金屬材料及熱處理基礎(chǔ)理論教案

1、金屬材料的力學(xué)性能 應(yīng)力應(yīng)變曲線 材料的強(qiáng)度 塑性 硬度性能性能使用性能使用性能工藝性能工藝性能力學(xué)性能力學(xué)性能：材料受力時(shí)表現(xiàn)出來性能：材料受力時(shí)表現(xiàn)出來性能物理性能、化學(xué)性能物理性能、化學(xué)性能材料使用材料使用時(shí)表現(xiàn)出時(shí)表現(xiàn)出的性能的性能材料加工材料加工時(shí)表現(xiàn)出時(shí)表現(xiàn)出的性能的性能熱加工工藝性能熱加工工藝性能：鑄造、鍛壓、焊：鑄造、鍛壓、焊 接、接、熱處理熱處理冷加工工藝性能：切削加工冷加工工藝性能：切削加工力的相關(guān)術(shù)語1 1）載荷）載荷載荷分為靜載荷、沖擊載荷及變動(dòng)載荷三種。載荷分為靜載荷、沖擊載荷及變動(dòng)載荷三種。2 2）變形）變形3 3）應(yīng)力（）應(yīng)力（）金屬材料在使用和加工過程中所受到的

2、各種外力統(tǒng)稱為載荷，用符號(hào) F表示。金屬材料受到載荷作用而產(chǎn)生的幾何變形和尺寸的變化稱為變形。變形分為彈性變形和塑性變形。變形分為彈性變形和塑性變形。也就是單位面積所能承受的載荷大小。即=F/S一、低碳鋼的拉伸應(yīng)力一、低碳鋼的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線O 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變彈性階段彈性階段下屈服強(qiáng)度下屈服強(qiáng)度 ReL屈服階段屈服階段強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段頸縮階段頸縮階段斷裂斷裂抗拉強(qiáng)度(Rm)：tensile strength 相應(yīng)最大力(Fm)的應(yīng)力。 0mmSFRS0：試樣原始橫截面積屈服強(qiáng)度：yield strength當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)，應(yīng)區(qū)

3、分上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。上屈服強(qiáng)度(ReH)：upper yield strength試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力。下屈服強(qiáng)度(ReL)：lower yield strength在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。根據(jù)低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同階段的變形特征，整個(gè)拉伸過程依次分為：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段。彈性階段：當(dāng)外力解除后變形能夠全部消除、恢復(fù)原狀，為彈性變形彈性變形。屈服階段：開始產(chǎn)生塑性變形塑性變形，即當(dāng)外力解除后，變形不能完全恢復(fù)，而殘留下一部分變形。強(qiáng)化階段：經(jīng)過屈服階段后，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形必須增加拉力。頸縮階段：在試件某一薄

4、弱的橫截面處發(fā)生急劇的局部收縮，橫截面面積迅速減小，塑性變形迅速增加。a)試樣 b)拉伸 c)頸縮 d)斷裂頸縮二、強(qiáng)度1.定義：2.2.意義：意義：3.3.強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)1)1)彈性極限彈性極限材料受到外力時(shí)，產(chǎn)生彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。材料受到外力時(shí)，產(chǎn)生彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。用符號(hào)用符號(hào)e e表示表示。 e e=Fe/Ao 式中式中Fe試樣發(fā)生彈性變形時(shí)的最大載荷（試樣發(fā)生彈性變形時(shí)的最大載荷（N）; Ao試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mm2）。）。金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為的能力稱為強(qiáng)度強(qiáng)度。強(qiáng)度指標(biāo)

5、是機(jī)器零件選材和設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。強(qiáng)度指標(biāo)是機(jī)器零件選材和設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。2 2）屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度）屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度 金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱為屈金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱為屈服點(diǎn)，用符號(hào)服點(diǎn)，用符號(hào)ss表示表示。 ss=Fs/=Fs/AoAo 式中式中FsFs試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷（試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷（N N）; ; AoAo試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mmmm2 2）。）。工業(yè)上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸過程中，工業(yè)上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸過程中，沒有明顯的屈服現(xiàn)象沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法確定其屈服點(diǎn)，無法確定

6、其屈服點(diǎn)ss ，按，按GB/T2228GB/T2228規(guī)定，規(guī)定，可用可用屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度0.20.2來表示該材料開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力來表示該材料開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值。值。屈服強(qiáng)度為試樣標(biāo)距部分產(chǎn)屈服強(qiáng)度為試樣標(biāo)距部分產(chǎn)生生0.2%0.2%殘余伸長(zhǎng)率時(shí)的應(yīng)力殘余伸長(zhǎng)率時(shí)的應(yīng)力值，值，即即 0.20.2=F=F0.20.2/A/Ao o式中式中 F F0.20.2試樣標(biāo)距產(chǎn)生的試樣標(biāo)距產(chǎn)生的0.2%0.2% 殘余伸長(zhǎng)時(shí)載荷（殘余伸長(zhǎng)時(shí)載荷（N N）；）； A Ao o試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mmmm2 2）屈服強(qiáng)度的測(cè)定3）抗拉強(qiáng)度 金屬材料在斷裂前所能承受的最

7、大應(yīng)力值稱為抗拉強(qiáng)度，用符號(hào) b表示。 b=Fb/Ao式中 Fb試樣在斷裂前所承受的載荷（N）； Ao試樣原始橫截面積（mm2）。三、塑性金屬材料的載荷作用下，斷裂前材料發(fā)生不可逆金屬材料的載荷作用下，斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力稱為永久變形的能力稱為塑性塑性。 1.定義2.2.意義意義1 1）斷后伸長(zhǎng)率）斷后伸長(zhǎng)率 =(L=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0材料有一定的塑性既能保證安全性，又能使材料便于材料有一定的塑性既能保證安全性，又能使材料便于加工（工藝性能）。加工（工藝性能）。3.3.常用的塑性指標(biāo)常用的塑性指標(biāo)2 2）斷面收縮率）斷面收縮率 =(S=(S0 0-S-S1

8、 1)/S)/S0 0四、硬度 硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。1 1）布氏硬度）布氏硬度 （HBWHBW、HBSHBS）2 2）洛氏硬度（）洛氏硬度（HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC等）等）3 3）和維氏硬度（）和維氏硬度（HVHV） 1 1、定義、定義2 2、常用的硬度指標(biāo)、常用的硬度指標(biāo)硬度測(cè)試原理硬度測(cè)試原理各種硬度表示方法、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍硬度測(cè)定方法表示方法特點(diǎn)應(yīng)用范圍布氏硬度（HB）450HBW5/750/20表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在750kgf載荷下保持20s,測(cè)定的布氏硬度值為450。測(cè)試值穩(wěn)定，準(zhǔn)確，但測(cè)量費(fèi)時(shí)，且壓痕較大。不適

9、測(cè)薄件或成品；常用于測(cè)HBW值小于650的材料，如灰鑄鐵、非鐵合金及退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼等洛氏硬度（HR）5055HRC,數(shù)值越大，表示材料越硬。操作迅速簡(jiǎn)便，壓痕小，不如布氏硬度精確，一般需測(cè)不同部位幾處，求其算術(shù)平均值。適宜大量生產(chǎn)成品檢驗(yàn)維氏硬度（HV）500Hv100/20表示在試驗(yàn)載荷100kgf下保持20s測(cè)定的維氏硬度值為500載荷小，壓痕淺.特適測(cè)軟、硬金屬及陶瓷等非金屬材料，尤其是極薄的零件和滲碳層的硬度；還可測(cè)顯微組織硬度。晶體結(jié)構(gòu)三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)： 面心立方晶體 體心立方晶體 密排六方晶體1、 面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞由八個(gè)原子構(gòu)成的立方體，但在立方體的每一個(gè)

10、面的中心還有一個(gè)原子。顯然，在這種晶胞中，是在每一個(gè)面的對(duì)角線上各原子彼此相互接觸。屬于這種晶格的有鋁、銅等。2、 體心立方晶格 體心立方晶格的晶胞由八個(gè)原子構(gòu)成的立方體，并在其立方體的體心還有一個(gè)原子，因其晶格常數(shù)a=b=c，故只用一個(gè)常數(shù)a即可表示。這種晶胞在其立方體對(duì)角線方向上的原子是彼此緊密相接觸排列的。屬于這種晶格的金屬有鐵、鉻等。3、 密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞不僅在上下兩個(gè)六方面各有7個(gè)原子，而且在兩個(gè)六方面之間還有三個(gè)原子。屬于這種晶格的金屬有鎂、鋅等。金屬材料的塑性變形 單晶體的塑性變形滑移和孿生 多晶體的塑性變形 冷塑性變形對(duì)金屬組織性能的影響 塑性變形金屬在加熱時(shí)組

11、織性能變化金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形1、單晶體的塑性變形、單晶體的塑性變形滑移和孿生滑移和孿生（1）滑移： 在外加切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）發(fā)生相對(duì)的滑動(dòng) 如拉伸時(shí)，滑移面上的外力P分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。 正應(yīng)力作用使晶格發(fā)生彈性伸長(zhǎng)。正應(yīng)力只能使晶體產(chǎn)生彈性變形和斷裂，不能使晶體產(chǎn)生塑性變形。 切應(yīng)力作用使晶格發(fā)生彈性歪扭；c（臨界切應(yīng)力），-變形量，O，變形恢復(fù)；c，發(fā)生滑移，產(chǎn)生永久塑性變形。（2）孿生 晶體的一切分相對(duì)于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變。金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成

12、鏡面對(duì)稱關(guān)系。發(fā)生孿生的部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。 孿生帶的晶格位向發(fā)生變化，發(fā)生孿生時(shí)各原子移動(dòng)的距離是不相等的。 （3）滑移和孿生：1. 滑移和孿生均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面的一定晶向進(jìn)行，產(chǎn)生塑性變形。2. 孿生借助于切變進(jìn)行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生. FCC金屬一般不發(fā)生孿生，少數(shù)在極低溫度下發(fā)生。. BCC金屬僅在室溫或受沖擊時(shí)發(fā)生。. HCP金屬較容易發(fā)生孿生。3. 滑移原子移動(dòng)的相對(duì)位移是原子間距的整數(shù)值不引起晶格位向的變化。孿生原子移動(dòng)的相對(duì)位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值孿晶晶格位向改變促進(jìn)滑移 4. 孿生產(chǎn)生的塑性變形量小（滑移變形量的10）孿生變形引起

13、的晶格畸變大。2、多晶體的塑性變形、多晶體的塑性變形（1）影響多晶體塑性變形的因素1. 晶粒位向：晶粒位向不一致2. 晶界： .滑移的主要障礙：晶界原子排列較不規(guī)則缺陷多滑移阻力大變形抗力大。.協(xié)調(diào)變形：晶界自身變形處于不同變形量的相鄰晶粒保持連續(xù)。（2）細(xì)晶強(qiáng)化Hall-Pitch關(guān)系：s=0+Kyd-1/2 晶粒小晶界面積大變形抗力大強(qiáng)度大晶粒小晶界附近位錯(cuò)密度小應(yīng)力集中小滑移由這晶粒 到另外一個(gè)晶粒機(jī)會(huì)少變形困難屈服強(qiáng)度晶粒小單位體積晶粒多變形分散減少應(yīng)力集中晶粒小晶界多不利于裂紋的傳播斷裂前承受較大的塑 性變形細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒細(xì)化強(qiáng)度提高、塑性提高、韌性提高，硬 度提高。冷塑性變形對(duì)金屬

14、組織性能的影響加工硬化（形變硬化） 金屬在冷態(tài)下進(jìn)行塑性變形時(shí)，隨著變形度的增加，其強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降加工硬化 塑性變形位錯(cuò)開動(dòng)位錯(cuò)大量增殖相互作用運(yùn)動(dòng)阻力加大變形抗力彈度、硬度、塑性、韌性 位錯(cuò)強(qiáng)化：位錯(cuò)密度強(qiáng)度、硬度 1回復(fù)物理化學(xué)性能恢復(fù)，內(nèi)應(yīng)力顯著降低，強(qiáng)度和硬度略有降低去應(yīng)力退大。2再結(jié)晶1）新的形核一長(zhǎng)大過程，無新相生成加工硬化消除，力學(xué)性能恢復(fù)，顯微組織發(fā)生顯著變化等軸晶粒，強(qiáng)度大大下降再結(jié)晶退火：消除加工硬化的熱處理工藝再結(jié)晶溫度： 純金屬：TR=0.4-0.35Tm(K) 合金：TR=0.5-0.7Tm(K)2）影響再結(jié)晶晶粒度的因素 溫度TD晶界遷移長(zhǎng)大 預(yù)變形

15、度3晶粒長(zhǎng)大塑性變形金屬在加熱時(shí)組織性能變化鐵鐵 碳碳 合合 金金 Fe-Fe3C平衡相圖 鐵素體、奧氏體、滲碳體 純鐵、共析鋼、亞共析鋼、過共析鋼的結(jié)晶過程 共析鋼的奧氏體化過程 奧氏體晶粒度 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 鐵碳合金相圖表示在緩慢冷卻或緩慢加熱的條件下，不同成份的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。相圖上的線表示某些意義相同的點(diǎn)的集合。由線分割出的面又劃分出不同組織區(qū)域。 鋼鐵是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料。普通碳鋼和鑄鐵均屬于鐵碳合金范疇，合金鋼和合金鑄鐵實(shí)際上是有意加入合金元素的鐵碳合金。因此，鐵和碳是鋼鐵材料的兩個(gè)最基本的組元。為了熟悉鋼鐵材料的組

16、織與性能，以便在生產(chǎn)中合理使用，首先從研究鐵碳合金開始，研究鐵與碳的相互作用，以便認(rèn)識(shí)鐵碳合金的本質(zhì)并了解鐵碳合金成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。 純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 大多數(shù)金屬在結(jié)晶終了之后以及繼續(xù)冷卻過程中，其晶體結(jié)構(gòu)不再發(fā)生變化，但也有一些金屬，如Fe、Co、Ti、Mn、Sn等，在結(jié)晶之后繼續(xù)冷卻時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)變化，從一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格。金屬在固態(tài)下隨著溫度的改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的變化稱為同素異構(gòu)(晶)轉(zhuǎn)變。鐵鐵 素素 體體 碳溶解于a-Fe中所形成的間隙固溶體稱為“鐵素體”，以符號(hào)F表示。由于a-Fe是體心立方晶格，其晶格間隙的直徑很小，因而

17、碳在a-Fe中的溶解度很小，最大的溶解度為0.02（727）。隨著溫度下降溶碳量逐漸減小，在室溫時(shí)溶碳量?jī)H為0.0008。這是因?yàn)樵赼-Fe中容納碳原子的空隙半徑很小，通常情況下，a-Fe中晶格的最大空隙半徑為0.36A，而碳原子半徑為0.77A。因此碳原子不可能處于晶格的空隙中，而是存在于a-Fe晶格的缺陷處（如位錯(cuò)、晶界、空位等）。所以鐵素體含碳量很低，它的顯微組織是由網(wǎng)絡(luò)狀的多面體晶粒組成，它的性能幾乎與純鐵相同，即強(qiáng)度和硬度很低，但具有良好的塑性和韌性。鐵素體在770以下具有鐵磁性，在770以上則失去鐵磁性。奧奧 氏氏 體體 碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體稱為奧氏體，以符號(hào)A表示。由

18、于-Fe是面心立方晶格它的致密度雖然高于體心立方晶格的a-Fe，但由于其晶格間隙的直徑要比a-Fe大，故溶碳能力也較大。在1148時(shí)溶碳量最大可達(dá)2.11，碳通常填充在-Fe中的八面體間隙中。隨著溫度下降溶碳量逐漸減少，在727時(shí)的溶碳量為Wc=0.77。 奧氏體只存在于727以上的高溫范圍內(nèi)。因此加熱到高溫時(shí)可以得到單一的A組織。由于A是易產(chǎn)生滑移的面心立方晶格，奧氏體的硬度較低而塑性較高，易于鍛壓成型。奧氏體為非鐵磁性相。 滲滲 碳碳 體體 滲碳體的分子式為Fe3C，它是一種具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。 滲碳體含碳6.69；熔點(diǎn)為1227；不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變；但有磁性轉(zhuǎn)變，它在230以下具有

19、弱鐵磁性，而在230以上則失去鐵磁性；硬度很高，能輕易地刻劃玻璃，而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。在室溫平衡狀態(tài)下，鐵碳合金（鋼）中的碳大多以滲碳體形式存在于組織中。 滲碳體在鋼和鑄鐵中與其他相共存時(shí)呈片狀、球狀、網(wǎng)狀或板狀。它的形態(tài)與分布對(duì)鋼的性能有很大影響。當(dāng)滲碳體的形狀和分布合適時(shí)，可提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性。因此它是鐵碳合金中重要的強(qiáng)化相。同時(shí)，F(xiàn)e3C在一定條件下會(huì)發(fā)生分解，形成石墨狀的自由碳。 Fe3C3Fe+C（石墨） 以上是碳在鐵中的存在形式，也是鐵碳合金中的基本組織，除此三種之外，鐵碳合金中還有另外兩種組織，即珠光體和萊氏體。珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用P表示，其平

20、均含碳量為0.77。工業(yè)純鐵（C%0.0218%）共析鋼 C%=0.77% 亞共析鋼 0.0218%C%粒狀?yuàn)W氏體晶粒度奧氏體晶粒度的控制a. 加熱工藝 加熱溫度，保溫時(shí)間b. 鋼的成分合金化 A中C%晶粒長(zhǎng)大 MxC%晶粒長(zhǎng)大 1)碳化物形成元素 細(xì)化晶粒 2）Al本質(zhì)細(xì)晶鋼 3）Mn 、P促進(jìn)長(zhǎng)大過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變區(qū)A1鼻子溫度（5500C）A過冷P（S，T）索氏體，屈氏體。P的形成取決于生核，長(zhǎng)大速率。T，生核，長(zhǎng)大。T6000C，D，長(zhǎng)大慢層間距薄，短擴(kuò)散型相變，綜合性能好，HB較低，韌性好。THB，強(qiáng)度中溫區(qū)轉(zhuǎn)變，貝氏體轉(zhuǎn)變 550230（MS）A過冷B，碳化物分布在含過飽

21、和碳的F基體上的兩相機(jī)械混合物。550 350上貝氏體半擴(kuò)散型，F(xiàn)e不擴(kuò)散羽毛狀碳化物在F間，韌性差350MS下貝氏體C原子有一定的擴(kuò)散能力針狀碳化物在F內(nèi)，韌性高，綜合機(jī)械性能好低溫區(qū)轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變MSMf之間一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成的，離于非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。a. A過冷M+A殘余b. 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 馬氏體M，碳在-Fe中的過飽和固溶體。 C%1.0%，針狀，馬氏體c. 實(shí)質(zhì)：T低C無法擴(kuò)散非擴(kuò)散性晶格切變 過飽和C的鐵素體。d. M轉(zhuǎn)變的特征，無擴(kuò)散性 ；瞬時(shí)性 ； 存在Ms,Mf ；不完全性； 體積膨脹。共析鋼等溫轉(zhuǎn)變組織性能的關(guān)系（1）珠光體型轉(zhuǎn)變溫度降低，片間距小，細(xì)晶強(qiáng)化強(qiáng)度、硬度、塑

22、性、韌性提高（2）貝氏體B上:強(qiáng)度、韌性差B下:硬度高，韌性好，具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能（3）馬氏體硬度高C%HRC針狀馬氏體，硬而脆，塑、韌性差板條狀，強(qiáng)度高，塑性，韌性好影響C曲線的因素 C曲線反映奧氏體的穩(wěn)定性及分解轉(zhuǎn)變特性，這些取決于奧氏體的化學(xué)成分和加熱時(shí)的狀態(tài)。（一）A成分1含碳量A中C%C曲線右移. 2合金元素，（Co%左移）除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大過冷A穩(wěn)定性右移.。非碳化物形成元素，Si,Ni, Cu,不改變C曲線形狀。強(qiáng)碳化物形成元素，Cr,Mo,W,V,Nb,Ti,改變C曲線形狀。除Co,Al 外，均使Ms,Mf 下降，殘余A。（二）A化條件的影響1加熱溫度和

23、時(shí)間A化溫度，時(shí)間（成分均勻，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）A穩(wěn)定性，C曲線右移。 除過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖PS：AP開始線Pf：AP終止線K：珠光體型轉(zhuǎn)變終止線Vk：上臨界冷卻速度 (馬氏體臨界冷卻速度) M最小冷速Vk：下臨界冷速 完全P最大冷速(1)根據(jù)工件要求， 確定熱處理工藝。(2)確定工件淬火時(shí) 的臨界冷速。(3)可以指導(dǎo)連續(xù)冷 卻操作 V1:爐冷(退火),P V2:空冷，S，T V3:空冷，S，T V4:油冷，T+M+A V5:M+A(4)選擇鋼材的依據(jù)(5)C曲線對(duì)選擇淬 火介質(zhì)與淬火方 法有指導(dǎo)。熱處理工藝 退火、正火 淬火 鋼的淬透性 回火 合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響

24、 將鋼加熱到一定溫度進(jìn)行保溫，緩冷至600以下，再空冷至室溫的熱處理工藝。退火的目的 1.中間厚度產(chǎn)品： 消除加工硬化，有利于進(jìn)一步軋制； 改善最終制品的內(nèi)部組織和機(jī)械性能。 2.成品厚度產(chǎn)品： 改善和控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和機(jī)械性能; 燃燒和揮發(fā)掉軋制時(shí)滯留在板面上的軋制油，確保產(chǎn)品 表面潔凈衛(wèi)生;對(duì)鋁箔，還要求表面平整并能自由展開。 退火的工藝過程 退火工藝過程由加熱、保溫及冷卻三個(gè)階段組成，其示意圖如下： 退火過程中組織和性能變化過程 隨著加熱溫度增加，其組織和性能的變化過程可分為回復(fù)、再結(jié)晶、及晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。其示意圖如下： 1、回復(fù)階段 加熱溫度低于金屬再結(jié)晶溫度，只能消除變形金屬的晶

25、格歪扭和畸變，而不能形成新的再結(jié)晶晶粒，金屬的內(nèi)部組織沒有任何的變化。 此時(shí)，金屬的強(qiáng)度和硬度稍有降低，塑性略有提高；金屬的電阻和內(nèi)應(yīng)力發(fā)生了明顯的下降。 2、再結(jié)晶階段 冷變形金屬的再結(jié)晶階段是個(gè)成核和長(zhǎng)大的過程，它沒有一個(gè)固定的結(jié)晶溫度，而是在加熱過程中自某一個(gè)溫度開始，隨著溫度的升高或時(shí)間的延長(zhǎng)而進(jìn)行成核及長(zhǎng)大的過程， 此階段消除了各種塑性變形給金屬造成的晶體缺陷，金屬加工硬化現(xiàn)象消除，金屬的強(qiáng)度和硬度急劇下降，塑性明顯上升。 3、晶粒長(zhǎng)大階段 冷變形金屬在再結(jié)晶之后，如果加熱溫度很高，或者加熱時(shí)間過長(zhǎng)，表面能小的大晶粒開始吞并表面能大的小晶粒，這種晶粒長(zhǎng)大的過程，也稱為聚集再結(jié)晶。 當(dāng)

26、退火溫度超過一定溫度后，聚集再結(jié)晶有些過度，晶粒長(zhǎng)得特別粗大，塑性開始緩慢降低，這種現(xiàn)象叫做“過熱”。 當(dāng)退火溫度特別高，接近金屬熔點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)度和塑性同時(shí)開始急劇降低，引起了“過燒”現(xiàn)象，此時(shí)晶界發(fā)生了嚴(yán)重的氧化，或者晶間雜質(zhì)發(fā)生了局部熔化。在生產(chǎn)中，一定要防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。各種因素對(duì)再結(jié)晶溫度的影響 再結(jié)晶并不是一個(gè)恒溫過程，它不過是隨著溫度的升高而大致從某一溫度開始進(jìn)行的過程。所以，再結(jié)晶溫度實(shí)際上是指這一大致開始再結(jié)晶的溫度。 1、 金屬的預(yù)先變形程度。金屬的預(yù)先變形程度愈大，其再結(jié)晶溫度便愈低。因?yàn)轭A(yù)先變形的程度愈大，金屬晶粒的破碎程度便愈大，產(chǎn)生的位錯(cuò)等晶格缺陷便愈多，組織的不穩(wěn)定性

27、便愈高，因而會(huì)較早地開始再結(jié)晶。 2、 金屬的純度。金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，特別是高熔點(diǎn)的元素，常會(huì)阻止原子擴(kuò)散或晶界的遷移，故金屬純度的減低?？娠@著提高其再結(jié)晶溫度。 3、 退火加熱速度和時(shí)間。因?yàn)樵俳Y(jié)晶過程需要有一定的時(shí)間才能完成，故提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度才發(fā)生。退火加熱時(shí)保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，原子的擴(kuò)散移動(dòng)愈能充分進(jìn)行，再結(jié)晶溫度便愈低，即可使再結(jié)晶過程在較低的溫度下完成。 鑒于再結(jié)晶溫度受以上各種因素影響，為縮短退火周期，在工業(yè)生產(chǎn)上，再結(jié)晶退火加熱溫度經(jīng)常定為最低再結(jié)晶溫度以上100200。名稱名稱目的目的工藝制度工藝制度組織組織應(yīng)用應(yīng)用完全完全退火退火細(xì)化晶粒，消除鑄細(xì)化

28、晶粒，消除鑄造偏析，降低硬度，造偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性加熱到加熱到AC32050，爐冷爐冷至至550 左右空左右空冷冷 FP亞亞共析鋼的共析鋼的鑄、鍛、軋鑄、鍛、軋件，焊接件件，焊接件球化球化退火退火降低硬度，改善切降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性韌性，為淬火作組韌性，為淬火作組織準(zhǔn)備織準(zhǔn)備加熱到加熱到AC12040，然后然后緩冷緩冷片狀珠光體和片狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體組網(wǎng)狀滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙羁椶D(zhuǎn)變?yōu)榍驙罟参觥⑦^共共析、過共析鋼及合金析鋼及合金鋼的鍛件、鋼的鍛件、軋件等軋件等擴(kuò)散擴(kuò)散退火退火改善或消除枝晶偏改善或消除枝晶偏析，使成分均勻化析，使成分均勻化加熱到加熱到T

29、m-100200 ，先緩冷，先緩冷，后空冷后空冷粗大組織（組粗大組織（組織嚴(yán)重過燒）織嚴(yán)重過燒）合金鋼鑄錠合金鋼鑄錠及大型鑄鋼及大型鑄鋼件或鑄件件或鑄件再結(jié)晶再結(jié)晶退火退火消除加工硬化，提消除加工硬化，提高塑性高塑性加熱到再結(jié)晶加熱到再結(jié)晶溫度，再空冷溫度，再空冷變形晶粒變成變形晶粒變成細(xì)小的等軸晶細(xì)小的等軸晶冷冷變形加工變形加工的制品的制品去去應(yīng)力應(yīng)力退火退火消除殘余應(yīng)力，提消除殘余應(yīng)力，提高尺寸穩(wěn)定性高尺寸穩(wěn)定性加熱到加熱到500650 緩冷至緩冷至200 空冷空冷 無變化無變化鑄、鍛、焊、鑄、鍛、焊、冷壓件及機(jī)冷壓件及機(jī)加工件加工件退火的分類退火的分類1、完全退火加熱溫度：Ac3以上20

30、-30度組織：P+F目的：細(xì)化，均勻化粗大、不均勻組織接近平衡組織調(diào)整硬度切削性消除內(nèi)應(yīng)力應(yīng)用范圍：亞共折鋼，共析鋼，不適用于過共析鋼。2、球化退火（不完全退火）加熱溫度：Ac1以上20-40度應(yīng)用范圍：過共析鋼，共析鋼組織：球狀P（F+球狀Cem）目的：使Cem球化HRC，韌性切削性為淬火作準(zhǔn)備3、擴(kuò)散退火（均勻化退火）1050-1150，10-20h, P+F或P+Fe3CII目的：消除偏析后果：粗大晶粒（應(yīng)用完全退火消除）4、再結(jié)晶退火加熱溫度：Ac1以下50-150度，或T再+30-50度目的：消除加工硬化5、去應(yīng)力退火500-650 正火將鋼加熱到正火將鋼加熱到A AC3C3以上溫度

31、并保溫，出爐空冷至室溫以上溫度并保溫，出爐空冷至室溫的熱處理工藝。由于正火比退火加熱溫度略高，冷卻速度的熱處理工藝。由于正火比退火加熱溫度略高，冷卻速度大，故珠光體的分散度大，先共析鐵素體的數(shù)量少，因而大，故珠光體的分散度大，先共析鐵素體的數(shù)量少，因而正火后強(qiáng)度、硬度較高。正火后強(qiáng)度、硬度較高。用正火作為性能要求的一般結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。用正火作為性能要求的一般結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。亞共析鋼采用正火來調(diào)整硬度，改切削加工性能。亞共析鋼采用正火來調(diào)整硬度，改切削加工性能。過共析鋼的正火可消除網(wǎng)狀碳化物。過共析鋼的正火可消除網(wǎng)狀碳化物。淬火是將鋼加熱到淬火是將鋼加熱到A AC1C1或或 A AC3C

32、3以上溫度并保溫，出以上溫度并保溫，出爐快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體的熱處理工藝。爐快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體的熱處理工藝。 經(jīng)過退火或正火的工件只能獲得一般的強(qiáng)度和硬度，經(jīng)過退火或正火的工件只能獲得一般的強(qiáng)度和硬度，對(duì)于許多需要高強(qiáng)度、高耐磨條件下工作的零件則必須對(duì)于許多需要高強(qiáng)度、高耐磨條件下工作的零件則必須淬火與回火處理。淬火與回火處理。通過加熱使鋼具有奧氏體組織；通過加熱使鋼具有奧氏體組織；冷卻速度超過臨界冷卻速度；冷卻速度超過臨界冷卻速度；（在在M Ms sM Mf f溫度范圍使過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。溫度范圍使過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。當(dāng)奧氏體過冷到當(dāng)奧氏體過冷到M M

33、S S點(diǎn)時(shí)，首先在晶粒內(nèi)的某些晶點(diǎn)時(shí)，首先在晶粒內(nèi)的某些晶面上生成馬氏體晶核，并迅速長(zhǎng)大；面上生成馬氏體晶核，并迅速長(zhǎng)大；馬氏體轉(zhuǎn)變不依靠已形成馬氏體晶體的長(zhǎng)大，而馬氏體轉(zhuǎn)變不依靠已形成馬氏體晶體的長(zhǎng)大，而且依靠出現(xiàn)新的馬氏體晶核，即馬氏體形成與且依靠出現(xiàn)新的馬氏體晶核，即馬氏體形成與t保保無關(guān)。無關(guān)。奧氏體奧氏體常常不能完全轉(zhuǎn)變成馬氏體主要源于生產(chǎn)常常不能完全轉(zhuǎn)變成馬氏體主要源于生產(chǎn)上冷卻溫度沒有真正達(dá)到上冷卻溫度沒有真正達(dá)到Mf點(diǎn)。點(diǎn)。回火是把淬火后的鋼件，重新加熱到回火是把淬火后的鋼件，重新加熱到A A1 1以下某一以下某一溫度，經(jīng)保溫后空冷至室溫的熱處理工藝。溫度，經(jīng)保溫后空冷至室溫的

34、熱處理工藝。淬火鋼件經(jīng)回火可以減少或消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定淬火鋼件經(jīng)回火可以減少或消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，提高鋼的塑性和韌性，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑組織，提高鋼的塑性和韌性，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性得到適當(dāng)配合，以滿足不同工件的性能要求。性、韌性得到適當(dāng)配合，以滿足不同工件的性能要求。：馬氏體中的過飽和碳原子析出，馬氏體中的過飽和碳原子析出，形成碳化物形成碳化物FeFex xC C，得到回火馬氏體組織。得到回火馬氏體組織。：馬氏體繼續(xù)分解馬氏體繼續(xù)分解，同時(shí)殘余奧同時(shí)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檫^飽和固溶體與碳化物，得到回火馬氏體組織。氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檫^飽和固溶體與碳化物，得到回火馬氏體組織。：馬氏體繼續(xù)

35、分解馬氏體繼續(xù)分解，碳原子繼續(xù)碳原子繼續(xù)析出使過飽和析出使過飽和固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體；回火馬氏體中的固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體；回火馬氏體中的FeFex xC C 轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的粒狀滲碳體，得到鐵素體和極細(xì)滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的粒狀滲碳體，得到鐵素體和極細(xì)滲碳體的機(jī)械混合物，即回火屈氏體。的機(jī)械混合物，即回火屈氏體。：碳化物聚集長(zhǎng)大，溫度越高碳化碳化物聚集長(zhǎng)大，溫度越高碳化物越大，得到粒狀碳化物與鐵素體的機(jī)械混合物，即回火物越大，得到粒狀碳化物與鐵素體的機(jī)械混合物，即回火索氏體。索氏體。 回火的目的是降低應(yīng)力和脆性，獲得回火馬氏體組織，回火的目的是降低應(yīng)力和脆性，獲得回火馬氏體組織，使鋼具有高的硬度、強(qiáng)度和耐

36、磨性。低溫回火一般用來處使鋼具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。低溫回火一般用來處理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滾動(dòng)軸理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滾動(dòng)軸承和滲碳件等。（承和滲碳件等。（HRC60HRC60）1 1）低溫回火）低溫回火（150150250250）2 2）中溫回火）中溫回火（350350500500） 回火的目的是獲得回火屈氏體，具備高的彈性極限和回火的目的是獲得回火屈氏體，具備高的彈性極限和韌性，并保持一定的硬度，主要用于各種彈簧，鍛模、壓韌性，并保持一定的硬度，主要用于各種彈簧，鍛模、壓鑄模等模具。（鑄模等模具。（35HRC4535HRC45） 3 3）高

37、溫回火）高溫回火（500500650650） 回火的目的是具備良好的綜合機(jī)械性能（較高的強(qiáng)回火的目的是具備良好的綜合機(jī)械性能（較高的強(qiáng)度、塑性、韌性），得到回火索氏體組織。一般把淬火度、塑性、韌性），得到回火索氏體組織。一般把淬火加高溫回火的熱處理稱為加高溫回火的熱處理稱為“調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理”。適用于中碳結(jié)。適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車拖拉機(jī)半軸、構(gòu)鋼制作的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車拖拉機(jī)半軸、機(jī)床主軸及齒輪等重要機(jī)器零件。（機(jī)床主軸及齒輪等重要機(jī)器零件。（28HRC3328HRC33） 碳 鋼 碳鋼中的雜質(zhì) 碳鋼的分類 碳鋼的牌號(hào)及作用碳 鋼一、碳鋼中的雜質(zhì)1錳有益；0.

38、25-0.80% 脫氧劑； 降低FeO脆性， Mn+SMnS(降低S的有害作用) 熱加工性能 固溶強(qiáng)化；使性能更優(yōu)；2Si 有益 脫氧脆性 固溶強(qiáng)化3硫 有害 985 （Fe+FeS）熱脆 加入MnMnS4 磷 有害 Fe3P 室溫下100，脆性大冷脆5O、N、H O2機(jī)械性能 ，強(qiáng)度、塑性降低，有害元素 N2蘭脆，若鋼中存在Al.V.Ti蘭脆消失強(qiáng)度，硬度提高 H2氫脆、白點(diǎn)，有害二、碳鋼的分類1碳含量 (低碳鋼C%0.25% 、中碳鋼0.25C%0.6%）2質(zhì)量 (S、P雜質(zhì)含量) 碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼3按用途 （碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、鑄鋼）三、碳鋼的牌號(hào)及作用1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235A2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 鋼號(hào)用平均碳含量的萬分?jǐn)?shù)的數(shù)字表示 10，20 冷沖壓件，焊接件，滲碳處理。 35，45，40，50 齒輪、軸類 60，65 彈簧3碳素工具鋼 0.651.35C%，用以制作刃具、量具、模具 鋼號(hào)用平均碳含量的千分?jǐn)?shù)的數(shù)字和T一起表示。 T10A, T8, T124鑄鋼 “ZG”加強(qiáng)度等級(jí)表示，如：ZG230450，ZG270500汽