机械工程材料基础第三章钢的热处理
机械制造基础-钢的热处理-加热和冷却过程
共析钢CCT曲线
(Continuo机u械s-制C造o基o础冷li-却钢n过g的-程热T处r理a-n加s热fo和rmation)
细A
均匀A
A1
650℃ 600℃ 550℃
淬火 (油冷)
正火 (空冷)
退火 (炉冷)
淬火
之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、 硬度越高，而塑性和韧 性略有改善。
机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
（2） 贝氏体转变 贝氏体用符号B表示。
根据其组织形态不同， 贝 氏体又分为上贝氏体(B上)和 下贝氏体（B下）。
上贝氏体强度与塑性都较 低，无实用价值。
上贝氏体
下贝氏体具有良好的综合
马氏体形态与含碳量的关系
机械制造基础0-.钢2%的C热处理-加热和 0.45%C 冷却过程
1..2%C
马氏体的性能
高硬度是马氏体组织 性能的主要特点。
马氏体的硬度主要取
决于其含碳量。
C%
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
3、间
4、热处理工艺分类如下（根据加热、冷却方式及钢组织性能变
化特点不同）
退火
普通热处理
正火 淬火
回火
表面淬火—感应加热、火焰加热、
热处理
表面热处理
电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理 机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
等温冷却 时间
二、过冷奥氏体的等温冷却转变
机械工程基础课件
三．合金的相结构和组织
１．概念： 通过熔炼、烧结等方法，将一种金属元素与其 它一种或几种元素结合一起形成的具有金属特 性的新物质叫合金。
组成合金的各元素叫组元。
合金中成分相同、结构相同并与其他部分有界 面分开的均匀组成部分称为相；不同相的结合 称组织。相与相之间的转变称为相变。
2．合金的固态结构
一．相图的定义 相图又称状态图、平衡图。它表示在平
象的材料，如高碳钢、铸铁、铜、铝等，可用 σ0.2代替屈服极限，称为名义屈服点。
(二)刚度
1.定义：金属材料在外力作用下抵抗弹性变形 的能力。
2.弹性模数E：是衡量刚度大小的指标，其值 等于在弹性变形范围内，应力与应变的比值。 在相同外力作用下，E越大，则弹性变形越小， 刚度越大。E只与材料的本性有关。
2．类型： ①布氏硬度（HB）：HBS、HBW。 ②洛氏硬度（HR）：HRC、HRA、HRB。 ③维氏硬度（HV）：
3. 硬度实验
4．硬度是一个重要的综合力学性能指标，反 映了材料在小范围内抵抗变形和断裂的能力。
(五)冲击韧性 1．定义：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏
的能力。
2．冲击韧性值αk用来衡量冲击韧性的大小。 αk 越大，韧性越好
四.金属的结晶
(一)．结晶过程
1．定义：液态金属在冷凝过程中，原子 由无序到有序，金属由液态到固态及过冷度
实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为 过冷度。 冷却速度越大，过冷度也越大。
3.结晶过程 结晶过程=晶核形成+晶核成长 晶核来源：自发形核、外来形核
2．晶体结构的基本概念
晶格 结点 晶胞 晶格常数，单位是Å (埃，10-10m或0.1nm) 晶面、晶向
3．常见晶体结构类型：
机械工程材料与热加工工艺试题与答案
一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回四、选择填空（20分）１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大（c）无影响（d）上述说法都不全面２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4．制造手用锯条应当选用（a ）（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ）（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火五、填空题(20分)1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。
机械工程材料-3章 钢的热处理
珠光体型转变，在A1～550℃等温； 贝氏体型转变，在550℃～Ms等温； 马氏体型转变，冷却至MS以下。
共析钢等温冷却转变曲线
随着过冷度的增大，奥氏体转 变温度降低，生成的珠光体片层间 距变小。依据片层间距的大小，将 其分别称为珠光体、索氏体、屈氏 体。珠光体片越细，HB↑，Rm↑。
珠光体 符 号：P 等温温度： A1 ~ 650℃ 层片间距：>0.4μm
①钢加热温度由冷却前希望得到的组 织决定。如果希望得到单相奥氏体组织， 需要在Ac3和Accm以上温度加热，过共析钢 如果不希望二次渗碳体全部溶解到奥氏体 中，需要在Ac1和Accm之间温度加热。 ②加热温度越高，保温时间越长，奥 氏体成分均匀，但晶粒越粗大。 ③加热速度越快，相变的过热度增大， 奥氏体实际形成温度越高，生成的奥氏体 晶粒度愈小。 ④生成的奥氏体晶粒大小也与钢的化 学成分和原始组织有关，有的钢晶粒长大 倾向小。
表 面 热处理 化学热处理
渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗金属等
3.1 钢的热处理原理
3.1.1 钢在加热时的组织转变
1 钢的组织转变温度
对不同成分和组织的钢，在 进行加热或冷却时，如果加热或 冷却速度非常缓慢，钢的组织变 化规律和铁碳相图一致。
经过PSK线（A1）时，发生 A P 转变 经过GS线（A3）时，发生 A F 转变 经过ES线（Acm）时，发生 A A+Fe3CⅡ
则A1、A3、Acm被称为碳钢固 态平衡组织转变临界温度。
铁碳相图
由于实际加热或冷却不可能非常 缓慢，加热时相变需要具有一定的过 热度，冷却时相变需要具有一定的过 冷度，组织转变才能进行。 习惯上，将碳钢加热时的相变温 度分别标记为Ac1、Ac3、Accm，其冷却 时的相变温度分别标记为Ar1、Ar3、 Arcm。 例如：对亚共析钢，当加热到 Ac1时发生P→A，加热到Ac3时才全部 转变为A；对共析钢当加热到Ac1时发 生P→A；对过共析钢加热到Ac1时发 生P→A，加热到Accm以上时渗碳体才 全部转变为A。
机械基础课件：钢的热处理
等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到临界点A1以下 某一温度，恒温停留一段时间，在这段保温时间内发生组织
钢的热处理
1. 过冷奥氏体的等温转变曲线 以共析钢为例： 由于过冷温度和等温时间不同，过冷奥氏体的等温转变 过程及转变产物也不相同，表示过冷奥氏体不同的等温冷却 温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线叫做过冷 奥氏体的等温转变曲线，也称为C 1) C · 共析钢奥氏体的等温转变曲线是通过一系列不同过冷
3. (1) 从切削加工性考虑：钢件适宜的切削加工硬度为 170～230 HBS。因此，低碳钢、低碳合金钢应选用正火为预 备热处理。中碳钢也可选正火，含碳量超过0.5%的钢应选用
(2) 从零件的形状考虑：对于形状复杂的零件或大型铸 件，正火可能会因内应力过大而造成零件开裂，故应选用退
(3) 从经济性考虑：因正火比退火的操作简便，生产周 期短，成本低，在能满足使用要求的情况下，应尽量选用正
· 通过实验测出不同的过冷奥氏体在恒温下开始转变和 转变终了的时间，画到温度-时间坐标系中，然后把开始时间 和转变终了时间分别连接起来，即得到图3-4所示的共析钢C
钢的热处理
图3-4 共析钢C曲线
钢的热处理
2) 共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1) 珠光体类型(高温转变产物)： 共析钢A过冷到723~550℃之间，A等温转变产物属于P
钢的热处理
2. (1) (2) (3) 材料：中碳钢(45)、合金调质钢(40Cr) (4) 技术条件：表面50~55 HRC (5) 感应表面淬火方法如图3-6
钢的热处理
图3-6 钢的感应表面淬火
机械工程材料钢的热处理实验报告
实验报告院系：课程名称: 日期:班级: 组号：学号：实验室：专业：姓名：教师签名：实验名称：钢的热处理实验成绩评定：实验仪器材料:箱式电炉若干，洛氏硬度计一台，45钢、T12钢试样若干(直径1.5CM)、淬火水槽-个. 实验目的要求：1.初步掌握普通热处理的基本工艺方法2、掌握成分(含碳量)、工艺（加温温度)对钢组织和性能的影响。
实验原理：热处理是将钢加热到一定温度、经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。
普通热处理分为退火、正火，淬火和回火。
钢加热到一定温度保温后缓慢冷却(通常随炉冷却)至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。
奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到共析铁素体（或渗碳体）加珠光体。
过冷奥氏体快冷(大于临界冷速)叫淬火，得到马氏体组织。
淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。
随冷却速度赠加，钢的硬度升高。
通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A c3+30~50℃，过失析钢的球化退火及淬火加热温度是A c1 +30~50℃，过共析钢的正火温度是A cⅢ+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。
表格 1 碳钢普通热处理的加热温度、冷却方式、组织性能及应用范围表格 2 实验参数设计实验步骤：根据实验对45钢进行正淬火和回火热处理，并测定硬度，分析工艺对钢性能的影响。
结果分析:1.热处理条件加热温度、冷却速度、回温度等)对实验和性能的影响。
答：不同的条件下的材料组织和性能也会有所不同。
工程材料与机械制造基础课后习题答案
《工程材料及机械制造基础》习题答案齐乐华主编第一章材料的种类与性能（P7）１、金属材料的使用性能包括哪些？力学性能、物理性能、化学性能等。
２、什么是金属的力学性能？它包括那些主要力学指标？金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的与弹性和非弹性反应相关或涉及力与应变关系的性能。
主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。
３、一根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最大载荷为多少？断面收缩率是多少？F=35325N ψ=27.75%４、简述洛氏硬度的测试原理。
以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。
5、什么是蠕变和应力松弛？蠕变：金属在长时间恒温、恒应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象。
应力松弛：承受弹性变形的零件，在工作过程中总变形量不变，但随时间的延长，工作应力逐渐衰减的现象。
6、金属腐蚀的方式主要有哪几种？金属防腐的方法有哪些？主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。
防腐方法：1）改变金属的化学成分；2）通过覆盖法将金属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。
第二章材料的组织结构（P26）1、简述金属三种典型结构的特点。
体心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。
每个体心立方晶格的原子数为：2个。
塑性较好。
面心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心各有一个原子。
每个面心立方晶格的原子数为：4个。
塑性优于体心立方晶格的金属。
密排六方晶格：晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。
每个密排六方晶胞原子数为：6个，较脆2、金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？存在点缺陷、线缺陷和面缺陷。
使金属抵抗塑性变形的能力提高，从而使金属强度、硬度提高，但防腐蚀能力下降。
3、合金元素在金属中存在的形式有哪几种？各具备什么特性？存在的形式有固溶体和金属化合物两种。
机械工程材料及钢的热处理
常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
常用金属材料
1、铸铁：铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合 金。
性能：具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性及 切削加工性能，而且价格低廉，生产设备简单。 因此，它是应用最多的一种金属材料。
高速铣削给落地式铣镗床带来了结构 上的变 化，主 轴箱居 中的结 构较为 普遍， 其刚性 高，适 合高速 运行。 滑枕驱 动结构 采用线 性导轨 ，直线 电机驱 动，这 种结构 是高速 切削所 必需的 ，国外 厂家在 落地式 铣镗床 上都已 采用， 国内同 类产品 还不
多见，仅在中小规格机床上采用线性 导轨。 高速加 工还对 环境、 安全提 出了更 高的要 求，这 又产生 了宜人 化生产 的概念 ，各厂 家都非 常重视 机床高 速运行 状态下 ，对人 的安全 保护与 可操作 性，将 操作台 、立柱 实行全 封闭式 结构， 既安全 又美观 。
回火：将淬火后的工件加热到临界温度 以下，保温一定时间后在空气或水或油 中冷却。
目的：硬度、强度略有降低，但消除了 内应力和脆性。
调质：淬火＋高温回火，可以使钢材获 得良好的综合机械性能。
表面化学热处理
化学热处理是将钢件放在某种化学介质 中，通过加热、保温、冷却的方法使介 质中的某些元素渗入钢件表面，改变了 表面层的化学成分，从而使其表面具有 与内部不同的特殊性能。一般都是使表 面获得高硬度、高疲劳极限，以及耐磨、 防腐蚀性能。
钢的热处理可以改善钢的加工工艺性能、提高 钢的机械性能、增加寿命、耐磨性等。
热处理方法：
1、退火：将钢件加热到临界温度以上20－30
度，经保温一段时间后随热处理炉（或埋入石 灰石、沙中冷却）缓慢冷却至500度以下，然 后在空气中冷却。
机械制造基础课程—课题三钢的热处理[可修改版ppt]
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三个要素：
1. 加热到预定的温度（最高加热
温
温度）
度
2. 在预定的温度下适当保温（保
℃
温时间），保温的时间与工件
850
炉冷 空冷
的尺寸和性能有关；
油冷 3. 以预定的冷却速度冷却（冷却
（3）熟悉淬透性的概念。
1、热处理定义
前提：固态相变
基本过程
将固态金属或合金通过加热、保温和冷却的方式， 改变材料整体或表面的组织，从而获得所需性能的 一种工艺方法。
特点
改只 变改 形变 状组 和织 尺， 寸不
温 度
热 加
保温
目的：改善使用和工艺性能
临界温度
冷 却
热处理工艺曲线
时间
2. 热处理的过程
对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡 条件下的相变温度。
这个温差叫滞后度：加热转变 → 过热度 冷却转变 → 过冷度
钢在加热和冷却时的相变临界点
➢ 平衡状态相变线： ➢ A1、A3、Acm或T1、 T3 、Tcm ➢ 加热实际相变线： ➢ Ac1、Ac3、Accm或Tc1、 Tc3、Tccm ➢ 冷却实际相变线：
一、加热温度的确定
钢在室温下的组织（即奥氏体化前的组织为平
衡组织的情况） ：
对于亚共析钢 → F+P 共析钢 → P 过共析钢 → P+ Fe3CⅡ
加热目的：使钢发生同素异构转变（得到奥氏
体A，消除铁素体F和渗碳体）
在对钢缓慢加热时，它将按铁碳相图发生转变， 但实际加热的过程呢？
过热度与过冷度
机械工程材料_沈莲_03章_钢的热处理
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
电气信息工程学院
一、 奥氏体等温转变图 1. 奥氏体等温转变图
测定原理
机械工程材料
薄片试样：
10mm 1.5mm
图3-3 共析钢C曲线 测定原理示意图
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
机械工程材料
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
电气信息工程学院
机械工程材料
上贝氏体形成示意图
上贝氏体：相互平行的过饱和铁素体片与分布 在片间的断续细小渗碳体组成的羽毛状混合物。 脆性大性能差。
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
电气信息工程学院
机械工程材料
上贝氏体的显微组织(a)光镜×500
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
电气信息工程学院
机械工程材料
上贝氏体的显微组织(b)扫描电镜×10000
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
加热的目的是为了获得奥氏体组织，并利用加 热规范控制奥氏体晶粒的大小。
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
电气信息工程学院
机械工程材料
SCHOOL OF ELECTRONICAL AND INFORMATION ENGINEERING
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案.
14、为什么铸造合金常选用接近共晶点的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？近共晶点的合金熔点低，结晶范围小，铸造性能好。
单相固溶体成分的合金具有良好的塑性和小的变形抗力，可锻性好。
15、何谓α、γ、Fe3C、C、P、A、L d、（L d `）？它们的结构、组织形态、力学性能有何特点？α为铁素体，Fe3C为渗碳体，C为碳元素，P为珠光体，γ、A为奥氏体，L d为高莱氏体，（L d `）为低温莱氏体。
α为体心立方结构，溶碳量低，强度、硬度低，塑性、韧性好。
γ、A是碳在γ—Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方结构，溶碳量较大，是高温组织，硬度较低，塑性较高，易于成形。
Fe3C是铁和碳的金属化合物，含碳量6.69%，硬度很高，脆性很大，塑性和韧性几乎为零。
P是铁素体与渗碳体的机械混合物，碳的分数为0.77%，具有良好的力学性能。
L d是奥氏体与渗碳体的机械混合物，（L d `）是珠光体与渗碳体的机械混合物，含碳量 4.3%，力学性能与渗碳体接近。
16、碳钢与铸铁两者的成分、组织和性能有何差别？并说明原因。
碳含量小于2.11%是碳钢，大于2.11%是铸铁；碳钢中的碳与铁以金属化合物的形式存在，而铸铁中的碳以游离石墨的形式存在；碳钢的力学性能较好，其硬度、强度随含碳量的增加而增加，塑性、韧性随含碳量的增加而下降，铸铁的力学性能取决于石墨的形状、大小及分布；铸铁的铸造性能优于碳钢；铸铁不能进行压力加工，其焊接性能远不及碳钢。
17、分析碳的质量分数分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓慢冷至室温时的结晶过程和室温组织。
指出这四种成分组织与性能的区别。
碳的质量分数为0.20%、0.60%的铁碳合金均属于亚共析钢，从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为：经过AC线时从液态中结晶出A，经过AE线时全部结晶为A，经过GS线时由于贫碳有F析出，经过PSK线时剩余的A转变为P，室温组织为P+F。
钢的热处理
钢的热处理工业生产中热处理工艺分为：普通热处，即退火、正火、淬火、回火，俗称“四把火”表面热处理，包括表面淬火（感应加热淬火、火焰淬火）、化学热处理（渗碳、氮化、碳氮共渗）。
1.退火是将钢加热到一定温度保温以后，随炉缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺。
其主要目的是降低硬度，提高塑性，细化或均匀组织成分，消除内应力。
常用的退火有去应力退火、完全退火和球化退火。
2.正火将钢加热到适当的温度，保持一定时间后出炉空冷的热处理工艺。
其目的是调整硬度，改善切削加工性；细化晶粒，均匀组织；消除网状碳化物，为球化退火或最终热处理作准备。
正火和退火相比，正火的冷却速度快，所得组织更细密，强度硬度较高。
3.淬火是将钢加热到一定温度保温后，快速泠却，以取得马氏体组织的热处理工艺。
淬火的目的是提高硬度、强度和耐磨性，淬火后必须配以适当回火。
淬火是在冷却液中进行冷却，理想的淬火冷却液应该保证工件在650～500℃快速冷却，而在300～200℃慢速冷却。
常见冷却方法有单液、双液、分级和等温淬火。
淬火工艺应区分两个概念：淬硬性和淬透性。
淬火的缺陷：硬度不足和软点、过热与过烧、变形和裂纹、氧化和脱碳。
4.回火是将淬火后的工件重新加热到低于727℃的温度，保温冷却的热处理工艺。
回火常是工件最终的热处理，淬火+回火是强化钢材的一个完整过程。
其目的：消除淬火应力与脆性，稳定淬火组织，并获得较高的机械性能。
按回火温度不同分：低温回火（150～250℃）、中温回火（350～500℃）、高温回火（500～650℃）。
淬火后的高温回火也称为调质，在轴类零件、齿轮应用很多，可获得优良的综合力学性能。
5.表面热处理只仅对工件表层进行淬火的工艺，以获得“表硬心韧”的力学性能。
常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。
（一）碳素钢碳素钢也称碳钢，使用最为普遍。
它的主要成分是铁和碳，此外还有硫、磷、锰、硅。
时间 保温炉冷 空冷 水冷（油冷）淬火 退火 调质 回火正火 温度 加热各种热处理的示意图1.分类2.碳素钢的牌号表示、性能及用途（1）普通碳素结构钢牌号表示方法：由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四部分顺序组成。
机械基础：第03章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
3.碳素工具钢 由于碳素结构钢要求高硬度和高耐磨性，故工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，都是优 质钢和高级优质钢。 牌号：以汉语拼音字母“T”后面加阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳质量分数 的 千分之几。 例如T8表示含碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后 面标以字母A，如T12A表示平均含碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢 。 用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具
12 高合金钢 合金元素总含量＞10%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
2.合金结构钢 合金结构钢按用途可分为：低合金结构钢和机械制造用钢两大类。 （1）合金结构钢牌号表示方法： 合金结构钢的牌号采用两位数字（表示平均含碳质量分数万分之几）+元素符号（表示钢中 含有主要合金元素）+数字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%时不标出；如果平 均含量为1.5～2.5%时，则标为2；如果平均含量为2.5～3.5%时标为3；以此类推）。 （2）低合金结构钢 低合金结构钢虽然是一种低碳、低合金的钢，但具有高的屈服强度和良好的塑性和韧性，具 有良好的焊接性和一定的耐蚀性，因此广泛用于桥梁、船舶、车辆等领域。
普通碳素钢 Ws≤0.035%，Wp≤0.035%
优质钢
Ws≤0.030%，Wp≤0.030%
7
高级优质钢 Ws≤0.020%，Wp≤0.025%
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
碳素钢：含碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。 1.碳素钢的分类
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第三章 钢的热处理
3.2.3钢的表面淬火
3.2.3.1感应加热表面淬火 3.2.3.2火焰加热表面淬火 3.2·3·3激光加热表面淬火
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
感应加热表面淬火 示意图
•高频 100~500kHz 0.5~2.0mm •中频 2.5~8kHz 2~10mm •工频 50Hz 10~15mm
3.渗碳后的热处理 直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法 渗碳件淬火后应进行低温回火(150~200℃), 以减少应力和脆性.回火后的组织是马氏体和 渗碳体,硬度达58~64HRC.
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•第三章 钢的热处
理
钢的气体渗碳
定义: 工件在气体渗碳剂中进
行渗碳的工艺,称为气体渗碳.
•第三章 钢的热处理
C曲线的位置和形状的影响因素
•1.含碳量的影响 •2.合金元素的影响 •3.奥氏体化温度和保温时间的影响
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•第三章 钢的热处理 1.含碳量的影响
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•第三章 钢的热处理 2.合金元素的影响
各种退火及正火的加热温度范围
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
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•各种退火及正火的加热温度范围
机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
3.2.2钢的淬火
定义、目的 3.2.2.1淬火加热温度和加热时间 3.2.2.2淬火冷却介质 3.2.2.3淬火冷却方法
•热处理工艺曲线
•时间机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
3.2.1退火与正火
3.2.1.1退火 1.完全退火 2.球化退火 3.扩散退火(均匀化退火) 定义、应用范围、后处理 4.去应力退火 定义、应用范围、目的
3.2.2.2正火
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第三章 钢的热处理
化学热处理的基本过程:
(1)活性原子的产生
2CO
2[C]+O2
2NH3
2[N]+3H2
(2)活性原子的吸收
(3)活性原子的扩散
举例:钢的渗碳
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•第三章 钢的热处理
钢的渗碳
1.渗碳方法 气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳
2.渗碳工艺参数 渗碳温度:900~950℃ 渗层表面含碳量:0.85%~1.05% 渗层厚度:与渗碳时间有关,与工件的尺寸有关
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第三章 钢的热处理
热处理分类
• 普通热处理:退火、正火、淬火、回火 • 表面热处理：
1）表面淬火:感应加热表面淬火、火焰加热淬火 2）化学热处理:渗碳、渗氮、渗金属 • 其他热处理：形变热处理、超细化热处理、真空热处理
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•保温
•临界温度
恒温下相变的完全程度 主要在连续冷却过
与转变温度有关。温度 程中进行，相变不
越低，转变越不充分， 彻底，有A残存在。
有A 存在。
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•第三章 钢的热处理 3.1.3焊接接头的相变
•1) 焊缝缺陷 • 气孔 非金属夹杂物 裂纹 未焊透 咬边 焊缝金 •属化学成分不均匀 柱状晶组织 •2) 热影响区内的组织变化
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•第三章 钢的热处理 2) 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
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•共析钢连续冷却转变图
•时间
•
45钢的CCT图
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•第三章 钢的热处理
3) 过冷奥氏体的转变产物及性能
• A`的转变产物类型:珠光体(P)、马氏体(M)、贝氏体(B)
•0__焊缝 •1__熔合区 •热 •2__过热区 •影 •3__重结晶区 •响 •4__部分相变区 •区 •5__基体金属
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•低碳钢焊接时热影响区内的组织变化
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第三章 钢的热处理
3.2钢的普通热处理
3.2.1退火与正火 3.2.2钢的淬火 3.2.3钢的表面淬火 3.2.4钢的回火 3.2.5钢的淬透性 3.2.6固溶处理与时效强化
•特点：加热速度快、时间短、 •氧化脱碳少、变形小、晶粒细 •小、硬度高，表面层具有较大 •的残余压应力，可提高疲劳强 •度。但设备昂贵。淬火前调质 •或正火，淬后需低温回火。
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•火焰加热表面淬火示意图
机械工程材料基础第三章钢的热处理
1.单介质淬火法 2.双介质淬火法 3.分级淬火法 4.等温淬火法 5.冷处理
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理 •3·2·2.1淬火加热温度和加热时间
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•合金钢的淬火加热温度稍 •微高一些，是临界点以上 •50~100℃。 •加热时间： •箱式炉：1~2min/mm •盐浴炉：0·4~1min/mm •合金钢适当延长
活性碳原子的获得:通入煤气、
液化石油气等,或滴入易分解的
液体有机物,如煤油、甲醇、丙
酮等.
CnH2n
n[C]+NH2
2CO
[C]+CO2
CO+H2
[C]+H2O
特点:渗碳过程、渗层厚度容
易控制,渗碳时间短,生产效率高
质量好.
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•风扇电动机 •废气火焰 •炉盖 •砂封
第三章 钢的热处理
3.2.4钢的回火
3.2.4.1回火目的 3.2.4.2回火组织转变及性能变化 4.2.4.3回火工艺及应用 3.2.4.4回火脆性
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第三章 钢的热处理
3.2.4.1回火目的
（1）消除或降低应力，防止变形或开裂。 （2）调整性能（硬度） （3）稳定组织，稳定形状和尺寸，保证精度
•第三章 钢的热处理 马氏体的晶格畸变
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
•第三章 钢的热处理
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马氏体正方度与含碳量的关系
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马氏体组织
• 板条马氏体
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片状马氏体
机械工程材料基础第三章钢的热处理
•第三章 钢的热处理
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
•3.2.4.2回火组织转变及性能变化
1.钢在回火时的组织转变※ (1)马氏体的分解（200℃以下） (2)残余奥氏体分解(200~300℃) (3)渗碳体的形成(250~400℃) (4)渗碳体的聚集长大(400℃以上) 2.回火后的组织和性能 (1)回火马氏体(250 ℃以下) (2)回火托氏体(350~450 ℃) (3)回火索氏体(500~650 ℃)
•碳钢的淬火加热温度范围
机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理 3·2·2.2淬火冷却介质
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第三章 钢的热处理 3.2.2.3淬火冷却方法
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•各种淬火方法示意图
•1—单介质淬火法 •2—双介质淬火法 •3—分级淬火法 •4—等温淬火法 •5—冷处理
机械工程材料基础第三 章钢的热处理
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2020/11/18
机械工程材料基础第三章钢的热处理
•第三章 钢的热处理 1) 钢在实际加热时的转变点
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•第三章 钢的热处理 2)奥氏体的形成过程及影响因素
•1.奥氏体的形成过程
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•2.奥氏体形成的影响因素
3.3钢的表面热处理
3.3.1钢的表面淬火 1）感应加热表面淬火 2) 火焰加热表面淬火
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第三章 钢的热处理 •3.3.2钢的化学热处理
定义:钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的
活性介质中保温,使一种或几种元素渗入表层,以改变其化学成分
组织和性能的热处理工艺.
• 完全退火与等温退火
•定义： •应用范围： •目的： •工艺： •等温退火
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•高速钢等温退火机与械工完程材全料基退础第火三章的钢的比热处较理
第三章 钢的热处理
• 球化退火
•定义： •应用范围： •目的： •工艺：
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•T10钢球机械化工程退材料火基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
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机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
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•淬火钢回火时的变化过程
机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
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•40钢回火后的力学性能与回火温度的关系
机械工程材料基础第三章钢的热处理
第三章 钢的热处理
3.2.4.3回火工艺及应用
1.低温回火(150~250 ℃) 2.中温回火(350~500 ℃) 3.高温回火(500~650 ℃)