金属材料与热处理
金属材料与热处理
金属材料与热处理一，判断题：1、在钢的杂质元素中，硫使钢产生热脆性，磷使钢产生冷脆性，因而硫、磷是有害元素。
（）2、钢的热处理是通过钢在固态下加热、保温和冷却的操作来改变其内部组织，从而获得所需性能的一种方法。
（）3、退火与回火部分可以消除钢中的应力，所以在生产中可以通用。
（）4、灰铸铁的牌号用QT表示，球墨铸铁的牌号用HT表示。
（）5、淬火过程中常用的冷却介质是水、油、盐和碱水溶液。
（）6、纯铜又称紫铜，它有很高的导电性、导热性和优良的塑性。
（）7、碳素工具钢的含碳量都是在0.7%以上，而且都是优质钢。
（）8、钢中的锰、硅是有害元素。
（）9、拉抻试验可以测定金属材料的弹性，强度和塑性等的多项指标。
（）10、P5有金属材料在拉抻试验时都会出现显著的屈服现象。
（）11、材料的伸长率、断面收缩率数值越大表明其塑性越好。
（）12、进行布氏硬度试验时，当试验条件相同，其压痕直径越小，材料硬度越低。
（）13、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的深度来确定的。
（）14、在布氏硬度值有效范围内，HBS值和σb有一一对应的关系,其HBS值大,则材料的σb值就大.（）15、T12钢碳的质量分数为12%。
（）16、硅和锰在碳素钢中都是有益元素，适当地增加其含碳量，均能提高钢的强度。
（）17、硫是碳钢中的有益元素，它能使钢的脆性下降。
（）18、磷是碳钢中的有害元素，它能使钢产生“冷脆”。
（）19、高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。
（）20、碳素工具钢都是优质钢或高级优质钢。
（）21、碳素工具钢的质量分数一般都大于0.7%。
（）22、OBF、20、45、65Mn、T12A都是碳素钢。
（）23、做普通小弹簧应用15钢。
（）24、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。
（）25、40钢与40Cr钢碳的质量分数基本相同，性能用途也一样。
（）26、T12A和CrW5都属于高碳钢，它们的耐磨性，红硬性也基本相同。
金属材料及热处理(最新版)
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体， 形成温度 600－550oC。HB330－400（HRC32－38）。
6
生产中防止回火脆性的方法主要有： z 回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行
Ms， γ Fe转变为α Fe，碳原子全部被保留在α Fe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就
是马氏体。这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏 体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达 600－700（HRC60－65）。淬火即可 获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于 0.8％，硬度几乎不再增加了。 马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量 0.5％时Mz约 0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量 小于 0.8％时Mz也随C ↑ 而下降，0.9 以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转 变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保 留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为γ Fe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约 只有 0.122—0.125，而马氏体为α Fe过饱和固溶体，比容较大，约有 0.127－0.130，可见， 在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造 成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms Mz点越低剩余奥氏体量也 就越多。
金属材料与热处理
一、金属材料及热处理
金属材料与热处理
金属材料与热处理金属材料与热处理是机械工程学中的一个重要研究领域，它既涉及有关金属材料的诸多性能，又涉及各种热处理技术。
热处理是指在金属材料内部的改变或外观表现，从而改变材料的性质或性能的各种处理方法。
这种处理主要通过改变金属材料的内部成分和结构来实现。
金属材料和热处理技术在机械制造领域有着重要的应用，也是机械工程中重要的研究内容。
金属材料可以被应用于工程上有关设备的制造厂、汽车制造厂、船舶制造厂等。
热处理是钢和铁等材料性能调节的重要手段，是机械制造的一部分。
改变材料的热处理条件，可以改变工件的外观、物理性能和机械性能等，使之更加适用于某些工程上的要求。
热处理的发展主要集中在以下几个方面。
首先是改进材料的强度；其次是改善材料的韧性；第三是改善材料的韧度；最后是改善材料的冷硬度和抗疲劳性能，及提高材料的耐腐蚀、抗温度等性能。
在这些方面，近几年来取得了较大的进展。
强化冷却技术大大提高了普通钢的性能，提高退火质量的水冷却技术也取得了巨大进步，渗碳深色炼钢技术也得到了迅速发展。
热处理同时也涉及到热处理和控制系统的设计与应用。
控制系统对热处理过程起着至关重要的作用。
热处理过程涉及到温度控制、热源更替、室内条件变化等，这些都是控制系统关注的焦点。
控制系统不仅能提供相应数据和处理，而且还能检测设备运行状态，控制处理温度值，从而控制处理的质量和可靠性。
由于金属材料在机械系统中的重要性，热处理已经成为金属材料和机械系统设计中必不可少的一部分。
它可以改变金属材料的性能指标，并使其满足工程要求，这是关于金属材料和热处理的关键研究内容之一。
希望随着技术的发展，今后金属材料和热处理技术在机械领域乃至其他领域发挥更大的作用。
金属材料与热处理
1．退火 退火是将钢加热到工艺预定的某一温度， 经保温后缓慢冷却下来的热处理方法。 常用的退火方法有完全退火、球化退火 和去应力退火等。
2．正火 正火是将钢加热到工艺规定的某一温度， 使钢的组织完全转变为奥氏体，经保温 一段时间后，在空气中冷却到室温的工 艺方法。正火的冷却速度比退火稍快， 过冷度稍大。因此，正火后所获得的组 织较细，强度、硬度较高。
10、15、20等钢属于低碳钢，具有良 好的冷冲压性能及可焊性，常用来制造 用力不大、韧性要求较高的机械零件， 如螺钉、螺帽、法兰盘、拉杆及化工机 械中的焊接容器等。经过渗碳淬火处理 后，其表面硬而耐磨，心部保持高的塑 性和韧性，常用于制造承受冲击载荷的 耐磨零件，如凸轮、摩擦片等。
30、45、50等钢属于中碳钢，经调质 处理(即淬火后高温回火)后，有良好的 综合力学性能，是受力较大的机器零件 理想的原材料。主要用来制造截面尺寸 不大的齿轮、连杆及轴类零件。 60以上的钢属于高碳钢，经热处理后， 有高强度和良好的弹性，适于制造弹簧、 钢绳、轧辊等弹性零件及耐磨零件。
易切削钢也是结构钢的一种。其特 点是易于切削加工。这种材料适用于自 动机床上加工。它是向钢中加入一种或 几种易生成脆性夹杂物的元素(硫和磷 等)，使钢中形成有利于断屑的夹杂物， 从而改善了钢的切削加工性能。
3．碳素工具钢 碳素工具钢的牌号以 “碳”字汉语拼音字首 “T”与其后面 的一组数字组成，数字表示钢中平均碳 的质量分数为千分之几。含锰较高的在 数字后标注“Mn”，高级优质钢在钢号 后标注“A”。如T10A表示平均碳的质 量分数为1．0％的高级优质碳素工具 钢。
(2)合金渗碳钢 常用的渗碳钢有20Cr、20Mn2B、20CrMnTi、 20MnVB。 适于制造易磨损而又承受较大冲击载荷的零件， 如汽车、拖拉机的齿轮、凸轮轴、气门顶杆等。 (3)合金调质钢 常用的合金调质钢有40Cr、40Mn2、 35CrMnSi和40MnB等。 适用于制造性能要求高及截面尺寸较大的重要零 件，如承受交变载荷、中等转速、中等载荷的轴 类、杆类、齿轮等零件。
金属材料与热处理
金属材料与热处理金属材料是工程领域中使用最广泛的材料之一，其性能的优劣直接影响着工程产品的质量和使用寿命。
而热处理作为一种重要的金属材料加工工艺，对金属材料的性能改善起着至关重要的作用。
本文将从金属材料的特性、热处理的基本原理和常见的热处理工艺等方面进行介绍。
首先，金属材料的性能受到其组织结构的影响。
金属材料的晶粒结构、晶界、位错等微观结构对其力学性能、物理性能和化学性能有着重要的影响。
通过热处理工艺，可以改善金属材料的晶粒结构，消除内部应力，提高材料的硬度、强度和耐磨性，同时还可以改善材料的塑性和韧性。
其次，热处理是通过加热、保温和冷却等工艺对金属材料进行控制加工，以改善其组织结构和性能的工艺。
常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。
退火是将金属材料加热至一定温度后进行缓慢冷却，以消除材料的内应力、提高材料的塑性和韧性；正火是将金属材料加热至一定温度后进行保温一段时间，再进行空气冷却，以提高材料的硬度和强度；淬火是将金属材料加热至临界温度后迅速冷却，以获得高硬度和高强度；回火是在淬火后将金属材料加热至较低温度后进行保温一段时间，以降低材料的脆性。
最后，热处理工艺的选择需要根据金属材料的具体情况和要求来确定。
不同的金属材料对热处理工艺的要求也不同，因此在进行热处理前需要对金属材料的性能和组织结构进行全面的分析和测试，以确定最合适的热处理工艺。
同时，在进行热处理时需要严格控制加热温度、保温时间和冷却速度等参数，以确保热处理效果。
综上所述，金属材料与热处理是密不可分的关系，热处理工艺的选择和控制对金属材料的性能改善至关重要。
通过合理的热处理工艺，可以使金属材料获得更好的力学性能、物理性能和化学性能，从而满足不同工程产品对材料性能的要求。
希望本文的介绍对大家有所帮助，谢谢阅读！。
金属材料与热处理(全)
3、面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体， 但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
4、密排六方晶格：由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方 面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、 镉（Cd）等。
三、单晶体与多晶体
1、晶粒：金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶体组成的， 小晶体称为晶粒。
2、晶界：晶粒间交界的地方称为晶界。 3、单晶体：只由一个晶粒组成的晶体。（晶格排列方位完全一致。必须人工制
作，如单晶硅。） 4、多晶体：整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的。（普通金属
§1-1纯金属的结晶
学习目的：★掌握金属结晶的概念，纯金属冷却曲 线、及过冷度。
★掌握纯金属的结晶过程。 ★熟悉掌握晶粒大小对金属力学性能的影响及常用
细化晶粒的方法。 ★同素异构转变的概论，掌握铁的同素异构转变式。 教学重点与难点： ★细化晶粒的方法及晶粒大小对力学性能的影响是
教学的难点。 ★纯金属冷却曲线及过冷度是教学重点。
3、纯铁的同素异构转变：
1394℃
912℃
δ-Fe → γ- Fe → α – Fe
Hale Waihona Puke 体心面心体心
4、金属的同素异构转变，也称为“重结晶”。
其与液态金属结晶有许多相似处：有一定转变温度，有过冷现象； 有潜热放出和吸收 ； 也由形核、核长大来完成。 不同处：∵属固 态相变 ，∴ 转变需较大的过冷度；新晶核优先在原晶界处形核；转 变中有体积的变化，会产生较大内应力。
金属材料与热处理
金属材料与热处理
金属材料是指由金属元素组成的材料，在工业和日常生活中广泛应用。
金属材料具有良好的导电、导热、强度、延展性和可塑性等特点, 并且可以通过热处理来改变其性质和组织结构。
热处理是指对金属材料进行加热和冷却过程，以改变其组织结构和性能。
热处理可以分为退火、淬火、回火和固溶处理等几种主要方法。
退火是将金属材料加热到一定温度，然后逐渐冷却的过程。
通过退火，可以使金属材料的晶粒长大，同时消除应力和改善塑性。
退火常用于消除冷加工应变、改善材料的韧性和减少材料的硬度。
淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却的过程。
通过淬火，可以使金属材料形成马氏体等硬质组织，提高金属的硬度和强度。
淬火常用于制造刀具、齿轮等需要高强度和硬
度的零件。
回火是将经过淬火处理的金属材料加热到一定温度，然后冷却的过程。
通过回火，可以减轻材料的脆性和强度，提高材料的韧性和韧化。
回火常用于改善淬火后的组织和性能，使金属
材料同时具有一定的强度和韧性。
固溶处理是将金属材料加热到一定温度，然后迅速冷却的过程。
通过固溶处理，可以将金属中的固溶体变为溶解形态，提高材料的塑性和韧性。
固溶处理常用于改善合金材料的性能和提高
其耐腐蚀性。
总之，热处理是一种重要的金属材料处理方法，可以通过改变金属材料的组织结构和性质，使其具有所需的特定性能。
不同的热处理方法适用于不同的金属和应用领域，但共同的目标是提高金属材料的性能和使用寿命。
金属材料及热处理
• 钢和铁的区别在于含碳量的多少： • 含碳量﹤0.02%为工业纯铁； • 含碳量在 0.02～2.06%为钢（共析 钢0.77%）； • 含碳量＞2.06%为生铁（铸铁） • 钢加热到高于723 ℃时出现A组织，则塑 性好的抗变形能力强。
1-3 钢的热处理
• • • • • • 一、概述 1．热处理的基本概念： 1）改善钢的性质，通常可以通过两种途径来实现： ①调整钢的化学成分； ②对钢进行热处理。 2）钢的热处理是指对钢在固态下加热，保温和冷 却，以改变其内部组织结构，从而改变钢的性能 的一种工艺法； • 3）目的在于充分发挥材料潜力、节约钢材、提高 产品质量、延长使用寿命；
临界
• 图中：V1— 相当于缓冷（退火）与“C”相交位置可以判断转变为P； • V2— 相当于空冷（正火）可判断转变为 氏体（细P） • V3— 相当于油冷（油淬）与“C”开始相交故一部分转变为T；另 一部分来不及转变，为过冷A最后转为Ms； • V4— 相当于水冷（水淬）不与“C”线相交，冷却时A来不及发生 分解，象马氏体转变。
例: 共析钢在冷却时的转变
• A等温转变曲线
过冷奥氏体 珠光体开始形成 珠光体形成中间 珠光体形成结束
珠光体形 马氏体形 贝氏体形
珠光体10～20 转 变
2 1 1
索氏体25～30
转 变 终 始
3
屈氏体30～40
开
温度/
上贝氏体40～45 了
≈240℃Ms
下贝氏体 50～60
时间/ 图1-21 共析碳钢的奥氏体等温转变曲线
三、钢的热处理工艺 • 1．退火— 将钢件加热到AC1或AC3以上 某一温度，保温一定时间后随炉冷却，从 而得到近似平衡组织的热处理方法。 • 目的：降低硬度，细化晶粒，提高强度， 塑性和韧性，消除内应力等 • ① 完全退火（重结晶退火）：将钢加热到 AC3以上20～40 ℃使钢组织完全重结晶， 可细化晶粒、均匀组织、降低强度。
金属材料及热处理
性能：
F：强度低，塑性和韧性好 P：强度较高，塑性和韧性较F差； 力学性能强烈依赖于P片间距或K颗粒的间距。 随片间距减小或颗粒间距减小，强度、塑性提高。
组织与性能间的关系：
• 对于亚共析钢，正火与退火后强度可由下式表达：
0 .2 V P (1 V )
• 钢中珠光体含量越多，强度、硬度越高，韧性下降，临 界脆化温度提高。当wC<0.2％时，正火与退火钢的机械 性能相近，当wC升高时，正火比退火组织的硬度、强度 都高，但塑性较低。珠光体中碳化物被球化后，可在强 度变化不大的条件下改善钢的塑性和韧性。
2020/9/14
经完全退火与正火后的组织有以下区别：
（1）正火的珠光体比退火状态的
片层间距小，领域也较小。
（2）亚共析与过共析钢
由不于能正充火分的析冷出却，速即度先较共快析，析因出此相先数共量析较产平物衡（冷自却由时铁较素少体。、同F时e，3C由） 于奥氏体的成分偏离共析成分而出现伪共析组织。对于过共析钢而 言，退火后的组织为珠光体+网状碳化物。正火时网状碳化物的析 出受到抑制，从而得到全部细珠光体组织，或沿晶界仅析出一部分 条状碳化物（不连续网状）。
⑵ 提高力学性能 对于受力不大、性能要求不高的普通结构零件可 作为最终热处理代替调质处理，操作简单，减少 工序，节约能源，提高生产效率。
2020/9/14
目的与应用：
⑶ 消除过共析钢中的网状碳化物 过共析钢在淬火前进行球化退火，以便于进行机械加工，并为 淬火作好组织准备。但当钢中存在严重的网状K时，球化退火 效果不好。正火在空气中冷却速度较快，二次渗碳体不能像退 火时那样沿晶界完全析出形成连续网状，可以抑制或消除网状 二次渗碳体的形成，有利于球化退火。
常用金属材料及热处理
常用金属材料及热处理金属是人类社会重要的材料之一，广泛应用于各行各业。
常见的金属材料包括铁、铝、铜、钢等。
在使用金属材料的过程中，为了改善其性能，常常需要对其进行热处理。
下面将介绍一些常用的金属材料和其热处理方法。
1.铁：铁是一种性能优良的金属材料，常用于制作建筑结构、机械零件等。
铁的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。
退火可以降低材料的硬度，提高其塑性和延展性；正火可以提高材料的韧性和强度；淬火可以使材料获得高硬度和耐磨性；回火可以降低材料的脆性，并改善其强度和韧性。
2.铝：铝是一种轻质金属，常用于制造飞机、汽车等产品。
铝的热处理方法有固溶处理、时效硬化等。
固溶处理可以改善铝的强度和塑性；时效硬化可以在固溶处理基础上，进一步提高铝的强度和硬度。
3.铜：铜是一种导电性能优良的金属材料，常用于制造导线、电路板等。
铜的热处理方法有退火、退火软化等。
退火可以消除铜材料中的应力，改善其韧性和延展性；退火软化可以使铜材料变得更加易加工。
4.钢：钢是一种优质的金属材料，常用于制造建筑结构、机械零件等。
钢的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。
不同的钢材在热处理时的温度和时间以及冷却速度等参数都有所差异，可以根据具体需要来选择合适的热处理方法，以获得理想的性能。
此外，还有许多其他金属材料也需要经过热处理来改善其性能，比如镍、锌、锡等。
热处理方法的选择应根据具体的金属材料以及使用要求来确定。
综上所述，金属材料在使用过程中，经常需要进行热处理来改善其性能。
不同的金属材料有不同的热处理方法，通常包括退火、正火、淬火和回火等。
通过热处理可以改变金属材料的组织结构和性能，使其达到更加理想的状态。
热处理技术在金属材料的应用中起着重要的作用，对于提高产品质量和使用寿命具有重要意义。
金属材料与热处理
金属材料与热处理金属材料是工业生产中常用的材料之一，其具有良好的导电性、导热性和机械性能，因此在各行各业中得到广泛应用。
然而，金属材料的性能在制造过程中往往不能达到最佳状态，这就需要进行热处理。
热处理是对金属材料进行加热或冷却处理，以改变其组织结构和性能的一种工艺。
通过控制材料的加热温度、冷却速率和保温时间等参数，可以使金属材料达到理想的机械性能、延展性和强度等特性。
金属材料的热处理可以分为多种类型，包括退火、淬火、回火等。
其中，退火是指将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以降低硬度、改善延展性和强度等性能。
淬火则是指将金属材料加热到相变温度，然后迅速冷却，以提高硬度和强度等性能。
回火是在淬火后对材料进行再加热处理，以减轻淬火时的残余应力和脆性。
热处理的过程非常关键，不同的热处理工艺对金属材料的性能影响很大。
例如，合理的退火处理可以使金属材料获得较好的塑性和韧性，适用于制造弯曲、拉伸等工艺要求较高的产品；而淬火处理则适用于需要获得较高硬度和强度的零部件。
另外，金属材料的选择也会影响热处理效果。
不同金属材料具有不同的热处理特性和需求，因此需要根据具体情况选择合适的金属材料和热处理工艺。
一些常见的金属材料包括钢铁、铝、铜等，它们各自有不同的机械性能和热处理特点。
总的来说，金属材料与热处理密不可分。
通过合理的热处理工艺，可以改善金属材料的性能，提高产品的质量和使用寿命。
因此，在金属加工和制造领域，热处理是一项重要的工艺，需要专业人员严格控制各项参数，以保证金属材料的优良性能和性价比。
热处理在金属材料加工和制造中起着至关重要的作用，它可以改善金属材料的组织结构和性能，提高其强度、耐磨性、耐腐蚀性等特性，同时也能够消除金属材料制造过程中产生的应力、缩小尺寸误差等问题，从而提高产品的质量和使用寿命。
一种常见的热处理工艺是退火。
退火是指将金属材料加热到其临界温度以上，然后进行缓慢冷却。
通过退火处理，金属材料的晶粒可以重新长大，原来的晶界处的碎屑得到消除；同时，还能消除金属的内应力，提高塑性和韧性。
金属材料及其热处理
㈡ 热处理工艺
工艺
目的
加热温度
组织
退火
1.调整硬度,便于切削加工。 2.细化晶粒,为最终热处理作组织准备。
亚共析钢Ac3+30~50℃ 共析钢 Ac1+30~50℃ 过共析钢Ac1+30~50℃
F+P P P球
正火
1.低中碳钢同退火。 2.过工析钢：消除网状二次渗碳体。 3.普通件最终热处理
三、组织
㈠ 纯金属的组织 1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程 ⑴ 结晶的条件——过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 ⑵ 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大 形核——自发形核与非自发形核 长大——均匀长大与树枝状长大
⑶ 结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处理；③机械振动、搅拌 2、纯金属中的固态转变 同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大;③伴随着体积变化。
2、冷却时的转变
⑴ 等温转变曲线及产物
650℃
600℃
550℃
350℃
A1
MS
Mf
时间
P
S
T
B上
B下
M
M+A’
A→P
A→S
A→T
A→B上
A→B下
金属材料与热处理(最全).
F P(片状) 共析钢
P（粒状） 共析钢
P+Fe3Cп
P+Fe3Cп + Le´ 亚共晶白口铁
Le´ 共晶白口铁
Le´+Fe3CI 过共晶白口铁
过共析钢
按组织分区的铁碳合金相图
铁碳合金的成分－组织－性能 关系
含碳量对力学性能的影响
1. 亚共析钢的组织是由铁素体和珠 光体组成，随含碳量的增加。其组织 中珠光体的数量随之增加，因而强度 、硬度也升高，塑性、韧性不断下降 。 2. 过共析钢的组织是由珠光体和网 状二次渗碳体组成，随着钢中含碳量 的增加，其组织中珠光体的数量不断 减少，而网状二次渗碳体的数量相对 增加，因因强度、硬度上升，而塑性 、韧性值不断下降。但是，当钢中 Wc﹥0.9％时，二次渗碳体将沿晶界 形成完整的网状形态，此时虽然硬度 继续增高，但因网状二次渗碳体割裂 基体，故使钢的强度呈迅速下降趋势 。至于塑性和韧性，则随着含碳量的 增加而不断降低
概述 1.在实际工业中，广泛使用的不是前述的单组元材料，而是 由二组元及以上组元组成的多元系材料。多组元的加入， 使材料的凝固过程和凝固产物趋于复杂，这为材料性能的 多变性及其选择提供了可能。 2.二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温 度、成分之间关系的工具，它已在金属、陶瓷，以及高分 子材料中得到广泛的应用. 3.在多元系中，二元系是最基本的，也是目前研究最充分的 体系。
F
F+Fe3C
共晶白口铁（4.3%C） 过共晶白口（4.3%~6.69%C ）
3.3.1 共析钢
L
L+A A F+A F F+Fe3C A+Fe3C
L+Fe3C
3.3.2 亚共析钢 3.3.3 过共析钢 3.3.4 共晶白口铁 3.3.5 亚共晶白口铁 3.3.6 过共晶白口铁 3.3.7 工业纯铁
金属材料与热处理
金属材料与热处理金属材料是一类常用的工程材料，具有优良的导电性、导热性和机械性能。
然而，金属材料在使用过程中常常会遇到各种问题，例如变形、腐蚀和疲劳等。
为了增强金属材料的性能并解决这些问题，热处理技术被广泛应用。
本文将简要介绍金属材料与热处理的相关知识。
一、金属材料金属材料是由金属元素或金属合金组成的材料。
常用的金属材料包括铁、铝、铜、钛等。
金属材料具有高强度、良好的导电性和导热性，广泛应用于各个领域，如建筑、航空航天、汽车制造等。
金属材料的性能包括力学性能、物理性能和化学性能。
力学性能主要包括强度、韧性、硬度等指标，物理性能包括导电性、导热性等指标，化学性能包括耐腐蚀性等指标。
金属材料的性能直接影响其在具体应用中的效果和寿命。
二、热处理技术热处理是指通过控制金属材料的加热和冷却过程，改变其组织结构和性能的一种技术。
热处理技术可以分为四种类型：退火、正火、淬火和回火。
退火是将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后缓慢冷却的过程。
退火可以消除材料的内部应力，改善其塑性，提高加工性能。
正火是将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后以适当速度冷却的过程。
正火可以提高材料的强度和硬度。
淬火是将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后迅速冷却的过程。
淬火可以使材料产生马氏体组织，提高强度和硬度，但会使材料变脆。
为了解决材料脆性的问题，需要进行回火处理。
回火是将淬火材料加热到一定温度，保持一段时间后缓慢冷却的过程。
回火可以降低材料的脆性，提高韧性。
三、金属材料与热处理的关系金属材料的性能受到其组织结构的影响。
通过热处理技术可以改变金属材料的组织结构，从而达到改善材料性能的目的。
热处理可以改变金属材料的晶粒大小、相含量和相组成等。
例如，通过退火可以使晶粒长大，提高材料的塑性；通过正火可以改变相组成，提高材料的强度和硬度；通过淬火和回火可以形成马氏体组织和回火组织，使材料达到优良的强度和韧性的均衡。
总之，金属材料与热处理密不可分。
金属材料与热处理(最全)
热处理的应用与效果
应用
热处理广泛应用于各种金属材料，如钢铁、有色金属、合金 等。通过合理的热处理工艺，可以显著提高金属材料的机械 性能、物理性能和化学性能，满足各种工程应用的需求。
效果
热处理可以改变金属材料的硬度、韧性、强度、耐磨性、耐 腐蚀性等机械性能，提高其抗疲劳性能和抗腐蚀性能，延长 使用寿命。同时，热处理还可以改善金属材料的加工性能和 焊接性能，提高生产效率和产品质量。
04 金属材料与热处理的关系
金属材料的性能与热处理的关系
金属材料的性能
金属材料的性能包括力学性能、物理性能和化学性能等，这些性能在很大程度上取决于 其内部结构和相组成。
热处理对金属材料性能的影响
通过控制加热、保温和冷却等热处理工艺参数，可以改变金属材料的内部结构和相组成，从而显著提 高或改善其各种性能。例如，热处理可以细化金属材料的晶粒，提高其强度和韧性；可以改变金属材
时间，可以改变金属材料内部的相组成。
金属材料的缺陷与热处理的关系
要点一
金属材料的缺陷
要点二
热处理对金属材料缺陷的影响
金属材料的缺陷包括裂纹、气孔、夹杂物和未熔合等，这 些缺陷可能会降低金属材料的性能。
通过适当的热处理工艺，可以减少或消除金属材料的缺陷 ，提高其性能。例如，通过退火处理可以软化金属材料， 减少其内应力，从而减少裂纹的产生；通过固溶处理可以 溶解金属材料中的杂质和气体，提高其纯净度。
03 金属材料的热处理工艺
退火工艺
总结词
退火是热处理工艺中的一种，通过加热和缓慢冷却金属材料，以消除内应力、 提高塑性和韧性，达到改善材料性能的目的。
详细描述
退火工艺通常包括将金属材料加热到再结晶温度以下，保持一段时间，然后缓 慢冷却至室温。退火可以细化晶粒、消除内应力、降低硬度、提高塑性和韧性， 改善金属材料的加工性能和综合力学性能。
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金属材料与热处理一、金属材料及热处理（一）硬度：是指金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力。
HB 钢球印痕面积法=2P πD(D -d D 22-)（单位面积上的力）；HB>450时不能用布氏方法；不能测太薄的金属δ>10h (压坑深度)；HRC 测量淬火回火后的工件 （120o 金钢锥）；HRB 测量较软的退火件 铜、铝 （ф1.588mm 钢球）； o 金钢锥）；HR=k-h/0.002；H 压痕深度（mm ）；K 常数，用钢球时为130，用金钢石时为100；0.002为压痕深，每0.002为洛氏硬度一度；高硬度时 HRC ≈1/10HB ；HV 用顶角为136o 金刚石四方角锥体，根据被测工件越薄，选用越小载荷;5、10、20、30、50、100、和120Kg ；HV=1.8544P/d 2(1公斤/mm2)；HV 可测量很薄的工件和渗碳层、氮化层、氰化层硬度。
（二）强度：指材料抵抗外力作用而不被破坏的一种能力。
● σb =P b /F 0;● σs =P S /F 0;● δ0.2 产生0.2%永久变型量时的强度。
（三）塑性：指材料发生永久变形而不被破坏的一种能力。
● δ伸长率：断裂的长度增加量与原长度之比。
δ＝（L 1-L 0）/L 0×100％● ψ断面收缩率：拉断的横截面积减小量与试样原来横截面积之比，百分数。
● 硬度与强度的近似关系：轧制或锻钢件σb ＝（0.34-0.36）HB铸钢件 σb ＝（0.3－0.4）HB灰口铸铁件 σb ＝（HB-40）/6（四）韧性：指材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的一种能力。
冲击韧性a k=A k/F(1公斤·米/厘米2);脆性与韧性相反，脆性材料的破坏是突然发生，没有显著变形，断口处很明亮并有金属光泽。
而韧性材料的破坏都有预兆，并且断口呈灰色纤维状。
如M24螺栓断裂表面呈灰色纤维状，说明有一定韧性。
材料晶粒越细，a k值越高。
二、热处理基础知识●原子顺续排列的状态叫晶体，晶体颗粒组合在一起组织金属材料。
晶粒之间的结合面叫晶界。
●晶粒有体心立方晶格和面心立方晶格，晶格是组成晶粒的最小单元。
●体心立方体晶格的8个顶点各有一个原子，中心一个原子。
●面心立方体晶格的8个顶点和6个平面各有一个原子。
●体心立方晶格组织材料较硬，抗力较大，不易锻造。
如Cr、W、Mo、Mn、V、αFe（常温铁）。
●面心立方晶格较软，易变形如Al、Cu、Ni、Pb、γFe（奥氏体）●晶粒大小（或称粗细）会直接影响到钢材的质量，晶粒愈细小，钢材的性能越好，晶粒愈粗大，钢材的性能就愈差，特别是a k就愈低。
正火、淬火温度控制就是为细化晶粒。
此外，细晶粒的钢材在热处理淬火加热与冷却时，引起变形与开裂的倾向也小的多，所以细化晶粒的预先热处理是最终热处理的必备工序。
●具有体心立方晶格的纯铁叫αFe;●面心立方晶格的纯铁叫γFe;●αFe和γFe在910o C时发生较变；℃●纯铁在770o C以下具有磁性，770o C以上没有磁性。
●三、名词：1、固溶体：固态下溶解有其它元素的组织叫做“固溶体”（αFe和γFe对C的溶解能力是大小不一样的）2、铁素体：就是碳在αFe中的固溶体。
室温下可溶解0.006％的碳，723o C时可溶解达到最大值0.025％。
3、奥氏体：就是碳在γFe中间隙式的固溶体。
由于γFe的原子间的空隙较大，723o C时可溶解碳量为0.8％（共析钢），1130o C溶解量达到最大值2％。
4、渗碳体：即ΑFe3C（碳化铁），ΑFe:C=3:1(原子数比)，具有复杂的晶格结构的化合物称为渗碳体，渗碳体中含碳量为6.67％，其溶解度不随温度的变化（化合物）。
熔点1600o C左右，硬度很高;HB>800，很耐磨，但很脆，渗碳体和铁素体混合在一起就是常用的钢材，随含碳量的增高，硬度强度增高，a k下降。
加入合金元素形成合金碳化物，其硬度还会更高，如碳化钨（WC）碳化钛（TiC）等。
5、珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体两者所组成的机械混合物，他存在于723o C以下，是铁素体与渗碳体一层一层交替分布着，显微镜下白亮呈片状为渗碳体中间较宽的白色间隔层为铁素体。
这种组织显出珍珠表面相似的纹路和光泽，所以称珠光体。
纯珠光体含碳量为0.8%（共析钢）。
粗片状铁素体加粗片状渗碳体叫珠光体，等温转变670－723度HB170－250（HRC 0-24）通过热处理方法（加热到A c1线略高保温时间长）可以获得一种渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上的组织，这种组织叫做粒状（或球状）珠光体，以改善加工性能和热处理变形开裂性能。
6、网状渗碳体：过共析钢在Acm线以下奥氏体中析出的渗碳体分布在奥氏体晶界上或降到A1线以下渗碳体固化在珠光体晶界上即呈网状分布。
7、索氏体：在等温转变C形线鼻尖所得到的较细片状铁素体+较细片状渗碳体叫之索氏体。
等温转变温度600－670o C（珠光体的一种）HB250－320，HRC24－32。
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体，形成温度600－550o C。
HB330－400（HRC32－38）。
珠光体、索氏体、屈氏体、都属珠光体只是粗细不同，性能上有差异。
9、上贝氏体：铁素体形成密集面相互平行的扁片渗碳体呈短片状断断续续地分布在铁素体片层之间，上贝氏体在显微镜下呈羽毛形态，HRC45左右，形成温度500—400o C。
10、下贝氏体：铁素体形成针状，极为细小的渗碳体质点呈弥散状分布在针状铁素体内，呈黑色针状显微形态。
HRC55左右，形成温度230—400o C。
11、马氏体：奥氏体快速冷却不触及C形线鼻尖直接降到230o C以下（共析钢），即低于Ms，γFe转变为αFe，碳原子全部被保留在αFe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就是马氏体。
这种转变也称非扩散形转变。
马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏体，白色基体称为残余奥氏体。
性能十分脆硬。
HB可达600－700（HRC60－65）。
淬火即可获得这种组织。
硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于0.8％，硬度几乎不再增加了。
马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量0.5％时Mz约0o C，Ms290o C随着含C增Ms下降，C量小于0.8％时Mz也随C 而下降，0.9以上时Mz在-100o C附近下降不大。
奥氏体向马氏体的转变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保留下来的为残氏奥氏体。
因奥氏体为γFe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约只有0.122—0.125，而马氏体为αFe过饱和固溶体，比容较大，约有0.127－0.130，可见，在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。
Ms Mz 点越低剩余奥氏体量也就越多。
12、过冷奥氏体：低于A1线温度状态下存在的奥氏体，C形曲线鼻尖温度处的过冷奥氏体最不稳定，最容易发生分解。
13、晶粒度：晶粒度就是用来表示晶粒大小的尺度，共分为8级;冶金部规定标准测定方法将制成的试样在放大100倍的显微镜下观察与标准晶粒度作比较以确定实际晶粒的大小。
凡在1－4级者为粗晶粒钢，5－8级者为细晶粒钢。
粗晶粒钢温度、韧性等变坏，所以热处理时加热温度不能过高，时间不能过长，防止晶粒过大。
第二讲14、正火：就是将钢加热到Ac3线和Acm 以上30－50oC ，保温后出炉空冷，分别得到铁素体加索氏体、索氏体，有细化晶粒、调整组织、削除前道铸造、锻造冷加工产生的缺陷，作为预先热处理作用。
提高钢材加工性能（最好HB200－250时）提高加工面光洁度，不粘刀，加工表面光滑。
比如管路密封胶圈结合面，O 型圈沟槽，缸、泵接口平面。
15、退火：就是将钢加热到Ac3线（过共析钢为A1线）以上，保温一定时间为工件厚度（m m m m 25÷δ）小时，合金钢（m m m m 20÷δ）小时，随炉冷却，得到铁素体加珠光体（亚共析），珠光体（共析钢），渗碳体加珠光体（过共析钢）的方法，降低硬度，提高塑性，改善压力和切削性能。
16、等温退火：钢加热到Ac3以上30-50o C,保温后较快冷却到略低于Ar1的温度（或转入略低于Ar1的炉中）在此温度下奥氏体金部转变完成，主要用于合金钢退火。
17、球化退火：目的在于过共析钢得到球状珠光体，便于加工，也是热处理的前处理。
球化退火的工艺是加热到温度略高于Ac1以上10－20o C ，保温后缓慢冷却到略低于Ar1的温度并停留一段时间，使组织转变全部完成，然后冷至500o C 以下再空冷。
加热温度超过Ac1越高，则冷却以后得到的片状珠光体会愈多。
若超过Acm 时，则冷却下来所得到的全部为片状珠光体。
球化退火所以能形成球状珠光体，是因为钢在加热到略高于Ac1时呈现一不均匀的组织。
即除了奥氏体的浓度不均匀外，还有大量未溶解的渗碳体存在。
其中片状渗碳体在较长时间的保温过程中会自发地趋于球状（因后者最为稳定）。
当钢随后冷却下来时，由奥氏体分解而形成的ΑFe 3C 也逐渐球状化因而最终便获得在铁素体基体上分布着许多颗粒状渗碳体，这就是球状珠光体。
18、低温退火：为消除铸、锻、焊接、切削冷冲压过程的内应力，缓慢速度加热到500－650o C，经适当保温，再缓冷下来的过程，又叫去应力退火。
钢的显微组织不发生改变。
19、淬火：将钢加热到Ac3线或Ac1线上30－50o C，保温一段时间（均匀化）快速冷却下来，以得到高硬度马氏体组织的方法。
细晶粒奥氏体得到细晶粒马氏体组织。
过共析钢有网状ΑFe3C时，应先正火细化晶粒再淬火。
合金钢加热温度相对较高。
20、显微裂纹：工件淬火后得到马氏体组织，此时的组织中存在着极大的内应力，如果不及时回火，则会由于淬火应力的作用容易在工件内部产生显微裂纹，严重时会导致工件的脆性增大而开裂。
21、回火：工件淬火后一般都要进行回火，淬火后得到马氏体性能很脆，并存在很大应力，不及时予以回火，时间久了可能会引起工件发生开裂，回火就是将淬火后的工件重新加热到A1以下某温度保温一段时间，然后取出工件以一定的方式冷却下来。
22、回火马氏体（低温回火）：马氏体是一种过饱和 ΑFe固溶体，从室温加热到300o C 左右，随着升温原子活力增加，C原子开始以某种碳化物的形式从马氏体中析出，因温度不高，析出的碳化物未全部脱离原马氏体组织，仍处在一定的过饱和状态，这种组织称为回火马氏体。
对硬度影响不大，但内应力清除了一部分。
23、第一类回火脆性：马氏体中C的过饱和度大时，淬火后内存较多的残余奥氏体，大约在250－350o C时，残余奥氏体也发生向较为稳定的回火马氏体转变，转变的结果可使硬度有增加（1－2HRC），这种现象在高碳钢中尤为明显，与此同时冲击韧性却略有下降，称为第一类回火脆性。