工程材料及机械制造基础.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作第二章 金属的晶体结构（1）、晶体结构的基本概念： 1、金属的晶体结构：金属材料内部的原子排列的规律，决定着材料的显微组织特性和材料的宏观性能。 2、晶格：用于描述原子在晶体中排列规律的三维空间集合点阵。 3、晶胞：晶格中存在能够代表晶格特征的最小集几何单元。 4、晶格参数：用来描述晶胞大小与形状的几何参数，包括晶胞的三个棱边长度a、b、c和三个棱边夹角A、B、R，共六个参数。 5、晶格常数：决定晶胞大小的三个棱长。（2）、金属中常见的晶格：1、 体心立方晶格2、 面心立方晶格3、 密排六方晶格（3）、晶格的致密度：1、致密度：每个晶胞中原

2、子所占的总体积与晶胞的体积之比。（4）、晶粒与亚晶粒：1、晶粒：晶格位向基本一致的区域，并有边界与邻区分开就称为一个晶粒。2、晶界：晶粒之间原子排列不规则的区域。3、晶粒大小决定因素：出取决于金属种类外，主要取决于结晶条件和热处理工艺。4、“为无向性”（5）、晶体缺陷：1、凡是原子排列不规则的区域都是晶体缺陷。2、点缺陷：以一个点为中心，在它的周围造成原子排列不规则，产生晶格畸变和内应力的晶体缺陷。主要有间隙原子、置换原子、晶格空位三种。 a、正畸变：大直径原子置换引起晶格局部“撑开”现象。 b、负畸变：小直径原子置换引起晶格局部“靠拢”现象。c、点缺陷处于不断变化和运动之中，位置随时在变。是

3、原子扩散的一种主要方式，也是金属在固态下“相变”和化学热处理工艺的基础。3、线缺陷：主要是指各种形式的位错。 a、位错：晶体中某一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。 b、刃形位错，位错线，正负刃形位错。 c、位错密度：单位体积内位错线的长度。塑性变形中，位错密度大幅增加。退火可使位错密度降到最低值，淬火可使位错密度有所增加。 d、金属材料受外力作用能够产生宏观塑性变形的实质，主要都是位错在微观上运动结果。4、面缺陷：晶界和亚晶界。 a、面缺陷是有一定厚度的原子排列不规则的过渡带，其厚度取决于晶格位向差的大小及晶体的纯度。晶格位向差愈小、纯度越高、面缺陷越薄、反之越厚。（6）、合金基本概念：

4、1、合金：一种金属元素与另外一种或多种金属或非金属元素，通过熔炼或烧结等方法所形成的具有金属性质的新金属材料。2、组元：组成合金的最基本的、能独立存在的物质，简称元。组成合金的各个化学元素及稳定的化合物都是组员。合金中有几种组元就称之为几元合金。3、合金系：有相同组元，而成分比例不同的一系列合金。4.、相：凡是化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分隔开来的一个均匀区域。一个相中可以有多个晶粒，但是一个晶粒之中只能是同一个相。5、显微组织：在显微镜下看到的相和晶粒的形态、大小和分布。6、相组成物：合金显微组织中的基本相。7、组织组成物：由基本相组成的单相组织和共晶体等基本组织。8、基本组织

5、：由一个单独的相构成的单相组织和由两个以上的相按一定比例组成的机械混合物，如：共析体，共晶体等。（7）、合金相结构：1、固溶体：合金结晶成固态时，含量少的组元（溶质）原子分布在含量多的组元（溶剂）晶格中形成一种与溶剂有相同晶格的相，称为固溶体。 a、固溶体与溶剂有相同晶格结构。 b、固溶体分类： （a）、间隙固溶体、置换固溶体 （b）、有序固溶体、无序固溶体 （c）、有限固溶体、无限固溶体 c、间隙固溶体都是有限固溶体，无限固溶体都是置换固溶体，有序固溶体都是置换固溶体。 d、影响固溶体溶解度的主要因素：原子直径因素、负电性因素、电子浓度因素、晶体结构因素、温度因素。 e、固溶强化：通常把溶入

6、元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 f、强化方法：固溶强化、细晶强化、第二弥散强化、热处理相变强化、加工硬化等。（8）、金属化合物：1、在合金中，当溶质组元的质量分数超过固溶体的溶解度将会产生新相。这一新相可能是以另一组元为溶剂的另一种固溶体。2、金属化合物：具有金属性质的化合物。3、第二相弥散强化：在合金中，金属化合物若以细小的粒状均匀分布在固溶体相的基体上会使合金的强度、硬度进一步提高的现象。第三章 金属的结晶与二元合金相图（1）、铸态组织：1、铸态组织：结晶之后得到的金属材料的显微组织。2、铸态组织决定着铸态材料的使用性能和加工工艺性能。（2）、金属结晶温度与过冷现象：1、液

7、态金属的冷却过程可以用热分析法测出冷却曲线。2、过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。金属的结晶都是在达到一定的过冷度后才进行的，这种现象称为过冷现象。3、过冷度大小主要取决于金属液的冷却速度和金属液中杂质的含量。冷却速度越大，金属纯度越高，过冷度越大。 4、结晶条件：动力学条件（自由能差或是过冷度）、热力学条件（足够的温度）、结构条件。（3）、金属的结晶：1、过程包括成核和长大，两过程同时进行。2、成核：均匀成核（自由成核）、非均匀成核。 a、均匀成核（自发成核）：在均匀的液态母相中自发地形成新晶核的过程。过冷度越大越易自发成核。 b、非均匀成核（非自发成核）：凡是依附于母相中某种现成界面

8、而成核的过程。 c、均匀成核和非均匀成核在金属结晶中同时存在。3、成核率（N）：单位时间和单位母相体积内所形成的晶核数目，表示了母相在相同条件下长生晶核的能力。成核率越大，结晶后晶体中的晶粒越细小。4、长大线速度（C）：单位时间晶核界面向母相推进的距离。5、晶核长大方式：“生长台阶”形式长大、枝晶形式长大。6、晶粒度：单位截面积内晶粒数目，表示了晶粒的大小。7、细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。8、结晶时冷却速度越大，得到的晶粒越细小。（4）、细化晶粒主要方式：1、提高冷却速度（提高过冷度）。2、变质处理（用于大铸件）。3、振动搅拌。（5）、铸锭铸态组织机缺陷：1、表层细晶

9、区： a、表层组织细密，力学性能好，但是很薄，对整个铸锭性能影响不大。2、柱状晶区： a、柱状晶区有明显的各向异性。 b、在铸造工艺上，常采用振动方法来破坏柱状晶区的形成和长大，也常采用变质处理来阻碍柱状晶长大，并促进中心等轴晶区的扩大来减少柱状晶区。 c、避免金属液过热浇注也会防止柱状晶区长大。3、中心等轴晶区： a、对钢锭来说，一般是希望等轴晶区越大越好。4、柱状晶区的长度和等轴晶区的尺寸主要取决于浇注温度和合金元素。随浇注温度升高柱状晶长度增加，等轴晶区尺寸增大；合金元素增加可使柱状晶长度减短，等轴晶粒尺寸减小。5、提高浇注温度、加快冷却速度或采用定向冷却散热方法，并较少液体中产生非自发

10、晶核等条件则有利于柱状晶区的形成和扩展。反之，有利于等轴晶区的形成和扩展。（6）、二元合金相图：1、相图是在平衡状态下测画出来的，又称合金的平衡状态图。2、匀晶相图：对于合金组元在液相和固相下均能无限互溶，结晶时只能结晶出单相固溶体组织，这种合金系的相图就是匀晶相图。 a、匀晶转变：由液相直接结晶成单相固溶体的结晶转变。 b、在不同温度下刚刚结晶出来的固相的化学成分是不同的，其变化规律沿着固相线变化，剩余液相化学成分也相应沿着液相线变化。 c、晶内偏析：在实际生产中冷却速度较快，原子扩散迁移滞后于结晶，固相化学成分的均匀性得不到保证。这时就会出现在一个晶粒内，各处成分的不均匀现象。以枝晶方式结

11、晶，所以又称枝晶偏析。 d、在低于固相线100-200的温度下进行较长时间的加热，通过原子的相互扩散而使成分趋于均匀，消除枝晶偏析。此法称作均匀话退火，又称扩散退火。3、杠杆定律：适用于任何二元相图的任何一个两相区中相的相对质量百分数的计算。4、共晶相图：在二元合金系中，组元在液相时无限互溶，在固相时则优先互溶，并且结晶过程中以共晶转变为主的相图。 a、共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定的温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的相图。 b、共晶体：同时结晶出来的两种固相机械地混合在一起，形成有固定化学成分的基本组织。c、共晶转变过程中L、三相可以同时存在。d、二次固溶体

12、：不是直接从液相中结晶出来的固溶体。尽管其化学成分和晶格结构与直接从液相中结晶出来的在同样温度下是完全一样的，但是其形态和分布有所不同，对材料的性能影响也有所不同，故要加以下标以示区别。e、体积质量偏析：由于体积质量的原因而引起的铸件成分偏析的现象。其偏析不是在一个晶粒之内，而是在一个铸件的宏观部位上出现偏析。两组元体积质量差别越大，引起的体积质量偏析越严重。结晶温度区间越大的合金，固液两相共存的时间也越长，得到上浮或下浮的时间也越长，体积质量偏析越严重。冷却速度越慢也会造成同样的后果。f、体积质量偏析一旦产生，用热处理方法也不能消除。尽量选用靠近共晶点成分的合金以减小结晶温度区间；结晶时冷却

13、速度尽量快些，浇注时注意用搅拌以破坏线共晶相的上浮或下浮。5、包晶相图：两组元哎液相时无限互溶而在固相下有限固溶，并在合金结晶时以包晶转变为主的合金相图。 a、包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相和一定成分的液相相互作用产生一种新固相的结晶转变。 b、包晶偏析：包晶转变是很慢的，在实际生产中由于冷却速度不可能非常慢，因此也会产生成分的偏析。这种由于包晶转变不能充分完成而产生的化学成分不均匀的现象。 c、包晶偏析课以通过扩散退火得到减轻或是消除。（7）、合金相图和性能的关系：1、合金的性能取决于合金的化学成分和它的显微组织。2、固溶体合金的性能主要取决于组元的性质和溶质元素的浓度。3、固溶体

14、合金不适合作铸件使用，而适宜作铸锭然后轧制成材使用。4、共晶合金系的压力加工工艺差，切切削工艺性好，其铸造性能与具体的合金组织中共晶体所占比例有关。共晶体越多铸造工艺性越好，共晶成分的合金铸造工艺性最好。第五章 铁碳合金相图及碳素钢（1）、同素异晶转变：1、同素异构转变：金属在结晶成固态之后继续冷却的过程中晶格类型随温度下降而发生转变的现象，又称同素异晶转变。 a、同素异晶转变也是通过成核长大的过程来完成原子重新排列的，也是一种结晶过程，也有结晶潜热产生。 b、同素异晶转变也被称为重结晶，是一种固态相变。 c、因为Fe具有这种同素异晶转变才使得钢也存在多种固体相变，也是钢可以进行各种热处理的基

15、础。（2）、铁碳合金中的相：1、碳在Fe-C合金中存在形式：固溶到铁晶格间隙中的固溶碳、与Fe形成间隙化合物的化合碳、游离在Fe-C合金中的游离碳。2、铁素体：碳原子固溶到Fe中形成的间隙固溶体。代号为F或。（在室温时常作为基体相存在）3、奥氏体：碳原子固溶到-Fe中所形成的间隙固溶体。代号为A或。（热变形加工所需要的相，一般不存在与室温）4、渗碳体：铁与碳形成的间隙化合物。分子式。（常作为第二相弥散强化的强化相）5、石墨：Fe-C合金中游离存在的碳。代号为G。6、液相：铁碳合金在液态时。代号L。（3）、基本组织：1、共析转变：在某一恒定温度时，一定成分的固相有重新结晶成两个不同的固相的机械混

16、合物。 a、共析体：共析转变产生的机械混合物，铁素体F+渗碳体。代号为P，命名为珠光体。 b、=0.77%，T=727。2、共晶转变：在某一恒定温度时，一定成分的液相结晶成两个不同的固相的机械混合物。 a、共晶体：共晶转变产生的机械混合物，奥氏体A+渗碳体。代号为，命名为高温莱氏体。 b、=4.3% ，T=1148。 c、在T=727。以下高温莱氏体又发生转变，成为低温莱氏体，又称变态莱氏体，P+，代号为。（4）、渗碳体：1、从液相中直接结晶出来的称为一次渗碳体，记为。2、从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，记为。3、从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体，记为。4、，以及P和中的渗碳体，它们

17、本身并无区别，都是有相同的化学成分、晶格结构和性质。只是出处不同并且由此造成其形态、大小以及在合金中的分布等情况有所不同。因此，对合金的性能也有不同影响。（5）、铁碳合金相区：1、单相区有五个：L、A、F、。2、双相区有七个：+L、+A、A+L、L+、A+、A+F、F+。3、三相区有三个，三条水平线：L+A（包晶线）、L+A+（共晶线）、A+F+（共析线）。体nG（6）、铁碳合金分类：1、工业纯铁：0.02%2、碳素钢：0.02%2.11% 共析钢：=0.77% 亚共析钢：0.02%0.77% 过共析钢：0.77%2.11%4、 白口铸铁： 2.11%6.69%共晶白口铸铁：=4.3% 亚共晶

18、白口铸铁：2.11%4.3%过共晶白口铸铁：4.3%6.69%（7）、合金相变过程：1、工业纯铁室温显微组织的相组成物与组织组成物都是铁素体和渗碳体。2、珠光体一般是片层状分布，片层位向基本相同的区域称为一个珠光体团，它不是晶粒，珠光体团的边界也不能称作晶界。（8）、对铁碳合金组织性能的影响：1、A的塑性很好，所以2.11%的铁碳合金可以进行热变形加工。而2.11%的铁碳合金是不能进行热变形加工的。2、都是随增加而下降；硬度随增加直线上升；当0.9%时随增加而增加（对组织形态很敏感），0.9%随增加而下降。（9）、杂志对性能的影响：1、的影响：脱氧残余的元素，大部分溶于F，形成含锰的铁素体，使

19、钢强化。2、的影响：原料生铁或硅铁脱氧剂，硅会促使分解生成石墨，产生“黑脆”。3、S的影响：矿石和燃料，热变形中产生“热脆”。4、P的影响：矿石，产生“冷脆”，降低钢的可焊性。5、O的影响：大气，严重降低钢的疲劳强度。6、N的影响：大气，加热会使钢表面氧化成蓝色，“蓝脆”。7、H的影响：大气，氢脆。（10）、碳钢分类：1、按钢中碳含量的多少分类：低碳钢0.25%中碳钢0.25%0.6%高碳钢0.6%2、按钢的质量分类：普通钢0.05% ，0.045%优质钢0.035% ，0.035%高级优质钢0.02% ，0.03%3、按钢的用途分类：碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢一般工程用铸造碳素钢件4

20、、 按炼钢时的脱氧程度分类：沸腾钢：是脱氧不彻底的钢，代号F镇静钢：是脱氧彻底的钢，代号Z半镇静钢：是脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，代号b特殊镇静钢：进行特殊脱氧的钢，代号TZ（11）、钢号命名法和用途：1、碳素结构钢：用量很大70%，是热轧后空冷供货，不需要在进行热处理而直接使用。a、Q+-等级符号+脱氧程度符号。b、等级符号： A级0.05% ，0.045% B级0.045% ，0.045% C级0.04% ，0.04% D级0.035% ，0.035%c、此类钢共分五个强度等级Q195Q2752、优质碳素结构钢：质量好，常作为较重要的机件。可以通过各种热处理调整零件的力学性能。出厂状态

21、可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火等状态。a、钢号是以钢的碳含量的万分数值来命名的。是二位数字，全部是优质级，不标质量等级。b、此类钢中有三个钢号是沸腾钢，尾部标有F，如08Fc、有些锰含量超出规定，如65。此类钢任然属于优质碳素结构钢，不要误以为是合金钢。d、优质碳素结构钢共有31个钢号。3、碳素工具钢：在0.65%1.35%的碳素钢，分为优质级和高级优质级。a、命名法T加上碳含量的千分数。如T10b、对于高级优质级尾部加A。如T10A。优质级不加质量等级符号。c、一般锰含量在0.4%以下，有些在0.6%尾部要标出，如T8，以区别与T84、一般工程用铸造碳素钢：ZG+a、铸钢铸造工艺性差，

22、为了提高流动性，浇注温度很高，易使铸钢件出现过热的魏氏体组织。b、魏氏体组织：在原来粗大的奥氏体晶粒内温度下降而相变产生的粗大铁素体针。是钢的塑性、韧性变坏。c、魏氏体可以通过完全退火得到消除。第六章 钢的热处理级表面处理（1）改变钢的性能途径：1、合金化，加入合金元素，调整钢的化学成分。2、进行热处理。（2）、钢的热处理：1、钢的热处理：在固态下对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的组织结构，从而获得所需要的性能的一种工艺。2、预先热处理：机械零件切削加工前的一个中间工序，以改善切削加工性能及为后续工序做组织准备的热处理。3、最终热处理：作为获得零件最终使用性能的所有热处理。4、热处理不改

23、变工件的形状和尺寸，只改变其组织和性能。（3）、奥氏体化过程：1、奥氏体化：加热温度高于相变温度，钢在加热和保温阶段，将发生室温下的组织向A的转变。2、奥氏体化是通过成核长大机制来完成。成核长大过程依靠铁原子和碳原子的扩散来实现，属于扩散型相变。（4）、奥氏体晶粒度：1、奥氏体晶粒度分为：起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。a、起始晶粒度：室温下的各种原始组织刚刚转变为奥氏体似时的晶粒度。b、实际晶粒度：钢在具体的热处理或加工条件下实际获得的奥氏体晶粒度的大小。结构钢中分为10级，1级最粗，10级最细。c、本质晶粒度：表示奥氏体晶粒长大的倾向性。随加热温度的升高不断的迅速长大，这种叫做本质粗晶

24、粒钢；有些钢的奥氏体晶粒不易长大，只有加热到较高温度才显著长大，这种钢称为本质细晶粒钢。2、需要进行热处理的工件，一般采用本质细晶粒钢制造。a、锰硅脱氧的钢为本质粗晶粒钢b、铝脱氧的钢为本质细晶粒钢c、沸腾钢为本质粗晶粒钢d、镇静钢为本质细晶粒钢（5）、奥氏体晶粒长大的因素：1、严格控制奥氏体化的加热温度2、合理的控制保温时间3、合理选择原始组织以及加入一定量的合金元素a、亚共析钢增加，奥氏体晶粒长大的倾向变大。b、过共析钢增加，奥氏体晶粒长大的倾向性变小。c、加入形成碳化物的元素，促进石墨化的元素，自由存在的元素都会阻碍奥氏体的晶粒长大。d、原始组织中珠光体P的形态也影响A的晶粒度。粒状P比

25、片层P奥氏体化后晶粒更细小。（6）、组织转变：1、过冷至以下就是不稳定的过冷奥氏体，以符号A冷。2、珠光体型转变、贝氏体型转变、马氏体型转变（7）、珠光体型转变：1、过冷奥氏体在至550温度范内将发生珠光体类型组织。改组织为铁素体和渗碳体片层相间的机械混合物。a、珠光体：形成温度650 代号为Pb、索氏体：形成温度650600 代号为Sc、托氏体：600550 代号为T2、珠光体转变过程是一种典型的扩散型相变。转变时有两个两个物理过程同时进行：一是碳原子和铁原子迁移产生高碳的的渗碳体和低碳的铁素体；二是晶格重构，由面心立方的奥氏体转变成体心立方的铁素体和复杂立方的渗碳体。（8）、贝氏体型转变：

26、1、过冷奥氏体在550-温度范围内将转变成贝氏体类型组织，代号为B。转变温度不同组织形态也将不一样，可以分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。a、上贝氏体：在550-350，上贝氏体呈羽毛状，即过饱和的固溶体以A晶界向晶内成束的生长。b、下贝氏体：在350-。下贝氏体呈竹叶状，下贝氏体是由针片状过饱和固溶体和其共晶格的碳化物组成。2、贝氏体力学性能：取决于组织形态，上贝氏体强度和韧性均不高，在生产中基本不用到；下贝氏体除了有较高的强度和硬度外，还有较好的塑性和韧性有良好的综合力学性能，生产上常用的组织。获得下贝氏体是强化钢材的重要途径之一。3、贝氏体转变过程：转变温度低，只发生碳原子的扩散，

27、大质量的铁原子基本不扩散，属于半扩散型转变。a、贝氏体转变速度主要受碳原子扩散的速度影响。转变温度越低，碳原子迁移越困难，因而形成贝氏体的速度也就比较慢。（9）、马氏体型转变：1、马氏体组织形态：奥氏体获得极大过冷度至以下时，将转变成马氏体类型组织。主要有两种类型，一类是板条状马氏体，另一类是针片状马氏体。a、获得马氏体是钢件强韧化的重要基础。b、马氏体晶体结构是碳在Fe中的过饱和固溶体，用符号M 表示。马氏体具有体心正方晶格（a=bc）。c、发生马氏体型转变时，奥氏体中的碳全部保留在马氏体中。d、称为马氏体的方正度，马氏体碳的质量分数越高，其方正度越大，晶格畸变也就月严重，马氏体的硬度也就越

28、高。e、板条马氏体的亚结构是高密度的位错，也称位错马氏体。f、针片状马氏体呈凸透镜状，显微组织为针片状，是立体形态的截面。越是后形成的马氏体片也就越小。业结构主要是孪晶，又称做孪晶马氏体。g、实际中，加热温度低，奥氏体晶粒小，淬火后的马氏体的组织小，难以分辨，称作隐晶马氏体。h、马氏体形态主要取决于碳的质量分数。0.2% 组织全是板条马氏体；1% 全是针片状马氏体；0.2%1% 是板条马氏体和针片状马氏体的混合组织。2、马氏体性能：高硬度高强度是马氏体主要性能特点，硬度主要受碳的质量分数影响，增加，硬度增加。0.6% 硬度趋于平缓。a、马氏体强化的主要原因：由于过饱和碳原子引起的晶格畸变，即固

29、溶强化；转变过程中的大量晶体缺陷和引起的组织细化。b、合金元素存在对马氏体的硬度影响不大。c、马氏体塑性韧性主要取决于碳的饱和度和亚结构。d、板条马氏体塑性和韧性好原因：一是饱和度下晶格畸变小，参与应力小；二是亚结构是位错。f、高碳针片状马氏体塑性和韧性差原因：一是碳饱和度大晶格畸变严重，残余应力大；二是亚结构主要是孪晶。3、马氏体转变特点：在较低温度下转变。a、无扩散性：非扩散性转变，由于相变温度低转化速度快碳铁原子扩散都不能进行，没有成分变化b、切变共格和表面浮凸现象：由于原子不能扩散，晶格转变以切变机制进行。c、变温形成：马氏体转变开始后，必须在不断降低温度的条件下，转变才能继续进行，冷

30、却中断，转变停止。开始点，终止点。d、高速长大：马氏体生产速度极快，片间相撞易在马氏体片内产生显微裂纹。f、转变不完全：有残余奥氏体A残；越高，A残越少。、温度和冷却速度无关，主要取决于奥氏体的碳的质量分数和合金元素的质量分数。，、A残。（10）、过冷奥氏体转变曲线：1、奥氏体等温转变：将奥氏体迅速冷却至临界温度A1以下的一定温度，并在此温度下进行等温，在等温过程中所发生的相变。2、TTT曲线：奥氏体等温转变曲线，又称C曲线。a、C曲线建立：金相法、膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法等。b、C曲线分析：孕育期，孕育期长短决定奥氏体稳定性。3、影响C曲线的因素：、合金元素、加热温度和保温时间。a、

31、的影响：在正常加热条件下，亚共析钢，C曲线；过共析钢，C曲线；碳素钢中共析钢最靠右，即共析钢的奥氏体最不稳定。在亚共析钢和过共析钢上面还各多出一条共析相析出线。b、合金元素的影响：出Co以外，所有合金元素融入奥氏体后，都会增大过冷奥氏体的稳定性，是C曲线右移。碳化物形成元素质量分数较多时，是C曲线状态会变化，有时出现两组曲线等。c、加热温度和保温时间的影响：加热温度和保温时间的提高和延长，提高过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。（11）、过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT）：1、在实际生产中，过冷奥氏体大多是在连续冷却时转变的，即需要测定连续转变曲线CCT，常用测定方法有金相法、膨胀法和磁性法。

32、2、CCT曲线位于TTT曲线的右下方。3、在CCT曲线上Ps和Pf分别表示奥氏体向珠光体转变开始和终了线，K表示奥氏体向珠光体转变终止线，凡是冷却曲线碰到K线，剩余的过冷奥氏体就不再发生珠光体转变，一直保持到Ms点一下转变成马氏体。是CCT曲线的临界冷却速度，是获得马氏体组织的最小冷却速度。是TTT曲线的临界冷却速度，1.5，可以借用TTT曲线分析应得的组织。4、以不同冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体的转变产物是不同的。空冷得到S，油冷得到T和少量M，水冷得到M和A残。（12）、退火和正火的主要目的：1、调整硬度为后续工艺做准备。2、消除残余内应力。细化晶粒改善组织，提高力学性能。正火可以消除过

33、共析钢中的网状渗碳体。3、为最终热处理做好组织准备。（13）、退火：完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火（扩散退火）、去应力退火、再结晶退火。1、完全退火：将钢完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得近似平衡状态组织的退火工艺。又称重结晶退火和普通退火。完全退火周期较长，主要用于亚共析钢成分的中碳钢大中型铸、锻件以及热轧型材，有时也用于焊件。2、球化退火：使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。是一种不完全退火，主要用于共析和过共析碳素钢及合金工具钢，目的在于降低硬度，改善切削加工性能，并为后续的淬火做准备。a、球化退火得到的组织是粒状珠光体。b、对于有严重网状二次渗碳体的过共析钢，应在球化退火前进行

34、正火处理，消除网状。3、等温退火：将钢件加热高于Ac3或是Ac1温度，保持适当时间后，较快冷却到珠光体转变温度区间的某一温度并进行等温保持是奥氏体转变为珠光体型组织，然后再空气中冷却的退火工艺。a、等温退火缩短了工件在炉中时间提高了利用率，缩短生产周期。b、对亚共析钢等温退火可以替代完全退火，对于共析钢、过共析钢，等温退火可以替代球化退火。4、均匀化退火（扩散退火）：将铸件加热到稍低于固相线的温度Ac3+150-200长时间保温，然后换冷的工艺。主要用于消除某些具有化学成分偏析的铸钢件及锻扎件。5、去应力退火：晶工件加热到Ac1以下某温度保温后随炉冷却到160以下出炉空冷。去应力退火无相变，主

35、要用于消除铸、锻、焊件的内应力，稳定尺寸，防止在后续工艺中变形和开裂。（14）、正火：1、正火：将钢件加热到Ac3或Acm以上30-50，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火是一种优先采用的预先热处理工艺。2、正火与退火的主要区别：a、冷却速度不同，正火冷却速度快.b、正火后的组织比较细，比退火后的强度、硬度高，含碳量越高，差别越大。c、正火生产周期短，不占设备，生产率高。d、过共析钢正火后可以消除网状碳化物，是最常用的消除网状碳化物的热处理工艺。e、低碳钢正火后可以显著改善切削加工性能。f、0.4% 正火替代完全退火。（15）、淬火：1、淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1相变点

36、以上某一温度，保持一定时间，然后以大于的速度冷却获得马氏体和下贝氏体组织的热处理工艺。2、淬火温度的选择：为了防止奥氏体粗大，一般淬火温度不宜太高。a、亚共析钢Ac3+30-50；共析钢和过共析钢Ac1+30-50部分奥氏体化；对于合金钢淬火温度允许比碳素钢高，在临界点上50-100，提高淬火温度有利于合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀化。3、淬火介质：冷却速度大于才可以实现淬火，冷却越快，应力越大，易引起工件开裂。理想介质是在C曲线鼻尖处快冷，Ms点附近缓冷，减少转变时的应力。a、盐水淬火的工件，容易得到高硬度和光洁的表面，不易产生软点。b、盐浴或碱浴：熔融状态的盐碱作为淬火介质。4、常用淬火

37、方法：目前还没有理想的淬火介质。a、单液淬火：放入一种介质中，淬火应力大。b、双液淬火：水淬空冷、油淬空冷，作用是在鼻尖处冷却快，马氏体附近冷却慢，减少开裂。c、马氏体分级淬火：直接放入某温度的盐浴或碱浴中，保温一段时间后取出空冷。d、贝氏体等温淬火：奥氏体化后快冷到贝氏体转变区间，等温保持。（16）、钢的淬透性：1、淬透性：在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，是钢材的固有属性。又称可淬性，取决于钢的淬火临界冷却速度的大小。2、淬透性低钢件的力学性能影响：淬透钢件沿截面力学性能均匀分布，未淬透心部力学性能低，尤其是冲击韧度更低。3、影响淬透性因素：决定性因素是，越小淬透性越大，与钢

38、的化学成分和奥氏体化温度之间有密切关系。a、亚共析钢，淬透性增加；过共析钢，淬透性降低。b、除Co外，大多数合金元素都降低钢的，提高淬透性。c、有些钢在较高温度下淬火，可以降低临界冷却速度，改善淬透性。4、淬透性测定和表示：末端淬火法，端淬法。淬透值（J表示末端淬透性，d表示至水冷端距离，HRC该处硬度）5、淬透性与淬硬层深度关系：a、钢的淬硬层深度也叫淬透层深度。可以根据淬硬层深度大小来判定钢的淬透性。b、淬硬层深度既和钢的淬火临界冷却速度有关，又和工件截面冷却速度和分布状况有关。c、淬硬层深度除和钢的淬透性有关，还受淬火介质和工件尺寸有关。6、淬硬性和淬透性：a、淬硬性也叫可淬性，指钢在正

39、常淬火条件下，所能达到的最高硬度。淬硬性主要与钢的碳的质量分数有关（固溶于奥氏体中的碳的质量分数）。奥氏体中固溶的碳越多，淬火后马氏体的硬度就越高。b、淬透性和淬硬性没有必然联系。（17）、钢的回火：1、回火：将淬火后的钢再加热到不超过Ac1的温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。2、回火的目的：a、降低脆性，消除或减少内应力。b、获得工件所要求的力学性能。c、稳定尺寸。d、对于退火难以软化的合金钢，在淬火后再进行较高温度的回火，使钢件MF，碳化物也适当球化，将硬度降低，以利于切削加工，又称调制球化。3、淬火钢在回火时的转变：淬火马氏体分解以及碳化物析出、聚集长大的过程，是由非平衡态

40、组织趋向平衡态组织的转变。是扩散型转变。4、转变过程：a、100，形成富碳区。b、100-250，马氏体分解。回火第一次转变，得到回M（过饱和的固溶体和与母相共格的-碳化物）硬度不变，应力和脆性大大降低。c、200-300，残余奥氏体分解，转变成回火马氏体。回火第二次转变。d、250-400，碳化物类型转变，回火第三阶段。回火托氏体，内应力基本消除。e、400-700相回复与再结晶，渗碳体球化和粗化。回火第四阶段，回火索氏体。当回火温度高于650得到组织回火珠光体。5、回火种类和应用：a、低温回火（150-250）：降低钢中残余应力和脆性而保持钢在淬火后的高硬度和高耐磨性。得到回火马氏体和残余

41、奥氏体。b、中温回火（350-500）：得到回火托氏体，具有较高的弹性极限、屈服强度和一定韧性。c、高温回火（500-650）：得到强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能。将淬火加高温回火的到得会火索氏体的热处理称为调质处理。6、回火脆性：淬火钢在某温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象。200-350出现的回火脆性成为第一类回火脆性，或是低温回火脆性，这类回火脆性属于不可逆回火脆性。在450-650之间出现的回火脆性称为第二类回火脆性或高温回火脆性，是可逆的，仅仅存在于含Cr、Ni、Mn等钢中，在回火后快冷就可以避免，加Mo元素可以不出现。（16）、钢的表面淬火：1、表面淬火

42、目的：使零件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部仍保持原来良好的韧性和塑性的一类热处理方法。表面淬火不改变零件表面化学成分，只是通过表面快速加热淬火，改变表层的组织来达到强化表面的目的。a、碳的质量分数在0.4%-0.5%的优质碳素结构钢最适宜表面淬火。碳的质量分数太高，表层够要求，但心部韧性和塑性较低；低碳钢表面强化效果不好。基体组织相当于普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁原则上均可进行表面淬火，但以球墨铸铁工艺性最好。b、表面淬火可以分为：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火以及激光加热表面淬火等。2、感应表面淬火：电磁感应使零件表面迅速加热，然后迅

43、速喷水冷却。a、集肤效应。b、感应加热深度主要取决于电流频率，频率越高加热深度越浅。c、表面硬度由最终回火工艺确定。3、激光热处理：激光进行表面淬火、冲击淬火、有选择的局部硬化、局部合金化处理。a、能量密度高，加热速度快，淬火靠自激冷却。b、可以在零件表面进行局部淬火。c、应力变形小，表面光洁，不需要进行表面精加工。d、不需要进行回火。（17）、钢的化学热处理：1、化学热处理：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。过程分为分解、吸收、扩散，三过程同时进行。2、钢的渗碳：将钢件在渗碳体中加热并保温，使碳原子渗入表层的

44、化学热处理。目的是提高工件表面强度、耐磨性和疲劳强度。同时保持心部的良好韧性。渗碳用的是低碳钢和低碳合金钢，碳的质量分数在0.1%-0.25%。3、渗碳方法有气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳及真空渗碳等。渗碳主要工艺参数：加热温度、保温时间。4、渗碳后热处理：渗碳后必须进行热处理方可达到性能要求。常用的有三种：a、预冷直接淬火：将工件从渗碳温度降到820-850之间，出炉淬火，然后低温回火。表层组织是M回+粒状碳化物+少量A残，心部淬透时低碳M回，未淬透时为F+S。b、缓冷一次淬火：缓冷至室温，重新加热后淬火，高于Ac3时细化晶粒表层不出现网状碳化物，获得高硬度高强度，低温回火后表层为M回+少量A

45、残，心部在淬透时为低碳M回；在Ac1-Ac3之间时低温回火后，获得高耐磨性，表层为M回+A残+粒状碳化物，心部为低碳M回+F。c、缓冷二次淬火：对于心部表层性能要求都较高时 采用二次淬火。第一次高于Ac3，细化晶粒，消除表层网状碳化物；二次淬火温度在Ac1-Ac3之间，提高耐磨性和强度。5、钢的渗氮：目的是提高钢的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性和耐蚀性。渗氮后无需再进行淬火处理，为保证心部力学性能在渗氮前要调制处理。气体渗碳，离子渗碳。常用井式渗碳炉。6、钢的碳氮共渗：又称氰化，高温气体渗碳，低温渗氮。（18）、热处理零件的结构工艺性：1、避免厚薄悬殊的截面，设计时加厚零件太薄的部分、开工艺孔、合理安排孔洞的位置、变不通孔为通孔。2、避免尖角和棱角，设计时尽量采用圆角或倒角。3、采用对称结构。4、采取封闭结构。5、采取组合结构。