大学-机械工程材料总结

Page 1 of 23 机械工程材料总结机械工程材料总结 第一部分第一部分 基本知识基本知识 一、概述一、概述 “机械工程材料机械工程材料”复习目的复习目的 掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能性能和改性改性方法的基本知识（性能性能和改性方法是重点） 。 掌握金属结晶组织、塑性变形组织、热处理组织（退火、正火、淬火、回火、表面热处理）对性 能的影响。 掌握常用工业用钢种类及应用普通结构钢、优质结构钢（渗碳钢、调质钢） 、弹簧钢、工具钢 （模具钢、滚珠轴承钢、高速钢）不锈钢、耐热钢、灰铁、球铁、可锻铸铁 ； 具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料（轻、中、重载齿轮与轴；弹簧、工具、量具、金 具、机床床身、模具、工程结构件、机械结构件） ； 具备正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力（轻、中、重载齿轮与轴的预先热处理、 最终热处理） 。 复习方法复习方法 结晶结晶 塑性变形塑性变形 热处理热处理 加工工艺加工工艺 化学成分化学成分 （工业用钢、铸铁） 组织结构组织结构 （纯金属、合金） 性能性能 （使用性能、工艺性能） 以“材料的化学成分加工工艺组织、结构性能应用” 之间的关系为主线，掌握材料性性 能能和改性改性的方法，指导复习复习。 Page 2 of 23 二、材料结构与性能：二、材料结构与性能： 使用性能使用性能 1 1、力学性能、力学性能 使用性能：机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性） ； 刚度：材料抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量：E=/ 强度：材料抵抗变形和破坏的能力。指标： 抗拉强度 b材料断裂前承受的最大应力。 屈服强度 s材料产生微量塑性变形时的应力。 条件屈服强度 0.2残余塑变为 0.2%时的应力。 疲劳强度 -1无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。 塑性：材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为 、。 硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为 HB、HRC。 冲击韧性：材料抵抗冲击破坏的能力。指标为 k.材料的使用 温度应在冷脆转变温度以上。 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为 K1C。 2、化学性能、化学性能 耐蚀性：材料在介质中抵抗腐蚀的能力。 抗氧化性：材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 3、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。 工艺性能工艺性能 1、铸造性能：液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。 2、锻造性能：成型性与变形抗力。 3、切削性能：对刀具的磨损、断屑能力及导热性。 4、焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。 5、热处理性能：淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。 二、晶体结构二、晶体结构 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构 1、理想金属、理想金属 晶体：原子呈规则排列的固体。 s 0.2 光光学学金金相相显显示示的的纯纯铁铁晶晶界界 Page 3 of 23 晶格：表示原子排列规律的空间格架。 晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元. 2、实际金属、实际金属 多晶体结构：多晶体结构：由多晶粒组成的晶体结构。 晶粒：组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. 晶界：晶粒之间的交界面。 晶体缺陷晶体缺陷晶格不完整的部位 1）缺陷种类）缺陷种类 点缺陷点缺陷 空位：晶格中的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子。 点缺陷对机械性能的影响：点缺陷对机械性能的影响：晶格发生畸变，引起金属的强度和硬度增加。 点缺陷将加速金属中的扩散过程：点缺陷将加速金属中的扩散过程： 线缺陷线缺陷位错位错 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接 线. 位错与金属强度位错与金属强度：增加或降低位错密度，都能有效的提高金属强度。但目前主要依靠增加位错密 度，都能有效的提高金属强度。 面缺陷面缺陷晶界和亚晶界 （是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。 ） 亚晶粒：组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界：亚晶粒之间的交界面。 多多晶晶体体示示意意图图 空空位位间间隙隙原原子子大大置置换换原原子子小小置置换换原原子子 亚亚晶晶粒粒大大角角度度和和小小角角度度晶晶界界 位位错错壁壁 Page 4 of 23 晶界的特点： 原子排列不规则；阻碍位错运动；熔点低；耐蚀性低；是相变的优先形核部位。 金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；使得金属塑性变形的抗力越高。 晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀，在断裂前将发生较大塑性变形。 强度和塑性同时增加，韧性也好. 细晶强化：细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。 2）晶体缺陷对金属性能的影响）晶体缺陷对金属性能的影响 引起强度的变化：采用增加晶体缺陷的办法来提高金属的强度。降低金属的抗腐蚀性能。 合金的晶体结构合金的晶体结构 合金：合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 相：相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 1固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. 置换固溶体：置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。 间隙固溶体：间隙固溶体：溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 铁素体铁素体(F/)：体心立方、：体心立方、碳在 -Fe 中的固溶体。强度、硬度低， 塑性好 奥氏体奥氏体(A/)：面心立方心立方、碳在 -Fe 中的固溶体。强度、硬度不高， 塑性好 马氏体（马氏体（M）：）：体心正方、碳在 -Fe 中的过饱和固溶体。 马氏体的硬度主要取决于其含碳量，并随含碳量增加而提高。 固溶强化：固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 2. 金属化合物：金属化合物：金属与金属元素之间或金属与类金属元素之间的具有金属特性的化合物。 晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相. 正常价化合物 如 Mg2Si 电子化合物 如 Cu3Sn Page 5 of 23 间隙化合物：如（ Fe3C ） 性能比较性能比较：强度：固溶体纯金属 硬度：化合物固溶体纯金属 塑性：化合物固溶体纯金属 金属化合物形态对性能的影响金属化合物形态对性能的影响 基体、晶界网状：强韧性低（如：网状 Fe3C C ） 晶内片状：强硬度提高，塑韧性降低（如：珠光体、片状 Fe3C C） 颗粒状：（如：S 回、T 回、颗粒 Fe3C C） 弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀,合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的 现象。 固溶体与化合物的区别：固溶体与化合物的区别： 结构：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，而金属化合物的晶体结构与组成它的组元都不同， 通常较复杂。 性能：固溶体相对来说塑韧性较好，硬度较低，金属化合物硬而脆。 3.合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 强化铁素体； 形成化合物第二相强化 扩大（C、Mn、Ni、Co）或缩小 （Cr、Si、W、Mo）A 相区 1Cr17，单相 F，高温也不发生相变 1Cr18Ni9Ti，单相奥氏体 使 S、E 点左移 影响 A 化 溶于 A(除 Co 外), 使 C 曲线右移, Vk 减小, 淬透性提高. 除 Co、Al 外，使 Ms、Mf 点下降残余 A。 Page 6 of 23 提高耐回火性（淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力） 产生二次硬化(含高 W、Mo、Cr、V 钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回 火冷却时 A转变为 M 回，使硬度不仅不下降，反而升高的现象) 防止第二类回火脆性：W、Mo (回火脆性 ：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。) 三、组织三、组织 纯金属的组织纯金属的组织 1结晶：金属由液态转变为晶体的过程结晶：金属由液态转变为晶体的过程 结晶的条件过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 结晶的基本过程晶核形成与晶核长大 形核自发形核与非自发形核 长大均匀长大与树枝状长大 结晶晶粒度控制方法：增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌 2纯金属中的固态转变纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 固态转变：伴随着体积变化。 铁的同素异构转变：-Fe -Fe -Fe 3再结晶再结晶 再结晶条件：冷塑性变形 加热时的变化：回复再结晶晶粒长大 再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.再结 晶不是相变过程。 再结晶温度：发生再结晶的最低温度。 纯金属的最低再结晶温度 T 再0.4T 熔 Page 7 of 23 影响再结晶晶粒度的因素：加热温度和时间；预先变形程度 4塑性变形：塑性变形： 冷热加工（以再结晶温度划）：组织与性能的变化冷热加工（以再结晶温度划）：组织与性能的变化 冷加工组织：晶粒被拉长压扁、晶粒破碎、亚结构细化、 织构：变形量大时，大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象。 加工硬化： 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 冷加工使内应力增加，耐蚀性下降。 热加工：形成纤维组织、带状组织、织构现象的产生 纤维组织使热加工金属产生各向异性，加工零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致。 金属塑性变形后产生晶格畸变，晶粒破碎现象，处于组织不稳定状态的非平衡组织非平衡组织， 变形金属在加热过程中组织和性能的变化变形金属在加热过程中组织和性能的变化 回复回复（去应力退火）：强度和硬度略有下降，塑性略有提高。电阻和内应力等理化性能显著下降电阻和内应力等理化性能显著下降 再结晶：再结晶：形成细小的等轴晶粒。加工硬化消失，金属的性能全部恢复。金属的强度和硬度明显 ，而塑性和韧性显著，性能完全恢复到变形前的水平。 Page 8 of 23 合金的组织合金的组织 1、相图、相图 匀晶 L 共晶 L+ 共析 + 包晶 L+ 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 2、合金中的固态相变、合金中的固态相变 固溶体转变：AF 共析转变：A P(F+Fe3C) 二次析出：A Fe3C 奥氏体化 过冷奥氏体转变 固溶处理+时效： 固溶处理固溶处理：是指将合金 加热到固溶线以上，保温并 淬火后获得过饱和的单相固 溶体组织的处理。 固溶热处理：将奥氏体不锈钢加热到1100左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奥 氏体中，然后快速冷却至室温，使碳达到过饱和状态。这种热处理方法为固溶热处理 时效处理（时效处理（自然时效和人工时效 ）：是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析 出弥散强化相的热处理。 人工时效是将铸件加热到 550650进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去 除较为彻底 . 3、铁碳合金相图、铁碳合金相图 点：符号、成分、温度 线：液固相线、水平线、固溶线、固溶体转变线 相区标注 FeFe3C S Q P N K J H G F E D C B A A+ Fe3C A+F L+A A+ L+ F A L L+ Fe3C F+ Fe3C A+ Fe3C A+ Fe3C +Le Le Le+ Fe3C Le+ Fe3C Le P+ Fe3C +Le P+ Fe3C P+F P F+ Fe3C C% 温温 度度 Page 9 of 23 组织组成物标注 复相组织组成物：珠光体 P(F+ Fe3C) 莱氏体 Le(A+ Fe3C) Le(P+Fe3C) 4.4.材料的组织结构与性能材料的组织结构与性能 .结晶组织与性能：结晶组织与性能：F、P、A、Fe3C、Ld； 1 1）平衡结晶组织）平衡结晶组织 平衡组织：平衡组织：在平衡凝固下，通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使 使各个晶粒内部的成分均匀，并一直保留到室温。 Page 10 of 23 2）成分、组织对性能的影响）成分、组织对性能的影响 硬度硬度(HBS)(HBS)：随 C,C,硬度硬度呈直线增加， HBS 值主要取决于组成相的相对量。CFe3 抗拉强度抗拉强度( () )：CC0.9%范围内，先增加，CC0.91.0后，值显著下降。 b b 钢的塑性钢的塑性( () )、韧性、韧性( () )：随着 C,C,呈非直线形下降。 k a 3 3）硬而脆的化合物对性能的影响：）硬而脆的化合物对性能的影响： 化合物呈网状分布：化合物呈网状分布：则使强度、塑性下降； 化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）：化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）：降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用，使韧性及切 削加工性提高； 呈弥散分布于基体上：呈弥散分布于基体上：则阻碍位错的移动阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大阻碍晶粒加热时的长大，使强度、硬度增加，而塑性、 韧性仅略有下降或不降即弥散强化； Page 11 of 23 呈层片状分布于基体上呈层片状分布于基体上：则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。 四、钢的热处理四、钢的热处理 热处理原理热处理原理 1、加热时的转变、加热时的转变 奥氏体化步骤：A 形核；A 晶核长大；残余渗碳体溶解；A 成分均匀化。 2、冷却时的转变、冷却时的转变 等温转变曲线及产物等温转变曲线及产物 用用 C 曲线定性说明连续冷却转变产物曲线定性说明连续冷却转变产物 固态转变类型：扩散型（AP） 、半扩散型（AB） 、非半扩散型（AM） 1)1)贝氏体的机械性能贝氏体的机械性能： Page 12 of 23 上贝氏体上贝氏体：羽毛状，铁素体片较宽塑性变形抗力较低；同时，渗碳体分布在铁素体片之间，容 易引起脆断因此，强度和韧性都较差强度和韧性都较差。 下贝氏体下贝氏体：铁素体针细小，碳化物分布均匀，所以硬度高，韧性好，综合机械性能好。硬度高，韧性好，综合机械性能好。 过冷奥氏体连续冷却转变及产物过冷奥氏体连续冷却转变及产物 用用TTT曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时 的组织转变的组织转变 炉冷炉冷 空冷空冷 油油 冷冷 水水 冷冷 完全退火 正火 Page 13 of 23 2)2)马氏体的形态及机械性能马氏体的形态及机械性能 板条马氏体（板条马氏体（又称位错马氏体。）：碳含量碳含量0.230.23； 机械性能机械性能：不存在显微裂纹，淬火应力小，强度高，塑性、韧性好。 针状马氏体：碳含量针状马氏体：碳含量1.01.0；（显微镜下呈针状） 机械性能机械性能：存在大量显微裂纹，较大的淬火应力，塑性和韧性均很差； 混合组织马氏体：混合组织马氏体：碳含量在 0.23一 1.0之间时为板条和片状马氏体的混合组织。 马氏体的硬度马氏体的硬度, ,含碳最增加，硬度升高含碳量达到 0.6以后，其硬度的变化趋于平缓。 合金元素合金元素对钢中马氏体的硬度影响不大。 3回火时的转变回火时的转变 回火类型回火温度组织性能及应用组织形态 Page 14 of 23 低温回火 150250 M 回 保持高硬度，降低脆性及残余应力，用 于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件 过饱和碳化物()CFex 中温回火 350-500 T 回 硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度 ，用于弹性元件 保留马氏体针形 F+细粒状 Fe3C 高温回火 500-650 S 回 强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机 械性能。中碳钢、重要零件采用。 多边形 F+粒状 Fe3C 材料组织结构变化实现的性能强化材料组织结构变化实现的性能强化： 固溶强化：固溶强化：通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高， 塑性、韧性下降的现象。 细晶强化：细晶强化：通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。由结晶过程、冷热塑性变形、 合金化、热处理实现。 加工硬化：加工硬化：使晶粒碎化、晶粒拉长、位错密度增加，从而使强度、硬度增加，塑性、韧性、耐蚀 性等下降，并产生各向异性。冷塑性变形实现。 第二相强化：第二相强化：硬而脆的化合物（Fe3C），若呈网状分布：则使强度、塑性下降； 若呈球状、粒状（球墨铸铁）：使韧性及切削加工性提高； 呈弥散分布于基体上：使强度、硬度增加，塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强 化； 呈层片状分布于基体上：强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。 形变强化：形变强化：金属材料经冷加工塑性变 形可以提高其强度； 相变强化：相变强化：通过热处理等手段发生固 态相变，获得需要的组织结构，使金属材 料得到强化。 热处理工艺热处理工艺 改善材料成形加工组织与性能的热改善材料成形加工组织与性能的热 处理工艺（预先热处理）处理工艺（预先热处理） Page 15 of 23 退火退火：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火 退火退火：加热保温缓冷获得接近平衡状态组织。 退火目的：退火目的： 改善铸、锻、焊粗大不均匀的组织，降硬度，提高塑性，改善冷加工工艺性。 消除成分不均匀，内应力。 1 1）完全退火）完全退火（加热 Ac3（2030）温度，保温、 缓冷 组织：组织：P+F 目的：目的：细化，均匀化粗大、的原始组织；降低 硬度切削性；消除内应力；消除组织缺陷； 应用：应用：（C%=0.30.6%）亚共折钢，共析钢和合金 钢铸、锻、轧 2 2）球化退火）球化退火 加热加热 Ac1（1030），保温、缓冷（或 Ar1（2030）等温） 应用：应用：过，共析钢、高碳合金钢 组织：组织：球状 P（F+球状 Cem） 目的目的：Fe3CII及 Fe3C共析共析球化HRC，韧性切削性 为淬火作准备；球化退火前，正火处理，消除网状碳化物， 以利于球化进行。 3 3）扩散退火）扩散退火 加热加热 10501150，保温 1020h,冷却：炉冷 组织：组织：P+F 或 P+Fe3CII 目的：目的：消除偏析 后果：后果：粗晶、魏氏组织、带状组织，韧性、塑性较差，需完全 退火或正火来细化晶粒。 4 4）去应力退火（再结晶退火）去应力退火（再结晶退火） 加热：加热：Ac1（100200）；保温炉冷； Page 16 of 23 目的：目的：消除加工硬化，消除残余应力。 正火正火 正火正火：亚共析加热 Ac3 （3050）、 过共析钢加热 Accm（3050）保温空冷，得到 P 类工艺。 组织组织：S 或 P（FFe3C） 正火与完全退火的区别正火与完全退火的区别：冷速较快，组织较细，得更高的强度和硬度；生产周期较短，成本较低。 目的及应用：目的及应用：预先热处理、最终热处理、改善切削加工性能。 预先热处理工艺应用预先热处理工艺应用 工具钢：球化退火；结构钢：正火，完全退火。表面强化处理的零件：调质处理正火。 改善冷塑性加工性能改善冷塑性加工性能 再结晶退火再结晶退火：恢复变形前的组织与性能，恢复塑性，以便继续变 形。 改善机加工性能改善机加工性能 C%0.40中低碳钢：正火，提高硬度 C% 0.4O0.60：完全退火； C% 0.6的高碳钢：球化退火，获得粒状珠光体。 合金钢：退火： 铸铁件白口层：加热 850950保温（炉冷空冷） 。 消除材料的加工应力消除材料的加工应力 去应力退火去应力退火：没有组织变化。 工艺工艺：缓慢加热 500650保温缓冷， 钢铁的淬火钢铁的淬火 淬火原则与淬透性淬火原则与淬透性 目的目的：提高硬度、强度、耐磨性。 原则原则：淬硬，获尽量完全的 M；淬透，M 组织表里如一；保证淬硬条件下，用缓冷介质，以 防开裂。 . . 淬透性：淬透性：在规定淬火条件下得到 M 多少的能力，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性；是钢 的属性。由 A过稳定性决定，表现为的大小。 K V Page 17 of 23 淬透性评定：淬透性评定：用标准试样在规定条件下淬火，能淬透的深度或全部淬透的最大直径表示。 .淬透层深度淬透层深度：从表面至半 M 区的距离。与钢的淬透性及外在因素有关。 影响因素影响因素：I I 越小，淬透层越深；IIII工件体积越小，淬火时的冷速越快，淬透层越深；淬透层越深； K V 。水淬比油淬的淬透层深； .淬硬性淬硬性：由 M 中 C%，钢的淬硬性越好。淬硬性越好。 淬火工艺淬火工艺 淬火加热温度淬火加热温度 亚共析碳钢：亚共析碳钢： （3050），组组 C3 A 织织：均匀细小 M 组织 温度太高， M 粗大，淬火应力，变形和开裂 倾向增大。加热温度时，硬度降低。 C3 A 共析和过共析碳钢：共析和过共析碳钢： 加热加热：（3050）。组织组织： C1 A MF Fe3e3C CIIIIA Ar r， 若在Acm以上淬火，A 粗大高碳 M M C1 A 粗大力学性能，变形开裂 合金钢合金钢：加热温度碳钢 淬火方法淬火方法 单介质淬：单介质淬：简单碳钢及合金钢工件。碳钢水、合金钢、小碳钢油 双介质淬火双介质淬火 先水，后油冷却。复杂高碳钢及大型合 金钢工件。 分级淬火分级淬火 稍高于 Ms的盐浴或碱浴中保温，再取空 冷。用于用于：小尺寸工件及刀具。 贝氏体等温淬火：贝氏体等温淬火： 稍高 Ms温度的盐浴或碱浴中冷却保温，获得 B下。用于用于： 形状复杂和性能较高的较小零件。 深冷处理：深冷处理：在 0以下的介质中冷却的热处理工艺。 目的目的：减少 Ar获最大数量 M，提高硬度、耐磨性，稳定尺 三三、淬淬火火方方法法 采采用用不不同同的的淬淬火火方方法法 可可弥弥补补介介质质的的不不足足。 1、单单液液淬淬火火法法 加加热热工工件件在在一一种种介介质质 中中连连续续冷冷却却到到室室温温的的 淬淬火火方方法法。 操操作作简简单单，易易实实现现自自 动动化化。 各各种种淬淬火火方方法法示示意意图图 1单单液液淬淬火火法法 2双双液液淬淬火火法法 3分分级级淬淬火火法法 4等等温温淬淬火火法法 Page 18 of 23 寸。 用于用于：精密工件，量具。 表面淬火表面淬火 原理：（原理：（交变磁场感应电流工件电阻加热，集肤效应表面加热） 工艺：工艺：水（乳化液）喷射淬火（180180200200）低温回火）低温回火， 感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类 1)1)高频淬火高频淬火 淬硬层深度 0.52.5；中小零件。 2)中频淬火中频淬火 淬硬层深度 210；大中模数齿轮,较大轴类零件等 3)工频淬火工频淬火： 淬硬层深度 1020；大直径零件。 适用钢种适用钢种 中碳钢和中碳低合金钢： 碳素工具钢和低合金工具钢： 球铁、灰铸铁。球铁、灰铸铁。 表面淬火的特点表面淬火的特点 加热速度快 )淬火组织为细隐晶马氏体（极细马氏体）。表面硬度23HRC，脆性。 显著提高钢件的疲劳强度。 钢的化学热处理钢的化学热处理 化学热处理化学热处理：在加热和保温中使活性原子渗入其表面，改变表面的化学成分和组织改变表面的化学成分和组织，改善表面性 能。 目的：目的：提高表面硬度，耐磨性，心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性；提高钢件的疲劳强 度；抗蚀性和耐热性等。 渗碳渗碳 1 1）碳浓度：）碳浓度：表面 C(0.150.30)C 1.0， 机械性能机械性能：经淬火回火，提高表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持良好的韧性和塑性。 用途用途：各种齿轮、活塞销、套筒等。渗碳工艺主要用于低碳钢、低碳低合金渗碳钢。 2 2）渗碳工艺）渗碳工艺 温度温度： 900950；（渗碳加热到以上） 3C A 渗碳时间渗碳时间： 900950温度下，0.20.3mm/h。 3 3）低碳钢渗碳缓冷组织）低碳钢渗碳缓冷组织： 表层：表层：PFe3CII(过共析相) 心部心部：亚共析组织(PF)， Page 19 of 23 中间中间：过渡组织； 4 4）渗碳后的热处理）渗碳后的热处理 渗碳后淬火渗碳后淬火+ +低温回火低温回火 淬火后组织淬火后组织： MA残， 工艺目的加热温度组织 亚共析钢 Ac3+3050F+P 共析钢 Ac1+3050P 退火1.调整硬度,便于切削加工。 2.细化晶粒,为最终热处理作组 织准备。 过共析钢 Ac1+3050 P 球 亚共析钢 Ac3+30500.5%C, M+A 共析钢 Ac1+3050M+A 淬火获得马氏体组织。 过共析钢 Ac1+3050M+A+粒状 Fe3C 低温回火 150250 亚共析,共析钢：M回 过共析钢:M回+A(少)+粒状 Fe3C 中温回火 350500 T回 回火1.消除内应力，减少变形。 2.获得所需要的性能。 高温回火 500650(调质) S回 表面 淬火 表面获得马氏体组织，并获得 表硬里韧的性能。 预备热处理： 调质或正火 适用于中碳钢 0.40.5%C 表面：M回 心部： S回或 F+S(正火) 渗碳提高表面含碳量，获得表硬里 韧的性能。 渗碳温度:900950 淬火温度： 表面 Ac1+3050 心部 Ac3+3050 适用于低碳钢 0.10.25%C 表面：M回+A(少)+颗粒状 Fe3C 心部：M回+F+M回 Page 20 of 23 五、工业用金属材料五、工业用金属材料 钢种钢种C%典型牌号典型牌号合金元素作用合金元素作用热处理热处理使用状态组织使用状态组织性能性能用途用途 碳素结 构钢 0.4Q195 Q235 热轧空冷F+P塑性,焊 接性好 建筑结 构 低合金 高强度 钢 0.2Q345 (16Mn) Mn:强化 F, 增加 P,降低脆 转温度 热轧空冷F+P塑性,焊 接性好 桥梁,船 舶, 容器 渗碳钢0.1 0.25 20 20Cr 20CrMnTi Cr,Mn:提高淬 透性,强化 F,Ti: 细化晶粒 渗碳+淬 火+低温 回火 表面：M回+ A (少量)+颗粒 状 Fe3C 心部：M回+F 表硬里韧轴、齿 轮 调质钢0.3 0.5 45 40Cr 40CrNiMo Cr,Ni:提高淬透 性,强化 F, Mo:防止第二类 回火脆性 调质 S回 良好综合 力学性能 轴、齿 轮 弹簧钢0.60. 9 0.45 0.7 65Mn 60Si2Mn Cr,Mn:提高淬 透性,强化 F；Si:提高屈强 比 淬火+中 温回火 T回 高 s/b 高 -1 弹簧 滚动轴 承钢 0.95 1.10 GCr15Cr:提高淬透性, 耐磨耐蚀性 球退+淬 火+低温 回火 M回+ A(少量) +颗粒状 Fe3C 高耐磨 高 -1 足够 ak 滚动轴 承 耐磨钢1.0 1.3 ZGMn13Mn:形成 A 组 织 水韧处理表：M+碳化物 心：A 高耐磨耐 冲击 铲齿， 履带板 碳素工 具钢 0.65 1.35 T7T13 球退+淬 火+低温 回火 M回+ A(少量) +颗粒状 Fe3C 高硬度高 耐磨 冲子、 丝锥、 锉刀 低合金 工具钢 0.75 1.5 9SiCrSi、Cr：提高 淬透性 球退+淬 火+低温 回火 M回+ A(少量) +颗粒状 Fe3C 高硬度