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1、常用金属材料及热处理第1页，共69页，编辑于2022年，星期六前言 Introduction工程材料是构成机械的物质基础。机械的性能取决于其使用的材料.用于机械制造的材料有上千种,我们在选择材料时,既能保证使用性能、便于加工，又要有经济性，那就必须了解这些材料，认识这些材料。第2页，共69页，编辑于2022年，星期六 工程材料分类金属非金属复合材料碳钢合金钢钢有色金属塑料橡胶陶瓷聚合物聚合物基复合材料金属基复合材料黑色金属重金属轻金属贵金属铸铁第3页，共69页，编辑于2022年，星期六 金属材料的性能金属材料的性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工
2、作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能（机械性能）。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。第4页，共69页，编辑于2022年，星期六工艺性能：工艺性能：指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。1.铸造性能：铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流动性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。2.2.焊接性能：焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以
3、上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。3.冷弯性能：冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度（外角）或弯心直径 d对材料厚度 a的比值表示，a愈大或 d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。工艺性能工艺性能第5页，共69页，编辑于2022年，星期六4.冲压性能冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。5.锻造性能锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。化学性能化学性能化学性能化学性能：指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。1.耐腐蚀性耐腐蚀性：指金属材料抵抗
4、各种介质侵蚀的能力。2.抗氧化性抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。第6页，共69页，编辑于2022年，星期六腐蚀的概念金属表面受到外部介质作用而逐渐破坏的现象称为腐蚀或者锈蚀。腐蚀通常分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。金属在电解质溶液中的腐蚀，称为电化学腐蚀；金属在非电解质中的腐蚀，称为化学腐蚀。大部分金属的腐蚀是电化学腐蚀。第7页，共69页，编辑于2022年，星期六电化学腐蚀示意图电化学腐蚀实际上是电池作用。-Fe+CuH2SO4e铁和铜在电解质H2SO4溶液中形成了一个电池，由于铁的电极电位低，为阳极，铜的电极电位高，为阴极，所以铁被溶解，而在阴极上就放出氢气。第8页，共6
5、9页，编辑于2022年，星期六化学腐蚀化学腐蚀就是金属与介质直接发生化学反应。在干燥环境下钢铁表面的红色锈蚀就是属于化学腐蚀：4Fe+3O2=2 Fe2 O3当氧气含量不足时，反应物为FeO(黑色）钢铁氧化发黑的成分是Fe3 O4第9页，共69页，编辑于2022年，星期六 机械性能机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。1.抗拉强度抗拉强度：也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/平方毫米（N/mm2）表示。2.屈服强度屈服强度：指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L时应力值，单位用牛顿/平方毫米（N/mm2）表示。
6、机械性能机械性能（力学性能力学性能）第10页，共69页，编辑于2022年，星期六3.延伸率延伸率（）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。4.断面收缩率断面收缩率（）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。第11页，共69页，编辑于2022年，星期六第12页，共69页，编辑于2022年，星期六硬度硬度硬度：指材料抵抗其它更硬物压入其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HKB、HRC)和维氏硬度（HV)第13页，共69页，编辑于2022年，星期六布氏硬度原理：用一定直径的钢球以相应的试验力压入试样的表面，保持规定的时间后卸除试验
7、力，在试样的表面留下球形痕迹，测量压痕直径的大小求得硬度值布氏硬度又两种：HBS和HBW,区别时钢球布同，HBS用的时淬火钢球，HBW是硬质合金球，HBS现在基本都不用，现在用的是HBW.布氏硬度计的优点：准确 布氏硬度计的缺点：损伤大，不易测薄的工件第14页，共69页，编辑于2022年，星期六洛氏硬度原理：以顶角为120的金刚石圆锥体或者直径时1.588mm的淬火钢球做压头，以规定的试验力压入试样的表面，根据压痕深度，确定硬度值。洛氏硬度有9种：HRA,HRB,HRC,HRD,HRE,HRF,HRG,HRH,HRK洛氏硬度计的优点：简单迅速，效率高，直接读数洛氏硬度计的缺点：不够准确第15页
8、，共69页，编辑于2022年，星期六维氏硬度原理：原理与布氏相似，区别是采用锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体，测量压痕两对角线长度。优点：准确度高，压痕更小，是以微米单位来计缺点：效率低第16页，共69页，编辑于2022年，星期六冲击韧性冲击韧性冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/平方厘米（J/cm2）。韧性转变温度：冲击吸收功氏随着温度的降低而降低的，有些材料在低于某一温度时，冲击值显著下降，这一温度称为韧性转变温度 普通碳素钢的韧性转变温度大约是在-20，这就是某些车辆、桥梁、管道等在东北等寒冷地区易发生脆断的原因。第17页，共69页，编辑于2022年，星期六 铁碳合金
9、相图铁碳合金相图。铁碳合金相图：表示在平衡状态下铁碳合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图。第18页，共69页，编辑于2022年，星期六 铁碳合金的相图及组织转变铁碳合金的相图及组织转变 工业纯铁工业纯铁碳钢碳钢白口铸铁白口铸铁亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铁过共晶白口铁第19页，共69页，编辑于2022年，星期六 工业纯铁 含碳量小于0
10、.0218%的铁碳合金，钢 含碳量在0.0218%2.11%的铁碳合金，共析钢 含碳量等于0.77%，亚共析钢 含碳量小于0.77%，过共析钢 含碳量位于0.77%2.11%，白口铸铁 含碳量在2.11%6.69%的铁碳合金 共晶白口铸铁 含碳量等于4.3%，亚共晶白口铸铁 含碳量位于2.11%4.3%过共晶白口铸铁 含碳量位于4.3%6.69%第20页，共69页，编辑于2022年，星期六1.铁素体铁素体（F F）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，它它保保持持体体心心立立方方晶晶格格结结构构。其其显显微微组组织织如如图图1-151-15，溶溶解解度度（0.008%0.008%0.02%0.0
11、2%），故故性性质质接接近近纯纯铁铁，强强度度、硬硬度低，塑性、韧性好。度低，塑性、韧性好。2.奥氏体奥氏体（A A）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，保保持持面面心心立立方方晶晶格格结结构构。其其显显微微组组织织如如图图1-16，溶溶解解度度（0.77%0.77%2.11%2.11%），其其强强度度和和硬硬度度略略高高于于铁铁素素体，塑性、韧性较好，奥氏体氏没有磁性的。体，塑性、韧性较好，奥氏体氏没有磁性的。3.渗碳体渗碳体（FeFe3 3C C）铁铁和和碳碳组组成成的的金金属属化化合合物物，复复杂杂斜斜方方晶晶体体结结构构。含含碳碳量量为为6.69%，其其硬硬度度很很高高，塑塑性性、韧韧
12、性性几几乎乎为为零零，脆脆性性极极大大，在在一一定定条条件件下下分分解为铁和石墨。解为铁和石墨。第21页，共69页，编辑于2022年，星期六图图1-15铁素体的显微组织铁素体的显微组织图图1-16奥氏体的显微组织奥氏体的显微组织第22页，共69页，编辑于2022年，星期六4.珠光体珠光体P 珠珠光光体体是是铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物。其其显显微微组组织织如如图图1-17，珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。图图1-17 珠光体的显微组织珠光体的显微组织第23页，共69页，编辑于2022年，星期
13、六5.莱氏体莱氏体Ld 莱氏体在莱氏体在727以上，由奥氏体与渗碳体组以上，由奥氏体与渗碳体组成的机械混合物，称为高温莱氏体成的机械混合物，称为高温莱氏体Ld；在；在727以下，该组织转变为由珠光体与渗碳体以下，该组织转变为由珠光体与渗碳体组成的机械混合物，称为低温莱氏体组成的机械混合物，称为低温莱氏体Ld。其。其力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。大。第24页，共69页，编辑于2022年，星期六 常用金属材料 工业工业 用钢用钢 铸铁铸铁 有色有色 金属金属第25页，共69页，编辑于2022年，星期六4.6.1 钢（含碳量小于钢（含碳量小于2.11
14、%的铁碳合金）的铁碳合金）钢的分类：钢的分类：1 1）以含碳量分）以含碳量分 （按碳的质量分数（按碳的质量分数C C%）低碳钢(c0.25%)中碳钢(0.25%c 0.6%)高碳钢(0.6%c 2.11%)2 2）以化学成份分）以化学成份分 （按合金成份（按合金成份）碳素钢（以Fe、C成份为主）合金钢（除Fe、C外，还有其它合金元素）第26页，共69页，编辑于2022年，星期六3 3）以钢的品质分）以钢的品质分 （按有害杂质（按有害杂质S S、P P含量含量）普通钢（s0.05%;p0.045%）优质钢（s0.04%;p0.04%）高级优质钢（s0.03%；p0.035%）4 4）以钢的用途分
15、）以钢的用途分 （按行业使用）（按行业使用）结构钢（建筑、机械制造用）工具钢（工具、刀具、模具等用）特殊性能钢（防腐蚀、高温、导磁等场合用）5 5）按冶炼时脱氧）按冶炼时脱氧 程度分程度分 沸腾钢（不脱氧F）镇静钢（脱氧完全Z）半镇静钢（脱氧不完全b）第27页，共69页，编辑于2022年，星期六钢中各元素的影响 1.碳的作用 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。第28页，共69
16、页，编辑于2022年，星期六2.硅的影响 硅能溶解于铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度。3.锰的影响 锰能与硫化合成MnS，减少硫对钢的有害影响。在室温下，锰大部分溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。4.磷和硫的影响 磷和硫都是有害元素，一般情况下含量越低越好，要严格的控制其含量。第29页，共69页，编辑于2022年，星期六介绍钢的成份、使用特点及应用、牌号：介绍钢的成份、使用特点及应用、牌号：（一）结构钢（一）结构钢牌号牌号：1 1、普通碳素结构钢、普通碳素结构钢字母字母Q +Q +屈服点数值屈服点数值(Mpa)+Mpa)+质量等级。质量等级。表示普碳结构钢共分195、215、235、2
17、55、275五种。共有A,B,C,D四个级别，A级最差。如：如：Q235AQ235A；Q215BQ215B；第30页，共69页，编辑于2022年，星期六2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢牌号牌号：由两位数字组成由两位数字组成表示碳的平均万分含量（常用：0885）如4545（表示C0.45%的优质碳素结构钢）当Mn=0.71.2%时，在数字后加Mn如65 65 MnMn（表示c=0.65%,Mn=0.71.2%的优质碳钢）。第31页，共69页，编辑于2022年，星期六2 2、合金结构钢、合金结构钢牌号牌号：数字数字+元素符号元素符号+数字数字表示碳的平均万分含量元素平均百分含量：1.5%不标
18、记，表示所含合金元素的名称如：2020CrCr（表示c=0.2%,Cr1.5%的合金结构钢)如：3838CrMnAlCrMnAl（表示c=0.38%,Cr、Mn Al的含量均 1.5%的合金结构钢)如：6060Si2MnSi2Mn（表示c=0.6%,Si=1.52.49%，的Mn1%不标记表示所含合金的名称元素平均百分含量：1.5%不标记，第35页，共69页，编辑于2022年，星期六（三）特殊性能钢（三）特殊性能钢1 1、不锈钢（主要合金元素为、不锈钢（主要合金元素为CrCr和和NiNi）牌号牌号：数字数字+元素符号元素符号+数字数字表示碳的平均千分含量，0.08%时用0表示表示所含合金的名称
19、元素平均百分含量 如：1 1Cr13Cr13（表示c0.1%,Cr13%的不锈钢)；如：1 1Cr18Ni9Cr18Ni9（表示c0.1%,Cr18%，Ni9%的不锈钢)；如：2 2Cr13Cr13（表示c0.2%,Cr13%的不锈钢)；第36页，共69页，编辑于2022年，星期六2 2、耐热钢、耐热钢牌号牌号：数字数字+元素符号元素符号+数字数字表示碳的平均千分含量，0.08%时用0表示表示所含合金的名称元素平均百分含量 1.5%不标记，如：4 4Cr10Si2MoCr10Si2Mo（表示c0.4%,Cr10%，Si2%，Mo1.5%的耐热钢)；如：5 5Cr2Mn9Ni4NCr2Mn9Ni
20、4N（表示c0.5%,Cr2%，Mn9%，Ni 4,N1.5%的耐热钢)；如：0 0Cr13AlCr13Al（表示c0.08%,Cr13%，Al 1.5%的耐热钢)；第37页，共69页，编辑于2022年，星期六（四）铸钢牌号牌号：字母字母ZG+ZG+数字数字 数字数字表示铸钢表示抗拉强度b（Mpa）表示屈服点s（Mpa）如ZG230450ZG230450（表示含碳量屈服点为s=230MPa,抗拉强度为的b=450Mpa的碳素铸钢）；第38页，共69页，编辑于2022年，星期六4.6.2 铸铁（铸铁（含碳量大于2.11%的铁碳合金）1 1、白口铸铁、白口铸铁牌号牌号：无牌号标记无牌号标记成份：成
21、份：C=2.116.69%,碳以Fe3C（化合物）的形式存在，并含有Si、Mn、P、S等杂质特点与应用：特点与应用：断面呈白色，性能硬而脆，不能切削加工，一般不用来制造机械零件，主要用作炼钢的原料。第39页，共69页，编辑于2022年，星期六2 2、灰口铸铁、灰口铸铁牌号牌号：字母字母HT+HT+数字数字表示灰口铸铁表示最低抗拉强度b（Mpa）如：HT150HT150(表示最低抗拉强度为b=150MPa的灰口铸铁）；第40页，共69页，编辑于2022年，星期六3 3、可锻铸铁、可锻铸铁牌号牌号：字母字母KTH(KTZ)+KTH(KTZ)+数字数字 数字数字KTH表示“黑心”可锻铸铁KTZ表示“
22、珠光体”可锻铸铁表示最低抗拉强度b（Mpa）表示最低伸长率（%）如：KTH30006KTH30006(表示最低抗拉强度为b=300MPa，=6%的黑心可锻铸铁）；第41页，共69页，编辑于2022年，星期六4 4、球墨铸铁、球墨铸铁牌号牌号：字母字母QT+QT+数字数字 数字数字表示球墨铸铁表示最低抗拉强度b（Mpa）表示最低伸长率（%）如：QT40018QT40018(表示最低抗拉强度为b=400MPa，=18%的球墨铸铁）；第42页，共69页，编辑于2022年，星期六4.6.3 有色金属有色金属除钢铁（黑色金属）以外的其它金属材料。1 1、铝及铝合金、铝及铝合金（1）纯铝旧牌号旧牌号：L1
23、、L2、L3、L4、-序号越大，纯度越低序号越大，纯度越低新牌号新牌号：1070、1060、1050、1040、-纯度依次降低纯度依次降低特点及应用：特点及应用：轻，密度低 配置铝合金 导电导热性好 导线、电容 抗大气腐蚀 包覆材料 加工性能好 包装材料 强度低 不能作为承受载荷的结构材料应用 第43页，共69页，编辑于2022年，星期六（2 2）铝合金）铝合金牌号牌号：LF2 LF2（防锈）、防锈）、LY11 LY11（硬铝）、硬铝）、LC3 LC3（超硬铝）超硬铝）LD5 LD5（锻铝）锻铝）-（旧）变形铝合金（旧）变形铝合金（新）变形铝合金（新）变形铝合金5A025A02（防锈）、防锈）
24、、2 2A11A11（硬铝）、硬铝）、7A03 7A03（超硬铝）超硬铝）2 2A50A50（锻铝）锻铝）-铸造铝合金铸造铝合金ZLZL铝合金组别（表示除铝以外的主要合金）A表示原始合金,其它字母为改型合金区分同组的不同合金表示所含合金成分第44页，共69页，编辑于2022年，星期六2 2、铜及铜合金、铜及铜合金（1 1）纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）牌号牌号：T1、T2、T3、T4、-序号越大，纯度越低序号越大，纯度越低特点及应用：特点及应用：玫瑰红色,表面形成氧化膜后呈紫色,故一般称为紫铜。有良好的导电性、导热性、极好的塑性和耐蚀性。主要用于电线、电缆、电子元件及导热器件等。（2 2）铜合金）铜
25、合金第45页，共69页，编辑于2022年，星期六（a a）黄铜（铜锌合金）黄铜（铜锌合金）牌号牌号：普通黄铜普通黄铜：H平均含铜量的百分数特点及应用：特点及应用：对海水和大气有良好的耐蚀性，一般用于制造弹壳、散热器、垫片、油管等器件。（b b）青铜（铜锡、铜铝、铜硅、铜铅等合金的总称）青铜（铜锡、铜铝、铜硅、铜铅等合金的总称）牌号牌号：对压力加工的锡青铜对压力加工的锡青铜：QSnSn含量的百分数对铸造青铜对铸造青铜：ZCu除铜外其它元素的符号和含量的百分数第46页，共69页，编辑于2022年，星期六含碳量小于含碳量小于2.11%的铁碳合金的铁碳合金1）以含碳量 C%0.6%（高）2）以化学成份
26、 碳素钢，合金钢3）以钢的品质 普通钢，优质钢，高级优质钢4）以钢的用途 结构钢，工具钢，特殊性能钢*常用钢种的牌号及识别：常用钢种的牌号及识别：钢钢第47页，共69页，编辑于2022年，星期六结结构构钢钢普通碳素结构钢：普通碳素结构钢：Q235AQ235A；Q215BQ215B；优质碳素结构钢：优质碳素结构钢：4545；65 65 MnMn；合金结构钢：合金结构钢：2020Cr;Cr;3838CrMnAl;CrMnAl;6060Si2Mn;(GCr9)Si2Mn;(GCr9)工工具具钢钢碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7；T10 T10；合金工具钢：合金工具钢：9CrSiCrSi；3 CrWM
27、nCrWMn；5 5CrNiMoCrNiMo；（；（W18Cr4VW18Cr4V ）第48页，共69页，编辑于2022年，星期六特特殊殊性性能能钢钢不锈钢：不锈钢：1 1Cr13Cr13；2Cr13 2Cr13；1 1Cr18Ni9Cr18Ni9耐热钢：耐热钢：4 4Cr10Si2Mo;0Cr13AlCr10Si2Mo;0Cr13Al软磁钢（硅钢片）软磁钢（硅钢片）:JDR54050;DQ13330JDR54050;DQ13330铸铸钢钢铸造碳钢：铸造碳钢：ZG230450ZG230450；ZG270500 ZG270500；第49页，共69页，编辑于2022年，星期六含碳量大于含碳量大于2.
28、11%的铁碳合金的铁碳合金白口铸铁白口铸铁无牌号标记无牌号标记灰口铸铁灰口铸铁HT150HT150；HT200 HT200；可锻铸铁可锻铸铁KTH30006KTH30006；KTZ45004 KTZ45004；球墨铸铁球墨铸铁QT40018QT40018；QT6003QT6003铸铁铸铁第50页，共69页，编辑于2022年，星期六 钢铁材料热处理是通过加热、保温和冷却方式借以改变合金的组织与性能的一种工艺方法，其基本内容包括热处理原理及热处理工艺两大方面。钢的热处理钢的热处理 钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对钢铁材料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金元素（亦即钢的合金化原理）
29、，以改善钢的性能。第51页，共69页，编辑于2022年，星期六钢的热处理原理钢的热处理原理钢的热处理相变温度钢的热处理相变温度 钢钢在在加加热热时时，实实际际转转变变温温度度往往往往要要偏偏离离平平衡衡的的临临界界温温度度，冷冷却却时时也也是是如如此此。随随着着加加热热和和冷冷却却速速度度的的增增加加，滞滞后后现现象象将将越越加加严严重重。通通常常把把加加热热时时的的临临界界温温度度标标以以字字母母“C”，如如AC1、AC3、ACm等等；把冷却把冷却时的临界温度标以字母时的临界温度标以字母“r”，如，如Ar1、Ar3、Arm。第52页，共69页，编辑于2022年，星期六 钢的普通热处理钢的普通
30、热处理一、一、退火退火退火退火 将钢加热到一将钢加热到一定温度进行保温，定温度进行保温，缓冷至缓冷至600以下，以下，再空冷至室温的再空冷至室温的热处理工艺。热处理工艺。各种退火和正火的一般加热范围各种退火和正火的一般加热范围各种退火和正火的一般加热范围各种退火和正火的一般加热范围第53页，共69页，编辑于2022年，星期六名称目的工艺制度组织应用完全退火细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，提高塑性加热到AC32050，炉冷至550 左右空冷 FP亚共析钢的铸、锻、轧件，焊接件球化退火降低硬度，改善切削性能，提高塑性韧性，为淬火作组织准备加热到AC12040，然后缓冷片状珠光体和网状渗碳体组织转
31、变为球状共析、过共析钢及合金钢的锻件、轧件等扩散退火改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化加热到Tm-100200，先缓冷，后空冷粗大组织（组织严重过烧）合金钢铸锭及大型铸钢件或铸件再结晶退火消除加工硬化，提高塑性加热到再结晶温度，再空冷变形晶粒变成细小的等轴晶冷变形加工的制品去应力退火消除残余应力，提高尺寸稳定性加热到500650 缓冷至200 空冷 无变化铸、锻、焊、冷压件及机加工件常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结第54页，共69页，编辑于2022年，星期六二、二、正正正正 火火火火 正火将钢加热到正火将钢加热到AC3以上温度并保温，出炉空冷至室温
32、以上温度并保温，出炉空冷至室温的热处理工艺。由于正火比退火加热温度略高，冷却速度的热处理工艺。由于正火比退火加热温度略高，冷却速度大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，因而大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，因而正火后强度、硬度较高。正火后强度、硬度较高。正火的应用：正火的应用：正火的应用：正火的应用：用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。亚共析钢采用正火来调整硬度，改切削加工性能。过共析钢的正火可消除网状碳化物。第55页，共69页，编辑于2022年，星期六三、三、淬淬 火火1 1、定义：、定义：、定义：、定义：淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到AC1或或 AC3以上温度
33、并保温，出炉快以上温度并保温，出炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。2 2、淬火的必要性、淬火的必要性、淬火的必要性、淬火的必要性 经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须淬火与回火处理。淬火与回火处理。第56页，共69页，编辑于2022年，星期六3.3.淬火加热温度淬火加热温度淬火加热温度淬火加热温度 淬火加热温度的选择应以得到细而均匀的奥氏体晶粒淬火加热温度的选择应以得到细而均匀的奥氏体晶
34、粒为原则，以便冷却后获得细小的马氏体组织。亚共析钢的为原则，以便冷却后获得细小的马氏体组织。亚共析钢的淬火加热温度通常为淬火加热温度通常为Ac3以上以上3050；过共析钢的淬火；过共析钢的淬火加热温度通常为加热温度通常为Ac1以上以上3050。第57页，共69页，编辑于2022年，星期六2 2）淬火保温时间）淬火保温时间）淬火保温时间）淬火保温时间 淬火保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和零件尺寸来确淬火保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和零件尺寸来确定。定。（a a）含含碳碳量量越越高高，含含合合金金元元素素越越多多，导导热热性性越越差差，则则保保温温时间就越长；时间就越长；（b b
35、）零件尺寸越大，保温时间越长；零件尺寸越大，保温时间越长；（c c）生生产产中中常常根根据据经经验验确确定定保保温温时时间间，根根据据经经验验，一一般般条条件件下下25.4mm以以下下的的工工件件的的保保温温时时间间是是1小小时时，大大于于25.4mm时时，按按照照每增加每增加1mm保温时间延长保温时间延长2.36分钟来确定。分钟来确定。第58页，共69页，编辑于2022年，星期六3 3）淬火冷却速度）淬火冷却速度）淬火冷却速度）淬火冷却速度淬火冷却介质选择的原则淬火冷却介质选择的原则：（a a）为保证获得马氏体组织，要求为保证获得马氏体组织，要求V冷却冷却V临界临界；（b）为保证零件不因淬火
36、应力而开裂，要求为保证零件不因淬火应力而开裂，要求V冷却冷却不应太不应太 大，应该选择合适的冷却介质。大，应该选择合适的冷却介质。水水水水：主主要要用用于于形形状状简简单单、截截面面较较大大的的碳碳钢钢零零件件的的淬淬火火。油油油油：一般用作合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火。一般用作合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火。盐浴盐浴盐浴盐浴：为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火 介质，主要用于分级淬火和等温淬火。介质，主要用于分级淬火和等温淬火。第59页，共69页，编辑于2022年，星期六6 6、钢的淬透性和淬硬性、钢的淬透性和淬硬性、钢的淬透性和淬
37、硬性、钢的淬透性和淬硬性 钢钢的的淬淬透透性性是是指指钢钢在在淬淬火火时时获获得得马马氏氏体体的的能能力力。其其大大小小通通常常用用规规定定条条件件下下淬淬火火获获得得淬淬透透层层的的深深度度（又又称称有有效效淬淬硬硬深度）的距离作为深度）的距离作为淬透层深度淬透层深度。生生产产中中也也常常用用临临界界淬淬火火直直径径表表示示钢钢的的淬淬透透性性。所所谓谓临临界界淬淬火火直直径径，是是指指圆圆棒棒试试样样在在某某介介质质中中淬淬火火时时所所能能得得到到的的最最大大淬淬透透直直径径（即即心心部部被被淬淬成成半半马马氏氏体体的的最最大大直直径径），用用Do表表示示。在在相相同同冷却条件下，冷却条件
38、下，Do越大，钢的淬透性越好。越大，钢的淬透性越好。第60页，共69页，编辑于2022年，星期六淬透性的应用：淬透性的应用：（1）淬透性大的工件易淬透，组织和性能均匀一致；）淬透性大的工件易淬透，组织和性能均匀一致；（2）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的 淬火介质以减小淬火应力。淬火介质以减小淬火应力。（3）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，可选用淬透性大的钢。可选用淬透性大的钢。（4）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用
39、低淬透性钢。低淬透性钢。钢的淬硬性钢的淬硬性钢的淬硬性钢的淬硬性是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬性主要决定是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。于马氏体的碳含量。第61页，共69页，编辑于2022年，星期六四、四、回回回回 火火火火1 1、定义：、定义：、定义：、定义：回火是把淬火后的钢件，重新加热到回火是把淬火后的钢件，重新加热到A1以下某一以下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。2 2、目的：、目的：、目的：、目的：淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定组淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定组织，提
40、高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。第62页，共69页，编辑于2022年，星期六 回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，使钢具有回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。低温回火一般用来处理要求高硬度和高高的硬度、强度和耐磨性。低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。（耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。（HRC60）4 4、回火的种类：、回火的
41、种类：、回火的种类：、回火的种类：1）低温回火）低温回火（150250）2）中温回火）中温回火（350500）回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和韧回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和韧性，并保持一定的硬度，主要用于各种弹簧，锻模、压铸性，并保持一定的硬度，主要用于各种弹簧，锻模、压铸模等模具。（模等模具。（35HRC45）第63页，共69页，编辑于2022年，星期六3）高温回火）高温回火（500650）回回火火的的目目的的是是具具备备良良好好的的综综合合机机械械性性能能（较较高高的的强强度度、塑塑性性、韧韧性性），得得到到回回火火索索氏氏体体组组织织。一一般般把把淬淬火火
42、加加高高温温回回火火的的热热处处理理称称为为“调调质质处处理理”。适适用用于于中中碳碳结结构构钢钢制制作作的的曲曲轴轴、连连杆杆、连连杆杆螺螺栓栓、汽汽车车拖拖拉拉机机半半轴轴、机机床床主主轴轴及及齿齿轮轮等等重重要要机机器器零零件件。（28HRC33）第64页，共69页，编辑于2022年，星期六5.钢的表面热处理钢的表面热处理一、一、一、一、钢的表面淬火钢的表面淬火钢的表面淬火钢的表面淬火 表表面面淬淬火火是是将将工工件件表表面面快快速速加加热热到到淬淬火火温温度度，然然后后迅迅速速冷冷却却，仅仅使使表表面面层层获获得得淬淬火火组组织织，而而心心部部仍仍保保持持淬淬火火前前组组织织的的热热处
43、处理理方方法。法。1 1、火焰表面淬火：、火焰表面淬火：、火焰表面淬火：、火焰表面淬火：火焰表面淬火火焰表面淬火是氧炔焰等高温热源将工件表面许速加是氧炔焰等高温热源将工件表面许速加热到形变温度以上，然后立即进行低温回火，或利用工热到形变温度以上，然后立即进行低温回火，或利用工件内部余热自身回火。件内部余热自身回火。这种方法可获得这种方法可获得26mm的淬透的淬透深度，设备简单，成本低，适于单件或小批量生产。深度，设备简单，成本低，适于单件或小批量生产。第65页，共69页，编辑于2022年，星期六2 2、感应表面淬火：、感应表面淬火：、感应表面淬火：、感应表面淬火：感应加热表面淬火的特点：感应加
44、热表面淬火的特点：淬火温度高于一般淬火温度。淬火温度高于一般淬火温度。淬火后马氏体晶粒细化，表淬火后马氏体晶粒细化，表层硬度比普通淬火高层硬度比普通淬火高23HRC。表层存在很大的残余压应力。表层存在很大的残余压应力。不易产生变形和氧化脱碳。不易产生变形和氧化脱碳。易于实现机械化与自动化。感应加热淬火后，为了减易于实现机械化与自动化。感应加热淬火后，为了减小淬火应力和降低脆性，需进行小淬火应力和降低脆性，需进行170200低温回火。低温回火。感感应应加加热热是是利利用用电电磁磁感感应应原原理理，表表层层感感应应电电流流密密度度大大，温温度度高高；心部几乎不受热。心部几乎不受热。第66页，共69
45、页，编辑于2022年，星期六 钢钢的的化化学学热热处处理理是是指指将将工工件件放放在在一一定定温温度度的的活活性性介介质质中中保保温温，使使介介质质中中分分解解出出的的一一种种或或几几种种元元素素的的活活性性原原子子被被钢钢件件表表面面吸吸附附并并向向表表层层扩扩散散，从从而而改改变变其其表表层层化化学学成成分分、组组织和性能的一种热处理工艺方法。织和性能的一种热处理工艺方法。二、二、二、二、钢的化学热处理钢的化学热处理钢的化学热处理钢的化学热处理主要有三种：主要有三种：1.渗碳渗碳2.渗氮渗氮3.碳氮共渗碳氮共渗第67页，共69页，编辑于2022年，星期六 固溶处理固溶处理 固溶处理固溶处理
46、是将钢加热到1100左右，使碳化物溶解在高温下所得到的奥氏体中，然后快速水冷刀室温，获得单相奥氏体组织。固溶化处理与淬火不同。钢的淬火是指高温奥氏体在冷却时转变为马氏体，在力学性能上有强化现象。钢的固溶处理是指高温奥氏体在冷却后得到的组织依然是奥氏体，固溶处理后钢中化合物强化相的消失，减少了对错位运动的阻碍作用，不仅没有强化，甚至使强度和硬度下降。第68页，共69页，编辑于2022年，星期六固溶化的目的固溶化是为了将碳化物（Cr23C6)溶解于奥氏体中，减少晶间腐蚀，提高钢的抗腐蚀性能。碳化物（Cr23C6)的含铬量是很高的，在碳化物的周围会形成贫铬区，一般情况下不锈钢的含铬量最少也要达到11.7%的时候才有防腐蚀的作用，由于碳化物的存在就会发生晶间腐蚀。第69页，共69页，编辑于2022年，星期六