《工程材料及成形技术》课件 第0-5章 绪论、工程材料基础-铸铁

《工程材料及成形工艺》绪论第一部分：致学习者

第二部分：工程材料及成形工艺简介工程材料与应用成形工艺方法材料及成形工艺发展史NO1：为什么学？NO2：学什么？NO3：怎样学？NO4：学得怎样？学习本课程之前需要了解的几个问题NO1：为什么学？→本课程学习目标NO2：学什么？→本课程学习内容NO3：怎样学？→本课程学习方法NO4：学得怎样？→本课程评价办法第一部分：致学习者

NO1：学习目标专业目标专业目标是毕业5年在专业领域预期成就，包括以下几个方面：适应经济社会发展需要职业素质与创新意识专业基础与实践知识专业技能与表达能力课程学习目标确立的源头依据是对接专业培养目标，形成目标链：专业目标→毕业要求→本课程目标NO1：学习目标毕业要求（专业培养规格）毕业要求是完成学业需达成的标准，主要包含以下几个方面：知识储备技术技能积累工匠精神工具使用社会责任职业道德职业规范团队合作沟通交流终身学习NO1：学习目标本课程总体目标以机器生产过程为课程逻辑主线，了解生产全过程，建立机械制造的全局观；获得装备制造业中常用机械工程材料及成形工艺方面的基本知识与技能；养成良好的工程技术素养。本课程具体学习目标获得“三选一线”的知识与能力，具体如下：（1）正确选择零件材料；（2）正确选择改性方法；（3）正确选择毛坯成形方法；（4）学会分析零件加工的工艺路线。热加工课程主线：材料毛坯零件机器热处理退火正火淬火回火……NO2：学习内容课程内容围绕课程主线选取：选材选毛坯选改性方法分析工艺路线后续课程序号学习内容授课学时理论教学（含实验）理实一体化教学模块一：

材料选择工程材料的基础知识、金属材料的热处理、常用金属材料、常用非金属材料、复合材料及新材料40模块二：毛坯成形铸造、铸压、焊接、非金属及复合材料的成形6+21周模块三：零件成形切削成形原理与方法、切削刀具及选用、切削成形主要方法与设备、机床夹具、典型零件的加工工艺、机器装配————课程内容与授课学时网络学习平台

（1）国家精品资源共享课（学习者需“”、“”）

/coursestatic/course_2047.html（2）江苏省职业教育在线精品课程：智慧职教MOOC-工程材料及热成型工艺基础（3）超星泛亚学习通平台：工程材料及成形工艺()（4）国家级精品课程（网络课程栏目）课程特点综合性、实践性、应用性学习方法

课内：听与看：授课、视频、现场、课程网络平台说与做：课堂问答、课后作业、实验实训操作

课外：预习、复习NO3：学习方法国家精品资源共享课：/coursestatic/course_2047.html扫码加入课程江苏省职业教育在线精品课程：智慧职教MOOC-工程材料及热成型工艺基础超星泛亚学习通平台：工程材料及成形工艺()主教材：姜敏凤宋佳娜.机械工程材料及成形工艺.[M].北京：高等教育出版社，2025.1教材及教参书“十二五”职业教育国家规划教材“十三五”江苏省高等学校重点教材“十三五”职业教育国家规划教材“十四五”职业教育国家规划教材本教材第四版获首届全国教材建设奖全国优秀教材特等奖[1]邓文英.金属工艺学.[M].北京：高等教育出版社，2008[2]张继世.机械工程材料基础.[M].北京：高等教育出版社，2011

[3]郁兆昌.金属工艺学.[M].北京：高等教育出版社，2009[4]姜敏凤.金属材料及热处理知识.[M].北京：机械工业出版社，2005[5]朱张校姚可夫.工程材料[M].北京：清华大学出版社，2011

[6]徐晓峰工程材料与成型工艺基础[M].北京：机械工业出版社.2018[7]毛发松机械工程材料[M].北京：清华大学出版社，2011

[8]MarkMiodownik迷人的材料[M].北京：北京联合出版公司，2016[9]VACLAVSMIL材料简史及材料未来[M].北京：电子工业出版社，2015教参书NO4：课程评价（考核）成绩总分（百分制）成绩比例（%）平时（出勤、课堂表现、随堂测试、课程平台学习、单元作业、实验等）考试（期中、期末等）10060%40%课程评分结构表

工程材料与应用成形工艺方法材料及成形工艺发展史第二部分：工程材料及成形工艺简介一台普通机床中的材料（参观实物展览……）工程材料及应用机床：装备制造业基础性设备，并跑产业升级，从普通机床——数控机床、加工中心——生产线——数字化——智能化……汽车：汽车生产量大，国民经济支柱产业，目前全球汽车近10亿，2012年世界汽车产量76,910,077辆（摘自中国汽车工业协会网站）；汽车消耗材料多，占用24％的钢铁材料、58％的橡胶；汽车能耗大，占用度4％的石油，新能源汽车的兴起……一台汽车车体使用的部分材料、成形工艺江阴长江大桥建筑、桥梁：用量极大，主要是钢材，还有铝合金等。我国处于基本建设快速发展期，钢材消耗全球第一！钢产量全球第一！中国银行总行大厦建筑物等工程构件使用的材料北京奥体中心港珠澳大桥IT产品：我国计算机、移动通信手机等产品的产量位居世界第一。金属、塑料、半导体等材料广泛应用，精密成形技术在此领域独具特色

电子产品使用的材料成形工艺方法铸造锻压焊接毛坯成形：用于获得零件的大致形状、尺寸、性能

方法含铸造、锻压、焊接、粉末冶金、快速成形、轧制……材料成形包括：外部的形状尺寸、内部的组织性能组织性能成形（又称改性）：通常采用热处理改变材料组织性能，方法包括整体热处理、表面热处理、化学热处理等……表面热处理（感应淬火）真空热处理炉金相组织——20钢平衡组织数控铣床五轴联动加工中心传统车床切削加工：一般用地精确获得零件的尺寸精度、表面精度等，方法包含车、磨、刨、铣等……材料及成形工艺发展史材料在人类历史中具有里程碑的意义石器时代、青铜时代、铁器时代、钢铁时代、高分子材料时代、复合材料时代新产品依赖于材料和制造工艺水平的高低视频：六分钟看完材料发展历史石器时代人类生活复原图石器时代工艺品——蛮劲的野牛石器时代工具旧石器时代（100多万年前，打制石器、天然火种）新石器时代（1万多年前，磨制石器、人工取火）石器时代以下为请您欣赏内容青铜器时代司母戊鼎，又称后母戊鼎、司母戊大方鼎，是商后期（约前十四世纪至前十一世纪）铸品，于1939年出土于河南省安阳市武官村，现藏于中国国家博物馆《古代中国》基本陈列展厅内。高133厘米口长110厘米口宽79厘米重832.84千克青铜材质。成分：含铜84.77%、锡11.64%、铅27.9%成形方式：铸造——司母戊鼎材料史话越王勾践剑，春秋晚期越国青铜器，国家一级文物，1965年冬天出土于湖北省荆州市江陵县望山楚墓群中。现藏于湖北省博物馆。剑通高55.7厘米宽4.6厘米柄长8.4厘米重875克，极其锋利刻有“钺王鸠浅，自乍用鐱”八字青铜材质。主要合金成分为铜、锡、铅、铁、硫等。——越王勾践剑材料史话明代，距今580多年历史，青铜材质。世之瑰宝、国之重器。保存于北京大钟寺，大钟保存完好，没有任何锈蚀。雄浑有力的钟声，延绵不绝，仅余音就可持续3分钟之久，远在四、五公里之外都清晰可辨。高6.75米重46.5吨最大直径3.3米，遍布了23万字的佛经铭文。合金成分：铜80.54%、锡16.40%、铅1.12%

铸造方法：钟身用圈形外范分七层，逐层与范芯套合，到钟顶部，将先铸成的钟纽嵌入，浇铸后连成一体。——永乐大钟材料史话铸造方法：尊盘通体用陶范法铸而成，尊足等附件为另行铸造，然后用铅锡合金与尊体焊在一起。尊颈附饰是由繁复而有序的镂空纹样构成，属于熔模铸件。

——曾侯乙尊盘战国年代，现收藏于湖北省博物馆。

青铜材质，失蜡铸造，尊通高30.1厘米，口径25厘米，底径14.2厘米，重9公斤；青铜盘通高23.5厘米，口径58厘米，重19.2公斤。材料史话春秋战国早期的农具铁器时代——铸铁材质。农具、生活用品——黄河铁牛

黄河铁牛（又称开元铁牛，唐代铁牛）：铸铁材质，建于公元725年，共有4尊，铁牛每尊高约1.9米，长约3米，宽约1.3米，牛尾后有横轴，直径约0.4米，长约2.3米，四尊铁牛旁各有一铁人。据测算，铁牛各重约30吨左右，下有底盘和铁柱，各重约40吨，两排之间有铁山。材料史话——沧州铁狮子

沧桑州铁狮子：铸铁材质，身高3.8米，头部高1.5米，通高5.3米，通长6.1米，身躯宽3.17米，重约40吨。材料史话历经沧桑：沧州铁狮建于后周广顺三年（即公元953年）沧州地标：仿制品，建于2011年3月28日材料多样性时代大国之材——碳纤维民用飞机（航空发动机、碳纤维、航空铝、制动摩擦材料等……）

中国高铁（高速平衡性钢轨、车辆轻量化、制动材料及技术……）大国之材——新材料助力重点行业崛起高尔夫球棒：用CFRP制成的高尔夫球棒、可减轻重量约10一40％。根据动量守恒定律，可使球获得较大的初速度。另一方面．CFRP具有高的阻尼特性，可使击球时间延长,球被击得更远。——新材料进入日常生活

网球拍复合材料制成的网球拍,轻而坚，刚性大，应变小，可降低球与球拍接触时的偏离度；同时，CFRP的阻尼性好，可延长肠线与球的接触时间，使网球获得较大的加速度。

羽毛球拍

碳纤维增强复合材料刚成的羽毛球拍其特点是重量轻、刚性大、避免了木制品因其刚性不足而造成的断把现象.同时它还具有与上述网球拍一样的优点。——新材料及成形新技术支持装备制造业转型升级新能源汽车（动力电池、材料轻量化，一体化成形技术……）智能制造之焊接机器人冰刀用什么材料？碳素钢冰刀：一般为初学者使用，属入门级，碳素钢制成的冰刀经热处理后表面硬度为56~64HRC不锈钢、高速工具钢冰刀：一般为熟练或中级爱好者使用，冰刀用钢等级较高，其有较强的抗腐蚀性能，并能使滑冰者改善频繁的跳跃和旋转。此类冰刀通常表面镀有一层钛化合物，经过打磨后两侧最大硬度可达85HRC粉末合金（PM）冰刀：一般为国际竞技或发烧爱好者使用，具有绝对的最佳滑速和耐磨损性能，属高端冰刀用钢，只有国外很少的几家公司生产。如澳大利亚Bohler公司生产的K190、K390合金，。瑞典的山特维克公司。世界冰球装备的第一品牌——Bauer涂层高速钢：其特点是在刀刃的两侧涂有薄薄的氮化钛或碳化钛，刀片整体采用双金属复合钢。经研磨和磨锋后，在两侧形成高硬度(80-85HRC)、低粗糙度(Ra0.1~0.2)的刀刃，从而在不降低冰刀韧性的情况下，大大地提高了冰刀刀刃的寿命，减小了冰刀与冰之间的摩擦力，提高了滑行速度。速滑冰刀、花样冰刀、冰球冰刀北京冬奥新材料专辑

北京冬奥会塑料纪念币

北京冬奥会纪念币：这是第一枚中国完全自主知识产权的塑料钞，也是亚洲国家第一枚自主研发的塑料钞，更重要的是，它是奥林匹克运动会历史上的第一枚塑料钞。目前世界上虽已有30多个国家使用塑料钞，却只有三个国家具备塑料钞基材研制和生产的能力。采用材料：是以高分子薄膜为基膜的货币，采用多种防伪技术印制而成，具有使用寿命长、干净不易污染、环保等优点。较之于传统的纸钞，塑料钞更加难以伪造仿制，可有效防止假币产生，是世界货币发展的主要方向。生产工艺：塑料钞票生产过程中主要有4大工序，首先是塑料基膜；其次是涂布，就是要将塑料基材处理成纸一样，这样油墨才能印上去；再次是印刷；最后一道工序是防伪处理。北京冬奥中国健儿金牌榜“三新技术”助力冬奥夺冠

END

谢谢！工程材料基础本单元学习目标对工程材料的品种与分类方法等概况有初步认识。对金属材料的冶炼加工方法有初步印象，深入理解钢与铁的本质、性能与应用。根据材料常用性能指标（强度、塑性、硬度、韧性等）评断材料的性能优劣。建立起微观组织与宏观性能之间具有必然关系的材料科学基本概念，了解金属材料的晶体结构和结晶规律，以此掌握改善材料性能的基本方法。主要内容第一节工程材料的分类第二节钢铁生产简介第三节金属材料的性能第四节金属的晶体结构与结晶第一节工程材料的分类结构材料

工具材料

功能材料

机械工程材料建筑工程材料能源工程材料信息工程材料生物工程材料……按用途分类：按领域分类：一、炼铁二、炼钢三、钢材生产第二节钢铁生产简介钢铁生产：炼铁、炼钢、浇注炼铁设备

高炉炼铁原料：铁矿石：赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿焦炭：C熔剂：石灰石（CaCo3)，荧石（CaF）炼铁的实质是使铁从铁矿石中还原出来的过程。例如：赤铁矿的还原反应：C+O2→CO↑Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2↑高炉炼铁炼铁的基本流程：将铁矿石和焦炭放在高约100米的高炉中，吹入1200℃左右的热风，燃料炭燃烧释放出热量使铁矿石融化、燃烧产生的CO气体将铁矿石中氧化铁还原出铁液，矿石中的脉石与熔剂结合形成低熔点的轻质熔渣，浮于铁液上方，将铁液分离，这个过程大约需要5~6小时，此时铁液的温度大约为1500℃，这种铁液中除了铁还含有碳（C）硅（Si）锰（Mn）磷（P)硫（S）等杂质，高炉中的铁液从出铁口流出，冷却凝固获得产品——“生铁”一、炼铁1985年9月15日宝钢1号高炉点火宝钢高炉全景2005年1月26日首钢迁至唐山

首钢京唐钢铁公司5500立方米特大型高炉高炉出铁口景象钢铁企业掠影生铁：

炼钢生铁：硅含量较低wsi＜1.25%铸造生铁：硅含量较高wsi

＞1.25%以Fe和C为主要组成元素，含有Si、Mn、P、S等杂质元素的合金。生铁中碳质量分数较高（wc>2.11%），杂质元素的含量也较高的铁碳合金，生铁硬度高、性脆，很少直接使用副产品：

炉渣：含SiO2、CaO和Al2O3的铝硅酸盐，可用于生产水泥;

煤气：含26％左右的CO，用作燃料。

高炉产品：

炼钢的实质：通过氧化降低生铁中的过多的碳与杂质元素，使之达到有关标准规定的成分和性能。例：C+O2→CO2↑炼钢基本过程：氧化——造渣——脱氧

炼钢原料：生铁、废钢；熔剂（石灰石等）；氧气或铁矿石；脱氧剂（硅铁，锰铁，铝）

炼钢方法：转炉炼钢、电炉炼钢

炼钢的基本流程：通过氧化剂将原料中过多的碳、及杂质元素与氧化剂反应形成各种氧化物；通过熔剂与各处氧化物的结合形成低密度的熔渣，与钢液分离；通过脱氧剂与残留在钢液中氧结合形成化合物进入炉渣去除。炼钢炉中的钢液从出钢口流出，冷却凝固获得产品——“钢”二、炼钢（点击动画）（点击动画）以生铁液为原料。大型钢铁联合企业适用，节能省电、效率高主要用于生产普通钢、碳钢

氧气顶吹转炉炼钢：转炉炉结构转炉炼钢场景以转炉钢和废钢为原料。炉温高能熔化高熔点合金料，但耗能大主要用于生产合金钢，特殊钢，优质钢

电炉炼钢（有电弧炉和感应炉）

：电弧炉结构电弧炉炼钢场景——钢液冷却凝固后获得钢锭或钢坯

沸腾钢：不完全脱氧的钢，组织疏松镇静钢：充分脱氧的钢，组织致密半镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间

钢的浇注：钢的浇注场景——用压力加工方法使钢坯变形获得所需形状与规格的钢材钢材种类钢板：厚板、薄板、中板、钢带型钢：圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、钢轨钢管：无缝钢管、有缝钢管钢丝：有低碳钢丝与高碳钢丝；可绕成钢索或钢绳三、钢材生产各类钢材

钢材的生产方法（轧制、挤压、拉拔）热轧圆钢热轧线材点击动画，钢的轧制各类钢管（点击动画，无缝钢管轧制）钢铁生产小结钢铁：以Fe和C为主，同时含有Si、Mn、P、S等杂质元素的合金

为获得良好性能，也可加入合金元素生铁：——高炉产品，铁碳合金。分炼钢生铁和铸造生铁

成分：碳较高（wc>2.11%），杂质含量较高

性能：硬度高、性脆，很少直接用钢：——转炉与电炉产品，铁碳合金。浇注成钢锭或钢坯

成分：碳较低（wc<2.11%），杂质元素也较低

性能：一般具有较好强韧性。加工成钢材使用钢材：——钢锭或钢坯经压力加工成各种形状规格的钢材

钢材分类：板、型、管、线问：“钢”与“生铁”的成分与性能主要区别是什么？1993~2020：全球钢铁大国地位变迁第三节金属材料的性能一、力学性能二、物理性能三、化学性能使用性能工艺性能力学性能物理性能化学性能……铸造性能锻压性能焊接性能热处理性能切削加工性能……金属性能使用性能：是保证材料正常工作应具备的性能工艺性能：是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能（本节略）金属性能分类金属力学性能主要指标：（1）强度（2）塑性（3）硬度（4）韧性（5）疲劳一、金属的力学性能1.强度液压式万能电子材料试验机拉伸试验机——指在力作用下抵抗永久变形和断裂的能力强度的测量方法：(GB/T228.1-2021)《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》——常用圆棒试样如下图，根据国标要求制作拉伸后试样拉断后标距长度：Lu试样拉断后最小截面积：Su拉断后的试样拉伸前试样原始标距长度：L0试样原始截面积：S0原始试样

拉伸试样低碳钢的力——伸长量曲线（拉伸曲线）拉伸力—伸长量曲线分析（简称拉伸曲线）拉伸曲线——强度用应力（R）表示，指单位截面所受的力

R=F/S（强度的单位N/mm2，一般简写成兆帕（Mpa）（2）抗拉强度（Rm）——材料拉断前所能承受的最大拉应力

Rm=Fm/S0(Mpa)

（1）屈服强度（Re）——呈现屈服现象时，产生明显塑性变形而力不增加时的应力上屈服强度ReH=FeH/S0(Mpa)

下屈服强度ReL=FeL/S0(Mpa)注：对于无明显屈服现象的材料，用规定变形条件的延伸强度表示，如Rr0.2常用强度指标

屈服强度(Re)抗明显塑性变形的能力，常用于强度计算一般机械零件或工具不允许发生塑性变形抗拉强度(Rm)抗拉断的能力，是极限指标

屈强比概念（

Re/Rm)是工程上用来判别材料强度的利用率的指标，屈强比高，材料性能使用效率高，一般材料的屈强比以0.75为宜。强度用于机械零件设计：

塑性材料，许用应力[R]=Re/n，安全系数n取2或更大

脆性材料，许用应力[R]=Rm/n，安全系数n一般取6

强度的意义：——指材料断裂前发生不可逆永久变形的能力常用指标：断后伸长率、断面收缩率（2）断面收缩率（Z）——断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始截面积之比的百分数Z=[（

S0-Su

）/S0]×100%（1）断后伸长率（A）——指试样断后残余伸长量与原始标距之比的百分数A=[（Lu–L0）

/L0

]×100%公式中：L0

原始标距Lu断后标距2.塑性注意只有当试样尺寸相同或具有相同的比例系数时，才能比校断后伸长率

A11.3<A5.65

公式中：S0

原始截面积Su断后最小截面积

塑性的意义：脆性材料拉伸断口一般认为：

A<2~5%

属脆性材科

A≈5~10%

属韧性材料

A>10%

属塑性材料塑性材料拉伸断口塑性良好的材料，适宜进行各种塑性加工塑性良好的材料，使用安全性也较好——材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力常用硬度测量方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度布氏硬度计洛氏硬度计维氏硬度计3.硬度实验条件：压头：球形，直径为D，碳化钨硬质合金压力：F压力保持时间：s实验原理：布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比，布氏硬度值与压痕表面积大小有关（1）布氏硬度HB（GB/T231.1-2018)D、F、s根据不同材料选定

试验力

2F

HBW=常数×——————=0.102×———————

压痕表面积

D（D-√D2-d2）实验测量数据布氏硬度计算（查表）读数显微镜宏观状态的压痕读数显微镜下测量压痕直径布氏硬度HBW查表举例试验条件：D：2.5mmF:1839N(30倍）测量压痕直径d:0.95mm查表得硬度255HBW测量范围＜650HBW布氏硬度表达（HBW)布氏硬度特点压痕面积大，测量数据稳定；适合测量组织粗大或组织不均匀的材料，如铸铁；不宜测量成品或薄片金属的硬度布氏硬度应用：常用于测量以下状态的原材料及半成品退火、正火、调质处理的钢铸铁铝合金等有色金属布氏硬度特点及应用布氏硬度测量动画试验条件：HRAHRBHRC……实验原理：

在总试验力的作用下，将压头压入材料表面保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度值。hHR

=N-——S

S取0.002mm（2）洛氏硬度HR（GB/T230.1-2018)0-0原始位置1-1初载10kg压入深度h12-2总载150kg压入深度h23-3

卸除主载后残余压痕深度h00112332残余压痕深度hh2h1洛氏硬度的表达及范围：优点：测量直接方便快捷，压痕小、硬度测量范围大；缺点：准确性不如布氏硬度、不宜测量组织不均匀材料应用：可用于成品检验和较薄工件的测量；洛氏硬度测量的特点及应用HRA：20~95HRAHRBW：10~100HRBWHRC：10~70HRC注意：不同标尺的硬度值不能比较硬度大小试验条件：采用相对面夹角为136º的金刚石正四棱锥，压力可根据试样情况选择实验原理：以压痕两对角线长度的算术平均值来计算硬度，其测量原理与布氏硬度相似。HV=常数×F/S特点：

测量范围大，从软到硬都能测量

压痕小

可测量薄件

可测量各种表层硬度(渗碳、渗氮等)（3）维氏硬度HV（GB/T4340.1-2009)维氏硬度表示方法及测量范围测量范围：10~1000HV各种硬度数值关系HBWHRBWHRC各种材料硬度范围各种硬度测量方法不能从数值直接判断硬度的高低，须转换比较。几种材料的硬度冲击韧性：是材料抵抗冲击破坏的能力，是金属在断裂前吸收变形能量的能力。性能指标：冲击吸收能量Ku(v)

KU

（V）=mgH–mgh

焦耳（J）

4.韧性冲击试验：（视频）冲击试样、冲击试验原理冲击试验机mg材料的韧脆转变：材料的韧性与温度相关，低温下材料变脆了不含碳量的铁碳合金韧性与温度之关系韧脆转变温度范围：材料的韧脆转变温度越低，其低温冲击韧性越好泰坦尼克号钢板脆性大，遇冰山撞击后般体断裂沉没材料韧性不足的危害——在循环应力的作用，即使应力远低于材料的屈服点，但经受一定循环次数后也会发生断裂的现象称疲劳断裂疲劳源扩展区瞬断区疲劳断口5.疲劳疲劳源的扩展引起断裂疲劳断裂原因分析：循环应力：疲劳断裂的危害：瞬间断裂，具有不可预测性2021年6月，美国联合航空公司波音777客机架客机的发动机扇叶脱落，“断裂表面符合(金属)疲劳特征损坏的发动机提高疲劳强度途径：改善零件的结构形状减小应力集中降低表面粗糙度值，减少夹杂物采取表面强化造成预压应力疲劳强度（耐久应力）:

——对应于规定循环周次（金属材料一般取107）施加到试样上而没有发生失效的应力——实验测量疲劳曲线，如右图疲劳试验表面喷丸处理力学性能力学性能性能判据含义名称符号强度抗拉强度Rm

试样拉断前所能承受的最大应力上屈服强度下屈服强度ReHReL

拉伸试验产生屈服现象时的应力，试样产生明显塑性变形规定残余延伸强度Rr0.2

规定残余伸长率为0.2%时的应力塑性断面收缩率Z

试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比断后伸长率A

断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率硬度布氏硬度HBW

球形压痕单位面积上承受的平均压力洛氏硬度HRA、HRBW、HRC等

用洛氏硬度标尺的满程与压痕深度之差计算的硬度值维氏硬度HV

正四棱锥压痕单位面积上承受的平均压力韧性冲击吸收能量

KU（KV）

试样在冲击试验力作用下折断时所吸收的能量主要力学性能指标——密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等1.常用材料的密度（20℃）1.1~1.62.00.9~2.219.3

7.32.7

4.57.88.9

11.3密度/[g/cm3]碳纤维复合材料玻璃钢塑料钨锡铝钛铁铜铅材料447~5751450~15001279~114823227132766010831538167726303380

熔点/℃铝合金碳钢铸铁锡铋铅铝铜铁钛钼钨材料2.常用材料的熔点二、物理性能3.常用金属的热导率67（100℃）~6375

222393419热导率/[W/(m．Ｋ)]碳钢灰铸铁铁铝铜银材料4.常用金属的线膨胀系数/[×10-61/℃]8.7~11.617.6~18.217.8~20.910.6~138.211.7617.023.029.323.6线膨胀系数/[×10-61/℃]

铸铁

青铜

黄铜

碳钢

钛

铁

铜

锡

铅

铝

材料

热导率、膨胀系数——材料抵抗各种化学介质作用的能力。在生产、加工和使用时，均会与环境介质发生化学反应，从而使其性能恶化或功能丧失。耐腐蚀性——金属材料在常温下抵抗氧、水及其他化学物质腐蚀破坏的能力称为耐腐蚀性。材料的耐蚀性常用每年腐蚀深度（渗蚀度）Ka（mm/年）表示高温抗氧化性——在高温下金属材料易与氧结合，形成氧化皮，造成金属的损耗和浪费三、化学性能常温下生锈的钢材高温下掉落的金属氧化皮

一、金属的晶体结构二、金属的结晶三、金属的同素异晶转变

第四节金属的晶体结构与结晶一、金属的晶体结构1、纯金属的晶体结构晶体：原子或分子有规则排列非晶体：原子或分子无规则排列金属的晶体结构金属键铜矿石金矿石铁矿石晶格：

——晶体中规则排列原子中心相连，构成的空间几何格架晶格与晶胞动画晶格常数：a、b、c晶胞：

——能表达晶格特征的最小几何单元常见金属的晶格类型：bcc，fcc，hcp体心立方面心立方密排六方看不见的微观世界影响大！

材料科学的基本概念是：看不见的微观世界若有变化，那么在人类可观察的尺度之中，物质的行为也就随之改变，因此，谈论材料的性能，就无法回避微观世界。人类的材料知识从石器时代就开始不断积累，我们的祖先发明了铜、铁之类的新材料，可能是因为巧合，也可能是从经验中学到了方法，但并不知其原因与规律。直到20世纪，发明了显微镜，才开始了解微观世界，掌握材料的内部结构，由此人类有了实践与经验，再加上材料知识，这样手脑并用，导致了20世纪以来世界突飞猛进比较：致密度、晶面、晶向、晶格间隙……致密度:K=0.68（68%）铬(Cr)钼(Mo)

钨(W)钒(V)铁(α-Fe)……这些金属具有体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格（fcc）致密度:K=0.74（74%）铜(Cu)铁(γ-Fe)铝(Al)镍(Ni)……这些金属具有面心立方晶格密排六方晶格（hcp）致密度:K=0.74（74%）镁(Mg)锌(Zn)镉(Cd)铍(Be)……这些金属具有密排六方晶格晶体缺陷——实际金属晶体中，总是不可避免地存在原子不规则排列的局部区域，这些区域称为晶体缺陷晶体缺陷类型点缺陷（空位、间隙原子）线缺陷（位错）面缺陷（晶界、亚晶界）晶体缺陷影响材料的性能：由于晶体缺陷会造成晶格畸变，使变形抗力增大。一般常温使用下的材料，可提高材料的强度、硬度。金属中空位与间隙原子的运动，对热处理中原子的扩散有影响、特别是化学热处理获得渗层是极为重要的空位间隙原子点缺陷（视频）线缺陷刃型位错螺型位错金属塑性变形后，材料中的位错密度增加，使材料强度硬度提高，称“加工硬化”强化材料方法之一面缺陷（视频）晶界亚晶界细晶强化：常温下，晶界多，则晶粒细，材料强度硬度越高，但晶界熔点低，高温强度硬度低。强化材料方法之一另外：晶界处易腐蚀、原子易扩散2、合金的晶体结构组元——组成合金最基本的、独立的单元。分为二元合金、三元合金……基本概念：合金、组元、相相——在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。液态物质为液相，固态物质为固相。合金——由两种或以上元素组成的、具有金属特征的物质固溶体固溶体特性——固溶体导致晶格畸变，增大变形阻力，从而提高合金强度和硬度，称固溶强化。——固溶体综合力学性能较好，常作为结构合金的基体相。强化材料方法之一类型置换固溶体间隙固溶体——固态下合金中的组元间相互溶解形成的均匀相称为固溶体金属化合物例如：铁碳合金中的渗碳体（Fe3C)金属化合物特性：高的熔点，硬度高，但脆性大。强化材料方法之一一般作为合金的第二相。少量均匀分布能强化材料，产生“弥散强化”或“第二相强化”。——合金中各组元发生相互作用形成的具有金属特征、复杂晶体结构的新相问题探究是否存在非晶金属？非晶金属特性？应用前景如何？二、金属的结晶纯金属的结晶冷却曲线金属由液相转变为固态金属晶体的过程称结晶T0时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线T1液体液+固固体T0——理论结晶温度T1——实际结晶温度过冷度与冷却速度有关：V冷↑，ΔT

↑ΔT过冷度：ΔTΔT=T0-T1

纯金属结晶规律：恒温完成结晶，实际结晶温度总是低于理论结晶温度理论结晶温度实际结晶温度纯金属的结晶过程纯金属结晶过程示意图结晶过程：液相→形核→长大→晶体非自发形核自发形核形核方式形核视频:金属结晶欣赏、视频:金属结晶讲解晶粒单晶体：只有一个晶粒多晶体：有多个晶粒纯铁的多晶体显微组织（动画：多晶体的形成）2.晶粒大小对金属性能的影响晶粒度：单位体积内晶粒的数目细晶强化：常温下晶粒越细，金属材料的强度、硬度越高；塑性、韧性也较高细化晶粒措施：增大过冷度：加快冷却速度，ΔT↑，促进形核变质处理：通过在金属液中加入变质剂，促进形核，以细化晶粒和改善组织，这种方法称为变质处理附加振动：金属结晶时，采用机械振动、超声波或电磁振动等使晶粒细化强化材料方法之一三、金属的同素异晶转变举例：以下金属具有同素异晶转变——指部分金属在固态下随着温度的变化，其晶体结构发生变化的现象材料史话：拿破仑惨败于沙皇军大衣上的钮扣不见了！同素异晶体晶格密度差异——导致转变内应力——引起金属变形开裂1、晶体结构纯金属的晶体结构：理想晶体：晶格、晶胞（体心、面心、密排），

实际晶体：晶体缺陷（点线面，加工硬化、细晶强化）初步揭示了金属的“成分、结构、性能”之间的关系合金的晶体结构：固溶体（间隙、置换）、金属化合物固溶强化、第二相强化2、金属的结晶纯金属的结晶：理论结晶（T0）、实际结晶（T1），冷却速度与过冷度，结晶过程晶粒大小与性能：细晶强化细化晶粒措施：变质处理、快速冷却、附加振动3、金属的同素异晶转变

揭示固态下金属热处理的实质金属的晶体结构与结晶小结

END

谢谢！铁碳合金本单元学习目标利用Fe-Fe3C相图分析铁碳合金成分、组织、性能之间的关系。学会用金相显微镜观察铁碳合金平衡组织，理解铁碳合金含碳量对组织性能的影响。根据工件所需性能正确选用各类碳钢(碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、铸造碳钢)。主要内容第一节铁碳合金的基本组织第二节Fe—Fe3C相图第三节非合金钢（碳钢）一、纯铁的同素异晶体转变铁的同素异晶体：δ-Fe

γ-Feα-Fe图2-1纯铁的冷却曲线及晶体结构变化转变规律：恒温转变，有一定的过冷度固态转变过程：形核、长大转变前后体积变化，产生内应力。意义：钢铁固态下热处理改变组织和性能的依据钢铁材料性能多样、用途广泛的主要原因之一第一节铁碳合金的基本组织铁素体（F）：碳溶于ɑ-Fe中的间隙固溶体奥氏体（A）：碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体渗碳体（Fe3C）：金属化合物珠光体（P）：F+Fe3C,铁素体与渗碳体的机械混合物莱氏体（Ld)：A+Fe3C,奥氏体与渗碳体的机械混合物三、铁碳合金中的机械混合物：二、铁碳合金基本相：铁素体（Ferrite，用“F”表示）

——碳溶于ɑ-Fe中的间隙固溶体

成分：室温时碳的溶解度为0.0008%，在727℃时溶解度达最大达0.0218%铁素体晶格铁素体显微组织晶体结构：体心立方晶格；显微组织：为多边形晶粒力学性能：塑性、韧性好，而强度、硬度低奥氏体（Austenite，用“A”表示）

——碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，是一种高温组织，铁碳合金在727℃以上温度存在成分：在727℃时碳的溶解度为0.77%，在1148℃时碳的溶解度最大，可达2.11%奥氏体晶体结构奥氏体显微组织力学性能：具有良好塑性和韧性，适宜高温下塑性加工晶体结构：面心立方晶格；显微组织：多边形晶粒显微组织渗碳体（Cementite，用“Fe3C”表示））

——是铁和碳形成的一种具有复杂晶格的金属化合物

用化学分子式“Fe3C”表示成分：碳质量分数Wc=6.67％

熔点：为1227℃渗碳体晶体结构组织：是钢中的强化相，根据生成条件有条状、网状、片状、粒状等。分布大小、数量对铁碳合金性能影响很大。性能：硬度高，脆性大，塑性几乎为零。珠光体（Pearite，用“P”表示）

）

——由铁素体和渗碳体组成的机械混合物成分：在727℃共析转变的产物，碳质量分数为Wc=0.77%片状珠光体显微组织球状珠光体显微组织力学性能：介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好组织：（F+Fe3C）片状、球状（也称粒状珠光体）莱氏体（Ledeburite，用“Ld”表示））

——由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物成分：1148℃时共晶转变的产物，碳的质量分数Wc=4.3%组织：1148℃~727℃，高温莱氏体“Ld”，由奥氏体和渗碳体组成；727℃以下低温莱氏体“Ldˊ”，由珠光体和渗碳体组成力学性能：与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差，几乎为零莱氏体显微组织第二节Fe-Fe3C相图一、Fe-Fe3C相图分析二、铁碳合金的平衡结晶过程及其组织三、铁碳合金的成分、组织、性能之间的关系四、Fe-Fe3C相图的应用简化的Fe-Fe3C相图相图：表示合金成分、温度和组织之间关系的图形，又称平衡状态图简化的Fe-Fe3C相图Fe-Fe3C相图特性点一、Fe-Fe3C相图分析Fe-Fe3C相图特性线（相变线）Fe-Fe3C相图中的相区（标注于相图中）

单相区：L，A，F，Fe3C两相区:L+A，L+Fe3CI，A+Fe3C，F+A，F+Fe3C三相区（线）：

共晶线L+A+Fe3C共析线A+F+Fe3C简化的Fe-Fe3C相图二、典型铁碳合金平衡组织工业纯铁<0.0218%

亚共析钢0.0218~0.77%钢共析钢0.77%

过共析钢0.77~2.11%

亚共晶白口铸铁2.11~4.3%白口铸铁共晶白口铸铁4.3%过共晶白口铸铁4.3~6.69%铁碳合金铁碳合金分类（点击播放动画）共析钢结晶过程分析显微组织：珠光体P，片层状共析钢（T8）显微组织亚共析钢结晶过程分析显微组织:F+PF--图中白亮色P--图中深色(片状层）亚共析钢显微组织（例：45、65钢）（点击播放动画）过共析钢结晶过程分析显微组织：P+Fe3CIIP——图中片层状或黑色Fe3CII——图中白色网状例：T12钢显微组织共晶白口铸铁结晶过程分析点击播放动画显微组织：Ld’（P+Fe3C)P——图中深色点状、棒状Fe3C——图中白色基体共晶白口铸铁显微组织亚共晶白口铸铁结晶过程分析点击播放动画P+Fe3CII+Ld'亚共晶白口铸铁显微组织Ld'+

Fe3CI过共晶白口铸铁平衡组织过共晶白口铸铁结晶过程分析典型合金的结晶过程、平衡组织共析钢亚共析钢过共析钢共晶白口铁亚共晶白口铁过共晶白口铁工业纯铁典型铁碳合金的平衡组织碳钢平衡组织共析钢：P亚共析:F+P过共析钢:P+Fe3CIIT8钢T12钢45钢65钢白口铸铁的平衡组织共晶白口铁Ld’亚共晶白铁P+Fe3CII+Ld'

过共晶白口铁Ld'+Fe3CI

碳的质量分数对组织的影响三、铁碳合金成分、组织、性能之间的关系图2-9铁碳合金室温下的相组成相对量、组织组成物相对量╛随含碳量增加，F减少随含碳量增加，Fe3C增多

碳的质量分数对力学性能的影响强度增加，达峰值后开始下降硬度升高塑性下降韧性下降随碳质量分数的提高：在钢铁材料选材方面的应用：四、Fe-Fe3C相图的应用根据钢铁成分、组织、性能，合理地选择工件材料一般情况下：低碳钢（Wc<0.25%）：塑性、韧性良好，用于建筑结构件，薄板等冲压件等要求塑性良好的工件中碳钢（Wc=0.30%~0.55%）：兼有较好强度、塑性和韧性，用于机械工程中的各种常用受力较复杂零部件等高碳钢（Wc=0.70%~2.11%）：硬度高，耐磨性好，用于各种要求高硬度的工件在制订热加工工艺方面的应用：在铸造方面的应用：确定铸造浇注温度在锻压方面的应用：确定锻造温度在热处理方面的应用：确定热处理加热温度Fe-Fe3C相图与热加工工艺的关系第三节非合金钢（碳钢）一、杂质元素对钢性能的影响二、碳钢的分类三、常用碳钢

1、碳素结构钢2、优质碳素结构钢3、碳素工具钢4、铸造碳钢一、杂质元素对钢性能的影响钢中的常存元素：Mn、Si、S、P锰的影响：锰能溶于铁素体形成固溶体，产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。有益元素。

硅的影响：硅能溶于铁素体形成固溶体，产生固溶强化，提高钢的强度和硬度。有益元素。

硫的影响：硫形成低熔点共晶体（熔点985℃），钢在热加工时共晶体熔化，导致钢“热脆”。有害元素。

磷的影响：磷能溶入铁素体，固溶强化使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低，尤其低温下更甚，使钢“冷脆”。有害元素。二、非合金钢分类

非合金钢又称碳钢，常用分类方法如下：按碳含量低碳钢：Wc<0.25%中碳钢：0.25%≤Wc≤0.60%高碳钢：Wc>0.60%按质量普通质量碳钢：WＳ≥0.040％，WＰ≥0.040％优质碳钢：~特殊质量碳钢：WＳ≤0.020％，WＰ＜0.020％按用途碳钢碳素结构钢：用于机械零件、工程构件碳素工具钢：用于刀具、模具、量具三、常用非合金钢1、碳素结构钢2、优质碳素结构钢3、碳素工具钢4、铸造碳钢1、碳素结构钢（GB/T700-2006）应用场合：主要用于工程构件也可用于普通机械零件牌号表示：GB/T700-2006《碳素结构钢牌号、化学成分》牌号含义举例：常钢号Q235-A·F成分:中低碳（＜0.38%）；碳素结构钢成分、性能、牌号性能特征：具有一定的强度、良好塑性韧性良好的焊接工艺性能；常用碳素结构钢（摘自GB/T700-2006）牌号表示：GB/T699-2015《优质碳素结构钢牌号、热处理和力学性能》牌号含义举例：2、优质碳素结构钢（GB/T699-2015）成分：含碳量跨度较大，从低碳~至高碳；性能：性能随含碳量而变，适用于不同场合；应用场合：主要用于制作机械零件；质量优于碳素结构钢08F：薄板、冲压件，仪器仪表外壳20：一般零件、渗碳件、机罩、焊接容器、小轴、螺母、垫圈及渗碳齿轮渗碳齿轮冲压件钢丝薄板的应用应用举例（低碳，08钢、20钢）45：受力较大的机械零件，如齿轮、连杆、机床主轴等65：各种弹簧、机车轮缘应用举例（中碳，45钢、中高碳，65钢）3、碳素工具钢应用场合：手用工具，低速切削刀具成分：高碳（0.65%~1.35%）性能特征：硬度高（＞62HRC）耐磨性好，且随碳量增加而提高牌号表示：GB/T1299-2014《碳素工具钢的牌号、化学成分和用途》T8：用于承受冲击的工具；T10：用于振动和冲击较小的工具T12：用于制作不受冲击的耐磨工具木工铣刀应用举例（T8、T10、T12）这些工具用什么牌号？4、铸造碳钢应用场合：用于形状复杂、力学性能要求高牌号表示：GB/T

11352-2009《工程用铸造碳钢的牌号、化学成分、力学性能与用途》成分：低中碳（0.15%~0.65%）性能特征：力学性能优于铸铁应用举例机架、模具、箱体、缸体、连杆、曲轴等……课堂讨论小结铁碳合金基本组织：F、A、Fe3C，P、Ld典型合金平衡组织：……铁碳合金成分、组织、性能之关系:……常用碳钢：碳素结构钢Q235-A.F……

优质碳素结构钢08F，20，45，65Mn……

碳素工具钢T8，T10，T12……

工程用铸造碳钢ZG200-400……

END

谢谢！钢的热处理本单元学习目标能根据钢的加热与冷却规律，判断钢热处理的组织与性能变化。能正确选用退火、正火、淬火、回火（四把火）工艺，改善钢的工艺性能与使用性能。能正确选用表面淬火、渗碳、渗氮等工艺，实现零件“外硬内韧”的性能要求。主要内容第一节钢的热处理概述第二节钢在加热和冷却时的转变第三节钢的整体热处理第四节钢的表面热处理与化学热处理第五节热处理新技术简介第一节热处理概述热处理——采用适当的方式在固态下对金属进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理工艺曲线：热处理示意动画分类特点常用方法整体热处理是对工件整体进行穿透加热退火、正火、淬火、回火等表面热处理是仅对工件的表面进行的热处理工艺表面淬火等化学热处理是改变工件表层的化学成分、组织和性能渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗、渗金属、多元共渗等热处理分类：摘自GB/T12603-2005《金属热处理分类及代号》箱式炉台车式电阻炉常用热处理炉示例井式炉网带炉热处理多用炉生产线示例平衡临界点：实际加热临界点：实际冷却临界点：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm钢的热处理临界点（临界线）一、钢在加热时的转变二、钢在冷却时的转变第二节钢在加热和冷却时的转变以共析钢为例：

一、钢在加热时的转变

1、奥氏体的形成（又称奥氏体化）奥氏体化的几个阶段：（1）A的形核与长大（图a）（2）残余Fe3C的溶解（图b）（3）A均匀化（图c）2、奥氏体晶粒的大小及影响因素奥氏体晶粒大小影响热处理后的力学性能一般情况下，加热时获得细小均匀的奥氏体，热处理后力学性能好影响奥氏体晶粒大小的因素：热处理加热工艺参数：加热温度T、保温时间t，工艺参数应合理,化学成分：大多数合金元素（锰和磷除外）能阻止奥氏体晶粒的长大,因此，合金钢的奥氏体晶粒较细原始组织：钢的原始晶粒越细，奥氏体晶粒越细细化A晶粒：1.选好材料（成分、组织）2.定好热处理加热参数二、钢在冷却时的转变冷却转变实质——过冷奥氏体转变（

A1线温度以下暂时存在的奥氏体）

热处理的冷却方式——等温冷却、连续冷却冷却方式对钢的组织与性能影响——不同冷却方式，获得不同的组织与力学性能PSTBM性能各不相同

冷却方式是热处理改变性能的关键例如：T8钢经750℃加热保温A化后，以不同方式冷却获不同的组织与性能：炉冷：获P组织，硬度170~220HBW

空冷：获S组织，硬度25~35HRC；油冷：获M＋Ｔ组织，硬度达45~55HRC；水冷：获M＋A，组织，硬度达55~65HRC1、过冷奥氏体的等温转变共析钢的等温转变图（TTT曲线，俗称C曲线）等温转变图：（以共析钢T8钢为例）——“保温温度、转变开始点、转变结束点、转变产物”的关系MS～Mf;550℃～MS;等温转变产物（曲线，共析钢）共析钢的等温转变图分析（C曲线）高温转变中温转变低温转变等温转变产物高温转变显微组织（珠光体型，层片状，分为PST）珠光体P索氏体S托氏体T电镜可清晰分辨片层光镜可清晰分辨片层光镜可模糊分辨片层中温转变显微组织（贝氏体型，B上B下）B上：羽毛状组织

B下：黑色针状组织下贝氏体具有综合力学性能，优于上贝氏体上贝氏体转变视频珠光体转变视频亚共析钢，过共析钢等温转变图亚共析钢等温转变图（C曲线）过共析钢等温转变图（C曲线）亚共析钢首先析出“F”过共析钢首先析出“Fe3C”珠光体型转变线（开始线、终了线）马氏体转变线（开始线、终了线）马氏体临界冷速Vk——工件淬火时可抑制非马氏体转变的最小冷却速度共析钢的连续转变图（CCT曲线）2、过冷奥氏体的连续冷却转变图中各线条的意义问：连续冷却是否有可能出现B型产物？用等温转变C曲线近似分析连续冷却转变注：1近似判断主要依据冷却线与C曲线转变开始线相交点，对应温度的转变产物2此法比较粗略，要比较精确说明必须应用连续冷却转变图（CCT曲线）V1炉冷；PV2空冷；SV3油冷；T+MV4水冷；M+A’Vk马氏体临界冷却速度——冷却线与转变开始线交点连续冷却——不同速度下转变组织与性能规律：冷却速度越大，获得的组织强度硬度越高淬火时，并非冷速越大越好，冷速过大导致零件产生大的淬火内应力，是导致变形与开裂的主要原因思考：什么是淬火理想冷速？马氏体：碳溶于α-Fe中的过饱和固溶体。用“Ｍ”表示马氏体转变转变特征：（1）低于MS温度下的发生非扩散相变，转变速度快;（2）若温度在Mf以上停止冷却，转变不完全有残余奥氏体（A’）;（3）马氏体转变伴随体积膨胀组织：

高碳马氏体（WC＞1.0%），针状马氏体。硬度高而脆性大

低碳马氏体（WC＜0.2%），板条状马氏体。具有良好的强度及较好的韧性高碳马氏体组织低碳马氏体组织视频：马氏体转变马氏体性能：马氏体的性能主要取决于马氏体中溶入的碳质量分数马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高马氏体中碳的质量分数大于0.6%时，硬度增加很慢第三节钢的整体热处理四、回火一、退火二、正火三、淬火预备热处理：改善工艺性能，如改善切削加工性，消除前道工序缺陷，为后续工序作组织准备最终热处理：满足使用性能整体热处理——指对工件整体进行穿透加热的热处理称为整体热处理整体热处理的方法预备热处理：退火、正火最终热处理：淬火、回火整体热处理的作用作用一般零件工艺过程：铸/锻→预备热处理→粗加工→最终热处理→精加工一、退火（退火与正火视频）——将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺1、退火目的：降低硬度、改善切削加工性能、均匀钢的化学成分和组织、消除内应力2、退火方法：完全退火球化退火去应力退火

……退火动画完全退火——加热完全奥氏体化（

Ac3+20~30℃）、保温、缓慢冷却，获得接近平衡组织（F+P）的退火工艺。完全主要适用于中碳和高碳成分的亚共析钢降低硬度、均匀组织完全退火加热温度范围完全退火温度亚共析钢完全退火组织AF+AA+Fe3CII球化退火——加热至Ac1+20~30℃、保温、随炉缓冷到500-600℃时出炉空冷，获得球状珠光体组织（P球）。亦可采用等温球化退火工艺。对比P球与P片性能差异？球化退火加热温度范围球化退火温度球状珠光体P球片状珠光体P片AF+AA+Fe3CII球化退火主要适用于碳含量高的过共析钢铸、锻、焊件降低硬度改善切削加工性能，为最后热处理作组织准备

去应力退火——500-650℃炉冷至200℃后空冷，组织不变，主要目的是消除工件前道工序造成的残余应力。去应力退火适用于所有钢去应力退火加热温度范围AF+AA+Fe3CII去应力退火温度AF+AA+Fe3CII二、正火——正火是将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。正火的加热温度通常在Ac3或Accm线以上30～50℃1、正火目的：获得S组织，调整硬度，改善切削加工性能细化组织，为最终热处理做好组织准备消除网状Fe3CII，为球化退火做好组织准备正火温度正火动画2、退火与正火工艺比较举例3、正火与退火的选用从改善钢的切削加工性能方面考虑

材料硬度在170-230HBW范围时，切削加工性能最好故：低碳钢用正火；中碳钢完全退火和正火均可；高碳钢用球化退火从使用性能方面考虑

当力学性能要求不高、或大工件不便淬火件，可用正火从经济性方面考虑

正火周期短，操作简便，工艺成本低，应优先用正火代替退火——是将工件加热到Ac3或Ac1点以上某一温度保持一定时间，然后以适当速度快速冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。三、淬火（视频）1、淬火目的

（1）提高钢的强度和硬度

（2）获得M或B下组织，配合适当温度回火，获得钢件最终使用性能淬火存在问题：

（1）淬火内应力

（2）马氏体组织不稳定

（3）马氏体韧性不高脆性较大大型齿轮的淬火

如何解决？淬火动画2、淬火加热温度亚共析钢淬火加热温度：AC3以上30℃~50℃，使钢完全奥氏体化，淬火后获得全部马氏体组织。共析、过共析钢淬火加热温度：AC1以上30℃~50℃，得到奥氏体和部分二次渗碳体，淬火后得到马氏体（共析钢）或马氏体加渗碳体（过共析钢）组织。3、淬火冷却速度，淬火介质淬火冷却速度？理想淬火冷却方式？使钢淬成马氏体必须有足够快的冷速；但冷速过快产生淬火内应力导致零件变形开裂既能保证获得马氏体组织，又能最大限度减少淬火应力，如图右所示过冷奥氏体稳定区，慢冷！过冷奥氏体稳定区，慢冷！过冷奥氏体不稳定区，快冷！钢的理想冷却方式常用冷却介质的冷却特征（1）水：冷却能力比较强，但在低温时冷却速度过快，产生比较大的淬火应力（2）矿物油：冷却速度较慢，可有效减少淬火应力，但容易发生非马氏体转变（3）熔盐（盐浴）、熔碱（碱浴）：一般用于等温淬火。如机油、变压器油和柴油等。新型淬火剂有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油（4）新型淬火剂：有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液（汽膜淬火剂）聚乙烯醇水溶液：常用质量分数为0.1%～0.3%之间的水溶液，冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却。进入沸腾阶段后，薄膜破裂，工件冷却加快，当达到低温时，聚乙烯醇凝胶膜复又形成，工件冷却速度又下降，所以这种溶液在高、低温区冷却能力低，在中温区冷却能力高，有良好的冷却特性（接近理想冷却方式）三硝水溶液：由25%硝酸钠+20%亚硝酸钠+20%硝酸钾+35%水组成。在高温（650～500℃）时由于盐晶体析出，破还蒸汽膜形成，冷却能力接近于水。在低温（300～200℃）时由于浓度极高，流动性差，冷却能力接近于油，故其可代替水－油双介质淬火汽膜淬火剂介绍4、常用淬火方法选择适当的淬火方法同选用淬火介质一样，可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向单介质淬火：适用于形状简单的小尺寸碳钢件（水淬）和合金钢件（油淬）双介质淬火：适用于尺寸较大的碳钢件马氏体分级淬火：适用于尺寸较小的刀具、量具和要求变形很小的精密件贝氏体等温淬火：适宜处理形状复杂、尺寸精度要求较高的小尺寸工具和重要的机器零件常用淬火方法：——在规定条件下，钢试样淬硬深度和硬度分布特征的材料特性。是材料固有的属性。5、钢的淬透性（2）淬透性影响因素：与奥氏体化条件有关，过冷奥氏体的稳定性时，淬透性好与化学成分有关，一般合金钢的淬透性优于碳钢（1）淬透性测量方法：淬硬层深度：一般是指淬硬表面至规定硬度（一般为550HV）处的垂直距离临界淬透直径Dc：指采用某种介质淬火时，心部能淬透（一般指心部获得全部或半马氏体）的最大直径测量淬硬层深度测定（末端淬火法）——指从淬硬的工件表面量至规定硬度（一般为550HV）处的垂直距离临界淬透直径测定——指钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或马氏体组织时的最大直径，与淬火介质种类有关几种钢的临界淬透直径（3）淬透性意义——钢的淬透性对于合理选用钢材，正确制订热处理工艺，都具有非常重要的意义要求淬透工件：对于大截面、形状复杂、在动载荷下工作，承受轴向拉压的连杆、螺栓、拉杆、锻模等，要求表面和心部性能均匀一致的零件，应选用淬透性良好的钢材，以保证心部“淬透”可以不淬透工件：对于承受弯曲、扭转力（如轴类）、表面要求耐磨并承受冲击力的零件，应力主要集中在表面，可不淬透；对于焊接件：一般不选用淬透性好的钢，否则在焊接和热影响区出现淬火组织，造成焊件变形、开裂。6、常见的热处理缺陷（1）过热和过烧（加热保温时）“过热”——奥氏体晶粒粗大的缺陷“过烧”——奥氏体晶界出现局部熔化或者氧化的现象（2）氧化和脱碳（加热保温时）钢件与炉气中的02、H2O及CO2

等氧化性气体发生化学作用，形成Fe3O4、

FeO等氧化物。使工件表面粗糙（3）变形和开裂（淬硬冷却时）由淬火内应力