新材料科学导论：钢铁的组织
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用途
优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示。 如20＃、45＃等。 20＃表示含C：0.20%（万分之20）。 用途 主要用于制造各种机器零件
碳钢的牌号与用途
碳素工具钢：钢号以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以T。 如T9、T12等。 T9表示含C：0.9%（千分之9）。
用途 主要用于制造各种刀具、量具、模具等
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁 在显微镜下的六种不同的金相组织，证 明了钢 在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中 高温时的相在急冷时转变为一种较硬 的相。
法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以 及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图 ，为现代 热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时， 人们还研究了在金属热处理的加热 过程中对金 属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化 和脱碳等。
铸钢：铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量 分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。 用途 主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性
的零件，如齿轮、联轴器等。
金属热处理
热处理工艺按其工序位置可分为预备热处理和 最终热处理。
预备热处理可以改善材料的加工工艺性能，为 后续工序作好组织和性能的准备。
1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、 煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有 一系列 专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属 光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术 的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发 展。 一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产 中应用转筒炉进行气体渗碳 ；
碳钢的分类
1。按碳的质量百分数分：低碳钢（C：≤0.25％） 中碳钢（C：0.25％≤ C ≤ 0.6％） 高碳钢（C：＞0.6％）
含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低
2。按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）： 普通碳素钢（S ≤0.055％，P ≤0.045％) 优质碳素钢（S ≤0.040％，P ≤0.040％) 高级优质碳素钢（S ≤0.030％，P ≤0.035％)
奥氏体组织:是有奥氏体单晶体结晶形成的团壮 组织,镶嵌在钢材只中,改善刚才性能。
铁素体
含铬大于14％的低碳铬不锈钢，含铬大干27％的任何 含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有 钼、钛、铌、硅、铝、、钨、钒等元素的不锈钢，化 学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为 铁素。这类钢在淬火（固溶）状态下的组织为铁素体， 退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属 间化合物。 属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25， Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高， 耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工 艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化 钢使用。
最终热处理可以提高金属材料的使用性能，充 分发挥其性能潜力。
因此，热处理得到了广泛的应用。 热处理的分类如下图：
碳钢的常规热处理
退火
将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后 缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡 状态组织的热处理工艺。
完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火
正火
将钢件加热到AC3和Acm以上30－50度，保持 适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体类组
30年代出 现露点电位差计,使炉内气氛的碳势 达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、 氧探头等 进一步控制炉内气氛碳势的方法；
60年代，热处理技术运用了等离子场的作用， 发展了离 子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束 技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理 和化学热 处理方法。
源自文库
钢铁的组织
奥氏体 马氏体 铁素体 珠光体
3。按用途分：碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等 碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等
碳钢的牌号与用途
普通碳素结构钢：Q195、 Q215、 Q235、 Q255、 Q275等。 数字表示最低屈服强度。
Q195、 Q215、 Q235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等。 Q255、 Q275可轧制成型钢、钢板等。
奥氏体
奥氏体:碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用 符号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。 其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77 ％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于 727℃高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑 性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工 时所要求的组织。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质 量的影响。三国蜀人蒲元曾在今 陕西斜谷为诸葛亮打 制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明 中国在古代就注 意到不同水质的冷却能力了，同时也 注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前2 06～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为 0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上 ，说明已 应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密， 不肯外传，因而发展很慢。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中， 热处理的作用逐渐为人们所认识 。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已 发现，铜铁的性能会因温度和加压 变形的影响而 变化。 白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的 硬度，淬火工艺遂得到迅速发展 。中国河北省易县燕 下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏 体存在，说明是 经过淬火的。
马氏体
这类钢在正常淬火温度下处在y相区，但它们 的y相仅在高温时稳定，M点一般在3OO℃左右， 故冷却时转变为马氏体。 这类钢包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分 改型12％铬热强钢，如13Cr14NiWVBA， Cr11Ni2MoWVB钢等。马氏体不锈钢的机械性 能、耐腐蚀性能、工艺性能与物理性能，均和 含铬12~14％的铁素体-马氏体不锈钢相近。由 于组织中没有游离的铁素体，机械性能比上述 钢要高，但热处理时的过热敏感性较低。
优质碳素结构钢：钢号以碳的平均质量万分数表示。 如20＃、45＃等。 20＃表示含C：0.20%（万分之20）。 用途 主要用于制造各种机器零件
碳钢的牌号与用途
碳素工具钢：钢号以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以T。 如T9、T12等。 T9表示含C：0.9%（千分之9）。
用途 主要用于制造各种刀具、量具、模具等
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁 在显微镜下的六种不同的金相组织，证 明了钢 在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中 高温时的相在急冷时转变为一种较硬 的相。
法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以 及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图 ，为现代 热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时， 人们还研究了在金属热处理的加热 过程中对金 属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化 和脱碳等。
铸钢：铸钢牌号是在数字前冠以ZG，数字代表钢中平均质量 分数（以万分数表示）。如ZG25，表示含C：0.25%。 用途 主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性
的零件，如齿轮、联轴器等。
金属热处理
热处理工艺按其工序位置可分为预备热处理和 最终热处理。
预备热处理可以改善材料的加工工艺性能，为 后续工序作好组织和性能的准备。
1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、 煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有 一系列 专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属 光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术 的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发 展。 一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产 中应用转筒炉进行气体渗碳 ；
碳钢的分类
1。按碳的质量百分数分：低碳钢（C：≤0.25％） 中碳钢（C：0.25％≤ C ≤ 0.6％） 高碳钢（C：＞0.6％）
含碳量越高，硬度、强度越大，但塑性降低
2。按钢的质量分（主要是杂质硫、磷的含量）： 普通碳素钢（S ≤0.055％，P ≤0.045％) 优质碳素钢（S ≤0.040％，P ≤0.040％) 高级优质碳素钢（S ≤0.030％，P ≤0.035％)
奥氏体组织:是有奥氏体单晶体结晶形成的团壮 组织,镶嵌在钢材只中,改善刚才性能。
铁素体
含铬大于14％的低碳铬不锈钢，含铬大干27％的任何 含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有 钼、钛、铌、硅、铝、、钨、钒等元素的不锈钢，化 学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为 铁素。这类钢在淬火（固溶）状态下的组织为铁素体， 退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属 间化合物。 属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25， Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高， 耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工 艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化 钢使用。
最终热处理可以提高金属材料的使用性能，充 分发挥其性能潜力。
因此，热处理得到了广泛的应用。 热处理的分类如下图：
碳钢的常规热处理
退火
将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后 缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近于平衡 状态组织的热处理工艺。
完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火
正火
将钢件加热到AC3和Acm以上30－50度，保持 适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体类组
30年代出 现露点电位差计,使炉内气氛的碳势 达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、 氧探头等 进一步控制炉内气氛碳势的方法；
60年代，热处理技术运用了等离子场的作用， 发展了离 子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束 技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理 和化学热 处理方法。
源自文库
钢铁的组织
奥氏体 马氏体 铁素体 珠光体
3。按用途分：碳素结构钢：主要用于桥梁、船舶、建筑构件、机器零件等 碳素工具钢：主要用于刀具、模具、量具等
碳钢的牌号与用途
普通碳素结构钢：Q195、 Q215、 Q235、 Q255、 Q275等。 数字表示最低屈服强度。
Q195、 Q215、 Q235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等。 Q255、 Q275可轧制成型钢、钢板等。
奥氏体
奥氏体:碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用 符号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。 其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77 ％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于 727℃高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑 性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工 时所要求的组织。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质 量的影响。三国蜀人蒲元曾在今 陕西斜谷为诸葛亮打 制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明 中国在古代就注 意到不同水质的冷却能力了，同时也 注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前2 06～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为 0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上 ，说明已 应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密， 不肯外传，因而发展很慢。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中， 热处理的作用逐渐为人们所认识 。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已 发现，铜铁的性能会因温度和加压 变形的影响而 变化。 白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的 硬度，淬火工艺遂得到迅速发展 。中国河北省易县燕 下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏 体存在，说明是 经过淬火的。
马氏体
这类钢在正常淬火温度下处在y相区，但它们 的y相仅在高温时稳定，M点一般在3OO℃左右， 故冷却时转变为马氏体。 这类钢包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分 改型12％铬热强钢，如13Cr14NiWVBA， Cr11Ni2MoWVB钢等。马氏体不锈钢的机械性 能、耐腐蚀性能、工艺性能与物理性能，均和 含铬12~14％的铁素体-马氏体不锈钢相近。由 于组织中没有游离的铁素体，机械性能比上述 钢要高，但热处理时的过热敏感性较低。