最新碳钢和钢的热处理

1、第二章第二章碳钢碳钢本章主要内容本章主要内容碳钢的分类和牌号碳钢的分类和牌号纯铁的结晶和晶体结构纯铁的结晶和晶体结构铁碳合金中的相和组织组成物铁碳合金中的相和组织组成物fe-fe3c相图相图杂质元素对钢性能的影响杂质元素对钢性能的影响压力加工对钢组织和性能的影响压力加工对钢组织和性能的影响第一节第一节 纯铁的组织和性能纯铁的组织和性能问问 题题 什么是过冷现象和过冷度？什么是过冷现象和过冷度？ 什么是晶体和晶体结构？什么是晶体和晶体结构？ 什么是晶体缺陷？可分为几类？对晶体什么是晶体缺陷？可分为几类？对晶体的性能有哪些影响？的性能有哪些影响？ 纯铁的同素异构体有哪些？具有哪种的纯铁的同素异构体

2、有哪些？具有哪种的晶体结构？晶体结构？一、纯铁的结晶一、纯铁的结晶1结晶：晶体由液态变成固态的过程。结晶：晶体由液态变成固态的过程。2 过冷现象和过冷度过冷现象和过冷度过冷度：理论结晶温过冷度：理论结晶温度和实际开始结晶温度和实际开始结晶温度之差。度之差。结晶过程(a)(b)(c)(d)(e)(f)形成晶核晶核长大全部结晶3结晶过程：形成晶核和晶核长大结晶过程：形成晶核和晶核长大二、晶体结构二、晶体结构1晶体结构：原子、分子或者离子在空间的具体晶体结构：原子、分子或者离子在空间的具体排列称为晶体结构。排列称为晶体结构。2 如何研究晶体结构？如何研究晶体结构？晶体原子晶体原子 点点 点阵点阵 晶

3、格晶格 晶胞晶胞晶体晶体结构结构晶胞参数晶胞参数晶胞晶胞：构成晶格的最基本的单元。：构成晶格的最基本的单元。3金属中常见的晶体结构类型金属中常见的晶体结构类型 体心立方体心立方(bcc）面心立方（面心立方（fcc）密排六方（密排六方（hcp)铁（-fe）,钨(w) ,铬（cr）,钼（mo）,钒（v)等a=b=c,=90铝(al)、铜(cu)、 银(ag)、金(au)、镍(ni)、铅(pb)铁（fe)等a=b=c,=90钛（ti）、锆（zr、镁（mg)、锌（zn）等a=bc,=90 =120晶体结构与材料性能：晶体结构与材料性能： （一般规律）（一般规律）面心立方面心立方的金属塑性的金属塑性最好

4、最好，体心立方次之体心立方次之，密排六方密排六方的金属的金属较差较差。体心立方体心立方 bcc面心立方面心立方 fcc密排六方密排六方 hcp4纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变1394c-fe面心立方面心立方-fe体心立方体心立方d-d-fe体心立方体心立方912c三、晶体缺陷三、晶体缺陷1晶体缺陷：实际晶体中排列不规则的区域称晶体缺陷：实际晶体中排列不规则的区域称为晶体缺陷。为晶体缺陷。2分类（按空间尺寸分）分类（按空间尺寸分）点缺陷点缺陷：不规则区域在空间三个方向上的尺：不规则区域在空间三个方向上的尺寸都很小，例如寸都很小，例如空位、置换原子、间隙原子。空位、置换原子、间隙原子。同素异

5、构转变：同素异构转变：同一种元素同一种元素在在固态下固态下由于温度变化而发生的由于温度变化而发生的晶体晶体结构结构的变化。的变化。线缺陷线缺陷：不规则区域：不规则区域在一个方向的尺寸很在一个方向的尺寸很大，在另外两个方向大，在另外两个方向的尺寸都很小的尺寸都很小, 例如例如位位错错。钛合金中的位错线位错线刃位错刃位错空位空位空位空位置换原子置换原子置换原子置换原子间隙原子间隙原子间隙原子间隙原子 面缺陷面缺陷：不规则区域在两个方向的尺寸很大，在另外一个方：不规则区域在两个方向的尺寸很大，在另外一个方向的尺寸很小，例如晶界、亚晶界。向的尺寸很小，例如晶界、亚晶界。工业纯铁的晶界晶界晶界亚晶界亚晶

6、界abcd3 晶体缺陷对晶体性能的影响晶体缺陷对晶体性能的影响位错密度很位错密度很低低或者很或者很高高时，晶体的强度比时，晶体的强度比较较高高。点缺陷点缺陷点缺陷周围晶格发生畸变，材料的屈服强点缺陷周围晶格发生畸变，材料的屈服强度提高，塑性韧性下降，电阻增加。度提高，塑性韧性下降，电阻增加。线缺陷线缺陷附近的晶格畸变，对强度影响显著。强度的变附近的晶格畸变，对强度影响显著。强度的变化与化与位错密度位错密度有关。有关。强强度度位错密度位错密度面缺陷面缺陷：晶格发生畸变，晶界增多能显著提高材料的强度，也晶格发生畸变，晶界增多能显著提高材料的强度，也可提高材料的塑性和韧性，但是容易发生高温氧化，耐腐

7、蚀性可提高材料的塑性和韧性，但是容易发生高温氧化，耐腐蚀性能降低。能降低。细晶强化细晶强化：通过细化晶粒而使材料强度提高的方法称为细晶强化。通过细化晶粒而使材料强度提高的方法称为细晶强化。强化材料的方法之一1组织：室温下退火态的组织由等轴晶粒组成。2性能：强度低，塑性、韧性好。（性能随晶粒尺寸的改变而改变，晶粒越小，纯铁的强度越高，塑性、韧性越好。）3应用：作为功能材料使用，如变压器的铁芯等。四、工业纯铁的组织、性能和应用四、工业纯铁的组织、性能和应用细晶强化细晶强化晶粒度级别晶粒度级别晶粒度级别越高，晶粒越细。工业中常用的细晶粒是晶粒度级别越高，晶粒越细。工业中常用的细晶粒是7-8级，晶粒尺

8、寸为级，晶粒尺寸为0.022mm第二节第二节 铁碳合金中的相和组织组成物铁碳合金中的相和组织组成物 铁和碳的相互作用表现在哪些方面？铁和碳的相互作用表现在哪些方面？ 什么是固溶体？分为哪几类？什么是固溶体？分为哪几类？ 什么是固溶强化和细晶强化？什么是固溶强化和细晶强化？ 铁碳合金中的相和组织组成物有哪些？铁碳合金中的相和组织组成物有哪些？一、铁和碳的相互作用一、铁和碳的相互作用铁和碳的相互作用表现为两方面铁和碳的相互作用表现为两方面1 铁和碳形成固溶体铁和碳形成固溶体（1）固溶体固溶体：就是固体溶液，是溶质原子就是固体溶液，是溶质原子溶入溶入溶剂中溶剂中所形成的晶体，保持所形成的晶体，保持溶

9、剂元素溶剂元素的的晶体结构。晶体结构。形成固溶体形成固溶体 形成化合物形成化合物（2）固溶体的分类固溶体的分类：置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体置换固溶体：溶质原子和溶剂置换固溶体：溶质原子和溶剂原子尺寸相差较小原子尺寸相差较小，形成固溶体时，形成固溶体时溶质原子溶质原子替换替换了溶剂晶格中的一部分原子，就形成了置换固溶体。了溶剂晶格中的一部分原子，就形成了置换固溶体。如：如：fe与与mn、si 、al 、cr 、ti 、nb等形成置换固溶体等形成置换固溶体间隙固溶体：间隙固溶体：溶质原子和溶剂原子溶质原子和溶剂原子直径相差较大直径相差较大，溶质原子处于，溶质原子处于溶剂晶体结构的溶剂

10、晶体结构的间隙位置间隙位置上，则形成间隙固溶体。上，则形成间隙固溶体。 例如：例如：fe fe 与与 c ,n ,o ,h c ,n ,o ,h 形成间隙固溶体形成间隙固溶体 置换固置换固溶体溶体间隙固间隙固溶体溶体溶剂原子溶剂原子溶质原子溶质原子溶剂原子溶剂原子溶质原子溶质原子ab（3）铁与碳形成的固溶体铁与碳形成的固溶体 （4）固溶体的性能）固溶体的性能与基体金属相比，强度硬度增加，塑性韧性与基体金属相比，强度硬度增加，塑性韧性降低，电阻、矫顽力增加。降低，电阻、矫顽力增加。铁素体铁素体：碳溶于：碳溶于 铁铁中形成的固溶体称为铁素体，用中形成的固溶体称为铁素体，用 或者或者f表示。表示。奥

11、氏体奥氏体：碳溶于：碳溶于 铁铁中形成的固溶体称为奥氏体，用中形成的固溶体称为奥氏体，用 或者或者a表示。表示。固溶强化固溶强化：通过溶入某种合金元素形成固溶体而使材通过溶入某种合金元素形成固溶体而使材料强度增加的现象称为固溶强化。料强度增加的现象称为固溶强化。强化材料的方法之一强化材料的方法之一2 铁与碳形成化合物（加入较多的碳）铁与碳形成化合物（加入较多的碳）（1）铁与碳形成的化合物：）铁与碳形成的化合物：渗碳体（渗碳体（fe3c)（2）化合物的性能特点：晶体结构和性能不同于其组）化合物的性能特点：晶体结构和性能不同于其组成元素，晶体结构复杂，熔点高、硬而脆。成元素，晶体结构复杂，熔点高、

12、硬而脆。（3）对合金性能的影响）对合金性能的影响渗碳体渗碳体能提高合金的硬度、耐磨性，会降低合金能提高合金的硬度、耐磨性，会降低合金的塑性和韧性。的塑性和韧性。 以层片状或者球形均匀分布在组织中，能提高合金以层片状或者球形均匀分布在组织中，能提高合金的强度；的强度； 以连续网状、粗大的片状或者作为基体出现时，急以连续网状、粗大的片状或者作为基体出现时，急剧降低材料的强度、塑性韧性。剧降低材料的强度、塑性韧性。二、铁碳合金中的相和组织组成物二、铁碳合金中的相和组织组成物1相：相：指系统中具有指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面相互隔开同一结构并以界

13、面相互隔开的均匀组成部分。的均匀组成部分。2 组织组成物：指的是构成显微组织的独立部分，组织组成物：指的是构成显微组织的独立部分，可以是单相，也可一是两相或者多相混合物。可以是单相，也可一是两相或者多相混合物。铁碳合金中的相有铁碳合金中的相有：铁素体、奥氏体和渗碳体铁素体、奥氏体和渗碳体铁碳合金中的铁碳合金中的组织组成物组织组成物：铁素体、奥氏铁素体、奥氏体、渗碳体、体、渗碳体、珠光体和莱氏珠光体和莱氏体。体。铁素体铁素体珠光体珠光体第三节第三节 fe-fe3c相图相图需要掌握知识点需要掌握知识点 fe-fe3c相图中重要的点、线和相区。相图中重要的点、线和相区。 fe-fe3c相图中的重要转

14、变及产物。相图中的重要转变及产物。 应用应用fe-fe3c相图分析典型成分铁碳合金的结晶过程。相图分析典型成分铁碳合金的结晶过程。分析室温下得到的相和组织组成物。分析室温下得到的相和组织组成物。 会用杠杆定律计算室温下相和组织组成物的质量分数。会用杠杆定律计算室温下相和组织组成物的质量分数。 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响。一、基本概念一、基本概念1相图：表示合金在相图：表示合金在缓慢冷却的平衡状态缓慢冷却的平衡状态下相或者下相或者组组织与温度、成分间织与温度、成分间关系的图形，又称状态图或平衡关系的图形，又称状态图或平衡图。图。2相图的分类相图的分类（根据组

15、元数量分）（根据组元数量分）二元相图（两个组元配成的合金体系）二元相图（两个组元配成的合金体系）三元相图（三个组元配成的合金体系）三元相图（三个组元配成的合金体系）3 相图的建立：实相图的建立：实验测定不同成分合验测定不同成分合金的转变温度，将金的转变温度，将所有的开始转变点所有的开始转变点连接起来，将所有连接起来，将所有的转变结束点连接的转变结束点连接起来。起来。液相线液相线固相线固相线二、二、fe-fe3c相图相图1相图中的点相图中的点（14个）个）（1）组元的熔点组元的熔点： a (0, 1538) 铁的熔点d (6.69, 1227) fe3c的熔点（2）同素异构转变点同素异构转变点n

16、（0，1394）d-fe feg（0，912） fe -fe （3）碳在铁中最大溶解度点碳在铁中最大溶解度点 p（0.218，727）碳在）碳在 - -fe 中的最大溶解度中的最大溶解度 e（2.11，1148）碳在）碳在 - -fe 中的最大溶解度中的最大溶解度 h (0.09，1495）碳在）碳在 d-d-fe中的最大溶解度中的最大溶解度 q（0.0008，rt）室温下碳在）室温下碳在 - -fe 中的溶解度中的溶解度fe-fe3c相图相图(4) 三相共存点三相共存点s（共析点）（共析点）（ fe3c）c（共晶点）（共晶点）（ l fe3c） j（包晶点）（包晶点）（ d d l ）2 相

17、图中的线相图中的线液相线液相线():结晶时液相的成分，在其上体系为液相结晶时液相的成分，在其上体系为液相固相线（）：结晶时固相的成分，其下为固相。固相线（）：结晶时固相的成分，其下为固相。fe-fe3c相图相图（5 5）其它点）其它点 b b（0.530.53，14951495）发生包晶反应时液相的成）发生包晶反应时液相的成分分 f（6.69,1148) 渗碳体渗碳体 k (6.69,727) 渗碳体渗碳体表示恒温转变的线：表示恒温转变的线：hjb 包晶转变包晶转变 ecf 共晶转变共晶转变 psk 共析转变共析转变3相图中的相区相图中的相区单相区（单相区（4个个1个）个） l、 、 、d d

18、 （ fe3c） 两相区（两相区（7个）个）l + l + d, d, l + fel + fe3 3c c，l + l + , , d + , + d + , + + + fefe3 3c ,c , + + fefe3 3 固溶度线：固溶度线： es碳在奥氏体中的最大溶解度随温度的变化线碳在奥氏体中的最大溶解度随温度的变化线 （温度（温度 ，最大溶解度，最大溶解度 ）；（）；（0.77%-2.11%0.77%-2.11%） pq ：碳在铁素体中的最大溶解度随温度的变化线：碳在铁素体中的最大溶解度随温度的变化线 （温度（温度 ，最大溶解度，最大溶解度 ） (0.0008%(0.0008%0.0

19、218%)0.0218%) 同素异构转变线：同素异构转变线：nh 和和 nj，gs 和和 gp（1）匀晶转变：由液相直接结晶出单一固相的转变，属于非恒温转变。4 fe-fe3c相图中的转变相图中的转变强调！强调！ 根据相图规则，根据相图规则，两个单相区两个单相区之间必然夹一个之间必然夹一个两相区两相区，两相区的两个相就由这两相区的两个相就由这两个单相区的相组成两个单相区的相组成。l : : 由液相中直接结晶出 相。（合金的成分线成分线和b bc线线相交，即含碳量wc：0.53% 4.3%l fe3c : : 由液相中直接结晶出fe3c相。（合金的成分线成分线和cd线相交，即含碳量wc：4.3%

20、6.69%l d d : : 由液相中直接结晶出d相。（合金的成分线成分线和abab线线相交，即含碳量wc：00.53%）过合金的成分点作垂直于横过合金的成分点作垂直于横坐标的直线，称为成分线坐标的直线，称为成分线（2）同素异构转变）同素异构转变 d ( d (b.c.c) ( (f.c.c)nh （开始线）（开始线） nj（结束线）（结束线） ( (f.c.c) ( (b.c.c)gs（开始线）（开始线） gp（结束线）（结束线）铁与碳形成固溶体之间铁与碳形成固溶体之间的同素异构转变的同素异构转变（3）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变。）析出转变：从一个固相中析出另一个固相的转变。

21、温度降低，温度降低，c在在fe中的溶解度也降低，合金的含碳量就超过溶中的溶解度也降低，合金的含碳量就超过溶解度，多余的碳就以解度，多余的碳就以fe3c析出。析出。 fe3cii （二次渗碳体）（二次渗碳体）析出析出 fe3ciii （三次渗碳体）（三次渗碳体）析出析出二次渗碳体多以二次渗碳体多以网状网状形式析出，形式析出，损害损害材料材料的强度、塑性韧性的强度、塑性韧性（4）恒温转变）恒温转变 1 1）包晶转变）包晶转变 hjb hjb 线线 dh0.09lb0.53j0.17+1495c 含义含义：由：由一定一定成分的成分的液相液相和和一定一定成分的成分的固相固相生成另一个生成另一个一一定成

22、分新固相定成分新固相地反应地反应-包晶转换反应。包晶转换反应。（具有具有j j点成分的铁点成分的铁- -碳合金冷却至碳合金冷却至149514950 0c c，体系中的液相和，体系中的液相和d d相在转变过程中恰好全部消耗完，得到单一的相在转变过程中恰好全部消耗完，得到单一的 j j 相。相。 ） 发生包晶反应的合金成分：发生包晶反应的合金成分： c%c%：0.09%-0.53% 0.09%-0.53% 即合金即合金的成分线与的成分线与hjbhjb线相交；线相交； 产物：产物：单相奥氏体（单相奥氏体（ j j ） 包晶点包晶点 （j j点点）：（：（0.170.17，14951495） ld d

23、 2）共晶转变）共晶转变 含义含义：由一定成分的：由一定成分的液相液相在恒温下同时转变成在恒温下同时转变成两个一定成分两个一定成分的的固相固相的转变。的转变。（ fe- fefe- fe3 3c c系：由系：由c c点成分的液相在点成分的液相在114811480 0c c下同时生成具有下同时生成具有e e点成分的点成分的 相相和和fefe3 3c c。 ） 发生共晶反应的成分范围：发生共晶反应的成分范围：wc wc ：2.11 %2.11 %6.69% (6.69% (合金成分合金成分线与线与ecfecf线相交线相交) ) 产物产物： e e和和fefe3 3c c两相混合物，称为两相混合物，

24、称为莱氏体莱氏体。用。用ldld表示。表示。 （fefe3 3c c为基体；为基体； e e 呈粒状或杆状分布在基体上）呈粒状或杆状分布在基体上） 共晶点共晶点c c (4.3,1148)(4.3,1148) e2.11lc4.3fe3c6.69+1148c efe3c莱氏体莱氏体3）共析转变）共析转变 含义：在恒温下由含义：在恒温下由一个固定成分的固相同一个固定成分的固相同时生成时生成两个固定成分两个固定成分的新的新固相固相的转变。的转变。 ( (在在fefefefe3 3c c体系中，在体系中，在7277270 0c c下由下由s s点成分的点成分的 相同是生成相同是生成p p点点成分的成

25、分的 相和相和fefe3 3c c； 产物：产物： 相和相和fefe3 3c c的两相混合物，以层片形式混合，称为的两相混合物，以层片形式混合，称为珠光珠光体，用体，用p p表示。表示。 合金范围：合金范围： wc: 0.0218 %wc: 0.0218 %6.69%(6.69%(合金成分线与合金成分线与pskpsk线相交线相交) ) s s点点: :共析点，（共析点，（0.770.77，727727） ( (具有具有s s点成分的点成分的fefec c合金冷合金冷却至却至7277270 0c c时，合金时，合金全部全部发生共析转变，生成珠光体。发生共析转变，生成珠光体。) ) p0.0218

26、s0.77fe3c6.69+727c珠光体珠光体5 典型铁碳合金结晶过程分析典型铁碳合金结晶过程分析方法和步骤方法和步骤 在相图的横坐标上找出给定的成分点，过该点作成在相图的横坐标上找出给定的成分点，过该点作成分线；分线； 在成分线与相图的各条线的交点作标记（一般用在成分线与相图的各条线的交点作标记（一般用1、2、3、4等）等） 根据每条线表示的转变，写出每两个点之间或者重根据每条线表示的转变，写出每两个点之间或者重要点上发生的转变；由液相分析至室温。要点上发生的转变；由液相分析至室温。 室温下该成分线所在的相区，合金室温下就具有那室温下该成分线所在的相区，合金室温下就具有那个相。组织组成物则

27、取决于冷却过程中发生的转变。个相。组织组成物则取决于冷却过程中发生的转变。6 几种典型铁碳合金的结晶过程分析1 wc0.77%的铁碳合金的结晶过程成分线如线（成分线如线（1）所示，成分线与相图中的各条线的交点记作）所示，成分线与相图中的各条线的交点记作1, 2, 3t t1t1tt2t3 tt2t t3 室温下的相：+fe3c 组织组成物组织组成物：p(珠光体）（100） 形貌： 和fe3c层片状混合物问问 题？题？已知：合金的总质量为已知：合金的总质量为1，含碳量为，含碳量为0.77%。室温下。室温下由由和fe3c两相组成，其中中含碳量为0.0008%, fe3c中含碳量为6.69%.求：合

28、金室温下求：合金室温下 相相的质量分数的质量分数m 和和fe3c质量分数质量分数m fe3c。（写出表达式即可）？珠光体珠光体 杠杆定律杠杆定律用来计算二元相图中两相平衡状态下平衡相的相对质量。用来计算二元相图中两相平衡状态下平衡相的相对质量。杠杆的杠杆的支点支点是两个相的平均质量分数（是两个相的平均质量分数（合金的成分点），端点合金的成分点），端点分别是两个相的成分点。分别是两个相的成分点。%1000008. 069. 60008. 077. 03-cfem%1000008. 069. 677. 069. 6-m 相的质量分数相的质量分数fe3c相的质量分数相的质量分数fe3ca(0.000

29、8)b(6.69)0.77c2wc=0.6%的铁碳合金（的铁碳合金（见相图中的成分线（见相图中的成分线（2）成分线与相图上各条线的交点记做成分线与相图上各条线的交点记做1,2,3,4t1t2t2t3t3t4tt1t1t2t2t3t3t4tt4tt1：开始结晶，：开始结晶，t=t2:晶界过程结束，体系为固相晶界过程结束，体系为固相 t3t4：开始从：开始从 相中析出相中析出fe3cii, 沿沿 相中晶界分布，成网状。相中晶界分布，成网状。tt4：发生共析转变，：发生共析转变， s 全部转变成珠光体。全部转变成珠光体。t12钢的组织钢的组织1234共晶白口铸铁室温下的组织组成物：共晶白口铸铁室温下

30、的组织组成物： 莱氏体莱氏体过共晶白口铸铁室温组织组成物：过共晶白口铸铁室温组织组成物：一次渗碳体莱氏体一次渗碳体莱氏体亚共晶白口铸铁室温组织组成物：亚共晶白口铸铁室温组织组成物：珠光体二次渗碳体莱氏体珠光体二次渗碳体莱氏体4 wc=4.3%铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析5 wc=3.0%铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析6 wc=5.0%铁碳合金的结晶过程分析铁碳合金的结晶过程分析室温莱氏体室温莱氏体亚共晶白口铸铁室亚共晶白口铸铁室温下的组织形貌温下的组织形貌过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁室温组织形貌室温组织形貌四、碳对铁碳合金平衡组织和力学性能的影响四、碳对铁碳合金平

31、衡组织和力学性能的影响1 铁碳合金按碳的质量分数和碳的质量分数和平衡组织平衡组织的分类白口铸铁白口铸铁工业纯铁工业纯铁wc0.0218%组织：铁素体和少量三次渗碳体组织：铁素体和少量三次渗碳体钢钢亚共析钢（亚共析钢（wc0.77%)组织：铁素体和珠光体组织：铁素体和珠光体组织：珠光体和二次渗碳体组织：珠光体和二次渗碳体组织：珠光体组织：珠光体亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 (wc2.11%) 组织：珠光体二次渗碳体组织：珠光体二次渗碳体 莱氏体莱氏体共晶白口铸铁共晶白口铸铁 (wc4.3%) 组织：组织：莱氏体莱氏体过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 (wc4.3%)组织：一次渗碳体组织：一次渗碳体莱

32、氏体莱氏体2 碳对合金平衡组织的影响（碳对合金平衡组织的影响（ fe3c的形态的形态)f+ +fe3ciiife3c位于晶界，细小的薄片位于晶界，细小的薄片f+pfe3c呈层片状与铁素体片混合（相间呈层片状与铁素体片混合（相间 ）p fe3ciip fe3c呈层片状与铁素体片混合（相间呈层片状与铁素体片混合（相间 ）fe3c呈层片状与铁素体片混合（相间呈层片状与铁素体片混合（相间 ）还有一部分还有一部分fe3c沿晶界分布呈连续网状沿晶界分布呈连续网状pfe3ciildfe3c呈层片状与铁素体片混合（相间呈层片状与铁素体片混合（相间 ）fe3c作为莱氏体的基体作为莱氏体的基体ldfe3c作为莱氏

33、体的基体作为莱氏体的基体ld +fe3ci fe3c为粗大长片状为粗大长片状 fe3c作为莱氏体的基体作为莱氏体的基体含碳量逐渐增加含碳量逐渐增加3 含碳量对力学性能的影响含碳量对力学性能的影响（1）含碳量增加，硬）含碳量增加，硬度增加度增加（2）含碳量增加，塑性）含碳量增加，塑性韧性降低韧性降低（3）含碳量增加，强）含碳量增加，强度先增后降（度先增后降（0.9%最最高）高）铁素体铁素体(f)：软而韧：软而韧渗碳体渗碳体(fe3c):硬而脆硬而脆四四 fefe3c相图的应用相图的应用1 1 为选材提供成分依据为选材提供成分依据。 2 2 为制定热加工工为制定热加工工艺提供依据。艺提供依据。（1

34、 1）制定热处理工艺的）制定热处理工艺的依据依据 （2 2）为制定热加工工艺）为制定热加工工艺提供依据，包括铸造、锻提供依据，包括铸造、锻造、焊接、热处理）造、焊接、热处理）第四节第四节 钢中杂质元素对钢性能的影响钢中杂质元素对钢性能的影响 钢的性能与含碳量有关；还受钢中杂质钢的性能与含碳量有关；还受钢中杂质元素的影响。元素的影响。 了解钢中的合金元素及其对性能的影响。了解钢中的合金元素及其对性能的影响。一、硅和锰一、硅和锰溶入铁素体中，产生固溶强化作溶入铁素体中，产生固溶强化作用，提高钢的强度和硬度用，提高钢的强度和硬度少量的少量的硅和锰有利有利si形成形成sio2, mn形成形成mns，形

35、成，形成夹杂物，降低钢的性能夹杂物，降低钢的性能较多的较多的硅和锰有害有害钢中规定：钢中规定：wsi 0.5%， wmn 0.8% 二、硫和磷二、硫和磷1 硫：引起硫：引起热脆；热脆；磷：引起磷：引起冷脆冷脆 硫磷降低钢的焊接性能硫磷降低钢的焊接性能2 适当增加硫、磷含量，可提高钢的切削加工性能；适当增加硫、磷含量，可提高钢的切削加工性能； 磷可增加钢在大气中的耐腐蚀性能磷可增加钢在大气中的耐腐蚀性能三、钢中气体对钢的作用三、钢中气体对钢的作用1 氢：引起氢：引起氢脆。氢脆。在钢中产生裂纹，降低钢的塑性韧性；在钢中产生裂纹，降低钢的塑性韧性；容易在焊缝处产生裂纹。容易在焊缝处产生裂纹。2 氮：

36、引起氮：引起应变时效应变时效，增加钢的，增加钢的脆性脆性；(不利）不利） 钢中有钢中有al、v、ti 、nb时，时，氮氮可细化晶粒，可细化晶粒，提高钢的强度；提高钢的强度；氮氮也可提高钢的耐热性能。也可提高钢的耐热性能。(有利）有利）第六节 压力加工对钢组织和性能的影响 知识要点知识要点（1）压力加工的分类；冷加工和热加工的定义。）压力加工的分类；冷加工和热加工的定义。（2）冷加工对金属组织和性能的影响。（加工硬化）冷加工对金属组织和性能的影响。（加工硬化）（3）冷变形组织加热过程中组织和性能的变化。）冷变形组织加热过程中组织和性能的变化。 （三个阶段）（三个阶段）（4）去应力退火和再结晶退火

37、的应用。）去应力退火和再结晶退火的应用。一一 基本概念基本概念1 压力加工压力加工： 金属材料在外力作用下发生的一种塑性变形金属材料在外力作用下发生的一种塑性变形过程。过程。（工业生产上将钢锭锻造、挤压、轧制、拉拔成各种型钢、钢板、钢管或者钢丝等规定尺寸和形状的零件和产品的过程。）2 压力加工的目的压力加工的目的（1）获得规定形状和尺寸的零件和产品（2）改变钢的组织和性能3 压力加工的分类压力加工的分类冷(压力)加工（t t再）按加工温度是否高于再结晶温度二二 冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响1 冷加工对金属材料微观组织的影响冷加工对金属材料微观组织的影响（1）随着应变量的增加

38、，晶粒被拉长或者压扁，呈细条状或者）随着应变量的增加，晶粒被拉长或者压扁，呈细条状或者纤维状；纤维状；（2）晶粒破碎，晶格扭曲，位错密度急剧增加。）晶粒破碎，晶格扭曲，位错密度急剧增加。晶粒被拉长或者压扁晶粒被拉长或者压扁成为细条状组织和纤维组织，等轴晶粒未变形原始晶粒轻微变形的滑移线拉长或压扁的晶粒细条状组织和纤维组织2 冷加工对性能的影响（1）力学性能力学性能: 随变形量增加，强度、硬度增加，塑性韧性降强度、硬度增加，塑性韧性降低低。加工硬化：把金属材料经过冷变形后，随变形度增加强度、加工硬化：把金属材料经过冷变形后，随变形度增加强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。硬度增加，

39、塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。强化材料的方法之一强化材料的方法之一（2）物理化学性能物理化学性能: 电阻增加，抗腐蚀性能降低。（3）大变形量形成的织构带来各向异性。（4）产生残余应力，使零件尺寸不稳定；残余压应力压应力可提高疲劳强度，残余拉应力拉应力降低腐蚀性能。“加工硬化加工硬化”是强化金属材料的一种手段，尤其是对那是强化金属材料的一种手段，尤其是对那些些不能用热处理方法不能用热处理方法强化的金属。强化的金属。 制耳现象制耳现象三三 冷变形钢在加热过程中组织和性能的变化冷变形钢在加热过程中组织和性能的变化随着加热温度的升高冷变形钢经历三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大回复、再结晶、晶粒长大

40、。 1 回复阶段：回复阶段：基本上保持加工硬化效果基本上保持加工硬化效果 。（1 1）显微组织形貌保持不变；（2 2）强度硬度略有降低，）强度硬度略有降低， 内应力明显下降；内应力明显下降；（3 3）原子排列畸变程度减轻，空位剧烈减少，电阻明显降低电阻明显降低。（4)此阶段称为“去应力退火去应力退火”组织随加热组织随加热温度的变化温度的变化 2 2 再结晶：温度较高，加工硬化效果消除，恢复材再结晶：温度较高，加工硬化效果消除，恢复材料的塑性变形能力。料的塑性变形能力。 （1 1）组织：碎的，拉长的晶粒）组织：碎的，拉长的晶粒转变细小的等轴晶粒。转变细小的等轴晶粒。 （2 2）内应力：完全消失）

41、内应力：完全消失 （3 3）性能：恢复塑性韧性，）性能：恢复塑性韧性，s sb、hb, hb, d d 、 （4 4）此阶段又称再结晶退火。）此阶段又称再结晶退火。3 晶粒长大：在结晶结束后，加热温度继续升高或者延长时晶粒长大：在结晶结束后，加热温度继续升高或者延长时间，晶粒长大。带来的后果是强度、塑性韧性下降。间，晶粒长大。带来的后果是强度、塑性韧性下降。组织随加热组织随加热温度的变化温度的变化4 影响再结晶晶粒大小的因素影响再结晶晶粒大小的因素 临界变形度临界变形度: 金属冷变形后再结晶时晶粒极易长得粗大，这时所对应的应变量，称为临界变形度。 金属材料的临界变形度一般为（2%10）。（1）

42、变形度）变形度大于临界变形度，变形度越大，大于临界变形度，变形度越大，退火后晶粒尺寸越小。退火后晶粒尺寸越小。强调！冷热加工都要避开临界变形度，避免组织粗大。强调！冷热加工都要避开临界变形度，避免组织粗大。（2）退火温度：不宜过高，也不能太低。）退火温度：不宜过高，也不能太低。 工业中常用的再结晶温度为：工业中常用的再结晶温度为： t = tt = t再再 + 150-250+ 150-2500 0c ( tc ( t再再 = 0.4tm )= 0.4tm ) t t再再是金属最低再结晶温度是金属最低再结晶温度作 业（第二章） 新版教材新版教材 8384页页1、3、4、6、9(只分析只分析wc

43、=0.6、0.77、1.2）、）、10、11、15第三章 钢的热处理 知识要点（1）过冷奥氏体的定义。（2）过冷奥氏体的等温转变曲线，等温转变产物及其性能；等温转变曲线的应用。（3）钢的普通热处理工艺及应用。（4）钢的表面热处理工艺及应用。 (5) 编写典型零件（如轴、齿轮）的工艺路线。第一节 钢在加热时的转变（一般了解）1 复习“钢在室温下的组织”：亚共析钢，共析钢，过共析钢的组织组成物。2以共析钢为例，了解钢在加热时（727c以上）组织的转变。（相图上组织和相的转变是可逆的。）3影响奥氏体晶粒大小的因素。fe-fe3c相图相图一 钢在加热时组织的转变（以共析钢为例）1 共析钢加热到727c

44、（a1)以上，珠光体转变成奥氏体。（四个阶段）转变步骤转变步骤奥氏体奥氏体形核形核奥氏体奥氏体核长大核长大残余渗碳残余渗碳体溶解体溶解奥氏体成奥氏体成分均匀化分均匀化(a)(b)(c)(d)二二 奥氏体晶粒大小奥氏体晶粒大小（1 1） 影响因素：加热温度和保温时间。影响因素：加热温度和保温时间。（2）钢加热时的缺陷：过热；氧化；脱碳）钢加热时的缺陷：过热；氧化；脱碳第二节第二节 过冷奥氏体转变图（重点内容）过冷奥氏体转变图（重点内容） 知识要点知识要点 过冷奥氏体等温转变产物及其性能；过冷奥氏体等温转变产物及其性能； 影响影响c曲线的因素曲线的因素 应用等温转变图判断钢冷却至室温的组织应用等温

45、转变图判断钢冷却至室温的组织1过冷奥氏体过冷奥氏体定义：把在定义：把在727 c以下尚未发生转变的不稳定奥氏体以下尚未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。称为过冷奥氏体。过冷奥氏体转变是在临界点以下某个恒温下某个恒温下发生，就称为过冷奥氏体的等温转变等温转变。转变在连续冷却连续冷却的过程中发生，称为过冷奥氏体的连续冷却转变连续冷却转变。 2过冷奥氏体等温转变图（共析钢）过冷奥氏体等温转变图（共析钢）1 等温转变图的建立等温转变图的建立试验测定试验测定2 等温转变图等温转变图又称又称ttt图图或者或者c曲线曲线转变开始线转变开始线转变终止线转变终止线三、过冷奥氏体等温转变类型及其产物三、过冷奥

46、氏体等温转变类型及其产物 1 1、珠光体转变（共析转变、珠光体转变（共析转变a p a p ） 发生温度：发生温度： 7277270 0c-560c-5600 0c c 产物：珠光体产物：珠光体7277270 0c-650c-6500 0c c：珠光体片层较粗，：珠光体片层较粗，p p（珠光体）（珠光体）6506500 0c-600c-6000 0c c：珠光体层片较细，：珠光体层片较细，s s （索氏体）（索氏体）6006000 0c-560c-5600 0c c： 珠光体层片极细，珠光体层片极细，t (t (托氏体托氏体) )层片变细，强度硬度增加，塑性韧性有所增加。层片变细，强度硬度增加

47、，塑性韧性有所增加。 珠光体的铁素体和渗碳体层片粗细与转变温度有关。温度珠光体的铁素体和渗碳体层片粗细与转变温度有关。温度越低，珠光体的层片越细。越低，珠光体的层片越细。珠光体形成珠光体形成2、贝氏体转变 560-3500c: 贝氏体呈羽毛状，称为上贝氏体，记为贝氏体呈羽毛状，称为上贝氏体，记为b上上 . 350- ms 350- ms（2302300 0c c）：贝氏体呈针叶状，称之为下贝氏体，记为）：贝氏体呈针叶状，称之为下贝氏体，记为b b下。下。（1）转变温度：）转变温度： 560ms（2300c）（2）产物：贝氏体）产物：贝氏体（3）贝氏体：由过饱和铁素体和渗碳体组成的混合物。）贝氏

48、体：由过饱和铁素体和渗碳体组成的混合物。（4）贝氏体的形状和性能：（与等温温度有关）贝氏体的形状和性能：（与等温温度有关）上贝氏体形成过程与形貌下贝氏体形成过程与形貌特征下贝氏体形成过程与形貌特征（5) 5) 性能：上贝氏体的性能：上贝氏体的硬度高，塑性、韧性差，硬度高，塑性、韧性差，不不用。用。 下贝氏体高强度、硬度、塑性韧性较好，。下贝氏体高强度、硬度、塑性韧性较好，。 工业中应用于中碳钢和中碳合金钢制造的零件中。工业中应用于中碳钢和中碳合金钢制造的零件中。3 马氏体转变马氏体转变（1）转变温度：）转变温度： ms（230c）mf（2）产物：马氏体）产物：马氏体（3）马氏体：）马氏体：碳在

49、碳在-fefe中形成的过饱和铁素体，具有体心正中形成的过饱和铁素体，具有体心正方结构。方结构。 马氏体形成示意图马氏体形成示意图（4）形貌：）形貌： 低碳马氏体：呈板条状低碳马氏体：呈板条状 高碳马氏体：呈透镜状，片状，中间有脊线。高碳马氏体：呈透镜状，片状，中间有脊线。 马氏体形貌马氏体形貌（5）性能特点：硬而脆，且随性能特点：硬而脆，且随wcwc的增加而增加。的增加而增加。 必须经过回火才能使用必须经过回火才能使用。 回火后：高碳马氏体具有高强度高硬度、高耐磨性。回火后：高碳马氏体具有高强度高硬度、高耐磨性。 低碳马氏体具有好的综合性能。低碳马氏体具有好的综合性能。（6）应用）应用高碳马氏

50、体用于高碳马氏体用于高硬度高耐磨性高硬度高耐磨性的零件，如车刀、铣刀等。的零件，如车刀、铣刀等。低碳马氏体用于综合性能好的零件，如发动机连杆螺栓、缸低碳马氏体用于综合性能好的零件，如发动机连杆螺栓、缸盖螺栓，石油钻井的吊环、吊钳等。盖螺栓，石油钻井的吊环、吊钳等。 四四 影响影响c c曲线的主要因素曲线的主要因素 1 含碳量含碳量含碳量含碳量合金元素合金元素等温转变图等温转变图2合金元素合金元素除除coco（钴）（钴）元素外，其它合金元素溶入奥氏体后使元素外，其它合金元素溶入奥氏体后使c c曲线右移。曲线右移。 c曲线的形状曲线的形状c曲线距纵坐标的距离曲线距纵坐标的距离ms 、 mf的温度的

51、温度影响影响五五 过冷奥氏体连续冷却转变过冷奥氏体连续冷却转变连续冷却转变图：又称连续冷却转变图：又称cct曲线曲线在连续冷却转变过程中，在连续冷却转变过程中，亚共析钢有贝氏体转变，亚共析钢有贝氏体转变，共析钢和过共析钢无贝氏共析钢和过共析钢无贝氏体转变体转变。cct曲线测定比曲线测定比ttt曲线曲线困难。困难。cct曲线曲线c曲线曲线cct曲线曲线六 c曲线的应用(用c曲线估计碳钢连续冷却至室温得到的组织)apc曲线曲线冷却速度线冷却速度线a pa bam第三节第三节 钢的普通热处理钢的普通热处理知识要点知识要点“四把火四把火”（退火、正火、淬火、回火）的工艺过（退火、正火、淬火、回火）的工

52、艺过程；程；“四把火四把火”对零件加工和使用的影响和作用。对零件加工和使用的影响和作用。一一 普通热处理的作用普通热处理的作用 改善材料的切削加工性能；改善材料的切削加工性能； 提高材料的力学性能，保证零件安全运行提高材料的力学性能，保证零件安全运行。2退火和正火退火和正火1退火退火 ：采用炉冷，冷却速度很低：采用炉冷，冷却速度很低 球状珠光体球状珠光体完全退火完全退火球化退火球化退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火亚共析成分的碳钢和合金钢亚共析成分的碳钢和合金钢共析或过共析碳钢和合金钢共析或过共析碳钢和合金钢分类分类2 正火（采用空冷，冷却速度较快）正火（采用空冷，冷却速度较快）目目

53、 的的低碳钢：调整硬度（适当增加硬度），利于切削；低碳钢：调整硬度（适当增加硬度），利于切削；过共析钢：消除网状二次渗碳体，利于珠光体球化。过共析钢：消除网状二次渗碳体，利于珠光体球化。中碳钢：普通零件的最终热处理；中碳钢：普通零件的最终热处理； 3退火和正火的选择（从以下三个方面考虑）退火和正火的选择（从以下三个方面考虑）提高切削加工性能提高切削加工性能性能性能成本成本三三 淬火和回火（最终热处理）淬火和回火（最终热处理）1淬火（采用水冷、油冷，冷却速度很大）淬火（采用水冷、油冷，冷却速度很大） 目的：获得马氏体目的：获得马氏体 工艺：加热保温水冷（油冷）工艺：加热保温水冷（油冷）常用的淬火

54、介质常用的淬火介质 : 水、水、 盐水、盐水、 油油 2钢的淬透性（钢的一种性能）钢的淬透性（钢的一种性能）（1）定义：钢在淬火时获得马氏体的能力。）定义：钢在淬火时获得马氏体的能力。（2）淬透性的测定：）淬透性的测定：临界直径法临界直径法，顶端淬火法顶端淬火法（3）影响淬透性的因素：合金元素，碳含量）影响淬透性的因素：合金元素，碳含量（4）选材与淬透性）选材与淬透性理想淬火介质理想淬火介质 一般规律一般规律1 1）表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织）表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织一致；如一致；如螺栓、连杆、锻模、锤杆（承受拉压载荷）螺栓、连杆、锻模、锤杆（

55、承受拉压载荷） 选用淬透性选用淬透性高高的钢；的钢； 2 2）表面心部力学性能不一致（表面强度硬度要求高一些，心表面心部力学性能不一致（表面强度硬度要求高一些，心部塑性韧性要求高），组织可以不一致。如轴类零件，冷镦模部塑性韧性要求高），组织可以不一致。如轴类零件，冷镦模具、齿轮。具、齿轮。 选用淬透性选用淬透性低低的钢的钢。3 3）焊接件：）焊接件：选用淬透性选用淬透性低低的钢的钢。 3 回火（与淬火配合回火（与淬火配合）（1） 定义：将淬火钢重新加热至定义：将淬火钢重新加热至a1（727 c)温度以下的某温度以下的某个温度，保温一定时间后冷却至室温的工艺操作。个温度，保温一定时间后冷却至室温

56、的工艺操作。（2）目的：）目的：降低马氏体的脆性，增加塑性韧性。降低马氏体的脆性，增加塑性韧性。 稳定组织。稳定组织。 降低内应力。降低内应力。 调整钢的硬度。调整钢的硬度。 （3）回火的类型）回火的类型低温回火低温回火温度：温度：1501502002000 0c c ；得到的组织：得到的组织：m回回（过饱和铁素体（过饱和铁素体 + + e e碳化物）碳化物） 性能：性能：高硬度、高耐磨性，内应力、脆性降低。高硬度、高耐磨性，内应力、脆性降低。 应用：高碳钢、高碳合金钢制造的应用：高碳钢、高碳合金钢制造的工具和模具、滚动轴承；工具和模具、滚动轴承；渗碳和表面淬火零件渗碳和表面淬火零件.(.(w

57、c 0.6%)wc 0.6%) 中温回火中温回火温度：温度：3503505005000 0c c ；得到的组织：得到的组织：t回回（针叶状铁素体（针叶状铁素体 + + 极极细小颗粒渗细小颗粒渗碳体组成）碳体组成）性能：性能：高强度、硬度，高的高强度、硬度，高的弹性极限及屈服强度弹性极限及屈服强度； 具有一定的塑性、韧性；具有一定的塑性、韧性；应用：应用：wc = 0.5wc = 0.50.7%0.7%碳钢碳钢、合金钢制造的合金钢制造的各种弹簧各种弹簧。 高温回火高温回火温度：温度：500-650500-6500 0c c，组织：组织：s s回回（由等轴状的铁素体和球状渗碳体组成）（由等轴状的铁

58、素体和球状渗碳体组成）性能：性能： 具有具有适当的强度、硬度和足够的塑性、韧性适当的强度、硬度和足够的塑性、韧性（即良（即良好综合性能）。好综合性能）。应用：用于应用：用于wcwc为为0.30.30.5%0.5%的中碳钢和合金钢制造的的中碳钢和合金钢制造的轴、连轴、连杆、螺栓杆、螺栓等。等。 生产上将淬火和高温回火称为生产上将淬火和高温回火称为“调质处理调质处理”。 一般规律：随回火温度一般规律：随回火温度，强度、硬度，强度、硬度，塑性韧性，塑性韧性。回火温度与力学性能回火温度与力学性能第四节 钢的表面热处理 知识要点 表面热处理的目的、分类 常用的表面热处理工艺 了解表面热处理的典型零件一、

59、基本概念 目的：使零件具有“表硬心韧” 的性能特点。 二、分类二、分类表面淬火表面淬火表面化学热处理表面化学热处理3表面淬火：表面淬火：表面与心部的成分一致表面与心部的成分一致，组织不一样。组织不一样。 1 1 工艺：工艺： 将工件表面将工件表面快速快速加热到加热到奥氏体区奥氏体区，在热量尚，在热量尚未达到心部时未达到心部时立即迅速冷却立即迅速冷却，使，使表面得到一定深表面得到一定深度的淬硬层度的淬硬层，而，而心部仍保持原始组织心部仍保持原始组织的一种局部的一种局部淬火方法。淬火方法。 2 分类分类 火焰加热火焰加热表面淬火表面淬火感应加热感应加热表面淬火表面淬火激光加热激光加热表面淬火表面淬

60、火 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 3 3材料及典型零件材料及典型零件中碳钢（中碳钢（wc 0.4wc 0.40.5%0.5%）, , 如如4040、4545钢机床齿轮、轴等零件。钢机床齿轮、轴等零件。常用的表面淬火方法常用的表面淬火方法淬硬层深度：淬硬层深度：2 26mm6mm优点：方法简便；无需特殊设备；适用于单件、小批量生产零优点：方法简便；无需特殊设备；适用于单件、小批量生产零件；件；缺点：需要操作熟练，否则造成质量不稳定缺点：需要操作熟练，否则造成质量不稳定 应用：应用： 轧钢机齿轮、轧辊；轧钢机齿轮、轧辊； 矿山机械齿轮、轴；矿山机械齿轮、轴； 机床导轨、齿轮；机床导轨、齿轮；