机械工程材料成型及工艺7.pptx

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1、第第4 4章章 二元合金相图及其应用二元合金相图及其应用前言前言相图的建立相图的建立匀晶相图匀晶相图共晶相图共晶相图回忆基本概念基本概念合金（合金（alloyalloy）、组元、合金系；）、组元、合金系；相、单相合金、多相合金。相、单相合金、多相合金。一、前言相图（相图（相图（相图（phasephase）：描述系统的状态、温度、压力）：描述系统的状态、温度、压力）：描述系统的状态、温度、压力）：描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的图解。又称状态图（及成分之间关系的图解。又称状态图（及成分之间关系的图解。又称状态图（及成分之间关系的图解。又称状态图（state state diagramd

2、iagram）或平衡图（）或平衡图（）或平衡图（）或平衡图（equilibrium diagramequilibrium diagram）。）。）。）。二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，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、成分之间关系的有力工具。相与温度、成分之间关系的有力工具。相与温度、成分之间关系的有力工具。相与温度、成分之间关系的有力工具。根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组根据相图可

3、确定不同成分的材料在不同温度下组成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。可能发生的变化。可能发生的变化。可能发生的变化。二、相图的表示与建立CuCuNiNiwNiNi（）（）温度温度/20204040606080800 0100100T T1 11.1.相图的表示相图的表示A A2.相图的建立方法：热分析法、金相分析法、硬度测定法、X射线衍射分析法、电阻试验法。步骤：配制合金测冷却曲线确定转变温度填入坐标绘制图线。热 分 析 法例例 用热分析法建立用热

4、分析法建立CuCuNiNi合金系合金系 二元相图的步骤：二元相图的步骤：配制一系列成分的铜镍合金；配制一系列成分的铜镍合金；将这些合金熔化后，分别测出它们的冷却曲线；将这些合金熔化后，分别测出它们的冷却曲线；根据冷却曲线上的转折点确定各合金的凝固温度；根据冷却曲线上的转折点确定各合金的凝固温度；将测得的数据引入温度成分坐标系中；将测得的数据引入温度成分坐标系中；连接意义相同的点，得到相应的曲线；连接意义相同的点，得到相应的曲线；上述曲线将图面分隔为三个区域，各区间分别限定了一定上述曲线将图面分隔为三个区域，各区间分别限定了一定的成分范围和温度范围，这些区间称为相区（的成分范围和温度范围，这些区

5、间称为相区（phase phase fieldfield）。通过必要的组织分析测出各相区所含的相，将）。通过必要的组织分析测出各相区所含的相，将它们的名称分别标注在相应的相区中，相区的建立工作即它们的名称分别标注在相应的相区中，相区的建立工作即告完成。告完成。CuNi合金相图的测绘说明：说明：所配制的合金数目越多，成分间隔愈小，所用金所配制的合金数目越多，成分间隔愈小，所用金 属的纯度越高，测温技术越先进，冷却速度越缓属的纯度越高，测温技术越先进，冷却速度越缓 慢（一般应为慢（一般应为0.50.51.5/min1.5/min），所测得的相图），所测得的相图 越精确。越精确。三、匀晶相图概念：两

6、组元在液态、固态均无限互溶的合金状概念：两组元在液态、固态均无限互溶的合金状概念：两组元在液态、固态均无限互溶的合金状概念：两组元在液态、固态均无限互溶的合金状态图。态图。态图。态图。当两个金属组元之间形成无限固溶体时，其当两个金属组元之间形成无限固溶体时，其当两个金属组元之间形成无限固溶体时，其当两个金属组元之间形成无限固溶体时，其条件为：条件为：条件为：条件为：两者的晶体结构相同，原子尺寸接近，两者的晶体结构相同，原子尺寸接近，两者的晶体结构相同，原子尺寸接近，两者的晶体结构相同，原子尺寸接近，r15r15r15r0T0；(3)(3)结构条件：结构起伏结构条件：结构起伏(相起相起伏）。伏）

7、。不同点：不同点：合金在一个温度范围内结晶；需要成分起伏。合金在一个温度范围内结晶；需要成分起伏。四、共晶相图概念：二组元在液态下无限互溶，而在固态下仅有概念：二组元在液态下无限互溶，而在固态下仅有概念：二组元在液态下无限互溶，而在固态下仅有概念：二组元在液态下无限互溶，而在固态下仅有限溶解并发生共晶反响的合金系形成共晶相图。限溶解并发生共晶反响的合金系形成共晶相图。限溶解并发生共晶反响的合金系形成共晶相图。限溶解并发生共晶反响的合金系形成共晶相图。例如：例如：例如：例如：PbPbPbPbSnSnSnSn系、系、系、系、PbPbPbPbSbSbSbSb系、系、系、系、CuCuCuCuAgAgA

8、gAg系等。系等。系等。系等。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 固溶线固溶线共晶相图分析共晶相图分析PbSnT,CL +L+L+共晶反响线共晶反响线表示从表示从c点到点到d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。cd共晶点共晶点表示表示e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。eLe c+da ab bSn%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

9、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。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。Sn%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 X2 2合金结晶过程分析合金结晶过程分析（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+183

10、cedX 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3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.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1.合金的使用性能与相图的关系2.固溶体中溶质浓度 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。2.合金的工艺性能与相图

11、的关系铸造性能铸造性能液固相线距离愈小，结液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），则流动性晶成分的合金），则流动性好，不易形成分散缩孔。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

12、-Fe(Fe-Fe3 3 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

13、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衡结晶过程铁碳合金的平衡结晶过程铁碳合

14、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%0.0218%)(C%0.0218%)

15、(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)过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢(C%=1

16、.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图3 3 3 3铁碳合金的铁碳合金的铁碳

17、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，与实际情况有较大差异。相图反映的是平衡状

18、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

19、钢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：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 Fe Fe，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

20、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，保温时间加热温度，保温时间晶粒尺寸晶粒

21、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（550550 M MS S）C C原子扩散，原子扩散，原子扩散，原子扩散，Fe Fe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

22、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，350 350 M MS S 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（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

23、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

24、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。M M 的形态的形态的形态的形态C%1.0%时，为针状时，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-60M M 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

25、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

26、.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+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

27、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

28、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（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

29、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

30、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（

31、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。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

32、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

33、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

34、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

35、（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.

36、1 3.1 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)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。3.1.23.1.2

37、3.1.23.1.2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，保证力学性能，B B 类钢类钢 保证化学成分，保证化学成分，C C 类钢类钢 保证化学成分及力学性能。保证化学成分及力学性能。Q195 Q195 A1A1；B1B1Q215 Q215 A2A2；C2C2Q235 Q235 A3A3；C3C3Q255

38、Q255 A4A4；C4C4Q275 Q275 C5C5碳素结构钢碳素结构钢 新、老标准钢号对照新、老标准钢号对照表表3-2 3-2 碳素结构钢的机械性能碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)(GB/T700-1988)牌牌号号等等级级拉拉 伸伸 试试 验验冲击试验冲击试验屈服点屈服点 s，MPa抗拉抗拉强度强度 b b/MPa伸长率伸长率 s ,%温度温度V V型冲型冲击功击功(纵向纵向)J钢材厚度钢材厚度(直径直径)，mm钢材厚度钢材厚度(直径直径),),mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于不小于不小于不小于Q195195315-39

39、033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615用途用途用途用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。热处理：热处理：热轧空冷空冷组织：组织：SF多边型角钢多边型角钢螺钉、铆钉螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁2 2优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结

40、构钢牌号牌号如如45钢，含钢，含C量为量为45/10000=0.45%。表表3-4 3-4 优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能钢号钢号化学成分，化学成分，%s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0

41、.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03562GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062（摘自（摘自GB/T182542002）应用应用GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。热处理

42、热处理热处理热处理球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火冷处理，时效（冷处理，时效（120120140,10140,1020h20h）：稳定尺寸，去应力。）：稳定尺寸，去应力。组织组织回火回火M细碳化物少量细碳化物少量A1 1合金刃具钢合金刃具钢2 2合金模具钢合金模具钢3 3量具用钢量具用钢3.2.33.2.33.2.33.2.3合金工具钢合金工具钢合金工具钢合金工具钢1 1合金刃具钢合金刃具钢合金刃具钢合金刃具钢（）性能要求（）性能要求高硬度高硬度机加工刀具机加工刀具HRC60高耐磨性高耐磨性刀具寿命和生产率刀具寿命和生产率组织要求组织要求硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中

43、。硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。高的热硬性（红硬性）高的热硬性（红硬性）高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。足够的韧性足够的韧性以承受冲击载荷以承受冲击载荷（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢成分成分w(C)=0.91.5%，合金元素，合金元素5%。性能性能HRC60，使用温度，使用温度200300。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w/%热处理及性能热处理及性能CMnSiCr淬火淬火回火回火回火后回火后HRCHRC9SiCr0.850.950.300.601.201.600.951.25860880

44、油油1802006062CrWMn0.901.050.801.10W1.21.600.901.20820840油油1401606265（摘自（摘自GB/T12992000）热处理热处理热处理热处理 球化退火（球化退火（球化退火（球化退火（+机加工）机加工）机加工）机加工）+淬火淬火淬火淬火+低温回火低温回火低温回火低温回火最终组织最终组织回火回火M+合金碳化物合金碳化物+少量少量A应用应用如如9SiCr，做板牙、丝锥等。，做板牙、丝锥等。板牙板牙丝锥丝锥（）高速钢（）高速钢（）高速钢（）高速钢 成分成分w(C)=0.71.2%，合金元素，合金元素10%。性能性能高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性VC

45、等弥散硬化等弥散硬化高热硬性高热硬性600时时HRC62，W2C等提高热硬性。等提高热硬性。高淬透性高淬透性尺寸不大时可空冷淬火，尺寸不大时可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。等元素提高淬透性。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w，%热处理及性能热处理及性能CWVCrMo淬火淬火回火回火回火后回火后HRCW18Cr4V0.700.8017.519.01.001.403.804.4012701285油油550570三次三次63W6Mo5Cr4V20.800.905.506.751.752.203.804.404.755.5012101230油油540560三次三次63热处理热处理热处理热处理（锻

46、造（锻造+）球化退火（）球化退火（+机加工）机加工）淬火淬火+回火回火锻造目的锻造目的成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。淬火，淬火，淬火，淬火，1280 1280 增加增加增加增加A A、MM中合金含量，提高热硬性。中合金含量，提高热硬性。中合金含量，提高热硬性。中合金含量，提高热硬性。淬火组织（左图）：淬火组织（左图）：M+碳化物碳化物+A最终组织（右图）：回火最终组织（右图）：回火M+粒状碳化物粒状碳化物+少量少量A回火，回火，560，三次，三次W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除弥散硬化，二次淬火基本消除A。应用应用高速车刀、钻头、

47、铣刀等。高速车刀、钻头、铣刀等。（）热模具钢（）热模具钢（）热模具钢（）热模具钢 热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。性能性能耐热性、热疲劳抗力高。耐热性、热疲劳抗力高。应用应用中小型模具中小型模具5CrMnMo等。等。大型模具大型模具3Cr2W8V等，淬透性好。等，淬透性好。最终热处理最终热处理淬火淬火+高温回火高温回火最终组织最终组织回火回火T或或回火回火S3 3量具用钢量具用钢量具用钢量具用钢 卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等性能性能高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。高的硬度和耐

48、磨性、良好的尺寸稳定性。应用应用简单量具简单量具T10A、T12A等。等。高精度量具高精度量具GCr15、CrWMn等。等。最终热处理最终热处理淬火淬火+（-70-80）冷处理）冷处理+低温回火低温回火+时效处理时效处理时效处理：时效处理：120130，保温几几十小时，使，保温几几十小时，使M、A稳定，消除内应力。稳定，消除内应力。最终组织最终组织回火回火M+碳化物碳化物+少量少量A1 1不锈钢不锈钢2 2耐热钢耐热钢3 3耐磨钢耐磨钢3.2.43.2.43.2.43.2.4特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢1.1.不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢钢的抗腐蚀措施钢的抗腐蚀措施形成单相组织。形成单

49、相组织。参加参加Cr，降低两相的电极电位差。，降低两相的电极电位差。参加参加Cr、Al等，生成致密的外表氧化膜等，生成致密的外表氧化膜。常用不锈钢常用不锈钢F型型如如1Cr17，化工设备、食品工业。，化工设备、食品工业。M型型如如1Cr13用于汽轮机叶片；用于汽轮机叶片；3Cr13做手术器具及刀具。做手术器具及刀具。A型型如如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业。用于化工、食品、医疗行业。不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分,%淬火淬火回火回火CCrNiTi类类别别机械性能机械

50、性能 bMPasMPa5%HRCHB1Cr130.1512149501000水水,油油7007504Cr130.360.45121410501100油油200300M型型540345680400254159501Cr170.121618780850正火正火0Cr18Ni90.07171981210101150水水F型型A型型A-F型型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti0.1217199120.50.89201150水水520205401871Cr21Ni5Ti0.090.1420224.85.80.350.89501100水水,空空60035020.耐热钢耐热钢耐