机械工程材料成型及工艺5.pptx

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1、本次课内容单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形一、单晶体的塑性变形晶体在外力作用下任何晶面的分力：晶体在外力作用下任何晶面的分力：晶面晶面正应力：使晶格发生弹性变形或断裂；正应力：使晶格发生弹性变形或断裂；切应力：使晶格发生弹性歪扭或塑性变形。切应力：使晶格发生弹性歪扭或塑性变形。单晶体金属在正应力作用下的变形示意图单晶体金属在正应力作用下的变形示意图单晶体的塑性变形方式：滑移和孪生滑移的概念：在切应力作用下，晶体的一局部相对于另一滑移的概念：在切应力作用下，晶体的一局部相对于另一局部沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。局部沿一定晶面（滑移面）的一定

2、方向（滑移方向）发生滑动。滑移的特点：滑移的特点：1）滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最）滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称为小切应力称为临界切应力临界切应力。n 滑移滑移2 2）滑移的实现）滑移的实现 借助于借助于位错运动位错运动3 3）滑移总是沿着原子排列最紧密的原子面进行）滑移总是沿着原子排列最紧密的原子面进行6 6）晶格位向不变）晶格位向不变7 7）滑移的间距是原子间距的整数倍）滑移的间距是原子间距的整数倍4 4）滑移的结果产生滑移带）滑移的结果产生滑移带5 5）滑移伴随着转动）滑移伴随着转动n孪生孪生在切应力作用下，晶体的一局部相对于另一局部沿一定晶在切应力

3、作用下，晶体的一局部相对于另一局部沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变切变，产生塑性变，产生塑性变形。形。孪生的特点：孪生的特点：1 1）位向发生改变；）位向发生改变；2 2）切应力大；）切应力大；3 3）变形速度快；）变形速度快；4 4）相邻原子面的位移量小于一个原子间距。）相邻原子面的位移量小于一个原子间距。几种晶体结构的变形方式单晶体的塑性变形究竟以何种方式进行，主单晶体的塑性变形究竟以何种方式进行，主要取决于晶体结构和外部条件：要取决于晶体结构和外部条件：面心立方晶格：一般不发生孪生变形；面心立方晶格：一般不发生孪生变形；体心立方晶格：一般以

4、滑移的方式进行，只体心立方晶格：一般以滑移的方式进行，只有在低温或受到冲击时才发生孪生变形；有在低温或受到冲击时才发生孪生变形；密排六方晶格：以孪生变形为主。密排六方晶格：以孪生变形为主。二、多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形主要受晶粒的位向及晶界对位多晶体的塑性变形主要受晶粒的位向及晶界对位错运动的阻碍。错运动的阻碍。多晶体变形的特点：多晶体变形的特点：（1 1）变形抗力高；）变形抗力高；（2 2）变形和应力不均匀性；）变形和应力不均匀性；（3 3）晶界和晶粒间位向差共同作用。）晶界和晶粒间位向差共同作用。3 3 3 3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塑性变形对金属

5、组织和性能的影响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 2）织构）织构）织构）织构绝大局部晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。绝大局部晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。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。（3 3）加工硬化（形变强化）加工硬化（形变强化）加工硬化（形

6、变强化）加工硬化（形变强化强化材料的手段之一）强化材料的手段之一）强化材料的手段之一）强化材料的手段之一）加工硬化的原因加工硬化的原因塑性变形塑性变形位错密度增加，相互缠结位错密度增加，相互缠结(亚晶界亚晶界)，运动阻力加大，运动阻力加大变形抗力变形抗力金属在冷变形时，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（4 4）剩余内应力）剩余内应力）剩余内应力）剩余内应力由金属内部不均匀变形引起由金属内部不均匀变形引起由金属内部不均匀变形引起由金属内部不均匀变形引起剩余内应力的危害剩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

7、耐蚀性2.3.22.3.22.3.22.3.2塑性变形后的金属在加热时塑性变形后的金属在加热时塑性变形后的金属在加热时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1 1回复回复2 2再结晶再结晶3 3晶粒长大晶粒长大1.1.1.1.回复回复回复回复塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程（去应力退火）塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程（去应力退火）：位错和点缺陷大大位错和点缺陷大大，内应力显著，内应力显著，强度、硬度略有，强度、硬度略有。回复温度回复温度=（0.250.3）T02.2.2.2.再结晶再结晶再结晶再结晶塑性变形后的金属在较高

8、温度加热时，发生再结晶过程（再结晶退火）：塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生再结晶过程（再结晶退火）：通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。加工硬化消除加工硬化消除强度、硬度大大强度、硬度大大，塑性、韧性大大，塑性、韧性大大。最低再结晶温度最低再结晶温度TR纯金属纯金属TR=（0.40.35）T0合金合金TR=（0.50.7）T0温度单位：绝对温度温度单位：绝对温度(K)预变形度对预变形度对TR的影响的影响再结晶后的晶粒度再结晶后的晶粒度再结晶后的晶粒度再结晶后的晶粒度加热温度加热温度T晶粒直径晶粒直径D预变形度的影响预变形

9、度的影响3.3.3.3.晶粒长大晶粒长大晶粒长大晶粒长大变形变形80%工业纯铁再结晶退火工业纯铁再结晶退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%400退火退火8小时小时加热温度加热温度T和和加热时间加热时间t晶界迁移、晶粒合并长大。晶界迁移、晶粒合并长大。2.3.32.3.32.3.32.3.3金属材料的热加工和冷加工金属材料的热加工和冷加工金属材料的热加工和冷加工金属材料的热加工和冷加工1 1热加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响2 2冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响1 1 1 1热加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响热

10、加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响热加工热加工在在TR以上温度进行的变形加工，以上温度进行的变形加工，如钢材的热锻和热轧。如钢材的热锻和热轧。热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。热加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响热加工对组织和性能的影响1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械

11、性能。3）产生）产生流线流线分布分布非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。锻造曲轴锻造曲轴切削加工曲轴切削加工曲轴冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响冷加工冷加工在在TR以下温度进行的变形加工，以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲如低碳钢的冷拔、冷冲。冷加工时，无冷加工时，无再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，如产生加工硬化等。如产生加工硬化等。小结小结小结小结重点要求重点要求一般要求一般要求1.1.金属在冷加工时组织

12、和性能的变化。金属在冷加工时组织和性能的变化。2.2.金属再结晶时组织和性能的变化。金属再结晶时组织和性能的变化。3.3.加工硬化、细晶强化的概念。加工硬化、细晶强化的概念。1.1.塑性变形的本质和滑移机理。塑性变形的本质和滑移机理。2.2.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。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，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

13、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局部分开的均匀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局部分开的均匀组成局

14、部。这个界面称为相界面。成局部。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

15、多元合金系。如铁、碳二元合金中，铁和碳可以以不同的比例，配制成假设干种元合金系。如铁、碳二元合金中，铁和碳可以以不同的比例，配制成假设干种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

16、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匀晶转变 L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120

17、013001400150010831455L 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

18、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：在两杠杆定律推论：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

19、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

20、 +L+L+共晶反响线共晶反响线表示从表示从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响。共晶反响。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共晶反响要点共晶反响要点共晶反响要点共晶反响要点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。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。

21、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.没有共晶反响过程，没有共晶反响过程，而是经过匀晶反响形成而是经过匀晶反响形成单相单相 固相。固相。2.要经过脱溶反响，要经过脱溶反响，室温室温组织组成物组织组成物为为+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

22、局部。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

23、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

24、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铁碳相图(Fe-Fe(Fe-Fe(Fe-Fe(Fe-Fe3 3

25、 3 3 C C C C相图相图相图相图)(1)Fe-Fe(1)Fe-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)Fe-Fe(2)Fe-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 相相 （高温铁素体（高温铁素体 ）Fe Fe（C C）固溶体）固

26、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

27、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%类型类型类型类型亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢钢号钢号钢号钢号202045456060T8T8T10T10T12

28、T12碳质量分数碳质量分数碳质量分数碳质量分数0.200.200.450.450.600.600.800.801.001.001.201.20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%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

29、 +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

30、）（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

31、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：有一定的相：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局部。的均匀组成局部。合金中有两类基本相合金中有

32、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，表达相的形态、数量、大小和分布。材料内部的微观形貌，表达相的形态、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的概念热处理的概念热处理的概念热处理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

33、：一般热处理：退火、正火、淬火和回火；外表热处理：外表淬火、化学热处理；其他热处理：真空热处理、形变热处理、操作气氛热处理、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

34、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，

35、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

36、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（过）共析钢亚（过）共析钢亚（过）共析钢亚（过）共析钢过冷过冷过冷过冷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（下）移。线上（下）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

37、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是体心正方的是体心正方的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，剩余，剩余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，为针状时

38、，为针状M。C%=0.251.0%时，为混合时，为混合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

39、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上下，按转变温度的上下，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。2.4.32.4.32.4.32.4.3钢的一般热处理钢的一般热处理钢的一般热处理钢的一般热处理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

40、+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

41、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标准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（蘸火）淬火（蘸火）淬火（蘸火）淬火（

42、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，剩余，剩余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。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

43、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：淬火后获得的最高硬度，淬硬性：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

44、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。

45、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钢的外表热处理（外表淬火）钢的外表热处理（外表淬火）钢的外表热处理（外表淬火）钢的外表热处理（外表淬火）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：提高外表硬度，保持心部

46、良好的塑韧性。提高外表硬度，保持心部良好的塑韧性。感应加热外表淬火感应加热外表淬火交变磁场交变磁场感应外表电流感应外表电流外表加热外表加热特点特点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)表层剩余压应力表层剩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操作。加热温度和淬硬层厚度容易操作。火焰加热外表淬火（乙炔氧等火焰）火焰加热外表淬火（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

47、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、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：外表硬度，耐磨性目的：外表硬度，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

48、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，剩余晶粒粗大，剩余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（外表性能以上（外表性能）二次淬火二次淬火Ac3以上（心部性能以上（心部性能）+Ac1以上（外表性能以上（外表性能）低温回火低温回火,150200，消除淬火应力，提高韧性。消除淬火应力，提高韧性。钢的氮化钢的氮化钢的氮化钢的氮化工件外表渗入工件外表渗入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

49、化温度低氮化温度低(500600)，时间长（，时间长（2050h），渗层薄。），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。第五章金属材料3.1.1碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类3.1.2碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途3.13.1碳钢碳钢碳钢碳钢3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类.成分成分w(C)2.11%Mn、Si固溶强化固溶强化S 热脆热脆P 冷脆冷脆O、N、H 强度、塑性、韧性强度、塑性、韧性.分类分类1）按）按C含量分含量分低低C钢钢w(C)0.25%中中C钢钢0.25%w(C

50、)0.6%高高C钢钢w(C)0.6%2）按质量分（）按质量分（S、P含量）含量）一般碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。一般碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分）按用途分碳素结构钢、碳素工具钢。碳素结构钢、碳素工具钢。3.1.23.1.23.1.23.1.2碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途1碳素结构钢碳素结构钢2优质碳素结构钢优质碳素结构钢3碳素工具钢碳素工具钢GB/T700-1988 GB/T700-1988 标准标准 GB700-79 GB700-79 标准标准化学成分和力学性能均须保证化学成分和力学性能均须保证 A A 类钢类钢 保证力学性能，