平均應(yīng)力大小和循環(huán)次數(shù)是影響金屬疲勞的三個(gè)主要因素。,小 結(jié) 金屬材料的力學(xué)性能是在外力作用下表現(xiàn)出的力學(xué)性能，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。,三、材料的工藝性能：加工性能,第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)及工藝性能（自學(xué)）,一、材料的物理性能：,比重、密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性、 熱膨脹系數(shù)。,二、材料的化學(xué)性能：,耐酸性、耐堿性、抗氧化性。,思 考 題,1 將鐘表發(fā)條拉成一直線，問這是彈性變形還是塑性變形？怎樣判斷它的變形性質(zhì)？,2 疲勞破壞有什么危害？在什么情況下發(fā)生疲勞破壞，

21、產(chǎn)生原因是什么？如何提高零件的疲勞強(qiáng)度？,第二章 鐵碳合金,本章重點(diǎn)： 金屬的晶體結(jié)構(gòu)及同素異晶轉(zhuǎn)變 鐵碳合金的基本組織 鐵碳合金狀態(tài)圖 難點(diǎn)：狀態(tài)圖的分析,金屬的晶體結(jié)構(gòu),金屬的性能是由其組織結(jié)構(gòu)決定的，其中結(jié)構(gòu)指的就是晶體結(jié)構(gòu)。金屬的晶體結(jié)構(gòu)就是其內(nèi)部原子的排列方式，因?yàn)榻饘偈蔷w，所以稱為晶體結(jié)構(gòu)。,原子作無序排列；沒有固定的熔點(diǎn)；各向同性。,所有的金屬和合金都是晶體,原子作有序排列；有固定的熔點(diǎn)；各向異性。,晶格原子排列形成的空間格子,晶胞組成晶格最基本的單元,第一節(jié) 純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶轉(zhuǎn)變,一、金屬的結(jié)晶：原子由無序狀態(tài)向有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。有晶體形成。 結(jié)晶：液態(tài)金屬凝結(jié)成

22、固態(tài)金屬的現(xiàn)象。 理論結(jié)晶溫度金屬在無限緩冷冷卻下結(jié)晶得到的結(jié)晶溫度To。 （計(jì)算出來的） 實(shí)際結(jié)晶溫度金屬以實(shí)際冷卻速度冷卻結(jié)晶得到的結(jié)晶溫度Tn。（實(shí)際測(cè)量出來的）（平時(shí)澆注的溫度）,金屬結(jié)晶的過冷現(xiàn)象： 金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，TnTo。 過冷度：ToTnT（變量）。 冷卻速度越快，過冷度越大。,金 屬 的 結(jié) 晶,純金屬的冷卻曲線（理想狀態(tài)）,金 屬 的 結(jié) 晶,純金屬的冷卻曲線（實(shí)際）,金 屬 的 結(jié) 晶,結(jié)晶的必要條件-過冷度,金屬的結(jié)晶過程：,原子團(tuán),形核,晶核長大,小晶粒,晶粒（外形不規(guī)則的小晶體）,晶核：自身晶核、外來晶核,晶核長大方式：樹枝狀方 式,晶界晶粒

23、間的分界面；,形核,長大,形成多晶體,兩個(gè)過程重疊交織,細(xì)化晶粒的方法,增加冷卻速度，增大過冷度； 增加外來晶核; 熱處理或塑性加工； 采用機(jī)械、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌等；,晶粒粗細(xì)對(duì)材料力學(xué)性能的影響,同一成分的金屬，晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高，塑性和韌性也越好。,二、純鐵的晶體結(jié)構(gòu),三種常見的 金屬的晶格類型： 體心立方： 面心立方： 密排六方：,Cr、Mo、W、V、 -Fe、 -Fe,Cu、Ni、Ag、Au,Mg、Be、Zn、 -Ti、 -Cr,晶體中的原子排列,三、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的慨念 金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的意義 可以

24、用熱處理的方法即可通過加熱、保溫、冷卻來改變材料的組織，從而達(dá)到改善材料性 能的目的。,第二節(jié) 鐵碳合金的基本組織,合金：由兩種或兩種以上的元素通過熔煉后 所獲得的新的物質(zhì)仍然具有金屬特性。 組元：組成合金的最基本的、最獨(dú)立的元素。 相： 凡是成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部 分有界面分開的均勻組成部分。 例如：單一的液相；單一的固相； 液相、固相兩相共存。 組織 ：借助于放大鏡、顯微鏡下觀察到具有某種形態(tài)、形貌特征的組成部分。,一、固溶體： 由兩種組元相互溶解后所組成的新的物質(zhì)仍然保持其中某一組元的晶體結(jié)構(gòu)。,置換固溶體：A組元的原子取代了B組元的原子。 當(dāng)A、 B兩個(gè)組元的原子直徑相差不大時(shí)，

25、兩個(gè)組元可以以任何比例溶解，形成無限固溶體，反之則為有限固溶體。,間隙固溶體：A組元溶入B組元的的間隙中。只能形成有限固溶體。 例如：C溶入-Fe或-Fe 所形成的鐵素體、奧氏體。,置換固溶體和間隙固溶體的區(qū)別,固溶強(qiáng)化:晶格畸變，強(qiáng)度、硬度上升的現(xiàn)象。,1.鐵素體F：CFe中形成的固溶體。 912(純鐵），單相、層片狀、體心立方晶格。 727時(shí)最大C的溶量為0.0218% . 2.奧氏體A：CFe中形成的固溶體。 1394 912 (純鐵），單相、層片狀、面心立方晶格。 1148時(shí)最大C的溶量為2.11% . 727時(shí)最大C的溶量為0.77% . 軋制、鍛造等加熱到高溫，呈A狀態(tài) .,二、化

26、合物 A、B兩組元相互溶解后所形成的新的物質(zhì)既不是A組元的結(jié)構(gòu)，也不是B組元的結(jié)構(gòu)，而是自身的一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。 硬而脆。,例如： Fe和C所形成的化合物Fe3C，就是一種典型的金屬化合物。,三、機(jī)械混合物： 定義：兩個(gè)或兩個(gè)以上的相按照一定比例混合而成的物質(zhì)。（固溶體固溶體金屬化合物金屬化合物） 機(jī)械混合物中各相仍保持自己原有的晶格類型和性能，其性能主要取決于各組成相的性能以及相的數(shù)量、形狀、大小和分布狀態(tài)等。 例如：鋼鐵、鋁合金、銅合金、鈦合金等。 1.珠光體P：FFe3C 兩相，機(jī)械混合物。 0.77C。 強(qiáng)度高、硬度較高。,2.萊氏體Ld、Ld：兩相機(jī)械混合物，含碳量：4.3C。 LdA

27、 Fe3C 7271148。（高溫萊氏體） LdP Fe3C 20727。（低溫萊氏體） 總結(jié)：硬度最高的是滲碳體，強(qiáng)度最好的是珠光體，高溫下奧氏體塑性最好，常溫下鐵素體塑性最好，萊氏體硬度較高。,第三節(jié) 鐵碳合金狀態(tài)圖,一、鐵碳合金狀態(tài)圖的建立 （1）配制不同成分的鐵碳合金，用熱分析法測(cè)定各合金的冷卻曲線。 （2）從各冷卻曲線上找出臨界點(diǎn)，并將各臨界點(diǎn)分別畫到成分溫度坐標(biāo)中。 （3）將意義相同的臨界點(diǎn)連接起來。,二、 鐵碳合金狀態(tài)圖分析,滲碳體的熔點(diǎn),共晶點(diǎn),共析線,共析點(diǎn),純鐵的熔點(diǎn),共晶線,ACD線液相線,AECF線固相線,碳在奧氏體中的最大溶解度,A3線,Acm,FeFe3C 簡化狀態(tài)

28、圖,L,1、狀態(tài)圖作用：,（1）研究鋼鐵的成分、組織和性能之間關(guān)系理論基礎(chǔ)。 （2）制定熱加工工藝的依據(jù)。,簡化 FeFe3C 狀態(tài)圖,2、基本組織,、鐵素體 F Ferrite 碳在Fe中所形成的間隙固溶體。 特點(diǎn)：塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。,、奧氏體 A austenite 英國金相學(xué)家,碳在Fe中的間隙固溶體。,特點(diǎn)：塑性較好，強(qiáng)度較低,、滲碳體 Fe3C,是Fe與C的化合物。特點(diǎn)：硬度很高，很脆，塑性幾乎等于零，在鋼中起強(qiáng)化作用。-cementite,、珠光體 P,pearlite（日本）是F與Fe3C機(jī)械混合物，WC=0.77%,特點(diǎn)：有一定的強(qiáng)度、塑性，層片狀。,、萊氏體 Ld,

29、-Ledeburite,德國金相學(xué)家,特點(diǎn)：硬而脆，不能進(jìn)行壓力加工。,是高溫下A與Fe3C的機(jī)械混合物 共晶反應(yīng)的產(chǎn)物。,Wc=4.3% 反應(yīng)式： L 4.3=Ld (A+Fe3C),1148,注：隨溫度降低至727時(shí)，A轉(zhuǎn)變?yōu)镻，室溫下變成：P+ Fe3C共晶組織，稱為 低溫萊氏體 Ld,Ld =（P+ Fe3C）,F、A、 Fe3C是單相組織,P、 Ld 是混合物,3、狀態(tài)圖中的特性點(diǎn)、線、區(qū)域組織,工業(yè)純鐵,碳鋼,白口鑄鐵,亞共析鋼,共析鋼,過共析鋼,亞共晶白口鑄鐵,共晶白口鑄鐵,過共晶白口鑄鐵,力學(xué)性能變化：隨碳含量增加，其強(qiáng)度、硬度，塑性、韌性。但當(dāng)WC0.9%后，其HB，b、ak

30、,特性點(diǎn)：,A：1538 (含C0%) 純鐵熔點(diǎn),C：1148(4.3%) 共晶點(diǎn),D：1227(6.69%) 滲碳體熔點(diǎn),E：1148(2.11%)（C在Fe中最大溶解度）,F：1148(6.69%)（Fe3C的成分點(diǎn)）,S：727(0.77%)（共析點(diǎn)）,特性線：,1、ACD線；,2、AECF線固相線,液相線,AE線是碳鋼固相線,5、ECF線共晶轉(zhuǎn)變線 LLd,4、GS線（A3線）,3、ES線（Acm線）,6、PSK線共析轉(zhuǎn)變線,A p,（A1線）,4、合金的結(jié)晶過程分析,亞共析鋼,共析鋼,過共析鋼,A,F+A,L,E,A+Fe3C,L+A,5、合金的結(jié)晶過程分析,A,E,G,P,Q,S,

31、Fe,L,A,L+A,F,F+A,F+P,P,P+Fe3C,A+Fe3C,0.77,2.11, 、共析鋼 WC=0.77%,1,2,3,P,、亞共析鋼,1,2,3,4,1,2,3,4,4,L,L+A,A,F+A,AP,P+F,冷卻曲線,過共析鋼 WC=1.0%,二、鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變,1、共析鋼,S點(diǎn)成分的合金。,圖118共析鋼結(jié)晶示意圖,室溫組織是：P,2點(diǎn)：結(jié)晶終點(diǎn),-A,3點(diǎn)：共析點(diǎn),-P,圖120亞共析鋼結(jié)晶示意圖,1、亞共析鋼,S點(diǎn)成分左的合金。,沿GS線，A的含C量增大至S點(diǎn)。,3-4點(diǎn)：FA,2點(diǎn)：結(jié)晶終點(diǎn),-A,3點(diǎn)：析出點(diǎn),-F,4點(diǎn)：共析,A-P 。,室溫組織是：F+

32、P 。,圖122過共析鋼結(jié)晶示意圖,S點(diǎn)成分右的合金。,沿ES線，A的含C量降低至S點(diǎn)。,3-4點(diǎn)：AFe3C,2點(diǎn)：結(jié)晶終點(diǎn),-A,3點(diǎn)：析出點(diǎn),-Fe3C,4點(diǎn)：共析,A-P 。,室溫組織是：P +Fe3C。,1點(diǎn)：凝固點(diǎn),鐵碳合金相圖中主要特性點(diǎn)的含義,相圖中主要線的含義,ACD線液相線 是不同成分鐵碳合金開始結(jié)晶的溫度線。 AECF線固相線 各種成分的合金均處在固體狀態(tài)。結(jié)晶溫度終止線。 ECF水平線共晶線 含碳量為4.3%的液態(tài)合金冷卻到此線時(shí)，在1148 由液態(tài)合金同時(shí)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，此反應(yīng)稱為共晶反應(yīng)。 PSK水平線共析線（A1線） 含碳量為0.77%的奧氏體冷

33、卻到此線時(shí)，在727 同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，此反應(yīng)稱為共析反應(yīng)。 GS線（A3線） 是冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線。 ES線稱Acm線 是碳在奧氏體中的溶解度線，實(shí)際上是冷卻時(shí)由奧氏體中析出二次滲碳體的開始線。,典型合金結(jié)晶過程分析,鐵碳合金,含碳量為2.11%6.69%的鐵碳合金。 共晶生鐵： 含碳量為4.3%; 亞共晶生鐵：含碳量在2.11%4.3%之間； 過共晶生鐵：含碳量在4.3%6.69%之間；,含碳量小于0.02%的鐵碳合金。,工業(yè)純鐵,鋼,生鐵,含碳量為0.02%2.11%的鐵碳合金。根據(jù)金相 組織的不同，可分為三種。 共析鋼： 含碳量為0.77%; 亞共析鋼：

34、含碳量在0.02%0.77%之間； 過共析鋼：含碳量在0.77%2.11%之間；,鐵碳合金狀態(tài)圖分析,A奧氏體,P珠光體,F鐵素體,共析鋼和亞共析鋼的結(jié)晶過程分析,過共析鋼結(jié)晶過程分析,共晶生鐵結(jié)晶過程分析,Ld變態(tài)萊氏體,亞共晶、過共晶生鐵結(jié)晶過程分析,鋼,碳素鋼,碳素結(jié)構(gòu)鋼（0.38%C),優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 (0.2-0.7%C用途廣),碳素工具鋼 (T8等),合金鋼,合金結(jié)構(gòu)鋼,合金工具鋼,特殊性能鋼,不銹鋼,耐熱鋼,耐磨鋼,其它,量具鋼,模具鋼,刃具鋼,軸承鋼,彈簧鋼,調(diào)質(zhì)鋼,滲碳鋼,低合金結(jié)構(gòu)鋼,（1.5%C),16Mn、20Cr,9Cr2、CrWMn,2Cr13、1Cr18Ni9,第

35、四章 工業(yè)用鋼分類、牌號(hào)、性能及其應(yīng)用,(非合金鋼),根據(jù)煉鋼時(shí)脫氧程度的不同，鋼可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼三類。 沸騰鋼為脫氧不完全的鋼。澆注時(shí)鋼液在鋼錠模內(nèi)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象（氣體逸出），鋼錠凝固后，蜂窩氣泡分布在鋼錠中，在軋制過程中這種氣泡空腔會(huì)被粘合起來。這類鋼的特點(diǎn)是鋼中含硅量很低，通常注成不帶保溫帽的上小下大的鋼錠。優(yōu)點(diǎn)是鋼的收率高，生產(chǎn)成本低，表面質(zhì)量和深沖性能好。缺點(diǎn)是鋼的雜質(zhì)多，成分偏析較大，所以性能不均勻。 鎮(zhèn)靜鋼為完全脫氧的鋼。通常鑄成上大下小帶保溫帽的錠型，澆注時(shí)鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。由于錠模上部有保溫帽（在鋼液凝固時(shí)作補(bǔ)充鋼液用），這節(jié)帽頭在軋制開坯后需切除，故鋼的收得率低，

36、但組織致密，偏析小，質(zhì)量均勻。優(yōu)質(zhì)鋼和合金一般都是鎮(zhèn)靜鋼。 半鎮(zhèn)靜鋼為脫氧較完全的鋼。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，澆注時(shí)有沸騰現(xiàn)象，但較沸騰鋼弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼的某些優(yōu)點(diǎn)，在冶煉操作上較難掌握。,碳素鋼：含碳量1.4%,含碳量增加,強(qiáng)度和硬度增加,塑性和韌性下降. 1)碳素結(jié)構(gòu)鋼:是s、p含量較高，C0.38%,牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等級(jí)分別用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且質(zhì)量最好。,第一節(jié) 碳素鋼,2)、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼S、P含量較低，用于重要零件,GB/T69999規(guī)定：牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。其中

37、兩位數(shù)字表示含碳量萬分之幾。,如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。 如: 45鋼是WC=0.45%,20Mn、65Mn等稱 含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。,當(dāng)Mn=0.7%-1.3%標(biāo)出,3)、碳素工具鋼含碳量0.71.3,GB/T129886規(guī)定：牌號(hào)用“碳”字漢語拼音字首“T”+數(shù)字表示。數(shù)字表示W(wǎng)C的千分之幾。,如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10鋼WC=1%；T10A中的“A”表示為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。,質(zhì)量：優(yōu)質(zhì)S0.035%，P0.035%； 高級(jí)S0.02%，P0.03%；,碳素工具鋼的性能：硬度高、

38、塑性和韌性低、淬透性與紅硬性差。淬火+低溫回火后硬度為58-62HRC。 碳素工具鋼的應(yīng)用：多用于制造低速刃具、手用工具和量具。,第二節(jié) 低合金鋼,合金鋼：碳鋼中加入一種或幾種合金元素 常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼) 稀土元素(Xt)等 低合金鋼:合金總含量較低(3%),含碳量也較低的合金結(jié)構(gòu)鋼. 性能:較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和耐蝕性，大多有良好的焊接性。 應(yīng)用很廣泛。,分類： 1.可焊接低合金高強(qiáng)鋼 2.低合金耐候鋼 3.低合金鋼筋鋼 4.鐵道用低合金鋼 5.礦用低合金鋼 牌號(hào)同碳素結(jié)構(gòu)鋼,1、可焊接的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，規(guī)定的屈服強(qiáng)度大于360MPa而小于4

39、20MPa的一般用途低合金結(jié)構(gòu)鋼，如GB/T 1591規(guī)定的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C，Q390D、Q390E；,2、低合金耐候鋼，如GB/T 417l規(guī)定的09CuPCrNiA、09CuPCrNiB、09CuP，GB/T 4172規(guī)定的16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCrQT,3、低合金鋼筋鋼，如GB 1499規(guī)定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、20MnNbb,4、鐵道用低合金鋼，如GB 2585規(guī)定的低合金重軌鋼U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSi

40、Cu，YB/T 5055規(guī)定的起重機(jī)用低合金鋼軌鋼U71Mn,5、礦用低合金鋼，如GB/T 3414規(guī)定的M510、M540、M565熱軋鋼,表17低合金高強(qiáng)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途 (P33),第三節(jié) 合金鋼,合金鋼：碳鋼中加入一種或幾種合金元素 常加合金元素: Mn Si Cr Ni Mo W V Ti B(硼) 稀土元素(Xt)等,1 ）合金結(jié)構(gòu)鋼 “數(shù) +元素符號(hào)+數(shù)”表示 數(shù)含碳萬分之幾, 符號(hào)合金元素, 符號(hào)后面數(shù)表示含合金%, 1.5%不標(biāo), =1.5% 標(biāo)2 若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,后加A 如: 60Si2Mn 0.6%C, 2%Si 1.5%Mn 18Cr2Ni4WA 0.

41、18%C, 2%Cr, 4%Ni, 1.5%W 高級(jí)優(yōu)質(zhì) 應(yīng)用: 工程結(jié)構(gòu)件, 機(jī)械零件 主要包括:低合金鋼,合金滲碳鋼,合金調(diào)質(zhì)鋼,合金彈簧鋼,滾動(dòng)軸承鋼等,2 ）合金工具鋼: 數(shù)+元素符號(hào)+數(shù) 與結(jié)構(gòu)鋼同 數(shù)一位數(shù), 含C千分之幾,含C=1.0%不標(biāo) 如: 9SiCr (板牙, 絲錐) 0.9%C 1.5%Si 1.5%Cr CrWMn (長鉸刀,絲錐,拉刀, 精密絲杠) *高速鋼 含C1.0也不標(biāo) W18Cr4V 0.70.8%C,18%W,4%Cr,1.5%V 應(yīng)用:刃具,模具,量具等。,高速鋼High Speed Steels 又名風(fēng)鋼或鋒鋼，意思是淬火時(shí)即使在空氣中冷卻也能硬化，并

42、且很鋒利。它是一種成分復(fù)雜的合金鋼，含有鎢、鉬、鉻、釩、鈷等碳化物形成元素。合金元素總量達(dá)1025%左右。它在高速切削產(chǎn)生高熱情況下(約500)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。這就是高速鋼最主要的特性紅硬性。而碳素工具鋼經(jīng)淬火和低溫回火后，在室溫下雖有很高的硬度，但當(dāng)溫度高于200時(shí)，硬度便急劇下降，在500硬度已降到與退火狀態(tài)相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼制作切削工具用。而高速鋼由于紅硬性好，彌補(bǔ)了碳素工具鋼的致命缺點(diǎn)，可以用來制造切削工具。 高速鋼的熱處理工藝較為復(fù)雜，必須經(jīng)過退火、淬火、回火等一系列過程。退火的目的是消除應(yīng)力，降低硬度，使顯微組織均勻，便

43、于淬火。退火溫度一般為860880。淬火時(shí)由于它的導(dǎo)熱性差一般分兩階段進(jìn)行。先在800850預(yù)熱(以免引起大的熱應(yīng)力)，然后迅速加 熱到淬火溫度11901290（不同牌號(hào)實(shí)際使用時(shí)溫度有區(qū)別），后油冷或空冷或充氣體冷卻。工廠均采用鹽爐加熱，現(xiàn)真空爐使用也相當(dāng)廣泛。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒有轉(zhuǎn)變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。為使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步提高硬度和耐磨性，一般要進(jìn)行23次回火，回火溫度560，每次保溫1小時(shí)。 (1)生產(chǎn)制造方法：通常采用電爐生產(chǎn)，近來曾采用粉末冶金方法生產(chǎn)高速鋼，使碳化物呈極細(xì)小的顆粒均勻地分布在基體上，提高了使用壽命。 (2)用途：用于

44、制造各種切削工具。如車刀、鈷頭、滾刀、機(jī)用鋸條及要求高的模具等。,3） 特殊性能鋼 不銹鋼: 1Cr13 1Cr18Ni9Ti 等 耐熱鋼: 1Cr13 2Cr13 400 工作 耐磨鋼: 高錳鋼水韌處理,沖擊下工作,表面產(chǎn)生加工硬化.并有馬氏體在滑移面形成,表面硬度達(dá)HB450550,表面耐磨,心部為A（奧氏體）. 水韌處理: 鋼加熱到臨界點(diǎn)以上(10001100)保溫,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,無法析出碳化物,成單一A組織.(由于錳的存在，使Ms與Mf下移到室溫以下，故得到奧氏體 ),常用碳素結(jié)構(gòu)鋼 鋼板鋼筋建筑構(gòu)件 螺釘鉚釘鋼橋梁,常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼： 螺栓 齒輪 曲軸彈簧,常用碳

45、素工具鋼： 銼刀 量規(guī) 鉆頭,容器 船舶 車輛橋梁 儲(chǔ)氣罐,齒輪,曲軸,汽車萬向節(jié),連桿,常用不銹鋼,不銹鋼船用螺旋槳 不銹鋼剪刀,燃?xì)廨啓C(jī),耐熱鋼,拖拉機(jī)履帶,耐磨鋼,鐵軌分道岔,挖掘機(jī)斗齒 耐磨鋼,小榔頭,鍛造預(yù)先熱處理切削加工鉗工最終熱處理。,1.選45鋼 其工藝流程為：,預(yù)先熱處理：正火,最終熱處理：淬火回火,要求：50-55 HRC。選用45#鋼，其加工工藝過程為：鍛造正火切削加工調(diào)質(zhì)精加工高頻淬火+低溫回火噴丸精磨。,機(jī)床用齒輪,第三章 鋼的熱處理,1.熱處理的理論依據(jù),912 金屬鐵 -Fe（高溫下） -Fe 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 面心立方 體心立方 （塑性高、無磁性、耐蝕性好） （磁性

46、）,熱處理基礎(chǔ)知識(shí),2.鋼的成分、組織及性能,鋼的成分： C%=0.0218 2.11,熱處理基礎(chǔ)知識(shí),簡化的鐵碳合金狀態(tài)圖,鋼的基本組織：奧氏體A 、鐵素體F 、滲碳體K 、珠光體P,表一 鋼的成分、組織與性能的關(guān)系,熱處理基礎(chǔ)知識(shí),鋼的熱處理,熱處理的概念：將金屬或者合金在固態(tài)范圍內(nèi)，通過加熱、保溫、冷卻的有機(jī)配合，改變其內(nèi)部組織而得到所需要的性能的一種工藝過程。 特點(diǎn)：只改變材料的組織和性能 熱處理的目的： 一類是為了消除冶金、鑄造、塑性成型、焊接等生產(chǎn)過程中材料所產(chǎn)生的缺陷，改善其工藝性能，為以后切削加工或熱處理做組織和性能準(zhǔn)備。 中間熱處理或預(yù)先熱處理 另一類是為了提高金屬材料的力學(xué)

47、性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料，延長零件的使用壽命。 最終熱處理,熱處理,普通熱處理,表面熱處理,退火,正火,淬火,回火,表面淬火,化學(xué)熱處理,滲碳,滲氮,碳氮共滲,其它熱處理,形變,真空,激光,熱處理的分類：按其工藝方法不同分,熱處理工藝曲線： 由于熱處理時(shí)起作用的主要因素是溫度和時(shí)間，所以各種熱處理都可以用溫度時(shí)間為坐標(biāo)的熱處理工藝曲線來表示。,常用熱處理方法工藝曲線,退火、正火、淬火、回火和表面熱處理。,常用的熱處理基本工藝方法,第一節(jié) 鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,在實(shí)際生產(chǎn)中，由于加熱和冷卻不是很緩慢，因此實(shí)際發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度與相圖的A1、A3、Acm 有一定的偏離。通常加熱用

48、Ac1、Ac3、Accm 表示，冷卻用Ar1、Ar3、Arcm表示。 將鋼加熱至Ac3或Ac1以上，獲得完全或部分奧氏體組織的操作稱為奧氏體化。,奧氏體化：工件 加熱 奧氏體組織,圖124鋼在加熱和冷卻時(shí)各臨界點(diǎn)的位置,過熱：Ac1, Ac3,Accm,過冷:Ar1, Ar3,Arcm,AC1加熱時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。 Ar1冷卻時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的溫度。 AC3加熱時(shí)，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。 Ar3冷卻時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始溫度。 ACCm加熱時(shí)，二次滲碳體在奧氏體中的 溶解的終了溫度。 ArCm冷卻時(shí)，二次滲碳體從奧氏體中 析出的終了溫度。,鋼號(hào)： 10 25 30 50

49、T10 T12 AC1： 727 735 732 727 730 730 AC3： 876 840 813 774 Ar3： 850 824 796 755 Ar1： 710 710 714 718 718 713 ACCm： 800 820 加熱、冷卻時(shí)的理想溫度： A1、A3、ACm 實(shí)際加熱溫度： AC1、AC3、ACCm （020） 實(shí)際冷卻溫度： Ar1、Ar3、ArCm （020）,一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 形成晶粒細(xì)小、成分均勻的A。,加熱保溫奧氏體化過程示意圖,二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體暫時(shí)保留在A1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

50、 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。,掌握A在什么冷卻條件下向什么組織的轉(zhuǎn)變，以便正確地選擇合適的冷卻方法來控制鋼的組織和性能。這便是各種熱處理操作方法的主要理論依據(jù)。,共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖,亞共析碳鋼與過共析碳鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變,過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織和性能 （1）珠光體型轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變（Ar1 550 ） Ar1 650 片層珠光體 25HRC 650 600 細(xì)珠光體（索氏 體 S） 25HRC30HRC 600 550 極細(xì)珠光體（托氏體 T） 35HRC40HRC （2）貝氏體型轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變（550 Ms

51、） 550350 平行條狀鐵素體上分布細(xì)微滲碳 體 40HRC45HRC 強(qiáng)度和韌性都較差 350Ms 針狀鐵素體分布極細(xì)小碳化物 50HRC55 HRC硬度高，韌性好，具有較好的綜合機(jī)械性能。,（3）馬氏體型轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變（Ms 以下低溫區(qū)） 馬氏體：硬度高，韌性差。 三、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用,過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,臨界冷卻速度vk:過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)镸（少量A/)的最低冷卻速度。,第二節(jié) 退火和正火,一、退火： 將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中緩慢冷卻。,目的： 降低硬度，便于機(jī)加工。 細(xì)化晶粒，提高塑性和韌性。 消除應(yīng)力。,應(yīng)用：鑄件、鍛件、焊接及其它毛坯的熱處

52、理。,1、完全退火：將亞共析鋼加熱到Ac3線以上3050，保溫后緩慢冷卻. 2、球化退火: 將過共析鋼加熱到Ac1線以上2030，保溫后緩慢冷卻. 3、低溫退火: 將鋼加熱到Ac1線以下，保溫后緩慢冷卻. 4、 再結(jié)晶退火：消除沖壓件冷變形所產(chǎn)生的加工硬化（再結(jié)晶溫度以上150250），降低硬度，恢復(fù)塑性。,完全退火：亞共析鋼 Ac33050 oC，保溫，爐冷 目的： a、使熱加工造成的粗大、不均勻的組織細(xì)化 b、消除內(nèi)應(yīng)力和組織缺陷 c、降低硬度，改善切削加工性能,球化退火：過共析鋼 Ac11020 oC，保溫，緩冷 目的： a、使網(wǎng)狀的二次滲碳體球狀化，為以后的熱處理作組織準(zhǔn)備 b、降低硬

53、度，改善切削加工性能 應(yīng)先正火，再球化退火。,去應(yīng)力退火（低溫退火）： 100200oC/h至（500650oC）(A1) ，保溫，爐冷(50100oC/h至300200oC),空冷。 目的：消除殘余應(yīng)力,應(yīng)用：（1）取代部分完全退火； （2）用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理； （3）用于過共析鋼，減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化處理作準(zhǔn)備。,二、正火： 將鋼加熱到Ac3 線以上3050 （亞共析鋼）或Accm以上3050 （過共析鋼），保溫后在空氣中冷卻。得到的是細(xì)珠光體組織（索氏體）。,第三節(jié) 淬火和回火,淬火： 將鋼加熱到Ac3或Ac1 線以上3050 ，保溫后在淬火介質(zhì)中快速冷卻（Fe向aF

54、e同素異晶轉(zhuǎn)變），以獲得馬氏體（M)組織（碳在a Fe中的嚴(yán)重過飽和固溶體）。,馬氏體形成過程中將伴隨著體積膨脹，造成淬火內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)采取以下措施： （1）嚴(yán)格控制淬火加熱溫度 溫度低，硬度低；溫度高，晶粒粗大，應(yīng)力大，易 產(chǎn)生裂紋。 （2）合理選擇淬火介質(zhì) 淬透性好，選油淬。 （3）正確選擇淬火方法 采用水油雙介質(zhì)淬火法。,淬硬性：鋼在正常淬火條件下淬火形成的M所能達(dá)到的高硬度。 淬透性：鋼在規(guī)定淬火條件下可以達(dá)到的淬硬層深度。,淬透性（hardenability） 表示鋼在一定條件下淬火時(shí)獲得淬透層深度的能力，主要受奧氏體中的碳含量和合金元素的影響。 淬透性：指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度

55、和硬度分布的特性。即鋼淬火時(shí)得到淬硬層深度大小的能力，它表示鋼接受淬火的能力。鋼材淬透性好與差，常用淬硬層深度來表示。淬硬層深度越大，則鋼的淬透性越好。鋼的淬透性是鋼材本身所固有的屬性，它只取決于其本身的內(nèi)部因素，而與外部因素?zé)o關(guān)。鋼的淬透性主要取決于它的化學(xué)成分，特別是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加熱溫度和保溫時(shí)間等因素有關(guān)。淬透性好的鋼材，可使鋼件整個(gè)截面獲得均勻一致的力學(xué)性能以及可選用鋼件淬火應(yīng)力小的淬火劑，以減少變形和開裂。,淬透性主要取決于其臨界冷卻速度的大小，而臨界冷卻速度則主要取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性，影響奧氏體的穩(wěn)定性主要是： 1.化學(xué)成分的影響 碳的影響是主要的，當(dāng)C小于

56、1.2時(shí)，隨著奧氏體中碳濃度的提高，顯著降低臨界冷卻速度，C曲線右移，鋼的淬透性增大；當(dāng)C大于1.2%時(shí)，鋼的冷卻速度反而升高，C曲線左移，淬透性下降。其次是合金元素的影響，除鈷外，絕大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后，均使C曲線右移，降低臨界冷卻速度，從而提高鋼的淬透性。 2.奧氏體晶粒大小的影響 奧氏體的實(shí)際晶粒度對(duì)鋼的淬透性有較大的影響，粗大的奧氏體晶粒能使C曲線右移，降低了鋼的臨界冷卻速度。但晶粒粗大將增大鋼的變形、開裂傾向和降低韌性。 3.奧氏體均勻程度的影響 在相同冷度條件下，奧氏體成分越均勻，珠光體的形核率就越低，轉(zhuǎn)變的孕育期增長，C曲線右移，臨界冷卻速度減慢，鋼的淬透性越高。 4.鋼的

57、原始組織的影響 鋼的原始組織的粗細(xì)和分布對(duì)奧氏體的成分將有重大影響。 5.部分元素，例如Mn，Si等元素對(duì)提高淬透性能起到一定作用，但同時(shí)也會(huì)對(duì)鋼材帶來其他不利的影響。,回火 將淬火鋼重新加熱到Ac1 線以下某溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。,目的：主要是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋。,回火三種形式： （1）低溫回火（150250），目的是降低淬火鋼的內(nèi)應(yīng)力和脆性，并保持高硬度（5664HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。 （2）中溫回火（350500），目的是使鋼獲得高彈性，并保持較高硬度（3550HRC)和一定的韌性。如彈簧、鍛模等。 （3）高溫回火調(diào)質(zhì)處理（500650），硬度2035HRC，強(qiáng)度及韌性等綜合性能較好。如連桿、曲軸、齒輪等。,第四節(jié) 鋼 的 表 面 熱 處 理 僅對(duì)工件表面層進(jìn)行熱處理，以改變其組織和性能的工藝。 一、表面淬火 概念： 目的： 應(yīng)用： 方法：,1.感應(yīng)加熱表面淬火 A.感應(yīng)加熱表面淬火基本原理 （1）高頻感應(yīng)加熱表面淬火 頻率50KHz300KHz，淬硬層深度0.5mm2.0mm。 應(yīng)用：中小模數(shù)齒輪和中小尺寸的軸類零件。,（2）中頻感應(yīng)加熱表面淬火 頻率1KHz10KHz，淬硬層深度2mm10mm 應(yīng)用：大、中模數(shù)