金属材料导论

1、第一篇 金属材料导论 教学内容： 金属材料的性能及其实验方法，金属的晶体结构与 结晶，合金的相结构与铁碳合金状态图。 钢的热处理及其工艺，常用金属材料的分类和应用。 目的要求 ： 1. 通过学习“金属材料的力学性能”一节，要求熟悉 金属的五大性能指标（强度 塑性 硬度 韧性和疲劳强度） 的概念。要求掌握强度和塑性指标的符号、单位及意义， 以及布氏硬度和洛氏硬度的应用。了解拉伸试验方法和 拉伸曲线图。对金属材料的物理性能，化学性能特别是 工艺性能要求应有一定的了解。 第一篇 金属材料导论（学习要求） 2. 金属的晶体结构与结晶过程的基本知识，重 点了解常用的金属晶体结构类型，金属结晶过程 金属的

2、同素异构转变。合金的组织结构与性能特 点。从而为学习铁碳合金等内容奠定必要的基础。 铁碳合金是现代工业中应用最广泛的金属材料， 要求掌握铁碳合金的基本组织铁素体，奥氏体， 渗碳体，珠光体，莱氏体的定义，结构，形成条 件及性能 特点。掌握铁碳合金状态图的分析和应 用，并学会分析几种典型铁碳合金组织结构的变 化规律。 第一篇 金属材料导论（学习要求） 3. 热处理是改善金属材料性能的重要工艺方法。学习 “钢的热处理”基本知识，要求在了解钢在加热和冷却过 程中内部组织变换规律的基础上，熟悉钢的普通热处理工 艺方法（退火，正火，淬火，回火）的工艺特点、性能及 应用。对于钢在冷却时组织转变和金属表面热处

3、理工艺也 有一定的了解。 4. 学习常用金属材料的分类和应用，要求了解碳素钢和 合金钢的分类、牌号、性能及用途；了解铸铁的分类，铸 铁的石墨化及其影响因素。基本掌握灰铸铁、可锻铸铁、 球墨铸铁的成分，组织，牌号及用途。铝及铝合金，铜及 铜合金的分类、特点、性能及用途，粉末冶金及纳米材料 以自学为主。 第一章 金属材料的主要性能 金属材料主要性能： 第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 金属材料受到外力作用时所反映出来的属性。如强度、刚度、弹性、塑性、 硬度和韧性等。它是衡量金属材料、评价材料质量的重要参数，选用材料的 重要依据。 一、强度 金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的

4、能力。 按作用力性质分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。 工程上常用指标：屈服强度和抗拉强度，由拉伸试验测定。 见p6图1-2为普通低碳钢的拉伸曲线。 oe段，变形与外力成正比，试样只产生弹性变形，即当外力去除后，试 样就恢复到原始长度。材料在弹性范围内所能承受的最大应力称为弹性极限。 当载荷继续增大到ps时，拉伸曲线出现了平台，表示这时载荷不增加，试 样仍将继续发生塑性变形，这种现象称为屈服。开始产生屈服现象时的应力 称为屈服点，表征材料抵抗微量塑性变形的能力。用s 表示， 通常规定产生0.2塑性变形时的应力作为名义屈服强度，也叫条件屈服 极限，用0.2表示。 当载荷继续

5、增加超过s点后，变形量随载荷的增加而急剧增加。当载荷增大 到b时，变形集中在试样的某一部位上，出现缩颈现象。由于承载面积减小， 试样很快被拉断。试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用b表 示， 二、刚度 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。 大小以材料在弹性范围内应力与应变的比值弹性模数e来表示。在拉伸曲线上表现 为oe段斜率，相当于引起单位变形时所需的应力。它是衡量金属材料刚度大小的指标， 反映了材料弹性变形的难易程度。在相同外力作用下，材料的e愈大，则弹性变形愈小； e小则弹性变形大。 对于一个机械零件来说，其刚度除与所用材料的e有关外，还与该零件的形状、尺寸和 使用温度有关。 三

6、、塑性 金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起断裂的能力。在外力消失后留 下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。 通常用伸长率和截面收缩率作为衡量材料塑性大小的指标。 (一)伸长率 伸长率是试样拉断后标距长度的增量与原标距长度的百分比，用表示。 (二)截面收缩率 截面收缩率是试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分 比。 和的数值越大，说明金属材料的塑性越好；反之亦然。良好的塑性是金属材料 进行塑性加工的必要条件。 四、硬度 金属材料抵抗外物压入其表面的能力。一般来说，硬度高的材料，耐磨性 能好，强度也高。因此，硬度是机械零件设计要求的技术条件之一。 生产中常用的有布

7、氏硬度和洛氏硬度等。 (一)布氏硬度 测定方法：用一定直径的淬火钢球或硬质合金球作压头，在一定的静载荷 下压入试件表 面，保持压力至规定的时间后卸载。根据所加载荷的大小和所得压痕表面积 来计算（或查表）得压痕表面上的平均应力值。此平均应力值作为布氏硬度， 并用hbs或hbw表示，由于布氏硬度测量时压痕面积较大，能反映较大范围 内金属各组成物的平均性能，且试验数据的重复性好，因此广泛用于测定铸 铁、有色金属、退火钢等小于450hbs的金属材料。 (二)洛氏硬度 测定方法：其原理如图所示，用一定的载荷将顶角为120的金刚石圆锥 体或直径为1.588mm的淬火钢球压入试样，然后根据压痕的深度(h 1

8、一h 2)确 定硬度值，用hr表示，实测时，可以从硬度计刻度盘上直接读出洛氏硬度值。 洛氏硬度分别用符号hra、hrb和hrc表示。不同洛氏硬度的压头、负荷 和适用范围 如下表所列。 符号压头类型负荷（kg）适用范围hra120金刚石圆锥体测很硬或硬而 薄的材料，如硬质合金、表面处理的工件，hrb直径1.588mm淬火钢球测软 金属，如铜合金、退火钢件等，hrc120金刚石圆锥体测如淬火工件。 洛氏硬度试验操作简便、迅速，可测定各种金属材料的硬度。 布氏硬度和洛氏硬度可以利用特制的表格互相进行换算 （第一节（第一节 金属材料的力学性能）金属材料的力学性能） (三)维氏硬度 维氏硬度也是根据压痕

9、单位面积上的载 荷来计算硬度值的，用hv表示。试验原理 如图1-5所示，压头是金刚石的正四棱锥体， 试验时在载荷p的作用下，试样表面压出一 个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度d， 就可算出压痕的表面积f。 维氏硬度适用于测定极薄试样硬度、镀层 硬度和覆层硬度。 （第一节（第一节 金属材料的力学性能）金属材料的力学性能） 五、冲击韧性 有些机器零件和工具在工作时要受到冲击作用，如空 气锤的锤杆，柴油机的曲轴、冲床的冲头等。山于瞬时的 外力冲击作用所引起的变形和应力，比静载荷的大得多。 因此，对承受冲击载荷的零件和工具，必须考虑所用金属 材料承受冲击载荷的能力。这种金属材料抵抗冲击载荷的 能力称

10、为冲击韧性。用ak来表示。 将一标准试样放置在摆锤冲击试验机的试验台上，然 后抬起摆锤w，让它从一定高度(h1)落下，将试样击断， 摆锤又摆至h2的高度。则击断试样所消耗的冲击功为 ak=w (h1- h2)，冲击功可以直接从试验机的刻度盘d上读 出。 （第一节（第一节 金属材料的力学性能）金属材料的力学性能） 六、疲劳强度 许多机械零件，如曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，是在交 变载荷下的作用下工作的。虽然零件所受的应力远低于材 料的抗拉强度，甚至远低于屈服点，但在使用中往往会发 生突然断裂，这种现象称为疲劳破坏。据统计，约有80 的机械零件的失效是属于疲劳造成的。 金属材料在无数次重复交变载荷作

11、用下不致引起断裂 的最大应力称为疲劳强度。应力愈高，则断裂前所承受的 循环次数愈低，应力愈低，则断裂前所承受的循环次数愈 高。 产生原因，一般认为是由于材料有杂质、表面划痕及 其他能引起应力集中的缺陷而导致微裂纹的产生。这种微 裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致使零件不能承 受所加载荷而突然破坏。 提高疲劳强度措施：改善其结构形状，避免应力集中，表 面强化 (如表面淬火、喷丸处理)和减小表面粗糙度数值等。 第二节 金属材料的物理、化学和工艺性能 一、物理性能 金属材料的物理性能是指不发生化学反应就能表现出来的一些性 能，如密度、熔点、导电性、导热性、磁性和热膨胀性等。 二、化学性能 金属材

12、料的化学性能是指其抵抗各种化学作用的能力，主要是抵 抗活泼性介质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性和抗氧化性等。 三、工艺性能 金属材料的工艺性能是指金属材料适应加工工艺要求的能力，是 物理、化学、力学性能的综合指标。在设计机械零件和选择其加工方 法时，都要考虑金属材料的工艺性能。按工艺方法不同，工艺性能可 分为铸造性能、可锻性能、焊接性能和切削加工性等如低碳钢的可 锻性和可焊性都很好；而高碳钢则较差，切削加工性也不好。 思考和练习题 1什么叫强度?什么叫硬度?它们有无关系? 2金属材料随所受外力的增加，其变形过程一般 分为几个阶段?各阶段的特点是什么? 3. 0.2的含义是什么?为什么低碳钢不

13、用此指标? 4.ak代表什么指标?为什么ak不直接用于设计计算? 5金属材料力学性能指标有哪几项?说明它们各 自的代表符号和物理意义。 6.（本章思考与练习题。） 第二章 铁碳合金 概述 第一节 纯铁的晶体结构及同素异构转变 一、晶体结构： 为了便于分析比较各种晶体的内部结构，把每个 原子看成一个点，把这些点用直线连接起来，便 形成一个空间格子，叫做晶格，如图1-9(b)所示。 晶格中每个点叫做结点。 各个方位的原子平面叫做晶面。 具有代表性的最小单元称为晶胞。图1-9（c) 晶胞中各棱边的长度叫做晶格常数，其大小以埃 来度量。 (第一节 纯铁的晶体结构及同素异构转变) 最常见的有下面三种类型

14、(见p14图） 一、体心立方晶格 图1-10(a)，原子分布在立方体的各结点和中心处。 cr、mo、v、w及fe等属于这种晶格形式，有较大的 强度和较好的塑性。 二、面心立方晶格 图1-10(b)，原子分布在立方体的各结点和各面的中心处。 属于这类晶格的金属有 a1、pb、ag、cu、ni和-fe等， 具有很好的塑性。 另外，还有密排六方晶胞。（不作要求） (第一节 纯铁的晶体结构及同素异构转变) 二、纯铁的同素异构转变 1.结晶的概念 金属由液体状态转变为固态晶体的过程就叫结晶 结晶过程可用热分析法研究，得到冷却曲线，即温度随时 间而变化的曲线。 如图1-7所示，冷却曲线有一水平线段，表示该

15、金属在此 温度下由液体状态转变为固体状态产生的结晶潜热补偿了 它向环境散失的热量，因此，线段是水平的。 在实际结晶过程中，金属液都是冷却到理论结晶温度t0以 下某个温度tn时才结晶。这一现象叫过冷。 理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，用t表 示，即t= t0-tn。 (第一节 纯铁的晶体结构及同素异构转变) 2、同素异构转变 -金属在固态下随着温度变化晶体结构也改变的现象叫 同素异构转变同素异构转变 。 以纯铁为例：15381394，体心立方晶格，叫做铁； 1394912，面心立方晶格，叫做铁； 912以下， 又为体心立方晶格，叫做铁。 第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组

16、织（第二章）（第二章） 一、fe和c的结合方式： 一）形成固溶体 例如碳的原子就能溶解到铁的晶格里，这时铁是 溶剂，碳是溶质。这种溶质原子溶入溶剂晶格而 仍保持溶剂晶格类型保持溶剂晶格类型的合金相结构叫做固溶体。 根据固溶体晶格中溶剂与溶质原子的相互位置不 同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。 第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织（第二章）（第二章） 1、 置换固溶体: 当溶质原子代替了一部分 溶剂原子而占据溶剂晶格的某些结点位置 时，所形成的固溶体叫做置换固溶体. 2、间隙固溶体: 当溶质原子在溶剂晶 格中不是占据结点位置，而是嵌入各 结点之间的空隙时，所形成的固溶体 叫做间

17、隙固溶体。 第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织（第二章）（第二章） 由于原子尺寸相差大，化学性质不同， 当溶质原子（如c、n、b等）溶解在溶 剂（如fe）晶体中时，并不改变原晶格 类型，但引起溶剂的晶格发生畸变，结 果使合金的强度、硬度和电阻增高，这 种现象叫做固溶强化固溶强化。 第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织（第二章）（第二章） 二）形成金属化合物 它是两组元相互作用而形成的一种新的晶 体结构，其结构与原两组元都不同且具有金属 特性。例如碳钢中的fe3c 。 这种硬而脆的化合物少量均匀分布在金属 基体中，会引起金属的强度、硬度增高，我们 称此现象为弥散强化

18、弥散强化。 三）形成机械混合物 既有固溶体又有金属化合物共同形成金属的 机械混合物。如：珠光体、莱氏体等。（p18） 第三节第三节 铁碳合金状态图铁碳合金状态图（第二章） 二、铁碳合金状态图中主要点和线的意义二、铁碳合金状态图中主要点和线的意义 。（见p18图1-16.） 三、几种基本组织：三、几种基本组织： （1）. f（铁素体） ：碳溶解于-fe中的固溶体， 用符号f表示。碳在fe中的溶解度很小 ，在 727时溶解度最大也才0.0218 ，强度和硬度 均不高 。 （2）. a（奥氏体） ：碳溶解于-fe中的固溶体， 用符号a表示。碳在奥氏体中的溶解度在1148 时的溶解度达2.11%。塑性

19、很好，是绝大多数钢 在高温进行锻造和轧制时所要求的组织。 第三节第三节 铁碳合金状态图铁碳合金状态图（第二章） （3）fe3c（渗碳体） ： 由铁和6.69的碳形成的金属化合物，其分子 式为fe3c。硬而脆。 （4）p（珠光体）： 铁素体和渗碳体组成的机械混合物。用符号p 表示。强度较高，莱氏体：由奥氏体和渗碳体组 成的机械混合物，用符号le来表示。力学性能与 渗碳体相似,硬度很高(hb700)，塑性极差。 第二章第二章 铁碳合金思考与练习题铁碳合金思考与练习题 1、概念：晶体、晶格、晶胞、过冷度、同素异构 转变、固溶强化和弥散强化。 2、分析在缓慢冷却条件下，0.4c、0.77c和 1.3c

20、的结晶过程和室温组织。 第三章 工业常用钢简介 常用金属材料： 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） 一、钢的分类 (一)按钢的质量来分 根据钢中所含有害元素硫、磷量的多少，钢材分成三类。 普通质量钢 ： p0.045 s0.50 优质钢： po.350.04 s0.03o.04 高级优质钢：高级优质钢： po.03o.035 s0.02o.03 (二)按钢的化学成分来分 根据化学成分，钢材分为碳素钢和合金钢两类。 1碳素钢 按含碳量多少分成四类。 工业纯铁： c0.0218 低碳钢： o.0218c0.25 中碳钢： 0.250.6 第一节 常用

21、金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） 2合金钢 按合金元素含量分为： 1) 低合金钢：合金元素含量5. 2) 中合金钢：合金元素含量510. 3) 高合金钢：合金元素含量10. 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） (三)按钢的用途来分 1结构钢 2工具钢 3. 特殊性能钢 (四)按冶炼方法来分 根据炉的种类和脱氧的程度将冶炼钢材分为两大类。 1按炉的种类分：平炉钢、转炉钢、电炉钢。 2. 按脱氧程度分：特殊镇静钢、镇静钢、半镇静钢和沸 腾钢。 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业

22、常用钢简介） 二、钢中常存元素的影响 1、主要元素c的影响（见p31图1-29） 2、有害杂质元素s、p的影响： 固态下，s形成化合物fes ；fes+fe(共晶 体)，钢加热到1000-1200 进行塑性成型加 工时熔化导致钢沿晶界开裂这种现象叫钢的 “热脆热脆”。 fe在固态、液态时都能溶解p，固态时p全部溶 入铁素体中，p能使铁素体的，但、k，引 起钢的冷脆冷脆。 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） 3、有益杂质元素si、mn的影响 si消除o的影响， 能提高强度、硬度和弹性； （塑性下降。） mn消除o、s的影响，提高强度、硬度。 第一节

23、 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） 下面详细介绍钢按用途分类的常用钢种。 三、碳素钢 分为：碳素结构钢和碳素工具钢. (一)碳素结构钢 （1）普通碳素结构钢。 （2）优质碳素结构钢。 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） （1）普通碳素结构钢）普通碳素结构钢： 例：q235af（ q屈服点“屈”字汉 语拼音字的字头； a、b、c、d质量等级； f沸腾钢；b半镇静钢；z镇静钢， tz特殊镇静钢，在牌号中z、tz符号予以省 略。） 主要用于一般机械零件或热轧钢板、圆钢、扁钢、 角钢和槽钢等型材型材；供焊接、铆接

24、和螺栓连接的 构件；不重要轴类零件。（表1-5） 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） （2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢 例如，45钢表示平均含碳量为0.45的优质碳 素结构钢。 低碳的强度不高但塑性好，可制造薄钢板来制 造容器。 中碳的经热处理制成轴、齿轮、连杆等零件。 高碳的经热处理使其塑韧性好制造弹簧、钢丝绳 等。 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） （二）、碳素工具钢（二）、碳素工具钢 例：t13表示平均含碳量为1.3的碳素工具 钢。若为优质钢，则在牌号后面加“a”，如t13a。 0.7一

25、1.35c。大多属于共析和过共析钢，淬 火后有高的硬度(60hrc)和良好的耐磨性，常用 来制造一般用途的工具和小型模具。（p32表1-6） 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） 四、合金钢 ： （一）合金结构钢； （二）合金工具钢； （三）特殊性能用钢。 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） （一） 合金结构钢 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） （二）合金工具钢 编号方法与合金结构钢相似，只是碳含量的表示方法不同，当平均含碳量大于或等于 10时，碳量不

26、标出，平均含碳量小于l0时，一般以千分之几表示。 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） （三）特殊性能钢 包括不锈钢、耐热钢、磁钢、耐磨钢等。常用的几种特殊性能钢的牌号、性能及应用 见表46。 第一节 常用金属材料的分类和应用常用金属材料的分类和应用（第三章 工业常用钢简介） 五、铸铁五、铸铁 （将这部分内容放在第二篇铸造中学习） 第三章第三章 工业常用钢简介思考与练习题工业常用钢简介思考与练习题 1、钢中常存杂质元素主要有哪些?对钢的性能有 何影响?衡量钢质量的主要标准是什么? 2、随着含碳量的增加，碳素钢的强度、硬度、塑 性和韧性怎样变化? 3

27、、下列钢的牌号：q235a、20、40cr、9sicr、 16mn、45、w18cr4v、t10a、60si2mna、 1crl8ni9ti试分辨什么钢种?数字和元素符号代 表什么意思?牌号中的碳素钢在使用时需进行什么 样的热处理? 4、（见p35复习题） 第四章 钢的热处理 知识点： 第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章 钢的热处理） 一、钢在加热时的转变温度 对于大多数热处理工艺，都要将钢加热 到临界温度a1、a3、acm以上，使其组织 发生变化。 因为“过热”，实际转变温度比相图中 所规定的相变温度有一些差异，通常将加 热时实际临界温度的位置用ac1、ac3、 accm表示，如图1-

28、24所示。 第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章 钢的热处理） 二、钢在加热时的组织转变 以共析钢为例，说明钢在加热叫的组织转变 。 加热到，ac1以上时，p向a的转变。在p中f与fe3c 片层的交界上出现大量的a晶核晶核，随着时间的延续，不断 地溶解f和fe3c而逐渐长大，形成a晶粒，这样一来，晶 粒数量小而多，机械性能提高。 但随保温时间延长或升高温度，奥氏体晶粒长大变粗。 为了控制奥氏体晶粒大小，一定要控制钢在加热时的温度 和保温时间。 第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章 钢的热处理） 冷却方式和冷却速度与奥氏体冷却组织转变有直接关系。 热处理工艺中有两种冷却方式： 一、连续冷

29、却 将已奥氏体化的钢，在连续冷却过程中，使奥氏体发生组织转变， 这种冷却方式叫连续冷却。例如在热处理生产中经常使用的在水中、 油中或空气中冷却等都是连续冷却方式。 二、等温冷却 将已奥氏体化的钢，先以较快的冷却速度冷到a1线以下一定的温 度，这时奥氏体尚未转变，称其为过冷奥氏体，然后进行保温，使过 冷奥氏体在等温下发生组织转变。转变完成后再冷却到室温。 现以共析钢为例，进行一系列不同过冷度的等温冷却实验 ： 第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章 钢的热处理） （一）缓慢冷却 即随炉冷 （高温转变产物） 又称珠光体型转变产物，它是指过冷奥氏体 在727550间等温转变，组织是由一层铁素 体和

30、一层渗碳体组成的机械混合物。过冷度越 大，层片越薄，硬度也越高。 727650：珠光体p； 650600：细珠光体，又称做索氏体s； 600550：极细珠光体，又称做屈氏体t。 第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章 钢的热处理） （二）较快冷却即空冷（中温转变产物） 又称贝氏体（b）型转变产物，它是指过冷奥 氏体在550230之间等温转变，组织是由含碳 过量的铁素体和微小的渗碳体混合而成。贝氏体 比珠光体的硬度更高。 550350：上贝氏体； 350230：下贝氏体。 下贝氏体较上贝氏体有较高的强度和硬度，塑性 和韧性也较好。 第一节钢在加热和冷却时的组织转变（第四章 钢的热处理） （三）

31、快速冷却即水或油冷或先水后油（低温转变产物） 又称马氏体型转变，它指过冷奥氏体在230以下的等 温转变。由于转变温度较低，碳原子已不能扩散，只发生 铁的晶格重构，由面心立方晶格变成体心立方晶格，形成 了碳在-fe中的过饱和固溶体，称为马氏体, 用符号m来 表示。马氏体通常具有高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性 很差。 随着温度的降低，马氏体数量不断增加，直至冷却到 马氏体转变终了温度-50时，过冷奥氏体才能全部转变 成马氏体。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） 钢的热处理工艺种类很多，本节主要讨论 普通热处理、表面淬火和化学热处理。 一、普通热处理 普通热处理在钢的热处理工艺中应用最

32、广泛，它包括退火、正火、淬火和回火。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） （一）退火 退火是将钢加热到合适温度，保温一定时间后， 在加热炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却， 从而获得接近平衡组织的一种热处理工艺。 1退火目的 各种钢在退火时目的不同。其主 要有： (1)降低硬度，以利于切削加工或其他种类加工。 (2)细化晶粒，提高钢的塑性和韧性。 (3)消除内应力，并为淬火工序做好准备。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） 2.退火分类 由于钢的成分和退火目的不同，主要 的退火工艺有： (1)完全退火 把工件加热到ac3以上30-50， （p27图1-27）保温后缓慢冷却

33、下来的热处理工艺， 称为完全退火完全退火，又叫重结晶退火。 完全退火是应用最广泛的退火方法，主要用于亚 共析钢和共析钢的锻件、轧件和铸件的退火。通 过重结晶退火使晶粒细化，组织均匀和消除残余 应力，用以提高钢件性能。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） (2)球化退火 使钢中碳化物呈球状化而进行 的退火，称为球化退火。退火时将工件加 热到ac1以上3050，（见p27图1-27）然慢慢 冷却。 球化退火主要用于过共析钢，使钢中二次 渗碳体和珠光体中的片状渗碳体球状化， 以降低硬度和提高韧性，改善切削加工性 能。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） (3)去应力退火 为了消除

34、钢件在铸造、锻造、焊接或切 削加工过程中残留的内应力而进行的退火， 称为去应力退火。 去应力退火加热温度是低于ac1,以下，保 温后缓冷。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） (二)正火 正火是将钢加热到ac3或accm以上3050，（见p27图1- 27）保温合适时间后，在空气中冷却的热处理工艺。 正火与退火的目的相似。但是，正火的加热温度稍高。 正火是在空气中冷却，冷却速度比退火快,得到的组织（b） 的片层间距比退火时要小，强度和硬度比退火后的为高。 亚共析钢正火的目的主要是细化晶粒，提高其力学性能。 过共析钢正火使钢中渗碳体沿晶界析出不能成网状，而是 呈断续的链条状分布，这就有

35、利于进一步的球化退火，所 以，在生产中，常在球化退火之前进行一次正火，来消除 钢中的网状渗碳体 正火优点： 在炉外冷却，不占用加热设备，生产效率高，工艺简 单，经济。所以，低碳钢多采用正火来代替退火。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） （三）淬火 淬火是将钢加热到ac3或acl以上3050， （见p27图1-28）保温后快速冷却以获得不稳定 组织的热处理工艺。 目的：提高钢的硬度和耐磨性。并与回火相配合 获得所需要的力学性能。 以共析钢为例，分析淬火时钢的组织转变。如 前所述，共析钢被加热到acl以上，将全部转变为 奥氏体。由于淬火时的冷却速度极快，奥氏体仅 能发生-fe向-fe的

36、同素异构转变，而-fe中的 过饱和碳原子在低温下却难以从晶格内扩散出去， 这样就形成了碳在-fe中的过饱和固溶体。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） 马氏体的比容比奥氏体大，致使形成马氏体过程中将伴随着体积膨胀， 于是造成淬火内应力。为防止因内应力过大使工件产生变形或开裂， 在工艺上应采取如下措施。 1. 严格控制淬火加热温度 亚共析钢的加热温度：ac3以上3050，得到细颗粒的奥氏体， 淬火后获得细小的马氏体组织。如果加热温度低于ac3，则淬火组织 中将会出现自由铁素体，使钢的硬度不足出现自由铁素体，使钢的硬度不足；如果加热温度过高，增加 了淬火应力，得到粗大马氏体组织粗大马氏体

37、组织，淬火后使钢的脆性增大,易使工件 产生裂纹和变形。 共析钢和过共析钢的加热温度：ac1以上3050，淬火后获得 均匀细小的马氏体和小颗粒的渗碳体组织。如果淬火温度在accm以 上，由于渗碳体的溶解渗碳体的溶解，反而会降低淬火后钢的耐磨性，再者由于温 度过高，同样也会得到粗大马氏体组织粗大马氏体组织，引起钢的严重变形，甚至开 裂。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） 2合理选择淬火介质 常用的淬火介质有油、水、盐水等，油中 冷却较慢，水中冷却快，盐水中冷却更快， 要根据钢的化学成分及对工件的技术要求， 选用不同的冷却介质。水的冷却能力较强， 碳钢多用它来淬火。油的冷却能力较低， 合

38、金钢多用它来淬火。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） （四） 回火 （消除内应力；调整其机械性能） 将淬火后的钢重新加热到ac1以下某温度，保温合适时 间后，冷却（一般空冷）到室温的热处理工艺称为回火。 根据加热温度和工件所要求的性能，回火分为下面3种。 1低温回火 回火温度：150250。 组织：碳的过饱和程度稍小的-fe固溶体+少量碳化物， 称为回火马氏体。 目的：降低钢的内应力和脆性，保持钢在淬火后得到的高 硬度和耐磨性。 用途：各类高碳钢的工具、模具、量具、渗碳及表面淬火 件的处理。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） 2 中温回火 回火温度为350450 组织：

39、极细颗粒状渗碳体和铁素体的混合物，称为回火屈氏体。 目的：提高弹性极限和屈服极限、韧性。 用途：主要用于弹簧、发条及锻模的处理上。 3 高温回火 回火温度为500650 组织：细而均匀的颗粒状渗碳体和铁素体的混合物，称为回火素氏 体。 目的：有一定的强度和硬度，又有好的韧性和塑性。工厂中习惯把 淬火和高温回火淬火和高温回火相结合的热处理工艺称为调质处理调质处理，简称调质调质。 用途：各种重要结构零件如轴、齿轮、连杆和螺栓等的处理。 第二节 钢的热处理工艺（第四章 钢的热处理） 二、表面淬火 表面淬火是对零件进行快速加热，使表面迅速 达到淬火温度，而中心部来不及被加热的情况下 立即立即冷却，使表面得到高硬度的马氏体，而心部 仍保持原来组织的一种热处理工艺。 目的：获得高硬度、高耐磨性的表层，而心部仍 保持原有良好韧性。（即“表硬心韧”） 用途：机床主轴、齿轮、发动机曲轴等承受弯曲、 扭转、摩擦或冲击的零件。 注意：表面淬火后须要进行低温回火低温回火消除表面淬 火产生的内应力。 第二节 钢的热处理