金属材料的主要性能

1、2021-6-22金属工艺学1 p材料作为能制造有用物品的物材料作为能制造有用物品的物 质，与能源和信息共同构成了质，与能源和信息共同构成了 人类社会赖以生存与发展的基人类社会赖以生存与发展的基 本资源，故本资源，故材料、能源和信息材料、能源和信息 并列为并列为现代科学和现代文明的现代科学和现代文明的 三大支柱三大支柱，而在这三者之间，而在这三者之间， 材料又是最重要的基础。材料又是最重要的基础。 第一章第一章 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 p材料是人类生活与社会材料是人类生活与社会 发展的主要发展的主要物质基础物质基础， 其品种、数量和质量是其品种、数量和质量是 人类文明和社会进步程

2、人类文明和社会进步程 度的标志。度的标志。 复合材料复合材料 工程材料工程材料 金属材料金属材料 陶瓷材料陶瓷材料 高分子材料高分子材料 工程材料工程材料用于机械、车辆、船舶、建筑、用于机械、车辆、船舶、建筑、 化工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域的化工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域的 材料。用来制造工程构件和机械零件，也包括一材料。用来制造工程构件和机械零件，也包括一 些用于制造工具的材料和具有特殊性能的材料。些用于制造工具的材料和具有特殊性能的材料。 使用性能使用性能：指各个零件或构件在正常工作时：指各个零件或构件在正常工作时 金属材料应具备的性能，他决定了金属材料的金属材料应具

3、备的性能，他决定了金属材料的应应 用范围用范围，使用的，使用的可靠性和寿命可靠性和寿命。包括力学（机械）。包括力学（机械） 性能、物理性能、化学性能。性能、物理性能、化学性能。 工艺性能工艺性能：指金属材料在冷、热加工过程中应：指金属材料在冷、热加工过程中应 具备的性能，它决定了金属材料的具备的性能，它决定了金属材料的加工方法加工方法。包括。包括 铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和 热处理性能。热处理性能。 应根据零件的应根据零件的性能要求、受载情况、服役条性能要求、受载情况、服役条 件、工作环境件、工作环境等。为了合理地使用和加工金属材等

4、。为了合理地使用和加工金属材 料，必须了解其使用性能和工艺性能。料，必须了解其使用性能和工艺性能。 2021-6-22金属工艺学4 力学性能力学性能 材料的性能材料的性能 使用性能使用性能 工艺性能工艺性能 物理性能物理性能化学性能化学性能 强度强度 塑性塑性 韧性韧性 刚度刚度 硬度硬度 耐磨性耐磨性 疲劳疲劳 蠕变蠕变 密度密度 熔点熔点 导电性导电性 导热性导热性 热膨胀热膨胀 磁性磁性 成分成分 耐蚀性耐蚀性 抗氧化抗氧化 铸造性能铸造性能 锻造性能锻造性能 焊接性能焊接性能 热处理性能热处理性能 切削加工性切削加工性 2021-6-22金属工艺学5 力学性能（机械性能力学性能（机械性

5、能）指金属材料具有的抵抗指金属材料具有的抵抗 一定外力作用而不被破坏的性能。一定外力作用而不被破坏的性能。 金属材料的力学性能主要有：刚度、强度、弹性、金属材料的力学性能主要有：刚度、强度、弹性、 塑性和硬度、冲击韧度、断裂韧度和疲劳强度。塑性和硬度、冲击韧度、断裂韧度和疲劳强度。 载荷类型：静载荷、动载荷、变载荷载荷类型：静载荷、动载荷、变载荷 载荷的加载方式：载荷的加载方式： 拉伸载荷、压缩载荷、扭转载荷拉伸载荷、压缩载荷、扭转载荷 弯曲载荷、剪切载荷弯曲载荷、剪切载荷 第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 2021-6-22金属工艺学6 一、强度与塑性一、强度与塑性 拉伸试

6、验：用静拉伸力拉伸试验：用静拉伸力 对标准拉伸试样进行缓慢的轴对标准拉伸试样进行缓慢的轴 向拉伸直至拉断的一种试验方向拉伸直至拉断的一种试验方 法。法。 GB/T 228-2002GB/T 228-2002 金属材金属材 料室温拉伸试验方法料室温拉伸试验方法 2021-6-22金属工艺学7 oeoe弹性变形阶段；弹性变形阶段；eses屈服阶段；屈服阶段； sbsb强化阶段；强化阶段；bkbk缩颈阶段缩颈阶段 s-屈服点屈服点 b-b-开始发生缩颈现象开始发生缩颈现象 2021-6-22金属工艺学8 是材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。是材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。 1 1

7、、强度、强度 0 A Ps s s P试样发生屈服时的最大载荷, N 0 A 试样的原始横截面积,mm2 开始产生屈服现象时的应力称为开始产生屈服现象时的应力称为 屈服强度，或称屈服点。其含义指在外力作用下开始屈服强度，或称屈服点。其含义指在外力作用下开始 产生明显塑性变形的最小应力，也即材料抵抗微量塑产生明显塑性变形的最小应力，也即材料抵抗微量塑 性变形的能力。性变形的能力。 2021-6-22金属工艺学9 （2 2） ：当负荷继续增加超过：当负荷继续增加超过s s点后，变点后，变 形量随着负荷的增加而急剧增加，当负荷超过形量随着负荷的增加而急剧增加，当负荷超过b b点，变点，变 形集中在试

8、样的某一部位上，试样在该部位出现缩颈形集中在试样的某一部位上，试样在该部位出现缩颈 现象，拉伸变形集中在缩颈处。继续施加负荷，试样现象，拉伸变形集中在缩颈处。继续施加负荷，试样 在在k k点断裂。点断裂。材料断裂前所承受的最大应力材料断裂前所承受的最大应力，即为抗拉，即为抗拉 强度（强度极限），它也是试样能够保持均匀塑性变强度（强度极限），它也是试样能够保持均匀塑性变 形的最大应力形的最大应力 。 b 0 A P b b b P试样被拉断前所承受的最大载荷, N 0 A 试样的原始横截面积,mm2 塑性材料采用屈服强度塑性材料采用屈服强度 脆性材料采用抗拉强度脆性材料采用抗拉强度 零件设计时零

9、件设计时 2021-6-22金属工艺学10 2 2、塑性、塑性 指金属材料在静载荷作用时，材料在外力作用指金属材料在静载荷作用时，材料在外力作用 下产生不可逆永久变形而不破坏的能力，反映材料下产生不可逆永久变形而不破坏的能力，反映材料 塑性的力学性能指标有延伸率塑性的力学性能指标有延伸率 和断面收缩率和断面收缩率 。 延伸率延伸率：指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。：指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。 %100 0 0 L LLk k L试样断裂后的标距长度； 0 L 试样的原始标距长度； 2021-6-22金属工艺学11 断面收缩率断面收缩率：指试样拉断后缩颈处横截面积的：指试样拉断后缩

10、颈处横截面积的 最大相对收缩值。最大相对收缩值。 %100 0 0 A AA k k A试样断裂出的最小横截面积； 0 A 试样的原始横截面积； 材料的材料的 和和 的数值越大，塑性越好。的数值越大，塑性越好。 2021-6-22金属工艺学12 二、二、 硬度硬度 2021-6-22金属工艺学13 1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验 GB/T 231-2002 GB/T 231-2002 金属布氏硬度试验金属布氏硬度试验分为如分为如 下三部分下三部分: : 第第1 1部分部分: :试验方法试验方法 第第2 2部分部分: :硬度计的检验硬度计的检验 第第3 3部分部分: :标准块的标定标准块的标

11、定 2021-6-22金属工艺学14 2 / mmKgf )( 2 102. 0 22 dDDD F Dh F 单位面积所受的力值单位面积所受的力值即为硬度即为硬度 2021-6-22金属工艺学15 布氏硬度的特点：布氏硬度的特点： 布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，HBHB值的代表性较全值的代表性较全 面，而且实验数据的重复性也好，但由于淬火面，而且实验数据的重复性也好，但由于淬火 钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料， 一般在一般在HB450HB450以上的就不能使用。以上的就不能使用。 由于压痕较大，成品检验也有困难。由于压痕较大，

12、成品检验也有困难。 通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢 等材料的硬度。等材料的硬度。 2021-6-22金属工艺学16 2 2、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验 GB/T 230-2004 (GB/T 230-2004 (金属洛氏硬度试验金属洛氏硬度试验分为如下分为如下 3 3个部分个部分: : 第第1 1部分部分: : 试验方法试验方法(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T标标 尺尺);); 第第2 2部分部分: :硬度计硬度计(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N(A,B,C,D,E,F,G,H,K

13、,N、丁、丁 标尺标尺) )的检验与校准的检验与校准; ; 第第3 3部分部分: :标准硬度块标准硬度块A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,TA,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T 标尺标尺) )的标定。的标定。 2021-6-22金属工艺学17 120金刚石圆锥体 h0 h1 淬火钢球 h0 h1 2021-6-22金属工艺学18 洛氏硬度的特点：洛氏硬度的特点： 洛氏硬度洛氏硬度HRHR可以用于硬度很高的材料，而且可以用于硬度很高的材料，而且 压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处 理质量检查中应用最多。理质量检查中应用最多。 但洛氏硬

14、度由于压痕较小，硬度代表性就差但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差 些，如果材料中有偏析或组织不均的情况，则所些，如果材料中有偏析或组织不均的情况，则所 测硬度值的重复性也差。测硬度值的重复性也差。 2021-6-22金属工艺学19 2021-6-22金属工艺学20 GB/T 4340-1999 (GB/T 4340-1999 (金属维氏硬度试验金属维氏硬度试验分为如分为如 下下3 3个部分个部分: : 第第1 1部分部分: :试验方法试验方法 第第2 2部分部分: :硬度计硬度计 第第3 3部分部分: :标准硬度块的标定。标准硬度块的标定。 2021-6-22金属工艺学21 )/(102.

15、08544.1 2 2 mmN d F S F HV 2021-6-22金属工艺学22 2021-6-22金属工艺学23 2021-6-22金属工艺学24 )(hHWAk S A a k k 2 /cmJ J W S 2021-6-22金属工艺学25 2021-6-22金属工艺学26 t t 2021-6-22金属工艺学27 2021-6-22金属工艺学28 材料的物理性能：材料的物理性能：是指不发生化学反应就能是指不发生化学反应就能 表现出来的性能，如密度、熔点、导热性、导电表现出来的性能，如密度、熔点、导热性、导电 性、热膨胀性和磁性。性、热膨胀性和磁性。 第二节第二节 金属材料的物理、化

16、学和工艺性能金属材料的物理、化学和工艺性能 材料的化学性能材料的化学性能: :是指材料在化学介质的作是指材料在化学介质的作 用下所表现出来的性能。如材料的耐腐蚀性能和用下所表现出来的性能。如材料的耐腐蚀性能和 抗氧化性能和化学稳定性能。抗氧化性能和化学稳定性能。 2021-6-22金属工艺学29 金属材料的工艺性能：金属材料的工艺性能：是指金属材料适应加是指金属材料适应加 工工艺要求的能力。工工艺要求的能力。 按工艺方法可分为：按工艺方法可分为： l 铸造性能；铸造性能； l 锻造性能；锻造性能； l 焊接性能；焊接性能； l 切削加工性能；切削加工性能； l 热处理性能。热处理性能。 202

17、1-6-22金属工艺学30 铸造性能：铸造性能：指利用金属的可熔性将其熔化后，指利用金属的可熔性将其熔化后， 注入铸型制成铸件的难易程度；包括金属液体的注入铸型制成铸件的难易程度；包括金属液体的 流动性和收缩性。流动性和收缩性。 锻造性能：锻造性能：指金属材料在锻造过程中承受压指金属材料在锻造过程中承受压 力加工而具有的塑性变形能力。力加工而具有的塑性变形能力。 2021-6-22金属工艺学31 焊接性：焊接性：指材料被焊接的难易性质。指材料被焊接的难易性质。 切削加工性：切削加工性：表示对材料进行切削的难易程表示对材料进行切削的难易程 度，可用切削抗力的大小，加工表面质量、排屑度，可用切削抗

18、力的大小，加工表面质量、排屑 的难易程度，切削刀具的寿命来衡量。的难易程度，切削刀具的寿命来衡量。 热处理工艺性：热处理工艺性：指标有淬硬性、淬透性、淬指标有淬硬性、淬透性、淬 火变形与淬裂、表面氧化与脱碳，过热与过烧，火变形与淬裂、表面氧化与脱碳，过热与过烧， 回火稳定性与脆性。回火稳定性与脆性。 2021-6-22金属工艺学32 体体 心心 立立 方方 面面 心心 立立 方方 密密 排排 六六 方方 固固 溶溶 体体 金金 属属 化化 合合 物物 机机 械械 混混 合合 物物 晶晶 体体 结结 构构 合合 金金 组组 织织 结结 晶晶 过过 程程 同同 素素 异异 构构 转转 变变 金属的

19、晶体结构与铁碳合金的组织与性能合金 第三节第三节 金属材料的基础知识金属材料的基础知识 2021-6-22金属工艺学33 金属 在固 态下 都是 晶体 2021-6-22金属工艺学34 2021-6-22金属工艺学35 体心体心 立方立方 晶格晶格 面心面心 立方立方 晶格晶格 密排密排 六方六方 晶格晶格 2021-6-22金属工艺学36 合金的结构合金的结构 合金：合金：由由两种或两种以上两种或两种以上的元素通过的元素通过熔炼熔炼后后 所获得的新的物质仍然具有所获得的新的物质仍然具有金属特性金属特性。 组元：组元：组成合金的基本元素。组成合金的基本元素。 相：相：凡是成分相同、结构相同并与

20、其他部分凡是成分相同、结构相同并与其他部分 有界面分开的均匀组成部分。有界面分开的均匀组成部分。 例如：单一的液例如：单一的液 单一的固相；单一的固相； 液相、固相两相共存；液相、固相两相共存； 2021-6-22金属工艺学37 固溶体：固溶体： 由两种组元相互溶解后所组成的新由两种组元相互溶解后所组成的新 的物质仍然保持其中某一组元的晶体结构。的物质仍然保持其中某一组元的晶体结构。 金属化合物：金属化合物： A A、B B两组元相互溶解后所形成两组元相互溶解后所形成 的新的物质既不是的新的物质既不是A A组元的结构，也不是组元的结构，也不是B B组元的组元的 结构，而是自身的一种独立的结构。

21、结构，而是自身的一种独立的结构。 固溶强化固溶强化 2021-6-22金属工艺学38 纯金属的冷却曲线（实际）纯金属的冷却曲线（实际） C L T0 T1 S 0 T0T0：理论结晶温度：理论结晶温度 T1T1：实际结晶温度：实际结晶温度 T=T0-T1T=T0-T1（过冷度）（过冷度） 一般非晶体由液态向固态转变的过程。一般非晶体由液态向固态转变的过程。 由液态金属转变为固态晶体的过程。由液态金属转变为固态晶体的过程。 金属的结晶过程金属的结晶过程 2021-6-22金属工艺学39 结晶的必要条件结晶的必要条件-过冷度过冷度 金属的结晶过程：金属的结晶过程： 原子团原子团 形核形核 晶核长大

22、晶核长大 小晶粒小晶粒 晶粒（外形不规则的晶粒（外形不规则的 小晶体）小晶体） 细化强化细化强化 增加冷却速度，增大过冷度；增加冷却速度，增大过冷度； 增加外来晶核增加外来晶核; ; 采用机械、超声波振动、电磁搅拌等；采用机械、超声波振动、电磁搅拌等； 2021-6-22金属工艺学40 纯纯 铁铁 的的 冷冷 却却 曲曲 线线 1394 1534 1000 600 800 1200 温度 时间 1600 1500 500 700 900 1100 1300 1400 912 - Fe -Fe - Fe 同素异构转变同素异构转变 A F C C 固固 溶溶 体体 体心立方 面心立方 体心立方 2

23、021-6-22金属工艺学41 1.1.合金合金 alloyalloy 由由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成 的具有金属特性的物质。的具有金属特性的物质。 如如：青铜、铸铁、铝合金等。：青铜、铸铁、铝合金等。 2.2.组元组元 constituentconstituent 组组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称成合金的最基本的独立的物质称组元，简称“元元”。 如：黄铜如：黄铜 Cu-ZnCu-Zn；硬铝；硬铝 Al-Cu Al-Cu 等为二元合金。等为二元合金。 3.3.相相 phase phase 指同一化学成分，同一结

24、构并以界面互相分开的均匀组成部指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部 分。如固相、液相等。分。如固相、液相等。 4.4.组织组织 structure structure 借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征 的组成部分。的组成部分。 2021-6-22金属工艺学42 铁碳合金相图铁碳合金相图 渗碳体的熔点渗碳体的熔点 共晶点共晶点 共析线共析线 共析点共析点 纯铁的熔点纯铁的熔点 共晶线共晶线 ACD线线液相线液相线 AECF线线固相线固相线 碳在奥氏体中的最大溶解度碳在奥氏体中的最大溶解度 A3线线 Acm 202

25、1-6-22金属工艺学43 u含碳量对铁碳合金组织和性能的影响含碳量对铁碳合金组织和性能的影响 2021-6-22金属工艺学44 铁素体：铁素体：碳溶解在碳溶解在FeFe中的间隙固溶中的间隙固溶( F( F）。）。 塑性（塑性（=45-50%=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。）、韧性好，强度、硬度低。 奥氏体：奥氏体：碳溶解在碳溶解在 FeFe中的间隙固溶体（中的间隙固溶体（A A）。）。 塑性好。塑性好。 渗碳体：渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（铁与碳形成的金属化合物（Fe3CFe3C）。）。 硬度很高（硬度很高（HBW=800HBW=800），塑性、韧性几乎为零。），塑性、韧性几乎为

26、零。 珠光体：珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体 与渗碳体的共析体（与渗碳体的共析体（P P）。）。 莱氏体：莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏 体与渗碳体的共晶体（体与渗碳体的共晶体（LdLd）。）。 硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。 2021-6-22金属工艺学45 铁碳合金平衡相图的应用铁碳合金平衡相图的应用 （1 1）在选材上的应用在选材上的应用 低碳钢：低碳钢：塑性、韧性好塑性、韧性好，用于，用于冲压冲压件、件、焊接焊接件、件、 抗冲击件。抗冲击件。 中碳钢中碳钢: : 综合力学性能较好综合力

27、学性能较好，用于轴、齿轮等。，用于轴、齿轮等。 高碳钢：高碳钢：强度、硬度、耐磨性好强度、硬度、耐磨性好，用于各种工模，用于各种工模 具。具。 白口铁：白口铁：性硬而脆性硬而脆，但，但铸造性能好铸造性能好，用于不受冲，用于不受冲 击的铸件。击的铸件。 2021-6-22金属工艺学46 （2 2）在铸造工艺上的应用）在铸造工艺上的应用 根据根据Fe-Fe3CFe-Fe3C相图的液相线可相图的液相线可 以找出不同成分的铁碳合金的熔以找出不同成分的铁碳合金的熔 点，从而确定合适的熔化、点，从而确定合适的熔化、浇注浇注 温度温度( (液相线以上液相线以上50-100 )50-100 )。还。还 可以看

28、到钢的熔化与浇注温度都可以看到钢的熔化与浇注温度都 要比铸铁高。要比铸铁高。 靠近靠近共晶成分共晶成分的铁碳合金不的铁碳合金不 仅熔点低，而且凝固温度区间也仅熔点低，而且凝固温度区间也 较小，故具有良好的铸造性能。较小，故具有良好的铸造性能。 这类合金适宜于铸造，在铸造生这类合金适宜于铸造，在铸造生 产中获得广泛的应用。产中获得广泛的应用。 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图与铸、锻工艺的关系相图与铸、锻工艺的关系 2021-6-22金属工艺学47 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图与铸、锻工艺的关系相图与铸、锻工艺的关系 （3 3）塑性加工工艺上的应用）塑性加工工艺上的应用 钢材轧制或锻

29、造的温度范围，钢材轧制或锻造的温度范围， 多选择在单一奥氏体组织范围内。多选择在单一奥氏体组织范围内。 其选择原则是开始轧制或锻造的温其选择原则是开始轧制或锻造的温 度不得度不得过高过高，以免钢材，以免钢材氧化严重氧化严重， 甚至发生奥氏体晶界部分熔化，使甚至发生奥氏体晶界部分熔化，使 工件报废。而终止温度也不能工件报废。而终止温度也不能过低过低， 以免钢材以免钢材塑性差塑性差，在锻造过程中导，在锻造过程中导 致产生裂纹。致产生裂纹。 一般始锻温度在固相线以下一般始锻温度在固相线以下 100100- -200200，终锻温度，终锻温度800800左右。左右。 各种碳素钢合适的轧制或锻造温度各种

30、碳素钢合适的轧制或锻造温度 范围如图所示。范围如图所示。 2021-6-22金属工艺学48 热处理热处理 普通热处理普通热处理 表面热处理表面热处理 退火退火 正火正火 淬火淬火 回火回火 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理 渗碳渗碳 渗氮渗氮 碳氮共渗碳氮共渗 加热加热 保温保温 冷却冷却 临界温度临界温度 热处理工艺曲线热处理工艺曲线 T T 其它热处理其它热处理 形变形变 真空真空 激光激光 2021-6-22金属工艺学49 退火和正火退火和正火 退火：退火： 将钢加热、保温，然后随炉冷将钢加热、保温，然后随炉冷 却或埋入灰中缓慢冷却。却或埋入灰中缓慢冷却。 目的：目的： 降低硬度，

31、便于机加工。降低硬度，便于机加工。 细化晶粒，提高塑性和韧性。细化晶粒，提高塑性和韧性。 消除应力。消除应力。 应用：应用：铸件、锻件、焊接及其它铸件、锻件、焊接及其它 毛坯的热处理。毛坯的热处理。 1 1、完全退火：、完全退火：将亚共析钢加热到将亚共析钢加热到Ac3Ac3线以上线以上30305050，保温后缓慢冷却，保温后缓慢冷却. . 2 2、球化退火、球化退火: : 将过共析钢加热到将过共析钢加热到Ac1Ac1线以上线以上20203030，保温后缓慢冷却，保温后缓慢冷却. . 3 3、低温退火、低温退火: : 将钢加热到将钢加热到Ac1Ac1线以下，保温后缓慢冷却线以下，保温后缓慢冷却.

32、 . 再结晶退火：再结晶退火：消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上150150 250250），降低硬度，恢复塑性。），降低硬度，恢复塑性。 2021-6-22金属工艺学50 应用：应用：（1 1）取代部分完全退火；）取代部分完全退火； （2 2）用于普通结构件的最终热处理；）用于普通结构件的最终热处理； （3 3）用于过）用于过共析钢，减少或消除网状二次渗碳体，为球化处理共析钢，减少或消除网状二次渗碳体，为球化处理 作准备。作准备。 正火：正火： 将钢加热到将钢加热到Ac3 Ac3 线以上线以上303050 50 （亚共析钢）或（亚

33、共析钢）或AccmAccm以上以上 303050 50 （过共析钢），保温后在空气中冷却。得到的是细珠光（过共析钢），保温后在空气中冷却。得到的是细珠光 体组织（索氏体）。体组织（索氏体）。 2021-6-22金属工艺学51 淬火和回火淬火和回火 将钢加热到将钢加热到Ac3Ac3或或Ac1 Ac1 线以上线以上303050 50 ，保温后在，保温后在 淬火介质中快速冷却，以获得马淬火介质中快速冷却，以获得马氏体（氏体（M)M)组织。组织。 马马氏体形成过程中将伴随着体积膨胀，造成淬火内应氏体形成过程中将伴随着体积膨胀，造成淬火内应 力，应采取以下措施：力，应采取以下措施： （1 1）严格控制淬

34、火加热温度）严格控制淬火加热温度 温度低，硬度低；温度高，晶粒粗大，应力大，易温度低，硬度低；温度高，晶粒粗大，应力大，易 产生裂纹。产生裂纹。 （2 2）合理选择淬火介质）合理选择淬火介质 淬透性好，选油淬。淬透性好，选油淬。 （3 3）正确选择淬火方法）正确选择淬火方法 采用水油双介质淬火法。采用水油双介质淬火法。 2021-6-22金属工艺学52 回火：回火：将钢重新加热到将钢重新加热到Ac1 Ac1 线以上某温度，保温后线以上某温度，保温后 冷却的热处理工艺。冷却的热处理工艺。 目的：主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止目的：主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止 产生裂纹。产生

35、裂纹。 回火三种形式：回火三种形式： 1 1）低温回火（）低温回火（150-250150-250），目的是），目的是降低淬火钢的内应力降低淬火钢的内应力 和脆性，并保持高硬度（和脆性，并保持高硬度（56-64HRC)56-64HRC)和耐磨性。如刃具等。和耐磨性。如刃具等。 2 2）中温回火（）中温回火（350-500350-500），目的是使钢获得高弹性，），目的是使钢获得高弹性，并并 保持较高硬度（保持较高硬度（35-50HRC)35-50HRC)和一定的韧性。如弹簧、锻模等。和一定的韧性。如弹簧、锻模等。 3 3）高温回火）高温回火调质处理（调质处理（500-650500-650），硬度

36、），硬度20-35HRC20-35HRC， 强度及韧性等综合性能较好。如曲轴、齿轮等。强度及韧性等综合性能较好。如曲轴、齿轮等。 2021-6-22金属工艺学53 特点特点是改变零件或者毛坯的内部组织，而不改变其形状是改变零件或者毛坯的内部组织，而不改变其形状 和尺寸。其目的是消除毛坯（如铸件、锻件等）中缺陷，改和尺寸。其目的是消除毛坯（如铸件、锻件等）中缺陷，改 善毛坯的切削性能，改善零件的力学性能，延长其使用寿命，善毛坯的切削性能，改善零件的力学性能，延长其使用寿命， 并为减小零件尺寸、减轻零件重量、提高产品质量、降低成并为减小零件尺寸、减轻零件重量、提高产品质量、降低成 本提供了可能性。

37、因此，几乎本提供了可能性。因此，几乎9090以上的零件都要经过不同以上的零件都要经过不同 的热处理后才能使用。的热处理后才能使用。 能进行热处理强化的材料必须满足：能进行热处理强化的材料必须满足： 有固态相变；有固态相变； 经冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态；经冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态； 表面能被活性介质的原子渗入从而改变表面化学成分。表面能被活性介质的原子渗入从而改变表面化学成分。 2021-6-22金属工艺学54 1 1、碳、碳钢的分类钢的分类 分类方法分类方法钢钢 种种质量分数或脱氧情况质量分数或脱氧情况特特 点点 按碳的质按碳的质 量分数分量分数分 类类 低碳钢低碳钢w

38、 wC C0.250.25强度低，塑性和焊接性能较好强度低，塑性和焊接性能较好 中碳钢中碳钢w wC C0.250.250.60.6 强度较高，但塑性和焊接性能较强度较高，但塑性和焊接性能较 差差 高碳钢高碳钢w wC C 0.6% 0.6% 塑性和焊接性能很差，强度和硬塑性和焊接性能很差，强度和硬 度高度高 按钢的质按钢的质 量分量分 普通钢普通钢w wS S0.0550.055, , w wP P0.0450.045含含S S、P P量较高，质量一般量较高，质量一般 优质钢优质钢w wS S0.0400.040，w wP P0.0400.040含含S S、P P量较少，质量较好量较少，质量

39、较好 高级优质钢高级优质钢w wS S0.0300.030, , w wP P0.0350.035含含S S、P P量很少，质量好量很少，质量好 按用途分按用途分 结构钢结构钢w wC C0.080.080.650.65制造各种工程构件和机器零件制造各种工程构件和机器零件 工具钢工具钢w wC C0.650.65制造各种刀具、量具和模具制造各种刀具、量具和模具 按脱氧程按脱氧程 度分度分 沸腾钢（沸腾钢（F F）仅用弱脱氧剂脱氧，仅用弱脱氧剂脱氧，FeOFeO较多较多 钢锭内分布有许多小气泡，偏析钢锭内分布有许多小气泡，偏析 严重严重 镇静钢（镇静钢（Z Z） 浇注时完全脱氧，凝固时不沸浇注时

40、完全脱氧，凝固时不沸 腾腾 气泡、疏松少，质量较高气泡、疏松少，质量较高 半镇静钢（半镇静钢（b b）介于沸腾钢和镇静钢之间介于沸腾钢和镇静钢之间质量介于沸腾钢和镇静钢之间质量介于沸腾钢和镇静钢之间 2021-6-22金属工艺学55 2 2、常、常用的碳钢牌号用的碳钢牌号 分分 类类 编编 号号 方方 法法 常常 用用 牌牌 号号用用 途途 举举 例例说说 明明 碳素结构钢碳素结构钢 Q235Q235- -A FA F 屈服点为屈服点为235 235 MPaMPa、质量为、质量为A A级级 的沸腾钢的沸腾钢 Q195Q195、Q215AQ215A，Q235BQ235B、 Q255AQ255A、Q255BQ255B、Q275Q275等等 一般以型材供应的工程结构一般以型材供应的工程结构 件，制造不太重要的机械零件及件，制造不太重要的机械零件及