工程材料教学课件

使用性能
机械性能：强度、硬度、塑性、韧性等 物理性能：导电、导热、电磁、膨胀等 化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等
金属材料 的性能
加工工艺性能
铸造性能：流动性、收缩性等
锻造性能：压力加工成型性等
切削加工性能：车、铣、刨、磨的 切削量，光洁度等
焊接性能：熔焊性、焊缝强度、偏析等
热处理性能：淬透性、回火稳定性等
第1章 钢的热处理
钢的热处理
热处理的概念 1.1 钢在加热时的转变
1.2 钢在冷却时的转变 1.3 钢的普通热处理 1.4 钢的表面热处理 1.5 钢的化学热处理
把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和 冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。
1.1 钢在加热时的转变
临界温度
A3
平衡时：A1、 A3、Acm 加热时：Ac1、 Ac3、Accm 冷却时：Ar1、Ar3、Arcm
过 A→上B
400
冷
上B
40~50HRC
300
A
A→下B
下B 50~60HRC
Ms
200
100
A→M M+A'
60~65HRC
0
Mf
-100
M
2
3
4
5
高温P转变过程 —— 晶格改变和Fe，C原子扩散。
珠光体 P 索氏体 S 屈氏体 T
层片间距：P > S > T
P 型组织 —— F + 层片状 Fe3C
Fe-1.8C，冷至-100℃ Fe-1.8C，冷至-60℃
针状M（凸透镜状）
M 的性能
C %↑→ M 硬度↑ 针状M 硬度高，塑韧性差。 板条M 强度高，塑韧性较好。
亚（过）共析钢过冷A的等温转变
与共析钢相比，C曲线左移， 多一条过冷AF （Fe3CⅡ）的转变开始线，且Ms、Mf 线上（下）移。
过共析钢 连续冷却转变
炉冷→ P + Fe3CⅡ 空冷→ S + Fe3CⅡ 油冷→ T + M + A' 水冷→ M + A'
转变温度 对共析钢 硬度 和 韧性 的影响
按转变温度的高低， 转变产物分别是： P、S、T，上B、下B、M， 其硬度依次增加。
3) 不彻底 M 转变总要残留少量 A， A中的C%↑ 则 MS、Mf ↓ ，残余A含量↑
4) M形成时体积↑， 造成很大内应力。
M 的形态
板条M, 平行的细板条束组成
C% < 0.25 % 时，为板条M（低碳M）。 C% > 1.0 % 时，为针状M 。
C% = 0.25~1Hale Waihona Puke Baidu0 % 时，为混合M 。
索氏 体S 8000 ×
珠光体 P ，3800×
屈氏体
T 8000×
中温转变（550℃ ~ MS） —— C原子扩散， Fe原子不扩散
过冷A → 贝氏体 B（碳化物 + 含过饱和C的F ）：上B，550 ~ 350℃产 物 —— 羽毛状，小片状Fe3C分布在F间。上B 强度和韧性差
45钢，上B+下B，×400 光学显微照片 1300× 电子显微照片 5000×
T/℃ 800
700
600
A3
A
A1
A→F
A→P
A+F
P+F
500
400
A→B
B
Ms
300
200
100 Mf 0
M+A'
-100 01
10 102 103 104 时间/s
T/℃
800
A1
A
700
600
A→P
P
500
400
A→B
B
300
Ms
200
100
M+A'
0 Mf -100
01
10 102 103 104 时间/s
高温转变，A1 ~ 550℃ 过冷A → P 型组织 中温转变，550℃ ~ MS
过冷A →贝氏体 ( B ) 低温转变，MS ~ Mf
过冷A →马氏体 ( M )
T/℃
800
A1
A
700 过
转变开始
600
冷
A→S
A A→T
A→P
转变结束
S
T
P 5~25HRC
25~35HRC 35~40HRC
500
A 晶粒度：起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度
加热温度，保温时间↑ → 晶粒尺寸↓ 合金碳化物↑，C% ↓ → 晶粒尺寸↓
1.2 钢在冷却时的转变：
1．过冷A的等温转变 2．过冷A的连续冷却
转变
共析钢的C 曲线
1. 过冷A的等温转变
过冷A : T < A1时，A不稳定。 A等温转变曲线 (TTT 或 C 曲线)
大连交通大学工程材料课程
工程训练中心
工程材料的分类
黑色金属材料：钢和铸铁
工程材料
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。
T/℃ 800
700
600
Acm A
A1
A→Fe3CⅡ
A→P
A+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ
500
400
A→B
B
300
200 Ms
100
M+A'
0
Mf
105
-100 0
1
10 102 103 104 105 时间/s
2. 过冷A的连续冷却转变
连续冷却 转变(CCT)曲线
Ps —— A→P 开始线 Pf —— A→P 终止线 KK' —— P型转变终止线 Vk —— 上临界冷却速度 Vk' —— 下临界冷却速度 MS —— A→ M 开始温度 Mf —— A→ M 终止温度
下B， 350℃ ~ MS 产物：下B 韧性高，综合机械性能好。
T8钢，下B，黑色针状 光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒 电子显微照片 12000×
马氏体（M）转变特点
1) 无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散， M是体心正方的C过饱和的F ，固溶强化显著。
2) 瞬时性 M 的形成速度很快， 温度↓则 转变量↑
连续冷却 转变产物
炉冷→ P
(V ≈０)
空冷→ S
(V ≤Vk')
油冷→ T+M+A' (Vk' ～Vk)
水冷→ M+A'
(V≥Vk)
CCT 和 TTT曲线的比较 CCT 位于 TTT曲线 右下方 CCT中没有 A→B 转变
亚共析钢 连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F + S 油冷→ T + M 水冷→ M
Acm A1
1．奥氏体的形成 —— Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。
共析钢加热到Ac1 以上时， P → A 共析钢A化过程 —— 形核 、长大、 Fe3C 完全溶解、C 的均匀化。
亚（过）析钢的A化 —— P → A ，首先是先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。
影响A转变速度的因素
加热温度和速度↑→ 转变快 C%↑或 Fe3C片间距↓ → 界面多，形核多 → 转变快 合金元素 → A化速度↑或↓