金属材料的组织结构与性能分析

1、金属材料的组织结构与性能分析金属材料的组织结构与性能分析 Clark Wu A1014506 第一章第一章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 使用性能：材料在使用过程中所使用性能：材料在使用过程中所 表现的性能。包括力学性能、物表现的性能。包括力学性能、物 理性能和化学性能。理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所工艺性能：材料在加工过程中所 表现的性能。包括铸造、锻压、表现的性能。包括铸造、锻压、 焊接、热处理和切削性能等。焊接、热处理和切削性能等。 神舟一号飞船 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化， 称为变形。称为变形。 外力去除后能

2、够恢复的变形称为弹性变形。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。 五万吨水压机五万吨水压机 低碳钢的应力低碳钢的应力- -应变曲线应变曲线 拉伸试样拉伸试样 拉伸试验机拉伸试验机 应力应力 = P/F0 应变应变 = (l-l0)/l0 一、弹性和刚度一、弹性和刚度 弹性：弹性：指标为弹性极限指标为弹性极限 e e， 即即材料承受最大弹性变形时材料承受最大弹性变形时 的应力。的应力。 刚度：刚度：材料受力时抵抗弹性材料受力时抵抗弹性 变形的能力。变形的能力。指标为弹性模指标为弹性模 量量E E。 ）（MPatgE e

3、 弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐 渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金 化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变 截面形状来提高零件的刚度。截面形状来提高零件的刚度。 二、强度与塑性二、强度与塑性 强度：强度：材料在外力作用下抵抗 永久变形和破坏的能力。强度 是衡量零件本身承载能力（即 抵抗失效能力）的重要指标。 强度是机械零部件首先应满足 的基本要求。 屈服强度屈服强度 s：材料发生微量

4、塑性变形时的应力值。 条件屈服强度0.2：残余变形量 为0.2%时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受 的最大应力值。 s 0.2 塑性：塑性：材料受力破坏前可承受最大材料受力破坏前可承受最大塑性变形塑性变形的能力。的能力。 指标为：指标为： 伸长率：伸长率： %100 0 01 l ll %100 0 10 F FF 断面收缩率：断面收缩率： 断裂后 拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象 说明：说明： 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变 形。形。 直径直径d0 相同时，相同时，l0 ， 。只有当。只有当l0/d0 为为 常数时，塑性值才有可比性。常数

5、时，塑性值才有可比性。 当当l0=10d0 时，伸长率用时，伸长率用 表示；表示； 当当l0=5d0 时，伸长率用时，伸长率用 5 表示。显然表示。显然 5 时，无颈缩，为脆性材料表征时，无颈缩，为脆性材料表征 时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征 为什么？ 三、冲击韧性三、冲击韧性 表示材料在塑性变形和断裂过程中吸 收能量的能力.韧性越好，则发生脆性 断裂的可能性越小。韧性是指当承受 应力时对折断的变形. 其定义为材料在 破裂前所能吸收的能量与体积的比值。 l指标为冲击指标为冲击 韧性值韧性值ak(通通 过冲击实验过冲击实验 测得测得)。 韧脆转变温度韧脆转变温度 材料的冲击

6、韧性随温材料的冲击韧性随温 度下降而下降。度下降而下降。在某一在某一 温度范围内冲击韧性值急温度范围内冲击韧性值急 剧下降的现象称剧下降的现象称韧脆转变韧脆转变。 发生韧脆转变的温度范围发生韧脆转变的温度范围 称韧脆转变称韧脆转变温度。材料的温度。材料的 使用温度应高于韧脆转变使用温度应高于韧脆转变 温度。温度。 韧 体心立方金属具有韧脆转体心立方金属具有韧脆转 变温度，而大多数面心立变温度，而大多数面心立 方金属没有。方金属没有。 TITANIC 建造中的建造中的Titanic 号号 TITANIC的沉没的沉没 与船体材料的质量与船体材料的质量 直接有关直接有关 Titanic 号钢板号钢板

7、（左图）和近代船用钢板（右图）（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果的冲击试验结果 Titanic近代船用钢板近代船用钢板 四、疲劳、蠕变四、疲劳、蠕变 疲劳：材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。 蠕变：金属在高温和低于s的应力作用下，材料塑性变形量随时间延续而增加的现 象。 疲劳应力示意图疲劳应力示意图 疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图 通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化等

8、方法可提高材料疲劳抗力。光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。 轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）疲劳辉纹（扫描电镜照片） 疲劳断口疲劳断口 五、硬度五、硬度 材料抵抗表面局部塑性变形、压痕材料抵抗表面局部塑性变形、压痕 或划痕的能力。或划痕的能力。 布氏硬度布氏硬度HBHB )( 2 102. 0 22 dDDD P HB 布氏硬度计布氏硬度计 压头为钢球时压头为钢球时，布氏硬度用符号布氏硬度用符号HBS表示，表示， 适用于布氏硬度值在适用于布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。 压头为硬质合金球时压头为硬质合金球时，用符号用符号HBW表示，适用于布氏硬表示，适用于

9、布氏硬 度在度在650以下的材料。以下的材料。 l符号符号HBS或或HBW之前的数字表示之前的数字表示 硬度值硬度值, 符号后面的数字按顺序分符号后面的数字按顺序分 别表示球体直径别表示球体直径、载荷及载荷保载荷及载荷保 持时间。如持时间。如 120HBS10/1000/30 表表 示直径为示直径为10mm的钢球在的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷）载荷 作用下保持作用下保持30s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为120HBS。 布氏硬度压痕布氏硬度压痕 布氏硬度的优点：布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。 缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头

10、压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。还硬的材料。 适于测量适于测量退火、正火、调质钢退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。铸铁及有色金属的硬度。 材料的材料的 b与与HB之间的经验关系：之间的经验关系： 对于低碳钢对于低碳钢: b(MPa)3.6HB 对于高碳钢：对于高碳钢： b(MPa)3.4HB 对于铸铁：对于铸铁： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(HB-40) HB b(MPa) 钢 黄铜 球墨铸铁 洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的根据压头

11、类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的 标尺为标尺为A、B、C。 h1-h0 洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计洛氏硬度计 符号符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。 lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料, 如如 硬质合金、表淬层和渗碳层硬质合金、表淬层和渗碳层。 lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料, 如如 有色金属和退火有色金属和退火、正火钢等。正火钢等。 lHRC用于测量中等硬度材料，用于测量中等硬度材料， 如调质钢、淬火钢等。如调质钢、淬火钢等。 l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，操作简便， 压痕小，适

12、用范围广。压痕小，适用范围广。 l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。 钢球压头与钢球压头与 金刚石压头金刚石压头 洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕 维氏硬度维氏硬度 维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕 维氏硬度用符号维氏硬度用符号HV表示表示，符号前的数字为硬度值，后符号前的数字为硬度值，后 面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法根据载荷范围不同，规定了三种测定方法维氏硬度试维氏硬度试 验验 、小负荷维氏硬度试验小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验显微维氏硬度

13、试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点洛氏硬度的优点。 小负荷维氏硬度计小负荷维氏硬度计 显微维氏硬度计显微维氏硬度计 铁碳合金的显微组织铁碳合金的显微组织 铁素体、奥氏体、渗碳铁素体、奥氏体、渗碳 体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体、石墨体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体、石墨 工业纯铁、钢和铸铁工业纯铁、钢和铸铁 材料科学与工程学院 材料科学与工程学院 23 1 1、铁碳合金的组织组分、铁碳合金的组织组分 ：是：是C C溶于溶于- FeFe形成的间隙固溶体，形成的间隙固溶体，其性能是其性能是 硬度低，塑性高硬度低，塑性高，右图是工业纯，右图是工业纯 铁的退

14、火室温组织，是由多边形铁的退火室温组织，是由多边形 的铁素体和细小颗粒三次渗碳体的铁素体和细小颗粒三次渗碳体 组成组成(+Fe(+Fe3 3C C ) )，晶粒因位相不 ，晶粒因位相不 同而呈现不同的颜色。同而呈现不同的颜色。 材料科学与工程学院 24 ：C C溶解于溶解于-Fe-Fe形成的间隙固溶体，其性能是形成的间隙固溶体，其性能是 屈服强度低，硬度低，塑性较高，适合压力加工，下图为不锈钢屈服强度低，硬度低，塑性较高，适合压力加工，下图为不锈钢 的退火组织（奥氏体和孪晶）的退火组织（奥氏体和孪晶） 2021-6-30 材料科学与工程学院 25 ：铁铁 碳合金中铁、碳形成的化合物，碳合金中铁

15、、碳形成的化合物， 渗碳体硬而脆，塑性极低，延伸渗碳体硬而脆，塑性极低，延伸 率接近于率接近于0 0，是钢铁材料中的主要，是钢铁材料中的主要 强化相，强化相，FeFe3 3C C在钢和铸铁中呈现片在钢和铸铁中呈现片 状、粒状、网状和板条状。具有状、粒状、网状和板条状。具有 铁磁性。铁磁性。 材料科学与工程学院 26 ：是含碳量：是含碳量0.770.77的铁碳合金发生共析转变的铁碳合金发生共析转变 的产物，是有铁素体和渗碳体组成的机械混合物的产物，是有铁素体和渗碳体组成的机械混合物( (+Fe+Fe3 3C)C)，根，根 据渗碳体形态不同，分为片状据渗碳体形态不同，分为片状P P和粒状和粒状P

16、P，粒状，粒状P P是片状是片状P P球化球化形形 成的。片状成的。片状P P的强度高，粒状的强度高，粒状P P的综合性能好。的综合性能好。 2021-6-30 材料科学与工程学院 27 ：是含碳量：是含碳量4.34.3的铁碳合金发生共晶转变的产物的铁碳合金发生共晶转变的产物 (Ld:+Fe(Ld:+Fe3 3C)C)，温度降至，温度降至727727线发生共析转变形成线发生共析转变形成P P，共析转变结，共析转变结 束后组织为束后组织为FeFe3 3C+P+FeC+P+Fe3 3C C ，称为低温莱氏体 ，称为低温莱氏体(L(Ld),d),莱氏体硬而脆。莱氏体硬而脆。 下图中是在白亮的下图中是

17、在白亮的FeFe3 3C C基体上分布着椭圆形的基体上分布着椭圆形的P P。 材料科学与工程学院 28 ：是：是FeFe3 3C C在一定条件下分解产生的在一定条件下分解产生的C C，以游离态存，以游离态存 在。可实用的铸铁中碳大部分或全部以石墨的形式存在，铸铁组在。可实用的铸铁中碳大部分或全部以石墨的形式存在，铸铁组 织是由基体和石墨两部分组成的。石墨的形态、大小、数量和分织是由基体和石墨两部分组成的。石墨的形态、大小、数量和分 布对铸铁的性能有着非常重要的影响，石墨的形态有片状、球状、布对铸铁的性能有着非常重要的影响，石墨的形态有片状、球状、 蠕虫状、团絮状等。蠕虫状、团絮状等。 2021

18、-6-30 材料科学与工程学院 29 按铁碳合金相图和平衡组织可将铁碳合金分为工业纯铁、按铁碳合金相图和平衡组织可将铁碳合金分为工业纯铁、 钢和铸铁三大类。具体如下：钢和铸铁三大类。具体如下： ： Wc0.0218%Wc2.11%Wc2.11%的铁碳合金，分为：的铁碳合金，分为： 亚共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁： WcWc2.112.114.30% 4.30% 共晶白口铸铁：共晶白口铸铁： WcWc4.30% 4.30% 过共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁： WcWc4.314.316.69%6.69% 材料科学与工程学院 30 共析钢理论上是共析钢理论上是Wc=0.77%Wc=0.77%的铁碳合

19、金，通过的铁碳合金，通过共析共析 转变转变形成的，其室温组织是由铁素体和渗碳体相间排形成的，其室温组织是由铁素体和渗碳体相间排 列组成的机械混合物，即列组成的机械混合物，即 P(+ FeP(+ Fe3 3C)C)，常呈层片状。，常呈层片状。 下图为共析钢退火后的室温组织下图为共析钢退火后的室温组织(500(500) )。 材料科学与工程学院 31 亚共析钢是亚共析钢是 Wc= 0.0218Wc= 0.02180.77%0.77%的铁碳合金，其室的铁碳合金，其室 温组织是由铁素体和珠光体组成，即温组织是由铁素体和珠光体组成，即+P(+Fe+P(+Fe3 3C)C)， P P仍呈层片状。下图为亚共

20、析钢仍呈层片状。下图为亚共析钢(45(45钢钢) )的室温组织的室温组织 (200(200) )，图中白亮的为，图中白亮的为，层片状的是，层片状的是P P。 材料科学与工程学院 32 过共析钢是过共析钢是 Wc= 0.77Wc= 0.772.11%2.11%的铁碳合金，其室温组织是由珠光体的铁碳合金，其室温组织是由珠光体 和二次渗碳体组成，即和二次渗碳体组成，即 P+FeP+Fe3 3C C ， ，FeFe3 3C C 呈白色的网状， 呈白色的网状，P P仍呈层片状。下仍呈层片状。下 图为图为T12T12钢退火的室温组织钢退火的室温组织(500(500) )，图中白亮的网为，图中白亮的网为，层

21、片状是，层片状是P P。 材料科学与工程学院 33 共晶白口铸铁是共晶白口铸铁是WcWc4.30% 4.30% 的铁碳合金，高温有莱的铁碳合金，高温有莱 氏体组成，即氏体组成，即Ld(Ld(+Fe+Fe3 3C)C)。室温由低温莱氏体组成，。室温由低温莱氏体组成， 即即L Ld(P+Fed(P+Fe3 3C C +Fe +Fe3 3C)C)，左图，左图(200(200) )，绿色是，绿色是P P，黄色，黄色 是是FeFe3 3C C。 材料科学与工程学院 34 亚共晶白口铸铁是亚共晶白口铸铁是WcWc 2.112.114.30 % 4.30 % 的铁碳的铁碳 合金，其室温组织由珠合金，其室温组

22、织由珠 光体和低温莱氏体组成，光体和低温莱氏体组成， 即即(P+L(P+Ld)d)，右图为其室，右图为其室 温组织，黑色椭圆是珠温组织，黑色椭圆是珠 光体，其余为莱氏体。光体，其余为莱氏体。 材料科学与工程学院 35 过共晶白口铸铁是过共晶白口铸铁是WcWc4.34.36.69 % 6.69 % 的铁碳合金，其室温组织的铁碳合金，其室温组织 由条状的一次渗碳体和低温莱氏体组成，即由条状的一次渗碳体和低温莱氏体组成，即(Fe(Fe3 3C C + L + Ld)d)，左，左 下图下图(200(200) )中黄色的为中黄色的为FeFe3 3C C ，低温莱氏体由绿色的 低温莱氏体由绿色的P P和棕

23、黄色和棕黄色 的的FeFe3 3C C组成。组成。 材料科学与工程学院 36 马氏体和马氏体转变：马氏体和马氏体转变： （1 1）板条马氏体）板条马氏体 常出现在低、中碳钢、常出现在低、中碳钢、M M时效钢和不锈钢中，时效钢和不锈钢中， 其组织是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，故称为其组织是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，故称为 板条马氏体。板条马氏体的亚结构为高密度的位错。下图为板条马氏体。板条马氏体的亚结构为高密度的位错。下图为2020 钢的淬火组织。钢的淬火组织。 材料科学与工程学院 37 片状马氏体常出现在高、中碳钢、含片状马氏体常出现在高、中碳钢、含NiNi量高的钢中

24、。在量高的钢中。在 显微镜下观察片状马氏体呈针状或竹叶状，空间形态呈双凸透显微镜下观察片状马氏体呈针状或竹叶状，空间形态呈双凸透 镜状。片状马氏体内部亚结构主要是孪晶。镜状。片状马氏体内部亚结构主要是孪晶。 材料科学与工程学院 38 在中碳钢或中碳铁镍在中碳钢或中碳铁镍 合金中可获得板条马氏体合金中可获得板条马氏体 和针状马氏体组成的混合和针状马氏体组成的混合 马氏体。右下为铁镍碳合马氏体。右下为铁镍碳合 金的淬火组织，板条金的淬火组织，板条M M呈浅呈浅 黄，片状黄，片状M M呈黄红且有小蝶呈黄红且有小蝶 状。状。 材料科学与工程学院 39 无碳化物贝氏体是低碳钢在贝氏体转变区的最上部，在靠

25、近无碳化物贝氏体是低碳钢在贝氏体转变区的最上部，在靠近 B BS S的温度处形成的贝氏体。是一种由板条状铁素体构成的单相组的温度处形成的贝氏体。是一种由板条状铁素体构成的单相组 织，是由铁素体和富碳的奥氏体组成。下图为织，是由铁素体和富碳的奥氏体组成。下图为30CrMnSiA30CrMnSiA钢钢450450 等温处理得到的无碳化物贝氏体组织的等温处理得到的无碳化物贝氏体组织的OMOM和和TEMTEM照片。照片。 材料科学与工程学院 40 上贝氏体是在贝氏体转变区的较上部的温度范围内形成的由铁上贝氏体是在贝氏体转变区的较上部的温度范围内形成的由铁 素体和渗碳体组成的贝氏体。素体和渗碳体组成的贝

26、氏体。F F呈大致平行的成束的板条状且含碳呈大致平行的成束的板条状且含碳 量处于过饱和状态量处于过饱和状态，自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内伸自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶内伸 展，渗碳体呈断续短杆状分布于铁素体板条之间，从整体上看呈展，渗碳体呈断续短杆状分布于铁素体板条之间，从整体上看呈 羽毛状。上羽毛状。上B B硬度低，韧性差。下图为硬度低，韧性差。下图为T8T8钢钢380380等温淬火得到的等温淬火得到的 上贝氏体组织的上贝氏体组织的OMOM和和TEMTEM照片。照片。 材料科学与工程学院 41 下贝氏体是在贝氏体转变区的下部的温度范围内形成的由铁下贝氏体是在贝氏体转变区的下部的

27、温度范围内形成的由铁 素体和素体和-Fe-FeX XC C组成的贝氏体，在奥氏体晶粒内部沿某些晶面单独组成的贝氏体，在奥氏体晶粒内部沿某些晶面单独 的或成堆的长成竹叶状的或成堆的长成竹叶状( (黑色片状或针状黑色片状或针状) )，碳化物呈粒状或细片，碳化物呈粒状或细片 状分布在过饱和的铁素体内，立体形态呈双凸透镜状。下贝氏体状分布在过饱和的铁素体内，立体形态呈双凸透镜状。下贝氏体 硬度高且韧性好。下图为硬度高且韧性好。下图为T8T8钢钢320320等温淬火得到的下贝氏体的等温淬火得到的下贝氏体的 OMOM和和TEMTEM照片，下照片，下B B呈黄绿，残余呈黄绿，残余A A为白色。为白色。 材料

28、科学与工程学院 42 粒状贝氏体是低、中碳及其合金钢在上贝氏体粒状贝氏体是低、中碳及其合金钢在上贝氏体 转变区的上部，转变区的上部，BsBs以下以一定的冷速范围内（如热以下以一定的冷速范围内（如热 扎后空冷或正火）连续冷却得到的，组织为块状铁扎后空冷或正火）连续冷却得到的，组织为块状铁 素体和粒状奥氏体二相混合物。下图是素体和粒状奥氏体二相混合物。下图是18Mn18Mn2 2CrMoBACrMoBA 的粒状贝氏体组织。的粒状贝氏体组织。 43 1、概述、概述 应用 机床制造中，热处理零件占 60%70%， 汽车制造中，热处理零件占70%80%。 方法 通过对钢件重新加热，保 温并以不同条件下的

29、冷却获得所 需组织和性能。普通热处理: 退 火、正火、淬火、回火；表面热 处理: 表面淬火、化学热处理 意义 将钢件在固态下使之 改善内部组织和提高其力 学性能，但不允许改变形状。 44 2、热处理工艺方法、热处理工艺方法 正火 加热，保温过程和目的同退火， 只是放到空气或水中冷却，比退火 冷却稍快，珠光体中的 Fe 3C片层 更薄，性能与退火相近 退火指的是将金属缓慢加热到一定 温度，保持足够时间，然后以适宜 速度冷却。目的是降低硬度，改善 切削加工性；消除残余应力，稳定 尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化 晶粒，调整组织，消除组织缺陷。 45 目的：目的： 降低表层硬度，利于切削加工； 细化晶

30、粒，提高塑性和韧性； 消除热应力。 主要应用于铸件、锻件、焊件等多种毛坯加工 前的预备热处理。 应用应用 46 退火按其钢种的应用不同，分为完全退火、 球化退火和低温退火三种 完全退火 应用：亚共析钢的铸、锻、 焊件。 加热保温：Ac3+3050， 奥氏体化； 冷却：炉冷至500后开炉 空冷。 47 球化退火球化退火 应用：过共析钢(刀具、刃具)锻坯。 作用：降低硬度，利于切削加工，并为进一步淬火 做准备。 组织变化特征： 加热、保温：Ac1 +2030； 冷却：随炉缓慢冷却； 48 低温退火低温退火(去应力退火去应力退火) 加热，保温：加热，保温： 500650以下以下( Ac1) 作用：消

31、除热应力。对冷作用：消除热应力。对冷 拔、拔、 冷拉、冲压件则消除加工硬冷拉、冲压件则消除加工硬 化，以利于进一步变形。化，以利于进一步变形。 49 淬火淬火 加热，保温规范加热，保温规范： 亚共析钢：亚共析钢： t = Ac3 + 3050 过共析钢：过共析钢： t = Ac1 + 3050 冷却条件冷却条件：速冷（油或水中，水中冷却更快：速冷（油或水中，水中冷却更快) 50 回火回火 淬火钢因突显脆性，一般都要重新加热才能使用，其淬火后淬火钢因突显脆性，一般都要重新加热才能使用，其淬火后 重新加热（重新加热（ Ac1以下）、保温并冷却至室温的热处理工艺以下）、保温并冷却至室温的热处理工艺

32、称为回火。称为回火。 回火意义回火意义 淬火后因淬火后因“M”为不稳定组织，重新加热时，为不稳定组织，重新加热时， 碳原子扩散能力增强，将以碳原子扩散能力增强，将以 Fe 3C形式析出，致使形式析出，致使 b、HRC降低，降低， %、k提高提高。 51 回火分类回火分类 按淬火后重新加热温度不同，可分为三类：按淬火后重新加热温度不同，可分为三类： 1）低温回火（150200） 目的：减小内应力，降低脆性，保持良好的原淬 火硬度（5665HRC）和高的耐磨性。 应用：工具、刃具、模具及其它耐磨件 52 2）中温回火中温回火（350500） 目的：获得高弹性，保持表面较高硬度目的：获得高弹性，保持

33、表面较高硬度 （3550HRC），获得一定的韧性。），获得一定的韧性。 应用：弹簧、发条、锻模板。应用：弹簧、发条、锻模板。 53 (3) 高温回火高温回火（500600） 目的：获得高强度，高塑性和高的冲击韧性，即良目的：获得高强度，高塑性和高的冲击韧性，即良 好的综合力学性能。好的综合力学性能。 应用：广泛应用于承受疲劳载荷的中碳钢重要件，应用：广泛应用于承受疲劳载荷的中碳钢重要件， 如连杆、主轴、齿轮、重力螺钉等。硬度如连杆、主轴、齿轮、重力螺钉等。硬度 2035HRC。 淬火后高温回火也称为 调质热处理。中碳钢（0.40.6C） 也称为调质钢。 54 表面淬火和化学热处理表面淬火和化学

34、热处理 1）表面淬火表面淬火 钢件表层淬火到一定深度，心部钢件表层淬火到一定深度，心部 仍保持未淬火状态的一种局部淬火仍保持未淬火状态的一种局部淬火 方法。方法。 2）工艺工艺 钢件表层快速加热到淬钢件表层快速加热到淬 火温度（火温度（ Ac3+3050），当高），当高 温来不温来不 及传递到心部而立即喷水及传递到心部而立即喷水 冷却，实现表层局部淬火。冷却，实现表层局部淬火。 几种常见钢材几种常见钢材 热轧热轧 hot rolled steel 锭或钢坯在常温下很难变形，不易加工，一般加热到11001250进行轧制 ，这种轧制工艺叫热轧。大部分钢材都用热轧方法轧制。但是因为在高温下钢的 表面

35、容易生成氧化铁皮，使热轧钢材表面粗糙，尺寸波动较大，所以要求表面光 洁、尺寸精确、力学性能好的钢材，以热轧半成品或成品为原料再用冷轧方法生 产。 冷轧冷轧 COLD ROLLED STEEL 在常温下轧制，一般理解为冷轧，从金属学的观点看，冷轧与热轧的界限应 以再结晶温度来区分。即低于再结晶温度的轧制为冷轧，高于再结晶温度的轧制 为热轧。钢的再结晶温度为450600。 特点特点： 冷轧板表面有一定的光泽度手摸起来比较光滑，类似于那种用来喝水的很常 见的钢水杯。 热轧板如未经酸洗处理，则与市场上很多普通钢板的表面相类似，生了锈的 表面为红色，没生锈的表面为紫黑色（氧化铁皮）。 冷轧钢与热轧钢 优

36、缺点优缺点： 精度更高，冷轧带钢厚度差不超过0.010.03mm。 尺寸更薄，冷轧最薄可轧制0.001mm的钢带；热轧现在最薄可达到0.78mm。 表面质量更优越，冷轧钢板甚至可以生产出镜面表面；而热轧板的表面则有氧化铁皮，麻点等缺陷。 冷轧板可以根据用户要求调整其力学性能如抗拉强度和工艺性能如冲压性能等。 冷轧和热轧是两种不同的轧钢技术，顾名思义，冷轧就是在钢在常温情况下进行扎制，这种钢的硬度大。 热轧板硬度低，加工容易，延展性能好。 冷轧板硬度高，加工相对困难些，但是不易变形，强度较高。 热轧板强度相对较低，表面质量差(有氧化、光洁度低)，但塑性好，一般为中厚板，冷轧板：一般为薄板 可以作为冲压用板。 冷轧钢板由于有一定程度的加工硬化，韧性低，但能达到较好的屈强比，用来冷弯弹簧片等零件，同时由 于屈服点较靠近抗拉强度，所以使用过程中对危险没有预见性，在载荷超过许用载荷时容易发生事故。 所有金属都和大气中的氧气进行反应，在表