金属材料与热处理(最全)ppt课件.ppt

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1、精品课程精品课程金属材料与热处理金属材料与热处理1工程材料工程材料 金属材料金属材料 非金属材料非金属材料黑色金属材料：黑色金属材料：钢和铸铁钢和铸铁 有色金属材料有色金属材料高分子材料高分子材料铜及铜合金铜及铜合金滑动轴承合金滑动轴承合金陶瓷材料陶瓷材料复合材料复合材料铝及铝合金铝及铝合金工程材料的分类工程材料的分类2当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为它具优良的使用性能和加工工艺性能。金属材料金属材料的性能的性能 使用性能使用性能 加工工艺性能加工工艺性能机械性能：强度、硬度、塑性、韧性等机械性能：强度、硬度、塑

2、性、韧性等 铸造性能：流动性、收缩性等铸造性能：流动性、收缩性等 锻造性能：压力加工成型性等锻造性能：压力加工成型性等切削加工性能：车、铣、刨、磨的切削加工性能：车、铣、刨、磨的切削量，光洁度等切削量，光洁度等 物理性能：导电、导热、电磁、膨胀等物理性能：导电、导热、电磁、膨胀等 化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等 焊接性能：熔焊性、焊缝强度、偏析等焊接性能：熔焊性、焊缝强度、偏析等 热处理性能：淬透性、回火稳定性等热处理性能：淬透性、回火稳定性等 3概述概述1.1.在实际工业中，广泛使用的不是前述的单组元材料，而是在实际工业中，广泛使用的不是前述的单组元材料，而是由

3、二组元及以上组元组成的多元系材料。多组元的加入，由二组元及以上组元组成的多元系材料。多组元的加入，使材料的凝固过程和凝固产物趋于复杂，这为材料性能的使材料的凝固过程和凝固产物趋于复杂，这为材料性能的多变性及其选择提供了可能。多变性及其选择提供了可能。2.2.二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系的工具，它已在金属、陶瓷，以及高分度、成分之间关系的工具，它已在金属、陶瓷，以及高分子材料中得到广泛的应用子材料中得到广泛的应用. .3.3.在多元系中，二元系是最基本的，也是目前研究最充分的在多元系中，二元系是最基本的，也是

4、目前研究最充分的体系。体系。4第第3 3章章 铁碳合金和铁碳相图铁碳合金和铁碳相图5本章课程目的要求本章课程目的要求 通过讲授铁碳合金相图，使学生掌握：合金相图是表示在极缓慢冷却 (或加热)条件下，不同成分的铁碳合金在不同的温度下所具有的组织或状态的一种图形。从中可以了解碳钢和铸铁的成分(含碳量)，组织和性能之间的关系。它不仅是我们选择材料和判定有关热加工工艺的依据，而且是钢和铸铁热处理的理论基础。6铁碳合金和铁碳相图铁碳合金和铁碳相图3.1 铁碳合金中的组元和基本相铁碳合金中的组元和基本相 3.2 Fe-Fe3C相图相图 3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织典型铁碳合金的平衡结晶过程及组

5、织 3.4 铁碳合金的成分组织性能关系铁碳合金的成分组织性能关系 3.5 铁碳相图在工业中的应用铁碳相图在工业中的应用7工业纯铁：工业纯铁：塑性较好，强度较低，具有铁磁性，在一般的机器制造中很少应用，常用的是铁碳合金铁素体（铁素体（F F）：）：碳溶于 -Fe中的一种间隙固溶体，体心立方晶体结构，组织和性能与工业纯铁相同奥氏体（奥氏体（A A）：）：碳溶于 -Fe中的一种间隙固溶体，具有面心立方晶体结构，塑性好，变形抗力小，易于锻造成型铁碳合金中的组元和基本相铁碳合金中的组元和基本相8渗碳体：渗碳体：铁和碳的金属化合物（即Fe3C）属于复杂结构的间隙化合物，硬而脆，强度很低，耐磨性好，是一个亚

6、稳定的化合物，在一定温度下可分解为铁和石墨9珠光体（珠光体（P）：）：铁素体和渗碳体的机械混合物，是两者呈层片相间的组织，即层片状组织特征，可以通过热处理得到另一种珠光体的组织形态10五个单相区：五个单相区：ABCD以上-液相区（L）；AHNA- 固溶体区 （ ） ；NJESGN-奥氏体区（A）；GPQ以上-铁素体区（F）；DFKL-渗碳体区（Fe-Fe3C）七个两相区（两相邻七个两相区（两相邻的单相区之间）的单相区之间）： L+,L+A,L+Fe3C,+A,F+A,A+Fe3C,F+Fe3CFe-Fe3C相图相图11恒温转变线恒温转变线包晶反应：包晶反应： HJB水平线LB H（1495）

7、AJ 包晶反应仅可能在含碳量0.090.53的铁碳合金中，其结果生成生成奥氏体 12共晶反应：共晶反应： ECF水平线AeFe3C （1148） Lc 共晶反应可在含碳量2.116.69的铁碳合金中，形成奥氏体与渗碳体 的共晶混合物，称为莱氏体，C点为共晶点，含碳量为4.3,温度1148度13共析反应：共析反应： PSK线 As FpFe3C（727）所有含碳量超过0.0218的铁碳合金均能发生共析反应。其结果形成铁素体和渗碳体的共析和渗碳体的共析混合物，称为珠光体（P）。根据杠杆定律可以求出铁素体和渗碳体的相对重量为：F（）(6.69-0.77)6.69 10088Fe3C（）1881214

8、主要转变线主要转变线15GS线线不同含碳量的合金，有奥氏体开始析出铁素体（冷去时）或铁素体全部溶于奥氏体（加热时）的转变线，常用A3表示ES线线碳在奥氏体中的固溶体。常用A cm表示，含碳量大于0.77的铁碳合金，自1148冷至727从奥氏体析出渗碳体，称二次渗碳体PQ线线碳在铁素体中的固溶线，铁碳合金由727冷却至室温时，将从铁素体析出渗碳体，称为三次渗碳体16典型铁碳合金的平衡结晶过程典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织及组织LL+AAL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CF1.纯铁纯铁(0.0218%C）2.钢钢（0.0218%2.11%C） 亚共析钢亚共析钢（ 0.0218%0.77%

9、C） 共析钢共析钢（0.77%C） 过共析钢过共析钢（0.77%C 2.11%C ） 过共晶白口过共晶白口（4.3%6.69%C ） 共晶白口铁共晶白口铁（4.3%C） 亚共晶白口铁亚共晶白口铁（2.114.3%C） 3.白口铸铁白口铸铁（2.11%6.69%C） 17LL+AAL+Fe3CA+Fe3CF+AF+Fe3CF3.3.1 共析钢共析钢3.3.2 亚共析钢亚共析钢3.3.3 过共析钢过共析钢3.3.4 共晶白口铁共晶白口铁3.3.5 亚共晶白口铁亚共晶白口铁3.3.6 过共晶白口铁过共晶白口铁3.3.7 工业纯铁工业纯铁18F工业纯铁工业纯铁F+P 亚共析钢亚共析钢P(片状片状) 共

10、析钢共析钢P（粒状）粒状）共析钢共析钢P+Fe3C过共析钢过共析钢亚共晶白口铁亚共晶白口铁P+Fe3C + Le 共晶白口铁共晶白口铁Le 过共晶白口铁过共晶白口铁Le +Fe3CI19按组织分区的铁碳合金相图按组织分区的铁碳合金相图20铁碳合金的成分组织性能铁碳合金的成分组织性能关系关系211. 亚共析钢的组织是由铁素体和珠光体组成，随含碳量的增加。其组织中珠光体的数量随之增加，因而强度、硬度也升高，塑性、韧性不断下降。2. 过共析钢的组织是由珠光体和网状二次渗碳体组成，随着钢中含碳量的增加，其组织中珠光体的数量不断减少，而网状二次渗碳体的数量相对增加，因因强度、硬度上升，而塑性、韧性值不断

11、下降。但是，当钢中 Wc0.9时，二次渗碳体将沿晶界形成完整的网状形态，此时虽然硬度继续增高，但因网状二次渗碳体割裂基体，故使钢的强度呈迅速下降趋势。至于塑性和韧性，则随着含碳量的增加而不断降低 含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响223.5 铁碳相图在工业中的应用铁碳相图在工业中的应用1、在选材方面的应用、在选材方面的应用 ：根据零件的不同性能要求根据零件的不同性能要求来合理地选择材料。来合理地选择材料。2、在铸造生产上的应用、在铸造生产上的应用：参照铁碳相图可以确定钢参照铁碳相图可以确定钢铁的浇注温度，通常浇注铁的浇注温度，通常浇注温度在液相线以上温度在液相线以上 5060。纯铁和

12、共晶白口铸。纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好铁的铸造性能最好。3、在锻压生产上的应用：、在锻压生产上的应用：锻扎温度控制在单相奥氏锻扎温度控制在单相奥氏体区体区。4、在热处理生产上的应用、在热处理生产上的应用：热处理工艺的加热温度：热处理工艺的加热温度依据铁碳相图确定依据铁碳相图确定。 2324第第4 4章章 金属及合金的塑性变金属及合金的塑性变形与再结晶形与再结晶254.1金属及合金的塑性变形金属及合金的塑性变形 4.2塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响4.3金属与合金的回复与再结晶金属与合金的回复与再结晶4.4金属的热加工金属的热加工金属及合金的塑性变形与再结晶金

13、属及合金的塑性变形与再结晶26金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形金属及合金变形的三个阶段金属及合金变形的三个阶段 三个阶段三个阶段：e: 弹性变形阶段弹性变形阶段sb: （均匀）塑性（均匀）塑性变形阶段变形阶段b: 不均匀塑性变形阶段不均匀塑性变形阶段（断裂阶段）（断裂阶段）27力学性能指标：力学性能指标： e-弹性极限弹性极限 s 屈服极限屈服极限 b强度极限强度极限断裂方式断裂方式: :根据塑变阶段长短分：脆性断裂，韧性断裂根据塑变阶段长短分：脆性断裂，韧性断裂根据断裂路径分：根据断裂路径分： 沿晶断裂，穿晶断裂沿晶断裂，穿晶断裂28单晶体金属的塑性变形单晶体金属的塑性变形 1）单晶

14、体的塑变主要是通过滑移实现的）单晶体的塑变主要是通过滑移实现的29 （1）滑移的概念切应力作用下原子面之间相对错动一个原子间距30（2）滑移线和滑移带滑移留下的痕迹（3）滑移系滑移面数与滑移方向数的乘积：晶体滑移总是沿原子最密集排列的晶面和晶向进行。不同的晶体结构中最密集排列的晶面和晶向是不同的:BCC：是（110） 滑移系数 6212FCC: 是（111） 4312 HCP：是（0001） 133滑移系数目越多，晶体越容易变形同滑移系数目，则滑移方向越多越容易变形31(4)临界分切应力临界分切应力外力在滑移面上分切应力外力在滑移面上分切应力足够大时方能滑移足够大时方能滑移=Fcos/(A/c

15、os)=(F/A)coscos=coscos仅当临才能产生滑移（5）滑移时的晶体转动滑移时的晶体转动32（6）滑移是由位错运动造成的滑移是由位错运动造成的 33孪生孪生在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。黄铜中的孪晶黄铜中的孪晶34多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形1）与单晶体塑变的异同）与单晶体塑变的异同同：都主要依靠滑移同：都主要依靠滑移异：存在不同时性；需相互协调异：存在不同时性；需相互协调2）塑变过程：）塑变过程：软取

16、向的晶粒先滑移软取向的晶粒先滑移晶界处位错塞积晶界处位错塞积产产生应力集中生应力集中相邻晶粒滑移相邻晶粒滑移 滑移系数目多越有利塑变滑移系数目多越有利塑变3）晶粒细化：）晶粒细化：强度强度，且塑韧性，且塑韧性35 晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。形抗力增大。 晶粒小晶粒小 晶界多晶界多 变形抗力大变形抗力大 强度，硬度强度，硬度（细晶强化）（细晶强化） 晶粒小晶粒小 变形分散，应力集中小变形分散，应力集中小 塑性塑性，韧性，韧性 晶粒大小与屈服强度的关系：晶粒大小与屈服强度的关系： s s= =i i+k+ky yd d(-1/2) (-

17、1/2) _霍尔配奇公式霍尔配奇公式36合金的塑性变形合金的塑性变形1）单相固溶体合金：与纯金属相近，有固溶强化单相固溶体合金：与纯金属相近，有固溶强化2）两相合金：两相合金：(i)(i)两相性能相近时两相性能相近时: :变形与多晶相似变形与多晶相似(ii)(ii)第二相硬而脆：除与相对量有关外，还与第二相硬而脆：除与相对量有关外，还与 第二相形态及分布有关第二相形态及分布有关 网状；层片状；颗粒状网状；层片状；颗粒状37合金的塑性变形1.单相固溶体的塑性变形：溶质原子的溶入导致晶格溶质原子的溶入导致晶格畸变，从而产生固容强化畸变，从而产生固容强化2.两相合金的塑性变形：1）脆性相在塑性相界面

18、上分布导致合金强度、塑性脆性相在塑性相界面上分布导致合金强度、塑性下降；（网状二次渗碳体）下降；（网状二次渗碳体）2 2）脆性相以片层状在塑性相基体上分布导致合金强）脆性相以片层状在塑性相基体上分布导致合金强化（珠光体）；化（珠光体）；3 3）脆性相以颗粒状在塑性相基体上弥散分布导致合）脆性相以颗粒状在塑性相基体上弥散分布导致合金强化。金强化。384.2 塑性变形对金属组织和性塑性变形对金属组织和性能的影响能的影响对组织结构的影响对组织结构的影响 1）组织：）组织： 晶粒变形，如图所示晶粒变形，如图所示 （ 可能产生各向异性）可能产生各向异性）392）亚）亚结构：位错密度增加，形成位错胞结构：

19、位错密度增加，形成位错胞 （加工硬化）加工硬化） 可能会产生变形织构（可能会产生变形织构（ 各向异性）各向异性）40对内能的影响对内能的影响产生残余内应力产生残余内应力 1）残余内应力的含义：）残余内应力的含义：2）残余内应力的形式：宏观内应力；微观内应力；）残余内应力的形式：宏观内应力；微观内应力；晶格畸变能晶格畸变能3）残余内应力对性能影响：）残余内应力对性能影响： 一般有害：变形、开裂、应力腐蚀一般有害：变形、开裂、应力腐蚀 有利方面：畸变能有利方面：畸变能强度强度 表面残留压应力表面残留压应力接触疲劳寿命接触疲劳寿命41对性能的影响对性能的影响 1）加工硬化：加工硬化：利：利： 强化手

20、段；强化手段； 提高塑性成形性（冷拉）；提高塑性成形性（冷拉）； 提高安全提高安全性性弊：弊：使进一步加工难使进一步加工难 （阻力大，开裂）（阻力大，开裂）2）各向异性各向异性：有利有弊有利有弊3）物理、化学性能物理、化学性能：电阻增加，耐蚀性下降电阻增加，耐蚀性下降42金属与合金的回复与再结晶金属与合金的回复与再结晶变形金属加热时的组织转变变形金属加热时的组织转变 43回复回复1）特征：）特征：温度低，光学显微组织未变化，亚结构发生温度低，光学显微组织未变化，亚结构发生了变化（位错、点缺了变化（位错、点缺 陷密度降低，甚至出现亚晶界，三陷密度降低，甚至出现亚晶界，三个阶段）个阶段）2）性能：

21、）性能：力性变化不明显（强硬度到高温回复阶段有所力性变化不明显（强硬度到高温回复阶段有所 降低，但不大）降低，但不大） 内应力部分消除内应力部分消除 导电率升高导电率升高44再结晶再结晶 1）特征：）特征：温度较回复更高（纯金属：温度较回复更高（纯金属：TR0.4TmTR0.4Tm），），重新形核长大，无畸变的新晶粒完全取代旧晶粒重新形核长大，无畸变的新晶粒完全取代旧晶粒2）性能：）性能：强硬度显著降低，塑韧性显著提高（变形强硬度显著降低，塑韧性显著提高（变形 前水平），前水平），内应力完全消除。内应力完全消除。3）结晶驱动力：）结晶驱动力：塑性变形贮存的能量塑性变形贮存的能量4）再结晶温度：

22、）再结晶温度： 取决于材料、合金成分、变形度、取决于材料、合金成分、变形度、 加热速度等加热速度等45预变形度的影响预变形度的影响46晶粒长大晶粒长大机制：机制：界面能降低是驱动力界面能降低是驱动力类型：类型：均匀长大均匀长大 异常长大（二次再结晶）异常长大（二次再结晶）性能：性能：强硬度进一步降低，塑韧性提高，但若严重粗化则降低强硬度进一步降低，塑韧性提高，但若严重粗化则降低控制：控制：通过变形度、温度、时间的控制，防止过分长大通过变形度、温度、时间的控制，防止过分长大47回复退火与再结晶退火回复退火与再结晶退火1 1）温度）温度 2 2）目的）目的 3 3）再结晶退火晶粒度的控制）再结晶退

23、火晶粒度的控制 加热温度和保温时间加热温度和保温时间 冷变形度。冷变形度。 一般：变形度一般：变形度畸变能畸变能细化细化 不能太大或太小不能太大或太小 48金属的热加工金属的热加工热加工的概念热加工的概念1）定义定义： 再结晶温度是冷热加工的分界点再结晶温度是冷热加工的分界点 热加工是指再结晶温度以上进行的变形过程热加工是指再结晶温度以上进行的变形过程 注意冷热的概念：注意冷热的概念：W:1000, Sn:20W:1000, Sn:202）现象现象：同时存在硬化和软化现象同时存在硬化和软化现象动态硬化、动态动态硬化、动态软化软化,热加工因再结晶而及时消除了加工硬化热加工因再结晶而及时消除了加工

24、硬化.3）应用应用49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1 1）可改善铸态组织，提高机械性能：焊合气孔、疏松；碎化）可改善铸态组织，提高机械性能：焊合气孔、疏松；碎化柱状晶和粗大柱状晶和粗大 碳化物；细化晶粒碳化物；细化晶粒 2 2）可能会出现纤维组织：夹杂物、第二相、偏析沿变形方向）可能会出现纤维组织：夹杂物、第二相、偏析沿变形方向被拉长及分布，利弊。被拉长及分布，利弊。3 3）可能会出现带状组织）可能会出现带状组织 50热加工金属晶粒组织控制热加工金属晶粒组织控制1 1）温度范围：始锻：固相线以下）温度范围：始锻：固相线以下100-200100-200 终锻：终锻：0

25、.6Tm0.6Tm以上以上 2 2）变形量）变形量 3 3）锻后冷却）锻后冷却 51第第5 5章章 钢的热处理钢的热处理52热处理的概念热处理的概念5.1钢在加热时的转变钢在加热时的转变5.2钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变5.3钢的普通热处理钢的普通热处理5.4钢的表面热处理钢的表面热处理5.5钢的化学热处理钢的化学热处理钢的热处理钢的热处理53把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。545.15.1钢在加热时的转变钢在加热时的转变临界温度临界温度 平衡时：平衡时：A1、 A3、A

26、cm加热时：加热时：Ac1、 Ac3、Accm 冷却时：冷却时：Ar1、Ar3、ArcmA1A3Acm551奥氏体的形成奥氏体的形成 Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。原子扩散和晶格改变的过程。共析钢加热到共析钢加热到AcAc1 1 以上时，以上时， P A P A 共析钢共析钢A A化过程化过程 形核形核 、长大、长大、 FeFe3 3 C C 完全溶解、完全溶解、C C 的均匀化。的均匀化。亚（过）析钢的亚（过）析钢的A A化化 P P A A ，首先是，首先是先共析先共析 F F 或或 FeFe3 3C C 溶解溶解。56影响影响A转变速度的因素转变速度的因素加热温度和速度加热温度和速度

27、 转变快转变快C%C%或或 FeFe3 3 C C片间距片间距 界面多，形核多界面多，形核多 转变快转变快合金元素合金元素 A A化速度化速度或或A 晶粒度：起始晶粒度晶粒度：起始晶粒度 实际晶粒度实际晶粒度 本质晶粒度本质晶粒度加热温度，保温时间加热温度，保温时间 晶粒尺寸晶粒尺寸合金碳化物合金碳化物，C% C% 晶粒尺寸晶粒尺寸575.25.2钢在冷却时的转变：钢在冷却时的转变：1 1过冷过冷A A的等温转变的等温转变2 2过冷过冷A A的连续冷却的连续冷却转变转变581. 1. 过冷过冷A A的等温转变的等温转变过冷过冷A :T S T珠光体珠光体 P ，3800索氏索氏体体 S 800

28、0屈氏体屈氏体 T 800061中温转变（中温转变（550 MS） C原子扩散，原子扩散， Fe原子不扩散原子不扩散过冷过冷A A 贝氏体贝氏体 B B（碳化物碳化物 + + 含过饱和含过饱和C C的的F F ）：上：上B B，550 350550 350产产物物 羽毛状，小片状羽毛状，小片状FeFe3 3C C分布在分布在F F间。上间。上B B 强度和韧性差强度和韧性差光学显微照片光学显微照片 1300 电子显微照片电子显微照片 500045钢，上钢，上B+下下B，400 62下下B， 350 MS 产物：下产物：下B 韧性高，综合机械性能好。韧性高，综合机械性能好。 F F 针内定向分布

29、着细小针内定向分布着细小FeFe2.42.4C C颗粒颗粒电子显微照片电子显微照片 12000 12000T8T8钢，下钢，下B B，黑色针状黑色针状光学显微照片光学显微照片 400400 63马氏体（马氏体（M）转变特点转变特点 1) 无扩散无扩散Fe Fe 和和 C C 原子都不进行扩散，原子都不进行扩散，M M是是体心正方体心正方的的C C过饱和的过饱和的F F，固溶强化显著。固溶强化显著。2) 瞬瞬时性时性M M 的形成速度很快，的形成速度很快，温度温度则则 转变量转变量3) 不彻底不彻底M M 转变转变总要残留少量总要残留少量 A A，A A中的中的C%C% 则则 M MS S、M

30、Mf f ，残余，残余A A含量含量4) M M形成时体积形成时体积，造成很大内应力。造成很大内应力。64M 的形态的形态C% 1.0 % 时，为时，为针状针状M 。C% = 0.251.0 % 时，为时，为混合混合M 。Fe-1.8C，冷至，冷至-100Fe-1.8C，冷至，冷至-6065M 的性能的性能C % M 硬度硬度针状针状M 硬度高，塑韧性差。硬度高，塑韧性差。板条板条M 强度高，塑韧性较好。强度高，塑韧性较好。66亚亚（过）（过）共析钢共析钢过冷过冷A A的等温转变的等温转变01时间/sT/A1100200300400500600700800-100100101010102345

31、AABAPBPM+AMfMs01时间/sT/100200300400500600700800-100100101010234AABAPBP+FM+AA3AFA+FMfMsA101时间/sT/A1100200300400500600700800-100100101010235AMsMfABAPBP+Fe3CM+AAcmAFe3CA+Fe3C104与共析钢相比，与共析钢相比，C曲线左移，曲线左移，多一条过冷多一条过冷AF （Fe3C）的转变开始线，且的转变开始线，且Ms、Mf 线上线上（下）（下）移。移。672. 2. 过冷过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变连续冷却连续冷却 转变转变(CCT)

32、曲线曲线Ps AP 开始线开始线Pf AP 终止线终止线KK P型转变终止线型转变终止线Vk 上临界冷却速度上临界冷却速度Vk 下临界冷却速度下临界冷却速度 MS A M 开始温度开始温度 Mf A M 终止温度终止温度68连续冷却连续冷却 转变产物转变产物CCT 和和 TTT曲线的比较曲线的比较CCT 位于位于 TTT曲线曲线 右下方右下方CCT中没有中没有 AB 转变转变炉冷炉冷 P (V )空冷空冷 S (V Vk)油冷油冷 T+M+A (Vk Vk) 水冷水冷 M+A (VVk)69亚共析钢亚共析钢 连续冷却转变连续冷却转变炉冷炉冷 F + P空冷空冷 F + S油冷油冷 T + M水

33、冷水冷 M70过共析钢过共析钢 连续冷却转变连续冷却转变炉冷炉冷 P + Fe3C空冷空冷 S + Fe3C油冷油冷 T + M + A水冷水冷 M + A71转变温度转变温度 对共析钢对共析钢 硬度硬度 和和 韧性韧性 的影响的影响按转变温度的高低，按转变温度的高低，转变产物分别是：转变产物分别是：P、S、T，上上B、下下B、M，其硬度依次增加。其硬度依次增加。72钢的普通热处理钢的普通热处理1 1退火退火2 2正火正火3 3淬火淬火4 4回火回火731 1退火退火加热、保温后，缓冷加热、保温后，缓冷( (炉冷炉冷) ) 近平衡组近平衡组织织 P（ + F 或或 Fe3CII ）完全退火完全

34、退火（亚共析钢）（亚共析钢）加热温度加热温度 AcAc3 3 + + 20203030缓冷缓冷 F + P目的：目的：细化晶粒，均匀化组织细化晶粒，均匀化组织降低硬度降低硬度 切削性切削性等温退火：等温退火：等温转变等温转变F + P，再缓冷再缓冷球化退火球化退火（过共析钢）（过共析钢）在在AcAc+ + 20203030等温，等温， 使使Fe3C球化，球化，再缓冷再缓冷 球状球状P（F +球状球状Cm）目的：目的：硬度硬度, ,切削性切削性, ,韧性韧性74扩散退火扩散退火 加热至略低于固相线加热至略低于固相线 目的：使成分、组织均匀目的：使成分、组织均匀再结晶退火：再结晶退火： 加热温度加

35、热温度 TR + 3050目的：消除加工硬化目的：消除加工硬化去应力退火去应力退火 加热温度加热温度 Ac1 ， 一般为一般为 500650目的：目的：消除冷热加工后的内应力消除冷热加工后的内应力75正火正火 应用：应用： 1) 钢的最终热处理钢的最终热处理 细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)% 强度、韧性、硬度强度、韧性、硬度 2) 预先热处理预先热处理 淬火、球化退火前改善组织。淬火、球化退火前改善组织。 3) 增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。加热温度加热温度 Ac3 ( Accm ) + 3050，

36、空冷空冷 S （ + F 或或 Fe3CII ）763 3淬火淬火（蘸火）（蘸火）加热到加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却以上，保温，快速冷却 M 。淬火温度淬火温度1) 亚共析钢亚共析钢 Ac3 + 3050 2) 过共析钢过共析钢 Ac1 + 3050 ， M + Fe3CII + A ，硬度大。硬度大。 A中中C% M 脆性脆性 ，残余，残余A% 淬火温度低淬火温度低 M细小，淬火应力小。细小，淬火应力小。77冷却介质冷却介质冷却速度：冷却速度： 盐水盐水 水水 盐浴盐浴 油油淬火方法淬火方法单介质淬火：水、油冷单介质淬火：水、油冷双介质淬火：水冷双介质淬火：水冷 + 油冷油冷分级

37、淬火：分级淬火： Ms盐浴中均温空冷盐浴中均温空冷等温淬火（等温淬火（ 在盐、碱浴中）在盐、碱浴中） 下下B 78钢的淬透性钢的淬透性淬火时得到淬火时得到M的能力，取决的能力，取决于临界冷却速度于临界冷却速度VK 。淬透性的应用淬透性的应用 按负载，选择不同淬透性的材料。按负载，选择不同淬透性的材料。淬硬性淬硬性：淬火后获得的最高硬度，：淬火后获得的最高硬度，C%淬硬性淬硬性影响淬透性的因素影响淬透性的因素 除除Co外，合金使外，合金使VK , 淬透性淬透性(a)完全淬透完全淬透 (b)淬透较大厚度淬透较大厚度 (c)淬透较小厚度淬透较小厚度 淬透性不同的钢调质后机械性能的比较淬透性不同的钢调

38、质后机械性能的比较 794 4回火回火淬火后，加热到淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。以下，保温，冷却。目的：消除淬火应力，调整性能。目的：消除淬火应力，调整性能。低温回火（低温回火（150250） 回火回火M ( 过饱和过饱和F +薄片状薄片状Fe2.4C ) + A 淬火应力淬火应力 ，韧性，韧性 ，保持淬火后的高硬度。，保持淬火后的高硬度。用于高用于高C工具钢等。工具钢等。中温回火（中温回火（350500） 回火回火T (F +细粒状细粒状Cm ) 弹性极限和屈服强度弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等，韧性和硬度中等。用于用于弹簧等。弹簧等。高温回火（高温回火（500650） 回火回

39、火S (等轴状等轴状F +粒状粒状Cm ) 综合机械性能最好综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都较好即强度、塑性和韧性都较好。用于用于重要零件。重要零件。 调质处理调质处理 淬火淬火 + 高温回火高温回火80回火产物的组织形态比较回火产物的组织形态比较 回火回火M 400 回火回火T 7500回火回火S 7500M低倍低倍 T 1000 S 1000 81回火时性能的变化回火时性能的变化 回火温度回火温度 硬度、强度硬度、强度 ， 塑性塑性 82钢的表面热处理钢的表面热处理表面淬火表面淬火 不改变心部组织，利用快速加热将表层不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。化后进行淬火。目

40、的目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。感应加热表面淬火感应加热表面淬火交变磁场交变磁场 感应表面电流感应表面电流 表面加热表面加热特点特点1) 加热速度快，晶粒度小，硬度加热速度快，晶粒度小，硬度，脆性，脆性2) 表层残余压应力表层残余压应力 提高疲劳强度提高疲劳强度3) 不易氧化、脱碳、变形小。不易氧化、脱碳、变形小。4) 加热温度和淬硬层厚度容易控制。加热温度和淬硬层厚度容易控制。火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火（乙炔氧等火焰）（乙炔氧等火焰）设备简单，但生产率低。设备简单，但生产率低。83钢的化学热处理钢的化学热处理将工件置于特定的介质中加热

41、、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。，以改变表层的化学成分、组织和性能。分类分类 渗渗 C C、N N化、化、C C N N共渗、渗硼、渗铬、渗共渗、渗硼、渗铬、渗AlAl等等。84钢的渗钢的渗 C C 气体、固体渗气体、固体渗 C C低低C钢在高钢在高C介质中加热到介质中加热到900950、保温、保温 高碳表层（约高碳表层（约1.0%） 目的：表面硬度，耐磨性目的：表面硬度，耐磨性 ，心部保持一定的强，心部保持一定的强度和塑韧性。度和塑韧性。85渗碳后的的热处理渗碳后的的热处理 淬火淬火直接

42、淬火直接淬火 晶粒粗大，残余晶粒粗大，残余A多，耐磨性低，变形大。多，耐磨性低，变形大。一次淬火一次淬火 加热温度加热温度Ac3以上（心部性能以上（心部性能 ）或）或 Ac1以上（表面性能以上（表面性能 ）二次淬火二次淬火 Ac3以上（心部性能以上（心部性能 ）+ Ac1以上（表面性能以上（表面性能 ）低温回火低温回火, 150200，消除淬火应力，提高消除淬火应力，提高韧性。韧性。86钢的氮化钢的氮化工件表面渗入工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。氮化温度低氮化温度低(500600)，时间长（，时间长（2050h），），渗层薄

43、。渗层薄。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。87小结小结重点要求重点要求1. 1. A A等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组织形态织形态 、性能间的关系。、性能间的关系。2. A2. A连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组织和性能的影响。织和性能的影响。3. 3. 四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。一般要求一般要求1. 1. A A晶粒长大的影响因素及控制方法。晶粒长大的影响因素及控制方法。 2. 2. 非共析钢非共析钢C C曲线的特点；淬透性的概念

44、。曲线的特点；淬透性的概念。 3. 3. 钢的表面淬火；化学热处理。钢的表面淬火；化学热处理。88“ 钢的热处理钢的热处理 ” 练习题练习题1. 共析钢加热到相变点以上，用共析钢加热到相变点以上，用图图1 的冷却曲线冷却，各应得到什么组织的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？各属于何种热处理方法？（工程材料习题与辅导，（工程材料习题与辅导，P14，第第26题题 ）2. T12钢加热到钢加热到Ac1以上，用以上，用图图2 的各种方法冷却，分析其所得到的组织。的各种方法冷却，分析其所得到的组织。 （旧版旧版工程材料习题与辅导，工程材料习题与辅导，P 23 ，第第22题题 ）3.

45、残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余奥氏体的数量？奥氏体的数量？思考题思考题1. 淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性和淬透性的因素是什么？淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性和淬透性的因素是什么？2. 淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？89“ 钢的热处理钢的热处理 ” 练习题练习题9091第第6 6章章 合金钢合金钢926.1概述概述6.2合金钢的分类和编号合金钢的分类和编号6.3合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用6.4合金结构钢合金结构钢6.5合金工具钢合

46、金工具钢合金钢合金钢93碳素钢品种齐全，冶炼、加工成型比较简单，价格低廉碳素钢品种齐全，冶炼、加工成型比较简单，价格低廉。经过一定的热处理后，其力学性能得到不同程度的改。经过一定的热处理后，其力学性能得到不同程度的改善和提高，可满足工农业生产中许多场合的需求。但是善和提高，可满足工农业生产中许多场合的需求。但是碳素钢的淬透性比较差，强度、屈强比、高温强度、耐碳素钢的淬透性比较差，强度、屈强比、高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性和磁性等也都比较低，它的应磨性、耐腐蚀性、导电性和磁性等也都比较低，它的应用受到了限制。因此，为了提高钢的某些性能，满足现用受到了限制。因此，为了提高钢的某些性能，满足现

47、代工业和科学技术迅猛发展的需要，人们在碳素钢的基代工业和科学技术迅猛发展的需要，人们在碳素钢的基础上，有目的地加人了锰、硅、镍、钒、钨、钼、铬、础上，有目的地加人了锰、硅、镍、钒、钨、钼、铬、钛、硼、铝、铜、氮和稀土等合金元素，形成了合金钢钛、硼、铝、铜、氮和稀土等合金元素，形成了合金钢。合金元素的加入，不但会对钢中的基本相、。合金元素的加入，不但会对钢中的基本相、FeFeFeFe，C C相图和钢的热处理相变过程产生较大的影响，同时还相图和钢的热处理相变过程产生较大的影响，同时还改变了钢的组织结构和性能，合金元素在钢中的作用是改变了钢的组织结构和性能，合金元素在钢中的作用是一个非常复杂的物理、

48、化学过程。一个非常复杂的物理、化学过程。 946.2 合金钢的分类和编号合金钢的分类和编号6.2.1 合金钢的分类合金钢的分类6.2.1.1按合金钢的用途分类按合金钢的用途分类 (1)合金结构钢合金结构钢 主要用于制造重要的机械零部件和工程结构件的钢。包主要用于制造重要的机械零部件和工程结构件的钢。包括普通低合金钢、易切削钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、括普通低合金钢、易切削钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。滚动轴承钢等。 (2)合金工具钢合金工具钢 主要用于制造重要工具的钢，包括刃具钢、模具钢、量主要用于制造重要工具的钢，包括刃具钢、模具钢、量具钢等。具钢等。 (3)特殊性能钢特殊性能钢

49、 主要用于制造有特殊物理、化学、力学性能要求的钢主要用于制造有特殊物理、化学、力学性能要求的钢，包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。，包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。956.2.1.2 按合金元素的含量分类按合金元素的含量分类碳钢：碳钢： (1)(1)低碳钢低碳钢: 0.25: 0.25c c (2) (2)中碳钢中碳钢: 0.25-0.6: 0.25-0.6c c (3) (3)高碳钢高碳钢: 0.6: 0.6c c合金钢：合金钢： (1)(1)低合金钢：钢中合金元素总的质量分数低合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe5WMe5。 (2)(2)中合金钢：钢中合金元素总的质量分数中合金钢：钢中合金元素

50、总的质量分数WmeWme：5 51010。 (3) (3)高合金钢：钢中合金元素总的质量分数高合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe10WMe10。966.2.1.3 按平衡状态或退火组织分类按平衡状态或退火组织分类可以分为可以分为: 亚共析钢亚共析钢 共析钢共析钢 过共析钢和莱氏体钢过共析钢和莱氏体钢 976.2.2合金钢的牌号表示方法合金钢的牌号表示方法6.2.2.1 合金结构钢的牌号表示方法合金结构钢的牌号表示方法 根据国家标准的规定，合金结构钢的牌号用根据国家标准的规定，合金结构钢的牌号用“两位数字两位数字+ +元素符元素符号十数字号十数字”表示。元素符号前两位数字表示钢的平均碳质量分