智能制造工艺原理与应用 课件 3-变形加工之铸造1-补充知识热处理

1第二章冷热变形加工方法金属铸造成形工艺一、金属塑形成型工艺二、热处理基础三、目录3热处理工艺金属材料的基本知识1钢的普通热处理24一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变

1.1金属的结晶1)金属的结晶晶体：内部原子按一定的次序有规律的排列。如：在固态下的钢、铜、铝。非晶体：内部原子不规则排列。如：木材、水泥、陶瓷51)金属的结晶金属的结晶：液态金属冷却转变为固体金属的过程，即非晶体转变为晶体的过程

1.1金属的结晶一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变62)过冷纯金属的结晶是在一定温度下进行的纯金属的冷却曲线理论结晶温度（

T0）：纯金属的结晶是在一个恒定温度下进行的，每一种纯金属在极其缓慢的冷却过程中，都有一个平衡结晶温度，即称为理论结晶温度。实际结晶温度（

Tn）：在实际生产中，金属的结晶冷却速度并不是极其缓慢的，这时的结晶温度称为实际结晶温度。实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷。过冷是结晶的必要条件。

1.1金属的结晶一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变73)金属的结晶过程金属的结晶过程分为形核和晶核长大两阶段液态中首先出现的极小晶体称为晶核

1金属的结晶一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变83)金属的结晶过程

1.1金属的结晶一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变94)晶粒的大小及细化晶粒方法同一成分的金属晶粒越细小，强度、硬度就越高塑形、韧性也越好

1.1金属的结晶一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变104)晶粒的大小及细化晶粒方法

1.1金属的结晶一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变11

1.2纯铁的晶体结构晶胞：完整地反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变12

1.2纯铁的晶体结构一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变13

1.3纯铁的同素异晶转变同素异晶转变也属于结晶过程有晶核形成和晶核长大的过程也是在一定的过冷度下进行的一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变14

1.3纯铁的同素异晶转变同素异晶转变使金属原子的密度发生变化，纯铁加热和冷却时会产生体积变化，并引起内应力纯铁同素异晶转变的性质是钢能够进行热处理的重要理论依据一、纯铁的晶体结构及其同素异晶转变15

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织合金：合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素融合而成的具有金属特性的新材料。组元：组成合金的元素。相：合金中化学成分、晶格构造和物理性质相同的均匀组成部分。如：液相、固相、奥氏体相等。组织：不同条件下，同一组成物的相结构其形状、大小、分布可能不同——不同组织。16

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织：固溶体、金融化合物和机械混合物三种。1)固溶体固溶体：固态下溶质原子熔入溶剂晶格形成的晶体。固溶体保持溶剂晶格类型。溶质原子溶入溶剂原子的间隙溶质原子代替溶剂原子17

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织1)固溶体

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2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织1)固溶体——固溶强化固溶强化：溶剂的晶格发生畸变，使金属材料的塑性下降，而强度、硬度提高。19碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，具有体心立方晶格。溶碳能力较差，在727℃时碳的溶解度最大为0.0218%，室温时几乎为零。特点：塑性、韧性很好，强度、硬度较低。

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织1)固溶体——铁素体（F）明亮的多边形晶粒，晶界曲折20

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织1)固溶体——奥氏体（A）碳溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体，具有面心立方晶格单个间隙的体积较大，溶碳能力比α-Fe大，727℃时溶解度为0.77%，随着温度的升高，溶碳量增多，1148℃时其溶解度最大，为2.11%。特点：高温相，强度和硬度不高，塑性和韧性很好，易锻压成形。多边形晶粒边界比F平直21

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织2)金属化合物由两组元的原子按一定的整数比相互化合而形成的一种新的具有金属特性的物质。熔点较高，硬度较高，脆性较大。22

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织2)金属化合物——渗碳体（Fe3C）特点：熔点高（1227℃），硬度高（800HBW），塑性和韧性极低，脆性大。可锻铸铁：Fe3C分解得到团絮状石墨23

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织3)机械混合物由结晶过程所形成的两相混合组织。各个相保持原有的晶格，性能取决于各相的比例、形状、大小、分布。24

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织3)机械混合物——珠光体（P）由铁素体和渗碳体组成的多相组织特点：碳的质量分数平均为0.77%，性能介于铁素体和渗碳体之间，其具有较高的强度和塑性，硬度适中（180HBS）。珠光体在显微镜下呈片层状。黑色层片为渗碳体，白色基体为铁素体。25

2.1铁碳合金的基本组织二、铁碳合金的基本组织3)机械混合物——莱氏体（Ld）26

2.2铁碳合金状态图二、铁碳合金的基本组织铁碳合金相图描绘了不同含碳量百分数的铁碳合金中，组织随着温度变化的情况27

2.2铁碳合金状态图二、铁碳合金的基本组织28

2.2铁碳合金状态图二、铁碳合金的基本组织29

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义二、铁碳合金的基本组织30二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义31二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义32二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义33二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义34

2.2铁碳合金状态图二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义35二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义36二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性点的含义37二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义38二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义39二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义ACE区、CDF区：液固两相区40二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义Fe3CI：一次渗碳体（初生渗碳体）Fe3CII：二次渗碳体（次生渗碳体）Fe3CIII：三次渗碳体41二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义42二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义43二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义44二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义45二、铁碳合金的基本组织

2.2铁碳合金状态图——主要特性线的含义PQ线：C在F中的溶解度曲线46二、铁碳合金的基本组织

2.3钢在结晶过程中的组织转变——按状态图对铁碳合金分类47二、铁碳合金的基本组织

2.3钢在结晶过程中的组织转变——按状态图对铁碳合金分类48二、铁碳合金的基本组织

2.3钢在结晶过程中的组织转变——按状态图对铁碳合金分类49二、铁碳合金的基本组织

2.3钢在结晶过程中的组织转变1)共析钢50二、铁碳合金的基本组织

2.3钢在结晶过程中的组织转变2)亚共析钢随着C%增加，P含量越来越多，F含量越来越少；钢的强度、硬度越来越高，塑形、韧性越来越低51二、铁碳合金的基本组织

2.3钢在结晶过程中的组织转变3)过共析钢52二、铁碳合金的基本组织

2.3钢在结晶过程中的组织转变53热处理工艺金属材料的基本知识1钢的普通热处理254三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变钢的热处理：是指将钢在固态下采用适当的方式进行加热、保温和冷却，从而改变钢的内部组织结构，最终获得所需性能的工艺方法。例如：退火可以降低钢件的硬度，从而利于切削加工；对碳素工具钢进行淬火+低温回火处理，提高材料硬度和耐磨性。55三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变56三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变57三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变1)钢在加热时的组织转变30~50℃58三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变正火——空气中冷却淬火——水中或油中冷却59三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变“连续冷却的组织转变曲线”直接测出非常困难；“等温转变曲线”近似分析连续冷却的组织转变过程，从而指导生产共析钢的等温转变曲线——C曲线60三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变61三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变62三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变63三、钢的热处理3.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变643.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变三、钢的热处理653.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变三、钢的热处理663.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变三、钢的热处理673.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变三、钢的热处理683.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变三、钢的热处理693.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变三、钢的热处理703.1钢在加热和冷却时的组织转变2)钢冷却时的组织转变三、钢的热处理713.1钢在加热和冷却时的组织转变三、钢的热处理2)钢冷却时的组织转变723.2退火三、钢的热处理733.2退火三、钢的热处理743.2退火三、钢的热处理1)完全退火目的：细化晶粒；改善组织；降低硬度，便于切削753.2退火三、钢的热处理1)完全退火763.2退火三、钢的热处理2)球化退火773.2退火三、钢的热处理3)去应力退火783.3正火三、钢的热处理793.3正火三、钢的热处理803.3正火三、钢的热处理813.4淬火三、钢的热处理823.4淬火三、钢的热处理833.4淬火三、钢的热处理843.4