《工程材料及成形技术基础》（第3版）全套教学课件

绪论绪论第1章工程材料的主要性能第2章合金的晶体结构与结晶第3章2元合金相图及应用第4章钢的热处理第5章钢铁材料第6章非铁金属第7章非金属材料第8章工程材料的选择第9章铸造第10章锻压第11章焊接全套可编辑PPT课件163材料成型工艺是一门有关机械零件制造方法及其用材的综合性技术基础课。

1、内容（1）系统介绍机械工程材料的性能、应用及改进材料性能的工艺方法；（2）各种成形工艺方法及其在机械制造中的应用和相互联系；（3）机械零件的加工工艺过程。1、内容

2、生产方法热加工---铸造

熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造。

2、生产方法热加工---锻压（锻造、冲压）

锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是锻造与冲压的总称，属于压力加工的范畴。

2、生产方法热加工---焊接

通过加热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。汽车一厂车身车间POLO底盘焊接

2、生产方法

3、历史发展

材料是现代文明的三大支柱之一，也是发展国民经济和机械工业的重要物质基础。材料作为生产活动的基本投入之一，对生产力的发展有深远的影响。历史上曾把当时使用的材料，当作历史发展的里程碑，如“石器时代”、“青铜器时代”、“铁器时代”等。我国是世界上最早发现和使用金属的国家之一。周朝是青铜器的极盛时期，到春秋战国时代，已普遍应用铁器。直到19世纪中叶，大规模炼钢工业兴起，钢铁才成为最主要的工程材料。科学技术的进步，推动了材料工业的发展，使新材料不断涌现。石油化学工业的发展，促进了合成材料的兴起和应用；20世纪80年代特种陶瓷材料又有很大进展，工程材料随之扩展为包括金属材料、有机高分子材料（聚合物）和无机非金属材料三大系列的全材料范围。

3.1概述

3、历史发展

人类早在6000年以前就发明了金属冶炼，公元前4000年，古埃及人便掌握了炼铜技术。我国青铜冶炼始于公元前2000年（夏代早期）。古埃及在5000年以前，就用含镍7.5％的陨石铁做成铁球。我国春秋战国时期，已经大量使用铁器。铸铁的发展经历了5000年的漫长岁月，只是到了瓦特发明蒸汽机以后，由于在铁轨、铸铁管制造中的大量应用，才走上工业生产的道路。15世纪－18世纪，从高炉炼钢到电弧炉炼钢，奠定了近代钢铁工业的基础。19世纪后半叶，欧洲社会生产力和科学技术的进步，推动了钢铁工业的大步发展，扩大了钢铁生产规模，提高了产品质量。从20世纪50年代到2006年，全世界的钢产量由2.1亿吨增加到12.39亿吨。而我国2006年钢产量达到4.19亿吨，超过20世纪50年代全球钢产量一倍，跃居全球钢产量首位。在黑色金属发展的同时，非铁金属也得到发展。人类自1866年发明电解铝以来，铝已成为用量仅次于钢铁的金属。1910年纯钛的制取，满足了航空工业发展的需求。3.1.1金属材料的发展

3、历史发展

非金属材料如陶瓷、橡胶等的发展历史也十分悠久。进入到20世纪后，更是取得了重大的进展。人工合成高分子材料从20世纪20年代至今发展最快，其产量之大、应用之广可与钢铁材料相比。20世纪60年代到70年代，有机合成材料每年以14％的速度增长，而金属材料年增长率仅为4％。1970年世界高分子材料为4000万吨，其中3000万吨为塑料；橡胶为5000万吨，这已超过天然橡胶的产量；合成纤维400万吨。20世纪90年代，塑料产量已逾亿吨，按体积计，已超过钢铁产量。2005年我国塑料产量达到2198.55万吨。3.1.2非金属材料及复合材料的发展

3、历史发展

陶瓷材料近几十年的发展也十分引人注目。陶瓷材料在冶金、建筑、化工和尖端技术领域已成为耐高温、耐腐蚀和各种功能材料的主要用材。航空、航天、电子、通信、机械、化工、能源等工业的发展对材料的性能提出了越来越高的要求。传统的单一材料已不能满足使用要求，复合材料的研究和应用引起了人们的重视。玻璃纤维树脂复合材料、碳纤维树脂复合材料等已在航空航天工业和交通运输、石油化工等工业中广泛应用。

3、历史发展随着社会的发展和科学技术的进步，新材料的研究、制备和加工应用层出不穷。每一种重要的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。工程材料目前正朝高比强度（单位密度的强度）、高比模量（单位密度的模量）、耐高温、耐腐蚀的方向发展。图1-1为材料比强度随时间的进展的示意图，该图表明今日先进材料强度比早期材料增长50倍。材料比强度随时间的进展3.1.3新材料的发展趋势

3、历史发展

永乐大钟高6.75m、直径3.3m、重量46.5t的铜钟，是明朝永乐年间（约1420年）铸造的，在世界大钟之林中铸造年代最久远。钟身内外铸满了佛经，经文清晰，排列巧妙，总字数达230184个，是世界上铸字最多的大钟。撞击一下，钟声悠扬悦耳，可传40～50km。

3、历史发展

永乐大钟局部，上面载明大钟铸造的时间。

3、历史发展

3、历史发展

1996年我国钢产量超过一亿吨，变成世界第一产钢大国。这是为纪念钢产量突破一亿吨而发行的邮票。

3、历史发展

最大直径18738毫米，高3639毫米，净重达1780吨，是目前世界上最大水轮发电机转子。（2005.02.04吊装就位）葛洲坝水轮发电机转子

3、历史发展

九龙大鼎（广东肇庆市）高6.68米,宽5.58米,重量16吨，整座由青铜浇铸而成。

3、历史发展

3、历史发展越王勾践剑越王者旨於赐剑越王州句复合剑越王不寿剑出土于河南安阳侯家庄武官村。此鼎形制雄伟，重达832.84公斤,高达133厘米,是迄今为止出土的最大最重的青铜器。司母戊大方鼎

3、历史发展

香港天坛大佛高34米，重250吨，由200块青铜铸件砌成。耗资2000万港元。

3、历史发展

无锡灵山大佛1、灵山大佛通高88米，佛体79米，莲花瓣9米。2、灵山大佛佛体（不含莲花瓣）由1560块6-8毫米厚的铜壁板构成，焊缝长达30余公里。3、灵山大佛铸铜约700吨，铜板面积达九千多平方米，约一个半足球场大小。4、由于高科技的运用，灵山大佛能抵御14级台风和8级地震的侵袭。

3、历史发展钢铁工业

3、历史发展金属工艺学发展录像

3、历史发展

（1）用机器代替手工，从作坊形成工厂（2）从单件生产方式发展到大量生产方式（3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术4、制造技术的发展阶段

（1）生产规模：少品种大批量——>单件小批量——>多品种变批量（2）生产方式：劳动密集型——>设备密集型——>信息密集型——>知识密集型（3）制造设备的发展过程：手工——>机械化——>单机自动化——>刚性自动线——>柔性自动线——>智能自动化5、现代制造技术的形成和发展特点汽车一厂车身车间POLO底盘焊接

5、现代制造技术的形成和发展特点

（1）了解工程材料的种类、性能及其改性方法，初步掌握其应用范围和选择原则。（2）掌握主要毛坯成形方法的基本原理和工艺特点，具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。（3）掌握机械制造生产过程、生产类型及其特点；掌握各种主要加工方法的实质、工艺特点、基本原理和设备；了解零件的加工工艺过程，并具有选择零件加工方法的能力，能制定简单的制造工艺规程。（4）了解零件的结构工艺性。（5）了解有关的新工艺、新技术及其发展趋势。6、基本要求第一章金属的力学性能强度硬度

冲击韧性

疲劳极限

第二节

第三节第四节

第一节第一章金属的力学性能第五节金属材料的物理、化学和工艺性能

材料的性能使用性能：工艺性能：力学性能物理性能化学性能强塑刚硬韧度性度度性铸造性能压力加工性能焊接性能切削加工性能热处理性能金属材料在不同环境下，承受各种外加载荷时所表现出的力学特征。第一节金属材料的力学性能

一强度的概念二塑性一、强度指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。定义应用强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。第一节金属材料的力学性能

强度的测定——拉伸实验1.拉伸试样（GB6397-86）2.力—伸长曲线（以低碳钢试样为例）3.脆性材料的拉伸曲线第一节金属材料的力学性能

长试样：L0=10d0短试样：L0=5d01.拉伸试样（GB6397-86）第一节金属材料的力学性能

2.力——伸长曲线弹性变形阶段屈服阶段颈缩现象拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。强化阶段第一节金属材料的力学性能

拉伸试样的颈缩现象3.脆性材料的拉伸曲线

（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。FΔL0

第一节金属材料的力学性能

FsA0σs=应用：σs和σ0.2常作为零件选材和设计的依据。脆性材料的屈服点F0.2A0σ0.2=计算公式

ΔLF0F0.20.2%L0（一）、屈服强度第一节金属材料的力学性能

（二）抗拉强度

σb=FbA0应用：脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。计算公式第一节金属材料的力学性能

拉伸试验录像二、塑性金属材料断裂前发生永久变形的能力。断面收缩率：伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。第一节金属材料的力学性能

l1-l0l0×100%δ=l1——试样拉断后的标距,mm;l0——试样的原始标距,mm。（一）伸长率（δ）第一节金属材料的力学性能

（二）断面收缩率（Ψ）

S0-S1S0Ψ=×100%S0——试样原始横截面积,mm2；S1——颈缩处的横截面积,mm2

。第一节金属材料的力学性能

结论：Ψ更能反映材料塑性的好坏，ψ和δ越大，材料塑性就越好！δ<2-5% 属脆性材科δ≈5-10% 属韧性材料δ>10% 属塑性材料同一材料δ5＞δ10任何零件都需要一定塑性，防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。第一节金属材料的力学性能

第二节硬度一、布氏硬度二、洛氏硬度1.原理2.应用3.优缺点

1.原理2.应用3.优缺点4.实验（录像）4.实验（录像）三、维氏硬度2.应用3.优缺点1.原理4.实验（录像）一、布氏硬度

布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。图1-4布氏硬度测试原理第二节硬度1.原理布氏硬度=PA凹=2FπD[D-（D²-d²）½]第二节硬度表示方法：在符号HBS或HBW之前写出硬度值，符号后面的数字按顺序分别写出压头直径、载荷及载荷保持时间及载荷保持时间（10-15s不标注）。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的淬火钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。第二节硬度测量比较软的材料。测量范围HBS<450、HBW<650的金属材料。3.优缺点2.应用压痕大，测量准确，但不能测量成品件。第二节硬度1.原理二、洛氏硬度加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值图1-5洛式硬度测试原理第二节硬度

压痕深度h越大，则硬度值越小，为了符合习惯上的数值越大、硬度越高的思维，采用一个常数C（K)减去压痕深度h后的数值表示洛氏硬度。GB规定：压头每压入0.002mm的深度为一个硬度单位，所以：

HR=C-h/0.002无单位（金刚石作压头：C=100；直径1.588的淬火钢球作压头：C=130。）为了适应不同材料的硬度测试，采用不同的压头与载荷组合成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号后注明，如HRA、HRB、HRC等第二节硬度（2）表示方法：在符号前（有些资料写在后面）直接写出硬度值如：56HRC、80HRA、60HRB。（3）应用：钢的热处理质量检查，主要用于测硬度高的材料。洛氏硬度压头总载荷测量范围适用材料HRA120℃金刚石圆锥体588.460～85硬质合金材料、表面淬火钢等HRBφ1.588mm淬火钢球980.725～100软钢、退火钢、铜合金等HRC120°金刚石圆锥体1471.120～67淬火钢、调质钢等表1-1常用洛氏硬度的级别及其应用范围第二节硬度（4）特点：①操作迅速方便；②应用较广：硬度值测量范围较大，能测材料的表面硬度、薄壁件；③工件表面损伤小：压痕小；④组织粗大且不均匀的材料，测试结果不准确：压痕小，数值重复性差，措施：至少测3个点，求平均值。（5）当材料HBS＞220时有：HBS≈10HRC第二节硬度三、维氏硬度HV维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕第二节硬度（1）测量原理：

用锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体为压头，按选定的试验载荷P（常用5~10kgf）将压头压入，并保持一定时间，卸载后测量压痕对角线长度d，计算压痕单位面积F承受的压力大小。

HV=P/F=1.8544P/d2

（kgf/mm2)（GB4340-1984）

（2）表示方法：

在HV之前写出硬度值，后面依次用相应数字注明试验力和保持时间。例如：

600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。

（3）应用：适用于软硬金属，尤其适用于极薄（0.3-0.5mm）零件和渗碳、渗氮工件的硬度测定。

第二节硬度（4）特点：有连续一致的标尺，负荷可任选，可直接比较；负荷小，压痕小，压痕轮廓清晰，测量准确；操作麻烦。第二节硬度第三节冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。(a)试样安装(b)冲击试验机图1.7冲击韧度试验原理1、7—支座2、3—试样4—刻度盘5—指针6—摆锤试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:

Ak=mgH–mgh(J)

冲击韧性值ak

就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。

AKak=(J/cm²)F第三节冲击韧性韧脆转变（温度）：

材料的冲击韧度一般随温度的下降而降低，当降低到某温度范围时，材料的冲击韧度明显降低，呈现脆性，这种现象叫韧脆转变，此温度范围叫韧脆转变温度。普通碳钢-30℃--20℃。第三节冲击韧性第四节疲劳强度危险！机械中的许多零件，如轴、齿轮、螺栓、连杆、弹簧等，是在方向或大小反复变化的变载荷作用下工作的，它们工作时所承受的应力即使远小于材料的强度极限或屈服极限，但经过较长时间的工作，亦会发生断裂。材料或零件在交变应力的重复作用下，在远小于屈服极限的应力下，而发生断裂的现象称为疲劳断裂(或疲劳破坏)。疲劳断裂具有很大的危险性，常常造成严重的事故。据统计；损坏的机器零部件中，约有80％都是由于金属疲劳而造成的。

一、疲劳断裂第四节疲劳强度

金属材料经受无数次重复交变应力作用不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度或疲劳极限，用σ-1（σD）表示，通常用表示材料在对称循环交变应力作用下的弯曲疲劳极限。即材料承受的应力低于疲劳强度时，则可能经受无限次应力循环而不断裂。因实际上不可能进行无数次试验，故各种金属应有一定的应力循环基数(以N表示)，钢材的循环次数一般取N=107；有色金属的循环次数一般取N=108；钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系。

σ-1=(0.45～0.55)σb第四节疲劳强度二、疲劳强度一般认为是由于材料的质量、零件表面缺陷或结构设计不当等因素，在零件或试样的局部区域形成应力集中，而导致微裂纹(疲劳裂纹核心)的产生。疲劳裂纹产生后，随应力循环次数的增加而逐渐扩展，零件的有效截面积逐渐减小，致使零件不能承受所加载荷而突然破坏。三、产生疲劳破坏的原因第四节疲劳强度1、设计方面

尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2、材料方面

通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。3、机械加工方面

要降低零件表面粗糙度值。4、零件表面强化方面

可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。

四、提高零件疲劳强度的措施第四节疲劳强度1943年美国T-2油轮发生断裂第四节疲劳强度第五节金属材料的物理、化学和工艺性能

一、物理性能（一）密度（二）熔点（三）热膨胀性（四）导热性（五）导电性（六）磁性二、化学性能耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。三、工艺性能

铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。

第二章金属的晶体结构与结晶第一节金属的晶体结构内容:

金属的晶体结构实际金属的晶体结构目的:

掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备一、理想晶体结构

（一）晶体结构的基本知识固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。纯铁纯铜纯铝晶体玻璃沥青松香非晶体第一节金属的晶体结构1、晶格

抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。2、晶胞

只从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞晶格、晶胞、晶格常数第一节金属的晶体结构

3、晶格常数以棱边长度和棱面夹角来表示晶胞的形状和大小。第一节金属的晶体结构（二）、常见金属的晶体晶格

由于金属键结合力较强，是金属原子总趋于紧密排列的倾向，故大多数金属属于以下三种晶格类型。1、体心立方晶格(bbc)

第一节金属的晶体结构晶胞原子数2原子半径：晶胞体积为a3，晶胞内含有2个原子所以它的致密度是：已知：体心立方结构的原子半径第一节金属的晶体结构原子个数：2致密度：0.68属于该类晶格的常见金属有α-Fe(<912oC)、δ-Fe(>1400oC)、Cr、W、Mo、V等晶格常数：a(a=b=c)原子半径：第一节金属的晶体结构2、面心立方晶格（fcc）

第一节金属的晶体结构晶胞原子数4原子半径：致密度：0.74第一节金属的晶体结构

3、密排六方晶格第一节金属的晶体结构a21r=：原子半径原子个数：6致密度：0.74常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等晶格常数：底面边长a和高c，c/a=1.633密排六方晶格第一节金属的晶体结构三种典型的金属晶格类型体心立方晶格铬、钨、钼、钒等面心立方晶格铝、铜、铅、金等密排立方晶格镁、锌、铍、镉、α钛等第一节金属的晶体结构二、金属的实际晶体结构

（一）单晶体和多晶体单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。多晶体：由多晶粒组成的晶体结构晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成.第一节金属的晶体结构单晶体的各向异性同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同铁的单晶体及其各方向上弹性模量（E）示意图第一节金属的晶体结构第一节金属的晶体结构二、实际金属的晶体缺陷

晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完整。把这些区域称为晶体缺陷。这些缺陷的存在，对金属的性能（物理性能、化学性能、机械性能）将产生显著影响，如钢的耐腐蚀性，实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作用力计算所得数值。根据晶体缺陷的几何形态特征，可将其分为以下三类：点缺陷、线缺陷和面缺陷。第一节金属的晶体结构

1、点缺陷——空位和间隙原子

在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。空位间隙原子置换原子第一节金属的晶体结构

由于空位和间隙原子的存在，使晶体发生了晶格畸变，晶体性能发生改变，如强度、硬度和电阻增加。晶体中的空位和间隙原子处于不断地运动和变化之中，在一定温度下，晶体内存在一定平衡浓度的空位和间隙原子，空位和间隙原子的运动，是金属中原子扩散的主要方式，对金属材料的热处理过程极为重要。第一节金属的晶体结构2、线缺陷——位错

线缺陷是指在一个方向上尺寸较大，而在另外两个方向上尺寸很小的缺陷，呈线状分布，其具体形式是各种类型的位错。较简单的一种是“刃型位错”.第一节金属的晶体结构刃位错的形成刃位错滑移_立体图第一节金属的晶体结构3、面缺陷——晶界和亚晶界

实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域，该处晶体的晶格处于畸变状态，能量高于晶粒内部，在常温下强度和硬度较高，在高温下则较低，晶界容易被腐蚀等。第一节金属的晶体结构凝固与结晶的概念结晶的现象与规律同素异晶(构)转变第二节金属的结晶过程和同素异晶转变一、金属的结晶过程凝固物质由液态转变成固态的过程。结晶晶体物质由液态转变成固态的过程。

物质中的原子由近程有序排列向远程有序排列的过程。第二节金属的结晶过程和同素异晶转变To

（一）结晶的条件

纯金属结晶时的冷却曲线温度理论冷却曲线实际冷却曲线T1结晶平台第二节金属的结晶过程和同素异晶转变时间过冷现象

金属的实际结晶温度T1低于理论结晶温度T0的现象。过冷度

金属实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷.过冷是结晶的必要条件。第二节金属的结晶过程和同素异晶转变近程有序结构结构起伏结晶远程有序结构第二节金属的结晶过程和同素异晶转变（二）结晶的过程1.晶核的形成2.晶核的长大第二节金属的结晶过程和同素异晶转变第二节金属的结晶过程和同素异晶转变1.晶核的形成当液体金属冷到实际结晶温度后，液体中存在着许多类似于晶体的小集团，这些小集团中的一部分就成为稳定的结晶核心，称为晶核。形核有自发形核和非自发形核两种方式。自发形核是在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心；非自发形核是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核，非自发形核所需能量较少，它比自发形核容易得多。

第二节金属的结晶过程和同素异晶转变2.晶核的长大雾凇第二节金属的结晶过程和同素异晶转变晶核的长大方式—树枝状第二节金属的结晶过程和同素异晶转变金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶第二节金属的结晶过程和同素异晶转变影响晶核的形核率和晶体长大率的因素过冷度的影响未熔杂质的影响第二节金属的结晶过程和同素异晶转变过冷度的影响过冷度：ΔT大，形核率N和长大速度G都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细。当过冷度很大时，金属不再通过结晶方式凝固，而是形成了非晶态的金属——激冷凝固工艺第二节金属的结晶过程和同素异晶转变（三）晶粒大小与控制措施1.增加过冷度V冷△TN晶粒细小2.变质处理工业生产中，常向液体金属中加入难熔杂质来细化晶粒，这种方法叫做变质处理，如在铝中加入微量的钛；铸铁中加入硅、钙等。3.振动处理第二节金属的结晶过程和同素异晶转变纯铁的同素异晶转变反应式:1394°C912°Cbccfccbcc

δ-Feγ-Feα-Fe第二节金属的结晶过程和同素异晶转变二、金属的同素异晶转变纯铁的冷却曲线第二节金属的结晶过程和同素异晶转变-Fe、-Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。-Fe-Fe第二节金属的结晶过程和同素异晶转变

一、基本概念（一）合金

合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。例如碳钢就是铁和碳组成的合金（二）组元

组成合金的基本的物质称为组元。（三）合金系给定组元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金，构成一个合金系。如：Cu-Ni,Fe-Fe3C,Cu-Zn等。

组元1组元2组元3合金第三节合金的晶体结构名称A金属B金属晶格类型bccbcc熔点高低合金1100%0%合金290%10%合金380%20%……..……..…….合金920%80%合金1010%90%合金110%100%第三节合金的晶体结构（四）相

相是指在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分。（五）组织组织泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体。液态物质称为液相;固态物质称为固相第三节合金的晶体结构不同含碳量的显微组织第三节合金的晶体结构二、固态合金相结构

由于组元间相互作用不同，固态合金的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。（一）固溶体合金在固态下，组元间能够互相溶解而形成的均匀相称为固溶体。1.间隙固溶体2.置换固溶体

第三节合金的晶体结构

不管溶质原子处于溶剂原子的间隙中或者代替了溶剂原子都会使固溶体的晶格发生畸变，使塑性变形抗力增大，结果使金属材料的强度、硬度增高。这种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，称为固溶强化。第三节合金的晶体结构

固溶强化是提高金属材料力学性能的重要途径之一。实践表明，适当控制固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，仍能保持良好的塑性和韧性。因此，对综合力学性能要求较高的结构材料，都是以固溶体为基体的合金。

（二）金属化合物金属化合物的晶格类型与形成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。钢中渗碳体（Fe3C）是由铁原子和碳原子所组成的金属化合物，它具有复杂的晶格形式。第三节合金的晶体结构金属化合物的性能不同于任一组元，其溶点一般较高、硬而脆。当它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，这一现象称为弥散强化。金属化合物在合金中常作为强化相存在，它是许多合金钢、有色金属和硬质合金的重要组成相。（三）金属混合物绝大多数合金的组织都是固溶体与少量金属化合物组成的混合物，其性质取决于固溶体与金属化合物的数量、大小、形态和分布状况。第三节合金的晶体结构总结1、金属的晶格有体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构，由于致密度的不同，从一种晶格到另一种的变化会引起体积的变化。2、合金的相结构有固溶体和化合物。弥散强化和固溶强化可以提高金属材料的力学性能，所以，合金化是提高金属性能的方法之一。3、实际金属是由很多晶粒组成，金属内部存在着点缺陷、位错、晶界和亚晶界。点缺陷对金属材料的热处理过程极为重要。位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。金属冷变形加工后的加工硬化，就是由于位错密度的增加所致。点缺陷、晶界和亚晶界也与材料的力学性能有关。

第三节合金的晶体结构第三章二元合金相图的建立一、基本概念

1、组元：组成合金最基本的，能够独立存在的物质。组元一般是元素，也可以是稳定的化合物，如Fe3C。

2、合金系由两个或两个以上组元按不同比例配制而成的一系列不同成分的合金。如：Cu-Ni,Fe-Fe3C,Cu-Zn等。

第一节相图的建立3、相图：合金系的温度-成分图，表示合金系中各个合金的结晶过程的平衡图（或状态图）。相图中的线条（相线）表示相转变温度和平衡相的成分。

被相线所划分的区域称为相区。4、相变：一种相转变为其它相的过程。5、相平衡：系统中同时共存的各相在长时间内不互相转化——动态平衡。

第一节相图的建立二、二元合金相图的建立方法临界点：合金从一种相态转变为另一种相态的起始温度。

物理意义相同的临界点连接起来就构成相线，所以相图的建立就是测定不同成分合金的临界点。临界点的测定是通过实验进行的，第一节相图的建立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。第一节相图的建立1、配制不同成分的合金（选择合金系中有代表性的成分）2、分别测出美中合金的冷却曲线，得到相变临界点3、将临界点对应地绘在成分-温度图上.4、将同类临界点连接起来，即可绘出该合金系的相图。注意：利用热分析法测定相图时，冷却速度应非常缓慢（平衡结晶）

第一节相图的建立

当两组元在液相和固相均无限互溶时，构成的合金系相图为二元匀晶相图。属于此类的合金系有：Cu-Ni,Cu-Au,Au-Ag,Fe-Ni,W-Mo,Bi-Sb

等。

一、相图分析第二节二元匀晶相图二元匀晶合金结晶过程分析液相区一定成分的合金液-固两相区固相区二、合金的结晶过程第二节二元匀晶相图

匀晶相图

补充：杠杆定律处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：①确定两平衡相的成分：第二节二元匀晶相图则QL

+Q

=1

QL

x1+Q

x2=x

解方程组得式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2(ob)、x1x2(ab)、x1x(ao)的长度。②确定两平衡相的相对重量设合金的重量为1，液相重量为QL，固相重量为Q

。第二节二元匀晶相图因此两相的相对重量百分比为：两相的重量比为：abaoxxxxQabobxxxxQL====211212a21L12LxxQxxQ)aoob(xxxxQQ×=×==aa或第二节二元匀晶相图上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。杠杆定律只适用于两相区。例（如图）第二节二元匀晶相图第二节二元匀晶相图三、固溶体合金中的偏析

合金相图中，合金的凝固过程是在无限缓慢的冷却条件下进行的，但实际上合金不可能无限缓慢冷却，一般冷却速度较快，由于原子来不及充分扩散，会出现先结晶出来的合金含Ni量高的现象，对于一个晶粒，心部含Ni量高，表层含Ni量低。第二节二元匀晶相图固溶体的非平衡结晶Cu-Ni合金枝晶偏析示意图

48枝晶偏析程度取决于以下因素：（1）冷却速度愈大，扩散进行愈不充分，偏析程度愈大。（2）相图的结晶范围愈大，偏析成分的范围愈大。枝晶偏析使合金的力学性能、工艺性能降低。消除或改善方法：将铸件加热到低于固相线100～200℃的温度，进行较长时间的保温，使偏析元素进行充分的扩散，以达到使成分均匀的目的。称为扩散退火

平衡组织枝晶偏析组织Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织第二节二元匀晶相图

当合金的二组元在液态时无限互溶，在固态时有限互溶，且发生共晶反应，此合金系的相图为二元共晶相图。属于此类相图的合金系有：Pb-Sn,Al-Si,Al-Sn,Zn-Sn等。

第三节二元共晶相图一、相图分析合金系有两种有限固溶体：以Pb为溶剂，以Sn为溶质的α固溶体；以Sn为溶剂，以Pb为溶质的β固溶体。ECD水平线---共晶反应线：发生恒温反应LC←→αE+βF第三节二元共晶相图点：线：区：ECD水平线---共晶反应线：发生恒温反应LC←→αE+βF第三节二元共晶相图相图分析：点、线、区注意：在共晶线ECF上属于三相平衡区该合金系有两类合金：固溶体合金共晶型合金E点以左，F点以右的合金属于固溶体型合金；EF之间的合金为共晶型合金，其中，C点以左为亚共晶合金，C点以右为过共晶合金，C点合金为共晶合金。二、典型合金的结晶过程分析第三节二元共晶相图共晶相图：共晶、亚共晶、过共晶、固溶体合金第三节二元共晶相图结晶过程：共晶合金冷却曲线组织转变第三节二元共晶相图结晶过程：亚共晶合金冷却曲线组织转变第三节二元共晶相图结晶过程：过共晶合金冷却曲线组织转变思考题！第三节二元共晶相图固溶体合金

冷却曲线组织转变第三节二元共晶相图Pb-Sn亚共晶合金Pb-Sn过共晶合金Pb-Sn合金中的显微组织(100×)显微组织(100×)比重偏析(100×)第三节二元共晶相图一、二元共析反应：

从某种均匀一致的固相中同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相的转变过程。

C

D＋E第四节其他相图共析反应从形式上与共晶反应十分相似，只是共析反应的反应物是固相，而共晶反应物是液相而已。由于共析反应是在固态合金中进行的，转变温度较低，原子扩散困难，因而容易达到较大的过冷度，所以同共晶体相比共析组织更细致、更均匀。第四节其他相图温度

C

D＋ES1

S2+S3第四节其他相图二、形成稳定化合物的二元合金相图所谓稳定化合物是指具有一定的熔点，在熔点温度以下能够保持自己固有结构而不发生分解的化合物，如：Mg2Si含稳定化合物的相图

第四节其他相图Mg-Si

合金相图MgMg2SiSiLMg+Mg2SiMg2Si+SiL+MgL+Mg2SiL+Mg2SiL+Si1087℃温度638.8℃946.7℃1414℃第四节其他相图一、相图与合金物理、力学性能之间的关系第五节相图与性能的关系⑴相图与合金力学性能、物理性能的关系①两相机械混合物的合金:性能与合金成分呈直线关系，是两相性能的算术平均值，如：

混=

∙Q

+

β∙Qβ

HB混=HB

∙Q

+HBβ∙Qβ(Q

、Qβ为两相相对重量)第五节相图与性能的关系②单相固溶体的合金：性能随成分呈曲线变化，随溶质含量增加，σ、HB增加，塑性下降。③形成稳定化合物的合金：性能-成分曲线出现拐点。第五节相图与性能的关系二、合金的工艺性能与相图之间的关系①固溶体合金液固相线间距越大、偏析倾向大,树枝晶发达,流动性降低,补缩能力下降,分散缩孔增加.

②共晶合金结晶温度低，流动性好，缩孔集中，偏析小，

铸造性能好。第五节相图与性能的关系§1铁碳合金的基本知识§2铁碳合金相图分析§3铁碳合金的成分、组织和性能的关系§4铁碳合金相图的应用第六节铁碳合金相图纯铁的同素异构转变金属的多晶型性（同素异构现象）多晶型性转变（同素异构转变）纯铁的同素异构转变δ-Fe

γ-Fe

α-Fe纯铁的成分及性能纯铁（工业纯铁）：含杂质0.10%～0.20%性能：σb=180～230MPa

σ0.2=100～170MPa

δ=30%～50%

ψ=70%～80%

Ak=128～160J

HBS=50～801394℃912℃第六节铁碳合金相图一、铁素体（F或α）定义：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体晶格结构：bcc最大溶解度：0.02%（727℃）性能：σb=180～280MPa

σ0.2=100～170MPa

HBS=50～80

δ=30%～50%

ψ=70%～80%

ak=160～200J/cm2

第六节铁碳合金相图二、奥氏体（A或γ）定义：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体（高温组织）晶格结构：fcc最大溶解度：2.11%（1148℃）性能：σb≈400MPa

HBS=170～220

δ=40%～50%高塑性、无磁

奥氏体第六节铁碳合金相图

三、渗碳体（Fe3C）定义：Fe与C所形成的金属化合物晶格结构：复杂正交性能：σb≈30MPa

HBS=800

δ≈0

ψ≈0

硬而脆（耐磨性好）

Fe3C

3Fe+C（石墨）合金渗碳体：（Fe、Me）3C Fe3（C、N）或Fe3（C、B）

石墨碳晶格结构：简单六方性能:加工性能机械性能高温第六节铁碳合金相图钢中的渗碳体铸铁中的石墨第六节铁碳合金相图灰铸铁(珠光体+片状石墨)球墨铸铁（铸态）珠光体+铁素体+球状石墨400X第六节铁碳合金相图可锻铸铁400X（铁素体+团絮状石墨）蠕墨铸铁(铁素体+蠕虫状石墨)400X第六节铁碳合金相图四、珠光体（P）定义：F与Fe3C所形成的机械混合物（平均含碳量：0.77%）性能：σb≈750MPa

HBS=180

δ≈20%～25%

ak=30～40J/cm2综合性能

第六节铁碳合金相图五、莱氏体（Ld、或Le、）定义：A与Fe3C所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%）性能：硬而脆第六节铁碳合金相图一、Fe-Fe3C相图简化相图第六节铁碳合金相图简化相图第六节铁碳合金相图简化的Fe-Fe3C相图ACDEFGSPQ1148℃727℃LAL+AL+Fe3CⅠ4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFeFe3C

T/℃(A+Fe3C)LdLd+Fe3CⅠA+Ld+Fe3CⅡFA+FA+Fe3CⅡ(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CⅡ

Ld′Ld′

+Fe3CⅠP+Ld′

+Fe3CⅡK共晶相图共析相图匀晶相图(P+Fe3C)1538℃912℃1227℃Fe-Fe3C相图分析点：A、G、Q、D)；

E、P；C、S线：ACD、AECF；

ECF、PSK；

ES、PQ；

AE、GS；区：单相区

两相区

三相区简化相图第六节铁碳合金相图②共析转变反应式:AS

(FP

+Fe3C)

727℃①共晶转变反应式:LC

(AE

+Fe3C)

1148℃ PLd特性点的符号温度t/℃含碳量wc%含义ACDEGPSQ

1538114812271148912727727

室温04.36.692.1100.020.770.0008纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度α-Teγ-Te同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度共析点碳在铁素体中的溶解度第六节铁碳合金相图二、典型合金的结晶过程铁碳合金含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。共晶生铁：

含碳量为4.3%;亚共晶生铁：含碳量在2.11%—4.3%之间；过共晶生铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；工业纯铁钢生铁含碳量为0.02%—2.11%的铁碳合金。根据金相组织的不同，可分为三种。共析钢：含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%—0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%—2.11%之间；第六节铁碳合金相图Fe—Fe3C合金平衡相图第六节铁碳合金相图共析钢的结晶过程显微组织第六节铁碳合金相图亚共析钢的结晶过程：显微组织第六节铁碳合金相图20钢100X.45钢100X第六节铁碳合金相图过共析钢的结晶过程：显微组织第六节铁碳合金相图过共析钢的显微组织：第六节铁碳合金相图共晶白口铁的结晶过程：显微组织第六节铁碳合金相图第六节铁碳合金相图亚共晶白口铁的结晶过程：第六节铁碳合金相图第六节铁碳合金相图过共晶白口铁的结晶过程：第六节铁碳合金相图第六节铁碳合金相图FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+

L+

F

ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLdLd+Fe3CⅠLd’+Fe3CⅠLd’P+Fe3CⅡ+Ld’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%温度第六节铁碳合金相图三、铁碳合金的成分与性能的关系⒈含碳量对室温平衡组织的影响含碳量与缓冷后相及组织组成物之间的定量关系为：

第六节铁碳合金相图⒉含碳量对力学性能的影响亚共析钢随含碳量增加，P量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。0.77%C时，组织为100%P,钢的性能即P的性能。＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续网状，强度下降,但硬度仍上升。＞2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Ld’,合金太脆.第六节铁碳合金相图⒊含碳量对工艺性能的影响①切削性能:

中碳钢合适②可锻性能:

低碳钢好③焊接性能:

低碳钢好④铸造性能:

共晶合金好⑤热处理性能:

第六章介绍焊缝组织第六节铁碳合金相图二、Fe-Fe3C相图在工业中的应用1、在选材方面的应用1）桥梁、船舶、车辆及各种建筑材料，需要塑性、韧性好的材料，可选用低碳钢（ωc=0.1%-0.25%）；2）对工作中承受冲击载荷和要求较高强度的各种机械零件，希望强度和韧性都比较好，可选用中碳钢（ωc=0.25%-0.65%）；第六节铁碳合金相图3）制造各种切削工具、模具及量具时，需要高的硬度、而耐磨性，可选用高碳钢（ωc=0.77%-1.44%）。对于形状复杂的箱体、机器底座等，可选用熔点低、流动性好的铸铁材料。第六节铁碳合金相图2、在铸造生产上的应用由Fe-Fe3C相图可见，共晶成分的铁碳合金熔点低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。因此，在铸造生产中，经常选用接近共晶成分的铸铁。

铁碳相图与铸锻工艺间的关系第六节铁碳合金相图3、在锻压生产上的应用

★钢在室温时组织为两相混合物，塑性较差，变形困难。★奥氏体的强度较低，塑性较好，便于塑性变形。★加热温度不宜过高。★各种碳钢较合适的锻轧加热温度范围是：始锻轧温度为固相线以下100-200℃(1150-1250℃)；终锻轧温度为750-850℃。对过共析钢，则选择在PSK线以上某一温度。第六节铁碳合金相图焊接时，从焊缝到母材各区域的温度是不同的，由Fe-Fe3C相图可知，温度不同，冷却后的组织性能就不同，需要在焊接后采用热处理方法加以改善。4、在热处理方面的应用铁碳合金在固态加热或冷却过程中均有相的变化，所以钢和铸铁可以进行有相变的退火、正火、淬火和回火等热处理。此外，奥氏体有溶解碳和其它合金元素的能力，而且溶解度随温度的提高而增加，这就是钢可以进行渗碳和其它化学热处理的缘故。第六节铁碳合金相图第六节铁碳合金相图第四章钢的热处理一是合金化，这是下几章研究的内容；改善钢的性能二是热处理，这是本章要研究的内容。

一、基本概念热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.

为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度—时间坐标绘出热处理工艺曲线。

第一节钢的热处理原理在机床制造中约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%。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。.

模具、滚动轴承100%需经过热处理。总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。

第一节钢的热处理原理第一节钢的热处理原理热处理特点: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。

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。

第一节钢的热处理原理热处理分类

热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。(a)940淬火+220回火（板条M回+A‘少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A’少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A‘少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）

20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织第一节钢的热处理原理热处理的分类：普通热处理热处理表热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;新技术：可控气氛热处理、真空……、形变……、电解热……、离子化……、激光……、电子束表面……、硫碳氮-稀土共渗等。第一节钢的热处理原理钢坯加热第一节钢的热处理原理在实际生产中，由于加热和冷却不是很缓慢，因此实际发生组织转变的温度与相图的A1、A3、Acm

有一定的偏离。通常加热用Ac1、Ac3、Accm

表示，冷却用Ar1、Ar3、Arcm表示。钢的临界温度

钢在加热、冷却时的临界温度

第一节钢的热处理原理亚共析钢:Ac3+(20-40℃)共析钢:Ac1+(20-40℃)过共析钢:Accm+(20-40℃)钢在加热、冷却时的临界温度

第一节钢的热处理原理二、钢在加热时的组织转变

（一）钢的奥氏体化第一步奥氏体晶核的形成第二步奥氏体晶核的长大第三步残余渗碳体溶解第四步奥氏体均匀化第一节钢的热处理原理奥氏体的形成Fe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA

形核A

长大残余Fe3C溶解A均匀化亚（过）共析钢的A化过程与此类似，不同在于：亚（过）共析钢加热到Ac1以上时，还存在一部分未溶解的F（Fe3CⅡ），到Ac3（Accm）以上才可获得单一A。（不在敖述）（二）奥氏体晶粒的长大及其控制

1.加热温度和加热速度的影响2.化学成分的影响3.原始组织的影响提高加热T，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高（Ac1越高），形成所需的时间缩短。

随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界面总量增多，有利于奥氏体的形成。

由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成,所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。第一节钢的热处理原理选学内容1、晶粒大小的表示方法金属组织中晶粒的大小通常用晶粒度级别指数来表示晶粒度的测定方法：比较法、面积法、截点法；晶粒度级别指数、晶粒度的数值表示方法：单位体积晶粒数、晶粒公称直径等8种GB6394-86《金属平均晶粒度测定法》第一节钢的热处理原理本质细本质粗标准晶粒度等级示意图

第一节钢的热处理原理2、奥氏体晶粒度的概念:起始晶粒度：实际晶粒度：本质晶粒度：珠光体向奥氏体的转变刚刚完成时奥氏体晶粒的大小。一般比较细小而均匀热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。一般比起始晶粒度大某种钢在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向，不是晶粒大小的实际度量。第一节钢的热处理原理工业生产中，一般沸腾钢为本质粗晶粒钢，镇静钢为本质细晶粒钢。需要进行热处理的零件多采用本质细晶粒钢，因为一般热处理工艺的加热温度都在950℃以下，因此奥氏体晶粒不易长大，可避免过热现象。第一节钢的热处理原理奥氏体晶粒的控制⑴加热温度和保温时间:

加热温度高、保温时间长,

晶粒粗大.⑵加热速度:

加热速度越快,过热度越大,形核率越高,晶粒越细.⑶合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大的元素:

Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。析出颗粒对黄铜晶界的钉扎Nb/%奥氏体晶粒尺寸/μmNb、Ti对奥氏体晶粒的影响第一节钢的热处理原理促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。⑷原始组织:

平衡状态的组织有利于获得细晶粒。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。箱式可控气氛多用炉真空热处理炉第一节钢的热处理原理三、钢在冷却时的组织转变

过冷奥氏体——暂时保留在A1以下的奥氏体。

连续冷却转变——使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变

等温冷却转变——使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却速度冷到A1以下某温度保温，在等温下发生组织转变。第一节钢的热处理原理（一）过冷奥氏体的等温冷却转变１．过冷奥氏体等温转变曲线分析

----TTT曲线(C曲线)T---timeT---temperatureT---transformation第一节钢的热处理原理共析碳钢C曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1第一节钢的热处理原理共析碳钢C曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf第一节钢的热处理原理２．过冷奥氏体等温转变产物的组织及其性能（１）珠光体转变—高温转变（A1～550℃）表共析碳钢三种珠光体型组织组织名称符号转变温度/℃相组成转变类型特征HRCσb/MPa珠光体型珠光体PA1～650F+Fe3C扩散型（铁原子和碳原子都扩散）片层间距＝0.6～0.8μm，500×分清10～201000索氏体S650～600片层间距＝0.25～0.4μm，1000×分清，细珠光体25～301200托氏体T600～550片层间距＝0.1～0.2μm，2000×分清，极细珠光体30～401400第一节钢的热处理原理珠光体形貌形成温度为A1～650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示.光镜下形貌电镜下形貌三维珠光体如同放在水中的包心菜第一节钢的热处理原理索氏体形貌形成温度为650-600℃,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S表示。电镜形貌光镜形貌第一节钢的热处理原理托氏体形貌形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T

表示。电镜形貌光镜形貌第一节钢的热处理原理珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团.珠光体转变是扩散型转变。第一节钢的热处理原理（２）贝氏体型(B)转变(550～230℃):550～350℃:B上;40～45HRC;脆性大，几乎无价值。B上

=过饱和碳

α-Fe条状+Fe3C细条状过饱和碳α-Fe条状羽毛状第一节钢的热处理原理在光镜下呈羽毛状.在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。光镜下电镜下上贝氏体形貌第一节钢的热处理原理（２）贝氏体型(B)转变(550～230℃):350～230℃:B下;45～55HRC;良好综合力学性能，生产中常等温淬火获得。B下

=过饱和碳

α-Fe针叶状+Fe3C细片状过饱和碳

α-Fe针叶状Fe3C细片状针叶状第一节钢的热处理原理下贝氏体形貌在光镜下呈竹叶状。在电