金属材料的性能与热处理

鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：金属的结构与结晶章节一1授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标了解金属的结构情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握金属的结构教学重点金属的晶体结构教学难点晶体缺陷教 具教学内容及教学过程附记第一章 金属的结构与结晶11 金属的晶体结构一、晶体与非晶体项目晶体非晶体定义原子呈有序、有规则排列的物质 原子呈无序、无规则堆积物质 性能特点具有规则的几何形状 有一定的熔点，性能呈各向异性 没有规则的几何形状 有固定的熔点，性能呈各向同性 典型物质石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶 晶体和非晶体的对比二、金属的晶格类型晶格类型：金属中原子排列的规律。晶格：为了清楚地表示晶体中原子排列的规律，将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，形成一个能反映原子排列规律的空间格架。 第 1 页教学内容及教学过程附记晶胞：晶格中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。三、单晶体与多晶体晶粒：组成金属的小晶体。 晶界：由晶粒间不规则排列的原子构成。 四、晶体的缺陷晶体缺陷：由于各种原因，实际晶体中原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性。 第 2 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：纯金属的结晶章节一2授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标掌握纯金属的结晶情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握纯金属的结晶教学重点纯金属的结晶、同素异构转变教学难点纯金属的结晶教 具教学内容及教学过程附记12 纯金属的结晶结晶：金属从高温液体状态冷却凝固为固体（晶体）状态的过程。结晶潜热：结晶的过程中放出的热量。 一、纯金属的结晶过程过冷度：理论结晶温度和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差（T= T0 T1）。金属结晶时，冷却越快，其实际结晶的温度就越低，过冷度T也就越大。金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体的过程称为结晶。一、纯金属的冷却曲线及过冷度。用热分析法进行研究： 第 3 页教学内容及教学过程附记实际结晶温度（下）低于理论结晶温度（To）这一现象称为“过冷现象”。理论结晶温度和实际结晶温度之差称这“过冷度”（T=To-T1）。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。二、纯金属的结晶过程。结晶过程是晶核的形成与长大的过程。外形不规则而内部原子排列规则的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的分界面称为晶界。三、晶粒大小对金属力学性能的方面。一般地说，在室温下，细晶粒金属具有较强的强度和韧性。细化晶粒的方法。增加过冷度变质处理振动处理四、 金属的同素异构转变同素异构转变的概论：金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母，等表示。铁的同素异构转变式9121394Fe Fe Fe面心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格 第 4 页教学内容及教学过程附记金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程有许多相似之处：1、有一定的转变温度，转变时有过冷现象；放出和吸收潜热；转变过程也是一个形核和晶核长大的过程。2、同素异构转变属于固态相变，有本身的特点：新晶格的晶核优先在原来晶粒的晶界处形成；转变需要较大的过冷度；晶核的变化伴随金属体积的变化，转变时产生较大的内应力。例如：Fe转变为Fe时，铁的体积会膨胀约1，这是钢热处理时引起应力，导致工件变形和开裂的重要原因。 第 5 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热 处理授课内容教材对应位置审批：金属材料的损坏与塑性变形 章节二1授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标了解金属材料的损坏与塑性变形情 感 目 标热爱本专业专业能力目标了解金属材料的损坏与塑性变形教学重点金属材料的损坏与塑性变形教学难点金属材料的损坏与塑性变形教 具教学内容及教学过程附记第二章 金属材料的性能21 金属材料的损坏与塑性变形一、与变形相关的几个概念1载荷载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。根据载荷作用性质的不同分：（1）静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。 （2）冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 （3）交变载荷：大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。2内力内力：工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为。3应力应力：假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。 第 6 页教学内容及教学过程附记二、金属的变形金属塑性变形的影响因素：1晶粒位向的影响2晶界的作用3晶粒大小的影响 三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化形变强化（加工硬化）：冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。 第 7 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：强度章节二2授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标掌握强度情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握强度教学重点强度教学难点力伸长曲线教 具教学内容及教学过程附记22 金属的力学性能任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用，这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能。一、强度强度：金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。其大小用应力表示。 抗拉强度：拉伸实验测定 抗压强度 抗剪强度 抗扭强度 抗弯强度 1拉伸试样 2力伸长曲线 bZF0eSL低碳钢的力伸长曲线 第 8 页教学内容及教学过程附记弹性变形 阶段屈服阶段 强化阶段 缩颈阶段3强度指标 （1）屈服强度：当金属材料出现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。屈服强度分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。ReL=FeL/So 规定产生0.2%残余伸长时的应力为条件屈服强度Rp0.2，替代ReL，称为条件（名义）屈服强度。R0.2=F0.2/So2抗拉强度Rm 抗拉强度：材料在断裂前所能承受的最大的应力。 二、塑性塑性：材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力。 1断后伸长率A 试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。计算公式：A=(l1-l0)/l0 100%2断面收缩率Z 试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率。计算公式：Z=(SO-S1)/SO 100%【例】有一直径 d =10mm，Lo=100mm 的低碳钢试样，拉身实验时测得FeL=21kN，Fm=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此试样的ReL、Rm、A、Z。 解：（1）计算SO，S1 S0=d02/4 =3.14102/4=78.5mm2S1=d12/4 =3.145.652/4=25mm2（2）计算ReL、RmReL=FS/SO=21103/78.5 =267.5MpaRm = Fb/SO=29103/78.5 =369.4Mpa（3）计算A、ZA =(l1-l0)/l0100%=(138-100)/100100%=38%Z =(S0-S1)/S0100%=(78.5-25)/78.5100%=68% 第 10 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：硬度章节二2授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标掌握金属的硬度情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握金属的硬度教学重点金属的硬度教学难点硬度教 具教学内容及教学过程附记三、硬度硬度：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是通过在专用的硬度试验机上实验测得的。 1布氏硬度 布氏硬度值：用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为MPa，但一般均不标出，用符号HBW表示HBS（HBW）=0.102表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。当保持时间为1015s时可不标。 例：170HBW10/1000/30： 第 11 页教学内容及教学过程附记直径10mm的压头，在9807N（1000kg）的试验力作用下，保持30 s时测得的布氏硬度值为170。600HBW1/30/20： 直径为1mm压头，在294.2N（30kg）的实验力作用下，保持20 s时测得的布氏硬度值为600。 应用范围：主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。 2洛氏硬度 洛氏硬度试验原理 表示方法： 符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺。 例：45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。 常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围 四、冲击韧性冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料的冲击韧性用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。 试样从一定高度被击断后，缺口处单位横截面面积上吸收的功，即表示冲击韧度值。 第 12 页教学内容及教学过程附记五、疲劳强度由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽低于材料的屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂。金属这样的断裂现象称为疲劳断裂。金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。疲劳极限用符号R1表示。 第 13 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：金属的工艺性能章节二3授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标了解金属的工艺性能情 感 目 标热爱本专业专业能力目标了解金属的工艺性能教学重点教学难点教 具教学内容及教学过程附记23 金属的工艺性能金属材料的工艺性能：金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。它包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热处理性能等。 一、铸造性能铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力，主要取决于金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。 1流动性：熔融金属的流动能力。2收缩性：铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积和尺寸减小的现象。3偏析倾向：金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀现象。二、锻压性能用锻压成形方法得优良锻件的难易程度。常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。 第 14 页教学内容及教学过程附记表面加工硬化：切削塑性金属材料时，工件在加工表面层的硬度明显提高而塑性下降的现象。 2热处理性能 淬透性 淬硬性 过热敏感性 变形开裂倾向 回火脆性倾向 氧化脱碳倾向三、焊接性能金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。对碳钢和低合金钢而言，焊接性能主要与其化学成分有关（其中碳的影响最大）。 四、切削加工性能及热处理性能1切削加工性能 切削加工性能：切削金属材料的难易程度。一般用工件切削时的切削速度、切削抗力的大小、断屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度来衡量。 第 15 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：合金及其组织铁碳合金的基本组织与性能章节三1、2授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标了解合金及其组织 掌握铁碳合金的基本组织与性能情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握铁碳合金的基本组织与性能教学重点铁碳合金的基本组织与性能教学难点铁碳合金的基本组织与性能教 具教学内容及教学过程附记第三章 铁碳合金黑色金属：以铁及以铁碳为主的合金（钢铁）。有色金属：其他金属及其合金。 31 合金及其组织一、合金的基本概念合金：以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。组元：组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元物质，简称元。 第 16 页教学内容及教学过程附记相：合金中成分、结构及性能相同的组成部分。 组织：合金中不同相之间相互组合配置的状态。换言之，数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同的组织。 二、合金的组织1固溶体一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格中而形成的固溶体。置换固溶体：溶质原子置换了溶剂晶格结点上某些原子而形成的固溶体。2金属化合物在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除可形成固溶体外，还将出现新的相，其晶体结构不同于任一组元，而是组元之间相互作用形成一种具有金属特性的物质。 3混合物两种或两种以上的相按一定的质量百分数组成的物质。 固溶强化：无论是间隙固溶体还是置换固溶体，在其形成过程中，都会使溶剂晶格发生畸变，从而使合金对变形的抗力增加。也即通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属材料强度、硬度提高的现象。 间隙固溶体 置换固溶体32 铁碳合金的基本组织与性能一、铁素体（F）碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体，用符号 F 表示。 第 17 页教学内容及教学过程附记铁素体的晶胞示意图 铁素体的显微组织 二、奥氏体（A）碳溶于Fe中形成的间隙固溶体，用符号A表示。 奥氏体的晶胞示意图 奥氏体的显微组织 三、渗碳体（Fe3C或Cm）渗碳体是含碳量为6.69的铁与碳的金属化合物，其化学式为Fe3C。 渗碳体的晶胞示意图 四、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。 光学显微镜观察组织 电子显微镜观察组织 第 18 页教学内容及教学过程附记五、莱氏体（Ld）莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld表示。 低温莱氏体：室温下的莱氏体，由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示。 低温莱氏体的显微组织 第 19 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：铁碳合金相图章节三3授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标掌握铁碳合金相图情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握铁碳合金相图教学重点铁碳合金相图教学难点铁碳合金相图教 具教学内容及教学过程附记33 铁碳合金相图一、铁碳合金相图的组成铁碳合金相图：表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。 在铁碳合金中，铁和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C 、Fe2C 、FeC 等。Fe C相图的组成 简化后的FeFe3C相图 第 20 页教学内容及教学过程附记二、FeFe3C相图中特性点、线的含义及各区域内的组织1主要特性点A点：纯铁的熔点，15380CD点：渗碳体的熔点，12270CC点：共晶点，11480C LC(A+Fe3Ci)E点：C在-Fe中最大溶解度，C=2.11G点：纯铁的同素异构转变点，9120C，FeFeS点：共析点， AsP（F+Fe3C）2主要特性线ACD线：液相线，在此线的上方所有的铁碳合金都为液体。AECF线：固相线，在此线的下方所有的铁碳合金都为固体。在ACD线与AECF线之间是结晶区，即过渡区。GS线：从A中析出F的开始线，又称A3线ES线：C在A中溶解度曲线，亦称为Acm线。ECF：共晶线，温度为C。PSK线：共析线，7270C ，A1线 第 21 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：铁碳合金相图章节三3授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标掌握铁碳合金相图情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握铁碳合金相图教学重点铁碳合金的结晶过程教学难点铁碳合金的结晶过程教 具教学内容及教学过程附记三、铁碳合金的分类纯铁：含碳量小于0.0218%的铁碳合金。钢：含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。 典型铁碳合金的结晶过程。共析钢：（C=0.77%）合金I：室温亚共析钢：（0.0218%C0.77%合金II：室温 第 22 页教学内容及教学过程附记过共析钢：合金III：0.77%C2.11%室温共晶白口铸铁：合金IV：（C=4.3%）室温亚共晶白口铸铁：合金V：（2.11%C4.3%）室温过共晶白口铸铁：合金VI：（4.3%C6.69%）室温四、铁碳合金的成分，组织与性能的关系。含碳量越高，钢的强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。五、FeFe3C相图的应用。1、作为选用钢材料的依据：如制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，则应选用含碳量较低的钢；要求强度、塑性和韧性等综合性较好的构件，则选用含碳量适中的钢，各种工具要求硬度高及耐性好，则应选用含碳量较高的钢。2、制定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据。 第 23 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：碳素钢章节三四授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标掌握碳素钢牌号情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握碳素钢牌号教学重点碳素钢牌号教学难点碳素钢牌号教 具教学内容及教学过程附记34 碳素钢碳素钢：简称碳钢，是最基本的铁碳合金。它是指在冶炼时没有特意加入合金元素，且含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金。 一、钢中常存元素及其对性能的影响锰：有益元素，有很好的脱氧能力，还可与硫形成MnS，从而消除了硫的有害作用。硅：有益元素，脱氧能力比锰强，还能提高钢的强度及质量，硅作为杂质一般应不超过0.4%。硫：有害元素，常以FeS形式存在，易使钢材变脆（热脆性）。磷：有害元素，它使钢在低温时变脆（冷脆性）。氢：有害元素，能造成氢脆、白点等缺陷。二、碳素钢的分类1按钢的含碳量分 低碳钢：C0.25 第 24 页教学内容及教学过程附记中碳钢：C 0.250.60高碳钢：C 0.602按钢的质量分普通钢：S 0.050，P 0.045优质钢：S 0.035，P 0.035高级优质钢：S 0.025，P 0.0253按钢的用途分 结构钢：含碳量一般均小于0.70% 工具钢：含碳量一般均大于0.70%4按冶炼时脱氧程度的不同分沸腾钢：脱氧程度不完全的钢 镇静钢：脱氧程度完全的钢半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢三、碳素钢牌号及用途化学元素符号汉语拼音字母阿拉伯数字1（普通）碳素结构钢（1）屈服强度字母Q（2）屈服强度数值（3）质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提高。（4）脱氧方法符号：F沸腾钢 b半镇静钢 Z镇静钢 TZ特殊镇静钢（Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省略）2优质碳素结构钢牌号用两位数字表示，这两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。 第 25 页教学内容及教学过程附记45表示平均含碳量为0.45的优质碳素结构钢08表示平均含碳量为0.08的优质碳素结构钢3碳素工具钢牌号以汉字“碳”的汉语拼音字母字头“T”及后面的阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳量的千分数。例如：T8表示平均含碳量为0.80的优质碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标以字母A。 4铸造碳钢牌号由“铸钢”两汉字的汉语拼音字母字头“ZG”后面加两组数字组成：第一组数字代表屈服强度，第二组数字代表抗拉强度值。例如：ZG270500表示屈服强度不小于270MPa，抗拉强度不小于500MPa的铸造碳钢。 第 26 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：钢在加热及冷却时的组织转变章节四1、2授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标钢在加热及冷却时的组织转变情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握钢在加热及冷却时的组织转变教学重点钢在加热及冷却时的组织转变教学难点钢在冷却时的组织转变教 具教学内容及教学过程附记第四章 钢的热处理41 热处理的原理及分类热处理的分类： 常规热处理 退火 正火 淬火 回火表面热处理 表面淬火 化学热处理42 钢在加热及冷却时的组织转变一、钢在加热时的组织转变1钢在加热和冷却时的相变温度 在加热时钢的转变温度要高于平衡状态下的临界点；在冷却时要低于平衡状态下的临界点。加热时的各临界点：Ac1、Ac3和Accm冷却时的各临界点：Ar1、Ar3和Arcm 第 27 页教学内容及教学过程附记2奥氏体的形成 钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程。 形核 长大 残余渗碳体溶解 均匀化 3奥氏体晶粒的长大 晶粒的长大是依靠较大晶粒吞并较小晶粒和晶界迁移的方式进行。二、钢在冷却时的组织转变 两种冷却方式：等温处理 连续冷却1奥氏体的等温转变 奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。这是一种不稳定的过冷组织，只要经过一段时间的等温保持，它就可以等温转变为稳定的新相。这种转变就称为奥氏体的等温转变。 共析钢等温转变曲线图 第 28 页教学内容及教学过程附记1）高温等温转变： 珠光体型转变区2）中温等温转变：贝氏体型转变区 3）低温连续转变：马氏体型转变区 （1）珠光体型转变区：高温等温转变 共析钢的过冷奥氏体在A1550温度范围内，过冷奥氏体将发生奥氏体向珠光体型的转变 ，即转变为铁素体和渗碳体。 （2）贝氏体型转变区：中温等温转变 在550Ms 温度范围内，因转变温度较低，原子的活动能力较弱，转变后得到的组织为含碳量具有一定过饱和程度的铁素体和分散的渗碳体（或碳化物）所组成的混合物，称为贝氏体，用符号B表示。贝氏体有上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）之分。 （3）马氏体型转变区：低温连续转变 当钢从奥氏体区急冷到MS 以下时，奥氏体便开始转变为马氏体。由于转变温度低，原子扩散能力小，在马氏体转变过程中，只有Fe向Fe的晶格改变，而不发生碳原子的扩散。因此，溶解在奥氏体中的碳，转变后原封不动地保留在铁的晶格中，形成碳在Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号M表示。2奥氏体的连续冷却转变 v1：随炉冷却（退火）v2：空冷（正火）v3：油冷（油冷淬火）v4：水冷（水冷淬火） 第 29 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：正火与退火章节四3授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标理解热处理的基本方法情 感 目 标热爱本专业专业能力目标理解热处理的基本方法教学重点正火、退火的基本方法教学难点正火、退火的基本方法教 具教学内容及教学过程附记43 热处理的基本方法一、退火与正火机械零件一般的加工工艺顺序： 作用：消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，可以改善材料的切削性能，为随后的切削加工及热处理（淬火回火）做好组织准备。 1退火 退火：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。常用退火方法： 完全退火 球化退火 去应力退火 退火目的：降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工细化晶粒，均匀组织，为后续热处理作好组织上的准备消除残余内应力，防止工件的变形与开裂 第 30 页教学内容及教学过程附记2正火 正火：将钢加热到c3或ccm以上3050，保温适当的时间后，在空气中冷却的工艺方法。 亚共析钢：正火目的是细化晶粒，均匀组织，提高机械性能。力学性能要求不高的普通结构零件：正火可作为最终热处理。低、中碳结构钢：调整硬度，改善切削加工性能。高碳过共析钢：正火的目的是消除网状渗碳体，有利于球化退火，为淬火做好组织准备。 加热温度范围 热处理工艺曲线 1完全退火 2球化退火 3去应力退火 4正火 第 31 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：淬火与回火章节四3授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标理解热处理的基本方法情 感 目 标热爱本专业专业能力目标理解热处理的基本方法教学重点淬火与回火教学难点淬火教 具教学内容及教学过程附记二、淬火与回火 1钢的淬火淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1 以上的适当温度，经保温后快速冷却（冷却速度大于v临），以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。目的：获得马氏体组织，提高钢的强度、硬度和耐磨性。 （1）淬火加热温度的选择 亚共析钢：Ac3以上3050过共析钢 ：Ac1以上3050 碳钢淬火温度范围 第 32 页教学内容及教学过程附记（2）淬火冷却介质的选择 淬火的冷却速度必须大于该钢种的临界冷却速度。冷却中要避免引起钢件的变形和开裂。冷却介质对钢的理想淬火冷却速度应是“慢快慢” 。（3）常用的淬火方法 单液淬火法：碳钢一般用水作冷却介质；合金钢用油作冷却介质。双介质淬火：如，先水后油；先水后空气。马氏体分液淬火；贝氏体等温淬火。（4）钢的淬透性与淬硬性 淬透性：规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。 取决于钢的临界冷却速度，临界冷却速度越低，则钢的淬透性越好。钢的临界冷却速度又主要取决于其化学成份。 淬硬性：钢在理想的淬火条件下，获得马氏体后所能达到的最高硬度。 取决于含碳量的高低。低碳钢淬火的最高硬度低，淬硬性差；高碳钢淬火的最高硬度高，则淬硬性好。 （5）钢的淬火缺陷 氧化与脱碳过热和过烧变形与开裂硬度不足软点 第 33 页教学内容及教学过程附记2钢的回火 回火：将淬火后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 目的：降低淬火钢的脆性和内应力，防止变形或开裂。 调整和稳定淬火钢的结晶组织以保证工件不再发生形状和尺寸的改变。 获得不同需要的机械性能。 回火时的组织转变 马氏体分解；残余奥氏体分解 渗碳体的形成渗碳体的聚集长大。回火时钢的性能转变 随着加热温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。回火钢的性能只与加热温度有关，而与冷却速度无关。 40钢的力学性能与回火温度的关系 回火的分类及应用：低温回火： T1=1500C2500C组织：回火马氏体；性能：具有高硬度，高耐磨性和一定的韧性；应用：刀具、量具、冷冲压模具等中温回火：T1=3500C5000C组 织：回火托氏体；应用：刀具、量具、冷冲压模具等 性能：具有高的弹性极限、屈服点；应用：弹性零件。高温回火：T1=500C6500C组织：回火索氏体；性能：综合力学性能；应用：受力结构体。调质：生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。 第 34 页教学内容及教学过程附记45 零件的热处理分析概述：在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。这类零件要进行表面热处理。常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。一、 表面淬火 对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。1、 火焰加热表面淬火2、 感应加热表面淬火二、化学热处理1、 分解2、 吸收3、 扩散钢的渗碳：渗碳件必须用低碳钢或低碳合金钢制造。渗碳件进行热处理，常用淬火后低温回火。 第 35 页鞍 山 技 师 学 院理 论 课 教 案任课教师： 班级： 日期：课程名称金属材料与热处理授课内容教材对应位置审批：合金元素在钢中的主要作用合金钢的分类和牌号章节五1、2授课时数2授课时间第 周授课方式讲授教学目标认 知 目 标了解合金元素在钢中的主要作用及合金钢的分类和牌号情 感 目 标热爱本专业专业能力目标掌握合金元素在钢中的主要作用及合金钢的分类和牌号教学重点合金钢的分类和牌号教学难点合金钢的分类和牌号教 具教学内容及教学过程附记第五章 合金钢导言合金钢：在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。性能：较高的力学性能、较高的淬透性和回火稳定性等，有的还具有耐热、耐酸、抗蚀性等特殊性能。 51 合金元素在钢中的主要作用一、强化铁素体大多数合金元素（除铅外）都能溶于铁素体，形成合金铁素体。 由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用，使合金钢中铁素体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降。二、形成合金碳化物 第 36 页教学内容及教学过程附记1合金渗碳体锰、铬、钼、钨等弱、中强碳化物形成元素一般倾向于形成合金渗碳体，合金渗碳体较渗碳体略为稳定，硬度也略高，可明显提高低合金钢的强度。 2特殊碳化物 钒、铌、钛等强碳化物形成元素能与碳形成特殊碳化物，特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度和耐磨性，而且更稳定、不易分解。 三、细化晶粒几乎所有的合金元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的。强碳化物形成元素铌、钒、钛等形成的碳化物、铝（Al）在钢中形成的AlN和Al2O3细小质点，均能强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒。 四、提高