金属材料及热处理基础理论教案

1、金属材料的力学性能 应力应变曲线 材料的强度 塑性 硬度性能性能使用性能使用性能工艺性能工艺性能力学性能力学性能：材料受力时表现出来性能：材料受力时表现出来性能物理性能、化学性能物理性能、化学性能材料使用材料使用时表现出时表现出的性能的性能材料加工材料加工时表现出时表现出的性能的性能热加工工艺性能热加工工艺性能：铸造、锻压、焊：铸造、锻压、焊 接、接、热处理热处理冷加工工艺性能：切削加工冷加工工艺性能：切削加工力的相关术语1 1）载荷）载荷载荷分为静载荷、冲击载荷及变动载荷三种。载荷分为静载荷、冲击载荷及变动载荷三种。2 2）变形）变形3 3）应力（）应力（）金属材料在使用和加工过程中所受到的

2、各种外力统称为载荷，用符号 F表示。金属材料受到载荷作用而产生的几何变形和尺寸的变化称为变形。变形分为弹性变形和塑性变形。变形分为弹性变形和塑性变形。也就是单位面积所能承受的载荷大小。即=F/S一、低碳钢的拉伸应力一、低碳钢的拉伸应力-应变曲线应变曲线O 应力应力应变应变弹性阶段弹性阶段下屈服强度下屈服强度 ReL屈服阶段屈服阶段强化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段断裂断裂抗拉强度(Rm)：tensile strength 相应最大力(Fm)的应力。 0mmSFRS0：试样原始横截面积屈服强度：yield strength当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，应区

3、分上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度(ReH)：upper yield strength试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。下屈服强度(ReL)：lower yield strength在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。根据低碳钢应力-应变曲线不同阶段的变形特征，整个拉伸过程依次分为：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。弹性阶段：当外力解除后变形能够全部消除、恢复原状，为弹性变形弹性变形。屈服阶段：开始产生塑性变形塑性变形，即当外力解除后，变形不能完全恢复，而残留下一部分变形。强化阶段：经过屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力。颈缩阶段：在试件某一薄

4、弱的横截面处发生急剧的局部收缩，横截面面积迅速减小，塑性变形迅速增加。a)试样 b)拉伸 c)颈缩 d)断裂颈缩二、强度1.定义：2.2.意义：意义：3.3.强度指标强度指标1)1)弹性极限弹性极限材料受到外力时，产生弹性变形时所能承受的最大应力。材料受到外力时，产生弹性变形时所能承受的最大应力。用符号用符号e e表示表示。 e e=Fe/Ao 式中式中Fe试样发生弹性变形时的最大载荷（试样发生弹性变形时的最大载荷（N）; Ao试样的原始横截面积（试样的原始横截面积（mm2）。）。金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为的能力称为强度强度。强度指标

5、是机器零件选材和设计的主要依据。强度指标是机器零件选材和设计的主要依据。2 2）屈服点与屈服强度）屈服点与屈服强度 金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称为屈金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称为屈服点，用符号服点，用符号ss表示表示。 ss=Fs/=Fs/AoAo 式中式中FsFs试样发生屈服时的载荷（试样发生屈服时的载荷（N N）; ; AoAo试样的原始横截面积（试样的原始横截面积（mmmm2 2）。）。工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，没有明显的屈服现象没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点，无法确定

6、其屈服点ss ，按，按GB/T2228GB/T2228规定，规定，可用可用屈服强度屈服强度0.20.2来表示该材料开始产生塑性变形时的最低应力来表示该材料开始产生塑性变形时的最低应力值。值。屈服强度为试样标距部分产屈服强度为试样标距部分产生生0.2%0.2%残余伸长率时的应力残余伸长率时的应力值，值，即即 0.20.2=F=F0.20.2/A/Ao o式中式中 F F0.20.2试样标距产生的试样标距产生的0.2%0.2% 残余伸长时载荷（残余伸长时载荷（N N）；）； A Ao o试样的原始横截面积（试样的原始横截面积（mmmm2 2）屈服强度的测定3）抗拉强度 金属材料在断裂前所能承受的最

7、大应力值称为抗拉强度，用符号 b表示。 b=Fb/Ao式中 Fb试样在断裂前所承受的载荷（N）； Ao试样原始横截面积（mm2）。三、塑性金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为永久变形的能力称为塑性塑性。 1.定义2.2.意义意义1 1）断后伸长率）断后伸长率 =(L=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0材料有一定的塑性既能保证安全性，又能使材料便于材料有一定的塑性既能保证安全性，又能使材料便于加工（工艺性能）。加工（工艺性能）。3.3.常用的塑性指标常用的塑性指标2 2）断面收缩率）断面收缩率 =(S=(S0 0-S-S1

8、 1)/S)/S0 0四、硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。1 1）布氏硬度）布氏硬度 （HBWHBW、HBSHBS）2 2）洛氏硬度（）洛氏硬度（HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC等）等）3 3）和维氏硬度（）和维氏硬度（HVHV） 1 1、定义、定义2 2、常用的硬度指标、常用的硬度指标硬度测试原理硬度测试原理各种硬度表示方法、特点及应用范围硬度测定方法表示方法特点应用范围布氏硬度（HB）450HBW5/750/20表示用直径5mm的硬质合金球，在750kgf载荷下保持20s,测定的布氏硬度值为450。测试值稳定，准确，但测量费时，且压痕较大。不适

9、测薄件或成品；常用于测HBW值小于650的材料，如灰铸铁、非铁合金及退火、正火、调质钢等洛氏硬度（HR）5055HRC,数值越大，表示材料越硬。操作迅速简便，压痕小，不如布氏硬度精确，一般需测不同部位几处，求其算术平均值。适宜大量生产成品检验维氏硬度（HV）500Hv100/20表示在试验载荷100kgf下保持20s测定的维氏硬度值为500载荷小，压痕浅.特适测软、硬金属及陶瓷等非金属材料，尤其是极薄的零件和渗碳层的硬度；还可测显微组织硬度。晶体结构三种典型的金属晶体结构： 面心立方晶体 体心立方晶体 密排六方晶体1、 面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞由八个原子构成的立方体，但在立方体的每一个

10、面的中心还有一个原子。显然，在这种晶胞中，是在每一个面的对角线上各原子彼此相互接触。属于这种晶格的有铝、铜等。2、 体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞由八个原子构成的立方体，并在其立方体的体心还有一个原子，因其晶格常数a=b=c，故只用一个常数a即可表示。这种晶胞在其立方体对角线方向上的原子是彼此紧密相接触排列的。属于这种晶格的金属有铁、铬等。3、 密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞不仅在上下两个六方面各有7个原子，而且在两个六方面之间还有三个原子。属于这种晶格的金属有镁、锌等。金属材料的塑性变形 单晶体的塑性变形滑移和孪生 多晶体的塑性变形 冷塑性变形对金属组织性能的影响 塑性变形金属在加热时组

11、织性能变化金属材料的塑性变形金属材料的塑性变形1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形滑移和孪生滑移和孪生（1）滑移： 在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动 如拉伸时，滑移面上的外力P分解为正应力和切应力。 正应力作用使晶格发生弹性伸长。正应力只能使晶体产生弹性变形和断裂，不能使晶体产生塑性变形。 切应力作用使晶格发生弹性歪扭；c（临界切应力），-变形量，O，变形恢复；c，发生滑移，产生永久塑性变形。（2）孪生 晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成

12、镜面对称关系。发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。 孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移动的距离是不相等的。 （3）滑移和孪生：1. 滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。2. 孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生. FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。. BCC金属仅在室温或受冲击时发生。. HCP金属较容易发生孪生。3. 滑移原子移动的相对位移是原子间距的整数值不引起晶格位向的变化。孪生原子移动的相对位移是原子间距的分数值孪晶晶格位向改变促进滑移 4. 孪生产生的塑性变形量小（滑移变形量的10）孪生变形引起

13、的晶格畸变大。2、多晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形（1）影响多晶体塑性变形的因素1. 晶粒位向：晶粒位向不一致2. 晶界： .滑移的主要障碍：晶界原子排列较不规则缺陷多滑移阻力大变形抗力大。.协调变形：晶界自身变形处于不同变形量的相邻晶粒保持连续。（2）细晶强化Hall-Pitch关系：s=0+Kyd-1/2 晶粒小晶界面积大变形抗力大强度大晶粒小晶界附近位错密度小应力集中小滑移由这晶粒 到另外一个晶粒机会少变形困难屈服强度晶粒小单位体积晶粒多变形分散减少应力集中晶粒小晶界多不利于裂纹的传播断裂前承受较大的塑 性变形细晶强化：晶粒细化强度提高、塑性提高、韧性提高，硬 度提高。冷塑性变形对金属

14、组织性能的影响加工硬化（形变硬化） 金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降加工硬化 塑性变形位错开动位错大量增殖相互作用运动阻力加大变形抗力弹度、硬度、塑性、韧性 位错强化：位错密度强度、硬度 1回复物理化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低去应力退大。2再结晶1）新的形核一长大过程，无新相生成加工硬化消除，力学性能恢复，显微组织发生显著变化等轴晶粒，强度大大下降再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺再结晶温度： 纯金属：TR=0.4-0.35Tm(K) 合金：TR=0.5-0.7Tm(K)2）影响再结晶晶粒度的因素 温度TD晶界迁移长大 预变形

15、度3晶粒长大塑性变形金属在加热时组织性能变化铁铁 碳碳 合合 金金 Fe-Fe3C平衡相图 铁素体、奥氏体、渗碳体 纯铁、共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程 共析钢的奥氏体化过程 奥氏体晶粒度 过冷奥氏体的等温转变 过冷奥氏体的连续冷却转变 铁碳合金相图表示在缓慢冷却或缓慢加热的条件下，不同成份的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。相图上的线表示某些意义相同的点的集合。由线分割出的面又划分出不同组织区域。 钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料。普通碳钢和铸铁均属于铁碳合金范畴，合金钢和合金铸铁实际上是有意加入合金元素的铁碳合金。因此，铁和碳是钢铁材料的两个最基本的组元。为了熟悉钢铁材料的组

16、织与性能，以便在生产中合理使用，首先从研究铁碳合金开始，研究铁与碳的相互作用，以便认识铁碳合金的本质并了解铁碳合金成分、组织结构与性能之间的关系。 纯铁及其同素异构转变纯铁及其同素异构转变 大多数金属在结晶终了之后以及继续冷却过程中，其晶体结构不再发生变化，但也有一些金属，如Fe、Co、Ti、Mn、Sn等，在结晶之后继续冷却时，还会出现晶体结构变化，从一种晶格转变为另一种晶格。金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的变化称为同素异构(晶)转变。铁铁 素素 体体 碳溶解于a-Fe中所形成的间隙固溶体称为“铁素体”，以符号F表示。由于a-Fe是体心立方晶格，其晶格间隙的直径很小，因而

17、碳在a-Fe中的溶解度很小，最大的溶解度为0.02（727）。随着温度下降溶碳量逐渐减小，在室温时溶碳量仅为0.0008。这是因为在a-Fe中容纳碳原子的空隙半径很小，通常情况下，a-Fe中晶格的最大空隙半径为0.36A，而碳原子半径为0.77A。因此碳原子不可能处于晶格的空隙中，而是存在于a-Fe晶格的缺陷处（如位错、晶界、空位等）。所以铁素体含碳量很低，它的显微组织是由网络状的多面体晶粒组成，它的性能几乎与纯铁相同，即强度和硬度很低，但具有良好的塑性和韧性。铁素体在770以下具有铁磁性，在770以上则失去铁磁性。奥奥 氏氏 体体 碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体，以符号A表示。由

18、于-Fe是面心立方晶格它的致密度虽然高于体心立方晶格的a-Fe，但由于其晶格间隙的直径要比a-Fe大，故溶碳能力也较大。在1148时溶碳量最大可达2.11，碳通常填充在-Fe中的八面体间隙中。随着温度下降溶碳量逐渐减少，在727时的溶碳量为Wc=0.77。 奥氏体只存在于727以上的高温范围内。因此加热到高温时可以得到单一的A组织。由于A是易产生滑移的面心立方晶格，奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。奥氏体为非铁磁性相。 渗渗 碳碳 体体 渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶格的间隙化合物。 渗碳体含碳6.69；熔点为1227；不发生同素异晶转变；但有磁性转变，它在230以下具有

19、弱铁磁性，而在230以上则失去铁磁性；硬度很高，能轻易地刻划玻璃，而塑性和韧性几乎为零，脆性极大。在室温平衡状态下，铁碳合金（钢）中的碳大多以渗碳体形式存在于组织中。 渗碳体在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、球状、网状或板状。它的形态与分布对钢的性能有很大影响。当渗碳体的形状和分布合适时，可提高钢的强度和耐磨性。因此它是铁碳合金中重要的强化相。同时，Fe3C在一定条件下会发生分解，形成石墨状的自由碳。 Fe3C3Fe+C（石墨） 以上是碳在铁中的存在形式，也是铁碳合金中的基本组织，除此三种之外，铁碳合金中还有另外两种组织，即珠光体和莱氏体。珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用P表示，其平

20、均含碳量为0.77。工业纯铁（C%0.0218%）共析钢 C%=0.77% 亚共析钢 0.0218%C%粒状奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度的控制a. 加热工艺 加热温度，保温时间b. 钢的成分合金化 A中C%晶粒长大 MxC%晶粒长大 1)碳化物形成元素 细化晶粒 2）Al本质细晶钢 3）Mn 、P促进长大过冷奥氏体的等温转变高温转变区A1鼻子温度（5500C）A过冷P（S，T）索氏体，屈氏体。P的形成取决于生核，长大速率。T，生核，长大。T6000C，D，长大慢层间距薄，短扩散型相变，综合性能好，HB较低，韧性好。THB，强度中温区转变，贝氏体转变 550230（MS）A过冷B，碳化物分布在含过饱

21、和碳的F基体上的两相机械混合物。550 350上贝氏体半扩散型，Fe不扩散羽毛状碳化物在F间，韧性差350MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好低温区转变马氏体转变MSMf之间一个温度范围内连续冷却完成的，离于非扩散型转变。a. A过冷M+A残余b. 转变产物： 马氏体M，碳在-Fe中的过饱和固溶体。 C%1.0%，针状，马氏体c. 实质：T低C无法扩散非扩散性晶格切变 过饱和C的铁素体。d. M转变的特征，无扩散性 ；瞬时性 ； 存在Ms,Mf ；不完全性； 体积膨胀。共析钢等温转变组织性能的关系（1）珠光体型转变温度降低，片间距小，细晶强化强度、硬度、塑

22、性、韧性提高（2）贝氏体B上:强度、韧性差B下:硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能（3）马氏体硬度高C%HRC针状马氏体，硬而脆，塑、韧性差板条状，强度高，塑性，韧性好影响C曲线的因素 C曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体的化学成分和加热时的状态。（一）A成分1含碳量A中C%C曲线右移. 2合金元素，（Co%左移）除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性右移.。非碳化物形成元素，Si,Ni, Cu,不改变C曲线形状。强碳化物形成元素，Cr,Mo,W,V,Nb,Ti,改变C曲线形状。除Co,Al 外，均使Ms,Mf 下降，残余A。（二）A化条件的影响1加热温度和

23、时间A化温度，时间（成分均匀，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）A稳定性，C曲线右移。 除过冷奥氏体的连续冷却转变图PS：AP开始线Pf：AP终止线K：珠光体型转变终止线Vk：上临界冷却速度 (马氏体临界冷却速度) M最小冷速Vk：下临界冷速 完全P最大冷速(1)根据工件要求， 确定热处理工艺。(2)确定工件淬火时 的临界冷速。(3)可以指导连续冷 却操作 V1:炉冷(退火),P V2:空冷，S，T V3:空冷，S，T V4:油冷，T+M+A V5:M+A(4)选择钢材的依据(5)C曲线对选择淬 火介质与淬火方 法有指导。热处理工艺 退火、正火 淬火 钢的淬透性 回火 合金元素对回火转变的影响

24、 将钢加热到一定温度进行保温，缓冷至600以下，再空冷至室温的热处理工艺。退火的目的 1.中间厚度产品： 消除加工硬化，有利于进一步轧制； 改善最终制品的内部组织和机械性能。 2.成品厚度产品： 改善和控制产品的内部组织和机械性能; 燃烧和挥发掉轧制时滞留在板面上的轧制油，确保产品 表面洁净卫生;对铝箔，还要求表面平整并能自由展开。 退火的工艺过程 退火工艺过程由加热、保温及冷却三个阶段组成，其示意图如下： 退火过程中组织和性能变化过程 随着加热温度增加，其组织和性能的变化过程可分为回复、再结晶、及晶粒长大三个阶段。其示意图如下： 1、回复阶段 加热温度低于金属再结晶温度，只能消除变形金属的晶

25、格歪扭和畸变，而不能形成新的再结晶晶粒，金属的内部组织没有任何的变化。 此时，金属的强度和硬度稍有降低，塑性略有提高；金属的电阻和内应力发生了明显的下降。 2、再结晶阶段 冷变形金属的再结晶阶段是个成核和长大的过程，它没有一个固定的结晶温度，而是在加热过程中自某一个温度开始，随着温度的升高或时间的延长而进行成核及长大的过程， 此阶段消除了各种塑性变形给金属造成的晶体缺陷，金属加工硬化现象消除，金属的强度和硬度急剧下降，塑性明显上升。 3、晶粒长大阶段 冷变形金属在再结晶之后，如果加热温度很高，或者加热时间过长，表面能小的大晶粒开始吞并表面能大的小晶粒，这种晶粒长大的过程，也称为聚集再结晶。 当

26、退火温度超过一定温度后，聚集再结晶有些过度，晶粒长得特别粗大，塑性开始缓慢降低，这种现象叫做“过热”。 当退火温度特别高，接近金属熔点时，强度和塑性同时开始急剧降低，引起了“过烧”现象，此时晶界发生了严重的氧化，或者晶间杂质发生了局部熔化。在生产中，一定要防止这种现象的发生。各种因素对再结晶温度的影响 再结晶并不是一个恒温过程，它不过是随着温度的升高而大致从某一温度开始进行的过程。所以，再结晶温度实际上是指这一大致开始再结晶的温度。 1、 金属的预先变形程度。金属的预先变形程度愈大，其再结晶温度便愈低。因为预先变形的程度愈大，金属晶粒的破碎程度便愈大，产生的位错等晶格缺陷便愈多，组织的不稳定性

27、便愈高，因而会较早地开始再结晶。 2、 金属的纯度。金属中的微量杂质或合金元素，特别是高熔点的元素，常会阻止原子扩散或晶界的迁移，故金属纯度的减低常可显著提高其再结晶温度。 3、 退火加热速度和时间。因为再结晶过程需要有一定的时间才能完成，故提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度才发生。退火加热时保温时间愈长，原子的扩散移动愈能充分进行，再结晶温度便愈低，即可使再结晶过程在较低的温度下完成。 鉴于再结晶温度受以上各种因素影响，为缩短退火周期，在工业生产上，再结晶退火加热温度经常定为最低再结晶温度以上100200。名称名称目的目的工艺制度工艺制度组织组织应用应用完全完全退火退火细化晶粒，消除铸细化

28、晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，造偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性加热到加热到AC32050，炉冷炉冷至至550 左右空左右空冷冷 FP亚亚共析钢的共析钢的铸、锻、轧铸、锻、轧件，焊接件件，焊接件球化球化退火退火降低硬度，改善切降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性韧性，为淬火作组韧性，为淬火作组织准备织准备加热到加热到AC12040，然后然后缓冷缓冷片状珠光体和片状珠光体和网状渗碳体组网状渗碳体组织转变为球状织转变为球状共析、过共共析、过共析钢及合金析钢及合金钢的锻件、钢的锻件、轧件等轧件等扩散扩散退火退火改善或消除枝晶偏改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化析，使成分均匀化加热到加热到T

29、m-100200 ，先缓冷，先缓冷，后空冷后空冷粗大组织（组粗大组织（组织严重过烧）织严重过烧）合金钢铸锭合金钢铸锭及大型铸钢及大型铸钢件或铸件件或铸件再结晶再结晶退火退火消除加工硬化，提消除加工硬化，提高塑性高塑性加热到再结晶加热到再结晶温度，再空冷温度，再空冷变形晶粒变成变形晶粒变成细小的等轴晶细小的等轴晶冷冷变形加工变形加工的制品的制品去去应力应力退火退火消除残余应力，提消除残余应力，提高尺寸稳定性高尺寸稳定性加热到加热到500650 缓冷至缓冷至200 空冷空冷 无变化无变化铸、锻、焊、铸、锻、焊、冷压件及机冷压件及机加工件加工件退火的分类退火的分类1、完全退火加热温度：Ac3以上20

30、-30度组织：P+F目的：细化，均匀化粗大、不均匀组织接近平衡组织调整硬度切削性消除内应力应用范围：亚共折钢，共析钢，不适用于过共析钢。2、球化退火（不完全退火）加热温度：Ac1以上20-40度应用范围：过共析钢，共析钢组织：球状P（F+球状Cem）目的：使Cem球化HRC，韧性切削性为淬火作准备3、扩散退火（均匀化退火）1050-1150，10-20h, P+F或P+Fe3CII目的：消除偏析后果：粗大晶粒（应用完全退火消除）4、再结晶退火加热温度：Ac1以下50-150度，或T再+30-50度目的：消除加工硬化5、去应力退火500-650 正火将钢加热到正火将钢加热到A AC3C3以上温度

31、并保温，出炉空冷至室温以上温度并保温，出炉空冷至室温的热处理工艺。由于正火比退火加热温度略高，冷却速度的热处理工艺。由于正火比退火加热温度略高，冷却速度大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，因而大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，因而正火后强度、硬度较高。正火后强度、硬度较高。用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。亚共析钢采用正火来调整硬度，改切削加工性能。亚共析钢采用正火来调整硬度，改切削加工性能。过共析钢的正火可消除网状碳化物。过共析钢的正火可消除网状碳化物。淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到A AC1C1或或 A AC3C

32、3以上温度并保温，出以上温度并保温，出炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。 经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须淬火与回火处理。淬火与回火处理。通过加热使钢具有奥氏体组织；通过加热使钢具有奥氏体组织；冷却速度超过临界冷却速度；冷却速度超过临界冷却速度；（在在M Ms sM Mf f温度范围使过冷奥氏体发生马氏体转变。温度范围使过冷奥氏体发生马氏体转变。当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到M M

33、S S点时，首先在晶粒内的某些晶点时，首先在晶粒内的某些晶面上生成马氏体晶核，并迅速长大；面上生成马氏体晶核，并迅速长大；马氏体转变不依靠已形成马氏体晶体的长大，而马氏体转变不依靠已形成马氏体晶体的长大，而且依靠出现新的马氏体晶核，即马氏体形成与且依靠出现新的马氏体晶核，即马氏体形成与t保保无关。无关。奥氏体奥氏体常常不能完全转变成马氏体主要源于生产常常不能完全转变成马氏体主要源于生产上冷却温度没有真正达到上冷却温度没有真正达到Mf点。点。回火是把淬火后的钢件，重新加热到回火是把淬火后的钢件，重新加热到A A1 1以下某一以下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。温度，经保温后空冷至室温的

34、热处理工艺。淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。：马氏体中的过饱和碳原子析出，马氏体中的过饱和碳原子析出，形成碳化物形成碳化物FeFex xC C，得到回火马氏体组织。得到回火马氏体组织。：马氏体继续分解马氏体继续分解，同时残余奥同时残余奥氏体转变为过饱和固溶体与碳化物，得到回火马氏体组织。氏体转变为过饱和固溶体与碳化物，得到回火马氏体组织。：马氏体继续

35、分解马氏体继续分解，碳原子继续碳原子继续析出使过饱和析出使过饱和固溶体转变为铁素体；回火马氏体中的固溶体转变为铁素体；回火马氏体中的FeFex xC C 转变为稳定的粒状渗碳体，得到铁素体和极细渗碳体转变为稳定的粒状渗碳体，得到铁素体和极细渗碳体的机械混合物，即回火屈氏体。的机械混合物，即回火屈氏体。：碳化物聚集长大，温度越高碳化碳化物聚集长大，温度越高碳化物越大，得到粒状碳化物与铁素体的机械混合物，即回火物越大，得到粒状碳化物与铁素体的机械混合物，即回火索氏体。索氏体。 回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，使钢具有高的硬度、强度和耐

36、磨性。低温回火一般用来处使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。（承和渗碳件等。（HRC60HRC60）1 1）低温回火）低温回火（150150250250）2 2）中温回火）中温回火（350350500500） 回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和韧性，并保持一定的硬度，主要用于各种弹簧，锻模、压韧性，并保持一定的硬度，主要用于各种弹簧，锻模、压铸模等模具。（铸模等模具。（35HRC4535HRC45） 3 3）高

37、温回火）高温回火（500500650650） 回火的目的是具备良好的综合机械性能（较高的强回火的目的是具备良好的综合机械性能（较高的强度、塑性、韧性），得到回火索氏体组织。一般把淬火度、塑性、韧性），得到回火索氏体组织。一般把淬火加高温回火的热处理称为加高温回火的热处理称为“调质处理调质处理”。适用于中碳结。适用于中碳结构钢制作的曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、构钢制作的曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等重要机器零件。（机床主轴及齿轮等重要机器零件。（28HRC3328HRC33） 碳 钢 碳钢中的杂质 碳钢的分类 碳钢的牌号及作用碳 钢一、碳钢中的杂质1锰有益；0.

38、25-0.80% 脱氧剂； 降低FeO脆性， Mn+SMnS(降低S的有害作用) 热加工性能 固溶强化；使性能更优；2Si 有益 脱氧脆性 固溶强化3硫 有害 985 （Fe+FeS）热脆 加入MnMnS4 磷 有害 Fe3P 室温下100，脆性大冷脆5O、N、H O2机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素 N2兰脆，若钢中存在Al.V.Ti兰脆消失强度，硬度提高 H2氢脆、白点，有害二、碳钢的分类1碳含量 (低碳钢C%0.25% 、中碳钢0.25C%0.6%）2质量 (S、P杂质含量) 碳钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢3按用途 （碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢）三、碳钢的牌号及作用1普通碳素结构钢 Q235A2优质碳素结构钢 钢号用平均碳含量的万分数的数字表示 10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。 35，45，40，50 齿轮、轴类 60，65 弹簧3碳素工具钢 0.651.35C%，用以制作刃具、量具、模具 钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。 T10A, T8, T124铸钢 “ZG”加强度等级表示，如：ZG230450，ZG270500汽