AIAG金属材料和热处理基本概念及基础知识training

1、热处理工艺控制及系统审核热处理工艺控制及系统审核金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的物理性能金属材料的物理性能金属材料表现在物理范畴内的性能,主要有密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性等AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的物理性能金属材料的物理性能. 密度密度 单位体积物质所具有的质量称为密度。其单位是kg/m3钢的密度大还是铁的密度大?AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料

2、和热处理基础概念及基础知识金属材料的物理性能金属材料的物理性能. 熔点熔点 金属材料从固体转变为液体时的温度称为熔点，不同金属熔点不同。当一种金属加入一种或多种其它元素时，其熔点一般比纯金属要低，加入元素越多，其熔点也更低些，有低熔点和高熔点金属，制定工艺时应考虑。 钢35和钢45哪一种钢的熔点高?AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的物理性能金属材料的物理性能. 热膨胀性热膨胀性： 金属材料受热时，其体积膨胀而变大的性能叫热膨胀性热膨胀性又有两大特点：一是可逆的，即热涨量与冷缩量相同；二是不可避免的，因此工程上应引起重视。 随着温度

3、升高，金属材料热膨胀性系数会改变吗？AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的物理性能金属材料的物理性能导热性：导热性： 金属材料传导热量的能力称为导热性。一般用导热率表示，单位是：E/（m.k）.各种金属材料的导热性是不同的。 纯金属的导热性为什么比合金的要好？AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的物理性能金属材料的物理性能. 导电性导电性: 金属材料传导电流的性能称为导电性，用电导率表示，与电阻率互为倒数，银的导电性（电导率100%）最好，其次是铜、铝。AIAG AIAG 金

4、属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的物理性能金属材料的物理性能. 磁性：磁性： 金属材料能够被磁铁吸引的性能称为磁性。在众多的金属材料中，只有铁、镍、钴具有明显的磁性。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的化学性能金属材料的化学性能 金属材料的化学性能金属材料的化学性能就是指金属在室温或高温下抵抗各种腐蚀性介质对其进行化学侵蚀的能力。当制造在腐蚀性介质中工作的机械设备及其零件时，应考虑材料的化学性能AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的

5、化学性能金属材料的化学性能 抗氧化性：抗氧化性：. 金属材料在高温下抵抗产生氧化的能力称为抗氧化性。提高抗氧化能力的主要途径是合金化，即加入合金元素Cr、Al、Si、Ni等，在钢表面形成致密的氧化物，以保护其表面不再继续氧化。 . 可以用增重或减重的腐蚀速度来计算（5级）AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的化学性能金属材料的化学性能 . 耐腐蚀性耐腐蚀性: 腐蚀是指金属和周围的介质如空气、水分、酸、碱、盐等接触，发生化学变化，使其表面受到侵蚀。金属材料抵抗上述各种化学腐蚀的能力称为耐腐蚀性。一般分为化学腐蚀和电化学（有电流产生）腐蚀

6、，根据其破坏特征可分为：一般腐蚀、晶间腐蚀、电腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等 AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机械性能金属材料的机械性能 机械性能指金属材料对外力作用的抵抗能力，以弹性、塑性、韧性、强度、硬度、疲劳、断裂韧性等指标衡量. 弹性：弹性： 金属材料在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性，一般用弹性模数，弹性极限等衡量AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机械性能金属材料的机械性能. 塑性：塑性： 塑性是指金属材料在外力作用下产生变形

7、而不破坏，当外力去除后仍能使其变形保留下来的性能，它是与脆性相反的性能。用伸长率和断面收缩率衡量，数值越高，越容易压力加工AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机械性能金属材料的机械性能. 强度强度 金属材料在外力作用时，对变形或断裂的抵抗能力称为强度。用抗拉、抗弯、抗压、抗剪、抗扭强度和屈服强度等衡量。 对于普通碳素结构钢、低合金钢、炉用耐热钢其抗拉强度是依次递增或递减？AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机械性能金属材料的机械性能. 硬度：硬度： 硬度是指金属材料抵抗其

8、它更硬物体压入其表面的能力。硬度是通过试验机测定的，可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机械性能金属材料的机械性能. 韧性：韧性： 金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为韧性，可分为大能量一次冲击（冲击韧性和冲击功）和小能量多次冲击抗力，工程上很多承受冲击载荷的零件多数以小能量多次冲击而导致断裂的。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机械性能金属材料的机械性能. 疲劳：疲劳： 金属材料在极限强度下，长期承受交变负荷（即大小、方向

9、反复变化的载荷）的作用，在不发生显著塑性变形的情况下抵抗断裂的能力，用疲劳极限衡量。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机械性能金属材料的机械性能. 断裂韧性：断裂韧性： 金属材料在裂纹存在的情况下抵抗脆性开裂的能力，是强度和塑性的综合指标。可根据其和无损探伤的方法预知零件在工作中有无脆性断裂的危险，以采取合金化和热处理的措施满足使用性能的要求。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能 金属材料是否易于加工的性能称为工艺性能工艺性能，包括铸造性能、锻

10、压性能、焊接性能和切削加工性能和热处理工艺性能等。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能. 铸造性能：铸造性能： 金属材料的铸造性能包括流动性、收缩性和偏析倾向等。 流动性指液态金属充满铸型的能力。 收缩性是指金属由液态凝固时和凝固后体积收缩的程度。 金属的偏析倾向指金属凝固过程中产生的化学成分和组织上的不均匀性，大型铸件更易产生偏析AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能. 锻压性能：锻压性能： 金属材料受锻压后，可改变自己

11、的形状而不产生破裂的能力。如果金属材料的可塑性好，易于锻造而不发生破裂，即可锻性好。铜、铝的合金在冷态下具有很好的可锻性，碳钢在加热状态下可锻性也好，脆性材料（铸铁）几乎不可锻。（控制好加热和冷却规范）AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能. 焊接性能：焊接性能： 金属材料是否容易用焊接的方法焊成优良的接头的性能称为焊接性能。用接头强度与母材强度相比来衡量可焊接性，两者接近可焊性好，一般低碳钢具有良好的可焊性，中碳钢中等，高碳钢、高合金钢、铸铁、铝合金的焊接性较差。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念

12、及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的机工艺性能金属材料的机工艺性能. 热处理性能：热处理性能： 金属材料能否通过加热、保温、和冷却的方法以改变内部组织的性能，衡量的指标为：淬硬性、淬透性、淬火变形及开裂趋势、表面氧化及脱碳趋势、过热及过烧敏感趋势、回火稳定性、回火脆性等AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能. 切削加工性能（可切削性）切削加工性能（可切削性） 金属材料是否容易被刀具切削的性能称为切削加工性能。它与材料的组织成分、硬度、强度、塑性、韧性、导电性、表面硬化程度及热处理等因素有关。

13、一般，有色比黑色材料可切削性好。铸铁比钢好，中碳钢比低碳钢好，不锈钢和耐热钢差。（适宜的硬度HB170-230足够的脆性）AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识晶体晶体. 构成晶体物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的，所有的固体金属和合金都是晶体. 晶体与非晶体比较有如下特点： 组成晶体的原子在空间呈有规则排列 晶体都有一定的熔点 晶体具有各向异性AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识晶格晶格. 晶体内部的原子是按一定规则排列，为了便

14、于分析研究和描述，人为地把原子看成一个点，用假象的线条将各原子中心连接起来，这样用于描述原子在晶体中排列形式的空间格架称为结晶格子，简称晶格晶胞晶胞. 为了简化起见，从晶格中取出一个完整反映晶格结构特征的最小单元，称为晶胞。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识常见的晶格类型常见的晶格类型 主要有三种：主要有三种：1）体心立方晶格 它的晶胞是一个立方体。在立方体的八个角和立方体的中心，各排列一个原子。属于这类晶格类型的金属有钨、铬、钒及铁等AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念

15、及基础知识金属学基础知识金属学基础知识常见的晶格类型常见的晶格类型 主要有三种：主要有三种：2）面心立方晶格 它的晶胞也是一个立方体。在立方体的 八个角和六个面的中心，各排列一个原子。属于这类晶 格类型的金属有铜、铝、金及铁等。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识常见的晶格类型常见的晶格类型 主要有三种：主要有三种：3）密排六方晶格 它的晶胞是一个立方柱体。在柱体的每个角上，以及上、下底面的中心都排列一个原子，在晶胞中间还排列有三个原子。属于这类晶格类型的金属有镁、铍、镉几锌等AIAG AIAG 金属材料和热处理基

16、础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识晶粒-金属结晶后由外型不规则的而内部晶体排列方向一致的每个微小晶体称为晶粒。晶粒度等级（ASTM）.晶粒与加热温度有关？.晶粒与碳含量有关？.晶粒与加热时间和保温时间有关？.晶粒和加热速度有关？. AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识单晶体单晶体-晶体中由一个晶粒组成的晶体则称此晶体为单晶体。单晶体中所有晶胞都按相同的方向排列，单晶体材料只在特定环境下使用，如制造半导体硅元件所用的材料，就是单晶体多晶体多晶体-由许多结晶方位不同的晶粒集合

17、组成的晶体称为多晶体。工业中用的金属材料一般都是多晶体。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .铁的同素异构现象铁的同素异构现象 有些金属在固体下，其晶体结构会随温度的变化而发生改变。金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格，这种现象称为金属的同素异构转变，由同素异构转变得到的不同晶格的晶体，称为同素异构体。一般用西腊字母、表示。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .铁碳合金铁碳合金. .合金-是由两种以上的金属元素或

18、金属元素与非金属元素融合而成具有金属特性的物质。. . 常见的合金晶体结构 固溶体 金属化合物 机械化合物AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .铁碳合金：铁碳合金： 钢和铸铁都是以铁和碳两种元素为主所组成的铁碳合金。含碳量小于2.11%的铁碳合金叫钢，含碳量大于2.11%的铁碳合金叫铸铁。根据含碳量的不同，铁碳合金可分为以下几种基本组织。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .铁素体铁素体-碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，

19、称为铁素体。用F表示。由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的组织与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而硬度和强度较低。(另有铁素体。是碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体）AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .奥氏体奥氏体-碳溶于-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体，称为奥氏体，用A表示。由于奥氏体的溶碳比铁素体多，因此奥氏体的强度和硬度较铁素体高，并且是单一的固溶体，所以其塑性较好，变形抗力较低。绝大多数钢在进行压力加工和热处理时，都加热到奥氏体区域。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热

20、处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .渗碳体渗碳体-渗碳体是Fe和C的金属化合物，当碳的含量超过在铁中的溶解度时，多余的碳和铁以一定的比例化合，形成Fe3C，称为渗碳体。其含碳量为6.69%。渗碳体具有复杂的晶格，它的硬度很高，而塑性和韧性很差，脆性很大。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .珠光体珠光体-铁素体和渗碳体组成的机械化合物，称为珠光体，用P表示。珠光体的含碳量为0.77%，由于它是硬的渗碳体和软的铁素体相间组成的机械化合物，所以其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，有一定的

21、塑性。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识. .莱氏体莱氏体-奥氏体和渗碳体组成的机械化合物称为莱氏体，用Ld表示。含碳量在4.3%，莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。. .具体详见下页具体详见下页Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识 AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几个特性点的意义相图中几个特性点的意义. A点点 纯铁的熔

22、点。该点的温度是1538，含碳量为零。在此点温度以上，纯铁为液态，在此点温度以下，纯铁为固态。. B点点 1493，包晶转变点，液态合金的碳溶度（0.53）AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几个特性点的意义相图中几个特性点的意义. C点点 共晶点。该点的温度为1148，含碳量为4.3%，即含碳量为4.3%的液态合金，当温度下降到C点时，将从液态合金中结晶出奥氏体和渗碳体，所以C点称为共晶点。含碳为4.3%的铁碳合金，在1148时同时结晶出奥氏体和渗碳体的转变称为共晶转变。AIAG AIAG 金属材料和热处理

23、基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几个特性点的意义相图中几个特性点的意义. D点点 渗碳体熔点。该点温度为1227，含碳量6.69%。.E点点 温度是1148，含碳量2.11%，该含碳量是碳在-Fe中的最大溶解度.G 点点 纯铁的同素异构转变点。该点温度是912，含碳量为零。当温度升高时，由-Fe转变为-Fe，温度下降时， -Fe转变为-Fe。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几个特性点的意义相图中几个特性点的意义.H点点 ： 温度1495，含碳量0.09

24、%，是碳在-Fe中的最大溶解度.J点点 ：温度1495，含碳量0.17%，包晶点.N点点 ： 温度1394，纯铁的同素异构转变点，含碳量为零， -Fe转变为-FeAIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几个特性点的意义相图中几个特性点的意义.S点点 共析点，该点温度为727，含碳量0.77%。含碳量为0.77%的奥氏体温度下降到S点时，奥氏体中析出铁素体和渗碳体的机械混合物，即奥氏体转变为珠光体。这一转变过程称为共析转变。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属

25、学基础知识金属学基础知识Fe-Fe3C相图中主要点的含义相图中主要点的含义点的符号温度含碳量(%) 说 明A1 5 3 80纯铁熔点C1 1 4 8 4. 3共晶点D1 2 2 76.69渗碳体的熔点E1 1 4 82. 11碳在-Fe中最大溶解度点G9 1 20纯铁的同素异构转变点S7 2 70. 77共析点AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几条特性线的意义相图中几条特性线的意义. A C D线线 即液相线。此线以上全部是为液体，用L表示。铁碳合金冷却到此线开始结晶，在AC线以下从液态中结晶出奥氏体。在

26、C D线以下结晶出渗碳体。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几条特性线的意义相图中几条特性线的意义. A E C F 线线 即固相线。合金冷却到此线，全部结晶为固体，此线以下为固体区。在液相线和固相线之间为合金的结晶区域，这个区域内液态与固体并存；A E C 区域内为液体+奥氏体；D C F区域为液态+渗碳体。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几条特性线的意义相图中几条特性线的意义 . G S 线线 是合金冷却时奥氏体开

27、始析出铁素体的温度线，也是加热时铁素体转变为奥氏体的终了线。G S 线通常称为A3线。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几条特性线的意义相图中几条特性线的意义. E S 线线 是C 在-Fe中的溶解度曲线，随温度的变化，含碳量在0.77-2.11%之间变化，E S线通常称为Acm线。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几条特性线的意义相图中几条特性线的意义. E C F 线线 共晶转变线。合金冷却到此线时，都要发生共晶转变

28、，从液态合金中同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识相图中几条特性线的意义相图中几条特性线的意义. P S K 线线 共析转变线。合金冷却到此线，都要发生共析转变，即从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，就是珠光体。P S K线简称为A1线。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识Fe-Fe3C 相图中几条特性线的意义相图中几条特性线的意义特性线说明A C D铁碳合金的液相线A E C F

29、铁碳合金的固相线G S 冷却时，从奥氏体中析出铁素体的开始线，A3表示E S碳在奥氏体中的溶解度曲线，Acm表示E C F共晶转变线P S K共析转变线，A1表示AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识铁碳合金的分类铁碳合金的分类 Fe-Fe3C相图中各种不同成分的铁碳合金，可根据其组织和性能的特点分为工业纯铁、钢和白口铸铁三大类AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识铁碳合金的分类铁碳合金的分类 . 工业纯铁工业纯铁 含碳量小于0.0218%

30、的铁碳合金。 . 钢钢 含碳量为0.0218%2.11%的铁碳合金。 共析钢-含碳量0.77%； 亚共析钢-含碳量0.02180.77%； 过共析钢-含碳量0.772.11%AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识典型铁碳合金的组织（钢）典型铁碳合金的组织（钢） 共析钢共析钢 . 含碳量为0.77%，室温时的组织为珠光体，呈片状。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识典型铁碳合金的组织（钢）典型铁碳合金的组织（钢） 亚共析钢亚共析钢 . 含碳

31、量小于0.77%，室温组织为珠光体和铁素体，随含碳量的不同，珠光体和铁素体的比例也不同，含碳量愈多，则珠光体的数量也愈多。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识典型铁碳合金的组织（钢）典型铁碳合金的组织（钢） 过共析钢过共析钢 . 含碳量0.77%2.11%，由奥氏体中单独析出的渗碳体称为“二次渗碳体”，用Fe3C表示，呈网状，随含碳量的增加，二次渗碳体的数量愈多。室温组织是珠光体和二次渗碳体AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识白口铸铁白

32、口铸铁. 含碳量为2.116.69%的铁碳合金。成分在E点与F点之间，根据白口铸铁室温组织的特点，以C点为界分为三类： 共晶白口铸铁-含碳量4.30% 亚共晶白口铸铁-含碳量2.114.3% 过共晶白口铸铁-含碳量4.36.69%AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识典型铁碳合金的组织（白口铸铁）典型铁碳合金的组织（白口铸铁） 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 . 含碳量为4.3%，室温组织是珠光体+二次渗碳体+共 晶渗碳体。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知

33、识金属学基础知识典型铁碳合金的组织（白口铸铁）典型铁碳合金的组织（白口铸铁） 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 . 含碳量在2.114.3%，我们把珠光体+渗碳体称为低温莱氏体，以Ld表示。亚共晶白口铸铁在室温时的组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识典型铁碳合金的组织（白口铸铁）典型铁碳合金的组织（白口铸铁） 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 . 含碳量为4.3%6.69%，我们把从液态合金中结晶出的渗碳体，称为一次渗碳体，以Fe3C1表示。过共晶白口铸铁在室温时的组织为一次渗碳体+低温

34、莱氏体AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识金属学基础知识金属学基础知识总结：总结： 铁碳合金在1148发生共晶转变，转变组织是奥氏体+共晶渗碳体。在727时发生共析转变，奥氏体转变为珠光体。室温下，钢的组织中都有珠光体，而白口铸铁中都有莱氏体-珠光体和渗碳体的机械混合物。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理基本原理热处理基本原理 热处理热处理是指金属或合金在固态范围内，通过一定的加热、保温、和冷却方法，以改变金属或合金的内部组织，而得到所需性能的一种工艺操作，在加热和冷却时内部组织变化

35、的规律称为热处理原理热处理原理。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理基础知识热处理基础知识 . 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 在Fe-Fe3C相图中，钢的各种组织转变的温度点A1、A3、Acm也称为临界点。这些温度点都是在极为缓慢的加热和冷却条件下测得的，实际生产上加热和冷却的速度都比较快，所以组织转变温度都有偏移，速度愈快，偏离愈大，加热时温度向临界点上移，以Ac1、Ac3、Acm表示，冷却时临界点下移，以Ar1、Ar3、Arcm表示。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理基

36、础知识热处理基础知识 . 钢的实际临界点的含义如下：钢的实际临界点的含义如下： Ac1 加热时，珠光体转变为奥氏体的温度， Ar1 冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度； Ac3 加热时，铁素体转变为奥氏体的终了温度； Ar3 冷却时，奥氏体中析出铁素体的开始温度； Accm 加热时，二次渗碳体溶入奥氏体的终了温度； Arcm 冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的开始温度。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理基础知识热处理基础知识 . 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 根据冷却方法不同，奥氏体转变可以分为两种：连续冷却转变和等温冷却转变。所谓

37、连续冷却转变就是奥氏体在连续冷却过程中进行的转变。等温冷却转变就是奥氏体过冷到A1以下在某一温度下保持一定时间，在等温过程中进行转变。 AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理基础知识热处理基础知识 . 等温转变曲线等温转变曲线 等温转变曲线就是过冷奥氏体在不同过冷度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产物量（转变开始及终了）的关系曲线图。 每一种钢都有各自的C曲线，从曲线中就可以知道不同温度、时间、组织的相互的关系。 AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理基础知识热处理基础知识

38、. 等温转变组织等温转变组织 三种类型： 高温（A1550）转变 中温（550240）转变 低温（240以下）转变AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理基础知识热处理基础知识 . 等温转变组织等温转变组织 高温转变组织-珠光体型组织（过冷奥氏体在C曲线鼻尖上部温度，即A1550之间等温足够时间后） 中温转变组织-贝氏体型组织（从鼻尖到Ms点， 即 550240之间）-有上贝氏体和下贝氏体 低温转变组织马氏体（奥氏体快速过冷到Ms点约240 以下）-有低碳板条和高碳片状AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基

39、础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 .热处理就是通过控制钢的加热温度、保温时间及冷却时间来改变钢的性能，以满足加工或使用要求的工艺过程。 . .热处理要达到的目的不同，其处理方法也不同。最基本的热处理方法有：退火、正火、 淬火、回火、表面淬火、渗碳、 渗氮、碳氮共渗、固溶处理、 时效处理等AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 退火退火 就是将钢加热到一个合适的温度，保温一段时间然后缓慢冷却，以得到接近于平衡状态组织的工艺过程 . .退火又分为临界温度以上：完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退

40、火（扩散退火）及临界温度以下：再结晶退火、中间退火（软化退火）、去应力退火等AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍. 退火的目的退火的目的 1）降低硬度，便于切削加工 2）消除锻、铸、焊接件的组织缺陷。 3）细化晶粒，改善组织，作为预备热处理为最终热处理做准备。 4）消除应力，防止变形和开裂。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 完全退火完全退火 . 把钢加热到Ac3以上，保温一段时间，使钢完全变成奥氏体状态，然后缓慢冷却到600左右出炉

41、空冷的方法，称为完全退火。完全退火主要用于亚共析钢的中小型铸件和锻件，大型的铸件和锻件易变形、开裂 . .不能用于过共析钢，否则会产生网状碳化物，降低其韧性AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 完全退火的目的完全退火的目的 . .细化晶粒，消除魏氏组织和带状组织 . .降低硬度、提高塑性、消除内应力，便于加工 . .对于铸件可消除粗晶，提高冲击韧性、塑性和强度。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 完全退火的工艺参数完全退火的工艺参数

42、. .加热温度：一般是Ac3+（30-50） . .加热速度：碳钢件和合金元素含量低、形状简单的工件，可不控制加热速度。但对形状复杂，或是中、高合金钢，则应控制加热速度，这是因为形状复杂的工件加热时易变形，推荐： 5-10T，150-200/h 15-30T，100-200/h 大于50T，50-75/hAIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 完全退火的工艺参数完全退火的工艺参数 . .保温时间 最简单的计算方法是按有效厚度计算。在箱式炉中退火时，其保温时间从炉温到达规定温度算起。一般按2-2.5min/mm计算。工

43、件愈大，装量愈多，保温时间愈长。也可以用保温时间=（3-4）+ （0.4-0.5）Q 计算，Q为装炉量（t）AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 完全退火的工艺参数完全退火的工艺参数 . .冷却速度 一般按实际要求而定，冷得太快，则硬度高，不便于加工，太慢则珠光体片粗大。一般冷却速度是：碳钢100-200/h，低合金钢50-100 /h，中高合金钢30-50 /h。完全退火不适用于过共析钢，因为加热到Acm以上时，过共析钢在随后缓冷过程中易得到网状渗碳体组织，增加钢的脆性及硬度，对机械加工及淬火带来不利影响。AIA

44、G AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 不完全退火不完全退火 . .将钢加热到Ac1-Ac3之间，经保温后缓冷的方法，称为不完全退火。 . .它适用于过共析钢（无网状碳化物），很少用于亚共析钢，当存在网状碳化物，应采用正火消除后，方可采用不完全退火AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 不完全退火的目的不完全退火的目的 . .将低硬度、提高塑性。消除内应力，改善切削加工性 . .这种退火，钢的组织尚未全部奥氏体化，即铁素体或渗碳体未完全溶于奥氏体

45、，所以退火后只能改变珠光体的组织，得到球状珠光体，不细化组织 . .不完全退火除温度低些外，其它工艺参数与完全退火相同AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 等温退火等温退火 . .将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间后，迅速冷却到Ar以下某一温度，并在此温度下停留一定时间后，出炉冷却。 . .等温温度按需要获得的组织和硬度选择。温度高可得到珠光体，但硬度低。温度低可得到索氏体和屈氏体，但硬度高。 . .等温退火适用于合金钢AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识

46、热处理工艺介绍热处理工艺介绍 等温退火的目的等温退火的目的 . .由于奥氏体等温分解在恒温，得到均匀的珠光体，获得均匀的机械性能（特别是大截面的零件） . .等温温度高，晶粒较粗，硬度低，反之，晶粒较细，硬度高。 . .可以使采用一般退火方法难以得到珠光体组织的钢得到珠光体，以便于切削加工，并缩短生产周期。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 等温退火工艺参数等温退火工艺参数 . .加热温度、等温温度、及保温时间根据C曲线、性能要求、截面尺寸等确定 . .等温时间的长短由等温温度和C曲线的转变终了交点来确定。为了保

47、证转变完了，一般等温时间比选定的时间要延长一些。碳钢：1-2h，低、中合金钢3-5h AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 等温退火工艺参数等温退火工艺参数 等温后的冷却 . .从加热温度冷至等温温度时这一段的冷却速度，不受严格限制。如果从经济角度考虑，冷却速度应快些，这样可以缩短工艺周期。 . .等温退火时奥氏体转变成珠光体时是在等温时进行的，所以等温完了，则转变结束，随后的冷却速度，不会改变组织形态，对硬度也就无明显影响。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热

48、处理工艺介绍热处理工艺介绍 球化退火球化退火 . .球化退火是为了获得球状（实际是颗粒状）珠光体而进行的退火。 . .一般来说，含碳量高易球化。含碳0.45%以上的碳钢，都可以球化，但随着含碳量降低，球化愈来愈困难。 . .球化退火是不完全退火的特例和发展AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 球化退火的目的球化退火的目的 . . 降低硬度、提高塑性和韧性，改善切削加工性 . .球化退火组织对以后的淬火有利，与片状碳化物相比，球状碳化物加热时溶解速度比较慢，因而可以阻碍晶粒长大，获得细晶粒。 . .可作为淬火前的预备

49、热处理AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 均匀化（扩散）退火的目的均匀化（扩散）退火的目的 . .适用于铸锭和大型铸件，对于高合金钢铸件是为后续的热处理和机加工作准备 . .消除铸锭和铸件的枝状偏析，使成分和组织均匀，提高性能，易于切削 . .晶粒度过大，需再进行一次完全退火或正火加以细化 . . 加热温度高、生产周期长、能耗大AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 均匀化（扩散）退火的工艺参数均匀化（扩散）退火的工艺参数 . .加热温

50、度：Ac3或Acm以上150-300 . .加热速度：一般100-200/h . .保温时间：一般1.5-2.5min/mm或8.5+Q/4（装炉量大时） . . 冷却速度：一般50/h，降温到600以下出炉空冷AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 再结晶退火的目的再结晶退火的目的 . .用于恢复冷变形的组织与性能（如冷轧、冷拉和冷冲件） . .消除冷作硬化和内应力 . .当钢件冷变形不均匀或处于临界变形量（5%-15%）时，施以再结晶，易造成晶粒粗大 . .在再结晶温度以上加热，其受成分/变形量/保温时间影响AI

51、AG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 再结晶退火的工艺参数再结晶退火的工艺参数 . .加热温度：Ac1以下，一般650-700 . .加热速度：一般100-200/h . .保温时间：8.5+Q/4（为装炉量t时） . .冷却速度：可不受限制AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 中间（软化）退火的目的中间（软化）退火的目的 . .用于冷变形加工工序之间 . .消除应力、降低硬度、恢复塑性 . .工艺参数与低温退火相似 AIAG AIAG 金

52、属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 去应力退火的目的去应力退火的目的 . .适用于铸锻件和焊接件，如发动机缸体、变速箱壳体；对于高合金钢，主要改善切削加工性能 . .消除内应力、降低硬度、稳定尺寸，减少加工和使用中的变形 . .低碳钢、中碳钢选择500-650，合金钢为600-700 . .对于高精度零件，为消除加工后的应力，稳定尺寸可采用更低的温度（200-400）长时间保温.AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 正火正火 . .正火的冷却速度比退火要快

53、，生产周期短，设备利用率高，正火后可得到细片状珠光体 . .适用于低、中碳钢和低合金钢，对高碳钢和高合金钢不常采用（仅当有网状碳化物时采用），因为会发生马氏体转变 . .用于淬火返工件，消除内应力和细化组织，以防重淬时的变形和开裂AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 正火目的正火目的 . .提高低、中碳钢的硬度，改善切削加工性 . .细化晶粒改善组织，消除魏氏组织、带状组织、大块状铁素体和网状碳化物，为最后热处理作准备. . .消除内应力，提高低碳钢性能，作为最后热处理 AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念

54、及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍 正火工艺参数正火工艺参数 . .加热温度：加热温度：一般正火温度为Ac3或Acm+30-50，但实际生产中一般都采用更高的温度，这样可以使奥氏体很快完成转变，缩短生产周期，合金钢内的合金元素阻碍了奥氏体转变，所以钢中合金元素愈多，正火温度可以选得稍高些。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍正火工艺参数正火工艺参数 . .加热时间：加热时间的计算可参考下面的公式 T=K.D式中：T-加热时间（s） K-不同钢类及不同炉子的加热系数（s/mm）

55、D-工件有效厚度（直径）AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍正火工艺参数正火工艺参数 . .冷却方法：一般小件在空气中冷却。对于大件则可用吹风或喷雾冷却。具体的冷却条件的选择，应根据钢号，工件尺寸和形状以及正火的性能要求来确定。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍淬火淬火 . .将钢加热到Ac1或Ac3以上的某一温度，保温后，迅速进行冷却，以获得马氏体的工艺过程，称为淬火，可根据加热温度/方式/介质和冷却方式进行分类。常见有： - 单液

56、淬火（水），形状简单的碳钢和合金钢件 - 双液淬火（先水后油）-形状复杂的碳素钢（特别高碳钢） - 分级淬火（溶盐）形状复杂、精度高的滚动轴承和齿轮 - 等温淬火（先水或油，后入等温浴槽）-形状复杂、高硬度、高 冲击韧性的弹簧、齿轮AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍淬火的目的淬火的目的 . .获得马氏体组织，提高硬度、强度和耐磨性 . .减少内应力，避免变形和开裂 . .与随后的回火结合，使零件获得良好的综合机械性能 AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工

57、艺介绍热处理工艺介绍淬火工艺参数淬火工艺参数 . .加热温度：钢的化学成分是确定加热温度的主要依据。对亚共析钢，一般是加热到Ac3以上30-50，过共析钢的加温度为Ac1以上30-50，共析钢通常采用与过共析钢相同的淬火温度。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍淬火工艺参数淬火工艺参数. 加热时间：一般由两部分时间组成：零件加热到淬火温度所需升温时间，以及为了使零件透烧和奥氏体的均匀化所需保温时间。对于尺寸小的零件，一般不分开计算，大型零件需较长时间才能透烧，升温和保温时可以分开计算。. 推荐t=a.K.D(min

58、) a-加热系数(min/mm)； K-加热时的装炉修正系数； D-工件的有效厚度(mm)AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍淬火加热介质淬火加热介质.空气空气 一般电阻炉如箱式炉、井式炉的加热介质都是空气。.燃料气燃料气 用煤气、天燃气作为热源，其主要成分是CO及CH4。.熔盐熔盐 一般把中性盐如BaC12、NaCl、KCl等按一定比例配合、熔化，将工件浸入其中，通过熔盐的温度将钢加热到淬火温度。AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍淬

59、火工艺参数淬火工艺参数 . .冷却方法冷却方法 冷却方法按特点分别为单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火和预冷淬火等AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍淬火冷却介质淬火冷却介质 . .水水 水是激冷介质，同时又是最便宜、安全、无公害的介质。但不是理想的介质（高低温区的冷却速度快） . 盐水和碱水溶液盐水和碱水溶液 . 矿物油矿物油 . 碱浴与盐浴碱浴与盐浴 .其它水溶液其它水溶液 三硝（NaN03、NaN02、KN03）及二硝（NaN03、NaN02）水溶液。 AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知

60、识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍回火回火 . 回火是将淬火后的工件，加热到A1以下某一个温度，保温后冷却至室温。回火是对淬火的调整和补充，两工序紧密联系在一起，构成最终热处理.回火包括低温回火、中温回火、高温回火AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍回火的目的回火的目的. 减小应力和脆性；调整工件的机械性能；稳定工件尺寸；改善加工能力AIAG AIAG 金属材料和热处理基础概念及基础知识金属材料和热处理基础概念及基础知识热处理工艺介绍热处理工艺介绍回火时组织和性能的变化回火时组织和性能