工程材料及热处理PPT完整全套教学课件

绪论【本章要点】

1.工程材料的分类

2.学习本课程的主要内容、目的与要求【本章难点】

简述本课程的主要内容【本章主要内容】工程材料的地位工程材料的分类及应用本课程的主要内容和目的全套PPT课件1、工程材料的地位开始时间时代公元前10万年石器时代公元前3000年青铜器时代公元前1000年铁器时代公元前0年水泥时代公元1800年钢时代公元1950年硅时代公元1990年新材料时代绪论纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料是人类生活和生产的物质基础，是衡量人类社会文明程度及生产力发展水平的标志。能源、信息和新材料已成为现代科学技术和现代文明的三大支柱。18世纪60年代，钢制工业的发展为蒸汽机的和应用奠定了物质基础。材料的种类、数量和质量已是衡量一个国家科学技术、国民经济水平以及社会文明的重要标志之一。绪论20世纪四项重大发现，即原子能、半导体、计算机、激光器的发展及应用，带动了高度信息的工业自动化，单晶硅材料起到了核心作用。2、工程材料的分类绪论绪论主要内容有金属学原理、金属材料的强化、各种常用工程材料、零件材料的选用以及工程材料实验等。3、本课程的主要内容与学习目的了解和掌握工程材料的成分、结构、处理和性能之间的基本规律，了解热处理工艺在零件加工工艺过程中的地位和作用，使学生具有合理选用材料、正确选用热处理工艺方法、妥善安排工艺路线等方面的初步能力。

第一章金属材料的性能1.1金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两个方面。使用性能它包括力学性能、物理性能和化学性能等。工艺性能是包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。力学性能是指材料在各种外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。⑴静载荷；⑵冲击载荷；⑶交变载荷。

第一章金属材料的性能1、力-伸长曲线与应力-应变曲线曲线分三个阶段：1.弹性变形阶段：op、pe段2.塑性变形阶段：es、sb3.断裂阶段：bk段力—伸长曲线应力—应变曲线2、强度指标强度：指金属材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。屈服点σs：是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值。抗拉强度σb:是材料在破断前所承受的最大应力值。

第一章金属材料的性能

第一章金属材料的性能3、塑性指标

塑性是指金属材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。（1）伸长率：

伸长率是指试样拉断后标距增长量与原始标距的百分比。（2）断面收缩率

：试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。δ和Ψ越大，说明材料塑性就越好。金属材料有良好的塑性，则可以进行轧制、锻造、冲压等成形加工。

第一章金属材料的性能硬度:指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标。4、硬度指标压头：用直径为D的球体（硬质合金球或钢球）表示方法：用符号HBW或HBS表示。（1）布氏硬度例1：270HBS10/1000/25表示用直径10mm的钢球，在9806N（1000kgf）试验力的作用下,保持25s时测得的布氏硬度值为270。例2：490HBW5/750表示用直径5mm的硬质合金球，在7355N（750kgf）试验力的作用下，保持10～15s时测得的布氏硬度值为490。

第一章金属材料的性能4、硬度指标布氏硬度试验法因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测金属的平均硬度，故试验结果较精确。但因压痕较大，不宜测试成品或薄板件。

应用：可用来测定未经淬火钢、铸铁、有色金属等。应用范围：（1）布氏硬度压头：用一个顶角1200的金刚石圆锥体或一定直径的钢球或硬质合金球为压头表示方法：用符号HR，有HRA、HRB、HRC三种标尺，其中HRC（范围20～70）应用最广。（2）洛氏硬度例1：例如某零件硬度50HRC表示用C标尺测定该零件表面的洛氏硬度值为50。

第一章金属材料的性能4、硬度指标

优点：实际测量时，硬度值一般均由硬度计的刻度盘上直接读出，操作迅速简便，由于压痕较小，可在成品表面或较薄的金属上进行试验。同时，采用不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬度。

缺点：是因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不够准确。故需测定三点，取其算术平均值。

一般用于测试淬火钢。应用范围：

第一章金属材料的性能（2）洛氏硬度（3）维氏硬度4、硬度指标

第一章金属材料的性能压头：金刚石正四棱锥体压头表示方法：用符号HV例：640HV30/20表示在试验力为294.2N下，保持20S测得的维氏硬度值为640。特点：载荷小，压入深度浅，可测试表面淬硬层及化学热处理的渗层等。应用：渗碳层、陶瓷、钢、有色金属、薄板、金属薄片、电镀层、微小物体材料，热处理碳化层、脱碳层和淬火硬化层的硬度测量。4、硬度指标应用范围：（3）维氏硬度

第一章金属材料的性能5、冲击韧性金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧性。（1）冲击试验方法与原理摆锤式冲击试验

第一章金属材料的性能Ak值高为韧性材料，值小为脆性材料。（2）冲击试验的应用实际构件往往发生低应力断裂。原因是由于裂纹扩展造成的。在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展的性能，称为断裂韧度。评定材料的低温变脆倾向反映原材料的冶金质量和热加工产品质量

第一章金属材料的性能

第一章金属材料的性能6、疲劳在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。疲劳极限：材料在无限多次交变载荷作用下，而不发生疲劳断裂的最大应力。实际测定时，材料不可能作无数次交变载荷试验，试验时规定：

1)钢铁材料（曲线1）取循环周次N0为107时能承受的最大循环应力为疲劳极限。

2)有色金属N0取108、不锈钢及腐蚀介质作用下N0为106而不断裂的最大应力，为该材料的疲劳极限。疲劳曲线

第一章金属材料的性能1.2、金属材料的物理性能、化学性能（略）1.3、金属材料的工艺性能（略）

第二章纯金属的晶体结构与结晶

晶体

——材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则、周期性排列。非晶体

——原子无规则堆积。1、晶体与非晶体2.1纯金属的晶体结构2、晶格与晶胞

第二章纯金属的晶体结构与结晶3、三种常见的金属晶体结构

第二章纯金属的晶体结构与结晶（1）体心立方晶格bcc（2）面心立方晶格fcc（3）密排六方晶格hcp（1）体心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等

第二章纯金属的晶体结构与结晶（2）面心立方晶格fcc-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag

等

第二章纯金属的晶体结构与结晶（3）密排六方晶格hcpC（石墨）、Mg、Zn等

第二章纯金属的晶体结构与结晶

第二章纯金属的晶体结构与结晶4、实际金属中的晶体缺陷单晶体：内部晶格位向完全一致

的晶体（理想晶体）。如单晶Si半导体。多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。晶粒（单晶体）实际金属中的晶体缺陷（1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子（2）线缺陷：位错（3）面缺陷：晶界与亚晶界

第二章纯金属的晶体结构与结晶（1）点缺陷

第二章纯金属的晶体结构与结晶位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律错排的现象，其中刃位错最常见。（2）线缺陷

——刃位错与螺位错

第二章纯金属的晶体结构与结晶晶格畸变的存在，使金属产生内应力，晶体性能发生变化，如强度、硬度和电阻增加，体积发生变化

（3）面缺陷——晶界、亚晶界晶粒（单晶体）晶界

第二章纯金属的晶体结构与结晶2.1纯金属的结晶

第二章纯金属的晶体结构与结晶凝固

(coagulation)

物质由液态转变成固态的过程。结晶

(crystal)*晶体物质由液态转变成固态的过程。凝固与结晶的概念过冷现象

(supercooling)通常把液体冷却到低于理论结晶温度的现象称为过冷过冷度

(degreeofsupercooling)ΔT=T0–Tn过冷是结晶的必要条件。

1.纯金属结晶结晶条件

第二章纯金属的晶体结构与结晶To1.纯金属结晶结晶条件时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线Tn结晶平台(是由结晶潜热导致)纯金属结晶时的冷却曲线

第二章纯金属的晶体结构与结晶2.纯金属结晶的一般过程包括形核和长大两个过程结晶过程示意图

第二章纯金属的晶体结构与结晶

（1）晶核的形成晶核：液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下,经一段时间后，一些大尺寸的晶坯将会长大，形成结晶核心。形核方式：自发形核和非自发形核

第二章纯金属的晶体结构与结晶（2）晶核的长大-树枝状长大初期，晶核外形比较规则晶体棱角形成枝晶生长（棱角处优先生长）。树枝状晶体长大过程示意图

第二章纯金属的晶体结构与结晶3.晶粒大小及其控制影响晶核的形核率和晶体长大率的因素（1）过冷度的影响

第二章纯金属的晶体结构与结晶*自发形核△T=200℃*非自发形核△T=20℃（2）未熔杂质的影响（3）细化晶粒的途径提高冷却速度机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。变质处理

第二章纯金属的晶体结构与结晶

第二章纯金属的晶体结构与结晶4、金属的同素异晶转变纯铁的同素异晶(allomorph)转变反应式:1394°C912°Cbccfccbccδ-Feγ-Feα-Fe1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Fe

α-Feγ-Fe纯铁的冷却曲线

第二章纯金属的晶体结构与结晶【本章内容】合金、相图等相关概念，以及合金的类型；三种基本相图、及其平衡结晶过程分析，形成合金的显微组织及杠杆定律；合金的结晶过程【本章重点】常用合金组织类型及其特点；典型合金的相图分析。【本章难点】二元合金相图的建立；相图分析方法。

第三章合金的结晶与相图一、基本概念合金：由金属元素与其他元素（这些元素可以是金属元素，也可以是非金属元素）组成的有金属特征的金属材料。Fe+CFe(C)合金（钢）Fe3C(化合物）

第三章合金的结晶与相图金属与非金属组成的是不是一定就是合金？组元：组成合金独立的最基本单元。组元可以是元素或是稳定化合物。Fe(C)合金Fe、C组元Fe、Fe3C组元

第三章合金的结晶与相图相：具有相同结构，相同成分和性能（也可以是连续变化的）并以界面相互分开的均匀组成部分，如液相、固相是两个不同的相。工业纯铁单相铁素体共析碳钢铁素体相、渗碳体相

第三章合金的结晶与相图组织：用肉眼或显微镜观察到的材料内部形貌图像的统称（宏观组织、微观组织）。组织是影响材料性能的重要因素。相是组织的基本组成部分相同的相，但当组成相的数量、大小、形态和分布不同时，其组织也不同！不同的相构成不同的组织！

第三章合金的结晶与相图溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相称为固溶体。

均一的、保持熔剂金属的晶体结构

晶格常数发生一定变化1.结构特点二、合金的结构根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。

第三章合金的结晶与相图2.固溶体的分类

按溶质原子所占据的位置置换固溶体：溶质原子一般为半径相差不大的原子间隙固溶体：溶质原子半径小的非金属原子

（H、O、N、C、B）

第三章合金的结晶与相图

按固态溶解度分：有限固溶体：间隙固溶体只能是有限固溶体无限固溶体：无限固溶体只能是置换固溶体

按溶质原子在晶格中的分布状态分：

有序固溶体、无序固溶体3.固溶体的性能固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，塑性、韧性稍有下降，这种现象称为～～。金属材料重要的强化方式之一，固溶体具有良好的综合机械性能（强硬度、塑韧性的综合），一般作为合金的基体相。

第三章合金的结晶与相图晶体结构不同于任一组元金属

性能不同于任一组元金属

一般具有较高的熔点、硬度，较大的脆性1.特点正常价化合物

电子化合物

间隙相和间隙化合物2.分类

第三章合金的结晶与相图金属间化合物：两组元形成合金时，当超过固溶体的溶解极限时，形成的一种晶体结构不同于任一组元的新相，称为金属间化合物，也称中间相。相图：以温度为纵坐标，以成分为横坐标，表明合金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成，以及这些相之间平衡关系的图形。

1、二元相图的建立（以热分析法为例）配制不同的Cu-Ni合金测定合金的冷却曲线找出合金的临界点将各临界点标在以温度为纵坐标，以成分为横坐标的图中，将同类临界点连接起来，得到Cu-Ni合金相图热分析法3.2二元合金相图

第三章合金的结晶与相图热分析法建立Cu-Ni相图

第三章合金的结晶与相图2、二元合金相图的基本类型两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图为二元匀晶相图。例：Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Cr等二元匀晶相图ab

:液相线ab:固相线L:液相区S:固相区L+S:液固共存区abLL+SSAB温度

第三章合金的结晶与相图匀晶相图结晶过程分析：

第三章合金的结晶与相图结晶在一个温度区间内进行,即为一个变温结晶过程。在两相区内,温度一定时,两相的成分(即Ni含量)是确定的。确定相成分的方法：过指定温度T1作水平线,分别交液相线和固相线于a1点c1点,则a1点c1点在成分轴上的投影点即相应为L相和α相的成分。随着温度的下降,液相成分沿液相线变化,固相成分沿固相线变化。两相区内,温度一定时,两相的重量比是一定的。（应用杠杆定律计算）二元共晶相图定义：两个组元在液态无限互溶，但固态只能有限互溶或不能互溶，并发生共晶反应的合金系所构成的相图为二元共晶相图。如：Pb-Sb、Pb-Sn、Cu-Ag等2、二元合金相图的基本类型

第三章合金的结晶与相图1）点2）线3）区4）特征反应式

Lα+β（1）相图分析：点、线、区β1234B温度Sn%SnLPbL+α

L+βαα+βACEDFG二元共晶相图

第三章合金的结晶与相图Pb-Sn合金相图二元共晶相图

第三章合金的结晶与相图

①合金I结晶过程其组成相是f点成分的α相和g点成分的β相。合金室温组织的相由α和β组成,α和βII即为组织组成物。（2）合金的结晶过程

第三章合金的结晶与相图②合金II的结晶过程

第三章合金的结晶与相图

共晶合金组织的形态

由于析出的二次β和二次α都相应地同β和α相连在一起，共晶体的形态和成分不发生变化。合金的室温组织全部为共晶体，即只含一种组织组成物；其组成相仍为α和β相。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程合金Ⅲ是亚共晶合金,

合金冷却到1点温度后,由匀晶反应生成α固溶体,叫初生α固溶体。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程从1点到2点温度的冷却过程中，按照杠杆定律，初生α的成分沿ac线变化，液相成分沿ad线变化；初生α逐渐增多，液相逐渐减少。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程当刚冷却到2点温度时，合金由c点成分的初生α相和d点成分的液相组成。然后液相进行共晶反应,但初生α相不变化。经一定时间到2‘点共晶反应结束时，合金转变为α+(α+β)。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程从共晶温度继续往下冷却,初生α中不断析出βII,成分由c点降至f点；共晶体形态、成分和总量保持不变。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程合金的室温组织为初生α+βII+(α+β)合金的组成相为α和β

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程④合金Ⅳ的结晶过程

第三章合金的结晶与相图思考？⑤组织和相的关系

第三章合金的结晶与相图共析相图d点成分(共析成分)的合金从液相经过匀晶反应生成γ相后,继续冷却到d点温度(共析温度)时,在此恒温下发生共析反应:γ→

(α+β)

由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相,此两相混合物称为共析体。共析相图中各种成分合金的结晶过程的分析与共晶相图相似,但因共析反应是在固态下进行的,所以共析产物比共晶产物要细密得。

第三章合金的结晶与相图固态下组元间不溶解的共晶相图

第三章合金的结晶与相图（3）相图与性能的关系

第三章合金的结晶与相图具有匀晶相图、共晶相图的合金的机械性能和物理性能随成分而变化的一般规律见下图：固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关,溶质的溶入量越多,晶格畸变越大,则合金的强度、硬度越高,电阻越大。两相组织合金的机械性能和物理性能与成分呈直线关系变化。对组织较敏感的某些性能如强度等,与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密,强度越高(见图中虚线)。当形成化合物时，则在性能一成分曲线上于化合物成分处出现极大值或极小值。（3）相图与性能的关系——机械性能和物理性能

第三章合金的结晶与相图相图与性能的关系——合金铸造性能与相图的关系【本章内容】合金、相图等相关概念，以及合金的类型；三种基本相图、及其平衡结晶过程分析，形成合金的显微组织及杠杆定律；合金的结晶过程【本章重点】常用合金组织类型及其特点；典型合金的相图分析。【本章难点】二元合金相图的建立；相图分析方法。

第三章合金的结晶与相图一、基本概念合金：由金属元素与其他元素（这些元素可以是金属元素，也可以是非金属元素）组成的有金属特征的金属材料。Fe+CFe(C)合金（钢）Fe3C(化合物）

第三章合金的结晶与相图金属与非金属组成的是不是一定就是合金？组元：组成合金独立的最基本单元。组元可以是元素或是稳定化合物。Fe(C)合金Fe、C组元Fe、Fe3C组元

第三章合金的结晶与相图相：具有相同结构，相同成分和性能（也可以是连续变化的）并以界面相互分开的均匀组成部分，如液相、固相是两个不同的相。工业纯铁单相铁素体共析碳钢铁素体相、渗碳体相

第三章合金的结晶与相图组织：用肉眼或显微镜观察到的材料内部形貌图像的统称（宏观组织、微观组织）。组织是影响材料性能的重要因素。相是组织的基本组成部分相同的相，但当组成相的数量、大小、形态和分布不同时，其组织也不同！不同的相构成不同的组织！

第三章合金的结晶与相图溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相称为固溶体。

均一的、保持熔剂金属的晶体结构

晶格常数发生一定变化1.结构特点二、合金的结构根据构成合金的各组元之间相互作用的不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。

第三章合金的结晶与相图2.固溶体的分类

按溶质原子所占据的位置置换固溶体：溶质原子一般为半径相差不大的原子间隙固溶体：溶质原子半径小的非金属原子

（H、O、N、C、B）

第三章合金的结晶与相图

按固态溶解度分：有限固溶体：间隙固溶体只能是有限固溶体无限固溶体：无限固溶体只能是置换固溶体

按溶质原子在晶格中的分布状态分：

有序固溶体、无序固溶体3.固溶体的性能固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，塑性、韧性稍有下降，这种现象称为～～。金属材料重要的强化方式之一，固溶体具有良好的综合机械性能（强硬度、塑韧性的综合），一般作为合金的基体相。

第三章合金的结晶与相图晶体结构不同于任一组元金属

性能不同于任一组元金属

一般具有较高的熔点、硬度，较大的脆性1.特点正常价化合物

电子化合物

间隙相和间隙化合物2.分类

第三章合金的结晶与相图金属间化合物：两组元形成合金时，当超过固溶体的溶解极限时，形成的一种晶体结构不同于任一组元的新相，称为金属间化合物，也称中间相。相图：以温度为纵坐标，以成分为横坐标，表明合金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成，以及这些相之间平衡关系的图形。

1、二元相图的建立（以热分析法为例）配制不同的Cu-Ni合金测定合金的冷却曲线找出合金的临界点将各临界点标在以温度为纵坐标，以成分为横坐标的图中，将同类临界点连接起来，得到Cu-Ni合金相图热分析法3.2二元合金相图

第三章合金的结晶与相图热分析法建立Cu-Ni相图

第三章合金的结晶与相图2、二元合金相图的基本类型两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图为二元匀晶相图。例：Cu-Ni、Cu-Au、Au-Ag、Fe-Cr等二元匀晶相图ab

:液相线ab:固相线L:液相区S:固相区L+S:液固共存区abLL+SSAB温度

第三章合金的结晶与相图匀晶相图结晶过程分析：

第三章合金的结晶与相图结晶在一个温度区间内进行,即为一个变温结晶过程。在两相区内,温度一定时,两相的成分(即Ni含量)是确定的。确定相成分的方法：过指定温度T1作水平线,分别交液相线和固相线于a1点c1点,则a1点c1点在成分轴上的投影点即相应为L相和α相的成分。随着温度的下降,液相成分沿液相线变化,固相成分沿固相线变化。两相区内,温度一定时,两相的重量比是一定的。（应用杠杆定律计算）二元共晶相图定义：两个组元在液态无限互溶，但固态只能有限互溶或不能互溶，并发生共晶反应的合金系所构成的相图为二元共晶相图。如：Pb-Sb、Pb-Sn、Cu-Ag等2、二元合金相图的基本类型

第三章合金的结晶与相图1）点2）线3）区4）特征反应式

Lα+β（1）相图分析：点、线、区β1234B温度Sn%SnLPbL+α

L+βαα+βACEDFG二元共晶相图

第三章合金的结晶与相图Pb-Sn合金相图二元共晶相图

第三章合金的结晶与相图

①合金I结晶过程其组成相是f点成分的α相和g点成分的β相。合金室温组织的相由α和β组成,α和βII即为组织组成物。（2）合金的结晶过程

第三章合金的结晶与相图②合金II的结晶过程

第三章合金的结晶与相图

共晶合金组织的形态

由于析出的二次β和二次α都相应地同β和α相连在一起，共晶体的形态和成分不发生变化。合金的室温组织全部为共晶体，即只含一种组织组成物；其组成相仍为α和β相。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程合金Ⅲ是亚共晶合金,

合金冷却到1点温度后,由匀晶反应生成α固溶体,叫初生α固溶体。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程从1点到2点温度的冷却过程中，按照杠杆定律，初生α的成分沿ac线变化，液相成分沿ad线变化；初生α逐渐增多，液相逐渐减少。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程当刚冷却到2点温度时，合金由c点成分的初生α相和d点成分的液相组成。然后液相进行共晶反应,但初生α相不变化。经一定时间到2‘点共晶反应结束时，合金转变为α+(α+β)。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程从共晶温度继续往下冷却,初生α中不断析出βII,成分由c点降至f点；共晶体形态、成分和总量保持不变。

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程合金的室温组织为初生α+βII+(α+β)合金的组成相为α和β

第三章合金的结晶与相图③合金Ⅲ的结晶过程④合金Ⅳ的结晶过程

第三章合金的结晶与相图思考？⑤组织和相的关系

第三章合金的结晶与相图共析相图d点成分(共析成分)的合金从液相经过匀晶反应生成γ相后,继续冷却到d点温度(共析温度)时,在此恒温下发生共析反应:γ→

(α+β)

由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相,此两相混合物称为共析体。共析相图中各种成分合金的结晶过程的分析与共晶相图相似,但因共析反应是在固态下进行的,所以共析产物比共晶产物要细密得。

第三章合金的结晶与相图固态下组元间不溶解的共晶相图

第三章合金的结晶与相图（3）相图与性能的关系

第三章合金的结晶与相图具有匀晶相图、共晶相图的合金的机械性能和物理性能随成分而变化的一般规律见下图：固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关,溶质的溶入量越多,晶格畸变越大,则合金的强度、硬度越高,电阻越大。两相组织合金的机械性能和物理性能与成分呈直线关系变化。对组织较敏感的某些性能如强度等,与组成相或组织组成物的形态有很大关系。组成相或组织组成物越细密,强度越高(见图中虚线)。当形成化合物时，则在性能一成分曲线上于化合物成分处出现极大值或极小值。（3）相图与性能的关系——机械性能和物理性能

第三章合金的结晶与相图相图与性能的关系——合金铸造性能与相图的关系第四章铁碳合金4.1铁碳合金的基本相及组织铁素体(Ferrite)定义——C在α-Fe中的间隙固溶体。代表符号：用F或α表示。溶碳量：F溶C能力很差。最大溶碳量为727℃时的wc=0.0218%。性能：F强度差、硬度低，塑性好。含较多F的铁碳合金易于进行冲压等变形加工。奥氏体(Austenite)定义——C在γ-Fe中的间隙固溶体。代表符号：用A或γ表示。溶碳量：溶碳能力较大，主要存在于727℃以上的高温范围内。在1148℃时溶碳能力最大，达到2.11%。性能：γ硬度较低，塑性较高。钢通常加热到奥氏体状态锻造。第四章铁碳合金4.1铁碳合金的基本相及组织渗碳体（Cementite）定义——C与Fe的化合物（Fe3C）。代表符号：

Cm溶碳量：含碳6.69%，铁碳合金中渗碳体量多会导致材料力学性能变坏。适量渗碳体若弥散分布在基体上，可提高材料强度和硬度。性能：其硬度高，极脆，塑性几乎为0，熔点为1227℃。第四章铁碳合金4.1铁碳合金的基本相及组织珠光体(Pearlite)定义：F＋Fe3C的一种机械混合物。代表符号：P溶碳能力：碳质量分数为0.77%。性能：组织为层片状结构，综合了铁素体和渗碳体优点，其综合力学性能好。片层越细密，材料强度越高。第四章铁碳合金4.1铁碳合金的基本相及组织莱氏体(Ledeburite)定义：由A＋Fe3C组成的一种机械混合物。代表符号：

Ld溶碳能力：碳质量分数4.3%性能：组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体，主要体现了渗碳体特点，硬而脆。第四章铁碳合金4.1铁碳合金的基本相及组织4.2铁碳合金相图Fe-Fe3C相图第四章铁碳合金简化的Fe-C相图4.2铁碳合金相图第四章铁碳合金4.2铁碳合金相图分析Fe–C相图的组元铁(Ferrite)渗碳体(Cementite)铁的晶体结构<912℃，为体心立方，称为α-Fe912℃～1394℃，面心立方，称为γ-Fe1395℃～1538℃，体心立方，称为δ-Fe第四章铁碳合金铁碳合金相图中的关键点第四章铁碳合金相图中的特性点（共14个）（１）组元的熔点：A（0，1538）纯铁的熔点；D（6.69，1227）Fe3C的熔点（２）同素异构转变点：N（0，1394）；G（0，912）（３）碳在铁中最大溶解度点：P:碳在α-Fe中的最大溶解度E:碳在γ-Fe中的最大溶解度H:碳在δ-Fe中的最大溶解度Q:室温下碳在α-Fe中的溶解度4.2铁碳合金相图分析第四章铁碳合金相图中的特性点（共14个）（４）三相共存点：共析点S共晶点C包晶点J（５）其它点BFK4.2铁碳合金相图分析第四章铁碳合金五个重要的成份点:

P、S、E、C、K。4.2铁碳合金相图分析第四章铁碳合金Fe-Fe3C相图的特性线液相线ABCD和固相线AHJECF4.2铁碳合金相图分析第四章铁碳合金三条三相共存的水平线：HJB、ECF、PSK4.2铁碳合金相图分析第四章铁碳合金三条重要的线:ES、GS、PQES线：是碳在A中的固溶线,通常叫做Acm线。Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII的临界温度线。GS线：是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线,通常称A3线。第四章铁碳合金4.2铁碳合金相图分析PQ线是碳在F中固溶线相区（单相区、两相区、三相区）第四章铁碳合金4.2铁碳合金相图分析两个重要的相转变1、共晶转变（ECF线上)：LC

(

AE

+Fe3C)Ld

1148℃2、共析转变(PSK线上)：AS

(

FP

+Fe3C)P

727℃第四章铁碳合金4.2铁碳合金相图分析第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析1、工业纯铁(ingotiron)

（C%<0.0218%）2、钢（0.0218%≤C%≤2.11%）（分三类）3、白口铁（2.11%<C%<6.69%）（分三类）4.3.1铁碳合金的分类（按成分不同分类）亚共析钢（0.0218%<C%<0.77%）共析钢（C%=0.77%）过共析钢（0.77%<C%≤2.11%）

亚共晶白口铁（2.11%<C%<4.3%）共晶白口铁（C%=4.3%）过共晶白口铁（4.3%<C%<6.69%）典型铁碳合金在Fe-Fe3C相图中的位置第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析1、工业纯铁(Wc<0.0218%)结晶过程分析第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析2、共析钢（0.77%）的结晶过程（重点）第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析碳质量分数为0.77%的钢为共析钢共析钢的室温组织组成物全部是珠光体P,而组成相为F和Fe3C3、亚共析钢(0.0218%<C<0.77%)的结晶过程第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析亚共析钢的组织组成物为F和P亚共析钢的组成相为F和Fe3C4、过共析钢(0.77%<C≤2.11%)的结晶过程第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析过共析钢的组织组成物为Fe3CII和P；过共析钢的组成相为F和Fe3C5、共晶白口铁(C=4.3%)的结晶过程第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析如图4-9中的合金⑤，在1点(1148℃)发生共晶反应：由液态转变为高温莱氏体Ld，1～2之间从A中不断析出Fe3CⅡ至2点温度(727℃)时A的含碳量降为0.77％，此时发生共析反应转变为P，高温莱氏体转变为低温莱氏体。。6、亚共晶白口铁(2.11%<C<4.3%)和过共晶白口铸铁

(4.3%<C<6.69%)的结晶过程第四章铁碳合金4.3典型铁碳合金结晶过程分析用同样的方法分析亚共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁的结晶过程。它们的常温组织分别为：Fe3CⅠ+P+Fe3CⅡ+第四章铁碳合金4.4碳对铁碳合金组织和性能的影响1、含碳量对力学性能的影响在选材方面的应用若零件要求塑性、韧性好，应选用低碳钢(含碳量0.10％～0.25％)，如冲压件、焊接件、抗冲击结构件等；若要求强度、塑性、韧性都较好，应选用中碳钢(含碳量0.25％～0.60％)，如轴、齿轮等；若要求硬度高、耐磨性好，则应选用高碳钢(含碳量0.6％～1.3％)，如工具和模具。白口铸铁硬而脆，不易切削加工，也不能塑性加工，但其铸造性能优良，耐磨性好，可用于制造要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件，如冷轧辊、犁铧、球磨机的铁球等。

第四章铁碳合金2、铁碳合金相图的应用4.4碳对铁碳合金组织和性能的影响在制定热加工工艺方面的应用

铸造工艺可根据Fe-Fe3C相图确定不同成分材料的熔点，制定浇注温度和工艺；根据相图液相线和固相线之间的距离估计铸件性能的好坏，距离越小，铸造性能越好。锻造工艺可根据Fe-Fe3C相图确定锻造温度。钢处于奥氏体状态时强度低、塑性好，便于塑性加工，所以锻造都选择在单相奥氏体区内进行。始锻温度不能过高，一般在固相线以下100～200℃，以免钢材严重氧化。终锻温度不能过低，以免因塑性降低而锻裂，而过高则会使锻轧件晶粒粗大。第四章铁碳合金2、铁碳合金相图的应用4.4碳对铁碳合金组织和性能的影响5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化（一）单晶体的塑性变形单晶体塑性变形基本形式：滑移(fcc、bcc)孪生(hcp)。1、滑移滑移：指晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。

滑移带：当试样经过塑性变形后，在显微镜下观察，可在表面看到许多相互平行的线条，称之为滑移带。若干条滑移线组成一个滑移带。5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化（1）滑移的特点：①滑移只能在切应力的作用下发生。5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化②滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。③滑移的结果产生滑移带，滑移的距离是原子间距的整数倍④滑移的同时伴随着晶体的转动

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

滑移是通过滑移面上位错（一排原子）的运动来实现的。（2）滑移的机理5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化孪生：指晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生晶向)产生一定角度的切变。发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面，孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。2、孪生5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化（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。孪生使一部分晶体发生一定角度切变，滑移时伴随的移动只集中在滑移面上。

（2）孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速。在滑移较难进行时发生孪生。（3）孪生产生的塑性变形量小（≤滑移变形量的10％），但引起的晶格畸变大。3、滑移和孪生5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化1.晶界的影响当位错运动到晶界附近时，由于晶界处的原子排列紊乱，缺陷和杂质多，能量高，对位错的滑移起阻碍作用，位错受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。（二）多晶体的塑性变形单个晶粒变形与单晶体相似。而多晶体变形是一个不均匀的塑性变形过程。5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化2.

晶粒位向的影响由于各相邻晶粒位向不同，当一处利于滑移方向晶粒发生滑移时，必然受到周围位向不同的其他晶粒的约束，使滑移受到阻碍，从而提高金属塑性变形抗力。5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化3、晶粒大小的影响晶粒越细，其强度和硬度越高。细晶强化：通过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。

5.1塑性变形的形式及过程第五章金属材料的塑性变形与强化对热轧或冷变形后退火态使用的合金，可调整变形度和再结晶退火温度来细化晶粒；对热处理强化态使用的合金可控制奥氏体化温度，利用相变重结晶来细化晶粒。

1、晶粒发生变形，沿形变方向被拉长或压扁。当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成所谓纤维组织。产生的纤维组织将会使金属的力学性能具有明显的方向性，即造成各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等

5.2冷塑性变形对组织与性能的影响第五章金属材料的塑性变形与强化2、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化

金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。5.2冷塑性变形对组织与性能的影响第五章金属材料的塑性变形与强化随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。3、织构产生，各向异性

金属塑性变形到很大程度(70%以上)时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构叫做形变织构。纤维组织及织构的形成，使金属的性能产生各向异性。

5.2冷塑性变形对组织与性能的影响第五章金属材料的塑性变形与强化4、产生残余内应力内应力的存在，使金属强度降低，易产生应力腐蚀，引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂。5.2冷塑性变形对组织与性能的影响第五章金属材料的塑性变形与强化

金属经冷变形后,组织处于不稳定状态,有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。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。一、回复与再结晶5.3冷塑性变形金属的加热后组织和性能的变化第五章金属材料的塑性变形与强化1、回复此阶段加热温度较低时，缺陷数量减少等，但仍保持高密度位错。

工业上常利用回复过程对变形金属进行去应力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。5.3冷塑性变形金属的加热后组织和性能的变化第五章金属材料的塑性变形与强化被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶，位错数目大大减少，基本消失。5.3冷塑性变形金属的加热后组织和性能的变化第五章金属材料的塑性变形与强化2、再结晶再结晶的特点：不是相变，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同；是形核与长大的过程；再结晶没有确定的转变温度。消除加工硬化的热处理称为再结晶退火。再结晶退火温度常比再结晶温度高100~200℃。5.3冷塑性变形金属的加热后组织和性能的变化第五章金属材料的塑性变形与强化影响再结晶温度的因素（1）预先变形度

预先变形度越大，再结晶温度越低。（2）金属的纯度

杂质或合金元素，提高再结晶温度。（3）退火加热速度

加热速度越快，再结晶温度越低。3、晶粒长大

再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。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。5.3冷塑性变形金属的加热后组织和性能的变化第五章金属材料的塑性变形与强化一、金属材料的热加工与冷加工的区别

热加工再结晶温度冷加工热加工时:原晶粒变形晶粒新形成的小晶粒全部新晶粒残留的变形晶粒5.4热塑性变形对金属组织和性能的影响第五章金属材料的塑性变形与强化冷加工的特点：有加工硬化现象，变形后获得加工硬化组织热加工的特点：不显示加工硬化现象，变形后获得再结晶组织5.4热塑性变形对金属组织和性能的影响第五章金属材料的塑性变形与强化二、金属热加工时组织和性能的变化使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。

热加工可使各种可变形的夹杂物会沿变形方向拉长呈流线分布，也称纤维组织。热加工时应力求使流线合理分布。5.4热塑性变形对金属组织和性能的影响第五章金属材料的塑性变形与强化（1）消除铸态金属的某些缺陷（2）形成流线在加工亚共析钢时，发现钢中的F与P呈带状分布，这种组织称带状组织。第五章金属材料的塑性变形与强化热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形方向交替地呈带状分布，称为带状组织。（3）形成带状组织5.4热塑性变形对金属组织和性能的影响热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。第六章钢的热处理6.1概述

2、热处理特点：热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。3、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。第六章钢的热处理6.1概述4、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：其他热处理普通热处理表面热处理热处理退火正火淬火回火真空热处理形变热处理激光热处理控制气氛热处理表面淬火—感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等第六章钢的热处理6.1概述热处理的三个阶段：加热、保温、冷却。第六章钢的热处理6.1概述6.2钢在加热时的转变1.奥氏体的形成铁碳相图中的三条线：PSK线(A1)GS线(A3)ES线(Acm)铁碳相图第六章钢的热处理

实际加热和冷却时的相变是在不完全平衡条件下进行的，相变温度和平衡相变点之间存在一定的差异。加热时临界温度标为：Ac1、

Ac3、

Accm冷却时临界温度标为：Ar1、

Ar3、

Arcm图加热和冷却速度0.125℃/min)对临界点A1A3Acm的影响第六章钢的热处理6.2钢在加热时的转变以共析钢为例：室温组织为：P(F+Fe3C)加热到Ac1:P→A包括四个过程：第六章钢的热处理（1）奥氏体的形成过程6.2钢在加热时的转变（2）影响奥氏体转变速度的因素

①加热温度：温度↑奥氏体化速度↑

②加热速度：V↑→转变开始温度↑，转变时间↓③钢中碳质量分数：C%↑→界面多→转变快④合金元素除Co和Ni外，大多数合金元素会减慢碳在奥氏体中的扩散速度。⑤原始组织片状，片间距小→相界面多→奥氏体形核长大快第六章钢的热处理6.2钢在加热时的转变（3）影响奥氏体晶粒度的因素：①加热温度和保温时间温度↑晶粒长大②钢的成分W(C)↑晶粒长大，但若碳以未溶碳化物的形式存在，则它有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。第六章钢的热处理6.2钢在加热时的转变钢中的合金元素如Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、A1、Si、Ni、Co、Cu等均阻碍奥氏体晶粒长大，而Mn、P则有促使奥氏体晶粒长大的倾向。6.3钢在冷却时的转变1.过冷奥氏体的等温转变第六章钢的热处理处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。

过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。

两种冷却方式示意图1——等温冷却2——连续冷却

过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急速冷却到临界点A1以下在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线。又称C曲线或TTT曲线。6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理（1）C曲线的建立

以共析钢为例：6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理高于A1温度为奥氏体稳定区

在A1-Ms间及转变开始线以左是过冷奥氏体区

在A1-Ms间及转变结束线以右是转变产物区(P或B)在两条线之间是转变过渡区(A冷+P或A冷+B)

水平线MS～Mf之间为马氏体转变区

6.3钢在冷却时的转变1.过冷奥氏体的等温转变珠光体(P)：A1~650℃①高温转变图共析钢过冷A的等温转变曲线珠光体类型的组织：索氏体(S)：650~600℃屈氏体(T)：600~550℃6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理（3）过共析钢等温转变的组织贝氏体(bainite)类型的组织：上贝氏体(B上)：550~350℃②中温转变下贝氏体(B下)：350℃~Ms6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理（3）过共析钢等温转变的组织在高温区过冷奥氏体将先有一部分转变为铁素体。（4）亚共、共析钢过冷奥氏体的等温转变6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理在高温区过冷奥氏体将先有一部分转变为渗碳体2.过冷奥氏体连续转变产物Ps线为过冷A转变为珠光体型组织的开始线。Pf线为转变终了线。KK’线为过冷A转变中止线。(1)共析钢过冷A的连续冷却转变曲线(ContinuousCoolingTransformationCCT曲线)共析钢的连续转变曲线6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理共析钢的连续转变曲线6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理过冷A的CCT曲线特点：共析钢的CCT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中止线。图中的Vk

为CCT曲线的临界冷却速度，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度。CCT曲线位于TTT曲线右下方。实际中常用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。CCT曲线和C曲线的比较6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理炉冷：P空冷：S油冷：T+M+残余A水冷：M+残余A

图共析钢的连续转变曲线(2)共析钢过冷A的连续冷却转变产物6.3钢在冷却时的转变第六章钢的热处理四把火退火正火淬火回火低温回火中温回火高温回火6.4钢的退火与正火第六章钢的热处理退火目的：⑴调整硬度，便于切削加工。⑵消除内应力，防止加工中变形。⑶细化晶粒，为最终热处理作组织准备。将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。1.退火(anneal)6.4钢的退火与正火第六章钢的热处理退火种类扩散退火完全退火球化退火去应力退火等温退火再结晶退火6.4钢的退火与正火第六章钢的热处理等温退火亚共析钢加热温度Ac3+30～50℃共析、过共析钢加热温度Ac1+30～50℃保温后快冷到略低于Ar1的温度停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。

6.4钢的退火与正火第六章钢的热处理钢材或钢件加热到Ac3（对于亚共析钢）和Accm（对于过共析钢）以上30℃-50℃，保温适当时间后，在自然空气中均匀冷却的热处理工艺。2.正火(normalize)6.4钢的退火与正火第六章钢的热处理（1）作为最终热处理：细化晶粒、均匀组织（2）对结构较大的合金结构钢，淬火或调质前常进行正火，并获得细小而均匀的组织。（3）改善切削加工性能：提高硬度（对低碳钢或低碳合金钢）目的：1.淬火(quench)将钢件加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺。(1)淬火工艺①淬火温度亚共析钢：Ac3+30℃～50℃图钢的淬火温度范围6.5钢的淬火与回火第六章钢的热处理②加热时间的确定升温和保温共析钢：Ac1+30-50℃过共析钢:Ac1+30-50℃1.淬火(quench)6.5钢的淬火与回火第六章钢的热处理①淬火温度图钢的淬火温度范围常用水和油，水一般用于碳钢。油一般用于合金钢。③淬火冷却介质第六章钢的热处理④淬火方法淬火方法单介质淬火双介质淬火分级淬火等温淬火6.5钢的淬火与回火(2)钢的淬透性淬透性是钢在规定条件下淬火时获得淬硬层深度的能力。第六章钢的热处理影响淬透性的因素：a.碳质量分数b.合金元素c.奥氏体化温度临界冷却速度越小，钢的淬透性越好。6.5钢的淬火与回火钢的淬硬性：钢淬火后所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要取决于马氏体的碳含量。含碳量越高，淬火后硬度越高，淬硬性就越好(3)钢的淬硬性回火是指将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温后冷却的工艺。（1）回火的目的:减少或消除淬火内应力，防止变形或开裂。调整力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。稳定尺寸。回火可使非平衡M与A’转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。2.回火(temper)6.5钢的淬火与回火第六章钢的热处理6.5钢的淬火与回火第六章钢的热处理回火温度低温回火：150℃～250℃中温回火：350℃～500℃高温回火：500℃～650℃(2)回火种类(3)回火应用

通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处理”，简称“调质”。调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密零件、量具等的预备热处理。

(4)调质回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢强度、硬度下降，塑性、韧性提高。在某些温度范围内回火时出现的冲击韧性下降的现象，称回火脆性。根据回火脆性出现的温度范围，可将其分为：可逆回火脆性（第一类回火脆性）

（250℃～400℃）不可逆回火脆性（可逆回火脆性）（500-650℃）（5）回火脆性6.5钢的淬火与回火第六章钢的热处理第一类回火脆性：这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。回火时应避开这一温度范围。第二类回火脆性：防止办法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(约1%)、Mo(约0.5%)。该法更适用于大截面的零部件。

6.5钢的淬火与回火第六章钢的热处理6.6钢的表面热处理第六章钢的热处理

表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，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：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限；②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。6.6.1钢的表面淬火（1）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。6.6钢的表面热处理第六章钢的热处理1.感应加热：(2)特点：表面硬度比一般淬火高2-3HRC，而且脆性低残余压应力，提高疲劳强度工件的氧化脱碳少，淬火变形小加热温度和淬硬层厚度易控制。6.6钢的表面热处理第六章钢的热处理(3)组织：淬火前：F+P淬火后：表层组织M+心部组织(F+P)火焰表面加热淬火，是用乙炔-氧等火焰加热工件表面，进行淬火。成本低，但质量不易控制。图火焰表面加热淬火示意图6.6钢的表面热处理第六章钢的热处理2.火焰表面热处理化学热处理：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。6.6.2钢的化学热处理6.6钢的表面热处理第六章钢的热处理1.渗碳为了增加表层的碳质量分数和获得一定碳浓度梯度，钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳。（1）渗碳的目的

使低碳钢件表面获得高碳浓度，在经过适当淬火+回火后，提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度，而使心部仍保持良好的韧性和塑性。(3)渗碳后的热处理渗碳后直接淬火(830℃～850℃)+低温回火6.6钢的表面热处理第六章钢的热处理(4)组织和性能表层：高碳回火M+碳化物+残余A;

硬度高、疲劳强度高。心部：低碳回火M(或含铁素体、屈氏体)2.氮化向钢件表面渗入氮的工艺。目的在于更大地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度。

3.碳氮共渗碳氮共渗：同时向零件表面渗入碳和氮的化学热处理工艺，也称氰化。6.6钢的表面热处理第六章钢的热处理7.1钢铁生产第七章钢铁材料性能及其用途7.1.1炼铁生产1.炼铁的主要原料炼铁生产用的主要原料是铁矿石、焦炭和熔剂。铁矿石是炼铁的主要原料。自然界的铁矿石大多是以氧化物的形式存在，常用的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿等。铁矿石中除了铁的氧化物之外还含有硅、锰、硫、磷等非铁氧化物杂质统称为脉石。7.1钢铁生产第七章钢铁材料性能及其用途7.1钢铁生产第七章钢铁材料性能及其用途7.1钢铁生产第七章钢铁材料性能及其用途7.1钢铁生产第七章钢铁材料性能及其用途7.2.1常存杂质对碳钢性能的影响7.2钢中常存杂质和合金元素的作用第七章钢铁材料性能及其用途1、Mn的影响炼钢时用锰铁脱O后残留在钢中的，在钢中是有益元素清除钢中的FeO，降低钢的脆性与S化合成MnS，消除S的有害作用，改善钢的热加工性能。碳钢中含Mn量通常有0.25~0.80%Mn大部分存在于铁素体中，从而强化铁素体。部分Mn溶于Fe3C中，形成合金渗碳体2、Si的影响作为脱氧剂加入钢中，在钢中也属有益元素碳钢中含Si量通常<0.40%大部分Si溶于铁素体，使其强化，提高钢的强度、硬度，但使钢的塑性、韧性降低。Si含量不大对钢的性能无大的影响7.2.1常存杂质对碳钢性能的影响7.2钢中常存杂质和合金元素的作用第七章钢铁材料性能及其用途3、S的影响炼钢时由矿石、燃料带入钢中，在钢中属有害元素在钢中以FeS形式存在FeS与Fe会形成低熔点共晶，使钢出现热脆性问题：什么是热脆性？（117）为避免钢的热脆性，必须严格控制钢中S的含量加入Mn可降低S的危害7.2.1常存杂质对碳钢性能的影响7.2钢中常存杂质和合金元素的作用第七章钢铁材料性能及其用途4、P的影响由矿石带入钢中的，在钢中也属有害元素。P全部溶于铁素体，使钢具有冷脆性问题：什么是冷脆性？（P117）因P是一种有害元素，要严格限制钢的含P量。7.2.1常存杂质对碳钢性能的影响7.2钢中常存杂质和合金元素的作用第七章钢铁材料性能及其用途7.2.2合金元素在钢中的作用7.2钢中常存杂质和合金元素的作用第七章钢铁材料性能及其用途碳钢的局限性：1.淬透性低2.强度和屈强比低3.高温强度差4.不能满足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？常见的合金元素：Cr、Ni、Si、Mn、W、Mo、V、Ti、B、Nb、Zr、Co、Al、Re等主加元素：Cr、Ni、Si、Mn自做主辅加元素：W、Mo、V、Ti、B为辅7.2.2合金元素在钢中的作用第七章钢铁材料性能及其用途碳钢的分类按钢的含C量分低C钢（C%≤0.25%）中C钢（0.25%﹤C%≤0.6%）高C钢（C%>0.6%）按钢的质量分类普通碳素钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%）优质碳素钢（S、P%≤0.040%）高级优质碳素钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%）按用途分类碳素结构钢（主要为低碳钢和中碳钢）碳素工具钢（属高碳钢）第七章钢铁材料性能及其用途7.2钢中常存杂质和合金元素的作用（1）碳素结构钢

牌号：由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。质量等级有：A、B、C、D脱氧方法：有F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢）四种，通常Z和TZ可省略。例：Q235－AF7.3钢的分类与编号第七章钢铁材料性能及其用途（2）优质碳素结构钢

牌号：用两位数字表示钢平均含碳量的万分数，即以0.01%为单位。例：45钢。又分为普通含锰量（WMn≤0.7%）和较高含锰量（WMn=0.7%～1.2%）两类。含锰量较高的钢在两位数字后面加“Mn”字。例：65Mn钢。7.3钢的分类与编号第七章钢铁材料性能及其用途（3）碳素工具钢

牌号：用“碳”的汉语拼音字首T+数字表示，以0.1%为单位例：T7A。其中