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1、材料材料改性方法改性方法第第三三章章热处理定义：将金属在固态范围内加热到一定温度下,进行必要的保温，并以适当的速度冷却至室温，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。热处理特点：只改变金属材料的组织和性能，而不改变其形状和大小。热处理目的：提高材料的强度、硬度，改善塑性、韧性及切削性能。3.1 金属热处理金属热处理 P.38常用热处理工艺：普通热处理：退火、正火、淬火和回火 表面热处理：表面淬火、渗碳、渗氮和碳氮共渗等 (渗碳、渗氮和碳氮共渗又称化学热处理)热处理应用：机械工业中的大部分零件都要热处理。航空工业中的飞机上的金属零件几乎百分之百要进行热处理。二元合金二元合金状态状态图图:表
2、示二元合金系中不同成分的合金，在温度极缓慢变化条件下，在各种不同温度下的相组成和相变化的图。The Iron The Iron Carbon equilibrium diagram Carbon equilibrium diagram It is a map that can be used to chart the propersequence of operations for a given heat treatment.3.1.1 铁碳合金状态图(相图)P.38 1.铁碳合金状态图 P.380.026.695006007008009001000110012001300140015001
3、600T12270.772.114.3奥+铁(铁素体+渗碳体)液体+奥氏体液体+渗碳体液体(奥氏体+渗碳体)G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFDN奥氏体A3A1Acm(1)铁素体F()碳溶于 Fe中形成的固溶体，Ferrite Ferrite 体心立方结构，性能：强度、硬度低,塑性、韧性较好。(2)奥氏体A()碳溶于-Fe中形成的固溶体，Austenite Austenite 面心立方结构，强度低,塑性好。(3)渗碳体Fe3C(Cm)金属化合物。成分固定,为 Cementite6.69%C。性质硬而脆。是铁碳合金中的强化相。铁碳合金的基本铁碳合金的基本相相 Phas
4、es and structures(1)(1)铁素体铁素体碳在碳在-Fe-Fe中的固溶体，中的固溶体，Ferrite(F)特点：特点：最大溶解度最大溶解度(Maximum(Maximum saturated solubility of saturated solubility of ferrite)ferrite)为为0.0218%C0.0218%C；(2)(2)奥氏体奥氏体是碳在是碳在-Fe-Fe中的固溶体，中的固溶体，Austenite(A)特点：特点：最大溶解度最大溶解度(Maximum(Maximum saturated solubility of C saturated solubi
5、lity of C in austenite)2.11%Cin austenite)2.11%C；其力学性能与含碳量及晶其力学性能与含碳量及晶粒大小有关，一般粒大小有关，一般170170220HBS220HBS、=40=4050%50%；形变能力好，形变抗力小。形变能力好，形变抗力小。铁原子碳原子金属化合物Fe3C 渗碳体 Cementite(Cm)(4)莱氏体 Ledeburite：共晶共晶 产物，1148进行，L A()+Cm=莱氏体代号Ld(5)珠光体 Pearlite：共析共析 产物，727进行，A()F+Cm =珠光体代号 P 铁碳合金的基本铁碳合金的基本组织组织(混合物混合物)莱氏
6、体：Ledeburite(Ld)L (A+Fe3C)成分：4.3%C珠光体：Pearlite (P)A (F+Fe3C)成分：0.77%C铁碳合金分类工业纯铁-0.0218%C铸铁过共晶铸铁-4.36.69%C亚共晶铸铁-2.114.3%C共晶铸铁-4.3%C共析钢-0.77%C过共析钢-0.772.11%C亚共析钢-0.02180.77%C钢2.Fe-Fe3C相图分析(点、线、区，组成相）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3奥+铁(铁素体+渗碳体)液体+奥氏体液体+渗碳体液体(奥氏体+渗碳体)G
7、(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFDN奥氏体A3A1Acm （各组成相的组织形态）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)3-7 Fe-Fe3CSPECKFD奥氏体A3A1Acm（共晶部分）0.026.695006007008009001000
8、110012001300140015001600T12270.772.114.3奥+铁 奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1Acm 共晶体:L (A+Cm)Ld（共析部分）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+
9、低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFDN奥氏体A3A1Acm共析:A (F+Fe3C)P Ld Ld（各组成相的组织形态）0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)3-7 Fe-Fe3CSPECKFD奥氏体A3A1Acm
10、3.铁-碳相图的应用（1）分析铁碳合金的结晶过程 亚共析钢的结晶过程 过共析钢的结晶过程例：亚共析钢的结晶过程例：亚共析钢的结晶过程含碳量为0.02%0.77%,铁素体+珠光体 组织。FP40.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmA2-
11、3AF3-4A1-2L1L0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1LPA0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+
12、珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1AcmAA1-2L1LPA（2）分析加热时的组织转变0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱
13、氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体A3A1Acm（3）分析铁碳合金的组织根据相图可以判断在温度缓慢变化条件下，任一成分的合金在某个温度时的组织是由哪些相组成的，各相的化学成分以及各相所占的比例。铁碳合金室温组织比例图100%FFe3CFe3CPLd00.772.114.36.69C%0.026.695006007008009001000110012001300140015001600T12270.772.114.3珠光体奥+铁铁+珠渗碳体II+珠光体奥氏体+渗碳体II液体+奥氏体液体+渗碳体液体奥氏体+渗碳体II+莱氏体渗碳体+莱氏体渗碳
14、体+低温莱氏体珠光体+渗碳体II+低温莱氏体莱氏体低温莱氏体G(912)7271148C%铁素体A(1538)SPECKFD奥氏体d液+d奥+d液体液+奥ABNJ奥氏体A3A1AcmFFe3CIIP0 0.772.11C%单相固溶体固溶体的强度、硬度高于纯金属，固溶度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性一般随固溶度增加而下降。（4）判断铁碳合金力学性能必须指出，双相合金，特别是含共析体和共晶体的合金的机械性能，与其组织的细密程度有关。组织细密、强度、硬度升高。两相混合物当合金为两相混合物时(如P、P+F等)。合金的性能大致为两相的体积加权平均值。强度=1V1+2V2硬度 HB=HB1V1+HB2V2碳钢机械性能400MPa800MPa1200MPaHB(100HB)(200HB)(300HB)00.40.81.2akdysbsbHB60%14J/cm2d,y40%12J/cm220%8J/cm2ak铁素体F 珠光体P渗碳体Fe3CII FFe3CIIP0 0.772.11C%P的a.铸造工艺性有较好的流动性，产生分散缩孔(缩松)的倾向小。共晶或近共晶合金（5）判断铁碳合金热加工工艺性b.锻压工艺性锻压要求材料有较好的塑性和较小的变形抗力(强度)。奥氏体区好 制定工艺参数相图是制定热加工及热处理工艺参数的重要依据。第三章（1）作业 P.672、3、4、5、思考题：6、