金屬材料的組織結(jié)構(gòu)與性能分析

1、金屬材料的組織結(jié)構(gòu)與性能分析金屬材料的組織結(jié)構(gòu)與性能分析 Clark Wu A1014506 第一章第一章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 使用性能：材料在使用過程中所使用性能：材料在使用過程中所 表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物 理性能和化學(xué)性能。理性能和化學(xué)性能。 工藝性能：材料在加工過程中所工藝性能：材料在加工過程中所 表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、 焊接、熱處理和切削性能等。焊接、熱處理和切削性能等。 神舟一號(hào)飛船 材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化， 稱為變形。稱為變形。 外力去除后能

2、夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 五萬噸水壓機(jī)五萬噸水壓機(jī) 低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 拉伸試樣拉伸試樣 拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī) 應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0 應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0 一、彈性和剛度一、彈性和剛度 彈性：彈性：指標(biāo)為彈性極限指標(biāo)為彈性極限 e e， 即即材料承受最大彈性變形時(shí)材料承受最大彈性變形時(shí) 的應(yīng)力。的應(yīng)力。 剛度：剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性材料受力時(shí)抵抗彈性 變形的能力。變形的能力。指標(biāo)為彈性模指標(biāo)為彈性模 量量E E。 ）（MPatgE e

3、 彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐 漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金 化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變化等對彈性模量的影響很小。可以通過增加橫截面積或改變 截面形狀來提高零件的剛度。截面形狀來提高零件的剛度。 二、強(qiáng)度與塑性二、強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗 永久變形和破壞的能力。強(qiáng)度 是衡量零件本身承載能力（即 抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。 強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足 的基本要求。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料發(fā)生微量

4、塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。 條件屈服強(qiáng)度0.2：殘余變形量 為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。 抗拉強(qiáng)度b：材料斷裂前所承受 的最大應(yīng)力值。 s 0.2 塑性：塑性：材料受力破壞前可承受最大材料受力破壞前可承受最大塑性變形塑性變形的能力。的能力。 指標(biāo)為：指標(biāo)為： 伸長率：伸長率： %100 0 01 l ll %100 0 10 F FF 斷面收縮率：斷面收縮率： 斷裂后 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 說明：說明： 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變 形。形。 直徑直徑d0 相同時(shí)，相同時(shí)，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為為 常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。常數(shù)

5、時(shí)，塑性值才有可比性。 當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長率用時(shí)，伸長率用 表示；表示； 當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長率用時(shí)，伸長率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征 為什么？ 三、沖擊韌性三、沖擊韌性 表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸 收能量的能力.韌性越好，則發(fā)生脆性 斷裂的可能性越小。韌性是指當(dāng)承受 應(yīng)力時(shí)對折斷的變形. 其定義為材料在 破裂前所能吸收的能量與體積的比值。 l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為沖擊 韌性值韌性值ak(通通 過沖擊實(shí)驗(yàn)過沖擊實(shí)驗(yàn) 測得測得)。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度 材料的沖擊

6、韌性隨溫材料的沖擊韌性隨溫 度下降而下降。度下降而下降。在某一在某一 溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急 劇下降的現(xiàn)象稱劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。 發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍 稱韌脆轉(zhuǎn)變稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的溫度。材料的 使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變 溫度。溫度。 韌 體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn) 變溫度，而大多數(shù)面心立變溫度，而大多數(shù)面心立 方金屬?zèng)]有。方金屬?zèng)]有。 TITANIC 建造中的建造中的Titanic 號(hào)號(hào) TITANIC的沉沒的沉沒 與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量 直接有關(guān)直接有關(guān) Titanic 號(hào)鋼板號(hào)鋼板

7、（左圖）和近代船用鋼板（右圖）（左圖）和近代船用鋼板（右圖） 的沖擊試驗(yàn)結(jié)果的沖擊試驗(yàn)結(jié)果 Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板 四、疲勞、蠕變四、疲勞、蠕變 疲勞：材料在低于s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。用-1表示。 鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。 蠕變：金屬在高溫和低于s的應(yīng)力作用下，材料塑性變形量隨時(shí)間延續(xù)而增加的現(xiàn) 象。 疲勞應(yīng)力示意圖疲勞應(yīng)力示意圖 疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖 通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面 光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等

8、方法可提高材料疲勞抗力。光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。 軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）疲勞輝紋（掃描電鏡照片） 疲勞斷口疲勞斷口 五、硬度五、硬度 材料抵抗表面局部塑性變形、壓痕材料抵抗表面局部塑性變形、壓痕 或劃痕的能力?；騽澓鄣哪芰?。 布氏硬度布氏硬度HBHB )( 2 102. 0 22 dDDD P HB 布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 壓頭為鋼球時(shí)壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)布氏硬度用符號(hào)HBS表示，表示， 適用于布氏硬度值在適用于布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬表示，適用于

9、布氏硬 度在度在650以下的材料。以下的材料。 l符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示之前的數(shù)字表示 硬度值硬度值, 符號(hào)后面的數(shù)字按順序分符號(hào)后面的數(shù)字按順序分 別表示球體直徑別表示球體直徑、載荷及載荷保載荷及載荷保 持時(shí)間。如持時(shí)間。如 120HBS10/1000/30 表表 示直徑為示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷）載荷 作用下保持作用下保持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120HBS。 布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕 布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭

10、壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭 還硬的材料。還硬的材料。 適于測量適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。 材料的材料的 b與與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b(MPa)3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(HB-40) HB b(MPa) 鋼 黃銅 球墨鑄鐵 洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度用符號(hào)洛氏硬度用符號(hào)HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的根據(jù)壓頭

11、類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的 標(biāo)尺為標(biāo)尺為A、B、C。 h1-h0 洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖 洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì) 符號(hào)符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。 lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如如 硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。 lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如如 有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。 lHRC用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料， 如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。 l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，操作簡便， 壓痕小，適

12、用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。 l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。 鋼球壓頭與鋼球壓頭與 金剛石壓頭金剛石壓頭 洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕 維氏硬度維氏硬度 維氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕 維氏硬度用符號(hào)維氏硬度用符號(hào)HV表示表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后 面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。 根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法維氏硬度試維氏硬度試 驗(yàn)驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)顯微維氏硬度

13、試驗(yàn)。 維氏硬度保留了布氏硬度和維氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。 小負(fù)荷維氏硬度計(jì)小負(fù)荷維氏硬度計(jì) 顯微維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì) 鐵碳合金的顯微組織鐵碳合金的顯微組織 鐵素體、奧氏體、滲碳鐵素體、奧氏體、滲碳 體、珠光體、馬氏體、貝氏體、萊氏體、石墨體、珠光體、馬氏體、貝氏體、萊氏體、石墨 工業(yè)純鐵、鋼和鑄鐵工業(yè)純鐵、鋼和鑄鐵 材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院 23 1 1、鐵碳合金的組織組分、鐵碳合金的組織組分 ：是：是C C溶于溶于- FeFe形成的間隙固溶體，形成的間隙固溶體，其性能是其性能是 硬度低，塑性高硬度低，塑性高，右圖是工業(yè)純，右圖是工業(yè)純 鐵的退

14、火室溫組織，是由多邊形鐵的退火室溫組織，是由多邊形 的鐵素體和細(xì)小顆粒三次滲碳體的鐵素體和細(xì)小顆粒三次滲碳體 組成組成(+Fe(+Fe3 3C C ) )，晶粒因位相不 ，晶粒因位相不 同而呈現(xiàn)不同的顏色。同而呈現(xiàn)不同的顏色。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 24 ：C C溶解于溶解于-Fe-Fe形成的間隙固溶體，其性能是形成的間隙固溶體，其性能是 屈服強(qiáng)度低，硬度低，塑性較高，適合壓力加工，下圖為不銹鋼屈服強(qiáng)度低，硬度低，塑性較高，適合壓力加工，下圖為不銹鋼 的退火組織（奧氏體和孿晶）的退火組織（奧氏體和孿晶） 2021-6-30 材料科學(xué)與工程學(xué)院 25 ：鐵鐵 碳合金中鐵、碳形成的化合物，碳合金中鐵

15、、碳形成的化合物， 滲碳體硬而脆，塑性極低，延伸滲碳體硬而脆，塑性極低，延伸 率接近于率接近于0 0，是鋼鐵材料中的主要，是鋼鐵材料中的主要 強(qiáng)化相，強(qiáng)化相，F(xiàn)eFe3 3C C在鋼和鑄鐵中呈現(xiàn)片在鋼和鑄鐵中呈現(xiàn)片 狀、粒狀、網(wǎng)狀和板條狀。具有狀、粒狀、網(wǎng)狀和板條狀。具有 鐵磁性。鐵磁性。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 26 ：是含碳量：是含碳量0.770.77的鐵碳合金發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的鐵碳合金發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 的產(chǎn)物，是有鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物的產(chǎn)物，是有鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物( (+Fe+Fe3 3C)C)，根，根 據(jù)滲碳體形態(tài)不同，分為片狀據(jù)滲碳體形態(tài)不同，分為片狀P P和粒狀和粒狀P

16、P，粒狀，粒狀P P是片狀是片狀P P球化球化形形 成的。片狀成的。片狀P P的強(qiáng)度高，粒狀的強(qiáng)度高，粒狀P P的綜合性能好。的綜合性能好。 2021-6-30 材料科學(xué)與工程學(xué)院 27 ：是含碳量：是含碳量4.34.3的鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物的鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物 (Ld:+Fe(Ld:+Fe3 3C)C)，溫度降至，溫度降至727727線發(fā)生共析轉(zhuǎn)變形成線發(fā)生共析轉(zhuǎn)變形成P P，共析轉(zhuǎn)變結(jié)，共析轉(zhuǎn)變結(jié) 束后組織為束后組織為FeFe3 3C+P+FeC+P+Fe3 3C C ，稱為低溫萊氏體 ，稱為低溫萊氏體(L(Ld),d),萊氏體硬而脆。萊氏體硬而脆。 下圖中是在白亮的下圖中是

17、在白亮的FeFe3 3C C基體上分布著橢圓形的基體上分布著橢圓形的P P。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 28 ：是：是FeFe3 3C C在一定條件下分解產(chǎn)生的在一定條件下分解產(chǎn)生的C C，以游離態(tài)存，以游離態(tài)存 在?？蓪?shí)用的鑄鐵中碳大部分或全部以石墨的形式存在，鑄鐵組在?？蓪?shí)用的鑄鐵中碳大部分或全部以石墨的形式存在，鑄鐵組 織是由基體和石墨兩部分組成的。石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量和分織是由基體和石墨兩部分組成的。石墨的形態(tài)、大小、數(shù)量和分 布對鑄鐵的性能有著非常重要的影響，石墨的形態(tài)有片狀、球狀、布對鑄鐵的性能有著非常重要的影響，石墨的形態(tài)有片狀、球狀、 蠕蟲狀、團(tuán)絮狀等。蠕蟲狀、團(tuán)絮狀等。 2021

18、-6-30 材料科學(xué)與工程學(xué)院 29 按鐵碳合金相圖和平衡組織可將鐵碳合金分為工業(yè)純鐵、按鐵碳合金相圖和平衡組織可將鐵碳合金分為工業(yè)純鐵、 鋼和鑄鐵三大類。具體如下：鋼和鑄鐵三大類。具體如下： ： Wc0.0218%Wc2.11%Wc2.11%的鐵碳合金，分為：的鐵碳合金，分為： 亞共晶白口鑄鐵：亞共晶白口鑄鐵： WcWc2.112.114.30% 4.30% 共晶白口鑄鐵：共晶白口鑄鐵： WcWc4.30% 4.30% 過共晶白口鑄鐵：過共晶白口鑄鐵： WcWc4.314.316.69%6.69% 材料科學(xué)與工程學(xué)院 30 共析鋼理論上是共析鋼理論上是Wc=0.77%Wc=0.77%的鐵碳合

19、金，通過的鐵碳合金，通過共析共析 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變形成的，其室溫組織是由鐵素體和滲碳體相間排形成的，其室溫組織是由鐵素體和滲碳體相間排 列組成的機(jī)械混合物，即列組成的機(jī)械混合物，即 P(+ FeP(+ Fe3 3C)C)，常呈層片狀。，常呈層片狀。 下圖為共析鋼退火后的室溫組織下圖為共析鋼退火后的室溫組織(500(500) )。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 31 亞共析鋼是亞共析鋼是 Wc= 0.0218Wc= 0.02180.77%0.77%的鐵碳合金，其室的鐵碳合金，其室 溫組織是由鐵素體和珠光體組成，即溫組織是由鐵素體和珠光體組成，即+P(+Fe+P(+Fe3 3C)C)， P P仍呈層片狀。下圖為亞共

20、析鋼仍呈層片狀。下圖為亞共析鋼(45(45鋼鋼) )的室溫組織的室溫組織 (200(200) )，圖中白亮的為，圖中白亮的為，層片狀的是，層片狀的是P P。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 32 過共析鋼是過共析鋼是 Wc= 0.77Wc= 0.772.11%2.11%的鐵碳合金，其室溫組織是由珠光體的鐵碳合金，其室溫組織是由珠光體 和二次滲碳體組成，即和二次滲碳體組成，即 P+FeP+Fe3 3C C ， ，F(xiàn)eFe3 3C C 呈白色的網(wǎng)狀， 呈白色的網(wǎng)狀，P P仍呈層片狀。下仍呈層片狀。下 圖為圖為T12T12鋼退火的室溫組織鋼退火的室溫組織(500(500) )，圖中白亮的網(wǎng)為，圖中白亮的網(wǎng)為，層

21、片狀是，層片狀是P P。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 33 共晶白口鑄鐵是共晶白口鑄鐵是WcWc4.30% 4.30% 的鐵碳合金，高溫有萊的鐵碳合金，高溫有萊 氏體組成，即氏體組成，即Ld(Ld(+Fe+Fe3 3C)C)。室溫由低溫萊氏體組成，。室溫由低溫萊氏體組成， 即即L Ld(P+Fed(P+Fe3 3C C +Fe +Fe3 3C)C)，左圖，左圖(200(200) )，綠色是，綠色是P P，黃色，黃色 是是FeFe3 3C C。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 34 亞共晶白口鑄鐵是亞共晶白口鑄鐵是WcWc 2.112.114.30 % 4.30 % 的鐵碳的鐵碳 合金，其室溫組織由珠合金，其室溫組

22、織由珠 光體和低溫萊氏體組成，光體和低溫萊氏體組成， 即即(P+L(P+Ld)d)，右圖為其室，右圖為其室 溫組織，黑色橢圓是珠溫組織，黑色橢圓是珠 光體，其余為萊氏體。光體，其余為萊氏體。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 35 過共晶白口鑄鐵是過共晶白口鑄鐵是WcWc4.34.36.69 % 6.69 % 的鐵碳合金，其室溫組織的鐵碳合金，其室溫組織 由條狀的一次滲碳體和低溫萊氏體組成，即由條狀的一次滲碳體和低溫萊氏體組成，即(Fe(Fe3 3C C + L + Ld)d)，左，左 下圖下圖(200(200) )中黃色的為中黃色的為FeFe3 3C C ，低溫萊氏體由綠色的 低溫萊氏體由綠色的P P和棕

23、黃色和棕黃色 的的FeFe3 3C C組成。組成。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 36 馬氏體和馬氏體轉(zhuǎn)變：馬氏體和馬氏體轉(zhuǎn)變： （1 1）板條馬氏體）板條馬氏體 常出現(xiàn)在低、中碳鋼、常出現(xiàn)在低、中碳鋼、M M時(shí)效鋼和不銹鋼中，時(shí)效鋼和不銹鋼中， 其組織是由許多成群的、相互平行排列的板條所組成，故稱為其組織是由許多成群的、相互平行排列的板條所組成，故稱為 板條馬氏體。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯(cuò)。下圖為板條馬氏體。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯(cuò)。下圖為2020 鋼的淬火組織。鋼的淬火組織。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 37 片狀馬氏體常出現(xiàn)在高、中碳鋼、含片狀馬氏體常出現(xiàn)在高、中碳鋼、含NiNi量高的鋼中

24、。在量高的鋼中。在 顯微鏡下觀察片狀馬氏體呈針狀或竹葉狀，空間形態(tài)呈雙凸透顯微鏡下觀察片狀馬氏體呈針狀或竹葉狀，空間形態(tài)呈雙凸透 鏡狀。片狀馬氏體內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶。鏡狀。片狀馬氏體內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 38 在中碳鋼或中碳鐵鎳在中碳鋼或中碳鐵鎳 合金中可獲得板條馬氏體合金中可獲得板條馬氏體 和針狀馬氏體組成的混合和針狀馬氏體組成的混合 馬氏體。右下為鐵鎳碳合馬氏體。右下為鐵鎳碳合 金的淬火組織，板條金的淬火組織，板條M M呈淺呈淺 黃，片狀黃，片狀M M呈黃紅且有小蝶呈黃紅且有小蝶 狀。狀。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 39 無碳化物貝氏體是低碳鋼在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的最上部，在靠

25、近無碳化物貝氏體是低碳鋼在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的最上部，在靠近 B BS S的溫度處形成的貝氏體。是一種由板條狀鐵素體構(gòu)成的單相組的溫度處形成的貝氏體。是一種由板條狀鐵素體構(gòu)成的單相組 織，是由鐵素體和富碳的奧氏體組成。下圖為織，是由鐵素體和富碳的奧氏體組成。下圖為30CrMnSiA30CrMnSiA鋼鋼450450 等溫處理得到的無碳化物貝氏體組織的等溫處理得到的無碳化物貝氏體組織的OMOM和和TEMTEM照片。照片。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 40 上貝氏體是在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的較上部的溫度范圍內(nèi)形成的由鐵上貝氏體是在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的較上部的溫度范圍內(nèi)形成的由鐵 素體和滲碳體組成的貝氏體。素體和滲碳體組成的貝

26、氏體。F F呈大致平行的成束的板條狀且含碳呈大致平行的成束的板條狀且含碳 量處于過飽和狀態(tài)量處于過飽和狀態(tài)，自奧氏體晶界的一側(cè)或兩側(cè)向奧氏體晶內(nèi)伸自奧氏體晶界的一側(cè)或兩側(cè)向奧氏體晶內(nèi)伸 展，滲碳體呈斷續(xù)短桿狀分布于鐵素體板條之間，從整體上看呈展，滲碳體呈斷續(xù)短桿狀分布于鐵素體板條之間，從整體上看呈 羽毛狀。上羽毛狀。上B B硬度低，韌性差。下圖為硬度低，韌性差。下圖為T8T8鋼鋼380380等溫淬火得到的等溫淬火得到的 上貝氏體組織的上貝氏體組織的OMOM和和TEMTEM照片。照片。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 41 下貝氏體是在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的下部的溫度范圍內(nèi)形成的由鐵下貝氏體是在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的下部的

27、溫度范圍內(nèi)形成的由鐵 素體和素體和-Fe-FeX XC C組成的貝氏體，在奧氏體晶粒內(nèi)部沿某些晶面單獨(dú)組成的貝氏體，在奧氏體晶粒內(nèi)部沿某些晶面單獨(dú) 的或成堆的長成竹葉狀的或成堆的長成竹葉狀( (黑色片狀或針狀黑色片狀或針狀) )，碳化物呈粒狀或細(xì)片，碳化物呈粒狀或細(xì)片 狀分布在過飽和的鐵素體內(nèi)，立體形態(tài)呈雙凸透鏡狀。下貝氏體狀分布在過飽和的鐵素體內(nèi)，立體形態(tài)呈雙凸透鏡狀。下貝氏體 硬度高且韌性好。下圖為硬度高且韌性好。下圖為T8T8鋼鋼320320等溫淬火得到的下貝氏體的等溫淬火得到的下貝氏體的 OMOM和和TEMTEM照片，下照片，下B B呈黃綠，殘余呈黃綠，殘余A A為白色。為白色。 材料

28、科學(xué)與工程學(xué)院 42 粒狀貝氏體是低、中碳及其合金鋼在上貝氏體粒狀貝氏體是低、中碳及其合金鋼在上貝氏體 轉(zhuǎn)變區(qū)的上部，轉(zhuǎn)變區(qū)的上部，BsBs以下以一定的冷速范圍內(nèi)（如熱以下以一定的冷速范圍內(nèi)（如熱 扎后空冷或正火）連續(xù)冷卻得到的，組織為塊狀鐵扎后空冷或正火）連續(xù)冷卻得到的，組織為塊狀鐵 素體和粒狀?yuàn)W氏體二相混合物。下圖是素體和粒狀?yuàn)W氏體二相混合物。下圖是18Mn18Mn2 2CrMoBACrMoBA 的粒狀貝氏體組織。的粒狀貝氏體組織。 43 1、概述、概述 應(yīng)用 機(jī)床制造中，熱處理零件占 60%70%， 汽車制造中，熱處理零件占70%80%。 方法 通過對鋼件重新加熱，保 溫并以不同條件下的

29、冷卻獲得所 需組織和性能。普通熱處理: 退 火、正火、淬火、回火；表面熱 處理: 表面淬火、化學(xué)熱處理 意義 將鋼件在固態(tài)下使之 改善內(nèi)部組織和提高其力 學(xué)性能，但不允許改變形狀。 44 2、熱處理工藝方法、熱處理工藝方法 正火 加熱，保溫過程和目的同退火， 只是放到空氣或水中冷卻，比退火 冷卻稍快，珠光體中的 Fe 3C片層 更薄，性能與退火相近 退火指的是將金屬緩慢加熱到一定 溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜 速度冷卻。目的是降低硬度，改善 切削加工性；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定 尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化 晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。 45 目的：目的： 降低表層硬度，利于切削加工； 細(xì)化晶

30、粒，提高塑性和韌性； 消除熱應(yīng)力。 主要應(yīng)用于鑄件、鍛件、焊件等多種毛坯加工 前的預(yù)備熱處理。 應(yīng)用應(yīng)用 46 退火按其鋼種的應(yīng)用不同，分為完全退火、 球化退火和低溫退火三種 完全退火 應(yīng)用：亞共析鋼的鑄、鍛、 焊件。 加熱保溫：Ac3+3050， 奧氏體化； 冷卻：爐冷至500后開爐 空冷。 47 球化退火球化退火 應(yīng)用：過共析鋼(刀具、刃具)鍛坯。 作用：降低硬度，利于切削加工，并為進(jìn)一步淬火 做準(zhǔn)備。 組織變化特征： 加熱、保溫：Ac1 +2030； 冷卻：隨爐緩慢冷卻； 48 低溫退火低溫退火(去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火) 加熱，保溫：加熱，保溫： 500650以下以下( Ac1) 作用：消

31、除熱應(yīng)力。對冷作用：消除熱應(yīng)力。對冷 拔、拔、 冷拉、沖壓件則消除加工硬冷拉、沖壓件則消除加工硬 化，以利于進(jìn)一步變形?；?，以利于進(jìn)一步變形。 49 淬火淬火 加熱，保溫規(guī)范加熱，保溫規(guī)范： 亞共析鋼：亞共析鋼： t = Ac3 + 3050 過共析鋼：過共析鋼： t = Ac1 + 3050 冷卻條件冷卻條件：速冷（油或水中，水中冷卻更快：速冷（油或水中，水中冷卻更快) 50 回火回火 淬火鋼因突顯脆性，一般都要重新加熱才能使用，其淬火后淬火鋼因突顯脆性，一般都要重新加熱才能使用，其淬火后 重新加熱（重新加熱（ Ac1以下）、保溫并冷卻至室溫的熱處理工藝以下）、保溫并冷卻至室溫的熱處理工藝

32、稱為回火。稱為回火。 回火意義回火意義 淬火后因淬火后因“M”為不穩(wěn)定組織，重新加熱時(shí)，為不穩(wěn)定組織，重新加熱時(shí)， 碳原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，將以碳原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，將以 Fe 3C形式析出，致使形式析出，致使 b、HRC降低，降低， %、k提高提高。 51 回火分類回火分類 按淬火后重新加熱溫度不同，可分為三類：按淬火后重新加熱溫度不同，可分為三類： 1）低溫回火（150200） 目的：減小內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，保持良好的原淬 火硬度（5665HRC）和高的耐磨性。 應(yīng)用：工具、刃具、模具及其它耐磨件 52 2）中溫回火中溫回火（350500） 目的：獲得高彈性，保持表面較高硬度目的：獲得高彈性，保持

33、表面較高硬度 （3550HRC），獲得一定的韌性。），獲得一定的韌性。 應(yīng)用：彈簧、發(fā)條、鍛模板。應(yīng)用：彈簧、發(fā)條、鍛模板。 53 (3) 高溫回火高溫回火（500600） 目的：獲得高強(qiáng)度，高塑性和高的沖擊韌性，即良目的：獲得高強(qiáng)度，高塑性和高的沖擊韌性，即良 好的綜合力學(xué)性能。好的綜合力學(xué)性能。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于承受疲勞載荷的中碳鋼重要件，應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于承受疲勞載荷的中碳鋼重要件， 如連桿、主軸、齒輪、重力螺釘?shù)?。硬度如連桿、主軸、齒輪、重力螺釘?shù)?。硬?2035HRC。 淬火后高溫回火也稱為 調(diào)質(zhì)熱處理。中碳鋼（0.40.6C） 也稱為調(diào)質(zhì)鋼。 54 表面淬火和化學(xué)熱處理表面淬火和化學(xué)

34、熱處理 1）表面淬火表面淬火 鋼件表層淬火到一定深度，心部鋼件表層淬火到一定深度，心部 仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火 方法。方法。 2）工藝工藝 鋼件表層快速加熱到淬鋼件表層快速加熱到淬 火溫度（火溫度（ Ac3+3050），當(dāng)高），當(dāng)高 溫來不溫來不 及傳遞到心部而立即噴水及傳遞到心部而立即噴水 冷卻，實(shí)現(xiàn)表層局部淬火。冷卻，實(shí)現(xiàn)表層局部淬火。 幾種常見鋼材幾種常見鋼材 熱軋熱軋 hot rolled steel 錠或鋼坯在常溫下很難變形，不易加工，一般加熱到11001250進(jìn)行軋制 ，這種軋制工藝叫熱軋。大部分鋼材都用熱軋方法軋制。但是因?yàn)樵诟邷叵落摰?表面

35、容易生成氧化鐵皮，使熱軋鋼材表面粗糙，尺寸波動(dòng)較大，所以要求表面光 潔、尺寸精確、力學(xué)性能好的鋼材，以熱軋半成品或成品為原料再用冷軋方法生 產(chǎn)。 冷軋冷軋 COLD ROLLED STEEL 在常溫下軋制，一般理解為冷軋，從金屬學(xué)的觀點(diǎn)看，冷軋與熱軋的界限應(yīng) 以再結(jié)晶溫度來區(qū)分。即低于再結(jié)晶溫度的軋制為冷軋，高于再結(jié)晶溫度的軋制 為熱軋。鋼的再結(jié)晶溫度為450600。 特點(diǎn)特點(diǎn)： 冷軋板表面有一定的光澤度手摸起來比較光滑，類似于那種用來喝水的很常 見的鋼水杯。 熱軋板如未經(jīng)酸洗處理，則與市場上很多普通鋼板的表面相類似，生了銹的 表面為紅色，沒生銹的表面為紫黑色（氧化鐵皮）。 冷軋鋼與熱軋鋼 優(yōu)

36、缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)： 精度更高，冷軋帶鋼厚度差不超過0.010.03mm。 尺寸更薄，冷軋最薄可軋制0.001mm的鋼帶；熱軋現(xiàn)在最薄可達(dá)到0.78mm。 表面質(zhì)量更優(yōu)越，冷軋鋼板甚至可以生產(chǎn)出鏡面表面；而熱軋板的表面則有氧化鐵皮，麻點(diǎn)等缺陷。 冷軋板可以根據(jù)用戶要求調(diào)整其力學(xué)性能如抗拉強(qiáng)度和工藝性能如沖壓性能等。 冷軋和熱軋是兩種不同的軋鋼技術(shù)，顧名思義，冷軋就是在鋼在常溫情況下進(jìn)行扎制，這種鋼的硬度大。 熱軋板硬度低，加工容易，延展性能好。 冷軋板硬度高，加工相對困難些，但是不易變形，強(qiáng)度較高。 熱軋板強(qiáng)度相對較低，表面質(zhì)量差(有氧化、光潔度低)，但塑性好，一般為中厚板，冷軋板：一般為薄板 可以作為沖壓用板。 冷軋鋼板由于有一定程度的加工硬化，韌性低，但能達(dá)到較好的屈強(qiáng)比，用來冷彎彈簧片等零件，同時(shí)由 于屈服點(diǎn)較靠近抗拉強(qiáng)度，所以使用過程中對危險(xiǎn)沒有預(yù)見性，在載荷超過許用載荷時(shí)容易發(fā)生事故。 所有金屬都和大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，在表