金属材料知识培训

1、金属材料金属材料非金属材料非金属材料黑色金黑色金属属有色金属材料有色金属材料(用量占用量占80%)复合材料复合材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料(用量占用量占20%)材料的性能材料的性能材料使用性能材料使用性能材料工艺性能材料工艺性能力学性能力学性能（强强度、塑性、度、塑性、韧性等）韧性等）物理性能物理性能（光光、热、电、磁等）热、电、磁等）化学性能化学性能（氧化、（氧化、腐蚀腐蚀等）等）加工性能加工性能（切削、锻造等）（切削、锻造等）铸造性能铸造性能（适合铸造与否）（适合铸造与否）焊接性能焊接性能（容易焊接与否）（容易焊接与否）热处理性能热处理性能（可热处理强化）（可热处理强化）强度：

2、指材料抵抗塑性变形和断裂的能力，对于结构材料来说，它是最重强度：指材料抵抗塑性变形和断裂的能力，对于结构材料来说，它是最重 要的力学性能。要的力学性能。 塑性：表示材料断裂前发生的永久变形（塑性变形）的能力。塑性：表示材料断裂前发生的永久变形（塑性变形）的能力。 塑性指标：延伸率塑性指标：延伸率 和断面收缩率和断面收缩率 韧性：反映材料抵抗裂纹扩展能力的大小，是单位体积材料在断裂前所吸韧性：反映材料抵抗裂纹扩展能力的大小，是单位体积材料在断裂前所吸 收的能量，也就是外力使材料断裂所做的功。收的能量，也就是外力使材料断裂所做的功。硬度：指材料抵抗外物压入能力，硬度测量简单快速，不破坏零件。硬度硬

3、度：指材料抵抗外物压入能力，硬度测量简单快速，不破坏零件。硬度 与强度之间有一定关系，可用硬度来估计强度。与强度之间有一定关系，可用硬度来估计强度。几种常见的力学性能P载荷载荷(N)变形变形三阶段三阶段弹性变形弹性变形弹塑性变形弹塑性变形断裂断裂形变强化（加工硬化）：屈服后欲形变强化（加工硬化）：屈服后欲 变形必须不断增载，随变形必须不断增载，随 塑变增大，变形抗力增大。塑变增大，变形抗力增大。Pb ：强度极限的载荷强度极限的载荷 试样某一部位截面开始急降试样某一部位截面开始急降 颈缩颈缩导致载荷下降。导致载荷下降。Pk ：断裂载荷断裂载荷P Pp p ：保持直线关系的最大载荷：保持直线关系的

4、最大载荷 过过P P点曲线开始偏离直线点曲线开始偏离直线Pe：变形开始阶段变形开始阶段 卸载后立刻恢复原状（弹变）卸载后立刻恢复原状（弹变） 超过，伸长只部分恢复（塑变）超过，伸长只部分恢复（塑变）Ps ：屈服时的最小变形屈服时的最小变形 屈服：载荷不增加或反而减少，试屈服：载荷不增加或反而减少，试 样还继续伸长的现象。样还继续伸长的现象。 屈服后，材料出现明显塑屈服后，材料出现明显塑 变，表面滑移带。变，表面滑移带。 l l伸长伸长(mm)（低碳钢的拉伸曲线）（低碳钢的拉伸曲线）eps0bPpPePskPbPk lb lu lk (MPa) (%)0 p e s b k b u k（低碳钢的

5、应力低碳钢的应力- -应变曲线应变曲线） p ：比例强度极限比例强度极限 保持直线关系的最大应力值保持直线关系的最大应力值 e ：弹性强度极限弹性强度极限 p-e 弹性变形阶段弹性变形阶段 过过e ，弹变弹变+微量塑变微量塑变 s ：屈服强度极限屈服强度极限 达一定值时，不增或降低，达一定值时，不增或降低， l 增增上屈服点：屈服阶段的最大应力。上屈服点：屈服阶段的最大应力。（对试样局部应力集中极为敏感）（对试样局部应力集中极为敏感）一般选一般选下屈服点下屈服点作为材料屈服强度作为材料屈服强度形变强化：形变强化：欲继续变形，必须不断增加应力，达欲继续变形，必须不断增加应力，达 b后，形变强化效

6、应已不能后，形变强化效应已不能 补偿横截面积的减小而引起的承载能力的降低。补偿横截面积的减小而引起的承载能力的降低。 (b 点后颈缩点后颈缩) k ：断裂强度：断裂强度 此时试样断裂。此时试样断裂。2. 弹性极限弹性极限 e和屈服强度和屈服强度 s ： 弹性极限是表征开始塑性变形的抗力。弹性极限是表征开始塑性变形的抗力。 严格说：是表征微量塑性变形的抗力。严格说：是表征微量塑性变形的抗力。 测出的弹性极限受测量精度影响，为便测出的弹性极限受测量精度影响，为便 于比较，规定残余伸长应力。于比较，规定残余伸长应力。 规定以残余伸长为规定以残余伸长为0.01%的应力作为规的应力作为规 定残余伸长应力

7、，记作定残余伸长应力，记作 0.01 除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等少数除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等少数 合金有屈服现象外，大多数金属合金都合金有屈服现象外，大多数金属合金都 没有屈服点。没有屈服点。 规定产生规定产生0.2%残余伸长的应力作为屈服残余伸长的应力作为屈服 强度，以强度，以 0.2表示。表示。 0.2的测量方法同上，采用图解法的测量方法同上，采用图解法。 固态相变是热处理的基础固态相变是热处理的基础 相变相变：构成物质的原子（分子）的聚合状态（相状态）发：构成物质的原子（分子）的聚合状态（相状态）发生变化的过程。生变化的过程。 固态相变固态相变：固态材料在温度和压力改变时，其内

8、部组织或：固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的转变。转变。 母相或旧相：母相或旧相：相变前的相状态相变前的相状态 新相：新相：相变后的相状态相变后的相状态固态相变Fe-C Phase DiagramA1A3ACM铁碳相图相图与相变Fe-C相图、冷却过程中的组织变化及产物1.1固态相变的分类1. 按平衡状态图分类 平衡相变和非平衡相变平衡相变和非平衡相变 平衡相变平衡相变 缓慢加热或冷却时发生的能获得符合平衡缓慢加热或冷却时发生的能获得符合平衡状态图的平衡组织的相变状态图的平衡组织的相变 ：

9、非平衡相变非平衡相变 加热或冷却速度很快，上述平衡相将被抑加热或冷却速度很快，上述平衡相将被抑制，固态材料可能发生某些平衡状态图上不制，固态材料可能发生某些平衡状态图上不能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳的能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳的组织组织平衡相变平衡相变同素异构转变同素异构转变/多形性转变多形性转变 纯金属在温度和压力改变纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程为另一种晶体结构的过程称为称为同素异构转变同素异构转变。 在固溶体中发生的同素异在固溶体中发生的同素异构转变称为构转变称为多形性转变多形性转变。钢中铁素体奥氏体的转变奥氏体

10、铁素体的转变平衡相变平衡相变平衡脱溶沉淀平衡脱溶沉淀 在缓慢冷却条件下，由过在缓慢冷却条件下，由过饱和固溶体中析出过剩相饱和固溶体中析出过剩相的过程称为的过程称为平衡脱溶沉淀平衡脱溶沉淀 特点：母相特点：母相 不消失，随着不消失，随着新相新相 析出，母相的成分和析出，母相的成分和体积分数不断变化（结构体积分数不断变化（结构不变），新相的结构和成不变），新相的结构和成分与旧相不同分与旧相不同平衡相变平衡相变共析相变共析相变 合金在冷却时由一个固合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相相分解为两个不同固相的转变称为共析相变的转变称为共析相变(或珠光体型转变或珠光体型转变) 其两个生成相的结构和其两

11、个生成相的结构和成分均与母相不同成分均与母相不同 加热时也可发生加热时也可发生+ 转变，称为逆转变，称为逆共析相变共析相变平衡相变平衡相变调幅分解调幅分解 某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个微区，这种转变称为构相同但成分不同的两个微区，这种转变称为调幅分解调幅分解。有序化转变有序化转变 固溶体中，各组元原子在晶体点阵中的相对位固溶体中，各组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到有序置由无序到有序(指长程有序指长程有序)的转变称为有序化的转变称为有序化

12、转变。转变。如如Cu-Zn，Cu-Au，Mn-Ni，Ti-Ni等合金。等合金。非平衡相变非平衡相变 （2）非平衡相变非平衡相变 非平衡相变：加热或冷却速度很快，非平衡相变：加热或冷却速度很快，上述平衡相将被抑制，固态材料可上述平衡相将被抑制，固态材料可能发生某些平衡状态图上不能反映能发生某些平衡状态图上不能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳的转变并获得被称为不平衡或亚稳的组织的组织 伪共析相变伪共析相变： 由成分偏离共析成分的过冷固溶由成分偏离共析成分的过冷固溶体形成的貌似共析体的组织转变体形成的貌似共析体的组织转变 组成相的相对量由组成相的相对量由A的碳含量而的碳含量而变。变。非平衡相变非平

13、衡相变 马氏体相变马氏体相变 进一步提高冷却速度，使进一步提高冷却速度，使伪共析相变也来不及进行伪共析相变也来不及进行而将奥氏体过冷到更低温而将奥氏体过冷到更低温度，则由于在低温下铁原度，则由于在低温下铁原子和碳原子都己不能或不子和碳原子都己不能或不易扩散，故奥氏体只能以易扩散，故奥氏体只能以不发生原子扩散、不引起不发生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切成分改变的方式，通过切变由变由 点阵改组为点阵改组为点阵，点阵，这种转变称为马氏体相变这种转变称为马氏体相变Fe-C合金合金非平衡相变非平衡相变 贝氏体相变贝氏体相变 当奥氏体被冷却至珠光体转变和马氏体相变之间的温度范围时，由于温度较低，铁

14、原子已不能扩散，但碳原子尚具有一定的扩散能力，因此出现了一种独特的碳原子扩散而铁原子不扩散的非平衡相变，这种相变称为贝氏体相变(或称为中温转变)。 其转变产物也是相相与碳化物碳化物的混合物，但相相的碳含量和形态的碳含量和形态以及碳化物的形态和分布碳化物的形态和分布均与珠光体不同，称其为贝氏体贝氏体。非平衡相变非平衡相变非平衡脱溶沉淀非平衡脱溶沉淀 若b成分的合金自T1温度快冷时，相在冷却过程中来不及析出，则冷到室温时便得到过饱和的固溶体。 若在室温或低于固溶度曲线MN的某一温度下溶质原子尚具有一定的扩散能力，则在上述温度等温时，过饱和固溶体仍可能发生分解，逐渐析出新相。但在析出的初期阶段，新相

15、的成分和结构均与平衡脱溶沉淀相有所不同，这一过程称为非平衡脱溶沉淀(或时效)。2. 按原子迁移特征分类相变时原子迁移特征相变时原子迁移特征扩散型相变扩散型相变非扩散型相变非扩散型相变2 按原子迁移特征分类（1）扩散型相变）扩散型相变u相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变。相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变。 如：脱溶型相变、共析型相变如：脱溶型相变、共析型相变( (珠光体型转变）、调幅分解和有序珠光体型转变）、调幅分解和有序化转变等等。化转变等等。u特点：特点：（1 1）有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；）有原子扩散运动，相变速率受原子扩散

16、速度所控制；（2 2）新相和母相的成分往往不同；）新相和母相的成分往往不同；（3 3）只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状）只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变改变。2. 按原子迁移特征分类(2)(2)非扩散型相变非扩散型相变u相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变称为的相变称为非扩散型相变非扩散型相变，也称为，也称为“协同型协同型”转变转变。非扩散型相变时。非扩散型相变时原子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组。迁移时，相邻原子相对移原子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组

17、。迁移时，相邻原子相对移动距离不超过一个原子间距，相邻原子的相对位置保持不变。动距离不超过一个原子间距，相邻原子的相对位置保持不变。 如：马氏体相变如：马氏体相变u特点：特点：（1 1）存在由于均匀切变引起的）存在由于均匀切变引起的宏观形状改变宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象。表面上出现浮突现象。（2 2）相变不需要通过扩散，）相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同新相和母相的化学成分相同。（3 3）新相和母相之间存在一定的）新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系晶体学位向关系。（4 4）某些材料发生非扩散相变时，）某些材料发生非扩散相变时，

18、相界面移动速度极快相界面移动速度极快，可接近声速。，可接近声速。 热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温一定时间，然后以一定速率冷却，以改变金属的一定时间，然后以一定速率冷却，以改变金属的组织结构，从而改变其性能。例如增加或降低金组织结构，从而改变其性能。例如增加或降低金属材料的强度、硬度、韧性、塑性等。属材料的强度、硬度、韧性、塑性等。热处理基本知识1、热处理的定义、热处理的定义一、概述时间温度临界温度 热加保温冷 却2、热处理的主要目的：获得所需的使用性能、热处理的主要目的：获得所需的使用性能3、热处理的应用范围：整个制造业、热处理的应用范围：

19、整个制造业4、热处理的分类：、热处理的分类：一、概述热处理普 通热处理化 学热处理表 面热处理退火、正火淬火、回火表面淬火感应加热淬火火焰加热淬火渗碳、渗氮碳氮共渗1、转变温度、转变温度二、钢在加热时的组织转变2、奥氏体的形成、奥氏体的形成二、钢在加热时的组织转变3、奥氏体晶粒度对力学性能的影响、奥氏体晶粒度对力学性能的影响 奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。(2) 粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。二、钢在加热时的组织转变1、钢在热处理时的冷却方式、钢在热处理时的冷却方式三、钢在冷却时的组织转变时间温度临界温度 热加连续冷却等温冷却保温2、过冷奥氏体的等

20、温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(1) TTT曲线曲线(C曲线曲线)- Time,Temperature,Transformation三、钢在冷却时的组织转变2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(1) TTT曲线曲线(C曲线曲线)-共析碳钢共析碳钢三、钢在冷却时的组织转变 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。育期。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小. .孕育期最小处称孕育期最小处称C C 曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”。碳钢。碳钢鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为550550。在鼻尖以上在鼻尖以上, , 温度较高，相变驱

21、动力小。温度较高，相变驱动力小。在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。使奥氏体稳定性增加。 C C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。度下的等温转变产物。C 曲线的分析曲线的分析2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能珠光体型(P)转变(A1550): A1650 : P ; 525HRC; 片间距为0.60.7m(500)。 650600 : 细片状P-索氏体(S); 片间距为0.20.4m(1000); 2536HRC。 600550:极细片状P-屈氏体

22、(T); 片间距为0.2m(电镜); 3540HRC。三、钢在冷却时的组织转变2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能珠光体形貌三、钢在冷却时的组织转变光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能索氏体形貌三、钢在冷却时的组织转变光镜形貌电镜形貌2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能-屈氏体形貌三、钢在冷却时的组织转变电镜形貌光镜形貌2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能贝氏体型(B)转变(550230):550

23、350: B上; 4045HRC;三、钢在冷却时的组织转变B上上 =过饱和碳过饱和碳 -Fe条状条状 + Fe3C细条状细条状 过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状 Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能 上贝氏体组织金相图三、钢在冷却时的组织转变2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能350230: B下; 5060HRC;三、钢在冷却时的组织转变B下下 =过饱和碳过饱和碳 -Fe针叶状针叶状 + Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳 -Fe针叶状针叶状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状2、过冷

24、奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能 下贝氏体组织金相图三、钢在冷却时的组织转变2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 转变产物的组织与性能马氏体型 ( M ) 转变 ( 230 -50 ) :马氏体是一种碳在 Fe中的过饱和固溶体。转变特点: 在一个温度范围内连续冷却完成; 转变速度极快,即瞬间形核与长大; 无扩散转变( Fe、C原子均不扩散 ), M与原A的成分相同,造成晶格畸变。 转变不完全性, QM = f ( T )三、钢在冷却时的组织转变2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变奥氏体含碳量对马氏体

25、转变温度的影响2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 马氏体的组织形态：板条状 - 低碳马氏体(0.2%C ); 3050HRC ; = 917%。三、钢在冷却时的组织转变2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变低碳板条马氏体组织金相图2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变 马氏体的组织形态：针、片状-高碳马氏体(1%C); 66HRC左右 ; 1%。三、钢在冷却时的组织转变2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体

26、的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变高碳针片状马氏体组织金相图2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变马氏体的性能主要取决于马氏体中的碳浓度。三、钢在冷却时的组织转变高碳针片状马氏体组织金相图2、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变影响TTT曲线的形状和位置的因素：奥氏体中含碳量的影响：含碳量越高，曲线右移。奥氏体中合金元素的影响：除Co和Al外，所有合金元素溶入奥氏体中会使曲线右移。加热温度和保温时间的影响：加热温度越高, 保温时间越长, 碳化物溶解充分, 奥氏体成分均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性, 从而使 TTT曲线向右移。三、钢在冷却时的组织转变3、过冷奥氏

27、体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变(1) CCT曲线曲线三、钢在冷却时的组织转变3、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变(1) CCT曲线曲线-共析碳钢共析碳钢三、钢在冷却时的组织转变过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。氏体的转变量获得的。共析钢的共析钢的CCT曲线没有贝氏体转变区曲线没有贝氏体转变区，在珠光体转变区之下多了一条转变，在珠光体转变区之下多了一条转变中止线。中止线。当连续冷却曲线碰到转变中止线时，当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光体转变中止，余下的

28、奥氏体一直珠光体转变中止，余下的奥氏体一直保持到保持到Ms以下转变为马氏体。以下转变为马氏体。a）炉冷：珠光体转变）炉冷：珠光体转变b）空冷：索氏体转变）空冷：索氏体转变c）油冷（）油冷（Vk冷速冷速Vk）：马氏体转变。）：马氏体转变。3、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变(1) CCT曲线曲线-共析碳钢共析碳钢热处理热处理普通（整体）热处理普通（整体）热处理表面热处理表面热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火表面化学热处理表面化学热处理感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火等激光加热表面淬火等渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳

29、氮共渗渗金属等渗金属等热处理“四把火四把火” 退火退火：把钢加热到一定温度并在此温度下保温，然后缓慢冷却到室温。 目的：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 正火正火：将钢件加热到临界温度（Ac3或Acm）以上30-50，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。 目的：晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。“四把火四把火” 淬火淬火：将钢件加热到临界点以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当速度在水（油）中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。 目的：得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、

30、耐磨性、疲劳强度以及韧性等 回火回火：钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称。 目的：减少或消除淬火内应力，防止工件变形或开裂；获得工艺要求的力学性能；稳定工件尺寸。 时间时间温度温度保温保温冷却冷却加加热热为简明表示热处理的为简明表示热处理的基本工艺过程，通常基本工艺过程，通常用温度用温度-时间坐标绘时间坐标绘出热处理工艺曲线。出热处理工艺曲线。热处理的工艺曲线表示方式热处理的工艺曲线表示方式退火退火降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。冷变形加工。细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷细

31、化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。的热处理作组织准备。消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。退火目的：退火目的：退火工艺种类：退火工艺种类：完全退火完全退火等温退火等温退火球化退火球化退火扩散退火扩散退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火加热至加热至AC3以上以上20-30，充分保温后随炉，充分保温后随炉冷却或炉冷至冷却或炉冷至500-600后空冷，退火组织后空冷，退火组织为铁素体珠光体。为铁素体珠光体。目的：目的：1）通过完全重结晶，使热加工造成

32、的粗大）通过完全重结晶，使热加工造成的粗大、不均匀的组织均匀化和细化，提高性能、不均匀的组织均匀化和细化，提高性能；2）中碳以上的碳钢得到接近平衡状态的组）中碳以上的碳钢得到接近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能织，以降低硬度，改善切削加工性能;3）消除内应力。）消除内应力。只适用于亚共析钢，对过共析钢完全退火会造成只适用于亚共析钢，对过共析钢完全退火会造成Fe3C沿晶界析出并沿晶界析出并形成网状，使韧性下降。形成网状，使韧性下降。（1）完全退火）完全退火时间时间温度温度保温保温Ac3+20 30炉冷炉冷空空冷冷500临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度铁碳相图中铁碳相图中P

33、SK、GS、ES线分线分别用别用A1、A3、Acm表示表示,实际实际加热或冷却时存在滞后现象，加热或冷却时存在滞后现象，因此将钢加热时的实际转变温因此将钢加热时的实际转变温度分别用度分别用Ac1、Ac3、Accm表表示；冷却时的实际转变温度分示；冷却时的实际转变温度分别用别用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。奥氏体化后快速冷至某一温度，奥氏体化后快速冷至某一温度，再经恒温处理，使其发生珠光体再经恒温处理，使其发生珠光体转变，然后再以稍快方式冷却的转变，然后再以稍快方式冷却的一种工艺。等温退火组织与硬度一种工艺。等温退火组织与硬度比完全退火更为均匀。比完全退火更为均匀。目的：与完全退火相同目的

34、：与完全退火相同, 能获得均能获得均匀的预期组织。匀的预期组织。等温温度一般靠近等温温度一般靠近“TTT”曲曲线鼻子温度，因此温度过冷奥线鼻子温度，因此温度过冷奥氏体分解转变孕育期最短，转氏体分解转变孕育期最短，转变所需时间最短。对于过冷奥变所需时间最短。对于过冷奥氏体稳定的钢种，等温退火可氏体稳定的钢种，等温退火可显著缩短退火周期。显著缩短退火周期。（2）等温退火）等温退火时间时间温度温度保温保温Ac3+20 30快快冷冷空冷空冷TpAP使钢中渗碳体球化的一种热处理工使钢中渗碳体球化的一种热处理工艺，主要应用于过共析钢和共析钢艺，主要应用于过共析钢和共析钢。加热温度略高于。加热温度略高于Ac

35、1，然后缓慢，然后缓慢冷却到冷却到600550再出炉冷却。组再出炉冷却。组织为铁素体基体上分布着细小均匀织为铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体。的球状渗碳体。目的：使二次渗碳体及珠光体中的目的：使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球化，以降低硬度，改善切渗碳体球化，以降低硬度，改善切削加工性能，并为淬火作组织准备削加工性能，并为淬火作组织准备。（退火前正火将网状渗碳体破碎。（退火前正火将网状渗碳体破碎）需要较长的保温时间来保证二次渗需要较长的保温时间来保证二次渗碳体的自发球化。碳体的自发球化。（3）球化退火）球化退火时间时间温度温度保温保温Ac1+20 40缓冷缓冷空空冷冷600 550加热至加

36、热至Ac3或或Accm以上以上150-300，保温保温10-15h，炉冷。常应用于铸锭，炉冷。常应用于铸锭、铸钢件热处理。、铸钢件热处理。目的：消除由于铸锭、铸件的枝晶目的：消除由于铸锭、铸件的枝晶偏析引起的化学成分不均匀、组织偏析引起的化学成分不均匀、组织不均匀。不均匀。加热温度高，时间长，奥氏体晶粒加热温度高，时间长，奥氏体晶粒非常粗大，还应再进行完全退火或非常粗大，还应再进行完全退火或正火以便细化晶粒。该工艺缺点耗正火以便细化晶粒。该工艺缺点耗能大，成本高。能大，成本高。（4）扩散退火）扩散退火时间时间温度温度Ac3 (Accm)+ 150-300，保温保温1015 h缓冷缓冷（5）去应

37、力退火）去应力退火将工件随炉缓慢加热至将工件随炉缓慢加热至500-600，经保温后，经保温后，炉冷至炉冷至200-300后空冷后空冷的工艺。的工艺。目的：消除铸件，焊件及目的：消除铸件，焊件及冷变形件加工中产生的内冷变形件加工中产生的内应力，防止工件变形开裂应力，防止工件变形开裂。时间时间保温保温500 600炉冷炉冷空冷空冷300 200温温度度将经过冷加工变形的金属加将经过冷加工变形的金属加热至热至650-700（再结晶温度（再结晶温度以上以上100150），保温后），保温后空冷。空冷。目的：使冷加工金属发生再目的：使冷加工金属发生再结晶，形成新的等轴晶粒，结晶，形成新的等轴晶粒，消除内应

38、力。消除内应力。（6）再结晶退火）再结晶退火时间时间保温保温650 700炉冷炉冷空冷空冷300 200温温度度ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 低温（再结晶、去应力）低温（再结晶、去应力）扩散扩散球化球化完全完全相相图图中中各各种种退退火火工工艺艺的的加加热热温温区区示示意意图图钢件加热到钢件加热到Ac3(对于亚共对于亚共析钢析钢)和和Accm(对于过共析钢对于过共析钢)以上以上3080, 保温适保温适当时间后当时间后, 空冷。空冷。正火后的组织：亚共析钢正火后的组织：亚共析钢为为F+S, 共析钢为共析钢为S, 过共析过共析钢为钢为S+Fe3CII 目的：组织

39、正常化，亦称目的：组织正常化，亦称常化处理。常化处理。正火正火时间时间Ac3 (Accm) + 30 80空冷空冷温度温度一般应用：一般应用： 1）最终热处理：）最终热处理： 正火可以细正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。强度、硬度和韧性。 2）预先热处理：）预先热处理： 截面较大的截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处合金结构钢件，在淬火或调质处理（淬火加高温回火）前常进行理（淬火加高温回火）前常进行正火，正火， 以消除魏氏组织和带状

40、组以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。织，并获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。球化退火作组织准备。 3） 改善切削加工性能改善切削加工性能 ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 加热温度为加热温度为Ac3以上以上3050；加热温度过高，奥氏体晶粒加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，淬火得到马氏体针片粗大，淬火得到马氏体针片尺寸大，应力大、脆性大；尺寸大，应力大、脆性大； 加热温度偏低如在加热温度偏低如在Ac1 Ac3之间，则淬火后有残余铁素

41、之间，则淬火后有残余铁素体存在，钢的硬度不均匀，体存在，钢的硬度不均匀，强度及硬度偏低。强度及硬度偏低。（1）淬火加热温度）淬火加热温度亚共析钢淬火亚共析钢淬火淬火淬火ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 过共析钢淬火过共析钢淬火加热温度为加热温度为Ac1以上以上30-50;组织为奥氏体及未完全溶解的组织为奥氏体及未完全溶解的球状渗碳体，淬火后为马氏体球状渗碳体，淬火后为马氏体加球状渗碳体，这种组织有较加球状渗碳体，这种组织有较高的硬度。高的硬度。淬火温度过高，高于淬火温度过高，高于Accm，则先共析渗碳体全部溶入奥氏则先共析渗碳体全部溶入奥氏体中，冷却后马氏体针尺

42、寸大体中，冷却后马氏体针尺寸大，由于含碳量高，由于含碳量高，MS点降低，点降低，淬火后残余奥氏体体积分数增淬火后残余奥氏体体积分数增多；多； 淬火加热温度偏低，甚至未实淬火加热温度偏低，甚至未实现奥氏体化，淬火后不能转变现奥氏体化，淬火后不能转变成马氏体。成马氏体。ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ （2）淬火介质）淬火介质淬火时所用的冷却剂为淬火介质。淬火时所用的冷却剂为淬火介质。常用的淬火介质有水，机油及盐水、碱水等。常用的淬火介质有水，机油及盐水、碱水等。水和油都不是理想淬火剂。水和油都不是理想淬火剂。淬透性差的碳钢通常把水作为淬火介质淬透性差的碳钢通常把水

43、作为淬火介质。水水650550（中温）：冷却能力较大（中温）：冷却能力较大300200（低温）：冷却能力很大（低温）：冷却能力很大易变形与开裂易变形与开裂油常做为淬透性较高的合金钢的淬火介质。油常做为淬透性较高的合金钢的淬火介质。 低温：冷却能力低低温：冷却能力低利于减少变形开裂利于减少变形开裂中温：冷却能力低中温：冷却能力低马氏体淬火不完全马氏体淬火不完全各种机油各种机油（淬硬性：不同成分钢的半马氏体硬度主要取决（淬硬性：不同成分钢的半马氏体硬度主要取决于钢的含碳量，而与合金元素含量关系不大，）于钢的含碳量，而与合金元素含量关系不大，）。 淬透性是钢的本质属性，与试样尺寸及形状无关淬透性是钢的本质属性，与试样尺寸及形状无关淬透性：表示钢淬火时形成马氏体的能力。淬透性：表示钢淬火时形成马氏体的能力。一般用淬透层深度来表示。通常规定，由表面至半马氏体一般用淬透层深度来表示。通常规定，由表面至半马氏体层的距离作为淬透层深度。层的距离作为淬透层深度。理想淬火剂：理想淬火剂：中温区冷却速度快：避免过冷奥氏体中温分解转变；中温区冷却速度快：避免过冷奥氏体中温分解转变；低温区冷却慢：减少淬火过程中的组织应力及热应力。低温区冷却慢：减少淬火过程中的组织应力及热应力。理想淬火剂举例：理想淬火