金属学与热处理基础知识
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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
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:
• 而位错的 存在则使 金属容易 塑性变形， 强度降低。
• (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。
• 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）。
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
• 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，
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。
• 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。
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。
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。
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
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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
2、晶核长大（液体 中的原子不断向 晶核聚集，同时 液体中又不断产 生新的晶核，并 不断长大。)
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
（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
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:
• 而位错的 存在则使 金属容易 塑性变形， 强度降低。
• (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。
• 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）。
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
• 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，
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。
• 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。
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。
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。
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
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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
2、晶核长大（液体 中的原子不断向 晶核聚集，同时 液体中又不断产 生新的晶核，并 不断长大。)
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