内科大金属工艺学课件01金属材料导论

金属工艺学内蒙古科技大学(第一篇金属材料导论)11.金属材料导论1.5铁碳合金1.1金属材料的主要性能1.2金属及合金的晶体结构1.3合金的结构1.4二元合金状态图2零件的生产工艺过程选材选毛坯预先热处理机械加工最终热处理检验应根据零件的性能要求、受载情况、服役条件、工作环境等：其中选材：金属材料种类繁多，性能不一，而且材料的发展日新月异，而零件的性能要求、服役条件各不相同，再加上材料的资源、价格等多方面考虑。3机械加工方法轴(动画)毛坯选择车削传统的有现代的有有液态成形毛坯塑性成形毛坯连接成形毛坯粉末冶金成形型材等毛坯车削、刨削、铣削拉削、镗削、磨削等数控加工、电火花加工、激光加工等特种加工方法轴毛坯4一个具体零件的加工往往可用多种不同的加工方法，而每种加工方法所能达到的加工精度、加工质量、加工范围、加工效率是不同的。

预先热处理：

为使切削加工能顺利进行，可通过预先热处理调整硬度，为切削加工做好组织准备。最终热处理：使材料的性能达到要求。资料:各种热处理工艺请看”热处理视频”.5

第1章金属材料导论材料、信息、能源称为现代技术的三大支柱。

复合材料工程材料金属材料陶瓷材料高分子材料61.1金属材料的主要性能

本节重点：金属材料的力学性能主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等。本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法7

1.1.1金属材料的力学性能在低碳钢拉伸曲线中，把F-Δl坐标换成σ-ε（应力—应变）就可以直接在图上读出力学性能指标，并且不需要做成标准试样。强度

材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力。工程上常用的金属材料的强度指标有屈服强度(σs)和抗拉强度(σb)等；

动画8

塑性

材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的性能。表示材料的塑性指标是：伸长率δ和断面收缩率Ψ；对于塑性差的材料，用σ0.2来代替σs；1）使材料具有良好的成形性；

2）受到外力变形时，有强化作用。硬度

材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。最常用的硬度指标有：布氏硬度（HB)和

洛氏硬度(HRA-C)。布氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同；动画:布氏硬度动画:洛氏硬度9零件发生疲劳破坏是没有预兆而突然断裂，此时发生疲劳破坏的应力远远小于抗拉强度，甚至比屈服强度还小，非常危险。小结：金属材料的力学性能是在外力作用下表现出的力学性能，在实际生产中应用相当广泛。冲击韧度

金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力。常用的指标有冲击韧度(Ak)。疲劳强度金属材料抵抗交变载荷的作用而不破坏的能力。常用的指标有疲劳强度(σ-1)。动画:冲击韧度101.1.2金属材料的性能

金属材料的主要性能包括力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能等。力学性能是工程材料最主要的性能，又称机械性能，指材料在外力作用下表现出来的性能，包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损等。外力即载荷，常见的各种外载荷如图1-2所示。点击放映动画材料性能.swf111.强度和塑性

材料强度指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力，如弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳极限、蠕变极限等等。按外力作用的方式不同，强度可分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度等。工程上最常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。

材料的强度、塑性指标可以通过实验测定。动画为低碳钢拉伸实验测得的应力-应变图。实验时将材料做成如图标准试样，试样在外力作用下，其内部产生一种内力，其数值大小与外力相等，方向相反。材料单位面积上的内力称为应力（Pa），以σ表示。点击放映动画拉伸.swf121）弹性和弹性模量

试样加载后应力不超过σe，若卸载，试样能恢复原状，这种材料不产生永久变形的性能，称为弹性。σe为材料不产生永久变形时所能承受的最大应力，称为弹性极限。OP的斜率E（E=σ/ε）称为材料的弹性模量，即引起单位弹性变形所需要的应力。点击放映动画拉伸曲线.swf132)塑性载荷超过弹性极限后，若卸载，试样的变形不能全部消失，将保留一部分残余变形。这种不能恢复的残余变形，称为塑性变形，产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。塑性的大小用伸长率δ和断面收缩率ψ表示。

3）强度

在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。按外力作用方式不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗扭强度等，以抗拉强度最为常用。当材料承受拉力时，强度主要是指屈服强度σs和抗拉强度σb。14（1）屈服强度σs

在S点（称屈服点）出现横向震荡曲线或水平线段，这表示拉力不再增加，但变形仍在进行，此时若卸载，试样的变形不能全部消失，产生微量的塑性变形。σs即表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力，即材料抵抗微量塑性变形的能力。

需要指出，大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，按GB228-87要求，取规定非比例伸长与原标距长度比为0.2％时的应力，记为σp0.2，作为屈服强度指标，称为条件屈服强度，可用σ0.2表示。点击放映动画拉伸.swf15（2）抗拉强度抗拉强度为动画所示的σb值，是试样保持最大均匀塑性变形的极限应力，即材料被拉断前的最大承载能力。当载荷达到Fb时，试样的局部截面缩小，产生所谓的“缩颈”现象。由于试样局部截面逐渐缩小，故载荷也逐渐减小，当达到拉伸曲线上k点时，试样发生断裂。

σs与σb的比值称为屈强比，其值一般在0.65～0.75之间。屈强比愈小，工程构件的可靠性愈高，万一超载也不会马上断裂；屈强比愈大，材料的强度利用率愈高，但可靠性降低。抗拉强度是零件设计时的重要参数。合金化、热处理、冷热加工对材料的σs与σb均有很大的影响。163.冲击韧度

评定材料抵抗大能量冲击载荷能力的指标称为冲击韧度αk。常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定金属材料的冲击韧度。其测定方法是按GB229-84制成带U型缺口的标准试样，将具有质量G（N）的摆锤举至高度为H（m），使之自由落下，将试样冲断后，摆锤升至高度h（m）。如试样断口处的截面积为S（cm2）。则冲击韧性αk

的值为：αk=G(H-h)/S(J/cm2)

材料的冲击韧度值主要取决于其塑性，并与温度有关。点击放映动画冲击实验.swf174.疲劳强度

许多机器零件的弹簧、轴、齿轮等，在工作时承受交变载荷，当交变载荷的值远远低于其屈服强度时发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。疲劳断裂与在静载作用下材料的断裂不同，不管是脆性材料还是韧性材料，疲劳断裂都是突然发生的，事先无明显的塑性变形，属于低应力脆断。点击放映动画疲劳曲线.swf185.断裂韧度

一些工程结构件和机器零件在低于许用应力的条件下工作，产生无明显塑性变形的断裂，这种断裂称为低应力脆断。低应力脆断是由于材料内部已存在的宏观裂纹失稳扩展引起的。材料中存在一条长度为2a的裂纹，在与裂纹方向垂直的外加拉应力σ作用下，裂纹尖端附近的应力分布不再均匀，存在严重的应力集中现象，形成裂纹尖端应力集中场，其大小可用应力强度因子KⅠ来描述。点击放映动画断裂韧度.swf196.金属的高温力学性能

金属材料随温度的升高，弹性模量E、屈服强度σS、硬度等值降低，而塑性增加的现象称高温蠕变。

点击播放视频小资料：纽约世界贸易中心大楼曾是世界第一高楼，它高411米，单个塔楼的重量约5万吨；撞击大楼的波音757飞机起飞重量104吨，波音767飞机起飞重量156吨，它们的飞行速度大约是每小时1000公里。这次撞击大楼的波音757飞机大约可载35吨燃油，波音767飞机可载51吨燃油，由于是从美国东部飞往西部的远程航班，所以飞机上的油箱估计装满了燃油。第一波飞机撞击世贸大楼的北部塔楼接近顶部的位置。大火燃烧了1小时43分钟后世贸大楼北部塔楼才倒塌。第二波飞机于撞击世贸大楼的南部塔楼。撞击位置较低，上层压力很大，大火燃烧了1小时零2分钟后，后被撞击的南部塔楼反而率先倒塌。20思考题1将钟表发条拉成一直线，问这是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？2疲劳破坏有什么危害？在什么情况下发生疲劳破坏，产生原因是什么？如何提高零件的疲劳强度？211.2金属及合金的晶体结构2.金属的结晶：原子由无序状态向有序状态转变的过程。有晶体形成。

本节重点：金属结晶的概念、结晶过程本节难点：合金的结构1.三种常见的金属的晶格类型：

体心立方(动画演示)

面心立方

密排六方(动画演示)22基本概念

凝固：一般非晶体由液态向固态转变的过程。结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。晶体：原子排列时有序的，原子在三维空间做规则的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和凝固点，性能趋向各向异性。非晶体:

原子排列杂乱无章呈无序状态，没有一定的熔点和凝固点，性能趋向各向同性。点击放映视频金属的结晶.rm23晶体中的原子排列点击放映动画动画\原子排列.swf24

金属的结晶纯金属的冷却曲线（理想状态）ºCTº

L

ab

S0a：结晶开始点b：结晶终了点

25金属的结晶纯金属的冷却曲线（实际）ºC

LT0T1S0

T0：理论结晶温度T1：实际结晶温度ΔT=T0--T1（过冷度）点击动画结晶动画\结晶曲线.swf26金属的结晶合金的冷却曲线ºCa

bLsL+s0

a：结晶开始点b：结晶终了点

合金的结晶是在一个温度范围内完成。27金属的结晶结晶的必要条件----过冷度金属的结晶过程：

原子团

形核

晶核长大

小晶粒

晶粒（外形不规则的小晶体）点击动画结晶动画\纯金属结晶过程.swf28形核：自身晶核、外来晶核晶核长大方式：树枝状方式晶界—晶粒间的分界面；单晶体—结晶方位完全一致的的晶体多晶体—由多晶粒组成的晶体结构29细化晶粒的方法增加冷却速度，增大过冷度；增加外来晶核;采用机械、超声波振动、电磁搅拌等；晶粒粗细对材料力学性能的影响

晶粒越细，强度越高，塑性和韧性也越好。30金属的同素异构转变1538cº1394ºc912ºc室温δ-Feγ-Feα-Fe体心立方面心立方体心立方金属的同素异构转变的慨念

金属在固态下，随着温度的改变其晶体结构发生变化的现象。

金属的同素异构转变的意义

可以用热处理的方法即可通过加热、保温、冷却来改变材料的组织，从而达到改善材料性能的目的。动画311.3合金的结构概念合金、组元、相；固溶体：置换固溶体、间隙固溶体；金属化合物；固溶强化的概念。本节要点：研究金属材料的加工工艺，必须了解金属及合金的晶体结构和结晶。321.3.1合金的结构——概念合金：由两种或两种以上的元素通过熔炼后所获得的新的物质仍然具有金属特性。组元：组成合金的基本元素。相：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。例如：单一的液单一的固相；液相、固相两相共存；问题：水、油混装在一个瓶子里，是几个相？将奶粉加开水冲一杯牛奶又是几个相？331.3.2合金的结构——固溶体固溶体：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。

置换固溶体：A组元的原子取代了B组元的原子。当A、B两个组元的原子直径相差不大时，两个组元可以以任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为有限固溶体。间隙固溶体：A组元溶入B组元的的间隙中。只能形成有限固溶体。例如：C溶入α-Fe或γ-Fe所形成的铁素体、奥氏体。动画动画34置换固溶体和间隙固溶体的区别351.3.4合金的结构——固溶强化A、B两组元相互溶解后所形成的新的物质既不是A组元的结构，也不是B组元的结构，而是自身的一种独立的结构。

例如：Fe和C所形成的化合物Fe3C，就是一种典型的金属化合物。1.3.3合金的结构——金属化合物随着溶质原子的增加，所形成的固溶体的强度、硬度升高的现象。

例如：纯铁与钢的用途361.4二元合金状态图把各合金的结晶开始温度点连接起来，即为液相线；把结晶终了温度点连接起来，即为固相线。这样就构成了Pb-Sb二元合金相图。动画37思考题1在纯金属的冷却曲线上为什么会出现一水平台阶？2为什么晶粒越细小其力学性能越好？3如果结晶时晶核不多而生长速度快，则结晶后的晶粒是粗还是细？381.5铁碳合金本节重点：铁碳合金状态图在铸造、压力加工、焊接中的应用；本节难点：铁碳合金状态图的理解；铁碳合金由于其资源广泛、冶炼方便、价格低廉、性能优越，在工业生产中广泛使用。391.5.1铁碳合金的基本组织铁素体：碳溶解在α—Fe中的间隙固溶(F）。塑性（δ=45-50%）、韧性好，强度、硬度低。奥氏体：碳溶解在γ—Fe中的间隙固溶体（A）。塑性好。渗碳体：铁与碳形成的金属化合物（Fe3C）。硬度很高（HBW=800），塑性、韧性几乎为零。珠光体：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（P）。莱氏体：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（Ld）。硬度高，塑性差。40两种反应：1148℃1、共晶反应

一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成分和结构均不相同的固相的反应。L4.3%cA2.11%c+Fe3C6.69%c共晶反应的产物即莱氏体Ld=(A2.11%c+Fe3C6.69%c)412、共析反应一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和结构均不相同的新的固相的反应。A2.11%c

727℃F0.02%c+Fe3C6.69%c共析反应的产物即珠光体P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c42

1.5.2铁碳合金状态图分析渗碳体的熔点共晶点共析线共析点纯铁的熔点共晶线ACD线—液相线AECF线—固相线碳在奥氏体中的最大溶解度A3线Acm43

铁碳合金相图中主要特性点的含义

特性点的符号温度t/℃含碳量wc%含义ACDEGPSQ

1538114812271148912727727

室温04.36.692.1100.020.770.0008纯铁的熔点共晶点渗碳体的熔点碳在奥氏体中的最大溶解度α-Teγ-Te同素异晶转变点碳在铁素体中的最大溶解度共析点碳在铁素体中的溶解度44相图中主要线的含义ACD线—液相线是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECF线—固相线各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。ECF水平线—共晶线含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148℃由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。PSK水平线—共析线（A1线）含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727℃同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。GS线—（A3线）是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。ES线—称Acm线是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。动画45典型合金结晶过程分析铁碳合金含碳量为2.11%—6.69%的铁碳合金。共晶生铁：

含碳量为4.3%;亚共晶生铁：含碳量在2.11%—4.3%之间；过共晶生铁：含碳量在4.3%—6.69%之间；含碳量小于0.02%的铁碳合金。工业纯铁钢生铁

含碳量为0.02%—2.11%的铁碳合金。根据金相组织的不同，可分为三种。共析钢：含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%—0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%—2.11%之间；46

1.5.3铁碳合金状态图分析

LL+AAA+Fe3CⅡF+AA+Fe3CⅡ+LdP+Fe3CⅡ+L'dP+Fe3CⅡPP+FLdL'dL+Fe3CLd+Fe3CL'd+Fe3CL'd＝P+Fe3CⅡ+Fe3C转变47

A—奥氏体P—珠光体F—铁素体共析钢和亚共析钢的结晶过程分析动画动画48过共析钢结晶过程分析共晶生铁结晶过程分析动画动画49L’d—变态莱氏体亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析动画动画50钢碳素钢碳素结构钢（0.38%C)优质碳素结构钢(0.2-0.7%C用途广)碳素工具钢(T8等)合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢不锈钢耐热钢

耐磨钢其它量具钢模具钢刃具钢轴承钢弹簧钢调质钢渗碳钢低合金结构钢（<1.5%C)16Mn、20Cr9Cr2、CrWMn2Cr13、1Cr18Ni91.6工业用钢分类及选材51热处理普通热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理渗碳渗氮碳氮共渗加热保温冷却临界温度热处理工艺曲线T℃其它热处理形变真空激光1.7钢的热处理热处理视频\热处理概述.rm521.7.1退火和正火退火：

将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中缓慢冷却。目的：降低硬度，便于机加工。细化晶粒，提高塑性和韧性。消除应力。应用：铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。动画53

1、完全退火：将亚共析钢加热到Ac3线以上30—50℃，保温后缓慢冷却.2、球化退火:

将过共析钢加热到Ac1线以上20—30℃，保温后缓慢冷却.3、低温退火:

将钢加热到Ac1线以下，保温后缓慢冷却.

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150—250℃），降低硬度，恢复塑性。热处理视频\退火.rm热处理视频\退工艺.rm54正火

将钢加热到Ac3线以上30—50℃

（亚共析钢）或Accm以上30——50℃

（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）。55热处理视频\正火.rm正火目的及应用：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、中碳钢（S+F），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。

正火比退火生产周期短，成本低，操作方便，故在可能的条件下应优先采用正火。但在零件形状较复杂时，由于正火的冷却速度较快，又引起开裂的危险，则采用退火为宜。56注意:正火与退火的区别：正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火稍快，正火后得到的珠光体组织比较细，强度、硬度比退火钢高。57碳钢的各种退火、正火加热温度范围、工艺曲线581.7.2淬火和回火将钢加热到Ac3或Ac1线以上30—50℃，保温后在淬火介质中快速冷却（γ—Fe向a—Fe同素异晶转变），以获得马氏体（M)组织（碳在a—Fe中的严重过饱和固溶体）。马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：（1）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，易产生裂纹。（2）合理选择淬火介质淬透性好，选油淬。（3）正确选择淬火方法采用水油双介质淬火法。热处理视频\淬火.rm59淬火加热后组织

M+Fe3C+A残

Ac1+30～50过共析钢

M+A残

Ac1+30～50共析钢

M+A残

Ac3+30～50亚共析钢Wc＞0.5%

M

Ac3+30～50亚共析钢Wc≤0.5%最终组织淬火温度(℃)钢种60淬火方法:为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。

通常的淬火方法包括

单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、局部淬火等。61单液淬火将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。优点：操作简单，容易实现自动化缺点：易产生淬火缺陷，水中淬火易产生变形和裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油作冷却介质。62双液淬火将加热的工件先投入一种冷却能力强的介质中冷却，然后在接近Ms点温度（钢的组织还未开始转变时迅速取出），马上浸入另一种冷却能力弱的介质中使之发生马氏体转变的淬火，称为双介质淬火。优点：内应力小，变形及开裂小。缺点：操作困难，不易掌握应用：由碳素工具钢制造的易开裂工件，如丝锥。63马氏体分级淬火：定义：将加热的工件先放入温度为Ms点附近的盐或碱浴

中，稍加停留，等工件整体温度趋于均匀时，再取出空冷以获得马氏体。优点：有效减小内应力，防止变形与开裂缺点：对于碳钢零件，淬火后会出现非马氏体组织应用：

尺寸小，形状复杂工件64贝氏体等温淬火：定义：将加热的工件先放入稍高于Ms点温度的盐或碱浴

中，保温足够时间，使其发生下贝氏转变后出炉空冷。优点：内应力小，工件不易变形与开裂，具有良好的综合力学性能。应用：用于处理形状复杂，尺寸要求精确，并且硬度和韧性都要求较高的工件如：各种冷、热冲模，成型刃具，弹簧等6566钢的淬透性671）淬透性:指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。2）影响淬透性的因素:

钢的临界冷却速度，Vc越低，钢的淬透性越好钢的化学成分（增加过冷奥氏体稳定性，降低Vc，钢的淬透性越好）3）淬透性的应用:淬透性好的钢，经淬火回火后，截面上组织均匀一致，综合力学性能好。因此，钢的淬透性对提高大截面零件的力学性能，发挥材料潜力，具有重要的意义。淬透性好的钢，在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火介质，减小工件淬火的变形及开裂倾向。68淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢淬透钢694）钢的淬硬性淬硬性：是指钢在理想条件下淬火成马氏体后所能达到的最高硬度。影响钢的淬硬性的因素主要取决于钢含碳量。低碳钢淬火的最高硬度值低，淬硬性差；高碳钢淬火的最高硬度值高，淬硬性好。70淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T10A)大低低碳合金结构钢(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具钢(Cr12MoV)71淬硬性与淬透性之间的区别:淬透性与实际工件有效淬硬深度的区别同一钢种对不同截面的工件在同样奥氏体化条件下淬火，其淬透性是相同的，但是其有效淬硬深度却因工件的形状、尺寸和冷却介质的不同而异。淬透性是钢本身所固有的的属性，对以一种钢，它是确定的，可用于不同钢种之间的比较。实际工件的有效淬硬深度，除了取决于钢的淬透性，还与工件的形状、尺寸及采用的冷却介质等外界因素有关。两个不同的概念淬硬性是指钢淬火后能达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量，淬透性好的钢其淬硬性不一定高。72淬火缺陷1）氧化与脱氧钢加热时，炉内氧化气氛于钢材料表面的铁或碳相互作用，引起氧化和脱氧。氧化，是指铁的氧化，即在工件表面形成一层松脆的氧化铁皮。氧化不仅造成金属的损耗，还影响工件的承载能力和表面质量等。脱碳，是指气体介质和钢表面的碳起作用而逸出，使材料表面含碳量降低。脱碳会降低工件表层的强度、硬度和疲劳强度，对于弹簧、轴承和各种工具、模具等，脱碳是严重的缺陷。为了防止氧化和脱碳，对重要受力零件和精密零件，通常应在盐浴炉内加热。2、过热和过烧钢在淬火加热时，由于加热温度过高或高温下停留时间过长而发生奥氏体晶粒显著粗化的现象，称为过热。加热温度达到固相线附近，使晶界氧化并部分熔化的现象称为过烧。工件过热后，晶粒粗大，不仅降低钢的力学性能（尤其是韧性），也容易引起变形和开裂。过热可以用正火处理予以纠正，而过烧后的工件只能报废。为了防止工件的过热和过烧，必须严格控制加热温度和保温时间733、变形与开裂淬火内应力是造成工件变形和开裂的原因。对于变形量小的工件可采取某些措施予以纠正，而变形量太大或开裂的工件只能报废。为了防止变形和开裂的产生，可采用不同的淬火方法（如分级淬火或等温淬火等）或在设计上采取一些措施（如结构对称、截面均匀、避免尖角等）。4、硬度不足由于加热温度过低、保温时间不足、冷却速度过低或表面脱碳等原因造成的。一般情况下，可采用重新淬火消除，但淬火前要进行一次退火或正火处理。74回火将钢重新加热到Ac1线以上某温度，保温后冷却的热处理工艺。目的：主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止产生裂纹。

回火三种形式：（1）低温回火（150—250℃），目的是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（56—64HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。（2）中温回火（350—500℃），目的是使钢获得高弹性，并保持较高硬度（35—50HRC)和一定的韧性。如弹簧、锻模等。（3）高温回火—调质处理（500—650℃），硬度20—35HRC，强度及韧性等综合性能较好。如连杆、曲轴、齿轮等。热处理视频\回火.rm751、低温回火（150~

250）ºC组织：

M回=α0.3%C+ε

目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力，减少钢的脆性。硬度为58--64HRC。应用：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件2、中温回火（350~

500）ºC组织：T回=F针+Fe3C粒目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称弹性处理。硬度为35--45HRC.应用：弹性零件及热锻模具等。3、高温回火（500~

650）ºC组织：S回=F块+Fe3C球目的：获得良好的综合力学性能。硬度为25--35HRC.应用：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。

76回火马氏体组织金相图771.7.3钢的表面热处理和化学热处理表面淬火化学热处理工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。热处理视频\表面淬火.rm78一、表面淬火1、定义：是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织，且信步组织不发生变化的局部热处理工艺。2、工艺特征：通过快速加热至淬火温度，使钢的表层奥氏体化，然后急冷以大于Vc的速度冷却，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。793、表面淬火应用:选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。4、表面淬火加工的方法:

感应加热(高、中、工频)、火焰加热、电接触加热法等。80（一）感应加热表面淬火1、感应加热的基本原理热处理视频\感应表面淬火.rm812、工艺要求*表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。*表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。3、生产特点:淬火件的质量好;工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。82（二）火焰加热表面淬火1、火焰加热表面淬火的基本方法832、火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。*淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。84二、化学热处理

(ChemicalHeatTreatment)1、定义：将零件置于一定的化学介质中,通过加热、保温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。852、化学热处理的基本过程:吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。扩散:活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。分解:化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。

2COCO2+〔C〕863、化学热处理进行的条件:1）渗入元素的原子必须是活性原子,而且具有较大的扩散能力。2）零件本身具有吸收渗入原子的能力,

即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合,

形成化合物。4、化学热处理的种类:

渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。87（一）钢的渗碳(Carburizeofsteel)1、定义:

向钢的表面渗入碳原子的过程。2、目的:

获得具有表硬里韧性能的零件。3、用钢:低碳钢和低碳合金钢。4、方法:

固体、气体、液体渗碳。热处理视频\渗碳.rm88固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱89气体渗碳法示意图905、工艺:加热温度为900～950℃;渗碳时间一般为3～9小时;6、渗碳后的组织:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+F917、渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热928、热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种9、常用的钢种:15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。93二、钢的渗氮2、目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。3、用钢:中碳合金钢。4、方法:气体渗氮。热处理视频\渗氮.rm

945、工艺：加热温度500～600℃;

保温时间0