機(jī)械制造基礎(chǔ)

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1、第 一 篇 金 屬 工 藝 學(xué) 緒 論n 金 屬 工 藝 學(xué) 講 述 有 關(guān) 制 造 金 屬 零 件 的的 相 關(guān) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) （ 材 料 和 熱 處 理 ） 。n 加 工 方 法n 鑄 造n 壓 力 加 工n 焊 接n 熱 處 理 n 切 削 加 工 熱 加 工 工 藝 毛 坯金 屬材 料冷 加 工 工 藝 零件金 屬 材 料或 毛 坯改 善 金 屬 材 料 或 毛 坯 的 加 工 性能 和 力 學(xué) 性 能 第 一 篇 金 屬 材 料 導(dǎo) 論n 內(nèi) 容n 金 屬 材 料 的 主 要 性 能n 不 同 溫 度 下 金 屬 材 料 的 結(jié) 構(gòu) 及 變 化n 金 屬 材 料 的 種 類n 鐵

2、碳 合 金 n 鋼 的 熱 處 理 第 一 章 金 屬 材 料 的 主 要 性 能n 力 學(xué) 性 能 -重 點(diǎn) （ 機(jī) 械 制 造 角 度 ）n 物 理 性 能n 化 學(xué) 性 能n 工 藝 性 能n性能為什么要分為幾類？每一類都包括哪些具體指標(biāo)？具體指標(biāo)是重點(diǎn) 第 一 章 金 屬 材 料 的 主 要 性 能n 金 屬 材 料 的 力 學(xué) 性 能 ： 材 料 在 力 的 作 用下 所 表 現(xiàn) 出 來 的 性 能 ， 也 稱 機(jī) 械 性 能 。n 強(qiáng) 度n 塑 性n 硬 度n 韌 性 n 疲 勞 強(qiáng) 度 靜 載 荷 下 的 力 學(xué) 性 能動(dòng) 載 荷 下 的 力 學(xué) 性 能 衡 量金 屬材 料主 要

3、標(biāo) 志 學(xué) 習(xí) 要 求 ： 常 用 的 力 學(xué) （ 機(jī) 械 ） 性 能 指 標(biāo)（ 名 稱 、 符 號(hào) 、 含 義 、 單 位 ）學(xué) 習(xí) 方 式 ： 結(jié) 合 對(duì) 概 念 的 理 解 去 記 憶 。 強(qiáng) 度 和 塑 性n 測(cè) 定 方 法 ： （ 1） 試 樣 兩 端 緩 慢 施 加 軸 向 拉 伸 載 荷 。（ 2） 載 荷 不 斷 增 加 ， 試 樣 被 逐 步 拉 長 ，直 到 拉 斷 。（ 3） 記 錄 每 一 瞬 間 載 荷 F 和 伸 長 量 ， 并繪 制 出 拉 伸 曲 線 。 FF 強(qiáng) 度 和 塑 性n Oe階 段 彈 性 變 形n es階 段 彈 性 塑性 變 形n s點(diǎn) 屈 服

4、點(diǎn) ， 出 現(xiàn)“ 屈 服 ” 現(xiàn) 象 n bk階 段 出 現(xiàn) “ 縮頸 ”n k點(diǎn) 斷 裂 點(diǎn) l204Fd ll 強(qiáng) 度 （ 名 稱 ）n 定 義 ： 金 屬 材 料 在 力 的 作 用 下 ， 抵 抗 塑 性 變形 和 斷 裂 的 能 力 。n 判 據(jù) ： 屈 服 強(qiáng) 度 、 抗 拉 強(qiáng) 度 。 （ 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ）n 屈 服 強(qiáng) 度 拉 伸 試 樣 產(chǎn) 生 屈 服 現(xiàn) 象 時(shí) 的 應(yīng) 力 。n 符 號(hào) 、 單 位無 明 顯 屈 服 現(xiàn) 象 的 金 屬 材 料 ， 以 試 樣 產(chǎn) 生 0.2 塑 性變 形 時(shí) 的 應(yīng) 力 ， 作 為 該 材 料 的 屈 服 點(diǎn) ， 用 表 示 。 0.2

5、r0 ( )ss F MPaA 屈 服 時(shí) 最 大 載 荷試 樣 原 始 截 面 積 單 位 橫 截面 上 內(nèi) 力 強(qiáng) 度n 判 據(jù)n 抗 拉 強(qiáng) 度 金 屬 材 料 在 拉 斷 前 所 能 承受 的 最 大 應(yīng) 力 ， 以 表 示 。 0 ( )bb F MPaA 機(jī) 械 零 件 或 構(gòu) 件 ， 通 常 不 允 許 發(fā) 生 塑 性 變 形 ， 以 屈服 點(diǎn) 作 為 判 據(jù) 。 脆 性 材 料 ， 斷 裂 前 基 本 不 發(fā) 生 塑 性變 形 ， 以 抗 拉 強(qiáng) 度 作 為 判 據(jù) 。b拉 斷 前 最 大 載 荷試 樣 原 始 截 面 積 塑 性n 定 義 ： 金 屬 材 料 產(chǎn) 生 塑 性

6、變 形 而 不 被 破 壞的 能 力 ， 以 伸 長 率 或 收 縮 率 表 示 ： 0 0 100 0 5105l dl d 時(shí) ， 用 或 表 示 ；時(shí) ， 用 表 示 。1 00 100%l ll 0 10 100%A AA , 塑 性 試 樣 拉斷 后 標(biāo)距 長 度試 樣 原始 標(biāo) 距長 度 試 樣 拉斷 后 斷口 截 面積試 樣 原始 截 面積 硬 度n 定 義 ： 金 屬 材 料 抵 抗 局 部 變 形 、 壓 痕 的 能力 ， 稱 為 硬 度 。 它 是 金 屬 材 料 在 靜 載 時(shí) 所表 現(xiàn) 出 的 機(jī) 械 性 能 。n 內(nèi) 涵 ： 硬 度 是 衡 量 金 屬 軟 硬 的 判

7、 據(jù) 。n 測(cè) 定 方 法 ： 在 硬 度 計(jì) 上 測(cè) 定 。 n 布 氏 硬 度 法n 洛 氏 硬 度 法n 維 氏 硬 度 法 布 氏 硬 度 （ HB）n 測(cè) 試 原 理 ：（ 1） 以 直 徑 為 D 的 淬 火 鋼 球 或 硬 質(zhì) 合 金 球 ， 在 載 荷 F的 靜 壓 力 下 ， 壓 入 被 測(cè) 材 料 的 表 面 ；（ 2） 停 留 若 干 秒 后 ， 卸 去 載 荷 ；（ 3） 測(cè) 出 壓 痕 直 徑 d， 并 根 據(jù) d的 數(shù) 值 查 出 HB值 。d 布 氏 硬 度 （ HB）n 優(yōu) 點(diǎn) ： 硬 度 值 較 穩(wěn) 定 ， 測(cè) 試 數(shù) 據(jù) 重 復(fù) 性好 ， 準(zhǔn) 確 度 較 洛

8、 氏 硬 度 法 高 。n 缺 點(diǎn) ： 測(cè) 量 費(fèi) 時(shí) ， 且 因 壓 痕 較 大 ， 不 適于 成 品 檢 驗(yàn) ， 太 薄 太 硬 （ 450HB） 的 不適 合 。n 名 稱 、 符 號(hào) 、 定 義 、 方 法 、 單 位 洛 氏 硬 度 （ HR） 法n 測(cè) 試 原 理 ：（ 1） 以 頂 角 為 120 金 剛 石 圓 錐 體 （ 或 1.588mm淬 火 球 ） 為 壓 頭 （ 根 據(jù) 材 料 不同 情 況 ） ， 在 規(guī) 定 的 載 荷 下 ， 垂 直 地 壓入 被 測(cè) 金 屬 表 面 ；（ 2） 卸 載 后 依 據(jù) 壓 入 深 度 h， 由 刻 度 盤 上的 指 針 直 接 指

9、示 出 HR值 。 n 優(yōu) 點(diǎn) ： 測(cè) 試 簡 單 、迅 速 ， 壓 痕 小 ， 可用 于 成 品 檢 驗(yàn) 。n 缺 點(diǎn) ： 重 復(fù) 性 較 差 ，必 須 在 不 同 部 位 測(cè)量 數(shù) 次 。 韌 性n 定 義 ： 金 屬 材 料 斷 裂 前 吸 收 的 變 形 能 量 。n 評(píng) 價(jià) 指 標(biāo) ： 沖 擊 韌 度 。n 測(cè) 定 方 法 ： 采 用 擺 錘 式 沖 擊 試 驗(yàn) 機(jī) 測(cè) 定 。K 2( )KA J cmA 韌 性n 原 理 ：（ 1） 將 帶 缺 口 的 標(biāo) 準(zhǔn) 沖 擊 試 樣 放 在 試 驗(yàn) 機(jī) 上（ 2） 用 擺 錘 將 其 一 次 沖 斷（ 3） 以 試 樣 缺 口 處 單 位

10、 截面 積 上 所 吸 收 的 沖 擊 功 表示 沖 擊 韌 度 ， 即 ： 2( )KK A J cmA 試 樣 缺 口處 截 面 積沖 斷 試 樣 所 消耗 的 沖 擊 功 疲 勞 強(qiáng) 度n 疲 勞 斷 裂 ： 當(dāng) 零 件 在 疲 勞 載 荷 （ 周 期 性 或 非周 期 性 動(dòng) 載 荷 ） 作 用 下 發(fā) 生 斷 裂 時(shí) ， 其 應(yīng) 力往 往 大 大 低 于 該 零 件 材 料 的 強(qiáng) 度 極 限 ， 稱 該斷 裂 為 疲 勞 斷 裂 。n 區(qū) 別 屈 服 、 抗 拉 強(qiáng) 度 靜 載 荷 疲 勞 強(qiáng) 度n 疲 勞 曲 線 ： 金 屬 材料 所 承 受 的 疲 勞 應(yīng)力 與 其 斷 裂 前

11、 的 應(yīng)力 循 環(huán) 次 數(shù) 的 關(guān) 系 。n 疲 勞 極 限 或 疲 勞 強(qiáng)度 ： 金 屬 材 料 在 無數(shù) 次 循 環(huán) 載 荷 作 用下 不 致 引 起 斷 裂 的最 大 應(yīng) 力 。 當(dāng) 應(yīng) 力 按 正 弦 曲 線 對(duì)稱 循 環(huán) 時(shí) ， 疲 勞 強(qiáng) 度以 符 號(hào) 表 示 。 1原 因 ： 金 屬 材 料 存 在 內(nèi) 部 缺 陷或 零 件 局 部 應(yīng) 力 集 中 產(chǎn) 生 裂 紋 。 思 考 ： 1 疲 勞 曲 線 的 水 平 部 分 說 明 什 么 ？ 2 工 業(yè) 實(shí) 際 中 ， 無 數(shù) 次 循 環(huán) 載 荷 作 用 怎么 體 現(xiàn) ？ 各 種 材 料 有 相 應(yīng) 的 循 環(huán) 次 數(shù) 3 通 常

12、的 鋼 材 是 以 多 少 次 循 環(huán) 載 荷 來 決定 疲 勞 極 限 （ 疲 勞 強(qiáng) 度 ） ？ 10 7 金 屬 材 料 的 物 理 、 化 學(xué) 及 工 藝性 能n 物 理 性 能n 密 度 、 熔 點(diǎn) 、 熱 膨 脹 性 、 導(dǎo) 熱 性 、 導(dǎo) 電性 和 磁 性 等 。n 化 學(xué) 性 能 n 主 要 是 指 在 常 溫 或 高 溫 時(shí) ， 抵 抗 各 種 介質(zhì) 侵 襲 的 能 力 ， 如 耐 酸 性 、 耐 堿 性 和 抗氧 化 性 等 。 金 屬 材 料 的 物 理 、 化 學(xué) 及 工 藝性 能n 工 藝 性 能n 是 金 屬 材 料 物 理 、 化 學(xué) 性 能 和 力 學(xué) 性 能在

13、 加 工 過 程 中 的 綜 合 反 映 ， 是 指 是 否 易于 進(jìn) 行 冷 、 熱 加 工 的 性 能 。 n 按 工 藝 方 法 的 不 同 ， 可 分 為 鑄 造 性 、 可鍛 性 、 焊 接 性 和 切 削 加 工 性 等 。 小 結(jié)n 本 章 重 點(diǎn) 是 金 屬 材 料 的 力 學(xué) 性 能n 力 學(xué) 性 能 方 面n 各 種 性 能 （ 強(qiáng) 度 、 塑 性 、 硬 度 、 韌 性 、疲 勞 強(qiáng) 度 ） 的 名 稱 、 定 義 、 符 號(hào) 、 單 位n 拉 伸 曲 線 、 硬 度 測(cè) 試 方 法 、 疲 勞 曲 線 第 二 章 鐵 碳 合 金n 定 義 ：n 合 金 以 一 種 金

14、屬 為 基 礎(chǔ) 加 入 其 它 金屬 或 非 金 屬 ， 經(jīng) 過 熔 合 而 得 到 的 具 有 金屬 特 性 的 材 料 ， 稱 為 合 金 。n 鐵 碳 合 金 以 鐵 、 碳 為 主 要 組 成 的 合金 。 如 鋼 和 鑄 鐵 都 是 以 鐵 為 基 礎(chǔ) 的 鐵 碳合 金 ， 其 中 鐵 的 含 量 占 95 以 上 。 第 二 章 鐵 碳 合 金n 主 要 內(nèi) 容 ：n 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變n 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織n 鐵 碳 合 金 狀 態(tài) 圖n 工 業(yè) 用 鋼 簡 介n 零 件 選 材 原 則 第 一 節(jié) 純 鐵 的 晶 體 結(jié)

15、構(gòu) 及 其 同 素異 晶 轉(zhuǎn) 變n 對(duì) 金 屬 結(jié) 晶 過 程 的 了 解 （ 液 態(tài) 轉(zhuǎn) 變 為 固 態(tài) ）n 金 屬 結(jié) 晶 過 程 所 涉 及 的 幾 個(gè) 基 本 概 念n 過冷、過冷度、自發(fā)晶核、非自發(fā)晶核、晶粒粗細(xì)（影響材料性能）n 對(duì) 純 鐵 晶 體 結(jié) 構(gòu) 的 了 解 n 同 素 異 晶 的 概 念 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變n 金 屬 結(jié) 晶 的 基 本 概 念n 定 義 ： 金 屬 原 子 的 聚 集 狀 態(tài) 由 無 規(guī) 則 的 液 態(tài) ，轉(zhuǎn) 變 為 規(guī) 則 排 列 的 固 態(tài) 晶 體 的 過 程 ， 可 用 冷 卻曲 線 來 表 達(dá) 。n 結(jié)

16、 晶 溫 度 ： 每 種 金 屬 的 固 定 熔 點(diǎn) ， 即 結(jié) 晶 溫 度t0， 通 常 稱 理 論 結(jié) 晶 溫 度 （ 特 殊 條 件 ） 。 金 屬 結(jié) 晶 的 基 本 概 念n 冷 卻 曲 線 ： 表 示 金 屬 冷 卻 到 某 一 溫 度 時(shí) ，冷 卻 時(shí) 間 增 加 而 溫 度 不 再 下 降 ， 出 現(xiàn) 一 個(gè)水 平 臺(tái) 階 ， 其 對(duì) 應(yīng) 溫 度 為 實(shí) 際 結(jié) 晶 溫 度 。 金 屬 結(jié) 晶 的 基 本 概 念n 過 冷 ： 實(shí) 際 結(jié) 晶 溫 度 低 于 理 論 結(jié) 晶 溫 度 （ 平 衡結(jié) 晶 溫 度 ） 的 現(xiàn) 象 。n 過 冷 度 ： 理 論 結(jié) 晶 溫 度 與 實(shí)

17、際 結(jié) 晶 溫 度 之 差 。n 為 什 么 強(qiáng) 調(diào) 過 冷 和 過 冷 度 的 概 念 ？n 對(duì) 金 屬 結(jié) 晶 過 程 和 晶 粒 的 大 小 有 重 要 影 響 。 冷 卻 速 度 實(shí) 際 結(jié) 晶 溫 度 過 冷 度 金 屬 的 結(jié) 晶 過 程n 金 屬 的 結(jié) 晶 過 程 ： 晶 核 的 形 成 晶 核 的 長 大 n 晶 核 的 形 成 ： 液 態(tài) 金 屬 冷 卻 到 一 定 溫 度 時(shí) ， 部分 原 子 開 始 按 一 定 規(guī) 則 排 列 ， 形 成 細(xì) 小 的 晶 胚 ，部 分 尺 寸 較 大 的 晶 胚 形 成 繼 續(xù) 結(jié) 晶 的 核 心 （ 晶 核晶 核 的 成 長 純 鐵

18、的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變n 晶 核 的 形 成 方 式 ：n自 發(fā) 晶 核 ： 液 態(tài) 金 屬 原 子 自 發(fā) 形 成 的 晶 核 。n非 自 發(fā) 晶 核 ： 實(shí) 際 結(jié) 晶 過 程 中 ， 金 屬 液 體中 的 某 些 雜 質(zhì) 也 能 成 為 金 屬 結(jié) 晶 核 心 而 形成 晶 核 。 如 人 工 加 入 非 自 發(fā) 晶 核 物 質(zhì) ， 稱人 工 晶 核 。 n材 料 中 形 成 的 晶 核 數(shù) 量 越 多 （ 原 子 數(shù) 量 一定 ） 則 結(jié) 晶 后 的 晶 粒 越 細(xì) 小 。 金 屬 的 結(jié) 晶 過 程n 晶 核 的 長 大 ： 晶 核 在 冷卻 過 程 中

19、不 斷 集 結(jié) 液 體中 的 原 于 而 逐 漸 長 大 ，同 時(shí) 新 的 晶 核 也 不 斷 形成 和 長 大 ， 直 至 由 晶 核長 大 形 成 的 晶 粒 彼 此 接近 ， 液 態(tài) 金 屬 逐 漸 消 失而 完 成 結(jié) 晶 。 結(jié) 晶 過 程 示 意 圖 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變n 晶 核 長 大 的 實(shí) 質(zhì) ： 液 體原 子 向 固 態(tài) 晶 核 表 面 集結(jié) 遷 移 ， 形 成 晶 粒 。 結(jié) 晶 過 程 示 意 圖 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變n 晶 粒 的 大 小 及 其 控 制n 晶 粒 大 好 ？ 小 好 ？n 晶

20、粒 小 、 晶 界 多 且 方 向 各 異 、 塑 性 變形 阻 力 大 、 機(jī) 械 性 能 增 高 （ 強(qiáng) 度 、 塑性 、 硬 度 、 韌 性 、 疲 勞 強(qiáng) 度 ） 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變n 晶 粒 的 大 小 取 決 于 ：n晶 核 形 成 的 多 少 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 晶 核 的 形 成 多 ， 晶 粒 數(shù) 量多 ， 最 終 形 成 許 多 細(xì) 小 的 晶 粒 。 n晶 核 的 成 長 速 度速 度 越 快 ， 晶 粒 越 粗 。n過 冷 度 增 加 ， 形 核 率 與 成 長 率 增 加 ，但 形 核 率 遠(yuǎn) 大 于 成 長 率 ， 晶 粒 細(xì)

21、。 n 關(guān) 注 “ 過 冷 度 ” 的 原 因 是 由 于 其 與 晶 粒的 大 小 相 關(guān) ， 而 晶 粒 大 小 又 與 材 料 的 強(qiáng)度 、 硬 度 等 機(jī) 械 性 能 相 關(guān) 。n 晶 粒 越 小 ， 晶 粒 之 間 晶 界 的 強(qiáng) 度 越 高 ，材 料 的 力 學(xué) 越 高 ， 所 以 晶 粒 越 小 越 好 。n 哪 些 因 素 會(huì) 影 響 晶 粒 的 大 小 ？ 晶 粒 的 大 小 及 其 控 制n 細(xì) 化 晶 粒 的 方 法n加 快 冷 卻 速 度 冷 卻 速 度 愈 大 ， 過 冷 度 越 大 ，晶 核 形 成 速 度 大 于 晶 核 的 成 長 速 度 ， 晶 粒 細(xì) 小 。

22、n變 質(zhì) 處 理 在 液 態(tài) 金 屬 內(nèi) 加 入 某 種 難 熔 雜 質(zhì) ，直 接 形 成 晶 核 ， 或 使 晶 核 加 速 形 成 ， 晶 核 數(shù) 量 增加 ， 細(xì) 化 晶 粒 。 n促 使 結(jié) 晶 時(shí) 液 態(tài) 金 屬 流 動(dòng) 電 磁 攪 拌 、 機(jī) 械振 動(dòng) 和 離 心 澆 注 等 ， 液 態(tài) 金 屬 流 動(dòng) 加 快 ， 晶 核 形成 率 提 高 ， 生 長 的 晶 體 破 壞 ， 晶 粒 細(xì) 化 。用 細(xì) 化 晶 粒 強(qiáng) 化 金 屬 的方 法 ， 稱 為 細(xì) 晶 強(qiáng) 化 n 思 考 ：n 1 晶 粒 大 小 對(duì) 材 料 性 能 有 何 影 響 ？ 晶 粒 大好 還 是 晶 粒 小 好

23、？n 2 在 結(jié) 晶 過 程 中 哪 些 因 素 能 帶 來 小 晶 粒 ？n 3這 些 因 素 與 過 冷 度 有 何 關(guān) 系 ？ 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變n 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu)n 晶 體 與 非 晶 體 n晶 體 是 由 原 子 按 一 定 規(guī) 則 排 列 ，如 金 屬 及 其 合 金 及 大 多 數(shù) 礦 物 。n非 晶 體 的 原 子 排 列 較 不 規(guī) 則 ， 如 玻 璃 。 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變n 晶 格 、 晶 胞 和 晶 格 常 數(shù)n晶 格 ： 假 設(shè) 將 原 子 抽 象 為 一 個(gè) 結(jié) 點(diǎn) ， 用假 想

24、 的 直 線 連 接 結(jié) 點(diǎn) ， 形 成 空 間 格 架 。n晶 胞 ： 把 晶 格 中 具 有 空 間 排 列 特 征 的 最小 幾 何 單 元 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變n 晶 格 常 數(shù) ： 晶 胞 三個(gè) 棱 邊 的 長 度 稱 為晶 格 常 數(shù) ， 用 a、 b、c表 示 ， 棱 邊 之 間 的夾 角 用 來 表 示 。 、 、 常 見 金 屬 的 晶 格 類 型n 體 心 立 方 立 方 體 8個(gè) 頂 角 和 立 方體 中 心 各 有 1個(gè) 原 子 ， 晶 胞 實(shí) 有 原 子數(shù) 為 2個(gè) ， 致 密 度 68 。n 面 心 立 方 8個(gè) 頂 角 和 6個(gè)

25、 面 的 中心 都 各 有 1個(gè) 原 子 ， 晶 胞 實(shí) 有 原 子 數(shù)為 4個(gè) ， 致 密 度 74 n 有 什 么 意 義 ？ 同 樣 材 料 有 不 同 結(jié) 構(gòu) ， 密度 不 同 ， 結(jié) 構(gòu) 轉(zhuǎn) 化 時(shí) 有 體 積 變 化 。 純 鐵 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變n 純 鐵 的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變n 定 義 ： 隨 著 溫 度 的 改變 ， 固 態(tài) 金 屬 晶 格 由一 種 轉(zhuǎn) 變 為 另 一 種 晶格 的 變 化 。 n 晶 體 結(jié) 構(gòu) 改 變n 結(jié) 晶 過 程 溫 度 不變 純 鐵 的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 純 鐵 的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變n 純 鐵 冷

26、卻 曲 線 （ 三 個(gè) 平 臺(tái) ）n1538 ， 純 鐵 由 液 態(tài) 到固 態(tài) 的 結(jié) 晶 階 段 ， 體 心 立方 晶 格 ， 鐵 n1394 ， 晶 格 轉(zhuǎn) 變 為 面向 立 方 晶 格 ， 鐵n912 ， 晶 格 再 次 轉(zhuǎn) 變 為體 心 立 方 晶 格 ， 鐵 純 鐵 的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 FeFe C912 鐵 的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 -固 態(tài) 下 原子 重 新 排 列 的 過 程 （ 重 結(jié) 晶 ）n 實(shí) 質(zhì) ： 遵 循 晶 核 形 成 和 長 大 的 結(jié) 晶 過 程 ， 為 了 區(qū) 別由 液 態(tài) 轉(zhuǎn) 變 為 固 態(tài) 的 初 次 結(jié) 晶 ， 將 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 稱

27、作 二 次 結(jié) 晶 或 重 結(jié) 晶 （ 固 態(tài) 下 的 轉(zhuǎn) 變 ） 。 n 實(shí) 驗(yàn) 中 發(fā) 現(xiàn) 溫 度 變 化 過 程 中 ， 體 積 發(fā) 生 改 變 ， 進(jìn) 而研 究 內(nèi) 部 分 子 結(jié) 構(gòu) 變 化 ， 發(fā) 現(xiàn) 金 屬 的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 。 鐵 的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 -固 態(tài) 下 原子 重 新 排 列 的 過 程n 與 結(jié) 晶 （ 液 態(tài) 下 進(jìn) 行 ） 的 區(qū) 別 ：n同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 時(shí) ， 其 新 相 的 晶 核 在 特 定的 晶 面 上 形 成 。n固 態(tài) 轉(zhuǎn) 變 比 結(jié) 晶 轉(zhuǎn) 變 具 有 較 大 的 過 冷 傾向 。 后 者 低 于 20度 ， 前 者 達(dá)

28、幾 百 度 。 n同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 易 于 造 成 較 大 的 內(nèi) 應(yīng) 力（ 晶 體 結(jié) 構(gòu) 不 同 ， 引 起 密 度 變 化 ， 引 起體 積 變 化 ） 。 n 小 結(jié)n 過 冷 的 概 念 及 對(duì) 材 料 性 能 的 影 響n 結(jié) 晶 過 程n 晶 粒 的 概 念 及 其 大 小 對(duì) 材 料 性 能 的 影 響n 細(xì) 化 晶 粒 的 方 法n 鐵 的 同 素 異 構(gòu) 轉(zhuǎn) 變 的 概 念 及 其 特 點(diǎn) 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織n 概 念 較 多n 基 本 脈 絡(luò) ：n 鐵 碳 合 金 的 組 織 分 為 三 類 ： 固 溶 體 、金 屬 化 合 物 、 機(jī) 械 混 合

29、物n 每 一 類 又 分 為 若 干 的 “ 體 ” 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織n 合 金 的 基 本 概 念n 合 金 兩 種 或 兩 種 以 上 的 金 屬 元 素 ， 或 金屬 與 非 金 屬 元 素 熔 合 在 一 起 ， 構(gòu) 成 具 有 金 屬 特性 的 物 質(zhì) ， 稱 為 合 金 。n 如 鐵 和 碳 組 成 的 鐵 碳 合 金 有 碳 素 鋼 、 鑄 鐵 等 ；銅 和 鋅 組 成 的 合 金 有 黃 銅 等 。 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織n 合 金 的 基 本 概 念n 組 元 組 成 合 金 的 最 簡 單 、 最 基 本 、 能獨(dú) 立 存 在 的 物 質(zhì) 稱

30、作 組 元 。 合 金 中 的 穩(wěn) 定化 合 物 （ 如 Fe3C） 也 可 稱 作 組 元 。n 相 在 合 金 中 ， 凡 化 學(xué) 成 分 和 晶 格 構(gòu) 造相 同 、 并 與 其 它 部 分 有 界 面 分 開 的 均 勻 組成 部 分 。 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織 合 金 的基 本 概 念n 同 種 金 屬 的 同 素 異 構(gòu) 體 之 間 屬 同 一 種 相 嗎 ？n 合 金 中 由 成 分 、 結(jié) 構(gòu) 相 同 的 同 一 種 晶 粒 組 成 的多 晶 體 組 織 ， 雖 然 晶 粒 間 有 界 面 ， 仍 為 同 一 種相 。 （ 區(qū) 分 界 面 的 概 念 ， 多 晶 體

31、 有 許 多 晶 粒 ，每 個(gè) 晶 粒 的 化 學(xué) 成 分 、 內(nèi) 部 晶 體 結(jié) 構(gòu) 相 同 ） 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織n 合 金 的 基 本 概 念n 組 織 用 肉 眼 或 用 放 大 鏡 、 顯 微 鏡 能 觀察 分 辯 的 材 料 內(nèi) 部 微 觀 形 貌 圖 象 。n 組 織 可 分 為 三 大 類 ：1. 固 溶 體2. 金 屬 化 合 物 3. 機(jī) 械 混 合 物 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織n 鐵 碳 合 金 的 組 織n 固 溶 體 ： 溶 質(zhì) 原 子 溶 入 溶 劑 晶 格 而 保 持 溶 劑晶 格 類 型 的 金 屬 晶 體 。 （ 借 用 液 體 概

32、念 ）n 金 屬 化 合 物 ： 各 組 元 按 一 定 的 整 數(shù) 比 結(jié) 合 而成 、 并 具 有 金 屬 性 質(zhì) 的 均 勻 物 質(zhì) ， 屬 于 單 相組 織 。 (原 子 數(shù) 量 有 一 定 比 例 關(guān) 系 ) n 機(jī) 械 混 合 物 ： 由 結(jié) 晶 過 程 所 形 成 的 兩 相 混 合組 織 ， 可 以 是 純 金 屬 、 固 溶 體 或 化 合 物 各 自的 混 合 ， 也 可 以 是 它 們 之 間 的 混 合 。 固 溶 體 （ 單 相 組 織 ）n 種 類 ： 根 據(jù) 溶 質(zhì) 原子 在 溶 劑 晶 格 中 所占 據(jù) 位 置 的 不 同 ，分 為 置 換 固 溶 體 和間 隙

33、 固 溶 體 。 固 溶 體 （ 單 相 組 織 ）n 置 換 固 溶 體 ： 當(dāng) 溶 質(zhì) 原 子 代替 了 一 部 分 溶 劑 原 子 、 占 據(jù)溶 劑 晶 格 的 某 些 結(jié) 點(diǎn) 位 置 時(shí) 。n 間 隙 固 溶 體 ： 當(dāng) 溶 質(zhì) 原 子 在溶 劑 晶 格 中 不 是 占 據(jù) 結(jié) 點(diǎn) 位置 ， 而 是 嵌 入 各 結(jié) 點(diǎn) 之 間 的空 隙 時(shí) ， 所 形 成 的 固 溶 體 。 固 溶 體n 固 溶 強(qiáng) 化 ： 由 于 形 成固 溶 體 而 引 起 強(qiáng) 度 提高 的 現(xiàn) 象 。n 固 溶 強(qiáng) 化 實(shí) 質(zhì) ： 溶 質(zhì)原 子 溶 入 溶 劑 晶 格 ，使 晶 格 發(fā) 生 畸 變 提 高合 金

34、 的 強(qiáng) 度 、 硬 度 。提 高 金 屬 強(qiáng) 度 的 重 要 途 徑 之 一 n 思 考 ：n 工 業(yè) 上 通 過 工 件 表 面 的 滲 碳 、 滲 氮 等 強(qiáng)化 表 面 的 強(qiáng) 度 、 硬 度 ， 其 原 理 是 什 么 ？ 固 溶 體 （ 學(xué) 習(xí) 兩 類 ）n 鐵 素 體n 定 義 ： 溶 解 于 中 形 成 的 固 溶 體 ， 呈 體 心 立 方 晶 格 通 常 以 符 號(hào) F 表 示 。n 特 點(diǎn) ： 溶 碳 能 力 極 小 ， 固 溶 強(qiáng) 化 作 用 甚 微 。其 強(qiáng) 度 、 硬 度 低 ， 塑 性 、 韌 性 好 。 晶 格 示 意 圖Fe 固 溶 體n 奧 氏 體n 定 義

35、： 碳 溶 入 中 形 成 的 固 溶 體 為 奧 氏 體 ， 呈 面 心 立 方 晶 格 （ A）n 特 點(diǎn) ： 溶 碳 能 力 較 鐵 素 體 高 ， 但 還 不 能 很 有效 提 升 強(qiáng) 度 和 硬 度 。 一 般 來 說 ， 其 強(qiáng) 度 、 硬度 不 高 ； 但 塑 性 優(yōu) 良 （ 熱 變 形 加 工 ） 。晶 格 示 意 圖Fe 金 屬 化 合 物n 定 義 ： 各 組 元 按 一 定 的 整 數(shù) 比 結(jié) 合而 成 、 并 具 有 金 屬 性 質(zhì) 的 均 勻 物 質(zhì) ，屬 于 單 相 組 織 。n 特 點(diǎn) ： 具 有 復(fù) 雜 的 晶 格 ， 熔 點(diǎn) 高 ，硬 而 脆 。 金 屬 化

36、合 物 （ 只 學(xué) 習(xí) 一 類 ）n 滲 碳 體n 特 點(diǎn) ： 硬 度 極 高 ， 而 塑 性 、 韌 性 極 低 。伸 長 率 和 沖 擊 韌 度 接 近 于 零 。n 滲 碳 體 在 一 定 條 件 下 可 發(fā) 生 分 解 ， 形 成石 墨 。 其 反 應(yīng) 式 為 ： 石 墨C3FeCFe3 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織n 比 較 固 溶 體 和 金 屬 化 合 物 的 特 點(diǎn) ，其 機(jī) 械 性 能 差 異 很 大 ， 占 據(jù) 兩 極 端（ 極 軟 、 極 硬 ） 。n 那 么 第 三 類 ， 機(jī) 械 混 合 物 又 有 著 怎樣 的 特 點(diǎn) 呢 ？ 機(jī) 械 混 合 物 （ 學(xué) 習(xí)

37、兩 類 ）n 定 義 ： 由 結(jié) 晶 過 程 所 形 成 的 兩 相 混 合 組 織 ，可 以 是 純 金 屬 、 固 溶 體 或 化 合 物 各 自 的 混合 ， 也 可 以 是 它 們 之 間 的 混 合 。 （ 混 合 比例 不 同 ）n 特 點(diǎn) ： 性 能 介 于 各 組 成 相 之 間 ， 它 不 僅 取決 于 各 相 的 性 能 和 比 例 ， 還 與 各 相 的 形 狀 、大 小 和 分 布 有 關(guān) 。 機(jī) 械 混 合 物 （ 學(xué) 習(xí) 兩 類 ）n 珠 光 體n 定 義 ： 鐵 素 體 和 滲 碳 體 組 成 的 機(jī) 械 混 合物 ， 用 符 號(hào) P或 （ F Fe3C） 表 示

38、 。n 特 點(diǎn) ： 抗 拉 強(qiáng) 度 高 、 硬 度 較 高 ， 且 仍 有一 定 的 塑 性 和 韌 性 。 在 顯 微 鏡 下 呈 片 狀 。 n F Fe3C混 合 后 形 成 了 中 和 的 性 能 。 n 35鋼 的 顯 微 組 織 中 ， 黑 色 部 分 即 為 固 溶 體 與Fe3C組 成 的 機(jī) 械 混 合 物 ， 珠 光 體 （ P） 組 織 。n 將 黑 色 部 分 放 大 ， 其 中 白 色 基 體 是 Fe與 C形 成 的 固溶 體 鐵 素 體 （ F） ， 黑 色 條 紋 為 滲 碳 體 （ Fe3C） 機(jī) 械 混 合 物n 萊 氏 體 Ldn 定 義 ： 奧 氏 體

39、（ 高 溫 存 在 ） 和 滲 碳 體 組成 的 機(jī) 械 混 合 物 稱 高 溫 萊 氏 體 ， 用 符 號(hào)或 （ A+ Fe3C ） 表 示 。n 特 點(diǎn) ： 性 能 與 滲 碳 體 相 近 ， 即 極 為 硬 脆 。 機(jī) 械 混 合 物n 低 溫 萊 式 體 Ldn 高 溫 萊 氏 體 冷 卻 到 727 C以 下 時(shí) ， 其 中 A 將 轉(zhuǎn) 變 為 珠 光 體 （ P F Fe3C ） 和 （ 原 有 ） 滲碳 體 機(jī) 械 混 合 物 （ P Fe3C ） 。n 特 點(diǎn) ： 性 能 與 滲 碳 體 相 近 ， 即 極 為 硬 脆 。 n 思 考 ：1 鐵 碳 合 金 的 三 類 組 織

40、： 固 溶 體 、 金 屬 化 合 物 、機(jī) 械 混 合 物 有 硬 有 軟 ， “ 誰 ” 硬 “ 誰 ” 軟 ？2 鐵 碳 合 金 的 組 織 有 哪 些 ？ 性 能 如 何 ？ 之 間 有何 聯(lián) 系 ？3 機(jī) 械 混 合 物 中 的 “ 體 ” 分 別 是 “ 誰 ” 和 “ 誰 ”的 混 合 ？ n 小 結(jié)n 合 金 的 基 本 概 念 （ 合 金 、 相 、 組 元 、 組 織 ）n 合 金 組 織 的 基 本 類 型 （ 固 溶 體 、 化 合 物 、機(jī) 械 混 合 物 ）n 固 溶 強(qiáng) 化 概 念 與 作 用n 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織 （ 名 稱 、 類 型 、 特

41、點(diǎn) ） 第 三 節(jié) 鐵 碳 合 金 狀 態(tài) 圖n 狀 態(tài) 圖 表 示 不 同 成 分 和 溫 度 時(shí) 的 組織 狀 態(tài) 關(guān) 系 的 圖 形 。n 根 據(jù) 前 面 所 學(xué) 鐵 碳 合 金 的 基 本 組 織 類 型和 特 點(diǎn) ， 根 據(jù) 此 圖 可 以 知 道 在 什 么 溫 度和 成 分 條 件 下 ， 可 以 獲 得 什 么 樣 的 組 織和 性 能 的 材 料 。n 坐 標(biāo) 含 義 ： 溫 度 、 成 分 。 狀 態(tài) 圖 不 同 成 分的 鐵 碳 合金 在 緩 慢加 熱 、 冷卻 條 件 下 ，不 同 溫 度時(shí) 的 組 織狀 態(tài) 。 L Fe3C Fe Fe 滲 碳體 熔點(diǎn)AF 共 晶 點(diǎn)

42、共 析 點(diǎn)純 鐵 熔 點(diǎn)同 素 異 晶轉(zhuǎn) 變 點(diǎn) 碳 在最 大 溶 解 度碳 在 最 大 溶 解 度 鐵 碳 合 金 狀 態(tài) 圖 的 分 析 重 點(diǎn) ：n 4個(gè) 基 本 相 ：n液 相 （ L）n奧 氏 體 相（ A）n鐵 素 體 相（ F） n滲 碳 體 相（ Fe3C） LAF Fe3C n 鐵 碳 合 金 狀 態(tài) 圖 6條 特 性 線 的 分 析nACD線 ： 即 液 態(tài) 線 ， 當(dāng) 鐵 碳 合 金 冷 卻 到 此 線 開 始 結(jié)晶 ， 在 此 線 以 上 是 液 相 區(qū) 。nAECF線 ： 即 固 態(tài) 線 ， 當(dāng) 鐵 碳 合 金 冷 卻 到 此 線 將 全部 結(jié) 晶 為 固 態(tài) ， 在

43、 此 線 以 下 是 固 相 區(qū) 。LAF Fe3C nES線 ： A cm線 ， 是 碳 在 奧 氏 體 中 的 溶 解 度 曲 線 。隨 著 溫 度 的 下 降 ， 碳 在 奧 氏 體 中 的 溶 解 度 減 小 ， 將由 奧 氏 體 中 析 出 滲 碳 體 。nGS線 ： A 3線 ， 是 從 奧 氏 體 中 析 出 鐵 素 體 的 開 始 線 。LAF Fe3C nPSK線 ： 也 叫 共 析 線 ， 鐵 碳 合 金 冷 卻 到 此 線 時(shí) ， 在恒 溫 (727 C)下 ， 珠 光 體 P析 出 ， 稱 為 共 折 反 應(yīng) 。A F727 C nECF線 ： 鐵 碳 合 金 冷 卻

44、到 此 線 時(shí) ， 在 恒 溫 (1147 C)下 ， 將 從 液 體 中 結(jié) 晶 出 萊 氏 體 Ld， 稱 共 晶 反 應(yīng) 。A 1147 C A+Fe3CF+Fe3C 學(xué) 習(xí) 重 點(diǎn) ：n 鐵 碳 合 金 的 分 類 （ 根 據(jù) 含 碳 量 不 同 ） 要求：記住具體的分界點(diǎn)處的含碳量掌握鐵碳合金相圖分界點(diǎn)的含義。n不同成分，組織、性能不同。 鐵 碳 合 金 狀 態(tài) 圖 鐵 碳 合 金的 分 類 （ 按 含 碳 量 不 同 ）n 鋼 ： 含 碳 量 小 于2.11 的 鐵 碳 合 金n 亞 共 析 鋼 0.77 n 鑄 鐵 ： 含 碳 量 2.11 6.69 的 鐵 碳 合 金n 亞 共

45、 晶 鐵 含 碳 量 4.3（ 主 要 分 界 點(diǎn) 要 記 住 ） Fe3CII組 織 組 成 物相 對(duì) 量 0100組 織 組 成 物相 對(duì) 量 0100 F FP Fe3CFe3C1Ld0.77%亞 共 析 鋼高 溫 固 態(tài) 組 織 為 單 相 固 溶 體組 織 特 征c 0.0218%項(xiàng) 目 純鐵 工業(yè) 白 口 鑄 鐵亞 共 晶 白 口 鐵組 織 中 有 共 晶 萊 氏 體2.11%過 共 析 鋼鋼 4.3% 6.69%過 共 晶 白 口 鐵 圖 2-14室 溫 下 鐵 碳 和 金 的 含 碳 量 與 相 和 組 織 的 關(guān) 系 1. 鐵 碳 合 金 含 碳 量 與 組 織 的 關(guān) 系

46、2. 鐵 碳 合 金 含 碳 量 與 力 學(xué) 性 能 的 關(guān) 系 隨 含 碳 量 增 加 ， 鋼的 強(qiáng) 度 和 硬 度 增 加 ，塑 性 韌 性 下 降 。 但當(dāng) c = 0.9%時(shí) ，由 于 網(wǎng) 狀 滲 碳 體 的出 現(xiàn) 使 鋼 的 強(qiáng) 度 開始 降 低 。 鐵 碳 合 金 相 圖 的 應(yīng) 用 中 退 火 、 正火 、 淬 火 溫 度 。 小 結(jié)n 鐵 碳 合 金 相 圖 的 概 念 和 分 析n 鐵 碳 合 金 的 分 類n 鐵 碳 合 金 含 碳 量 與 組 織 關(guān) 系n 含 碳 量 對(duì) 材 料 組 織 和 性 能 的 影 響n 鐵 碳 合 金 相 圖 的 應(yīng) 用 第 四 節(jié) 工 業(yè) 用

47、 鋼 簡 介n 學(xué) 習(xí) 要 求 ：n鋼的基本分類n碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的含義n對(duì)鋼中的有害元素及有益元素的了解 第 四 節(jié) 工 業(yè) 用 鋼 簡 介碳 素 鋼合 金 鋼鋼 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼優(yōu) 質(zhì) 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼碳 素 工 具 鋼合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼合 金 工 具 鋼特 殊 性 能 鋼 低 合 金結(jié) 構(gòu) 鋼滲 碳 鋼調(diào) 質(zhì) 鋼刃 具 鋼模 具 鋼量 具 鋼 不 銹 鋼耐 熱 鋼耐 磨 鋼其 它 鋼 工 業(yè) 用 鋼 簡 介n 碳 鋼 n 含 碳 量 小 于 2.11 的 鐵 碳 合 金 ， 實(shí) 際 中 含碳 量 都 小 于 1.5 。n 合 金 鋼n 含 有 合 金 元 素 的 鋼 。 常 用 元 素

48、 有 錳 、 硅 、鉻 、 鎳 、 鉬 、 鈦 等 。 （ 含 碳 嗎 ？ ） 工 業(yè) 用 鋼 簡 介n 碳 鋼 中 的 常 存 雜 質(zhì) 元 素 及 其 作 用n硅 和 錳 有 益 元 素 。 益 于 脫 氧 和 合 金 化 ， 人 為加 入 ， 含 量 低 ， 影 響 小 。n硫 和 磷 有 害 元 素 。 使 材 料 脆 化 。 通 常 以 硫 、磷 含 量 來 劃 分 鋼 的 質(zhì) 量 等 級(jí) 。 n氧 、 氫 和 氮 有 害 元 素 ， 使 鋼 的 塑 性 、 韌 性和 疲 勞 強(qiáng) 度 急 劇 降 低 ， 嚴(yán) 重 時(shí) 會(huì) 造 成 裂 紋 、 脆斷 。 （ 滲 氮 降 低 塑 性 ， 表

49、面 一 層 高 的 硬 度 ） n 思 考 ：n 1哪 些 元 素 有 益 ， 哪 些 元 素 有 害 ？n 2有 害 元 素 影 響 材 料 何 種 性 能 ？ 工 業(yè) 用 鋼 簡 介n 碳 鋼 n 碳 鋼 的 分 類 、 牌 號(hào) 和 用 途n按 質(zhì) 量 分 類 （ 主 要 按 元 素 硫 和 磷 含 量 ）n普 通 鋼 S=0.050 ， P=0.045%n優(yōu) 質(zhì) 鋼 S=0.035 ， P=0.035% n高 級(jí) 優(yōu) 質(zhì) 鋼 S （ P） = Vk（ 如 水 冷 ） 抑 制 珠 光 體 ，轉(zhuǎn) 變 為 馬 氏 體 。 n 小 結(jié)n 熱 處 理 工 藝 過 程n 熱 處 理 目 的 、 原

50、理 和 實(shí) 質(zhì)n 熱 處 理 工 藝 過 程 的 組 織 轉(zhuǎn) 變 退 火 和 正 火n 退 火n 定 義 ： 將 鋼 加 熱 、保 溫 ， 然 后 隨 爐冷 卻 或 埋 入 灰 中使 其 緩 慢 冷 卻 ，以 獲 得 接 近 平 衡組 織 的 熱 處 理 工藝 。 退 火 和 正 火n 退 火n 目 的 ： 降 低 硬 度 、 消除 殘 余 應(yīng) 力 、 細(xì) 化 晶粒 、 預(yù) 備 熱 處 理 。n 工 藝 方 法 n完 全 退 火n球 化 退 火n低 溫 退 火 退 火 和 正 火n 完 全 退 火n 方 法 ： 將 亞 共 析 鋼 加 熱 到 Ac3以 上 3050 ， 保 溫 后 緩 慢 冷

51、 卻 。n 原 理 ： 加 熱 到 Ac3以 上 ， 呈 完 全 奧 氏 體狀 態(tài) 。 經(jīng) 過 緩 慢 冷 卻 時(shí) ， 重 結(jié) 晶 獲 得 細(xì)小 晶 粒 ， 并 清 除 內(nèi) 應(yīng) 力 。 退 火 和 正 火n 完 全 退 火n 熱 處 理 后 組 織 ： 得 到 平 衡 組 織 鐵 素 體 奧 氏 體 。n 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ： 用 于 亞 共 析 鋼 和 合 金 鋼 的 鑄 、鍛 件 ， 目 的 是 細(xì) 化 品 粒 ， 消 除 應(yīng) 力 ， 軟化 鋼 。 n 缺 點(diǎn) ： 費(fèi) 時(shí) 、 效 率 低 ， 常 被 正 火 替 代 。 名 稱 工 藝 過 程 目 的 應(yīng) 用退 火 完 全 細(xì) 化 晶 粒消

52、除 內(nèi) 應(yīng) 力 亞 共 析 鋼 鑄鍛 件球 化 過 共 析 鋼低 溫 退 火 和 正 火n 球 化 退 火n 方 法 ： 將 過 共 析 鋼 加 熱 到 Ac1以 上 20 30 ， 保 溫 后 隨 爐 冷 卻 到 700 左 右 ， 再 出爐 空 氣 冷 卻 。n 原 理 ： 鋼 加 熱 到 Ac1以 上 時(shí) ， 初 始 形 成 的奧 氏 體 及 其 晶 界 上 存 有 少 量 未 熔 滲 碳 體 。在 冷 卻 中 ， 滲 碳 體 呈 球 狀 析 出 ， 分 布 在 鐵素 體 基 體 上 ， 稱 為 球 化 體 。 退 火 和 正 火n 球 化 退 火n 熱 處 理 后 組 織 ： 在 鐵

53、素 體 基 體 上 均 勻 分布 球 狀 滲 碳 體 組 織 。n 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ： 用 于 共 析 和 過 共 析 成 分 的 碳鋼 和 合 金 鋼 ， 消 除 粗 片 珠 光 體 ， 球 狀 滲 碳體 形 成 ， 能 降 低 硬 度 ， 改 善 切 削 加 工 性 能 。 退 火 和 正 火n 低 溫 退 火 （ 去 應(yīng) 力 退 火 ）n 方 法 ： 將 鋼 加 熱 到 Ac1以 下 ， 保 溫 后 緩 冷 。n 熱 處 理 后 組 織 ： 由 于 加 熱 溫 度 低 于 臨 界溫 度 ， 鋼 未 發(fā) 生 組 織 變 化 ， 目 的 是 消 除內(nèi) 應(yīng) 力 。 退 火 和 正 火n 低 溫

54、 退 火 （ 去 應(yīng) 力 退 火 ） 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ： n當(dāng) 退 火 用 于 消 除 工 件 內(nèi) 應(yīng) 力 時(shí) ， 稱 去 應(yīng) 力退 火 。 用 于 部 分 鑄 件 、 鍛 件 及 焊 件 和 去 除粗 加 工 所 產(chǎn) 生 的 內(nèi) 應(yīng) 力 。n當(dāng) 退 火 用 于 消 除 冷 變 形 所 產(chǎn) 生 的 加 工 硬 化時(shí) ， 稱 再 結(jié) 晶 退 火 。 可 以 獲 得 均 勻 細(xì) 小 的等 軸 晶 粒 ， 從 而 降 低 硬 度 ， 恢 復(fù) 塑 性 ， 以便 繼 續(xù) 冷 變 形 。 退 火 和 正 火n 正 火n 定 義 ： 將 鋼 加 熱 到 Ac3以 上 30 50 或 Acm 以 上 30 5

55、0 ， 保 溫 后 在 空 氣 中 冷 卻 的 熱處 理 工 藝 。n 原 理 ： 將 鋼 加 熱 到 奧 氏 體 區(qū) ， 使 鋼 進(jìn) 行 重 結(jié)晶 （ 細(xì) 化 晶 粒 ） ， 從 而 解 決 鑄 鋼 件 、 鍛 件 的粗 大 晶 粒 和 組 織 不 均 問 題 。 正 火 比 退 火 的 冷卻 速 度 稍 快 ， 所 形 成 的 （ Fe Fe3C） 機(jī) 械 混合 物 比 退 火 得 到 的 珠 光 體 片 層 更 薄 ， 稱 為 萊式 體 。 退 火 和 正 火n 正 火n 熱 處 理 后 組 織 ： 可 細(xì) 化 普 通 結(jié) 構(gòu) 鋼 晶 粒 ；使 共 析 鋼 獲 得 萊 氏 體 組 織 ；

56、 對(duì) 過 共 析 鋼 ，可 以 消 除 二 次 滲 碳 體 網(wǎng) 。n 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ： n取 代 部 分 完 全 退 火 。 n用 于 普 通 結(jié) 構(gòu) 件 的 最 終 熱 處 理 。n用 于 過 共 析 鋼 ， 以 減 少 或 消 除 網(wǎng) 狀 二 次滲 碳 體 ， 為 球 化 退 火 準(zhǔn) 備 。 n 思 考 ：n 退 火 與 正 火 在 冷 卻 方 式 上 的 區(qū) 別 是 什 么 ？n 三 種 退 火 方 式 適 用 于 不 同 的 目 的 ， 從 對(duì) 材料 性 能 的 影 響 方 面 有 什 么 共 同 效 應(yīng) ？n 正 火 使 鋼 重 結(jié) 晶 ， 細(xì) 化 晶 粒 ， 降 低 硬 度 ，調(diào)

57、 整 材 料 的 塑 性 韌 性 。n 退 火 降 低 硬 度 ， 增 加 塑 性 韌 性 。 淬 火 和 回 火n 淬 火n 定 義 ： 將 鋼 加 熱 到 Ac3以 上 30 50 ， 保溫 后 在 淬 火 介 質(zhì) 中 快 速 冷 卻 以 獲 得 馬 氏 體（ 碳 在 F中 過 飽 和 固 溶 體 ， 使 鐵 素 體 晶 格 發(fā)生 嚴(yán) 重 的 畸 變 ， 提 高 強(qiáng) 度 ， 耐 磨 性 提 升 ）組 織 的 熱 處 理 工 藝 。 淬 火 和 回 火n 淬 火n 原 理 ： 共 析 鋼 加 熱 到 Ac1以 上 ， 全 部 轉(zhuǎn) 化 為奧 氏 體 。 快 速 冷 卻 時(shí) ， 奧 氏 體 發(fā)

58、生 -Fe向 -Fe的 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 ， 而 -Fe中 的 過 飽和 碳 原 子 在 低 溫 下 卻 難 以 從 晶 格 內(nèi) 擴(kuò) 散 出去 ， 形 成 碳 在 -Fe中 的 嚴(yán) 重 過 飽 和 固 熔 體 ，稱 馬 氏 體 （ M） 。 M不 穩(wěn) 定 組 織 ， 具 有 重 新轉(zhuǎn) 變 為 穩(wěn) 定 組 織 的 趨 勢(shì) 。 淬 火 和 回 火n 淬 火n 熱 處 理 后 組 織 ： 亞 共 析 鋼 為 細(xì) 小 馬 氏 體 組織 ； 過 共 析 鋼 為 馬 氏 體 和 顆 粒 狀 二 次 滲 碳體 組 織 。n 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ： 提 高 鋼 件 的 硬 度 和 耐 磨 性 ， 是強(qiáng) 化

59、鋼 材 最 重 要 的 熱 處 理 方 法 。 淬 火n 降 低 淬 火 內(nèi) 應(yīng) 力 措 施 （ 馬 氏 體 比 容 比 奧 氏體 大 ）n 淬 火 溫 度 ： 溫 度 不 足 ， 未 完 全 形 成 奧 氏體 ， 轉(zhuǎn) 化 馬 氏 體 后 ， 殘 余 鐵 素 體 ， 硬 度不 足 ； 溫 度 過 高 ， 奧 氏 體 晶 粒 大 ， 馬 氏體 晶 粒 也 大 ， 鋼 的 脆 性 增 加 ， 易 產(chǎn) 生 裂紋 、 變 形 。 淬 火n 淬 火 介 質(zhì) ： 水 ， 冷 卻 能 力 強(qiáng) ， 易 獲 得馬 氏 體 ， 但 內(nèi) 應(yīng) 力 大 ， 易 產(chǎn) 生 裂 紋 、變 形 ； 油 ， 冷 卻 能 力 較

60、低 ， 不 易 裂 紋 、變 形 ， 但 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變 不 充 分 。 碳 鋼 ，水 冷 ； 合 金 鋼 ， 油 冷 。 淬 火n 淬 火 方 法 ：n單 介 質(zhì) 淬 火 ， 一 種 冷 卻 介 質(zhì) 中 冷 卻 至 相 變 結(jié)束 ， 操 作 簡 便 ， 易 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 化 和 自 動(dòng) 化 ， 但淬 火 應(yīng) 力 較 大 ， 變 形 開 裂 傾 向 大 ；n雙 介 質(zhì) 淬 火 ， 先 入 冷 卻 力 強(qiáng) 的 介 質(zhì) 中 ， 快 冷至 稍 高 于 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變 溫 度 時(shí) ， 立 即 轉(zhuǎn) 入 冷 卻力 較 弱 的 另 一 介 質(zhì) 中 ， 在 較 低 冷 速 下 進(jìn) 行 馬氏 體 轉(zhuǎn)

61、變 ， 難 以 控 制 轉(zhuǎn) 換 介 質(zhì) 的 溫 度 或 時(shí) 間 ； 淬 火n 淬 火 方 法 ：n單 介 質(zhì) 淬 火n雙 介 質(zhì) 淬 火n分 級(jí) 淬 火 ， 先 放 入 接 近 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變 溫 度 的 熔鹽 或 熔 堿 中 ， 保 溫 后 再 在 空 氣 中 冷 卻 。 具 有雙 級(jí) 淬 火 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 又 易 于 控 制 和 操 作 ， 應(yīng) 力和 變 形 也 較 小 ， 但 受 熔 鹽 冷 卻 能 力 的 限 制 ，工 件 尺 寸 不 能 太 大 。 淬 火 和 回 火n 回 火n 定 義 ： 將 淬 火 鋼 加 熱 到 Ac1以 下 某 溫 度 ， 保溫 后 冷 卻 的 熱 處

62、 理 工 藝 。 淬 火 的 后 續(xù) 工 序 。n 原 理 ： 淬 火 所 形 成 的 馬 氏 體 是 在 快 速 冷 卻 條件 下 強(qiáng) 制 形 成 的 不 穩(wěn) 定 組 織 ， 具 有 重 新 轉(zhuǎn) 變成 穩(wěn) 定 組 織 的 自 發(fā) 趨 勢(shì) 。 回 火 時(shí) ， 重 新 加 熱 ，原 子 活 動(dòng) 能 力 加 強(qiáng) ， 隨 溫 度 升 高 ， 馬 氏 體 中過 飽 和 的 碳 以 碳 化 物 形 式 析 出 。 淬 火 和 回 火n 回 火n 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ：n低 溫 回 火 （ 150 250 ） ， 各 種 工 模 具及 滲 碳 或 表 面 淬 火 的 工 件 。 n中 溫 回 火 （ 350

63、500 ） ， 各 種 彈 簧 等 。n高 溫 回 火 （ 500 650 ） ， “ 調(diào) 質(zhì) 處理 ” ， 各 種 工 模 具 及 滲 碳 或 表 面 淬 火 的 工件 。 n 思 考 ：n 1材 料 淬 火 后 為 什 么 會(huì) 有 內(nèi) 應(yīng) 力 ？ （ 從 奧 氏 體變 為 馬 氏 體 ， 材 料 體 積 有 變 化 ）n 2淬 火 后 為 什 么 都 需 要 回 火 ？ （ M不 穩(wěn) 定 ， 用回 火 獲 得 穩(wěn) 定 組 織 ， 低 溫 回 馬 式 體 硬 度 高 、中 溫 回 曲 式 體 韌 性 好 、 高 溫 回 索 式 體 綜合 性 能 ）n 3不 同 的 回 火 各 自 的 用 途

64、 是 什 么 ？ 硬 度 、 強(qiáng) 度 ，塑 性 、 韌 性 的 要 求 。 表 面 淬 火n 表 面 淬 火n 定 義 ： 將 鋼 件 的 表 面 層 淬 透 到 一 定 的 深度 ， 而 心 部 仍 保 持 未 淬 火 狀 態(tài) 的 一 種 局部 淬 火 方 法 。n 原 理 ： 通 過 快 速 加 熱 ， 使 鋼 件 表 面 層 很快 達(dá) 到 淬 火 溫 度 ， 在 熱 量 來 不 及 傳 到 工件 心 部 就 立 即 冷 卻 ， 實(shí) 現(xiàn) 局 部 淬 火 。 表 面 淬 火n 表 面 淬 火n 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 ： 表 面 耐 磨 ， 不 易 產(chǎn) 生 疲 勞 破壞 ， 而 心 部 承 受 沖

65、擊 載 荷 ， 要 求 有 足 夠的 塑 性 和 韌 性 的 工 件 。n 熱 處 理 后 組 織 ： 表 層 獲 得 硬 而 耐 磨 的 馬氏 體 組 織 ， 心 部 保 持 原 來 塑 性 、 韌 性 較好 的 遲 火 、 正 火 或 調(diào) 質(zhì) 狀 態(tài) 的 組 織 。 化 學(xué) 熱 處 理n 定 義 ： 將 工 件 置 于 一 定 的 化 學(xué) 介 質(zhì) 中 加熱 和 保 溫 （ 目 的 區(qū) 別 于 熱 處 理 ） ， 使 介質(zhì) 中 的 活 性 原 子 滲 入 工 件 表 層 ， 以 改 變工 件 表 層 的 化 學(xué) 成 分 和 組 織 ， 從 而 獲 得所 需 的 力 學(xué) 性 能 和 理 化 性

66、 能 。n 主 要 種 類 ：n 滲 碳 n 滲 氮 化 學(xué) 熱 處 理n 滲 碳 ： 向 鋼 表 層 滲 入 碳 原 子 。 即 把 工 件 放入 滲 碳 氣 氛 中 在 900 950 加 熱 、 保 溫 ，使 鋼 件 表 面 層 增 碳 的 過 程 。n目 的 是 使 工 件 在 熱 處 理 后 表 面 具 有 高 硬度 和 耐 磨 性 ， 而 心 部 仍 保 持 一 定 強(qiáng) 度 和較 高 的 韌 性 。n 滲 氮 ： 向 鋼 表 層 滲 入 氮 原 子 。 其 目 的 是 提高 工 件 表 面 硬 度 和 耐 磨 性 ， 以 及 提 高 疲 勞強(qiáng) 度 和 耐 腐 蝕 性 。 n 思 考 ：n 1化 學(xué) 熱 處 理 有 冷 卻 過 程 嗎 ？n 2化 學(xué) 熱 處 理 與 固 溶 強(qiáng) 化 有 何 關(guān) 系 ？ 固 溶強(qiáng) 化 原 理 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 的 實(shí) 際 應(yīng) 用 。