金属材料及其热处理ppt课件.ppt

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1、机械工程材料基础机械工程学院机械工程学院 熊敏熊敏 主讲主讲1 1、了解金属及合金的性能、组织结构、结晶、塑性变、了解金属及合金的性能、组织结构、结晶、塑性变形及二元合金相图的基本理论形及二元合金相图的基本理论; ;2 2、了解钢铁材料热处理基本原理和工艺、了解钢铁材料热处理基本原理和工艺; ;3 3、掌握常用的碳钢、铸铁、合金钢的成分、组织、性、掌握常用的碳钢、铸铁、合金钢的成分、组织、性能和用途的基本知识能和用途的基本知识学习内容学习内容n教材: 机械工程材料于永泗 齐民 主编 大连理工大学出版社内容内容第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的主要性能第二章第二章 金属及合金的晶体结构金

2、属及合金的晶体结构第三章第三章 铁碳合金铁碳合金第五章第五章 钢的热处理钢的热处理第六章第六章 合金钢合金钢第四章第四章 金属的塑性变形和再结晶金属的塑性变形和再结晶第一章第一章 材料的性能材料的性能 1 材料的力学性能材料的力学性能拉伸试验机拉伸试验机三、塑性三、塑性二、强度二、强度1、屈服强度、屈服强度 s2、抗拉强度、抗拉强度 b3、条件屈服强度、条件屈服强度 0.2材料抵抗塑性变形的能力材料抵抗塑性变形的能力材料抵抗断裂的能力材料抵抗断裂的能力1、延伸率、延伸率 2、断面收缩率、断面收缩率 测量方便、欠准确；测量方便、欠准确；测量不方便、准确；测量不方便、准确；材料塑性变形的能力材料塑

3、性变形的能力材料对塑性变形的抗力材料对塑性变形的抗力一、刚度一、刚度lFE;lFlPllFPE00刚度大。刚度大。材料抵抗弹性变形的能力。材料抵抗弹性变形的能力。四、硬度四、硬度材料表面上，局部体积内对塑性变形的抗力。材料表面上，局部体积内对塑性变形的抗力。1、布氏硬度、布氏硬度 HB测量有色金属、测量有色金属、铸铁等软材料；铸铁等软材料；2、洛氏硬度、洛氏硬度 HRC测量淬火钢等测量淬火钢等硬材料；硬材料；3、维氏硬度、维氏硬度 HV测量硬质合金测量硬质合金等高硬度材料；等高硬度材料；洛氏硬度试洛氏硬度试验机验机五、冲击韧性五、冲击韧性ak材料抵抗冲击载荷的能力材料抵抗冲击载荷的能力冲击韧性

4、试验机冲击韧性试验机1、疲劳机理：应力集中、表面状态、内部缺陷等导致显微裂纹、疲劳机理：应力集中、表面状态、内部缺陷等导致显微裂纹裂纹扩张裂纹扩张零件有效截面减小零件有效截面减小断裂断裂2、提高材料疲劳强度的措施：、提高材料疲劳强度的措施：六、疲劳强度六、疲劳强度 -1材料承材料承受受N次应次应力循环力循环而不断而不断裂的最裂的最大应力。大应力。2 材料的物理和化学性能材料的物理和化学性能比重、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等。比重、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等。二、化学性能二、化学性能耐腐蚀性、抗氧化性等。耐腐蚀性、抗氧化性等。一、物理性能一、物理性能比强度比强度 : 材料的

5、强度值与密度值之比。材料的强度值与密度值之比。名称名称密度密度(g / cm3)强度强度( Mpa )比强度比强度纯铝纯铝2.7801003037纯铁纯铁7.871802802336纯钛纯钛4.5405500901113 材料的工艺性能材料的工艺性能一、铸造性能一、铸造性能二、可锻性二、可锻性三、可焊性三、可焊性四、切削加工性四、切削加工性材料对各种加工方法的适合性材料对各种加工方法的适合性思考题：思考题：1. 1. 在测定强度上在测定强度上s s和和0.20.2有什么不同有什么不同? ?2. 2. 在设计机械时多用哪两种强度指标在设计机械时多用哪两种强度指标? ?为什么为什么? ?3. 3.

6、 设计刚度好的零件设计刚度好的零件, ,应根据何种指标选择材料应根据何种指标选择材料? ?采采用何种材料为宜用何种材料为宜? ?材料的材料的E E越大，其塑性越差越大，其塑性越差, ,这种说这种说法是否正确法是否正确? ?为什么？为什么？4. 4. 常用的硬度方法有几种常用的硬度方法有几种? ?其应用范围如何？这些其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较方法测出的硬度值能否进行比较? ?5. 5. 反映材料受冲击载荷的性能指标是什么反映材料受冲击载荷的性能指标是什么? ?不同条件不同条件下测定的这种指标能否比较？下测定的这种指标能否比较？比较各种材料拉伸曲线图的比较各种材料拉伸曲线图的

7、 s、 b 、 、E第二章第二章 材料的结构材料的结构1 金属的晶体结构金属的晶体结构一、金属的晶格一、金属的晶格晶体、非晶体、晶格、晶胞、晶体、非晶体、晶格、晶胞、1、体心立方晶格：体心立方晶格：2 2、面心立方晶格：、面心立方晶格：(BCC; Body-Centered Cubic)(FCC; Face-Centered Cubic)二、常用金属的晶体结构二、常用金属的晶体结构3 3、密排六方晶格：、密排六方晶格：(HCP; Hexagonal Close-packed)43a42a2a晶格类型不同，致密度不同，同素异晶转变时有体积变化。晶格类型不同，致密度不同，同素异晶转变时有体积变化。

8、三、金属晶体结构的致密度三、金属晶体结构的致密度1.1.晶格尺寸晶格尺寸a a a a a,c a,c2.2.晶胞原子数晶胞原子数 2 2 4 4 6 6BCCBCC FCC FCC HCP HCP3.3.原子半径原子半径4.4.配位数配位数 8 8 12 12 12 125.5.致密度致密度 68% 74% 74%68% 74% 74%四、晶面与晶向四、晶面与晶向1、晶面指数、晶面指数求晶面指数：求晶面指数：（1）建立坐标系；）建立坐标系；（坐标轴不在平（坐标轴不在平面上）面上）（2）求截距；）求截距；（3）取倒数；）取倒数；金属晶体中，通过一系列原子所构成的平面。金属晶体中，通过一系列原子

9、所构成的平面。（4）标定）标定 (xyz)；2、晶向指数、晶向指数通过两个以上原子的直线表示原子列的位向。通过两个以上原子的直线表示原子列的位向。求晶向指数：求晶向指数：（1）建立坐标系；（原）建立坐标系；（原点定在矢尾）点定在矢尾）（2）求另一点的坐标值；）求另一点的坐标值；（3）化简，标定）化简，标定 xyz；3、晶面族、晶向族、晶面族、晶向族晶面族指数晶面族指数 xyz晶向族指数晶向族指数 在立方晶系中，晶面指数与晶向指数相同时，则晶面与晶向互相垂在立方晶系中，晶面指数与晶向指数相同时，则晶面与晶向互相垂直。直。实际金属的晶体结构n点缺陷：空位，间隙原子，置换原子n线缺陷：位错n面缺陷：

10、晶界，亚晶界金属的晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的强度就越高，因而实际使用中的金属材料力求获得细晶粒。 2 2 合金的晶体结构合金的晶体结构合金的概念合金的概念工程上广泛使用合金的原因工程上广泛使用合金的原因一、合金的相结构一、合金的相结构组元：组成合金的最基本的、独立的物质。纯金属、稳定的化合物组元：组成合金的最基本的、独立的物质。纯金属、稳定的化合物相：合金中具有相同的化学成分、相同的结构、能够与其他部分区相：合金中具有相同的化学成分、相同的结构、能够与其他部分区分的部分。分的部分。1、固溶体、固溶体间隙固溶体间隙固溶体置换固溶体置换固溶体有限置换固溶体有限置换固溶体无限置换固溶体无限置

11、换固溶体2、金属化合物、金属化合物两个组元相互作用形成的新的相。两个组元相互作用形成的新的相。固溶强化：通过溶入溶质原固溶强化：通过溶入溶质原子使溶剂原子的晶格发生畸子使溶剂原子的晶格发生畸变，从而使金属材料的强度、变，从而使金属材料的强度、硬度升高的现象。硬度升高的现象。 金属化合物的晶格与其组元的晶格完全不同，因此其性能也金属化合物的晶格与其组元的晶格完全不同，因此其性能也不同与组元。不同与组元。 3 金属的结晶金属的结晶一一. .纯金属结晶的条件纯金属结晶的条件1 1、过冷度（、过冷度（TT）T T0 0 为金属的晶体与液体平衡共存的温度。称为理论结晶温度。显为金属的晶体与液体平衡共存的

12、温度。称为理论结晶温度。显然，在这一温度时，金属的结晶速度与熔化速度相等，所以只有然，在这一温度时，金属的结晶速度与熔化速度相等，所以只有进一步冷却，使金属的实际结晶温度（进一步冷却，使金属的实际结晶温度（Tn )Tn )低于低于T T0 0 时，结晶才能时，结晶才能进行。结晶时进行。结晶时TnTn低于低于T T0 0 的现象称为过冷。其相差的度数，称为过的现象称为过冷。其相差的度数，称为过冷度（冷度（ T = TT = T0 0 Tn Tn ）。纯金属的冷却曲线出现一个水平线段，）。纯金属的冷却曲线出现一个水平线段，说明其结晶过程是一个恒温过程。这是由于放出的结晶潜热与散说明其结晶过程是一个

13、恒温过程。这是由于放出的结晶潜热与散热损失相抵消的缘故。直到结晶完了温度才继续下降。热损失相抵消的缘故。直到结晶完了温度才继续下降。二二. 纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程生核生核: 自发形核自发形核 非自发形核非自发形核长大长大: 均匀长大均匀长大 树枝状长大树枝状长大金属结晶速度，决定于形成晶核的速度、数量（形核率金属结晶速度，决定于形成晶核的速度、数量（形核率N）及）及晶核的长大速度（晶核的长大速度（V）生核和长大）生核和长大 形核率越高，获得的晶粒越细，材料的强度、硬度越高，其形核率越高，获得的晶粒越细，材料的强度、硬度越高，其塑性、韧性也好塑性、韧性也好三、 同素异构转变 金属在金属

14、在随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。格的现象。1.1.增大过冷度增大过冷度 金属结晶时过冷度增大，晶粒细化。因此可用低温浇注金属结晶时过冷度增大，晶粒细化。因此可用低温浇注及增大冷却速度的方法使晶粒细化。但对大型铸件不容易获及增大冷却速度的方法使晶粒细化。但对大型铸件不容易获得较大的过冷度，对精密复杂件过冷度大时会产生较大应力得较大的过冷度，对精密复杂件过冷度大时会产生较大应力而造成缺陷或开裂。而造成缺陷或开裂。 浇注时，向金属液中加入一定量的变质剂，可以在整个浇注时，向金属液中加入一定量的变质剂，可以在整个体积内同时得到大量的非自发形核，从

15、而使整个铸件获得均体积内同时得到大量的非自发形核，从而使整个铸件获得均匀细小的晶粒。匀细小的晶粒。2 2、变质处理、变质处理3. 3. 振动振动4. 4. 电磁搅拌电磁搅拌四、细化金属晶粒的措施四、细化金属晶粒的措施五、铸锭的结构五、铸锭的结构1 1、铸锭结构、铸锭结构 细等轴晶区；柱状晶区；粗等轴晶区；细等轴晶区；柱状晶区；粗等轴晶区；2 2、铸锭的缺陷、铸锭的缺陷 缩孔；缩松；气孔；缩孔；缩松；气孔；1 1、什么是过冷度？为什么金属结晶时一定要有过冷度？、什么是过冷度？为什么金属结晶时一定要有过冷度？2 2、过冷度与冷却速度有什么关系？它对金属结晶后的晶粒大小有什、过冷度与冷却速度有什么关

16、系？它对金属结晶后的晶粒大小有什么影响？么影响？3 3、液体金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么？、液体金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么？4 4、晶粒大小对金属机械性能的影响是什么？简述晶粒细化的途径。、晶粒大小对金属机械性能的影响是什么？简述晶粒细化的途径。比较下列情况晶粒的粗细：比较下列情况晶粒的粗细：（1 1）金属模浇注与砂模浇注）金属模浇注与砂模浇注（2 2）较高温度下浇注与较低温度下浇注）较高温度下浇注与较低温度下浇注（3 3）薄壁铸件与厚壁铸件）薄壁铸件与厚壁铸件（4 4）浇注时振动与不振动）浇注时振动与不振动5 5、 何谓同素异构现象？以铁为例阐述之。试分析何谓同素异构现

17、象？以铁为例阐述之。试分析-Fe -Fe 向向 FeFe转变时的体积变化情况。转变时的体积变化情况。习题与思考题习题与思考题 5 5 二元合金的相图二元合金的相图一、二元合金的结晶一、二元合金的结晶相图相图 平衡图平衡图 状态图状态图1、发生匀晶反应的合金的结晶、发生匀晶反应的合金的结晶Gu-Ni 匀晶相图分析匀晶相图分析 结晶过程：形核；结晶过程：形核；晶核长大；晶核长大； 结晶在一个温度区间结晶在一个温度区间内进行：变温结晶过程；内进行：变温结晶过程； 两相区内：温度一定两相区内：温度一定时，两相的成分是确定的；时，两相的成分是确定的； 两相区内：温度一定时，两相区内：温度一定时，两相的质

18、量比是一定的；两相的质量比是一定的；（杠杆定律）（杠杆定律）Ld Ld c c+e e 共晶点、共晶体、共晶点、共晶体、共晶温度和共晶共晶温度和共晶组织组织初生相和次生相的初生相和次生相的区别区别杠杆定律（相对量杠杆定律（相对量计算）计算）液态，无限互溶液态，无限互溶固态，有限固溶固态，有限固溶溶解度溶解度2、发生共晶反应的相图、发生共晶反应的相图共晶反应共晶反应4、含有稳定化合物的合金相图、含有稳定化合物的合金相图3、共析相图、共析相图 6 6 合金的性能与相图的关系合金的性能与相图的关系根据图根据图3-14 Pb-Sn二元合金相图二元合金相图, P38, 说明说明80% Sn的的Pb-Sn

19、合金在下列各温度时存在有哪些相合金在下列各温度时存在有哪些相和组织？并分别求各相的含量、组织的含量。和组织？并分别求各相的含量、组织的含量。1）高于）高于3002 2）刚冷却到）刚冷却到183183，共晶转变尚未开始。，共晶转变尚未开始。3 3）在）在183183，共晶反应结束。，共晶反应结束。4 4）冷却到室温。）冷却到室温。1 1、铁素体、铁素体( ( 相相) )碳溶于碳溶于FeFe之中所形成的间隙固溶体之中所形成的间隙固溶体. .具具有体心立方晶体结构有体心立方晶体结构. . 常用字母常用字母F F或或 表示表示. 727 . 727 时碳的溶时碳的溶解度最大，也仅有解度最大，也仅有0.

20、0218%.0.0218%.2 2、奥氏体、奥氏体( ( 相相) )碳溶于碳溶于FeFe之中所形成的间隙固溶体之中所形成的间隙固溶体. .具有面心立方晶体结构具有面心立方晶体结构. . 常用字母常用字母A A或或 表示表示. 1148 . 1148 时碳在时碳在FeFe中的最大溶解度为中的最大溶解度为2.11%2.11%。3 3、FeFe3 3C C相相FeFe3 3C C相具有确定的化学成分相具有确定的化学成分, ,含碳量含碳量6.69%,6.69%,属具有复杂立方晶格的间隙化属具有复杂立方晶格的间隙化合物。渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形状合物。渗碳体根据生成条件不同有条

21、状、网状、片状、粒状等形状, ,对铁对铁碳合金的机械性能有很大影响碳合金的机械性能有很大影响. . 7 7 铁碳合金相图铁碳合金相图一一 铁碳合金的组织铁碳合金的组织4、珠光体（两相混合物）、珠光体（两相混合物）渗碳体渗碳体+F5、莱氏体（两相混合物）、莱氏体（两相混合物）渗碳体渗碳体+A一、含碳量与平衡组织间的一、含碳量与平衡组织间的关系关系二、含碳量与机械性能间二、含碳量与机械性能间的关系的关系三、含碳量与工艺性能间三、含碳量与工艺性能间的关系的关系网状渗碳体网状渗碳体8 8 钢的分类钢的分类一、按化学成分分一、按化学成分分 二、按质量分二、按质量分三、按用途分三、按用途分钢钢碳钢碳钢合金

22、钢合金钢低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢低合金钢低合金钢中合金钢中合金钢高合金钢高合金钢普通钢普通钢优质钢优质钢高级优质钢高级优质钢结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢常用碳钢一、普通碳素结构钢 Q235 Q235A二、优质碳素结构钢三、碳素工具钢CFeFe32、画 相图，并进行分析： (1) 标注出相图中空白区域相和组织；(2) 分析 的亚共析钢的结晶过程及其在室温下组织及含量，相及含量；(3) 指出 、 、 的钢在1400 、1100 、800 时奥氏体的含碳的量。%4 . 0c%2 . 0c%6 . 0c%2 . 1cCCC3、二种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体占、

23、二种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体占75，铁素体占铁素体占25，另一种合金的显微组织中珠光体占，另一种合金的显微组织中珠光体占92，二次，二次渗碳体占渗碳体占8。问这二种合金各属于哪一类合金？其含碳量各为。问这二种合金各属于哪一类合金？其含碳量各为多少？多少？1、二元共晶反应、二元共晶反应 1)共晶反应刚结束时，含共晶反应刚结束时，含30%B的合金的合金: 相组分？组织组分？相组分？组织组分？ 2)从显微镜中观察初晶从显微镜中观察初晶 与共晶与共晶 各占各占50%（共晶反应共晶反应刚结束时）刚结束时），求合金中，求合金中B的含量。的含量。951575L1、分析一次渗碳体、二次渗碳体、

24、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同。2、合金中相组分和组织组分的区别何在指出常温下亚共析钢与亚共晶白口铸铁中的相组分和组织组分。指出常温下碳钢与白口铸铁相组分和组织组分的异同。课后思考题第四章第四章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶一、金属的塑性变形一、金属的塑性变形1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形2、多晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形滑移滑移滑移系滑移系 孪生孪生晶间变形晶间变形 晶内变形晶内变形面心立方晶格的金属塑性最好面心立方晶格的金属塑性最好晶粒大小对金属机械性能的影响晶粒大小对金属机械性能的影响 细晶组织晶界面积大，位错障碍多，需要协调的具有细晶组织晶界面积大

25、，位错障碍多，需要协调的具有不同位向的晶粒多，金属塑性变形的抗力大，强度高。不同位向的晶粒多，金属塑性变形的抗力大，强度高。 细晶组织单位体积内晶粒数目多，同时参与变形的晶粒细晶组织单位体积内晶粒数目多，同时参与变形的晶粒数目多，变形均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，使得金属在数目多，变形均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，使得金属在断裂以前产生较大的塑性变形，塑性好。断裂以前产生较大的塑性变形，塑性好。二、合金的塑性变形与强化二、合金的塑性变形与强化1、单相固溶体的塑性变形与固溶强化、单相固溶体的塑性变形与固溶强化2、多相固溶体的塑性变形与弥散强化、多相固溶体的塑性变形与弥散强化硬颗粒不容易切变，阻碍

26、了位错运动，提高了变形抗力。硬颗粒不容易切变，阻碍了位错运动，提高了变形抗力。三、塑性变形对金属组织结构的影响三、塑性变形对金属组织结构的影响1、塑性变形对金属组织结构的影响、塑性变形对金属组织结构的影响纤维组织；形变组织；纤维组织；形变组织；2、塑性变形对金属性能的影响、塑性变形对金属性能的影响加工硬化加工硬化加工硬化组织加工硬化组织晶粒拉长；碎晶；内应力；晶粒拉长；碎晶；内应力；四、回复与再结晶四、回复与再结晶1、冷变形金属在加热时的组织和性能变化、冷变形金属在加热时的组织和性能变化回复回复再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大2、再结晶温度、再结晶温度金属的预变形量金属的预变形量金属的纯度金属的纯

27、度加热速度与保温时间加热速度与保温时间熔回TT35. 0熔再TT4 . 0纯度下降，再结晶温度上升。纯度下降，再结晶温度上升。五、金属的热加工五、金属的热加工1、冷加工与热加工的区别、冷加工与热加工的区别2、热加工对金属组织和性能的影响、热加工对金属组织和性能的影响非金属夹杂物非金属夹杂物习题与思考题习题与思考题p.661、金属钨在、金属钨在1100下的变形加工和金属锡在室温下的变形加工和金属锡在室温下的变形加工是冷加工还是热加工？为什么？下的变形加工是冷加工还是热加工？为什么？钨的熔点温度钨的熔点温度3810；锡的熔点温度；锡的熔点温度232第五章 钢的热处理1 概述等温冷却等温冷却连续冷却

28、连续冷却2 钢在加热时的转变一、奥氏体的形成1、形核2、晶核长大3、残余渗碳体的溶解4、奥氏体成分的均匀化二、影响奥氏体转变速度的因素加热温度三、奥氏体的晶粒大小及其影响因素1、加热温度 和保温时间：温度高，保温时间长，晶粒大 2、加热速度 ：速度高，晶粒小 3、合金元素4、接近平衡状态下的组织,更能获得细奥氏体晶粒.3 钢在冷却时的转变冷却方式：等温冷却；冷却方式：等温冷却；连续冷却；连续冷却；一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变的等温转变1、共析钢过冷奥氏体、共析钢过冷奥氏体的等温转变的等温转变 高温转变及其产物高温转变及其产物 中温转变及其产物中温转变及其产物 550Ms上贝氏体上贝氏

29、体550350 下贝氏体下贝氏体350Ms 低温转变及其产物低温转变及其产物 温度低于温度低于Ms（230 ）转变的产物：马氏体转变的产物：马氏体碳在碳在 -Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体2、亚共析钢过冷奥氏、亚共析钢过冷奥氏体的等温转变体的等温转变3、过共析钢过冷奥氏体的、过共析钢过冷奥氏体的等温转变等温转变二、影响二、影响C曲线的因素曲线的因素1、含碳量、含碳量2、合金元素含量、合金元素含量除钴外，所有合金元素的加入都使除钴外，所有合金元素的加入都使C曲线右移。曲线右移。3、加热温度和时间、加热温度和时间 加热温度高、保温时间长，碳化物溶解完全，有利于降低奥加热温度高、保温时间长，碳

30、化物溶解完全，有利于降低奥氏体分解时的生核率，延长转变的孕育期，使曲线右移。氏体分解时的生核率，延长转变的孕育期，使曲线右移。三、过冷奥氏体的连续冷却转变三、过冷奥氏体的连续冷却转变1、共析钢过冷奥氏体的连续、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变冷却转变 转变过程及产物转变过程及产物 马氏体转变的特点马氏体转变的特点2、亚共析钢过冷、亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却奥氏体的连续冷却转变转变3、过共析钢过冷、过共析钢过冷奥氏体的连续冷却奥氏体的连续冷却转变转变n20钢、60钢同时加热到860，并保温时间相同，问哪种钢的奥氏体晶粒大？为什么？4 4 钢的退火与正火钢的退火与正火一、退火一、退火1、目的、目的

31、2、操作、操作预热处理预热处理1、降低硬度、降低硬度2、消除内应力、消除内应力3、细化晶粒、细化晶粒加热加热保温保温炉冷炉冷其目的可概括为其目的可概括为“四化四化”：即软化即软化(降低硬度适应切削加工和冷冲压要求降低硬度适应切削加工和冷冲压要求) 均匀化均匀化(消除偏析成分和组织均匀一致消除偏析成分和组织均匀一致) 稳定化稳定化(消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸)细化细化(细化晶粒、提高机械性能细化晶粒、提高机械性能).完全退火：亚共析钢，完全退火：亚共析钢， 线以上线以上3050度，保温，缓冷，降度，保温，缓冷，降硬度并去内应力硬度并去内应力不

32、完全退火不完全退火(球化退火球化退火)：过共析钢，：过共析钢， 线以上线以上3050度，保温，度，保温，缓冷，降硬度缓冷，降硬度,改善切削性能改善切削性能,为后续热处理作组织准备为后续热处理作组织准备.3、分类、分类去应力退火：去应力退火：500-650度，组织不改变度，组织不改变,消除应力消除应力扩散退火，再结晶退火扩散退火，再结晶退火网状渗碳体网状渗碳体等温退火等温退火:加热同完全和球化退火加热同完全和球化退火,快冷至快冷至A1下下,保温保温,然后快冷然后快冷1CA1CA3CA各种退火工艺工艺名称 加热温度 冷却方法 组织 应用扩散退火 AC3+ 150250 炉冷 F+P 铸钢件完全退火

33、 AC3+3050 炉冷 F+P 亚共析钢球化退火 AC1+ 3050 炉冷 球状P 过共析钢再结晶 680720 空冷 等轴 冷塑变形 退火 组织 零件 去应力 280 650 炉冷至 无变化 铸件,锻, 退火 200 空冷 焊接件, 冲 压件,机械加 工零件二、正火二、正火3、用途、用途1、目的、目的2、操作、操作加热加热保温保温空冷空冷低碳钢低碳钢 以正代退以正代退中碳钢中碳钢 最终热处理最终热处理高碳钢高碳钢 消除网状渗碳体消除网状渗碳体钢种钢种加热温加热温度度冷却方冷却方式式组织组织目的目的低碳钢Ac3 + 3050空冷F+S提高硬度，改善切削性能中碳钢 Ac3+3050空冷F+S改

34、善组织和切削性能;获得使用性能高碳钢Accm+3050空冷Fe3C+S消除网状二次渗碳体n选择下列零件毛坯的预先热处理方法。1、用ZG35钢铸造而成的齿轮（毛坯），要求细化晶粒、去除铸造过程中造成的残余应力。2、用45钢经锻造而成的轴（毛坯），局部硬度超过30HRC，并且晶粒粗大，要求不仅为了给切削加工做准备，还要满足轴的最终要求具有较高的强度。3、T12制成的工具毛坯，其组织为网状的二次渗碳体和片状的珠光体，要求降低硬度，并提高韧性，为工具的最终热处理作好准备。n简要说明下列零件毛坯进行正火的主要目的及获得的组织。1、20钢锻造而成的齿轮毛坯。2、45钢锻造而成的轴毛坯。3、T12钢轧制而成

35、的锉刀毛坯（组织为网状二次渗碳体和片状珠光体）。n45钢制成的毛坯，晶粒大小不均匀，若要得到均匀细小的晶粒，应选用下述何种工艺？为什么？（注：45钢Ac1、Ac3温度分别为724、780）。1、加热至700的退火2、加热至840的退火3、加热至840的正火4、加热至1100的正火5 5 钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、淬火 将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺. 目的: 提高钢的硬度和强度，与回火相配合可获得不同的使用性能. 加热温度加热温度: 亚共析钢 Ac3+ 3050 共析钢和过共析钢 Ac1+3050 常用冷却介质常用冷却介质: 水和油 淬火方

36、法淬火方法: 单介质淬火、 双介质淬火、 分级淬火 等 温淬火等4、钢的淬透性、钢的淬透性淬透性淬透性 钢在淬火时获得淬硬层深度的能力钢在淬火时获得淬硬层深度的能力. 淬透性的测定方法淬透性的测定方法 末端淬火法末端淬火法淬透性的表示方法淬透性的表示方法 临界直径临界直径影响淬透性的因素影响淬透性的因素 影响影响C曲线位置的因素曲线位置的因素淬透性的应用淬透性的应用 大截面零件；冷却速度小；大截面零件；冷却速度小；钢的淬硬性钢的淬硬性: 钢淬火后获得马氏体的最高硬度钢淬火后获得马氏体的最高硬度. 主要取决于钢的含碳量主要取决于钢的含碳量.二二、 回火回火1、回火目的：、回火目的：降低淬火零件的

37、脆性降低淬火零件的脆性, 减少淬火内应力减少淬火内应力; 获获得所需的机械性能得所需的机械性能; 稳定零件内部的组织及尺寸稳定零件内部的组织及尺寸2、回火种类、回火种类3、回火脆性、回火脆性应用应用组织组织低温回火（低温回火（150250C） 60 M回 硬主韧次，如刀具硬主韧次，如刀具中温回火（中温回火（350500 C）40 T回 弹性为主，如弹簧弹性为主，如弹簧高温回火（高温回火（500650 C）30 S回 强韧兼顾强韧兼顾HRC调质，调质，连杆连杆n拟制订下列工件的技术要求（硬度范围），并说明它们淬火后应进行什么温度的回火及回火后所得到的组织？1、45钢轴（要求良好的综合机械性能）2

38、、65钢弹簧（要求高的弹性极限）。3、T12钢锉刀（要求高硬度、耐磨）n拟用T10钢制车刀，其工艺路线为：锻造毛坯热处理切削加工刀具热处理磨加工1、试说明各热处理工序的名称及其作用。2、制定刀具热处理的工艺规范（加热温度、冷却介质）3、说明刀具经热处理后的组织和硬度。6 6 钢的表面热处理钢的表面热处理一、表面淬火一、表面淬火常用零件的要求常用零件的要求1、适合材料、适合材料 ：中碳结构钢：中碳结构钢 预热处理：调质或正火预热处理：调质或正火2、后处理：低温回火、后处理：低温回火3、常用加热方法：火焰加热；感应加热；、常用加热方法：火焰加热；感应加热；二、化学热处理二、化学热处理1、渗碳、渗碳

39、2、氮化、氮化3、氰化、氰化表面热表面热处理处理7 7 金属材料表面处理新技术金属材料表面处理新技术四、四、普通普通热处热处理的理的应用应用判断下列说法是否正确：判断下列说法是否正确：1）与表面淬火、氮化相比，零件经渗碳淬火低温回火）与表面淬火、氮化相比，零件经渗碳淬火低温回火后表面硬度最高。后表面硬度最高。2）零件经表面热处理后能获得硬化层最深的是表面淬）零件经表面热处理后能获得硬化层最深的是表面淬火。火。3）与渗碳淬火相比，高频表面淬火造成的零件变形小。）与渗碳淬火相比，高频表面淬火造成的零件变形小。4）氮化件表面不仅具有高硬度，而且具有耐热性、耐）氮化件表面不仅具有高硬度，而且具有耐热性

40、、耐蚀性和抗咬合性。蚀性和抗咬合性。 1、将直径、将直径5mm的的T8钢加热到钢加热到760并保温足够的时间，并保温足够的时间，问采用什么冷却工艺可以得到如下组织？问采用什么冷却工艺可以得到如下组织？ P ; S ; T ; B下下 ; T+M+A; M+A;2、说明完全退火后的、说明完全退火后的45钢试样经下列温度加热、保温、钢试样经下列温度加热、保温、并水冷得到的室温组织。并水冷得到的室温组织。 700; 760 ; 840 ; 1100 ; （注：45钢Ac1、Ac3温度分别为724、780）？3、零件要求表面硬心部韧，在下列条件下分别采用什么、零件要求表面硬心部韧，在下列条件下分别采用

41、什么方法：方法：1）45钢钢 2）20Cr 3）38CrMoAl 4）零件要求经表面热处理后变形最小。）零件要求经表面热处理后变形最小。 5）20钢制钢制的小模数齿轮，要求硬化层按齿廓均匀分布。的小模数齿轮，要求硬化层按齿廓均匀分布。 拟订下列典型零件的热处理方法及工艺路线。拟订下列典型零件的热处理方法及工艺路线。1）机床变速箱齿轮（模数为）机床变速箱齿轮（模数为4），齿面要求耐磨，齿），齿面要求耐磨，齿的心部要求强度、韧性不高；材料为的心部要求强度、韧性不高；材料为45钢。钢。2）车床主轴要求具有良好的综合机械性能，轴颈处要）车床主轴要求具有良好的综合机械性能，轴颈处要求耐磨（求耐磨（505

42、5HRC）；材料为）；材料为45钢。钢。3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能；材料为有较高的综合机械性能；材料为38CrMoAlA.4）机床主轴，要求具有良好的综合机械性能，心部韧）机床主轴，要求具有良好的综合机械性能，心部韧性好，轴颈耐磨；材料为性好，轴颈耐磨；材料为20CrMnTi。第六章第六章 工业用钢工业用钢一、碳钢的不足一、碳钢的不足1、机械性能差；、机械性能差；2、淬透性差；、淬透性差；3、抗氧化、耐腐蚀等差；、抗

43、氧化、耐腐蚀等差；二、钢中常存的杂质元素二、钢中常存的杂质元素1、对基本相的影响、对基本相的影响 铁素体：溶于铁素体，固溶强化；铁素体：溶于铁素体，固溶强化； 渗碳体：形成合金碳化物；渗碳体：形成合金碳化物；三、合金元素的作用三、合金元素的作用硅、锰、硫、磷硅、锰、硫、磷3、影响相变过程、影响相变过程加热过程：加热时减缓奥氏体化过程；阻止奥氏体晶粒长大；加热过程：加热时减缓奥氏体化过程；阻止奥氏体晶粒长大；冷却过程：影响冷却过程：影响C曲线位置，提高淬透性；影响曲线位置，提高淬透性；影响Ms、Mf位置；位置；回火转变：提高耐回火性；二次硬化；防止第二回火脆性。回火转变：提高耐回火性；二次硬化；

44、防止第二回火脆性。2、改变相图形状、位置、改变相图形状、位置 Ni, Co, Mn, N 的加入可以扩大奥氏体区；使钢在室温下具有单的加入可以扩大奥氏体区；使钢在室温下具有单向奥氏体组织。向奥氏体组织。 Cr, Mo, Si, Ti, W, Al 的加入可以减小奥氏体区；使钢在室温下的加入可以减小奥氏体区；使钢在室温下具有单向铁素体组织。具有单向铁素体组织。一、合金结构钢一、合金结构钢 合金种类合金种类常用牌号常用牌号含碳量含碳量% %合金元素作合金元素作用用常用热处理常用热处理使用组织使用组织应用应用低合金结低合金结构钢构钢Q3450.20.2提高强度提高强度F+PF+P高强度工高强度工程构

45、件程构件合金渗碳合金渗碳钢钢20CrMnTi0.20.2提高淬透性提高淬透性渗碳渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火表面表面 M M回回+ +碳化物碳化物+A大齿轮、大齿轮、齿轮轴齿轮轴合金调质合金调质钢钢40Cr0.40.4提高淬透性提高淬透性调质（淬火调质（淬火+ +高温回火）高温回火）S S回回重要轴、重要轴、齿轮齿轮合金弹簧合金弹簧钢钢65Mn0.650.65提高淬透性提高淬透性淬火淬火+ +中温中温回火回火T T回回大截面弹大截面弹簧簧滚动轴承滚动轴承钢钢GCr1511提高淬透性提高淬透性淬火淬火+ +低温低温回火回火M M回回+ +碳化物碳化物+A滚动轴承滚动轴承二、合金工具钢

46、二、合金工具钢合金种合金种类类常用牌号常用牌号含碳量含碳量% %合金元素合金元素作用作用常用热处常用热处理理使用组织使用组织应用应用低合金低合金工具钢工具钢9SiCr9SiCr0.90.9提高淬透提高淬透性性淬火淬火+ +低低温回火温回火M M回回+ +碳化物碳化物+A+A手用刀手用刀具、丝具、丝锥、板锥、板牙。牙。高速钢高速钢W18Cr4VW18Cr4V0.0.提高红硬提高红硬性（性（600600C C）淬火淬火+ +三三次高温回次高温回火火M M回回+ +碳化物碳化物A A机用刀机用刀具、钻具、钻头、铣头、铣刀。刀。合金种类合金种类常用牌号常用牌号含碳量含碳量% %合金元素合金元素作用作用常用热处常用热处理理使用组使用组织织应用应用马氏体不马氏体不锈钢锈钢4Cr134Cr130.40.4提高耐腐提高耐腐蚀性蚀性淬火淬火+ +低低温回火温回火M M回回量具、量具、医疗器医疗器械。械。奥氏体不奥氏体不锈钢锈钢1Cr18Ni91Cr18Ni90.10.1提高耐腐提高耐腐蚀性蚀性固溶处理固溶处理合金合金A A化工、化工、食品。食品。三、特殊性能钢三、特殊性能钢