機(jī)械工程材料課件

金屬的塑性變形與再結(jié)晶塑性變形及隨后的加熱對金屬材料組織和性能有顯著的影響.了解塑性變形的本質(zhì),塑性變形及加熱時組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝.5萬噸水壓機(jī)第一節(jié)金屬的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。一、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。㈠滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。

1、滑移變形的特點(diǎn)：⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力。⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。

一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系。三種典型金屬晶格的滑移系滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格,體心立方晶格好于密排六方晶格。⑶滑移時，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍.滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。銅拉伸試樣表面滑移帶轉(zhuǎn)動的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶.當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈45°角時，滑移方向上切應(yīng)力最大，因而最容易發(fā)生滑移.滑移后,滑移面兩側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)生變化。A0A1FFA0⑷滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動多腳蟲的爬行2、滑移的機(jī)理把滑移設(shè)想為剛性整體滑動所需的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測量臨界切應(yīng)力值大3-4個數(shù)量級。滑移是通過滑移面上位錯的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。晶體通過位錯運(yùn)動產(chǎn)生滑移時，只在位錯中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作位錯的易動性。㈡孿生孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大得多,變形速度極快,接近聲速;孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距.密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶二、多晶體金屬的塑性變形單個晶粒變形與單晶體相似,多晶體變形比單晶體復(fù)雜。㈠晶界及晶粒位向差的影響1、晶界的影響當(dāng)位錯運(yùn)動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來,稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高。2、晶粒位向的影響由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個晶粒發(fā)生塑性變形時，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。

㈡多晶體金屬的塑性變形過程多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒。當(dāng)塞積位錯前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。㈢晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。因?yàn)榻饘倬ЯＴ郊?xì)，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高。晶粒大小與金屬強(qiáng)度關(guān)系金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性增加的同時,金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。通過細(xì)化晶粒來同時提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的方法稱細(xì)晶強(qiáng)化。

合金可根據(jù)組織分為單相固溶體和多相混合物兩種.合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同.珠光體奧氏體4.1.3合金的塑性變形一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化。

產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被吸附在位錯附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯被釘扎住，位錯要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系二、多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時，合金的塑性變

形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。第二相可以是純金屬、固溶體或化合物，工業(yè)合金中第二相多數(shù)是化合物。+鈦合金(固溶體第二相)當(dāng)?shù)诙嘣诰Ы绯示W(wǎng)狀分布時，對合金的強(qiáng)度和塑性不利；當(dāng)?shù)诙嘣诰?nèi)呈片狀分布時，可提高強(qiáng)度、硬度，但會降低塑性和韌性；珠光體當(dāng)?shù)诙嘣诰?nèi)呈顆粒狀彌散分布時，相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化的原因是由于硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位錯的運(yùn)動，提高了變形抗力。顆粒釘扎作用的電鏡照片位錯切割第二相粒子示意圖電鏡觀察

返回一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響

金屬發(fā)生塑性變形時，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。當(dāng)變形量很大時，晶粒將被拉長為纖維狀，晶界變

得模糊不清。塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。第二節(jié)冷塑性變形對金屬組織和性能的影響工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯網(wǎng)(a)正火態(tài)(c)變形80%(b)變形40%由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時，會使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時，易產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。板織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的銅板“制耳”有無軋制鋁板的“制耳”現(xiàn)象二、加工硬化

隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。產(chǎn)生加工硬化的原因是:1、隨變形量增加,位錯密度增加，由于位錯之間的交互作用(堆積、纏結(jié))，使變形抗力增加.晶體中的位錯源位錯密度與強(qiáng)度關(guān)系2.隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化3.隨變形量增加,空位密度增加4.幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動引起由于加工硬化,使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形,而未變形部分開始變形。沒有加工硬化,金屬就不會發(fā)生均勻塑性變形。加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。變形20%純鐵中的位錯未變形純鐵三、殘余內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時,內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時,外力所做的功有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中.內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間(宏觀內(nèi)應(yīng)力)。第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間,(微觀內(nèi)應(yīng)力)。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬強(qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬強(qiáng)度降低。內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。

返回第三節(jié)冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能變化一、冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化金屬經(jīng)冷變形后,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。

黃銅㈠回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。由于位錯運(yùn)動使其由冷塑性變形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植?，形成亞晶界，這一過程稱多邊形化。在回復(fù)階段，金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火。㈡再結(jié)晶當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱再結(jié)晶也是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。冷變形奧氏體不銹鋼加熱時的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯基體上由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形(變形量為38%)黃銅580oC保溫15分后的的再結(jié)晶組織㈢再結(jié)晶后的晶粒長大再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶粒粗大會使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低。原子穿過晶界擴(kuò)散晶界遷移方向黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片冷變形量為38％的組織580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織二、再結(jié)晶溫度再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織冷變形(變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶T再與ε的關(guān)系影響再結(jié)晶溫度的因素為：1、金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔其中T再、T熔為絕對溫度.T再℃=(T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃3、再結(jié)晶加熱速度和加熱時間提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生,延長加熱時間,使原子擴(kuò)散充分,再結(jié)晶溫度降低。生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100~200℃。

2、金屬的純度金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高.三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素

1、加熱溫度和保溫時間加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響2、預(yù)先變形度預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響.當(dāng)變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.當(dāng)變形達(dá)到2~10%時，只有部分晶粒變形，變形極預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨界變形度。當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)到一定變形量之后，晶粒度基本不變。對于某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大時(

90%)，再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與形成織構(gòu)有關(guān).返回第四節(jié)金屬的熱加工

一、冷加工與熱加工的區(qū)別在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。軋制模鍛拉拔如Fe的再結(jié)晶溫度為451℃，其在400℃以下的加工仍為冷加工。而Sn的再結(jié)晶溫度為-71℃，則其在室溫下的加工為熱加工。熱加工時產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會帶來加工硬化效果。巨型自由鍛件二、熱加工對金屬組織和性能的影響

熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。鍛壓熱加工動態(tài)再結(jié)晶示意圖熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線，由這種流線體現(xiàn)的組織稱纖維組織。它使鋼產(chǎn)生各向異性，在制定加工工藝時，應(yīng)使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力方向一致。滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織在加工亞共析鋼時，發(fā)現(xiàn)鋼中的F與P呈帶狀分布，這種組織稱帶狀組織。帶狀組織與枝晶偏析被沿加工方向拉長有關(guān)?？赏ㄟ^多次正火或擴(kuò)散退火消除.正火組織帶狀組織熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困難的工件。而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光潔度要求高的工件。蒸汽-空氣錘返回鋼的熱處理引例早在銅器時代，人類就發(fā)現(xiàn)金屬的性能會因溫度的影響而變化——刀劍加熱后放到水中冷卻后會變得更強(qiáng)韌1863年人發(fā)現(xiàn)鋼在加熱時的組織變化規(guī)律法國人確立了同素異構(gòu)理論，英國人最早制訂了鐵碳相圖這些都為現(xiàn)代熱處理工藝奠定了理論基礎(chǔ)改善鋼的性能，主要有兩條途徑：一是合金化，這是下幾章研究的內(nèi)容；二是熱處理，這是本章要研究的內(nèi)容。5.1概述熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝.為簡明表示熱處理的基本工藝過程，通常用溫度—時間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。

熱處理工藝曲線1-連續(xù)冷卻；2-等溫處理在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用.

模具、滾動軸承100%需經(jīng)過熱處理?？傊匾慵夹柽m當(dāng)熱處理后才能使用。熱處理特點(diǎn):熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。

鑄造軋制3、熱處理適用范圍:只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。

熱處理分類熱處理原理：描述熱處理時鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律稱熱處理原理。熱處理工藝：根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時間、介質(zhì)等參數(shù)稱熱處理工藝。(a)940淬火+220回火（板條M回+A‘少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板條M+條狀F+A’少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板條M回+條狀F+A‘少）(f)780淬火+220回火（板條M回+塊狀F）

20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同，將熱處理工藝分類如下：其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學(xué)熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等預(yù)備熱處理與最終熱處理預(yù)備熱處理—為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。最終熱處理—賦予工件所要求的使用性能的熱處理.預(yù)備熱處理最終熱處理W18Cr4V鋼熱處理工藝曲線時間溫度/℃

鋼加熱時的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示;冷卻時的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。由于加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度，因此一般手冊中的數(shù)據(jù)是以30-50℃/h

的速度加熱或冷卻時測得的。臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示.實(shí)際加熱或冷卻時存在著過冷或過熱現(xiàn)象，因此將5.2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。鋼坯加熱一、奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步。現(xiàn)以共析鋼為例說明：第一步奧氏體晶核形成：首先在

與Fe3C相界形核。第二步奧氏體晶核長大：

晶核通過碳原子的擴(kuò)散向

和Fe3C方向長大。第三步殘余Fe3C溶解:鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續(xù)溶解直至消失。第四步奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。溫度，℃共析鋼奧氏體化曲線（875℃退火）亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。但由于先共析

或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上。二、奧氏體晶粒長大及其影響因素1、奧氏體晶粒長大奧氏體化剛結(jié)束時的晶粒度稱起始晶粒度,此時晶粒細(xì)小均勻。隨加熱溫度升高或保溫時間延長，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長大，這也是一個自發(fā)的過程。奧氏體晶粒長大過程與再結(jié)晶晶粒長大過程相同。

溫來判斷。

晶粒度為1-4級的是本質(zhì)粗晶粒鋼,5-8級的是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。前者晶粒長大傾向大，后者晶粒長大傾向小。

在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱實(shí)際晶粒度。加熱時奧氏體晶粒的長大傾向稱本質(zhì)晶粒度。通常將鋼加熱到940

10℃奧氏體化后，設(shè)法把奧氏體晶粒保留到室2、影響奧氏體晶粒長大的因素⑴加熱溫度和保溫時間:加熱溫度高、保溫時間長,

晶粒粗大.⑵加熱速度:加熱速度越快,過熱度越大,形核率越高,晶粒越細(xì).⑶合金元素：阻礙奧氏體晶粒長大的元素:Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素：Mn、P、C、N。Nb/%奧氏體晶粒尺寸/μmNb、Ti對奧氏體晶粒的影響⑷原始組織:平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細(xì)晶粒。奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一。5.3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變冷卻是熱處理更重要的工序。一、過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：

㈠珠光體轉(zhuǎn)變1、珠光體的組織形態(tài)及性能 過冷奧氏體在A1到550℃間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不同,又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。珠光體索氏體托氏體⑴珠光體：形成溫度為A1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌⑵索氏體形成溫度為650-600℃,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S表示。電鏡形貌光鏡形貌⑶托氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T表示。電鏡形貌光鏡形貌珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對的。片間距

bHRC

片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。2、珠光體轉(zhuǎn)變過程珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長大過程中，其兩側(cè)奧氏體的含碳量下降，促進(jìn)了鐵素體形核，兩者相間形核并長大，形成一個珠光體團(tuán)。珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變過程㈡貝氏體轉(zhuǎn)變1、貝氏體的組織形態(tài)及性能過冷奧氏體在550℃-230℃(Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下).上貝氏體下貝氏體⑴上貝氏體形成溫度為550-350℃。在光鏡下呈羽毛狀.在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下⑵下貝氏體形成溫度為350℃-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。光鏡下電鏡下在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長軸方向呈55-60o角。上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價值。下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體2、貝氏體轉(zhuǎn)變過程貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時,首先在奧氏體中的貧碳區(qū)形成鐵素體晶核，其含碳量介于奧氏體與平衡鐵素體之間，為過飽和鐵素體。當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（550-350℃)時，條片狀鐵素體從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長，隨鐵素體條伸長和變寬，其碳原子向條間奧氏體富集，最后在鐵素體條間析出Fe3C短棒，奧氏體消失，形成B上。上貝氏體轉(zhuǎn)變過程貝氏體轉(zhuǎn)變屬半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，即只有碳原子擴(kuò)散而鐵原子不擴(kuò)散，晶格類型改變是通過切變實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（350-230℃)時，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長成針狀，由于碳原子擴(kuò)散能力低,其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。

下貝氏體轉(zhuǎn)變㈢馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在

-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體組織馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.馬氏體具有體心正方晶格（a=b≠c）軸比c/a稱馬氏體的正方度。C%越高，正方度越大，正方畸變越嚴(yán)重。當(dāng)＜0.25%C時，c/a=1，此時馬氏體為體心立方晶格。2、馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。⑴板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡下每束內(nèi)條與條之間尺寸大致相同并呈平行排列，一個奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個取向不同的馬氏體束。在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯，

=1012/cm2,又稱位錯馬氏體。SEMTEM⑵針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下⑶馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C%小于0.2%時，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時幾乎全部是針狀馬氏體.C%在0.2~1.0%之間為板條與針狀的混合組織。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1..2%C45鋼正常淬火組織先形成的馬氏體片橫貫整個奧氏體晶粒，但不能穿過晶界和孿晶界。后形成的馬氏體片不能穿過先形成的馬氏體片，所以越是后形成的馬氏體片越細(xì)小.原始奧氏體晶粒細(xì)，轉(zhuǎn)變后的馬氏體片也細(xì)。當(dāng)最大馬氏體片細(xì)到光鏡下無法分辨時，該馬氏體稱隱晶馬氏體.3、馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當(dāng)含碳量大于0.6%時，其硬度趨于平緩。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌4、馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。其主要特點(diǎn)是：⑴無擴(kuò)散性鐵和碳原子都不擴(kuò)散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。⑵共格切變性由于無擴(kuò)散，晶格轉(zhuǎn)變是以切變機(jī)制進(jìn)行的。使切變部分的形狀和體積發(fā)生變化，引起相鄰?qiáng)W氏體隨之變形，在預(yù)先拋光的表面上產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象。馬氏體轉(zhuǎn)變切變示意圖馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸⑶降溫形成馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫度稱上馬氏體點(diǎn)，用Ms表示.馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度稱下馬氏體點(diǎn)，用Mf表示.只要溫度達(dá)到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。MfMsM(50%)M(90%)在Ms以下，隨溫度下降,轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷,轉(zhuǎn)變停止。Ms、Mf與冷卻溫度無關(guān)，只與碳、合金元素含量有關(guān)。⑷高速長大馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大。當(dāng)一片馬氏體形成時，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋。⑸轉(zhuǎn)變不完全

’即使冷卻到Mf點(diǎn)，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A’或

’表示。Ms、Mf與冷速無關(guān)，主要取決于奧氏體中的合金元素含量（包括碳含量）。馬氏體轉(zhuǎn)變后，A’量隨含碳量的增加而增加，當(dāng)含碳量達(dá)0.5%后，A’量才顯著。含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響含碳量對殘余奧氏體量的影響過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火二、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。兩種冷卻方式示意圖1——等溫冷卻2——連續(xù)冷卻過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖是表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1以下在各不同溫度下的保溫過程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系曲線.又稱C曲線、S曲線或TTT曲線。㈠過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖(Time-Temperature-Transformationdiagram)1、C曲線的建立以共析鋼為例：⑴取一批小試樣并進(jìn)行奧氏體化.⑵將試樣分組淬入低于A1點(diǎn)的不同溫度的鹽浴中,隔一定時間取一試樣淬入水中。⑶測定每個試樣的轉(zhuǎn)變量，確定各溫度下轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系。⑷將各溫度下轉(zhuǎn)變開始時間及終了時間標(biāo)在溫度—時間坐標(biāo)中，并分別連線。轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變開始線。轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變終了線。A1-Ms間及轉(zhuǎn)變開始線以左的區(qū)域?yàn)檫^冷奧氏體區(qū)。轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。兩線之間及Ms與Mf之間為轉(zhuǎn)變區(qū)。時間溫度A1MSMfA過冷PBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體5506502s10s5s2s5s10s30s40s2、C曲線的分析⑴轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小.孕育期最小處稱C曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。在鼻尖以上,溫度較高，相變驅(qū)動力小.在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。⑵C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。3、影響C曲線的因素⑴成分的影響①含碳量的影響：共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。Ms與Mf點(diǎn)隨含碳量增加而下降。與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。Cr對C曲線的影響②合金元素的影響除Co外,凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移。除Co和Al外,所有合金元素都使Ms與Mf點(diǎn)下降。推桿式電阻爐⑵奧氏體化條件的影響奧氏體化溫度提高和保溫時間延長，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。使用C曲線時應(yīng)注意奧氏體化條件及晶粒度的影響.㈡過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformationdiagram)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。共析鋼CCT曲線過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線1、共析鋼的CCT曲線共析鋼的CCT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)變中止線。當(dāng)連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的奧氏體一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。Vk’Vk共析鋼的CCT曲線圖中的Vk為CCT曲線的臨界冷卻速度，即獲得全部馬氏體組織時的最小冷卻速度.Vk’為TTT曲線的臨界冷卻速度.Vk’

1.5Vk。Vk’Vk時間/s溫度/℃共析鋼的CCT圖共析溫度連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線完全退火正火等溫轉(zhuǎn)變曲線油淬水淬M+A’M+T+A’SP200100CCT曲線位于TTT曲線右下方。CCT曲線獲得困難，TTT曲線容易測得。可用TTT曲線定性說明連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變情況。方法是將連續(xù)冷卻曲線繪在C曲線上，依其與C曲線交點(diǎn)的位置來說明最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷PST+M+A’M+A’P均勻A細(xì)AP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’M+A’淬火(水冷)A1MSMf時間650℃600℃550℃45鋼850℃油冷組織M+T2、過共析鋼CCT曲線也無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū),但比共析鋼CCT曲線多一條A→Fe3C轉(zhuǎn)變開始線。由于Fe3C的析出,奧氏體中含碳量下降,因而Ms線右端升高.3、亞共析鋼CCT曲線有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，還多A→F開始線,F析出使A含碳量升高,因而Ms線右端下降。過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線5.4鋼的退火與正火

機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預(yù)

備熱處理→機(jī)加工→最終熱處理。退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時才作為最終熱處理。5.4.1退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻(爐冷)的熱處理工藝叫做退火。1、退火目的⑴調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。⑶細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。真空退火爐2、退火工藝退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。⑴完全退火將工件加熱到Ac3+30~50℃保溫后緩冷的退火工藝，主要用于亞共析鋼。⑵等溫退火亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃,共析、過共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時間，更適合于孕育期長的合金鋼。高速鋼等溫退火與普通退火的比較⑶球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。它是將工件加熱到Ac1+30-50℃保溫后緩冷，或者加熱后冷卻到略低于Ar1的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。主要用于共析、過共析鋼。球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱球狀珠光體,用P球表示。球狀珠光體對于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，球化退火前應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀.5.4.2正火正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃，共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，過共析鋼加熱到Accm+30~50℃保溫后空冷的工藝。正火比退火冷卻速度大。1、正火后的組織：●<0.6%C時，組織為F+S；●

0.6%C時，組織為S。正火溫度2、正火的目的⑴對于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。⑵對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。⑶普通件最終熱處理。要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火。熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度5.5鋼的淬火與回火

淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速

度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝.一、淬火目的獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.真空淬火爐5.5.1淬火（一）淬火溫度1、碳鋼⑴亞共析鋼淬火溫度為Ac3+30-50℃。預(yù)備熱處理組織為退火或正火組織。二、淬火工藝亞共析鋼淬火組織：

0.5%C時為M

0.5%C時為M+A’。65MnV鋼(0.65%C)淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織在Ac1~Ac3之間的加熱淬火稱亞溫淬火。35鋼（含0.35%C）亞溫淬火組織

亞溫淬火組織為F+M，強(qiáng)硬度低，但塑韌性好.⑵共析鋼淬火溫度為Ac1+30-50℃；淬火組織為M+A’。⑶過共析鋼淬火溫度:Ac1+30-50℃.溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A’量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開裂傾向增加。淬火組織:M+Fe3C顆粒+A’。(預(yù)備組織為P球)T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織2、合金鋼由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對奧氏體晶粒長大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。⑴亞共析鋼淬火溫度為Ac3+50~100℃。⑵共析鋼、過共析鋼淬火溫度為Ac1+50~100℃。鋼坯加熱（二）淬火介質(zhì)理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小理想淬火曲線示意圖MsMf

內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油.水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).（三）淬火方法采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。1、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡單，易實(shí)現(xiàn)自動化。各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點(diǎn)是冷卻理想，缺點(diǎn)是不易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。3、分級淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。可減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件。鹽浴爐4、等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小.適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。三、鋼的淬透性淬透性是鋼的主要熱處理性能。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。網(wǎng)帶式淬火爐（一）鋼的淬透性淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。M量和硬度隨深度的變化淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力.同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)，淬硬層深。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同材料之間的比較，是通過尺寸、冷卻介質(zhì)相同時的淬硬層深度來確定的。二、影響淬透性的因素鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk，Vk越小，淬透性越高。Vk取決于C曲線的位置，C曲線越靠右，Vk越小。因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.即除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時間長也使鋼的淬透性提高。示，J表示末端淬透性，d表示半馬氏體區(qū)到水冷端的距離，HRC為半馬氏體區(qū)的硬度。三、淬透性的測定及其表示方法

2、淬透性的表示方法⑴用淬透性曲線表示即用表1、淬透性的測定常用——末端淬火法⑵用臨界淬透直徑表示臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用D0表示。D0與介質(zhì)有關(guān)，如45鋼D0水=16mm，D0油=8mm。只有冷卻條件相同時，才能進(jìn)行不同材料淬透性比較，如45鋼D0油=8mm，40CrD0油=20mm。馬氏體馬氏體索氏體四、淬透性的應(yīng)用1、利用淬透性曲線及圓棒冷速與端淬距離的關(guān)系曲線可以預(yù)測零件淬火后的硬度分布。下圖為預(yù)測50mm直徑40MnB鋼軸淬火后斷面的硬度分布.2、利用淬透性曲線進(jìn)行選材。如要求厚60mm汽車轉(zhuǎn)向節(jié)淬火后表面硬度超過HRC50，1/4半徑處為HRC45?？砂聪聢D箭頭所示程序進(jìn)行選材分析.3、利用淬透性可控制淬硬層深度。對于截面承載均勻的重要件,要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透(淬硬層深度一般為半徑的1/2~1/3)，如軸類、齒輪等。淬硬層深度與工件尺寸有關(guān),設(shè)計時應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。

高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿齒輪不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf時間溫度淬火PP均勻A細(xì)A？？？5.5.2回火回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。一、回火的目的1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形或開裂.2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。螺桿表面的淬火裂紋3、穩(wěn)定尺寸。淬火M和A’都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形。4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用

回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。二、鋼在回火時的轉(zhuǎn)變淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化。網(wǎng)帶式回火電爐㈠回火時組織轉(zhuǎn)變1、馬氏體的分解

100℃回火時，鋼的組織無變化。100-200℃加熱時，馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出

-碳化物(

-FeXC)，使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。透射電鏡下的回火馬氏體形貌回火馬氏體在光鏡下M回為黑色，A’為白色。

0.2%C時，不析出碳化物。只發(fā)生碳在位錯附近的偏聚。2、殘余奧氏體分解200-300℃時,由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降,Ms上升，A’分解為

-碳化物和過飽和鐵素體，即M回。

衡成分,內(nèi)應(yīng)力大量消除，M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。發(fā)生于250-400℃，此時，

-碳化物溶解于F中，并從鐵素體中析出Fe3C。到350℃,馬氏體含碳量降到鐵素體平回火托氏體3、

-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C回火索氏體4、Fe3C聚集長大和鐵素體多邊形化400℃以上,Fe3C開始聚集長大。450℃以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。40鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系㈡回火時的性能變化隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。200℃以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。200-300℃，由于高碳鋼中A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸回,硬度再次升高。大于300℃,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體,硬度直線下降。三、回火脆性淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。1、第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350℃回火時出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法?；鼗饡r應(yīng)避開這一溫度范圍。2、第二類回火脆性又稱可逆回火脆性。是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性.

回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。防止辦法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。

四、回火種類根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類?！翊慊鸺痈邷鼗鼗鸬臒崽幚矸Q作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì)。廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。

提高

e及

s，同時使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹉康腟回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理5.6.1鋼的表面淬火不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后淬火強(qiáng)化零件表面的方法。5.6鋼的表面熱處理表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。軸的感應(yīng)加熱表面淬火1、表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降；⑵鑄鐵提高其表面耐磨性。機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪2、預(yù)備熱處理⑴工藝：對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。⑵目的:①為表面淬火作組織準(zhǔn)備；②獲得最終心部組織?；鼗鹚魇象w索氏體3、表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200℃。回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。4、表面淬火+低溫回火后的組織表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)淬火機(jī)床感應(yīng)加熱表面淬火示意圖5、表面淬火常用加熱方法⑴感應(yīng)加熱:利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。感應(yīng)加熱分為：①高頻感應(yīng)加熱頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖②中頻感應(yīng)加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸③工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱⑵火焰加熱:利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。⑶激光熱處理:利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D激光表面熱處理火焰加熱表面淬火化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。5.6.2鋼的化學(xué)熱處理與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。一、化學(xué)熱處理的基本過程

1、介質(zhì)(滲劑)的分解:分解的同時釋放出活性原子。如：滲碳CH4→2H2+[C]

氮化2NH3→3H2+2[N]2、工件表面的吸收:活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。3、原子向內(nèi)部擴(kuò)散。氮化擴(kuò)散層二、鋼的滲碳

是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。1、滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時保持心部良好的韌性。2、滲碳用鋼為含0.1-0.25%C的低碳鋼。碳高則心部韌性降低。經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒輪氣體滲碳法示意圖3、滲碳方法⑴氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。滲劑為氣體(煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點(diǎn):質(zhì)量好,效率高；缺點(diǎn):滲層成分與深度不易控制。⑵固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑為木炭。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單；缺點(diǎn)：滲速慢，勞動條件差。⑶真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點(diǎn):表面質(zhì)量好,滲碳速度快。真空滲碳爐4、滲碳溫度：為900-950℃。滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：一般為0.5-2mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織滲碳層表面含碳量：以0.85-1.05為最好。滲碳緩冷后組織：表層為P+網(wǎng)狀Fe3CⅡ;心部為F+P;中間為過渡區(qū)。5、滲碳后的熱處理淬火+低溫回火,回火溫度為160-180℃。淬火方法有：⑴預(yù)冷淬火法滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火。滲碳后的熱處理示意圖⑵一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。⑶二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50℃，細(xì)化心部；第二次加熱為Ac1+30-50℃，細(xì)化表層。滲碳后的熱處理示意圖常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50℃淬火+低溫回火。此時組織為：表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)心部：M回+F（淬透時）滲碳淬火后的表層組織M+F扳手零部件滲碳2.氮化

氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。1、氮化用鋼井式氣體氮化爐為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。常用鋼號為38CrMoAl。2、氮化溫度為500-570℃氮化層厚度不超過0.6-0.7mm。常用氮化方法氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。離子氮化爐氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用⑴氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。⑵疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度⑶工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。⑷耐蝕性好。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等?？p紉機(jī)用氮化件經(jīng)氮化的機(jī)車曲軸3.碳氮共滲

碳氮共滲是向鋼的表層同時滲人碳和氮的過程。習(xí)慣上又稱氰化。目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應(yīng)用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。表面熱處理和化學(xué)熱處理的比較處理方法表面淬火滲碳氮化碳氮共滲處理工藝表面加熱淬火低溫回火滲碳，淬火，低溫回火氮化碳氮共滲，淬火，低溫回火生產(chǎn)周期很短，幾秒到幾分鐘長，約3～9h很長，約20～50h短，約1～2h表層深度/mm0.5～70.5～20.3～0.50.2～0.5硬度/HRC58～6358～6365～70(1050HV)58～63耐磨性較好良好最好良好疲勞強(qiáng)度良好較好最好良好耐蝕性一般一般最好良好處理后變形較小較大最小較小應(yīng)用舉例機(jī)床齒輪汽車齒輪爪型離合器油泵齒輪制動器凸輪精密機(jī)床主軸、絲杠4.離子氮化

離子氮化的基本原理是在低真空中的直流電場作用下，迫使電離的氮原子高速沖擊作為陰極的工件，并使其滲入工件表面。離子氮化的優(yōu)點(diǎn)是滲氮時間短（即為氣體滲氮的～），滲氮層脆性小。5.7鋼的特種熱處理（選講內(nèi)容）近年來，金屬材料表面處理新技術(shù)得到了迅速發(fā)展，開發(fā)出許多新的工藝方法，這里只介紹主要的幾種。

全方位離子注入與沉積設(shè)備形變熱處理是將塑性變形和熱處理結(jié)合，以提高丁件力學(xué)性能的復(fù)合工藝。形變熱處理不僅能獲得一般加工方法不易達(dá)到的高強(qiáng)度和高韌性的良好組合，而且還可大大簡化金屬材料或工件的生產(chǎn)工藝過程，因而受到工業(yè)領(lǐng)域的廣泛重視。形變熱處理一般分為低溫形變熱處理、高溫形變熱處理及形變化學(xué)熱處理三類。5.7.1形變熱處理1.低溫形變熱處理

低溫形變熱處理是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，保持一定時間，然后急速冷卻到Ac1以下、高于Ms點(diǎn)的某一中間溫度施以鍛壓或軋制成形，隨后立即淬火獲得馬氏體組織。從獲得強(qiáng)度與韌性良好配合的角度出發(fā)，過冷奧氏體應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性。

低溫形變熱處理工藝主要有：低溫形變淬火低溫形變等溫淬火等溫形變淬火連續(xù)冷卻形變熱處理誘發(fā)馬氏體的低溫形變珠光體低溫形變馬氏體形變時效預(yù)形變熱處理晶粒多邊化強(qiáng)化2.高溫形變熱處理高溫形變熱處理是將鋼加熱到穩(wěn)定奧氏體區(qū)保持一段時間，在該狀態(tài)下形變，隨后進(jìn)行淬火以獲得馬氏體組織的工藝。高溫形變熱處理工藝主要有：高溫形變淬火、高溫形變正火、高溫形變等溫淬火、亞溫形變淬火、利用形變強(qiáng)化遺傳性的熱處理、表面高溫形變淬火以及復(fù)合形變熱處理等。3.形變化學(xué)熱處理通過形變既能加速化學(xué)熱處理過程，也可強(qiáng)化化學(xué)熱處理效果，這種復(fù)合工藝稱為形變化學(xué)熱處理。常用于形變化學(xué)熱處理的工藝有：利用鍛熱滲碳淬火或碳氮共滲鍛熱淬火滲氮滲碳件表面形變時效(4)滲碳表面形變淬火(5)低溫形變淬火滲硫5.7.2真空熱處理在真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理。1.真空熱處理的優(yōu)點(diǎn)1)可以減少變形2)可以凈化表面3)脫氣作用2.真空熱處理的應(yīng)用1)真空退火真空退火有避免氧化、脫碳和去氣、脫脂的作用，除了鋼、銅及其合金外，還可用于處理一些與氣體親和力較強(qiáng)的金屬，如鈦、鉭、鈮、鋯等。2)真空淬火真空淬火已大量用于各種滲碳鋼、合金工具鋼、高速鋼和不銹鋼的淬火，以及各種時效合金、硬磁合金的固溶處理。3)真空滲碳真實(shí)滲碳也叫低壓滲碳，是近年來在高溫滲碳和真空淬火的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新工藝。

真空爐

經(jīng)真空熱處理后的切腳機(jī)刀片5.7.3熱噴涂技術(shù)

將熱噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂。利用熱噴涂技術(shù)可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。等離子熱噴涂1、涂層的結(jié)構(gòu)熱噴涂層是由無數(shù)變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀結(jié)構(gòu)，粒子之間存在著孔隙和氧化物夾雜缺陷。噴涂層與基體之間以及噴涂層中顆粒之間主要熱噴涂層組織

是通過鑲嵌、咬合、填塞等機(jī)械形式連接的，其次是微區(qū)冶金結(jié)合及化學(xué)鍵結(jié)合。2、熱噴涂方法常用的熱噴涂方法有：①火焰噴涂:多用氧-乙炔火焰作為熱源。②電弧噴涂:絲狀噴涂材料作為自耗電極、電弧作為熱源的噴涂方法③等離子噴涂:是一種利用等離子弧作為熱源進(jìn)行噴涂的方法?；鹧鏌釃娡侩娀釃娡康入x子噴涂3、熱噴涂的特點(diǎn)及應(yīng)用⑴工藝靈活：熱噴涂的對象小到Φ10mm的內(nèi)孔,大到鐵塔、橋梁,可整體噴涂，也可局部噴涂⑵基體及噴涂材料廣泛：基體可以是金屬和非金屬，涂層材料可以是金屬、合金及塑料、陶瓷等⑶涂層可控:從幾十

m到幾mm⑷生產(chǎn)效率高⑸工件變形小：基體材料溫度不超過250℃(冷工藝)渦輪葉片的熱障涂層(熱噴涂層)由于涂層材料的種類很多，所獲得的涂層性能差異很大，可應(yīng)用于各種材料的表面保護(hù)、強(qiáng)化及修復(fù)并滿足特殊功能的需要。熱噴涂5.7.4氣相沉積技術(shù)

氣相沉積技術(shù)是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過物理或化學(xué)的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術(shù)。根據(jù)沉積過程的原理不同，氣相沉積技術(shù)可分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩大類。物理氣相沉積TiAl靶1、物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積是指在真空條件下，用物理的方法，

使材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程，在材料表面沉積一層薄膜的技術(shù)。物理沉積技術(shù)主要包括真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍?nèi)N基本方法。磁控濺射鍍膜設(shè)備真空蒸鍍是蒸發(fā)成膜材料使其汽化或升華沉積到工件表面形成薄膜的方法。真空蒸鍍TiN活塞環(huán)真空蒸鍍Al膜的塑料制品濺射鍍是在真空下通過輝光放電來電離氬氣，氬離子在電場作用下加速轟擊陰極，濺射下來的粒子沉積到工件表面成膜的方法。濺射鍍示意圖磁控濺射鍍膜機(jī)磁控濺射鍍Al的塑料制品離子鍍是在真空下利用氣體放電技術(shù)，將蒸發(fā)的原子部分電離成離子，與同時產(chǎn)生的大量高能中性粒多弧離子鍍膜機(jī)子一起沉積到工件表面成膜的方法。物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝簡單、省材料、無污染；獲得的膜層膜基附著力強(qiáng)、膜層厚度均勻、致密、針孔少等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于機(jī)械、航空航天、電子、光學(xué)和輕工業(yè)等離子鍍產(chǎn)品領(lǐng)域制備耐磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電、絕緣、光學(xué)、磁性、壓電、滑潤、超導(dǎo)等薄膜。

2、化學(xué)氣相沉積(CVD)化學(xué)氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體表面相互作用而在基體表面形成金屬或化合物薄膜的方法。例如，氣態(tài)的TiCl4與N2和H2在受熱鋼的表面反應(yīng)生成TiN，并沉積在鋼的表面形成耐磨抗蝕的沉積層。由于化學(xué)氣相沉積膜層具有良好的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及電學(xué)、光學(xué)等特殊性能，已被廣泛用于機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、煤化工等工業(yè)領(lǐng)域。經(jīng)CVD處理的模具經(jīng)CVD處理的活塞環(huán)5.7.5激光表面改性三束表面改性技術(shù)是指將激光束、電子束和離子束(合稱“三束”)等具有高能量密度的能源(一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，以獲得特殊表面性能的技術(shù)。激光束加工電子束加工等離子束加工⑴激光表面淬火（激光相變硬化）激光表面淬火件硬度高（比普通淬火高15~20%）、耐磨、耐疲勞，變形極小，表面光亮。已廣泛用于發(fā)動機(jī)缸套、滾動軸承圈、機(jī)床導(dǎo)軌、冷作模具等。激光表面淬火件激光表面淬火1、激光束表面改性技術(shù)激光束能量密度高(106W/cm2)，可在短時間內(nèi)將工件表面快速加熱或融化,而心部溫度基本不變;當(dāng)激光輻射停止后，由于散熱速度快，又會產(chǎn)生“自激冷”。激光表面改性技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾方面:⑵激光表面合金化預(yù)先用鍍膜或噴涂等技術(shù)把所要求的合金元素涂敷到工件表面，再用激光束照射涂敷表面，使表面膜與基

體材料表層融合在一起并迅速凝固，從而形成成分與結(jié)構(gòu)均不同于基體的、具有特殊性能的合金化表層。已成功用于發(fā)動機(jī)閥座和活塞環(huán)、渦輪葉片等零件的性能和壽命的改善。激光合金化熱剪斷刀與激光束表面改性技術(shù)相比，電子束表面改性技術(shù)還具有以下特點(diǎn):①由于電子束具有更高的能量密度，

所以加熱的尺寸范圍和深度更大。②設(shè)備投資較低，操作較方便（無需象激光束處理那樣在處理之前進(jìn)行“黑化”）。③因需要真空條件，故零件的尺寸受到限制。電子束物理氣相沉積工程材料的分類與鍵合方式1.1工程材料的分類1.1工程材料的分類第1章工程材料的分類與鍵合方式1.1.1金屬材料金屬材料是以金屬鍵結(jié)合為主的材料，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤。金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩類。金屬材料

有色金屬有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)、低溫、斷裂等性能，已成為現(xiàn)代工業(yè)中非常重要的材料。主要包括鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、鋅及鋅合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金，以及鎳、鈮、鉭、貴金屬材料(金、銀、鉑)等1.1工程材料的分類1.1.2．陶瓷材料第1章工程材料的分類與鍵合方式

陶瓷材料屬于無機(jī)非金屬材料，是以共價鍵和離子鍵結(jié)合為主的材料，其性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大。

陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷（普通陶瓷）、特種陶瓷（精細(xì)陶瓷）和金屬陶瓷三類。世博意大利館透明混凝土1.1工程材料的分類第1章工程材料的分類與鍵合方式1.1.3高分子材料

高分子材料為有機(jī)合成材料，亦稱聚合物，是以分子鍵和共價鍵結(jié)合為主的材料。高分子材料具有塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好及密度小等優(yōu)良性能。工程上使用的高分子材料主要包括塑料、橡膠及合成纖維等。

1.1.4復(fù)合材料復(fù)合材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。1.1工程材料的分類第1章工程材料的分類與鍵合方式復(fù)合材料分為金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和聚合物基復(fù)合材料。

不同的材料具有不同的性能。它們所表現(xiàn)的性能差異，是由其內(nèi)部原子的結(jié)合方式和排列結(jié)構(gòu)所決定的。作為工程技術(shù)人員，要了解機(jī)械工程材料的性能并合理使用材料，要掌握其性能特點(diǎn)，就必須從本質(zhì)上了解它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外界條件（如加熱、冷卻等）影響下的基本變化規(guī)律。以碳的兩種自然形態(tài)(石墨與金剛石)說明鍵合方式的差異如何直接反映到材料的性質(zhì)上來。金剛石是純共價鍵晶體，有極高硬度，對電、熱的絕緣性很好，具有三維立體結(jié)構(gòu)。石墨同是純碳元素的固態(tài)形式，卻具有層狀結(jié)構(gòu)，為六方排列的層(或片)，每一層內(nèi)的每一個碳原于以3個電子與鄰近的3個碳原子以共價留結(jié)合，另一個價電子則為該層內(nèi)所有碳原子所共有，形成全屬鍵；層與層之間則以范德華力相互作用。因此，石墨的碳原子層具有非定域電子，電子在層內(nèi)是容易移動的，然而層間卻不易。石墨具有一定的金屬性質(zhì)，當(dāng)然石墨的導(dǎo)電性是沿層間進(jìn)行的，具有明顯各向異性。由于鍵合方式的不同帶來它們力學(xué)性能的巨大差異，金剛石可作刀具材料。石墨可用作潤滑材料。1.2材料的鍵合方式工程材料通常是固態(tài)材料，是由各種原子通過原子、離子或分子結(jié)合的特定組合而成的。原子、離子或分子之間的結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。根據(jù)結(jié)合力的強(qiáng)弱，可以把結(jié)合鍵分為強(qiáng)鍵（離子鍵、共價鍵及金屬鍵）和弱鍵（分子鍵）兩類。1.1工程材料的分類第1章工程材料的分類與鍵合方式1.2材料的鍵合方式C601.金屬鍵周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丟失其價電子而成為正離子。被丟失的價電子為全體原子所公有,這些公有化的電子叫做自由電子，它們在正離子之間自由運(yùn)動，形成所謂電子氣。1.1工程材料的分類第1章工程材料的分類與鍵合方式1.2材料的鍵合方式正離子和電子氣之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電吸引力，使全部離子結(jié)合起來。這種結(jié)合力就叫做金屬鍵。

金屬由金屬鍵結(jié)合，具有下列特性：①良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。

②正的電阻溫度系數(shù)，即隨溫度升高電阻增大。③金屬不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤。④金屬具有良好的塑性變形能力，金屬材料的強(qiáng)韌性好。1.1