金相检验(金属材料)

有退火、正火、淬火 和回火四种基本工艺。
1.退火
操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或
Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅 有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。 目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加 工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学 性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热 加工所产生的内应力。 应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具 钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件 以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛
6.时效
操作方法：将钢件加热到80~200度，保温
5~20小时或更长时间，然后随炉取出在空 气中冷却。 目的：1. 稳定钢件淬火后的组织，减小存 放或使用期间的变形；2.减轻淬火以及磨削 加工后的内应力，稳定形状和尺寸。 应用要点：1. 适用于经淬火后的各钢种；2. 常用于要求形状不再发生变化的紧密工件， 如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。
3.淬火
操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或
Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、 油、或空气中快速冷却。 目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏 体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、 耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀 的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。 应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之零 点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢 的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大 的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故 要进行回火以得到较好的综合力学性能。





1.正火：将钢材或钢件加热到临界点Ac3(对于亚共析钢)或Accm（过共析钢）以上30℃—50℃,保温适当时间后，在自由 流动的空气中均匀冷却的热处理工艺为正火. 正火后的组织:亚共析钢为F+S,共析钢为S，过共析钢为S+Fe3CⅡ正火与完全退火的主要差别在于冷却速度快些， 目的是让钢组织正常化，亦称常化处理。 2.退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20-40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中 冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3.固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和 固溶体的热处理工艺 4.时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。 5.固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型 6.时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度 7.淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织 结构转变的热处理工艺 8.回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得 所需要的组织和性能的热处理工艺 9.钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳 氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲 劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。 10.调质处理quenchingand tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛 应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体 组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截 面尺寸有关，一般在HB200-350之间。 11.钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺
普通低合金结构钢
渗碳钢 机械制造结构钢 调质钢
钢
合金钢
合金结构钢
合金工具钢
低合金工具钢 高合金工具钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢
弹簧钢
特殊性能钢
按用途分类
按钢材的用途 可分为结构钢、工 具钢、特殊性能钢 三大类。
结构钢：1.用作各种机器
零件的钢。它包括渗碳钢、 调质钢、弹簧钢及滚动轴 承钢。用作工程结构的钢。 它包括碳素钢中的甲、乙、 特类钢及普通低合金钢。
四、钢的热处理应力
热应力 组织应力
热应力
工件在加热和冷却过程中,
由于表层和心部的冷却速 度和时间的不一致,形成温 差，就会导致体积膨胀和 收缩不均而产生应力,即热 应力。
组织应力
另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化
即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴 随工件体积的膨胀,&127;工件各部位先后相 变，造成体积长大不一致而产生组织应力。
金 Au
银 Ag
铜 Cu
铝 Al
钛 Ti
钨
镁
钒 V
锰 Mn
C
硫
金属材料
金属元素
金、银、铜、铁、铝 钛、钴、镍、钼……..
非金属元素 C N
二、金属学基本概念
纯金属
金属：具有不透明、金属光泽良好的
导热和导电性并且其导电能力随温度 的增高而减小，富有延性和展性等特 性的物质。金属内部原子具有规律性 排列的固体(即晶体)。
渗碳
操作方法：将钢件放入渗碳介质中，加热
至900～950度并保温，使钢件便面获得一 定浓度和深度的渗碳层。 目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳 强度，心部仍然保持韧性状态。 应用要点：1．用于含碳量为0．15％～ 0．25％的低碳钢和低合金钢制件，一般渗 碳层深度为0．5～2．5mm；2．渗碳后必 须进行淬火，使表面得到马氏体，才能实 现渗碳的目的。
其他钢金相图片
1.轴承钢GCr15
铸铁
1.灰铸铁 2.球磨铸铁 3.蠕墨铸铁 4.可锻铸铁
相图
四、热处理基础
热处理工艺一般包括加热、
保温、冷却三个过程
温 度
加热 冷却 保温
时间
金属热处理工艺大体
可分为整体热处理、 表面热处理和化学热 处理三大类。
钢铁整体热处理大致
8．火焰加热表面淬火
操作方法：用氧－乙炔混合气体燃烧的火
焰，喷射到钢件表面上，快速加热，当达 到淬火温度后立即喷水冷却。 目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳 强度，心部仍保持韧性状态。 应用要点：1．多用于中碳钢制件，一般淬 透层深度为2～6mm；2．适用于单件或小 批量生产的大型工件和需要局部淬火的工 件。
4.回火
操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下
某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中 冷却。 目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件 的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性， 获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。 应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性 时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢 的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲 击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回 火；2.一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在 400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火 脆性。
晶体

原子成规则排列的物体
合 金
由两种或两种以上金属
或金属与非金属组成， 具有金属特性的物质。
相
合金中成份、结
构、性能相同的 组成部分。
固溶体
是一个(或几个)组元的原子
(化合物)溶入另一个组元的 晶格中，而仍保持另一组 元的晶格类型的固态金属 晶体，固溶体分间隙固溶 体和置换固溶体两种。
5.调质 操作方法：淬火后高温回火称调质，即将
钢件加热到比淬火时高10~20度的温度，保 温后进行淬火，然后在400~720度的温度 下进行回火。 目的：1.改善切削加工性能，提高加工表面 光洁程度；2.减小淬火时的变形和开裂；3. 获得良好的综合力学性能。 应用要点：1.适用于淬透性较高的合金结构 钢、合金工具钢和高速钢；2. 不仅可以作 为各种较为重要结构的最后热处理，而且 还可以作为某些紧密零件，如丝杠等的预 先热处理，以减小变形。
三、铁碳合金
钢 —— Fe 、 C 合金 铁 碳
钢
碳 素 钢 （0.002~2.11%） 合 金 钢
碳素钢
Fe
主要元素
C
重要作用
Fe-C相图
A奥氏体
铁 素 体
钢
铸铁
第一节
纯铁
1.含碳量小于0.02%的叫纯铁 2.金相组织为铁素体(图片2张)源自文库.
高碳钢
回Fe-C相图
碳素钢 中碳钢
低碳钢
2.正火 操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上
30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度 冷却。 目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加 工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学 性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热 加工所产生的内应力。 应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以 及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能 要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及 低合金钢件，也可作为最后热处理。对于 一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局 部淬火，因此不能作为最后热处理工序。
9．感应加热表面淬火
操作方法：将钢件放入感应器中，使钢件
表层产生感应电流，在极短的时间内加热 到淬火温度，然后喷水冷却。 目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳 强度，心部保持韧性状态。 应用要点：1．多用于中碳钢和中堂合金 结构钢制件；2． 由于肌肤效应，高频感 应淬火淬透层一般为1～2mm，中频淬火 一般为3～5mm，高频淬火一般大于 10mm．
工具钢：用来制造各
种工具的钢。根据工 具用途不同可分为刃 具钢、模具钢与量具 钢。
特殊性能钢：是具有特 殊物理化学性能的钢。 可分为不锈钢、耐热钢、 耐磨钢、磁钢等。
二.按化学成分分类
按钢材的化学成分可分 为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢：按含碳量又可 分为低碳钢(含碳量≤0.25%)； 中碳钢(0.25%<含碳量 <0.6%)；高碳钢(含碳量 ≥0.6%)。
第一课结束
常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、
冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。



1.强度 强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏(过量塑性变形或断裂)的性能。由于载荷的 作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯 强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本 的强度指针。 2.塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形(永久变形)而不破坏的能力。 3.硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的指针。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度 法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程 度来测定其硬度值。 常用的方法有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和维氏硬度(HV)等方法。 4.疲劳 前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。实际上， 许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。 5.冲击韧性 以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能 力叫做冲击韧性。
热处理及金相检验培训
一、元素
元素又称化学元素，指自然界中一百多种基
本的金属和非金属物质，它们只由几种有共 同特点的原子组成，其原子中的每一核子具 有同样数量的质子，质子数来决定元素是由 种类。 到目前为止,人们在自然中发现的物质有3000 多万余种,但组成他们的元素目前（2010年） 只有118种
7.冷处理
操作方法：将淬火后的钢件，在低温介质（如干
冰、液氮）中冷却到－60～－80度或更低，温 度均匀一致后取出均温到室温。 目的：1．使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大 部转换为马氏体，从而提高钢件的硬度、强度、 耐磨性和疲劳极限；2． 稳定钢的组织 ，以稳定 钢件的形状和尺寸。 应用要点：1．钢件淬火后应立即进行冷处理， 然后再经低温回火，以消除低温冷却时的内应力； 2．冷处理主要适用于合金钢制的紧密刀具、量 具和紧密零件。
合金钢
合金钢：按合金元素含量又可
分为低合金钢(合金元素总含 量≤5%)；中合金钢(合金元素 总含量=5%--10%)；高合金钢 (合金元素总含量>10%)。
碳素钢金相图片
1.低碳钢金相图片(20#钢) 2.中碳钢金相图片(45#钢) 3.高碳钢金相图片(T8 钢)
高速钢
1.高速钢球化退火 2.高速钢淬火、回火
化合物
：合金组元间发生化
合作用，生成一种具 有金属性能的新的晶 体固态结构。
铁素体
碳在α-Fe(体心立
方结构的铁)中的 间隙固溶体。
奥氏体
碳在γ-Fe(面心立
方结构的铁)中的 间隙固溶体。
渗碳体
碳和铁形成的
稳定化合物 (Fe3c)。
珠光体
铁素体和渗碳体组
成的机械混合物 (F+Fe3c含碳0.8%)