机械工程材料成型及工艺610399.pptx

《机械工程材料成型及工艺610399.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料成型及工艺610399.pptx（262页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、本次课内容塑性变形对金属组织和性能的影响；变形金属在加热时组织和性能的影响；一、塑性变形对金属组织和性能的影响1.晶粒拉长，纤维组织晶粒拉长，纤维组织各向异性各向异性(沿纤维方向的强度、塑性最大）沿纤维方向的强度、塑性最大）变形变形10%100变形变形40%100变形变形80%纤维组织纤维组织100工业纯铁工业纯铁不同变形度不同变形度的显微组织的显微组织2.织构(形变织构）金属塑性变形到很大程度金属塑性变形到很大程度(70%以上以上)时时,由于晶粒发生转由于晶粒发生转动动,使各晶粒的位向趋近于一致使各晶粒的位向趋近于一致,形成特殊的择优取向形成特殊的择优取向,这种这种有序化的结构叫做有序化的结

2、构叫做形变织构形变织构。形变织构一般分两种：一种是。形变织构一般分两种：一种是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向,称为丝织构。称为丝织构。例如低碳钢经高度冷拔后例如低碳钢经高度冷拔后,其其平行于拔丝方向平行于拔丝方向;另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向,称为板称为板织构织构,低碳钢的板织构为低碳钢的板织构为001。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，且出现织构。晶粒拉长，且出现织构。因形变织构造成深冲制品的制耳示意图 3.3.加工硬化（形变强化）加工硬化（形变强化）加工硬化的原因：加工硬化的原

3、因：塑性变形塑性变形位错密度增加，相互缠结，亚晶界，运动阻力加大位错密度增加，相互缠结，亚晶界，运动阻力加大变形抗力变形抗力；晶粒破碎细化。；晶粒破碎细化。金属在冷变形时，强度、硬度金属在冷变形时，强度、硬度，塑性、韧性，塑性、韧性。P21，图，图1-17加工硬化的实际意义有效的强化机制；有效的强化机制；均匀塑性变形和压力加工的保证；均匀塑性变形和压力加工的保证；零件安全的保证。零件安全的保证。4 4）形成亚结构；）形成亚结构；金属经大的塑性变形时金属经大的塑性变形时,由于位错的密度增大和发生交互由于位错的密度增大和发生交互作用作用,大量位错堆积在局部地区大量位错堆积在局部地区,并相互缠结并相

4、互缠结,形成不均形成不均匀的分布匀的分布,使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块,而而在晶粒内产生亚晶粒。在晶粒内产生亚晶粒。金属经变形金属经变形后的亚结构后的亚结构6 6）残余内应力：外力去除后，残留于金属内部且）残余内应力：外力去除后，残留于金属内部且平衡于金属内部的应力。由金属内部不均匀变形引起平衡于金属内部的应力。由金属内部不均匀变形引起，残余应力分为第一类应力；第二类应力和第三类应，残余应力分为第一类应力；第二类应力和第三类应力。力。残余内应力的危害残余内应力的危害：引起零件加工过程变形、开裂；引起零件加工过程变形、开裂；耐蚀性耐蚀性。5 5）塑性变

5、形可影响金属的物理、化学性能。如使电阻增大）塑性变形可影响金属的物理、化学性能。如使电阻增大,耐腐蚀性降低。耐腐蚀性降低。二、塑性变形后的金属在加热时二、塑性变形后的金属在加热时二、塑性变形后的金属在加热时二、塑性变形后的金属在加热时 组织和性能的变化组织和性能的变化组织和性能的变化组织和性能的变化加热时冷变形金属加热时冷变形金属组织和性能随温度组织和性能随温度的升高可分为三个的升高可分为三个阶段：阶段：1 1回复回复2 2再结晶再结晶3 3晶粒长大晶粒长大 回复回复变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。产生回复的温度产生回复的温度T回

6、复回复为为：T回复回复=(0.250.3)T熔点熔点式中：式中：T熔点熔点表示该金属的熔点表示该金属的熔点,单位为绝对温度单位为绝对温度(K)。由于加热温度不高由于加热温度不高,原子扩散能力不很大原子扩散能力不很大,只是晶粒只是晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态，大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态，变形金属的显微变形金属的显微组织不发生明显的变化。此时材料的强度和硬度只略有降组织不发生明显的变化。此时材料的强度和硬度只略有降低，塑性有增高，但低，塑性有增高，但残余应力残余应力则大大降低。工业

7、上常利用则大大降低。工业上常利用回复过程对变形金属进行去应力退火，以降低残余内应力，回复过程对变形金属进行去应力退火，以降低残余内应力，保留加工硬化效果。保留加工硬化效果。再结晶1.1.再结晶过程及其对金属组织、性能的影响再结晶过程及其对金属组织、性能的影响变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。这个过程称为细小的等轴晶。这个过程称为再结晶再结晶。变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑

8、性变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除，此时内应力全部消失，物和韧性大大提高，加工硬化现象被消除，此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平。理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶再结晶生成的新的晶粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。2.2.再结晶温度再结晶温度 变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围，并变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围，并非某一恒定温度。一般所说的再结晶温度指的是最低再结非某一恒定温度。一般所说的再结晶温度指的是最低再

9、结晶温度晶温度(T(T再再),),通常用经大变形量通常用经大变形量(70%(70%以上以上)的冷塑性变形的冷塑性变形的金属的金属,经一小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。经一小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。最低再结晶温度与该金属的熔点有如下关系：最低再结晶温度与该金属的熔点有如下关系：T T再再=(0.35=(0.350.4)T0.4)T熔点熔点 式中的温度单位为绝对温度式中的温度单位为绝对温度(K)(K)。最低再结晶温度与下列因素有关：最低再结晶温度与下列因素有关：预先变形度：金属再结晶前塑性变形的相对变形量称为预先预先变形度：金属再结晶前塑性变形的相对变形量称为预先变形度。变形

10、度。预先变形度越大预先变形度越大,金属的晶体积缺陷就越多金属的晶体积缺陷就越多,组织越组织越不稳定不稳定,最低再结晶温度也就越低最低再结晶温度也就越低。当预先变形度达到一定。当预先变形度达到一定大小后大小后,金属的最低再结晶温度趋于某一稳定值。金属的最低再结晶温度趋于某一稳定值。金属的熔点：金属的熔点：熔点越高熔点越高,最低再结晶温度也就越高最低再结晶温度也就越高。杂质和合金元素：由于杂质和合金元素特别是高熔点元素杂质和合金元素：由于杂质和合金元素特别是高熔点元素,阻碍原子扩散和晶界迁移阻碍原子扩散和晶界迁移,可可显著提高最低再结晶温度显著提高最低再结晶温度。如。如高纯度铝高纯度铝(99.99

11、9%)(99.999%)的最低再结晶温度为的最低再结晶温度为8080,而工业纯铝而工业纯铝(99.0%)(99.0%)的最低再结晶温度提高到了的最低再结晶温度提高到了290290。加热速度和保温时间：再结晶是一个扩散过程加热速度和保温时间：再结晶是一个扩散过程,需要一定时需要一定时间才能完成。提高加热速度会使再结晶在较高温度下发生间才能完成。提高加热速度会使再结晶在较高温度下发生,而保温时间越长而保温时间越长,再结晶温度越低。再结晶温度越低。晶粒长大晶粒长大晶粒长大晶粒长大变形变形80%工业纯铁再结晶退工业纯铁再结晶退火火显微照片显微照片100变形变形80%600退火退火8小时小时变形变形80

12、%400退火退火8小时小时再结晶后的晶粒度再结晶后的晶粒度影响因素：影响因素：1）加热温度）加热温度T、保温时间、保温时间t晶粒直径晶粒直径D；2）预变形度的影响。）预变形度的影响。2 21010金属材料塑性变形的加工：热加工和冷加工1 1冷、热加工的划分的标准：再结晶温度来划分。冷、热加工的划分的标准：再结晶温度来划分。2 2金属金属热加工热加工时组织和性能的变化。时组织和性能的变化。形成流线形成流线锻造曲轴锻造曲轴切削加工曲轴切削加工曲轴细化晶粒；细化晶粒；焊合气孔、疏松，消除成分不均匀；焊合气孔、疏松，消除成分不均匀；热加工时金属塑性好；热加工时金属塑性好；热加工时金属表面有氧化、对某些

13、金属不易热加工时金属表面有氧化、对某些金属不易 加工、对薄壁或细的轧件不易保温、加工后加工、对薄壁或细的轧件不易保温、加工后 的强度和硬度不及冷变形加工。的强度和硬度不及冷变形加工。三、材料的同素异构现象把把种金属具有两种或两种以上的晶格结构称为种金属具有两种或两种以上的晶格结构称为同素异构性，这种金属的晶格结构随温度变化而同素异构性，这种金属的晶格结构随温度变化而改变的现象，称为同素异构转变。改变的现象，称为同素异构转变。同素异构转变与液态金属结晶存在着明显区别，同素异构转变与液态金属结晶存在着明显区别，主要表现在：同素异构转变时晶界处能量较高，主要表现在：同素异构转变时晶界处能量较高，新的

14、晶核往往在原晶界上形成；固态下原子扩散新的晶核往往在原晶界上形成；固态下原子扩散比较困难，固态转变需要较大的过冷；固态转变比较困难，固态转变需要较大的过冷；固态转变时会产生体积变化，在金属中引起较大的内应力。时会产生体积变化，在金属中引起较大的内应力。纯铁的同素异构转变同位素、同素异构体、同分异构体的差别 同位素：同位素：研究同种元素的不同原子研究同种元素的不同原子,它们的中子数它们的中子数不同不同,比如碳比如碳1212和碳和碳1414。同素异构体：元素相同，晶体结构不同，同素异构体：元素相同，晶体结构不同，如铁的如铁的三种同素异构体。三种同素异构体。同分异构体：同分异构体：研究分子式相同的分

15、子的不同结构研究分子式相同的分子的不同结构,同分异构体原子的连接顺序同分异构体原子的连接顺序,方式不同方式不同,如基团位如基团位置置,官能团的差异官能团的差异,比如乙醇和甲醚。比如乙醇和甲醚。思考题某车间用冷拉钢丝绳吊装工件随炉加热到700，保温1h后起吊出炉，钢丝绳突然断裂，试分析其原因。一曲线尺（纯锡材料）经反复弯曲发现其逐渐变硬，在房间内放置一段时间后，其性能恢复如初，试分析其原因。材料的同素异构现象第三章二元合金相图及其应用（一）基本概念（一）基本概念（一）基本概念（一）基本概念 在介绍合金的结晶之前，先介绍几个基本的概念在介绍合金的结晶之前，先介绍几个基本的概念在介绍合金的结晶之前，

16、先介绍几个基本的概念在介绍合金的结晶之前，先介绍几个基本的概念：11合金合金合金合金 是指由两种或两种以上元素经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的材料。是指由两种或两种以上元素经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的材料。2 2组元组元组元组元 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。组元可以是元素，也可以是稳定的化合物，如组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。组元可以是元素，也可以是稳定的化合物，如Fe3CFe3C，在铁、碳合金中它也可以作为组元，在铁、碳合金中它也可以作为组元 33相相相相 合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同并有明确界面与其它部分分开的均匀

17、组合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同并有明确界面与其它部分分开的均匀组成部分。这个界面称为相界面。成部分。这个界面称为相界面。44组织组织组织组织 是指用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状、分布及各相之间的组合状态称为组织是指用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状、分布及各相之间的组合状态称为组织 55合金系合金系合金系合金系 由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称为合金系；由两个组元组由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，称为合金系；由两个组元组成的合金系叫二元合金系；三个组元组成的合金系叫三元合金系；三个以上组元组成的合金

18、系叫多成的合金系叫二元合金系；三个组元组成的合金系叫三元合金系；三个以上组元组成的合金系叫多元合金系。如铁、碳二元合金中，铁和碳可以以不同的比例，配制成若干种元合金系。如铁、碳二元合金中，铁和碳可以以不同的比例，配制成若干种Fe-CFe-C二元合金。所以、二元合金。所以、对于对于Fe-CFe-C二元合金来说，不是一种，而是由不同配比组成的一系列不同成分的合金，所以叫二元合金来说，不是一种，而是由不同配比组成的一系列不同成分的合金，所以叫Fe-CFe-C二二元合金系。不同成分的合金具有不同的性能。元合金系。不同成分的合金具有不同的性能。相图的建立1 1 1 1匀晶相图匀晶相图匀晶相图匀晶相图相图

19、相图（平衡图、状态图）（平衡图、状态图）平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+铜铜-镍合金匀晶相图镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+纯铜纯铜熔点熔点纯镍纯镍熔点熔点液相线液相线固相线固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程abcdT,CtL L L

20、匀晶转变 L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。杠杆定律杠杆定律杠杆定律杠杆定律CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+12acba1b1c1T1T21.1.在两相区内，对应在两相区内，对应每一确定的温度，两每一确定的温度，两相的成分是确定的。相的成分是确定的。2.2.随着

21、温度的降低，随着温度的降低，两相的成分分别沿液两相的成分分别沿液相线和固相线变化。相线和固相线变化。杠杆定律杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠杆定律推论：杠杆定律推论：在两在两相区内，对应温度相区内，对应温度T1T1时两相在合金时两相在合金b b中的相中的相对质量各为对质量各为Q QL L/Q/QH H=b=b1 1c c1 1/a/a1 1c c1 1Q Q/Q/QH H=a=a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=1-=1-Q QL L/Q/QH H例：求例：求例：求例：求30%Ni30%Ni30%Ni30%Ni合

22、金在合金在合金在合金在1280 1280 1280 1280 时时时时 相的相对量相的相对量相的相对量相的相对量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ac30a1b1c11280 C解：作成分线和温度线如图。6618根据杠杆定律推论，Q Q /Q QH H =a a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=12/48=1/4=12/48=1/4答：所求合金在1280 时相的相对质量为1/4。2 2 2 2共晶相图共晶相图共晶相图共晶相图PbSnSn%T,C铅-锡合金共晶相图液相线液相线L固相线固相线 +L+L+固溶

23、线固溶线 固溶线固溶线共晶转变分析共晶转变分析共晶转变分析共晶转变分析PbSnT,CL +L+L+共晶反应线共晶反应线表示从表示从c点到点到e点点范围的合金，在范围的合金，在该温度上都要发该温度上都要发生不同程度上的生不同程度上的共晶反应。共晶反应。ce共晶点共晶点表示表示d点成分的合点成分的合金冷却到此温度金冷却到此温度上发生完全的共上发生完全的共晶转变。晶转变。dLd c+e共晶反应要点共晶反应要点共晶反应要点共晶反应要点PbSnT,CL +L+L+183ced共晶转变在恒温下进行。共晶转变在恒温下进行。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相

24、。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。X X1 1合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析cefgX1T,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1234PbSnT,CL +L+L+183cedX X1 1合金结晶特点合金结晶特点合金结晶特点合金结晶特点T,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1.没有共晶反应过程，没有共晶反应过程，而是经过匀晶反应形成而是经过匀晶反应形成单相单相 固相。固相。2.要经过脱溶反应，要经过脱溶反应，室温室温组织组成

25、物组织组成物为为+组织组成物组织组成物组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。X X2 2合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析（共晶合金共晶合金共晶合金共晶合金）X2T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶体共晶体冷却曲线冷却曲线(+)PbSnT,CL +L+L+183cedX X3 3合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析合金结晶过程分析（亚共晶合金亚共晶合金亚共晶合金亚共晶合金）X3T,CtLL+(+)+12(+)+PbSnT,CL +L+L+183cedL+(+)+标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组

26、织组成物的相图3 3 3 3包晶相图包晶相图包晶相图包晶相图包晶转变包晶转变：Ld+c ePtAgAg%T,C铂-银合金包晶相图L +L+L+cedfgT,CtLL+L+4.4.4.4.共析相图共析相图共析相图共析相图共析转变共析转变：(+)共析共析体体ABT,C +cedL+L相图与性能的关系相图与性能的关系1.合金的使用性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系2.固溶体中溶质浓度固溶体中溶质浓度强度、硬度强度、硬度组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。2.2.合金的工艺性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系合金的工

27、艺性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系铸造性能铸造性能液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），则流动性好，不易形成分散缩孔。则流动性好，不易形成分散缩孔。锻造、轧制性能锻造、轧制性能单相固溶体合金，单相固溶体合金，变形抗力小，变形均匀，变形抗力小，变形均匀，不易开裂。不易开裂。1 1铁碳相图铁碳相图2 2结晶过程结晶过程3 3成分成分-组织组织-性能关系性能关系 4 4Fe-Fe3 CFe-Fe3 C相图的应用相图的应用铁碳合金的结晶铁碳合金的结晶第七讲第七讲第七讲第七讲1 1 1 1铁碳相图铁碳相图铁碳相图

28、铁碳相图(Fe-Fe(Fe-Fe(Fe-Fe(Fe-Fe3 3 3 3 C C C C相图相图相图相图)(1)(1)Fe-FeFe-Fe3 3 C C相图的组元相图的组元 Fe Fe Fe Fe、-Fe(bcc)-Fe(bcc)和和-Fe(fcc)-Fe(fcc)强度、硬度低，韧性、塑性好。强度、硬度低，韧性、塑性好。Fe Fe3 3 C C 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2)(2)Fe-FeFe-Fe3 3 C C相图的相相图的相 Fe Fe3 3 C C（Cem Cem，Cm Cm，渗碳体），渗碳体）复杂晶体结构复杂晶体结构 液相液相 L L 相

29、相 （高温铁素体（高温铁素体 ）Fe Fe（C C）固溶体）固溶体 相（相（A A，奥氏体），奥氏体）-Fe-Fe（C C）固溶体）固溶体 相相 （F F，铁素体），铁素体）-Fe -Fe（C C）固溶体）固溶体(3)(3)(3)(3)相图中重要的点和线相图中重要的点和线相图中重要的点和线相图中重要的点和线液相线ABCD固相线AHJECF包晶线HJB，包晶点J共晶线ECF，共晶点CL4.3(A2.11+Fe3C)高温莱氏体,Le或Ld共析线PSK，共析点SA0.77(F0.02+Fe3C)珠光体,PES线：C在A中的固溶线PQ线：C在F中的固溶线2 2 2 2铁碳合金的平衡结晶过程铁碳合金的平

30、衡结晶过程铁碳合金的平衡结晶过程铁碳合金的平衡结晶过程Fe-C合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁 C%0.0218%C%0.0218%钢钢 0.0218%0.0218%C%2.11%C%2.11%亚共析钢亚共析钢 0.77%0.77%共析钢共析钢 0.77%0.77%过共析钢过共析钢 0.77%0.77%白口铸铁白口铸铁 2.11%2.11%C%C%6.69%6.69%亚共晶白口铁亚共晶白口铁 4.3%4.3%共晶白口铁共晶白口铁 4.3%4.3%过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3%4.3%几种几种常见常见碳钢碳钢(1)(1)(1)(1)工业纯铁工业纯铁工业纯铁工业纯铁 (C%0.0218%)(C

31、%0.0218%)(C%0.0218%)(C%0.0218%)结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织F F +FeFe3 3C C(微量)500500第八讲第八讲第八讲第八讲(2)(2)(2)(2)共析钢共析钢共析钢共析钢(C%=0.77%)(C%=0.77%)结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织:层片状层片状 P P (F F +共析共析 FeFe3 3C C )500500(3)(3)(3)(3)亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢(C%=0.4%)(C%=0.4%)结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织:F F +P P，500500(4)(4)(4)(4)过

32、共析钢过共析钢过共析钢过共析钢(C%=1.2%)(C%=1.2%)结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织:P P +FeFe3C CII 400400(5)(5)(5)(5)共晶白口铁共晶白口铁共晶白口铁共晶白口铁(C%=4.3%)(C%=4.3%)(C%=4.3%)(C%=4.3%)结晶过程结晶过程结晶过程结晶过程室温组织室温组织:（低温）（低温）莱氏体莱氏体 Le Le （P P +FeFe3C CII+共晶共晶FeFe3C C）,500500莱氏体莱氏体 Le Le的性能：的性能：硬而脆硬而脆标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相

33、图3 3 3 3铁碳合金的铁碳合金的铁碳合金的铁碳合金的成分成分成分成分-组织组织组织组织-性能关系性能关系性能关系性能关系含碳量与相的相对量关系含碳量与相的相对量关系：C C%F%F%，FeFe3 3C C%含碳量与组织关系：含碳量与组织关系：图（图（a a）和（）和（b b）含碳量与性能关系含碳量与性能关系HBHB：取决于相及相对量：取决于相及相对量强度：强度：C%=0.9%C%=0.9%时最大时最大塑性、韧性：随塑性、韧性：随C%C%而而4 4 4 4铁碳相图的应用铁碳相图的应用铁碳相图的应用铁碳相图的应用钢铁选材钢铁选材：相图相图性能性能用途用途局限性局限性 相图反映的是平衡状态，与实

34、际情况有较大差异。相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。铸件选材和确定浇注温度铸件选材和确定浇注温度确定锻造温度确定锻造温度(在在 A A 区）区）制定热处理工艺制定热处理工艺复习复习复习复习相相相相与与与与组织组织组织组织相：相：有一定的有一定的化学成分化学成分和和晶体结构晶体结构的均匀组成部分。的均匀组成部分。合金中有两类基本相合金中有两类基本相 固溶体固溶体 和和 化合物化合物组织：组织：材料内部的微观形貌，体现相的形态、数量、大小和分布。材料内部的微观形貌，体现相的形态、数量、大小和分布。金属材料性能由组织决定，金属材料性能由组织决定，而组织由化学成分和工艺过程决定。而组织由化学

35、成分和工艺过程决定。过共析钢过共析钢x x400第四章金属热处理及材料改性热处理热处理热处理热处理的概念的概念的概念的概念把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，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。以改变其组织和性能的一种工艺。热处理的分类根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，将热处理工艺分类：普通热处理：退火、正火、淬火和回火；表面热处理：表面淬火、化学热处理；其他热处理：真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理。加热和冷却对临界转变温度的影响1 1奥氏体的形成奥氏体的形成奥氏体的形成奥氏体的形成FeFe，C C原子扩散和晶格改

36、变的过程。原子扩散和晶格改变的过程。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Ac1以上时，以上时，PA共析钢共析钢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的均匀化。的均匀化。亚（过）析钢的亚（过）析钢的A化化PA后，先共析后，先共析F或或Fe3C溶解。溶解。影响影响影响影响A A转变速度的因素转变速度的因素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转变快转变快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化速度化速度或或A晶粒度晶粒度加热温度，保温时

37、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%晶粒尺寸晶粒尺寸1.1.1.1.过冷过冷过冷过冷A A A A的等温转变的等温转变的等温转变的等温转变过冷过冷A:TST珠光体珠光体P，3800索氏体索氏体S8000屈氏体屈氏体T8000高温转变过程高温转变过程高温转变过程高温转变过程晶格改变和晶格改变和晶格改变和晶格改变和FeFe，C C原子扩散。原子扩散。原子扩散。原子扩散。中温转变（中温转变（中温转变（中温转变（550550MMS S）CC原子扩散，原子扩散，原子扩散，原子扩散，FeFe原子不扩散原子不扩散原子不扩散原子不扩散过冷过冷A贝氏体贝氏体B（碳化物（碳化物+含过饱和

38、含过饱和C的的F）上上B，550350产物产物羽毛状，小片状羽毛状，小片状Fe3C分布在分布在F间。间。上上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下下下下B B，350350MMSS产物产物产物产物下下B韧性高，综合机械性能好。韧性高，综合机械性能好。F针内定向分布着细小针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒颗粒电子显微照片电子显微照片12000T8钢，下钢，下B，黑色针状黑色针状光学显微照片光学显微照片400亚亚亚亚（过）（过）（过）（过）共析钢共析钢共析钢共析钢过冷过冷过冷过冷A A A A的等温转变的等温转

39、变的等温转变的等温转变与共析钢相比，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。连续冷却连续冷却连续冷却连续冷却 转变产物转变产物转变产物转变产物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(VVk)油冷油冷T+M+A(VkVk)水冷水冷M+A(VVk)马氏体（马氏体（马氏体（马氏体（MM）转变特点）转变特点）转变特点）转变特点 1)无扩散无扩散Fe和和C原子都不进行扩散，原子都不进行扩散，M是是体心正方体心正

40、方的的C过饱和的过饱和的F，固溶强化显著。固溶强化显著。2)瞬瞬时性时性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转变转变总要残留少量总要残留少量A，A中的中的C%则则MS、Mf，残余，残余A含量含量4)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。MM的形态的形态的形态的形态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-60MM的性能的性能的性能的性能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

41、性较好。亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢 连续冷却转变连续冷却转变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水冷水冷M过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢 连续冷却转变连续冷却转变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+A转变温度转变温度转变温度转变温度 对共析钢对共析钢对共析钢对共析钢 硬度硬度硬度硬度 和和和和 韧性韧性韧性韧性 的影响的影响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。2.4.32.4.32.4.3

42、2.4.3钢的普通热处理钢的普通热处理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1 1 1 1退火退火退火退火加热、保温后，缓冷加热、保温后，缓冷(炉冷炉冷)近平衡组织近平衡组织P（+F或或Fe3CII）完全退火完全退火（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

43、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：加热温度加热温度 T TR R +30305050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 AcAc1 1，一般为一般为 500500650650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图4-11碳钢各种退火的工艺规范示意图正火正火正火正火应用：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

44、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，空冷空冷S（+F或或Fe3CII）3 3 3 3淬火淬火淬火淬火（蘸火）（蘸火）（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+30502)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

45、度低M细小，淬火应力小。细小，淬火应力小。冷却介质冷却介质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钢的淬透性钢的淬透性钢的淬透性钢的淬透性淬火时得到淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度的能力，取决于临界冷却速度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

46、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)淬透较小厚淬透较小厚度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质后机械性能的比较4 4 4 4回火回火回火回火淬火后，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

47、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+高温回火高温回火回火产物的组织形态比较回火产物的组织形态比较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M400回火回火T7500回火回火S7500M低倍低倍T1000S1000回火时性能的变化回火时性能的变化回火时性能的

48、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2.4.42.4.42.4.42.4.4钢的表面热处理钢的表面热处理钢的表面热处理钢的表面热处理（表面淬火）（表面淬火）（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

49、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。2.4.52.4.52.4.52.4.5钢的化学热处理钢的化学热处理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、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

50、、渗共渗、渗硼、渗铬、渗AlAl等等。钢的渗钢的渗钢的渗钢的渗 C C C C 气体、固体渗气体、固体渗气体、固体渗气体、固体渗 C C 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，心部保持一定的强度和塑韧性。，心部保持一定的强度和塑韧性。渗碳后的的热处理渗碳后的的热处理渗碳后的的热处理渗碳后的的热处理 淬火淬火直接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（