机械工程材料及钢的热处理
工程材料及金属热处理知识
工程材料及金属热处理知识工程材料是指用于机械、建筑、电气等领域的材料。
它们通常需要具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等特性。
工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是最常见的工程材料，包括铁、钢、铜、铝、镁等金属以及它们的合金。
金属材料具有良好的导电性、导热性、高强度和塑性。
常见的金属材料处理方法有退火、淬火、回火、冷作等。
其中，淬火是加热金属到一定温度后迅速冷却，目的是增加材料的硬度和强度；回火则是通过再次加热金属来减轻淬火后的内应力，使得金属具有更好的韧性。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等。
它们通常具有较低的密度、化学稳定性、耐腐蚀和绝缘性。
热处理方法主要包括退火、烧结和化学处理。
复合材料是将不同材料组合在一起形成的新材料，如碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等。
这种材料结合了各种材料的优点，因此在许多领域都有广泛的应用。
金属的热处理是一种改变金属结构和性质的方法。
经过热处理，金属可以获得更高的硬度、强度和耐蚀性。
以下是一些金属热处理方法的描述：退火：将金属加热到适当温度，保持一段时间后缓慢冷却。
该方法可使金属软化、去除内部应力，并提高延展性和冲击性能。
淬火：将金属加热到一定温度，然后迅速冷却。
这会使金属的组织产生变化，从而提高硬度和强度。
回火：通过在较低的温度下将金属加热一段时间，以达到减轻淬火后产生的内部应力的目的。
正火：将金属加热到适当的温度，然后在空气中自然冷却。
这样的过程可以增加材料的硬度和强度。
淬化：使用醇类或水溶液使淬火后的金属变脆，然后在热水中浸泡一段时间来恢复其硬度和强度。
热处理对于工程材料的重要性不言而喻。
能够正确选择和使用热处理方法将有助于确保材料能够耐用、稳定地运行，并具有所需的物理和化学性质。
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。
机械常用金属材料及热处理
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1．2钢的热处理
1.2.1．退火(tuì huǒ)
1.2.2．正火
1.2.3．淬火
1.2.4．回火
1.2.5．钢的表面热处理
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引子(yǐn zi)——
热处理：将钢在固 态下通过(tōngguò) 加热、保温和不同 的冷却方式，改变 金属内部结构，从 而获得所需性能的 操作工艺，工艺曲 线如图1－4。
焊接性能好——焊缝中 不易产生气孔、夹渣或 裂纹。
焊接性能比较：低碳钢 好，高碳钢和铸铁较差。
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4．切削(qiēxiāo)加工性能
切削加工性能：对工件材料(cáiliào)进行切削 加工的难易程度。
与材料(cáiliào)本身化学成分、金相组织、刀 具几何形状有关。
硬度过高或过低、韧性过大——切削性能较 差。
显然，试样不能在承受此载荷的条件下工作， 这样将导致构件破坏。
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1.1.1.2 塑性(sùxìng)
金属在外力作用(wài lì zuò yònɡ)下产生塑性 变形，其表示：
1）断后伸长率
2）断面收缩率
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1）断后(duàn hòu)伸长率
断后伸长(shēn chánɡ)率：试样拉断后，标距 的伸长(shēn chánɡ)与原始长度的百分比。
热处理工艺相比，退火钢的硬度最低，内应
力可全部消除，可提高刚才冷变形后的塑性。
又由于退火过程中发生重结晶，故可细化晶
粒，改善组织，所以退火可以达到(dá dào)各
个不同的目的。
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退火(tuì huǒ) 正火
25cr2mova热处理工艺
25cr2mova热处理工艺25Cr2MoVA是一种常用的合金结构钢，广泛应用于工程机械、汽车制造和航空航天等领域。
热处理是一种重要的工艺，可以改变钢材的组织结构和性能，提高其硬度、强度和韧性。
本文将介绍25Cr2MoVA钢的热处理工艺及其对材料性能的影响。
热处理是通过加热和冷却过程来改变钢材的组织结构和性能。
25Cr2MoVA钢的热处理工艺包括退火、正火和淬火等步骤。
下面将分别介绍这些工艺的具体步骤和效果。
首先是退火工艺。
退火是将钢材加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温。
25Cr2MoVA钢的退火温度一般为850℃-900℃，保温时间根据材料厚度和尺寸而定。
退火能够消除钢材内部的应力，改善其塑性和韧性。
同时，还能够改善钢材的加工性能和热处理后的稳定性。
接下来是正火工艺。
正火是将钢材加热到一定温度，然后冷却到室温。
25Cr2MoVA钢的正火温度一般为900℃-950℃，保温时间通常为30分钟至1小时。
正火能够使钢材的组织结构更加均匀，提高其硬度和强度。
同时，还能够提高钢材的耐磨性和耐蚀性。
最后是淬火工艺。
淬火是将钢材加热到一定温度，然后迅速冷却。
25Cr2MoVA钢的淬火温度一般为850℃-900℃，冷却介质常用水或油。
淬火能够使钢材的组织结构转变为马氏体，提高其硬度和强度。
同时，还能够提高钢材的耐磨性和耐蚀性。
然而，淬火过程中会产生内部应力，容易导致钢材变形或开裂，因此需要进行适当的回火处理来消除应力。
总结起来，25Cr2MoVA钢的热处理工艺包括退火、正火和淬火等步骤。
退火可以消除钢材内部应力，改善其塑性和韧性；正火可以提高钢材的硬度和强度，改善其耐磨性和耐蚀性；淬火可以使钢材的组织结构转变为马氏体，进一步提高其硬度和强度。
然而，在进行热处理时需要控制好温度和时间，避免过度处理导致材料的性能下降。
此外，还需要根据具体的应用要求对热处理工艺进行优化，以获得更好的材料性能。
25Cr2MoVA钢的热处理工艺对其性能具有重要影响。
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。
机械工程材料与热处理-精品
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
机械工程材料及热处理问题常见知识
机械工程材料及热处理问题常见知识1、碳钢的分类？答：1)按钢的含碳量分类：低碳钢≦0.25%C中碳钢0.30-0.55%C高碳钢≥0.60%C 2) 按钢的质量分类：普通碳素钢：S、P 含量分别≦0.055%和0.045%；油质碳素钢：S、P 含量均应≦0.040%；高级油质碳素钢：S、P 含量分别≦0.030%和0.035%；3)按通途分类：碳素结构钢：主要用于制造各种工程结构和机器零件。
一般属于低碳钢和中碳钢。
碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具。
一般属于高碳钢。
2、优质碳素结构钢的表示方法？答：1)正常含锰量的优质碳素结构钢：对于含碳量小于0.25%的碳素结构钢，含锰量为0.35-0.65%；而对于含碳量大于0.25%的碳素结构钢，含锰量为0.5-0.8%，这类钢的平均含碳量用两位数字表示，以0.01%为单位。
如钢号20，表示平均含碳量为0.20%。
2)较高含锰量的优质碳素结构钢：对于含碳量为0.15-0.60%的碳素结构钢，锰含量为0.7-1.0%；含碳量大于0.60%的碳素结构钢，锰含量为0.9-1.2%。
这类钢的表示方法是在含碳量的两位数字后面副以汉字锰或化学符合“Mn”。
例如20Mn表示平均含碳量为0.2%，含锰量为0.7-1.0%。
3、什么是钢的热处理？答：所谓钢的热处理就是通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种加工工艺。
钢的热处理最基本类型为：1)普通热处理。
包括退火、正火、淬火和回火。
2)表面热处理。
包括表面淬火（火焰加热、感应加热（高频、中频、工频））和化学热处理（渗碳、氮化、碳氮共渗及其他）。
4、简述正火与退火的区别？答：1）正火冷却速度比退火稍快，正火后的组织比退火细，硬度和强度有所提高。
2）正火用于亚共析钢和共析钢时，可作为预先热处理，使材料获得合适的硬度，便于切削加工；用于过共析钢时，可抑制或消除二次渗碳体的形成，以便其球体化。
30mn2的热处理工艺
30mn2的热处理工艺30Mn2是一种常用的合金结构钢，常用于制造机械零件和工程构件。
热处理是一种常用的钢材加工工艺，通过控制材料的加热和冷却过程，改善钢材的力学性能和物理性能。
本文将介绍30Mn2的热处理工艺以及其对钢材性能的影响。
一、30Mn2的热处理工艺1. 固溶处理：将30Mn2钢材加热到850-900℃，保持一定时间后快速冷却至室温。
固溶处理可以使合金元素均匀溶解在基体中，消除钢材中的组织缺陷。
2. 淬火处理：将固溶处理后的30Mn2钢材加热到850-900℃保持一段时间，然后迅速冷却至介质温度。
淬火处理可以使钢材组织变为马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。
3. 回火处理：将淬火处理后的30Mn2钢材加热到300-500℃保持一段时间，然后冷却至室温。
回火处理可以消除淬火过程中产生的内应力，提高钢材的韧性和抗冲击性能。
二、热处理对30Mn2钢材性能的影响1. 硬度和强度提高：通过淬火处理，30Mn2钢材的硬度和强度可以得到显著提高。
淬火后的钢材组织由贝氏体或马氏体组成，具有较高的强度和硬度。
2. 韧性和抗冲击性能改善：回火处理可以降低30Mn2钢材的硬度和强度，提高其韧性和抗冲击性能。
回火后的钢材组织以回火马氏体为主，具有较好的韧性和抗冲击性能。
3. 组织稳定性提高：热处理可以消除30Mn2钢材中的组织缺陷，使钢材组织更加稳定。
合适的热处理工艺可以提高钢材的综合性能和使用寿命。
4. 尺寸稳定性改善：热处理可以减少30Mn2钢材的尺寸变化，提高其尺寸稳定性。
通过适当的回火处理，可以减少钢材在使用过程中由于温度变化而产生的形状和尺寸变化。
5. 耐磨性提高：适当的热处理工艺可以提高30Mn2钢材的耐磨性。
通过淬火和回火处理，可以使钢材表面形成一定的硬度和强度，提高其耐磨性和使用寿命。
三、总结30Mn2的热处理工艺是一种常用的钢材加工工艺，通过控制加热和冷却过程，可以改善钢材的力学性能和物理性能。
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
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机械工程材料
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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。
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机械工程材料
上贝氏体的显微组织(a)光镜×500
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机械工程材料
上贝氏体的显微组织(b)扫描电镜×10000
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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。
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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。
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。
机械设计基础项目一 常用材料和热处理
1、铸造性能
• 金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的 能力称为铸造性能。
2、锻造性能
• 用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度 称为锻造性能。
3、焊接性能
• 焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应 性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获 得优质焊接接头的难易程度。
4、切削加工性能
• 金属材料的切削加工性能是指金属材料在 切削加工时的难易程度。
情景一 金属材料的性能
• 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
• 使用性能：指金属材料在使用过程中所表 现出来的性能，包括力学性能、物理性能 (电导性、热性能等)，化学性能(耐蚀性、 抗氧化性等)。
• 工艺性能：指金属材料在各种加工过程中 所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造 性能、焊接性能、热处理性能和切削加工 性能等。
• 合金钢按合金元素的质量分数可分为低合 金钢(WMc＜5％)、中合金钢(5％≤WMc＜10 ％)、高合金钢(WMc≥10％)，按用途可分为 合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢等。
• 3、铸钢
• 4、铸铁
• 铸铁是含碳量大于2.11％，并且含有硅、猛、 硫和磷等杂质元素的铁碳合金。
• 根据碳的存在形式和铸铁中石墨的形态不 同，铸铁可以分为：1)白口铸铁 ；2)麻口 铸铁 ；3)灰铸铁 ；4)可锻铸铁 ；5)球墨铸 铁等。
• 塑性是指金属在断裂前发生不可逆永久变 形的能力。
2、硬度
• 硬度是指材料抵抗局部变形特别是塑性变 形、压痕或划痕的能力。
• 测定硬度的方法很多，主要有压入法、刻 画法、回跳法等。
• (1)布氏硬度 • (2)洛氏硬度
3、冲击韧性
• 冲击韧性指金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力。
机械工程材料 第五章 钢的热处理.答案
30s
650 550
2s
40s
2s 5s
10s
2、C 曲线的分析 ⑴ 转变开始线与纵
坐标之间的距离为
孕育期。
孕育期越小，过冷
奥氏体稳定性越小.
孕育期最小处称C
曲线的“鼻尖”。
碳钢鼻尖处的温度
为550℃。
在鼻尖以上, 温度较 高，相变驱动力小.
在鼻尖以下，温度
较低，扩散困难。
从而使奥氏体稳定
为板条与针状的混合
组织。
0.2%C 0.45%C 1..2%C
3、马氏体的性能 高硬度是马氏体性 能的主要特点。 马氏体的硬度主要 取决于其含碳量。 含碳量增加，其硬
C%
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
度增加。
当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。
合金元素对马氏体硬度的影响不大。
℃
温 度 ，
共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
体成分趋于均匀。
共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本
相同。但由于先共析 或
二次Fe3C的存在，要获得
全部奥氏体组织，必须相
应加热到Ac3或Accm以上.
二、奥氏体晶粒长大及其影响因素
1、奥氏体晶粒长大 奥氏体化刚结束时的 晶粒度称起始晶粒度, 此时晶粒细小均匀。
(a)940淬火+220回火（板条M回+A‘少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A’少） (e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A‘少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）
工程材料习题与答案7-8
机械工程材料 第七章 钢的热处理
（二）填空题(续)
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
9． 钢的热处理工艺由 加热、保温、冷却 三个阶段所速成。 10． 利用Fe-相图确定钢完全退火的正常温度范围是A +20 ~ 30℃ ，它只适 C3 应于 亚共析 钢。 11． 球化退火的主要目的是 降低硬度，改善切削加工性，改善组织，提高 塑性 ，它主要试用于 共析钢、过共析钢的锻压件，结构钢的冷挤压件 。 12． 钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是线以上 AC3+30~50℃ ，对过共析 钢是 AC1+30-50℃ 。 13． 当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则点越 低 ，转变后的残余奥氏体量就越 多 。 14． 在正常淬火温度下，碳素钢中共亚析钢的临界冷却速度比亚析钢和过共 析钢的临界冷却速度都 慢 。 15． 钢的临界冷却速度与奥氏体化温度的关系是 奥氏体化温度越高，临界冷 却速度越慢 。 16． 淬火钢进行回火的目的是 消除内应力，获得所要求的组织与性能 ，回 火温度越高，钢的强度与硬度越 低 。 17． 钢在回火时的组织转变过程是由 马氏体分解，残余傲氏体分解，回火屈 氏体形成，碳化物聚集长大 等四个阶段所组成。 18． 化学热处理的基本过程包括介质 分解、吸收、扩散 等三个阶段。
简述钢的普通热处理
钢的普通热处理方法：
1.正火：将钢加热到适当温度，保温一段时间后取出在空气中
冷却。
正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理；用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理；用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织；用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能；用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向；用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。
2.淬火：将钢加热至高温后快速冷却，使其硬化。
淬火的主要
目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性。
3.回火：将淬火后的钢加热到一定温度并保温一段时间，然后
冷却。
回火的主要目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。
4.退火：将钢加热至适当温度并保温一段时间后缓慢冷却。
退
火的主要目的是调整硬度以方便切削加工，消除内应力，稳定尺寸，防止加工中变形。
退火还能细化晶粒，改善组织。
5.表面热处理：包括表面淬火和火焰加热表面淬火等。
表面热
处理的主要目的是提高材料表面的硬度和耐磨性。
6.化学热处理：包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
化学热处理的
主要目的是改变材料表面的化学成分，以提高其耐腐蚀性和耐磨性。
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2.正火 2.正火
正火是将钢加热到 Ac3或 Accm 以上30～50℃，使钢的 组织完全转变为奥氏体后，适当保温，从炉中取出，在静止 的空气中冷却至室温的热处理方法 正火冷却速度稍快，所得到的组织比退火细，强度、硬 度有所提高 3.淬火 3.淬火 淬火是将钢加热到Ac3或Ac1线以上 30～50℃，保温一定时间后，在水、盐 水或油中急剧冷却，以获得马氏体组织 的一种热处理方法。 淬火目的在于得到马氏体或下贝氏 体组织，然后配以适当的回火温度，以 获得多样的使用性能
疲劳断口
1.1.2 金属材料的工艺性能
工艺性能是指金属材料所具有的能够适应各种加 工工艺要求的能力，它标志着制成成品的难易程度， 包括铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性等 1.铸造性 1.铸造性 铸造性是指金属在铸造生产中表现出的工艺性能， 包括液态流动性、吸气性，冷却时的收缩性和偏析性 等 2.锻造性 2.锻造性 锻造性是指金属材料锻造时的难易程度。锻造性 好，表明该金属易锻造成形
（2）洛氏硬度
洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，是用 一个顶角为120°的金刚石圆锥，或直径为1.587 5 mm的 淬火钢球为压头，在一定载荷下压入被测金属材料表面， 根据压痕深度来确定硬度值。压痕深度越小，硬度值越 高，材料越硬
4.冲击韧性
冲击韧性是指金属材料 抵抗冲击载荷作用而不破 坏的能力，冲击韧性值用 αk表示, αk越大，材料抗 冲击能力越强
各种 普通 热处 理示 示 意图
（2）中温回火 加热到350～450℃，保温后空冷，得到回火屈氏体，这 种组织具有高的弹性和屈服极限，并有一定韧性和硬度 （3）高温回火 加热到500～650℃，保温后空冷，得到回火索氏体，这 种组织具有一定强度和硬度，又有良好的塑性和韧性， 通常把淬火再进行高温回火的热处理方法称为调质处理
1.3 铁碳合金的种类和牌号 1.3.1 钢的分类 .3.1
钢按化学成分可分为 碳素钢和合金钢,小于 2.11%的铁碳合金称为 碳素钢，简称碳钢
1.碳素钢的分类 （1）根据碳的质量分数分类:低碳钢ωC≤0.25% 。中碳钢 0.25%<ωC<0.60% 。 高碳钢ωC≥0.60%。 （2）按分类:普通钢:ωS≤0.050%，ωP≤0.045%。 优质钢: ωS≤0.035%,ωP≤0.035%。 高级优质钢: ωS≤0.025%， ωP ≤0.025%。 （3）根据钢的用途分类:碳素结构钢:其ωC<0.70% 碳素 工具钢:其ωC≥0.70% 碳素铸钢:主要用于制作形状复杂、 难以锻造成形的铸钢件
通过铁碳合金相图，我们可以根据零 件的要求来选择材料 若需要塑性、韧性高的材料，应选择 低碳钢（碳的质量分数0.10%～0.25%） 若需要塑性、韧性和强度都高的材料， 应选择中碳钢（碳的质量分数0.3%～ 0.55%）
1.2 钢的热处理 1.2.1 热处理概述
钢的热处理就是将钢在 固态下通过加热、保温和不 同的冷却方法，从而改变其 组织结构，满足性能要求的 一种加工工艺 热处理目的在于改善工 件的加工工艺性，为后续的 工序作组织准备，提高劳动 生产率;显著提高钢的力学 性能，充分发挥钢的使用性 能，处长使用寿命
B 相关理论 常用金属材料间的关系
1.2.1 铁碳合金的成分和组织
以铁、铬、锰以及它们的合金（主要是指合金钢 及钢铁）称为黑色金属，而把其他金属及其合金称 为有色金属 2.1.1 组织 铁碳合金是以铁和碳为基本 组元组成的合金，是钢和铸铁 的统称 铁碳合金中碳的最高含量可 达6.69%， 其中含碳量小于2.11%的称为 钢 含碳量大于2.11%的称为铸铁 （1）铁素体（F） 铁素体（ 碳溶解在α-Fe中形成 的固溶体称为铁素体，用 F表示 铁素体性能趋于纯铁， 强度、硬度低，塑性、韧 性很好
综上所述，铁碳合金钢的室温基本组织为铁素 体、渗碳体和珠光体，铁素体的塑性最好，硬度最 低;珠光体的强度最高，塑性、韧性和硬度介于渗 碳体和铁素体之间 （5）莱氏体（Ld） 莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物，用符号Ld 表示 当温度降到727℃时，由于莱氏体中的奥氏体将 转变为珠光体，所以室温下的莱氏体由珠光体和渗 碳体组成，这种混合物称为低温莱氏体，用符号 Ld′表示 由于性能接近于渗碳体，其硬度很高，塑性很差
（2）奥氏体（A） 碳溶解在γ-Fe中的固溶体称为奥氏体，用A表示,奥氏 体溶碳能力较大，其最大溶碳量为2.11%。其强度、硬度 不高，塑性、韧性较好，无磁性 （3）渗碳体（Fe3C或Cm） 碳和铁形成的化合物Fe3C称为渗碳体，渗碳体中含碳 量为6.69%，并且不随温度变化而变化。其硬度高，强度 极低，塑性、韧性极差，非常脆 （4）珠光体（P） 铁素体与渗碳体形成的机械混合物称为珠光体，用P 表示。珠光体的含碳量为0.77%，其性能介于铁素体与渗 碳体之间，强度、硬度、塑性、韧性适中
（1）渗碳
是向钢的表层渗入碳原子，提高钢表层含碳量的过程 主要用于低碳钢和低碳合金钢，渗碳后经过淬火、低 温回火，材料表层具有较高的硬度、抗疲劳性和耐磨性， 而心部仍保持良好的塑性和韧性
（2）渗氮
（3）碳氮共渗
是指碳、氮同时渗入工 是在工件表层渗入氮原子， 件表层的过程 形成一个富氮硬化层的过程 其目的在于提高表面硬 其目的在于提高材料表面硬度、 度、抗疲劳性、耐磨性和 抗疲劳性、耐磨性和耐蚀能力， 耐蚀能力，并兼具渗碳和 并且渗氮性能优于渗碳 渗氮的优点
（2）断面收缩率Z
断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处面积变化量与 原始横截面面积比值的百分率
3.硬度 3.硬度
硬度是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力 （1）布氏硬度 布氏硬度的测定是在布氏硬度试验机上进行的，其试验 原理是用直径为D的淬硬钢球或硬质合金球，在规定压力F作 用下压入被测金属表面至规定时间后，卸除压力，金属表面 留有压痕，压力F与压痕表面积A的比值称为布氏硬度，用符 号 HBW（压头为硬质合金球）表示 即 HBW = F/S×0.102 F———试验压力，N S———压痕表面积，mm² 压痕越小，布氏硬度值越高，材料越硬
退火和正火的加热温度
4.回火 回火是把淬火后的钢加热到Ac1线以下的某一 温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理方 法 回火的主要目的在于降低脆性，减少内应力， 防止变形开裂；获得工件所要求的机械性能；稳定 钢件的组织，保证工件的尺寸、形状稳定。 （1）低温回火 加热到150～250℃，保温后空冷，得到组织为 回火马氏体 其目的在于降低淬火内应力和脆性，保证高硬 度和耐磨性。主要用于刀具、量具、冲压模、滚动 轴承等的处理
（2）球化退火 球化退火是将过共析钢加热到 Ac1以上20～ 30℃，保温一段时间，随后缓慢冷却的退火方法 其目的在于降低钢的硬度，改善切削加工性， 并为以后淬火处理作好组织准备。 （3）去应力退火 去应力退火又称低温回火，是将钢件加热至 500～650℃左右，保温一段时间后缓慢冷却的退 火方法。其目的是消除由于塑性变形、焊接、切 削加工、铸造等形成的残余应力，以稳定尺寸， 减少变形
1.2.2 铁碳合金状态图
1.铁碳合金状态图简介 1.铁碳合金状态图简介
铁碳合金状态图
2.非合金钢的冷却过程及室温组织 2.非合金钢的冷却过程及室温组织
（1)共析钢 含碳量等于0.77%的非合金钢称为共析钢, 室温组织是珠光体 (2)亚共析钢 含碳量小于0.77%的非合金钢称为亚共析钢 室温组织是铁素体与珠光体 (3)过共析钢 含碳量大于0.77%的非合金钢称为过共析钢 室温组织是珠光体与网状二次渗碳体
2.合金钢的分类 2.合金钢的分类
特意加入一种或数种合金元素的钢称为合金 钢。它比碳钢具有较高的强度、韧性或具有特殊 性能
（1）根据合金元素总质量分数分类
低合金钢:合金元素总质量分数小于5%； 中合金钢:合金元素总质量分数为5%～10%； 高合金钢:合金元素的总质量分数大于10%。 (2) 根据用途分类 合金结构钢 用于制造机械零件和工程结构的钢。 合金工具钢:用于制造各种工具的钢。 特殊性能钢:指具有某种特殊的物理和化学性能的钢种
第一章 机械工程材料及钢的热处理
A 机械工程材料的选用
什么是金属材料的性能？包括几方面？金属材料 问题 的使用性能和工艺性能的各项指标有哪些？如何依据金属 材料的性能，进行各种合理的机械工程设计、选材和工艺 评定？ 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 分析问题 使用性能是指金属材料在使用过程中具备的性能，包括物 理性能、化学性能、力学性能等方面。工艺性能是指金属 材料对某种加工工艺的适应性能，包括铸造性能、锻造性 能、焊接性能、热处理工艺和切削加工性能等。
1.2.3 含碳量对铁碳合金钢力学性能的影响
随着含碳量的增加，钢 的强度和硬度增加，而塑 性和韧性则降低。但当含 碳量超过0.9%时，由于冷 却析出的二次 渗碳体形 成网状包围珠光体组织， 从而削弱了珠光体组织之 间的联系，使钢的强度反 而降低
含碳量对非合金钢力学性能的影响
1.2.4合金相图在选择材料方面的应用 1.2.4合金相图在选择材料方面的应用
2.2.3钢的表面热处理 2.2.3钢的表面热处理
1.表面淬火 1.表面淬火 利用快速加热的方法，使工件表面迅速加热至淬火温度， 不等热量传到心部就立即冷却的热处理方法称为表面淬火 2.化学热处理 表面淬火可 分为火焰加热表 面淬火、感应加 热（高频、中频、 工频）表面淬火 和电接触加热表 面淬火等 将工件置于一定介质中加热和 保温，使介质中的活性原子渗入工 件表层，以改变表层的化学成分和 组织，从而使工件表面具有某些特 殊的力学或物理化学性能的一种热 处理工艺
屈服强度
分为上屈服强度 δsH 和下屈服强度δsL。 在金属材料中，一般用 下屈服强度代表其屈服 强度
抗拉强度δ ②抗拉强度δb
材料在断裂前所 能承受的最大应力 称为抗拉强度
2.塑性
材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力称为塑性
（1）断后伸长率A