金属学与热处理基础知识
金属学及热处理
时效处理工艺
总结词
时效处理是一种通过长时间放置或加热使金属内部发生沉淀 或析出反应的过程，主要用于提高金属的强度和稳定性。
详细描述
时效处理工艺通常将金属加热至较低的温度，并保持一定时 间，使金属内部的原子或分子的分布发生变化，形成更加稳 定的结构。通过时效处理，金属的强度和稳定性可以得到提 高。
表面热处理工艺
总结词
表面热处理是一种仅对金属表面进行 加热和冷却的过程，主要用于改善金 属表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化 性等。
详细描述
表面热处理工艺通常仅对金属表面进行加热 和冷却，而内部保持不变。通过表面热处理 ，可以改变金属表面的晶格结构、化学成分 和组织结构等，从而改善其表面的性能。
04 热处理设备与工具
热处理炉应定期进行维护和保养，确保设备的正常运行 和使用寿命。
在操作过程中，应定期检查炉温和炉压是否正常，防止 超温或超压。
在使用过程中，应保持炉膛的清洁，防止杂物和积炭对 加热元件和金属材料的影响。
热处理工具的选择与使用
01
02
03
04
根据不同的热处理工艺和金属 材料，选择合适的热处理工具
。
在使用过程中，应注意工具的 材质和尺寸是否符合要求，防 止工具损坏或金属材料表面损
金属学及热处理
contents
目录
• 金属学基础 • 热处理原理 • 热处理工艺技术 • 热处理设备与工具 • 热处理的应用与发展趋势
01 金属学基础
金属材料的分类与特性
钢铁材料
根据碳含量和用途，钢铁材料可分为生铁、铸铁和钢 材。其特性包括高强度、耐磨性和耐腐蚀性。
有色金属
如铜、铝、锌等，具有良好的导电性、导热性和延展 性。
金属学及热处理基本知识
金属学及热处理基本知识一、金属晶体结构的一般知识众所周知，世界上的物质都是由化学元素组成的，这些化学元素按性质可分成两大类：第一大类是金属，化学元素中有83种是金属元素。
固态金属具有不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性等特性，并且随着温度的升高，金属的导电性降低，电阻率增大，这是金属独具的一个特点。
常见的金属元素有铁、铝、铜、铬、镍、钨等。
第二大类是非金属，化学元素中有22种，非金属元素不具备金属元素的特征。
而且与金属相反，随着温度的升高，非金属的电阻率减小，导电性提高。
常见的非金属元素有碳、氧、氢、氮、硫、磷等。
我们所焊接的材料主要是金属，尤其是钢材，钢材的性能不仅取决于钢材的化学成分，而且取决于钢材的组织，为了了解钢材的组织及对性能的影响，我们必须先从晶体结构讲起。
(一)晶体的特点对于晶体，大家并不生疏。
食盐、水结成的冰，都是晶体。
一般的固态金属及合金也都是晶体。
并非所有固态物质都是晶体。
如玻璃、松香之类就不是晶体，而属于非晶体。
晶体与非晶体的区别不在外形，而在内部的原子排列。
在晶体中，原子按一定规律排列得很整齐。
而在非晶体中，原子则是散乱分布着，至多有些局部的短程规则排列。
由于晶体与非晶体中原子排列不同，因此性能也不相同。
(二)典型的金属晶体结构金属的原子按一定方式有规则地排列成一定空间几何形状的结晶格子，称为晶格。
金属的晶格常见的有体心立方晶格和面心立方晶格，如图1—4所示。
体心立方晶格的立方体的中心和八个顶点各有一个铁原子，而面心立方晶格的立方体的八个顶点和六个面的中心各有一个铁原子。
图1—4 典型的金属晶体结构(a)体心立方晶格 (b)面心立方晶格铁属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种晶格转变为另一种晶格。
这种晶格的转变，称为同素异晶转变。
纯铁在常温下是体心立方晶格(称为α-Fe)；当温度升高到910℃时，纯铁的晶格由体心立方晶格转变为面心立方晶格(称为γ-Fe)；再升温到1390℃时，面心立方晶格又重新转变为体心立方晶格(称为δ-Fe)，然后一直保持到纯铁的熔化温度。
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2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
金属学与热处理复习资料(本)
金属学与热处理复习资料一、名词解释1、晶体：原子在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。
2、非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。
3、晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。
4、晶胞：构成晶格的最基本单元。
5、晶界：晶粒和晶粒之间的界面。
6、单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。
7、合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。
8、组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。
9、相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。
10、固熔体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。
11、结晶：纯金属或合金由液体转变为固态的过程。
12、重结晶：金属从一种固体晶态改变了晶体结构转变为另一种固体晶态的过程。
13、过冷度：理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。
14、铁素体：碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体。
15、渗碳体：是铁与碳形成的质量分数为6.69%的金属化合物。
16、奥氏体：碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体。
17、珠光体：是由铁素体与渗碳体组成的机械化合物。
18、莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物为莱氏体。
19、同素异构转变：一些金属，在固态下随温度或压力的改变,还会发生晶体结构变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。
20、实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢冷却后的组织和性能。
21、马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变，强度很高。
22、贝氏体：渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。
根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏体。
23、淬透性：淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织的能力。
24、淬硬性：淬硬性是指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体所能达到的最高硬度。
25、调质处理：淬火后高温回火的热处理工艺组合。
金属学及热处理基础知识
第一章金属学及热处理基础知识一、金属的基本结构金属材料的化学成分不同，其性能也不同。
但是对于同一种成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料内部的组织结构，也可以使其性能发生极大的变化，可见，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。
金属和合金在固态下通常都是晶体，因此首先要了解其晶体结构。
1、金属的原子结构及原子的结合方式（1）金属原子的结构特点最外层的电子数很少，一般为1～2个，最多不超过4个，这些外层电子与原子核的结合力很弱，很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子，此时的原子即变为正离子，而对于过渡族金属元素来说，除具有以上金属原子的特点外，还有一个特点，即在次外层尚未填满电子的情况下，最外层就先填充了电子。
因此，过渡族金属的原子不仅容易丢失最外层电子，而且还容易丢失次外层的1～2个电子，这就出现了过渡族金属化合价可变的现象。
当过渡族金属的原子彼此相互结合时，不仅最外层电子参与结合，而且次外层电子也参与结合。
因此，过渡族金属的原子间结合力特别强，宏观表现为熔点高。
强度高。
由此可见，原子外层参与结合的电子数目，不仅决定着原子间结合键的本质，而且对其化学性能和强度等特性也具有重要影响。
（2）金属键处以集聚状态的金属原子，全部或大部将它们的价电子贡献出来，为其整个原子集体所公有，称之为电子云或电子气。
这些价电子或自由电子，已不再只围绕自己的原子核转动，而是与所有的价电子一起在所有原子核周围按量子力学规律运动着。
贡献出价电子的原子，则变为正离子，沉浸在电子云中，它们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。
（3）结合力与结合能固态金属中两原子之间的相互作用力包括：正离子与周围自由电子间的吸引力，正离子与正离子以及电子与电子间的排斥力。
结合能是吸引能与排斥能的代数和，当形成原子集团比分散孤立的原子更稳定，即势能更低时，在吸引力的作用下把远处的原子移近所做的功是使原子的势能降低，所以吸引能是负值，相反，排斥能作用下把远处的原子移近平衡距离d 0时，其结合能最低，原子最稳定。
《金属学与热处理》课件
本课程将介绍金属学基础、金属热力学、金属相变、金属缺陷与强化、金属 热处理以及金属表面处理，让您掌握金属材料与加工的基本知识。
第一章 金属学基础
1
金属的组成
金属是由原子或离子通过共用自由电子结合而成，是导热、导电、延展、可塑性 极强的物质。
2
金属的晶体结构
金属是具有整齐排列、具有规律性的晶体结构。晶格是六面体密排结构。
3
金属的晶界和位错
晶界是晶体内部不同晶粒相交界面。位错是晶粒中原子或离子排列存在的缺陷。
第二章 金属热力学
热力学第一定律
能量可以从一种形式转换成 另一种形式，但能量总量不 变。
热力学第二定律
热量不会自己从低温转移到 高温物体，只有在做功或吸 收外界热量的情况下才可以。
热力学第三定律
在温度绝对零度的情况下， 能量变为零。
2 热处理设备
有固体加热炉、电阻炉、气体加热炉、水加热炉等。
3 热处理工艺控制
包括加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度等控制参数。
第六章 金属表面处理
金属表面处理方法
包括化学处理、机械加工、电 化学处理、热处理、电镀等多 种方法。
金属表面处理工艺流程
表面清洁、表面活化、表面处 理、表面涂装等环节组成。
产生于晶体生长、切割、变形等过程中。
包括薄亚晶带、位错、蠕变加工硬化带。
3
面缺陷
是金属晶体的缺陷，其形状是哑铃、孔
强化机理
4
等。表现为晶界、裂纹等。
金属材料经过不同的加工或处理过程， 可以获得不同的强度、硬度、延展性等
性能。
第五章 金属的热处理
1 热处理工艺
是在一定的加热、保温和冷却条件下，对金属材料进行组织和性能控制的工艺。
《金属学与热处理》课件
举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性； 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
05
热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点，热处理设备可分为多种类型，如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能；而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能，其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分，从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如，磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度；而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺，如渗碳、 渗氮等，需要控制炉内的气氛， 包括气体组成、压力和流量等， 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备，提高能源利用率 ，减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备，降低热处理过程中产生的 有害物质排放，如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化，包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。
金属材料和热处理基本知识(培训内容)
第四章金属材料的基础知识和热处理的基本知识1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁.（2）按化学成分分类：碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%.合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量 3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%;2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系：HRC≈1/10HB3、热处理及其常用工艺方法热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理.常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法.4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能;等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。
优点是周期短，组织和硬度均匀。
5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。
主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。
6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。
用以提高工件的耐磨性。
7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等）-目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。
金属学与热处理基础知识
5500C-Ms（2400C）之间,转变产物为上贝氏 体（500-3500C,塑性差）、下贝氏体（3503200C,硬度高、韧性较好） ;
③ . 低温转变区:
Ms（2400C）-Mf之 间 , 转变产物为马氏体 （脆性大、韧性低、延伸率低）。
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3、钢的热处理工艺
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如:16Mn、15MnV、16MnR、15Mng、 16MnDR、16MnHP 、15CrMoR、16MnHC、 09Mn2NiR等。
“16” —碳含量0.16%;
“DR” —低温容器用钢;
“HC” —高压多层压力容器用钢;
“HP” —焊接钢瓶用钢。
④高合金钢
碳含量+合金元素符号+合金元素含量
例） : ① . 奥氏体晶核产生（铁素体与渗碳体交
界处） ; ② . 奥氏体晶粒长大（碳的扩散）; ③ . 殘余渗碳体溶解; ④ . 奥氏体成份均匀化。
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⑵、钢在冷却时的转变
① . 高温转变区:
723-5500C之间,依转变温度高,转变产物低 依次为粗珠光体、索氏体（细珠光体,6500C）和 屈氏体（极细珠光体,5400C）;
11
⑶、铁碳合金的基本组织
①、铁素体（F）—铁素体是碳溶解于α-
Fe中的固溶体。铁素体含碳量低（室温下溶解度 为0.006%）,塑性、韧性好, 强度、硬度低, 在 770℃ 以下具有铁磁性, 超过 770 ℃ 则丧失铁 磁性。
②、渗碳体（Fe3C)—铁和碳的化合物。其 性能是熔点高, 硬而脆。钢中含碳量增加, 渗碳 体增加, 硬度强度提高, 塑性韧性下降。渗碳体在 217 ℃ 以下具有铁磁性。
金属学与热处理
间隙化合物
•非金属原子半径与金属原子半径之比大于 0.59 •复杂晶体结构 •常见的有M3C、M7 C3、 M23C6和 M6C •间隙化合物中，部分金属原子会被另 一种或几种金属元素的原子所臵换
•具有很高的熔点和硬度，是碳钢和合 金钢中的重要强化相，
•与间隙相相比，间隙化合物熔点硬度 稍低，加热时易分解。
2. 线缺陷 呈线状分布的一维缺陷
位错：晶体中某一或若干平面列的原子发生某种有规律的错排
刃型位错：在晶体的某一晶面上下两部分的原子面产生错排，就 像在该晶面以上某处多出半个原子面，这个多余半原 子面的底边称为刃型位错线 位错的影响： • 产生晶格畸变 • 减少或增加位错密度 都可以提高金属的强 度。
非晶体：原子、分子或离子的排列无规则
晶体与非晶态材料在性能上的差异：
•非晶体没有固定的熔点，而只有一个熔融的温度范围。
•晶体为各向异性，非晶体为各向同性
•晶体与非晶体中一定条件下可以相互转化。各向异性：ຫໍສະໝຸດ 一晶体不同晶面和晶向上的性能不同的现象
例如：体心立方晶格的α –Fe
弹性模量
5
抗拉强度 延伸率
晶格常数： a(a=b=c) 原子个数： 2
3 原子半径： a 4 致密度： 68%
配位数： 8
物理模型
晶胞示意图
典型金属：α –Fe（<912℃）、 W、 V、Mo等
致密度：晶格中原子所占体积与晶胞体积的比值 配位数：晶格中任一原子周围与其近邻且等距离的原子数目
（2）面心立方晶格（fcc ）
晶格常数： a(a=b=c)
•晶体结构：无限固溶体中溶质与溶剂的晶体结构类型相同 原子半径相差越小、晶格类型相同，在元素周期表中的位臵越 接近，则溶解度越大，甚至形成无限固溶体。
金属热处理基础入门必须了解的二十个知识点
金属热处理基础入门必须了解的二十个知识点1、什么是热处理将固态金属或合金采取适当方式进行加热，保温一定的时间，以一定的冷却速度冷却以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。
2、热处理的目的是什么通过适当的热处理工艺改变钢的内部组织结构,来控制相变过程中组织转变的程度和转变产物的形态,从而改善钢的性能。
3、热处理的条件是什么必须有固态相变转变的合金才可以进行热处理。
4、热处理的工艺过程是什么（1）加热：临界点+△T值（2）保温（3）冷却：临界点- △T值一定冷却速度5、主要参数有哪些（1）加热温度T（2）保温时间 t（3）冷却速度V，冷却介质决定冷却速度，如：水、盐水、碱水、空气6、按处理阶段及目的可分为哪几种（1）预处理目的是消除偏析、内应力，为最终热处理或后续的加工获得平衡组织。
（2）最终处理作为工件处理的最后工序，获得最终组织。
7、按热处理工艺参数可分为哪几种（1）普通热处理这是生产中最常用的热处理工艺，如退火、正火、淬火、回火等。
这类的热处理一般不会额外的加入其他元素，主要是通过自身组织转变来得到所需要的性能。
（2）化学热处理这类在热处理在齿轮、轴等耐磨件上会经常用到。
工件进行化学热处理时，会在表面一层渗入其他的元素，而对心部的成分不会产生什么影响。
一般渗入什么元素，我们就称为渗×处理，如表面渗C、渗N，C、N共渗等。
（3）表面热处理综合了上述两类热处理的特点，即热处理时不加入其他元素，而且只是针对表面进行的热处理，不影响心部的组织，如表面淬火，但其要求工件的含碳量较高。
8、什么是退火退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。
总之退火组织是接近平衡状态的组织。
9、退火的目的是什么（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
（2）细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
金属学与热处理总复习课件
淬火是将金属加热到一定温度后迅速冷却，以增加硬度和耐磨性的一种工艺方法。
回火是将淬火后的金属加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却，以降低内应力、提高韧性的一种工艺方法。
不同的热处理工艺适用于不同的材料和用途，如刀具、模具、轴承等。
相变是指在热处理过程中，金属材料的内部组织结构发生变化，包括晶体结构的变化和相的转变。
在相变过程中，金属材料的物理和机械性能会发生变化，如硬度和韧性的变化等。
相变是热处理过程中最为重要的物理和化学变化之一，它对金属材料的性能有着至关重要的影响。
了解和控制相变是实现金属材料高性能化的关键之一，也是研究和应用热处理工艺用于电子、能源、通信、医疗等领域，作为传感器、执行器、能源转换器件和医疗设备等的关键元件。
应用领域
05
金属学与热处理的发展趋势
随着航空航天、能源等领域对材料性能要求的提高，高温合金的研发和应用越来越广泛。
高温合金
如钛合金、镁合金等，具有轻质、高强度的特点，在汽车、航空航天等领域有广泛应用。
03
02
01
整个金属由一个晶格结构组成，具有各向异性。
单晶体
由许多单晶体组成，具有各向同性。
多晶体
没有晶格结构，不具有晶体性质。
非晶体
03
加工硬化
塑性变形过程中材料的强度和硬度提高。
01
弹性变形
在外力作用下产生可逆的变形。
02
塑性变形
在外力作用下产生不可逆的变形。
02
热处理原理
热处理的基本原理包括原子排列的变化、相变、晶体结构的变化等。
金属学与热处理总复习课件
金属材料与热处理(全)精选全文
2、常用的细化晶粒的方法：
A、增加过冷度
B、变质处理 C、振动处理。
三、同素异构转变
1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为 同素异构转变。
2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素 异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ， δ等表示。
用HBS（HBW）表示，S表示钢球、W表示硬质合金球 当F、D一定时，布氏硬度与d有关，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。 （2）布氏硬度的表示方法：符号HBS之前的数字为硬度值符号后面按以下顺 序用数字表示条件：1）球体直径；2）试验力；3）试验力保持的时间 （10~15不标注）。
应用范围：主要适于灰铸铁、有色金属、各种软钢等硬度不高的材料。
2、洛氏硬度
（1）测试原理：
采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后即 除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。
表示符号：HR
（2）标尺及其适用范围：
每一标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标 尺是A、B、C三种，其中C标尺应用最为广泛。
见表：P21 2-2
§2-2金属的力学性能
学习目的：★了解疲劳强度的概念。 ★ 掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬
度测试及表示的方法。 ★掌握冲击韧性的测定方法。 教学重点与难点 ★布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬度测
试及表示的方法。
§2-2金属的力学性能 教学过程：
复习：强度、塑性的概念及测定的方法。
2、 非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松 香、树脂等）。 非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
金属学和热处理知识大全
⾦属学和热处理知识⼤全⾦属的晶体结构（物质是由原⼦组成的）根据原⼦在物质内部的排列⽅式不同，可将物质分为晶体和⾮晶体两⼤类。
凡内部原⼦呈规则排列的物质称为晶体。
所有固态⾦属都是晶体。
凡内部原⼦呈不规则排列的物质称为⾮晶体。
如：玻璃，松⾹，沥青等。
电⼦显微镜观察到晶体内部原⼦各种规则排列，称为⾦属的晶体结构。
晶体内部原⼦的排列⽅式称为晶体结构。
⾦属原⼦是通过正离⼦与⾃由电⼦的相互作⽤⽽结合的，称为⾦属键。
常见纯⾦属的晶体结构有：体⼼⽴⽅晶格、⾯⼼⽴⽅晶格、密排六⽅晶格。
什么是晶格？晶格：⽤假想的直线将原⼦中⼼连接起来所形成的三维空间格架。
直线的交点（原⼦中⼼）称结点。
晶胞：能够完整地反映晶格特征的最⼩⼏何单元。
体⼼⽴⽅晶胞Body Centered Cubic Lattice（BCC）体⼼⽴⽅晶胞中的原⼦数为1/8x8+1=2个，致密度为0.68。
体⼼⽴⽅：Cr铬、W钨、V钒、Cb铌、Ta钽、Mo钼、钢铁（α-Fe、δ-Fe）。
⾯⼼⽴⽅晶胞Face Centered Cubic Lattice（FCC）⾯⼼⽴⽅晶胞中的原⼦数为1/8x8+1/2x6=4个，致密度为0.74。
⾯⼼⽴⽅：Al铝、Cu铜、Au⾦、Pb铅、Ni镍、Pt铂、Ag银、钢铁（γ-Fe）。
密排六⽅晶胞Hexagonal Close Packed Lattice（HCP）密排六⽅晶胞中的原⼦数为1/6x12+1/2x2+3=6个，致密度为0.74。
密排六⽅：Zn锌、Mg镁、Zr锆、Ca钙、Co钴、Mn锰、Ti钛。
冲击韧度是指材料在外加冲击载荷作⽤下断裂时消耗能量⼤⼩的特性。
体⼼⽴⽅晶格的冲击韧性值会急剧降低，具有脆韧转变温度。
实际使⽤的⾦属是由许多晶粒组成的，⼜叫多晶体。
每⼀晶粒相当于⼀个单晶体，晶粒内的原⼦的排列是相同的，但不同晶粒的原⼦排列的位向是不同的。
晶粒之间的界⾯称为晶界。
⾼温的液态⾦属冷却转变为固态⾦属的过程，是⼀个结晶过程态，即原⼦由不规则态（液态）过渡到规则状态（固态）的过程。
金属学与热处理知识点总结
金属学与热处理知识点总结金属学是研究金属材料的物理特性、化学特性和力学特性，以及金属原材料的加工工艺的学科。
热处理是指将金属材料通过加热、保温和冷却等工艺过程来改变金属材料的性能，改善金属材料的加工性能。
本文结合实例，从金属学和热处理两个方面对相关知识点进行总结。
一、金属学1、金属的性质金属的性质是由元素的原子结构和组成决定的，因此，金属的物理性质、化学性质和力学性质均受它的原子结构和组成的影响。
金属的主要性质有导电性、导热性、耐腐蚀性等。
它们的性质决定了金属在工业生活中的重要作用。
2、金属的加工工艺金属加工是指采用机械、热处理、电子和化学等不同类型的加工方法，改变金属原材料的形状、性能和结构，以达到使用和生产需要的加工工艺。
常见的金属加工工艺有冲压、锻造、焊接、切削等。
二、热处理1、热处理的种类热处理是指通过加热、保温和冷却等技术，改变金属材料的组织结构，以改善材料性能的一种技术手段。
热处理的分类很多，其中包括：硬化、回火、淬火、正火、调质等。
2、热处理的作用热处理的主要作用是改变金属材料的组织结构，从而改善金属材料的性能。
热处理可以增加材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性，同时热处理还可以改变材料的尺寸、形状和外观等。
热处理是衡量金属材料质量的关键性步骤之一，因此，热处理技术的发展有助于提高金属材料的使用性能。
综上所述，金属学是研究金属材料的物理特性、化学特性和力学特性，及其原材料加工工艺的学科，金属加工工艺可以改变金属原材料的形状、性能和结构，以达到使用和生产需要。
热处理是通过加热、保温、冷却等技术，改变金属材料的组织结构，以改善材料性能的技术手段，可以改变材料的性能、尺寸、形状和外观等。
正确运用金属学和热处理知识，可以有效提高金属材料的使用性能。
金属材料及热处理基础知识
目录
• 金属材料概述 • 金属材料的热处理 • 金属材料的力学性能 • 金属材料的腐蚀与防护 • 金属材料的选择与应用
01
金属材料概述
金属材料的定义与分类
金属材料的定义
金属材料是指以金属 元素或以金属元素为 主要成分，具有金属 特性的材料统称为金 属材料。
金属材料的分类
区域受到腐蚀的现象。
金属腐蚀的原理与影响因素
总结词
金属腐蚀的原理是金属原子失去电子成为正离子，而环境中的阴离子获得电子成为原子或负离子。影响因素包括 环境因素和金属本身的因素。
详细描述
金属腐蚀的原理是金属原子失去电子成为正离子，而环境中的阴离子获得电子成为原子或负离子。这个过程通常 涉及到电化学反应。影响因素包括环境因素和金属本身的因素。环境因素如湿度、温度、氧气、二氧化碳、污染 物等，而金属本身的因素包括合金成分、微观结构、表面状态等。
详细描述
热处理是金属材料加工过程中的一个重要环节，主要通过控制温度和时间来改变 金属材料的内部结构，从而改善其物理、化学和机械性能。根据不同的加热温度 和冷却方式，热处理可以分为多种类型，如退火、正火、淬火和回火等。
热处理的基本原理
总结词
热处理的基本原理是利用金属在加热和冷却过程中的相变现象，通过控制相变 过程来改变材料的内部组织结构，从而达到改善其性能的目的。
• 详细描述：退火是将金属加热到适当温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温的过程，主要用于消除内应力、降低硬 度、提高塑性和韧性等。正火是将金属加热到适当温度后保温一段时间，然后空冷至室温的过程，主要用于细化晶粒、 提高强度和韧性等。淬火是将金属加热到适当温度后迅速冷却至室温的过程，主要用于提高金属的硬度和耐磨性等。回 火则是将淬火后的金属加热到适当温度后保温一段时间，然后冷却至室温的过程，主要用于消除淬火产生的内应力、稳 定组织结构和提高韧性等。
金属学与热处理
第一章：金属的晶体结构1·金属的定义：金属是具有整的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而降低。
2·金属的内部结构和组织状态是决定金属材料性能重要因素。
3·金属键：金属中的原子将它们的价电子贡献出来形成电子云或者电子气金属正离子依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来的结合方式。
4·正是由于这种特殊的结合方式使得金属具有了良好的导电导热性已经延展性和金属光泽。
5·金属原子间的吸引力是长程力排斥力是短程力6·结合能是金属原子间排斥力和吸引力的和。
金属原子临近原子越多原子间的结合能越低，整体越稳定。
最稳定的位置是在平衡位置。
动态平衡：原子在平衡位子附近做热振动。
7.金属一般都是晶体：原子在三维空间内做有规则的周期性排列的物质。
8·晶体的性质：具有一定的熔点而且具有各向异性。
9·晶格：将点阵用直线连接起来所形成的空间格子10·晶胞：能完整反映晶格特征的最小几何单元。
11·晶格常数（点阵常数）：晶胞的棱边长度在xyz上以abc 表示，y-z轴z-x轴x-y轴之间的夹角用αβγ表示12·三种典型的金属晶体结构1，体心立方结构（bcc）：α=β=γ=90; a=b=c.原子半径r=四分之根三a原子数为2配位数为8致密度为0.682, 面心立方结构（fcc）: α=β=γ=90; a=b=c ABC堆垛原子半径r=四分之根二a原子数为4配位数为12致密度为0.743，密排六方结构（hpc）:c/a=1.633ABAB堆垛原子半径为a/2原子数为6配位数为12致密度为0.74。
金属学与热处理基础知识
金属学与热处理基础知识目录1. 金属学与热处理基础知识概述 (3)1.1 金属材料的分类 (4)1.2 金属材料的性能及其影响因素 (4)1.3 热处理的基本概念 (6)2. 金属的热处理原理 (7)2.1 金属在加热过程中的变化 (8)2.2 金属在冷却过程中的变化 (8)2.3 热处理的目的和工艺选择 (9)3. 固态相变原理 (11)3.1 晶体结构与滑移机制 (12)3.2 固态相变的微观机制 (13)3.3 铁碳合金的相图分析 (15)4. 加热和冷却原理 (16)4.1 热传导原理 (17)4.2 热处理过程中的温度控制 (19)4.3 冷却速度对金属性能的影响 (21)5. 热处理基本工艺 (22)5.1 退火工艺 (22)5.2 正火工艺 (24)5.3 淬火与回火工艺 (25)5.4 表面热处理工艺 (27)6. 特殊热处理 (28)6.1 渗碳、渗氮工艺 (29)6.2 高温回火、低温回火工艺 (31)6.3 电子束熔炼和热等静压处理 (32)7. 金属学与热处理的应用 (33)7.1 机械制造业中的应用 (35)7.2 航空航天材料的热处理 (37)7.3 能源和交通运输领域中的应用 (38)8. 热处理设备与材料 (40)8.1 热处理炉及其类型 (41)8.2 热处理材料的选择与加工 (43)8.3 热处理过程中的环境保护措施 (44)9. 金属学与热处理的实验与检测 (45)9.1 金属材料的力学和物理性能测试 (48)9.2 热处理后的金属材料分析 (49)9.3 质量控制和检验方法 (50)10. 金属学与热处理的未来发展趋势 (51)10.1 先进材料的热处理工程化 (53)10.2 智能制造在热处理中的应用 (54)10.3 绿色热处理技术的发展 (55)1. 金属学与热处理基础知识概述金属学与热处理是金属材料科学与工程领域中的核心课程，它们为理解和应用金属材料提供了基础理论和技术支持。
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3、结晶结束（所有 的晶粒长大到相 互接触）
二 纯铁的同素异构转变
同一种元素在不同条件下 具有不同的晶体结构。当 温度等外界条件变化时， 晶格类型会发生转变， 称为同素异构转变
图1-29 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化
• 实际使用的金属是 由许多晶粒组成的， 叫做多晶体。每一 晶粒相当于一个单 晶体，晶粒内的原 子排列是相同的， 但不同晶粒的原子 排列的位向是不同 的，如图 1-12 所示。 品粒之间的界面称 为晶界。
• 晶格缺陷使材料 的物理、化学性 质发生改变，
• 例如空位隙原子、 置代原子的存在 引起周围晶格畸 变(图 1-13) ， 使金属屈服点和 抗拉强度增高，
金属学与热处理基本知识
一. 金属的晶体结构
• 物质是由原子构成的。根据原子在物质内 部的排列方式不同，可将物质分为晶体和 非晶体两大类。凡内部原子呈规则排列的 物质称为晶体，凡内部原子呈不规则排列 的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶 体。
• 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。 常见的晶体结构有:
• 但实际上，液态金属只有冷却到低于 To 的某一温 度时才开始结晶。也就是说，实际结晶温度 Tn 总是低于理治结晶温度 To。
• 两者之差称为过冷度，用 Δ T 表示，
• 即 Δ T= To –Tn。
• 结晶过程：(图 115)
1、生成晶核（晶核 通常依附于液态 金属中的固态微 粒杂质而形成。
• (图 1-14)
• 高温的液态金属冷却转变为固态金属的过程是一 个结晶过程，即原子由不规则状态(液态)过渡到 规则状态(固态)的过程。
• 过冷是金属结晶的必要条件。
• 每一种金属都有一定的结晶温度，例如铁的结晶 温度为 1538℃ ，铜的结晶温度为 1 083 ℃ ，这 种结晶温度称为理论结晶温度或平均结晶温度， 用有To表示。
三、金属的结构及铁碳合金
1、铁碳合金的基本组织 ⑴、钢和铁 ①、含碳量小于2.06的铁碳合金叫钢。 ②、含碳量大于2.06的铁碳合金叫铁（铸铁 或生铁）。 ⑵、钢材的性能不仅取决于钢材的化学成份， 而且与钢材组织有关。 ⑶、纯铁的晶体结构 ①.15380C～13940C—α-Fe(体心立方晶体) ②.13940C～9120C—γ-Fe(面心立方晶体
④.S点（共析点）：对应于含碳量=0.8%的 钢。在S点以上为单一的奥氏体，低于S点为珠 光体。
⑤.E点：钢和铸铁的分界点（含碳量2.06%)。
⑷、共析
①.共析反应：钢冷却到7230C时，从奥氏体 中同时析出铁素体和渗碳体，此反应称共析反 应，产物为珠光体。
②.共析钢：含碳量等于0.8%的钢称为共析 钢。共析钢在7230C以上为单一的奥氏体； 7230C以下为单一的珠光体。
③.9120C以下—α-Fe(体心立方晶体)
⑶、铁碳合金的基本组织 ①、铁素体（F）—铁素体是碳溶解于α-Fe中 的固溶体。铁素体含碳量低（室温下溶解度为 0.006%），塑性、韧性好，强度、硬度低，在 770℃ 以下具有铁磁性，超过 770 ℃ 则丧失铁 磁性。 性能是②熔、点渗高碳，体硬（而Fe脆3C。)— 钢中铁含和碳碳量的增化加合，物渗。碳其 体增加，硬度强度提高，塑性韧性下降。渗碳体 在 217 ℃ 以下具有铁磁性。 ③、珠光体（P）—铁素体和渗碳体体的机械 混合物。强度较高，硬度适中，有一定的塑性。 ④、奥氏体（A）—奥氏体是碳在γ-Fe中形成 的间隙固溶体。碳钢加热到723 ℃以上组织发生 转变时才有奥氏体组织产生。强度硬度较铁素体 高，塑性良好。奥氏体不具有铁磁性。
加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织结构 从而改变钢的性能的一种工艺方法。
（2）、主要的热处理方法： a.普通热处理： 淬火、正火、回火、退火、调质。 b.表面热处理： 表面淬火、化学热处理。
（3）、热处理工艺 三大工艺参数： 加热、保温和冷却。
（4）、钢的加热和冷却状态图
2、钢在加热和冷却时的组织转变 ⑴、钢在加热时的转变过程（以共析钢为例）： ①.奥氏体晶核产生（铁素体与渗碳体交界
处）； ②.奥氏体晶粒长大（碳的扩散）； ③.殘余渗碳体溶解； ④.奥氏体成份均匀化。
⑵、钢在冷却时的转变 ①.高温转变区： 723-5500C之间，依转变温度高，转变产物低
⑶、两点（E、S）、三线（GS、ES、PSK）
①.PSK线（A1线）—表示钢在缓慢冷却时， 奥氏体开始转变为珠光体或钢在缓慢加热时珠 光体转变为奥氏体的温度线（7230C）。
②.GS线（A3线）—表示钢在缓慢冷却时， 奥氏体开始析出铁素体的温度线或钢在缓慢加 热时铁素体转变为奥氏体的终止温度线。
③.ES线（Acm线）—表示钢在缓慢冷却时由 奥氏体开始析出渗碳体的温度线，即含碳量大 于0.8%的钢冷却时析出二次渗碳体的起始线。
③.亚共析钢：含碳量小于0.8%的钢称为亚 共析钢。共析钢在7230C以上为铁素体+奥氏 体； 7230C以下为铁素体+珠光体。
④.过共析钢：含碳量大于0.8%的钢称为过 共析钢。共析钢在7230C以上为奥氏体+二次 渗碳体； 7230C以下为珠光体+二次渗碳体。
四、钢的热处理
1、基本概念 （1）、定义：钢的热处理是指对钢在固态下
• 1.体心立方晶格，如图 l-11a 所示。属于此 类的金属有α-铁， δ-铁， Cr , V，β-Ti 等。
• 2. 面心立方晶格，如图 l-11b 所示。属于此 类的金属有 γ一铁， Al , Cu ，Ni等。
• 3. 密排六方品格，如医11-11c 所示。属于 此类的金属有 Mg ， Zn ， α-Ti 等。
2、铁碳合金状态图
⑴、铁碳合金状态图—表示在平衡状态下不 同含碳量的铁碳合金在不同温度下所处的状态、 晶体结构和显微组织特征的图。
⑵、图中的主要特征线
①、ACD线—液相线。此线以上全部为液体。 钢加热到此线全部转化为液体，冷却到此线开 始结晶。
②、AECF线—固相线。钢冷却到到此线以下 全部结晶为固体，加热到此线开始出现液体。