学习单元二钢铁材料

学习单元二钢铁材料学习任务一金属晶体结构与结晶2020/12/1812020/12/1822020/12/183大多数金属为银白色大多数金属为固体大多数金属有光泽大多数金属熔沸点高大多数金属能导电导热大多数金属有延展性铜（紫红色）金（黄色）汞（液态）2020/12/184主页前进后退物理性质物理性质比较导电性（以银的导电性为100作标准）密度（g·cm-3）熔点(℃)硬度（以金刚石的硬度为10作标准）银铜金铝锌铁铅10099746127177.9（优）（良）金铅银铜铁锌铝19.311.310.58.927.867.142.70（大）（小）钨铁铜金银铝锡3410153510831064962660232（高）（低）铬铁银铜金铝铅94~52.5~42.5~32.5~32~2.91.5（大）（小）2020/12/185金属之最地壳中含量最高的金属元素──目前世界年产量最高的金属──导电、导热性最好的金属──人体中含量最高的金属元素──熔点最高的金属──熔点最低的金属──你知道吗？铝钙铁银钨汞2020/12/186

根据你的生活经验和表中提供的信息，并查阅有关资料分析下列问题。1、为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？2、银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？3、为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能出现什么情况？4、为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？2020/12/187使用是否便利资源废料是否易于回收价格是否美观对环境的影响

考虑物质的用途时，需要考虑那些因素？2020/12/188资源丰富无毒轻便耐磨耐腐蚀美观、易加工2020/12/189第一节晶体的基本知识一、晶体与非晶体晶体：原子（或分子）在三维空间按一定的几何规律作周期性地排列的物体非晶体：原子（或分子）在三维空间无规则排列的物体

2020/12/1810性能上的区别：2020/12/1811二、晶格、晶胞和晶格常数晶体结构：晶体中原子规则排列的方式晶格：通过原子中心划出许多空间直线，由这些直线形成的空间格架晶胞：反映晶格特征最小组成单元晶格常数：描述晶胞几何特征的参数棱长：a、b、c

夹角：α、β、γ2020/12/1812第二章金属与合金的晶体结构第二节金属的晶体结构一、金属的特性和金属键金属晶体是金属键结合除晶体共有的特征外，还具有良好的导电性、导热性和塑性

2020/12/1813二、金属中常见的晶格要求：能够画出体心立方晶格和面心立方晶格2020/12/1814第二章金属与合金的晶体结构第三节合金的晶体结构一、几个重要的概念合金——由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质，如铝合金、镁合金组元——组成合金的最基本的、独立的物质，可以是纯元素或者稳定的化合物二元合金——由两个组元构成的合金,如铁碳合金相——合金中具有同一化学成分且结构相同，并有界面与其它部分分开的均匀部分2020/12/1815二、合金的相结构合金中的基本相：固溶体和金属化合物（一）固溶体：合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相1、分类间隙固溶体：溶质原子进入溶剂晶格各结点间的空隙中（有限固溶体）置换固溶体：溶质原子取代溶剂晶格某些结点上的原子间隙固溶体置换固溶体2020/12/18162、固溶体的性能固溶强化:通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象。溶质原子溶入形成合金→固溶体晶格畸变→阻碍位错运动→滑移变形困难→强度硬度↑但同时塑性韧性↓

这是提高金属材料力学性能的重要途径之一2020/12/1817（二）金属化合物:两组元相互作用化合形成的新相，具有复杂的晶体结构，晶格类型与组成化合物各组元的晶格类型完全不同，可用化学分子式表示1、分类（1）正常价化合物（2）电子化合物（3）间隙化合物2、性能：熔点高，性能硬而脆弥散强化：当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度和耐磨性明显提高的现象常见的是铁和碳的化合物，如Fe3C2020/12/1818第二章金属与合金的晶体结构第四节实际金属的晶体结构理想晶体+晶体缺陷——实际晶体实际晶体——单晶体和多晶体一、多晶体与亚组织单晶体：晶体内部晶格位向完全一致，各向异性多晶体：由许多晶粒组成的晶体，各向同性（多晶体中各晶粒位向不同，表现出它们的平均性能——各向同性）一般金属材料都是多晶体亚组织：晶粒内部存在的许多尺寸更小、位向差也很小的小晶块。相邻亚组织间的边界称为亚晶界2020/12/1819二、晶体的缺陷2020/12/1820点缺陷造成局部晶格畸变，使晶体性能发生改变，如强度、硬度和电阻增加（一）点缺陷——空位和间隙原子空位：晶格中没有原子的结点，如2、4、5间隙原子：位于晶格间隙中的原子，如32020/12/1821金属材料在高强度下，具有塑性变形能力，就是因为会发生位错（二）线缺陷——位错位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象刃型位错：晶体的一部分相对另一部分出现一个多余的原子面2020/12/1822线缺陷——位错2020/12/1823金属材料在高强度下，具有塑性变形能力，就是因为会发生位错（三）面缺陷——晶界和亚晶界晶界：晶粒与晶粒之间的接触界面亚晶界：相邻亚组织间的边界2020/12/1824学习任务二

碳钢、合金钢、铸铁1.能正确识别汽车上使用的碳钢件、合金钢件及铸铁件2.了解碳钢、合金钢及铸铁的性能2020/12/1825金属材料是汽车用材的主体，单单以重量而言，金属材料就占到全车的65％－80％，但是金属材料的种类有成千上万，怎么才能从中挑选出所需要的材料用来制造相应的零件呢？汽车上的金属零件2020/12/18261制造零件选取相应的材料需要了解以下内容：

零件的主要性能要求2所选用材料的主要特性3影响材料性能的主要因素4材料的大致加工工艺2020/12/18271．碳钢

碳钢通常指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。因其冶炼方便，加工容易，价格便宜，性能可以满足一般工程使用要求，所以是汽车工业用材的主体，占汽车用材总量的3/4左右。一、碳钢（1－1）2020/12/18281.碳钢的分类①按碳质量分数分：低碳钢——碳的质量分数为WC≤0.25%的钢；中碳钢——碳的质量分数为0.25%＜WC＜0.60%的钢；高碳钢——碳的质量分数为WC＞0.60%的钢。一、碳钢（1－2）2020/12/1829②按材质(主要根据硫、磷质量分数)分：普通钢——WS＜0.055%，WP＜0.045%；优质钢——WS＜0.040%，WP＜0.040%；高级优质钢——WS＜0.030%，WP＜0.035%；特级优质钢——WS＜0.025%，WP＜0.030%。一、碳钢（1－3）2020/12/1830③按用途分：碳素结构钢：用于制造各种机器零件和工程结构件。多为低碳钢和中碳钢。碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具和模具。多为高碳钢。④按冶炼方法分：平炉钢、转炉钢和电炉钢。⑤按炼钢的脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢和

半镇静钢。一、碳钢（1－4）2020/12/18312.汽车常用碳钢①普通碳素结构钢这类钢主要保证机械性能，故其牌号体现其机械性能。普通碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。例如：Q275表示屈服强度为275MPa。一、碳钢（1－5）2020/12/1832

普通碳素结构钢成分及性能特点成分特点：

杂质和非金属夹杂物较多性能特点：

冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大常用牌号和用途牌号:Q215-A.FQ235Q255

牌号解释:Q215表示屈服点为215MPa的A级沸腾钢。2020/12/1833普通碳素结构钢用途

厂房2020/12/1834普通碳素结构钢铆钉2020/12/1835普通碳素结构钢套环2020/12/1836普通碳素结构钢

钢轨2020/12/1837优质碳素结构钢用途

法兰盘2020/12/1838优质碳素结构钢

曲轴2020/12/1839优质碳素结构钢

螺旋弹簧2020/12/1840普通碳素结构钢在汽车零件中的应用一、碳钢（1－6）轮辐消声器轮辋2020/12/1841②优质碳素结构钢优质碳素结构钢必须保证钢的化学成分和机械性能。根据化学成分不同，优质碳素结构钢又分为普通含锰钢和较高含锰钢两类。一、碳钢（1－7）2020/12/1842优质碳素结构钢成分及性能特点成分特点:

含硫，磷及非金属夹杂物量较少性能特点：低碳钢强度，硬度较低，塑性，韧性及焊接性良好；中碳钢较高的强度，硬度，其塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低高碳钢较高的强度，硬度和弹性，但焊接性不好常用牌号和用途牌号：08F204560Mn牌号解释：08F表示平均含碳量0.08%的优质碳素结构钢,沸腾钢。20表示平均含碳量0.20%的优质碳素结构钢.60Mn表示平均含碳量0.60%的高锰优质碳素结构钢.2020/12/1843碳素工具钢成分及性能特点成分特点:

含碳量高,硫，磷及非金属夹杂物量较少性能特点：

钢强度，硬度高，淬透性低,加工性良好，价格低廉常用牌号和用途牌号：T8T10AT12牌号解释：T8表示平均含碳量0.8%的碳素工具钢。

T10A表示平均含碳量1.0%的高级优质碳素工具钢.

2020/12/1844碳素工具钢用途

模具2020/12/1845碳素工具钢

丝锥2020/12/1846碳素工具钢

锉刀2020/12/1847碳素铸钢在汽车零件中的应用一、碳钢（1－11）化油器齿轮2020/12/1848根据碳质量分数、热处理和用途的不同，优质碳素结构钢还可分为以下三类。渗碳钢：碳的质量分数为0.15%~0.25%；

调质钢：碳的质量分数为0.25%~0.50%；

弹簧钢：碳的质量分数为0.55%~0.9%。一、碳钢（1－8）2020/12/1849优质碳素结构钢在汽车零件中的应用一、碳钢（1－9）油底壳机油泵齿轮凸轮轴2020/12/1850③碳素铸钢铸钢能制造形状复杂的零件，而锻造件则无法做到，所以汽车上许多零件是用铸钢铸造而成的。铸钢的碳的质量分数一般在0.15%－0.6%之间，使用前应进行热处理改善性能。一、碳钢（1－10）2020/12/1851铸造碳钢

成分及性能特点成分特点:以碳为主要合金元素并含有少量其他元素性能特点：较高的强度、塑性和韧性，成本较低常用牌号和用途牌号：ZG200-400ZG200-400ZG270-500ZG310-570

牌号解释：ZG200-400表示屈服强度不小于200MPa,抗拉强度不小于400MPa的铸造碳钢.2020/12/1852铸造碳钢用途

机座2020/12/1853铸造碳钢

连杆2020/12/1854铸造碳钢

大齿轮2020/12/1855问题

选择适当的制造材料2020/12/1856齿轮受力情况：工作时齿表面承受较大的压力和摩擦，齿部还承受较大的交变应力和冲击力性能要求：较高强度，硬度，优良的综合力学性能材料选择：含碳量适当的碳素钢制造

叶片受力情况：承受较小的冲击载荷和磨檫力性能要求：要求一般的强度，硬度材料选择：含碳量适当的碳素钢制造

锉刀受力情况：承受较大的磨檫力性能要求：要求高的硬度，耐磨性材料选择：含碳量较高的碳素钢制造分析2020/12/1857碳素钢齿轮选材：中碳优质碳素结构钢如55钢

任务实施

叶片选材：普通碳素结构钢如Q195

锉刀选材：碳素工具钢如T122020/12/1858碳素钢

小结碳素钢的分类按钢的含碳量分低碳钢中碳钢高碳钢按钢的质量分普通钢优质钢高级优质钢按钢的用途分结构钢工具钢按冶炼时脱氧程度的不同分沸腾钢镇静钢半镇静钢分类

牌号

主要用途

普通碳素结构钢

Q235-A.F厂房、船舶、桥梁建筑结构或受力不大零件优质碳素结构钢

4508重要机械零件如法兰盘,齿轮等碳素工具钢

T10T12制造刀具,量具,模具等铸造碳钢

ZG200-400制造形状复杂力学性能要求较高的零件2020/12/1859

碳素钢作业解释下列牌号并各举一例说明主要用途。

Q215–A.F2040MnT12ZG200-400为下列构件选择合适的制造材料构件名称材料牌号齿轮机座锉刀叶片弹簧2020/12/1860

所谓合金钢，就是在碳钢的基础上，为了获得某种特定的性能，有目的地加入一种或多种元素的钢。加入的元素称为合金元素。二、合金钢（2－1）1.合金元素对钢性能的影响含碳量低的钢加入铬能提高强度和硬度；

含镍在6%以下时能使钢具有高强度和高的韧度；

含锰量在2%以下时，就能使钢的强度显著提高，而且有一定的韧度；

硅能提高钢的强度、硬度、疲劳强度、耐蚀性和抗氧化性。2020/12/1861钨能提高钢的强度及耐磨性，使钢具有良好的热硬性；

钒能使钢的强度和韧度同时提高，并提高钢的耐磨性和回火稳定性；

铝能提高钢的抗氧化性能。

氮能提高钢的硬度和耐热性；

钛能提高钢的强度，硬度和耐磨性，对塑性影响较小；

稀土元素对冶炼和铸造有良好的作用，还能提高钢的塑性和韧度，改善钢的特殊性能(耐热、耐蚀、抗氧化等)。二、合金钢（2－2）2020/12/18622.合金钢的分类及应用①分类：按用途分：合金结构钢：用来制造各种机械零件和工程结构合金工具钢：用来制造各种重要的工具和量具、刃具

特殊性能钢：用来制造有特殊性能要求的结构件和机

器零件二、合金钢（2－3）2020/12/1863按合金元素的含量分为：低合金钢——合金元素总含量小于5%中合金钢——合金元素的总含量为5%－10%高合金钢——合金元素的总含量大于10%按用途分为：

合金钢可分为合金结构钢、合金工具

钢和特殊性能钢三类二、合金钢（2－4）2020/12/1864②应用

合金结构钢在汽车上应用广泛，主要是在优质或高级优质碳素结构钢的基础上加入适量合金元素的钢。它主要用于制造各种重要的机器零件和受力工程结构，要求它有较高的机械性能和较好的加工工艺性能。二、合金钢（2－5）2020/12/1865合金钢在汽车零件中的应用二、合金钢（2－6）保险杠气门气门弹簧2020/12/1866●低合金结构钢(GB1591-1988)低合金结构钢碳质分数在0.1%－0.25%之间，所加入的合金元素不大于3%。

低合金结构钢的成分特点为低碳、低合金。

这类钢具有良好的塑性、韧度、焊接性及较好的耐磨性和耐蚀性。

主要用于制造工程结构如汽车大梁、船舶、车辆、压力容器和建筑结构桥梁及各种焊接构件。

一般在热轧空冷状态下使用。二、合金钢（2－7）2020/12/1867●合金渗碳钢(GB3077-1988)合金渗碳钢碳质分数在0.1%－0.25%之间，合金渗碳钢是在渗碳钢的基础上，加入一定量的合金元素而形成的。合金渗碳钢提高零件抵抗冲击载荷的能力；使工件在渗碳后可直接淬火，还能提高耐磨性。合金渗碳钢与碳钢渗碳件相比，具有工艺性能好、使用性能高的特点。二、合金钢（2－8）2020/12/1868●合金调质钢(GB3077-1988)

合金调质钢碳质分数在0.25%－0.50%之间，合金调质钢是在调质钢中加入一定量的合金元素而形成的。合金调质钢零件具有高而均匀的综合力学性能。二、合金钢（2－9）2020/12/1869●合金弹簧钢(GB1222-1984)合金弹簧钢的碳质分数比合金调质钢的高，一般在0.46%－0.70%之间。

在弹簧钢中加入合金元素即形成了合金弹簧钢。提高零件弹性、钢的淬透性，提高钢的弹性极限和屈强比。二、合金钢（2－10）2020/12/1870轴承●滚动轴承钢滚动轴承钢是用来制造滚动轴承的滚动体和内外圈的专用钢。必须具有高的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧度和抗蚀性。二、合金钢（2－11）2020/12/1871②灰口铸铁

有一定的机械性能和良好的切削加工性。③可锻铸铁

主要用于要求韧度较好的薄壁类零件。④球墨铸铁

球墨铸铁的强度和韧度比灰口铸铁、可锻铸

铁高，可代替钢材制造某些重要的机械零件。三、铸铁（3－1）1.铸铁的组织特征和分类①白口铸铁

为了得到表层的高硬度和耐磨性，常用激冷

的方法使表层获得白口铸铁的组织而心部由

于冷却速度较慢仍为灰口铸铁组织。碳的质量分数为2.11%－6.69%的铁碳合金称为铸铁。

在汽车上约50%－70%的金属材料为铸铁。2020/12/18722.铸铁的特性

铸铁的抗拉强度、塑性和韧度远不如钢。当铸铁承受压缩载荷时，具有较高的抗压强度。

石墨的存在固然降低了铸铁的力学性能，但给铸铁带来了一系列良好的其他性能如：优良的铸造性能;良好的切削加工性;较好的耐磨性和减震性;较低的缺口敏感性。三、铸铁（3－2）2020/12/18733.常用铸铁

①灰口铸铁：灰口铸铁良好的切削加工性、较高的耐磨性、减振性、低的缺口敏感性，且价格低廉。

三、铸铁（3－3）飞轮

汽缸盖

灰口铸铁在汽车零件中的应用2020/12/1874

②球墨铸铁：球墨铸铁的力学性能较高，在抗拉强度、屈服比、疲劳强度等方面都可以与钢媲美(冲击韧度则不如钢)。

球墨铸铁具有灰铸铁的许多优点，如良好的减振性、耐磨性、低的缺口敏感性等，都是钢所不及的;且价格又比钢便宜。

三、铸铁（3－4）曲轴

球墨铸铁在汽车零件中的应用2020/12/1875③可锻铸铁：一种具有团絮状石墨的高强度铸铁。其因塑性优于灰铸铁而得名，实际上并不能进行锻造加工。④蠕墨铸铁：用蠕墨铸铁制造的制动鼓的使用寿命比灰铸铁的高3倍多。三、铸铁（3－5）减速器壳体2020/12/1876⑤合金铸铁：在灰口铸铁或球墨铸铁中地加入一定量的合金元素的铸铁称为合金铸铁。

加入合金元素后可使铸铁具有耐热、耐酸或耐磨的特殊性能。

三、铸铁（3－6）2020/12/1877由于合金铸铁加工工艺较简单，成本较低，具有良好的使用性能，所以运用很广泛，但合金铸铁有较大的脆性和较低的机械性能。三、铸铁（3－7）活塞环

汽缸套

铸铁在汽车零件中的应用2020/12/1878一、选择题1．碳钢通常指碳的质量分数小于（）的铁碳合金。（A）1.11%（B）2.11%（C）3.11%2．含碳量低的钢加入铬能提高（）和（）。（A）强度和硬度

（B）塑性和韧度；

（C）耐蚀性和抗氧化性

3．碳素结构钢有（

），碳素工具钢有（

），优质碳素结构钢有（

）。（A）Q235-A（B）Q235-B（C）40（D）78（E）T12A二、填空题1.齿轮材料主要性能要求：具有

，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。齿心应有足够的

，以防止轮齿受

时断裂。2.合金渗碳钢碳质分数在

之间，合金渗碳钢是在渗碳钢的基础上，加入一定量的

而形成的。3．QT500-05牌号中，QT表示

，数字500表示

，数字05表示

。三、问答题1.碳钢中常存元素对碳钢性能有何影响？2.合金钢如何分类？3.铸铁具有哪些特性？2020/12/1879学习任务三

钢的热处理1.知道碳钢的性能、类型及在汽车的应用2.了解碳钢的热处理类型2020/12/1880

将固态金属或合金（固态钢件）通过加热、保温和冷却的工艺方法，使合金（钢件）的内部组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。什么叫热处理？为什么要热处理？

改变零件或毛坯的内部组织和力学性能，而不改变其形状和尺寸。（1）提高钢的力学性能（2）改善钢的工艺性能热处理的理论依据：铁碳相图2020/12/1881热处理方法热处理普通热处理表面热处理特殊热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理火焰加热感应加热(高、中、低频)渗碳氮化碳氮共渗其他形变真空其他2020/12/1882一、钢的退火和正火退火：将钢加热保温，然后随炉冷却或埋入灰中缓慢冷却。退火目的：1、退火细化晶粒，改善组织，提高钢的塑性和韧性；降低钢的硬度，提高切削性能；消除、减少内应力，稳定尺寸；消除阻止缺陷，使成分均匀化，为下一道热处理工序（如淬火）作准备。钢的常用热处理工艺2020/12/1883退火种类：

表5-3退火和正火的热处理工艺热处理名称热处理工艺热处理后的组织应用场合目的完全退火将亚共析碳钢加热到Ac3以上30～50℃，保温，随炉缓冷到600℃以下，出炉空冷铁素体＋珠光体用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件细化晶粒，消除内应力，降低硬度以便于随后的切削加工。等温退火将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度，等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温。铁素体＋珠光体用于奥氏体比较稳定的合金钢与完全退火相同，但所需时间可缩短一半，且组织也较均匀2020/12/1884表5-3退火和正火的热处理工艺（续）热处理名称热处理工艺热处理后的组织应用场合目的球化退火将过共析碳钢加热到Ac1以上20～30℃，保温2～4h，使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，形成均匀的颗粒状渗碳体铁素体基体上均匀分布的粒状渗碳体组织---球状珠光体用于共析钢、过共析钢和合金工具钢降低硬度、改善切削加工性能；获得均匀组织，为以后的淬火作组织准备均匀化退火将工件加热到Ac3或Accm以上150-300℃，保温10～15h，随炉缓冷到350℃，再出炉空冷。工件经均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严重的合金钢铸件高温长时间保温，使原子充分扩散，消除晶内偏析，使成分均匀化去应力退火将工件随炉缓慢加热到500～650℃，保温，随炉缓慢冷却至200℃出炉空冷组织无变化用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件消除残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂2020/12/1885T10钢球化退火组织(化染)5002020/12/18862、正火方法：加热到Ac3或Accm以上30～50℃保温，在空气中冷却。目的：细化晶粒，并使组织均匀化，提高低碳钢工件的硬度和切削加工性能；消除过共析钢中的网状碳化物，为后续热处理做组织准备。退火与正火的主要区别：正火的冷却速度比退火稍快些应用范围:1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ。2.最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。2020/12/18873、正火与退火的选择图5-14几种退火和正火的加热温度范围及工艺曲线示意图2020/12/18883、正火与退火的选择（1）从使用性能上考虑：（2）从切削加工性上考虑：低碳钢用正火，高碳钢和工具钢采用退火（3）从作用上考虑：过共析钢在球化退火之前往往要先进行一次正火，以抑制网状二次渗碳体的形成。（4）从经济上考虑优先选用正火2020/12/1889

淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间后快速冷却（大于临界冷却速度），以获得马氏体组织的热处理工艺。

淬火钢得到的组织主要是马氏体（或下贝氏体），其目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性。

二、钢的淬火2020/12/1890图5-15碳钢的淬火加热温度范围二、钢的淬火（一）加热温度和淬火组织●亚共析钢：Ac3+30~50℃

保温时组织：A

淬火组织：M+A’（少量）●共析、过共析钢：Ac1+30~50℃

保温时组织：A+Fe3C（粒）淬火组织：

M+A’（少量）+Fe3C（粒）

粒状的Fe3C可以提高淬火组织的耐磨性。2020/12/1891（二）淬火加热时间τ＝αKD式中：τ－加热时间（min）；α－加热系数（min/mm）K－装炉修正系数；D－工件有效厚度（mm）淬火加热缺陷：过热、过烧或表面氧化、脱碳等过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长，造成奥氏体晶粒粗大的现象。使马氏体粗大，引起脆断、淬火裂纹。纠正过热工件：进行细化晶粒的退火或正火。过烧是指工件在淬火加热时，温度过高，使奥氏体晶界发生氧化或出现局部熔化的现象，过烧的工件无法补救，只得报废。表面氧化、脱碳：工件与加热介质相互作用。2020/12/1892（三）淬火冷却介质１．理想淬火冷却速度理想冷却速度快慢慢图5-16钢的理想淬火冷却速度淬火介质决定了冷却速度→淬火后的组织。理想的淬火介质应达到的两个要求：（1）足够高的冷却速度；得到尽可能多的马氏体。（2）防止零件变形、开裂，在绕过“鼻尖”部后，应减缓冷却速度所以理想的冷却速度如图所示，开始冷却缓慢，在快要发生组织转变时快冷，随后再慢冷让马氏体转变慢慢的进行。2020/12/18932.常用淬火介质

水：淬火冷却能力较强，冷却特性不理想，用于尺寸较小的碳钢零件；盐水：冷却能力很强（水的10倍），用于淬透性较差的碳钢零件；矿物油：冷却速度比水小很多，常用于淬透性较高的合金钢，或尺寸小，形状复杂的碳钢件。硝盐浴和碱浴：冷却能力介于水和油之间，适用于截面不大，形状复杂，变形要求严格的碳素工具钢和合金钢，分级淬火、等温淬火等。2020/12/1894（四）淬火方法１．单液淬火２．双液淬火法３．分级淬火４．等温淬火

图5-17钢的常用淬火方法2020/12/1895单液淬火：直冷，简单易操作。双液淬火：先快后慢，降低组织应力。分级淬火：快-恒-快，降低热应力与组织应力。等温淬火：得到B下（工模具、弹簧）。局部淬火：量具等的局部区域。冷处理：-70～-80℃，降低A残%，稳定尺寸。卡规局部淬火特点2020/12/1896（五）钢的淬透性１、淬透性指钢在一定条件下淬火后，获得淬硬层深度的能力。一般规定，由钢的表面至内部马氏体组织量占50%处的距离称为淬硬性深度。在热处理生产中常用临界淬透直径（心部能淬透的最大直径）来衡量淬透性的大小。

表5－6列出部分常用钢材的临界淬透直径。

淬硬性是指钢淬火后形成的马氏体组织所能达到的最高硬度，它主要取决于马氏体中的含碳量，合金元素的含量对淬硬性影响不大。2020/12/18972、影响淬透性的因素主要取决于临界冷却速度Vk，临界冷却速度越小，淬透性越好。（1）化学成分大多数合金元素（除Co外）都能显著提高钢的淬透性。共析钢的淬透性最好（2）加热温度及保温时间提高奥氏体化温度和延长保温时间，会使奥氏体成分均匀，晶粒粗大，过冷奥氏体稳定性增加，临界冷却速度减小，淬透性提高。2020/12/1898三、钢的回火回火：将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷却下来的一种热处理工艺。回火的目的：消除淬火内应力，降低脆性，稳定工件的尺寸；调整硬度，提高塑韧性，获得工件最终所需要的力学性能。2020/12/1899（一）淬火钢在回火时的转变钢淬火后组织：马氏体+少量残余奥氏体(不稳定非平衡组织)

阶段转变特征马氏体分解100～200℃以ε相（Fe2.4C）的形式析出残余奥氏体分解200～300℃马氏体继续分解，残余奥氏体转变成下贝氏体回火托氏体(屈氏体）的形成250～400℃马氏体分解结束，α相转变为铁素体。在铁素体基体上分布着细颗粒状渗碳体的混合物组织，称为回火托氏体渗碳体聚集长大和铁素体再结晶400℃以上弥散分布的渗碳体长大成颗粒状，同铁素体发生再结晶，失去淬火马氏体的板条状或片状形态，而成为等轴多边形态，此时铁素体和渗碳体的混合物称为回火索氏体2020/12/181001.马氏体的分解（100～200℃）回火马氏体 回火时马氏体中过饱和的碳以ε相（Fe2.4C）的形式析出，过饱和α相含碳量下降。

低过饱和α＋ε碳化物回火马氏体2．残余奥氏体的分解（200～300℃）马氏体继续分解，残余奥氏体转变成下贝氏体。

组织：回火马氏体＋下贝氏体

（一）淬火钢在回火时的转变2020/12/181013．回火托氏体(屈氏体)的形成（250～400℃） 马氏体分解结束，α相转变为铁素体。过渡碳化物ε相（Fe2.4C）转变成稳定渗碳体，形成了在铁素体基体上分布着细颗粒状渗碳体的混合物组织，称为回火托氏体。

F＋Fe3C（弥散分布）→回火托氏体4．渗碳体聚集长大和铁素体再结晶（回火索氏体的形成）（400℃以上） 弥散分布的渗碳体长大成颗粒状，同时铁素体发生再结晶，失去淬火马氏体的板条状或片状形态，而成为等轴多边形态，此时铁素体和渗碳体的混合物称为回火索氏体组织：等轴晶F＋颗粒状Fe3C→回火索氏体

（一）淬火钢在回火时的转变2020/12/18102回火组织实例2020/12/18103回火马氏体组织金相图2020/12/18104回火托氏体组织金相图2020/12/18105回火索氏体组织金相图2020/12/18106（二）回火的分类及应用回火种类回火温度回火产物低温回火150～250℃回火马氏体，硬度58～62HRC中温回火350～500℃回火托氏体，硬度35～45HRC高温回火500～650℃回火索氏体，硬度25～35HRC2020/12/181071）低温回火回火温度为150－200℃，组织：回火马氏体，性能：高硬度，58－62HRC，高耐磨性。应用：刃具、量具、冷作模具、滚动轴承和渗碳工件2）中温回火回火温度为350－500℃

组织：回火托氏体性能：具有较高的弹性极限和屈强比，冲击韧性。应用：弹簧钢等弹性零件和热锻模如刀杆、轴套等。（二）回火的分类及应用2020/12/18108（二）回火的分类及应用3）高温回火回火温度为500－650℃组织：回火索氏体，性能：具有良好的综合力学性能。应用：主要用于重要结构零件，特别是交变载荷下的结构零件，如各种轴、连杆、齿轮等。调质处理：工业上通常将淬火与高温回火相结合的热处理工艺称为调质处理。2020/12/18109调质处理调质处理：工业上通常将淬火与高温回火相结合的热处理工艺称为调质处理。表5-745钢（Φ20mm～Φ40mm）调质与正火处理后力学性能的比较热处理状态σb（MPa）δ（%）αk（J）HBS组织正火700～80015～2040～64163～220索氏体(片状)调质750～85020～2564～96210～250回火索氏体(颗粒状)2020/12/18110（三）回火脆性图5-19钢的回火脆性示意图低温回火脆性（第一类），250℃～350℃，析出薄片状碳化物引起的，不可消除。高稳回火脆性（第二类），450℃～600℃，冷却速度较慢引起，可消除，可逆回火脆性。一般情况下，回火温度升高，硬度、强度下降；塑性、韧性提高。回火脆性：在回火过程中出现韧性下降的现象称为回火脆性,主要是由于碳化物析出和长大所致。2020/12/18111第四节钢的表面热处理工艺为什么要进行表面热处理许多零件（齿轮，轴承等）需要表面具有高硬度，高耐磨性，而心部具有好的塑韧性，表面淬火即可达到这一要求。2020/12/18112表面淬火是只对工件表层进行淬火的工艺。一、钢的表面淬火淬火工艺：将钢件表面迅速加热到奥氏体化后，急冷使表面层形成马氏体。而心部组织不发生变化，这样表面具有强硬特征而心部保持好的韧性。用于表面淬火用钢大多为低C或中C钢（即为亚共析钢）。淬火组织：由于从表面到心部的温度不同，淬火后组织也不同表面：温度>AC3，表面奥氏体化，淬火后为细小的马氏体（M）中间：温度在AC1～AC3之间，加热组织为A＋F，淬火后得到

M＋F