《機械制造基礎(chǔ)》高職配套教學(xué)課件

第1章金屬材料的力學(xué)性能

力學(xué)性能：材料在力作用下所顯示與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的性能。主要有強度、塑性、硬度、韌性、疲勞極限等。1.1強度和塑性1.1.1拉伸試驗與拉伸曲線拉伸曲線：即拉伸試驗時拉伸力與伸長量之間的對應(yīng)關(guān)系曲線，一般在拉伸試驗機上自動繪出，如圖1.la）所示。試驗時先將被測材料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，如圖1.1b）圖所示。第1章金屬材料的力學(xué)性能a)拉伸曲線b)試驗試樣圖1.1拉伸曲線與試樣第1章金屬材料的力學(xué)性能1.1.2強度強度是指材料抵抗永久變形和斷裂的能力。強度的大小通常用應(yīng)力表示。應(yīng)力是指試驗過程中的力除以試樣原始橫截面積的商，用符號σ表示，單位為MPa。

1.屈服點與規(guī)定殘余伸長應(yīng)力屈服點是指材料可呈現(xiàn)的屈服現(xiàn)象，試樣在試驗過程中力不增加(保持恒定)試件仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力，用符號σb表示，即σs=Fs／So式中Fs——試樣屈服時所承受的拉伸力(N);So——試樣原始橫截面積(mm2)。第1章金屬材料的力學(xué)性能

2.抗拉強度抗拉強度是指試樣拉斷過程中最大拉力所對應(yīng)的應(yīng)力，用符號σb表示，即σb=Fb／So式中σb——試樣所承受的最大拉伸力(N)；

So——試樣原始橫截面積(mm2)。在工程上，把σs／σb的比值稱為屈強比。其值越高，材料強度的有效利用率越高，但會使零件的安全可靠性降低。不過在性能允許的情況下，還是屈強比大一點好，一般在0.75左右。第1章金屬材料的力學(xué)性能

1.1.3塑性材料斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力稱為塑性。1.斷后伸長率斷后伸長率是指試樣拉斷后標(biāo)距的伸長量與原標(biāo)距長度的百分比，用符號δ表示。即

δ=（L1—L0）/L0×100﹪式中L0——試樣原標(biāo)距長度(mm)；

L1——試樣拉斷后對接的標(biāo)距長度(mm)。第1章金屬材料的力學(xué)性能2.斷面收縮率

斷面收縮率是指試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號ψ表示，即ψ=（S0-S1）/S0×100﹪式中S0——試樣原始橫截面積(mm2)；

S1——試樣拉斷后縮頸處最小橫截面積(mm2)。第1章金屬材料的力學(xué)性能1.2硬度、沖擊韌度與疲勞強度

1.2.1硬度硬度是指金屬表面上局部體積內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或抵抗破壞的能力。它是衡量材料軟硬的主要依據(jù)之一。1.布氏硬度布氏硬度值是通過布氏硬度試驗確定的。布氏硬度試驗是用一定直徑的球體(淬火鋼球或硬質(zhì)合金球)以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的表面壓痕直徑來計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法，如圖1.2所示(h為球冠形壓痕的高)。第1章金屬材料的力學(xué)性能布氏硬度值是試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。使用淬火鋼球壓頭時用符號HBS表示，使用硬質(zhì)合金球壓頭時用符號HBW表示，計算公式如下；式中F——試驗力(N)；

D——球體直徑(mm)；

d——壓痕平均直徑(mm)。

第1章金屬材料的力學(xué)性能2.洛氏硬度洛氏硬度試驗：洛氏硬度試驗是在初試驗力F0及主試驗力F1的先后作用下，將壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除主試驗力，用測量的殘余壓痕深度來計算硬度值的一種壓痕硬度試驗方法，如圖1.3所示。實際測定時，試件的洛氏硬度值由硬度計的表盤上直接讀出，材料越硬，則表盤上顯示值越大。圖1.3洛氏硬度試驗原理第1章金屬材料的力學(xué)性能3．維氏硬度維氏硬度值是由維氏硬度試驗測定的。維氏硬度是將相對面夾角為136°的正四棱錐體金剛石壓頭，以選定的試驗力(49.03～980.7N)壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的壓痕對角線長度來計算硬度的一種壓痕硬度試驗。壓痕硬度試驗原理，如圖1.4所示。圖1.4維氏硬度試驗原理

第1章金屬材料的力學(xué)性能1.2.2沖擊韌度金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度，沖擊韌度通常用擺錘式一次沖擊試驗來測定。1.擺錘式一次沖擊試驗擺錘式一次沖擊試驗是目前最普遍的一種試驗方法。為了使試驗結(jié)果可以相互比較，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T229—1994規(guī)定，將金屬材料作成沖擊試樣。擺錘沖擊試驗原理，如圖1.5所示。圖1.5沖擊試驗示意圖1—擺錘；2—試樣

第1章金屬材料的力學(xué)性能沖擊吸收功(AK)除以試樣缺口處的截面積A，即可得到材料的沖擊韌度αk，計算公式如下：

式中AK——沖擊吸收功(J)；

G——擺錘的重力(N)；

H1——擺錘舉起的高度(cm)；

H2——沖斷試樣后，擺錘的高度(cm)；

αK——沖擊韌度(J/cm2)；

So——試樣缺口處截面積(cm2)。第1章金屬材料的力學(xué)性能1.2.3疲勞強度1.疲勞的概念許多機械零件，例如軸、齒輪、軸承、彈簧等，在工作中承受的是交變載荷。在這種載荷作用下，雖然零件所受應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服點，但在長期使用中往往會突然發(fā)生斷裂，這種破壞過程稱為疲勞斷裂。2.疲勞強度工程上規(guī)定，材料經(jīng)無數(shù)次重復(fù)交變載荷作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞強度。通過試驗測定的材料交變應(yīng)力σ和斷裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系曲線(疲勞曲線)，如圖1.6所示。第1章金屬材料的力學(xué)性能曲線表明，材料受的交變應(yīng)力越大，則斷裂時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(N)越少，反之，則N越大。當(dāng)應(yīng)力低于一定值時，試樣經(jīng)無限周次循環(huán)也不破壞，此應(yīng)力值稱為材料的疲勞強度。實際上，黑色金屬規(guī)定循環(huán)周次107，有色金屬和某些高強度鋼，規(guī)定循環(huán)周次108。圖1.6疲勞曲線第1章金屬材料的力學(xué)性能思考題與習(xí)題1．什么叫做應(yīng)力?低碳鋼拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線可分為哪幾個變形階段?這些階段各有什么明顯特征?2．由拉伸試驗可以得出哪些力學(xué)性能指標(biāo)?在工程上這些指標(biāo)是怎樣定義的?3．有一d0＝10.0mm，L0＝50mm的低碳鋼試樣，拉伸試驗時測得Fs＝20.5kN，F(xiàn)b＝31.5KN,d1＝6mm，L1＝66mm，試確定此鋼材的σs、σb、ψ、δ。4．試判斷下列試驗數(shù)據(jù)的正確性，并說明理由。(1)熱軋15鋼硬度為202HBSl0／1000；(2)正火10鋼硬度15HRC；(3)在直徑為10mm的退火黃銅試樣上測出硬度值50HBSl0／1000／30；(4)20鋼滲碳淬火后滲碳層硬度45HRC。5．什么叫沖擊韌度?什么叫疲勞強度?第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.1.1晶體的有關(guān)該念1.晶體與非晶體晶體與非晶體的區(qū)別表現(xiàn)在許多方面。非晶體沒有規(guī)則的外形，沒有固定的熔點，在各個方向上的原子聚集密度大致相同，因此表現(xiàn)出各向同性或等向性。而晶體物質(zhì)的基本質(zhì)點（原子等)在空間排列是有一定規(guī)律的，故有規(guī)則的外形，有固定的熔點，當(dāng)溫度升高時，固態(tài)金屬將在一定溫度下轉(zhuǎn)換為液體。如鐵的熔點為1538℃。此外，晶體物質(zhì)在不同方向上具有不同性能，表現(xiàn)出各向異性的特征。2．晶格與晶胞為了描述晶體內(nèi)部原子的排列規(guī)律，首先假設(shè)原子是剛性小球，那么，晶體則可看成是由許多剛性小球按一定規(guī)律堆積而成的物質(zhì)，如圖2.1a)所示。為了更清楚地描述晶體內(nèi)部原子的排列規(guī)律，可進(jìn)一步把原子抽象成為一個點(每一個點代表一個原子中心)，并用假想的幾何線條連接各點，從而構(gòu)成一個幾何空間格子，通常稱為晶格，如圖2.1b)所示。根據(jù)晶體周期重復(fù)排列的特征，通常從晶格中取出一個能夠反映整個晶格對稱性的單位格子來研究晶體中原子排列規(guī)律，這個單位格子稱為晶胞，如圖2.1c)所示。顯然，晶體就是由無數(shù)多個晶胞重復(fù)堆積而成的。

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶圖2.1簡單立方晶體與晶胞示意圖a)晶體結(jié)構(gòu)；b)晶格；c)晶胞第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.1.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶格描述了金屬晶體內(nèi)部原子的排列規(guī)律，金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要差別就在于原子排列形式的不同。常見的有以下三種，如圖2.2所示。圖2.2常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)(a)體心立方晶格；(b)面心立方晶格；(c)密排六方晶格第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶（1)體心立方晶格屬于這類晶格的金屬有α鐵(912℃以下的純鐵)、鉻、鉬、鎢、釩等。（2)面心立方晶格屬于這類晶格的金屬有γ鐵(912～1394℃范圍內(nèi)的純鐵)、鋁、銅、銀、金、鎳等。這類金屬的塑性優(yōu)于具有體心立方晶格的金屬。（3)密排六方晶格屬于這類晶格的金屬有鎂、鋅、鈹?shù)?。這類金屬較脆。

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)工業(yè)生產(chǎn)中實際使用的金屬材料由于各種因素的制約，晶體結(jié)構(gòu)并非理想，是由許多晶格位向不同的晶體組成，稱為多晶體，如圖2.3b)所示。圖2.3單晶體與多晶體結(jié)構(gòu)示意圖a)單晶體；b)多晶體第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶（1)金屬的多晶體結(jié)構(gòu)一般的金屬材料都是采用自然熔煉、自然凝固等傳統(tǒng)制取方法獲得的一種多晶體材料，如圖2-3b）所示。在多晶體材料內(nèi)，晶體位向基本相同的小晶體稱為晶粒。把多晶體材料中相鄰晶粒間的界面稱為晶界，晶粒之間以晶界分開。（2)金屬的晶體缺陷實際金屬不僅是多晶體，而且存在著各種各樣的晶體缺陷。晶體缺陷的存在對金屬性能和組織轉(zhuǎn)變均會產(chǎn)生很大影響。根據(jù)晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，一般將其分為以下三類：第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶①點缺陷：晶格結(jié)點上空著的位置，稱為空位。如圖2-4a）所示。晶格間隙中多余的原子稱為間隙原子，空位和間隙原子統(tǒng)稱為點缺陷，如圖2-4c)所示。圖2-4點缺陷a)空位；b)置換原子；c)間隙原子第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶②線缺陷：線缺陷是各種形式的位錯線，簡稱位錯。圖2.5所示晶體的ABCD面以上，多出了一個垂直方向的原子面EFGH，即晶體的上下兩部分出現(xiàn)錯排現(xiàn)象。多余的原子面像刀刃插入晶體，在刃口附近形成線缺陷。這樣的線缺陷通常稱為刃型位錯，是最簡單又最基本的一種位錯。圖2.5刃型位錯a)立體模型；b)平面圖；c)示意圖第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶③面缺陷：面缺陷是指在多晶體中，各晶粒之間的位向互不相同，多數(shù)相差達(dá)30°～40°，當(dāng)一個晶粒過渡到另一個晶粒時，必然會有一個原子排列無規(guī)則的過渡層，如圖2.6a）所示。

圖2.6晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖

a)晶界;b)亞晶界第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.1.3純金屬的結(jié)晶金屬的晶體結(jié)構(gòu)是在結(jié)晶過程中逐步形成的。1.冷卻曲線與過冷現(xiàn)象純金屬的結(jié)晶都是在一定溫度下進(jìn)行的，它的冷卻結(jié)晶過程可用圖2.7所示的冷卻曲線來描述。由圖可見，純金屬的冷卻曲線上有一個平臺出現(xiàn)，純金屬的結(jié)晶都是在恒定溫度下進(jìn)行的。

圖2.7純金屬的冷卻曲線

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶是在冷卻曲線上水平段所對應(yīng)的這段時間內(nèi)完成的，它是由不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程組成，如圖2.8所示。圖2.8結(jié)晶過程示意圖第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶3.金屬結(jié)晶后的晶粒大小金屬結(jié)晶后的晶粒大小對其力學(xué)性能影響很大。一般情況下，晶粒越小，晶界越多且越曲折，晶粒與晶粒之間相互咬合的機會就越多，越不利于裂紋的擴展，增強了彼此間的結(jié)合力。這不僅使強度、硬度提高，而且塑性、韌性也越好，即細(xì)晶粒的力學(xué)性能好。實際生產(chǎn)中常采用下述方法來獲得。①增加過冷度實踐證明，增加結(jié)晶時的過冷度△T，能使晶核的形核速率增加，也能使晶核的長大速率增加。但是，形核速率要比長大速率大得多。因此，增加過冷度能獲得細(xì)晶粒組織。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶②變質(zhì)處理對于液態(tài)金屬來說，可在澆注前向液態(tài)金屬中加入少量的某種物質(zhì)(變質(zhì)劑)，這種物質(zhì)可以造成大量的人工晶核，由于晶核數(shù)目大大增加，達(dá)到了細(xì)化晶粒的目的。這種依附于固態(tài)雜質(zhì)微粒的形核方式，稱為非自發(fā)形核。通過非自發(fā)形核獲得細(xì)晶粒組織的方法，稱為變質(zhì)處理。③附加振動生產(chǎn)中還可以采用機械振動、超聲波振動、電磁振動等方法，使熔化的金屬在鑄型中產(chǎn)生運動，從而使得晶體在長大過程中不斷被破碎，最終獲得細(xì)晶粒組織。用細(xì)化晶粒強化金屬的方法稱為細(xì)晶強化，它是強化金屬材料的基本途徑之一。

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.1.4純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變自然界中大多數(shù)金屬結(jié)晶后晶格類型都不再變化，但少數(shù)金屬，如鐵、錳、鈷等，結(jié)晶后隨著溫度或壓力的變化，晶格會有所不同，金屬這種在固態(tài)下晶格類型隨溫度(或壓力)變化的特性稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，可以形成體心立方和面心立方兩種晶格的同素異構(gòu)體。純鐵的冷卻曲線與晶體結(jié)構(gòu)變化示意圖，如圖2.9所示。

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶圖2.9純鐵的冷卻曲線與晶體結(jié)構(gòu)變化示意圖第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶

由圖可見，純鐵的熔點為1538℃，在1394℃和912℃出現(xiàn)水平臺。經(jīng)分析，純鐵結(jié)晶后具有體心立方結(jié)構(gòu)，稱為δ-Fe。當(dāng)溫度下降到1394℃時，體心立方的δ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)，稱為γ-Fe。在912℃時，γ-Fe又轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)，稱為α-鐵。再繼續(xù)冷卻時，晶格類型不再發(fā)生變化。由于純鐵具有這種同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，因而才有可能對鋼和鑄鐵進(jìn)行各種熱處理，以改變其組織和性能。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.2合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶純金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和美麗的金屬光澤，在工業(yè)上具有一定的應(yīng)用價值。但由于強度、硬度一般較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實際需要，而且冶煉困難，價格成本均較高，故在使用上受到很大限制。在實際生產(chǎn)中大量使用的主要是合金，尤其是鐵碳合金。2.2.1合金的基本概念1.合金合金是指由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.組元:組成合金的基本物質(zhì)稱為組元。3.合金系:給定組元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金，構(gòu)成一個合金系。由兩個組元構(gòu)成的稱為二元系，由三個組元構(gòu)成的稱為三元系等。4.相:指在金屬組織中化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和性能相同的均勻組成部分。其中包括固溶體、金屬化合物及純物質(zhì)(如石墨)。5.組織:指用金相觀察方法看到的由形態(tài)、尺寸不同和分布方式不同的一種或多種相構(gòu)成的總體。6.機械混合物:是合金中的一類復(fù)相混合物組織，不同的相均可互相組合形成機械混合物。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.2.2合金的相根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分為固溶體和金屬化合物兩大類。1.固溶體溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑晶格類型的合金相，稱為固溶體。例如鐵碳合金中，δ鐵中溶入碳原子而形成的鐵素體即為固溶體。固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體兩類。置換固溶體就是溶質(zhì)原子替換了溶劑晶格某結(jié)點上的原子而形成的,如圖2.10a)所示。間隙固溶體就是溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格的間隙之中而形成的，如圖2.10b)所示。因晶格中的空隙位置是有限的，所以間隙固溶體是有限固溶體。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶

由于溶質(zhì)原子的溶入，會引起固溶體晶格發(fā)生畸變，如圖2.11所示。晶格畸變使合金變形阻力增大，從而提高了合金的強度和硬度，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。它是提高材料力學(xué)性能的重要途徑之一。圖2.10固溶體a)置換固溶體；b)間隙固溶體

圖2.11固溶強化第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.金屬化合物金屬化合物是合金組元之間相互發(fā)生作用而形成的具有金屬特性的一種新相，其晶格類型和性能完全不同于合金中的任一組元，一般可用分子式來表示。金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點高，硬度高，脆性大。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時，合金的強度、硬度和耐磨性均提高，而塑性和韌性降低。金屬化合物是許多合金的重要組成相，與固溶體適當(dāng)配合可以提高合金的綜合力學(xué)性能。

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.2.3合金的凝固1.二元合金相圖與建立同是一個合金系，合金的組織隨化學(xué)成分的不同而變化；同一成分的合金，其組織隨溫度不同而變化。為了全面了解合金的組織隨成分、溫度變化的規(guī)律，對合金系中不同成分的合金進(jìn)行實驗、觀察，分析其在極其緩慢加熱、冷卻過程中內(nèi)部組織的變化，繪制成圖。這種表示在平衡條件下給定合金系中合金的成分、溫度與其相和組織狀態(tài)之間關(guān)系的坐標(biāo)圖形，稱為合金相圖(又稱為合金狀態(tài)圖或合金平衡圖)。建立相圖最常用的實驗方法是熱分析法，現(xiàn)以鉛錫二元合金為例來說明二元相圖的建立。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶（1）將鉛錫兩種金屬配制成一系列不同成分的合金.

（2）作出每個合金的冷卻曲線，如圖2.12所示，然后找出各冷卻曲線上的相變點(轉(zhuǎn)變溫度)；（3）在溫度—成分坐標(biāo)圖上，將各個合金的相變點分別標(biāo)在相應(yīng)合金的成分垂線上；（4）將各成分垂線上具有相同意義的點連接成線，并根據(jù)已知條件和分析結(jié)果在各區(qū)域內(nèi)寫上相應(yīng)的相名稱符號和組織名稱符號，給曲線上重要點注上字母和數(shù)字，就得到一個完整的二元合金相圖(圖2.12)?；瘜W(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）（﹪）Pb10095876038.1200Sn05134061.980100結(jié)晶開始溫度/℃327320320340183205232結(jié)晶終止溫度/℃327290220183183183232第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶圖2.12相圖建立過程示意圖

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶二元合金相圖有多種不同的基本類型。實用的二元合金相圖大都比較復(fù)雜，但復(fù)雜的相圖總可以看作是由若干基本類型的相圖組合而成的。例如，鐵碳合金相圖就包含了包晶、勻晶、共晶(共析)三種基本二元相圖，如圖2.13所示。

圖2.13三種基本二元合金相圖a)包晶相圖；b)勻晶相圖；c)共晶相圖第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶2.典型合金的平衡結(jié)晶過程（凝固）（1)共晶合金的結(jié)晶過程共晶合金如圖2.14所示的合金Ⅰ，其結(jié)晶過程見圖2.15。二次相αⅡ和βⅡ都相應(yīng)地同α和β連在一起，且數(shù)量較少，故不改變共晶體的形貌。室溫組織仍為共晶體(α+β)。其形狀如圖2.16所示。（2)亞共晶合金圖2.14中的合金Ⅱ為亞共晶合金，其結(jié)晶過程如圖2.17所示。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶

圖2.14共晶相圖

圖2.15合金I的冷卻曲線及結(jié)晶過程

第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶圖2.16Pb—Sn二元合金共晶組織

圖2.17合金Ⅱ的冷卻曲線及結(jié)晶過程第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶思考題與習(xí)題1．解釋下列名詞晶體、晶格、晶胞、晶面、晶向、單晶體、多晶體、點缺陷、線缺陷、面缺陷、位錯、亞晶界；結(jié)晶、自發(fā)形核、非自發(fā)形核；合金、組織、相、固溶體、金屬化合物、固溶強化。2．常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)類型有哪幾種，說明其主要特征。3．為什么單晶體具有各向異性，而多晶體一般不顯示各向異性?4．定性說明金屬的強度隨其位錯密度變化的趨勢。5．什么叫過冷度?過冷度與冷卻速度有何關(guān)系?為什么金屬結(jié)晶時必須過冷?6．說明結(jié)晶過程中過冷度對形核率和長大率的影響規(guī)律，鑄造生產(chǎn)中采取哪些措施細(xì)化晶粒?7．指出下列概念的主要區(qū)別相與組織；置換固溶體與間隙固溶體；有限固溶體與無限固溶體；液相線與固相線8．什么是合金相圖?了解熱分析法建立合金相圖的過程。第2章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶第3章鐵碳合金與碳素鋼

3.1鐵碳合金的基本相及組織由于鐵和碳的交互作用，在固態(tài)下，可形成五種基本組織：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。3.1.1鐵素體(F)碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號F表示。它仍保持α-Fe的體心立方晶格，碳溶入α-Fe的晶格間隙中。鐵素體的顯微組織，如圖3.1所示。

由于α鐵具有體心立方晶格，原子間隙較小，所以溶碳能力很小，在727℃時溶碳最多(wc＝0.0218﹪)，室溫下幾乎為零(wc=0.0008﹪)。鐵索體的性能與純鐵相近，強度、硬度較低(σb=180～280MPa，50～80HBS)，而塑性、韌性較好(δ=30﹪～50﹪，AKU=128～160J)。以鐵素體為基體的鐵碳合金適用于塑性成形加工。

圖3.1鐵素體組織第3章鐵碳合金與碳素鋼

3.1.2奧氏體(A)

碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A表示。奧氏體保持γ-Fe的面心立方晶格結(jié)構(gòu)，其顯微組織示意圖如3.2所示。圖3.2奧氏體組織第3章鐵碳合金與碳素鋼

3.1.3滲碳體(Fe3C)

滲碳體是鐵和碳相互作用形成的具有金屬特性金屬化合物，稱為滲碳體，其符號用化學(xué)式Fe3C表示。它具有復(fù)雜斜方結(jié)構(gòu)的晶格，其晶格結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。滲碳體的碳含量WC＝6.69﹪，滲碳體硬度很高，脆性很大，幾乎沒有塑性，不能單獨使用。它通常以片狀，粒狀、網(wǎng)狀、帶狀等形態(tài)分布于鐵碳合金中，其數(shù)量、形狀、大小與分布對鋼的性能有著很大的影響。圖3.3Fe3C的晶格結(jié)構(gòu)第3章鐵碳合金與碳素鋼

3.1.4珠光體(P)

它是由鐵素體(薄層)和滲碳體(薄片)交替組成的機械混合物稱為珠光體，用符號P表示，如圖3.4所示。珠光體的平均碳含量Wc＝0.77﹪，力學(xué)性能介于滲碳體與鐵素體之間。它的強度、硬度較高(σb=770MPa，180HBS)，具有一定塑性和韌性(δ＝20﹪～35﹪，AKv=24～32J)，是一種綜合力學(xué)性能較好的組織。珠光體的形狀、數(shù)量、尺寸、及分布對鋼的性能有很大的影響。圖3.4珠光體組織第3章鐵碳合金與碳素鋼

3.1.5萊氏體（Ld或Ld′）萊氏體是奧氏體和滲碳體組成的機械混合物，用符號Ld表示。萊氏體緩冷到727℃時，其中奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，因此727℃以下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成，稱為低溫萊氏體，用符號Ld′表示。萊氏體因含有大量的滲碳體，力學(xué)性能與滲碳體相近。在這五種基本組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體都是單相組織，稱為基本相。在實際生產(chǎn)中使用的鐵碳合金組織多是由這些基本相組成的混合組織。第3章鐵碳合金與碳素鋼

3.2鐵碳合金相圖

3.2.1簡化的Fe-Fe3C相圖鐵碳合金相圖是研究鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，也是選擇使用材料、制訂熱加工、熱處理工藝的主要依據(jù)。鐵和碳可以形成一系列化合物，考慮到工業(yè)上的實用價值，目前常用wc<6．69﹪的鐵碳合金，其相圖如圖3.5所示，即Fe—Fe3C相圖。圖3.5Fe—Fe3C相圖第3章鐵碳合金與碳素鋼

3.2.2Fe-Fe3C相圖分析1.坐標(biāo)Fe—Fe3C相圖中縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。橫坐標(biāo)上的任何一點均表示一種成分的鐵碳合金。2.特性點第3章鐵碳合金與碳素鋼

特性點符號溫度/℃WC(﹪)說明A15380純鐵的熔點(結(jié)晶)C11484.3共晶點D12276.69滲碳體的熔點E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度F11486.69滲碳體的成分G9120a-Fe←→γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點P7270.0218碳在a-Fe中的最大溶解度S7270.77共析點As←→P(Fp+Fe3C)K7276.69滲碳體的成分第3章鐵碳合金與碳素鋼3.特性線①ACD線為液相線。②AECF線為固相線。在此線以下任一成分的鐵碳合金均處于固態(tài)，因此，該線為冷卻結(jié)晶終了的溫度線、加熱熔化開始的溫度線。③ECF水平線為共晶線。溫度為1148℃，凡是WC=2.11﹪～6.69﹪的鐵碳合金冷至此線時，將從液體中同時結(jié)晶出奧氏體和滲碳體來，即發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變；Lc←1148℃→AE+Fe3C第3章鐵碳合金與碳素鋼

④PSK水平線為共析線(又稱A1線)。溫度為727℃，在這條線上固態(tài)奧氏體將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：As←727→FP+Fe3C⑤GS線又稱A3線。Wc＜0.77﹪的鐵碳合金冷卻到至此線時，將從奧氏體中析出鐵素體。⑥ES線又稱Acm線。⑦PQ線是碳在鐵素體中的溶解度變化曲線。第3章鐵碳合金與碳素鋼

4.相區(qū)由圖3-5可以看出，全圖有四個單相區(qū)：液相區(qū)(L)、奧氏體相區(qū)(A)、鐵素體相區(qū)(F)、滲碳體相區(qū)(Fe3C)。五個兩相區(qū)：L+A區(qū)、L+Fe3C區(qū)、A+F區(qū)、A+Fe3C區(qū)和F+Fe3C區(qū)。每個兩相區(qū)都與相應(yīng)的兩個單相區(qū)相鄰。5.鐵碳合金的分類鐵碳合金相圖中的各種合金，按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC和室溫組織的不同，一般分為以下三類：第3章鐵碳合金與碳素鋼

①工業(yè)純鐵：WC<0.0218％，其顯微組織為單相鐵素體。②鋼：Wc＝0.0218﹪～2.11﹪，其特點是高溫固態(tài)組織為具有良好塑性的奧氏體，因而適宜于鍛造。根據(jù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和室溫組織的不同，又分為三種：●亞共析鋼Wc<0.77﹪，組織是鐵素體+珠光體?！窆参鲣揥C＝0.77％，組織是珠光體。●過共析鋼Wc>0.77％，組織是珠光體+滲碳體。第3章鐵碳合金與碳素鋼③白口鑄鐵：WC＝2.11％～6.69％，其特點是液態(tài)結(jié)晶時都有共晶轉(zhuǎn)變,因而有較好的鑄造性能。白口鑄鐵又分為三種：●亞共晶白口鑄鐵WC=2.11％～4.3％?！窆簿О卓阼T鐵WC=4.3％?！襁^共晶白口鑄鐵WC=4.3％～6.69％。第3章鐵碳合金與碳素鋼3.2.3典型鐵碳合金的結(jié)晶過程1.共析鋼的結(jié)晶過程圖3.5中合金Ⅰ表示共析鋼(WC＝0.77﹪)，合金在1點以上為液體(L)，當(dāng)緩冷至稍低于1點溫度時，開始從液體中結(jié)晶出奧氏體A，奧氏體的數(shù)量隨溫度的下降而增多。溫度降到2點時，液體全部結(jié)晶為奧氏體A。2～3點之間，合金組織不變。繼續(xù)緩冷至3點時，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成珠光體P。727℃以下，珠光體基本上不發(fā)生變化。故室溫下共析鋼的平衡組織為珠光體。共析鋼的結(jié)晶過程，如圖3.6所示。第3章鐵碳合金與碳素鋼圖3.6共析鋼結(jié)晶過程示意圖第3章鐵碳合金與碳素鋼2.亞共析鋼的結(jié)晶過程圖3.5中合金Ⅱ表示亞共析鋼。合金在1點以上為液體。緩冷至稍低于1點開始從液體中結(jié)晶出奧氏體A，冷卻到2點結(jié)晶終了。在2～3點區(qū)間，合金組織不變；當(dāng)冷卻到與GS線相交的3點時，開始從奧氏體中析出鐵素體F。當(dāng)溫度降至4點(727℃)時，剩余奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP。原鐵素體不變保留在基體中，4點以下不再發(fā)生組織變化。故亞共析鋼的室溫組織為鐵素體F+珠光體P，亞共析鋼的結(jié)晶過程，如圖3.7所示。第3章鐵碳合金與碳素鋼圖3.7亞共析鋼的結(jié)晶過程示意圖第3章鐵碳合金與碳素鋼

所有Wc<0．77﹪的亞共析鋼，緩冷后的室溫組織都是由鐵素體和珠光體組成，但是由于亞共析鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，所以組織中鐵素體和珠光體的相對量也不同。圖3-8為亞共析鋼的顯微組織(圖中黑色為珠光體，白色為鐵素體)。圖3.8亞共析鋼的顯微組織a)Wc=0.20﹪；b)Wc=0.45﹪c)Wc=0.65﹪第3章鐵碳合金與碳素鋼③白口鑄鐵：WC＝2.11％～6.69％，其特點是液態(tài)結(jié)晶時都有共晶轉(zhuǎn)變,因而有較好的鑄造性能。白口鑄鐵又分為三種：●亞共晶白口鑄鐵WC=2.11％～4.3％?！窆簿О卓阼T鐵WC=4.3％?！襁^共晶白口鑄鐵WC=4.3％～6.69％。第3章鐵碳合金與碳素鋼3.2.3典型鐵碳合金的結(jié)晶過程1.共析鋼的結(jié)晶過程圖3.5中合金Ⅰ表示共析鋼(WC＝0.77﹪)，合金在1點以上為液體(L)，當(dāng)緩冷至稍低于1點溫度時，開始從液體中結(jié)晶出奧氏體A，奧氏體的數(shù)量隨溫度的下降而增多。溫度降到2點時，液體全部結(jié)晶為奧氏體A。2～3點之間，合金組織不變。繼續(xù)緩冷至3點時，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成珠光體P。727℃以下，珠光體基本上不發(fā)生變化。故室溫下共析鋼的平衡組織為珠光體。共析鋼的結(jié)晶過程，如圖3.6所示。第3章鐵碳合金與碳素鋼圖3.6共析鋼結(jié)晶過程示意圖第3章鐵碳合金與碳素鋼2.亞共析鋼的結(jié)晶過程圖3.5中合金Ⅱ表示亞共析鋼。合金在1點以上為液體。緩冷至稍低于1點開始從液體中結(jié)晶出奧氏體A，冷卻到2點結(jié)晶終了。在2～3點區(qū)間，合金組織不變；當(dāng)冷卻到與GS線相交的3點時，開始從奧氏體中析出鐵素體F。當(dāng)溫度降至4點(727℃)時，剩余奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP。原鐵素體不變保留在基體中，4點以下不再發(fā)生組織變化。故亞共析鋼的室溫組織為鐵素體F+珠光體P，亞共析鋼的結(jié)晶過程，如圖3.7所示。第3章鐵碳合金與碳素鋼圖3.7亞共析鋼的結(jié)晶過程示意圖圖3.8亞共析鋼的顯微組織a)Wc=0.20﹪；b)Wc=0.45﹪c)Wc=0.65﹪第3章鐵碳合金與碳素鋼3.過共析鋼的結(jié)晶過程圖3.5中合金Ⅲ表示過共析鋼。合金在1點以上為液體，當(dāng)緩冷至稍低于1點后開始從液體中結(jié)晶出奧氏體A，直至2點結(jié)晶終了。在2～3點組織不變。冷至3點以下時，奧氏體開始沿晶界析出二次滲碳體Fe3CⅡ。3～4點之間的組織為奧氏體十二次滲碳體。降至4點（727℃）時，剩余奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成珠光體P。在4點以下，合金的組織不再發(fā)生任何變化。室溫組織為珠光體+二次滲碳體，過共析鋼結(jié)晶過程，如圖3.9所示。第3章鐵碳合金與碳素鋼圖3.9過共析鋼結(jié)晶過程示意圖第3章鐵碳合金與碳素鋼3.2.4Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用

Fe—Fe3C相圖從客觀上反映了鋼鐵材料的組織隨成分和溫度變化的規(guī)律，在工程上為選材、用材及制訂鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工工藝提供了重要的理論依據(jù)，如圖3.12所示。圖3.12Fe—Fe3C相圖與熱加工工藝規(guī)范的關(guān)系第3章鐵碳合金與碳素鋼3.3碳素鋼（非合金鋼）3.3.1雜質(zhì)元素對鋼的影響鋼鐵的組成元素主要是鐵和碳。但由于冶煉過程中原材料及冶煉工藝方法等影響，鋼中總不免有少量的其他元素存在，如硅、錳、硫、磷等。第3章鐵碳合金與碳素鋼3.3.2鋼的分類

1.常規(guī)分類方法（1）按用途分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼；（2）按質(zhì)量分為：普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、特殊優(yōu)質(zhì)鋼；（3）按化學(xué)成分為：碳素鋼、合金鋼。碳素鋼又細(xì)分為低碳鋼(Wc≤0.25％)、中碳鋼(Wc=0.25％～0.60％)、高碳鋼(Wc>0.6％)；合金鋼又細(xì)分為低合金鋼（We≤5％）、中合金鋼(We=5％～10％)、高合金鋼(We>10％)。第3章鐵碳合金與碳素鋼2.新的分類方法主要分為“按化學(xué)成份分類”、“按主要質(zhì)量等級和主要性能及使用特性分類”兩部分。按化學(xué)成分為：非合金鋼、低合金鋼、合金鋼。按質(zhì)量的等級分為：（1）普通質(zhì)量非合金鋼（2）優(yōu)質(zhì)非合金鋼（3）特殊質(zhì)量非合金鋼（4）普通質(zhì)量低合金鋼（5）優(yōu)質(zhì)低合金鋼（6）特殊質(zhì)量低合金鋼（7）優(yōu)質(zhì)合金鋼（8）特殊質(zhì)量合金鋼第3章鐵碳合金與碳素鋼3.3.3碳素鋼（非合金鋼）及牌號1.碳素結(jié)構(gòu)鋼通用結(jié)構(gòu)鋼牌號由代表屈服點的拼音字母“Q”、屈服點數(shù)值(單位為MPa)和規(guī)定的質(zhì)量等級符號、脫氧方法等符號組成。屈服點數(shù)值以鋼材厚度(或直徑)不大于16mm鋼的屈服點數(shù)值表示；質(zhì)量等級分A、B、C、D、E，表示硫、磷含量不同，其中A級質(zhì)量最低，E級質(zhì)量最高：脫氧方法用F(沸騰鋼)、B(半鎮(zhèn)靜鋼)、Z(鎮(zhèn)靜鋼)、TZ(特殊鎮(zhèn)靜鋼)表示，牌號中“Z”和“TZ”可以省略。例如:Q235AF，表示屈服點σs=235MPa，質(zhì)量為A級的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。第3章鐵碳合金與碳素鋼2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由二位阿拉伯?dāng)?shù)字或阿拉伯?dāng)?shù)字與特征符號組成。以二位阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以萬分之幾計)。沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼在牌號尾部分別加符號“F”和“b”，鎮(zhèn)靜鋼一般不標(biāo)符號。較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，在表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的阿拉伯?dāng)?shù)字后面加錳元素符號。例如：Wc＝0.50﹪、WMn=0.70﹪～1.00﹪的鋼，其牌號表示為“50Mn"。高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，在牌號后加符號“A”，特級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在牌號后加符號“E”。第3章鐵碳合金與碳素鋼3.碳素工具鋼碳素工具鋼牌號一般由代表碳的符號“T”與阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其中阿拉伯?dāng)?shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以千分之幾計)。對于含錳量較高或高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，牌號尾部表示同優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。例如T12鋼，表示W(wǎng)c＝1.2﹪的碳素工具鋼。第3章鐵碳合金與碳素鋼4.鑄造碳鋼鑄造碳鋼的牌號根據(jù)GB／T5613—1995的規(guī)定，有兩種表示方法：以強度表示的鑄鋼牌號，是由鑄鋼代號“ZG”與表示力學(xué)性能的兩組數(shù)字組成，第一組數(shù)字代表最低屈服點，第二組數(shù)字代表最低抗拉強度值；例如ZG200—400，表示σs(σr0.2)不小于200MPa，σb不小于400MPa.第3章鐵碳合金與碳素鋼3.4鋼鐵材料現(xiàn)場鑒別方法

3.4.1火花鑒別火花鑒別是將鋼鐵材料輕輕壓在旋轉(zhuǎn)的砂輪上打磨，觀察所迸射出的火花形狀和顏色，以判斷鋼鐵成分范圍的方法。圖3.13流線1—流線；2—節(jié)點；3—爆花；4—尾花第3章鐵碳合金與碳素鋼圖3.14爆花的形式第3章鐵碳合金與碳素鋼

1.碳素鋼的火花特征碳素鋼的含碳量越高，則流線越多，火花束越變短，爆花也越多，火花亮度增加。例如，20鋼的火花束長，顏色橙黃帶紅，流線成弧形，芒線多叉，為一次爆花，如圖3.15所示。45鋼的火花束稍短，顏色澄黃，流線較細(xì)長且多，芒線多叉，花粉較多，為二次爆花，如圖3.16所示。T12鋼的火花束短粗，顏色暗紅，流線細(xì)密，碎花，花粉多，為多次爆花，如圖3.17所示。

2.鑄鐵的火花特征鑄鐵的火花束短粗，流線較多，下垂成弧形，一般為二次爆花?？拷拜喌幕ǔ拾导t色，遠(yuǎn)離砂輪呈赤橙色。HT200鑄鐵的火花特征，如圖3.18所示。第3章鐵碳合金與碳素鋼圖3.1520鋼的火花特征圖3.1645鋼的火花特征第3章鐵碳合金與碳素鋼3.4.2色標(biāo)鑒別生產(chǎn)中為了表明金屬材料的牌號、規(guī)格等，通常在材料上做一定的標(biāo)記，常用的標(biāo)記方法有涂色、打印、掛牌等。金屬材料的涂色標(biāo)志用以表示鋼種、鋼號，涂在材料一端的端面或外側(cè)。成捆交貨的鋼應(yīng)涂在同一端的端面上，盤條則涂在卷的外側(cè)。具體的涂色方法在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中做了詳細(xì)的規(guī)定，生產(chǎn)中可以根據(jù)材料的色標(biāo)對鋼鐵材料進(jìn)行鑒別。第3章鐵碳合金與碳素鋼3.4.3斷口鑒別生產(chǎn)現(xiàn)場常根據(jù)斷口的自然形態(tài)來斷定材料的韌脆性，亦可據(jù)此判定相同熱處理狀態(tài)的材料合碳量的高低。若斷口呈纖維狀、無金屬光澤、顏色發(fā)暗、無結(jié)晶顆粒且斷口邊緣有明顯的塑性變形特征，則表明鋼材具有良好的塑性和韌性，合碳量較低；若材料斷口齊平、呈銀灰色，具有明顯的金屬光澤和結(jié)晶顆粒，則表明材料金屬易脆性斷裂。

第3章鐵碳合金與碳素鋼3.4.4音響鑒別生產(chǎn)現(xiàn)場有時也根據(jù)鋼鐵敲擊時聲音的不同，對其進(jìn)行初步鑒別。例如，當(dāng)原材料鋼中混入鑄鐵材料時，由于鑄鐵的減振性較好，敲擊時聲音較低沉，而鋼材敲擊時則可發(fā)出較清脆的聲音。若要準(zhǔn)確地鑒別材料在以上幾種現(xiàn)場鑒別方法的基礎(chǔ)上，還應(yīng)采用化學(xué)分析、金相檢驗、硬度試驗等實驗室分析手段對材料進(jìn)行進(jìn)一步的鑒別。第3章鐵碳合金與碳素鋼復(fù)習(xí)思考題1．試以純鐵為例說明金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?2．何謂鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體?它們在結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)和性能上各有何特點?3．畫出鐵碳合金相圖，填出各相區(qū)的組織；并分析Wc分別為0.6％、1.2％和4.3％的鐵碳合金的結(jié)晶。4．分析一次滲碳體、二次滲碳體、共晶滲碳體和共析滲碳體的異同處。5．平衡條件下，45、T8、T12鋼的硬度、強度和塑性有何不同?含碳量對性能如何影響?第3章鐵碳合金與碳素鋼第3章鐵碳合金與碳素鋼6，相同形狀的兩塊鐵碳合金，其中一塊是15鋼，一塊是白口鑄鐵，用什么簡便方法可迅速區(qū)分它們?7．隨著含碳量的增加，鋼的組織和性能有什么變化?8，根據(jù)相圖，說明下列現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：（1）在1100℃，Wc=0．4％碳鋼能進(jìn)行鍛造，wc4．0％鑄鐵不能鍛造。（2）鉗工鋸割T10、T12鋼比鋸10、20鋼費力，鋸條易磨鈍。(3)鋼鉚釘一般用低碳鋼制作，銼刀一般用高碳鋼制作。(4)鋼適宜采用壓力加工成形，而鑄鐵只能采用鑄造成形。第4章鋼的熱處理

鋼的熱處理是指在固態(tài)下采用適當(dāng)方式對鋼進(jìn)行不同的加熱、保溫、冷卻來改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要性能的一種工藝。熱處理是提高金屬使用性能和改善工藝性能的重要加工工藝方法。

熱處理都由加熱、保溫、冷卻三個階段組成，其工藝過程如圖4.2。圖4.2鋼熱處理工藝過程示意圖第4章鋼的熱處理4.1鋼在加熱時組織轉(zhuǎn)變在鐵-碳相圖中平衡態(tài)下的A1、A3、Acm三條相變線在非平衡態(tài)相變的熱處理中，加熱時為Ac1、Ac3、Accm比平衡態(tài)高一個過熱度。冷卻時為Ar1、Ar2、Arcm比乎衡態(tài)低一個過冷度。4.1.1奧氏體的形成及其影響因素1.奧氏體的形成第一步，奧氏體晶核的形成。第二步，奧氏體晶核長大。第三步，殘余滲碳體的溶解。第四步，奧氏體的均勻化。第4章鋼的熱處理圖4.3共析鋼奧氏體的形成過程a）晶核形成；b）晶核成長；c）殘余Fe3C溶解；d）A均勻化第4章鋼的熱處理2.影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素①加熱溫度：加熱溫度越高，原子擴散速度越快，鐵的晶格改組越快，因而加速了奧氏體的形成。②加熱速度：加熱速度愈快，奧氏體的形成溫度越高，形成的溫度范圍越寬，則形成所需的時間越短。③原始組織：鋼的原始組織越細(xì)，其相界面越多，奧氏體的形成速度就越快。第4章鋼的熱處理

4.1.2奧氏體晶粒的長大及其影響因素1.奧氏體晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的尺度。奧氏體晶粒度分為起始晶粒度、實際晶粒度和本質(zhì)晶粒度。起始晶粒度是指鋼進(jìn)行加熱時，各種原始組織剛剛轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時的晶粒度。實際晶粒度是指鋼在具體的熱處理或熱加工條件下實際獲得的奧氏體晶粒度的大小，它直接影響鋼的性能，實際晶粒度一般總比起始晶粒度大。第4章鋼的熱處理

有些鋼的奧氏體晶粒度隨著加熱溫度的升高會不斷地迅速長大，這種鋼稱為本質(zhì)粗晶粒鋼；本質(zhì)細(xì)晶粒鋼中阻止晶粒長大的因素消失，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒長大的還要大。圖4.4溫度與奧氏體晶粒長大的關(guān)系第4章鋼的熱處理2.影響奧氏體晶粒長大的因素①加熱時間和保溫時間：為了得到細(xì)晶粒組織，鋼在熱處理時應(yīng)嚴(yán)格控制奧氏體化加熱溫度。又因晶粒長大是通過原子擴散來完成的．合理的控制保溫時間，也會有效防止晶粒長大。②加熱速度：當(dāng)加熱溫度確定后，加熱速度越快，奧氏體晶粒越細(xì)小。③合金元素的含量：碳及合金元素也是影響奧氏體晶粒長大的重要因素。對于亞共析鋼，隨著奧氏體中含碳量的增加，奧氏體晶粒長大的傾向變大。但對于過共析鋼，部分碳以滲碳體的形式存在，它將阻礙晶界移動，限制奧氏體晶粒長大。第4章鋼的熱處理

4.2鋼在冷卻時組織轉(zhuǎn)變了解奧氏體在冷卻過程中的變化規(guī)律，通常采用兩種方法：一種是把鋼加熱奧氏體化后，快速冷卻到臨界點A1以下，在不同過冷度下等溫，測定奧氏體的轉(zhuǎn)變過程，繪出奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線，如圖4.5曲線1所示；另一種是在不同冷卻速度(如爐冷．空氣冷、油冷、水冷等)下的連續(xù)冷卻過程中測定奧氏體的轉(zhuǎn)變過程，繪出奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，如圖4.5曲線2所示。這兩種曲線能正確說明奧氏體的冷卻條件與組織轉(zhuǎn)變間的相互關(guān)系，這是熱處理的理論基礎(chǔ)。第4章鋼的熱處理4.5等溫冷卻與連續(xù)冷卻曲線1－等溫冷卻；2－連續(xù)冷卻第4章鋼的熱處理4.2.1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變1.影響C曲線的因素（1）含碳量的影響亞共析碳鋼和共析碳鋼的C曲線比較，如圖4.7所示。二者的共同點是它們都具有奧氏體轉(zhuǎn)變開始線與轉(zhuǎn)變終止線，不同點是在亞共析碳鋼的C曲線上多出—條先共析鐵素體析出線；在過共析碳鋼C曲線上多出一條二次滲碳體析出線。此外，奧氏體中含碳量不同，C曲線的位置不同．在正常熱處理加熱條件下，共析碳鋼的C曲線最靠右，其過冷奧氏體最穩(wěn)定；亞共析碳鋼的C曲線隨著含碳量的增加向右移,過冷奧氏體的穩(wěn)定性逐漸增大。第4章鋼的熱處理圖4.6共析碳鋼在不同過冷度下奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線和C曲線的建立第4章鋼的熱處理a亞共析鋼b共析鋼圖4.7含碳量對C曲線的影響第4章鋼的熱處理（2）合金元素的影響在碳鋼的合金元素中，除了鈷以外，其它合金元素都能使得C曲線右移，增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性。而且像鉻、鉬、鎢、釩等合金元素不僅使C曲線右移，還會使C曲線的形狀發(fā)生變化，即珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變均各自形成一個獨立的C曲線，二者之間出現(xiàn)一個奧氏體相當(dāng)穩(wěn)定的區(qū)域。（3）加熱溫度和保溫時間的影響加熱溫度越高、保溫時間越長，奧氏體的成分越均勻，晶粒也越粗大，晶界面積越少，未溶碳化物質(zhì)點就越小，這些均使過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，使C曲線右移。第4章鋼的熱處理2.過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能（1）珠光體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度在A1～550℃時，過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變是擴散性相變，即在奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變過程中，要發(fā)生晶格的改組和鐵、碳原子的擴散。其形成是通過形核和核的長大來完成的。第4章鋼的熱處理

a500倍光學(xué)顯微組織b8000倍電子顯微組織圖4.8珠光體組織第4章鋼的熱處理（2）貝氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度在550℃～Ms范圍內(nèi)等溫停留時，過泠奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變。由于過冷度較大，貝氏體轉(zhuǎn)變時只發(fā)生碳原子的擴散，鐵原子不擴散，因此貝氏體轉(zhuǎn)變是半擴散性轉(zhuǎn)變。貝氏體是由過飽和α固溶體和碳化物組成的復(fù)相組織，按照組織形態(tài)及轉(zhuǎn)變溫度，可將貝氏體組織分成上貝氏體和下貝氏體兩種。上貝氏體形成溫度范圍是550～350℃。它由大致成束狀平行的輕微過飽和的鐵素體主體和板條間斷續(xù)分布的短棒狀和短片狀滲碳體組成，如圖4.9a所示。在光學(xué)顯微鏡下鐵素體呈暗黑色，滲碳體呈亮白色，組織中碳化物相對不易辨認(rèn)，從整體上看呈現(xiàn)羽毛狀特征，如圖4.9b所示。第4章鋼的熱處理

a上貝氏體組織示意圖b上貝氏體顯微組織圖4.9上貝氏體第4章鋼的熱處理下貝氏體形成溫度范圍是350℃～Ms。它由雙凸透鏡片狀的過飽和鐵素休和彌散分布在鐵素體中的碳化物組成，如圖4.10a所示。在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針片狀，如圖4.10b所示。

a下貝氏體組織示意圖b下貝氏體顯微組織圖4.10下貝氏體第4章鋼的熱處理4.2.2過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1.C曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用由于連續(xù)冷卻曲線測定比較困難，將共析碳鋼的連續(xù)冷卻C曲線與等溫冷卻C曲線相對比，如圖4.12所示。當(dāng)發(fā)生同樣的轉(zhuǎn)變時，連續(xù)冷卻比等溫冷卻的過冷度要大些，孕育期要長些。因此在實際生產(chǎn)中往往利用等溫冷卻C曲線來定性地、近似地分析連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變過程。第4章鋼的熱處理圖4.11共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖第4章鋼的熱處理

圖4.12共析鋼連續(xù)冷卻曲線與C曲線的疊加

圖4.13C曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用第4章鋼的熱處理2.馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)冷卻速度大于Vk，奧氏體快速冷卻到Ms點以下，使其冷卻曲線不與C曲線相遇，則將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。圖4.14馬氏體的體心正方晶格第4章鋼的熱處理

圖4.15板條狀馬氏體的顯微組織圖4.16片狀馬氏體的顯微組織

第4章鋼的熱處理

馬氏體的硬度和強度主要取決于馬氏體中的含碳量，如圖4.17所示。隨著馬氏體含碳量的增大，馬氏體的硬度和強度也隨之增高。但當(dāng)馬氏體的含碳量大于0.6%后，其硬度和強度的提高并不明顯。片狀馬氏體的性能特點是硬度高而脆性大。低碳板條狀馬氏體中碳的過飽和程度小，淬火內(nèi)應(yīng)力低，而且不存在顯微裂紋，其中高密度位錯是不均勻分布的，存在低密度區(qū)，為位借提供了活動的余地，則板條狀馬氏體有較高的塑性和韌性，所以，板條狀馬氏體有高的強韌性。第4章鋼的熱處理圖4.17含碳量對馬氏體硬度和韌性的關(guān)系第4章鋼的熱處理

馬氏體轉(zhuǎn)變是在一個溫度范圍內(nèi)形成的，從Ms點開始，隨著溫度的降低，馬氏體的轉(zhuǎn)變量不斷增多，直至冷卻到Mf點溫度，轉(zhuǎn)變停止。若在Ms點和Mf點中間的任一點保持恒溫，馬氏體量不會明顯增多，所以馬氏體的形核量與時間無關(guān)，決定于溫度。馬氏體的轉(zhuǎn)變并不是l00%地完成，而是保留了一定數(shù)量的奧氏體，稱為殘余奧氏體。由于Ms和Mf點隨奧氏體含碳量的增加而降低，如圖4.18所示。殘余奧氏體量也就隨含碳量的增加而增多，如圖4.19所示。第4章鋼的熱處理圖4.18含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響

圖4.19含碳量對殘余奧氏體量的影響

第4章鋼的熱處理1.退火將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝?？煞譃橥耆嘶?、等溫退火、球化退火、均勻化退火(擴散退火)、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等類型。①完全退火：將鋼完全奧氏體化(溫度為Ac3以上30～50℃)，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝，稱為完全退火。完全退火又稱重結(jié)晶退火和普通退火。②球化退火：將鋼加熱到Ac1點以上20～30℃，保溫一定時間后，隨爐緩冷至室溫或快冷到略低于Ac1保溫后出爐空冷，使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝。第4章鋼的熱處理4.3鋼的普通熱處理4.3.1鋼的退火與正火退火和正火都是應(yīng)用非常廣泛的熱處理工藝，在機械零件加工制造過程中，正火和退火經(jīng)常作為預(yù)先熱處理工序，安排在鑄造和鍛造之后，切削(粗)加工之前，用以消除前一工序所帶來的某些缺陷，為隨后工序作組織準(zhǔn)備。對于要求不高的工件，也可作為最終熱處理。第4章鋼的熱處理圖4.20粒狀珠光體顯微組織第4章鋼的熱處理③等溫退火：將鋼件或毛坯加熱到高于Ac1溫度，保持適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織，然后在空氣中冷卻的退火工藝。圖4.21高速鋼的普通退火和等溫退火工藝比第4章鋼的熱處理④均勻化退火(擴散退火)：是將鑄件或鍛坯加熱到低于固相線的溫度以下150～200℃長時間保溫10～15小時，然后緩冷的熱處理工藝。⑤去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火是將工件加熱至500～600℃，保溫后隨爐冷卻到300～200℃以下出爐空冷。2.正火正火是將鋼材或鋼件加熱到奧氏體化后，保溫適當(dāng)?shù)臅r間，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。正火與退火的主要區(qū)別是冷卻速度不同，正火冷卻速度較快。正火后的組織比較細(xì)，比退火強度、硬度有所提高，而且生產(chǎn)周期短，操作簡單。第4章鋼的熱處理圖4.22各種退火和正火的加熱溫度范圍第4章鋼的熱處理3.退火和正火的主要目的（1）調(diào)整硬度以便進(jìn)行切削加工，經(jīng)適當(dāng)退火和正火后，可使工件硬度調(diào)整到170HBS～250HBS，該硬度值具有最佳的切削加工性能。（2）消除殘余內(nèi)應(yīng)力，可減少工件后續(xù)加工中的變形和開裂。（3）細(xì)化晶粒，改善組織，提高力學(xué)性能。（4）為最終熱處理(如淬火)作好組織準(zhǔn)備。第4章鋼的熱處理4.3.2鋼的淬火與鋼的淬透性淬火是將鋼加熱到奧氏體化后，保溫一定時間，再以大于臨界冷卻速度進(jìn)行快速冷卻，從而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火的目的主要是為了獲得馬氏體,提高鋼的硬度和耐磨性，它是強化鋼材最重要的熱處理方法。淬火需與適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に囅嗯浜?才能使鋼得到相應(yīng)的力學(xué)性能。第4章鋼的熱處理1.淬火工藝碳鋼的淬火加熱溫度可利用Fe—Fe3C相圖來選擇，如圖4.23所示。

圖4.23碳鋼淬火加熱溫度范圍第4章鋼的熱處理圖4.24理想淬火冷卻速度曲線第4章鋼的熱處理2.淬火方法（1）單液淬火法把加熱奧氏體化后的工件保溫一段時間后，放入一種淬火冷卻介質(zhì)中急冷到室溫的淬火工藝稱為單液淬火法。（2）雙液淬火法對于形狀復(fù)雜的工件為了防止在低溫范圍內(nèi)馬氏體轉(zhuǎn)變時發(fā)生裂紋，可先在冷卻能力強的水中，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時，立即取出再放入冷卻能力弱的油或空氣中冷卻，稱為雙液淬火法。第4章鋼的熱處理4.3鋼的普通熱處理4.3.1鋼的退火與正火退火和正火都是應(yīng)用非常廣泛的熱處理工藝，在機械零件加工制造過程中，正火和退火經(jīng)常作為預(yù)先熱處理工序，安排在鑄造和鍛造之后，切削(粗)加工之前，用以消除前一工序所帶來的某些缺陷，為隨后工序作組織準(zhǔn)備。對于要求不高的工件，也可作為最終熱處理。第4章鋼的熱處理圖4.25單液淬火法圖4.26雙液淬火法第4章鋼的熱處理（3）分級淬火法分級淬火是把奧氏體化后的工件先放入溫度稍高于Ms點的鹽浴或堿浴中，保持一段時間，使工件內(nèi)外的溫度達(dá)到均勻，然后取出來在空氣中冷卻，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。（4）等溫淬火法等溫淬火的操作方法是將鋼件加熱到奧氏體化后，快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝。第4章鋼的熱處理表4.1常用堿浴、硝鹽浴的成分、熔點及使用范圍介質(zhì)成分（重量%）熔點（0C）使用溫度（0C）堿浴80%KOH＋20%NaOH，另加3%KNO3＋3%NaNO3＋6%H2O120140～18085%KOH＋15%NaOH，另加3～6%H2O130150～180硝鹽浴53%KNO3＋40%NaNO2＋7%NaNO3，另加3%H2O100120～20055%KNO3＋45%NaNO2，另加3～5%H2O130150～20055%KNO3＋45%NaNO2137155～55050%KNO3＋50%NaNO2145160～500第4章鋼的熱處理圖4.27分級淬火法圖4.28等溫淬火法第4章鋼的熱處理（5）局部淬火法有些工件按其工作條件，如果只是局部要求高硬度，可對工件整體加熱后將需要淬硬部分置于淬火介質(zhì)中冷卻。為了避免工件其它部分產(chǎn)生變形和開裂，也可將工件需要淬火的部分加熱然后把此部分放在淬火介質(zhì)中冷卻，從而達(dá)到其工藝性能要求。（6）冷處理冷處理是把淬火冷卻到室溫的鋼繼續(xù)冷卻到零度以下(如零下70～80℃)的處理工藝。冷處理適用Mf溫度位于0℃以下的高碳鋼和合金鋼，冷處理可以使過冷奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變更加完全，減少殘余奧氏體的數(shù)量，提高鋼的硬度和耐磨性，并使尺寸穩(wěn)定。第4章鋼的熱處理3.鋼的淬透性（1）淬透性的概念鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，即鋼在規(guī)定條件下，其試樣的淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。它是鋼的主要熱處理工藝性能。用不同鋼種制成的相同形狀和尺寸的工件，在同樣條件下淬火，淬透性好的鋼淬透層深度鉸大，淬透性差的鋼淬透層深度較小。因此淬透性的高低可以用規(guī)定條件下淬透層深度的大小來表示。

第4章鋼的熱處理

ab

圖4.29淬硬層與冷卻速度的關(guān)系

第4章鋼的熱處理圖4.30半馬氏體硬度與含碳量的關(guān)系第4章鋼的熱處理（2）淬透性的測定測定淬透性的方法很多，其中最常用的方法是末端淬火法，如圖4.31所示。將試樣加熱至規(guī)定淬火溫度后，放在末端淬火裝置上，然后向試樣末端噴水冷卻，如圖4.31a所示。由于試樣末端冷卻最快，越往上冷卻得越慢，因此沿試樣長度方向上各處的組織和硬度是不同的。淬火后從試樣末端起，每隔一定距離測量一個硬度值，可得到試樣沿長度方向的硬度分布曲線，該曲線就稱為淬透性曲線，如圖4.31b所示。由圖可見45鋼比40Cr鋼硬度下降得快，表明40Cr鋼的淬透性大于45鋼。第4章鋼的熱處理a噴水淬火b淬透性曲線圖4.31末端淬火法第4章鋼的熱處理鋼的淬透性用表示。J表示末端淬透性，d表示至末端的距離，HRC為該處測得的硬度值。例如，表示距末端5mm處的硬度值為HRC42。實際應(yīng)用中，還常常用臨界淬透直徑來表示鋼的淬透性，臨界淬透直徑(D0)是指鋼在某種淬火冷卻介質(zhì)中冷卻時，其心部能淬透的最大直徑。冷卻介質(zhì)的冷卻能力越大，鋼的臨界淬透直徑就越大，鋼的淬透性就越好。臨界淬透直徑可用實驗方法確定，也可由淬透性曲線推算。表4.2為部分常用鋼材的臨界淬透直徑。第4章鋼的熱處理表4.2幾種常用鋼的臨界直經(jīng)牌號D0水/mmD0油/mm心部組織4610～186～850%M6020～259～1550%M40Cr20～3612～2450%M20CrMnTi32～5012～2050%MT8~T1215～185～795%MGCr15－30～3595%M9SiCr－40～5095%MCr12－20090%M第4章鋼的熱處理4.鋼的淬火方法淬火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫后快速冷卻的熱處理工藝，最常見的有水冷淬火、油冷淬火等。淬火的加熱溫度對工件淬火后的組織和性能有很大影響，它主要取決于鋼的化學(xué)成分。對于含碳量小于0.8％的碳素鋼來說，含碳量越低，其淬火加熱溫度越高。例如，30鋼的淬火溫度為860℃，45鋼的淬火溫度為840℃，55鋼的淬火溫度為820℃。對于含碳量不小于0.8％的高碳鋼，其淬火加熱溫度大致在760℃～780℃。淬火常用的加熱設(shè)備有電阻爐、鹽浴爐等。第4章鋼的熱處理

淬火操作時，還應(yīng)注意工件浸入淬火介質(zhì)時的方式。若浸入方式不當(dāng)，有可能導(dǎo)致工件淬火后局部硬度不足，或者使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而引起變形甚至開裂。工件浸入淬火介質(zhì)的正確方法，如圖4.32所示。細(xì)長狀的工件（如鉆頭、軸等），應(yīng)垂直淬入淬火介質(zhì)中；薄壁環(huán)狀工件（如圓筒、套圈等）應(yīng)軸向垂直淬入；薄片狀工件（如圓盤等），應(yīng)豎直淬入；厚薄不均的工件，厚的部分應(yīng)先進(jìn)入淬火介質(zhì)；帶有型腔或盲孔的工件，應(yīng)將型腔中盲孔朝上，淬入冷卻介質(zhì)（以利于型腔或盲孔內(nèi)氣泡的排除）。工件在淬火介質(zhì)中，還應(yīng)按一定的移動速度按照上下、左右方向運動，以使工件上的各個部位盡可能均勻冷卻。

第4章鋼的熱處理圖4.32工件浸入淬火介質(zhì)的正確方法HT200鋼的火花特征第4章鋼的熱處理4.3.3鋼的回火回火是將淬火鋼重新加熱到A1點以下某一溫度，保溫然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

1.淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變（1）馬氏體的分解（2）殘余奧氏體的分解（3）碳化物的轉(zhuǎn)變（4）滲碳體的聚集長大和α相再結(jié)晶第4章鋼的熱處理2.回火的分類及應(yīng)用（1）低溫回火(150～250℃)低溫回火的組織為回火馬氏體，若為高碳鋼，則還有殘余奧氏體。（2）中溫回火(350～500℃)中溫回火后的組織為回火托氏體，由極細(xì)粒狀滲碳體和針狀鐵素體組成。（3）高溫回火(500～650℃)高溫回火后的組織為回火索氏體，由細(xì)粒狀滲碳體和多邊形鐵素體組成，回火索氏體的硬度為HRC25～35。第4章鋼的熱處理圖4.32鋼在回火時的變化

圖4.3340鋼回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系第4章鋼的熱處理3.回火脆姓回火脆性是指淬火工件在某些溫度區(qū)間回火產(chǎn)生的脆性。

圖4.34回火脆性曲線

第4章鋼的熱處理4.4鋼的表面熱處理及其它熱處理表面熱處理是指為改變工件表面的組織性能，僅對工件表面進(jìn)行的熱處理工藝。

4.4.1感應(yīng)淬火感應(yīng)淬火法的原理，把工件放入由銅管繞成的感應(yīng)線圈中．感應(yīng)圈線中通入一定頻率的交流電以產(chǎn)生交變磁場，在工件中產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流，并自成回路，形成“渦流”。這種感應(yīng)電流在工件中分布是不均勻的，表面電流密度大，心部電流密度小，電流頻率愈高，電流密度極大的表面層愈薄，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。因為工件自身具有電阻，集中于工件表面的“渦流”可使表層迅速加熱到淬火溫度，而心部溫度仍接近室溫，在隨即噴水(合金鋼浸油)快速冷卻后，表層被淬硬，就達(dá)到了表面淬火的目的。第4章鋼的熱處理圖4.35感應(yīng)淬火第4章鋼的熱處理4.4.2火焰淬火火焰淬火法是用乙炔－氧火焰(最高溫度3200℃)或煤氣—氨火焰(最高溫度2000℃)對工件表面進(jìn)行快速加熱，并隨即用水冷卻，其淬硬層深度一般為2～6mm．如圖4.36所示?；鹧娲慊疬m用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件(如大型軸類、