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金属材料基础知识2010 11 22 金属材料基础知识 金属是指具有良好的导电性和导热性 有一定的强度和塑性 并具有光泽的物质 如铁 铝和铜等 金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料 并具有金属特性的工程材料 它包括纯金属和合金 气瓶主体系由合金钢或优质碳素钢 铝合金等制造 金属材料基础知识 一 金属材料的分类金属 或金属材料 通常分为黑色金属和有色金属两大类 1 黑色金属以铁或以它为主而形成的物质 称为黑色金属 如钢和生铁 2 有色金属除黑色金属外的其它金属 称为有色金属 如铜 铝和镁等 黑色金属分为钢和生铁 含碳量小于2 11 的铁碳合金称为钢 大于2 11 的铁碳合金称为生铁 1 生铁的分类炼钢生铁 铸造生铁 灰口铸铁 白口铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 2 钢的分类钢是含碳量在0 04 2 1 之间的铁碳合金 为了保证其韧性和塑性 含碳量一般不超过1 7 钢的主要元素除铁 碳外 还有硅 锰 硫 磷等 钢的分类方法多种多样 其主要方法有如下几种 A 按化学成分分类 1 碳素钢 含碳量低于1 5 其杂质 Si Mn S P等 含量在规定范围内 Mn 0 8 Si 0 4 S 0 055 P 0 045 的铁碳合金 a 低碳钢 C 0 25 b 中碳钢 C 0 25 0 60 c 高碳钢 C0 60 d 工业纯铁 为含碳量 0 04 的铁碳合金 2 合金钢 2 合金钢 合金钢是指在碳素钢的基础上 为了改善钢的性能 在冶炼时特意加入一些合金元素 如铬 镍 硅 锰 钼 钨 钒 钛 硼 等 而炼成的钢 按其合金元素的总含量 可分为 a 低合金钢 合金元素总含量 5 b 中合金钢 合金元素总含量 5 10 c 高合金钢 合金元素总含量 10 B 按用途分 1 结构钢 用于制造各种机器零件 螺钉 螺帽 轴类 齿轮等 及工程结构 桥梁 厂房钢筋 锅炉 造船结构等 2 工具钢 制作各种刀具 车刀 铣刀 钻头等 量具 如卡尺 游标尺 块规等 及模具 3 特殊性能钢 不锈钢 耐热钢 C 按质量分 根据钢中所含有有害杂质元素硫 磷的多少来划分 普通钢 P 0 045 S 0 050 优质钢 P S均 0 035 高级优质钢 P 0 035 S 0 030 D 按脱氧程度分 1 镇静钢 钢液在浇注前用锰铁 硅铁和铅进行了充分脱氧 成分较均匀 组织较致密 主要用于机械性能要求较高的零件 2 沸腾钢 钢液在浇注前进行轻度脱氧 成分偏析较严重 组织不致密 机械性能不均匀 冲击韧性差 常用于要求不高的零件 3 半镇静钢 半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢 是用锰铁和硅铁进行脱氧 其质量也介于二者之间 可代替部分镇静钢 一般不适于做重要零件 金属材料基础知识 E 按成形方法分类 1 锻钢 2 铸钢 3 热轧钢 4 冷轧钢 5 冷拉钢 F 按金相组织分类 铁素体钢 奥氏体钢等 G 按冶炼方法分类 平炉钢 转炉钢 电炉钢 金属材料基础知识 H 综合分类 在实际中按其化学成分 质量 用途进行综合分类 1 普通钢a 碳素结构钢 b 低合金结构钢 c 特定用途的普通结构钢 2 优质钢 包括高级优质钢 a 结构钢 a 优质碳素结构钢 b 合金结构钢 c 弹簧钢 d 易切钢 e 轴承钢 f 特定用途优质结构钢 b 工具钢 a 碳素工具钢 b 合金工具钢 c 高速工具钢 c 特殊性能钢 a 不锈耐酸钢 b 耐热钢 c 电热合金钢 d 电工用钢 e 高锰耐磨钢 金属材料基础知识 二 金属材料的性能1 金属的物理性能2 金属的化学性能3 金属的力学性能4 金属的工艺性能 金属材料基础知识 1 金属的物理性能金属的物理性能是指金属固有的属性 包括密度 熔点 导热性 导电性 热膨胀性和磁性等 2 金属的化学性能金属的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能 如耐腐蚀性 抗氧化性和化学稳定性等 金属材料基础知识 3 金属的力学性能所谓力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能 力学性能包括强度 塑性 硬度 韧性及疲劳强度等 金属材料基础知识 a 强度 金属材料在外力作用下抵抗塑性变形 不可恢复变形 和断裂的能力 强度大小通常用应力来表示 抗拉强度Rm MPa 表征金属材料抵抗拉伸断裂的最大应力称为抗拉强度 也称强度极限 屈服强度Re MPa 表征金属材料抵抗塑性变形的能力 金属材料受拉伸载荷作用时 当载荷不再增加而变形继续增加的现象叫屈服 发生屈服时的应力称为屈服点 金属材料基础知识 拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸 同时连续测量力和相应的伸长 直至断裂 根据测得的数据 即可求出有关的抗拉强度 屈服强度 伸长率和面收缩率等力学性能 金属材料基础知识 金属材料基础知识 b 塑性 断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性 塑性指标也是由拉伸试验测得的 常用金属材料拉伸时最大的相对塑性变形 伸长率和断面收缩率 来表示 伸长率A试样拉断后 标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率 用符号 表示 其计算方法如下 A L1 L0 L0 100 面收缩率Z试样拉断后 缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比为断面收缩率 其计算方法如下 Z S0 S1 S0 100 金属材料基础知识 C 硬度 材料抵抗局部变形 特别是塑性变形 压痕或痕的能力称为硬度 硬度试验的方法很多 有压入硬度试验法 如布氏硬度 洛氏硬度等 回跳硬度试验法 如肖氏硬度 等 布氏硬度HB 洛氏硬度HR测量残余压入深度h定义 每0 002mm相当于洛氏1度 洛氏硬度常用标尺有 B C A三种 HRB 淬火钢球 中等载荷 测轻金属 未淬火钢 HRC 金刚石圆锥 大载荷 测较硬 淬硬钢制品 HRA 金钢石圆锥 小载荷 测硬 薄试件 维氏硬度HV金刚石四棱锥体测量压痕对角线长度硬薄层工件 硬度和强度有一定关系 显微硬度HV载荷以g计算测量组织中某一相硬度 金属材料基础知识 D 韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性 表征金属材料在断裂前塑性变形和裂纹扩展时吸收能量的能力 是金属材料强度和塑性的综合性能指标 表征材料韧性的主要参量有冲击吸收功 冲击韧性 脆性转变温度和无塑性转变温度以及断裂韧性等 冲击韧性 冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力 冲击试验是利用能量守恒原理 试样被冲断过程中吸收的能量等于摆锤冲击试样前后的势能差 冲击吸收功 Ak 摆锤冲断试样所失去的能量 单位为J AKU AKV 冲击韧度 ak 单位为J cm2 韧性与温度有关 脆性转变温度TK 冲击韧性 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为夏比 charpy U型缺口试样和夏比V型缺口试样 两种试样的形状及尺寸如图所示 所测得的冲击吸收功分别记为AKU和AKV 另外 测量陶瓷 铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功时 常采用10mm l0mm 10mm的无缺口冲击试样 金属材料基础知识 4 金属的工艺性能工艺性能是指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 锻压性能 焊接性和切削加工性能等 金属材料基础知识 三 金属的结构与结晶不同的金属材料具有不同的力学性能 即使是同一种金属材料 在不同的条件下其力学性能也是不同的 金属力学的这些差异 从本质上来说 是由其内部结构所决定的 1 晶体与非晶体在物质内部 凡是原子呈无序堆积状况的 称为非晶体 例如普通玻璃 松香 树脂等 都属于非晶体 相反 凡是原子作有序 有规则排列的称为晶体 绝大多数金属和合金都属于金属晶体 金属材料基础知识 2 晶体结构为了形象地表示晶体中原子排列的规律 可以将原子简化成一个点 用假想的线将这些点连结起来 就构成了有明显规律性的空间格子 这种表示原子在晶体中排列规律的空间格架 叫做晶格 晶格是由许多形状 大小相同的最小几何单元重复堆积而成的 能够完整地反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞 金属材料基础知识 3 金属晶格的类型1 体心立方晶格它的晶胞是一个立方体 原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中心 属于这种晶格类型的金属有铬 Cr 钒 V 钨 W 钼 Mo 及a 铁 a Fe 等金属 金属材料基础知识 2 面心立方晶格它的晶胞也是一个立方体 原子位于立方体的八个顶角和立方体六个面的中心 属于这种晶格类型的金属有铝 Al 铜 Cu 铅 Pb 镍 Ni 及r 铁 r Fe 等金属 3 密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体 原子排列在柱体的每个角顶上和上 下底面的中心 另外三个原子排列在柱体内 属于这种晶格类型的金属有镁 Mg 铍 Be 镉 Cd 及锌 Zn 等金属 见晶格示意图 三种典型的纯金属晶体晶胞 金属材料基础知识 4 钢的晶粒度钢中晶粒大小的尺寸称为晶粒度 通常用显微晶粒级别指数G表示 在放大100倍的条件下 645 16mm2面积所包含的晶粒数n与G的关系为n 2G 1 金属材料基础知识 5 双相合金及多元合金合金 由两种或两种以上金属或金属与非金属组成 具有金属特性的物质 相 合金中成份 结构 性能相同的组成部分 组元 组成合金的独立的 最基本的单元 合金两类基本相 固溶体和金属化合物 金属材料基础知识 固溶体 是一个 或几个 组元的原子 化合物 溶入另一个组元的晶格中 而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体 固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种 化合物 合金组元间发生化合作用 生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构 机械混合物 由两种晶体结构而组成的合金组成物 虽然是两种晶体 却是一种组成成分 具有独立的机械性能 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的 且结构与组元之一相同的固相 溶剂 溶质例 A B A 溶剂 B 溶质 固溶体 固溶体的分类 固溶强化通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象 溶质原子溶入 晶格畸变 位错运动阻力上升 金属塑性变形困难 强度 硬度升高 合金的组元相互作用形成的具有金属特性 而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物 中间相 特性 熔点 硬度高 脆性大 分类 正常价化合物 电子化合物 间隙化合物 过渡族金属元素与碳 氮 氢 硼 金属化合物 组织 金属材料内部的微观形貌 又叫显微组织 组织由数量 形态 大小和分布方式不同的各种相组成 相 指合金中晶体结构相同 成分和性能均一并以界面与其他部分分开的均匀组成部分 1 组织概念 四 钢中常见的金相组织 组织取决于化学成分和工艺过程 2 组织的决定因素 金属材料基础知识 3 钢中常见的金相组织 奥氏体碳或其它合金元素溶于 Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体 用 或A表示 铁素体碳和其它合金元素溶入 Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体 以 或F表示 渗碳体渗碳体是铁和碳组成的金属化合物 在碳素钢中用分子式Fe3C表示 珠光体珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物 通常呈片层状相间分布 片层间距和片层厚度主要取决于奥氏体分解时的过冷度 4 铁碳合金的组织与状态图 铁碳合金 碳钢和铸铁 是工业应用最广的合金 含碳量为0 0218 2 11 的称钢含碳量为2 11 6 69 的称铸铁 铁和碳可形成一系列稳定化合物 Fe3C Fe2C FeC 都可作为纯组元看待 含碳量大于Fe3C成分 6 69 时 合金太脆 已无实用价值 4 1 铁碳合金的基本组织 是体心立方间隙固溶体 铁素体的溶碳能力很低 在727 时最大为0 0218 室温下仅为0 0008 铁素体的组织为多边形晶粒 性能与纯铁相似 铁素体 组元 Fe Fe3C 相 铁素体 碳在 Fe中的固溶体称铁素体 用F或 表示 奥氏体 碳在 Fe中的固溶体称奥氏体 用A或 表示 是面心立方晶格的间隙固溶体 溶碳能力比铁素体大 1148 时最大为2 11 727 时为0 77 组织为不规则多面体晶粒 晶界较直 强度低 塑性好 钢材热加工都在 区进行 碳钢室温组织中无奥氏体 奥氏体 渗碳体 即Fe3C 含碳6 69 用Fe3C或Cm表示 Fe3C硬度高 强度低 b 35MPa 脆性大 塑性几乎为零 Fe3C是一个亚稳相 在一定条件下可发生分解 Fe3C 3Fe C 石墨 该反应对铸铁有重要意义 由于碳在 Fe中的溶解度很小 因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在 珠光体 铁素体与Fe3C的机械混合物 用P表示 珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布 性能介于两相之间 珠光体 在铁碳合金中一共有三个相 即铁素体 奥氏体和渗碳体 但奥氏体一般仅存在于高温下 所以室温下所有的铁碳合金中只有两个相 就是铁素体和渗碳体 由于铁素体中的含碳量非常少 所以可以认为铁碳合金中的碳绝大部分存在于渗碳体中 这一点是十分重要的 铁和碳可以形成一系列化合物 如Fe3C Fe2C FeC等 有实用意义并被深入研究的只是Fe Fe3C部分 通常称其为Fe Fe3C相图 此时相图的组元为Fe和Fe3C 由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5 以下 因此成分轴从0 6 69 所谓的铁碳合金相图实际上就是Fe Fe3C相图 Fe Fe3C相图 A C D E F G S P Q 1148 727 L A L A L Fe3C 6 69 C A Fe3C Ld Ld Fe3C A Ld Fe3C F A F A Fe3C F Fe3C P P F P Fe3C Ld Ld Fe3C P Ld Fe3C K P Fe3C 莱氏体 4 2铁碳合金的组织转变 工业纯铁 ingotiron 共析钢 eutectoidsteel 亚共析钢 hypoeutectoidsteel 过共析钢 hypereutectoidsteel 共晶白口铁 eutectoidwhiteiron 亚共晶白口铁 hypoeutectoidwhiteiron 过共晶白口铁 hypereutectoidwhiteiron 工业纯铁 Wc 0 0218 纯铁的同素异晶转变 Fe Fe Fe体心面心体心同素异晶转变 固态下 一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象 特点 是形核与长大的过程 重结晶 将导致体积变化 产生内应力 通过热处理改变其组织 结构 性能 工业纯铁组织金相图 共析钢 Wc 0 77 亚共析钢 Wc 0 45 金属材料基础知识 五 中国钢号表示方法钢的牌号简称钢号 是对每一种具体钢产品所取的名称 是人们了解钢的一种共同语言 我国的钢号表示方法 根据国家标准GB221 钢铁产品牌号表示方法 中规定 采用汉语拼音字母 化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示 即 钢号中化学元素采用国际化学符号表示 例如Si Mn Cr 等 混合稀土元素用 RE 或 Xt 表示 产品名称 用途 冶炼和浇注方法等 一般采用汉语拼音的缩写字母表示 见表 钢中主要化学元素含量 采用阿拉伯数字表示 金属材料基础知识 1 碳素结构钢 由Q 数字 质量等级符号 脱氧方法符号组成 它的钢号冠以 Q 代表钢材的屈服点 后面的数字表示屈服点数值 单位是MPa例如Q235表示屈服点 s 为235MPa的碳素结构钢 必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号 质量等级符号分别为A B C D 脱氧方法符号 F表示沸腾钢 b表示半镇静钢 Z表示镇静钢 TZ表示特殊镇静钢 镇静钢可不标符号 即Z和TZ都可不标 例如Q235 AF表示A级沸腾钢 专门用途的碳素钢 例如桥梁钢 船用钢等 基本上采用碳素结构钢的表示方法 但在钢号最后附加表示用途的字母 金属材料基础知识 2 优质碳素结构钢 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量 以平均碳含量的万分之几表示 例如平均碳含量为0 45 的钢 钢号为 45 它不是顺序号 锰含量较高的优质碳素结构钢 应将锰元素标出 例如50Mn 沸腾钢 半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出 例如平均碳含量为0 1 的半镇静钢 其钢号为10b 金属材料基础知识 3 碳素工具钢 钢号冠以 T 以免与其他钢类相混 钢号中的数字表示碳含量 以平均碳含量的千分之几表示 例如 T8 表示平均碳含量为0 8 锰含量较高者 在钢号最后标出 Mn 例如 T8Mn 高级优质碳素工具钢的磷 硫含量 比一般优质碳素工具钢低 在钢号最后加注字母 A 以示区别 例如 T8MnA 金属材料基础知识 4 合金结构钢 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量 以平均碳含量的万分之几表示 如37Mn 金属材料基础知识 钢中主要合金元素 除个别微合金元素外 一般以百分之几表示 当平均合金含量 1 5 时 钢号中一般只标出元素符号 而不标明含量 但在特殊情况下易致混淆者 在元素符号后亦可标以数字 1 例如钢号 30CrMo 和 35CrMo 表示碳含量分别为0 30 和0 35 左右 铬含量为1 左右 Mo含量为微量 0 15 0 25 其余成分全部相同 当合金元素平均含量 1 5 2 5 3 5 时 在元素符号后面应标明含量 可相应表示为2 3 4等 例如18Cr2Ni4WA 金属材料基础知识 5 低合金高强度钢 钢号的表示方法 基本上和合金结构钢相同 对专业用低合金高强度钢 应在钢号最后标明 例如16Mn钢 用于桥梁的专用钢种为 16Mnq 汽车大梁的专用钢种为 16MnL 压力容器的专用钢种为 16MnR 金属材料基础知识 6 弹簧钢弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类 其钢号表示方法 前者基本上与优质碳素结构钢相同 后者基本上与合金结构钢相同 金属材料基础知识 7 合金工具钢和高速工具钢 合金工具钢钢号的平均碳含量 1 0 时 不标出碳含量 当平均碳含量 1 0 时 以千分之几表示 例如Cr12 CrWMn 9SiCr 3Cr2W8V 钢中合金元素含量的表示方法 基本上与合金结构钢相同 但对铬含量较低的合金工具钢钢号 其铬含量以千分之几表示 并在表示含量的数字前加 0 以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来 例如Cr06 高速工具钢的钢号一般不标出碳含量 只标出各种合金元素平均含量的百分之几 例如钨系高速钢的钢号表示为 W18Cr4V 钢号冠以字母 C 者 表示其碳含量高于未冠 C 的通用钢号 金属材料基础知识 8 不锈钢和耐热钢 钢号中碳含量以千分之几表示 例如 2Cr13 钢的平均碳含量为0 2 若钢中含碳量 0 03 或 0 08 者 钢号前分别冠以 00 及 0 表示之 例如00Cr17Ni14Mo2 0Cr18Ni9等 对钢中主要合金元素以百分之几表示 而钛 铌 锆 氮 等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出 金属材料基础知识 9 焊条钢它的钢号前冠以字母 H 以区别于其他钢类 例如不锈钢焊丝为 H2Cr13 可以区别于不锈钢 2Cr13 H08A表示含碳量约0 08 焊材用高级优质钢 金属材料基础知识 10 焊接气瓶用钢 GB6653 它的牌号由字母 HP 和数字组成 HP 表示焊接气瓶用钢 数字表示材料屈服强度的最小值 例如HP265 GB6653 20081与GB6653 94的主要区别1 扩展厚度规格2 取消HP245 HP3653 增加HP2354 调整各牌号化学成分和机械性能指标5 取消平炉的冶炼方法6 修改对非金属夹杂物的要求 GB6653 20082材料牌号HP235HP265HP295HP325HP345 30CrMo4 6061铝合金 金属材料基础知识 六 钢的热处理定义 对钢在固态下加热 保温和冷却以改变其内部结构 从而改变钢的性能的一种工艺方法 一般说改善钢的性能有两种途径 调整钢的化学成分 合金化 对钢进行热处理 金属材料基础知识 1 分类 金属热处理工艺大体可分为整体热处理 表面热处理和化学热处理三大类 整体热处理是对工件整体加热 然后以适当的速度冷却 以改变其整体力学性能的金属热处理工艺 钢铁整体热处理大致有退火 正火 淬火和回火四种基本工艺 表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理 化学热处理是通过改变工件表层化学成分 组织和性能的金属热处理工艺 化学热处理的主要方法有渗碳 渗氮 渗金属 金属材料基础知识 2 热处理三大工艺参数 热处理基本工艺曲线保温时间加热温度时间冷却临界点 加热温度 保温时间 冷却速度 6 1 退火将钢件加热至高于或低于钢的临界温度 经适当保温后随炉或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却 以获得接近平衡状态组织的热处理工艺 真空退火炉 1 退火目的 调整硬度 便于切削加工 消除内应力 防止加工中变形 细化晶粒 为最终热处理作组织准备 2 退火工艺退火的种类很多 常用的有完全退火 等温退火 球化退火 扩散退火 去应力退火 再结晶退火 完全退火 将工件加热到Ac3 30 50 保温后缓冷的退火工艺 主要用于亚共析钢 等温退火亚共析钢加热到Ac3 30 50 共析 过共析钢加热到Ac1 30 50 保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留 待相变完成后出炉空冷 等温退火可缩短工件在炉内停留时间 高速钢等温退火与普通退火的比较 球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺 将工件加热到Ac1 30 50 保温后缓冷 或者加热后快冷到略低于Ar1的温度下保温 使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷 主要用于共析 过共析钢 球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织 称球状珠光体 用P球表示 球状珠光体 对于有网状二次渗碳体的过共析钢 球化退火前应先进行正火 以消除网状 去应力退火 将工件缓慢加热 100 150 小时 到500 600 经过一段保温后 随炉缓慢冷却到300 200 以下 再出炉空冷 主要用来消除热加工 冷加工等工件中的残余内应力 一般情况下 去应力退火应安排在精加工之前 或在淬火之前 6 2 正火正火是将亚共析钢加热到Ac3 30 50 共析钢加热到Ac1 30 50 过共析钢加热到Accm 30 50 保温后空冷的工艺 正火比退火冷却速度大 1 正火后的组织 0 6 C时 组织为F S 0 6 C时 组织为S 正火温度 2 正火的目的 对于低 中碳钢 0 6C 目的与退火的相同 对于过共析钢 用于消除网状二次渗碳体 为球化退火作组织准备 普通件最终热处理 要改善切削性能 低碳钢用正火 中碳钢用退火或正火 高碳钢用球化退火 6 3 淬火 淬火是将钢加热到临界点以上 保温后以大于Vk速 度冷却 使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺 淬火是应用最广的热处理工艺之一 淬火目的是为获得马氏体组织 提高钢的性能 真空淬火炉 1 淬火温度 1 碳钢亚共析钢 淬火温度为Ac3 30 50 预备热处理组织为退火或正火组织 合金钢由于多数合金元素 Mn P除外 对奥氏体晶粒长大有阻碍作用 因而合金钢淬火温度比碳钢高 亚共析钢淬火温度为Ac3 50 100 共析钢 过共析钢淬火温度为Ac1 50 100 钢坯加热 2 淬火介质 理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷 而在Ms附近尽量缓冷 以达到既获得马氏体组织 又减小 内应力的目的 但目前还没有找到理想的淬火介质 常用淬火介质是水和油 水的冷却能力强 但低温却能力太大 只使用于形状简单的碳钢件 油在低温区冷却能力较理想 但高温区冷却能力太小 使用于合金钢和小尺寸的碳钢件 熔盐作为淬火介质称盐浴 冷却能力在水和油之间 用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火 聚乙烯醇 硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质 3 淬火方法 采用不同的淬火方法可弥补介质的不足 1 单液淬火法加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法 操作简单 易实现自动化 2 双液淬火法工件先在一种冷却能力强的介质中冷 却躲过鼻尖后 再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法 如水淬油冷 油淬空冷 优点是冷却理想 缺点是不易掌握 用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件 3 分级淬火法在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火 待内外温度均匀后再取出缓冷 可减少内应力 用于小尺寸工件 盐浴炉 钢的淬透性 网带式淬火炉 淬透性是钢的主要热处理性能 是选材和制订热处理工艺的重要依据之一 淬透性的概念 M量和硬度随深度的变化 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力 其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示 淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区 50 M 50 P 的深度 淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度 即硬化能力 淬透性与淬硬层深度的关系 同一材料的淬硬层深度与工件尺寸 冷却介质有关 工件尺寸小 介质冷却能力强 淬硬层深 淬透性与工件尺寸 冷却介质无关 它只用于不同材料之间的比较 是通过尺寸 冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的 影响淬透性的因素 钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk Vk越小 淬透性越高 Vk取决于C曲线的位置 C曲线越靠右 Vk越小 因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素 即除Co外 凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高 奥氏体化温度高 保温时间长也使钢的淬透性提高 利用淬透性可控制淬硬层深度 对于截面承载均匀的重要件 要全部淬透 如螺栓 连杆 模具等 对于承受弯曲 扭转的零件可不必淬透 淬硬层深度一般为半径的1 2 1 3 如轴类 齿轮等 淬硬层深度与工件尺寸有关 设计时应注意尺寸效应 不同冷却条件下的转变产物 等温退火 P 退火 炉冷 正火 空冷 S 油冷 T M A 等温淬火 B下 M A 分级淬火 M A 淬火 水冷 淬火 P P 均匀A 细A 6 4 钢的回火 回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温适当时间后 置于空气或水中冷却的工艺 1 回火的目的 减少或消除淬火内应力 防止变形或开裂 获得所需要的力学性能 淬火钢一般硬度高 脆性大 回火可调整硬度 韧性 螺杆表面的淬火裂纹 稳定尺寸 淬火M和A 都是非平衡组织 有自发向平衡组织转变的倾向 回火可使M与A 转变为平衡或接近平衡的组织 防止使用时变形 对于某些高淬透性的钢 空冷即可淬火 如采用 回火软化既能降低硬度 又能缩短软化周期 未经淬火的钢回火无意义 而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂 钢经淬火后应立即进行回火 2 钢在回火时的转变 淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段 随加热温度升高 淬火钢的组织发生四个阶段变化 网带式回火电炉 回火时组织转变 马氏体的分解 100 回火时 钢的组织无变化 100 200 加热时 马氏体将发生分解 从马氏体中析出 碳化物 FeXC 使马氏体过饱和度降低 析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上 这种组织称