金属材料与热加工基础教学教案

《金属材料与热加工基础》

课程教案

系（部）教研室

课程代码学分

课程性质必修（）专业选修（）公共选修（）

授课专业授课班级

任课教师职称

考核方式

金属材料与翔加工及砒敖嗓(章节备课)

章次第1章认识金属材料的性能

课时安排总学时数：6〜8理论教学时数：4〜6实验教学时数2

教学本章通过对金属材料各种性能的学习，特别是力学性能各个指标的学习，初步掌

目的

打赚握力学性能各指标的概念、测试方法、应用；各个物理、化学性能指标及对选材

的意义；了解材料的工艺性能在生产实践中的应用。

(静载力学性能：强度、塑性、硬度指标

‘力学性能1

1非静载力学性能：冲击韧性、疲劳强度

本章

，使川性能V物理性能

〔化学性能

知识

r铸造性能

结构

锻压性能

1工艺性能《

图示焊接性能

热处理性能

~Q刖〃U-LI±H匕

重点：.强度、硬度的各个指标的概念及应用

章重点1

2.冲击韧性、疲劳强度的概念、危害及预防措施

与难点难点：材料的强度、塑性、硬度概念及与拉伸曲线与关系

1.教法：

(1)案例引导法

(2)问题法

(3)小组讨论法

(4)边讲边练法

教学方法手

段2.学习法：

(1)文献查阅法

(2)分组合作学习法

(3)自主学习法

3.教学手段：

多媒体、相关视频或理实一体教室。

主要参

金属材料与热加工基础

考资料

备注硬度实验在理实一体教室或专业教室进行，也可以边讲边练（2学时）

金属材料与翔加工双砒敖嗓（课时备课）

第1次课2学时

本次

点

重重点：材料的拉伸试验及拉伸曲线分析，强度指标与塑性指标;

点

难难点：强度指标与塑性指标的实际应用

备注：

引言

一、课程介绍及教学要求理实一体（多

媒体）教室授

二、案例引入

课

三、金属材料的性能分类介绍

PPT介绍图1-1

第一节金属材料的使用性能.

金属材料的使用性能：是金属材料在使用过程中所表现出来的性能，

包拈力学性能、物理性能、化学性能等。

一、力学性能的主要指标及测试

力学性能：是指在外力（载荷）作用时所表现出来的性能。

载荷分为静载荷，非静载荷（动载荷）。

金属材料在静载荷的作用下所表现出来的力学性能主要有强度、塑性、

硬度等；在非静载荷作用下表现出来的力学性能主要有冲击韧性、疲

教学劳强度等。

内容

与进1.强度及其测试

程安

（1）拉伸试验：是指用静拉伸力对标准拉伸试样进行缓慢的轴向拉伸,

排

直至试样被拉断为止的一种试验方法。

1）拉伸试样

按国家标准加工，试样截面可以是圆形、矩形、多边形，通常使用圆

形截面试样（见图1）。

a）b）

图标准拉伸试样

a）拉伸前b）拉伸后

长试样（Lo=lOdo），短试样（“尸54）

2）拉伸试验方法

拉伸试验一般在液压万能试验机或数字万能试验机.匕进行（现场教学

或者视频）可以扫二维码。

3）拉伸曲线

拉伸试验时，利用试验机的自动绘图器（自动绘图软件）可绘出力-

伸长（F-AL）曲线，通常称作拉伸曲线。应力•延伸率（R・e）曲线与

F-AL曲线形状相似，但消除了几何尺寸的影响（见图1-5）。可以扫

二维码

（2）拉伸曲线分析

试样拉断前的变形过程主要有以下几个阶段：

1）弹性变形阶段（oe）

2）微塑性变形阶段（es）

3）屈服阶段（s点附近的平台）

4）强化阶段（sm）

5）缩颈阶段（“）

提示：拉伸试验时，低碳钢等塑性材料在断裂前有明显的塑性变形，

有屈服现象；而铸铁等脆性材料在断裂不仅没有屈服现象，而且也没

有明显的缩颈现象。

（3）强度与强度指标

1）屈服强度

在拉伸曲线中，当材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发

生而力不增加的应力点称为屈服强度。屈服强度分为上屈服强度（&H）

和下屈服强度（&L）。

RCH=FCH/SO,RC\=FC\JSO

对拉伸试验无明显屈服现象的材料，以条件屈服强度Rm计算。即

Rrf）,2=尸0.2/So

屈服强度是机械零件设计和选材的主要依据。

2）抗拉强度

抗拉强度是指在拉伸试验中，材料在断裂前所能承受的最大应力值，

用Rm（旧标准用0b）表示。即

Hm=Fm（So

对于无明显屈服现象的脆性材料而言，抗拉强度是零件设计时的另一

个强度依据。

2.塑性及塑性指标

塑性是金属材料在外力作用下，断裂前产生塑性变形（永久变形）的

能力。材料的塑性指标有断后伸长率A和断面收缩率Z。良好的塑性

是塑性成形（如锻造、轧制、冲压等）不可缺少的条件，也是缓和应

力集中和防止突然脆断的美键因素。

A=（Lu-L<））/L<1

Lu-----试样拉断后标距长度（mm）；

%——试样原始标距长度（mm）

Z=（Sa-Su）/Sfr

Stl---试样断后横截面积（mm?）；

So---试样原始横截面积（mn?）。

小结及作业布置

金属材料S盆加工双砒敖嗓（课时备课）

第2次课2学时

本次

重点重点：硬度、冲击韧度、疲劳强度指标的含义及应用

难点难点：硬度值的表示方法、测试方法

备注：

复习回顾上节课内容，导入本次课内容

3.硬度及测试理实一体教

材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力称为硬度。一般情况下，材室（多媒体）

料的硬度越高，其耐磨性就越好。授课

（1）布氏硬度

1）测试原理

图1-8所示

2）测试仪器及试验规范

扫二维码

3）表示方法

布氏硬度值+硬度符号+试验条件。如190HBW10/I000/30

4）测试方法的优缺点

布氏硬度试验方法的优点是测定结果较准确，数据稳定、重复性

好。缺点是由于其压痕较大，对试件表面的损伤也较大，不宜测量成

品或太小、太薄的试件，布氏硬度试验主要用来测定原材料，如铸铁、

非铁金属及经退火、正火或调质处理的钢材及半成品的硬度。

（2）洛氏硬度

1）测试原理

图1-10

排2）测试仪器及试验规范

扫二维码

3）表示方法

洛氏硬度的表示方法为：硬度值+硬度符号,如25HRC表示用C标尺

测出的硬度值为25。

提示：洛氏硬度各个标尺间没有对应关系，因此各个标尺之间测

得的硬度值不能直接比较。在中等硬度情况下，洛氏硬度HRC与布

氏硬度HBVV之比约为1:10。

4）测试方法的优缺点

洛氏硬度试验方法是目前应用最广泛的硬度测试方法，其优点是测量

迅速简便，压痕小，可用于测量成品件或较薄工件；缺点是测得的硬

度值不够准确，数据重复性差。因此，在测试试件的洛氏硬度值时，

需要选取不同部位至少测定3次，取其平均值作为该试件的洛氏硬度

值。

（3）维氏硬度

1）测试原理

见图1-12

2）测试仪器

3）表示方法

维氏硬度值的表示方法与布氏硬度值相同，硬度值写在HV的前面

4）测试方法的优缺点

维氏硬度的优点是所用试验力小，压痕较浅，使用范围宽，测值范围

为5-3000HV,可以测试从极软到极硬的各种金属材料，尤其适合测

量零件表面淬火层及化学热处理的表面层。

（4））里氏硬度

1）测试原理

2）表示方法

硬度值+HL+冲击装置型号，常用的冲击装置有D、DC、G、C等四种

3）测试仪器

4）测试方法的优缺点

里氏硬度测值范围大，适用于所有金属的硬度检测，里氏硬度值和其

它硬度值（HRB、HRC、HB、HV）之间有对应关系。里氏硬度仪可通

过机内微电脑进行自动转换，可直接输出所需的布氏、洛氏、维氏等

硬度值，操作方便，测试时由主观因素造成的浜差小，且对试件损伤

极小，适合各类工件的各个方位的测试，特别是现场测试是其他硬度

计无法比拟的，缺点是物理意义不够明确。

提示：各个硬度测试方法各有优缺点。实验室常用洛氏硬度计检

测钢铁材料，维氏硬度计检测薄件及渗层厚度；现场检测目前应用较

多的是里氏硬度计。附录B为各种硬度与强度换算表。

4.冲击韧度及其测试

（1）冲击韧度的概念、测试方法及案例

（2）韧脆转变温度

5疲.劳强度及测试

（1）疲劳强度的概念、测试方法及案例

（2）提高疲劳强度的方法。

二、金属材料的物理性能主要指标及应用

1.密度及应用

2.熔点及应用

3.导热性及应用

4.导电性及应用

5.热膨胀性及应用

6.磁性及应用

三、金属材料的化学性能指标及应用

1.耐腐蚀性

2.抗氧化

3.化学稳定性

第二节材料的工艺性能

1.概述

2.铸造性能

3.锻压性能

4.焊接性能

5.热处理性能

6.切削加工性能

二、本章小结及作业布置

《金属材料与热加工基础》

课程教案

系（部）教研室

课程代码学分

课程性质必修（）专业选修（）公共选修（）

授课专业授课班级

任课教师职称

考核方式

金属材料与翔加工及砒敖嗓(章节备课)

章次第二章金属晶体结构及结晶分析

课时安排总学时数：8〜10理论教学时数：6〜8实验教学时数：2

教学

目的本章主要通过金属晶体结构及结晶分析的学习，掌握金属晶体结构及结晶的基本

与歌知识，初步具有分析和应用铁碳合金相图的能力。

f纯金属晶体结构

金厂金属的晶体结构\

(

属\合金的晶体结构

本章

晶

体

结纯金属的结晶

知识金属结晶分析\

构<

合金的结晶

及

结构结

晶铁碳合金的基本相和基本组织

分

铁碳合金的基本相和基本组织

图示析

1铁碳合金相图分析碳含量对铁碳合金组织和性能的影响

、铁碳合金相图的应用

重点：1.铁碳合金的基本相和基本组织

章重点

2.铁碳合金的基本相和基本组织

与难点难点：铁碳合金的基本相和基本组织

1.教法：

(1)案例引导法

(2)问题法

(3)小组讨论法

(4)实验法

教学方法手

段2.学习法：

(1)文献查阅法

(2)分组合作学习法

(3)自主学习法

3.教学手段：

多媒体、教学视频。

主要参

金属材料与热加工基础

考资料

备注

金属材料与翔加工及砒敖嗓（课时备课）

第1次课2学时

第一节认识金属的晶体结构

K次

点

a二重点：常见的金属晶格类型，纯金属结晶过程，晶粒大小对材料性能的影响

一

,点难点：金属结晶过程

案例导入备注：

“钻石恒久远，一颗永流传”

一、纯金属晶体结构

1.晶体结构基本知识

（1）晶格

（2）晶胞

（3）晶格常数

2.金属中常见的晶格类型

（1）体心立方晶格晶胞是一个立方体，在立方体的8个顶角和中心

各有1个原子。

（2）面心立方晶格晶胞也是一个立方体，在立方体的8个顶角和6

个面的中心各有1个原子。

（3）密排六方晶格晶胞是六方柱体，在六方柱体的12个顶角和上

下底面中心各有1个原子，另外在上下面之间还有3个独立排列的原

子。

教学提示：各类金属因其晶体结构不同，所以它们的性能也不一样，即使

内容同一晶格类型，但由于晶格常数不同，其性能也不相同。

与进3.实际金属的晶体结构

程安

（1）点缺陷指长、宽、高尺寸都很小的缺陷，常见的点缺陷包括空

封非

位、间隙原子和置换原子。

（2）线缺陷是指空间二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较

大的缺陷。在晶体内部呈线状分布，常见的是各种类型的位错。

（3）面缺陷是指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷，晶体中最

常见的面缺陷主要有晶界和亚晶界。

二、合金的晶体结构

1合.金基本知识

合金、组元、相、组织的基本概念

2.合金的相结构

合金的结构比纯金属复杂，根据组成合金的各组元之间的相互作用，

合金的相结构可分为固溶体、金属化合物两种类型。

（1）固溶体的基本概念、分类和性能

固溶体是指合金在液态下相互溶解，固态下也相互溶解，即一种组元

的晶格溶解了另一组元的原子而形成的均匀相。

固溶体的晶体结构与溶剂相同，它是一种单一均匀的物质。

适当控制溶质含量，可明显提高合金的强度和硬度，同时仍能保证足

够高的塑性和韧性，所以说固溶体使合金一般具有较好的综合力学性

能。

(2)金属化合物的基本概念、分类和性能

合金组元间发生相互作用而形成一种新的具有金属特性的物质称为金

属化合物。它的晶体结构与性能和原组元都不同。例如：铁碳合金中

的渗碳体就是铁和碳所组成的金属化合物。其晶体结构与性能和铁、

碳都不同。

金属化合物的熔点较高，性能硬而脆。当合金中出现金属化合物

时，通常能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。

第二节金属结晶分析

案例导入：

在北方寒冷的冬天，我们莒常会看到漂亮的雪花、冰窗花和雾松，它

们堪称大自然的杰作。你知道它们是怎样形成的吗？你知道金属是怎

样结晶的吗？

一、纯金属的结晶

1.纯金属结晶的基本规律

o时间7。时间

(1)冷却曲线

(2)过冷现象

实际生产中，金属结晶的冷却速度都很快。因此，金属液的实际

结晶温度Tn总是低于理论结晶温度7b，如图所示。金属结晶时的这种

现象称为过冷，两者温度之差称为过冷度

金属结晶时的过冷度与其冷却速度有关，冷却速度越快，过冷度

就越大，金属的实际结晶温度就越低。

2.在纯金属的结晶过程

(1)晶核的形成

自发晶核与非自发形核

(2)晶核的长大

3.晶粒大小及控制

(1)晶粒大小对金属力学性能的影响

晶粒愈细小，金属的强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好。所以在实

际生产中，总是希望获得细小的晶粒。

(2)细化晶粒常用的方法

(1)增加过冷度

(2)变质处理

此外，还可采用机械振动、电磁振动和超声波振动等措施，来使生长

中的枝晶破碎，使晶核数目增多，从而细化晶粒。

4.金属的同素异构转变

小结及作业布置

金属材料与翔加工基砒数嗓（课时备课）

第2次课2学时

第二节金属结晶分析、第三节铁碳合金相图

K次

点

B二重点：合金的结晶，铁碳相图的基本相和基本组织

一

点

生难点：合金的结晶

第二节金属结晶分析备注:

二、合金的结晶

1.二元合金相图的建立

提示：与纯金属不同的是，一般合金有两个临界点，说明合金的结晶

过程是在一个温度范围内进行的。相图上的每个点、线、区都具有一

点的物理意义。

2.二元合金的结晶过程

（1）匀晶相图

是两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的相图。如Cu-Ni、

Cu-Au,W-Mo>Fe-Ni等都属于匀晶相图。

（2）二元共晶相图

二元共晶相图是两组元在液态无限互溶，在固态下有限互溶，并发生

共晶反应，形成共晶组织的相图。如：Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Al-Si

等都属于共晶相图。

第三节铁碳合金相图分析

教

学一、铁碳合金的基本相及基本组织

内

容通常仅研究Wc<6.69%的铁碳合金，又称Fe-Fe3C合金。

与

进1.铁素体

程

安定义：碳溶于a-隆中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F表示。

并

非

力学性能：与纯铁接近，即强度、硬度较低，但塑性、韧性良好。

显微组织：与纯铁近似，呈明亮白色的等轴多边形晶粒。

2.奥氏体

定义：碳溶于Y-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用A表示。

溶碳能力：1148C时溶碳量为2.11%,在727℃时溶碳量为0.77%。

性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，易于压力加工。

显微组织：明亮的多边形晶粒。

3.渗碳体

定义：渗碳体为铁和碳形成的金属化合物，用其分子式Fe3c表示。

含碳量：6.69%,熔点：1227℃,具有复杂的晶体结构。

性能特点：硬而脆，是铁碳合金的主要强化相。渗碳体在铁碳合金中

的形态可呈片状、网状、粒状、板条状。渗碳体越细小，在固溶体基

体中分布越均匀，合金的力学性能越好；反之，越粗大或呈网状分布

则脆性越大。

4.珠光体

珠光体是铁素体和渗碳体相间排列而成的层片状的机械混合物，用P

表示。珠光体中碳的质量分数为0.77%,强度较高，硬度适中，具有一

定的塑性。

5.莱氏体

碳的质量分数为4.3%的液态铁碳合金，在1148c时从液态中同时结晶

出的奥氏体和渗碳体的机械混合物，用Ld表示。

室温下的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，这种混合物叫低温莱氏体，

用Ld表示。莱氏体以渗碳体为基体，性能有渗碳体相似，硬度很高，

塑性很差。

二、小结及作业布置（5分钟）

金属材料与翔加工基砒数嗓（课时备课）

第3次课4学时

第三节铁碳合金相图分析

4次

工

二

点

昼8重点：铁碳合金特征点和特征线、典型铁碳合金的结晶

一

点

见

隹难点：典型铁碳合金的结晶过程和室温组织

二、铁碳合金相图的分析

铁碳合金相图是表示在缓慢加热（冷却）条件下（即平衡状态），

铁碳合金的成分、温度和组织之间关系的图形。它是研究铁碳合金的

重要工具。

教学

内容

与进1.铁碳合金相图的主要特征点与特征线

程安

（1）铁碳合金相图的主要特征点

排

特性点温度/CWc(%)含义

A15380纯铁的熔点

C11484.3共品点。发生共品反应（LclAb+Fe©）

D12276.69渗碳体的熔点

E11482.11碳在y-Fe中的最大溶解度，

碳钢与白口铸铁的分界点

G9120纯铁的同素异构转变点（a-Fe由-Fe）

P7270.0218碳在a-Fe中的最大溶解度

S7270.77共析点。发生共析转变（AsWFp+FesC）

（2）铁碳合金相图的主要特征线

特性名

含义

线称

液相此线以上合金全部为液相（L）金属液冷却到AC线以下和CD

ACDo

线线以下从液相中分别结晶出奥氏体和•次渗碳体FeCi

金属液冷却到此线全部结晶为固态，此线以下为固态区。液相

固相线与固相线之间为金属液的结晶区。这个区域内金属液相与固

AKCF

线相并存，AEC区域内为金属液相与奥氏体，CDF区域内为金属液

相与渗碳体

共晶Wc>2.11%的铁碳合金，缓冷却到此线时（114&C）,液相将发

ECF

线生共晶转变而生成莱氏体（Ld）

又称儿线，Wc>0.0218%的铁碳合金，缓冷至此线（727-0,

共析

PSK均将发生共析转变，即奥氏体将生成铁索体和渗碳体组成的机

线

械混合物珠光体（P）

也称奥氏体和铁素体相互转变线。冷却时从奥氏体中析出铁素

GSA,线

体的开始线；加热时，铁素体全部转变成奥氏体的结束线

碳在奥氏体中的溶解度曲线。碳在奥氏体中的最大溶解度是E

点（Wc=2.ll%）o随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，

Acm

ES将由奥氏体中析出渗碳体。为和直接从液相中结晶出来的渗碳

线

体（FesCi）相区别，将奥氏体中析出的渗碳体成为二次渗碳体

（FejCn）o

2.铁碳合金的分类

3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析

为了进一步认识、理解铁碳相图，现以碳钢和白口铸铁的几种典

型合金为例，分析其结晶过程及在室温下的显微组织。

（1）共析钢

拿舞嚓尊

1点以上1一2点2-S点5点以下

室温组织是珠光体。共析钢（珠光体）的显微组织：白色基体为铁

素体，黑色层片为渗碳体。

（2）亚共析钢

图2-23中合金H为Wc=0.45%的亚共析钢，其结晶过程如图2-25所

不。

1点以上1一2点2—3点3-4点4点以下

室温组织都是铁素体与珠光体。但随含碳量增加，铁素体量逐渐减少，

珠光体量逐渐增多。

（3）过共析钢

图2-23中合金IH为Wc=l.2%的过共析钢，其结晶过程如图2-27所示。

室温组织都是珠光体与网状二次渗碳体。但随含碳量的增加，珠

光体量逐渐减少，二次渗碳体量逐渐增多。二次渗碳体以网状分布在

晶界上，将明显降低钢的强度和韧性。因此，过共析钢在使用之前，

应采用热处理等方法消除网状二次渗碳体。

(4)共品白口铸铁

图2-23中合金IV为耻=4.3%的共晶白口铸铁，其结晶过程如图

2-29所示。

室温组织是珠光体和渗碳体(共晶渗碳体和二次渗碳体)组成的两相

组织，即低温莱氏体L，d。共晶白口铸铁的显微组织如图2-30所示，

图中黑色部分为珠光体，白色基体为渗碳体(共晶渗碳体和二次渗碳

体连在一起难以分辨)。

(5)亚共晶白口铸铁

图2-22中合金V为％=3.0%的亚共晶白口铸铁，其结晶过程：

室温组织是珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体L；图中黑色枝状

或块状为珠光体，黑白相间的基体为低温莱氏体，珠光体周围白色网

状为二次渗碳体。

(6)过共晶白口铸铁

合金IV为限=5.0%的过共晶白口铸铁，其结晶过程如图所示。

I点以上I-2A2-3点3点以下

室温组织是低温莱氏体L1和FesCi。图中白色条状为FesC”基体

为低温莱氏体。

三、碳的质量分数对铁碳合金组织和性能的影响

1.含碳量对铁碳合金平衡组织的影响

随着含碳量的增加，铁碳合金的室温组织变化如下：

FfF+PfPfP+Fe3CnfP+Fe3cll+!/(!—•L'd-d+Fe3cl

2.含碳量对铁碳合金力学性能的影响

随着含碳量的增加，钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。

白口铸铁中含碳量大于2.11%,因其组织中含有大量硬而脆的渗

碳体，既难于切削加工，又不能锻压加工，故很少采用。

四、铁碳合金相图的应用

1.作为选用钢铁材料的依据

2.在铸造生产上的应用

3.在锻压工艺方面的应用

4.在热处理方面的应用

五、小结及作业布置

《金属材料与热加工基础》

课程教案

系（部）教研室

课程代码学分

课程性质必修（）专业选修（）公共选修（）

授课专业授课班级

任课教师职称

考核方式

金属材料与翔加工及砒敖嗓（章节备课）

章次第三章钢的热处理工艺与应用

课时安排总学时数：12理论教学时数：10实验教学时数：2

教

学本章主要通过钢的热处理原理，掌握常用热处理的目的，工艺及应用，初步具有

目的

躲

突热处理工艺编制的能力及分析热处理常见缺陷及预防的能力。

1钢在加热时的组织转变

本章

的钢在冷却时的组织转变

知识

理由西什开”工困丁口也广由广钢的退火与正火、淬火、回火工

埋）钢整体热处理工艺及应用J

5\1艺及应用

结构

昌钢的表面热处理工艺及应用［钢的表面淬火

图示用［钢的化学热处理

＜钢的热处理工艺制订

章重点重点：1.钢冷却时组织转变

与难点2.退火、正火、淬火和回火、表面热处理的工艺及应用

难点：钢的热处理工艺制订

1.教法：

（1）案例引导法

（2）问题法

（3）小组讨论法

（4）实验法

教学方法手

段2.学习法：

（1）文献查阅法

（2）分组合作学习法

（3）自主学习法

3.教学手段：

多媒体、热处理视频。

主要参金属材料与热加工基础

考资料

备注

金属材料与翔加工双砒敖嗓（课时备课）

第1次课2学时

第一节钢热处理工艺基础

次

工重点：钢热处理实质、作用及分类；钢在加热时的组织转变；钢在冷却时的组织

二

点

覆g转变

一

点

见

隹难点：钢在冷却时的组织转变

备注

一、钢热处理实质、作用及分类

1.钢热处理实质、作用

（1）实质：热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保

温、冷却，以改变其组织结构以获得不同性能的工艺方法。

（2）作用：热处理是提高材料使用性能和改善工艺性能的基本途径之

一，是挖掘材料潜力、保证产品质量、延长寿命的重要工艺。

2.钢热处理分类

热处理工艺方法很多，根据工艺类型、工艺名称和加热和冷却方式的

不同，热处理工艺分类及名称见图3-2所示。

二、钢在加热时的组织转变

.1.钢的临界转变温度

教学

内容金属材料在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为临界转变温度（或

与进

程安相变点）。

排Ai、A3、AE,；Aci、AC3、Ace；fAr】、An、A%比较。

2.奥氏体的形成过程

此过程可分为奥氏体的形核、长大，残余渗碳体的溶解和奥氏体成分

均匀化四个阶段，如图3-4所示。

3.奥氏体晶粒的长大及其影响因素

加热时获得的奥氏体晶粒越细小，冷却转变的产物组织晶粒也越细小,

其强度、塑性、韧性都比较好，反之，热处理后的强度、塑性、韧性

越差。在生产中常采用以下措施来控制奥氏体晶粒的大小。

（1）合理选择加热温度和保温时间

（2）加热速度

（3）合金元素

提示：钢在热处理加热后必须有保温阶段，不仅是为了使工件“热透”,

也是为了使组织转变完全，以及保证奥氏体成分均匀。

三、钢在冷却时的组织转变

分析表3/得出结论：不同冷却速度影响钢的力学性能

1.过冷奥氏体的等温转变

（1）过冷奥氏体等温图的建立

（2）共析钢过冷奥氏体的等温转变图分析

1）图中各特性线的含义

2）区的含义

3）孕育期

（3）过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能

表3-2共析钢过冷奥氏体转变温度、产物的组织和性能

2.过冷奥氏体连续冷却转变

（1）过冷奥氏体连续冷却转变图分析

Ps线、P「线、K线，冷却速度线Vk得含义

（2）过冷奥氏体连续冷却转变与等温转变的关系

（3）过冷奥氏体等温转变图在连续冷却转变中的应用

注意：采用连续冷却转变时，由于连续冷却转变是在一个温度范围内

进行的，因此，连续冷却转变的转变产物往往不是单一的，根据冷却

速度的不同，其转变产物有可能P+S,S+T和T+M等。

（4）马氏体的组织形态和性能

1）形态

2）性能

四、小结及作业布置

金属材料与盆加工泉砒敖嗓（课时备课）

第2次课2学时

第二节钢的整体热处理工艺及应用

归次

a良点重点：退火、正火、淬火的目的，工艺及应用,难点：退火，正火工艺编制的能

隹点

见力

备注：

一、退火与正火

退火和正火的主要目的有：

(1)调整硬度以便进行切削加工。

(2)消除残余应力，防止钢件的变形、开裂。

(3)细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能。

(4)为最终热处理作好组织准备

1.退火工艺及应用

(1)完全退火

工艺：

完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊件等，通过

完全退火使热加工造成的粗大晶粒细化，消除内应力。

提示：完全退火不适合用于过共析钢，因为加热到A%点以上随

后缓冷时，会沿奥氏体晶界析出网状二次渗碳体，使钢件韧性降低。

教学

内容(2)等温退火

与

进

程

安工艺：

利

非对某些合金钢，生产中常用等温退火来代替完全退火或球化退火。图

3-15为高速工具钢完全退火与等温退火的比较

(3)球化退火

工艺：

提示：对于存在有严重网状二次渗碳体的钢，可在球化退火

前，先进行一次正火。

(4)去应力退火

工艺：

若采用高温退火(如完全退火)，也可以更彻底地消除应力，但会使氧

化、脱碳严重，还会产生高温变形，故为了消除应力，一般是采用去

应力退火。

(5)均匀化退火

工艺：

均匀化退火时间长，耗费能量大，成本高，主要用于减少中碳合金钢、

高合金钢铸件或锻、轧件亿学成分和组织偏析，使之均匀化。均匀化

退火后，钢的晶粒粗大，因此还要进行完全退火或正火。

2.正火工艺及应用

（1）工艺

（2）一般正火主要应用于以下场合：

1）改善低碳钢的切削加工性能

2）可做最终热处理

3）可消除钢中网状渗碳体

3.退火与正火的选用原则

（1）从切削加工性能方面考虑

（2）从零件的结构形状考虑

（3）从经济上考虑

4.正火和退火常见缺陷及对策

正火和退火常见缺陷及对策见表3-5所示。

二、钢的淬火

1.淬火工艺

（1）加热温度

1）对于亚共析钢

2）对于共析钢或过共析钢

（2）淬火加热时间

（3）淬火冷却介质

1）水

2）油

3）盐

小结及作业布置

金属材料与翔加工基砒敖嗓（课时备课）

第3次课2学时

第二节钢的整体热处理工艺及应用

1次

K

昼一点

艺安

回火工

火、

：淬

难点

应用

艺及

火工

；回

硬性

、淬

透性

，淬

方法

火的

：淬

一重点

旦

无一点

生排

:

备注

火方法

用的淬

2.常

火

单液淬

(1)

火

双液淬

(2)

火

分级淬

马氏体

(3)

火

等温淬

(4)

理

冷处

(5)

硬性

性与淬

的淬透

3.钢

性

钢淬透

(1)

念

1)概

受淬

钢接

表示

性是

淬透