第一篇金屬材料導(dǎo)論

材料成型技術(shù)

（金屬工藝學(xué)）延邊大學(xué)工學(xué)院機(jī)械系機(jī)械基礎(chǔ)教研室任靖日2009年2月24日2/3/2023◆內(nèi)容提要：

上冊(cè)有四篇:金屬材料導(dǎo)論、鑄造、壓力加工、焊接-熱加工

下冊(cè)有一篇:金屬切削加工–冷加工。教材：《金屬工藝學(xué)》上、下冊(cè)（第5版）鄧文英主編，高等教育出版社。參考書：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》趙品主編哈工大出版社1999年。

《金屬學(xué)原理》劉國(guó)勛主編工業(yè)冶金出版社1980年

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》潘金生等清華大學(xué)出版社2000年◆學(xué)時(shí)分配及考核一、各章節(jié)要點(diǎn)及授課時(shí)數(shù)：總學(xué)時(shí)：48，學(xué)分：3緒論：本課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)以及基本要求。（1學(xué)時(shí)）第一篇金屬材料導(dǎo)輪（5學(xué)時(shí)）1）金屬材料的主要性能；2）鐵碳合金；3）鋼的熱處理2/3/2023第二篇鑄造（10學(xué)時(shí)）1）鑄造工藝基礎(chǔ)；2）常用合金鑄件的生產(chǎn)；3）砂型鑄造第三篇金屬壓力加工（8學(xué)時(shí)）1）金屬的塑性變形2）鍛造3）板料沖壓。第四篇焊接（6學(xué)時(shí)）1）電弧焊2）其他常用焊接方法3）常用材料焊接4）焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五篇金屬切削加工（18學(xué)時(shí)）1）金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)2）切削機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)3）常用加工方法綜述。二、考核方法平時(shí)有計(jì)劃地安排課堂提問(wèn)，課程中間進(jìn)行一次測(cè)驗(yàn)。課程結(jié)束后進(jìn)行全面的復(fù)習(xí)和考試。

三、本課程成績(jī)?cè)u(píng)定：

期末考試成績(jī)占70%,平時(shí)成績(jī)占30%（作業(yè)、測(cè)驗(yàn)以及考勤等）。考試方式：筆試閉卷。

2/3/2023◆緒論：二、金屬工藝學(xué)是機(jī)械類各專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課：從事機(jī)械類各專業(yè)，不僅掌握好基本知識(shí)，而且要通過(guò)技能訓(xùn)練培養(yǎng)實(shí)際生產(chǎn)能力。

三、金屬工藝學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課：它有利于進(jìn)行技能訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)具有更高的實(shí)際能力和開拓精神。一、金屬工藝學(xué)是一門傳授有關(guān)制造金屬零件加工方法的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課：它主要傳授各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互關(guān)系；金屬零件的加工工藝過(guò)程和結(jié)構(gòu)公益性；常用金屬材料性能對(duì)加工工藝的影響；工藝方法的綜合比較。四、課程目的和任務(wù)以及基本要求:1、目的和任務(wù)

使學(xué)生了解常用金屬材料及其加工工藝的基礎(chǔ)知識(shí)。為學(xué)習(xí)其它有關(guān)課程，并為以后從事機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面的工作，奠定必要的金屬工藝基礎(chǔ)。

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2、基本要求本科程的基本要求應(yīng)是：

1）了解常用金屬材料的一般性質(zhì)和應(yīng)用范圍。

2）掌握各種主要加工方法的基礎(chǔ)工藝知識(shí)，所用設(shè)備和工具的工作原理和大致結(jié)構(gòu)。

3）具有選擇機(jī)器零件的材料，毛坯和加工方法的初步能力.4）了解零件結(jié)構(gòu)工藝性的基本知識(shí)。

5）本課程實(shí)踐性很強(qiáng)，要把課堂教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。2/3/2023第一篇金屬材料導(dǎo)論1、金屬材料的主要性能2、鐵碳合金3、鋼的熱處理2/3/2023零件的生產(chǎn)工藝過(guò)程選材選毛坯應(yīng)根據(jù)零件的性能要求、受載情況、服役條件、工作環(huán)境等選擇零件的生產(chǎn)工藝過(guò)程。步驟如下：選材：由于金屬材料種類繁多，性能不一，而且材料的發(fā)展日新月異，而零件的性能要求、服役條件各不相同，材料的資源、價(jià)格不同，所以應(yīng)綜合考慮多方面的因素。毛坯選擇軸有液態(tài)成形毛坯塑性成形毛坯連接成形毛坯粉末冶金成形型材等毛坯2/3/2023機(jī)械加工方法傳統(tǒng)的有現(xiàn)代的有車削、刨削、銑削拉削、鏜削、磨削等。數(shù)控加工、電火花加工、激光加工等特種加工方法?？梢?，一個(gè)具體零件的加工可用多種不同的加工方法，而每一種加工方法所能達(dá)到的加工精度、加工質(zhì)量、加工范圍、加工效率是不同的。∴選擇時(shí)應(yīng)考慮具體要求。最終熱處理：使材料的性能達(dá)到要求。選材選毛坯預(yù)先熱處理機(jī)械加工最終熱處理檢驗(yàn)

預(yù)先熱處理：為使切削加工能順利進(jìn)行，可通過(guò)預(yù)先熱處理調(diào)整硬度，為切削加工做好組織準(zhǔn)備。

2/3/2023材料技術(shù)、信息技術(shù)以及能源稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱?？芍?，材料技術(shù)在現(xiàn)代化建設(shè)中占很重要的地位。

復(fù)合材料工程材料金屬材料陶瓷材料高分子材料第一篇金屬材料導(dǎo)論◆金屬材料是現(xiàn)代制造機(jī)械中最主要材料：占80%-90%。2/3/2023◆金屬材料：具有制造機(jī)器所需要的物理、化學(xué)和力學(xué)性能；并且可用較簡(jiǎn)便的工藝方法加工成適用的機(jī)械零件，亦即具有所需的工藝性能。所以在現(xiàn)代制造機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用?！魴C(jī)械制造中所用的金屬材料：

以合金為主，很少適用純金屬，原因是合金比純金屬更好的力學(xué)性能和工藝性能，且價(jià)格低廉。

合金：是一種金屬為基礎(chǔ)，加入其它金屬或非金屬，經(jīng)過(guò)熔煉或燒結(jié)制成的具有金屬特性的材料。最常用合金是以鐵為基礎(chǔ)的鐵碳合金-碳素鋼、合金鋼、灰鑄鐵等；還有黃銅、青銅等?！粢螅河脕?lái)制造機(jī)械設(shè)備的金屬材料，應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能和工藝性能、較好的化學(xué)穩(wěn)定性和所需的物理性能?！舯酒饕榻B金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)，為學(xué)習(xí)本課程中鑄造、壓力加工和焊接等熱加工工藝奠定必要的基礎(chǔ)。2/3/2023一、強(qiáng)度與塑性

是通過(guò)拉伸試驗(yàn)側(cè)出來(lái)的。可得：應(yīng)力-應(yīng)變曲線。第一章金屬材料的主要性能主要內(nèi)容：1.強(qiáng)度指標(biāo)；2.塑性指標(biāo)；3.硬度；4.沖擊韌性；5.疲勞強(qiáng)度。

重點(diǎn)：金屬主要力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度的概念。難點(diǎn)：疲勞強(qiáng)度。第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能

力學(xué)性能（機(jī)械性能）：金屬材料在力的作用下，所表現(xiàn)出來(lái)的性能。對(duì)金屬材料的使用性能和工藝性能有非常重要影響。

主要力學(xué)性能有：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。2/3/2023①屈服強(qiáng)度：指拉伸試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力—

②抗拉強(qiáng)度：指金屬材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力—伸長(zhǎng)率：δ=(l1－l0)/l0×100%

或斷面收縮率:ψ=(A0－A1)/A0×100%。

◆δ和ψ值↑，材料的塑性越好-軋制、鍛造、沖壓等性能好。

1、強(qiáng)度：金屬材料在力的作用下，抵抗塑性變形的能力。常用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度來(lái)判斷。

2、塑性：指金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力，通常以伸長(zhǎng)率來(lái)表示。2/3/2023二、硬度：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力，稱為硬度。

◆硬度是衡量金屬軟硬的判據(jù)。硬度是直接影響到材料的耐磨性及切削加工性?！粲捕扔?jì)上測(cè)量方法不同：

布氏硬度（HB):淬火鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^。-測(cè)直徑。

洛氏硬度（HR):頂角為120金剛石圓錐體為壓頭。-測(cè)深度。2/3/2023

三、韌性：金屬材料斷裂前吸收的變形能量稱為韌性。常用指標(biāo)為沖擊韌度。

四、疲勞強(qiáng)度：金屬材料在無(wú)數(shù)次循環(huán)載荷作用下不致引起斷裂的最大應(yīng)力。2/3/2023一、物理性能：金屬材料的物理性能主要有密度、熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和磁性等。-對(duì)加工工藝也有一定的影響。第二節(jié)金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能二、化學(xué)性能：金屬材料的化學(xué)性能主要是指在常溫或高溫時(shí)，抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力，入耐酸性、耐堿性、抗氧化性等。

三、工藝性能：工藝性能實(shí)質(zhì)金屬材料物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能在加工過(guò)程中的綜合反映，是指是否易于進(jìn)行冷、熱加工的性能。

所以在設(shè)計(jì)零件和選擇工藝方法時(shí)，都要考慮金屬材料的工藝性能。2/3/2023第二章鐵碳合金鋼和鑄鐵是以鐵、碳為主組成的合金（鐵碳合金）。其中鐵的含量大于95%，是最基本的組元。－是制造機(jī)器設(shè)備的主要的金屬材料。主要內(nèi)容：1.純金屬的結(jié)晶過(guò)程；2.同素異晶轉(zhuǎn)變；3.鐵碳合金狀態(tài)圖。重點(diǎn)：鐵碳合金狀態(tài)圖。難點(diǎn)：鐵碳合金的凝固過(guò)程分析。第一節(jié)純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶轉(zhuǎn)變基本概念：凝固：一般非晶體由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程。結(jié)晶：由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過(guò)程?！艄虘B(tài)物質(zhì)按其原子（或分子）聚集狀態(tài)分：晶體和非晶體晶體：在晶體中，原子（或分子）按一定的幾何規(guī)律作周期性地排列。◆晶體的特點(diǎn)：1）原子在三維空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列；2/3/2023非晶體:非晶體中原子（或分子）則是無(wú)規(guī)則的堆積在一起。（如松香、玻璃、瀝青）◆非晶體的特點(diǎn)：1）原子在三維空間呈不規(guī)則的排列；2）沒(méi)有固定熔點(diǎn)，隨著溫度的升高將逐漸變軟，最終變?yōu)橛忻黠@流動(dòng)性的液體。如塑料、玻璃、瀝青等。3）各個(gè)方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。2）具有一定的熔點(diǎn)，如鐵的熔點(diǎn)為1538℃，銅的熔點(diǎn)為1083℃；3）晶體的性能隨著原子的排列方位而改變，即單晶體具有各向異性；4）在一定條件下有規(guī)則的幾何外形。◆晶體不同方向上性能不同的性質(zhì)叫做晶體的各向異性。2/3/2023一、金屬的結(jié)晶金屬在固態(tài)下一般都是晶體，即原子在空間呈規(guī)律性排列；而在液態(tài)下，排列并不規(guī)則。

◆晶體中的原子排列：晶體中原子排列：晶體中原子(離子或分子)規(guī)則排列的方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。

晶格：通過(guò)金屬原子(離子)的中心劃出許多空間直線，這些直線將形成空間格架。

因此，金屬的結(jié)晶就是金屬液體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過(guò)程，亦即金屬原子由無(wú)序到有序的排列的過(guò)程。晶胞：能反映該晶格特征的最小組成單元。2/3/2023◆純金屬的結(jié)晶是在一定的溫度下進(jìn)行的，它的結(jié)晶過(guò)程可用冷卻曲線（溫度-時(shí)間）來(lái)表示。

冷卻曲線是用熱分析法測(cè)定出來(lái)的。a-b線段：結(jié)晶時(shí)放出的結(jié)晶潛熱使溫度不再下降保持水平。

純金屬的冷卻曲線（理想）純金屬的冷卻曲線（實(shí)際）◆過(guò)冷度(T0-T1)：是結(jié)晶的必要條件。

合金的冷卻曲線-動(dòng)畫(區(qū)別)2/3/2023◆金屬的結(jié)晶過(guò)程：原子團(tuán)

形核

晶核長(zhǎng)大

小晶粒

外形不規(guī)則的小晶體-動(dòng)畫演示。

形核：自身晶核、外來(lái)晶核晶核長(zhǎng)大方式：樹枝狀方式。

單晶體—結(jié)晶方位完全一致的晶體

多晶體—由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)◆液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò)程：是遵循“晶核不斷形成和長(zhǎng)大”這個(gè)結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行的。形成晶體并長(zhǎng)大?！艨芍?，固態(tài)金屬通常是由多晶體構(gòu)成的，每個(gè)長(zhǎng)成的晶體稱晶粒，晶粒之間的接觸面稱晶界。

◆金屬晶粒粗細(xì)對(duì)其力學(xué)性能影響很大。一般，同一成分金屬，晶粒愈細(xì)，其強(qiáng)度、硬度愈高，塑性和韌性愈好。2/3/2023由體心→面心，成為-Fe。由面心→體心，成為-Fe。二、純鐵的晶體結(jié)構(gòu)晶體中的原子排列具有周期性規(guī)律，因此，可從晶格中取出一個(gè)最基本的幾何單元，這個(gè)單元稱作晶胞。–可反映晶格特征◆細(xì)化晶粒的方法：

1）增加冷卻速度，增大過(guò)冷度；–動(dòng)畫演示

2）增加外來(lái)晶核；

3）機(jī)械、超聲波振動(dòng)、電磁攪拌?！艏冭F晶格的晶胞分：體心立方晶胞-原子在體心面心立方晶胞-原子在面心，可轉(zhuǎn)換2/3/2023三、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變◆金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變的慨念：

金屬在固態(tài)下，隨著溫度的改變其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的現(xiàn)象◆金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變的意義：可以用熱處理的方法得到。即可通過(guò)加熱、保溫、冷卻來(lái)改變材料的組織，從而達(dá)到改善材料性能的目的。

◆同素異晶轉(zhuǎn)變過(guò)程：是在固態(tài)下原子重新排列的過(guò)程。這時(shí)，金屬體積變化。動(dòng)畫演示2/3/2023第二節(jié)鐵碳合金的基本組織合金的結(jié)構(gòu)——概念合金：由兩種或兩種以上的元素通過(guò)熔煉后所獲得的新的物質(zhì)仍然具有金屬特性。組元：組成合金的基本元素。相：凡是成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有界面分開的均勻組成部分。例如：?jiǎn)我坏囊海粏我坏墓滔?；液相、固相兩相共存?/p>

◆鐵碳合金組織隨其成分、溫度和冷卻速度變化而變化。按照鐵和碳相互作用形式不同，鐵碳合金的組織可分為：1、固溶體

2、金屬化合物

3、機(jī)械混合物。一、固溶體溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體，稱作固溶體。在鐵碳合金中,鐵是溶劑，碳是溶質(zhì)。2/3/2023

1.鐵素體：F-純鐵為912℃開始

碳溶解于α-Fe中形成的固溶體，呈體心立方晶格。顯微鏡下為明亮的多變形晶粒。

2.奧氏體：A-純鐵為1394℃開始

碳溶入γ-Fe中形成的固溶體，呈面心立方晶格。顯微鏡下也呈多變形晶粒?！舭慈苜|(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分：

置換固溶體-溶質(zhì)原子代換了溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)上的原子；間隙固溶體-溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙之中。

◆碳溶入不同晶胞分：鐵素體和奧氏體。2/3/2023二、化合物金屬化合物是各組元按一定整數(shù)比結(jié)合而成、并具有金屬性質(zhì)的均勻物質(zhì)，屬于單向組織。

◆鐵碳合金中的滲碳體（Fe3C)：屬金屬化合物。由Fe和C所形成的。特點(diǎn)：硬度極高、塑性、韌性極低、伸長(zhǎng)率和沖擊韌度近于零。三、機(jī)械混合物是由結(jié)晶過(guò)程所形成的兩相混合組織。機(jī)械混合物各相均保持其原有的晶格，因此機(jī)械混合物的性能介于各組成相之間?！翳F碳合金中機(jī)械混合物有珠光體和萊氏體。

1、珠光體:P

鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，用符號(hào)P或(F+Fe3C）-呈層片狀。

2、萊氏體：Ld

奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，分高溫和低溫。用Ld或（A+Fe3C）。

2/3/2023第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖◆鐵碳合金狀態(tài)圖：表示不同含碳量的鐵碳合金在不同溫度下結(jié)晶過(guò)程的曲線圖?！鬎e3C的含碳量6.69%，因此，狀態(tài)圖實(shí)際上是Fe-Fe3C的狀態(tài)圖。2/3/2023

一、鐵碳合金狀態(tài)圖的建立

1）配制不同成分的鐵碳合金(表1-2)。

加熱溶化–緩慢冷卻時(shí)用熱分析法測(cè)定各合金的冷卻曲線。

2）在冷卻曲線上找出臨界點(diǎn)。

3）連接意義相同的臨界點(diǎn)2/3/2023

二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析

-

有四個(gè)基本相液相(L)、奧氏體相(A)、鐵素體相(F)和滲碳體相(Fe3C)。

1、狀態(tài)圖中特性點(diǎn)：有特定意義的點(diǎn)。A點(diǎn)（1538℃）-純鐵的熔點(diǎn)，0wc%C點(diǎn)（1148℃）-共晶點(diǎn)，4.3wc%

D點(diǎn)（1227℃）-滲碳體的熔點(diǎn)，6.69wc%E點(diǎn)（1148℃）-碳在奧氏體中的最大溶解度，2.11wc%P點(diǎn)（727℃）-碳在鐵素體中的最大溶解度，0.02wc%S點(diǎn)（727℃）-共析點(diǎn)，0.77wc%Q點(diǎn)（室溫）-碳在鐵素體中的溶解度，0.0008wc%G點(diǎn)(912℃)-α-Te

γ-Te同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，0wc%2/3/2023ACD線—液相線。此線以上是液相區(qū)，又是結(jié)晶開始線

AECF線—固相線。合金冷卻到此線，將全部結(jié)晶成固態(tài)

2、狀態(tài)圖中特性線：組織轉(zhuǎn)變的界限。

ECF線—共晶線。含碳量2.11%-6.69%的金屬過(guò)此線發(fā)生共晶反應(yīng)GS線—奧氏體在冷卻過(guò)程中析出鐵素體的開始線

ES線—碳在奧氏體中的溶解度曲線

PSK線—共析線。過(guò)此線發(fā)生共析反映析出珠光體PQ線—碳在鐵素體中的溶解度曲線2/3/2023鐵碳合金工業(yè)純鐵：含碳量小于0.02%的鐵碳合金。鋼：含碳量為0.02%—2.11%的鐵碳合金。鑄鐵：含碳量為2.11%—6.69%的鐵碳合金?！翳F碳合金分類：根據(jù)含碳量的不同，可將鐵碳合金分為純鐵、鋼和鑄鐵。2/3/2023◆鋼：根據(jù)含碳量及組織組成物，可分為三種。共析鋼：S點(diǎn)，0.77％c，P100%；

亞共析鋼：S點(diǎn)左，0.0218～0.77％c，F(xiàn)+P；過(guò)共析鋼：S點(diǎn)右，0.77～2.11％c,P+Fe3CII；2/3/2023◆鑄鐵：根據(jù)按成分及組織組成物，可分為三種。

共晶鑄鐵：C點(diǎn)，4.3％c，L`d

亞共晶鑄鐵：C點(diǎn)左，2.11%—4.3％c，P+L`d+Fe3CII

過(guò)共晶鑄鐵：C點(diǎn)右，4.3%—6.69％c，L`d+Fe3CI2/3/2023共析鋼：動(dòng)畫演示顯微組織圖→

亞共析鋼：動(dòng)畫演示顯微組織圖→過(guò)共析鋼：動(dòng)畫演示顯微組織圖→

三、鋼和鑄鐵在結(jié)晶過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變◆共析鋼、亞共析鋼和過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程分析--鐵碳合金的典型合金。2/3/2023◆共晶、亞共晶和過(guò)共晶鑄鐵結(jié)晶過(guò)程分析

共晶鑄鐵：動(dòng)畫演示顯微組織圖→

亞共晶鑄鐵：動(dòng)畫演示顯微組織圖→過(guò)共晶鑄鐵：動(dòng)畫演示顯微組織圖→2/3/2023第四節(jié)工業(yè)用鋼簡(jiǎn)介鋼是含碳量小于2.11%的鐵碳合金。它主要由生鐵冶煉而成，是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣的金屬材料。

◆鋼分類：按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩種碳素鋼：含碳量在1.5%以下，并含有硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)

合金鋼：為改善鋼的某些性能，加入一種或幾種合金元素所煉成的鋼?！艉剂繉?duì)鐵碳合金組織和力學(xué)性能的影響

1、對(duì)平衡組織的影響：由狀態(tài)圖可知，鐵碳合金在室溫的組織都是由F和Fe3C兩相組成，隨C↑→F不斷↓→而Fe3C逐漸↑。

2、對(duì)力學(xué)性能的影響：隨著鋼中含碳量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，而塑性和韌性下降。2/3/2023鋼碳素鋼（<1.5%C）碳素結(jié)構(gòu)鋼（0.38%C)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(0.2-0.7%C用途廣）碳素工具鋼（T8等）合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼◆鋼類別樹狀圖：刃具鋼模具鋼9Cr2、CrWMn量具鋼不銹鋼耐熱鋼2Cr13、1Cr18Ni9耐磨鋼其它低合金結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼16Mn、20Cr彈簧鋼軸承鋼2/3/2023第三章鋼的熱處理◆熱處理與其他加工方法不同，他只改變金屬材料的組織和性能，而不以改變其形狀和尺寸為目的的。

第一節(jié)概述

熱處理的作用和地位。

熱處理：就是將鋼在固態(tài)下，通過(guò)加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織，從而獲得所需性能的工藝方法。熱處理的加熱和冷卻設(shè)備。

◆熱處理特點(diǎn)：可提高零件的強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性，同時(shí)，還可以改善毛坯或原材料的切削性能，使之易于加工。可見，改善性能、保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)壽命等不可缺少的工藝方法。

◆可知，鐵碳合金狀態(tài)圖是確定熱處理工藝的重要依據(jù)。

熱處理工藝曲線：溫度和時(shí)間為主要因素。冷卻方式有兩種。動(dòng)畫演示例：熱處理原理-鋼加熱到相變點(diǎn)以上-共析鋼(0.77)奧氏體化過(guò)程。動(dòng)畫演示2/3/2023◆熱處理依據(jù)：是A1,A3,Acm,三條臨界溫度點(diǎn)連線。因?yàn)殇摷訜嵩谶@三條線以上，有相變發(fā)生即奧氏體化?！粲设F碳合金狀態(tài)圖，可得碳鋼在加熱和冷卻時(shí)的不同臨界溫度?！艏訜岷屠鋮s速度對(duì)臨界點(diǎn)A1,A3,Acm,的影響：鋼加熱時(shí)相變溫度偏高，臨界溫度標(biāo)為Ac1Ac3,Accm，冷卻時(shí)偏低，臨界溫度標(biāo)為Ar1Ar3,Arcm。動(dòng)畫演示。2/3/2023熱處理普通熱處理表面熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理滲碳滲氮碳氮共滲其它熱處理形變真空激光◆常用熱處理方法：

2/3/2023第二節(jié)退伙和正火

一、退火：將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中使其緩慢冷卻,以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。目的：⑴降低硬度，以利于切削加工或其他種類加工；⑵細(xì)化晶粒，提高鋼的塑性和韌性；⑶消除內(nèi)應(yīng)力，并為淬火工序做準(zhǔn)備。應(yīng)用：鑄件、鍛件、焊接及其它毛坯的熱處理。2/3/2023

鋼的退火分為：

1、完全退火：將亞共析鋼加熱到Ac3線以上30—50℃，保溫后緩慢冷卻。主要用于ωc＞0.25%的亞共析鋼。

2、球化退火：將過(guò)共析鋼加熱到Ac1線以上20—30℃，保溫后緩慢冷卻。應(yīng)用于共析和過(guò)共析鋼

動(dòng)畫演示。

3、低溫退火：將鋼加熱到AC1以下，保溫后緩冷，以消除應(yīng)力。低溫退火分為：1）去應(yīng)力退火，2）再結(jié)晶退火。

2/3/2023去應(yīng)力退火：是將鋼件加熱至低于Ac3的某一溫度（一般為500℃～650℃），保溫，然后隨爐冷卻，不引起組織變化。再結(jié)晶退火：消除沖壓件冷變形所產(chǎn)生的加工硬化（再結(jié)晶溫度以上150—250℃），降低硬度，恢復(fù)塑性。

◆碳鋼各種退火和正火工藝規(guī)范示意圖。

2/3/2023

二、正火：將鋼加熱到AC3以上30～50℃（亞共析鋼）或ACcm以上30～50℃，保溫后在空氣中冷卻，得到比退火更細(xì)的珠光體組織的熱處理工藝。◆應(yīng)用：⑴取代部分完全退火。

⑵用于普通結(jié)構(gòu)鋼的最終熱處理。⑶用于過(guò)共析鋼，以減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作準(zhǔn)備。目的：和退火基本相似，但正火得到的珠光體更細(xì)，成為索氏體（或細(xì)珠光體）。

◆碳鋼各種退火和正火工藝規(guī)