金屬材料知識培訓

1、金屬材料金屬材料非金屬材料非金屬材料黑色金黑色金屬屬有色金屬材料有色金屬材料(用量占用量占80%)復合材料復合材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料(用量占用量占20%)材料的性能材料的性能材料使用性能材料使用性能材料工藝性能材料工藝性能力學性能力學性能（強強度、塑性、度、塑性、韌性等）韌性等）物理性能物理性能（光光、熱、電、磁等）熱、電、磁等）化學性能化學性能（氧化、（氧化、腐蝕腐蝕等）等）加工性能加工性能（切削、鍛造等）（切削、鍛造等）鑄造性能鑄造性能（適合鑄造與否）（適合鑄造與否）焊接性能焊接性能（容易焊接與否）（容易焊接與否）熱處理性能熱處理性能（可熱處理強化）（可熱處理強化）強度：

2、指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，對于結(jié)構(gòu)材料來說，它是最重強度：指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，對于結(jié)構(gòu)材料來說，它是最重 要的力學性能。要的力學性能。 塑性：表示材料斷裂前發(fā)生的永久變形（塑性變形）的能力。塑性：表示材料斷裂前發(fā)生的永久變形（塑性變形）的能力。 塑性指標：延伸率塑性指標：延伸率 和斷面收縮率和斷面收縮率 韌性：反映材料抵抗裂紋擴展能力的大小，是單位體積材料在斷裂前所吸韌性：反映材料抵抗裂紋擴展能力的大小，是單位體積材料在斷裂前所吸 收的能量，也就是外力使材料斷裂所做的功。收的能量，也就是外力使材料斷裂所做的功。硬度：指材料抵抗外物壓入能力，硬度測量簡單快速，不破壞零件。硬度硬

3、度：指材料抵抗外物壓入能力，硬度測量簡單快速，不破壞零件。硬度 與強度之間有一定關(guān)系，可用硬度來估計強度。與強度之間有一定關(guān)系，可用硬度來估計強度。幾種常見的力學性能P載荷載荷(N)變形變形三階段三階段彈性變形彈性變形彈塑性變形彈塑性變形斷裂斷裂形變強化（加工硬化）：屈服后欲形變強化（加工硬化）：屈服后欲 變形必須不斷增載，隨變形必須不斷增載，隨 塑變增大，變形抗力增大。塑變增大，變形抗力增大。Pb ：強度極限的載荷強度極限的載荷 試樣某一部位截面開始急降試樣某一部位截面開始急降 頸縮頸縮導致載荷下降。導致載荷下降。Pk ：斷裂載荷斷裂載荷P Pp p ：保持直線關(guān)系的最大載荷：保持直線關(guān)系的

4、最大載荷 過過P P點曲線開始偏離直線點曲線開始偏離直線Pe：變形開始階段變形開始階段 卸載后立刻恢復原狀（彈變）卸載后立刻恢復原狀（彈變） 超過，伸長只部分恢復（塑變）超過，伸長只部分恢復（塑變）Ps ：屈服時的最小變形屈服時的最小變形 屈服：載荷不增加或反而減少，試屈服：載荷不增加或反而減少，試 樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象。樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象。 屈服后，材料出現(xiàn)明顯塑屈服后，材料出現(xiàn)明顯塑 變，表面滑移帶。變，表面滑移帶。 l l伸長伸長(mm)（低碳鋼的拉伸曲線）（低碳鋼的拉伸曲線）eps0bPpPePskPbPk lb lu lk (MPa) (%)0 p e s b k b u k（低碳鋼的

5、應力低碳鋼的應力- -應變曲線應變曲線） p ：比例強度極限比例強度極限 保持直線關(guān)系的最大應力值保持直線關(guān)系的最大應力值 e ：彈性強度極限彈性強度極限 p-e 彈性變形階段彈性變形階段 過過e ，彈變彈變+微量塑變微量塑變 s ：屈服強度極限屈服強度極限 達一定值時，不增或降低，達一定值時，不增或降低， l 增增上屈服點：屈服階段的最大應力。上屈服點：屈服階段的最大應力。（對試樣局部應力集中極為敏感）（對試樣局部應力集中極為敏感）一般選一般選下屈服點下屈服點作為材料屈服強度作為材料屈服強度形變強化：形變強化：欲繼續(xù)變形，必須不斷增加應力，達欲繼續(xù)變形，必須不斷增加應力，達 b后，形變強化效

6、應已不能后，形變強化效應已不能 補償橫截面積的減小而引起的承載能力的降低。補償橫截面積的減小而引起的承載能力的降低。 (b 點后頸縮點后頸縮) k ：斷裂強度：斷裂強度 此時試樣斷裂。此時試樣斷裂。2. 彈性極限彈性極限 e和屈服強度和屈服強度 s ： 彈性極限是表征開始塑性變形的抗力。彈性極限是表征開始塑性變形的抗力。 嚴格說：是表征微量塑性變形的抗力。嚴格說：是表征微量塑性變形的抗力。 測出的彈性極限受測量精度影響，為便測出的彈性極限受測量精度影響，為便 于比較，規(guī)定殘余伸長應力。于比較，規(guī)定殘余伸長應力。 規(guī)定以殘余伸長為規(guī)定以殘余伸長為0.01%的應力作為規(guī)的應力作為規(guī) 定殘余伸長應力

7、，記作定殘余伸長應力，記作 0.01 除退火或熱軋的低碳鋼和中碳鋼等少數(shù)除退火或熱軋的低碳鋼和中碳鋼等少數(shù) 合金有屈服現(xiàn)象外，大多數(shù)金屬合金都合金有屈服現(xiàn)象外，大多數(shù)金屬合金都 沒有屈服點。沒有屈服點。 規(guī)定產(chǎn)生規(guī)定產(chǎn)生0.2%殘余伸長的應力作為屈服殘余伸長的應力作為屈服 強度，以強度，以 0.2表示。表示。 0.2的測量方法同上，采用圖解法的測量方法同上，采用圖解法。 固態(tài)相變是熱處理的基礎(chǔ)固態(tài)相變是熱處理的基礎(chǔ) 相變相變：構(gòu)成物質(zhì)的原子（分子）的聚合狀態(tài)（相狀態(tài)）發(fā)：構(gòu)成物質(zhì)的原子（分子）的聚合狀態(tài)（相狀態(tài)）發(fā)生變化的過程。生變化的過程。 固態(tài)相變固態(tài)相變：固態(tài)材料在溫度和壓力改變時，其內(nèi)

8、部組織或：固態(tài)材料在溫度和壓力改變時，其內(nèi)部組織或結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，即發(fā)生從一種相狀態(tài)到另一種相狀態(tài)的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，即發(fā)生從一種相狀態(tài)到另一種相狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 母相或舊相：母相或舊相：相變前的相狀態(tài)相變前的相狀態(tài) 新相：新相：相變后的相狀態(tài)相變后的相狀態(tài)固態(tài)相變Fe-C Phase DiagramA1A3ACM鐵碳相圖相圖與相變Fe-C相圖、冷卻過程中的組織變化及產(chǎn)物1.1固態(tài)相變的分類1. 按平衡狀態(tài)圖分類 平衡相變和非平衡相變平衡相變和非平衡相變 平衡相變平衡相變 緩慢加熱或冷卻時發(fā)生的能獲得符合平衡緩慢加熱或冷卻時發(fā)生的能獲得符合平衡狀態(tài)圖的平衡組織的相變狀態(tài)圖的平衡組織的相變 ：

9、非平衡相變非平衡相變 加熱或冷卻速度很快，上述平衡相將被抑加熱或冷卻速度很快，上述平衡相將被抑制，固態(tài)材料可能發(fā)生某些平衡狀態(tài)圖上不制，固態(tài)材料可能發(fā)生某些平衡狀態(tài)圖上不能反映的轉(zhuǎn)變并獲得被稱為不平衡或亞穩(wěn)的能反映的轉(zhuǎn)變并獲得被稱為不平衡或亞穩(wěn)的組織組織平衡相變平衡相變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變/多形性轉(zhuǎn)變多形性轉(zhuǎn)變 純金屬在溫度和壓力改變純金屬在溫度和壓力改變時，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程為另一種晶體結(jié)構(gòu)的過程稱為稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 在固溶體中發(fā)生的同素異在固溶體中發(fā)生的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變稱為構(gòu)轉(zhuǎn)變稱為多形性轉(zhuǎn)變多形性轉(zhuǎn)變。鋼中鐵素體奧氏體的轉(zhuǎn)變奧氏體

10、鐵素體的轉(zhuǎn)變平衡相變平衡相變平衡脫溶沉淀平衡脫溶沉淀 在緩慢冷卻條件下，由過在緩慢冷卻條件下，由過飽和固溶體中析出過剩相飽和固溶體中析出過剩相的過程稱為的過程稱為平衡脫溶沉淀平衡脫溶沉淀 特點：母相特點：母相 不消失，隨著不消失，隨著新相新相 析出，母相的成分和析出，母相的成分和體積分數(shù)不斷變化（結(jié)構(gòu)體積分數(shù)不斷變化（結(jié)構(gòu)不變），新相的結(jié)構(gòu)和成不變），新相的結(jié)構(gòu)和成分與舊相不同分與舊相不同平衡相變平衡相變共析相變共析相變 合金在冷卻時由一個固合金在冷卻時由一個固相分解為兩個不同固相相分解為兩個不同固相的轉(zhuǎn)變稱為共析相變的轉(zhuǎn)變稱為共析相變(或珠光體型轉(zhuǎn)變或珠光體型轉(zhuǎn)變) 其兩個生成相的結(jié)構(gòu)和其兩

11、個生成相的結(jié)構(gòu)和成分均與母相不同成分均與母相不同 加熱時也可發(fā)生加熱時也可發(fā)生+ 轉(zhuǎn)變，稱為逆轉(zhuǎn)變，稱為逆共析相變共析相變平衡相變平衡相變調(diào)幅分解調(diào)幅分解 某些合金在高溫下具有均勻單相固溶體，但冷某些合金在高溫下具有均勻單相固溶體，但冷卻到某一溫度范圍時可分解成為與原固溶體結(jié)卻到某一溫度范圍時可分解成為與原固溶體結(jié)構(gòu)相同但成分不同的兩個微區(qū)，這種轉(zhuǎn)變稱為構(gòu)相同但成分不同的兩個微區(qū)，這種轉(zhuǎn)變稱為調(diào)幅分解調(diào)幅分解。有序化轉(zhuǎn)變有序化轉(zhuǎn)變 固溶體中，各組元原子在晶體點陣中的相對位固溶體中，各組元原子在晶體點陣中的相對位置由無序到有序置由無序到有序(指長程有序指長程有序)的轉(zhuǎn)變稱為有序化的轉(zhuǎn)變稱為有序化

12、轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。如如Cu-Zn，Cu-Au，Mn-Ni，Ti-Ni等合金。等合金。非平衡相變非平衡相變 （2）非平衡相變非平衡相變 非平衡相變：加熱或冷卻速度很快，非平衡相變：加熱或冷卻速度很快，上述平衡相將被抑制，固態(tài)材料可上述平衡相將被抑制，固態(tài)材料可能發(fā)生某些平衡狀態(tài)圖上不能反映能發(fā)生某些平衡狀態(tài)圖上不能反映的轉(zhuǎn)變并獲得被稱為不平衡或亞穩(wěn)的轉(zhuǎn)變并獲得被稱為不平衡或亞穩(wěn)的組織的組織 偽共析相變偽共析相變： 由成分偏離共析成分的過冷固溶由成分偏離共析成分的過冷固溶體形成的貌似共析體的組織轉(zhuǎn)變體形成的貌似共析體的組織轉(zhuǎn)變 組成相的相對量由組成相的相對量由A的碳含量而的碳含量而變。變。非平衡相變非平

13、衡相變 馬氏體相變馬氏體相變 進一步提高冷卻速度，使進一步提高冷卻速度，使偽共析相變也來不及進行偽共析相變也來不及進行而將奧氏體過冷到更低溫而將奧氏體過冷到更低溫度，則由于在低溫下鐵原度，則由于在低溫下鐵原子和碳原子都己不能或不子和碳原子都己不能或不易擴散，故奧氏體只能以易擴散，故奧氏體只能以不發(fā)生原子擴散、不引起不發(fā)生原子擴散、不引起成分改變的方式，通過切成分改變的方式，通過切變由變由 點陣改組為點陣改組為點陣，點陣，這種轉(zhuǎn)變稱為馬氏體相變這種轉(zhuǎn)變稱為馬氏體相變Fe-C合金合金非平衡相變非平衡相變 貝氏體相變貝氏體相變 當奧氏體被冷卻至珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體相變之間的溫度范圍時，由于溫度較低，鐵

14、原子已不能擴散，但碳原子尚具有一定的擴散能力，因此出現(xiàn)了一種獨特的碳原子擴散而鐵原子不擴散的非平衡相變，這種相變稱為貝氏體相變(或稱為中溫轉(zhuǎn)變)。 其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也是相相與碳化物碳化物的混合物，但相相的碳含量和形態(tài)的碳含量和形態(tài)以及碳化物的形態(tài)和分布碳化物的形態(tài)和分布均與珠光體不同，稱其為貝氏體貝氏體。非平衡相變非平衡相變非平衡脫溶沉淀非平衡脫溶沉淀 若b成分的合金自T1溫度快冷時，相在冷卻過程中來不及析出，則冷到室溫時便得到過飽和的固溶體。 若在室溫或低于固溶度曲線MN的某一溫度下溶質(zhì)原子尚具有一定的擴散能力，則在上述溫度等溫時，過飽和固溶體仍可能發(fā)生分解，逐漸析出新相。但在析出的初期階段，新相

15、的成分和結(jié)構(gòu)均與平衡脫溶沉淀相有所不同，這一過程稱為非平衡脫溶沉淀(或時效)。2. 按原子遷移特征分類相變時原子遷移特征相變時原子遷移特征擴散型相變擴散型相變非擴散型相變非擴散型相變2 按原子遷移特征分類（1）擴散型相變）擴散型相變u相變時，相界面的移動是通過原子近程或遠程擴散而進行的相變。相變時，相界面的移動是通過原子近程或遠程擴散而進行的相變。 如：脫溶型相變、共析型相變?nèi)纾好撊苄拖嘧?、共析型相? (珠光體型轉(zhuǎn)變）、調(diào)幅分解和有序珠光體型轉(zhuǎn)變）、調(diào)幅分解和有序化轉(zhuǎn)變等等?；D(zhuǎn)變等等。u特點：特點：（1 1）有原子擴散運動，相變速率受原子擴散速度所控制；）有原子擴散運動，相變速率受原子擴散

16、速度所控制；（2 2）新相和母相的成分往往不同；）新相和母相的成分往往不同；（3 3）只有因新相和母相比容不同而引起的體積變化，沒有宏觀形狀）只有因新相和母相比容不同而引起的體積變化，沒有宏觀形狀改變改變。2. 按原子遷移特征分類(2)(2)非擴散型相變非擴散型相變u相變過程中原子不發(fā)生擴散，參與轉(zhuǎn)變的所有原子的運動是協(xié)調(diào)一致相變過程中原子不發(fā)生擴散，參與轉(zhuǎn)變的所有原子的運動是協(xié)調(diào)一致的相變稱為的相變稱為非擴散型相變非擴散型相變，也稱為，也稱為“協(xié)同型協(xié)同型”轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變。非擴散型相變時。非擴散型相變時原子僅作有規(guī)則的遷移以使點陣發(fā)生改組。遷移時，相鄰原子相對移原子僅作有規(guī)則的遷移以使點陣發(fā)生改組

17、。遷移時，相鄰原子相對移動距離不超過一個原子間距，相鄰原子的相對位置保持不變。動距離不超過一個原子間距，相鄰原子的相對位置保持不變。 如：馬氏體相變?nèi)纾厚R氏體相變u特點：特點：（1 1）存在由于均勻切變引起的）存在由于均勻切變引起的宏觀形狀改變宏觀形狀改變，可在預先制備的拋光試樣，可在預先制備的拋光試樣表面上出現(xiàn)浮突現(xiàn)象。表面上出現(xiàn)浮突現(xiàn)象。（2 2）相變不需要通過擴散，）相變不需要通過擴散，新相和母相的化學成分相同新相和母相的化學成分相同。（3 3）新相和母相之間存在一定的）新相和母相之間存在一定的晶體學位向關(guān)系晶體學位向關(guān)系。（4 4）某些材料發(fā)生非擴散相變時，）某些材料發(fā)生非擴散相變時，

18、相界面移動速度極快相界面移動速度極快，可接近聲速。，可接近聲速。 熱處理是將工件在介質(zhì)中加熱到一定溫度并保溫熱處理是將工件在介質(zhì)中加熱到一定溫度并保溫一定時間，然后以一定速率冷卻，以改變金屬的一定時間，然后以一定速率冷卻，以改變金屬的組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能。例如增加或降低金組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能。例如增加或降低金屬材料的強度、硬度、韌性、塑性等。屬材料的強度、硬度、韌性、塑性等。熱處理基本知識1、熱處理的定義、熱處理的定義一、概述時間溫度臨界溫度 熱加保溫冷 卻2、熱處理的主要目的：獲得所需的使用性能、熱處理的主要目的：獲得所需的使用性能3、熱處理的應用范圍：整個制造業(yè)、熱處理的應用范圍：

19、整個制造業(yè)4、熱處理的分類：、熱處理的分類：一、概述熱處理普 通熱處理化 學熱處理表 面熱處理退火、正火淬火、回火表面淬火感應加熱淬火火焰加熱淬火滲碳、滲氮碳氮共滲1、轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變溫度二、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變2、奧氏體的形成、奧氏體的形成二、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3、奧氏體晶粒度對力學性能的影響、奧氏體晶粒度對力學性能的影響 奧氏體晶粒均勻細小,熱處理后鋼的力學性能提高。(2) 粗大的奧氏體晶粒在淬火時容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂。二、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變1、鋼在熱處理時的冷卻方式、鋼在熱處理時的冷卻方式三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變時間溫度臨界溫度 熱加連續(xù)冷卻等溫冷卻保溫2、過冷奧氏體的等

20、溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變(1) TTT曲線曲線(C曲線曲線)- Time,Temperature,Transformation三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變(1) TTT曲線曲線(C曲線曲線)-共析碳鋼共析碳鋼三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標之間的距離為孕轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標之間的距離為孕育期。育期。孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小. .孕育期最小處稱孕育期最小處稱C C 曲線的曲線的“鼻尖鼻尖”。碳鋼。碳鋼鼻尖處的溫度為鼻尖處的溫度為550550。在鼻尖以上在鼻尖以上, , 溫度較高，相變驅(qū)

21、動力小。溫度較高，相變驅(qū)動力小。在鼻尖以下，溫度較低，擴散困難。從而在鼻尖以下，溫度較低，擴散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。使奧氏體穩(wěn)定性增加。 C C曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。C 曲線的分析曲線的分析2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能珠光體型(P)轉(zhuǎn)變(A1550): A1650 : P ; 525HRC; 片間距為0.60.7m(500)。 650600 : 細片狀P-索氏體(S); 片間距為0.20.4m(1000); 2536HRC。 600550:極細片狀P-屈氏體

22、(T); 片間距為0.2m(電鏡); 3540HRC。三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能珠光體形貌三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能索氏體形貌三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變光鏡形貌電鏡形貌2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能-屈氏體形貌三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變電鏡形貌光鏡形貌2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能貝氏體型(B)轉(zhuǎn)變(550230):550

23、350: B上; 4045HRC;三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變B上上 =過飽和碳過飽和碳 -Fe條狀條狀 + Fe3C細條狀細條狀 過飽和碳過飽和碳-Fe條狀條狀 Fe3C細條狀細條狀羽毛狀羽毛狀2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能 上貝氏體組織金相圖三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能350230: B下; 5060HRC;三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變B下下 =過飽和碳過飽和碳 -Fe針葉狀針葉狀 + Fe3C細片狀細片狀過飽和碳過飽和碳 -Fe針葉狀針葉狀Fe3C細片狀細片狀針葉狀針葉狀2、過冷

24、奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能 下貝氏體組織金相圖三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能馬氏體型 ( M ) 轉(zhuǎn)變 ( 230 -50 ) :馬氏體是一種碳在 Fe中的過飽和固溶體。轉(zhuǎn)變特點: 在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成; 轉(zhuǎn)變速度極快,即瞬間形核與長大; 無擴散轉(zhuǎn)變( Fe、C原子均不擴散 ), M與原A的成分相同,造成晶格畸變。 轉(zhuǎn)變不完全性, QM = f ( T )三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變?nèi)撛诶鋮s時的組織轉(zhuǎn)變奧氏體含碳量對馬氏體

25、轉(zhuǎn)變溫度的影響2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變?nèi)撛诶鋮s時的組織轉(zhuǎn)變奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 馬氏體的組織形態(tài)：板條狀 - 低碳馬氏體(0.2%C ); 3050HRC ; = 917%。三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變?nèi)?、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變低碳板條馬氏體組織金相圖2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 馬氏體的組織形態(tài)：針、片狀-高碳馬氏體(1%C); 66HRC左右 ; 1%。三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體

26、的等溫冷卻轉(zhuǎn)變?nèi)?、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變高碳針片狀馬氏體組織金相圖2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體的性能主要取決于馬氏體中的碳濃度。三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變高碳針片狀馬氏體組織金相圖2、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變影響TTT曲線的形狀和位置的因素：奧氏體中含碳量的影響：含碳量越高，曲線右移。奧氏體中合金元素的影響：除Co和Al外，所有合金元素溶入奧氏體中會使曲線右移。加熱溫度和保溫時間的影響：加熱溫度越高, 保溫時間越長, 碳化物溶解充分, 奧氏體成分均勻,提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性, 從而使 TTT曲線向右移。三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3、過冷奧氏

27、體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(1) CCT曲線曲線三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(1) CCT曲線曲線-共析碳鋼共析碳鋼三、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT曲線，是通過測定不同冷速下過冷奧曲線，是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。共析鋼的共析鋼的CCT曲線沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)曲線沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變中止線。中止線。當連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時，當連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的

28、奧氏體一直珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的奧氏體一直保持到保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。a）爐冷：珠光體轉(zhuǎn)變）爐冷：珠光體轉(zhuǎn)變b）空冷：索氏體轉(zhuǎn)變）空冷：索氏體轉(zhuǎn)變c）油冷（）油冷（Vk冷速冷速Vk）：馬氏體轉(zhuǎn)變。）：馬氏體轉(zhuǎn)變。3、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(1) CCT曲線曲線-共析碳鋼共析碳鋼熱處理熱處理普通（整體）熱處理普通（整體）熱處理表面熱處理表面熱處理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火表面化學熱處理表面化學熱處理感應加熱表面淬火感應加熱表面淬火火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火激光加熱表面淬火等激光加熱表面淬火等滲碳滲碳滲氮滲氮碳氮共滲碳

29、氮共滲滲金屬等滲金屬等熱處理“四把火四把火” 退火退火：把鋼加熱到一定溫度并在此溫度下保溫，然后緩慢冷卻到室溫。 目的：降低硬度，改善切削加工性；消除殘余應力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向 正火正火：將鋼件加熱到臨界溫度（Ac3或Acm）以上30-50，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。 目的：晶粒細化和碳化物分布均勻化，去除材料的內(nèi)應力，降低材料的硬度?！八陌鸦鹚陌鸦稹?淬火淬火：將鋼件加熱到臨界點以上某一溫度，保持一定的時間，然后以適當速度在水（油）中冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。 目的：得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、

30、耐磨性、疲勞強度以及韌性等 回火回火：鋼件淬硬后，再加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱。 目的：減少或消除淬火內(nèi)應力，防止工件變形或開裂；獲得工藝要求的力學性能；穩(wěn)定工件尺寸。 時間時間溫度溫度保溫保溫冷卻冷卻加加熱熱為簡明表示熱處理的為簡明表示熱處理的基本工藝過程，通?；竟に囘^程，通常用溫度用溫度-時間坐標繪時間坐標繪出熱處理工藝曲線。出熱處理工藝曲線。熱處理的工藝曲線表示方式熱處理的工藝曲線表示方式退火退火降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。冷變形加工。細化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷細

31、化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的性能或為以后，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作組織準備。的熱處理作組織準備。消除鋼中的內(nèi)應力，以防止變形和開裂。消除鋼中的內(nèi)應力，以防止變形和開裂。退火目的：退火目的：退火工藝種類：退火工藝種類：完全退火完全退火等溫退火等溫退火球化退火球化退火擴散退火擴散退火去應力退火去應力退火再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火加熱至加熱至AC3以上以上20-30，充分保溫后隨爐，充分保溫后隨爐冷卻或爐冷至冷卻或爐冷至500-600后空冷，退火組織后空冷，退火組織為鐵素體珠光體。為鐵素體珠光體。目的：目的：1）通過完全重結(jié)晶，使熱加工造成

32、的粗大）通過完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大、不均勻的組織均勻化和細化，提高性能、不均勻的組織均勻化和細化，提高性能；2）中碳以上的碳鋼得到接近平衡狀態(tài)的組）中碳以上的碳鋼得到接近平衡狀態(tài)的組織，以降低硬度，改善切削加工性能織，以降低硬度，改善切削加工性能;3）消除內(nèi)應力。）消除內(nèi)應力。只適用于亞共析鋼，對過共析鋼完全退火會造成只適用于亞共析鋼，對過共析鋼完全退火會造成Fe3C沿晶界析出并沿晶界析出并形成網(wǎng)狀，使韌性下降。形成網(wǎng)狀，使韌性下降。（1）完全退火）完全退火時間時間溫度溫度保溫保溫Ac3+20 30爐冷爐冷空空冷冷500臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中鐵碳相圖中P

33、SK、GS、ES線分線分別用別用A1、A3、Acm表示表示,實際實際加熱或冷卻時存在滯后現(xiàn)象，加熱或冷卻時存在滯后現(xiàn)象，因此將鋼加熱時的實際轉(zhuǎn)變溫因此將鋼加熱時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別用度分別用Ac1、Ac3、Accm表表示；冷卻時的實際轉(zhuǎn)變溫度分示；冷卻時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別用別用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。奧氏體化后快速冷至某一溫度，奧氏體化后快速冷至某一溫度，再經(jīng)恒溫處理，使其發(fā)生珠光體再經(jīng)恒溫處理，使其發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，然后再以稍快方式冷卻的轉(zhuǎn)變，然后再以稍快方式冷卻的一種工藝。等溫退火組織與硬度一種工藝。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻。比完全退火更為均勻。目的：與完全退火相同目的

34、：與完全退火相同, 能獲得均能獲得均勻的預期組織。勻的預期組織。等溫溫度一般靠近等溫溫度一般靠近“TTT”曲曲線鼻子溫度，因此溫度過冷奧線鼻子溫度，因此溫度過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變孕育期最短，轉(zhuǎn)氏體分解轉(zhuǎn)變孕育期最短，轉(zhuǎn)變所需時間最短。對于過冷奧變所需時間最短。對于過冷奧氏體穩(wěn)定的鋼種，等溫退火可氏體穩(wěn)定的鋼種，等溫退火可顯著縮短退火周期。顯著縮短退火周期。（2）等溫退火）等溫退火時間時間溫度溫度保溫保溫Ac3+20 30快快冷冷空冷空冷TpAP使鋼中滲碳體球化的一種熱處理工使鋼中滲碳體球化的一種熱處理工藝，主要應用于過共析鋼和共析鋼藝，主要應用于過共析鋼和共析鋼。加熱溫度略高于。加熱溫度略高于Ac

35、1，然后緩慢，然后緩慢冷卻到冷卻到600550再出爐冷卻。組再出爐冷卻。組織為鐵素體基體上分布著細小均勻織為鐵素體基體上分布著細小均勻的球狀滲碳體。的球狀滲碳體。目的：使二次滲碳體及珠光體中的目的：使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球化，以降低硬度，改善切滲碳體球化，以降低硬度，改善切削加工性能，并為淬火作組織準備削加工性能，并為淬火作組織準備。（退火前正火將網(wǎng)狀滲碳體破碎。（退火前正火將網(wǎng)狀滲碳體破碎）需要較長的保溫時間來保證二次滲需要較長的保溫時間來保證二次滲碳體的自發(fā)球化。碳體的自發(fā)球化。（3）球化退火）球化退火時間時間溫度溫度保溫保溫Ac1+20 40緩冷緩冷空空冷冷600 550加熱至加

36、熱至Ac3或或Accm以上以上150-300，保溫保溫10-15h，爐冷。常應用于鑄錠，爐冷。常應用于鑄錠、鑄鋼件熱處理。、鑄鋼件熱處理。目的：消除由于鑄錠、鑄件的枝晶目的：消除由于鑄錠、鑄件的枝晶偏析引起的化學成分不均勻、組織偏析引起的化學成分不均勻、組織不均勻。不均勻。加熱溫度高，時間長，奧氏體晶粒加熱溫度高，時間長，奧氏體晶粒非常粗大，還應再進行完全退火或非常粗大，還應再進行完全退火或正火以便細化晶粒。該工藝缺點耗正火以便細化晶粒。該工藝缺點耗能大，成本高。能大，成本高。（4）擴散退火）擴散退火時間時間溫度溫度Ac3 (Accm)+ 150-300，保溫保溫1015 h緩冷緩冷（5）去應

37、力退火）去應力退火將工件隨爐緩慢加熱至將工件隨爐緩慢加熱至500-600，經(jīng)保溫后，經(jīng)保溫后，爐冷至爐冷至200-300后空冷后空冷的工藝。的工藝。目的：消除鑄件，焊件及目的：消除鑄件，焊件及冷變形件加工中產(chǎn)生的內(nèi)冷變形件加工中產(chǎn)生的內(nèi)應力，防止工件變形開裂應力，防止工件變形開裂。時間時間保溫保溫500 600爐冷爐冷空冷空冷300 200溫溫度度將經(jīng)過冷加工變形的金屬加將經(jīng)過冷加工變形的金屬加熱至熱至650-700（再結(jié)晶溫度（再結(jié)晶溫度以上以上100150），保溫后），保溫后空冷。空冷。目的：使冷加工金屬發(fā)生再目的：使冷加工金屬發(fā)生再結(jié)晶，形成新的等軸晶粒，結(jié)晶，形成新的等軸晶粒，消除內(nèi)應

38、力。消除內(nèi)應力。（6）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火時間時間保溫保溫650 700爐冷爐冷空冷空冷300 200溫溫度度ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 低溫（再結(jié)晶、去應力）低溫（再結(jié)晶、去應力）擴散擴散球化球化完全完全相相圖圖中中各各種種退退火火工工藝藝的的加加熱熱溫溫區(qū)區(qū)示示意意圖圖鋼件加熱到鋼件加熱到Ac3(對于亞共對于亞共析鋼析鋼)和和Accm(對于過共析鋼對于過共析鋼)以上以上3080, 保溫適保溫適當時間后當時間后, 空冷?？绽洹Ｕ鸷蟮慕M織：亞共析鋼正火后的組織：亞共析鋼為為F+S, 共析鋼為共析鋼為S, 過共析過共析鋼為鋼為S+Fe3CII 目的：組織

39、正常化，亦稱目的：組織正常化，亦稱?；幚怼３；幚?。正火正火時間時間Ac3 (Accm) + 30 80空冷空冷溫度溫度一般應用：一般應用： 1）最終熱處理：）最終熱處理： 正火可以細正火可以細化晶粒，使組織均勻化，減少亞化晶粒，使組織均勻化，減少亞共析鋼中鐵素體含量，使珠光體共析鋼中鐵素體含量，使珠光體含量增多并細化，從而提高鋼的含量增多并細化，從而提高鋼的強度、硬度和韌性。強度、硬度和韌性。 2）預先熱處理：）預先熱處理： 截面較大的截面較大的合金結(jié)構(gòu)鋼件，在淬火或調(diào)質(zhì)處合金結(jié)構(gòu)鋼件，在淬火或調(diào)質(zhì)處理（淬火加高溫回火）前常進行理（淬火加高溫回火）前常進行正火，正火， 以消除魏氏組織和帶狀

40、組以消除魏氏組織和帶狀組織，并獲得細小而均勻的組織?？?，并獲得細小而均勻的組織。對于過共析鋼可減少二次滲碳體對于過共析鋼可減少二次滲碳體量，并使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為量，并使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火作組織準備。球化退火作組織準備。 3） 改善切削加工性能改善切削加工性能 ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 加熱溫度為加熱溫度為Ac3以上以上3050；加熱溫度過高，奧氏體晶粒加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，淬火得到馬氏體針片粗大，淬火得到馬氏體針片尺寸大，應力大、脆性大；尺寸大，應力大、脆性大； 加熱溫度偏低如在加熱溫度偏低如在Ac1 Ac3之間，則淬火后有殘余鐵素

41、之間，則淬火后有殘余鐵素體存在，鋼的硬度不均勻，體存在，鋼的硬度不均勻，強度及硬度偏低。強度及硬度偏低。（1）淬火加熱溫度）淬火加熱溫度亞共析鋼淬火亞共析鋼淬火淬火淬火ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 過共析鋼淬火過共析鋼淬火加熱溫度為加熱溫度為Ac1以上以上30-50;組織為奧氏體及未完全溶解的組織為奧氏體及未完全溶解的球狀滲碳體，淬火后為馬氏體球狀滲碳體，淬火后為馬氏體加球狀滲碳體，這種組織有較加球狀滲碳體，這種組織有較高的硬度。高的硬度。淬火溫度過高，高于淬火溫度過高，高于Accm，則先共析滲碳體全部溶入奧氏則先共析滲碳體全部溶入奧氏體中，冷卻后馬氏體針尺

42、寸大體中，冷卻后馬氏體針尺寸大，由于含碳量高，由于含碳量高，MS點降低，點降低，淬火后殘余奧氏體體積分數(shù)增淬火后殘余奧氏體體積分數(shù)增多；多； 淬火加熱溫度偏低，甚至未實淬火加熱溫度偏低，甚至未實現(xiàn)奧氏體化，淬火后不能轉(zhuǎn)變現(xiàn)奧氏體化，淬火后不能轉(zhuǎn)變成馬氏體。成馬氏體。ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ （2）淬火介質(zhì)）淬火介質(zhì)淬火時所用的冷卻劑為淬火介質(zhì)。淬火時所用的冷卻劑為淬火介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)有水，機油及鹽水、堿水等。常用的淬火介質(zhì)有水，機油及鹽水、堿水等。水和油都不是理想淬火劑。水和油都不是理想淬火劑。淬透性差的碳鋼通常把水作為淬火介質(zhì)淬透性差的碳鋼通常把水

43、作為淬火介質(zhì)。水水650550（中溫）：冷卻能力較大（中溫）：冷卻能力較大300200（低溫）：冷卻能力很大（低溫）：冷卻能力很大易變形與開裂易變形與開裂油常做為淬透性較高的合金鋼的淬火介質(zhì)。油常做為淬透性較高的合金鋼的淬火介質(zhì)。 低溫：冷卻能力低低溫：冷卻能力低利于減少變形開裂利于減少變形開裂中溫：冷卻能力低中溫：冷卻能力低馬氏體淬火不完全馬氏體淬火不完全各種機油各種機油（淬硬性：不同成分鋼的半馬氏體硬度主要取決（淬硬性：不同成分鋼的半馬氏體硬度主要取決于鋼的含碳量，而與合金元素含量關(guān)系不大，）于鋼的含碳量，而與合金元素含量關(guān)系不大，）。 淬透性是鋼的本質(zhì)屬性，與試樣尺寸及形狀無關(guān)淬透性是鋼的本質(zhì)屬性，與試樣尺寸及形狀無關(guān)淬透性：表示鋼淬火時形成馬氏體的能力。淬透性：表示鋼淬火時形成馬氏體的能力。一般用淬透層深度來表示。通常規(guī)定，由表面至半馬氏體一般用淬透層深度來表示。通常規(guī)定，由表面至半馬氏體層的距離作為淬透層深度。層的距離作為淬透層深度。理想淬火劑：理想淬火劑：中溫區(qū)冷卻速度快：避免過冷奧氏體中溫分解轉(zhuǎn)變；中溫區(qū)冷卻速度快：避免過冷奧氏體中溫分解轉(zhuǎn)變；低溫區(qū)冷卻慢：減少淬火過程中的組織應力及熱應力。低溫區(qū)冷卻慢：減少淬火過程中的組織應力及熱應力。理想淬火劑舉例：理想淬火