工程材料复习资料详解

1、金属一、体心立方晶格：Fe，Cr， Mo ，W ，V致密度： 68%塑性中等面心立方晶格：Fe，Cu， Al，Ni致密度： 74%塑性最好 Fe（面心，奥氏体）变成Fe（体心，铁素体）时体积膨胀，钢淬火时易开裂密排六方晶格：Be， Mg ， Zn致密度： 74%塑性最差二、各向异性 ：各晶面和各晶向上原子排列密度不同导致的同一晶体不同晶面和晶向上性能不同。单晶体材料（晶格位向一致，即晶体中原子按一定几何形状作周期性排列的规律没有破坏） 一定 具有各向异性，多晶体材料一般 不具有各向异性（各晶粒的某一晶面或晶向的方位趋于一致时具有各向异性）。伪各向同性 ：出现于多晶体材料。大量微小的晶粒之间位向

2、不同，因此在某一方向上的性能只能表现为这些晶粒在各方向上的平均性能。晶界是两相邻晶粒之间不同晶格位向的过渡层，所以晶界上原子的排列总是不规则的三、晶格缺陷 ：点缺陷（ i）晶格空位（ ii）间隙原子（ iii）置换原子1空位和间隙原子是晶体中原子热运动的产物，随温度升高急剧增加，是金属扩散的主要方式之一线缺陷（位错）位错线附近由于错排，引起晶格畸变，因而内应力较大面缺陷（晶界和亚晶界）亚晶界： 晶粒中存在内部原子排列位向一致的小晶块，成为亚晶粒， 两相邻亚晶粒之间的界面为亚晶界。实际上为一系列刃型位错所构成的小角度晶界亚晶界越多，金属屈服强度增大晶界：两相邻晶粒之间的界面。常温下晶界越多，则硬

3、度强度越高，高温下相反；晶界熔点低，杂质元素多，易被腐蚀四、结晶条件 ：达到一定过冷度冷却速度越大，金属纯度越高，过冷度越大足够大的自由能差能形成晶核并长大形核方式 ：自发形核（均匀形核）：液体内部自发产生非自发形核（非均匀形核）：依附外来杂质生成【优先与主导】枝晶生长 ：晶体棱角处散热条件较好，以较大速度优先生成晶体主干（一次晶轴），再长出分枝（二、三次晶轴） ，最后把枝晶间填满。晶粒大小影响因素：过冷度或冷却速度冷却速度越大，则过冷度越大，晶粒越细，但温差大易导致铸件开裂难溶杂质的影响与变质处理杂质起晶核作用，使单位体积中晶核数增加，细化晶粒2附加振动使生长的晶粒因破碎而细化，且破碎的枝晶

4、尖端起晶核作用同素异晶转变：某些金属随温度变化具有不同类型的晶体结构（固态转化，需较大过冷度）912， Fe（体心） 912 1394 ， Fe ，（面心） 1394 1538 ， Fe，（体心）结晶基本规律 ：形核，长大合金相图一、相：物质中具有相同聚集状态的原子（或分子、离子）的部分。同一种相化学成分相同，或允许在不引起聚集状态质变的一定范围内变化。金属或合金在液态时通常为均匀的同一种液相，在固态时，相指这样一类晶粒所组成的部分：晶体结构相同，化学成分相同或允许在不引起晶体结构质变的一定范围变化组织 ：显微镜下所观察到的晶粒显微形态，即形状、大小、数量和分布情况。组织决定因素：化学成分和工

5、艺过程组织组成物 ：合金组织中具有确定本质，一定形成机制的特殊形态的组成部分。可为单相或两相混合物。相组织 组织组成物相:F、 P、A组织 :F+P 、 Le 、 Fe3 C组织组成物 : Le+Fe 3 C 、 Fe3 C 、P+Fe 3C相结构 ：固溶体固态时合金的组元相互溶解，形成在某一组元晶格中包含有其他组员的新相，且其成分和性能均匀，结构与组员之一相同。保持原有晶格的组元为溶剂，其它为溶质；新相晶格常数一定变化。3（ i）置换固溶体【无限固溶体】（奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti）（ ii）间隙固溶体【有限固溶体】（铁素体，奥氏体）溶质原子半径越小，溶剂是面心立方晶格时，溶解度大间

6、隙固溶体的晶格畸变程度一般大于置换固溶体化合物溶质含量超过固溶体溶解度时，出现的晶格类型不同于任一组元的新相二、晶内偏析 ：在实际铸造条件下，冷却速度较快，原子没有足够时间进行扩散，且固相中原子扩散速度慢，使得先后析出的元素含量不同，晶粒内部化学成分不均匀。许多固溶体按树枝状生长，使得先结晶的枝干与后结晶的分枝干成分不同，这种晶内偏析称为枝晶偏析 。枝晶偏析程度取决于相图中液相线与固相线之间的水平成分间距和垂直温度间距，间距越大，偏析也越大二元共晶相图：初生相和次生相是一种组织而不是相次生相以一定数量弥散分布于合金基体中可提高强度、硬度；但分布于初生相晶界时会使合金塑性大大下降共晶转变、共析转

7、变、包晶转变都会形成两相混合物合金合金铸造性能取决于结晶区间大小：结晶区间越大，合金结晶时温度范围越大，使得形成枝晶偏析的倾向增大，同时容易使先结晶的枝晶阻碍未结晶的液体的流动，增加了 分散缩孔4或疏松 的形成，铸造性能差。共晶体 铸造性能最好，因为其结晶温度区间为零，没有偏析。单相固溶体合金塑性较好，压力加工性能好，但硬度低，切削加工性能差；两相混合物合金塑性较差，但硬度较高。铁碳合金一、铁素体 ：碳溶于Fe（912，体心立方）形成的间隙固溶体，用F 或表示。强度、硬度较低，塑性、韧性较好。奥氏体 ：碳溶于Fe（912 1394，面心立方）形成的间隙固溶体，用A 或表示。较低的硬度，良好的塑

8、性和低的变形抗力。存在于 727以上高温范围内。渗碳体 ：含碳量6.69%， Fe3C，金属化合物。强度低，硬度高，韧性和塑性几乎为零。一次渗碳体 ：液相直接结晶析出，粗板条状二次渗碳体 ：沿奥氏体晶界析出，网状结构三次渗碳体 ：沿晶界呈片状析出，对纯铁及低碳钢，使塑性、韧性和耐腐蚀性能下降；对中、高碳钢忽略不计莱氏体（高温莱氏体） ： Le（ AE+Fe3C），硬脆，共晶组织，Fe3C 是基体相低温莱氏体（变态莱氏体）： Le（P+Fe3C +Fe3C），硬脆，共晶组织珠光体 ： P（ Fp+Fe3C），共析组织，塑性、韧性、硬度介于铁素体和渗碳体之间，强度远高于两者F 为基体相， Fe3C

9、 为强化相，强度高。但片状Fe3C 端部尖角处应力集中显著，塑性和韧性较低Acm 线：ES线，碳在奥氏体中的溶解度曲线或析出线5A1 线： PK线， 727，共析线A3 线：GS 线，冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线或加热时铁素体转变为奥氏体的终了线PQ 线：碳在 Fe 中的溶解度曲线二、铁碳合金分类工业纯铁 ： c 0.0218%室温组织： F + Fe3C（微量）钢 ： 0.0218% c 2.11%（ 1）共析钢： c =0.77%室温组织： P（ 2）亚共析钢： 0.0218% c 0.77%室温组织： P + F4%HNO3 酒精浸蚀时 黑色小块为珠光体，白色小块为铁素体6（ 3）过

10、共析钢： 0.77% c 2.11%室温组织： P + Fe3C4%HNO3 酒精浸蚀时 黑色小块为珠光体，白亮网状为二次渗碳体白口铸铁 ：2.11% c 6.69%（ 1）共晶白口铸铁：c = 4.3%室温组织： Le（ P+Fe3C+Fe3C）（ 2）亚共晶白口铸铁：2.11% c 4.3%室温组织： Le + P + 3FeC（ 3）过共晶白口铸铁：4.3% c 6.69%室温组织： Le + 3FeC钢的含碳量大于 0.9%时，形成较为完整的 网状二次渗碳体 ，不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也明显下降，但硬度始终上升。钢中含碳量一般不超过1.3 1.4%三、碳钢杂质： 锰脱氧

11、，降低钢的脆性。 清除硫的有害作用， 改善钢的热加工性能。固溶强化铁素体，提高钢的强度和硬度。硅脱氧能力比锰强，能固溶强化铁素体，提高钢的强度和硬度，但降低钢的塑性韧性硫降低钢的塑性；FeS与 Fe 形成低熔点共晶体分布于晶界上，造成热脆 现象磷固溶强化铁素体，提高钢的强度和硬度。室温尤其是低温下急剧降低钢的塑性，造成冷脆 现象7分类：（一）按冶炼方法平炉钢，转炉钢，电炉钢（二）按冶炼钢的脱氧程度沸腾钢：脱氧程度低，后加“F”镇静钢：脱氧程度高，后加“Z”半镇静钢：脱氧程度中等，后加“b ”（三）按含碳量低碳钢（c = 0.25%）中碳钢（ 0.25% c 0.60%）（四）按钢的用途碳素结构

12、钢（ 1）普通碳素钢：用作工程结构件，如桥梁，船舶，建筑钢筋（ 2）优质碳素钢：用作机器零件，如齿轮，轴，螺钉，螺母，连杆（一） (i)普通含锰量钢(ii)较高含锰量钢：含碳量数字后加Mn（二） (i)低碳优质碳素结构钢强度低，塑性、韧性好，制造受力不大的零件，如螺栓、螺母、垫圈、小轴、销子、链等主要轧制成薄板、钢带、型钢及拉丝08F：冲压件，如搪瓷制品、汽车外壳零件15、20、20Mn ：机械设备、汽车拖拉机齿轮、凸轮、活塞销(ii)中碳优质碳素结构钢强度较高，塑性、韧性较低，较好综合力学性能；切削性能较好，但焊接性能较差8制造受力较大或较复杂的零件，如主轴、曲轴、齿轮、连杆、套筒、活塞销(

13、iii) 高碳优质碳素结构钢较高强度、硬度、弹性和耐磨性，塑性、韧性较低制造耐磨零件、弹簧、钢丝绳等，如凸轮、轧机轧棍、减振弹簧、座垫弹簧碳素工具钢（含碳量0.70% 1.30%）主要用于制造工具、刃具、模具、量具。属高碳钢，且至少是优质碳素钢，性能要求高时采用高级优质碳素钢T 后加一个数字，表示平均含碳量的千分数，T12 表示平均含碳量1.2%的碳素工具钢。高级优质碳素工具钢牌号最后加上A（五）按钢的质量普通碳素钢含硫量= 0.040%0.050%；含磷量= 0.040% 0.045%优质碳素钢结构钢：含硫、含磷= 0.035%；前两位数字代表含碳量为万分之几 ，如 45 钢含碳量 0.45

14、%工具钢：含硫量= 0.030%；含磷量= 0.035%高级优质碳素钢结构钢：含硫、含磷= 0.030%；工具钢：含硫量= 0.020%；含磷量= 0.030%牌号后加A特级优质碳素钢结构钢：含硫量= 0.025%；含磷量 S T，硬度强度塑性韧性：P S T贝氏体型转变（半扩散型转变方式：碳原子缓慢扩散和奥氏体晶格改组）含碳量过饱和的相基体上弥散分布着细小的碳化物亚稳组织(i)上贝氏体B 上： 550 350光学显微镜： 羽毛状的铁素体条（相）电子显微镜： 宽大的铁素体（相）板条间分布着 粒状 或短杆状渗碳体(ii) 下贝氏体 B 下：350 Ms光学显微镜： 不规则排列的细黑针状电子显微镜

15、：含碳量过饱和的针状铁素体 内一定晶面上分布着大量细小的碳化物（Fe2.4C）颗粒或薄片上贝氏体 强度、硬度高，但渗碳体分布于大致平行的较宽铁素体板条间，易脆断 ；下贝氏体片状铁素晶粒细小，含碳过饱和度大，位错密度大，且细小碳化物在铁素体内弥散分布，强度、硬度、韧性、塑性均大于上贝氏体（二）影响C 曲线的因素含碳量随着含碳量增加，亚共析钢C 曲线右移，过共析钢C 曲线左移，表明共析钢C曲线最靠右，它的过冷奥氏体最稳定合金元素除钴 Co 一位大多数合金元素溶入奥氏体后，都使C 曲线右移14加热温度和保温时间加热温度越高，保温时间越长， 则奥氏体成分越均匀，奥氏体晶粒越粗大，晶界面积越小，不利于奥

16、氏体转变时的形核，孕育期变长，C 曲线右移（ 2）共析钢过冷奥氏体连续冷却曲线（C 曲线近似分析）共析钢和过共析钢的过冷奥氏体在连续冷却过程中不会发生贝氏体转变V1：炉冷，转变产物为珠光体PV2：空冷，转变产物为索氏体SV3：油冷，转变产物为屈氏体T + 马氏体 M + 残余奥氏体 AV4：水冷，转变产物为马氏体M + 残余奥氏体AVk：淬火临界冷却速度，获得马氏体的最小冷却速度(iii) 马氏体转变以切变 方式快速产生的一种碳在Fe 中的 过饱和固溶体组织，含碳量与原奥氏体相同无扩散型转变：铁原子集体沿奥氏体一定晶面作小距离移动，以切变 方式快速实现面心立方晶格的Fe 向体心立方晶格的Fe

17、改组 ，而碳原子全保留在Fe晶格中马氏体形核后迅速长大，无孕育期含碳量增加，大多数 合金元素 如 Cr、 Ni、 Mo 、 Mn 等溶入奥氏体后，均使Ms 和15Mf 温度降低，增加残余奥氏体数量；连续冷却过程中的任何停顿或减慢冷速都会增大奥氏体稳定性，使残余奥氏体数增加，降低钢的强度硬度和耐磨性，也降低零件精度高碳马氏体（针状马氏体、片状马氏体）含碳量高于1.0%，针叶状，强度硬度高而脆性大低碳马氏体（板条马氏体）含碳量不高于0.2%，相互平行的板条状，强度韧性好，具有良好综合力学性能马氏体硬度大小主要取决于含碳量，含碳量越高， 畸变越大， 固溶强化效应越大。但当钢中含碳量大于0.6%时，钢

18、中残余奥氏体增多，强度硬度变化不大三、普通热处理（ 1）退火加热到适当温度后保温一段时间， 缓慢冷却目的：均匀组织（粗） ，均匀硬度（软） ，去应力(a)完全退火Ac3 + 30 50，缓慢冷却过共析钢不采用完全退火 ，因为加热到 Accm 以上完全奥氏体化后缓冷，二次渗碳体将以网状形态沿奥氏体晶界析出，降低钢的韧性和切削加工性能，表面粗糙度变大，且网状渗碳体在后续热处理中易开裂(b)球化退火Ac + 20 30（不完全奥氏体化） ，保温，以 20 30 /h 冷却到 Ar1以下并保1温，最后随 炉冷 至 500 600后出炉 空冷获得组织为 球状珠光体组织 ，即铁素体 基体上分布细小均匀的球

19、状渗碳体目的：使热加工后的 网状二次渗碳体 及珠光体中的片状渗碳体球化，降低硬度，提高塑性， 改善切削加工性能，并避免了网状渗碳体和片状渗碳体容易引起的淬火变形和开裂，为淬火做好了组织准备16适用于高碳工具钢、模具钢、轴承钢等(c)等温退火(i)【完全退火】亚共析钢加热到Ac3 + 30 50，保温，较快冷至 600 680之间，等温转变，空冷，获得片状珠光体组织(ii)【球化退火】共析钢或过共析钢加热到Ac+ 20 30，保温，较快冷至 Ar11以下 20进行较长时间等温转变，炉冷至500600 出炉空冷，获得 球状珠光体组织等温退火缩短工艺时间，用于合金钢和高合金工具钢；等温退火在同一温度

20、进行，适用于大件退火；等温退火是完全退火、不完全退火、球化退火的改进途径(d)扩散退火Ac3 + 150 200， 长时间 保温，随炉缓慢冷却主要用于合金钢铸锭和铸件，消除枝晶偏析 ，使成分均匀化扩散退火后晶粒粗大，需进行一次完全退火或正火消除过热缺陷(e)去应力退火Ac1 - 100 200 ，保温，缓慢炉冷至500以下后空冷（防止附加残余应力）只消除第一、二类残余内应力，基本保留第三类残余内应力，即保留加工硬化(f)再结晶退火将经过塑性变形的钢件加热至再结晶温度以上100 200 ，保温，空冷至室温目的： 消除加工硬化，恢复塑性，以便进一步冷加工（ 2）正火钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac

21、cm（共析钢和过共析钢）+ 30 50 ，保温后空冷目的：均匀组织（细） ，均匀硬度（硬） ，去应力，可作最终热处理应用：用于普通结构零件、大型结构零件和结构复杂零件的最终热处理消除过热缺陷 ，提高力学性能17改善切削加工性能 c 0.15%的低碳钢和低碳合金，正火 c 0.5%的中碳钢，正火（退火周期长成本高）0.5% c 0.8%的碳钢，球化退火高碳钢和中碳以上合金钢，退火用于比较重要的中、低碳结构钢零件预先热处理正火可消除热加工所造成的组织缺陷，获得细小均匀的正常组织，减少零件在随后的热处理淬火时引起的变形和开裂，提高淬火质量， 并使得淬火组织细小，性能提高（ 3）淬火将钢加热到临界温度

22、（Ac1 或 Ac3）以上的适当温度，保温，以大于该钢的淬火临界冷却速度快冷，得到马氏体组织亚共析钢：Ac3 + 30 50若加热温度过高，奥氏体晶粒粗化，淬火后马氏体组织也粗大，钢严重脆化若加热温度过低，组织为A + F，淬火后， A 转变为 M ，F 保留，淬火 硬度不足共析钢和过共析钢：Ac1 + 30 50共析钢和过共析钢淬火前已球化退火，故加热到Ac1 + 30 50不完全奥氏体化后，组织为A + Fe3C（部分未溶） 。淬火后A 转变为 M，未溶渗碳体颗粒保留，提高淬火钢耐磨性若加热温度过高，甚至在Accm 以上，则 渗碳体溶入奥氏体中数量增大，奥氏体含碳量增加。这不仅使未溶渗碳体

23、颗粒减少，且使 Ms 点下降 ，淬火后 残余奥氏体数量增加 ，降低了钢的硬度和耐磨性。同时使 奥氏体晶粒粗大，淬火后形成粗大片状马氏体，钢的脆性增加，淬火内应力增加，易引起工件淬火变形开裂18隐晶 ：过共析钢正常淬火组织，细小片状马氏体基体上均匀分布着细小颗粒状渗碳体以及少量残余奥氏体冷却介质：水：尺寸不大、外形简单的碳钢零件盐水、碱水：尺寸较大、外形简单、硬度要求较高、对淬火变形要求不高的碳钢零件油：形状复杂的中小型合金钢零件碱浴、硝盐浴：形状复杂、尺寸较小、变形要求小的零件淬火方法：单液淬火法：形状简单的零件双介质淬火法：(i)碳钢：先水冷后油冷(ii)合金钢：先油冷后空冷分级淬火： 降低

24、热应力和组织应力，减小淬火变形和开裂倾向。处理截面尺寸较小、形状较复杂的零件等温淬火： 保温较长时间， 获得下贝氏体。 处理形状复杂、 尺寸较小、精度要求高又具有较高硬度和韧性的零件（ 4）回火将淬火钢重新加热到A1 点以下某一温度，保温一定时间后，冷却到室温目的：降低或消除淬火的应力和脆性，防止工件进一步变形开裂稳定组织，以稳定工件的尺寸和形状淬火后组织中的马氏体和残余奥氏体都是不稳定的，室温下自发转变为稳定的铁素体和碳化物获得工件所需的组织和性能淬火组织具有较高强度和硬度，但塑性和韧性较低回火过程：马氏体分解（=200）马氏体析出共格的碳化物，碳过饱和度减小， 淬火内应力和脆性降低，硬度略

25、有下降。组织为回火马氏体。19共格 ：两相界面上的原子位于两相晶格的共同结点上，成为两相的共有原子。 共格面上的原子处于偏离平衡位置的状态，存在附加内应力，阻碍了位错运动，提高了材料的强度和硬度回火马氏体 ：过饱和固溶体及与其共格的碳化物构成片状或条状，易被腐蚀，显微镜下黑色针状或条状(i)高碳回火马氏体：强度、硬度高，塑性、韧性差(ii)低碳回火马氏体：强度、硬度较高，塑性韧性较好残余奥氏体转变（200 300）马氏体继续析出碳化物，残余奥氏体转化为少量下贝氏体，组织仍主要为回火马氏体，强度、硬度变化不大，淬火应力进一步降低碳化物的转变和回火屈氏体的形成（300 450）过饱和固溶体析出渗碳

26、体，变为含碳量趋于平衡的铁素体。亚稳定的碳化物逐渐转变为稳定的渗碳体，并与相失去共格关系。钢的强度、硬度明显下降，淬火内应力基本消除。固溶体仍保留马氏体亚结构， 即位错或孪晶， 加热过程中也有回复和再结晶。组织为回火屈氏体。回火屈氏体 ：未再结晶的铁素体与大量弥散分布的很细的粒状渗碳体保留马氏体的针状或板条状高屈强比、弹性极限和高韧性渗碳体的长大和铁素体的再结晶（450700）渗碳体聚集长大，弥散度降低， 钢的强度、 硬度下降 。铁素体再结晶产生等轴晶粒的铁素体。500 650时组织为回火索氏体。650 700时组织为回火珠光体。回火索氏体 ：已再结晶的铁素体与较细的粒状渗碳体构成20失去原马

27、氏体形态强度、硬度、塑性、韧性均较高回火珠光体 ：已再结晶的铁素体与较粗的球状渗碳体构成极好的塑性，低的强度、硬度回火脆性： 在某些温度回火时，冲击韧性ak 值大大降低(i) 第一类回火脆性（低温回火脆性） ： 250 350，不可逆回火脆性成因：沿马氏体界面析出硬脆的薄片状碳化物(ii)第二类回火脆性：450 650，可逆回火脆性，主要出现在某些含Mn 、 Cr、Ni、 V 的合金钢内。成因：合金元素及杂质元素在原奥氏体晶界的偏聚消除方法：提高钢的纯度、加入适量消除偏聚的合金元素 Mo 、 W（对大截面钢件） ，或回火后快冷（对小截面钢件）即可避免。若已出现， 则重新加热至500600后快冷

28、即可恢复韧性回火种类：低温回火（250）组织：回火马氏体目的：保持高硬度和高耐磨性，降低淬火内应力和脆性，提高韧性用于处理中、高碳钢的工模具、机械零件，如切削刃具、量具、冷冲模、滚动轴承以及渗碳、碳氮共渗和表面淬火的零件中温回火（350 500）组织：回火屈氏体目的：获得高的屈强比、弹性极限和高的韧性用于弹簧和热作模具的热处理21为了避免第一类回火脆性，一般中温回火不低于350高温回火（500 650）组织：回火索氏体调质 ：淬火+ 高温回火目的：获得一定强度、硬度与良好塑性、韧性的工件用于重要结构零件，特别是交变载荷下工作的连接件和传动件调质还可用于某些精密零件的预先热处理，如丝杠、 量具、

29、镗杆及模具，因为细小的回火索氏体可减少淬火变形和开裂倾向多次回火用于高合金钢及高速钢淬透性 ：钢淬火时形成马氏体组织深度的能力淬透性好的钢可在淬火冷却时采用冷却能力低的淬火介质，降低内应力淬硬性 ：钢在正常淬火条件下获得的马氏体组织所能达到的最大硬度四、表面热处理（）表面淬火感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火感应加热表面淬火：集肤效应 ：越靠近表面电流密度越大，电流频率越高越显著分类：高频感应加热表面淬火200 300kHz淬硬层较薄的中小型零件，如中小模数齿轮、小型轴中频感应加热表面淬火2500 8000Hz淬硬层

30、较深的零件，如较大直径的轴类和较大模数的齿轮22工频感应加热表面淬火50Hz，工业用电频率淬硬层深的大直径零件，如轧棍超声频感应加热表面淬火20 40kHz使淬硬层沿零件轮廓均匀分布，齿轮、凸轮、花键轴、链轮感应加热表面淬火零件工艺路线锻造 退火或正火机械粗加工 调质或正火 机械半精加工 感应加热表面淬轧材下料火 低温回火或自回火 磨削加工特点（与普通淬火相比）：硬度较高而脆性较低提高疲劳强度表面形成体积较大的马氏体，产生残余压应力，提高疲劳强度耐磨性好加热时间短，氧化脱碳少，弥散度高生产率高， 适合大批量生产，淬硬层深度可精确控制，易实现自动化（）化学热处理过程： 分解、吸收、扩散（ 1）渗

31、碳对低碳钢或低碳合金钢渗碳，表面产生一定深度的高碳层，再淬火 +低温回火目的：使零件表面获得高硬度、耐磨性和疲劳强度，心部具有较高塑性、韧23性和足够强度方法：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳（应用最广）渗碳后缓冷组织：(a)表层：珠光体+ 二次渗碳体(b)心部：铁素体+ 较少珠光体渗碳件工艺路线锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 +低温回火 机械精加工（磨削等）局部镀铜（防止镀铜部位渗碳）（ 2）渗氮目的：获得极高的硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度、一定的耐腐蚀性和抗热性，热处理变形小用于高速传动的精密齿轮、高精度机床的主轴（镗杆、磨床主轴）、在循环载荷工作条件工作时要求疲劳极限很高的零件（高速柴油

32、机曲轴）以及要求变形小和具有一定抗热、耐腐蚀的耐磨零件（阀门）方法：气体渗氮加热温度低，工件变形小、氧化脱碳少氮化零件工艺路线锻造 退火 机械粗加工 调质 机械半精加工 去应力退火 粗磨 氮化 精磨（保证心部性能）（减少氮化中的变形）离子渗氮氮化时间短，氮化层质量高、脆性低，工件变形小，材料适应性强（ 3）碳氮共渗和氮碳共渗目的：提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳极限方法：低温气体氮碳共渗（气体软氮化）500 570，渗氮为主，共渗层较薄，硬度梯度大，不宜重载工作24中温气体碳氮共渗820 860，渗碳为主， 共渗后需淬火+低温回火， 主要用于形状复杂、要求变形小的小型耐磨零件共渗件优点：时间短，

33、生产效率高变形小。含碳量相同时，共渗件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性能比渗碳件高表面热处理的比较：感应淬火用于耐磨性及硬度要求一般，且承受一般冲击的形状简单和变形要求较小的工件，如曲轴、机床齿轮等渗碳用于耐磨性要求高、受重载和有较大冲击载荷的工件，如汽车和拖拉机的变速齿轮渗氮用于耐磨性要求高或有耐腐蚀要求、精度要求高的零件，如精密机床的主轴、丝杠碳氮共渗用于耐磨性要求较高、形状复杂、 变形要求较小的中小型零件，如汽车和机床上的各种齿轮、蜗轮、蜗杆和轴类零件氮碳共渗用于耐磨性和抗咬合性要求较高、不在重载下工作的零件，如模具、 量具、 高速钢刀具合金钢一、低合金钢：钢中合金元素总量小于或等

34、于5%中合金钢：钢中合金元素总量为5% 10%高合金钢：钢中合金元素总量大于10%25二、合金元素对钢中基本相的影响形成 合金铁素体 【固溶强化】大多数非碳化物形成元素基本上都溶于铁素体中，而几乎所有碳化物形成元素也可或多或少溶入铁素体，形成Fe的间隙或置换固溶体，即合金铁素体硬度、强度提高，但一些合金元素过量时，冲击韧性明显下降形成 合金碳化物 【弥散强化】增强铁和碳原子亲和力，提高碳化物稳定性。合金碳化物难溶于奥氏体，不易聚集长大，起细化晶粒，弥散强化作用(a)形成合金渗碳体弱、中强 碳化物形成元素合金渗碳体较渗碳体稳定，熔点高，硬度大(b) 形成特殊碳化物强、中强 碳化物形成元素特殊碳化

35、物较合金渗碳体更稳定，硬度更大，熔点更高三、合金元素对FeFe3C 相图的影响扩大相区：使S、 E点向 左下方 移动， 降低 A3 和 A1 点温度，大量加入扩大相区的合金元素可获得室温下的单相奥氏体组织。 Ni、Mn 、 Co、 C、 N、Cu缩小相区：使S、 E点向左上方移动，提高A3 和 A1 点温度，大量加入缩小相区的合金元素可获得室温和高温下的单相铁素体组织。Cr、 V、 Mo、 W、 Ti、Si、B、 Nb、 Ta、 Zr四、合金元素对热处理的影响（ 1）加热时对奥氏体转变的影响对奥氏体的形成、长大除 Ni、 Co 外，大多数合金元素都能 减缓奥氏体的形成与长大速度，阻碍碳的扩散。

36、合金碳化物比渗碳体更难溶于奥氏体，因此合金钢一般比碳钢 加热温度高保26温时间长对奥氏体晶粒度除 B、Mn 外，大多数合金元素都能阻碍奥氏体晶粒的形成和长大，细化晶粒（ 2）对过冷奥氏体转变的影响对 C 曲线位置和形状除 Co 外，所有合金元素均增加过冷奥氏体稳定性，使C 曲线右移， 提高淬透性对钢的淬透性同时在钢中加入多种合金元素，提高钢淬透性的作用大于各合金元素单独加入。只有当合金元素溶于奥氏体时，才提高钢的淬透性。因合金元素提高了钢的淬透性，与碳钢相比，合金钢可用较低冷却速度淬火，减少变形开裂倾向；相同冷却条件下，淬透层厚度增加，获得较多马氏体。对 Ms 线除 Al、 Co 外，溶入奥氏体的合金元素使Ms 线下降 ，淬火后残余奥氏体量增加（ 3）对回火转变的影响合金元素阻碍钢中各种原子扩散，使合金钢回火转变速度变慢提高合金钢回火稳定性（抵抗回火过程中的硬度降低）合金元素阻碍原子扩散能力，推迟了回火过程， 钢的硬度随温度上升而下降的速度减缓。若回火后钢的硬度相同，则合金钢回火温度较高，内应力消除较彻底，塑性、韧性较好。Cr、