金属材料与热处理简介

1、 金属材料与热处理金属材料与热处理 一、金属材料的历史地位一、金属材料的历史地位 二、二、金属材料的分类金属材料的分类 三、金属结构材料的应用情况三、金属结构材料的应用情况 四、金属材料的分类四、金属材料的分类 第一单元第一单元 绪论绪论 一、金属材料的历史地位一、金属材料的历史地位 1.1.材料材料发展与社会进步有着密切关系发展与社会进步有着密切关系, ,它是衡量人它是衡量人 类类社会文明程度社会文明程度的标志之一，金属材料是现代文的标志之一，金属材料是现代文 明的基础。明的基础。 石器时代石器时代青铜器时代青铜器时代铁器时代铁器时代 2.2.目前，人类还处在金属器时期。虽然无机非金目前，人

2、类还处在金属器时期。虽然无机非金 属材料、高分子材料的使用量与日俱增，但在可属材料、高分子材料的使用量与日俱增，但在可 预见的时期内，仍不会改变这种状况。预见的时期内，仍不会改变这种状况。 二、金属材料的分类二、金属材料的分类 黑色黑色 金属金属 有色有色 金属金属 金 属 材 料 铸铁铸铁 钢钢 工程构件用钢工程构件用钢 机器零件用钢机器零件用钢 工具钢工具钢 特殊性能用钢特殊性能用钢(不锈钢及耐热钢不锈钢及耐热钢) 轻金属轻金属( (铝铝, ,镁镁, ,钛钛) ) 重金属重金属(铜铜,锌锌,铅铅,镍镍) 贵重金属贵重金属(金金,银银) 稀有金属稀有金属(钨钼钒铌钴钨钼钒铌钴) 放射金属放射

3、金属(镭铀钍镭铀钍) 结构金属材料结构金属材料 功能金属材料功能金属材料 三、金属结构材料的应用情况三、金属结构材料的应用情况(1)(1) 1.从总产量来看，从总产量来看，钢铁材料的产量占绝对优势，钢铁材料的产量占绝对优势， 占世界金属总产量的占世界金属总产量的95，而且有许多良好的而且有许多良好的 性能，能满足大多数条件下的应用，价格低廉。性能，能满足大多数条件下的应用，价格低廉。 2.在世界金属矿储量中，铁矿资源虽然比较丰富在世界金属矿储量中，铁矿资源虽然比较丰富 和集中，但就世界地壳中金属矿产储量来讲，和集中，但就世界地壳中金属矿产储量来讲， 则非铁金属矿储量大于铁矿储量，如则非铁金属矿

4、储量大于铁矿储量，如铁只占铁只占 5.1，而非铁金属中铝为，而非铁金属中铝为8.8镁为镁为2.1， 钛为钛为0.6。 3. 非铁金属非铁金属冶炼较困难冶炼较困难，所需能源消耗大，因，所需能源消耗大，因 而生产成本高，限制了生产总量的增长。而生产成本高，限制了生产总量的增长。 4.非铁金属所创造的价值高，并且它有钢铁所非铁金属所创造的价值高，并且它有钢铁所 不具备的不具备的特殊性能特殊性能，例如比强度高，耐低温、，例如比强度高，耐低温、 耐腐蚀等，因而非铁金属产量仍在迅速增长。耐腐蚀等，因而非铁金属产量仍在迅速增长。 三、金属结构材料的应用情况三、金属结构材料的应用情况(2)(2) 四、金属材料

5、的分类四、金属材料的分类 金 属 材 料 黑色黑色 金属金属 有色有色 金属金属 非合金钢非合金钢 低合金钢低合金钢 合金钢合金钢 铸铁铸铁 滑动轴承合金滑动轴承合金 钛及钛合金钛及钛合金 其他非铁合金其他非铁合金 铜及铜合金铜及铜合金 铝及铝合金铝及铝合金 金属材料的性能金属材料的性能 力力 学学 性性 能能 物物 理理 性性 能能 化化 学学 性性 能能 工工 艺艺 性性 能能 第二单元 金属材料的性能金属材料的性能 力学性能力学性能 力学性能力学性能 指金属在力的作用指金属在力的作用 下所显示出的与弹性和非弹性反下所显示出的与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力应相关或涉及应力-应变关系的应

6、变关系的 性能，如弹性、强度、硬度、塑性能，如弹性、强度、硬度、塑 性、韧性等性、韧性等 强度与塑性强度与塑性 材料的拉伸曲线材料的拉伸曲线 1、oe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性 2、es段：段： 曲线、弹性变形曲线、弹性变形+塑性变形塑性变形 3、s s段：水平线（略有波动）段：水平线（略有波动） 明显的塑明显的塑 性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。 4、sb曲线：弹性变形曲线：弹性变形+均匀塑性变形。均匀塑性变形。 5、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面点：出现缩颈现象，即试样局部截面 明显缩小试样承载能力明显缩小试样承

7、载能力 降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。 强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 强度的指标强度的指标 2 2、抗拉强度、抗拉强度 指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。 1 1、屈服强度（屈服点）、屈服强度（屈服点） Rm = F Fm m/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力R RR Rm m时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。 Rm常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设

8、计的依据。 符号：符号： Re 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力 R Re e= = F Fs s/S/S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm） 塑性指标塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是 断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率和断面收缩率。 1 1、断后伸长率、断后伸长率 A A 2 2、断面收缩率、断面收缩率 Z Z 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量

9、与原标距长度的百分比。 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 A=(L=(Lu u-Lo)/Lo x 100%-Lo)/Lo x 100% Lu:Lu:拉断拉伸试样对接后测出的标距长度拉断拉伸试样对接后测出的标距长度 Lo:Lo:拉伸试样的原始标距拉伸试样的原始标距 Z=(So-Su)/So x 100%Z=(So-Su)/So x 100% So: :拉伸试样原横截面积。拉伸试样原横截面积。 S Su u: :拉伸试样断口处的横截面积拉伸试样断口处的横截面积 硬度 1 1、定义定义：指材料局部表面抵抗塑性

10、变形：指材料局部表面抵抗塑性变形 和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的 指标，其物理含义与试验方法有关。指标，其物理含义与试验方法有关。 2 2、硬度的测试方法硬度的测试方法 布氏硬度布氏硬度 洛氏硬度洛氏硬度 维氏硬度维氏硬度 肖氏硬度肖氏硬度 1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力 压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面材料表面

11、压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。 2 2、布氏硬度值布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力 表示。表示。 如：120HBS 500HBW 4 4、测量范围、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. . 3 3、优缺点、优缺点 （1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁） （2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高 （3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件 （4 4

12、）测量费时，效率低测量费时，效率低 韧性 金属材料抵抗冲击载荷金属材料抵抗冲击载荷 作用而不破坏的能力称作用而不破坏的能力称 为为冲击韧性冲击韧性。 常用一次摆锤冲击弯曲，试验来测定金属材常用一次摆锤冲击弯曲，试验来测定金属材 料的冲击韧性。料的冲击韧性。 u冲击试样冲击试样 u冲击试样的原理及方法：冲击韧度越大，冲击试样的原理及方法：冲击韧度越大， 表示材料的冲击韧性越好。表示材料的冲击韧性越好。 u小能量多次冲击试验小能量多次冲击试验 疲劳强度 疲劳概念： 在交变应力作用下，零件所承受的 应力低于材料的屈服点，但经过较 长时间的工作后产生裂纹或突然发 生完全断裂的现象称为金属的疲劳。 疲劳

13、断裂时无明显的宏观朔性变形，疲劳断裂时无明显的宏观朔性变形， 断裂前没有预断裂前没有预 兆，而是突然破坏；兆，而是突然破坏； 引起疲劳断裂的应力很低，常常低引起疲劳断裂的应力很低，常常低 于材料的屈服点；于材料的屈服点； 疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。疲劳破坏的宏观断口由两部分组成。 疲劳破坏的特征疲劳破坏的特征 物理性能 密度 熔点 导热性 导电性 热膨胀性 磁性 化学性能 耐蚀性 抗氧化性 化学稳定性 金属的工艺性能金属的工艺性能 工艺性能是指金属材料对 不同加工工艺方法的适应 能力。 铸造性能；锻造性能；铸造性能；锻造性能； 焊接性能；切削加性能。焊接性能；切削加性能。 第三单元第三单

14、元 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶 晶体与非晶体晶体与非晶体 非晶体：非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状在物质内部，凡原子呈无序堆积状 况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、况的，称为非晶体。如：普通玻璃、松香、 树脂等。树脂等。 晶体：晶体：凡原子呈有序、有规则排列的物质，凡原子呈有序、有规则排列的物质， 金属的固态、金刚石、明矾晶体等。金属的固态、金刚石、明矾晶体等。 性能：性能：晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性，晶体有固定的熔、沸点，呈各向异性， 非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。非晶体没有固定熔点，而且表现为各向同性。 一、金属材料的晶体结构一、金属材料的晶体结构

15、晶格和晶胞：晶格和晶胞： 表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶 格。格。 能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为 晶胞。晶胞。 晶体结构的概念晶体结构的概念 体心立方晶格：体心立方晶格： 面心立方晶格：面心立方晶格： 密排六方晶格：密排六方晶格： 金属晶格的类型金属晶格的类型 体心立方晶格：体心立方晶格： 它的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个它的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个 顶角上和立方体的中心。如：铬（顶角上和立方体的中心。如：铬（Cr）、钒）、钒 （V）、钨（）、钨（W）、钼（）、钼（Mo

16、）及）及-Fe 面心立方晶格：面心立方晶格： 它的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体它的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体 的八个顶角上和立方体六个面的中心。的八个顶角上和立方体六个面的中心。 如：铝（如：铝（Al）、铜（）、铜（Cu）、铅（）、铅（Pb）、）、 镍（镍（Ni）及）及-Fe 密排六方晶格：密排六方晶格： 它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列在柱 体的每个顶角上和上、下底面的中心，另 外三个原子排列在柱体内。属于这种晶格 类型的金属有镁（Mg）、铍（Be）、镉 （Cd）、及锌（Zn）等。 二、合金的相结构二、合金的相结构 u组元组元 u相相 即合金中结构相同、成分和即合金中结构相同

17、、成分和 性能均一并以界面分开的组成部性能均一并以界面分开的组成部 分。分。 基本概念基本概念 合金的相结构合金的相结构 固溶体固溶体 置换固溶体置换固溶体 间隙固溶体间隙固溶体 金属化合物金属化合物 机械混合物机械混合物 铁碳合金相图铁碳合金相图 第四单元第四单元 铁素体铁素体 概念：碳溶解在概念：碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体中形成的间隙固溶体 称为铁素体。称为铁素体。 符号：符号：F， 体心立方晶格体心立方晶格 溶解能力：溶解度很小，在溶解能力：溶解度很小，在727时，时， 碳在碳在-Fe中的最大溶碳量为中的最大溶碳量为0.0218%， 随温度的降低逐渐减小。随温度的降低逐渐减小。 性

18、能：由于铁素体的含碳量低，所以性能：由于铁素体的含碳量低，所以 铁素体的性能与纯铁相似。即有良好铁素体的性能与纯铁相似。即有良好 的塑性和韧性，强度和硬较低。的塑性和韧性，强度和硬较低。 奥氏体奥氏体 概念概念：碳溶解在：碳溶解在Fe中形成的间隙固溶中形成的间隙固溶 体称为奥氏体。体称为奥氏体。 符号符号：A， 面心立方晶格面心立方晶格 溶碳能力溶碳能力：较强。在：较强。在1148时可时可 溶溶C 为为2.11%，在，在727时，可时，可 溶溶C为为0.77%。 性能性能：强度、硬度不高，具有良：强度、硬度不高，具有良 好的塑性，是绝大多数钢在高温好的塑性，是绝大多数钢在高温 进行锻造和扎制时

19、所要求的组织进行锻造和扎制时所要求的组织。 珠光体珠光体 概念概念： 是铁素体与碳光体的混合物是铁素体与碳光体的混合物 符号：符号： P ， 是铁素体和渗碳体片层相间，交替是铁素体和渗碳体片层相间，交替 排列。排列。 溶碳能力：在溶碳能力：在727时，时，C=0.77% 性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能，性能特点：取决于铁素体和渗碳体的性能， 强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。 莱氏体莱氏体 概念：是含碳量为概念：是含碳量为4.3%的液态铁碳合金在的液态铁碳合金在1148时从液时从液 体上中间结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物。体上中间结晶出的奥氏体和渗碳

20、体的混合物。 符号：符号：Ld（高温莱氏体，温度（高温莱氏体，温度727）由于奥氏体在）由于奥氏体在 727时转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体由珠光体时转变为珠光体，所以在室温下的莱氏体由珠光体 和渗碳体组成叫低温莱氏体。和渗碳体组成叫低温莱氏体。Ld表示表示 溶碳能力：溶碳能力：C=4.3% 性能特点：硬度很高，塑性很差。性能特点：硬度很高，塑性很差。 二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图 二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图 二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图 二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图 二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图 铁碳合金的分类铁碳合金的分类 钢钢：0.0218%C2.11%的铁碳合

21、的铁碳合 金金 亚共析钢：亚共析钢：0.0718%C0.77% 共析钢：共析钢：C=0.77% 过共析钢：过共析钢：0.77%C2.11% 白口铸铁白口铸铁：2.11%C6.69% 亚共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁：2.11%C4.3% 共晶白口铸铁：共晶白口铸铁：C=4.3% 过晶白口铸铁：过晶白口铸铁：4.3%C6.69% 四、铁碳合金相图的应用四、铁碳合金相图的应用 选材方面选材方面 铸造方面铸造方面 压力加工方面压力加工方面 热处理方面热处理方面 焊接方面焊接方面 第五单元第五单元 非 合 金 钢非 合 金 钢 （ 合 金 钢（ 合 金 钢 ） 组成元素（铁和碳）：组成元素（铁和碳）：

22、一、硅一、硅 1、来源：炼钢后期作脱氧剂带入；、来源：炼钢后期作脱氧剂带入； 2、对钢的性能影响：提高钢的强度、硬度；、对钢的性能影响：提高钢的强度、硬度； 3、是钢中的有益元素。、是钢中的有益元素。 二、锰二、锰 1、来源：炼钢脱氧剂。、来源：炼钢脱氧剂。 2、对钢的性能影响：提高钢的强度与硬度。、对钢的性能影响：提高钢的强度与硬度。 3、是钢中的有益元素、是钢中的有益元素 三、硫三、硫 1、来源：生铁带入；、来源：生铁带入； 2、对钢的性能影响：对钢造成热脆性；、对钢的性能影响：对钢造成热脆性； 3、是钢中的有害元素。、是钢中的有害元素。 四、磷四、磷 1、来源：生铁带入；、来源：生铁带入

23、； 2、对钢的性能影响，对钢造成冷脆性；、对钢的性能影响，对钢造成冷脆性； 3、是钢中的有害元素。、是钢中的有害元素。 二、非合金钢的分类二、非合金钢的分类 按钢的含碳量分类：按钢的含碳量分类： 1、低碳钢：、低碳钢：C0.25% 2、 中碳钢：中碳钢：0.25%C0.6% 3、高碳钢：、高碳钢：C0.6% 二、按钢的质量分类：二、按钢的质量分类： 1、普通钢：、普通钢：S0.05%，P0.045% 2、优质钢：、优质钢：S0.035%， P0.035% 3、高级优质钢：、高级优质钢：S0.025%， P0.025% 三、按钢的用途分类：三、按钢的用途分类： 1、结构钢：主要用于制造各种机械零

24、件、结构钢：主要用于制造各种机械零件 和工程构件。和工程构件。C0.7% 2、工具钢：主要用于制造各种刀具、模、工具钢：主要用于制造各种刀具、模 具和量具。其含碳量大于具和量具。其含碳量大于0.70% 3、铸造碳钢：铸件、铸造碳钢：铸件 三、非合金钢钢的牌号及用途三、非合金钢钢的牌号及用途 1.碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号 2、优质碳素结构钢：、优质碳素结构钢： 3.碳素工具钢碳素工具钢 4.铸造碳钢：铸造碳钢： 三、非合金钢钢的牌号及用途三、非合金钢钢的牌号及用途 1.碳素结构钢的牌号：碳素结构钢的牌号： Q屈服点数值，质量等级符号屈服点数值，质量等级符号 和脱氧方法符号；和脱氧方法符号

25、； 性能：一般；性能：一般； 应用：厂房、桥梁、船舶、铆应用：厂房、桥梁、船舶、铆 钉、螺钉、螺母等。钉、螺钉、螺母等。 例如：例如：Q235-AF：表示屈服点为：表示屈服点为 235Mpa的的A级沸腾钢级沸腾钢 二、优质碳素结构钢：二、优质碳素结构钢： 牌号：用两位数字表示钢中平均含碳量的万分之几。牌号：用两位数字表示钢中平均含碳量的万分之几。 分类：分类： 1）、）、0825钢，属于低碳钢钢，属于低碳钢 性能：强度、硬度较低、塑性、韧性及焊接性良好；性能：强度、硬度较低、塑性、韧性及焊接性良好； 用途：冲压件、焊接结构件及渗碳件用途：冲压件、焊接结构件及渗碳件 如：深如：深 冲器件、压力容

26、器等。冲器件、压力容器等。 2）、）、3055钢钢 属于中碳钢属于中碳钢 性能：较高的强度和硬度，是塑性和韧性随含性能：较高的强度和硬度，是塑性和韧性随含 碳量的增加而逐步降低。碳量的增加而逐步降低。 用途：制作受力较大的机械零件。用途：制作受力较大的机械零件。 如：连如：连 杆、曲轴、齿轮等杆、曲轴、齿轮等 3）、）、60钢以上钢以上 属于高碳钢。属于高碳钢。 性能：有较高的强度、硬度和弹性；性能：有较高的强度、硬度和弹性； 用途：制造较高强度、耐磨性和弹性的零件用途：制造较高强度、耐磨性和弹性的零件 如：气如：气 门弹簧、弹簧垫圈等门弹簧、弹簧垫圈等 3.碳素工具钢：碳素工具钢： 牌号：牌

27、号：T+数字（平均含碳数字（平均含碳 量的千分数）量的千分数） 如：如：T12A：表示平均含碳：表示平均含碳 量为量为1.2%的高效优质碳素工具的高效优质碳素工具 钢。钢。 T7T8：钻头、模具等：钻头、模具等 T9T10：丝锥、板牙等：丝锥、板牙等 T11T13：锉刀、削刀等：锉刀、削刀等 铸造碳钢：铸造碳钢： 牌号：牌号：ZG+数字数字数字数字 第一组数字：屈服点第一组数字：屈服点 第二组数字：抗拉强度值第二组数字：抗拉强度值 如：如：ZG270500， 应用：制造形状复杂力学性能要应用：制造形状复杂力学性能要 求较高的机械零件。求较高的机械零件。 常用碳钢的牌号：常用碳钢的牌号： 第六单

28、元第六单元 钢材的热处理钢材的热处理 一、热处理：一、热处理： 将固态金属或合金采用适当的方式进将固态金属或合金采用适当的方式进 行加热、保温和冷却以获得所需要的行加热、保温和冷却以获得所需要的 组织结构与性能的工艺。组织结构与性能的工艺。 热处理的目的：热处理的目的： 提高零件的使用性能；提高零件的使用性能； 充分发挥钢材的潜力；充分发挥钢材的潜力； 延长零件的使用寿命；延长零件的使用寿命； 改善工件的工艺性能，提高加工质量，改善工件的工艺性能，提高加工质量， 减小刀具的磨损。减小刀具的磨损。 热处理的热处理的方法：方法： 退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火及表面热处理及表面热处理

29、 等五种。等五种。 热处理使钢性能发生变化的原因：热处理使钢性能发生变化的原因： 由于铁有同素异转变，从而使钢在加热由于铁有同素异转变，从而使钢在加热 和冷却过程中，发生了组织与结构变化。和冷却过程中，发生了组织与结构变化。 二、钢在加热时的组织转变二、钢在加热时的组织转变 钢的奥氏体化钢的奥氏体化 奥氏体晶核的形成及长大；奥氏体晶核的形成及长大； 残余渗碳件的溶解；残余渗碳件的溶解； 奥氏体的均匀化；奥氏体的均匀化； 二、钢在加热时的组织转变二、钢在加热时的组织转变 在热处理工艺中，钢保温的目的是：在热处理工艺中，钢保温的目的是： 、为了使工件热透；、为了使工件热透； 、使组织转变完全；、使

30、组织转变完全； 、使奥氏体成分均匀。、使奥氏体成分均匀。 奥氏体晶粒的长大：奥氏体晶粒的长大： 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大 三、钢材在冷却时的组织转变三、钢材在冷却时的组织转变 过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变 等温转变图的建立等温转变图的建立 过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变 等温转变图的建立等温转变图的建立 过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 珠光体型转变珠光体型转变： 温度：温度： HRC A1650珠光体珠光体

31、P 25 650600索氏体索氏体S 2535 600550屈氏体屈氏体T 3540 贝氏体型转变贝氏体型转变： 550Ms贝氏体贝氏体B 4045贝氏体转变兼 有珠光体转变与马氏体转变的某些特征 550350上贝氏体上贝氏体B上上 350Ms下贝氏体下贝氏体B下下 4555 马氏体转变马氏体转变 碳在碳在Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号 M表示，体心正方晶格。表示，体心正方晶格。 马氏体转变的特点：马氏体转变的特点： 转变温度：转变温度：MsMf 转变速度极快；转变速度极快； 转变体积发生膨胀；转变体积发生膨胀； 转变不彻底。转变不彻底。 性能特点

32、：针状马氏体：硬度高、脆性大；板条马氏性能特点：针状马氏体：硬度高、脆性大；板条马氏 体：强度、韧性较好体：强度、韧性较好 马氏体的硬度主要取决于含碳量。马氏体的硬度主要取决于含碳量。 过冷奥氏体等温度转变图的应用。过冷奥氏体等温度转变图的应用。 在等温转变图上估计连续冷却转变产物，确定马氏体在等温转变图上估计连续冷却转变产物，确定马氏体 临界冷却速度临界冷却速度 四、退火与正火四、退火与正火 退火退火 概念：将钢加热到适当温度，保持一定概念：将钢加热到适当温度，保持一定 时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却） 的热处理工艺称为退火。的热处理工艺称为退火。 退火的

33、主要目的是：降低钢的硬度，提退火的主要目的是：降低钢的硬度，提 高塑性，以利于切削加工及冷变形加高塑性，以利于切削加工及冷变形加 工；细化晶粒，均匀钢的组织及成分，工；细化晶粒，均匀钢的组织及成分， 改善钢的性能或为以后的热处理作组改善钢的性能或为以后的热处理作组 织上的准备；消除钢中的残余内应力，织上的准备；消除钢中的残余内应力， 以防止变形开裂。以防止变形开裂。 退火的方法：退火的方法： 完全退火完全退火： 完全退火是将钢加热到完全奥氏体（完全退火是将钢加热到完全奥氏体（Ac3以上以上 3050），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状 态组织的工艺方法。应用：中

34、碳钢及低、中碳态组织的工艺方法。应用：中碳钢及低、中碳 合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。 球化退火球化退火：球化退火是将钢加热到：球化退火是将钢加热到AC1以上以上20 30，保温一定得时间，以不大于，保温一定得时间，以不大于50/H得冷得冷 却速度随炉冷却，使钢终碳化物呈球状得工艺却速度随炉冷却，使钢终碳化物呈球状得工艺 方法。应用：适用于共析钢及过共析钢。如碳方法。应用：适用于共析钢及过共析钢。如碳 素工具钢，合金工具钢、轴承钢等。素工具钢，合金工具钢、轴承钢等。 去应力退火去应力退火：去应力退火是将钢加热到略低于：去应力退火是将钢加热到略低于 A1

35、得温度，保温一定时间后缓慢冷却得工艺得温度，保温一定时间后缓慢冷却得工艺 方法。应用：消除塑性变形、焊接、切削加方法。应用：消除塑性变形、焊接、切削加 工、铸造等形成的残余内应力。工、铸造等形成的残余内应力。 正火正火 1、正火概念：正火概念： 将钢加热到将钢加热到Ac3或或Acm以上以上30-50，保温适当，保温适当 的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退 火的目的基本相同，火的目的基本相同， 正火正火 2、正火主要用于如下场合：、正火主要用于如下场合： 善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性； 正火可细化晶粒；正火可细化晶粒

36、； 消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力 学性能，并为球化退火作组织准备；学性能，并为球化退火作组织准备； 代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。 正火正火 1、正火概念：正火概念： 将钢加热到将钢加热到Ac3或或Acm以上以上30-50，保温适当，保温适当 的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退 火的目的基本相同，火的目的基本相同， 2、正火主要用于如下场合：、正火主要用于如下场合： 善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性； 正火可细化晶粒；正火可细化晶粒；

37、 消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力 学性能，并为球化退火作组织准备；学性能，并为球化退火作组织准备； 代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。 五、淬火五、淬火 1、概念：将钢加热到、概念：将钢加热到Ac3或或Acm以上某一温度，以上某一温度， 保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马 氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火； 2、目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬、目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬 度。度。 工艺：工艺： 一、淬火加

38、热温度：一、淬火加热温度： 亚共析钢的淬火加热：亚共析钢的淬火加热：Ac3以上以上3050 过共析钢的淬火加热：过共析钢的淬火加热：Acm 以上以上3050 二、淬火冷却介质：油、水、盐水、碱水等。二、淬火冷却介质：油、水、盐水、碱水等。 三、淬火方法：三、淬火方法： 单液淬火法：碳钢一般用水作冷却介质；合金钢用单液淬火法：碳钢一般用水作冷却介质；合金钢用 油作冷却介质。油作冷却介质。 双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。 马氏体分液淬火；马氏体分液淬火； 贝氏体等温淬火。贝氏体等温淬火。 钢的淬透性和淬硬性钢的淬透性和淬硬性 淬火缺陷：淬火缺陷： 氧化

39、与脱碳氧化与脱碳 过热和过烧过热和过烧 变形与开裂变形与开裂 硬度不定硬度不定 六、回火六、回火 回火的概念：回火的概念： 将钢淬火后，再加热到将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保点以下的某一温度，保 温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称 为回火。为回火。 回火目的：回火目的： 消除内应力；消除内应力； 获得所需要的力学性能；获得所需要的力学性能； 稳定组织和尺寸稳定组织和尺寸 淬火钢在回火时组织与性能的变化淬火钢在回火时组织与性能的变化 马氏体分解；马氏体分解； 残余奥氏体分解残余奥氏体分解 渗碳体的形成渗碳体的形成 渗碳体的聚集长大。渗

40、碳体的聚集长大。 其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强 度、硬度下降，而塑性、韧性提高。度、硬度下降，而塑性、韧性提高。 回火的分类及应用回火的分类及应用 低温回火：低温回火： T1=150250 组织：回火马氏体；组织：回火马氏体； 性能：具有高硬度，高耐磨性和一定性能：具有高硬度，高耐磨性和一定 的韧性；的韧性； 应用：刀具、量具、冷冲压模具等应用：刀具、量具、冷冲压模具等 中温回火：中温回火：T1=350500 组织：回火托氏体；组织：回火托氏体； 应用：刀具、量具、冷冲压模具等应用：刀具、量具、冷冲压模具等 性能：具有高的弹性极限、屈服点；性能：具有高的弹性极限、屈服点； 应用：弹性零件。应用：弹性零件。 高温回火：高温回火：T1=500650 组织：回火索氏体；组织：回火索氏体； 性能：综合力学性能；性能：综合力学性能； 应用：受力结构体。