1、實(shí)驗(yàn)五 碳鋼的熱處理及性能分析實(shí)驗(yàn)六 常用鋼鐵材料的組織觀察,清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心,一、金屬的概念 二、金屬材料的力學(xué)性能 三、金屬的結(jié)晶和組織 1. 金屬的結(jié)晶過程 2. 金屬的組織 （1）室溫平衡組織 （2）非平衡組織,四、鋼鐵的分類和異同 鋼和鑄鐵所含的主要合金元素都是鐵和碳，所以也稱鋼和鑄鐵為Fe-C合金，它們的不同點(diǎn)在于含碳量，鋼的含碳量小于2.11%，鑄鐵的含碳量大于2.11%。 五、Fe-C合金基本組織 1. 鐵素體 F 2. 滲碳體 Fe3C 3. 珠光體 P（ F+ Fe3C ）,六、鋼鐵的組織和性能 1. 碳鋼的室溫平衡組織 碳鋼的室溫平衡組織由鐵素體、滲碳體和珠光體三

2、種基本組織組成。隨碳鋼含碳量的不同，基本組織的含量也相應(yīng)發(fā)生變化。碳鋼按室溫組織的不同根據(jù)含碳量可分為三類。,純鐵,亞共析鋼,共析鋼,過共析鋼,碳鋼的成分、組織、性能之間的關(guān)系示意圖,2. 鑄鐵的室溫平衡組織 鑄鐵由于含碳量高，碳的存在形態(tài)發(fā)生了變化。在鋼中碳是以化合態(tài)的Fe3C（滲碳體）存在，而在鑄鐵中碳不僅以化合態(tài)的Fe3C存在，同時(shí)出現(xiàn)了游離態(tài)的石墨。鑄鐵的組織可以認(rèn)為是在鐵素體或珠光體，或鐵素體珠光體的基體上分布著不同形態(tài)的石墨。根據(jù)石墨形態(tài)的不同，常用鑄鐵可分為： 灰 鑄 鐵 石墨以片狀存在 可鍛鑄鐵 石墨以團(tuán)絮狀存在 球墨鑄鐵 石墨以球狀或近似球狀存在,可鍛鑄鐵（鐵素體基體）,灰鑄

3、鐵（珠光體基體）,球墨鑄鐵 （鐵素體珠光體基體）,3. 鑄鐵與碳鋼的性能比較 鑄鐵與碳鋼比較（在同一種基體下），由于鑄鐵中石墨的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都極低 （b20Mpa，0）,而且石墨的存在對(duì)基體起割裂作用，所以，鑄鐵的力學(xué)性能（抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性）較差，不如碳鋼，尤以灰鑄鐵（片狀石墨）最差，球墨鑄鐵因球狀石墨的割裂作用最輕，具有較好的力學(xué)性能。 鑄鐵具有優(yōu)良的減震性、耐磨性、鑄造性能和切削加工性能，而且生產(chǎn)成本低廉，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。,六、熱加工工藝對(duì)碳鋼組織的影響 在材料加工工程中存在著如下關(guān)系： 設(shè)備 工藝 組織性能應(yīng)用 原材料 成分 這個(gè)關(guān)系在實(shí)際生產(chǎn)過程中，表現(xiàn)為設(shè)備、工藝

4、條件等的不同決定了熱過程的非平衡程度的不同，使得金屬結(jié)晶和轉(zhuǎn)變過程不同，最終使金屬材料的組織呈現(xiàn)多樣性，即使同一種金屬材料的組織也可呈現(xiàn)不同的形態(tài)。可見，正是非平衡過程的多樣性，使得工程材料得到不同的組織，具備不同的性能，從而滿足各種使用要求。此外，相同的金屬組織，晶粒越細(xì)小、分布越均勻，其力學(xué)性能越高。,常用熱加工工藝方法特點(diǎn),鑄錠宏觀組織示意圖,焊接接頭宏觀組織示意圖,七、熱處理的概念及常用工藝 熱處理是將金屬在固態(tài)下通過加熱、保溫 和冷卻過程，改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需 性能的一種工藝方法。它的特點(diǎn)是：只改變金 屬材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，獲得所需性能，盡量避 免改變零件的形狀。同樣的材料經(jīng)過

5、不同的熱 處理方法，可以得到不同的內(nèi)部組織，因此， 熱處理工藝可以最大限度地發(fā)揮材料的潛力。 鋼的常用熱處理方法有：退火、正火、淬 火和回火。,常用熱處理方法的工藝曲線示意圖,退火,正火,淬火,回火,1. 退火 退火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時(shí)間，隨后在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。 退火的目的： a. 降低硬度，以利于切削加工； b. 細(xì)化晶粒，改善組織，提高機(jī)械性能； c. 消除內(nèi)應(yīng)力，為下一道熱處理作好準(zhǔn)備； d. 提高金屬材料的塑性、韌性，便于進(jìn)行冷 沖壓或冷拉拔加工。 退火的缺點(diǎn)：占用設(shè)備；生產(chǎn)率低。,2

6、. 正火 正火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬 的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時(shí)間，隨后在空氣中冷 卻，以獲得更細(xì)組織的一種熱處理工藝。 正火的作用與退火相似，與退火不同之處是： a. 正火是在空氣中冷卻，冷卻速度快，所獲 得的組織更細(xì)。 b. 正火后的強(qiáng)度、硬度較退火后的稍高，而 塑性、韌性則稍低。 c. 不占用設(shè)備；生產(chǎn)率高。,3. 淬火 淬火是將金屬制件加熱到這種金屬的臨界溫度以上3050，經(jīng)保溫一定時(shí)間，隨后在水或油中快速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。 淬火的目的：提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度，增加耐磨性，并在回火后獲得高強(qiáng)度和一定韌性相配合的性能。,4. 回火 回火是把淬火后的金屬制件重新加熱到某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后置于空氣或油中冷卻的熱處理工藝。 回火的目的：為了消除淬火時(shí)因冷卻過快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低金屬材料的淬性，使它具有一定的韌性。 根據(jù)加熱溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。,（1）低溫回火：回火溫度為150250。低溫回火能消除一定的內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)?shù)亟档弯摰拇嘈?，提高韌性，同時(shí)工件仍保持高硬度、高耐磨性，應(yīng)用于各種量具和刃具。 （2）中溫回火：回火溫度為350500。中溫回火可大大減小鋼的內(nèi)應(yīng)力，提高了彈性、韌性，但硬度有所降低，應(yīng)用于彈簧和熱鍛模等。 （3）高溫回火：回火溫度為500650。高溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)