渗碳体的力学性能

二 合金钢牌号的表示方法
结构钢：两位数字+合金元素符号+数字
如 60Si2Mn
工具钢和特殊性能钢：一位数字+合金元素符号+数字 如9SiCr 合金结构钢： 16Mn 合金钢 合金工具钢： 9SiCr
40Cr
60Si2Mn
W18Cr4V
不锈钢: 1Cr18Ni9Ti 特殊性能钢 耐热钢: 4Cr6Si2 耐磨钢: ZGMn13
（四） 白口铸铁（W c＞2.11%的铁碳合金）的分类和组织
A
L
L+A
D C
℃ 温 度
A
G
E
L+Fe3C
Ld+Fe3C Ld+Fe3C
F
A+F
A+Fe3CⅡ
A+Fe3CⅡ+Ld P+Fe3CⅡ+ Ld
W C（%）
Ld Ld
4.3
F
Q 0
P
F+P
P
S
P+Fe3CⅡ 2.11
K
6.69
0.77
Fe
Fe3C
消除硫对钢的有害作用。 锰在碳钢的含量为0.25~0.80%。
3 硅（Si）： 能溶于铁素体，提高其强度；硅在碳钢的含量为0.40%。 4 硫（S）： 在钢中与Fe化合形成FeS,而FeS与Fe形成低熔点共晶
体，导至钢的热脆性。钢中的含硫量小于0.05%。
5 磷（P）： P能固溶于F体，使钢的强度、硬度提高，但钢的塑性和韧性
共晶白口铸铁： 白口铸铁的分类
Wc=4.3%
亚共晶白口铸铁： 2.11＜%Wc＜4.3%
过共晶白口铸铁： 4.3%＜Wc＜6.69%
（五） 状态图中三条重要线 平衡转变温度： A1 (PSK)、 A3 (GS) 、Acm (ES)
A3 Acm A1
加热时转变温度： Ac1
冷却时转变温度： Ar1
、
0.77
6.69
Fe
W C（%）
Fe3C
碳在A体中的溶解度曲线。 ES线： GS线：铁素体的开始析出线。 共析点
A A
析出
Fe3CⅡ F
开始析出
S： 共析反应，共析体P。 A0.77
727℃ F+Fe C 3
PSK线：共析转变线，所在温度727℃。
（三） 钢的结晶过程 1 wc= 0.77%钢的结晶（共析钢） 温度
T＞t1 T= t1 t1~t2 T=t2 t2~t3 T=t3 t3~t4 T=t4 T＜ t4 A A
结晶情况
没有结晶 开始结晶 继续结晶 结晶结束 组织不变
开始析出 继续析出
组织
L体 L+A L A A体 A体 A+F A P+F P+F F
1 2
3 4 P+F 0.45
F F
A0.77
727℃
0
0.77
2.11
4.3
6.69
（二） 铁碳相图结构分析 特性线、点的含义
ACD线： 液相线
1148℃
A L+A E A + Fe3CⅡ
L
D
L+Fe3C
AECF线： 固相线 共晶点 C： L4.3 A+Fe3C
A
G
A+F
C
F
Ld
K
共晶反应，共晶体Ld ECF线：共晶转变线
FP
Q 0
P
S
2.11 4.3
Ac3 、 Accm
、Arcm
、 Ar3
（六） 铁碳合金相图的应用
1 确定材料的含碳量与力学性能 之间的关系，正确选择材料。 C↑→ HB↑δ↓ ψ↓ ak ↓ 亚共析钢中：C ↑→ σb↑ 过共析钢中: C ↑→ σb ↓ 2 确定热加工工艺 ψ
HBS
σb
Ak
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
§6 钢的热处理
一 热处理的基本概念
把零件加热到一定温度，适当保温后，以一定的 1 热处理： 速度冷却，获得所需组织的一种工艺。 2 过程： 加热、保温和冷却。 3 原理： 同素异晶转变，固溶强化。 4 目的： 改善和提高材料的力学性能； 改善材料的加工、使用性能；
时间 温 度
保温
节省金ห้องสมุดไป่ตู้降低成本。
912 ℃以下具有体心立方晶格， α-Fe
纯铁的力学性能：σb=250MPa δ=50% 80HB ， 软而韧。
2 渗碳体：（Fe3C） 铁和碳的一种较稳定的化合物，WC=6.69%。 渗碳体具有较复杂的晶格，在一定的条件下，它可以分解： Fe3C--F+G（石墨）。 渗碳体的力学性能：δ =0% 800HB， 硬而脆。
δ
Wc
§5 碳素钢
W c≤2.11%的铁碳合金，并含有Si、Mn、S、P等杂质元素。
ψ
HBS
一 常存元素对钢性能的影响
σb
1 碳（C）： C
HB
δ ψ
ak
亚共析钢中：C 过共析钢中: C
σb σb
Ak
Wc
δ
2 锰（Mn）: 溶于F体，提高钢的强度和硬度；
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
T＞t1
T= t1 t1~t2
1 2
结晶情况
没有结晶
开始结晶 继续结晶
组织
L体
L+A L A
3
T=t2
t2~t3 T=t3
结晶结束
组织不变 A0.77
727℃
A体
A体 P体
F+Fe3C
T＜ t3
组织基本不变
P体
常温下组织全部是P体的钢叫共析钢。 共析钢的WC=0.77%
2 wc=0.45%钢的结晶（亚共析钢） 温度
P
组织基本不变
亚共析钢常温下组织是P+F。
碳↑ → P↑ F ↓ → 强度和硬度↑、塑性和韧性 ↓
3 Wc＞0.77%钢的结晶过程（过共析钢） 温度
T＞t1 T= t1 t1~t2 T=t2 t2~t3 T=t3 t3~t4 T=t4 T＜ t4 A A
结晶情况
没有结晶 开始结晶 继续结晶 结晶结束 组织不变
开始析出 继续析出 727℃
组织
L体 L+A L A A体 A体 A+Fe3CⅡ A F e3C Ⅱ P+Fe3C Ⅱ P+Fe3CⅡ
P+F
1 2
3 4
P+Fe3C
Fe3CⅡ F e3CⅡ P
A0.77
组织基本不变
过共析钢常温组织是P+Fe3CⅡ。
碳↑ → P↓ Fe3CⅡ ↑ → 硬度↑、塑性和韧性 ↓ 、强度↓
后快速冷却以得到马氏体（M）组织的热处理工艺。 M体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。其硬度随钢中碳含量 的增加而增加。
2 目的：获得M体组织，提高钢的硬
度和耐磨性，为最终热处理
A
A+F
做准备。
F+P
A + Fe3CⅡ
P+ Fe3CⅡ AC1
（四）钢的回火
回火：淬火后的钢件再加热到AC1 点以下的某一温度，
保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
1、 回火的工艺特点和目的
韧化
工艺特点：淬火后进行；加热温度在A1线以下。 目的：稳定组织；消除应力；提高韧性。 2、回火的分类和应用 低温回火（150~250℃）：
性能：具有高的硬度(58~64HRC)和高的耐磨性，内应力↓脆性↓韧性↑。 用途：用于耐磨件，量具、工具以及渗碳或表面淬火的工件。
（二） 相和组织 1 液相 （L）： 高温下，碳均匀地溶解在铁水中，用L表示。
立方晶格。在727℃有最大的溶解度0.0218%，室
2 铁素体（F）： 碳溶于α-Fe所形成的间隙固溶体，其结构为体心
温下的溶解度仅为0.0008%，是一种软而韧的相。
3 奥氏体（A）： 碳溶于γ-Fe所形成的间隙固溶体，结构为面心立方晶
中温回火（350~500℃）：
性能：内应力↓↓ 脆性↓↓ HB↓（35~45HRC） σe↑ 用途：多用于弹性零件。
高温回火（500~650℃）：
性能：完全消除内应力，综合性能好，硬度20~35HRC。 用途：受力较复杂的重要件，如机器的主轴、齿轮等。
淬火+高温回火称为调质处理
（五）钢的表面热处理
淬火高温回火称为调质处理五钢的表面热处理1钢的表面淬火2钢的化学热处理仅对钢的表层进行淬火的工艺其表层得到硬而耐磨的m体而心部则仍是塑性韧性较好的组织即所谓的外硬里韧
§4 铁碳合金
一 铁碳合金的各组元和相的性能 （一）组元 1 纯铁（Fe） 2 渗碳体（Fe3C）
1538℃以上为液体，L 1538-1394 ℃具有体心立方晶格，δ-Fe 1394-912 ℃具有面心立方晶格, γ-Fe
细化晶粒，均匀钢的组织和成分，改善钢的力学性能；
消除内应力，以防止变形和开裂；
为最终热处理做好组织准备。
强化 二 钢的正火 1 定义：将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃，保温后在空气中冷却的工艺。 2 目的和用途：细化晶粒，提高力学性能；
提高硬度，以利切削加工；
（三）钢的淬火
硬化
1 淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1线以上某一温度，保温一定时间，然
整体热处理： 退火、正火、淬火、回火。 5 热处理分类
化学热处理： 渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
表面热处理： 火焰加热 、感应加热表面淬火等。
二 钢的热处理工艺
℃
（一） 钢的退火 软化 1 定义：将钢加热到适当温度，保持一定时间，
然后缓慢冷却的热处理工艺。
保温
温 度 时间（h）
2 目的：降低硬度，便于切削加工（适宜的加工硬度为170HB~230HB）；
碳素结构钢
碳素钢
碳素工具钢
钢号的命名方法：
普通碳素结构钢以屈服强度命名，例 Q235-AF 表明这种钢的σs≥235MPa。
优质碳素结构钢以钢中碳含量的万分之几来命名，例45钢，wc=0.45%。
在钢号后面加A，则表明是高级优质钢。
碳素工具钢的命名方法是符号T加上碳含量的千分数来命名，例T7， wc=0.7%。
一 合金钢的分类 1 按主要用途分类 合金结构钢：用于制造重要的机器零件和工程构件。 合金工具钢：用于制造重要的工具、模具。 特殊性能钢：具有某些特殊物理、化学性能的钢种。 2 按合金元素含量分类 低合金钢：合金元素总量小于5%； 中合金钢：合金元素总量5～10%； 高合金钢：合金元素总量大于10%。
例：35A是高级优质碳素结构钢， wc=0.35%。
T13A是高级优质碳素工具钢， wc=1.3%。
合金钢简介
在碳素钢的基础上，为了改善钢的组织和性能，在冶炼时有意加入某 些元素所获得的钢种，叫合金钢。
常用的合金元素有：Si(>0.4%)、Mn(>0.8%)、Cr、Mo、 W、V、Ti、
Co、Al、RE等。
则是由P与Fe3C组成的机械混合物， wc=4.3%，性
能硬而脆，700HB δ =0%。
二 铁碳合金相图
（一） 铁碳合金相图 L
L+A
A
D C
℃ 温 度
A
G
E
L+Fe3C
F
Ld
A+F
F
Q 0
P
P
S
2.11 4.3
K
6.69
0.77
Fe
W C（%）
Fe3C
铁碳合金分类：
工业纯铁：WC≤0.0218% 碳素钢：0.02%＜WC ≤2.11% 铸铁：WC＞2.11%
格。在1148℃时有最大的溶解度2.11%，在727 ℃时
其溶碳量下降到0.77%。也是一种软而韧的相。
4 渗碳体（Fe3C）: 是一种硬而脆的相。
5 珠光体（P）： 由F与Fe3C相间排列而形成的机械混
合物，σ b=800MPa δ =20 ~ 25%
180HB，其综合力学性能好。
6 莱氏体（Ld）： 高温下是A与Fe3C组成的机械混合物， 727℃以下
1、钢的表面淬火
仅对钢的表层进行淬火的工艺，其表层得到硬而耐磨的M体，而 心部则仍是塑性、韧性较好的组织，即所谓的外硬里韧。
感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火 2、钢的化学热处理
用一种或几种元素渗入钢的表面，改变钢表层的化学成份、组织
和性能的热处理工艺。
1、钢的渗碳
2、钢的氮化
3、碳氮共渗
结构钢：
工具钢： 沸腾钢：
（三）按钢的用途分类
（四）按脱氧程度分类
镇静钢：
半沸腾钢：
特殊镇静钢：
三 碳钢的编号和用途
普通碳素结构钢： Q195 Q215 Q235 Q255 Q275 优质碳素结构钢： 10 15 20 25……45…… 优质碳素工具钢： T7 T8 T9 …… T13 高级优质工具钢： T7A T8A……T13A
大大下降，导至钢的冷脆性。其含量控制在0.045%以下。
二 碳素钢的分类
低碳钢： W c≤0.25% 0.25% ＜ W c≤0.60% W c＞0.60%
（一）按钢的含碳量分类
中碳钢： 高碳钢： 普通钢：
（二）按钢的质量分类
ws≤0.045% wP ≤0.045% 优质钢： ws≤0.035% wP ≤0.035% 高级优质钢：w ≤0.02% wP ≤0.02% s