钢铁材料及热处理.pptx

1第一章 钢铁材料及热处理 钢铁材料及热处理主要研究金属和合金的成分和所经历的热处理过程与其内部组织和性能的相互关系，以及如何改善金属和合金的组织和性能。第1页/共70页2第一章 钢铁材料及热处理第一节第一节 金属及合金的性能金属及合金的性能 性能是进行设计、选材和制定工艺的依据。力学性能/物理性能/化学性能/工艺性能1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的特金属材料在外力作用下表现出来的特性性，如强度、塑性、弹性、硬度和冲击韧性如强度、塑性、弹性、硬度和冲击韧性等。等。1.1 强度与拉伸试验 强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力；常用抗拉强度、屈服强度等表征金属材料的性能。第2页/共70页3第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能1.1 强度与拉伸试验 国家标准GB/T228-2002金属材料-室温拉伸试验方法2002年颁布实施F与L关系曲线 拉伸曲线拉伸曲线图图1-21-2所示所示第3页/共70页4第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能 1.1 强度与拉伸试验 拉伸曲线拉伸曲线 OE段：弹性变形阶段；ES段：屈服阶段（除产生弹性变形 外，还产生部分塑性变形）；SB段：均匀塑性变形,强化阶段 （屈服后，试棒开始产生塑性变形）；B 点：形成了“缩颈”（继续变形所 需的拉力减小，变形量增加）；BK段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。图1-2 1-2 低碳钢的拉伸曲线图1-1 拉伸试棒第4页/共70页5第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能 1.1 强度与拉伸试验 应力：金属强度指标，即单位面积上的外力。常用的强度指标：（1）屈服强度：材料产生塑性变形的最低应力；（2）抗拉强度：材料在拉断前所承受最大应力。应力应力 应变应变第5页/共70页6第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能1.2 1.2 塑性 金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏能力。（1 1）伸长率：伸长率：试样拉断后标距伸长量试样拉断后标距伸长量与原始标距之比。与原始标距之比。（2 2）断面收缩率：断面收缩率：试样拉断处横截面积收试样拉断处横截面积收缩量与原始截面积之比。缩量与原始截面积之比。第6页/共70页7第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能 1.3 硬度:材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度值的物理意义随其试验方法的不同而不同。工程上常用的有：布氏硬度 洛氏硬度 HBS或HBW HRA、HRC、HRB第7页/共70页8第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能布氏硬度计洛氏硬度计布氏硬度试验是用一定的载荷F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球，在一定压力作用下，压入被测材料的表面，保持一定的时间后卸去载荷，以载荷与压痕表面积的比值作为布氏硬度值。洛氏硬度试验是用一定的载荷将顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压人被测试样表面，根据压痕的深度确定它的硬度值。第8页/共70页9 用用布氏硬度布氏硬度试验测材料的硬度值，其测试数据比较准确，但不能试验测材料的硬度值，其测试数据比较准确，但不能测太薄的试样和硬度较高的材料。测太薄的试样和硬度较高的材料。用用洛氏硬度洛氏硬度计可以测量从软到硬的各种不同材料，这是因为计可以测量从软到硬的各种不同材料，这是因为它采用了不同的压头和载荷，组成各种不同的洛氏硬度标尺。它采用了不同的压头和载荷，组成各种不同的洛氏硬度标尺。硬度和强度一样，都反映了材料对塑性变形的抗力。硬度和强度一样，都反映了材料对塑性变形的抗力。硬度还影响到材料的耐磨性，在一般情况下，硬度还影响到材料的耐磨性，在一般情况下，硬度高，其耐磨硬度高，其耐磨性能也较好性能也较好。测量测量布氏硬度布氏硬度时，由于时，由于F F和和D D都是定值，所以，一般是先测都是定值，所以，一般是先测得压痕直径得压痕直径d d，根据，根据d d查表确定材料的布氏硬度值。查表确定材料的布氏硬度值。布氏硬度值越大，材料越硬。布氏硬度值越大，材料越硬。第9页/共70页10第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能 1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。Akv冲击功，Jak 冲击韧性值，J/cm2冲击试验机Akv=G(H1-H2)JA试样断口处截面积第10页/共70页11第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能 1.5 疲劳强度 材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂的最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。第11页/共70页12第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能 2.物理性能和化学性能 物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等；化学性能：耐腐蚀性能（酸、氧化）；耐 蚀 性：金属材料对周围介质（如大气、水汽及各种电介质）侵蚀的抵抗能力。第12页/共70页13第一章 钢铁材料及热处理第一节 金属及合金的性能 3.工艺性能 金属材料适应加工工艺要求的能力。铸铸 造造 性性 能能锻锻 压压 性性 能能焊焊 接接 性性 能能切切 削削 性性 能能按照按照工艺工艺方法方法不同不同划分划分由材料的物由材料的物理性能、理性能、化学性能、化学性能、力学性能综力学性能综合决定。合决定。第13页/共70页14第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图碳钢、铸铁机械制造各部门中，应用最广泛的材料。资源丰富、冶炼简单、价格低廉、具有良好的力学性能、工艺性能。1.碳钢 碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金；含碳量2.11%，还含有少量硅、锰、硫、磷等杂质。第14页/共70页151.1 1.1 碳及杂质对碳钢的影响碳及杂质对碳钢的影响 碳碳-钢中的主要元素，对钢中的主要元素，对碳钢的碳钢的性能性能影响影响最最 大，含大，含碳碳量量升高升高，强度、硬度强度、硬度提高提高，而而 塑性、韧性塑性、韧性下降下降；硅硅-钢中有益的元素，它能消除氧的不良影钢中有益的元素，它能消除氧的不良影 响，并能适当提高钢的强度、硬度和弹响，并能适当提高钢的强度、硬度和弹 性，而使塑性和韧性有所下降；性，而使塑性和韧性有所下降；锰锰-钢中有益的元素，能使钢的钢中有益的元素，能使钢的强度、硬度强度、硬度增增 加加，减少氧和硫对钢的危害，因含量较减少氧和硫对钢的危害，因含量较 少，少，对对钢的钢的性能影响不大性能影响不大；硫硫 -来自矿石和燃料，不熔于铁，与铁化合来自矿石和燃料，不熔于铁，与铁化合 生成生成FeSFeS。FeSFeS与与FeFe形成共晶体，热脆，形成共晶体，热脆，严格控制含硫量；严格控制含硫量；磷磷-强度、硬度强度、硬度增加增加，塑性、韧性，塑性、韧性显著显著下下 降降，冷脆，冷脆，严格控制含磷量。，严格控制含磷量。第15页/共70页16第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图 1.2 碳钢的分类、编号、性能和用途（1）分类碳含量:低碳钢 Wc 0.60%钢的质量普通质量碳钢 Ws,Wp 0.045%优质碳钢 Ws,Wp 0.035%特殊优质碳钢 Ws,Wp 0.020%用途不同碳素结构钢碳素工具钢第16页/共70页17第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图1.2 碳钢的分类、编号、性能和用途（2）编号a.碳素结构钢：以钢材厚度（或直径）不大于 16mm钢的屈服强度数值表示。Q+Q+屈服强度数值屈服强度数值+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法脱氧方法 Q-钢的屈服强度；A,B,C,D-质量等级；F-沸腾钢；Z-镇静钢；b-半镇静钢；TZ-特殊镇静钢例：Q235-A表示屈服强度（s）为235MPa的A级普通碳素结构钢。第17页/共70页18第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图 沸腾钢（F）为脱氧不完全的钢。浇注时，钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点：钢收率高，生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点：钢杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。第18页/共70页19第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图 镇静钢（Z）为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的钢锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于钢锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收缩率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金钢一般都是镇静钢。半镇静钢（b）为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握。第19页/共70页20第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图b.b.优质碳素结构钢 牌号：两位数字，表示钢平均碳量的万分数；10-2510-25号钢 强度低，塑性、韧性、焊接性能好；冲压、焊接件 30-5530-55号钢 强度、韧性高；齿轮、轴、键、重要的螺钉 60 60号钢 强度、硬度高，弹性好；弹簧 例：4545钢表示平均含碳量为0.45%0.45%的优质碳素结构钢。第20页/共70页21c.c.碳素工具钢（高碳钢）制造切削刀具、量具和冲压或冷拉模具 牌号：T+T+数字+A+A，数字表示钢平均碳含量的千分之几；A A表示高级碳素优质工具钢。例：T12AT12A表示平均含碳量为1.2%1.2%的高级优质碳素工具钢。第21页/共70页22第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图2.纯铁的晶体结构和结晶过程2.1 金属的晶体结构 在显微镜下观察在显微镜下观察金属的金相试样时，金属的金相试样时，可以看到金属是由许可以看到金属是由许多外形不规则的小颗多外形不规则的小颗粒所组成的，这些小粒所组成的，这些小颗粒统称为颗粒统称为晶粒晶粒，而，而晶粒之间的交界处称晶粒之间的交界处称为为晶界晶界。晶粒晶界第22页/共70页23第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图2.纯铁的晶体结构和结晶过程2.1 金属的晶体结构 晶体是指其原子按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。原子排列简化近似：1.将实际晶体结构视为完整无缺理想晶体；2.把原子看成是不动的等径刚球质点；3.原子在三维空间紧密堆积；4.没有局部排列不规则的缺陷；第23页/共70页24第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图2.纯铁的晶体结构和结晶过程2.1 金属的晶体结构晶 格晶格：表示晶体中原子排列晶格：表示晶体中原子排列 形式的空间格子。形式的空间格子。一种晶格反映出一定的排列规律。第24页/共70页25晶晶 面面晶格中各种方位的原于面称为晶格中各种方位的原于面称为“晶面晶面”。可以说晶体可以说晶体(晶格晶格)是由层层的晶面堆砌而是由层层的晶面堆砌而成的。成的。第25页/共70页26晶晶 向向 晶格中由原子晶格中由原子(结点结点)所组成的任所组成的任一直线，都能代表晶体空间的一个方一直线，都能代表晶体空间的一个方向，这种方向称为向，这种方向称为“晶向晶向”。第26页/共70页27第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图2.1 金属的晶体结构 晶胞：组成晶格的最基本单元（即：从晶格中取出一个最基本的几何单元来表达晶体中原子排列特征）。第27页/共70页28密排六方晶胞体心立方晶胞面心立方晶胞晶胞的形式常见的金属晶胞结构：第28页/共70页29第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图2.2 纯铁的结晶过程和同素异构转变2.2.1 纯铁的结晶过程结晶：一切物质由液态转变为固态晶体的过程。实质是原子从不规则排列过渡到规则排列的过程。过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差。过冷度不是恒定值，其大小取决于液体金属 的冷却速度、金属的性 质和纯度。第29页/共70页30第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图 2.2.1 纯铁的结晶过程 结晶过程是金属晶核形成和晶核长大的过程。一般情况下，金属是由许多外形不规则、位向不同的小晶粒组成多晶体。在结晶温度时，液体中形成一些极小的晶体（晶核）。已形成的晶核不断长大，同时在液体中又产生新的晶核，并逐渐长大。由于结晶条件不同，晶粒大小差别很大。由于结晶条件不同，晶粒大小差别很大。细晶组织细晶组织具有良好具有良好的力学性能。在生产上往往采用的力学性能。在生产上往往采用增大过冷度增大过冷度或在液态金属中加入或在液态金属中加入少量的少量的变质剂变质剂的方法来获得细的晶粒。的方法来获得细的晶粒。第30页/共70页31第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图2.2.2 纯铁的同素异构转变 金属具有两种或两种以上的晶格结构的性能称为“同素异构性”；金属的晶格结构随温度的变化而改变的现象称为“同素异构转变”。这种转变与液态金属的结晶类似，也包含晶核的形成与长大。转变时也放出结晶潜热，也在恒温下进行，也有过冷现象等。如：Fe、Mn、Co、Sn等金属第31页/共70页32第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图2.2.2 纯铁的 同素异构转变 纯铁在770时，发生磁性转变，770以下具有磁性，770以上无磁性。10006008001200时间1600150050070090011001300140013941538912-Fe -Fe-Fe温度770无磁性无磁性有磁性有磁性第32页/共70页33第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图3.合金相图的建立 3.1 基本概念 1）合金：有两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属 元素组成的具有金属性质的物质。2）相：在物质中，凡是成分相同，结构相同，并与其他部分 以晶界分开的均匀组成部分，称为相。3）组织：一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体。相的相对数量、形状、尺寸和分布的不同，形成了不同的组织，不同的组织使合金具有不同的力学性能。第33页/共70页34第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图 4）组元：组成合金的最简单、最基本，能够独立存在的物质。元素或稳定化合物（Fe3C）。5）合金系：由给定组元配制成一系列成分不 同的合金，组成一个合金系统。由两个组元组成的合金系称为二元系；由三个组元组成的合金系称为三元系；由多个组元组成的合金系称为多元系。第34页/共70页356 6）相平衡：合金中参与结晶或相变过程相平衡：合金中参与结晶或相变过程的各相之间的相对质量和相的浓度不再的各相之间的相对质量和相的浓度不再改变时的状态。改变时的状态。7 7）相图：以温度为纵坐标，成分为横坐相图：以温度为纵坐标，成分为横坐标，表明合金系中的各种合金在不同温标，表明合金系中的各种合金在不同温度下由哪些相构成，以及这些相之间平度下由哪些相构成，以及这些相之间平衡关系的图形。亦称平衡图或状态图。衡关系的图形。亦称平衡图或状态图。第35页/共70页36第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图 8）固溶体 合金在固态时，组元间会互相溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体。晶格与固溶体相同的组元为固溶体的溶剂；其他组元为溶质。按溶质原子在溶剂晶格中所占的位置 置换固溶体 间隙固溶体第36页/共70页37第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图（1）置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。置而形成的固溶体。由于溶入了溶质原子，造成晶格的畸变，改变晶格常数。由于溶入了溶质原子，造成晶格的畸变，改变晶格常数。硬度、强度增加，发生固溶强化。硬度、强度增加，发生固溶强化。第37页/共70页38（2）间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格溶质原子分布于溶剂晶格 间隙而形成的固溶体。间隙而形成的固溶体。溶质原子溶入溶剂晶格间隙后，将使溶剂晶格发生畸变，晶格常溶质原子溶入溶剂晶格间隙后，将使溶剂晶格发生畸变，晶格常数增大，合金的强度、硬度增加。数增大，合金的强度、硬度增加。第38页/共70页39第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图 3.2 合金相图：用图解方法表示合金系中合金状态、温度和成分关系。各各 种种 成成 分分的的合合金金各相的相对含量、各相的相对含量、成分发生变化成分发生变化 了解合金的组织状态和预测合金的性能了解合金的组织状态和预测合金的性能 按要求来研究新的合金按要求来研究新的合金 制订铸造、锻压、焊接及热处理工艺制订铸造、锻压、焊接及热处理工艺温度第39页/共70页40第一章 钢铁材料及热处理第二节第二节 铁碳合金及其状态图铁碳合金及其状态图3.2.1二元相图的建立热分析法：（以Cu-Ni系相图为例）配制一系列成分 不同的Cu-Ni合金；测定上述各合金的 冷却曲线；找出各合金的临界点；以温度为纵坐标、以成分为横坐标，各临界点连接起来第40页/共70页41二元合金相图的建立Tr1Tr2Tr3Tr4TreTr0Ty1Ty2Ty3Ty4温度 tAB成分 c%80%A20%B60%A40%B40%A60%B20%A80%B100%B100%A第41页/共70页42渗碳体的熔点共晶点共析线共析点纯铁的熔点共晶线ACD线液相线AECF线固相线碳在奥氏体中的最大溶解度A3线Acm金属工艺学钢铁材料及热处理第42页/共70页43第一章 钢铁材料及热处理第二节 铁碳合金及其状态图C%Fe C1000600800120016001500700900110013001400500ACDEFNSPKGQ共晶转变共析转变AcmA3A1A+FF第43页/共70页44金属工艺学钢铁材料及热处理KDAGPSECFFeQ0 0.77 2.11 4.3 6.69 W W C C（%）温度2、铁碳合金状态图及其分析LAFPLdL+AL+Fe3CA+F铁碳合金分类：工业纯铁：WWC0.0218%碳素钢：0.02%WWC 2.11%铸铁：WWC2.11%A+Fe3CP+FP+Fe3C第44页/共70页45金属工艺学钢铁材料及热处理铁碳合金的基本组织：1）铁素体（F）：2）奥氏体（A）：3）渗碳体（Fe3C）:碳溶于碳溶于-Fe-Fe所形成的间隙固溶体，其结构为体心立方所形成的间隙固溶体，其结构为体心立方晶格。在晶格。在727727有最大的溶解度有最大的溶解度0.0218%0.0218%，室温下的溶解，室温下的溶解度仅为度仅为0.0008%0.0008%，是一种，是一种软而韧软而韧的相。的相。碳溶于碳溶于-Fe-Fe所形成的间隙固溶体，结构为面心立方晶格。所形成的间隙固溶体，结构为面心立方晶格。在在11481148时有最大的溶解度时有最大的溶解度2.11%2.11%，在，在727 727 时其溶碳量下时其溶碳量下降到降到0.77%0.77%。也是一种。也是一种软而韧软而韧的相。的相。是铁和碳形成的金属化合物，具有复杂的晶格类型，碳是铁和碳形成的金属化合物，具有复杂的晶格类型，碳含量为含量为6.69%6.69%，是一种，是一种硬而脆硬而脆的相。的相。第45页/共70页465 5）莱氏体（LdLd）：由由F F与与FeFe3 3C C相间排列而形成的机相间排列而形成的机械混合物，械混合物，b b=800MPa,=20-=800MPa,=20-25%,180HB25%,180HB，其综合力学性能好。其综合力学性能好。铁碳合金室温组织主要是：F Fe3C P高温下是高温下是A A与与FeFe3 3C C组成的机械混组成的机械混合物，合物，727727以下则是由以下则是由P P与与FeFe3 3C C组成的机械混合物，组成的机械混合物，w wc c=4.3%=4.3%，性能硬而脆，性能硬而脆，700HB=0%700HB=0%。4 4）珠光体（P P）：第46页/共70页47金属工艺学钢铁材料及热处理3）碳钢的结晶过程（1）wwc=0.77%钢的结晶123温度 结晶情况 组织Tt1 没有结晶 L体T=t1 开始结晶 L+At1t2 继续结晶 L AT=t2 结晶结束 A体t2t3 组织不变 A体727T=t3 A0.77 F+Fe3C P体T t3 组织基本不变 P体常温下组织全部是P体的钢叫共析钢。共析钢的WWC=0.77%第47页/共70页48金属工艺学钢铁材料及热处理（2）wc=0.45%钢的结晶123温度 结晶情况 组织Tt1 没有结晶 L体T=t1 开始结晶 L+At1t2 继续结晶 L AT=t2 结晶结束 A体t2t3 组织不变 A体727T=t4 A0.77 P P+FT t4 组织基本不变 P+F4T=t3 A F A+F开始析出t3t4 A F A F 继续析出常温下组织是P+F的钢叫亚共析钢，亚共析钢的wwc0.77%。P+F0.45第48页/共70页49金属工艺学钢铁材料及热处理（3）WWc0.77%钢的结晶过程1234P+F碳含量大于0.77%钢叫过共析钢。过共析钢的常温组织是P+Fe3C。温度 结晶情况 组织Tt1 没有结晶 L体T=t1 开始结晶 L+At1t2 继续结晶 L AT=t2 结晶结束 A体t2t3 组织不变 A体727T=t4 A0.77 P P+Fe3C T t4 组织基本不变 P+Fe3CT=t3 A Fe3C A+Fe3C开始析出t3t4 A F e3C A F e3C 继续析出P+Fe3C第49页/共70页50金属工艺学钢铁材料及热处理KDAGPSECFFeQ0 0.77 2.11 4.3 6.69 W W C C（%）温度2、铁碳合金状态图及其分析LAFPLdL+AL+Fe3CA+F铁碳合金分类：工业纯铁：WWC0.0218%碳素钢：0.02%WWC 2.11%铸铁：WWC2.11%A+Fe3CP+FP+Fe3C第50页/共70页51铁碳合金的分类：工业纯铁：0.0218%钢：0.0218%2.11%亚共析钢：0.0218%0.77%共析钢：0.77%过共析钢：0.77%2.11%白口铁：2.11%6.69%亚共晶白口铁：2.11%4.3%共晶白口铁：4.3%过共晶白口铁：4.3%6.69%第51页/共70页52第一章 钢铁材料及热处理第二节 铁碳合金及其状态图C%FeFe3C1000600800120016001500700900110013001400500ACDEFNSPKGQLAL+AL+Fe3CA+Fe3C+Fe3C+工业纯铁亚共析钢过共析钢共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口铁共析钢第52页/共70页53第一章 钢铁材料及热处理第二节 铁碳合金及其状态图C%FeFe3C1000600800120016001500700900110013001400500ACDEFNSPKGQLAL+AL+Fe3CA+Fe3C+Fe3C+123456第53页/共70页542）铁碳相图结构分析Fe3CKDAGPSECFFeQ0 0.77 2.11 4.3 6.69 W W C C（%）LAFPLdL+AL+Fe3CA+F 特性线、点的含义ACD线：AECF线：液相线固相线C：L4.3 A+Fe3C 1148共晶反应，共晶体LdECF线：共晶转变线共晶点ES线：碳在A体中的溶解度曲线。A Fe3C析出A+Fe3CGS线：铁素体的开始析出线。A F开始析出S：A0.77 F+Fe3C727共析反应，共析体P。共析点PSK线：共析转变线，所在温度727。第54页/共70页55金属工艺学钢铁材料及热处理1-3 钢的热处理将固态金属或合金采用适当的方式进行将固态金属或合金采用适当的方式进行加热加热，保温保温和和冷却冷却以获得所需要的组织以获得所需要的组织结构与性能的工艺。结构与性能的工艺。1 1 热处理：热处理：一、热处理的基本概念改善和提高金属材料的力学性能；改善和提高金属材料的力学性能；满足金属材料的加工和使用要求；满足金属材料的加工和使用要求；延长机器零件的使用寿命，节约金属延长机器零件的使用寿命，节约金属材料，降低成本。材料，降低成本。2 2 热处理目的：热处理目的：第55页/共70页56金属工艺学钢铁材料及热处理1-3 钢的热处理加热、保温和冷却。3 热处理过程分为三个步骤：保温保温加热加热冷却冷却温温度度时间时间0加热加热：把需要热处理的钢件置于：把需要热处理的钢件置于 加热炉中，加热到所需温度；加热炉中，加热到所需温度；保温保温：使加热到所需温度的钢件：使加热到所需温度的钢件保持一定的时间，达到内外温度保持一定的时间，达到内外温度趋于一致，使钢的组织得到充分趋于一致，使钢的组织得到充分的转变；的转变；冷却冷却：把加热、保温后的钢件放：把加热、保温后的钢件放到适当的介质中进行冷却，以获到适当的介质中进行冷却，以获得所需要的钢的内部组织。得所需要的钢的内部组织。第56页/共70页57金属工艺学钢铁材料及热处理1-3 钢的热处理4 4 热处理分类热处理分类整体热处理：整体热处理：表面热处理：表面热处理：化学热处理：化学热处理：退火、正火、淬火、回火。退火、正火、淬火、回火。火焰加热火焰加热 、感应加热、感应加热、表面淬火等。表面淬火等。渗碳、渗氮、碳氮共渗等。渗碳、渗氮、碳氮共渗等。第57页/共70页58金属工艺学钢铁材料及热处理二、钢的热处理工艺1、钢的退火1 1）定义：将钢加热到高）定义：将钢加热到高于临界点温度于临界点温度AcAc3 3（亚共（亚共析钢）或析钢）或AcAc1 1（过亚共析（过亚共析钢）以上钢）以上20203030或或低于临界点温度（低于临界点温度（AcAc1 1）的某一温度，保温一定的某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下时间，然后缓慢冷却下来（炉冷、砂冷等）的来（炉冷、砂冷等）的热处理方法。热处理方法。软化A3AcmA1Ac3AccmAc1Ar3ArcmAr1冷却冷却加热加热GSP含碳量（含碳量（%）温温度度（）第58页/共70页59金属工艺学钢铁材料及热处理2 2）目的：）目的：a.a.降低硬度，改善切削加工；降低硬度，改善切削加工；b.b.消除应力，稳定尺寸；消除应力，稳定尺寸；c.c.细化晶粒，调整组织，消除缺陷，为后续热处理细化晶粒，调整组织，消除缺陷，为后续热处理 作好组织准备。作好组织准备。3 3）种类：）种类：完全退火、球化退火、去应力退火、完全退火、球化退火、去应力退火、等温退火、均匀化退火等多种。等温退火、均匀化退火等多种。第59页/共70页60金属工艺学钢铁材料及热处理二、钢的热处理工艺2、钢的正火1）定义：将钢加热到AC3或Accm以上3050，保温后在空气中冷却的工艺。2 2）目的和用途：细化晶粒，提高力：细化晶粒，提高力学性能；学性能；提高硬度，以利切提高硬度，以利切削加工；削加工；消除过共析钢中的消除过共析钢中的网状二次渗碳体；网状二次渗碳体；强化60A3AcmA1Ac3AccmAc1Ar3ArcmAr1冷却冷却加热加热GSP含碳量（含碳量（%）温温度度（）第60页/共70页61金属工艺学钢铁材料及热处理3、钢的淬火1）淬火：淬火：将钢件加热到将钢件加热到AC3或或Ac1线以上某一温度，保温一定时间，然线以上某一温度，保温一定时间，然后后快速冷却快速冷却以得到马氏体（以得到马氏体（M）组织的热处理工艺。）组织的热处理工艺。2）目的：目的：获得获得M M体组织体组织，提高钢的硬度，提高钢的硬度和耐磨性，为最终热处理做和耐磨性，为最终热处理做准备。准备。A+FA+Fe3CAF+PP+Fe3C硬化M体：碳在体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。其硬度随钢中碳含量中的过饱和固溶体。其硬度随钢中碳含量的增加而增加。的增加而增加。4、钢的回火回火：回火：淬火后的钢件再加热到淬火后的钢件再加热到AC1 点以下的某一温度，点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。AC1第61页/共70页62金属工艺学钢铁材料及热处理1、回火的工艺特点和目的工艺特点：淬火后进行；加热温度在AC1线以下。目的：稳定组织；消除应力；提高韧性。稳定组织；消除应力；提高韧性。韧化2、回火的分类和应用低温回火（150250）：高温回火（500650）：中温回火（350500）：性能：具有高的硬度(5864HRC)和高的耐磨性，内应力脆性韧性。用途：用于耐磨件，量具、工具以及渗碳或表面淬火的工件。用途：用于耐磨件，量具、工具以及渗碳或表面淬火的工件。性能：内应力 脆性 HB（3545HRC）e用途：多用于弹性零件。用途：多用于弹性零件。性能：完全消除内应力，综合性能好，硬度2035HRC。用途：受力较复杂的重要件，如机器的主轴、齿轮等。用途：受力较复杂的重要件，如机器的主轴、齿轮等。淬火+高温回火称为调质处理第62页/共70页63金属工艺学钢铁材料及热处理三、钢的表面热处理1、钢的表面淬火2、钢的化学热处理仅对钢的表层进行淬火的工艺，其表层得到硬而耐磨的M体，而心部则仍是塑性、韧性较好的组织，即所谓的外硬里韧。感应加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火用一种或几种元素渗入钢的表面，改变钢表层的化学成份、组织和性能的热处理工艺。1、钢的渗碳 2、钢的氮化 3、碳氮共渗 第63页/共70页64金属工艺学钢铁材料及热处理 1-4 其他常用金属材料 在碳素钢的基础上，为了改善钢的组织和性能，在冶炼时有意加在碳素钢的基础上，为了改善钢的组织和性能，在冶炼时有意加入某些元素所获得的钢种，叫合金钢。入某些元素所获得的钢种，叫合金钢。常用的合金元素有：常用的合金元素有：Si(0.4%)、Mn(0.8%)、Cr、Mo、W、V、Ti、Co、Al、RE等。等。合金结构钢：用于制造重要的机器零件和工程构件。合金结构钢：用于制造重要的机器零件和工程构件。合金工具钢：用合金工具钢：用于制造重要的工具、模具。于制造重要的工具、模具。特殊性能钢：具有某些特殊物理、特殊性能钢：具有某些特殊物理、化学性能的钢种。化学性能的钢种。1、合金钢分类（按主要用途）一、合金钢第64页/共70页65金属工艺学钢铁材料及热处理2、合金钢牌号的表示方法结构钢：结构钢：两位数字两位数字+合金元素符号合金元素符号+数字数字 如如 60Si2Mn工具钢和特殊性能钢：工具钢和特殊性能钢：一位数字一位数字+合金元素符号合金元素符号+数字数字 如如9SiCr合金钢合金结构钢：合金工具钢：特殊性能钢不锈钢:耐热钢:耐磨钢:9SiCrW18Cr4V(高速钢)1Cr18Ni9Ti4Cr6Si2ZGMn13普通低合金结构钢(普低钢)：合金渗碳钢：合金调质钢：合金弹簧钢：滚动轴承钢：16Mn20CrMnTi40Cr60Si2MnGCr15第65页/共70页66金属工艺学钢铁材料及热处理二、铸铁（W Wc2.112.11%的铁碳合金）铸铁按碳存在形式分为白口铸铁：灰铸铁：蠕墨铸铁：球墨铸铁：碳几乎全部以渗碳体的形式存在，断口呈银白色。碳的大部或全部以片状石墨形态存在，断面呈灰暗色。HT200碳以蠕虫状石墨形态存在。碳大部或全部以球状石墨形态存在。QT600-3第66页/共70页67第67页/共70页68第68页/共70页69THE END第69页/共70页70感谢您的观看！第70页/共70页