金属材料与热加工基础 第2版 课件全套 第1-8章 认识金属材料的性能- 焊接加工及应用

金属材料与热加工基础课程标准按着企业人才岗位需求及1+X职业技能等级标准按着教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》2020年进行课程思政教学

改革按着教学内容的实用性、应用性、先进性

，将传统的《机械工程材料》和《热加工基础》两门课程进行内容重构，整合而成。本课程属于专业基础课，主要为装备制造类中的（机械、数控、模具等专业）开设的，一般安排在大学入学的第一学期，学时一般为48～56学时课程介绍制订主要学习内容内容提要认识金属材料的性能1金属晶体结构及结晶分析2钢的热处理工艺及应用3常用金属材料的应用4铸造加工及应用5锻压加工及应用6焊接加工及应用7课程介绍学习资源校企合作教材、教材获“十四五”国家规划教材，教材配套MOOC（网址为：/detail/220705678）课程性质：专业基础课研究对象：金属材料、热加工技术学习评价课程介绍

课前

课中

课后案例导入新知探所新知讲解实践训练考核评价案例导入聚焦问题问题引导思索新知互动学习知识输入分组讨论知识输出多元评价促进教学布置任务自主学习专业知识拓

展课前导学拓展提高点化强化、深化内化①②③④⑤①②③④⑤二、教学策略

绪

论（一）金属材料请同学们根据下面生活用品思考什么是材料？

炒锅

奔驰SLR跑车不锈钢碳纤维复合材料

桥梁建筑吃

穿住行材料是人类用来制造各种产品的物质材料是人类生产和生活的物质基础什么是材料？材料的发展推动人类文明和社会进步历史学家根据人类所使用的材料将人类历史划分为以下几个阶段：石器时代、陶器时代、青铜时代、铁器时代、钢时代、硅时代、新材料时代一、材料的发展与地位一、材料的发展与地位1.石器时代一、材料的发展与地位石刀石斧石针1.石器时代（观看学银在线课视频）陶器时代一、材料的发展与地位2.陶器时代

3.青铜时代——重要用途铸造武器铸造武器青铜斧青铜犁青铜戈青铜头盔越王勾践剑一、材料的发展与地位163.铁器时代铁戈铁农具一、材料的发展与地位铁器使一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动一些民族脱离奴隶制的枷锁而进入封建社会4.铁器时代一、材料的发展与地位

18世纪发明了蒸汽机，爆发了工业革命5.钢时代一、材料的发展与地位

小作坊式的手工操作被工厂的机械操作所代替5.钢时代5.钢时代19工具钢W18Cr4V刀具一、材料的发展与地位有很高的硬度，即使温度达到600℃硬度也不下降，大大提高刀具耐用度，使机床切削速度成倍增长，被誉为“高速钢”。不锈钢化学容器一、材料的发展与地位5.钢时代不锈钢的发明是材料发展史上又一项重大成就，从20世纪20年代开始工业规模生产，为化学工业的发展做出重大贡献。21艾菲尔铁塔旧金山金门大桥

建筑设备5.钢时代一、材料的发展与地位1958年罗伯特•诺伊斯发明了基于硅的集成电路一、材料的发展与地位人类正式进入硅时代6.硅时代6.硅时代23单晶硅棒单晶硅片单晶芯片电子元件一、材料的发展与地位一场全新电子革命拉开序幕，时至今日，硅已经进入到现代社会的各个角落，成为信息时代的载体和基石一、材料的发展与地位6.硅时代

微电子没有半导体单晶硅材料，便不可能有今天的微电子工业该图为西永微电子产业园区开发有限公司，投入15亿实施生产线智能化改造6.硅时代一、材料的发展与地位一场全新的电子革命拉开序幕。时至今日，硅已经进入到现代社会的各个角落，成为信息时代的载体和基石。一、材料的发展与地位6.硅时代

新材料，通常是指对现代化科学技术进步和国民经济发展以及提高综合国力有重大推动作用的最新发展或正在发展的材料。一、材料的发展与地位7.新材料时代一、材料的发展与地位7.新材料时代号称"最强材料",石墨烯纳米材料纳米材料

一、材料的发展与地位

超导材料

7.新材料时代形状记忆合金材料

一、材料的发展与地位7.新材料时代

形状记忆合金高分子材料一、材料的发展与地位7.新材料时代复合材料一、材料的发展与地位7.新材料时代这些材料和传统材料相比具有优异的性能和特定的功能，是发展信息、航天、生物、能源等高技术的重要物质基础。一、材料的发展与地位7.新材料时代一种新材料的出现，往往可以导致一系列技术的突破，而各种新技术及新兴产业的发展，无不依赖于新材料的研发。一、材料的发展与地位4.7.新材料时代35一、材料的发展与地位没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索太空的飞船材料、能源、信息成为社会文明和国民经济的三大支柱产业，其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。一、材料的发展与地位二、材料的主要分类（一）按着化学成分来分：

1.金属材料：钢铁材料：（黑色金属）非铁材料：（有色金属）2.非金属材料：无机非金属材料：通常耐高温，脆性大（陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等）

有机高分子材料：以石油、煤等为原料（塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等）3.复合材料：由两种以上材料复合而成金属基复合材料非金属基复合材料二、材料的主要分类（二）按使用性能来分1.结构材料：结构材料：以强度、硬度、韧性等力学性能为主（齿轮、轴、梁、框架等）2.功能材料：以光、电、磁、热、声、催化等特殊性能为主（半导体、磁性材料、超导、隐身材料等）（三）按着应用领域来分：机械工程材料、建筑材料、信息材料、能源材料、生物材料、航空航天材料等机械工程材料是装备制造业的基础，广泛用于机械制造、交通运输、能源动力、电工电子、工程机械、仪器仪表、航空航天、国防建设等领域的材料，而机械工程材料应用最多的是金属材料，本门课以金属材料学习为主，教材中的第五章，非金属材料和复合材料的应用作为学生自学内容。本课程是高职高专装备制造类专业学生学习的必修课

绪

论（二）热加工基础一、热加工技术的发展与地位二、本门课程的性质、学习目标及学习方法

主要内容42

外形尺寸：高133cm，宽78cm，长110cm。重量：857kg，是迄今为止世界上最古老的大型青铜器。司母戊鼎（观看教材配套视频）一、热加工技术的发展与地位我国有着悠久的热加工成形工艺发展的历史，早在春秋时期我国已用铸铁作农具，比欧洲国家早1800多年。一、热加工技术的发展与地位

战国墓出土铜器铜器本体、耳都是用锡钎焊和银钎焊连接，比欧洲国家应用钎焊技术早2000多年。本体耳一、热加工技术的发展与地位采用了铸造、铆接、焊接、销钉连接等方法将零件组合成铜马车

秦始皇乘坐的彩绘铜马车

我国长征系列运载火箭载人飞船一、热加工技术的发展与地位目前我国在铸造、锻压、焊接朝着高速、自动、精密方向快速发展我国是世界上少数的几个拥有运载火箭、人造卫星和载人飞船发射实力的国家，这些航天飞行器的建造离不开先进的材料和热加工技术，火箭和飞船的壳体都是采用了高强轻质的材料，通过先进的特种焊接和胶接技术制造的。如图：某轿车外部组成及材料的选择和成形方法请同学们查阅资料，找到哪些成形属于锻压工艺？一、热加工技术的发展与地位如图：某轿车内部组成及材料的选择和成形方法一、热加工技术的发展与地位请同学们查阅资料，找到哪些成形属于铸造工艺？热加工技术在零件的加工中起到重要作用，本课程学习目标：课程目标1（知识探究）使学生懂得金属材料及铸、锻、焊生产的基础理论，熟知改善金属材料性能的基本途径以及毛坯生产常用方法课程目标2（能力建设）培养学生学会材料力学性能的检测、具有合理使用金属材料、具有毛坯加工方法的选择及热处理工艺规程制订的能力课程目标3（人格养成）养成吃苦耐劳、严谨认真的工作态度课程目标4（价值引领）以立德树人为根本二、本门课程的性质、学习目标及学习方法

课程是一门体系较为庞杂、知识点多而分散的课程金属材料部分，以成分

一

性能

—

应用这条主线开展学习；对于热加工基础部分,以工艺原理

一

成形方法及应用这条主线展开学习。

二、本门课程的性质、学习目标及学习方法

金属材料与热加工基础主编：李蕾

机械工业出版社

第一章

认识金属材料的性能知识目标:1）掌握力学性能各项指标的概念、测试方法及应用2）了解金属材料的物理性能、化学性能对选材的意义3）了解金属材料的工艺性能能力目标:具有测试金属材料力学性能指标的能力育人目标:培养学生具有工程质量意识案例导入1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难，如图所示。

火车脱轨

从上述案例看到，造成这场事故的原因是车轮的“内部疲劳断裂”，致使车轮失效。研究金属材料的性能，发挥其性能潜力，是合理选择金属材料的基础。

不同的金属材料具有不同的性能。金属材料的性能，主要包括使用性能和工艺性能两方面。案例引入使用性能化学性能工艺性能力学性能（重点）物理性能铸造性能金属材料性能锻压性能焊接性能热处理性能切削加工性能金属材料的性能实例导读你听说过趁热打铁吗？“趁热打铁”一词比喻抓紧时机，加速进行。这个词的原义，是指锻造，如图所示，即趁着金属材料烧红的时候锻打，使其产生永久变形以获得具有一定性能、形状和尺寸锻件的加工方法。应用原理即来源于金属材料的使用性能——塑性。那什么是材料的使用性能？使用性能又包括哪些性能？

锻造金属材料的使用性能是金属材料在使用过程中所表现出来的性能；主要包括:力学性能、物理性能、化学性能返回第一节金属材料的使用性能一、力学性能主要指标及测试金属材料在有外力（载荷）作用时所表现出来的性能，通常表现为形状和尺寸上的变形以及断裂。

金属材料的力学性能抗拉强度屈服强度弹性极限里氏硬度维氏硬度洛氏硬度布氏硬度静载力学性能非静载力学性能硬度强度塑性冲击韧性疲劳强度主要力学性能指标断后伸长率断面收缩率实例导读如图所示，为某企业现新进一批15钢材，如果让你检查这批钢材的力学性能是否达到国家标准，你有办法吗？下面我们来学习检测金属材料力学性能的常用方法。

某企业现新进一批15钢材1.强度及测定（1）拉伸试验

拉伸试验是指用静拉伸力对标准拉伸试样进行缓慢的轴向拉伸，直至试样被拉断为止的一种试验方法。标准拉伸试样

拉伸试样a)拉伸前b)拉伸后a)b)1）拉伸试样注意：长试样L0=10d0,短试样L0=5d02）拉伸试验方法3）拉伸曲线

数字式万能拉伸试验机低碳钢的拉伸曲线与试样拉断前的变形过程1.强度及测定（2）拉伸曲线分析1）弹性变形阶段（oe）2）微量塑性变形阶段（es）3）屈服阶段(s点附近的平台)4）强化阶段（sm）5）缩颈阶段（mz）低碳钢的拉伸曲线与试样拉断前的变形过程1.强度及测定（3）强度指标及意义1）屈服强度

屈服强度——试样产生屈服现象时的最小应力。

ReL=FeL/S0（MPa）

式中

FeL——试样发生屈服时承受的最小载荷（N）；

S0

——试样原始横截面积（mm2）。1.强度及测定

脆性材料的屈服强度表示为：Rp0.2

Rp0.2=Fp0.2/S0MPa）式中Fp0.2——塑性变形量为试样长度的0.2%时的载荷（N）；

S0——试样原始横截面积（mm2）。1）屈服强度

1.强度及测定条件屈服强度测定提示：有些零件，如精密弹簧、发动机气缸螺栓，工作时不允许产生微量的塑性变形，设计时应根据弹性极限作为选材的依据。弹性极限用发生弹性变形时的最大载荷与原始横截面积的比值来求得；生产中，一般不允许零件产生明显的塑性变形时，屈服强度是机械零件设计和选材的主要依据。1）屈服强度

1.强度及测定

材料在断裂前所能承受的最大应力值，用Rm（旧标准用σb）表示。即Rm=Fm/S0（MPa）

式中Fm——拉断试样所需的最大力（N）；

S0——试样原始横截面积（mm2）。

2）抗拉强度

提示：抗拉强度是设计和选材的主要依据之一。一般情况下，在静载荷作用下，只要工作应力不超过材料的抗拉强度，零件就不会发生断裂。1.强度及测定

塑性：金属材料在外力作用下，断裂前产生塑性变形（永久变形）的能力。

断后伸长率

断面收缩率

塑性指标断后伸长率A是指试样拉断后试样伸长量（ΔL）与原始标距（L0）的百分比A=缩颈现象断面收缩率Z是指试样拉断处横截面积的最大缩减量（ΔS）与与原始面积（S0）的百分比。

Z=2.塑性及测试意义——塑性好的材料A.万一超载，有一定的安全储备，避免突然断裂、安全；B.能通过塑变实现成型加工。汽车车身覆盖件、油箱等大多是采用塑性好的冷轧钢板冲压而成。车身油箱2.塑性及测试3.硬度及测试如图所示，在钢板和铝板之间放一个硬质合金球，然后在台虎钳上夹紧。在夹紧力的作用下，两块板料的表面会留下浅坑压痕。您能根据压痕来判断钢板、铝板和硬质合金球哪个最硬，哪个最软吗？如果在这三种材料中选一种材料做刀具，你认为哪个更适合呢？测试三种材料的软硬实例导读

硬度是材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。概念测试可用硬度计测定，常用的硬度指标有布氏硬度（HBW)、洛氏硬度（HR）、维氏硬度(HV)及里氏硬度(HL)。硬度布氏硬度洛氏硬度里氏硬度维氏硬度3.硬度及测试（1）布氏硬度测试原理表示方法特点、应用仪器、步骤3.硬度及测试测试原理F—试验力（N）；d—压痕平均直径（mm）；D—硬质合金球直径（mm）测试压痕直径通过查压痕直径与布氏硬度对照表即可得到硬度值。(附录A)压痕直径d/㎜HBWD=10F=30D2压痕直径d/㎜HBWD=10F=30D2压痕直径d/㎜HBWD=10F=30D22.402.422.442.462.482.502.522.542.562.582.602.622.642.662.682.702.722.742.762.782.802.822.842.862.882.902.922.942.962.983.003.023.043.063.083.103.123.143.166536436326216116015925825735645555475385305225145074994924854774714644574514444384324264204154094043983933883833783733.183.203.223.243.263.283.303.323.343.363.383.403.423.44.3.463.483.503.523.543.563.583.603.623.643.663.683.703.723.743.763.783.803.823.843.863.883.903.923.943683633593543503453413373333293253213173133093063022982952922882852822782752722692662632602572552522492462442412392363.963.984.004.024.044.064.084.104.124.144.164.184.204.224.244.264.284.304.324.344.364.384.404.424.444.464.484.504.524.544.564.584.604.624.644.664.684.704.72234231229226224222219217215213211209207204202200198197195193191189187185184182180179177175174172170169167166164163161附录A压痕直径与布氏硬度对照表仪器、步骤压头工作台时间转换手柄投影屏按钮手轮步骤：设置参数

放置工件

旋转手轮

加载

卸载

测量压痕查表换算测量目镜

数字式布氏硬度计

液压便携式布氏硬度计

剪销式布氏硬度计

表示方法举例：190HBW10/1000/30表示用直径10mm的硬质合金球压头，在1000kgf（9807N）的试验力作用下，保持30s（试验力持续时间在10～15s时，可以不标出）测得的布氏硬度值为190。一般在零件图样和工艺文件上标注材料要求的布氏硬度值时，不规定试验条件，只需标出要求的硬度值范围和硬度符号，如200～220HBW。表示方法为：布氏硬度值+硬度符号+试验条件。

特点及应用应用：布氏硬度试验主要用来测定原材料，如铸铁、有色金属及经退火、正火或调质处理的钢材及半成品的硬度。特点：布氏硬度试验方法的优点是测定结果较准确，数据稳定、重复性好。缺点是由于其压痕较大，对试件表面的损伤也较大，不宜测量成品或太小、太薄的试件。

测试原理（2）洛氏硬度

检测仪器

洛氏标尺

特点应用

表示方法3.硬度及测试测试原理

洛氏标尺硬度符号

所用压头

总试验力F/N适用范围/HR应用范围HRA金刚石圆锥588.420～88碳化物、硬质合金、淬火工具钢、浅层表面硬化钢HRBφ1.588mm硬质合金球980.720～100软钢、铜合金、铝合金、可锻铸铁HRC金刚石圆锥147120～70淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢表1-2常用洛氏硬度标尺、试验条件、测值范围及应用检测仪器测试步骤：加初试验力——加主试验力——卸主试验力——读取硬度值——卸初试验力手动洛氏硬度计

数字洛氏硬度计

磁力式洛氏硬度计

便携式洛氏硬度计

表示方法洛氏硬度的表示方法为：硬度值+硬度符号。举例：25HRC表示用C标尺测出的硬度值为25。应用特点特点：操作简单迅速，效率高，直接从指示器上读出硬度值；压痕小，可直接测量成品或较薄工件的硬度。缺点是测得的硬度值不够准确表达材料的真实硬度，需在不同位置至少测量3次取平均值。

（3）维氏硬度测试原理表示方法特点、应用检测仪器3.硬度及测试测试原理检测仪器普通维氏硬度计

数字维氏硬度计

维氏硬度试验系统

表示方法维氏硬度值表示方法:与布氏硬度值相同，硬度值写在HV的前面，试验条件写在HV的后面，若试验力的保持时间为10～15s时，可以不标出。举例：600HV30/20表示在30kgf（294.2N）试验力作用下，保持20s所得的维氏硬度值为600。特点、应用优点:与布氏、洛氏硬度试验比较，维氏硬度试验不存在试验力与压头直径有一定比例关系的约束；也不存在压头变形问题，压痕轮廓清晰，采用对角线长度计量，精确可靠，硬度值误差较小。缺点:其硬度值需要先测量对角线长度，经计算或查表确定，故效率不如洛氏硬度试验高。

应用：维氏硬度试验适用范围宽，尤其适用测定金属镀层、薄片金属及化学热处理的表面层（渗碳层、渗氮层等）硬度。

测试原理

（4）里氏硬度

检测仪器

特点应用

表示方法3.硬度及测试里氏硬度试验原理是：用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头在距离试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度之比计算出的数值。

测试原理注：按载荷分类方法区分，里氏硬度试验所使用的载荷为冲击载荷，因此里氏硬度为非静载力学性能指标。

检测仪器多功能里氏硬度计笔式里氏硬度计

表示方法里氏硬度用符号HL表示。其硬度值表示方法为：硬度值+HL+冲击装置型号，常用的冲击装置有D、DC、G、C等四种。举例：如660HLD表示用D型冲击装置测定的里氏硬度值为660。

特点应用里氏硬度测值范围大，适用于所有金属的硬度检测，可直接输出所需的布氏、洛氏、维氏等硬度值，操作方便，测试时由主观因素造成的误差小，且对试件损伤极小，适合各类工件的各个方位的测试，特别是现场测试是其他硬度计无法比拟的。缺点是物理意义不够明确。4.冲击韧性及测试

（1）冲击韧性：是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，这个能力通常用冲击韧度来表示。概念冲击试验计算冲击韧性（2）冲击试验：夏比摆锤一次冲击试验机上进行。

冲击试样夏比摆锤式冲击实验机（3）冲击韧度：是衡量材料在冲击载荷下抵抗脆性断裂能力的力学性能（冲击韧性）的指标，冲击试验中单位截面积材料所吸收的冲击功为材料的冲击韧度，常用符号αk表示，单位：J/cm²αk=Ak/S0（4）韧脆转变温度：对于同一种材料，随着温度的降低，韧性材料可以转变为脆性材料。使韧性材料转变为脆性材料的温度称为韧脆转变温度,此温度决定了金属材料的使用温度。韧脆转变温度越低，材料的低温抗冲击性能越好。碳素钢：韧脆转变温度约为-20℃。在寒冷地区使用碳素钢制造车辆、桥梁、输油管道等，在冬天易发生脆断现象。低合金高强钢（16Mn）：韧脆转变温度约为-40℃，适合在较低温度下工作。（4）韧脆转变温度：实例导读号称“永不沉没”的泰坦尼克号，首航与冰山相撞造成20世纪最为惨重的一次海难，如图所示。材料科学家回答了这一未解之谜——泰坦尼克号采用了含硫、磷高的钢板，韧性很差，特别是磷在低温呈现脆性。所以，当船在冰水中撞击冰山时，脆性船板使船体产生了很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。

泰坦尼克号电影的剧照在交变载荷作用下经过长时间工作发生的破坏象。金属的疲劳大小和方向随时间作用期性变化的载荷。

交变载荷

疲劳强度材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力，疲劳强度亦称疲劳极限。5.疲劳强度及测试

疲劳试验如图所示,应力越小，材料所能承受的循环次数越多，当应力小到某一值后，材料就能承受无限次应力循环而不断裂。这个应力被称为疲劳强度St

疲劳曲线示意图二、物理性能主要指标及应用物理性能主要指标密度

热膨胀性

磁性

熔点

导热性

导电性

金属在固态下所表现出的一系列物理现象概念：密度是单位体积物质的质量，用符号ρ表示，单位g/cm³或kg/m³。

应用：生产中，常用金属的密度来计算毛坯或零件的质量；也是机械设备选择材料的依据，如飞机、航天器等，为了减轻自重，需要选择密度小而强度高的金属制造。

1.密度及应用二、物理性能主要指标及应用概念：金属的熔点是指金属由固态转变（熔化）为液态的温度，一般用Tm表示。进行相反动作（即由液态转为固态）的温度，称之为凝固点。应用：熔点是金属和合金进行冶炼、铸造、焊接时的重要参数。工业上利用易熔金属熔点低的特点，制造电器熔断器和防火安全阀等；利用难熔金属制造锅炉、加热炉燃烧室及发动机排气口等在高温下工作的构件，在火箭、导弹等方面也有广泛应用。

2.熔点及应用二、物理性能主要指标及应用概念：金属的导热性是指在金属内部或相互接触的金属之间的热量传递能力，用导热率λ表示，单位为W/（m.K）。应用：导热性是金属材料重要性能之一，在制定铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工艺时，必须考虑材料的导热性，防止金属材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力而产生变形或开裂。不同金属的导热能力不同，纯金属的导热能力一般大于合金。3.导热性及应用二、物理性能主要指标及应用概念：导电性是指金属传导电流的能力，通常用电导率γ表示，单位为S/m。

应用：金属的电导率是电阻率的倒数。电导率越大，金属的导电能力越强。工业上常用电导率高的材料制造电器零件，如电线、电缆、电器元件等；用电导率低的金属如镍铬合金和铁铬铝合金制造电阻器或电热元件。

4.导电性及应用二、物理性能主要指标及应用概念：热膨胀性是指固态金属在温度变化时热胀冷缩的能力。工程上常用线膨胀系数来表示，符号为α1，其物理意义是：从温度T0加热T1，每升高1K时物体单位长度的变化率。应用：熔焊时，由于热源对焊件进行局部加热，使焊件上的温度分布极不均匀，不均匀的加热温度造成焊件上出现不均匀的热膨胀，从而导致不均匀的变形和焊接应力，被焊材料的线膨胀系数越大，引发的焊接应力和变形越大。5.热膨胀性及应用二、物理性能主要指标及应用概念：金属能够吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性。应用：

铁磁性材料可用于制造变压器、电机、测量仪器等。无磁性材料可用于制造要求避免电磁干扰的零件或构件。6.磁性及应用返回二、物理性能主要指标及应用三、金属的化学性能化学性能耐腐蚀性

抗氧化性

化学稳定性

金属在化学作用下所表现的性能

概念：金属材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。耐腐蚀性由材料的成分、化学性能、组织形态等决定。预防：对于钢铁类材料，加入可以形成保护膜的铬、镍、铝、钛；改变电极电位的铜以及改善晶间腐蚀的钛、铌等，可以提高其耐腐蚀性。1.耐腐蚀性危害：它不仅使金属材料本身受到损伤，严重时还会使金属构件遭到破坏，引起重大事故。三、金属的化学性能概念：金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力，称为抗氧化性。预防：避免金属氧化的措施，一是在工件周围施加保护气体，二是将工件周围的空气抽出，使工件处于近似真空状态。2.抗氧化性危害：氧化不仅造成材料过量的损耗，也会形成各种缺陷。

3.化学稳定性概念：化学稳定性是金属材料耐腐蚀性和抗氧化性的总称。

三、金属的化学性能金属材料的加工过程一般如下：

第二节金属材料的工艺性能工艺性能是指材料在加工成零件或构件过程中材料应具备的适应加工的性能。工艺性能铸造性能

焊接性能

切削加工性能锻压性能热处理性能第二节金属材料的工艺性能金属材料与热加工基础

第二章

金属晶体结构及结晶分析知识目标:1)

了解晶体结构的基本概念及常见的金属晶格类型2)熟知合金的基本概念及基本组织3)了解纯金属及合金的结晶过程4)熟知铁碳合金基本相及基本组织5)懂得典型的铁碳合金结晶过程和室温组织6）熟知碳的质量分数对铁碳合金性能的影响7）学会利用光学显微镜观察铁碳合金组织1）培养客观全面认识事物的科学态度2）培养精益求精、迎难而上的探索精神。能力目标:1）能根据碳的质量分数判断铁碳合金力学性能2)具有分析和应用铁碳合金相图的能力。3）具有应用光学显微镜观察铁碳合金显微组织的能力。素养目标：案例导入你是否相信价值连城的钻石和价格低廉的石墨都是由碳元素组成的？如图2-1所示，同样是由碳元素组成的，为什么金刚石是硬度最高的物质，而石墨却很软？

钻石

石墨第一节认识金属的晶体结构

钻石

石墨

石蜡

沥青你知道哪种物质是晶体？哪种物质是非晶体？一、纯金属晶体结构

晶体：原子具有规则排列的物质。如金刚石、石墨、及一切固态金属等都是晶体。

非晶体：原子无规则堆积。如松香、沥青、玻璃、石蜡等是非晶体。

两者区别：晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非晶体则没有固定的熔点，且各向同性。

1.晶体结构基本知识（1）晶格为了便于分析，把金属晶体中的原子近似看做固定不动的刚性小球，用一些假想的线条将各点中心连接起来，形成一个空间格子，简称晶格。一、纯金属晶体结构

1.晶体结构基本知识

（2）晶胞能充分反映晶体特征的最小几何单元，这个最小几何单元称为晶胞。

1.晶体结构基本知识

（3）晶格常数晶胞的大小用晶胞各棱边长度a、b、c和棱边夹角α、β、γ来表示。

2.金属中常见的晶格类型

（1）体心立方晶格

2.金属中常见的晶格类型

（2）面心立方晶格2.金属中常见的晶格类型

（3）密排六方晶格3.实际金属的晶体结构

多晶体：每一个小的单晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。

3.实际金属的晶体结构

晶体缺陷

（1）点缺陷指长、宽、高尺寸都很小的缺陷，常见的点缺陷包括空位、间隙原子和置换原子。

3.实际金属的晶体结构

（2）线缺陷是指空间二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大的缺陷。在晶体内部呈线状分布。

3.实际金属的晶体结构

（3）面缺陷：指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷，晶体中最常见的面缺陷主要有晶界和亚晶界。

二、合金的晶体结构

在工业上大量使用的不是纯金属而是合金。1.合金基本知识(1)合金所谓合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属组成的具有金属特性的物质。例如，工业上广泛应用的钢铁材料就是主要由铁和碳两种元素组成的合金。

(2)组元组成合金的独立的、最基本的单元称为组元。组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。根据合金组元的数目，合金可分为二元合金、三元合金和多元合金。如黄铜是由铜和锌组成的二元合金。

1.合金基本知识（3）相合金中凡是成分、结构和性能相同并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。如在铁碳合金中α-Fe为一个相，Fe3C为一个相。（4）组织组织是指借助金相显微镜观察到的具有某种形态特征的合金组成物。实质上它是一种或多种相按一定的方式相互结合所构成的整体的总称，它直接决定着合金的性能。1.合金基本知识（1）固溶体定义：固溶体是指合金在液态下相互溶解，固态下也相互溶解，即一种组元的晶格溶解了另一组元的原子而形成的均匀相。

2.合金的相结构分类

根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

（1）固溶体性能固溶强化：当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化提示：适当控制溶质含量，可明显提高合金的强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体使合金一般具有较好的综合力学性能。（1）固溶体定义：合金组元间发生相互作用而形成一种新的具有金属特性的物质。注：晶体结构与性能和原组元都不同。如：铁碳合金中的渗碳体就是铁和碳所组成的金属化合物。其晶体结构与性能和铁、碳都不同。性能：熔点较高，性能硬而脆。当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。

（2）金属化合物第二节金属结晶分析

实例导读金属结晶的概念

金属自液态经冷却转变为固态的过程是原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。结晶：液体-->晶体凝固：液体-->固体（晶体或非晶体）晶体液体结晶一、纯金属的结晶

纯金属结晶时的冷却曲线a）以非常缓慢速度冷却b）在实际冷却条件下的冷却1.纯金属结晶的基本规律

（1）冷却曲线（2）过冷现象金属液的实际结晶温度Tn总是低于理论结晶温度T0。两者温度之差称为过冷度，以ΔT表示，即ΔT=T0－Tn。

1.纯金属结晶的基本规律过冷是结晶的必要条件冷速越快，过冷度越大结晶潜热的释放维持温度不变，即出现平台。形核晶核长大液固2.纯金属的结晶过程讨论金属结晶的基本过程是什么？

（1）晶核的形成1）自发形核——依靠液态金属本身在一定过冷度下由其内部自发长出结晶核心。２)非自发形核——晶核依附金属液体中未溶的固态杂质表面而形成晶核。晶核长大的实质就是原子由液体向固体表面的转移。（2）晶核的长大

（1）晶粒大小对金属力学性能的影响一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好。所以在实际生产中，总是希望获得细小的晶粒。

（2）细化晶粒常用的方法1）增加过冷度2）变质处理此外，还可采用机械振动、电磁振动和超声波振动等措施3.晶粒大小及控制V冷△TN晶粒细小变质处理起外来晶核的作用或机械阻碍作用增加过冷度,既是提高冷却速度4.金属的同素异构转变定义：金属在固态下，随着温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。如：铁、钛、锡、锰等

1）配制一系列成分不同的Cu-Ni合金；2）用热分析法测出各合金冷却曲线；3）找出图中各冷却曲线上的相变点；4）将各相变点分别标注在温度-成分坐标图中；5）连接各相同意义的相变点。二、合金的结晶1.合金相图的建立合金相图：合金相图是表示在十分缓慢的加热或冷却条件（平衡条件）下，合金的成分、温度和组织之间关系的图形，也称状态图或平衡图。(1)二元合金相图的测定（以铜-镍合金为例）铜镍合金相图测定流程

1.合金相图的建立提示：与纯金属不同的是，一般合金有两个临界点，说明合金的结晶过程是在一个温度范围内进行的。相图上的每个点、线、区都具有一点的物理意义。讨论：二元相图上的红线代表的含义，绿线代表的含义

（1）匀晶相图

Cu-Ni合金相图及合金的结晶过程a）Cu-Ni合金相图

b）合金结晶过程2.二元合金的结晶过程匀晶相图是两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的相图。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L

L+

纯铜熔点纯镍熔点液相线固相线液相区固相区液固两相区1）匀晶相图分析abcdTCtL

L

L匀晶转变L

冷却曲线CuNiNi%TC2040608010010001100120013001400150010831455L

L+

匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。2）匀晶合金的结晶过程镍的质量分数为40%铜镍合金结晶过程：在镍的质量分数为40%位置点做一条与成分轴垂直的线称为（成分线），与相图相交，a,b两个温度点，分别分析a点温度以上，b点温度以下及a,b温度之间合金结晶状态(3)枝晶（晶内）偏析

形成原因：冷却速度快，固溶体的化学成分来不及扩散均匀。定义：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称作枝晶偏析。影响合金的力学、耐蚀、加工等性能,生产中用“扩散退火”（均匀化退火）加以消除,（2）共晶相图定义：两组元在液态无限互溶，在固态下有限互溶，并发生共晶反应，形成共晶组织的相图。Pb-Sn合金相图2.二元合金的结晶过程第三节铁碳合金相图分析一、基本相及基本组织1.铁素体

铁素体的显微组织定义：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，用F表示。力学性能：与纯铁接近，即强度、硬度较低，但塑性、韧性良好。显微组织：与纯铁近似，呈明亮白色的等轴多边形晶粒。它在770℃以下具有铁磁性。溶碳能力：在727℃时溶碳量最大，为0.0218%，在室温下只有约0.0008%。晶体结构：体心晶格2.奥氏体定义：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用A表示。晶格结构：面心立方结构。溶碳能力：在1148℃时溶碳量为2.11%，在727℃时溶碳量为0.77%。性能：强度、硬度较低，塑性、韧性好，易于压力加工。显微组织：明亮的多边形晶粒。一、基本相及基本组织奥氏体的显微组织3.渗碳体定义：铁和碳形成的金属化合物，用其分子式Fe3C表示。碳的质量分数为6.69%，熔点为1227℃，具有复杂的晶体结构。性能：硬而脆，是铁碳合金的主要强化相。形态：可呈片状、网状、粒状、板条状。它的数量和形态对铁碳合金的力学性能有很大影响。通常，渗碳体越细小，在固溶体基体中分布越均匀，合金的力学性能越好；反之，越粗大或呈网状分布则脆性越大。一、基本相及基本组织4.珠光体珠光体是铁素体和渗碳体相间排列而成的层片状的机械混合物，用P表示。珠光体中碳的质量分数为0.77%，强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。珠光体的显微组织一、基本相及基本组织5.莱氏体奥氏体和渗碳体的机械混合物，用Ld表示。珠光体和渗碳体组成，这种混合物叫低温莱氏体，用L/d表示。莱氏体以渗碳体为基体，性能有渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。一、基本相及基本组织表示在缓慢加热（冷却）条件下（即平衡状态），铁碳合金的成分、温度和组织之间关系的图形。

简化后的Fe-Fe3C相图二、铁碳合金相图的分析（1）铁碳合金相图的主要特征点特性点温度/℃Wc（%）含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点。发生共晶反应(LC⇄AE+Fe3C)D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度，碳钢与白口铸铁的分界点G9120纯铁的同素异构转变点（α-Fe⇄γ-Fe）P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点。发生共析转变（AS⇄Fp+Fe3C）1.铁碳合金相图的主要特征点与特征线（2）铁碳合金相图的主要特征线特性线名称含义ACD液相线此线以上合金全部为液相（L）。金属液冷却到AC线以下和CD线以下从液相中分别结晶出奥氏体和一次渗碳体Fe3CⅠAECF固相线金属液冷却到此线全部结晶为固态，此线以下为固态区。液相线与固相线之间为金属液的结晶区。这个区域内金属液相与固相并存，AEC区域内为金属液相与奥氏体，CDF区域内为金属液相与渗碳体ECF共晶线Wc＞2.11%的铁碳合金，缓冷却到此线时（1148℃），液相将发生共晶转变而生成莱氏体（Ld）PSK共析线又称A1线，Wc＞0.0218%的铁碳合金，缓冷至此线（727℃），均将发生共析转变，即奥氏体将生成铁素体和渗碳体组成的机械混合物珠光体（P）GSA3线也称奥氏体和铁素体相互转变线。冷却时从奥氏体中析出铁素体的开始线；加热时，铁素体全部转变成奥氏体的结束线ESAcm线碳在奥氏体中的溶解度曲线。碳在奥氏体中的最大溶解度是E点（Wc=2.11%）。随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出渗碳体。为和直接从液相中结晶出来的渗碳体（Fe3CⅠ）相区别，将奥氏体中析出的渗碳体成为二次渗碳体（Fe3CⅡ）。1.铁碳合金相图的主要特征点与特征线2.铁碳合金的分类铁碳合金类别含碳量WC（%）显微组织工业纯铁＜0.0218F钢亚共析钢0.0218-2.110.0218～0.77F+P共析钢0.77P过共析钢0.77～2.11P+Fe3CⅡ白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11-6.692.11～4.3L′d+P+Fe3CⅡ共晶白口铸铁4.3L′d过共晶白口铸铁4.3～6.69L′d+Fe3CⅠ（1）共析钢

共析钢的结晶过程示意图3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析共析钢结晶过程

珠光体的显微组织（2）亚共析钢

亚共析钢结晶过程示意图3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析亚共析钢结晶过程亚共析钢显微组织（含碳量越高，铁素体的量

而珠光体的量

）

a)b)

c)

不同碳含量亚共析钢的显微组织（100X）

讨论：Wc=0.6%Wc=0.45%Wc=0.2%分别对应图中哪种显微组织？

3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析（3）过共析钢

Wc=1.2%的过共析钢结晶过程示意图3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析过共析钢结晶过程过共析钢显微组织

过共析钢（Wc＝1.2%）的显微组织3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析（4）共晶白口铸铁共晶白口铸铁结晶示意图3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析（4）共晶白口铸铁共晶白口铸铁显微组织×400显微组织：黑色部分为珠光体，白色基体为渗碳体（共晶渗碳体和二次渗碳体连在一起难以分辨）3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析（5）亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁的结晶过程示意图3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析（5）亚共晶白口铸铁显微组织：黑色枝状或块状为珠光体，黑白相间的基体为低温莱氏体，珠光体周围白色网状为二次渗碳体。3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析（6）过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁结晶过程示意图3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析（6）过共晶白口铸铁室温组织：低温莱氏体L/d和Fe3CⅠ。图中白色条状为Fe3CⅠ，基体为低温莱氏体

过共晶白口铸铁显微组织3.典型铁碳合金平衡结晶过程分析

+Fe3C

+Fe3C

铁碳合金各个区域的组织组成物FeFe3CSQPNKJHGFEDCBAA+Fe3CA+FL+AA+

L+

F

ALL+Fe3CF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LeLeLe+Fe3CⅠLe’+Fe3CⅠLe’P+Fe3CⅡ+Le’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢC%温度

1.含碳量对铁碳合金平衡组织的影响随着含碳量的增加，铁碳合金的室温组织变化如下：F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+L/d→L/d→L/d+Fe3CⅠ三、碳的质量分数对铁碳合金组织和性能的影响F+Fe3CIIIFe3C位于晶界，细小的薄片F+PFe3C呈层片状与铁素体片混合（相间）P＋Fe3CIIPFe3C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）还有一部分Fe3C沿晶界分布呈连续网状P＋Fe3CII＋L’dFe3C呈层片状与铁素体片混合（相间）Fe3C作为莱氏体的基体L’dFe3C作为莱氏体的基体L’d+Fe3CIFe3C为粗大长片状Fe3C作为莱氏体的基体含碳量逐渐增加1.含碳量对铁碳合金平衡组织的影响

2.含碳量对铁碳合金力学性能的影响含碳量对碳钢力学性能的影响随着含碳量的增加，钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。切削性能:中碳钢合适可锻性能:低碳钢好焊接性能:低碳钢好铸造性能:共晶合金好热处理性能:第三章介绍铸造焊缝组织模锻切削加工的基本形式车刨钻铣磨

四、铁碳合金相图的应用

1.选材料方面的应用四、铁碳合金相图的应用2.制定热加工工艺方面的应用在铸造生产方面，根据相图可以确定铸钢和铸铁的浇注温度。在锻造生产方面，可确定始锻、终锻温度。在焊接方面，可分析碳钢的焊接组织。对热处理来说，可确定加热范围。金属材料与热加工基础第三章钢的热处理工艺及应用知识目标:1）熟知钢热处理原理2）掌握常用热处理的目的、工艺及应用能力目标:1）初步具有热处理工艺编制的能力。2）具有分析热处理常见缺陷及预防的能力。育人目标:1）培养学生具有文化自信和民族自豪感2）培养工匠精神，养成吃苦耐劳、坚韧不拔的品质1.从石器时代进入青铜时代，第一次出现了人造金属器物。它们是用石斧锤击自然金或自然铜而制成的。后来用矿石熔炼出的铜制造器物。当冷锻时，原始人类遇到形变硬化现象，难以制作薄刀和尖锐箭头。为了使金属再次变软，工匠不得不将冷锻铜放到炉膛加热，这个方法就是再结晶退火。可靠的证据表明，最早使用这种方法的年代可追溯到公元四千多年。再结晶退火是恢复锻造铜片的塑性不可缺少的步骤。以后将这方法用于青铜。在公元前一千多年（青铜时代），经这种处理的青铜片大量用于制作盘碟。案例引入.2.相传三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他的军队制造了3000把钢刀，蒲元运用了“清水淬其锋”的淬火工艺，使钢刀削铁如泥，从而打败敌军。上面2个小故事中的再结晶退火和“清水淬其锋”的淬火工艺，都是提高和改善零件性能的重要工艺——热处理工艺。第一节钢热处理工艺基础如图所示的机床、模具、轴承、车辆，你知道怎样提高它们的使用寿命，怎么提高它们的性能，发挥它们最大的潜力吗？实例导读第一节钢热处理工艺基础

改善钢的性能，主要有两条途径：一是合金化，这是第四章研究的内容；二是热处理，这是本章要研究的内容。

一、热处理实质、作用及分类（1）实质：热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温、冷却，以改变其组织结构以获得不同性能的工艺方法。1.热处理实质、作用

热处理工艺曲线在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。模具、滚动轴承100%需经过热处理。总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。一、钢热处理实质、作用及分类（2）作用热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。铸造轧制

适用于固态下发生组织转变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理来强化。

一、钢热处理实质、作用及分类2.钢热处理的分类热处理工艺分类及名称一、钢热处理实质、作用及分类二、钢在加热时的组织转变1.钢的临界转变温度

金属材料在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为临界转变温度（或相变点）实际加热和冷却时的相变点：平衡时——A1、A3

Acm加热时——Ac1Ac3Accm

冷却时——Ar1Ar3

Arcm

实际加热（冷却）时，钢的临界转变温度在铁碳合金相图上的位置2.奥氏体的形成过程(以共析钢为例)钢热处理加热的目的是为了获得奥氏体组织。

P(F+Fe3C)→A结构体心复杂

面心含碳量%

0.770.02186.690.77二、钢在加热时的组织转变

（1）奥氏体的形核

共析钢加热到A1温度时，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界处形成。

A形核二、钢在加热时的组织转变

（2）奥氏体晶核的长大奥氏体晶核形成后，奥氏体晶核的相界面将会向铁素体与渗碳体两个方向同时长大。

二、钢在加热时的组织转变

（3）残余渗碳体（Fe3C）的溶解

二、钢在加热时的组织转变

（4）奥氏体成分的均匀化

二、钢在加热时的组织转变二、钢在加热时的组织转变

3.奥氏体晶粒的大小及其影响因素在生产中常采用以下措施来控制奥氏体晶粒的大小。（1）合理选择并严格控制加热温度和保温时间随着温度升高晶粒度将随之长大。温度愈高，晶粒长大愈明显。在一定温度下，保温时间愈长，奥氏体晶粒也越粗大。二、钢在加热时的组织转变（2）加热速度

当加热温度确定后，加热速度越快，奥氏体晶粒越细小。因此，快速高温加热和短时间保温，是生产中常用的一种细化晶粒方法。

（3）加入一定量的合金元素若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的作用。锰和磷是促进奥氏体晶粒长大倾向的元素。二、钢在加热时的组织转变

8级奥氏体晶粒度标准图评价奥氏体晶粒大小的指标是晶粒度。标准晶粒度等级分为8个等级，1～4级为粗晶粒，5～8级为细晶粒度。热加保温时间温度临界温度A1连续冷却等温冷却在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。三、钢在冷却时的组织转变三、钢在冷却时的组织转变

表为45钢840℃奥氏体化后，不同冷却速度时的力学性能

冷却方式屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A（%）硬度HRC随炉冷却28053032.515～18空气冷却340670～72015～1818～24油中冷却62090018～2040～50水中冷却72011007～852～60比较哪种冷却方式45钢的硬度大？三、钢在冷却时的组织转变

1.过冷奥氏体等温转变过冷奥氏体的等温转变：指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的某温度区间等温时过冷奥氏体所发生的转变。

过冷A体：在临界温度（727℃）以下，230℃以上存在的A体。

时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1

（1）过冷奥氏体等温转变图(C曲线）的建立（以共析钢为例）

稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃高温转变区；P转变区。550～230℃中温转变区；贝氏体(B)转变区。230～－50℃低温转变区；马氏体(M)转变区。时间(s)1021031041010300800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf（2）过冷奥氏体转变图分析

（3）转变产物的组织和性能A1

～650℃层片状珠光体(珠光体P)

<25HRC①珠光体型转变—高温转变（A1～550℃）

硬度650℃～600℃细片状珠光体（索氏体S）

25HRC～35HRC

600℃～550℃

极细片状珠光体（托氏体T）35HRC～42HRC

珠光体性能：珠光体片越细→HB↑，Rm↑且A、Z↑，αk↑

珠光体金相图光镜下形貌电镜下形貌光镜形貌电镜形貌

索氏体金相图

托氏体金相图电镜形貌光镜形貌②贝氏体型(B)转变—中温转变(550℃～MS)

根据组织形态和转变温度不同，贝氏体一般可分为上贝氏体和下贝氏体两种

（3）转变产物的组织和性能550～350℃羽毛状上贝氏体（B上）

强度低，塑性、韧性差；硬度

40～50HRC350～Ms

黑色针叶状下贝氏体（B下）

强度、塑性、韧性均高于上贝氏体，硬度50～60HRC

上贝氏体金相图

下贝氏体金相图

（3）转变产物的组织和性能③马氏体型(M)转变(Ms～Mf)

当奥氏体快速过冷至马氏体点（Ms）以下时则发生马氏体转变。与前两种转变不同，马氏体转变是在一定温度范围内（Ms～Mf之间）连续冷却时完成的。

注意：

亚共析钢的C曲线

FAP+FS+FTBM+A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf

注意：

过共析钢的C曲线P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A残

Fe3CⅡAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfVk´（M临界冷却速度）

时间t温度℃A1Pf（P转变终了线）Ps（P转变开始线）A+PK（P转变中止线）MsMf水冷油冷Vc炉冷空冷2.过冷奥氏体连续冷却转变（1）过冷奥氏体连续冷却转变图

(CCT曲线)

分析（2）共析碳钢C曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfCCT曲线C曲线1)同一成分钢的CCT曲线位于C曲线右下方。要获得同样的组织，连续冷却转变比等温转变的温度要低些，孕育期要长些。2)连续冷却转变时，共析钢不发生贝氏体转变。3)连续冷却时，转变时在一个温度范围内进行的，转变产物的类型可能不只一种，有时是几种类型组织的混合。（3）C曲线在连续冷却转变中的应用

V1(炉冷)：A→P（170～220HBS）V2(空冷)：A→S（25～35HRc）V3(油冷)：A→T+M（45～55HRc）V4(水冷)：A→M+A′（55～65HRc）板条状、针状；形态取决于奥氏体的含碳量：<0.25%时，板条马氏体；0.25%～1.0%之间时，板条、针状马氏体混合组织；>1.0%时，针状马氏体。马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C

1)——马氏体的形态（4）马氏体的组织形态和性能2)马氏体的性能

——主要取决于马氏体中的碳浓度。低碳板条状M不仅具有较好的强度和硬度，而且还具有较好的塑形和韧性。高碳片状M的强度很高，但塑形和韧性很差。

第二节钢的整体热处理工艺及应用

预备热处理:退火;正火最终热处理:淬火;回火典型零件的制造过程：

铸/锻→预备热处理→粗加工→最终热处理→精加工预备热处理目的：消除前道工序的缺陷，为后续工序作组织准备最终热处理目的：满足使用性能要求

一、钢的退火与正火整体热处理是对工件整体进行穿透加热，常用的方法有退火、正火、淬火和回火等。退火和正火的主要目的有：(1）调整硬度以便进行切削加工。(2）消除残余应力，防止钢件的变形、开裂。(3）细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能。(4）为最终热处理作好组织准备退火：钢的退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织状态的热处理工艺。目的（1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；（2）细化晶粒，消除组织缺陷；（3）消除残余内应力。1.退火工艺及应用分类根据钢的成分和处理目的的不同，可分为：完全退火、球化退火、等温退火、扩散退火、去应力退火退火后组织：P+F中碳钢：珠光体+铁素体（1）完全退火目的：细化晶粒消除应力均匀成份、组织提高塑性AC3+30～50℃适用范围：合金钢加热温度：AC3+30～50℃AC3（Ac1）+30～50℃（2）等温退火等温退火工艺曲线优点:退火时间短，组织均匀，缩短生产周期高速钢的退火工艺曲线适用范围：共析钢、过共析钢加热温度：目的：使片状Fe3CⅡ

球化

Ar1-20℃炉冷AC1500℃，空冷AC1+20～30℃AC1+20～30℃HB便于切削加工使塑性达到最佳为淬火、回火做准备

（3）

球化退火AC1+20～30℃退火后组织：球状P——软

球状珠光体片状珠光体加热温度：目的：消除工件残余应力，稳定工件的尺寸；T加热＜AC1T加热=AC3＋150～250℃（4）去应力退火（5）

均匀化退火（扩散退火）加热温度：目的：消除偏析，均匀成份、组织。2.正火工艺及应用.正火：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30～50ºC，保温适当的时间后，在空气中冷却。目的及应用：1）对力学性能要求不高的结构零件，可用正火最为最终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。2）对低碳钢，可用正火作为预备热处理，可提高硬度和强度，改善切削加工性；3)对中碳钢（S+F），可用正火作为预备热处理.4）对高碳钢（S），正火可抑制渗碳体网的形成，可为球化退火作准备。碳钢的各种退火、正火加热温度范围、工艺曲线正火与退火的区别：正火的冷却速度较快，得到的组织比较细小，强