金属工艺学11

1、池州学院机械与电子工程系2006-1-11 金属工艺学（热，冷）金属工艺学（热，冷） 池州学院机械与电子工程系2006-1-12教学目的 本课程为技术基础课，培养学生对金属及其合金性能，加工工艺，加工方法，加工设备等方面做基本了解。为专业课打下基础。是工科学生必学的课程。池州学院机械与电子工程系2006-1-13考试成绩 平时成绩：30% 考试成绩：70%闭卷池州学院机械与电子工程系2006-1-14 第一篇 金属材料导论金属材料导论 4 学时学时 第二篇第二篇 铸造铸造 4 学时学时 第三篇第三篇 金属压力加工金属压力加工 4 学时学时 第四篇第四篇 焊接焊接 4 学时学时 金属切削加工金属

2、切削加工 16 学时学时 合计：合计： 32 学时学时课程内容课程内容 池州学院机械与电子工程系5 绪论绪论池州学院机械与电子工程系2006-1-16 池州学院机械与电子工程系7本篇重点 1.材料的力学性能 2.铁碳合金的基本组织及相图 3.钢的退火,正火,淬火和回火池州学院机械与电子工程系8第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的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 一、强度与塑性一、强度与塑性 1.强度强度 强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。断裂的能力。 （1）屈服点）屈服点 （2）抗拉强度）抗拉强度 2

3、.塑性塑性 是指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力。是指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力。池州学院机械与电子工程系2006-1-19第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的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池州学院机械与电子工程系10 拉伸试验池州学院机械与电子工程系113 低碳钢拉伸试验图分析低碳钢拉伸试验图分析 N/mm2；MPa 应变：试样单位长度上的伸长量应变：试样单位长度上的伸长量 1 ）应力与应变概念）应力与应变概念 应力：应力： 试样单位横截面上的内力试样单位横截面上的内力池州学院机械与电子工程系12 0.2 名义屈服强度名义屈服强度 （永久变形原长（

4、永久变形原长0.2%名义名义屈服点）屈服点） 低碳钢拉伸试验图低碳钢拉伸试验图2）强度指标，单位：）强度指标，单位：MPa(N/mm2） 1疲劳强度疲劳强度 （-10.5b） b 抗拉强度抗拉强度 s 屈服强度屈服强度 力不增加或减少而变形继力不增加或减少而变形继续的最小应力续的最小应力(屈服点）屈服点） 池州学院机械与电子工程系133）塑性指标）塑性指标 应用中：应用中： 10试样试样 L0=10d0 5 试样试样 L0=5d0伸长率：伸长率：池州学院机械与电子工程系14断面收缩率断面收缩率: 说明：说明：、值愈大，表明材料的塑性愈好。值愈大，表明材料的塑性愈好。式中：式中： F0试样变形前

5、断面积，试样变形前断面积，mm； F1试样拉伸缩颈后最小断面积，试样拉伸缩颈后最小断面积，mm；池州学院机械与电子工程系15第一节 金属材料的力学性能 二 、硬度 硬度：金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力，称为硬度。 分类：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等 布氏硬度：以直径为D（通常直径10MM，载荷30000N）的淬火钢球或硬质合金球为压头，在载荷F的静压力下，将压头压入被测材料的表面，停留若干秒后，卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径，并依据直径数值从专用的硬度表格中查出相应的HB值。 压痕面积大，测试重复性好，但不适合成品检验池州学院机械与电子工程系2006-1-

6、116压头直径：压头直径：10mm、5mm、2.5mm载荷：载荷：30KN、7.5KN、1.87KN布氏硬度布氏硬度HBS 用于测定软性材料用于测定软性材料（HBS450）HBS测定测定池州学院机械与电子工程系17 HRC测定测定 洛氏硬度洛氏硬度HRC 用于测定硬质表面用于测定硬质表面 材料（材料（2067 HRC）以顶角为以顶角为120度的金刚石圆锥体（钢球）为压头，在规定度的金刚石圆锥体（钢球）为压头，在规定的载荷下，垂直地压入被测金属表面，卸载后依据压入深的载荷下，垂直地压入被测金属表面，卸载后依据压入深度，读出度，读出HR值。载荷值。载荷1500N有效值有效值20-67HRC。池州学

7、院机械与电子工程系18第一节 金属材料的力学性能 三、韧性 金属材料断裂前吸收的变形能量称作韧性。韧性的常用指标的冲击韧性。 塑性材料试样开缺口，脆性材料不开缺口 承受冲击载荷的机器零件，一般不会受冲击而破坏，所以对冲击载荷要求不是很大，主要是要求强度。池州学院机械与电子工程系19三、韧性用冲击试验测定冲击韧度用冲击试验测定冲击韧度 k池州学院机械与电子工程系20金属材料的力学性能 四、疲劳强度 机械上的许多零件等是在周期性或非周期性动载荷（称为疲劳载荷）的作用下工作的。这些承受疲劳载荷的零件发生断裂时，其应力往往大大低于该材料的疲劳极限，这种断裂称作疲劳断裂。池州学院机械与电子工程系21 材

8、料可经受无数次应力循环而仍不发生疲劳断裂，这个应力值称为疲劳强度。 各种钢材应该有一定的应力循环基数。 改善结构，减少应力集中，控制内部质量，提高表面质量。池州学院机械与电子工程系22第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能 一、物理性能 密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性和磁性 二、化学性能 指在常温或高温时，抵抗各种介质侵蚀的能力。 耐热性、抗腐蚀性 三、工艺性能 是指金属材料物理化学性能和力学性能在加工过程中的反映，是指是否易于进行冷热加工的性能。 铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性池州学院机械与电子工程系235、几种常用金属材料的力学性能、几种常用金属材料的力学性能 牌牌 号号力力 学

9、学 性性 能能 应应 用用b/MPas /MPa%HBSHRCk/ J/Cm2Q235-A40023526工程结构工程结构45钢钢6101622955（淬火）（淬火）轴、杆轴、杆ZG310-570570310153铸钢件铸钢件ZAlSi2143450活塞活塞HT250250气缸体气缸体QT700-27004202270曲轴曲轴池州学院机械与电子工程系2006-1-124复习题复习题1. 解释应力与应变的概念；解释应力与应变的概念；2. 说明说明S 、0.2 、b、1 、k、 45-50HRC、300HBS的名称和含义；的名称和含义；3. 查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能查阅有关资料列表统

10、计如下材料的力学性能 指标值：指标值： Q215-A； 35； T10； HT300；QT450-10； ZG340-640 (ZG55）；）； ZAlSi7Mg (ZL101) ZCuSn10Pb1 (10-1锡青铜锡青铜);。池州学院机械与电子工程系25 铁碳合金根据含碳量的不同可分为铁碳合金根据含碳量的不同可分为: 碳钢碳钢 ： C2.06%; 生铁：生铁： 2.06%C5%. （铸铁：（铸铁：2.8%C4.0%)第二章 铁碳合金池州学院机械与电子工程系26第一节 纯铁的晶体结构及其同素异构转变1、金属的晶体结构与结晶、金属的晶体结构与结晶 金属（纯铁、铜、金属（纯铁、铜、 铝等）都是晶

11、体铝等）都是晶体 池州学院机械与电子工程系27 金属的结晶：由液态冷却变成固态，原子由不规金属的结晶：由液态冷却变成固态，原子由不规 则排列则排列有规则的排列有规则的排列 池州学院机械与电子工程系28 金属和合金多为多晶体构。金属和合金多为多晶体构。 晶粒间的接触面（边界）称为晶界。晶粒间的接触面（边界）称为晶界。 细化晶粒的方法细化晶粒的方法 ： 1）快速冷却，增加晶核数；）快速冷却，增加晶核数； 2）添加高熔点弥散质点）添加高熔点弥散质点 （孕育或变质处理）。（孕育或变质处理）。 晶粒粗细对力学性能晶粒粗细对力学性能影响很大。一般规律：影响很大。一般规律： 晶粒愈细，强度、硬晶粒愈细，强度

12、、硬度愈高，塑性、韧性愈好。度愈高，塑性、韧性愈好。池州学院机械与电子工程系292、纯铁的晶体结构形式纯铁的晶体结构形式1） 体心立方晶格体心立方晶格 Fe2）面心立方晶格）面心立方晶格 Fe池州学院机械与电子工程系30 纯金属结晶的纯金属结晶的 冷却曲线规律冷却曲线规律 2）纯金属结晶在恒温下进行，结晶冷却曲线出现水）纯金属结晶在恒温下进行，结晶冷却曲线出现水平线段。平线段。 1）金属实际结晶温度）金属实际结晶温度低于理论结晶温度；低于理论结晶温度； 理论结晶温度理论结晶温度 T 0 与实际结晶温度与实际结晶温度 Tn 之差之差称为过冷度，即称为过冷度，即池州学院机械与电子工程系313、纯铁

13、的同素异晶转变、纯铁的同素异晶转变 纯铁固态下纯铁固态下, 在不同在不同温度范围内将呈现出不温度范围内将呈现出不同的晶格形态，这种现同的晶格形态，这种现象称为同素异晶转变。象称为同素异晶转变。 （液体）（液体）1538 (体心体心) 1394 (面心面心) 912 ( 体心体心)2）用反应式表示用反应式表示1）用冷却曲线表示（如图）用冷却曲线表示（如图）池州学院机械与电子工程系32第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织 组元：组成合金的元素称为组元：组成合金的元素称为 组元。组元。 合金组元的相互作用可构成不同的相。合金组元的相互作用可构成不同的相。 相：凡是化学成分和晶格构造相同

14、、并与其他部分有相：凡是化学成分和晶格构造相同、并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。界面分开的均匀组成部分。 相又可分为不同的组织。相又可分为不同的组织。 铁碳合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械铁碳合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物混合物合金合金: 两种或两种以上的金属元素，或金属与非金两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素熔合在一起，构成具有金属特性的物质。属元素熔合在一起，构成具有金属特性的物质。池州学院机械与电子工程系33第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织 部分碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型不变部分碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型不变（有一定的

15、畸变）。（有一定的畸变）。 奥氏体（奥氏体（A） 碳（碳（C）溶入）溶入-Fe中所形成的中所形成的固溶体。固溶体。 铁素体（铁素体（F） 碳（碳（C）溶入）溶入-Fe中所形成中所形成的固溶体的固溶体 。一、固溶体固溶体溶质原子溶入溶质晶格而仍保持溶剂晶格类型溶质原子溶入溶质晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体。的金属晶体。池州学院机械与电子工程系2006-1-134第二节第二节 铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织 固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体 铁碳合金中的固溶体都是碳溶入铁中的置换固溶体。 形成固溶体时，溶剂晶格将产生不同程度的畸变，使塑性变形阻力增加，表现为固溶体的强度硬度有所增加，这种

16、现象称作固溶强化。池州学院机械与电子工程系35铁素体铁素体F 600 0.006%C 727 0.0218%C 力学性能力学性能：b = 250MPa； = 45%50%； HBS = 80。奥氏体奥氏体A 1147 2.11%C 727 0.77%C 力学性能力学性能： b = 250 350MPa； HBS= 160200； = 40%45%。池州学院机械与电子工程系36 渗碳体渗碳体 ： 球压（球压（Fe3C）800 HBW （用硬质合金（用硬质合金 头测定）头测定） （石（石 墨）。墨）。 铸铁生产中：铸铁生产中： 性性 能能 ： 硬而脆，但塑性、韧性低。硬而脆，但塑性、韧性低。二、金

17、属化合物金属化合物池州学院机械与电子工程系37三、机械混合物机械混合物 白色白色F基体中嵌入黑片状基体中嵌入黑片状Fe 3C 良好的力学性能：良好的力学性能： b = 750MPa ； =20 %25% ； k = 30-40 （J/cm2）。成分：成分： C 0.77 %珠光体珠光体 P （F+Fe 3C）池州学院机械与电子工程系38莱氏体（莱氏体（Ld， 4.3%C ） 727以上为高温以上为高温Ld （A+ Fe 3C）；）； 727以下为低温以下为低温Ld（ P+ Fe 3C ）；）； 力学性能与力学性能与 Fe 3C 相似，硬而脆。相似，硬而脆。池州学院机械与电子工程系39三三 铁碳

18、合金状态图铁碳合金状态图显示各种不同碳量的铁碳合金在不同温度显示各种不同碳量的铁碳合金在不同温度下组织形态的热分析图形下组织形态的热分析图形池州学院机械与电子工程系2006-1-140池州学院机械与电子工程系41温度/。CAECFPSKDG室温00.772.114.36.67 C%LL+A Fe C3AA+FP+Fe C3+Le+LeA+Fe C3F+Fe C3F+PP+Fe C3A+Fe C+Le Fe C3+LeLeLe912727153816001147P工业纯铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁3L+ Fe C3温温度度含碳含碳含义含义A 15380纯铁熔点

19、纯铁熔点C 11484.3共晶点共晶点D 12276.69渗碳体熔点渗碳体熔点E 11482.11碳在碳在 铁中铁中最大溶解度最大溶解度F 11486.69渗碳体成分渗碳体成分点点G 9120铁同素异晶铁同素异晶转变点转变点S 7270.77共析点共析点P 7270.0218碳在碳在 铁中铁中最大溶解度最大溶解度1、 Fe C合金状态图的构成合金状态图的构成池州学院机械与电子工程系421、 Fe C合金状态图的构成合金状态图的构成2）两条水平线）两条水平线 ECF（1148）； PSK（727）。 3）4个基本相个基本相 液相液相(L)； 奥氏体奥氏体(A)； 铁素体铁素体(F)； 渗碳体相渗

20、碳体相( Fe 3C)。池州学院机械与电子工程系2006-1-1432、Fe C合金状态图的特性分析合金状态图的特性分析1）共晶线共晶线ECF （C点点共晶点）共晶点） 说明：说明： 含含2.11%6.69%C的的Fe C合金合金(生铁生铁)都将在都将在1148时发生莱氏体转时发生莱氏体转变，即共晶转变。变，即共晶转变。1148 表示共晶反应表示共晶反应：池州学院机械与电子工程系442）共析线共析线PSK （S点共析点）点共析点）说明：含说明：含0.0218%2.06%C的的 Fe C合金合金(钢钢)都将在都将在727 时发生珠光体转变，即共析时发生珠光体转变，即共析 转变。在热处理中，该线温

21、转变。在热处理中，该线温 度常以度常以A1表示，冷却时用表示，冷却时用Ar1，加热时用，加热时用Ac1。727表示共析反应表示共析反应：池州学院机械与电子工程系453）两条固溶线）两条固溶线GS、ES ES 自高碳奥氏体冷却自高碳奥氏体冷却过程中析出过程中析出 Fe3C的起始的起始线。温度常以线。温度常以 Acm表示。表示。 冷却：表示为冷却：表示为 Arm； 加热：表示为加热：表示为 Acm。 GS 自低碳奥氏体冷却自低碳奥氏体冷却过程中析出铁素体晶粒的过程中析出铁素体晶粒的起始线，该温度常以起始线，该温度常以 A3表示。表示。 冷却：冷却：Ar3； 加热：加热：Ac3。池州学院机械与电子工

22、程系2006-1-146 四四 铁碳合金分类铁碳合金分类(据据C%不同分不同分) 以以E点（点（C2.11% ）为界，分为钢为界，分为钢 和生铁两和生铁两类。生铁结晶时有莱氏类。生铁结晶时有莱氏体转变，组织中有莱氏体转变，组织中有莱氏体。体。 钢以钢以S点（点（0.77%C） 为界，分为：为界，分为： 亚共析钢亚共析钢 C0.77%； 共析钢共析钢 C0.77%； 过共析钢过共析钢 C0.77%。池州学院机械与电子工程系2006-1-147 生铁以生铁以C点（点（4.3%C）为）为界，分为：界，分为： 亚共晶生铁亚共晶生铁 2.06%C4.3%； 共晶生铁共晶生铁 C4.3% ； 过共晶生铁过

23、共晶生铁 C4.3%6.67。 铸铁：一般是指用来制造铸铁：一般是指用来制造 铸件的生铁，为亚共晶生铸件的生铁，为亚共晶生 铁。铁。C2.8 % 4.0 % 。池州学院机械与电子工程系48五五 铁碳合金状态图的应用铁碳合金状态图的应用1、分析自液态冷却至室温时、分析自液态冷却至室温时 合金的组织转变过程及室合金的组织转变过程及室 温组织温组织 室温组织室温组织: PF1）共析钢（）共析钢（T8钢）钢） 1点以上点以上 L 12 LA 23 A 3点点 AP 3点以下点以下 PAFAA+AAA亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程P池州学院机械与电子工程系49 2）亚共析钢）亚共析钢(45钢）钢）

24、 1点以上点以上 L 12 L 23 A+L 34 A 45 A+F 5点点 AP 5点以下点以下 P+F亚共析钢的结晶过亚共析钢的结晶过程程P+ FAFAAAFFFAAFAFA池州学院机械与电子工程系2006-1-1503）过共析钢（）过共析钢（T10) P+Fe3C（网状）AAAAAAFAF 1点以上点以上 L 12 L+A 23 A 34 A+Fe3CII 4点点 AP 4点以下点以下 P+Fe3CII P+Fe3C池州学院机械与电子工程系512、分析钢从室温加热转变至奥氏体状态、分析钢从室温加热转变至奥氏体状态(俗称奥氏体俗称奥氏体 化化) 的组织变化的组织变化共共 析析 钢钢 PA

25、亚共析钢亚共析钢 F+PFAA过共析钢过共析钢 PFe3CIIA Fe3CII珠光体向奥氏体转变过程示意图珠光体向奥氏体转变过程示意图池州学院机械与电子工程系2006-1-152 第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 应用应用 ： 机床制造中，热处理零件占机床制造中，热处理零件占 60%70%， 汽车制造中，热处理零件占汽车制造中，热处理零件占 70%80%。 方法方法 ： 通过对钢件重新加热通过对钢件重新加热 、保温并以不同条件下的冷、保温并以不同条件下的冷却方式获得所需组织和性能。却方式获得所需组织和性能。 普通热处理普通热处理: 退火、正火、退火、正火、 淬火、回火；淬火、回火； 表面热处

26、理表面热处理: 表面淬火、表面淬火、 化学热处理。化学热处理。 意义意义 ： 将钢件在固态下使之将钢件在固态下使之 改善内部组织和提高其力改善内部组织和提高其力学性能，但不允许改变形状。学性能，但不允许改变形状。池州学院机械与电子工程系第一节 钢加热冷却时组织转变 多数情况，钢加热至临界温度以上，使原有组织转变成奥奥氏体氏体后，再以不同的冷却方式和速度转变成所需的组织，达到预期性能。 实际临界温度曲线存在如右图所示误差Ac1，Ac3，Accm ，Ar1，Ar3，Arcm必须加热到红线以上温度，方能完全 变为奥氏体；初始奥氏体晶粒细小，很好；加热温度过高或保温时间过长，都将 引起晶粒急剧增大；因

27、此，需根据状态图及含碳量合理选定加热时间及保温时间池州学院机械与电子工程系 加热时奥氏体形成加热时奥氏体形成共析钢共析钢 加热到加热到Ac1时，发生时，发生P向向A转变。转变。 A晶核首先在晶核首先在F与与Fe3C交界面上形成交界面上形成 这是因为这是因为F的含碳量低，的含碳量低，Fe3C含碳量高，含碳量高， A的含碳量介于两者之间。的含碳量介于两者之间。 形成晶核后，形成晶核后，A晶核不断合并相邻的晶核不断合并相邻的F，且，且Fe3C不断溶不断溶解于解于A中，以供给碳分。中，以供给碳分。 A不断长大，直至不断长大，直至P全部转变为全部转变为A。亚共析钢亚共析钢 加热到加热到Ac1以上时，以上

28、时，P A，此时组织为，此时组织为FA 继续升温，继续升温，F向向A转变，超过转变，超过Ac3时，时，F消失，组织为细消失，组织为细而单一而单一A。过共析钢过共析钢 转变情况与上述相似，只是晶粒较粗大。转变情况与上述相似，只是晶粒较粗大。一 钢加热时奥氏体形成池州学院机械与电子工程系 影响奥氏体化因素（共析钢而言）影响奥氏体化因素（共析钢而言）1）加热温度和加热速度。 加热温度高，转变较快 加热速度快，转变起始温度高，终了温度也高2）含碳量 含碳量高，渗碳体也较多，F与Fe3C的界面也 多，利于A形成3）钢原始组织 原始组织愈细愈有利于A的形成一 钢加热时奥氏体形成池州学院机械与电子工程系 室

29、温时钢的机械性能，与加热、保温获得的奥氏体晶粒大小有关，决定于奥氏体经冷却后所获得组织。 奥氏体的组织转变与冷却方式、冷却速度有直接关系。 钢的热处理工艺有两种冷却方式 (1)连续冷却方式 加热 A 温度连续下降到室温 例如水冷、油冷、空冷等。 (2)等温冷却二 钢冷却时组织转变奥氏体化的钢 A1线以下，产生过冷奥氏体 奥氏体转变 得所需组织，发生A向P转变。过冷奥氏体： 被冷却到A1温度以下，尚未发生转变而暂时存在的奥氏体。较快地冷却保温 冷却到室温池州学院机械与电子工程系V1，珠光体组织，珠光体组织V2，贝，贝(索索)氏体组织氏体组织Vk，临界冷却速度，临界冷却速度V3，快速冷却，马氏体组

30、织，快速冷却，马氏体组织（Ar1-550度）池州学院机械与电子工程系 例：较慢的冷却速度，相当于炉冷，对应退火，组织P 稍快些冷却，相当于空冷，对应正火，组织S，硬度HRC2535 更快冷却，相当于油冷，油淬，组织(M+T)，硬度HRC4555 再更快冷却，相当于水冷，水淬，M+A,HRC5565 马氏体硬度决定于马氏体中含碳量，含碳量高，硬度也增高，晶格畸变大，淬火内应力也大，往往有显微裂纹，所以塑性、韧性很差。 又称C曲线。 将共析钢加热到A1温度以上，以不同过冷度测出过冷奥氏体在恒温下开始转变和转变终了时，画在时间-温度坐标中去，可得C曲线。三共析钢奥氏体等温转变曲线建立池州学院机械与电

31、子工程系59第二节 退火和正火退火退火 将钢件加热，保温至将钢件加热，保温至奥氏体化后随炉冷却奥氏体化后随炉冷却(缓慢缓慢)，使其重新结，使其重新结晶的热处理工艺。晶的热处理工艺。池州学院机械与电子工程系60退火目的：退火目的：（1）降低硬度，利于切削加工；）降低硬度，利于切削加工； （2）细化晶粒，提高塑性和韧性；）细化晶粒，提高塑性和韧性； （3) 消除内应力。消除内应力。 主要应用于铸件、锻件、焊件等多种主要应用于铸件、锻件、焊件等多种 毛坯加工前的预备热处理。毛坯加工前的预备热处理。应用：应用：池州学院机械与电子工程系61退火按其钢种的应用不同，分为完全退火、球化退火退火按其钢种的应用

32、不同，分为完全退火、球化退火和低温退火三种不同工艺和低温退火三种不同工艺完全退火完全退火应用：亚共析钢的铸、锻、焊件。应用：亚共析钢的铸、锻、焊件。加热保温：加热保温：Ac3+3050， 奥氏体化；奥氏体化；冷却：炉冷至冷却：炉冷至500后开炉空冷。后开炉空冷。完全退火原理：完全退火原理：钢件被加热到钢件被加热到Ac3以上温度时，呈以上温度时，呈完全奥氏体状态。由于初始形成的完全奥氏体状态。由于初始形成的奥氏体晶粒非常小，待经过奥氏体晶粒非常小，待经过Ar3线线缓慢冷却后，通过重结晶使钢件获缓慢冷却后，通过重结晶使钢件获得细小晶粒，并消除了内应力。得细小晶粒，并消除了内应力。池州学院机械与电子

33、工程系2006-1-162 球化退火球化退火作用：降低硬度，利于切削加工，为进一步淬火做准备。作用：降低硬度，利于切削加工，为进一步淬火做准备。应用：过共析钢应用：过共析钢(刀具、刃具刀具、刃具)锻坯。锻坯。组织变化特征：组织变化特征：加热、保温：加热、保温：Ac1 +2030；冷却：随炉缓慢冷却；冷却：随炉缓慢冷却；原理：将钢加热到原理：将钢加热到Ac1以上以上20-30，此时初始形成的奥氏，此时初始形成的奥氏体内及其晶界上尚存有少量未完体内及其晶界上尚存有少量未完全溶解的渗碳体。在随后的冷却全溶解的渗碳体。在随后的冷却过程中，从奥氏体中经共析反应过程中，从奥氏体中经共析反应析出的渗碳体以未

34、溶渗碳体为晶析出的渗碳体以未溶渗碳体为晶核，呈球状析出，分布在铁素体核，呈球状析出，分布在铁素体基体上。基体上。池州学院机械与电子工程系2006-1-163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)原理：将工件加热到原理：将工件加热到Ac1温度以下，进行较长时温度以下，进行较长时间保温，通过原子扩散间保温，通过原子扩散及塑性变形使内应力消及塑性变形使内应力消除。除。作用：消除热应力。对冷作用：消除热应力。对冷 拔、冷拉、冲压件则消拔、冷拉、冲压件则消除加工硬化，以利于进除加工硬化，以利于进一步变形。一步变形。再结晶退火再结晶退火池州学院机

35、械与电子工程系64 二、正火 正火正火 加热，保温过程和目的同退火，只是加热，保温过程和目的同退火，只是放到空气中冷却，比退火冷却稍快，珠光放到空气中冷却，比退火冷却稍快，珠光体中的体中的 Fe 3C片层更薄，片层更薄， 性能与退火相近。性能与退火相近。 正火作用： （1）取代部分完全退火。 （2）用于普通结构件的最终热处理。 （3）用于过共析钢，以减少或消除网状二次渗碳体，为球化退火作准备。池州学院机械与电子工程系2006-1-165第三节第三节 淬火和回火淬火和回火一、淬火一、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

36、= Ac1 + 3050 冷却条件：速冷（油或水中，水中冷却更快冷却条件：速冷（油或水中，水中冷却更快)池州学院机械与电子工程系66防止裂纹和变形的措施：防止裂纹和变形的措施：（1）严格控制淬火加）严格控制淬火加热温度。热温度。（2）合理选择淬火介）合理选择淬火介质质 （3）正确选择淬火方法。）正确选择淬火方法。池州学院机械与电子工程系67二、回火二、回火将淬火钢重新加热到将淬火钢重新加热到Ac1以下某个温度，保温以下某个温度，保温后冷却的热处理工艺，称为回火。后冷却的热处理工艺，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

37、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。池州学院机械与电子工程系68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（）低温回火（150200） 目的：减小内应力，降低脆性，保持良好的原淬目的：减小内应力，降低脆性，保持良好的原淬 火硬度（火硬度（5665HRC）和高的耐磨性。）和高的耐磨性。 应用：工具、刃具、模具及其它耐磨件。应用：工具、刃具、模具及其它耐磨件。池州学院机械与电子工程系692）中温回火（）中温回火（350500） 目的：获得高弹性，保持

38、表面较高硬度目的：获得高弹性，保持表面较高硬度 （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。 池州学院机械与电子工程系703）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。 淬火后高温回火淬火后高温回火也称为调质热处理。也称为调质热处

39、理。 中碳钢（中碳钢（0.40.6C）亦称为调质钢。）亦称为调质钢。池州学院机械与电子工程系71第四节第四节 表面淬火和化学热处理表面淬火和化学热处理一、表面淬火表面淬火 钢件表层淬火到一定深度，心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部仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法。火方法。工艺工艺 钢件表层快速加热到淬火温度钢件表层快速加热到淬火温度（ Ac3+3050），高），高 温来不温来不 及传递到心部而立即喷水冷及传递到心部而立即喷水冷却，实现表层局部淬火。却，实现表层局部淬火。池州学院机械与电子工程系72快速加热方法：电感应、火焰、激光等。快速加热方法：电感应、火焰、激光等

40、。目的目的 ： 获得表层高硬度、高耐磨性，心部仍保持淬获得表层高硬度、高耐磨性，心部仍保持淬 火以前的良好韧性。火以前的良好韧性。应用：应用： 机床主轴、阶梯轴、汽车发动机曲轴、齿轮机床主轴、阶梯轴、汽车发动机曲轴、齿轮 的齿形表层等的齿形表层等池州学院机械与电子工程系73 二、二、化学热处理化学热处理 工件置于化学介质中，并通过加热、保温，工件置于化学介质中，并通过加热、保温， 通过原子扩散和化学反应，改变其表层的化学通过原子扩散和化学反应，改变其表层的化学 成分和组织，达到工件表层改性的目的。成分和组织，达到工件表层改性的目的。 常用工艺：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。常用工艺：渗碳、渗氮、碳氮

41、共渗等。池州学院机械与电子工程系74 渗碳渗碳 低碳钢工件进入密闭渗碳炉中，通低碳钢工件进入密闭渗碳炉中，通入煤油（气体渗碳）。加热：入煤油（气体渗碳）。加热：900950，保温，使表层达到保温，使表层达到1%C，淬火后再低温回火，淬火后再低温回火，可达可达5664HRC，如汽车变速箱齿轮、活塞，如汽车变速箱齿轮、活塞销等。销等。 池州学院机械与电子工程系75复习题复习题1.何谓退火和正火？两者的特点和用途有什么不同？何谓退火和正火？两者的特点和用途有什么不同？2.钢淬火后所获得的马氏体组织与铁素体有何相同钢淬火后所获得的马氏体组织与铁素体有何相同和不同之处？钢中的马氏体组织表现出什么特性？和

42、不同之处？钢中的马氏体组织表现出什么特性？3.钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的加热钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的加热温度规范、目的和应用有什么不同？温度规范、目的和应用有什么不同？4.说明锯条、汽车钢板弹簧、车床主轴、变速箱齿说明锯条、汽车钢板弹簧、车床主轴、变速箱齿轮、发动机曲轴的最终热处理工艺。轮、发动机曲轴的最终热处理工艺。 池州学院机械与电子工程系钢的分类钢的分类 按化学成分分：按化学成分分： 碳素钢、合金钢两大类。碳素钢、合金钢两大类。 按用途分：按用途分： 结构钢、工具钢、特殊性能钢结构钢、工具钢、特殊性能钢 按质量分：按质量分： 普通钢、优质钢、高级优质钢普通钢、优

43、质钢、高级优质钢 按脱氧程度分：按脱氧程度分： 镇静钢，沸腾钢等镇静钢，沸腾钢等第四章 工业用钢池州学院机械与电子工程系 碳素钢碳素钢 碳钢，碳钢，WcWc1.541.54以下，并有硅、锰、磷、硫等杂质。以下，并有硅、锰、磷、硫等杂质。 碳对钢的组织和性能影响很大，见图碳对钢的组织和性能影响很大，见图1-231-23： 池州学院机械与电子工程系 杂质对钢的性能的影响：杂质对钢的性能的影响：p磷磷有害有害杂质杂质使钢的塑性韧性下降，具有冷脆性。使钢的塑性韧性下降，具有冷脆性。p硫硫有害有害杂质杂质可造成钢的热脆，硫在晶界处形成低熔点的共晶体。可造成钢的热脆，硫在晶界处形成低熔点的共晶体。p硅硅有

44、益有益元素元素可提高钢的强度和硬度，是作为脱氧剂进入钢的。可提高钢的强度和硬度，是作为脱氧剂进入钢的。p锰锰有益有益元素元素可提高钢的强度和硬度，可抵消硫的有害作用，是作为可提高钢的强度和硬度，可抵消硫的有害作用，是作为脱氧剂进入钢的。脱氧剂进入钢的。 池州学院机械与电子工程系碳素钢可分为三类：碳素钢可分为三类：1.1.碳素结构钢碳素结构钢* *含碳量小于含碳量小于0.380.38，常用小于，常用小于0.250.25，即以低碳钢为主。，即以低碳钢为主。* *结构钢的牌号：结构钢的牌号：Q + Q + 三位数字表示，三位数字表示， 例：例：Q215Q215A AF F Q Q屈服点的首字母、屈服

45、点的首字母、215215屈服点的数值，屈服点的数值，MpaMpa，这里是，这里是215MPa215MPa A A质量等级，分为质量等级，分为A A、B B、C C、D D，其中，其中A A是普通级，是普通级，D D是优等级是优等级别，硫磷含量较低别，硫磷含量较低 F F脱氧程度，脱氧程度，F F是沸腾钢，是沸腾钢，Z Z是镇静钢。是镇静钢。Z Z可不标可不标池州学院机械与电子工程系* *常见的牌号有：常见的牌号有：Q195A Q195BQ195A Q195B、Q215A Q215BQ215A Q215B、Q235A Q235B Q235C Q235A Q235B Q235C Q235DQ235

46、D、Q255A Q255BQ255A Q255B、Q275Q275* *Q235Q235是用途最广的碳素结构钢是用途最广的碳素结构钢, ,属低碳钢属低碳钢, ,通常经热轧成通常经热轧成钢板、型钢、钢管、棒材等供应钢板、型钢、钢管、棒材等供应, ,因铁素体较多故塑因铁素体较多故塑性和韧性优良性和韧性优良, ,常用于建筑构件常用于建筑构件, ,不重要的轴类不重要的轴类, ,螺钉螺钉, ,螺母螺母, ,冲压件冲压件, ,焊接件锻件等。焊接件锻件等。* *Q235Q235C C 及及Q235Q235D D还可用于重要的焊接件。还可用于重要的焊接件。池州学院机械与电子工程系2.2.优质碳素结构钢优质碳素

47、结构钢* *含硫磷量较低（含硫磷量较低（0.035%)0.035%)，主要用来制造较重要的机件。，主要用来制造较重要的机件。* *结构钢的牌号：用二位数字表示结构钢的牌号：用二位数字表示 例例 2020表示含碳量为表示含碳量为0.20.2 数字数字2020是钢中平均含碳量的万分数是钢中平均含碳量的万分数 10F10F表示含碳量为表示含碳量为0.10.1，沸腾钢，沸腾钢。池州学院机械与电子工程系* *常用结构钢的牌号常用结构钢的牌号 08 08、1010、1515、2020、2525等牌号属等牌号属低碳钢低碳钢，其塑性好易于拉拔、，其塑性好易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接冲压、挤压、锻造和焊接,

48、 ,其中其中2020钢用途最广钢用途最广, ,常用于制造常用于制造螺钉，螺母，垫圈，小轴，冲压件螺钉，螺母，垫圈，小轴，冲压件, ,焊接件焊接件; ;有时用于渗碳有时用于渗碳件。件。 30 30、3535、4040、4545、5050、5555等牌号属于等牌号属于中碳钢中碳钢，因钢中珠光，因钢中珠光体增多，强度硬度提高，淬火后硬度显著增加，其中体增多，强度硬度提高，淬火后硬度显著增加，其中4545钢钢的强度、硬度、塑性、韧性都较好，即综合性能优良，应的强度、硬度、塑性、韧性都较好，即综合性能优良，应用最广，常用于制造轴，丝杠，齿轮，重要的螺钉，螺母用最广，常用于制造轴，丝杠，齿轮，重要的螺钉，

49、螺母等。等。 60 60、6565、7070、7575等牌号属等牌号属高碳钢高碳钢，经淬火，回火后强度硬，经淬火，回火后强度硬度提高，弹性优良，常用于制造小弹簧，钢丝绳轧辊等度提高，弹性优良，常用于制造小弹簧，钢丝绳轧辊等池州学院机械与电子工程系3.3.碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢的含碳量为碳素工具钢的含碳量为0.70.71.351.35 淬火后硬度高（淬火后硬度高（60HRC60HRC）耐磨性良好。工作温度）耐磨性良好。工作温度250250，否则硬，否则硬度迅速下降。度迅速下降。牌号：牌号： T + T + 一或二位数字表示，例一或二位数字表示，例T7A T7A 其中：其中： T T表示碳

50、素工具钢表示碳素工具钢77表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.70.7 AA表示高级优质表示高级优质常用：常用：T8T8、T10T10、T10AT10A、T12T12 T8 T8属属共析钢共析钢，上述牌号中韧性最好，多用于制造受冲击的工具，例如錾，上述牌号中韧性最好，多用于制造受冲击的工具，例如錾子，锻工工具子，锻工工具 T10,T10AT10,T10A硬度较高，且有一定的韧性，常用来制造锯条，小冲模等硬度较高，且有一定的韧性，常用来制造锯条，小冲模等 T12 T12 硬度最高耐磨性好，但脆性大，适于制造不受冲击的耐磨工具，如，硬度最高耐磨性好，但脆性大，适于制造不受冲击的耐磨工具，如，钢锉，刮刀等钢锉，刮刀等 表表 1 14 4 常用碳素钢的化学成分和力学性能常用碳素钢的化学成分和力学性能池州学院机械与电子工程系 合金钢合金钢 为改善钢的某些性能，特意加入一种或几种合金元素所炼为改善钢的某些性能，特意加入一种或几种合金元素所炼成的钢。成的钢。 钢中的硅含量大于钢中的硅含量大于0.50.5，或含锰量大于，或含锰量大于1.01.0，也属于合，也属于合金钢。金钢。 合金元素加入钢后，通常使钢的合金元素加入钢后，通常使钢的强度，硬度增加强度，硬度增加，合金元素超，合金元素超过一定