金属材料1

钢的硬度不但不会下降，反而有所升高，这种现象称为2次硬化。
合金钢回火转变特点
③回火脆性：淬火后，在某一温度范围回火后出现脆化现象，称为回火脆 性。 在250～350℃回火产生的脆性，称为低温回火脆性或第一类回火脆性； 在500～650℃回火产生的脆性，称为高温回火脆性或第二类回火脆性。 第一类回火脆性与回火后的冷却速度无关，无法消除。应避开此温度范围。 第二类回火脆性与冷却速度有关，快速通过500～650℃，抑制脆化出现。
用平炉或电炉冶炼。其中 S＜0.035％、P＜0.035％，化学成分加以严格控 制，塑性、韧性较高，多用于制造重要的零件。这类钢 HBS、σS、σb高， 经热处理后力学性能较好。 钢的牌号用 2位数字表示，数字表示钢的平均含碳量的万分数。45钢表示 平均含碳量为0.45％的优质碳素结构钢。数字后加F的为沸腾钢，如08F； 数字后加Mn的为含锰量较高的钢,如45Mn。 牌号自08，10～80，中间为5进制。 08、10钢，含碳量很低，塑性很好，可用来作冲压件。 15～25钢，低碳钢，σb不高，而塑性韧性较好，具有良好的冲压性和可焊 性，可用来制作冲压件、螺钉、螺帽等。经渗碳淬火后可获得表面硬度高 而心部韧性好的零部件，常用作渗碳用钢，亦称碳素渗碳钢。 30～50钢，中碳钢，经调质处理后使用，可获得既有一定强度和硬度，又 有一定塑性和韧性良好配合的综合力学性能，亦称碳素调质钢，可制作锻 件、热冲压件、冷镦件、齿轮、轴类等零件。 55～80钢，含碳量较高，强度高而塑性低，具有一定的耐磨性，经热处理 后有很高的弹性极限，常用于制造各种弹性零件，亦称碳素弹簧钢。也可 用作耐磨零件和机车车轮等。
金属材料及热处理简述
杨波
热处理的发展史
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就 已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢
的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕
下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体 存在，说明是经过淬火的。
W18Cr4V表示平均碳质量分数为0.7％～0.8％、含
钨量为18％、含铬量为4％、含钒量＜1.5％。
（4）特殊性能钢

牌号前面的数字表示平均碳质量分数的千分数。
如9Cr18表示碳质量分数为0.9％，含铬量为18％。
当平均碳质量分数≤0.03％及0.08％时，在钢号前
分别标以“00”及“0”。




（4）回火：指钢件经淬硬后，再加热到 Ac1 以下的某一温度， 保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺 有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。 回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件 具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韧性等。 （5）调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处 理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和 中碳合金结构钢。 （6）渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是 使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使 工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着 低碳钢的韧性和塑性。
Q235-B· b表示σS≥235MPa，质量为B级的半镇静钢。 用途： Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，通常 轧制成型材，如钢板、钢管等，用于桥梁、建筑、车辆行业； Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。这类钢一般在热轧状 态使用，不再进行热处理。
二．优质碳素结构钢


如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数≤0.03％、含铬
量为18％、含镍量为10％；又如0Cr19Ni9表示平 均碳质量分数≤0.08％、平均含铬量为19％、平均 含镍量为9％。
合金钢回火转变特点
①提高合金钢的回火稳定性： 较高温度回火时仍能保持较高强度和硬度。 ②合金钢有2次淬火和2次硬化现象： 合金元素含量较高，残余奥氏体稳定，加热到500～600℃温度 范围回火时也不分解，而在冷却时有部分残余奥氏体转变为马 氏体，使钢的硬度提高，这种现象称为2次淬火。 含W、Mn、V、Cr、Ti等合金元素量高时，在500～600℃回火， 会直接从马氏体中析出弥散分布、颗粒细小的特殊碳化物、使
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火
质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打
制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中
国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意
了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中
的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达 0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人 “手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
（3）合金工具钢

合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似，区别的
是平均碳质量分数≥1.0％时不标出，＜1.0％时以千
分数表示。

如9SiCr表示平均碳质量数为0.9％，Si、Cr的平均含 量＜1.5％；CrMn表示平均碳质量分数≥1.0％，Cr、 Mn平均含量＜1.5％。

对于高速钢不论碳质量分数多少，均不标出。如




三.碳素工具钢（GB1298—86）

碳素工具钢含碳量较高（0.65％～1.35％）。 碳素工具钢按S、P含量分为2组：


第一组是高级优质钢：S≤0.020％,P≤0.030％；
第二组是优质钢：S≤0.030％，P≤0.035％。 碳素工具钢的牌号是用“碳或T+数字”表示，数字表示钢的平均碳质量分数 的千分数。 如碳12或T12表示钢的平均碳质量分数为1.2％的碳素工具钢。若是高级优 质碳素工具钢，则在钢号数字后加一个“高”或“A”，如T8A或碳8高。如有 T8Mn或T8MnA，则表示碳质量分数为0.8％,含Mn量较高的碳素工具钢或高 级碳素工具钢。 碳素工具钢一般经淬火+低温回火后使用，硬度大于64HRC。随着碳质量 分数的增加，热处理后钢的耐磨性提高，而塑性、韧性降低。由于碳素工 具钢的淬透性不高，故适用于小尺寸的模具、刀具和量具等。T7、T8硬度 高，韧性较高，可制作冲头、凿子、锤子等工具；T12、T13等硬度高，韧 性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。工作温度一般不 超过180℃，否则硬度急剧下降。
处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程 中金属的氧化和脱碳等。
1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、 一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890 年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体
渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到
一．碳素结构钢（GB700—88）


约占钢总产量的 70～80％，大部分作工程结构件。
牌号：Q+σS+质量等级+脱氧方法 质量等级为 A、B、C、D四个等级。 脱氧方法： F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ （特殊镇静钢）；Z、TZ在牌号中不标出。

如：Q215-A· F表示σS≥215MPa，质量为A级的沸腾钢；

Mn和Si：有益元素。通常Mn含量在0.25～0.80％，最高达0.70～1.2％。
Mn与S、O可形成MnO、MnS，起到脱氧去硫的作用，从而可降低钢的热脆 性；Mn和Si可溶于铁素体中形成固溶体，从而提高钢的强度和硬度。

S和P：有害元素。S与Fe形成的FeS与Fe在钢中形成低熔点的共晶体（熔
点983℃），分布在晶界上，在1000～1200℃对钢进行加热锻造时，共晶 体将熔化，使钢产生热脆开裂现象。P与Fe形成的Fe3P极脆。含P量高时， 在室温或较低温度进行加热时易变脆开裂，称为冷脆。


常用牌号有：ZG200—400、ZG230—450、ZG270—500、ZG310—570、 ZG340—640。
五.低淬透性含钛优质碳素结构钢

这类钢淬透性很低，含钛量较高，ωTi=0.03％～ 0.12％,不含其他合金元素。 广泛用于制造汽车、拖拉机的小模数齿轮和轴等零 件。 牌号以2位数字加D、Ti表示。数字表示平均碳质量 分数为万分数，D表示低淬透性，Ti表示含钛量。如 55DTi表示平均碳质量分数为0.55％的低淬透性含钛 优质碳素结构钢。
可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一 步控制炉内气氛碳势的方法；
20世纪60年代以来，热处理技术运用等离子场，发 展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用， 又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
一些常见的热处理概念



（1）退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢 冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化 退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性， 以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组 织和成分的均匀化， 或为后道热处理作好组织准备等。 （2）正火：指将钢材或钢件加热到或 （钢的上临界点温度）以上， 30～50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火 的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒， 消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 （3）淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上 某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或 贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬 火工艺有盐浴淬火，马氏体分级 淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使钢件 获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理 作好组 织准备等。
常用金属材料