模具材料与热处理.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流模具材料与热处理.精品文档.绪 论0.1 模具工业的作用与地位0.2 模具材料应用、发展概况及展望0.3 本课程的性质及要求0.1 模具工业的作用与地位模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都依靠模具成型，模具质量的高低决定着产品质量的高低，所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张，因此，模具工业被称为“百业之母”，被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。 现代模具行业是技术、资金密集型的行业。 0.2 模具材料应用、发展概况及展望1.国外模具材料发展现状 主要有以下几个特点:

2、 (1)研制出先进的各种类型的冷、热作模具钢，并有较完整的系列。(2)塑料模具钢高速发展并系列化。 (3)模具钢的品种、规格迅速向多样化、精料化、制品化方向发展。(4)模具钢性能高级化。 (5)研究和开发新型模具材料。 2.我国模具材料生产现状及展望 (1)钢种系列化程度低 (2)钢种产品结构不合理 (3)模具钢冶金质量低、成材率低 (4)模具新材料宣传和推广力度不够 0.3 本课程的性质及要求本课程是以物理、化学、机械基础、机械制造工艺为基础的一门学科。学习时应该经常联系有关课程以加深理解。同时本课程又是模具制造专业的重要基础课程，与热加工、冷加工工艺联系紧密，学习过程中要融会贯通、牢固掌握

3、。本课程还是一门实践性很强的课程， 与生产实践联系十分密切。因此建议在学习过程中，应该安排学生参观一些模具制造厂家和模具使用厂家，以增加感性知识。 本课程是模具制造专业的主要专业课程。学习本课程的目的是使学生了解现代模具制造业的发展状况和趋势，熟悉模具制造的一般工艺性问题。掌握各类模具材料的分类、特性 和强化方法及使用范围。重点掌握模具的质量、寿命、成本与模具钢的选材及热处理之间的关系，学会正确选用模具钢及其热处理方法。 模具材料与热处理第1章 材料的种类与金属材料的性能第2章 材料的结构与组织第3章 材料的变形第4章 钢的热处理第5章 模具材料概述第6章 冷作模具钢及其热处理第7章 热作模具

4、钢及其热处理第8章 塑料模具钢及其热处理第9章 模具加工件材料概述第10章 模具失效第11章 模具材料的标准及选用第12章 模具热处理的缺陷及防止措施第1章 材料的种类与金属材料的性能11 材料的种类 111 什么是材料 112 材料是如何分类的12 金属材料的性能 121 物理性能 122 化学性能 123 力学性能 124 工艺性能什么是材料？材料是人类生产和生活所必须的物质基础。材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。 石器时代 青铜器时代 铁器时代1.1 材料的种类1.材料的分类方法2 材料的结合键金属材料制品：不锈钢制品、齿轮组、变速齿轮、钻

5、头、铣刀、铜条轧轮、轧棍。传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、长石等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。 特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。 高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。 综上所述，根据结合键可将材料分为四类: 金属材料主要以金属键结合，其强韧性好，塑性变形能力强，导电、导热性好，为主要的工程材料。高分子材料以分子键和共价键结合，耐蚀性、绝缘性好，密度小，加工成型性好，强度不高、硬度较低，耐热性较差。陶瓷材料以离子键、共价键结合，熔点高，硬度高，耐热，

6、耐磨，脆性大，难以加工。复合材料可由多种结合键组成，强韧性好，比强度、比刚度高，抗疲劳性好。 1.2 金属材料的性能1.2.1 物理性能 1.密度和熔点:(1)密度;(2)熔点 2.热学性能:(1)导热性;(2)比热容;(3)热膨胀系数 3.电学性能:(1)导电性;(2)介电常数与介电强度;(3)铁电性能;(4)超导电性 4.磁学性能:(1)磁导率;(2)矫顽力 1.2.3 力学性能 1.强度 (1)拉伸试样:拉伸试样的形状有圆形和矩形两类。在国家标准(GB/T 2282002)金属材料室温拉伸试验方法中，对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。图1-5所示为圆形拉伸试样。 (2)力-伸长

7、曲线:拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线叫做力伸长曲线。 在拉伸试验中具有屈服现象的金属材料称为塑性材料，而工程上使用的金属材料，大多数没有明显的屈服现象，这类金属材料称为脆性材料。有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且也不产生缩颈。 (3)强度指标:屈服点和抗拉强度屈服点:试样在拉伸过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长(变形)时的应力称为屈服点，其计算公式为 s=Fs/S0 （1-3） 式中 s屈服点，MPa; Fs试样屈服时的载荷，N; S0试样原始横截面面积，mm2。 对于无明显屈服现象的金属材料，按GB/T 2282002规定可用规定残余伸长应力0.2表示。0.2表示试样卸除拉伸

8、力后，其标距长度部分的残余伸长率达到0.2%时的应力，也称屈服强度。计算公式为 0.2=F0.2/S0 （1-4）式中 0.2规定残余伸长应力，MPa; F0.2残余伸长率达到0.2%时的载荷，N; S0试样原始横截面面积，mm2。 抗拉强度:试样拉断前承受的最大标称拉应力称为抗拉强度。其计算公式为 b=Fb/S0 （1-5） 式中 b抗拉强度，MPa; Fb试样承受的最大载荷，N; S0试样原始横截面面积，mm2。 抗拉强度表示材料在拉伸载荷作用下的最大均匀变形的抗力。零件在工作中所承受的 应力，不允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。抗拉强度b和屈服点s一样，也是机械零件设计和选材的主要依据。

9、在工程上把s/b称为屈强比。屈强比高，则材料强度的有效利 用率高，但过高也不好，一般以0.75左右为宜。 2.塑性 断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。常用的塑性判据是断后伸长率和断面收缩率。它们也是由拉伸试验测得的。 试样拉断后标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比称为断后伸长率，其计算公式为 =(l1- l0)/l0100% （1-6） 式中 试样断后伸长率，%; l0试样原始标距长度，mm; l1试样拉断后的标距长度，mm。 试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积的百分比称为断面收 缩率，其计算公式为 =(S0-S1)/S0100% （1-7） 式中 断面收缩率

10、，%; S0试样原始横截面面积，mm2; S1试样拉断后缩颈处的最小横截面面积，mm2。 3.硬度 抵抗外物压入的能力，称为硬度综合性能指标。 (1) 布氏硬度HB ( Brinell-hardness ) (2)洛氏硬度 ( Rockwll hardness)定义：每0.002mm相当于洛氏1度。洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种HRB 轻金属，未淬火钢HRC 较硬，淬硬钢制品HRA 硬、薄试件10HRCHBS(3)维氏硬度维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。适用范围：测量薄板类，HVHBS 4.韧性 金属在断裂前吸

11、收变形能量的能力称为韧性。 冲击试验: AK=GH1-GH2 =G(H1-H2) (1-10) 式中 AK冲击吸收功， J ; GH1摆锤初始势能; GH2摆锤剩余势能; G摆锤重量， N ; H1摆锤初始高度， m ; H2冲断试样后，摆锤回升高 度，m。 冲击韧度是指冲击试样缺口处单位横截面面积上的冲击吸收功，其计算公式为 K= AK/ S0 (1-11) 式中 K冲击韧度， J/cm2; AK冲击吸收功， J ; S0试样缺口处横截面面积,cm2。 5.疲劳强度 疲劳现象：（80%的断裂由疲劳造成） 承受载荷的大小和方向随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈

12、服极限的应力下发生断裂。影响因素： 循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。Titanic沉没原因Titanic 含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。1.2.4 工艺性能1.铸造性能 (1)流动性 (2)收缩性 (3)偏析 2.压力加工性能 3.焊接性能 4.切削加工性能 5.热处理性能 思考题1-1 材料是如何分类的? 1-2 材料的使用性能与工艺性能有何区别? 1-3 举例说明高熔点的金属和低熔点的金属各有什么用途? 1-4 简述金属材料的化学性能。 第2章 材料的结构与组织21 金

13、属材料的结构与组织 211 纯金属的晶体结构 212 金属的实际晶体结构 213 合金的晶体结构214 金属材料的组织22 高分子材料的结构与性能 221 高分子材料的结构 222 高分子材料的性能23 陶瓷材料的结构与性能 231 陶瓷材料的结构 232 陶瓷材料的性能2.1 金属材料的结构与组织2.1.1 纯金属的晶体结构 1.晶格、晶胞与晶格常数 2.晶面与晶向 3.金属晶体的类型 (1)体心立方晶格 (2)面心立方晶格(3)密排六方晶格 2.1.2 金属的实际晶体结构 1.单晶体和多晶体 2.实际金属的晶体缺陷 (1)点缺陷 空位间隙原子(2)线缺陷 刃型位错螺型位错(3)面缺陷 面缺

14、陷是指在两个方向上尺寸很大，第三个方向上尺寸很小而呈面状分布的缺陷。面缺陷主要是指金属中的晶界和亚晶界。 晶界处的主要特征： 原子排列不规则，因此对金属的塑性变形起着阻碍作用，晶界越多，其作用越明显。 显然，晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的强度和硬度也就越高。所以在常温下使用的金 属材料，一般总是力求获得细小的晶粒。 晶界处原子具有较高的能量，且杂质（往往是一些低熔点的杂质）较多，因此其熔点较低，有时还未加热到金属的熔点，晶界处就已先熔化了。 晶界处原子能量较高而容易满足固态相变所需要的能量起伏，因此新相往往在旧相晶界处形核。晶粒越细小，晶界越多，新相的形核率就越高。晶界处有较多的空位，因此

15、原子沿晶界的扩散速度较快。 晶界处电阻较高，且易被腐蚀。 总之，实际金属的晶体结构不是理想完整的，而是存在着各种晶体缺陷，并且这些缺陷在不断地运动变化着，金属中的许多重要变化过程，都是依靠晶体缺陷的运动来进行的，并且金属的许多性能也都与晶体缺陷密切相关。 2.1.3 合金的晶体结构 1.合金的基本概念 （1）合金 （2）组元 （3）相 2.固溶体 根据溶质原子在溶剂中所处位置不同，固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两大类。 (1)间隙固溶体 (2)置换固溶体 2.1.4 金属材料的组织 1.组织的概念2.组织的决定因素 3.组织与性能的关系 不同组织结构的材料具有不同的性能，综上所述，金属材料

16、的成分、工艺、组织结构和性能之间有着密切的关系。2.2 高分子材料的结构与性能2.2.1 高分子材料的结构 1.大分子链的构成 (1)化学组成 组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳是形成大分子链的主要元素。大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳链大分子、杂链大分子和元素链大分子。(2)形态大分子链呈现不同的几何形状，主要有线型、支化型和体型三类， 线型分子链；支化型分子链；体型(网型或交联型)。 (3)空间构型 2.大分子链的构象及柔性 3.高分子材料的聚集态 2.2.2 高分子材料的性能 1.高分子材料的物理性能和化学性能特点 (1)绝缘性 (

17、2)耐热性 (3)耐蚀性 (4)老化 2.高分子材料的力学性能 (1)高聚物的物理、力学状态 线型非晶态高聚物的三种力学状态为玻璃态、高弹态和黏流态。(2)高分子材料的力学性能特点 高聚物的性能由硬脆、强硬、强韧、柔韧而缓慢地发生变化。 黏弹性:应变与应力同步发生，或应变与应力同时达到平衡。应变不仅决定于应力，而且决定于应力作用的速率。即应变不随作用力即时建立平衡，而有所滞后。蠕变：应力松弛：滞后与内耗：高聚物受周期性载荷时，产生伸-缩的循环应变。2.3 陶瓷材料的结构与性能2.3.1 陶瓷材料的结构 按照组织形态陶瓷材料分为三类。 无机玻璃即硅酸盐玻璃微晶玻璃即玻璃陶瓷，是单个晶体分布在非晶

18、态的玻璃基体上的一类陶瓷材料。陶瓷（晶体陶瓷），陶瓷的典型组织结构包括：晶体相（莫来石和石英），玻璃相，气相 。1.晶体相（1）硅酸盐 硅酸盐基本结构具有以下特点: 构成硅酸盐的基本单元为硅氧四面体结构。 硅氧四面体只能通过共用顶角而相互结合; Si4+通过O2-结合，SiOSi的结合键在氧上的键角接近于145 ; 稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体采取最高空间维数互相结合; 硅氧四面体采取比较紧密的结构结合; 同一结构中硅氧四面体最多只相差1个氧原子。 (2)氧化物 (3)非氧化合物 2.玻璃相 玻璃相的作用包括: 黏连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致密度; 降低烧结温度，加快烧结速度; 阻

19、止晶体转变，抑制其长大; 获得透光性等玻璃特性; 不能成为陶瓷的主导相3.气相 气相是陶瓷内部残留的孔洞，其成因复杂，影响因素多。陶瓷根据气孔率分为致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外，气孔对陶瓷的性能不利，它降低了陶瓷的强度，常常是造成裂纹的根源(图2-28)，所以应尽量降低气孔率。一般普通陶瓷的气孔率为5 %10% ;特种陶瓷在5 %以下;金属陶瓷则要求低于0.5 %。 2.3.2 陶瓷材料的性能 1.陶瓷的物理和化学性能 (1)热膨胀性能 (2)导热性(3)热稳定性 (4)化学稳定性 (5)导电性 2.3.2 陶瓷材料的性能 2.陶瓷的力学性能 (1)刚度 (2)硬度 (3)强度

20、：晶界使陶瓷实际强度比理论值低得多(11%)。总之，陶瓷材料的性能特点是:具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，温度急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差。 思考题2-1 什么叫晶体?什么叫非晶体? 2-2 什么叫晶格?什么叫晶胞? 2-3 常见的金属晶体有哪几种? 2-4 铁有哪几种同素异晶体? 2-5 晶体缺陷有哪几种?它们对力学性能有什么影响? 2-6 什么叫固溶体?什么叫固溶强化现象? 2-7 什么叫金属化合物?它有何特征? 2-8 什么叫金属的组织? 2-9 试述晶粒大小与力学性能的关系。 2-10 什么叫高分子材料?简述高分子材料的结构。 第

21、3章 材料的变形31 金属的塑性变形与再结晶 311 金属的塑性变形 312 冷塑性变形对金属性能与组织的影响 313 回复与再结晶 314 金属的热塑性变形32 高分子材料的变形特点 321 高聚物的弹性变形 322 高聚物的粘弹性变形 323 线型高聚物的变形特点 324 体型高聚物的变形特点33 陶瓷材料的变形 331 陶瓷材料的弹性变形 332 陶瓷材料的塑性变形及蠕变 333 陶瓷材料的强度、硬度和断裂3.1 金属的塑性变形与再结晶 3.1.1 金属的塑性变形1.单晶体的塑性变形 滑移变形具有以下特点: 滑移在切应力作用下产生。滑移沿原子密度最大的晶面和晶向发生。 滑移时两部分晶体的

22、相对位移是原子间距的整数倍。滑移的同时伴随着晶体的转动。滑移的机理2.多晶体的塑性变形 (1)晶粒取向的影响 (2)晶界的影响 (3)晶粒大小的影响 因此，一般在室温使用的结构材料都希望获得细小而均匀的晶粒。因为细晶粒不仅使材料具有较高的强度、硬度，而且也使它具有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性 能。故生产中总是尽可能地细化晶粒。 3.1.2 冷塑性变形对金属性能与组织的影响 1.冷塑性变形对金属显微组织的影响 2.亚结构的变化 3.形变织构的产生 形变织构有两种类型: 拔丝时形成的形变织构称为丝织构，其主要特征为各晶粒的某一晶向趋于平行于拉 拔方向。 轧板时形成的形变织构称为板织构，

23、其主要特征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋 于平行于轧制面和轧制方向。 4.塑性变形对金属性能的影响 塑性变形后金属性能变化最显著的是力学性能。随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象称为加工硬化或形变强化。 5.残余应力 内应力分为三类: 宏观残余应力:是由工件不同部分的宏观变形不均引起的。 微观残余应力:是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均产生的。 点阵畸变:是由工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷(如空位、间隙原子、位错等)引起的。内应力的产生使材料变脆，耐蚀性降低。 3.1.3 回复与再结晶 1.回复 2.再结晶 对于工业用纯金属(纯度大于99.9%)，其再结晶温度与熔点

24、间的关系可按下列经 验公式计算: T再=（0.350.4）T熔 式中 T再金属的再结晶温度，K; T熔金属的熔点，K。 实际生产中，为了消除加工硬化，必须进行中间退火。经冷变形后的金属加热到再结晶温度以上100200，保温适当时间，使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除加工硬化和残余应力的退火，称为再结晶退火。 3.晶粒长大 3.1.4 金属的热塑性变形 1.热加工与冷加工的本质区别 金属的冷塑性变形加工和热塑性变形加工是以再结晶温度来划分的。凡在金属的再结晶温度以上进行的加工，称为热加工，如锻造热轧等;在再结晶温度以下进行的加工称为冷加工，如冷轧冷拉等。2.热加工对金属组织和性能的影响

25、(1)消除铸态金属的组织缺陷 (2)细化晶粒 (3)形成纤维组织 (4)形成带状组织3.2 高分子材料的变形特点 3.2.1 高聚物的弹性变形 3.2.2 高聚物的黏弹性变形 3.2.3 线型高聚物的变形特点 3.2.4 体型高聚物的变形特点 3.3 陶瓷材料的变形3.3.1 陶瓷材料的弹性变形 材料在静拉伸载荷下，一般都要经过弹性变形、塑性变形及断裂三个阶段。3.3.2 陶瓷材料的塑性变形及蠕变 3.3.3 陶瓷材料的强度、硬度和断裂 目前主要采用以下几种方法提高陶瓷材料的实际强度及改善其脆性: 制造颗粒细的、致密度高的、均匀的、较纯净的陶瓷，以尽量减少组织中的各种杂质和缺陷。 将陶瓷制成纤

26、维，甚至晶须，可以大大减小各种缺陷产生的几率，能使强度提高12个数量级。 在陶瓷表面造出一个残余应力层。思考题 3-1 什么是滑移? 3-2 单晶体塑性变形的最基本方式是什么?在实际晶体中，它是通过什么来实现的? 3-3 多晶体的塑性变形比单晶体复杂，它的不同点主要表现在哪几个方面? 3-4 塑性变形对金属性能的影响有哪些? 3-5 什么是加工硬化?它在生产中有何利弊?如何消除加工硬化? 3-6 简述加热温度对冷塑性变形金属的组织和性能的影响。 3-7 实际生产中，金属的再结晶温度是如何确定的? 3-8 热加工与冷加工的本质区别是什么?它对金属的组织和性能有何影响? 3-9 简述高聚物的变形特

27、点。 3-10简述陶瓷的变形特点。第4章 钢的热处理4.1 铁碳合金相图的分析及应用4.2 钢在加热时的组织转变4.3 钢在冷却时的组织转变4.4 钢的整体热处理工艺4.5 钢的表面热处理和化学热处理4.1.1 纯金属的结晶过程及铁的同素异构现象 1.纯金属的结晶过程 (1)纯金属的冷却曲线及过冷度(2)纯金属的结晶过程(3)晶粒大小对金属力学性能的影响2.铁的同素异构现象 (1)纯金属的冷却曲线及过冷度综上所述，纯金属的结晶有两个特点:一是结晶总是在一定的过冷度条件下进行;二是结晶的整个过程是在一恒温(T1)情况下由开始到结束的。前者也是合金结晶以及其他固态下组织转变的共同特点。 (2)纯金

28、属的结晶过程 (3)晶粒大小对金属力学性能的影响常用的细化晶粒方法有: 增加过冷度 变质处理 振动处理 2.铁的同素异构现象 1394 912-Fe -Fe -Fe （4-1） 4.1.2 铁碳合金相图的分析 1.铁碳合金的基本组织 （1）铁素体 （2）奥氏体 （3）渗碳体（4）珠光体 （5）莱氏体 4.1.2 铁碳合金相图的分析 Fe-Fe3C相图中的特性点: 1148 LwC4.30% Ld wC4.30%（AwC2.11%+Fe3C） （4-2） 共晶转变 1148或 LwC4.30% LdwC4.30% （4-3） 共晶转变 727AwC0.77% PwC0.77%（FwC0.021

29、8% +Fe3C） （4-4） 共析转变 727或 AwC0.77% PwC0.77% （4-5） 共析转变 Fe-Fe3C相图中的特性线:二元相图中的线条都是一些具有共同特征的点的连线。综上所述，渗碳体可以有三个来源，从液态合金中直接结晶出来、从奥氏体中析出和从铁素体中析出。 Fe-Fe3C相图中的相区: 简化后的Fe-Fe3C相图共有12个相区（5个单相区;5个两相区;2个三相区）。 (2)铁碳合金的分类 根据Fe-Fe3C相图中铁碳合金的碳质量分数wC、组织转变的特点及室温组织，我们可将铁碳合金分为以下几类: 工业纯铁: wC 0.021 8%的铁碳合金称为工业纯铁。 钢:0.021 8

30、% wC 2.11%的铁碳合金称为钢。根据其室温组织和碳质量分数wC的不同，又可分为 亚共析钢0.021 8% wC 0.77%; 共析钢wC=0.77%; 过共析钢0.77% wC 2.11%。 白口铸铁:2.11% wC 6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。根据其室温组织和碳质量分数wC的不同，又可分为 亚共晶白口铸铁2.11% wC 4.3%; 共晶白口铸铁 wC=4.3%; 过共晶白口铸铁4.3% wC 6.69%。 (3)Fe-Fe3C相图的应用 根据Fe-Fe3C相图判断铁碳合金的力学性能作为选用钢铁材料的依据: 制定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据:在热处理工艺上的应用4.2 钢在

31、加热时的组织转变热处理是由加热、保温和冷却三个基本环节组成的。在大多数热处理工艺中，钢加热的主要目的是获得奥氏体组织。 4.2.1 奥氏体的形成机理 1.奥氏体形成的热力学条件 2.奥氏体的形成过程 （1）奥氏体晶核形成（2）奥氏体晶核长大 （3）残余渗碳体溶解 （4）奥氏体成分均匀化 4.2.3 奥氏体的晶粒长大及其控制 1.奥氏体晶粒度的概念 2.奥氏体晶粒长大及其影响因素 （1）加热温度 （2）保温时间 （3）加热速度 （4）化学成分 钢中的碳含量和合金元素都会对奥氏体晶粒长大产生显著影响。 碳含量: 合金元素: 3.控制奥氏体长大的措施 (1)合理选择加热温度和保温时间 (2)合理选择

32、钢的原始组织 (3)加入一定量的合金元素 4.3 钢在冷却时的组织转变 4.3.1 过冷奥氏体的等温转变 钢在冷却时，主要的冷却方式有两种: 一种是等温冷却，另一种是连续冷却。1.过冷奥氏体等温转变曲线 2.影响奥氏体等温转变曲线的因素 影响C曲线形状、位置的因素很多，主要有下面几个方面: (1)碳含量 (2)合金元素 (3)加热温度和保温时间 4.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变的近似分析 4.3.3 过冷奥氏体的组织转变类型 1.珠光体型转变 (1)珠光体的组织形态及力学性能 (2)珠光体的形成机理 珠光体的形成过程，包含两个同时进行的过程: 一个是碳的扩散，生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体;

33、另一个是晶体的点阵重构，由面心立方的奥氏体转变成体心立方的铁素体和 复杂斜方的渗碳体。 2.贝氏体型转变（1）贝氏体的组织形态和力学性能 （2）贝氏体的形成机理 3.马氏体型转变 （1）马氏体的组织形态及力学性能 （2）马氏体的形成条件 （3）马氏体型转变的特点 钢中马氏体型转变有着许多不同于珠光体型转变的特点: 转变的非扩散性: 转变的非等温性: 转变的非彻底性: 比容增大: 4.4 钢的整体热处理工艺4.4.1 退火 所谓退火，就是将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的实质是将钢加热奥氏体化后进行珠光体型转变。退火后的组织，对亚共析钢是铁素体加片状珠光体

34、;对共析或过共析钢则是粒状珠光体。总之，退火组织是接近平衡状态的组织。 1.退火的目的 降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理做准备。 消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 2.常用的退火工艺及应用 （1）完全退火 （2）球化退火 （3）去应力退火（4）再结晶退火 （5）扩散退火 4.4.2 正火 将钢加热到Ac3(或Accm)以上3050，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热 处理工艺称为正火。由于正火将钢加热到完全奥氏体化状态，使钢中原始组织的缺陷基本消除，然后再控制以适当的冷却速度

35、，所以正火得到以索氏体为主的组织。 正火与退火两者的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火稍快，故正火钢组织比较细，它的强度、硬度比退火钢高。 1.正火工艺的应用 （1）低碳钢 （2）中碳结构钢 （3）过共析钢 2.退火与正火的选择 （1）切削加工性 （2）使用性能 （3）经济性 4.4.3 淬火 1.钢的淬火工艺及种类 钢的淬火就是将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和(或)下贝氏体组织的热处理工艺。 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体(或下贝氏体)型转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，获得所需的力学性能。 (1)淬火加热温度

36、在具体选择钢的淬火加热温度时，除了遵循一般原则外，还应考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。 (2)淬火介质生产中实际使用的淬火介质可分为两大类:一类是工件在冷却过程中会发生物态变化的介质;另一类是不发生物态变化的介质。其冷却特性的不同，直接影响了工件的冷却速度。 蒸气膜阶段沸腾阶段 对流阶段 常用的淬火介质：常用的淬火介质有水、盐水和碱水、油、熔盐和熔碱等。 新型淬火介质:主要有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。 (3)淬火冷却方法 单液淬火；双介质淬火；马氏体分级淬火；下贝氏体等温淬火；延迟淬火冷却；局部淬火；深冷处理；

37、2.钢的淬硬性和淬透性 淬硬性和淬透性是表示钢接受淬火能力的两项性能指标。它们是选材、用材的重要依据，也是热处理技师必须了解的材料的重要性能。 淬硬性淬透性 4.4.4 回火 1.淬火钢在回火时的组织和性能转变 回火就是钢淬硬后，再加热到低于Ac1以下的某一温度，保温一定的时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 回火的目的是:合理调整力学性能，使工件满足使用要求;稳定组织，使工件在使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的形状、尺寸不变;降低或消除内应力，以减少工件的变形并防止开裂。 (1)回火时的组织转变 淬火钢回火时的组织转变大致包括以下几个过程: 碳原子的偏聚和聚集；马氏体的分解；残余奥氏体的

38、转变；碳化物的析出、转化和长大；铁素体的回复与再结晶；总之，淬火钢的回火转变是由以上五个过程综合作用的结果，难以用明确的温度范围将 它们截然分开，它们有时互相交错，有时同时进行。 (2)回火后的力学性能 淬火钢回火时力学性能总的变化趋势是：随着回火温度的上升，硬度、强度降低，塑性、 韧性升高。 回火对淬火钢硬度的影响回火对钢的强度、塑性和韧性的影响 2.回火的分类及回火工艺的制定 1）回火的分类 低温回火: 中温回火: 高温回火: （2）回火工艺的制定 制定回火工艺的主要参数有:回火温度、回火时间、回火后的冷却速度。 4.5 钢的表面热处理和化学热处理 4.5.1 钢的表面热处理 1.感应加热

39、表面淬火 (1)基本原理 (2)特点及其在热处理中的应用 感应加热能够在一定范围内控制加热层深度。 加热速度快，生产效率高。 工件的热处理质量高而稳定。 热效率高。 易实现局部加热和连续加热。 便于实现机械化和自动化。 (4)感应加热表面淬火后的组织及性能感应加热表面淬火后的组织:感应加热表面淬火后的力学性能: 硬度； 疲劳强度； 耐磨性；(5)工艺 感应加热表面淬火的工艺参数分为热参数和电参数两种。 感应加热表面淬火方法:同时加热淬火法；连续加热淬火法。 淬火温度和加热速度的选择 感应加热设备的选择:应根据工件的淬硬层深度要求选择电流频率。 感应加热后的冷却：喷射冷却；浸液冷却；埋油冷却。

40、感应加热表面淬火后的回火通常回火方法有三种: 炉中回火；自回火；感应加热回火。 2.火焰加热表面淬火 (1)基本原理和特点 (2)方法 固定法；旋转法；前进法；联合法。 4.5.2 钢的化学热处理 1.化学热处理的基本原理 (1)化学热处理的概念 (2)化学热处理的基本过程 2.渗碳 (1)渗碳概述 (2)气体渗碳 (3)渗碳后的热处理及其性能 渗碳后的热处理: 渗碳淬火后的组织:一类是从表面到心部组织依次为马氏体+残余奥氏体马氏体心部组织;另一类是马氏体+残余奥氏体+碳化物马氏体+残余奥氏体马氏体心部组织。 气体渗碳工艺过程通常可划分为升温排气、渗碳(包括强渗和扩散)、降温冷却三个阶段。3.渗氮 (1)渗氮概述 (2)气体渗氮原理 (3)渗氮前的热处理 (4)气体渗氮工艺 气体渗氮的工艺曲线见图4-32。 4.碳氮共渗及氮碳共渗 (1)碳氮共渗 (2)氮碳共渗 5.其他化学热处理简介 (1)渗硼 (2)其他多元共渗 (3)渗铝 3.渗氮（1）渗氮概述 （2）气体渗氮原理 （3）渗氮前的热处理 （4）气体渗氮工艺4.碳氮共渗及氮碳共渗 （1）碳氮共渗 （2）氮碳共渗 5.其他化学热处理简介 （1）渗硼 （2）其他多元共渗 （3）渗铝