機(jī)械制造基礎(chǔ)*課題一金屬材料的力學(xué)性能

[主要內(nèi)容]1.1強(qiáng)度與塑性1.2硬度1.3沖擊韌性1.4疲勞強(qiáng)度1.5金屬材料的硬度試驗(yàn)[重點(diǎn)掌握]

各種力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度,塑性；硬度；沖擊韌性等）的概念、物理意義、單位及操作技能。*§1.1強(qiáng)度和塑性1.拉伸試樣及拉伸曲線2.拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義*1.拉伸試樣及拉伸曲線1）拉伸試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0*縱坐標(biāo)為載荷F，單位為N；橫坐標(biāo)為伸長量ΔL，單位為mm。試樣在拉伸過程中承受的載荷F和產(chǎn)生的變形量ΔL之間的關(guān)系曲線，稱為拉伸曲線或稱為力-伸長曲線。2）拉伸曲線*曲線分為四個(gè)階段：階段I（ope）――彈性變形階段

p:Fp，e:Fe（不產(chǎn)生永久變形的最大抗力）

op段：△L∝Fp直線階段

pe段：極微量塑性變形（0.001--0.005%)2.拉伸曲線所確定的力學(xué)性能指標(biāo)及意義*階段II（ess’段）――屈服變形

S:屈服點(diǎn)

Fel階段III（s’b段）――均勻塑性變形階段

b:

Fm

材料所能承受的最大載荷*階段IV(bz段)――－－頸縮階段

拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象*鑄鐵、陶瓷等脆性材料與退火低碳鋼拉伸曲線比較*材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。材料在外力作用下剛開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最小應(yīng)力值。即在拉伸試驗(yàn)過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時(shí)的應(yīng)力。

1)強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度Rel：*高碳鋼等無屈服點(diǎn)，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值作為它的條件屈服強(qiáng)度，以R0.2來表示規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：*材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。（材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值）?？估瓘?qiáng)度Rm：*材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

斷后伸長率A=(Lu-L0)/L0×100%伸長率與試樣尺寸有關(guān)；A5、A10(L0=5d0,10d0)

2)塑性：*斷面收縮率

Z=△S/S0=(S0-Su)/S0x100%

A

>Z時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征；

A<Z時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征。拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象2)塑性：*硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，表示材料抵抗局部塑性變形或破壞的能力，是表征材料性能的一個(gè)綜合參量。能夠反映出金屬材料在化學(xué)成份、金相組織和熱處理狀態(tài)上的變化，是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量、研制新材料和確定合理的加工工藝所不可缺少的檢測性能方法之一。同時(shí)硬度試驗(yàn)是金屬力學(xué)性能試驗(yàn)中最簡便、最迅速的一種方法。1.2硬度硬度試驗(yàn)方法很多，常用的有三類：壓入法、刻畫法、彈性回跳法；常用壓入法。*壓入法即在規(guī)定的靜態(tài)試驗(yàn)力作用下將壓頭壓入材料表面，用壓痕直徑或壓痕深度來評定硬度。常用的有布氏硬度、洛氏硬度。1.布氏硬度*布氏硬度試驗(yàn)原理如右圖所示。按GB/T231.1-2002的規(guī)定，對一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面的壓痕直徑。**式中

F——試驗(yàn)力(N)；

S——壓痕表面積(mm2)；

d——壓痕直徑(mm)；

D——硬質(zhì)合金球直徑(mm)；布氏硬度的計(jì)算公式：*布氏硬度有兩個(gè)符號HBS和HBW壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金時(shí)，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在450～650之間的材料。*例如：

如120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120

布氏硬度值的表示表示方法為：硬度值+HBW+球直徑+試驗(yàn)力+與規(guī)定時(shí)間

試驗(yàn)力保持時(shí)間(10～15s不標(biāo)注)*再如

350HBS5／750表示用直徑5mm淬火鋼球在7.355KN試驗(yàn)力作用下保持10～15s測得的布氏硬度值為500。符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。*布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。布氏硬度的缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。應(yīng)用范圍：適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的Rm與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：對于低碳鋼:Rm

(MPa)≈3.6HB

對于高碳鋼：Rm

(MPa)≈3.4HB

對于鑄鐵：Rm

(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)*2.洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)原理如右圖所示，按GB/T230.1-2004規(guī)定，將壓頭（金剛石圓錐、鋼球和硬質(zhì)合金）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，(測的是在初試驗(yàn)力下的殘余壓痕深度h),可直接從硬度計(jì)的表盤上讀出硬度值。**常用標(biāo)尺有：A、B、C三種：上述三個(gè)標(biāo)尺表示方法和適用范圍如下：

①HRA（金剛石圓錐壓頭）70-88；硬、薄試件，如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。②HRB

（直徑1.588mm鋼球壓頭）20-100

；輕金屬，未淬火鋼，如有色金屬和退火、正火鋼等。③HRC

（金剛石圓錐壓頭）20-70；較硬，淬硬鋼制品；如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。*洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，可以測定軟、硬金屬的硬度，也可測定較薄工件的硬度；壓痕小，可用于成品檢驗(yàn)。適用范圍廣。缺點(diǎn)：由于壓痕小，測量組織不均勻的金屬硬度時(shí)，測量結(jié)果分散度大，而且不同標(biāo)尺測得硬度值既不能直接進(jìn)行比較，又不能彼此互換。*維氏硬度按GB/T4340.1-1999《金屬維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》進(jìn)行，其試驗(yàn)原理與布氏硬度相同，如右圖所示。同樣是根據(jù)壓痕單位面積上所受的平均載荷計(jì)量硬度值，不同的是維氏硬度的壓頭采用金剛石制成的錐面夾角

為136°的金剛石正四棱錐體。3.維氏硬度*

硬度值+HV+試驗(yàn)力數(shù)字+與規(guī)定時(shí)間（10～15S）不同的試驗(yàn)力保持時(shí)間例如：640HV30/20表示在294.3N作用下保持20s后測得的維氏硬度值為640。維氏硬度的單位為N/mm2，但一般不標(biāo)出。維氏硬度的表示方法為：*維氏硬度試驗(yàn)具有前兩種硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)而拋棄了它們的缺點(diǎn)，負(fù)荷大小可任意選擇，測定范圍寬，既可測量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。特別適用于薄工件或薄表面硬化層的硬度測試，又可測量金相組織中不同相的硬度。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)率比洛氏硬度試驗(yàn)低，不宜于成批生產(chǎn)檢驗(yàn)。*§1.3沖擊吸收功

許多機(jī)件，如槍管、炮管、冷沖模、錘頭等都是在沖擊載荷(載荷以很快的速度作用于機(jī)件)下工作。試驗(yàn)表明，載荷速度增加，材料的塑性、韌性下降，脆性增加，易發(fā)生突然性破斷。因此，使用的材料就不能用靜載荷下的性能來衡量，而必須用抵抗沖擊載荷的作用而不破壞的能力，即沖擊韌性來衡量。

沖擊韌性

指金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。

*1、沖擊韌性的測定測定金屬的沖擊韌性，工程上最常用的動(dòng)力試驗(yàn)方法有一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)，如右圖所示。*將被測的材料按國標(biāo)GB229-84做成標(biāo)準(zhǔn)試樣放在沖擊試驗(yàn)機(jī)的兩支座上，使試樣缺口背向擺錘沖擊方向，然后把質(zhì)量為m的擺錘提到h1高度，然后釋放擺錘，沖斷試樣后擺錘回升到h2高度，根據(jù)功能原理可知：擺錘沖斷試樣所消耗的功AK=mgh1-mgh2。AK稱為沖擊吸收功，單位焦耳（J）。*用AK除以試樣缺口處的橫截面積Ｓ所得的商即為該材料的沖擊韌性，用符號αK表示，即：沖擊韌性就是試樣斷口處單位面積所消耗的功。*沖擊吸收功Ak值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上直接讀出。

Ak值的大小，代表了材料的沖擊韌性高低。*沖擊試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用沖擊試驗(yàn)操作簡單、迅速，能靈敏地反映出材料的品質(zhì)、內(nèi)部缺陷和冶煉、熱處理工藝質(zhì)量，因而生產(chǎn)上廣泛用它來檢驗(yàn)材料的冷脆、藍(lán)脆、回火脆性、裂紋、白點(diǎn)等，此外，在選材方面，ak值也是一個(gè)十分重要的力學(xué)性能指標(biāo)。*ak值低的材料叫做脆性材料，斷裂時(shí)無明顯變形，金屬光澤，呈結(jié)晶狀。ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性材料。2、多沖抗力

金屬材料抵抗小能量多次沖擊的能力叫做多沖抗力。多沖抗力可用在一定沖擊能量下的沖斷周次N表示。材料的多沖抗力取決于材料強(qiáng)度與韌性的綜合力學(xué)性能，沖擊能量高時(shí)，主要取決于材料的韌性；沖擊能量低時(shí)，主要決定于強(qiáng)度。*材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。*疲勞：零件在交變載荷或重復(fù)應(yīng)力作用下，過早發(fā)生破壞的現(xiàn)象。疲勞強(qiáng)度R-1

：材料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)或達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)才斷裂的最大應(yīng)力值。1.4疲勞強(qiáng)度

（80%的斷裂由疲勞造成）金屬材料疲勞強(qiáng)度較高，陶瓷、高分子材料的疲勞抗力很低，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也有較好的抗疲勞性能。*將鋼鐵材料應(yīng)力循環(huán)數(shù)達(dá)到107次時(shí)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力作為其疲勞強(qiáng)度；有色金屬和合金的應(yīng)力循環(huán)數(shù)達(dá)到108次時(shí)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力作為它們的疲勞強(qiáng)度。周次*影響因素：循環(huán)應(yīng)力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應(yīng)力等。*42

第二章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶2.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)2.3合金的晶體結(jié)構(gòu)2.4金屬的結(jié)晶[本章內(nèi)容][重點(diǎn)掌握]1.有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的基本概念：晶體，晶格，晶粒，單晶體;三種常見的金屬晶格;實(shí)際晶體的缺陷；43[一般要求]2.二元合金的基本概念：相、組織、組元、合金等；

3.合金相結(jié)構(gòu)的基本類型：固溶體及金屬化合物，以及這些合金相結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能特點(diǎn);4.金屬的結(jié)晶、結(jié)晶過程;晶核的形成、長大規(guī)律及其影響因素。晶格的致密度，晶體的各向異性[重點(diǎn)掌握]44固態(tài)物質(zhì)的性能與原子在空間的排列情況有著密切的關(guān)系。固態(tài)物質(zhì)按其原子（或分子）的聚集狀態(tài)不同分為晶體與非晶體。（1）晶體：指原子呈規(guī)則、周期性排列的固體。常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。晶體具有各向異性。如金剛石、石墨和一切固態(tài)金屬及其合金等。2.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、晶體與非晶體

45晶體的特點(diǎn)：①原子在三維空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。②具有一定的熔點(diǎn)，如鐵的熔點(diǎn)為1538℃，銅的熔點(diǎn)為1083℃。③晶體的性能隨著原子的排列方位而改變，即單晶體具有各向異性。如金剛石、石墨和一切固態(tài)金屬及其合金等。金屬的結(jié)構(gòu)晶態(tài)非晶態(tài)Si2O的結(jié)構(gòu)46（2）非晶體：原子呈無規(guī)則雜亂地堆積在一起而形成的物質(zhì)，和液體相似，亦稱為“過冷液體”或“無定形體”。在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。如塑料、玻璃、瀝青等。金屬的結(jié)構(gòu)晶態(tài)非晶態(tài)Si2O的結(jié)構(gòu)47非晶體的特點(diǎn)：①原子在三維空間呈不規(guī)則的排列。②沒有固定熔點(diǎn)，隨著溫度的升高將逐漸變軟，最終變?yōu)橛忻黠@流動(dòng)性的液體。如塑料、玻璃、瀝青等。③各個(gè)方向上的原子聚集密度大致相同，即具有各向同性。金屬的結(jié)構(gòu)晶態(tài)非晶態(tài)Si2O的結(jié)構(gòu)48（3）二者的區(qū)別為：(a)是否具有周期性、對稱性(b)是否長程有序(c)是否有確定的熔點(diǎn)(d)是否各向異性2.金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)描述了晶體中原子（離子、分子）的排列方式。（1）理想晶體——實(shí)際晶體的理想化·三維空間無限延續(xù)，無邊界·嚴(yán)格按周期性規(guī)劃排列，是完整的、無缺陷?！ぴ釉谄淦胶馕恢渺o止不動(dòng)49（2）理想晶體的晶體學(xué)抽象①晶格為了清楚的表明原子在空間的排列規(guī)律，人為地將原子看作一個(gè)點(diǎn)，再用一些假想線條，將晶體中各原子的中心連接起來，便形成了一個(gè)空間格子，這種抽象的、用于描述原子在晶體中規(guī)則排列方式的空間幾何圖形稱為結(jié)晶格子，簡稱晶格。晶格中直線的交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。50

②晶胞晶體中原子的排列具有周期性變化的特點(diǎn)，因此只要在晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元進(jìn)行分析，便能確定原子排列的規(guī)律。晶格中能代表原子排列規(guī)律的最基本幾何單元稱為晶胞。實(shí)際上整個(gè)晶格就是由許多大小、形狀和位向相同的晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。51③晶格常數(shù)

為了研究晶體結(jié)構(gòu)的需要，在結(jié)晶學(xué)中規(guī)定用晶格常數(shù)來表示晶胞的幾何形狀和大小。晶胞的各棱邊長為a、b、c，稱為晶格常數(shù)。當(dāng)晶格常數(shù)a=b=c，棱邊夾角α=β=γ=90°時(shí)，這種晶胞稱為簡單立方晶胞。523.常見的金屬晶格類型體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格。53體心立方晶格的晶胞是一個(gè)立方體，立方體的八個(gè)頂角和立方體中心各有一個(gè)原子。晶胞中原子數(shù)可參照如下的計(jì)算方法：晶胞每個(gè)結(jié)點(diǎn)上原子為相鄰的8個(gè)晶胞共有，加上晶胞中心一個(gè)原子，故每個(gè)晶胞原子數(shù)n=8×1/8+1=2(個(gè))。屬于體心立方晶格類型的金屬有α-Fe（912℃以下的鈍鐵）、鉻、鉬、鎢等。體心立方晶格：54面心立方晶格和晶胞也是一個(gè)立方體，立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面中心各有一個(gè)原子。晶胞中原子數(shù)可參照如下計(jì)算方法：晶胞每個(gè)結(jié)點(diǎn)上的原子為相鄰的8個(gè)晶胞所共有，而每個(gè)面中心的原子卻為兩個(gè)晶胞所共有，所以，每個(gè)晶胞中的原子數(shù)為n=8×1/8+6×1/2=4(個(gè))。屬于面心立方晶格類型的金屬有γ-Fe（1394－912℃的鈍鐵）、鋁、銅、銀等。面心立方晶格

：55密排六方晶格的晶胞是在正六方柱體的十二個(gè)結(jié)點(diǎn)和上、下兩底面的中心處各排列一個(gè)原子，另外，中間還有三個(gè)原子。該晶胞要用兩個(gè)晶格常數(shù)表示，一個(gè)是六邊形的邊長a，另一個(gè)是柱體的高度c。當(dāng)軸比ｃ／ａ為1.633時(shí)，原子排列最緊密。密排六方晶胞中的原子數(shù)n=12×1/6+2×1/2＋3=6(個(gè))。密排六方晶格：56（1）多晶體結(jié)構(gòu)

2.2金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)晶體內(nèi)部的晶格位向（即原子排列方向）完全一致的晶體稱為單晶體。

由許多小晶體組成的晶體稱為多晶體，這些小晶體稱為晶粒。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。

57雖然每個(gè)晶粒具有各向異性，但不同方向的金屬性能是很多位向不同晶粒的平均性能，故多晶體材料表現(xiàn)為各向同性。58（2）晶體缺陷

晶體中原子規(guī)律排列受到破壞的某些區(qū)域，稱為晶體缺陷。晶體缺陷按其幾何特征分為晶體缺陷產(chǎn)生晶格畸變，會使金屬的強(qiáng)度和硬度有所提高。

點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷59①點(diǎn)缺陷

點(diǎn)缺陷是指長、寬、高尺寸都很小的缺陷。常見的點(diǎn)缺陷是空位和間隙原子。在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，晶格的某些結(jié)點(diǎn)往往未被原子所占有，這種空著的位置稱為空位；與此同時(shí)，又有可能在個(gè)別晶格空隙處出現(xiàn)多余原子，這種不占有正常晶格位置而處在晶格空隙中的原子，稱為間隙原子。在空位和間隙原子附近，由于原子間作用力的平衡被被壞，使其周圍原子發(fā)生靠攏或撐開，因此晶格發(fā)生歪曲（亦稱晶格畸變），使金屬的強(qiáng)度提高，塑性下降。60

②線缺陷

線缺陷是在空間的一個(gè)方向上尺寸很大，其余兩個(gè)方向上尺寸很小的一種缺陷。晶體中的線缺陷通常是指各種類型的位錯(cuò)。所謂位錯(cuò)就是在晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。這種錯(cuò)排有許多類型，常見的是刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。61③面缺陷面缺陷是在兩個(gè)方向的尺寸很大，第三個(gè)方向的尺寸很小而呈面狀的缺陷。這類缺陷主要指晶界和亞晶界。62晶界工業(yè)上使用的金屬材料一般都是多晶體。多晶體中兩個(gè)相鄰晶粒之間的位向不同，所以晶界處實(shí)際上是原子排列逐漸從一種位向過渡到另一種位向的過渡層，該過渡層的原子排列是不規(guī)則的，如圖所示。由于過渡層原子排列不規(guī)則，使晶格處于歪扭畸變狀態(tài)，因而在常溫下會對金屬塑性變形起阻礙作用，從宏觀上來看，晶界處表現(xiàn)出有較高的強(qiáng)度和硬度。晶粒越細(xì)小，晶界越多，它對塑性變形的阻礙作用就越大，金屬的強(qiáng)度、硬度也就越高。63亞晶界實(shí)驗(yàn)證明，晶粒內(nèi)部的晶格位向也不是完全一致的。實(shí)際上每個(gè)晶粒皆是由許多位向差很?。?°～3°）的小晶塊互相嵌鑲而成的，這些小晶塊稱為亞組織（亦稱嵌鑲塊或亞結(jié)構(gòu)）。亞組織之間的邊界稱為亞晶界。亞晶界實(shí)際上是由一系列刃型位錯(cuò)所組成的小角度晶界，如圖所示。由于亞晶界處原子排列也是不規(guī)則的，使晶格產(chǎn)生了畸變，因此，亞晶界作用與晶界相似，對金屬強(qiáng)度也有著重要影響，亞晶界越多，強(qiáng)度也越高。64

1、合金的基本概念2.3合金的晶體結(jié)構(gòu)

1）合金合金是指由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。如黃銅是銅和鋅的組成合金；碳鋼是鐵和碳組成的合金；硬鋁是鋁、銅、鎂組成的合金等。合金不僅具有純金屬的基本特性，同時(shí)還具備了比純金屬更好的力學(xué)性能和特殊的物理、化學(xué)性能。另外，由于組成合金的各元素比例可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而使合金的性能隨之發(fā)生一系列變化，滿足了工業(yè)生產(chǎn)中各類機(jī)械零件的不同性能要求。65由二個(gè)或二個(gè)以上的組元按不同比例配制的一系列不同成分的合金，稱為一個(gè)合金系，簡稱系。由兩個(gè)組元構(gòu)成的稱為二元系，由三個(gè)組元構(gòu)成的稱為三元系等。另外，也可由構(gòu)成元素來命名，如鐵碳合金。2）組元

組成合金獨(dú)立的、最基本的物質(zhì)稱為組元，簡稱元。組元大多數(shù)是元素，如鐵碳合金中的鐵元素和碳元素是組元；銅鋅合金中的銅元素和鋅元素也是組元。有時(shí)穩(wěn)定的化合物也可作為組元，如Fe3C等。合金的組元通常是純元素，也可以是穩(wěn)定化合物。

3）合金系664）相相是指在合金（金屬組織）中化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能相同并且與其它部分由界面分開的均勻組成部分。其中包括固溶體、金屬化合物及純物質(zhì)（如石墨）。675）組織

組織是指用肉眼或借助顯微鏡能觀察到的具有某種形態(tài)特征的合金組成物。其實(shí)質(zhì)是一種或多種相按一定的方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體的總稱。只由一種相組成的組織稱為單相組織；由幾種相組成的組織稱為多相組織。它直接決定合金的性能。金屬材料的組織不同，其性能也就不同。68將金屬試樣的磨面經(jīng)適當(dāng)處理后用肉眼或借助放大鏡觀察的組織，稱為宏觀組織；將用適當(dāng)方法（如浸蝕）處理后的金屬試樣的磨面復(fù)型或制成的薄膜置于光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡下觀察到的組織，稱為顯微組織。692、合金的晶體結(jié)構(gòu)根據(jù)構(gòu)成合金各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的相可分為固溶全和金屬化合物兩大類。根據(jù)合金中各組元之間的相互作用不同，可分為

1）固溶體

2）金屬化合物

3）機(jī)械混合物

(1)置換固溶體

(2)間隙固溶體

701）固溶體

溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑晶格類型的合金相，稱為固溶體。例如鐵碳合金中，α鐵中溶入碳原子而形成的鐵素體即為固溶體。根據(jù)溶質(zhì)元素在溶劑晶格中所占位置的不同，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體兩類。置換固溶體就是溶質(zhì)原子替換了溶劑晶格某結(jié)點(diǎn)上的原子而形成的（如圖示）。71間隙固溶體就是溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格的單間隙之中而形成的（如圖示）。因晶格中的空隙位置是有限的，所以間隙固溶體是有限固溶體。由于溶質(zhì)原子的溶入，會引起固溶體晶格發(fā)生畸變，晶格畸變使合金變形阻力增大，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。它是提高材料力學(xué)性能的重要途徑之一。例如，我國的低合金強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，就是利用錳、硅等元素來強(qiáng)化鐵素體，從而使材料的力學(xué)性能大為提高。722、金屬化合物金屬化合物是合金組元之間相互發(fā)生作用而形成具有金屬特性的一種新相，其晶格類型和性能完全不同于合金中的任一組元，一般可用分子式來表示，如FeB、Fe3C、Cr23C6等。其中Fe3C稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格。

73

金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬度高，脆性大。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性均提高，而塑性和韌性降低。金屬化合物是許多高合金的重要組成相，與固溶體適當(dāng)配合可以提高合金的綜合力學(xué)性能。3、機(jī)械混合物機(jī)械混合物是合金中的一類復(fù)相混合物組織，不同的相均可互相組合形成機(jī)械混合物。各相在機(jī)械混合物中仍保持原有的晶格和性能，機(jī)械混合物的性能介于組成的相性能之間，工業(yè)上大多數(shù)合金均由混合物組成，如鋼、鑄鐵、鋁合金等。742.4金屬的結(jié)晶一.結(jié)晶與凝固的區(qū)別二.純金屬的冷卻曲線和過冷現(xiàn)象三.純金屬的結(jié)晶過程四.金屬晶粒的大小與控制霧凇75一、結(jié)晶與凝固的區(qū)別凝固：L→S

S可以是非晶結(jié)晶：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或非晶態(tài)）過渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過程。一次結(jié)晶：L→S晶態(tài)二次結(jié)晶：S→S晶態(tài)76二、純金屬的冷卻曲線和過冷現(xiàn)象金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體的過程稱為結(jié)晶。純金屬的結(jié)晶是在固定的溫度下進(jìn)行的。1.冷卻曲線金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線稱冷卻曲線。曲線上水平階段所對應(yīng)的溫度稱實(shí)際結(jié)晶溫度T1。曲線上水平階段是由于結(jié)晶時(shí)放出結(jié)晶潛熱引起的。a.當(dāng)溫度T>T0時(shí)，

液相穩(wěn)定b.當(dāng)溫度T<T0時(shí)，

固相穩(wěn)定c.當(dāng)溫度T=T0時(shí)，

平衡狀態(tài)

T0：理論結(jié)晶溫度（熔點(diǎn)或平衡結(jié)晶溫度）,在該溫度下,液體和晶體處于動(dòng)平衡狀態(tài)。772.過冷與過冷度

液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象稱過冷。理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差

T稱過冷度。T=T0–T1過冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過冷度越大。

純金屬的冷卻曲線78三、純金屬的結(jié)晶過程1、結(jié)晶的基本過程純金屬的結(jié)晶過程是一個(gè)不斷形成晶核和晶核不斷長大的過程。液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團(tuán)，它們時(shí)聚時(shí)散，稱為晶坯。在T0以下，經(jīng)一段時(shí)間后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯將會長大，稱為晶核。晶核形成后便向各方向生長，同時(shí)，又有新的晶核產(chǎn)生。晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個(gè)晶核最終長成一個(gè)晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。792、晶核的形成方式

形核有兩種方式，即均勻形核和非均勻形核。由液體中排列規(guī)則的原子團(tuán)形成晶核稱均勻形核(自發(fā)形核)。以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)為核心形核稱非均勻形核(非自發(fā)形核)

。非均勻形核更為普遍。803、晶核的長大方式

晶核的長大方式有兩種，即平面長大和樹枝狀長大。實(shí)際金屬的結(jié)晶主要以樹枝狀長大。這是由于晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會產(chǎn)生二次軸…，樹枝間最后被填充。81表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。晶粒度可用晶粒的平均面積或平均直徑表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細(xì)。通過100倍顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對照來評級。822.決定晶粒度的因素

晶粒的大小取決于晶核的形成速度和長大速度。單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率(N)。單位時(shí)間內(nèi)晶核生長的長度叫長大速度(G)。N/G比值越大，晶粒越細(xì)小。因此，凡是促進(jìn)形核、抑制長大的因素，都能細(xì)化晶粒。過冷度對N、G的影響83金屬晶粒大小及細(xì)化方法

結(jié)晶后，得到多晶體金屬。一般，晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性也越好。工業(yè)生產(chǎn)中常采用以下方法來細(xì)化晶粒，從而提高金屬的力學(xué)性能：1）增加過冷度

2）變質(zhì)處理

3）附加振動(dòng)四.金屬晶粒的大小與控制

金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。因晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。842.5合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶與純金屬相似，都遵循形核與核長大的規(guī)律。第三章鐵碳合金[本章內(nèi)容][重點(diǎn)掌握]3.1鐵碳合金的基本組織3.2鐵碳合金相圖3.3鐵碳合金成分、組織與性能之間的關(guān)系3.4鐵碳合金相圖的主要作用1.鐵碳合金的基本組織；鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)及顯微組織形貌；2.鐵碳合金相圖中各點(diǎn)、線、區(qū)的含義，了解成份、溫度、組織、相之間的關(guān)系和變化規(guī)律，根據(jù)相圖，分析各種典型成份的鐵碳合金的結(jié)晶過程；3.鐵碳合金的成份、組織與性能之間的關(guān)系；4.鐵碳相圖的應(yīng)用。[重點(diǎn)掌握]純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

鐵素體是碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體，用F表示。碳在δ-Fe中的固溶體稱δ-鐵素體，用δ表示。都是體心立方的間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低，在727℃時(shí)最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%，幾乎為零。其性能與純鐵相似，即強(qiáng)度和硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。3.1鐵碳合金的基本組織1.鐵素體（F）

鐵素體2.奧氏體（A）

奧氏體是碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體，用A表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。碳在γ-Fe中的溶碳量較高（溶碳能力比鐵素體大），

1148℃時(shí)最大為2.11%；727℃時(shí)為0.77%。其強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性、韌性好，鋼材熱加工都在

區(qū)進(jìn)行。其晶粒呈不規(guī)則多面體，晶界較鐵素體平直。碳鋼室溫組織中無奧氏體。奧氏體

滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，即Fe3C，碳含量是6.69％，用Fe3C或Cm表示。具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。其硬度很高，脆性很大。塑性和韌性很差，A、Ak接近于零。Fe3C是一個(gè)亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨），該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。由于碳在

-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。3.滲碳體（Fe3C）

4.珠光體（P）

珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。是奧氏體冷卻時(shí)，在727℃恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性。顯微組織是鐵素體與滲碳體片層狀交替排列。珠光體5.萊氏體（Ld或L'd）

萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。是在1148℃恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，平均碳含量4.3%。共晶白口鐵金相萊氏體（Ld或Ld'）

3.2鐵碳合金相圖目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是含碳量為0～6.69%的鐵碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因?yàn)楹剂看笥?.69％的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價(jià)值。右圖為簡化后的Fe－Fe3C狀態(tài)圖。

3.2.1Fe－Fe3C相圖分析

1.主要特性點(diǎn)

1）A點(diǎn)純鐵的熔點(diǎn)，溫度1538℃,Wc=02）G點(diǎn)純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，冷卻到912℃時(shí),發(fā)生γ-Fe→α-Fe3）Q點(diǎn)600℃時(shí),碳在α-Fe中的溶解度,Wc=0.0057%4）D點(diǎn)滲碳體熔點(diǎn),溫度1227℃,Wc=6.69%6）C點(diǎn)共晶點(diǎn)，溫度1148℃，Wc=4.3%成分為C的液相，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共晶反應(yīng)：Lc→Ld（AE+Fe3C）5）F點(diǎn)共晶Fe3C成分成分點(diǎn)7）E點(diǎn)碳在γ-Fe中的最大溶解度，溫度1148℃，Wc=2.11%8）S點(diǎn)共析點(diǎn)，溫度727℃，Wc=0.77%成分為S點(diǎn)的奧氏體，冷卻到此溫度時(shí)，發(fā)生共析反應(yīng)：As→P（Fp+Fe3C）10）K點(diǎn)共析Fe3C成分點(diǎn)9）P點(diǎn)碳在α-Fe中的最大溶解度,溫度727℃，Wc=0.0218%2.特性線

1）ACD線

液相線，由各成分合金開始結(jié)晶溫度點(diǎn)所組成的線，鐵碳合金在此線以上處于液相。2）AECF線固相線，由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點(diǎn)所組成的線。在此線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài)。3）ECF水平線共晶線，Wc＞2.11%的鐵碳合金，緩冷至該線（1148℃）時(shí)，均發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成萊氏體。4）ES線碳在奧氏體中的溶解度曲線，通常稱為Acm線。碳在奧氏體中最大溶解度是E點(diǎn)（wC＝2.11％），隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解度減小，將由奧氏體中析出二次滲碳體Fe3CⅡ。5）GS線奧氏體冷卻時(shí)開始向鐵素體轉(zhuǎn)變的溫度線，通常稱為A3線。6）PSK水平線共析線，通常稱為A1線。奧氏體冷卻到共析線溫度（727℃）時(shí)，將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變生成珠光體（P），wC＞0.0218%的鐵碳合金均會發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。7）GP線0＜Wc＜0.0218%的鐵碳合金，緩冷時(shí)，由奧氏體中析出鐵素體的終了線。8）PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727℃時(shí)，Wc=0.0218%，溶碳量最大，在600℃時(shí)，Wc=0.0057%。

在727℃緩冷時(shí)，鐵素體隨著溫度降低，溶碳量減少，鐵素體中多余的碳將以滲碳體（三次滲碳體Fe3CⅢ）的形式析出。一般情況下，忽略Fe3CⅢ的存在。以上各特性線的含義，均是指合金緩慢冷卻過程中的相變。若是加熱過程，則相反。3.相區(qū)1）單相區(qū)(四個(gè))有F、A、L和Fe3C四個(gè)單相區(qū)2）兩相區(qū)(五個(gè))五個(gè)兩相區(qū)：L＋A兩相區(qū)、L+Fe3C兩相區(qū)、A+Fe3C兩相區(qū)、A＋F兩相區(qū)、F+Fe3C兩相區(qū)3）三相區(qū)(兩個(gè))ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C）PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C）4.鐵碳合金的分類

第三章鐵碳合金[本章內(nèi)容][重點(diǎn)掌握]3.1鐵碳合金的基本組織3.2鐵碳合金相圖3.3鐵碳合金成分、組織與性能之間的關(guān)系3.4鐵碳合金相圖的主要作用1.鐵碳合金的基本組織；鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)及顯微組織形貌；2.鐵碳合金相圖中各點(diǎn)、線、區(qū)的含義，了解成份、溫度、組織、相之間的關(guān)系和變化規(guī)律，根據(jù)相圖，分析各種典型成份的鐵碳合金的結(jié)晶過程；3.鐵碳合金的成份、組織與性能之間的關(guān)系；4.鐵碳相圖的應(yīng)用。[重點(diǎn)掌握]

3.2鐵碳合金相圖目前應(yīng)用的鐵碳合金狀態(tài)圖是含碳量為0～6.69%的鐵碳合金部分（即Fe－Fe3C部分），因?yàn)楹剂看笥?.69％的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價(jià)值。右圖為簡化后的Fe－Fe3C狀態(tài)圖。

3.2.1Fe－Fe3C相圖分析鐵碳合金的分類

3.2.2典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析3.2.2典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析1)工業(yè)純鐵（C%≤0.0218%）組織組成物：F和Fe3CIIIL>L+A>A>A+F>F+Fe3CIII（鐵碳相圖）Fe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加，合金的室溫下組織為F+Fe3CⅢ。2）共析鋼的結(jié)晶過程1點(diǎn)溫度以上，合金處于液態(tài)；緩冷到1點(diǎn)溫度時(shí)，開始從液相結(jié)晶出奧氏體，溫度繼續(xù)下降，奧氏體量逐漸增加；直至2點(diǎn)溫度結(jié)晶終止，液相全部結(jié)晶為奧氏體；2點(diǎn)至3點(diǎn)間為單一奧氏體的冷卻；當(dāng)溫度降到S點(diǎn)時(shí)，奧氏體在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w（層片狀F+Fe3C）；S點(diǎn)以下，珠光體冷卻至室溫。共析鋼Wc=0.77%L>L+A>A>A+P>P相組成物：F和Fe3C珠光體共析鋼的顯微組織3）亞共析鋼的結(jié)晶過程

亞共析鋼在3點(diǎn)以前的結(jié)晶過程與共析鋼類似；當(dāng)緩冷到3點(diǎn)時(shí)，從均勻的奧氏體中開始析出鐵素體；溫度繼續(xù)下降，鐵素體量逐漸增加，奧氏體量逐漸減少，尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體的碳含量沿GS線逐漸增加；當(dāng)緩冷到4點(diǎn)(727℃)時(shí)，剩余的奧氏體的Wc=0.77%，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；0.0218%<Wc<0.77%L>L+A>A>A+F>A+P+F>P+F

相組成物：F，F(xiàn)e3C

共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織由鐵素體加珠光體組成，冷卻到4點(diǎn)以下，組織不再產(chǎn)生改變。所有亞共析鋼的室溫平衡組織均為鐵素體+珠光體，隨著碳含量的增加，鐵素體量減少，珠光體量增加。含0.45%C鋼的組織含0.20%C鋼的組織含0.60%C鋼的組織亞共析鋼室溫下的組織為F+P。在0.0218～0.77%C

范圍內(nèi)珠光體的量隨含碳量增加而增加。（白亮色部分為F，高倍放大時(shí)為層片狀的為P）4）過共析鋼的結(jié)晶過程過共析鋼在3點(diǎn)以前與共析鋼類似；當(dāng)緩冷到3點(diǎn)溫度時(shí)，奧氏體的溶碳量隨著溫度的下降而逐漸降低，并沿著奧氏體晶界析出二次滲碳體；隨著溫度繼續(xù)下降，二次滲碳體不斷析出，而剩余奧氏體的碳含量沿ES線逐漸減少；溫度降到4點(diǎn)(727℃)時(shí)；剩余奧氏體恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體；共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金組織為珠光體加二次滲碳體，直至室溫。L>L+A>A>A+Fe3CII

>A+P+Fe3CII>P+Fe3CII相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：P，F(xiàn)e3CIIWc>0.77%T12鋼980℃退火組織(片狀或黑色—P白色網(wǎng)狀--Fe3CII)所有過共析鋼的室溫平衡組織都是珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體。但隨著含碳量的增加，組織中珠光體的數(shù)量減少，網(wǎng)狀二次滲碳體的數(shù)量增加，并變得更粗大。含1.4%C鋼的組織5)共晶白口鐵（C%=4.3%）L--->L+Ld>Ld(A+Fe3C共晶)>Ld(A+Fe3C共晶+Fe3CII)>L’d(P+Fe3CII+Fe3C)共晶白口鐵金相（斑點(diǎn)狀）

相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：L'd(黑色—P白色--Fe3C)6)亞共晶白口鑄鐵2.11%<C%<4.3%

相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：P，L’d，F(xiàn)e3CII亞共晶白口鐵金相

(黑色塊狀或樹枝狀—P基體—低溫萊氏體白亮色--Fe3CII)7)過共晶白口鑄鐵

過共晶白口鐵金相

相組成物：F，F(xiàn)e3C組織組成物：L’d，F(xiàn)e3CⅠ

(基體—Ld’

白色條狀--Fe3CⅠ)3.3鐵碳合金成分、組織與性能的關(guān)系1.含碳量對室溫平衡組織的影響

鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。隨著含碳量的增加，鐵素體量逐漸減少，滲碳體量逐漸增多，且它的形狀和分布也有所不同，從而形成不同的組織。根據(jù)杠桿定律的計(jì)算結(jié)果，可求出含碳量與緩冷后的相及組織組成物之間的定量關(guān)系：隨含碳量增加，組織中Fe3C不僅數(shù)量增加，而且形態(tài)也在變化，由分布在F

基體內(nèi)(P中Fe3C)變?yōu)榉植荚贏晶界上(Fe3CⅡ)，最后形成萊氏體時(shí)，F(xiàn)e3C已作為基體出現(xiàn)。

2.含碳量對力學(xué)性能的影響強(qiáng)度：當(dāng)Wc<0.9％時(shí)，隨著Wc增加，P量增加，鋼的強(qiáng)度不斷提高；當(dāng)Wc=

0.77%時(shí)，組織為100%P。當(dāng)Wc>0.9％時(shí)，由于滲碳體在晶界呈網(wǎng)狀分布，使鋼的強(qiáng)度下降。當(dāng)Wc＞2.11%,組織中有以Fe3C為基的L’d，合金太脆。硬度：隨Wc的增加而提高。

塑性：隨Wc的增加而迅速降低。

沖擊韌性：隨Wc的增加而迅速降低。

3.含碳量對工藝性能的影響⑴切削性能：中碳鋼比較合適。⑵可鍛性能：低碳鋼比高碳鋼好。⑶鑄造性能：共晶成分附近的合金鑄造性能好。⑷焊接性能：低碳鋼好于高碳鋼。⑸熱處理性能：第四章介紹。焊縫組織鑄造3.4Fe－Fe3C相圖的主要應(yīng)用（一）應(yīng)用

1．選材

2．熱加工工藝制定的基礎(chǔ)

1)鑄造

2)鍛壓

3)熱處理（二）局限性

1．反映的是非合金鋼

2．反映二元合金中相的平衡狀態(tài)

3．沒有反映時(shí)間的作用第四章鋼的熱處理[本章內(nèi)容]4.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變4.3鋼的普通熱處理工藝（退火、正火、淬火與回火）4.4鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理4.5熱處理工藝的應(yīng)用實(shí)例[重點(diǎn)掌握]1.鋼在加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的過程及影響因素；[重點(diǎn)掌握]3.各種熱處理的定義、目的及用途。2.共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線中各條線的含義、奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形貌、性能特點(diǎn);鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。1.顯著提高鋼的力學(xué)性能，發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件的使用性能和壽命;2.消除毛坯（如鑄件、鍛件等）中缺陷，改善其工藝性能;3.為后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備。二、熱處理的目的概述一、什么是鋼的熱處理？三、熱處理的分類

鋼的熱處理種類很多，根據(jù)熱處理的目的、要求以及加熱和冷卻條件的不同，大致可分為三類：熱處理整體熱處理：退火、正火、淬火、回火表面的熱處理化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲表面淬火物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積

任何熱處理過程都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的，其中保溫是加熱的繼續(xù)。因此，熱處理的工藝要素是溫度和時(shí)間。通常用溫度一時(shí)間為坐標(biāo)的曲線圖來表示。四、熱處理的基本工藝曲線相圖中的平衡臨界點(diǎn)A1、A3、Acm是碳鋼在極緩慢地加熱或冷卻情況下測定的。如右圖所示。4.1

鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.奧氏體的形成（以共析鋼為例）

共析鋼加熱到Ac1以上時(shí)，將發(fā)生由珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變可用式子表示為：

P（F

+

Fe3C

）→A

0.0218%ωc6.69%ωc

0.77%ωc

體心立方晶格復(fù)雜晶格面心立方晶格

奧氏體的形成是通過形核與核長大的過程來實(shí)現(xiàn)的，其轉(zhuǎn)變過程分為四個(gè)階段，如圖所示。第一階段是奧氏體晶核的形成第二階段是奧氏體晶核的長大第三階段是殘余滲碳體的溶解第四階段是奧氏體成分均勻化

2.奧氏體晶粒的長大及影響因素

鋼在加熱時(shí)，奧氏體的晶粒大小直接影響到熱處理后鋼的性能。加熱時(shí)奧氏體晶粒細(xì)小，冷卻后組織也細(xì)??；反之，組織則粗大。鋼材晶粒細(xì)化，即能有效的提高強(qiáng)度，又能明顯提高塑性和韌性。因此，在選用材料和熱處理工藝上，如何獲得細(xì)的奧氏體晶粒，對工件使用性能和質(zhì)量都具有重要意義。4.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變45鋼經(jīng)840℃加熱后連續(xù)冷卻的組織和性能鋼在熱處理時(shí)采用的冷卻方式通常是兩種：等溫冷卻

連續(xù)冷卻（1）過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線（以共析鋼為例）1.過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

右圖為過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線：

過冷奧氏體在不同溫度等溫時(shí)，等溫溫度與轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)間以及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的關(guān)系曲線圖，稱為等溫轉(zhuǎn)變曲線或稱C曲線。

（2）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能

1）珠光體轉(zhuǎn)變——高溫轉(zhuǎn)變（A1～550℃）

2）貝氏體轉(zhuǎn)變——中溫轉(zhuǎn)變（550℃～Ms）

上貝氏體（B上）下貝氏體（B下）

3）馬氏體轉(zhuǎn)變——低溫轉(zhuǎn)變（<Ms）

奧氏體被迅速冷卻至Ms溫度以下，因轉(zhuǎn)變溫度更低，鐵、碳原子均不能擴(kuò)散，碳全部固溶在α一Fe中，這種碳在α一Fe中的過飽和固溶體稱為馬氏體，用符號“M”表示。馬氏體轉(zhuǎn)變不屬于等溫轉(zhuǎn)變，它是在極快的連續(xù)冷卻過程中發(fā)生的。表4—2共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能轉(zhuǎn)變類型組織名稱符號轉(zhuǎn)變溫度/℃片間距／um分辨所需放大倍數(shù)硬度／HRC珠光體型轉(zhuǎn)變珠光體PA1～650約0.3<500<25索氏體S650～6000.3~0.11000～150025～35托氏體T600～550約0.110000～10000035～40貝氏體型轉(zhuǎn)變上貝氏體B上550～350－>40040～45下貝氏體B下350～Ms－>40045～55亞共析鋼和過共折鋼的等溫轉(zhuǎn)變在發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變前，亞共析鋼要先析出鐵素體，過共析鋼要先析出二次滲碳體。因此，等溫轉(zhuǎn)變圖與共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖相比，均多出了一條先共析相析出線，如圖。2.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變右圖為共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線：實(shí)際冷卻速度Vk′（爐冷、空冷）珠光體轉(zhuǎn)變組織：珠光體和索氏體實(shí)際冷卻速度Vk，（水冷）馬氏體轉(zhuǎn)變組織：馬氏體Vk′

Vs

Vk：（油冷）組織：

Ms以上：P（屈氏體）+AMs以下：P（屈氏體）+Mνc是奧氏體全部過冷到Ms點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度，通常叫作臨界淬火冷卻速度。3.馬氏體轉(zhuǎn)變

當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度在Ms和Mf之間時(shí)，即有馬氏體組織轉(zhuǎn)變。馬氏體是碳在α-Fe中過飽和的固溶體，用符號“M”表示。

馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)是：

（1）過冷度極大，轉(zhuǎn)變溫度極低；（2）馬氏體轉(zhuǎn)變的速度極快，是瞬時(shí)爆發(fā)式形成的；

（3）馬氏體還具有不徹底性。冷卻方法冷卻方法符號硬度隨爐冷卻隨爐冷卻P170～220HBS空氣中冷卻空氣中冷卻S25～35HRC油中冷卻油中冷卻T+M45～55HRC水中冷卻水中冷卻M+AR55～65HRC表4—3共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和硬度（1）馬氏體的組織形態(tài)

馬氏體組織形態(tài)分為板條狀和針狀兩大類。馬氏體的形態(tài)取決于碳含量。當(dāng)wC＜0.25%時(shí)，為板條M；當(dāng)wC＞1.0%時(shí)，為針狀M；當(dāng)wC＝0.25%～１.0%時(shí)，為板條和針狀的混合組織。w(C)×100馬氏體形態(tài)σb/MPaσs/MPaHRCδ×100ψ×100αk/(J·cm2)0.10～0.25板條狀1020～1330820～133030～509～1740～6560～800．77針狀2350204065≈13010（2）馬氏體的性能

馬氏體的強(qiáng)度與硬度主要取決于馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳含量：如碳含量增加，其硬度就增加。所以馬氏體是鋼的主要強(qiáng)化手段之一。塑性和韌性：馬氏體的塑性與韌性隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高而急劇降低。主要取決于亞結(jié)構(gòu)形式和碳在馬氏體中的過飽和度。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布<25退火S650~600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布25-35正火T600~550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布35-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-45等溫處理B下350~MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上45-55等溫淬火馬氏體M針MS~Mf非擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀30-50淬火4.2鋼的退火與正火

常用熱處理工藝可分為兩類：預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理是消除坯料、半成品中的某些缺陷，為后續(xù)的冷加工和最終熱處理作組織準(zhǔn)備。最終熱處理最終熱處理是使工件獲得所要求的性能。1.退火與正火的目的

調(diào)整硬度以便進(jìn)行切削加工。消除殘余應(yīng)力。細(xì)化晶粒，改善組織。為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備。其目的是:2.鋼的退火

是將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間，隨爐緩慢冷卻的一種熱處理工藝。根據(jù)鋼的成分、退火工藝與目的不同，退火常分為完全退火、球化退火、等溫退火、均勻化退火、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等，如圖所示。（1）完全退火將亞共析鋼加熱到Ac3以上30～50℃，保溫后隨爐冷到600℃以下，再出爐空氣冷卻。目的是細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以便于切削加工。主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛軋件、焊接件等。（2）球化退火（3）去應(yīng)力退火將過共析鋼加熱到Ac1以上20～40℃，保溫后隨爐冷到600℃以下，再出爐空氣冷卻。使?jié)B碳體球化，降低硬度，改善切削加工性，并為淬火做組織準(zhǔn)備?；虿捎玫葴厍蚧嘶?，加熱與一般球化退火相同，保溫一定時(shí)間后，在680℃左右等溫足夠時(shí)間，然后隨爐緩慢冷到600℃以下，再出爐空氣冷卻。

球化退火主要適用于共析鋼、過共析鋼的鍛、軋件及結(jié)構(gòu)鋼的冷擠壓件。將鋼加熱到500～650℃,保溫后隨爐冷卻。目的是消除冷熱加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,提高工件的尺寸穩(wěn)定性。3.鋼的正火

是將鋼加熱Ac3或Acm以上30～50C，保溫適當(dāng)時(shí)間，在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。正火與退火的主要區(qū)別是：正火的冷卻速度較快，過冷度較大，因此正火后所獲得的組織比較細(xì)，強(qiáng)度和硬度比退火高一些。退火后組織正火后組織4.退火與正火的選用（一）從使用性能上考慮力學(xué)性能要求不高、受力不大的工件，都可采用正火熱處理。（二）從工藝性能上考慮鋼的硬度在170～260HBS范圍內(nèi)時(shí)，切削加工性良好。而w(C)<0.25％的鋼，退火后硬度低，切削加工易“粘刀”，可采用正火，提高硬度，改善切削加工性能；w(C)=0.25％～0.5％的鋼，正火或退火后，硬度均在良好切削加工范圍，但正火成本低，一般采用正火處理；w(C)=0.5％～0.75％的鋼，一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性能；當(dāng)縱w(C)>0.75％的鋼，一般采用球化退火處理，既降低了硬度，便于切削加工，又為淬火作好了組織準(zhǔn)備。（三）從經(jīng)濟(jì)性能上考慮正火比退火生產(chǎn)周期短，成本低，操作簡單，故在滿足材料使用性能及工藝性能要求前提下，應(yīng)盡量選用正火處理。4.3鋼的淬火與回火一、鋼的淬火

1.淬火的定義

淬火是將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上（30～50）℃，保溫一定時(shí)間，然后以大于淬火臨界冷卻速度冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。

提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度，增加耐磨性。既要得到馬氏體組織，同時(shí)又要避免產(chǎn)生變形和開裂。2.淬火的目的：

3.淬火工藝（1）淬火加熱溫度的選擇

選擇淬火加熱溫度的原則是獲得均勻細(xì)小的奧氏體。一般淬火加熱溫度在臨界點(diǎn)以上。亞共析鋼：Ac3+（30～50C）共析鋼：過共析鋼：Ac1+（30～50C）Ac1+（30～50C）（2）淬火保溫時(shí)間的確定保溫時(shí)間長短要綜合考慮化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、有效厚度、加熱速度、加熱爐功率、裝爐方式、裝爐量等諸多因素。目前在生產(chǎn)中，常根據(jù)工件有效厚度與經(jīng)驗(yàn)來確定。一般規(guī)定，在空氣介質(zhì)中升到規(guī)定溫度后的保溫時(shí)間，對非合金鋼來說，按工件厚度或直徑1-1.5min/mm估算；合金鋼1.5-2min/mm；在鹽浴爐中，非合金鋼0.3-0.5min/mm；低合金鋼0.45-0.55min/mm；高合金鋼的保溫時(shí)間還應(yīng)適當(dāng)延長。（3）淬火冷卻介質(zhì)

常用的淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力如下表所示：（4)淬火方法

由于目前沒有理想的淬火介質(zhì)，因而淬火方法是根據(jù)工件特點(diǎn)（化學(xué)成分、形狀與尺寸、技術(shù)要求等），結(jié)合各種淬火冷卻介質(zhì)特點(diǎn)而定。常用淬火方法有：二、鋼的回火

將淬火鋼重新加熱到Acl點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。一般淬火件必須經(jīng)過回火才能使用?；鼗鸬哪康模韩@得工件所要求的力學(xué)性能穩(wěn)定工件尺寸降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力1.回火種類與應(yīng)用

根據(jù)對工件力學(xué)性能要求不同，按其回火溫度范圍，可將回火分為三種。（1）低溫回火

淬火鋼件在250℃以下回火稱低溫回火。低溫回火后組織為回火馬氏體，基本上保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性，淬火內(nèi)應(yīng)力有所降低?；鼗鸷笥捕葹?8HRC～64HRC。主要用于要求高硬度、高耐磨性的刃具、冷作模具、量具和滾動(dòng)軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火的零件。（2）中溫回火

淬火鋼件在350～500℃之間回火稱為中溫回火。中溫回火后組織為回火屈氏體。具有高的屈強(qiáng)比，高的彈性極限和一定的韌性，淬火內(nèi)應(yīng)力基本消除?；鼗鸷笥捕纫话銥?5HRC～50HRC?；鼗鹎象w汽車板簧熱卷彈簧中溫回火常用于各種彈簧和模具熱處理。（3）高溫回火

淬火鋼件在500～650℃回火稱為高溫回火。高溫回火后組織為回火索氏體，具有強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能?；鼗鸷笥捕纫话銥?00HBW～330HBW。高溫回火廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件的熱處理，如連桿、齒輪、軸類、高強(qiáng)度螺栓等。淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理回火索氏體調(diào)質(zhì)一般作為最終熱處理，但也作為表面淬火和化學(xué)熱處理的預(yù)先熱處理。調(diào)質(zhì)后的硬度不高，便于切削加工，并能獲得較低得表面粗糙度值。

回火索氏體組織具有良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。

通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝稱作“調(diào)質(zhì)處理”，簡稱“調(diào)質(zhì)”。調(diào)質(zhì)廣泛用于連桿、軸、齒輪等各種重要結(jié)構(gòu)件的處理。也可作為精密零件、量具等的預(yù)備熱處理。柴油機(jī)連桿2.回火脆性

淬火鋼出現(xiàn)沖擊韌度顯著下降的現(xiàn)象稱為“回火脆性”。回火脆性可分為：（1）低溫回火脆性

在250～350℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性。一般不在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火。（2）高溫回火脆性

在500～650℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性。主要發(fā)生在含Cr、Ni、Mn等合金元素的鋼中。三、鋼的淬透性淬透性是鋼的主要熱處理性能。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。1.淬透性的概念淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。

淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%P)的深度。。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力。2.影響淬透性的因素

鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk，Vk越小，淬透性越高。

而Vk取決于C曲線的位置，C曲線越靠右，Vk越小。

因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素。除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時(shí)間長也使鋼的淬透性提高。3.淬透性的應(yīng)用

1、對于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。2、對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為半徑的1/2~1/3），如軸類、齒輪等。淬硬層深度與工件尺寸有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿齒輪4.4鋼的表面熱處理

鋼的表面淬火僅對鋼的表面加熱、冷卻，而不改變其成分的熱處理工藝。它能使鋼表面具有較高的硬度和耐磨性，心部保持較高的塑性和韌性。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.4%～0.5%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是最適宜于表面淬火。這是由于中碳鋼經(jīng)過預(yù)先熱處理（正火或調(diào)質(zhì)）以后再進(jìn)行表面淬火處理，既可以保持心部原有良好的綜合力學(xué)性能，又可使表面具有高硬度和耐磨性。表面淬火后，—般需進(jìn)行低溫回火，以減少淬火應(yīng)力和降低脆性。1.感應(yīng)加熱表面淬火

感應(yīng)加熱表面淬火是利用感應(yīng)電流通過工件表面所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使表面加熱并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝。電流頻率愈高，電流透入深度愈小，加熱層也愈薄，調(diào)節(jié)頻率，可得到不同的淬硬層深度。

感應(yīng)加熱速度極快，時(shí)間很短僅為幾秒鐘，加熱淬火有如下特點(diǎn)：表面性能好，硬度比普通淬火高2HRC～3HRC。疲勞強(qiáng)度較高，一般工件可提高20％～30%；工件表面質(zhì)量高，不易氧化脫碳，淬火變形??；淬硬層深度易于控制，操作易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)率高。2、火焰加熱表面淬火

是用乙炔-氧(最高溫度為3200℃)或煤氣-氧(最高溫度為2400℃)等火焰加熱工件表面，進(jìn)行淬火?；鹧娲慊鸬拇阌矊由疃纫话闶?-6mm，若淬硬層過深，往往會使工件表面產(chǎn)生過熱，甚至產(chǎn)生變形與裂紋?；鹧婕訜岜砻娲慊鸬奶攸c(diǎn)：火焰加熱表面淬火設(shè)備簡單，操作靈活，成本低等優(yōu)點(diǎn)。但生產(chǎn)率低，零件表面存在不同程度的過熱，質(zhì)量不穩(wěn)定。主要適用于單件、小批量生產(chǎn)的特大或特小件、異型工件等，如大齒輪、軋輥、頂尖、凹槽、小孔等。鋼化學(xué)熱處理，是將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性能以及疲勞強(qiáng)度目的?；瘜W(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等。4.5鋼的化學(xué)熱處理1.鋼的滲碳

將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原于滲入表層的化學(xué)熱處理工藝過程，滲碳后還應(yīng)進(jìn)行淬火和低溫回火。常用滲碳溫度為900～950℃，滲碳層厚度一般為0.5～2.5mm。滲碳的目的：是提高工件表面的硬度和耐磨性，同時(shí)保持心部的良好韌性。ωc＝0.1～0.25％低碳鋼和低碳合金鋼，經(jīng)過滲碳后，再進(jìn)行淬火與低溫回火，可在零件的表層和心部分別得到高碳和低碳的組織。用于一些重要零件如汽車、拖拉機(jī)的變速箱齒輪、活塞銷、摩擦片等。滲碳時(shí)間需依據(jù)滲碳層深度來確定。一般按0.2—0.25mm/h估算。2.鋼的氮化

通過氨氣的受熱分解，分解出活性氮原子，使氮原子被鋼吸收并滲入表面的化學(xué)熱處理工藝過程。氮化溫度一般為550～570℃，因此氮化件變形很小，比滲碳件變形小得多。滲氮層深度一般為0.6～0.7mm氮化的目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度及耐蝕性。氮化廣泛應(yīng)用于耐磨性和精度均要求很高的零件，如鏜床主軸、精密傳動(dòng)齒輪；在循環(huán)載荷下要求高疲勞強(qiáng)度的零件，如高速柴油機(jī)曲軸；以及要求變形很小和具有一定抗熱、耐蝕能力的耐磨件，如閥門、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸以及熱作模具等。小結(jié)作業(yè)：

教材后作業(yè)

中國大學(xué)MOOC作業(yè)

（

/course/HNPI-1001794008?from=searchPage）一、鋼的分類

鋼的分類及編號①按用途工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼機(jī)器用鋼結(jié)構(gòu)鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼合金鋼是指為了提高鋼的性能，在非合金鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。非合金鋼是指含碳量低于2.11%并含有少量的Si、Mn、S、P等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。按化學(xué)成分分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三大類。②按化學(xué)成分中碳鋼0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量

5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量

10%碳素鋼合金鋼③按顯微組織分類亞共析鋼共析鋼過共析鋼

按退火組織分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼按正火組織分電弧爐煉鋼鋼的質(zhì)量是以硫、磷的含量來劃分的。④按質(zhì)量分類優(yōu)質(zhì)質(zhì)量鋼普通質(zhì)量鋼特殊質(zhì)量鋼

沸騰鋼F鎮(zhèn)靜鋼Z半鎮(zhèn)靜鋼b特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ

⑤按冶煉方法及設(shè)備分類轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼按設(shè)備按冶煉方法齒輪刀具我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學(xué)元素符號和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時(shí)，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個(gè)字母。二、鋼的編號1）碳素結(jié)構(gòu)鋼Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；質(zhì)量等級符號為A、B、C、D。由A到D，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號：沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ；Z和TZ可省略。如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示為Q235AF1.非合金鋼2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號為兩位數(shù)字這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾如45、08F、65Mn3）碳素工具鋼如T12、T12A、T8Mn、T8MnA4）鑄造碳鋼牌號為ZG+兩組數(shù)字例如ZG200-400，ZG230-450牌號為T+數(shù)字；“T”表示“碳素工具鋼”；數(shù)字表示鋼平均含碳量的千分之幾

如Q345C質(zhì)量等級有A、B、C、D、E五個(gè)等級低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，所以其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。根據(jù)需要，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）和化學(xué)元素符號，按順序表示，如16Mn。2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼3.合金鋼牌號為碳含量+合金元素1+1元素的百分含量數(shù)字+合金元素2+2元素的百分含量數(shù)字+……1)合金元素及其含量標(biāo)注當(dāng)合金元素的平均含量小于1.50%時(shí)，只標(biāo)元素符號，不標(biāo)含量。如20CrMnTi當(dāng)合金元素的平均含量為1.50～2.49%、2.50～3.49%、3.50～4.49%、4.50～5.49%、……時(shí)，在相應(yīng)的合金元素符號后標(biāo)2、3、4、5……等數(shù)字。如20CrNi3。1）合金結(jié)構(gòu)鋼如40Cr；38CrMoAlA；60Si2Mn2）合金工具鋼如9SiCr；Cr12MoV注：合金工具鋼含鉻量小于1%時(shí)，含鉻量以千分之一為單位標(biāo)出，并在含鉻量前加數(shù)字“0”，如Cr06。滾動(dòng)軸承鋼含鉻量也以千分之一為單位標(biāo)出，并在牌號頭部加字母“G”，如GCr15；GCr15SiMn4）滾動(dòng)軸承鋼3）高速工具鋼W18Cr4V；W6

Mo5Cr4V2

Al這類鋼牌號前面的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù),合金元素的表示方法同一般的合金結(jié)構(gòu)鋼。如，馬氏體不銹鋼3Cr13當(dāng)Wc≤0.08%時(shí),標(biāo)“0”;當(dāng)Wc≤0.03%時(shí),標(biāo)“00”例如，0Cr19Ni9,00Cr17Ni14Mo2等。5）不銹鋼和耐熱鋼（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼1、成分：<0.4%C，P、S

量較多。2、性能：可焊性、塑性好。3、熱處理：熱軋空冷態(tài)下使用。4、使用狀態(tài)下組織：F+P熱軋鋼板5.5非合金鋼5、典型牌號：Q235

6、用途：常以熱軋型材使用，約占鋼材總量的70%。用于建筑結(jié)構(gòu)，適合焊接、鉚接、栓接等。（二）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的產(chǎn)量僅次于碳素結(jié)構(gòu)鋼，廣泛用于制造較重要的