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机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理书名：机械基础ISBN： 9787111471721作者：康一出版社：机械工业出版社本书配有电子课件 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理1.金属、合金的晶体结构 及铁碳合金的五种基本组织2.金属材料的普通热处理及表面热处理3.激光淬火新技术1.三种常见金属晶体结构、 合金相结构及铁碳合金分类2.退火、正火、淬火及回火的应用。【 重点掌握 】【 主要内容 】 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理不同的金属材料在载荷作用下表现出不同的力学性能，如下表所示的 45钢。 不同冷却条件 对 45钢 力学性能的影响 （加 热 温度 840 ）冷却方法抗拉 强 度Rm/MP a屈服 强 度Rel/ MP a断后伸 长 率A（ % ）断面收 缩 率Z（ % ） 硬度HRC炉冷 519 272 32 5 49 1518空冷 657705 333 1518 4550 1824油冷 882 608 1820 48 4050水冷 1078 706 78 1214 5260 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理 晶体 原子（离子或分子）呈规则排列的物质。如冬天的雪花、天然金刚石、一切固态金属及合金都是晶体 。l1 . 影响金属材料性能的因素（ 1） 金属材料的晶体结构固态物质按其原子的聚集状态可分为晶体与非晶体两大类雪花三角八面钻石原石 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理 1）常见的三种晶体结构a.体心立方晶格属于体心立方晶格的常见金属有铬（ Cr）、钨 (W)、钼 (Mo)、 -铁（ 912 以下为 -Fe）等 。塑性较好 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理 l B.面心立方晶格属于面心立方晶格的常见金属有金（ Au）、银 (Ag)、铜 (Cu)、铝（Al）、镍 (Ni)、 -铁（ 9121394 之间为 -Fe）等。塑性好 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理 c.密排六方晶格属于密排六方晶格的常见金属有镁 (Mg)、铍 (Be)、锌 (Zn)、镉 (Cd)、 -钛 (-Ti)等。塑性较差 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理 （ 2 ）合金的晶体结构 合金 由两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）通过熔炼组成的具有金属特性的材料。如钢铁材料都是由铁与碳组成的合金相 合金中具有成分、结构、性能均相同的均匀组成部分 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理 l 合金的相结构可分为 固溶体 、金属化合物。1）固溶体定义：合金在固态下，由于组元间相互溶解而形成的均匀相 固溶强化：形成固溶体时，合金强度、硬度提高的现象 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理固溶体 固溶强化 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理（ 3）铁碳合金 是铁和碳组成的合金 定义：是金属与金属、或金属与非金属之间形成的具有金属特性的物质特点：晶格复杂，熔点较高，硬度高，脆性大 2）金属化合物 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理1）铁碳合金的基本组织（五种基本组织）a.奥氏体（ A） 碳溶于 r-Fe中所形成的间隙固溶体，奥氏体的强度、硬度比铁素体要高。 b.铁素体 （ F） 碳溶于 -Fe中所形成的间隙固溶体，强度、硬度较低，而塑性、韧性较好 ,易于塑性成形加工c.渗碳体（ Fe3C ） 渗碳体是铁和碳组成的具有复杂晶格结构的间隙化合物 。硬度很高 (约 800HBW)，脆性极大，塑性和韧性几乎为零 。d.珠光体（ P） 是铁素体与渗碳体组成的机械混合物 ,具有足够的强度、硬度和塑性，综合性能良好。 e.莱氏体 是碳的质量分数为 4.3的铁碳合金。硬度高（约 700HBW），塑性、韧性极差，脆性大。 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理铁素体 珠光体 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理奥氏体 莱氏体 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理2） FeFe 3C相图 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理合金种 类工 业纯铁 钢 白口 铸铁亚 共析 钢共析钢过 共析 钢亚 共晶白口 铁共晶白口 铁过 共晶白口 铁wc/% 0.77 4.30平衡组织 F F+P PP+Fe3CP+Fe3C +Ld Ld Ld+ Fe3C铁碳相图的分类和室温平衡组织 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理铁碳合金室温下的组织、性能变化规律 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理l2.钢的热处理 :l 是对固态金属或合金采用适当方式进行加热、保温和冷却，以达到所需的组织与性能的工 艺，如右图所示。热处理工艺曲线分类： 普通热处理：包括退火、正火 、淬火和回火表面热处理：包括表面淬火等化学热处理：包括渗碳、渗氮 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理（ 1） 金属材料普通热处理 1）退火 将金属材料加热到一定温度，保温后缓慢冷却（在炉中或埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺 。退火目的 ：细化晶粒、均匀组织、降低硬度、消除内应力、改善切削加工性能。常用退火方法 :完全退火、球化退火、去应力退火等。a.完全退火加热温度： AC3（临界点） +（ 30 50） 应用：用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊接件等。 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理b.球化退火 加热温度： AC1（临界点） + （ 20 40） 应用：共析、过共析钢的锻、 轧件及结构钢的冷挤压件 c.去应力退火 加热温度： 500650 应用：消除铸件、锻件、焊接件、精加工件等残存的内应力，以稳定尺寸，减少变形，防止开裂。 真空退火炉动画演示 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理台车炉箱式炉退火热处理炉 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理 2）正火 是将钢件加热到临界点以上，保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺。 目的 :细化晶粒、调整硬度，并为后续工序作好组织准备。 从经济性能上考虑从工艺性能上考虑从使用性能上考虑正火 与退火的选用动画演示 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理加热温度范围 热处理工艺曲线 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理3）钢的淬火 是将钢件加热到临界点以上 3070 ，保温后以大于临界冷却速度冷却的热处理工艺。 目的：得到高硬度、高耐磨组织以及强度、韧性的良好配合，以适应不同工作条件的需要常用的淬火介质：水、盐水或碱水、矿物油以及盐浴或碱浴等动画演示 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理钢的理想淬火冷却曲线 碳钢的淬火加热温度范围 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理快速淬火炉工件浸入淬火剂的方法 动画演示 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理4）回火 将淬火零件重新加热到临界点以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的工艺。淬火后必须及时进行回火。 目的：主要是为了消除或减少淬火内应力，降低脆性，防止工件变形与开裂；稳定组织，从而稳定工件的形状与尺寸；调整工件的力学性能，以满足最终性能（硬度、强度、塑性和韧性等）要求。 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理回火分为以下三种：a.低温回火 (150 250) ： 所得组织为回火马氏体。高硬度（5864HRC）、高耐磨性，同时内应力明低，减少了钢的脆性。 应用： 用于各种高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具以及滚动轴承、渗碳件、碳氮共渗件和表面淬火件等淬火后的回火。b.中温回火 （ 350 500 )： 组织为回火托氏体。硬度一般为35 50HRC。屈强比较高，淬火内应 力基本消除。应用： 常用于弹性零件（如弹簧、发条、刀杆、轴套）以及热作模具等淬火后的回火。 机械基础 主编 康一课题 2 钢的基本组织和热处理l c.高温回火 （