1、金屬材料與熱處理第一節(jié) 金屬的物理、化學(xué)性能第二節(jié) 金屬的力學(xué)性能第三節(jié) 金屬的工藝性能第一節(jié) 金屬的物理、化學(xué)性能 各種規(guī)格的傳輸電纜 導(dǎo)電性是金屬的一種物理特性。銅具有優(yōu)越的導(dǎo)電性，且化學(xué)穩(wěn)定性良好，因此是傳輸電纜最常用的制造材料，如圖所示。 導(dǎo)電性是金屬眾多性能之一，掌握金屬的性能特點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要意義。第一節(jié) 金屬的物理、化學(xué)性能一、金屬的物理性能1密度 密度是物質(zhì)單位體積的質(zhì)量。不同金屬的密度是不同的。一般將密度小于4.5103kg/m3的金屬稱(chēng)為輕金屬，密度大于4.5103 kg/m3 的金屬稱(chēng)為重金屬。常用金屬的物理性能2熔點(diǎn) 熔點(diǎn)金屬及其合金從固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的熔

2、化溫度。金屬都有固定的熔點(diǎn)。3導(dǎo)熱性 導(dǎo)熱性金屬能傳導(dǎo)熱的性能。一般情況下，金屬的導(dǎo)熱性比非金屬好。4導(dǎo)電性 導(dǎo)電性金屬能傳導(dǎo)電流的性能。金屬是良好導(dǎo)體。金屬導(dǎo)電性的好壞取決于它的熱導(dǎo)率。5熱膨脹性 熱膨脹性金屬材料的體積隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性。一般情況下，金屬加熱時(shí)體積脹大，冷卻時(shí)體積縮小。6磁性 磁性金屬能導(dǎo)磁的性能。具有磁性的金屬都能被磁鐵吸引。金屬材料根據(jù)其在磁場(chǎng)中受到磁化程度的不同，可分為鐵磁性材料、順磁性材料和抗磁性材料三種。二、金屬的化學(xué)性能1耐腐蝕性 耐腐蝕性金屬材料抵抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。腐蝕對(duì)金屬材料的危害很大。因此，要提高金屬材料的耐腐蝕性能。2抗氧化性

3、抗氧化性金屬材料抵抗氧氣氧化作用的能力。金屬材料在常溫條件下的氧化作用并不明顯，但當(dāng)溫度升高時(shí)，其氧化作用明顯加劇。3化學(xué)穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱(chēng)。金屬在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性叫做熱穩(wěn)定性。第二節(jié) 金屬的力學(xué)性能 懸索橋及其結(jié)構(gòu)示意圖 懸索橋主要采用金屬材料制造，對(duì)于如此大型的工程結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員是依據(jù)什么計(jì)算和確定結(jié)構(gòu)尺寸，從而保證其承載安全的呢？ 本節(jié)主要介紹金屬材料的強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能。一、強(qiáng)度與塑性1. 載荷、變形與應(yīng)力（1）載荷靜載荷大小和方向不變或變化緩慢的載荷。沖擊載荷在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于工件上的載荷。交變載荷大小或方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。載

4、荷靜載荷沖擊載荷交變載荷（2）變形 變形金屬材料受到載荷作用而產(chǎn)生的幾何形狀和尺寸的變化。變形分為彈性變形和塑形變形。（3）應(yīng)力 金屬材料在受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部作用著與外力相對(duì)抗的力，稱(chēng)為內(nèi)力。 應(yīng)力單位面積上的內(nèi)力。所有強(qiáng)度指標(biāo)都是用應(yīng)力表示的。計(jì)算公式：2拉伸試驗(yàn)（1）試樣拉伸試樣 拉伸試樣a）拉伸前b）拉伸后（2）試驗(yàn)設(shè)備拉伸試驗(yàn)機(jī)（3）試驗(yàn)結(jié)果與分析拉伸曲線(xiàn)1）Oe彈性變形階段。2）s點(diǎn)附近屈服階段。3）屈服后至b 點(diǎn)強(qiáng)化階段。4）bz縮頸階段。低碳鋼的拉伸曲線(xiàn)3. 強(qiáng)度與強(qiáng)度指標(biāo) 強(qiáng)度金屬材料在靜載荷作用下, 抵抗塑性變形或斷裂的能力。 （1）屈服強(qiáng)度 當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在

5、試驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而載荷不增加時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服強(qiáng)度，分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。 上屈服強(qiáng)度 下屈服強(qiáng)度（2）規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp 規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度非比例延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力。（3）規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt 規(guī)定總延伸強(qiáng)度總延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力。（4）規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr（5）抗拉強(qiáng)度 規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度卸除應(yīng)力后殘余延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力。 抗拉強(qiáng)度試樣在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。 計(jì)算公式為：4. 塑性與塑性指標(biāo)（1）斷后伸長(zhǎng)率（2）斷面收縮率 塑性金屬材料在載荷作用下斷裂前所能承受最大塑性變形的能力。二、硬度硬度金屬材料抵抗局部塑性

6、變形和破壞的能力。1. 布氏硬度（1）試驗(yàn)原理布氏硬度試驗(yàn)原理圖 布氏硬度值是用球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力來(lái)計(jì)算。 布氏硬度值僅與壓痕直徑的大小有關(guān)。（2）布氏硬度的表示方法 布氏硬度用符號(hào)HBW 表示，符號(hào)之前的數(shù)字是硬度值，符號(hào)之后為試驗(yàn)條件，依次為：壓頭直徑（mm）/ 試驗(yàn)力（kgf）/ 保持時(shí)間（s）。（3）優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)定的硬度值比較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：試驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜, 壓痕面積大，對(duì)金屬表面的損傷較大。 應(yīng)用：鑄鐵、非鐵金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼材等。2. 洛氏硬度（1）試驗(yàn)原理HR -150A型洛氏硬度計(jì)（2）常用洛氏硬度標(biāo)尺及表示方法 洛氏硬度用

7、符號(hào)HR表示，每一種標(biāo)尺的符號(hào)在其后注明（HRC、HRB、HRA），硬度值置于符號(hào)之前。三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍（3）優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單迅速，壓痕較小，測(cè)量的硬度值范圍大。缺點(diǎn)：測(cè)定的硬度值不夠準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。 維氏硬度的試驗(yàn)原理與布氏硬度基本相同，所不同的是其壓頭是一個(gè)相對(duì)面夾角為136的金剛石正四棱錐體，通過(guò)測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算壓痕面積和硬度值。維氏硬度符號(hào)為HV，其表示方法與布氏硬度基本相同。實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，也無(wú)須計(jì)算，硬度值直接從表中查出。 維氏硬度試驗(yàn)所用的試驗(yàn)力可根據(jù)工件的大小、厚薄等條件進(jìn)行選擇，常用試驗(yàn)力在49.03980.70N范圍內(nèi)變動(dòng)。3.

8、維氏硬度三、沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度1沖擊韌性沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。金屬材料的沖擊韌性是通過(guò)彎曲沖擊試驗(yàn)測(cè)量的。（1）一次沖擊試驗(yàn)（2）多次重復(fù)沖擊試驗(yàn)2疲勞強(qiáng)度（1）疲勞的概念（2）疲勞破壞的特征（3）疲勞曲線(xiàn)和疲勞強(qiáng)度對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力圖疲勞曲線(xiàn)示意圖 第三節(jié) 金屬的工藝性能 在實(shí)際生產(chǎn)中，我們不能只重視金屬材料的使用性能，還應(yīng)考慮采用什么樣的工藝方法進(jìn)行加工，以及制造材料能否滿(mǎn)足工藝方面的要求，從而制造成合格的產(chǎn)品。這方面的內(nèi)容屬于金屬工藝與工藝性能的范疇。一、切削加工與切削加工性1. 常用切削加工方法 切削加工是機(jī)械制造中最主要的加工方法。任何切削加工都必須具備三個(gè)基本條

9、件：切削工具、工件和切削運(yùn)動(dòng)。 金屬材料切削加工的分類(lèi)方法：按工藝特征、按材料切除率和加工精度、按表面成形方法三種。CA6140型車(chē)床X6325型萬(wàn)能搖臂銑床 按工藝特征，切削加工一般可分為車(chē)削、銑削、鉆削、鏜削、鉸削、刨削、插削、拉削、鋸削、磨削。 金屬切削加工機(jī)床按加工方式或加工對(duì)象可分為車(chē)床、銑床、鉆床、鏜床、刨床、齒輪加工機(jī)床等。2. 金屬的切削加工性 金屬材料使用某種切削方法以獲得優(yōu)良工件的性能，稱(chēng)為切削加工性。二、鑄造加工與鑄造性1鑄造加工方法各種形狀的鑄件2. 金屬的鑄造性金屬材料用鑄造的方法制成優(yōu)良鑄件的性能，稱(chēng)為鑄造性。 鑄造毛坯因近乎成形，可達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的，

10、降低了成本并在一定程度上減少了制作時(shí)間。 鑄造是現(xiàn)代裝備制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。三、壓力加工與可鍛性1. 壓力加工方法鍛造加工的零件2. 可鍛性 金屬材料在壓力加工過(guò)程中，通過(guò)塑性變形獲得優(yōu)良鍛件的性能，稱(chēng)為可鍛性。 金屬成形過(guò)程的原理屬質(zhì)量不變的“固態(tài)成形”。 金屬材料的固態(tài)成形的兩個(gè)基本成形條件： （1）被加工的金屬材料具備一定的塑性。 （2）要有外力作用于固態(tài)金屬材料上。四、焊接加工與可焊性1. 焊接加工方法焊條電弧焊機(jī)器人焊接2. 金屬的可焊性金屬用焊接方法形成優(yōu)良接頭的性能，稱(chēng)為可焊性。金屬的焊接，按其工藝過(guò)程的特點(diǎn)分為熔焊、壓焊和釬焊。第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié) 純金屬的結(jié)晶 天

11、然水晶和普通玻璃a） 天然水晶b） 普通玻璃 第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 表面上看來(lái)，天然水晶與普通玻璃均晶瑩剔透，外觀(guān)十分相似。但事實(shí)上兩者卻是截然不同的物質(zhì)。水晶與玻璃的本質(zhì)區(qū)別是兩者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。一、晶體與非晶體非晶體物質(zhì)內(nèi)部的原子呈無(wú)序堆積。晶體物質(zhì)內(nèi)部的原子呈有序、規(guī)則排列。 第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 固態(tài)物質(zhì)根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同可分為晶體和非晶體。晶體具有固定熔點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有固定熔點(diǎn)。晶體表現(xiàn)各向異性，非晶體表現(xiàn)出各向同性。二、金屬的晶體結(jié)構(gòu)1晶體結(jié)構(gòu)的概念晶體內(nèi)部原子排列模型晶格和晶胞示意圖a） 晶格b） 晶胞2金屬晶格的類(lèi)型常見(jiàn)金屬晶格的類(lèi)型 金屬的性能與其晶格類(lèi)型和原子間的結(jié)合力有

12、著密切的關(guān)系。三、單晶體與多晶體單晶體晶體內(nèi)部原子的排列位向是完全一致的晶體。多晶體由許多晶粒組成的晶體。單晶體示意圖多晶體示意圖 單晶體表現(xiàn)出各向異性，多晶體顯示出各向同性，也稱(chēng)“偽無(wú)向性”。四、 金屬的晶體缺陷1. 點(diǎn)缺陷空位、間隙原子和置代原子空位、 間隙原子和置代原子示意圖 無(wú)論是空位、間隙原子還是置代原子，在其周?chē)紩?huì)使晶格產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱(chēng)為晶格畸變。 上述三種晶體缺陷造成的晶格畸變區(qū)僅限于缺陷原子周?chē)妮^小區(qū)域，故統(tǒng)稱(chēng)為點(diǎn)缺陷。2線(xiàn)缺陷位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)示意圖a） 立體圖 b） 平面圖 位錯(cuò)的特點(diǎn)之一是很容易在晶體中移動(dòng)，金屬材料的塑性變形就是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在晶體中，位

13、錯(cuò)的晶格畸變發(fā)生在沿半原子面端面的狹長(zhǎng)區(qū)域，故稱(chēng)為線(xiàn)缺陷。3面缺陷晶界和亞晶界晶界過(guò)渡結(jié)構(gòu)示意圖亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖 晶界晶粒與晶粒之間的分界面。亞晶界亞晶粒之間的界面。 在晶體中，晶界和亞晶界的晶格畸變均發(fā)生在一個(gè)曲面上，故稱(chēng)為面缺陷。 第二節(jié) 純金屬的結(jié)晶轉(zhuǎn)爐煉鋼 生鐵的生產(chǎn)是以鐵礦石為原料，首先利用煉鐵設(shè)備冶煉成液體狀態(tài)的生鐵，然后再將其轉(zhuǎn)變成固體狀態(tài)；而鋼的生產(chǎn)是以生鐵為原料，在煉鋼爐內(nèi)繼續(xù)冶煉，首先得到液體狀態(tài)的鋼，然后再將其澆鑄成固體狀態(tài)的鋼錠或鋼坯。 金屬由液體轉(zhuǎn)變成固體的過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)金屬晶體形成的過(guò)程，稱(chēng)之為“結(jié)晶”。 鋼錠澆鑄示意圖 a） 澆鑄示意圖 b） 鋼錠 1盛鋼桶

14、2滑動(dòng)水口 3鋼錠模 4鋼液 5底盤(pán) 金屬由原子不規(guī)則排列的液體轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)律排列的固體的過(guò)程稱(chēng)為結(jié)晶。一、純金屬結(jié)晶的相關(guān)概念與過(guò)程1. 純金屬的冷卻曲線(xiàn)及過(guò)冷度 熱分析法裝置示意圖1電爐 2坩堝 3金屬液 4熱電偶純金屬的冷卻曲線(xiàn) 純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線(xiàn)a） 理論結(jié)晶溫度 b） 實(shí)際結(jié)晶溫度 金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)冷。它們的溫度之差稱(chēng)為過(guò)冷度。 金屬結(jié)晶時(shí)過(guò)冷度的大小與冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越快，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度也就越大。2. 純金屬的結(jié)晶過(guò)程純金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖結(jié)晶的過(guò)程是晶核的形成與長(zhǎng)大的過(guò)程。純金屬顯微組織圖二、金屬結(jié)晶后的晶粒大小對(duì)力學(xué)

15、性能的影響晶粒大小對(duì)純鐵力學(xué)性能的影響 在常溫下，金屬的晶粒越細(xì)小，其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好。三、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬在固態(tài)下隨溫度的改變由一種轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。 以不同晶格形式存在的同一種金屬元素的晶體稱(chēng)為該金屬的同素異構(gòu)體。 鐵是典型的具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特性的金屬。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變可以用下式表示：純鐵的冷卻曲線(xiàn) -Fe到-Fe的 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程示意圖第一節(jié) 合金的基本組織與性能第二節(jié) 鐵碳合金 第一節(jié) 合金的基本組織與性能 純金屬由于強(qiáng)度、硬度比較低，無(wú)法滿(mǎn)足各種零件對(duì)力學(xué)性能的要求，在使用上受到很大限制。 實(shí)踐證明，在純金屬中加入其他金屬或非金屬元素，可以使其力

16、學(xué)性能發(fā)生明顯改變。 如鋁合金就是在鋁中加入了少量的銅、鎂、錳等元素，力學(xué)性能得到明顯提高，而且仍然保持了純鋁質(zhì)量輕、便于加工的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于航空航天、汽車(chē)制造及日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域。一、合金的基本概念1. 合金 合金以一種金屬為基礎(chǔ)，再加入一種或多種金屬或非金屬元素形成的金屬材料。2. 組元 組元組成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)。 按照組元的數(shù)目，合金可分為二元合金、三元合金和多元合金。3. 合金系 合金系組元不變，而組元比例發(fā)生變化，可以得到一系列不同成分的合金。4. 相 相是組成合金組織的基本單元。合金中化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)及性能相同的組成部分稱(chēng)為相，相與相之間具有明顯的界面。5. 組織 合金的組

17、織是指合金中不同種類(lèi)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布狀況的相相互組合而成的綜合體。組織可由單相組成，也可由兩個(gè)或兩個(gè)以上的相組成。只有一種相組成的組織稱(chēng)為單相組織，由兩種或兩種以上的相組成的組織稱(chēng)為多相組織。二、 合金的基本組織與性能1固溶體 固溶體一種組元的原子溶入另一種組元的晶格中所形成的均勻固相。（1）間隙固溶體 固溶體的結(jié)構(gòu)示意圖a）間隙固溶體 b）置代固溶體 （2）置代固溶體 溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙之中而形成的固溶體。 溶質(zhì)原子代替部分溶劑原子，占據(jù)溶劑晶格中的某些節(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體。 溶質(zhì)原子對(duì)晶格畸變的影響示意圖a） 置代固溶體 b） 間隙固溶體2金屬化合物 合金組元間發(fā)生相互作

18、用而形成的一種具有金屬特性的物質(zhì)稱(chēng)為金屬化合物。金屬化合物的組成一般可用化學(xué)分子式來(lái)表示。其性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)較高、硬度高、脆性大。金屬化合物是許多合金的重要組成相。3混合物 兩種或兩種以上的相按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)稱(chēng)為混合物。 混合物中的組成部分可以是純金屬、 固溶體或化合物各自的混合， 也可以是它們之間的混合。 混合物中各相既不溶解，也不化合，它們保持自己原來(lái)的晶格。三、合金的成分、組織和性能1. 單相固溶體組織 當(dāng)溶質(zhì)元素含量超過(guò)其在溶劑晶格中的溶解度時(shí)，溶質(zhì)與溶劑將形成金屬化合物，此時(shí)，合金組織由強(qiáng)度較低、塑性較好的固溶體與硬而脆的金屬化合物組成。 2. 固溶體與金屬化合物的混合物組織

19、這種組織多出現(xiàn)在溶質(zhì)元素加入量較少或溶質(zhì)元素在溶劑晶格中溶解度較大的合金中,其中前者占絕大多數(shù)。 其顯微組織形態(tài)與純金屬相似，強(qiáng)化途徑僅僅是固溶強(qiáng)化。 第二節(jié) 鐵碳合金 鐵碳合金是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種金屬材料。鐵碳合金是一個(gè)合金系，不同的成分配比組成不同的合金，成分不同，其內(nèi)部組織也就不同。當(dāng)成分一定時(shí)，隨著溫度的變化，其內(nèi)部組織也會(huì)發(fā)生變化。 成分和溫度是影響鐵碳合金組織的重要因素，這就形成了成分溫度組織三者之間的自然關(guān)系。一、鐵碳合金的基本組織與性能1鐵素體鐵素體的模型鐵素體的顯微組織 鐵素體碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體，用符號(hào)F表示。 鐵素體的含碳量低，其性能與純鐵相似，具有良

20、好的塑性和韌性，而強(qiáng)度和硬度較低。2奧氏體 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體稱(chēng)為奧氏體，用符號(hào)A表示。奧氏體的強(qiáng)度和硬度不高，但具有良好的塑性，是絕大多數(shù)鋼在高溫鍛造和軋制時(shí)所要求的組織。奧氏體的模型3滲碳體4珠光體 滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，含碳量為6.69%，其化學(xué)式為 Fe3C。滲碳體硬度高，脆性大。 珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符號(hào)P表示。 珠光體的強(qiáng)度較高，硬度適中，具有一定的塑性。珠光體的顯微組織（1000）5萊氏體 萊氏體是含碳量為4.3%的鐵碳合金，在1148時(shí)從液相中同時(shí)結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的混合物，用符號(hào)Ld表示。由于奧氏體在727時(shí)還將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室

21、溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成，這種混合物稱(chēng)為低溫萊氏體，用符號(hào) Ld表示。萊氏體的力學(xué)性能和滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。二、鐵碳合金相圖1. 鐵碳合金相圖的概念簡(jiǎn)化后的Fe-Fe3C相圖2鐵碳合金相圖的含義與分析（1）Fe-Fe3C相圖中的特性點(diǎn)及其含義Fe - Fe3 C 相圖中的特性點(diǎn)及其含義（2） Fe-Fe3C相圖中的特性線(xiàn)及其含義1）ACD線(xiàn)（液相線(xiàn)）。此線(xiàn)以上區(qū)域全部為液相，用L表示。 2）AECF線(xiàn)（固相線(xiàn)）。液態(tài)合金冷卻到此線(xiàn)全部結(jié)晶為固態(tài)， 此線(xiàn)以下為固相區(qū)。 3）GS線(xiàn)。冷卻時(shí)從奧氏體中析出鐵素體的開(kāi)始，用符號(hào)A3表示。 4）ES線(xiàn)。碳在奧氏體中的飽和溶解度曲線(xiàn)（固

22、溶線(xiàn)），用符號(hào) Acm表示。 5）ECF線(xiàn)（共晶轉(zhuǎn)變線(xiàn)）。當(dāng)液態(tài)合金冷卻到此線(xiàn)時(shí)（1148）， 將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。 6）PSK線(xiàn)（共析轉(zhuǎn)變線(xiàn)）。常用符號(hào)Al表示。當(dāng)合金冷卻到此線(xiàn)時(shí)（727）， 將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。 Fe-Fe3C相圖中的特性線(xiàn)及其含義三、 鐵碳合金的分類(lèi)1工業(yè)純鐵 含碳量 wC 0. 0218%的鐵碳合金稱(chēng)為工業(yè)純鐵，其室溫組織為鐵素體。2. 鋼 含碳量wC = 0.0218%2.11%的鐵碳合金稱(chēng)為鋼?？煞譃椋簛喒参鲣摚?.0218% wC 0.77%）、共析鋼（wC=0.77%）、過(guò)共析鋼（0.77% wC 2.11%）。3. 白口鑄鐵 含碳量wC=2.11%6.69%的鐵碳合

23、金稱(chēng)為白口鑄鐵?？煞譃椋簛喒簿О卓阼T鐵 （2.11%wC4.3%）、共晶白口鑄鐵（wC=4.3%）、過(guò)共晶白口鑄鐵（4.3%wC6.69%）。四、典型鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程分析1. 共析鋼（含碳量為0.77%）典型合金在Fe-Fe3C相圖中的位置共析鋼的結(jié)晶過(guò)程2. 亞共析鋼亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程含碳量為0.45%的亞共析鋼在室溫下的顯微組織（200）3. 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 含碳量為1.2%的過(guò)共析鋼在室溫下的顯微組織（400）4. 白口鑄鐵共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程共晶白口鑄鐵的顯微組織（200 ）亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程亞共晶白口鑄鐵的顯微組織（200）過(guò)共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過(guò)程過(guò)共晶白口鑄鐵

24、的顯微組織（200 ）五、鐵碳合金的成分、 組織與性能的關(guān)系含碳量對(duì)正火后碳素鋼的力學(xué)性能的影響 隨著含碳量的增加，鐵碳合金的組織將按下列順序發(fā)生變化：第一節(jié) 概述第二節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼第三節(jié) 碳素工具鋼第四節(jié) 鑄造碳鋼 第一節(jié) 概述一、鋼中常見(jiàn)元素對(duì)性能的影響1硅 錳也來(lái)自生鐵和脫氧劑，能溶于鐵素體中產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。此外，錳能與硫形成MnS，從而減輕硫?qū)︿摰奈：Α?. 錳 硅來(lái)自生鐵和脫氧劑，能溶于鐵素體中產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。 硫在鋼中主要與鐵生成化合物FeS。FeS與鐵形成共晶體，其熔點(diǎn)較低，當(dāng)鋼材加熱到10001 200進(jìn)行軋制或鍛造時(shí)，沿晶

25、界分布的共晶體已經(jīng)熔化，晶粒間結(jié)合被破壞，導(dǎo)致鋼材開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱脆。為消除鋼中硫的有害作用，可以增加鋼中錳的含量。3. 硫4. 磷 磷來(lái)自生鐵，當(dāng)鋼中含磷量不高時(shí)，磷主要溶解在鐵素體中，使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，但同時(shí)使鋼的塑性和韌性急劇下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷脆。二、碳鋼的分類(lèi)1. 按含碳量分類(lèi)（1）低碳鋼：0.0218%wC0.25%。（2）中碳鋼：0.25%wC0.60%。（3）高碳鋼：0.60%wC2.11%。2. 按鋼的質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)（1）普通鋼：wS0.050%，wP0.045%。（2）優(yōu)質(zhì)鋼：wS0.035%，wP0.035%。（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：wS0.030%，wP0.030%

26、。（4）特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：wS0.025%，wP0.020。3. 按鋼的用途分類(lèi) （1）結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種工程構(gòu)件和機(jī)械零件，其含碳量一般小于或等于0.70%。 （2）工具鋼：主要用于制造各種刀具、模具和量具，其含碳量一般大于0.70%。4. 按冶煉時(shí)脫氧程度的不同分類(lèi) （1）沸騰鋼：脫氧程度不完全的鋼。 （2）鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度完全的鋼。 （3）半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼。 第二節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)實(shí)物圖 類(lèi)似下列零件和結(jié)構(gòu)受力相對(duì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)制造材料的要求也不太高，通常采用碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制造。一、碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼冶煉容易，工藝性

27、好，在性能上能滿(mǎn)足一般工程結(jié)構(gòu)、日常生活用品的要求，一般在熱軋狀態(tài)下直接使用。 碳素結(jié)構(gòu)鋼的含碳量較少，有一定的強(qiáng)度，塑性、韌性較好。隨著含碳量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性下降。 碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的字母Q、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)四個(gè)部分按順序組成。常用碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分及用途二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼通常是按化學(xué)成分和力學(xué)性能供應(yīng)的，使用前一般要經(jīng)過(guò)熱處理改善力學(xué)性能。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按冶金質(zhì)量等級(jí)分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，按使用加工方法分為壓力加工用鋼和切削加工用鋼。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的含碳量一般小于0.7%。隨著含碳量的增加，鋼的

28、強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。常用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能及用途 第三節(jié) 碳素工具鋼 在生產(chǎn)實(shí)踐和日常生活中，經(jīng)常使用如下的手工工具。它們主要用來(lái)加工或測(cè)量其他金屬或非金屬工件，雖然整體承載不大，但局部往往受到較大的擠壓和摩擦作用，因而要求具有較高的硬度和耐磨性。 結(jié)構(gòu)鋼因含碳量小，硬度較低，無(wú)法滿(mǎn)足其工作性能要求，因此需要采用碳素工具鋼。 鏨子 銼刀 木工手鋸 錐度塞規(guī)一、碳素工具鋼概述二、碳素工具鋼的牌號(hào)表示方法 碳素工具鋼是指用于制造刀具、量具和模具的碳素鋼，按冶金質(zhì)量等級(jí)可分為優(yōu)質(zhì)鋼與高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（A）兩類(lèi)。碳素工具鋼的含碳量一般為0.70%1.30%，隨著含碳量的增加，鋼的耐磨性增

29、加，韌性降低。常用碳素工具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、性能及用途 第四節(jié) 鑄造碳鋼機(jī)械零件 如下的機(jī)械零件不僅形狀復(fù)雜，而且力學(xué)性能要求也比較高。此類(lèi)零件幾乎無(wú)法采用鍛造或切削加工的方法進(jìn)行制造，只有通過(guò)鑄造工藝獲得。在優(yōu)質(zhì)碳素鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)加入一些化學(xué)元素，使其鑄造性能得以改善。通過(guò)這一方法生產(chǎn)的鋼材稱(chēng)為鑄造碳鋼。一、鑄鋼概述 鑄鋼主要用來(lái)制造形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件。將鋼液直接澆鑄成形得到的工件稱(chēng)為鑄鋼件。 一般工程用鑄鋼的含碳量為0.20%0.60%，鑄鋼具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，生產(chǎn)成本較低。隨著含碳量的增加，鑄鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，而且鑄造性能也變差。二、鑄鋼牌號(hào)的表示

30、方法一般工程用鑄鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途第一節(jié) 鋼在加熱、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼的退火與正火第三節(jié) 鋼的淬火與回火第四節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理第五節(jié) 典型零件的熱處理分析熱處理工藝曲線(xiàn)鋼的熱處理分類(lèi) 第一節(jié) 鋼在加熱、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變熱處理車(chē)間爐膛式電阻爐 熱處理是機(jī)械零件生產(chǎn)過(guò)程中，為了改善材料的工藝性能或使用性能而進(jìn)行的重要工序。一般機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)都會(huì)有專(zhuān)門(mén)的熱處理車(chē)間。 機(jī)械零件在加工過(guò)程中為什么要進(jìn)行熱處理？一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1. 鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度鋼在加熱和冷卻時(shí)的臨界轉(zhuǎn)變溫度2. 鋼的奧氏體化共析鋼中奧氏體形成過(guò)程示意圖a）奧氏體形核b）奧氏體晶核長(zhǎng)大c）殘余

31、Fe3C的溶解d）奧氏體均勻化3. 影響奧氏體化的因素（1）加熱溫度 加熱溫度越高，奧氏體形成速度越快。（2）加熱速度 加熱速度越快，過(guò)熱度越大，奧氏體實(shí)際形成溫度越高，可獲得細(xì)小的起始晶粒。（3）合金元素 Ni、Mn 等合金元素降低臨界點(diǎn)，而Cr、W、Mo、V、Ti 等合金元素提高臨界點(diǎn)。Co 和Ni 元素加快奧氏體的形成速度；Cr、W、Mo、V、Ti 等元素降低奧氏體的形成速度。（4）原始組織的影響 Fe3C 越細(xì)，相界面越多，越有利于奧氏體的形成。4. 奧氏體晶粒的長(zhǎng)大 當(dāng)珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變剛剛完成時(shí)，奧氏體晶粒是比較細(xì)小的。這是由于珠光體內(nèi)鐵素體和滲碳體的相界面很多，有利于形成數(shù)目眾

32、多的奧氏體晶核。不論原來(lái)鋼的晶粒粗或細(xì)，通過(guò)加熱時(shí)的奧氏體化，都能得到細(xì)小晶粒的奧氏體。但是隨著加熱溫度的升高，保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，奧氏體晶粒會(huì)自發(fā)地長(zhǎng)大。長(zhǎng)大是通過(guò)晶粒之間的相互吞并來(lái)完成的。5. 影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素（1）加熱溫度和保溫時(shí)間 奧氏體化溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒越粗大。（2）鋼的含碳量的影響 在碳鋼中，共析鋼的奧氏體晶粒最容易長(zhǎng)大粗化。這是因?yàn)樵趤喒参鲣撝杏邢裙参鲨F素體，在過(guò)共析鋼中有先共析滲碳體，它們對(duì)奧氏體化過(guò)程及奧氏體晶粒的長(zhǎng)大都有阻礙作用。（3）合金元素的影響 合金元素Ti、Al等有阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用，有利于得到細(xì)晶粒鋼。Mn和P等元素有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)

33、大的作用。6. 奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響 奧氏體晶粒均勻細(xì)小，熱處理后鋼的力學(xué)性能提高。 奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，會(huì)降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。粗大的奧氏體晶粒在淬火時(shí)容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開(kāi)裂。7. 奧氏體晶粒大小的控制（1）選擇合理的加熱溫度和保溫時(shí)間（2）選擇合理的加熱速度二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變兩種冷卻方式的工藝曲線(xiàn)1等溫冷卻2連續(xù)冷卻熱處理工藝中，常采用等溫冷卻和連續(xù)冷卻兩種方式。1. 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)共析鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的建立奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖在臨界點(diǎn)A1以下存在的奧氏體稱(chēng)為過(guò)冷奧氏體。2. 共析鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（1）共析鋼的過(guò)冷

34、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 1）珠光體型轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)高溫轉(zhuǎn)變）。在A(yíng)1550溫度范圍內(nèi)，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和滲碳體的片層混合物珠光體。珠光體型轉(zhuǎn)變的組織及性能特點(diǎn) 2）貝氏體型轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)中溫轉(zhuǎn)變）。在550Ms溫度范圍內(nèi)，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。貝氏體型轉(zhuǎn)變的組織及性能特點(diǎn)（2）共析鋼的馬氏體型轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)低溫轉(zhuǎn)變） 當(dāng)鋼從奧氏體區(qū)急冷到Ms以下時(shí)，奧氏體立即開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。馬氏體型轉(zhuǎn)變的組織及性能特點(diǎn) 第二節(jié) 鋼的退火與正火 前面章節(jié)中介紹了幾種常用的加工和測(cè)量工具。它們均采用含碳量較高的鋼制造，以保證其具有較高的硬度和耐磨性。但高硬度勢(shì)必增加加工難度，在實(shí)際生產(chǎn)中，如何才能將這些高硬度材料加工成

35、所需要的形狀和尺寸呢？一、退火 退火是指將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理方法。1. 退火的目的（1）降低鋼的硬度，提高塑性。（2）細(xì)化晶粒，均勻鋼的成分及組織。（3）消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開(kāi)裂。2. 常用的退火方法（1）完全退火 將鋼完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的工藝稱(chēng)為完全退火。（2）球化退火為使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火稱(chēng)為球化退火。球狀珠光體顯微組織（400） 球化退火的工藝： 將鋼加熱到Ac1以上2030 ，保溫一定時(shí)間，以小于50 /h的冷卻速度隨爐冷卻。（3）去應(yīng)力退火 為了去除工件因加工等原因造成的殘余內(nèi)應(yīng)力而

36、進(jìn)行的退火，稱(chēng)為去應(yīng)力退火。 去應(yīng)力退火的工藝： 將鋼加熱到Ac1以下（一般取600650 ），經(jīng)保溫后隨爐緩慢冷卻。常用退火方法的工藝及應(yīng)用二、正火 將鋼加熱到Ac3或Accm以上3050，保溫適當(dāng)時(shí)間，在空氣中冷卻的工藝方法叫正火。退火和正火的加熱溫度范圍及熱處理工藝曲線(xiàn)a）加熱溫度范圍b）熱處理工藝曲線(xiàn)1完全退火2球化退火3去應(yīng)力退火4正火 第三節(jié) 鋼的淬火與回火 采用高碳鋼制作的工具和量具等，為了改善切削加工性能，需要通過(guò)退火降低鋼的硬度。但加工完成之后，還必須采取一定的熱處理工藝，恢復(fù)其高的硬度和耐磨性，那么什么樣的方法才能達(dá)到這一要求呢？一、淬火1. 淬火的概念 將鋼加熱到Ac3或

37、Ac1以上某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理稱(chēng)為淬火。 淬火的主要目的是獲得馬氏體，以提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。2. 淬火加熱溫度（1）亞共析鋼的淬火加熱溫度 亞共析鋼的淬火加熱溫度為Ac3以上3050，淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織，從而獲得較好的力學(xué)性能。 （2）共析鋼和過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度 共析鋼和過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1以上3050。鋼的淬火加熱溫度范圍3. 淬火的冷卻介質(zhì) 常用淬火介質(zhì)有水、鹽水（或堿水）、淬火油、鹽?。ɑ驂A?。┑?。鋼的理想淬火冷卻速度 常用冷卻介質(zhì)的冷卻能力和應(yīng)用范圍4. 淬火方法常用淬火方法的特點(diǎn)及應(yīng)用5. 鋼的

38、淬透性和淬硬性工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系a）冷卻速度b）淬硬層工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系如下圖所示。（1）淬透性 淬透性是指在規(guī)定的條件下，鋼在淬火后獲得淬硬層深度的能力。獲得的淬硬層越深，淬透性越好。臨界冷卻速度越低，淬透性越好。一切增加過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性、降低臨界冷卻速度的因素都可以提高鋼的淬透性。（2）淬硬性 淬硬性是指鋼在淬火后能達(dá)到的最高硬度的能力。鋼的淬硬性主要取決于鋼的含碳量。鋼的淬硬性好，其淬透性不一定就好。例如，高碳鋼的淬硬性很高，但淬透性差。而低碳合金鋼的淬透性相當(dāng)好，但它的淬硬性卻不高。6. 淬火缺陷及防止與補(bǔ)救措施淬火缺陷及防止與補(bǔ)救措施二、回火 1. 回火的概念 將淬火

39、后的鋼再加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝叫回火。鋼件淬火后，雖然具有高的硬度和耐磨性，但脆性較大，韌性較低，還存在著較大的淬火內(nèi)應(yīng)力。為了消除這些不利因素的影響，需及時(shí)進(jìn)行回火處理。 2. 回火的目的 （1）消除內(nèi)應(yīng)力。 （2）獲得所需要的力學(xué)性能。 （3）穩(wěn)定組織和尺寸。3. 回火時(shí)鋼的組織與性能的變化 （1）第一階段：馬氏體的分解（80200）。 （2）第二階段：殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變（200300）。 （3）第三階段：滲碳體的形成（300400）。 （4）第四階段：滲碳體的聚集長(zhǎng)大（400以上）。40鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系4. 回火的方法和應(yīng)用常用回火

40、方法、回火組織、性能及應(yīng)用45 鋼正火或調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能比較 第四節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理 在機(jī)械設(shè)備中，有許多零件會(huì)同時(shí)承受沖擊和摩擦兩種載荷的作用，如汽車(chē)變速齒輪、傳動(dòng)齒輪軸等，此類(lèi)零件不僅要求具有較高的硬度和耐磨性，而且還應(yīng)具有足夠的塑性和韌性。這一特殊性能要去是無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)鋼的含碳量或采用常規(guī)熱處理方法解決的。 可否通過(guò)一些方法，讓零件表面具有較高的硬度而心部具有較高的塑性和韌性呢？一、表面熱處理1. 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 1燒嘴2噴水管3淬硬層 4工件5加熱層 表面熱處理和化學(xué)熱處理是對(duì)工件表面進(jìn)行硬化的熱處理方法。2. 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)： （1

41、）加熱速度快。 （2）淬火質(zhì)量好。 （3）淬硬層深度易于控制， 操作易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。感應(yīng)加熱表面淬火1工件2間隙3加熱淬火層 4淬火噴水管5加熱感應(yīng)圈二、鋼的化學(xué)熱處理 根據(jù)滲入元素的不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬。 化學(xué)熱處理都是通過(guò)三個(gè)基本過(guò)程來(lái)完成。 （1）分解 （2）吸收 （3）擴(kuò)散1. 鋼的滲碳 將工件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝稱(chēng)為滲碳。滲碳后的工件需進(jìn)行淬火及低溫回火，使零件表面獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定強(qiáng)度及較高的塑性和韌性。920 滲碳時(shí)滲碳層厚度與滲碳時(shí)間的關(guān)系 滲碳的一般工藝路線(xiàn)為鍛造正火機(jī)械粗加

42、工滲碳淬火低溫回火機(jī)械精加工。氣體滲碳爐及原理示意圖1風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)2廢氣火焰3爐蓋4砂封5電阻絲6耐熱罐7工件8爐體低碳鋼滲碳緩冷后的滲碳層顯微組織（200） 工件滲碳后，表層含碳量最高，向內(nèi)逐漸降低，中心則為鋼的原含碳量。2. 鋼的滲氮 在一定溫度下，使活性氮原子滲入工件表面以形成高氮硬化層的化學(xué)熱處理工藝稱(chēng)為滲氮，其目的是提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度。滲氮的特點(diǎn)： （1）滲氮層具有很高的硬度和耐磨性。 （2）滲氮溫度低，工件變形小。 （3）滲氮零件具有很好的耐蝕性。 （4）滲氮工藝過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，滲氮層薄而脆，不宜承受集中的重載荷。（1）氣體滲氮滲氮層的顯微組織a) 滲

43、氮層及HV 測(cè)試壓痕b) 滲氮層中致密的針狀氮化物(白色)氣體滲氮工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮。（2）離子滲氮離子滲氮裝置示意圖1密封橡膠棒2陰極3工件4觀(guān)察孔 5真空室外殼6陽(yáng)極 離子滲氮在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩?，利用工件（陰極）和陽(yáng)極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮。 離子滲氮具有速度快、生產(chǎn)周期短、滲氮質(zhì)量高、工件變形小、對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。3. 碳氮共滲 在一定溫度下，將碳、氮原子同時(shí)滲入工件表層奧氏體中的化學(xué)熱處理工藝稱(chēng)為碳氮共滲。（1）中溫氣體碳氮共滲 在改進(jìn)的氣體滲碳爐中同時(shí)滴入煤油，通入氨氣，在共滲溫度（820870）下，這兩種共滲劑產(chǎn)生活性碳原子、氮原子滲入工件表層，并向內(nèi)部擴(kuò)

44、散形成碳氮共滲層。（2）低溫氣體碳氮共滲 又稱(chēng)氣體軟氮化，它以滲氮為主。滲劑采用尿素或甲酰胺，直接送入氣體滲碳爐中，共滲溫度是500 570。 第五節(jié) 典型零件的熱處理分析 前面介紹了幾種機(jī)械工業(yè)中常用的熱處理方法，它們是機(jī)械零件制造過(guò)程中，為了獲得所需要的工藝性能和使用性能所采取的重要工序。針對(duì)某一具體零件，如何根據(jù)其制造材料和要求，正確選用熱處理方法和確定技術(shù)條件，合理安排熱處理在整個(gè)制造過(guò)程中的工序位置呢？一、熱處理的技術(shù)條件 一般零件均以硬度作為熱處理技術(shù)條件，對(duì)滲碳零件應(yīng)標(biāo)注滲碳層深度，對(duì)某些性能要求較高的零件還需標(biāo)注其他力學(xué)性能指標(biāo)或金相組織要求。二、熱處理的工序位置1. 預(yù)備熱處

45、理的工序位置 預(yù)備熱處理包括退火、正火、調(diào)質(zhì)等。退火、正火的工序位置一般安排在毛坯生產(chǎn)（如鍛造）之后、切削加工之前。調(diào)質(zhì)工序一般安排在粗加工之后、精加工或半精加工之前。2. 最終熱處理的工序位置 最終熱處理包括淬火、回火、表面熱處理及化學(xué)熱處理等。 最終熱處理的工序位置一般均安排在半精加工之后。第一節(jié) 概述第二節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼第三節(jié) 合金工具鋼第四節(jié) 特殊性能鋼第五節(jié) 鋼的火花鑒別 第一節(jié) 概述 工業(yè)上較多地使用合金鋼大約是在19世紀(jì)后半期，先后發(fā)明了自硬鋼、鉻鋼、鎳鋼和高速工具鋼，適應(yīng)了社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的要求。 20世紀(jì)20年代后，冶金技術(shù)取得了快速發(fā)展，耐熱鋼、高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼等不斷問(wèn)世，

46、隨著冶金新技術(shù)，特別是爐外精煉技術(shù)的廣泛應(yīng)用，合金鋼開(kāi)始向高純度、高精度和超低碳的方向發(fā)展。目前國(guó)際上合金鋼的產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的10%，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)大量使用的重要金屬材料。一、合金元素在鋼中的主要作用1. 強(qiáng)化鐵素體 由于合金元素與鐵的晶格類(lèi)型和原子半徑的差異，引起鐵素體的晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性和韌性下降。2. 形成合金碳化物 錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈦等元素能與碳形成碳化物。根據(jù)合金元素與碳的親和力不同，它們?cè)阡撝行纬傻奶蓟锟煞譃楹辖饾B碳體和特殊碳化物兩類(lèi)。3. 細(xì)化晶粒 幾乎所有的合金元素都有抑制鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

47、4. 提高鋼的淬透性 除鈷外，所有的合金元素溶解于奧氏體后，均可增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲其向珠光體的轉(zhuǎn)變，使C曲線(xiàn)右移，從而減小淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。5. 提高鋼的回火穩(wěn)定性 合金鋼在回火過(guò)程中，由于合金元素的阻礙作用，使馬氏體不易分解，碳化物不易析出，即使析出后也不易聚集長(zhǎng)大，而保持較大的彌散度，所以鋼在回火過(guò)程中硬度下降較慢。二、合金鋼的分類(lèi)1. 按用途分類(lèi) 合金結(jié)構(gòu)鋼：用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的合金鋼。 合金工具鋼：用于制造各種工具的合金鋼。 特殊性能鋼：具有某種特殊物理、化學(xué)性能的合金鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。2. 按合金元素總含量分類(lèi) 低合金鋼：合金元素總含量

48、小于5%。 中合金鋼：合金元素總含量為5%10%。 高合金鋼：合金元素總含量大于10%。第一節(jié) 概述 第二節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼實(shí)物a）奧運(yùn)“鳥(niǎo)巢” b）變速齒輪c）機(jī)床絲杠 如圖所示，奧運(yùn)“鳥(niǎo)巢”屬于大型工程構(gòu)件，變速齒輪和機(jī)床絲杠屬于機(jī)械零件。它們的工作條件和性能要求各不相同，應(yīng)選擇不同類(lèi)型的金屬材料制造。 那么，什么樣的材料能滿(mǎn)足需要呢？一、低合金結(jié)構(gòu)鋼1. 成分及性能特點(diǎn) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的含碳量較低，加入的主要合金元素是錳（Mn）、硅（Si）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、釩（V）等。錳和硅的主要作用是對(duì)鐵素體起固溶強(qiáng)化作用，以提高鋼的強(qiáng)度。2. 熱處理特點(diǎn) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼大多數(shù)

49、是在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，一般不再進(jìn)行熱處理。3. 常用牌號(hào)和用途常用的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途二、合金滲碳鋼1. 成分及性能特點(diǎn)2. 熱處理特點(diǎn)3. 常用牌號(hào)和用途常用合金滲碳鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途 為改善切削加工性能，預(yù)備熱處理應(yīng)采用正火，為保證表面的高硬度和高耐磨性，合金滲碳鋼的最終熱處理應(yīng)采用滲碳后淬火再低溫回火。 合金滲碳鋼的含碳量為0.10%0.25%，可保證心部有足夠的塑性和韌性。加入鉻、鎳等合金元素可提高鋼的淬透性，加入釩、鈦等合金元素主要是為了防止在高溫滲碳過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大。三、合金調(diào)質(zhì)鋼1. 成分及性能特點(diǎn)2. 熱處理特點(diǎn)3. 常用牌號(hào)和用途 這類(lèi)鋼的含

50、碳量一般為0.25%0.50%。合金調(diào)質(zhì)鋼中常加入少量鉻、錳等合金元素使鐵素體強(qiáng)化并提高韌性。加入少量鉬、釩等碳化物形成元素，可阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。 為改善鍛造后的組織、消除鍛造內(nèi)應(yīng)力和改善切削加工性能，合金調(diào)質(zhì)鋼的預(yù)備熱處理應(yīng)采用正火或退火。常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途四、合金彈簧鋼1. 成分及性能特點(diǎn)2. 分類(lèi)及熱處理特點(diǎn)3. 常用牌號(hào)和用途常用合金彈簧鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途 （1）冷成形彈簧 當(dāng)彈簧直徑或板簧厚度小于或等于10mm 時(shí)，常采用冷成形加工（冷纏、冷卷或冷繞成形）。 （2）熱成形彈簧 當(dāng)彈簧直徑或板簧厚度大于10mm時(shí)，采用熱成形加工。 合金彈簧鋼的含碳量一般為0.

51、45%0.70%，含碳量過(guò)高，塑性和韌性降低，疲勞強(qiáng)度也下降。合金彈簧鋼中常加入的合金元素有錳、硅、鉻、釩和鎢等。五、滾動(dòng)軸承鋼1. 成分及性能特點(diǎn)2. 熱處理特點(diǎn)3. 常用牌號(hào)和用途常用滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)、熱處理和用途 預(yù)備熱處理采用球化退火，以降低鍛造后鋼的硬度，為淬火做好組織準(zhǔn)備。最終熱處理為淬火加低溫回火，目的是提高軸承的硬度和耐磨性。 滾動(dòng)軸承鋼必須具有高的硬度和耐磨性、高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度、足夠的韌性和一定的耐腐蝕性。滾動(dòng)軸承常用合金結(jié)構(gòu)鋼中外牌號(hào)對(duì)照 第三節(jié) 合金工具鋼 車(chē)刀和銑刀是高速切削刀具，工作時(shí)由于受到復(fù)雜的切削力作用，其刃部與工件之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，使切削刃磨損并發(fā)

52、熱，切削量越大，刃部溫度越高，會(huì)使刃部硬度降低，甚至喪失切削能力。另外，車(chē)刀和銑刀還承受沖擊載荷與振動(dòng)。 因此，要求制造車(chē)刀和銑刀的材料除了具有高的硬度和刃磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性外，還必須在高溫下具有高的熱硬度。一、合金刃具鋼1. 低合金刃具鋼 （1）成分及性能特點(diǎn) 低合金刃具鋼的含碳量一般為0.75%1.5%，保證淬火后具有高的硬度和耐磨性。低合金刃具鋼與碳素工具鋼相比提高了淬透性。低合金刃具鋼經(jīng)熱處理后具有高的硬度、足夠的強(qiáng)度和韌性等。 （2）熱處理特點(diǎn) 低合金刃具鋼的預(yù)備熱處理采用球化退火，若組織中網(wǎng)狀碳化物較多，球化退火前應(yīng)先正火消除網(wǎng)狀碳化物。為獲得所需要的力學(xué)性能，最終熱處理采用淬

53、火加低溫回火。 （3）常用牌號(hào)和用途常用低合金刃具鋼的牌號(hào)、硬度和用途2. 高速鋼（1）成分及性能特點(diǎn) 高速鋼中含碳量較高（0.7%1.5%），并含有大量的鎢、鉻、釩、鉬等強(qiáng)碳化物形成元素。高含碳量是為了保證形成足夠量的合金碳化物，并使高速鋼具有高的硬度和耐磨性。 高速鋼具有高熱硬性、高耐磨性和足夠的強(qiáng)度，高速鋼的熱硬性可達(dá)600，切削時(shí)能長(zhǎng)期保持刃口鋒利，故又稱(chēng)鋒鋼。（2）熱處理特點(diǎn) 高速鋼只有經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗蟛拍塬@得較好的組織和性能。為改善切削加工性能，并為淬火做好組織準(zhǔn)備，預(yù)備熱處理一般采用球化退火。高速鋼(W18Cr4V) 的熱處理工藝曲線(xiàn)（3）常用牌號(hào)和用途常用高速鋼的牌號(hào)、含碳量

54、、熱處理、硬度和用途二、合金模具鋼1. 冷作模具鋼冷作模具（1）成分及性能特點(diǎn) 冷作模具鋼的成分特點(diǎn)是高碳、高鉻，高碳保證獲得高硬度和高耐磨性，加入一定量的鉻、錳等元素是為了提高淬透性。這類(lèi)鋼應(yīng)具有高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性。（2）熱處理特點(diǎn) 為減小內(nèi)應(yīng)力，冷作模具鋼的預(yù)備熱處理選用等溫球化退火。最終熱處理一般采用淬火加低溫回火。（3) 常用牌號(hào)和用途 冷作模具鋼的牌號(hào)表示方法與低合金刃具鋼相同。小型冷作模具可用碳素工具鋼、低合金刃具鋼和滾動(dòng)軸承鋼制造。2. 熱作模具鋼熱作模具（1）成分及性能特點(diǎn) 熱作模具鋼一般為中碳合金鋼，具有良好的強(qiáng)度、硬度和韌性。加入合金元素鉻、鎳、錳、硅等是為

55、了強(qiáng)化鋼的基體和提高鋼的淬透性。加入鋁、鎢、釩等元素是為了細(xì)化晶粒，提高鋼的回火穩(wěn)定性和耐磨性。（2）熱處理特點(diǎn) 熱作模具鋼的預(yù)備熱處理一般采用退火。最終熱處理是淬火后中溫或高溫回火。（3）常用牌號(hào)和用途 熱作模具鋼牌號(hào)的表示方法與低合金刃具鋼相同。3. 塑料模具鋼（1）性能特點(diǎn) 塑料模具鋼的工作溫度均不超過(guò)250，由于其在工作時(shí)會(huì)持續(xù)受熱、受壓，并受到一定程度的摩擦和有害氣體的腐蝕，因此要求塑料模具鋼在200左右具有足夠的強(qiáng)度和韌性，并具有較高的耐磨性和耐腐蝕性。（2）常用牌號(hào)和用途塑料模具鋼的牌號(hào)和用途三、合金量具鋼常用量具1. 性能特點(diǎn) 量具必須具備極高的尺寸精度和穩(wěn)定性，因而量具的工作

56、部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。2. 熱處理特點(diǎn) 合金量具鋼經(jīng)淬火后要在150170下長(zhǎng)時(shí)間低溫回火，以穩(wěn)定尺寸。對(duì)精密量具，淬火后要進(jìn)行冷處理，然后再進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的低溫回火。3. 常用合金量具鋼的牌號(hào)和用途量具鋼的應(yīng)用實(shí)例 第四節(jié) 特殊性能鋼挖掘機(jī) 挖掘機(jī)主要用于各種工程土料的挖掘和裝載等作業(yè)，其工作條件十分復(fù)雜和具有不確定性，履帶和鏟斗承受強(qiáng)烈的磨損和沖擊，要求具有很高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，一般鋼材難以滿(mǎn)足這一要求，這就需要選擇一種具有特殊性能的材料特殊性能鋼來(lái)滿(mǎn)足上述要求。一、不銹鋼1. 成分特點(diǎn) 隨著不銹鋼中含碳量的增加，其強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高，但耐腐蝕性

57、下降，因此，大多數(shù)不銹鋼的含碳量都較低。不銹鋼還具有良好的耐腐蝕性。2. 常用不銹鋼的牌號(hào)和用途 不銹鋼牌號(hào)的表示方法：只規(guī)定含碳量上限者，當(dāng)鋼中含碳量上限不大于0.10% 時(shí)，以其上限的3/4表示含碳量；當(dāng)含碳量上限大于0.10% 時(shí)，以其上限的4/5表示含碳量，用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。 常用不銹鋼的牌號(hào)和用途1. 成分特點(diǎn)（1）抗氧化鋼 抗氧化鋼是在高溫下具有較好的抗氧化能力且具有一定強(qiáng)度的鋼?？寡趸撝屑尤氲暮辖鹪貫殂t、硅、鋁等，它們?cè)阡摫砻嫘纬芍旅艿难趸?，從而避免了鋼的進(jìn)一步氧化。（2）熱強(qiáng)鋼 熱強(qiáng)鋼是在高溫下具有良好抗氧化能力且具有較高的高溫強(qiáng)度的鋼。為了提高鋼的抗氧

58、能力和高溫強(qiáng)度，常在鋼中加入鉻、鎢等合金元素。2. 常用牌號(hào)和用途耐熱鋼的常用牌號(hào)和用途二、耐熱鋼三、耐磨鋼1. 高錳鋼的成分及性能特點(diǎn)2. 高錳鋼的熱處理特點(diǎn)3. 高錳鋼的常用牌號(hào)和用途常用特殊性能鋼中外牌號(hào)對(duì)照 為了使高錳鋼獲得單相奧氏體組織，應(yīng)進(jìn)行水韌處理，即將鋼加熱到10001100，保溫一定時(shí)間，使鋼中碳化物全部溶解，然后迅速水淬，在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。 高錳鋼的含碳量為0.9%1.4%，含錳量為11% 14%，高碳保證了鋼的耐磨性和強(qiáng)度，高錳保證了與碳配合完全獲得奧氏體組織，提高加工硬化能力。第一節(jié) 概述 第五節(jié) 鋼的火花鑒別一、火花鑒別的原理及火花組成1火花鑒別的原理

59、 在旋轉(zhuǎn)著的砂輪上打磨鋼試件，試件上脫落下來(lái)的鋼屑在慣性力作用下飛濺出來(lái)，形成一道道或長(zhǎng)或短的火花射線(xiàn)。根據(jù)試件與砂輪的接觸壓力不同、鋼的成分不同, 火花射線(xiàn)也各不一樣。飛濺的鋼屑達(dá)到高溫時(shí)，鋼和鋼中的伴生元素在空氣中燒掉。因?yàn)樘嫉难趸顲O和CO2是氣體，這些小的赤熱微粒在離開(kāi)砂輪一定距離時(shí)產(chǎn)生類(lèi)似于爆炸的現(xiàn)象，于是便爆裂成火花，所以可根據(jù)流線(xiàn)和火花的特征來(lái)鑒別鋼材的成分。2火花的組成（1）火束（2）流線(xiàn)流線(xiàn)形狀示意圖（3）節(jié)點(diǎn)與芒線(xiàn)（4）爆花與花粉爆花各種形式的示意圖（5）尾花 尾花形態(tài)示意圖a）直羽尾花b）槍尖尾花c）狐尾花二、火花鑒別的方法1火花鑒別的設(shè)備及操作方法 火花鑒別的主要設(shè)備

60、是砂輪機(jī)。進(jìn)行火花鑒別時(shí)，操作者應(yīng)戴上無(wú)色眼鏡，場(chǎng)地光線(xiàn)不宜太亮，以免影響火花色澤及清晰程度。在鋼試件接觸砂輪時(shí)，壓力要適中，使火花向略高于水平方向發(fā)射，以便于仔細(xì)觀(guān)察。從火花的顏色、形狀、長(zhǎng)短、爆花的數(shù)量和尾花的特征等多方面進(jìn)行判斷。一般來(lái)說(shuō)，鋼中含碳量越大，火花越多，火束也由長(zhǎng)趨向短。2常用鋼的火花特征常用鋼的火花特征第一節(jié) 概述第二節(jié) 灰鑄鐵第三節(jié) 球墨鑄鐵第四節(jié) 其他常用鑄鐵 第一節(jié) 概述一、鑄鐵的石墨化1. 石墨化的概念 鑄鐵中的碳主要以滲碳體和石墨兩種形式存在，鑄鐵中的碳以石墨形態(tài)析出的過(guò)程稱(chēng)為石墨化。2. 影響石墨化的因素（1）化學(xué)成分的影響（2）冷卻速度的影響二、鑄鐵的組織與性