=第1篇-基本知识解析

1、=第第1篇篇-基本知识解基本知识解析析2022-2-421-1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能强度强度s、0.2、b与塑性与塑性、硬度、硬度、韧性韧性疲劳强度疲劳强度r 、-1力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能工艺性能工艺性能2022-2-431-2 铁碳合金铁碳合金纯铁纯铁的冷的冷却曲却曲线线1394153410006008001200温度时间16001500500700900110013001400912- Fe -Fe- Fe同素异构转变同素异构转变AFCC固溶固溶体体2022-2-44几个基本概念几个基本概念1.1.合金合金 由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非

2、金属元素组成的具有金属特性的物质。由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 如：青铜、铸铁、铝合金等。如：青铜、铸铁、铝合金等。2.2.组元组元 组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称“元元”。 如：黄铜如：黄铜 ；硬铝；硬铝 等为二元合金。等为二元合金。 3.3.相相 指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分。如固相、液相等。指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分。如固相、液相等。 4.4.组织组织 借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。借助于放大镜、显微镜下观察

3、到具有某种形态、形貌特征的组成部分。2022-2-45铁碳合金状态图铁碳合金状态图LN1495(A 3C )( 3C )122715382022-2-46u 含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 2022-2-47钢的热处理是将固态钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺。钢的热处理是将固态钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺。特点是改变零件或者毛坯的内部组织，而不改变其形状和尺寸。其目的是消除毛坯（如铸件、锻件等）中特点是改变零件或者毛坯的内部组织，而不改变其形状和尺寸。其目的是消除毛坯（如铸件、

4、锻件等）中缺陷，改善毛坯的切削性能，改善零件的力学性能，延长其使用寿命，并为减小零件尺寸、减轻零件重量、缺陷，改善毛坯的切削性能，改善零件的力学性能，延长其使用寿命，并为减小零件尺寸、减轻零件重量、提高产品质量、降低成本提供了可能性。因此，几乎提高产品质量、降低成本提供了可能性。因此，几乎90以上的零件都要经过不同的热处理后才能使用。以上的零件都要经过不同的热处理后才能使用。热处理分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等）热处理分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等）及特殊热处理（形变热处理等）。及特

5、殊热处理（形变热处理等）。但不是所有的材料都能进行热处理强化，能进行热处理强化的材料必须满足：有固态相变；经冷加工但不是所有的材料都能进行热处理强化，能进行热处理强化的材料必须满足：有固态相变；经冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态；表面能被活性介质的原子渗入从而改变表面化学成分。使组织结构处于热力学不稳定状态；表面能被活性介质的原子渗入从而改变表面化学成分。1-3 钢热处理钢热处理2022-2-48热处理工艺热处理工艺工艺工艺目的目的加热温度加热温度组织组织退火退火1.调整硬度调整硬度,便于切削加工。便于切削加工。2.细化晶粒细化晶粒,为最终热处理作组织为最终热处理作组织准备。准备。亚共析钢

6、亚共析钢3+3050共析钢共析钢 1+3050过共析钢过共析钢1+3050PP球球正火正火1.低中碳钢同退火。低中碳钢同退火。2.过工析钢：消除网状二次渗碳体。过工析钢：消除网状二次渗碳体。3.普通件最终热处理普通件最终热处理亚共析钢亚共析钢3+3050共析钢共析钢 1+3050过共析钢过共析钢30500.5, +粒状粒状3C2022-2-49热处理工艺（续）热处理工艺（续）工艺工艺目的目的加热温度加热温度组织组织回火回火1.消除内应力，减少变消除内应力，减少变形。形。2.获得所需要的性能。获得所需要的性能。低温回火低温回火150250中温回火中温回火350500高温回火高温回火500650

7、(调质调质)亚共析亚共析,共析钢：共析钢：M回回过共析钢回过共析钢回(少少)+粒状粒状3CT回回S回回表面表面淬火淬火表面获得马氏体组织，表面获得马氏体组织，并获得表硬里韧的性并获得表硬里韧的性能。能。预备热处理：预备热处理：调质或正火调质或正火适用于中碳钢适用于中碳钢 0.40.5表面：表面：M回回心部：心部： S回回(调质调质) 或或(正火正火)渗碳渗碳提高表面含碳量，获提高表面含碳量，获得表硬里韧的性能。得表硬里韧的性能。渗碳温度渗碳温度:900950淬火温度：淬火温度：表面表面1+3050心部心部3+3050适用于低碳钢适用于低碳钢 0.10.25表面：表面：M回回(少少)+颗粒状颗粒

8、状3C心部：心部：M回回 M回回2022-2-410热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度2022-2-4111-4 工业用钢工业用钢工程材料工程材料2022-2-412 碳钢的分类碳钢的分类分类方法分类方法钢钢 种种质量分数或脱氧情况质量分数或脱氧情况特特 点点按碳的质量分按碳的质量分数分类数分类低碳钢低碳钢0.250.25强度低，塑性和焊接性能较好强度低，塑性和焊接性能较好中碳钢中碳钢0.250.250.60.6强度较高，但塑性和焊接性能较差强度较高，但塑性和焊接性能较差高碳钢高碳钢 0.6% 0.6%塑性和焊接性能很差，强度和硬度高塑性和焊接性能很差，强度和硬度

9、高按钢的质量分按钢的质量分普通钢普通钢0.0550.055, 0.045, 0.045含含S、P量较高，质量一般量较高，质量一般优质钢优质钢0.0400.040，0.0400.040含含S、P量较少，质量较好量较少，质量较好高级优质钢高级优质钢0.0300.030, 0.035, 0.035含含S、P量很少，质量好量很少，质量好按用途分按用途分结构钢结构钢0.080.080.650.65制造各种工程构件和机器零件制造各种工程构件和机器零件工具钢工具钢0.650.65制造各种刀具、量具和模具制造各种刀具、量具和模具按脱氧程度分按脱氧程度分沸腾钢（沸腾钢（F）仅用弱脱氧剂脱氧，较多仅用弱脱氧剂脱氧

10、，较多钢锭内分布有许多小气泡，偏析严重钢锭内分布有许多小气泡，偏析严重镇静钢（镇静钢（Z）浇注时完全脱氧，凝固时不沸腾浇注时完全脱氧，凝固时不沸腾气泡、疏松少，质量较高气泡、疏松少，质量较高半镇静钢（半镇静钢（b）介于沸腾钢和镇静钢之间介于沸腾钢和镇静钢之间质量介于沸腾钢和镇静钢之间质量介于沸腾钢和镇静钢之间2022-2-413常用的碳钢牌号常用的碳钢牌号分分 类类编编 号号 方方 法法常常 用用 牌牌 号号用用 途途 举举 例例说说 明明碳素结构碳素结构钢钢Q235 F 屈服点为屈服点为235 、质、质量为量为A级的沸腾钢级的沸腾钢Q195、Q215A，Q235B、Q255A、Q255B、Q

11、275等等 一般以型材供应的工程结构件，一般以型材供应的工程结构件，制造不太重要的机械零件及焊接制造不太重要的机械零件及焊接件（参见件（参见 700-1988）优质碳素优质碳素结构钢结构钢 45 表示平均表示平均0.45%的的优质碳素结构钢优质碳素结构钢08F、10、20、35、40、50、60、65 用于制造曲轴、传动轴、齿轮、用于制造曲轴、传动轴、齿轮、连杆等重要零件（参见连杆等重要零件（参见 699-1988）碳素碳素工具钢工具钢T8T8A 表示平均表示平均0.8%的碳的碳素工具钢，素工具钢，A表示高表示高级优质级优质T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13 制造需较高硬度、耐磨

12、性、又制造需较高硬度、耐磨性、又能承受一定冲击的工具，如手锤、能承受一定冲击的工具，如手锤、冲头等（参见冲头等（参见 1298-1986）一般工程一般工程铸造碳钢铸造碳钢200-400 表示屈服强度为表示屈服强度为200 、抗拉强度为、抗拉强度为400 的碳素铸钢的碳素铸钢230-450、270-500、310-570、340-640 形状复杂的需要采用铸造成形形状复杂的需要采用铸造成形的钢质零件（参见的钢质零件（参见 11352-1989）2022-2-414合金钢合金钢低合金钢低合金钢 w wAEAE5%10%10%合金钢合金钢按合金元素含量分按合金元素含量分 合金钢合金钢贝氏体钢贝氏体钢

13、马氏体钢马氏体钢高合铁素体钢高合铁素体钢奥氏体钢奥氏体钢莱氏体钢莱氏体钢按组织类型分按组织类型分按主添加元素分按主添加元素分合金钢合金钢锰钢锰钢硅钢硅钢钨钢钨钢2022-2-415合金钢合金钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢低合金结构钢低合金结构钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢合金弹簧钢合金弹簧钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢滚动轴承钢滚动轴承钢低温钢低温钢易切钢易切钢合金钢分类合金钢分类 按用途分按用途分2022-2-416铸铁铸铁 铸铁铸铁白口铸铁白口铸铁灰口铸铁灰口铸铁麻口铸铁麻口铸铁( (普通普通) )灰铸

14、铁灰铸铁() () 片状片状可锻铸铁可锻铸铁() 团絮状团絮状球墨铸铁球墨铸铁() 球状球状 灰口铸铁灰口铸铁 （按（按G G形态）形态）蠕墨铸铁蠕墨铸铁() 蠕虫状蠕虫状（钢基体上分布着石墨）（钢基体上分布着石墨）（按石墨化程度）（按石墨化程度）2022-2-417工业用金属材料工业用金属材料钢种钢种典型牌号典型牌号合金元素作用合金元素作用热处理热处理使用状态下组织使用状态下组织性能性能用途用途碳素结构碳素结构钢钢0.4Q195Q235热轧空冷热轧空冷塑性塑性,焊焊接性好接性好建筑结构建筑结构低合金高低合金高强度钢强度钢0.2Q345(16):强化强化F,增加增加P,降低脆转温度降低脆转温度

15、热轧空冷热轧空冷塑性塑性,焊焊接性好接性好桥梁桥梁,船船舶舶, 容器容器渗碳钢渗碳钢0.10.25202020:提高淬透性提高淬透性,强强化化:细化晶粒细化晶粒渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火表面：表面：M回回+ A (少量少量)+颗粒状颗粒状3C心部：心部：M回回表硬里韧表硬里韧轴、齿轮轴、齿轮调质钢调质钢0.30.5454040:提高淬透性提高淬透性,强强化化F,:防止第二类回防止第二类回火脆性火脆性调质调质S回回良好综合良好综合力学性能力学性能轴、齿轮轴、齿轮弹簧钢弹簧钢0.60.90.450.765602:提高淬透性提高淬透性,强强化化F；:提高屈提高屈强比强比淬火淬火+中温中温回

16、火回火T回回高高b高高-1弹簧弹簧 工业用钢工业用钢2022-2-418工业用钢（续）工业用钢（续）钢种钢种典型牌号典型牌号合金元素作用合金元素作用热处理热处理使用状态下组织使用状态下组织性能性能用途用途滚动轴承滚动轴承钢钢0.951.10:提高淬透性提高淬透性,耐耐磨耐蚀性磨耐蚀性球退球退+淬火淬火+低温回火低温回火M回回+ A(少量少量)+颗颗粒状粒状3C高耐磨高耐磨高高-1足够足够滚动轴承滚动轴承耐磨钢耐磨钢1.01.313:形成形成A组织组织水韧处理水韧处理表：碳化物表：碳化物心：心：A高耐磨高耐磨耐冲击耐冲击铲齿，履铲齿，履带板带板碳素工具碳素工具钢钢0.651.35T713球退球退

17、+淬火淬火+低温回火低温回火M回回+ A(少量少量)+颗颗粒状粒状3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨冲子、丝冲子、丝锥、锉刀锥、锉刀低合金工低合金工具钢具钢0.751.59、：提高淬透、：提高淬透性性球退球退+淬火淬火+低温回火低温回火M回回+ A(少量少量)+颗颗粒状粒状3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨低速刃具低速刃具高速钢高速钢0.71.5W184V:提高淬透性；提高淬透性；W、V：提高热：提高热硬、耐磨性硬、耐磨性锻、退火、锻、退火、淬火淬火+三次三次回火回火M回回+ A(少量少量)+颗颗粒状碳化物粒状碳化物高热硬高热硬高硬度高硬度高耐磨高耐磨高速刃具高速刃具2022-2-419工业用钢（续）工业

18、用钢（续）钢种钢种典型牌号典型牌号合金元素作用合金元素作用热处理热处理使用状态下组织使用状态下组织性能性能用途用途冷作冷作模具模具钢钢1.42.31212:提高淬透性。提高淬透性。:提高耐磨性提高耐磨性锻，退，锻，退，淬火淬火+低温低温回火回火M回回+ A(少量少量) +颗颗粒状碳化物粒状碳化物高硬度高高硬度高耐磨耐磨冷冲模冷冲模挤压模挤压模热锻热锻模钢模钢0.50.655合金元素作用同合金元素作用同调质钢调质钢调质调质S回回抗热疲劳抗热疲劳热锻模热锻模压铸压铸模钢模钢0.30.632W8V合金元素作用同合金元素作用同高速钢高速钢淬火淬火+回火回火M回回+ A(少量少量) +颗颗粒状碳化物粒状

19、碳化物抗热疲劳抗热疲劳,耐磨耐磨压铸模压铸模不不锈锈钢钢0.03-0.95113,213:提高耐蚀性；提高耐蚀性；:形成形成A；:防止晶防止晶间腐蚀间腐蚀调质调质S回回高耐蚀性高耐蚀性(随增加随增加,耐蚀性下耐蚀性下降降)汽轮机汽轮机叶片叶片313,413淬火淬火+低温低温回火回火M回回医疗器医疗器械械013不能热处不能热处理理F硝酸氮硝酸氮肥工业肥工业1189固溶处理固溶处理A化工管化工管道道耐耐热热钢钢15,121:提高抗氧化性提高抗氧化性:提高提高T再；再；:弥散强化弥散强化; :形成形成A组织组织正火正火高热强性高热强性,高抗氧化高抗氧化性性锅炉零锅炉零件件492,111调质调质S回回

20、气阀气阀,叶叶片片1189固溶固溶A过热器过热器管管2022-2-420 铸铁铸铁石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。石墨化：铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。铸铁名铸铁名称称牌号举例牌号举例获得方法获得方法组织组织热处理热处理用途用途灰铸铁灰铸铁250(最低抗拉强度为最低抗拉强度为250)液态金属石墨液态金属石墨化化+孕育处理孕育处理基体基体(F、P、) +片片状石墨状石墨去应力，消去应力，消除白口，表除白口，表面淬火面淬火机床床身机床床身可锻铸可锻铸铁铁450-06 (最低抗拉强度最低抗拉强度为为450,最低延伸率为最低延伸率为6%)白口白口+石墨化退石墨化退火火基体基体(F、P) +团絮团絮状石墨状石墨石墨化退火石墨化退火车轮壳，管接车轮壳，管接头头球墨铸球墨铸铁铁500-7(最低抗拉强度为最低抗拉强度为500,最低延伸率为最低延伸率为7%)液态金属石墨液态金属石墨化化+球化处理球化处理+孕育处理孕育处理基体基体(F、P、) +球球状石墨状石墨可进行各种可进