材料基本知识

1、材料成形技术基础材料成形技术基础5050学时 3学分主讲： 孙广平单位： 材料学院金工教研室地址： 机械材料馆630室联系电话： 5095170实验室： 机械材料馆428室徐文慧 电话：5095860材料成形技术基础材料成形技术基础 绪论绪论 1 1、课程的性质、课程的性质 材料成形技术基础是学科基础必修课程，主要内容是材料成形技术基础是学科基础必修课程，主要内容是介绍机械工程材料的组织性能及应用和加工成形中的介绍机械工程材料的组织性能及应用和加工成形中的基本原理与工艺特点。基本原理与工艺特点。 材料是人类赖以生存及发展的基础，社会的进步与材材料是人类赖以生存及发展的基础，社会的进步与材料的发

2、展密切相关料的发展密切相关 石器时代石器时代-青铜器时代青铜器时代-铁器时代铁器时代-近代钢铁、高近代钢铁、高分子材料分子材料 材料的基本分类：材料的基本分类： 1 1）金属材料、）金属材料、2 2）无机非金属材料、）无机非金属材料、3 3）高分子材料）高分子材料 2 2、课程的内容：、课程的内容： 1 1）机械工程材料的组织性能及应用、特点、）机械工程材料的组织性能及应用、特点、适用范围适用范围 2 2）金属材料的热处理原理及工艺、特点、适）金属材料的热处理原理及工艺、特点、适用范围用范围 3 3）铸造：铸造的原理、工艺方法、特点、适）铸造：铸造的原理、工艺方法、特点、适用范围用范围 4 4

3、）压力加工：压力加工的原理、工艺方法、）压力加工：压力加工的原理、工艺方法、特点、适用范围特点、适用范围 5 5）焊接：焊接的原理、工艺方法、特点、适）焊接：焊接的原理、工艺方法、特点、适用范围用范围材料成形技术在机械制造工艺方法中的地位材料成形技术在机械制造工艺方法中的地位 机械制造的基本流程（金属）：机械制造的基本流程（金属）： 矿石冶炼矿石冶炼金属材料金属材料毛坯成形毛坯成形 铸造（液态成形）、压力加工（塑性成形）、铸造（液态成形）、压力加工（塑性成形）、焊接（连接成形）焊接（连接成形） 不同方法与材料的性能不同方法与材料的性能有关有关 （材料热加工）（材料热加工）毛坯或零件毛坯或零件

4、切削加工（车、铣、刨、磨等材料冷加工）切削加工（车、铣、刨、磨等材料冷加工） 热处理（改善金属性能的方法）热处理（改善金属性能的方法）零件零件装配装配机器机器 3 3、课程的目的和任务、课程的目的和任务 1 1）掌握金属材料的基本知识）掌握金属材料的基本知识 2 2）金属材料的热处理原理及工艺、特点、适用范围）金属材料的热处理原理及工艺、特点、适用范围 3 3）掌握各种成形方法的工艺过程、特点和应用范围）掌握各种成形方法的工艺过程、特点和应用范围 4 4、课程的特点、课程的特点 1.1.实践性强，实践性强，2.2.内容多，内容多， 需要全面理解来掌握。需要全面理解来掌握。 5 5、基本要求、基

5、本要求 1 1）按时上课，遵守课堂纪律，不得无故缺席、迟到和）按时上课，遵守课堂纪律，不得无故缺席、迟到和早退。早退。 2 2）按时完成作业，不得互相抄袭，要独立完成作业。）按时完成作业，不得互相抄袭，要独立完成作业。 3 3）主动提出问题和答疑）主动提出问题和答疑 4 4）实验项目不得缺席，闭卷考试）实验项目不得缺席，闭卷考试第一篇第一篇 材料的基本知识材料的基本知识 第一章第一章 材料的机械性能材料的机械性能材料的性能主要是力学性能力学性能、物理性能物理性能、化学性能化学性能和工艺性能工艺性能材料在外力(载荷)作用下所表现出来的性能，称为机械性能，或力学性能。机械性能是衡量材料的重要指标，

6、亦是选择材料的重要依据。机械性能主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。物理性能是指比重、熔点、导电性、导热性和磁性等。化学性能是指耐酸性、耐碱性和抗氧化性等。工艺性能是指材料是否易于进行热、冷加工获得优质产品的性能，如铸造性、可锻性、焊接性；切削加工性等。它们实质上是材料机械性能、物理性能、化学性能在成形和加工过程中的综合反映。11 强度与塑性强度与塑性强度是材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。根据外力性质的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等等。强度是通过拉伸试验测定的。拉伸试验时，将加工好的标准拉伸试样安装在材料试验机上，并对试样施加轴向静拉力。随着拉力的增加，试样

7、产生变形，直到拉断。以试样所受外力（P）为纵坐标，伸长L为横坐标，绘出载荷与伸长的关系曲线-拉伸曲线（应力-应变曲线）。应力：单位面积上的作用力,单位：(N/m2)-Pa 工程上常用 MPa=106Pa应变：单位长度上的变形，%低碳钢的拉伸曲线分析低碳钢的拉伸曲线分析当载荷到达S点以前，试样产生的变形为弹性变形。 当载形超过S点，试样开始产生明显的塑性变形。在S点附近，曲线出现水平线段，表明载荷不增加，试样还继续发生塑性变形，即试样丧失了抵抗变形的能力，这种现象称为屈服。S点为屈服点。 低碳钢的拉伸曲线分析低碳钢的拉伸曲线分析载荷超过S点后，变形量随着载荷的增加而急剧增加。该阶段称为强化阶段。

8、当载荷达到B点后，试样上出现缩颈现象。拉伸曲线开始下滑。由于缩颈处横截面积的缩小，则继续变形所需的载荷下降，试样很快在K点断裂。强度的计算方法强度的计算方法产生屈服现象时的应力称为屈服强度，用符号s来表示，即：屈服强度s = PS / F0 式中 s -屈服强度，MPa PS-试样产生屈服时的载荷，N F0试样原横截面积，m2 材料在断裂前所能承受的最大应力，称为抗拉强度，用符号b 来表示，即：抗拉强度b =Pb/ F0 式中b-抗拉强度，MPa Pb -试样在断裂前所承受的最大载荷，N F0试样原横截面积， m2 关于屈服强度关于屈服强度但有些钢铁材料在拉伸曲线上没有明显的水平线段，它的屈服

9、强度很难测定，通常规定产生0.2%塑性变形时的应力作为屈服强度，用0.2来表示，称为条件屈服强度。屈服强度s 和抗拉强度b 是评定钢铁材料的重要指标，是设计和选材的主要依据之一。因为钢铁材料不能在超过s 的条件下工作，否则会引起机械零件的塑性变形；钢铁材料也不能在超过b 的条件下工作；否则会导致机械零件的破坏。Ps0.2%PL二、塑性二、塑性 塑性是钢铁材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。由拉仲试验可以得到材料的两种塑性指标。1 1、延伸率、延伸率 =（L1 L0） / L0 100% - -试样的延伸率；延伸率；L1 - 试样拉断后的标距长度，mm；L0 - 试样原标距长度，mm。2

10、 2、断面收缩率、断面收缩率 =（ Fo F1 ） / Fo100% - 试样的断面收缩率；F0 - 试样原截面积，mm2； F1 - 试样拉断后的断口截面积mm2； ，和的数值越大，说明钢铁材料的塑性越好；反之亦然。1-2 1-2 硬度硬度硬度是指钢铁材料抵抗更硬物体压入其内的能力，或表示钢铁材料在局部体积内抵抗塑性变形的能力。 一、布氏硬度一、布氏硬度 布氏硬度是用一定的载荷，把直径为D的钢球压入被测材料的表面，数秒钟后，卸去载荷，用读数显微镜测出压痕直径d，根据d，从已备好的表中查出硬度值。硬度值愈高，表示钢铁材料愈硬；布氏硬度用符号HBS来表示，它适用于测量布氏硬度在450 HBS以下

11、的材料，如测定退火钢、正火钢、调质钢、铸铁等的硬度。二、洛氏硬度二、洛氏硬度 洛氏硬度是用金刚石压头压入试样表面，然后根据压痕深度计算的硬度值，或从硬度计上直接读出的硬度值。洛氏硬度用符号HRC表示， HRC数值愈大，硬度愈高。适用范围为2067HRC。洛氏硬度试验操作简便、迅速、可测定淬火钢及白口铸铁的硬度。洛氏硬度值与布氏硬度值之间的关系，30HRC=300HBS30HRC=300HBS。硬度与强度的关系硬度与强度的关系材料的强度越高，硬度值也越高。强度与布氏硬度有如下的近似关系，可供换算：低碳钢b=（034036)HBS铸钢件b =(0304)HBS灰口铸铁件b = 01 HBS l3

12、l3 冲击韧性与疲劳强度冲击韧性与疲劳强度一、冲击韧性冲击韧性是指钢铁材料抵抗冲击韧性是指钢铁材料抵抗冲击载荷的能力。冲击载荷的能力。目前，工程技术上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定钢铁材料的冲击韧性。a ak k=Ak/F=Ak/F J/cm2式中Ak-冲断试样所消耗的冲击功， J F-试样缺口处的横截面积cm2二、疲劳强度二、疲劳强度钢铁材料在交变应力（该应力远小于屈服强度）长时间作用下发生断裂现象叫做疲劳断裂(或疲劳破坏)。不论是脆性材料或韧性材料，在疲劳断裂时，都不会产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的。因此具有很大的危险性。 钢铁树料经无数次重复或交变应力作用而不致引起断裂的最大应力叫

13、做疲劳强度。通常用-1表示。因实际上不可能进行无数次试验，故各种材料应有一定的应力循环基数(以N表示)，如钢材以107为基数，即钢材的应力循环次数达到107 次仍不发生疲劳破坏，就认为不会再发生疲劳破坏了。有色金属和某些超高强度钢则常取106 为基数。 第二章第二章 纯铁及铁碳合金纯铁及铁碳合金 -1 -1 铁的结晶及铁碳合金的基本组织铁的结晶及铁碳合金的基本组织合金：在一种金属元素中加入其它元素，经熔炼得到的具有金属性质的材料。如：钢是e二元合金、铸铁是e-i三元合金一、晶体的概念一、晶体的概念1、晶体：原子有规则排列形成的物质a、有一定的熔点b、各向异性2、晶格：用点（原子所在位置的中心）

14、线连接构成的，用以描述原子排列规律的空间格子。3、晶胞：反映晶格原子排列规律的最小单元。二、纯铁的晶体结构二、纯铁的晶体结构 常见金属的晶格类型：、体心立方晶格 具有较大的强度、较好的塑性。纯铁、铬、钨、钒在一定温度下具有该种晶格。、面心立方晶格 塑性好。纯铁、铝、金、镍在一定温度下具有该种晶格。三、纯铁的一次结晶三、纯铁的一次结晶、纯铁一次结晶的冷却曲线 。n ：实际结晶温度 0：理论结晶温度 因为结晶过程放出结晶潜热，所以冷却曲线出现平台，该平台为结晶过程，拐点为结晶的开始与结束。过冷度：0n冷却速度增大，过冷度增大，实际结晶温度降低，结晶速度加快。 、金属的结晶过程、金属的结晶过程凝固过

15、程凝固过程结晶的基本规律：结晶的基本规律：1 1、晶核形成，、晶核形成，2 2、晶核长大。、晶核长大。晶核形成：晶核形成：1、自发形核：液体中自身原子形核。2、异质形核：液体中的不熔的杂质质点形核。晶核长大：晶核长大：以树枝状晶方式长大。最后长成外形不规则的小颗粒-晶粒。 过冷度增大，形核数目增多。3 3、晶粒及细化晶粒的方法、晶粒及细化晶粒的方法金属材料是由很多大小不同、外形不规则、晶格排列方向不同的晶粒组成。称为多晶体。晶粒的边界称为晶界。晶粒越细小、机械性能越好。细化晶粒的方法：1、提高冷却速度，形核数目增多。2、变质处理，加入外来异质晶核。3、结晶时进行震动或搅拌，打碎树枝状晶，增多晶

16、核数目。 实际金属的晶体结构存在缺陷实际金属的晶体结构存在缺陷 (1)点缺陷 ：空位、间隙原子(2)线缺陷：位错 位错是一种很重要的晶体缺陷。它是晶体中一列或数列原子发生有规律错排的现象。位错有许多类型，这里只介绍简单立方晶体中的刃型位错 。(3)面缺陷：晶界四、纯铁的同素异构转变四、纯铁的同素异构转变1 1、同素异构转变：、同素异构转变：固态下金属随着温度的变化，发生的晶格类型的转变。 -Fe（体心）-Fe（面心）-Fe（面心）-Fe（体心）纯铁具有两次同素异构转变，只有少数金属具有这种转变。同素异构转变的特点同素异构转变的特点1、同素异构转变同素异构转变发生晶体结构转变。2、是固态下的结晶

17、过程，称为重结晶或二次结晶，以区别于液态金属的一次结晶。3、遵循结晶的基本规律，即晶核的形成和晶核的长大。4、可以细化晶粒。5、发生体积变化，产生较大的内应力。称为相变应力。 铁与碳相互作用可以形成(平衡冷却）： 1、固溶体溶剂原子：溶质原子：间隙固溶体：置换固溶体：溶解度：间隙固溶体小置换固溶体大铁碳合金的固溶体铁素体、奥氏体五、铁碳合金的基本组织五、铁碳合金的基本组织五、铁碳合金的基本组织五、铁碳合金的基本组织铁与碳相互作用可以形成(平衡冷却）：1、固溶体：有铁素体、奥氏体2、金属化合物：渗碳体3、机械混合物：珠光体铁素体（）：碳在-e中形成的固溶体。性能接近纯铁，强度、硬度低，塑性、韧性

18、高。奥氏体（）：碳在-e中形成的固溶体。高温下存在的组织。性能：塑性高（晶体中原子密排面多）。渗碳体（Fe3C）：铁和碳形成的金属化合物。性能又硬又脆，可以作为金属组织的强化相。珠光体（P）：铁素体和渗碳体的机械混合物,层片状组织（e3） 。性能：强度较高。五、铁碳合金的基本组织五、铁碳合金的基本组织表表1 1- -1 1 铁铁碳碳合合金金的的组组织织及及力力学学性性能能组织名称符号碳的质量分数（%）b（Mpa）HBS(%)ak(J/cm2)铁素体F0.021818028050803050160200奥氏体A2.11-1202204060-渗碳体Fe3C6.6930相当80000珠光体P0.7

19、775018020253040铁碳合金状态图铁碳合金状态图e- e-合金合金 e- e-e e3 3合金合金铁碳合金状态图铁碳合金状态图一、铁碳合金状态图中主要点和线的意义、特性点A点，纯铁的熔点，1538 C=0 C点，共晶点，1148 C=4.3 D点，渗碳体的熔点，1227 C=6.69 E点， 碳在e中最大溶解度点。也是钢与生铁的分界点。1148 C=2.11 S点，共析点， 727 C=0.772 2一些主要线的含义一些主要线的含义ACD线液相线，液态合金冷却到此线时开始结晶。在此线以上的区域为液相。AECF线固相线，当合金冷却到此线，金属液全部结晶为固相。在此线以下的区域为固相。E

20、CF线共晶线， (1148)。PSK线共析线， (727)。GS线冷却时，从奥氏体中结晶出铁素体的开始线，通常称为A3线。ES线碳在-Fe中的溶解度线，通常也称之为Acm线。共晶线与共析线共晶线与共析线ECF线共晶线。碳在2.116.69的合金，当冷却到此线时(1148)，都将发生共晶转变。液态转变为固态。L4.3%A2.11%+Fe3C6.69% (1148) 转变产物称为莱氏体。又称为共晶体。它是奥氏体和渗碳体的机械混合物。727以下的莱氏体是珠光体和渗碳体的机械混合物，用L表示。PSK线共析线，通常也称之为A1线。碳在0.02186.69的合金，当冷却到此线时(727)，都将发生共析转变

21、。固态转变为固态。A0.77%F0.0218% +Fe3C6.69% (727) 转变产物称为珠光体，用P表示。又称为共析体。它是铁素体和渗碳体的机械混合物。二、铁碳合金的分类二、铁碳合金的分类表表l l- -3 3铁铁 碳碳 合合 金金 的的 分分 类类 、 含含 碳碳 量量 及及 平平 衡衡 组组 织织分 类碳 的 质 量 分 数（ %）平 衡 组 织符 号工 业 纯 铁 0.0218铁 素 体F亚 共 析 钢0.02180.77铁 素 体 +珠 光 体F+P共 析 钢0.77珠 光 体P钢过 共 析 钢0.772.11珠 光 体 +二 次 渗 碳 体P+Fe3C亚 共 晶 白 口 生 铁

22、2.114.3珠 光 体 +二 次 渗 碳 体 +莱 氏 体P+Fe3C+Le共 晶 白 口 生 铁4.3莱 氏 体Le生铁过 共 晶 白 口 生 铁4.36.69莱 氏 体 +一 次 渗 碳 体Le + Fe3C三、从状态图看钢的组织转变三、从状态图看钢的组织转变1 1、共析钢的组织转变、共析钢的组织转变2 2、亚共析钢的组织转变、亚共析钢的组织转变3 3、过共析钢的组织转变、过共析钢的组织转变1-4 化学成分对碳素钢性能的影响化学成分对碳素钢性能的影响钢铁的五大元素：碳、硅、锰、磷、硫。钢铁的五大元素：碳、硅、锰、磷、硫。碳钢的机械性能碳钢的机械性能 ( (正火状态正火状态) )亚共析钢亚

23、共析钢 CC， HBSHBSb b塑性（塑性（），韧性（，韧性（akak）过共析钢过共析钢 CC， HBS HBS b b网状掺碳网状掺碳体，塑性（体，塑性（），韧性（，韧性（akak） SiSi、MnMn：有益元素，形成固溶体：有益元素，形成固溶体Mn Mn 强化作用强化作用合金渗碳体，脱硫（合金渗碳体，脱硫（MnSMnS）S S ：有害元素：有害元素 FeS-FeFeS-Fe共晶体共晶体 985 985 热裂热裂P P：有害元素：有害元素 FeFe3 3P-Fe-FeP-Fe-Fe3 3C C ，三元共，三元共晶晶 硬、脆、冷裂硬、脆、冷裂1-51-5 钢的分类与编号钢的分类与编号一、碳素

24、钢一、碳素钢碳素钢，分为低碳钢(C0.25)，中碳钢(C0.250.6)和高碳钢(C0.6)。1普通碳素结构钢普通碳素结构钢钢号有：Q195、Q215、 Q235、 Q255、 Q275“Q”-表示屈服强度，表示屈服强度，“235”表示屈服强度表示屈服强度s235MPa2优质碳素结构钢优质碳素结构钢用两位数字表示钢号，数字表示含碳量的万分数，钢号有钢号有08、10、l5、20、70等等。45钢表示平均含碳量为0.45。这类钢供应时要保证力学性能和化学成分，使用前一般都要经过热处理。 渗碳钢： 15、20、25 调质钢： 45、45、50 弹簧钢： 65、653 3 碳素工具钢碳素工具钢这类钢的

25、编号是在“碳”字或“T”后面附以数字来表示，数字表示该钢含碳量的千分数。钢号有碳钢号有碳7 7、碳、碳88碳碳1313或或T7T7、T8T13T8T13。性能：性能： T7T7、T8T13T8T13，硬度提高，塑性下降。，硬度提高，塑性下降。碳素工具钢均为优质优质钢。例如碳10（T10）表示平均含碳量为1.0的优质优质碳素工具钢。若在钢号后面加“高”或“A”字，则为高级优质碳素工具钢。如“T10 T10 A”。碳素工具钢在使用前都要经过热处理，以提高其硬度和耐磨性。这类钢主要用于制造手动刀具、量具、模具等。二、合金钢二、合金钢合金钢：在碳素钢的基础上合金钢：在碳素钢的基础上，特意加入一种或数种

26、合金元素的钢，称为合金钢。根据合金元素质量分数总量的多少，合金钢又分为低合金钢(5)；中合金钢(510)；高合金钢(10)。 1 1合金结构钢合金结构钢这类钢的编号是采用两位数字加元素符号加数字来表示。“40Cr”“40”-40Cr”“40”-表示平均含碳量为0.40%，“Cr”-Cr”-表示含铬，因平均含铬量l.5，故CrCr 后面不加数字。“12CrNi3”12CrNi3”，表示平均含碳量为0.12，含铬量1.5，含镍量3。“60Si2MnA”60Si2MnA”，因钢号后加“A”字，故为高级优质合金钢。合金结构钢根据热处理特点和用途又分为：普通低合金钢：12Mn、16Mn、14MnMoV

27、渗碳钢： 15、20、20Cr、20CrMnTi 调质钢： 45、45B、40Cr、40CrMn 弹簧钢： 65、65Mn、60SiMn2、50CrVA 轴承钢： GCr9、GCr15 2 2合金工具钢合金工具钢钢号前面的数字是1 1位位，表示该钢平均含碳量的千分数。当含碳量大于1.0时不标出（高速钢例外）。刃具钢：刃具钢： 低合金刃具钢 9SiCr、CrWMo 高速钢：W18Cr4V、 12Cr4V4Mo 模具钢：模具钢：热作模具钢 5CrMnMo、5CrNiMo， 冷作模具钢 Cr12量具钢：量具钢： 9SiCr2 2合金工具钢合金工具钢“9CrSi”“9CrSi”，表示平均含碳量0.9，

28、铬、硅的含量1.5。“W18Cr4V”W18Cr4V”，表示钨的含量18，铬的含量4，钒的含量1.5，（平均含碳量为0.70.8）的高速钢。 3特殊性能钢特殊性能钢 这类钢具有特殊的物理、化学性能。牌号表示方法同合金工具钢。合金工具钢。不锈钢，如1Crl3； 2Crl3； 3Crl3； 4Crl3，耐热钢，如15CrMo；1Cr18Ni9Ti；耐磨钢，如ZGMnl3等。举例：09SiCr、 9SiCr、SiCr各为何种钢。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 3-13-1钢的热处理概述钢的热处理概述1 1、钢的热处理、钢的热处理：将钢在固态下，通过加热、保温、冷却固态下，通过加热、保温、冷却三个

29、阶段来改变钢内部的组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。热处理，可以提高钢的强度和硬度，改善钢的塑性和韧性等。因此，钢件必须进行热处理。钢的热处理是通过改变钢的内部组织来改变性能的。钢的内部组织的改变，取决于钢的加热加热、保温保温和冷却冷却三个阶段的工艺。热处理得到的组织为不平衡的组织不平衡的组织，故不同于状态图给出的组织。合金的状态图是热处理工艺确定的理论依据。2、热处理工艺的分类、热处理工艺的分类3 3、热处理工艺曲线、热处理工艺曲线改变钢的内部组织，取决于钢的加热加热、保温保温和冷却冷却三个阶段的工艺。4 4、热处理时，状态图中相关曲线的变化、热处理时，状态图中相关曲线的变化钢通过热处理

30、得到的组织为不平衡的组织不平衡的组织加热、冷却的实际转变温度转变滞后理论理论转变转变温度温度加热时加热时转变温转变温度度冷却时冷却时转变温转变温度度PSKPSKA A1 1A Ac1c1A Arl rlGSGSA A3 3A Ac3c3A Ar3r3ESESA AcmcmA AccmccmA Arcmrcm钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变共析钢：共析钢：PAPA晶粒的形成过程晶粒的形成过程目的：获得细小均匀的目的：获得细小均匀的A A晶粒晶粒钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 等温冷却：（等温转变）C-曲线高温转变高温转变: : 扩散型转变扩散型转变1、727550 珠光体组织（

31、P）2、650600 索氏体（S）细珠光体，3、600550 屈氏体（T） 极细珠光体中温转变：中温转变：1、550350 上贝氏体(B上)，2、350230 下贝氏体(B下)低温转变：低温转变： 230以下马氏体（M）针状、板条状。和残余奥氏体（A）钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 等温冷却：（等温转变）C-曲线高温转变高温转变: : （P），（S），（T）珠光体型转变珠光体型转变中温转变：中温转变： (B上)， (B下)贝氏体型转变贝氏体型转变低温转变：无扩散型低温转变：无扩散型转变，与转变时间无转变，与转变时间无关，只取决于转变温关，只取决于转变温度。马氏体型转变度。马氏体型转变

32、 230以下发生转变，马氏体（M）和残余奥氏体（A）（1）同一成分钢的CCT曲线位于C曲线的右下方。这说明要获得同样的组织，连续冷却转变比等温转变的温度要低些，孕育期要长些。（2）连续冷却时，转变是在一个温度范围内进行的，转变产物的类型可能不只一种，有时是几种类型组织的混合。（3）连续冷却转变时，共析钢不发生贝氏体转变。 共析钢的共析钢的C C曲线与曲线与CCTCCT曲线的比较曲线的比较 共析钢的珠光体型转变产物的形成温度和硬度组织名称表示符号形成温度/片层间距/um硬度珠光体索氏体屈氏体PSTA16506506006005500.40.40.20.2170170230HBS230HBS23

33、23 30HRC30HRC30 30 40HRC40HRC转变产物的一般性能变化：转变温度低的产物，硬度、强度高，而塑性、韧性低。转变温度高的产物，硬度、强度低，而塑性、韧性高。每种转变产物的性能变化还取决于组织形态。3-2 钢的退火与正火钢的退火与正火一、钢的退火钢的退火退火是将钢件加热到高于或低于钢的临界点(Ac3或Ac1)，保温一定时间，随炉缓慢冷却，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。1 1完全退火完全退火将钢件加热到Ac3以上3050，保温一定时间后，随炉缓慢冷却。完全退火的目的：1、细化晶粒，提高力学性能；2、降低硬度，便于切削加工；3、消除残余应力。主要用于亚共

34、析钢的铸件、锻件和焊接结构件，也可作为一些不重要工件的最终热处理。2 2球化退火球化退火将钢件加热至Ac以上2030，保温一定时间，再冷至Ar1以下20左右，保温一定时间，然后炉冷至600左右出炉空冷。球化退火主要用于过共析钢。用于过共析钢。其目的是消除过共析钢的网状二次渗碳体消除过共析钢的网状二次渗碳体，从而改善钢的切削加工性，并减少最终热处理时工件变形和开裂的倾向。3 3去应力退火去应力退火将工件缓慢加热到600650，保温一定时间，随炉缓慢冷却至室温。由于去应力退火加热温度低于A1，故钢在去应力退火过程中并无组织变化。去应力退火主要用于消除铸件、锻件及焊接结构件的残余应力，以及冷加工后的

35、加工应力。二、钢的正火二、钢的正火正火是将钢件加热到Ac3或Accm以上3050，保温一定时间后，从炉中取出，在空气中冷却空气中冷却的一种热处理工艺。正火与退火的主要区别是正火的冷却速度较快。正火的应用主要有以下几个方面：(1)最终热处理。因为正火可细化晶粒，增多珠光体数量，提高力学性能，因此可满足普通结构件对使用性能的要求。(2)改善低碳钢低碳钢的切削加工性能。低碳钢硬度偏低，切削时易“粘刀”。正火后的硬度高于退火，从而改善了切削加工性。(3)预先热处理。例如，过共析钢组织中有严重网状渗碳体，先进行一次正火处理，使网状渗碳体稍有断网，为球化退火作组织准备。由于正火比退火的生产周期短，热能消耗

36、少，操作简便。因此，在可能条件下，应以正火代替退火。各种退火和正火的加热温度各种退火和正火的加热温度3-3 钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、钢的淬火一、钢的淬火淬火是将钢件加热到Ac3或Ac1以上3050，保温一定时间后，在油中或水中快速冷却的一种热处理工艺。淬火的目的：获得马氏体组织，提高硬度和耐磨性。马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体，用符号M表示。马氏体由于溶入过多的碳而使-Fe晶格严重歪扭，从而具有高的硬度。含碳量越多，晶格歪扭越严重，马氏体的硬度就越高。马氏体的硬度主要决定于含碳量，如图所示。碳质量分数小于0.6时，随含碳量增加，马氏体硬度增加，大于0.6时，硬度增加不明显。 淬火加

37、热温度淬火加热温度亚共析钢的淬火加热温度为Ac3以上3050，使钢的组织全部转变为奥氏体。淬火时，由于冷却速度快，通过Ar3和Ar1温度时，奥氏体既不析出铁索体，又不转变为珠光体，而是在较低温度下转变为马氏体。过共析钢的淬火加热温度为Ac1以上3050，钢的组织转变为奥氏体和渗碳体。淬火后的组织是马氏体和渗碳体。二、钢的回火二、钢的回火1 1、回火：、回火：将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，经保温一定时间后冷却的一种热处理工艺。淬火易引起的缺陷：1、相变应力过大，易变形。2、脆性过大易开裂。3、组织不稳定，使用过程中组织发生转变而使尺寸变化。淬火后一定要回火。淬火与回火紧密相连，不可分割。回

38、火的目的：1、消除应力，2、提高塑性，3、稳定组织。2 2、回火的分类、回火的分类1 1、低温回火、低温回火 加热温度为150200。回火后得到的组织是回火马氏体回火马氏体。用符号M回表示。低温回火能够降低钢件的淬火应力和脆性，而且还能使钢件保持而且还能使钢件保持高的硬度高的硬度(HRC5864)和耐磨性。低温回火常用于各类高碳钢的刀具、量具和模具等。2 2、中温回火、中温回火 加热温度为350500。回火后的组织是极细的珠光体，叫回火屈氏体，回火后的组织是极细的珠光体，叫回火屈氏体，用符号T回表示。中温回火可以使钢件具有较高的硬度(HRC3545)，而且还有较高较高的弹性和屈服强度的弹性和屈

39、服强度。所以，中温回火常用于各种弹簧以及锻模等等各种弹簧以及锻模等等。各种回火的比较各种回火的比较3、高温回火、高温回火 加热温度为500650。回火后的组织是细的珠光体细的珠光体，叫回火索氏体，回火索氏体，用符号S回表示。高温回火后使钢有适当的强度、硬度(HRC2335)以及较高塑性、韧性相配合的综合力学性能综合力学性能。淬火后进行高温回火的热处理工艺，习惯上称为调质处理，简称习惯上称为调质处理，简称调质调质。它常用于各种受力复杂的重要零件，如轴类、螺栓和连杆等。 硬度 塑性低温回火中温回火高温回火表面热处理表面热处理目的：获得高硬度的表面性能，同时保持心部的目的：获得高硬度的表面性能，同时

40、保持心部的良好塑性。良好塑性。 一、表面淬火：一、表面淬火： l l、感应加热表面淬火、感应加热表面淬火 高频感应加热表面淬火高频感应加热表面淬火 200200300KHz 0.5300KHz 0.52mm2mm 小型零件小型零件 齿轮、轴类零件。（集肤效应）齿轮、轴类零件。（集肤效应）中频感应加热表面淬火中频感应加热表面淬火 50050010000Hz 210000Hz 28 mm8 mm 尺寸较大的曲轴、凸轮轴等。尺寸较大的曲轴、凸轮轴等。 工频感应加热表面淬火工频感应加热表面淬火 50Hz 50Hz 8 810 mm10 mm 2 2、火焰加热表面淬火、火焰加热表面淬火 处理大型、特大型

41、工件及其局部表面处理大型、特大型工件及其局部表面成分特点：成分特点：0.3-0.5%0.3-0.5%的中碳钢及中碳合金钢的中碳钢及中碳合金钢（提问）（提问）热处理工艺：正火或调质热处理工艺：正火或调质+ +表面淬火表面淬火+ +低温回火低温回火二、化学热处理（改变工件表面层的二、化学热处理（改变工件表面层的 化学成分）化学成分） 1 1、渗碳、渗碳 渗碳是将工件置于富碳的介质中，加热到高温渗碳是将工件置于富碳的介质中，加热到高温(900950)，使，使碳原子渗入工件表层的过程，其目的是使增碳的表面层经淬火和低温回火碳原子渗入工件表层的过程，其目的是使增碳的表面层经淬火和低温回火后，获得高硬度、

42、耐磨性和疲劳强度。适用于低碳非合金钢和低碳合金钢，后，获得高硬度、耐磨性和疲劳强度。适用于低碳非合金钢和低碳合金钢，常用于汽车齿轮、活塞销、套筒等零件。常用于汽车齿轮、活塞销、套筒等零件。 目的：增加钢表面的含碳量。渗碳的时间主要由渗碳层的深度决定，一般保目的：增加钢表面的含碳量。渗碳的时间主要由渗碳层的深度决定，一般保温温1h1h，渗碳层厚度约增，渗碳层厚度约增0.20.20.3mm0.3mm，渗碳层，渗碳层WWc c0.80.81.11.1。 通过热处理后获得高硬度、高耐磨性。通过热处理后获得高硬度、高耐磨性。工艺：加热到工艺：加热到900900950950渗碳处理后淬火加低温回火。渗碳处

43、理后淬火加低温回火。成分特点：成分特点：0.25%0.25%的低碳钢及低碳合金钢（提问）的低碳钢及低碳合金钢（提问）热处理工艺：渗碳热处理工艺：渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火 一般低碳非合金钢经渗碳淬火后表层硬度可达一般低碳非合金钢经渗碳淬火后表层硬度可达606064HRC64HRC，心部为，心部为303040HRC40HRC。 2 2、氮化氮化 将氮原子渗入工件表层的过程称渗氮将氮原子渗入工件表层的过程称渗氮(氮化氮化)，目的是提高工件，目的是提高工件表面硬度，耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性。常用的渗氮方法主表面硬度，耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性。常用的渗氮方法主要有气体渗氮

44、、液体渗氮及离子渗氮等。要有气体渗氮、液体渗氮及离子渗氮等。 目的：获得工件表面的氮化层，高硬度（目的：获得工件表面的氮化层，高硬度（HRC65HRC657070）、高耐磨性、耐蚀）、高耐磨性、耐蚀性。性。工艺：加热温度低（工艺：加热温度低（500500600600），变形小，成本高，氮化层薄、脆。），变形小，成本高，氮化层薄、脆。0.20.20.5mm0.5mm厚需厚需3030余小时。余小时。成分特点：成分特点：0.3-0.5%0.3-0.5%的中碳合金钢，一般需要专用的氮化用钢。（提问）的中碳合金钢，一般需要专用的氮化用钢。（提问）热处理工艺：热处理工艺：正火或调质正火或调质+ +氮化氮化

45、+ +低温回火低温回火 3 3、碳氮共渗：加热温度低、零件变形小，较高的硬度、耐磨性、疲劳强、碳氮共渗：加热温度低、零件变形小，较高的硬度、耐磨性、疲劳强度，有一定的抗蚀能力。度，有一定的抗蚀能力。二、化学热处理二、化学热处理 1-1 判断题判断题 1纯铁在升温过程中，912时发生同素异构转变，由体心立方晶格的-Fe转变为面心立方晶格的-Fe。这种转变也是结晶过程，同样遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律。 （ ）2钢和生铁都是铁碳合金。其中，碳的质量分数（又称含碳量）小于0.77%的叫钢，碳的质量分数大于2.11%的叫生铁。 （ ）3珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间。 （ ）4为了改善低碳钢的切削加工性能，可以用正火代替退火，因为正火比退火周期短，正火后