河北工程大学工程材料学考试重点

1、精选优质文档-倾情为你奉上第二章金属材料的力学性能断后伸长率：断面收缩率：HBS：压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。HBW：压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在450-650的材料。 Ak=G(H-h) ： 冲击吸收功。 Ak越大，材料的塑性越好材料经无数次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。 ：应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标纯金属的性能特点纯金属的力学性能特点表现为：强度、硬度低，塑性、韧性好，用作结构材料时强度、硬度不足，塑性韧性有余。因此，在工业上广泛应用的金属材料是合金。第三章金属的结构与固溶强化

2、晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。常见纯金属的晶格类型有三类：体心立方晶格：常见金属：aa-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb面心立方结构：密排六方晶格晶体缺陷晶格的不完整部位称晶体缺陷。点缺陷 ：空间三维尺寸都很小的缺陷。空位间隙原子置换原子点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。线缺陷晶体中的位错位错：晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象从位错的几何结构可分为刃型位错和螺型位错。位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要

3、途径面缺陷晶界与亚晶界晶界是不同位向晶粒的过渡部位，原子排列不规则。亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10 2 °)的小晶块。亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。晶界的特点： 原子排列不规则。 熔点低。 耐蚀性差。 易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚（因缺陷多）。 阻碍位错运动，是强化部位，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。 是固态相变的优先形核部位 合金是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。组成合金的元素可以是全部是金属，也可是金属与非金属。组成合金的最基本的、独立的物质称为组元组成合金的元素相互作用可形成不同的相。相: 合金中结构相同、成分和性能

4、均一并以界面分开的组成部分。组织: 在显微镜下观察到的金属中由形态、尺寸和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。根据结构特点不同，可将合金中的相分为固溶体和金属化合物固溶体：合金在固态下，组元间能相互溶解而形成的均匀相。习惯以aa、b、g表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。按溶质原子在溶剂晶格中所处位置不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称有序固溶体。间隙固溶体溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体

5、。固溶强化:随溶质含量增加, 固溶体的强度、硬度增加, 塑性、韧性下降。 固溶体的溶解度:溶质原子在固溶体中的极限浓度。溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体。组成元素无限互溶的固溶体称无限固溶体。组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。 间隙固溶体都是有限固溶体。合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。当合金中出现金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性电子浓度为价电子数与原子数的比值。a间隙相：r非/r金<0.59时形 成的具有简单晶格结构的间隙

6、化合物。如M4X (Fe4N)、M2X (Fe2N、 W2C)、MX (TiC、VC、TiN)等。间隙相具有金属特征和极高的硬度及熔点，非常稳定。部分碳化物和所有氮化物属于间隙相。b. 具有复杂结构的间隙化合物当r非/r金>0.59时形成复杂结构间隙化合物。 如Fe3C，称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂斜方晶格。金属化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物为基的固溶体，如(Fe,Mn)3C固溶强化:随溶质含量增加, 固溶体的强度、硬度增加, 塑性、韧性下降。产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用（溶质原子在位错附近偏聚），阻碍了位错的运动。与纯金属相比，固溶体的

7、强度、硬度高，塑性、韧性低。但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。第4章 纯金属的结晶与细晶强化物质由液态转变为固态的过程称为凝固。物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。结晶的实质是原子由近程有序状态转变为长程有序状态的过程。 冷却曲线通过实验（热分析法）测得的液态金属冷却时温度与时间的关系曲线。过冷：液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象过冷度：理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn的差DT T= Tm Tn结晶潜热：金属结晶时从液相转变为固相时所释放出的热量。过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。热力学定律：一切自发过程都是朝着系统自由能降低的方向进行。液体和晶体自

8、由能曲线的交点温度Tm称为理论结晶温度 (熔点或平衡结晶温度)。在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态。在Tm以下，GS<GL结晶的驱动力：液固两相的 自由能之差结晶的充分必要条件:液态金属必须具有一定的过冷度。常温下，晶粒越细，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好,即细晶强化。结晶由形核和长大两个基本过程组成.一当液态金属过冷至实际结晶温度后，经过一段孕育期，在液态金属内部开始出现微小的固态颗粒，称之为晶胚。当晶胚达到某一临界尺寸后，就成为可以稳定存在并自发长大的晶核。这一过程称为形核。形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。均匀形核由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核

9、。非均匀形核以液体中存在的固态杂质或容器壁为核心形核称非均匀形核。二、长大晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。过冷度很小时，结晶以均匀长大方式进行实际金属结晶时冷速较大，主要以树枝状长大 原因：晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴，树枝间最后被填充。晶粒度：表示晶粒大小的尺度。工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。标准晶粒度共分为8级单位体积中的晶粒数 形核率(N):单位时间、单位体积内形成的晶核数目。长大速度(G):单位

10、时间内晶核生长的长度。晶粒的大小取决于形核率和晶粒长大速度的相对大小。 N/G比值越大，晶粒越细小.因此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒.3.细化晶粒的措施 1）提高过冷度 随过冷度增加，N/G值增加，晶粒变细。(1) 提高液态金属的冷却速度. 如铸造中采用金属型代替砂型。(2) 提高液态金属的过冷能力。如采用慢速浇注。2）变质处理，又称孕育处理。即液态金属内加入变质剂（或称孕育剂、形核剂），以增加异质核心的数量，促进非均匀形核的进行从而细化晶粒的方法。 3)振动，搅拌铸锭的宏观组织通常由三个区组成: 表层细晶区：浇注时，由于冷模壁产生很大的过冷度及非均匀形核作用，使表面形成一层很

11、细的等轴晶粒区。 柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热，使细晶区前沿液体的过冷度减小，形核困难。加上模壁的定向散热，使已有的晶体沿着与散热相反的方向生长而形成柱状晶区。中心等轴晶区: 由于结晶潜热的不断放出，散热速度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部液体全部冷至熔点以下时，在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。铸锭的缺陷铸锭缺陷的类型较多，常见的有缩孔、气孔、疏松、偏析、夹渣、白点等，它们对性能是有害的. 缩孔：由于液态金属结晶时体积收缩且补缩不足造成的。可分为集中缩孔和分散缩孔（疏松）。铸锭出现集中缩孔在锻轧前应切除.而疏松在热轧过程中可焊合。（2）气孔是指液态金属中

12、溶解的气体或反应生成的气体在结晶时未逸出而存留于铸锭中的气泡.铸锭中的封闭的气孔可在热轧时焊合。（3） 偏析合金中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。（4）夹杂物质在固态下晶体结构类型随温度变化的现象称同素异构转变（同素异晶转变）。属于固态相变。4.5.固态转变的特点形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。第5章 二元合金与合金化（一）多数情况下组元是指组成合金的元素。但对于既不发生分解、又不发生任何反应的稳定化合物也可看作组元, 如Fe-C合金中的Fe3C。合金系：由两种或两种以上元素按不同比例

13、配制的一系列不同成分的合金。相与组织: 相是组织的基本单元，组织是相的综合体。相图：是表示在平衡（极其缓慢加热或冷却）条件下，合金系中各种合金状态与温度、成分之间关系的图形。根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。不平衡两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀晶相图。从液相中结晶出单相固溶体的转变称为匀晶转变或匀晶反应。杠杆定律即合金在某温度下两平衡相的质量比等于这两相成分点到合金成分点距离的反比。结晶枝晶偏析在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。枝晶偏析的大小与冷速和液固相线的间距有关。冷速越大

14、，液固相线间距越大，枝晶偏析越严重。生产上常将铸件加热到固相线以下100-200长时间保温，以使原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析，这种热处理工艺称作扩散退火。当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶,并发生共晶反应时所构成的相图称作共晶相图。在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应。共晶反应的产物，即两相的机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分的点称共晶点。凡具有共晶线成分（C、D之间）的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为四类：端部固溶体合金

15、、亚共晶合金、过共晶合金、共晶合金共晶合金(合金)的结晶过程液态合金冷却到E 点时同时被Pb和Sn饱和, 发生共晶反应：LE (aaC+bD) 。析出过程中两相相间形核、互相促进、共同长大，因而共晶组织较细，呈片、棒、点球等形状。共析反应(共析转变)是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的过程。共析转变是固态相变。最常见的共析转变是铁碳合金中的珠光体转变: gS aaP+ Fe3C 。由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体)。与共晶反应不同的是，共析反应的母相是

16、固相，而不是液相。由于固态转变过冷度大，因而共析组织比共晶组织细。铁碳合金的基本相和组织LJNGgg +Fe3Ca +Fe3CL+Fe3CL+ga + g 特征线 液相线ABCD， 固相线AHJECF 三条水平线：HJB：包晶线LB+H gJ ECF：共晶线LC gE+Fe3C 共晶产物是g 与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体, 用Ld表示。为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。PSK：共析线 gS P+ Fe3C 共析转变的产物是 a 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。 其它相线GS,GPg a 固溶体转变线, GS又称A3 线。ES碳在g -Fe中的固溶线。又称Ac m线。P

17、Q碳在a-Fe中的固溶线。g + Fe3Ca + Fe3Cd碳在aa-Fe中的固溶体称铁素体, 用F 或aa 表示。 铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。碳在g-Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 g 表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为2.11%。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在g 区进行.碳钢室温组织中无奥氏体。渗碳体(Cementite)：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度低(sb»35MPa), 脆性大, 塑性几乎为零Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3

18、C3Fe+C(石墨), 该反应对铸铁有重要意义。由于碳在aa-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。 珠光体(Pearlite)：铁素体与渗碳体的机械混合物称为珠光体，P。珠光体中C的质量分数为0.77，性能介于铁素体和渗碳体之间。莱氏体(Ledeburite) C的质量分数为4.3的液态合金冷却到1148时，同时结晶出渗碳体和奥氏体的共晶体，该共晶体称为高温莱氏体，Ld。而在727以下由珠光体和渗碳体所组成的莱氏体称为低温莱氏体，Ld表示。莱氏体硬而脆。珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物称为珠光体，P。珠光体中C的质量分数为0.77，性能介于铁素体和渗碳

19、体之间。C的质量分数为4.3的液态合金冷却到1148时，同时结晶出渗碳体和奥氏体的共晶体，该共晶体称为高温莱氏体，Ld。 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： 工业纯铁(<0.0218% C) 碳钢(0.02182.11%C) 高温组织为单相g 亚共析钢 (0.02180.77%C) 共析钢 (0.77%C) 过共析钢 (0.772.11%C) 白口铸铁 (2.116.69%C) 铸造性能好, 硬而脆 亚共晶白口铸铁 (2.114.3%C) 共晶白口铸铁 （4.3%C） 过共晶白口铸铁 （4.36.69%C）第六章金属的塑性变形与形变强化塑性变形的形式：滑移和孪生。 滑移是指晶体的一部分

20、沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。滑移变形的特点 ： 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力. 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑

21、移面更大。因而金属的塑性，面心立方晶格>体心立方晶格>密排六方晶格。滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍.滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若干条滑移线组成一个滑移带。 滑移的同时伴随着晶体的转动。滑移的机理滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象称作位错的易动性。 孪生 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。与滑移相比：孪生使晶格位向发生改变；所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速;孪生时相邻原子面的相对

22、位移量小于一个原子间距.密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。多晶体金属的塑性变形过程多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45° （软位向）的晶粒。 特点 ： 不均匀性 不同时性 各晶粒变形的相互协调性细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 随塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化产生加工硬化的原因是:1、随塑性变形进行, 位错密度增加

23、，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加. 2. 变形抗力的提高 ，位错运动阻力增大，位错更易发生塞积，提高了位错的增殖速度。由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称形变织构或择优取向。内应力是指去除外力后平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时, 内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时,外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中. 内应力分为三类：第一类内应力平衡于表面与心部之间 (宏观内应力)。第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间, (微观内应力)。第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。 形变织构使金

24、属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生“制耳”加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火或低温退火。冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强

25、度，尤其是塑性和韧性降低 。热加工与冷加工的区别 在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。 热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织称纤维组织。它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致 第七章钢的热处理与相变强化热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的内部或表面组织，获得所需要性能的一种工艺.热处理

26、特点: 只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。 根据热处理目的的不同 可分为：预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理. 在临界点A1以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。二、影响奥氏体转变的因素加热温度: 加热温度越高，加速奥氏体形成.加热速度: 加热速度越快,转变所需的时间越短.(3) 钢中碳质量分数 钢中碳质量分数增加时，有利于奥氏体的形成 原始组织 原始组织越细，奥氏

27、体形成速度越快。(5)合金元素奥氏体的晶粒度珠光体刚刚全部转变成为奥氏体时奥氏体的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。过冷奥氏体的转变方式有等温冷却和连续冷却转变两种。处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550。2. 过冷奥氏体转变产物（共析钢为例）（1）珠光体类型组织形态及性能过冷奥氏体在 A1到 550间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体

28、片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和屈氏体.珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善过冷奥氏体在550 Ms (共析钢的Ms为230 )间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下).上贝氏体形成温度为550-350。在光镜下呈羽毛状.在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。下贝氏体形成温度为350-Ms。在光镜下呈竹叶状。在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内。上贝氏体强度

29、与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。 (3) 马氏体类型组织形态与性能当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。马氏体转变是强化钢的重要途径之一。 马氏体的晶体结构碳在aa-Fe中的过饱和固溶体称马氏体，用M表示。马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.马氏体具有体心正方晶格（a=bc）轴比c/a 称马氏体的正方度。C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。当0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格.马氏体转变的特点 马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：a. 无扩散性b.

30、降温形成c.高速长大d. 转变不彻底马氏体的形态 马氏体的形态分板条和片状两类。板条马氏体立体形态为细长的扁棒状在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，rp=1012/cm2,又称位错马氏体片状马氏体立体形态为双凸透镜形的片状。在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。注：马氏体的形态主要取决于其含碳量C%小于0.2%时，组织几乎全部是板条马氏体。C%大于1.0%C时几乎全部是片状马氏体.C%在0.21.0%之间为板条与片状的混合组织。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体的塑性和韧性主要取决

31、于其亚结构的形式。片状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性.过冷奥氏体的等温奥氏体化过程(共析钢)奥氏体晶核形成奥氏体晶核长大残余Fe3C溶解奥氏体成分均匀化 一、退火和正火的目的 调整硬度，便于切削加工； 消除内应力，防止加工中钢件变形、开裂； 细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能；(4) 为最终热处理（淬火、回火）作组织准备。 退火的操作及应用退火是钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织、提高加工性能的一种热处理工艺. 常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加热到Ac1+305

32、0，过共析钢加热到 Accm+ 30 50保温后空冷以获得珠光体类型组织的工艺。正火的主要应用作为普通结构零件的最终热处理。作为低、中碳结构钢的预先热处理，可获得合适的硬度，便于切削加工。用于过共析钢消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火.淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能.淬火方法1、单液淬火法2、双液淬火法3、分级淬火法4、等温淬火法 淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。透性的测定常用末端淬火法淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即

33、硬化能力. 回火是指将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温后冷却到室温的工艺。据钢的回火温度，可以将回火分为三类 一、 低温回火1. 回火温度: 150250 2. 组织变化: 马氏体将发生分解,从马氏体中析出碳化物，使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，。3. 性能（目的）及适用范围 保留淬火后高硬度（5864HRC）、高耐磨性同时降低内应 力，提高韧性。 适用于处理各种高碳钢工具、模具、轴承及经渗碳和表面 淬火的工件。二、中温回火1、 回火温度350-5002、回火组织铁素体基体上分布着细粒状Fe3C的混合组织，称回火屈氏体，T回。三、高温回火1

34、、回火温度 500650 2、回火组织 铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称回火索氏体，S回。 3、回火目的及适用范围 获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度的同时，具有良好的塑性和韧性。通常把淬火+高温回火的热处理工艺称为“调质处理”，简称“调质”。调质广泛应用于各种重要结构件（连杆、轴、齿轮等）的处理，也可作为某些要求较高的精密零件、量具等的预备热处理。 回火时的性能变化 回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。表面淬火目的： 使

35、表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。预备热处理工艺：对于结构钢为调质或正火。前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。目的:为表面淬火作组织准备； 获得最终心部组织。 3、表面淬火后的回火采用低温回火，温度不高于200。回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。4、表面淬火+低温回火后的组织 表层组织为M回；心部组织为S回(调质)或F+S(正火)表面淬火常用加热方法 感应加热: 利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。 高频感应加热 频率为2

36、50-300KHz，淬硬层深度0.5-2mm中频感应加热 频率为2500-8000 Hz，淬硬层深度2-10mm。 工频感应加热 频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。 激光热处理: 利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗

37、碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。 1、 化学热处理的基本过程 1、介质(渗剂)的分解: 分解的同时释放出活性原子。 如：渗碳 CH42H2+C 氮化 2NH33H2+2N2、工件表面的吸收: 活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。3、原子向内部扩散。 钢的渗碳1、渗碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。2、渗碳用钢为含0.15-0.3%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 渗碳方法 气体渗碳法将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。渗剂为气体 (煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)。优点: 质量好, 效率高；缺点: 渗层成分与深度不易控制。 固体渗碳

38、法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳,渗剂为木炭。优点：操作简单；缺点：渗速慢，劳动条件差。 真空渗碳法将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。优点: 表面质量好, 渗碳速度快渗碳后的热处理 淬火+低温回火, 回火温度为160-180。淬火方法有： 直接淬火法 渗碳后预冷到略高于Ar3温度直接淬火。一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。 二次淬火法： 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50，细化心部；第二次加热为Ac1+30-50，细化表层。 常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50淬火+低温回火。此时组织为：表层：M回+颗粒状碳化物+A(少量)心部

39、：M回（ + F）三、钢的氮化 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。第八章一、合金钢的分类1.按合金元素含量 微合金钢 0.001Me0.1% 低合金钢 1Me5% 中合金钢 5Me10% 高合金钢 Me>10%2. 按钢的金相组织 铁素体钢 奥氏体钢 马氏体钢 珠光体钢 贝氏体钢3. 按钢中S、P杂质含量 普通合金钢 S0.050% P0.045% 优质合金钢 S0.035% P0.035% 高级优质合金钢 S0.025% P0.025% 特级优质合金钢 S0.015% P0.020%4. 按用途 合金结构钢：低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、 滚动轴承钢、高锰耐磨钢、易切钢等 合金工

40、具钢：刃具钢、模具钢、量具钢等 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等合金结构钢 两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字+当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3。高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。 3. 合金工具钢和高速工具钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一

41、位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。* 高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).* 含铬量小于1%时，在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”，如Cr06。4. 滚动轴承钢 高碳铬轴承钢： G+Cr+铬含量(不标含碳量) “G”表示“滚动轴承钢”。* 铬含量以千分之一为单位. 如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。5. 不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+ 含碳量以千分之一为单位。含碳量的表示方法为：当平均含碳量

42、1.00%时，用两位数字表示，如11Cr17(平均含碳量为1.10%)； 当1.0%>平均含碳量0.1%时，用一位数字表示,如2Cr13（平均含碳量为0.20%） 当0.1%>含碳量上限> 0.03%时，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%） 当0.03%含碳量上限>0.01%时,以“03”表示，如03Cr19Ni10 (含碳量上限为0.03%） 当含碳量上限0. 01%时，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限为0.01%）。6. 铸钢 以强度为主要特征 ZG+数字-数字 第一组数字表示屈服强度最低值，第二组表示抗拉强度最低值。如ZG200-400以化学成分为主要特征 ZG + 两位数字（平均含碳量的万分之几）+合金元素+数字（合金元素百分含量） 如ZG25Cr1Mo1V合金结构钢 对结构钢的性能要求为：使用性能以强韧性为主。工艺性能以可焊性、淬透性为主。 合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢.Q345钢综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等。Q3