金属材料及热处理
金属学及热处理
时效处理工艺
总结词
时效处理是一种通过长时间放置或加热使金属内部发生沉淀 或析出反应的过程，主要用于提高金属的强度和稳定性。
详细描述
时效处理工艺通常将金属加热至较低的温度，并保持一定时 间，使金属内部的原子或分子的分布发生变化，形成更加稳 定的结构。通过时效处理，金属的强度和稳定性可以得到提 高。
表面热处理工艺
总结词
表面热处理是一种仅对金属表面进行 加热和冷却的过程，主要用于改善金 属表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化 性等。
详细描述
表面热处理工艺通常仅对金属表面进行加热 和冷却，而内部保持不变。通过表面热处理 ，可以改变金属表面的晶格结构、化学成分 和组织结构等，从而改善其表面的性能。
04 热处理设备与工具
热处理炉应定期进行维护和保养，确保设备的正常运行 和使用寿命。
在操作过程中，应定期检查炉温和炉压是否正常，防止 超温或超压。
在使用过程中，应保持炉膛的清洁，防止杂物和积炭对 加热元件和金属材料的影响。
热处理工具的选择与使用
01
02
03
04
根据不同的热处理工艺和金属 材料，选择合适的热处理工具
。
在使用过程中，应注意工具的 材质和尺寸是否符合要求，防 止工具损坏或金属材料表面损
金属学及热处理
contents
目录
• 金属学基础 • 热处理原理 • 热处理工艺技术 • 热处理设备与工具 • 热处理的应用与发展趋势
01 金属学基础
金属材料的分类与特性
钢铁材料
根据碳含量和用途，钢铁材料可分为生铁、铸铁和钢 材。其特性包括高强度、耐磨性和耐腐蚀性。
有色金属
如铜、铝、锌等，具有良好的导电性、导热性和延展 性。
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
金属材料及热处理知识(整理版)
硬度金属抵抗更硬物体压入表面的能力，称为硬度。
硬度是反映金属材料局部塑性变形的抵抗能力。
根据试验方法和测量范围的不同，硬度可分为布氏、洛氏、维氏等几种。
1、布氏硬度（HB）布氏硬度是用淬火硬化后的钢球（直径有：2.5、5、10毫米三种）作为压印器，以一定的压力P压入被测金属材料表面，这时在被测金属材料表面留下压坑。
根据压坑面积的大小，可用下式计算出布氏硬度值，用符号HB表示为HB=P/F（公斤/毫米2）式中P——钢球所加的负荷（公斤）；F——压坑面积（毫米2）。
布氏硬度是用单位压坑面积所受负荷的大小来表示的。
一般硬度值都不需要经过计算，在生产中用放大镜测出压坑直径，再根据压印器钢球直径D和压力负荷P直接查表，便可得出HB的值。
布氏硬度在标注时不写单位，如HB=212。
测量不同金属材料时所用的压印器和负荷等标准，也可以查表。
用布氏硬度法测得的硬度值准确，因为压坑大，不会由于表面不平或组织不均匀而引起误差。
但压坑太大有损表面，所以布氏硬度一般不宜作成品检验，只适合测量硬度不高的原材料，如毛坯、铸件、锻件、有色金属及合金等。
2、洛氏硬度（HR）洛氏硬度法是用金刚石做的呈120°的圆锥体，或直径为1.58毫米的淬火钢球，作为压印器，在一定的负荷下压入金属表面，根据压坑的深浅来测量金属材料的硬度，（根据压坑深度）可把硬度数值从表盘上直接读出来。
根据测量硬度范围不同，洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC三种。
它们的适用范围与压印器、负荷的选定可根据下表查出，洛氏硬度的选用标准洛氏硬度没有单位，测量方法简单，压坑小，不影响零件表面质量，测量硬度范围广，但不如布氏硬度精确度高。
HRA适宜测量高硬度材料；HRB适宜测量有色金属及硬度低的材料；HRC适宜测量淬火、回火后的金属材料。
3、维氏硬度（HV）维氏硬度试验的原理与布氏硬度法相似，只不过它的压印器是136°的四棱锥金刚石，以一定的负荷压入平整的试样表面，然后测出四棱锥压坑的对角线长度d，算出压坑面积F，用单位面积所受负荷的大小来表示维氏硬度值，即HV= P/F（公斤/厘米2）维氏硬度测量精确、硬度测量范围大，尤其能很好地测量薄试样的硬度。
金属材料与热处理(最全)
典型铁碳合金的平衡结晶过程 及组织
A F+A F
L L+A
A+Fe3C
F+Fe3C
L+Fe3C
1.纯铁(﹤0.0218%C） 2.钢（0.0218%～2.11%C）
亚共析钢（ 0.0218%～0.77%C） 共析钢（0.77%C） 过共析钢（0.77%C ～2.11%C ）
3.5 铁碳相图在工业中的应用
1、在选材方面的应用 ： 根据零件的不同性能要求 来合理地选择材料。 2、在铸造生产上的应用： 参照铁碳相图可以确定钢 铁的浇注温度，通常浇注 温度在液相线以上 50－ 60℃。纯铁和共晶白口铸 铁的铸造性能最好。 3、在锻压生产上的应用： 锻扎温度控制在单相奥氏 体区。 4、在热处理生产上的应用 ：热处理工艺的加热温度 依据铁碳相图确定。
金属材料与热处理(最全)
工程材料的分类
工程材料
黑色金属材料：钢和铸铁
金属材料
有色金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金
高分子材料
非金属材料 陶瓷材料 复合材料
当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在 机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为 它具优良的使用性能和加工工艺性能。
F（％）＝(6.69-0.77)÷6.69 ×100％＝88％
Fe3C（％）＝1－88％＝12％
主要转变线
GS线－不同含碳量的合金，有奥氏体开始析出铁素 体（冷去时）或铁素体全部溶于奥氏体（加热时 ）的转变线，常用A3表示
ES线－碳在奥氏体中的固溶体。常用A cm表示，含 碳量大于0.77％的铁碳合金，自1148°冷至727° 从奥氏体析出渗碳体，称二次渗碳体
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(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。
金属材料及热处理
金属材料及热处理一、（一）材料：是人们用来制作各种产品的物质。
现代材料各类目前已多达40多万种，且每年以5%的速度增加。
(二)机械工程材料：指机械工程中使用的材料。
分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料。
1、金属材料：分为黑色金属和有色金属。
黑色金属包括铸铁、碳钢、合金钢。
铸铁和碳钢又称为铁碳合金。
有色金属分为轻有色金属（铝、镁）、重有色金属（铜、铅）、稀有色金属和稀土。
2、高分子材料：有塑料、合成橡胶、合成纤维。
3、陶瓷材料：分为硅酸盐材料和工程陶瓷。
硅酸盐材料包括玻璃、传动陶瓷、耐火材料。
工程陶瓷包括除Sio2之外的其他氧化物、碳化物、氮化物。
4、复合材料包括纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、复合材料。
（三）金属材料：1、概念：一般指工业应用中的纯金属或合金。
自然界中的纯金属大约有种，常见的有：金、银、铜、铁、锡、铝、铅、锌、镍等。
而合金是指两种或两种以上的金属或金属与非金属结合而成的，具有金属特性的材料。
常见的合金有：铁碳合金（钢），铜锌合金（黄铜）。
金属：是指具有光泽（强可见光、强烈反射），富有延展性（可塑性），具有良好的导电性和导热性的物质。
除汞以液态存在外，其余的都以固态形式存在，其最大特点是其晶体内含有自由电子（通常为正）且有易失去自由电子的倾向。
他们的熔点、沸点、密度等都较高，绝大多数以化合物形式存在，少数的以游离态存在（金、银），大部分金属为银白色或争灰色，少数不是，如金为黄赤色，铜为暗红色。
2、金属的分类：分为黑色金属和有色金属。
（1）黑色金属：包括碳钢、铸铁、合金钢。
碳钢是含碳量≤2.11%，并含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。
铸铁是含碳量为2.5%—4.0%的铁碳合金。
合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入合金元素，如加入铬、镍、硅、钨、钼等。
（2）有色金属：除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金或除钢铁以外的其它金属及其合金。
3、钢的分类（1）按化学成份：碳素钢、合金钢（2）按品质普通钢、优质钢、高级优质钢（3）按含碳量：低碳钢〔＜0.25%〕、中碳钢〔0.25—0.6%〕、高碳钢〔﹥0.6%〕（4）按用途：建筑及工程用钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢、专业用钢。
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
常用金属材料及热处理知识
常用金属材料及热处理知识金属材料是工业生产中最常用的材料，包括钢铁、不锈钢、铝合金、铜合金等。
这些金属材料都具有良好的机械性能、电导性能、导热性能和成形性能，因此在各个行业中得到广泛应用。
下面主要介绍常用金属材料及其热处理知识。
1.钢铁钢铁是最常用的金属材料，包括碳钢和合金钢两种。
碳钢中碳含量较低，一般在0.1%-0.3%之间，适用于一般工程材料的制造；合金钢中包含一定数量的合金元素，如铬、镍、钒等，通过合金元素的添加可以提高钢的硬度、强度和耐磨性能。
热处理：钢的热处理包括退火、正火、淬火、回火等工艺。
退火可以消除应力和改善材料的韧性；正火可以提高材料的硬度和强度；淬火可以使钢材具有高硬度和耐磨性；回火可以降低淬火后的脆性，提高韧性。
2.不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的铁基合金材料，主要成分为铁、铬、镍等元素。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和良好的机械性能，广泛应用于制造化工设备、食品加工设备、医疗器械等高要求的领域。
热处理：不锈钢的热处理主要包括退火和固溶处理。
退火可以去除不锈钢中的应力，改善材料的硬度和韧性；固溶处理可以提高不锈钢的硬度和强度。
3.铝合金铝合金是一种轻量化的金属材料，具有良好的导热性能、导电性能和可加工性能。
铝合金可以通过添加合金元素如铜、锌、锰等来改变材料的性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
热处理：铝合金的热处理主要包括固溶处理和时效处理。
固溶处理可以提高铝合金的硬度和强度；时效处理可以提高材料的抗拉强度和硬度。
4.铜合金铜合金具有良好的导电性能、导热性能和耐腐蚀性能，广泛应用于电子、电器、交通等领域。
铜合金通过添加合金元素如锡、锌、铝等来改变材料的性能。
热处理：铜合金的热处理主要包括退火和固溶处理。
退火可以消除应力、改变晶粒结构；固溶处理可以提高材料的强度和硬度。
综上所述，金属材料是工业生产中最常用的材料之一，包括钢铁、不锈钢、铝合金、铜合金等。
这些金属材料具有良好的机械性能、导电性能、导热性能和成形性能，可以通过热处理来改变材料的性能。
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
金属材料及热处理
金属材料及热处理金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容之一。
金属材料是广泛应用于工业生产中的一类材料，其具有优良的导电、导热和机械性能。
而热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。
金属材料的分类主要有两种，一是通过成分分类，即根据其成分的不同来区分，如铜、铝、铁、钢等；二是通过性质分类，即根据其物理性质和化学性质来区分，如有色金属和黑色金属。
根据材料的成分和性质，我们可以选择合适的金属材料来满足具体的工程要求。
金属材料的性能可以通过热处理来改善。
热处理是指将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后再进行冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。
热处理的主要目的有三个方面：一是改善金属材料的力学性能，如提高强度、硬度和韧性等；二是改善金属材料的物理性能，如提高导电性和导热性等；三是改善金属材料的化学性能，如提高耐蚀性和耐磨性等。
常用的热处理方法有淬火、回火、正火、退火等。
淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却，使其产生马氏体组织，从而提高材料的硬度和强度。
回火是将已经淬火的金属材料再次加热到一定温度，然后缓慢冷却，以减轻淬火的脆性，提高韧性和塑性。
正火是将金属材料加热到一定温度，然后保持一段时间，然后缓慢冷却，以使材料的组织均匀化，提高材料的强度和韧性。
退火是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以改变材料的组织结构，提高材料的延展性和塑性。
热处理工艺的选择要根据具体的材料和工程要求进行。
在选择热处理方法时，需要考虑到材料的成分和性质、所需的性能和组织结构等因素。
此外，热处理的参数也需要控制得当，包括温度、时间和冷却速度等。
只有合理选择热处理工艺和控制好热处理参数，才能最大程度地改善金属材料的性能。
综上所述，金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容。
金属材料具有优良的导电、导热和机械性能，在工业生产中广泛应用。
热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。
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。
金属材料及热处理
一般是指在自然界中含量较少、分布稀散及研究应用较少的有 色金属。稀有金属包括稀土金属、放射性稀有金属、稀有贵金属、 稀有轻金属、难溶稀有金属及稀有分散金属等。
第一章 金属的性能
三、 特种金属
特种金属包括不同用途的结构金属和功能金属，其中有通 过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、 纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、 减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
常用金属的物理性能
第一章 金属的性能
二、有色金属
有色金属是指除了铁、铬、铬以外的所有金属及其合金，通 常又将其分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属等。有色 金属中除了金为黄色，铜为赤红色以外，多数呈银白色。有 色金属合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电 阻温度系数小。
(1)重金属 一般是指ρ>4.5 g/cm3的有色金属，包括元
素周期表中的大多数过渡元素，如铜(Cu)、锌( Zn)、镍(Ni)、 钴(Co)、钨( W)、钼(Mo)、镉( Cd)及汞(Hg)等，此外，锑 ( Sb)、铋( Bi)、铅(Pb)及锡( Sn)等也属于重金属。重金属主 要用作各种用途的镀层及多元合金。
第一章 金属的性能
(2)轻金属
ρ<4.5 g/cm3的有色金属称为轻金属，如铝( Al)、镁( Mg)、 钙( Ca)、钾(K)、钠( Na)、铯( Cs)等。工业上常采用电化学或化 学方法对Al、Mg及其合金进行加工处理，以获得各种优异的性 能。
疲劳曲线示意图
第一章 金属的性能
3．产生疲劳的原因
许多机械零件在工作中往往受到冲击载荷 的作用，如内燃机的活塞销、冲床的冲头、锻 锰的锰杆和锻模等。制造这类零件所采用的材 料，其性能指标不能单纯用强度、塑性、硬度 来衡量，而必须考虑材料抵抗冲击载荷的能力 ， 即韧性的大小。目前，工程上常用一次摆锰 冲击缺口试样来测定材料的韧性。材料韧性的 好坏是用冲击韧度来衡量的。
常用金属材料及热处理
常用金属材料及热处理金属材料是一类常用的工程材料，具有良好的导电性、导热性、机械性能和可塑性。
常见的金属材料包括铁、铝、铜、钢、锌等。
铁是一种常用的金属材料，常见的有铸铁和钢。
铸铁具有较高的硬度和脆性，适合用于制造机械零件和汽车零件。
而钢具有较好的韧性和可塑性，广泛应用于建筑、制造业等领域。
铝是一种轻质金属，具有良好的导电性和导热性，常用于航空航天、汽车制造和电子设备等行业。
铝也可以通过热处理来提高其强度和硬度。
铜具有良好的导电性和导热性，广泛用于电子电气、建筑和水管等领域。
铜也可以通过热处理来强化其力学性能。
钢是一种含有铁和碳的合金，具有高强度和韧性。
钢的热处理方法包括退火、淬火和回火，可以使钢具有不同的硬度和韧性，适用于不同的应用领域。
锌是一种蓝白色的金属，具有较好的防腐性和延展性。
常用于镀锌钢管、锌板等工业制品中。
锌也可以进行热处理来提高其力学性能和耐蚀性。
热处理是金属材料加工中的一项重要工艺，通过控制材料的加热和冷却过程，可以改变其组织结构和性能。
常见的热处理方法包括退火、淬火、回火、正火等。
这些热处理方法可以改变金属的硬度、韧性、强度、耐腐蚀性等性能，使金属材料更加符合特定的工程需求。
不同金属材料适用的热处理方法有所不同，需要根据具体材料的组织结构和性能来选择合适的热处理工艺。
总而言之，常见的金属材料如铁、铝、铜、钢、锌等具有广泛的应用领域，热处理可以改变金属材料的性能，使其更符合工程需求。
金属材料在工程领域中广泛应用，其性能常常可以通过热处理来改善。
热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，使其发生组织和性能上的变化的工艺。
热处理通常分为退火、淬火、回火、正火等几种方式，每种方式都有不同的应用场景和效果。
退火是最基础的热处理方式之一，通过在适当温度下加热材料一段时间后缓慢冷却，以消除材料内部的应力和提高其延展性。
退火使金属材料结构上发生改变，晶粒变大并更加均匀，强度相对降低，但具有较好的塑性和韧性。
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你选择的答案： 说法正确 [正确] 正确答案：说法正确 解答参考：
30. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。（ ）
你选择的答案： 说法正确 [正确] 正确答案：说法正确 解答参考：
31. 金属晶体中位错密度的增加，金属继续塑性变形的抗力增大，强度升高；因而，那些几乎 完全没有位错等缺陷的、近乎理想的晶体材料强度很低。（ ）
14. 比较以下（ ）的强度最高。 (A) F (B) P (C) Fe3C (D) S
你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考：
15. 钢经调质处理后获得的组织是( )。索氏体 (D) 回火贝氏体
你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：
你选择的答案： 说法错误 [正确] 正确答案：说法错误 解答参考：
32. 当金属进行冷塑性变形加工后，强度将会降低。（ ）
你选择的答案： 说法错误 [正确] 正确答案：说法错误 解答参考：
33. 热加工是在再结晶温度以上的加工方法，也会引起加工硬化。（ ）
你选择的答案： 说法错误 [正确] 正确答案：说法错误 解答参考：
17. 金属的塑性指标有（ ）。 [不选全或者选错，不算完成] (A) 比例极限 (B) 延伸率 (C) 应力循环周次 (D) 断面收缩率
你选择的答案： B D [正确] 正确答案：B D 解答参考：
18. 工程上常用（ ）表示材料的硬度。 [不选全或者选错，不算完成] (A) HRC (B) HB (C) Ak (D) E
(A) 进行变质处理 (B) 诱导晶核的快速长大 (C) 振动 (D) 提高液体金属的冷却速度 你选择的答案： A C D [正确] 正确答案：A C D 解答参考：
三、判断题(判断正误，共10道小题)
26. 由弹性比功的公式：ae=se2/2E ，可通过冶金、冷变形和热处理等方式来降低材料的弹 性模量E从而提高其弹性比功。（ ）
你选择的答案： 说法错误 [正确] 正确答案：说法错误 解答参考：
27. 材料断裂韧性（KIC）受到材料的成分和组织结构以及构件的裂纹尺寸和几何形状的影 响。（ ）
你选择的答案： 说法错误 [正确] 正确答案：说法错误 解答参考：
28. 金属材料的冲击韧性与测试温度无关。（ ）
你选择的答案： 说法错误 [正确] 正确答案：说法错误 解答参考：
9. 金属多晶体的晶粒越细，则其（ ）。
(A) 强度越高，塑性越差 (B) 强度越高，塑性越好 (C) 强度越低，塑性越好 (D) 强度越低，塑性越差 你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：
10. 从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（ ）温度为界限区分 的。
(A) 结晶 (B) 再结晶 (C) 同素异构转变 (D) 25℃ 你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：
一、单项选择题(只有一个选项正确，共15道小题)
1. 二元合金在发生共晶转变时，其相组成是（ ）。 (A) 单一液相 (B) 单一固相 (C) 两相共存 (D) 三相共存
你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考：
2. 实际金属结晶时，通过控制晶核形成率N和成长率G的比值来控制晶
粒的大小，在下列（ ）情况下获得粗大的晶粒： (A) N/G很大时 (B) N/G很小时 (C) N/G居中时 (D) N=G时
你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考：
9. 下列铁碳合金在室温平衡状态，（ ）成分的强度最高。 (A) 0.2％ (B) 0.8％ (C) 2.0％ (D) 4.0％
你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：
10. 铸铁的含碳量一般为（ ）。 (A) 0.008～4.3% (B) 0.008～6.69% (C) 2.11～6.69%
12. 脆性相以（ ）析出的危害最大。 (A) 网状 (B) 颗粒 (C) 薄片层状 (D) 球状
你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考：
13. 热处理能使钢的性能发生变化，其根本原因是（ ）。 (A) 铁有同素异构转变
(B) 钢在加热保温过程中成分达到均匀 (C) 钢在加热保温过程中成分达到均匀 (D) 钢在热处理过程中发生的固液、液固转变 你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考：
(A) 形成柱状晶
(B) 形成等轴晶 (C) 强度升高 (D) 塑性升高 你选择的答案： B D 正确答案：B D 解答参考：
[正确]
23. 经冷变形后，金属（ ）。 [不选全或者选错，不算完成] (A) 形成柱状晶 (B) 形成纤维组织 (C) 强度升高 (D) 塑性升高
你选择的答案： B C [正确] 正确答案：B C 解答参考：
(A) 滑移系数目不同 (B) 滑移方向不同 (C) 滑移面不同 (D) 晶胞形状不同 你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考：
13. 实际生产中，金属冷却时（ ）。 (A) 理论结晶温度总是低于实际结晶温度 (B) 理论结晶温度总是等于实际结晶温度 (C) 理论结晶温度总是大于实际结晶温度 (D) 实际结晶温度和理论结晶温度没有关系
11. 钨在室温塑性变形后，与塑性变形前相比（ ）。 (A) 硬度明显增高，塑性明显降低 (B) 硬度明显降低，塑性明显增高 (C) 硬度、塑性变化不明显 (D) 硬度、塑性的变化趋势一致
你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考：
12.
HCP 金属与FCC 金属在塑性上的的差别，主要是由于两者的 ( )。
34. 在实际金属的结晶过程中，自发形核比非自发形核更重要，往往起优先的主导的作用。（ ）
你选择的答案： 说法正确 [正确] 正确答案：说法正确 解答参考：
35. 一般情况下，晶粒愈大，金属的强度、塑性愈好。（ ）
你选择的答案： 说法错误 [正确] 正确答案：说法错误
本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下：
本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下：
一、单项选择题(只有一个选项正确，共15道小题)
1. 高分子材料中，大分子链之间的结合键是（ ）。 (A) 金属键 (B) 离子键 (C) 共价键 (D) 分子键
你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：
2. 结构材料要求的主要性能为（ ） (A) 物理性能 (B) 化学性能 (C) 力学性能 (D) 物理和化学性能
(A) 间隙原子 (B) 位错 (C) 晶界 (D) 相界 你选择的答案： C D [正确] 正确答案：C D 解答参考：
21. 金属变形的基本方式有（ ）。 [不选全或者选错，不算完成] (A)
扩散
(B)
滑移
(C)
孪生
(D) 形核 你选择的答案： B C [正确] 正确答案：B C 解答参考：
22. 变形金属再结晶后（ ）。 [不选全或者选错，不算完成]
你选择的答案： A B [正确] 正确答案：A B 解答参考：
19. 在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（ ）。 [不选全或者选错，不算 完成]
(A) 间隙原子 (B) 位错 (C) 晶界 (D) 空位 你选择的答案： A D [正确]
正确答案：A D 解答参考：
20. 在晶体缺陷中，属于面缺陷的有（ ）。 [不选全或者选错，不算 完成]
你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：
7. （ ）为共晶体。 (A) 莱氏体 (B) 珠光体 (C) 铁素体 (D) 渗碳体
你选择的答案： A [正确] 正确答案：A
解答参考：
8. 在Fe-Fe3C相图中，Acm线也称为（ ）。 (A) 固相线 (B) 共析线 (C) 共晶线 (D) 固溶度线
[正确]
7. 金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（ ）。 (A) 弹性 (B) 硬度 (C) 塑性 (D) 强度
你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考：
8. （ ）属于密排六方结构。 (A) Fe (B) Al (C) Cu (D) Zn
你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考：
(A) 铁素体 (B) 奥氏体 (C) 渗碳体 (D) 珠光体 你选择的答案： A B [正确] 正确答案：A B 解答参考：
18. 马氏体组织有（ ）形态。 [不选全或者选错，不算完成] (A) 网状 (B) 树枝状 (C) 板条状 (D) 针状
你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：
14. 金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（ ）。 (A) 越高 (B) 越低 (C) 越与冷却速度无关
(D) 越趋于恒定 你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考：
15. 在金属结晶时，向液体金属中加入某种难熔杂质来有效细化金属的 晶粒，以达到改善其机械性能的目的，这种细化晶粒的方法叫做 )。
24. 提高液体金属的冷却速度，可使金属结晶（ ）。 [不选全或者选 错，不算完成]
(A) 过冷度增加 (B) N/G增加 (C) N/G减小 (D) 晶粒细化 你选择的答案： A B D [正确] 正确答案：A B D 解答参考：
25. 下面措施中能获得细晶粒结构的有（ ）。 [不选全或者选错，不 算完成]
你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考：
5. 铁素体的机械性能特点是（ ） (A) 低塑性、高强度 (B) 高塑性、高强度 (C) 高塑性、低强度 (D) 低塑性、低强度
你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：
6. 共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为( )。 (A) L+FÞA (B) AÞF+Fe3C (C) LÞA+Fe3C (D) AÞP