工程材料知識點(diǎn)(修改版)

1、材料的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn) 1.（考點(diǎn)）晶體與非晶體：晶體：長程（遠(yuǎn)程）有序排列非晶體：短程（近程）有序排列固態(tài)金屬一般情況下都是晶體。2、三種常見金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格，致密度為0.68（Mo、W、V、Fe）密排面：1 1 0密排方向：<1 1 1>面心立方晶格，致密度為0.74（Al、Cu、Fe、金、銀）密排面：1 1 1密排方向：<1 1 0>密排六方晶格，致密度為0.74（Mg、Zn等）3、金屬中的晶面和晶向晶面族：原子排列相同，空間位向不同的晶面晶向族：原子排列相同，空間位向不同的晶向注意：表示方式相同的晶面和晶向互相垂直，例如：<1 1 0>晶向垂

2、直于1 1 0晶面密排面與密排方向：原子密度最大的晶面（晶向）4、 （考點(diǎn)）實(shí)際金屬中的晶體缺陷點(diǎn)缺陷（空位，間隙原子）線缺陷（位錯(cuò)）面缺陷（晶界與亞晶界）5、合金的晶體結(jié)構(gòu)：固溶體、金屬化合物6、金屬材料的力學(xué)性能：塑性：斷后伸長率和斷面收縮率越大，塑性越好（考點(diǎn)）硬度：布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度HV、肖氏硬度HS三者關(guān)系：HBHV10HRC HBHV6HS7、（考點(diǎn)）擴(kuò)散的概念及影響因素：概念：原子在金屬晶體中移動(dòng)距離超過其平均原子間距的遷移現(xiàn)象。影響因素：1.溫度 2.晶體結(jié)構(gòu) 3.表面及晶體缺陷金屬材料的組織和性能控制1、 純金屬的結(jié)晶：過冷：液態(tài)金屬實(shí)際冷卻到結(jié)晶溫度以下而

3、暫不結(jié)晶的現(xiàn)象。冷卻曲線中出現(xiàn)平臺的原因：由于液態(tài)原子的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)原子有序狀態(tài)時(shí)放出結(jié)晶潛熱，抵消了向外界散發(fā)的熱量，而保持結(jié)晶溫度不變。純金屬的結(jié)晶過程（形核和長大）形核：非自發(fā)形核和自發(fā)形核，其中非自發(fā)形核占主導(dǎo)地位。長大：平面長大和樹枝狀長大，其中樹枝狀長大得到樹枝晶。注意：金屬容易過冷，一般均以樹枝狀長大方式結(jié)晶Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（二次結(jié)晶、重結(jié)晶）：體心（1538-1394）面心（1394-912）體心（912以下）(此公式為考點(diǎn)) 2、 合金的結(jié)晶： 勻晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)、共析反應(yīng)注意：勻晶反應(yīng)冷卻較快會發(fā)生枝晶偏析，應(yīng)用擴(kuò)散退火消除。（重點(diǎn)，大題）3、 鐵碳合金相

4、圖：鋼類共析鋼（W（C）=0.77%）過程：L（L+A）AA+P（F+Fe3C）P組織組成物：全為P（珠光體：鐵素體與滲碳體的共析混合物）組成相：F+Fe3C典型鋼種：T8鋼亞共析鋼（0.0218<W（C）<0.77）過程：L（L+）（L+A）（L+A）A（A+F）（A+F+P）（F+P）組織組成物：F+P組成相：F+Fe3C典型鋼種：45鋼過共析鋼（0.77<W（C）<2.11）過程：L（L+A）A（A+Fe3C）（A+Fe3C+P）（P+Fe3C）組織組成物：Fe3C+P組成相：F+Fe3C典型鋼種：T10鋼白口鑄鐵類共晶白口鑄鐵（W（C）=4.3）過程：L（L+L

5、e（A+Fe3C）Le（A+Fe3C+Fe3C）Le（A+P+Fe3C+Fe3C）Le(P+Fe3C+Fe3C)組織組成物：全為Le組成相：F+Fe3C亞共晶白口鑄鐵（2.11<W（C）<4.3）過程：LL+AL+LeLe+ALe+A+Fe3CLe+A+P+Fe3CLe+P+Fe3C組織組成物：P+Fe3C+Le組成相：F+Fe3C過共晶白口鑄鐵（4.3<W（C）<6.69）過程：LL+Fe3CL+Fe3C+LeFe3C+LeFe3C+Le（A、P共存）Fe3C+Le（有P無A）總結(jié)：含碳量小于0.0218%的合金組織全為F； 含碳量為0.77%時(shí)全為P； 含碳量為4.

6、3%時(shí)全為Le； 含碳量為6.69%時(shí)全為Fe3C。例題：T12鋼加熱到A+Fe3C相區(qū)保溫，A中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 45號鋼加熱到F+A相區(qū)保溫，A中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。附：相：又稱高溫F，是碳在-Fe中的間隙固溶體，體心立方晶格相：鐵素體F，是碳在-Fe中的間隙固溶體，體心立方晶格相：奧氏體A，是碳在-Fe中的間隙固溶體，面心立方晶格萊氏體：Le，A與Fe3C的共晶混合物，Le中的滲碳體稱為共晶滲碳體珠光體：P，F(xiàn)與Fe3C的共析混合物共晶反應(yīng)溫度：1148共析反應(yīng)溫度：7274、 金屬的塑性加工（考點(diǎn)）金屬的塑性變形：滑移和孿生滑移的本質(zhì)：晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下

7、運(yùn)動(dòng)的結(jié)果面心立方晶格比體心立方晶格塑性好的原因：滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲?，雖然滑移系相同，但是面心立方晶格的滑移方向比體心立方晶格的多，所以面心立方晶格的塑性更好。塑性變形（冷加工）對金屬組織和性能的影響：、對組織的影響1）晶粒變形，形成纖維組織；2）亞結(jié)構(gòu)形成，細(xì)化晶粒；3）形成形變織構(gòu)（絲織構(gòu)和板織構(gòu)P89）；、對性能的影響1） （考點(diǎn)）加工硬化：隨形變度的增大，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降。也叫形變強(qiáng)化。2） 產(chǎn)生各向異性：由于纖維組織和形變織構(gòu)的形成，使金屬的性能產(chǎn)生各向異性。例如：用有織構(gòu)的板材沖制筒型零件時(shí)，由于在不同方向上塑性差別很大，零件的邊緣出現(xiàn)“

8、制耳”。3） 金屬的物理、化學(xué)性能發(fā)生變化。4） 產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力：金屬內(nèi)部形變不均勻，位錯(cuò)、空位等晶體缺陷增多，導(dǎo)致金屬內(nèi)部產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。5、 塑性變形和再結(jié)晶的工程應(yīng)用金屬的熱加工（鋼材的熱鍛和熱軋）在金屬的再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工稱為熱加工。對組織性能的影響：使鑄態(tài)金屬中的氣孔、疏松、微裂紋壓合，提高金屬的致密度，減輕甚至消除樹枝晶偏析和改善夾雜物、第二相分布等。明顯提高金屬的強(qiáng)度、韌性和塑性；破碎鑄態(tài)金屬中的粗大樹枝晶和柱狀晶，并通過再結(jié)晶獲得等軸細(xì)晶粒，使金屬的力學(xué)性能全面提高。金屬的冷加工（低碳鋼的冷軋、冷拔、冷沖）冷加工會使金屬材料的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降，產(chǎn)生加工硬

9、化現(xiàn)象。注意：鋼材的切削加工也屬于冷加工，也會產(chǎn)生加工硬化。由于加工硬化而使奧氏體不銹鋼的切削較為困難。噴丸強(qiáng)化再結(jié)晶退火（消除加工硬化現(xiàn)象）為了縮短時(shí)間，實(shí)際采用的再結(jié)晶退火溫度比該金屬的最低再結(jié)晶溫度要高100200。（考點(diǎn)）Tr=0.4Tm (K) (其中Tr是最低再結(jié)晶溫度，Tm是金屬的熔點(diǎn))6、 鋼的熱處理鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體化：將鋼加熱到臨界溫度以上，獲得全部或部分奧氏體組織。共析鋼必須加熱到727（A1）以上時(shí)，完全轉(zhuǎn)變成奧氏體；亞共析鋼必須加熱到GS（A3）以上；過共析鋼必須加熱到ES（Acm）線以上。影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素：1） 加熱溫度：溫度越高，轉(zhuǎn)變越快；2） 加熱速

10、度：加熱速度越快，轉(zhuǎn)變越快；3） 鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，滲碳體越多，相界面增大，奧氏體核心增多，轉(zhuǎn)變速度越快；4） 合金元素：鈷、鎳增大碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，加快奧氏體化；鉻、鉬、釩減小碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，減慢奧氏體化；硅、鋁、錳對碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度影響不大，不影響奧氏體化過程。5） 原始組織奧氏體的晶粒度及其影響因素某一具體熱處理或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度叫做實(shí)際晶粒度。鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長大的傾向用本質(zhì)晶粒度來表示。本質(zhì)晶粒度：鋼加熱到（930±10），保溫8h，冷卻后測得的晶粒度叫做本質(zhì)晶粒度。如果測得的晶粒細(xì)小，則該鋼成為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，反之為本質(zhì)粗晶

11、粒鋼。影響因素：1） 加熱溫度和保溫時(shí)間溫度越高，晶粒長大越明顯，A也越粗大2） 鋼的化學(xué)成分鋼中加入能形成穩(wěn)定碳化物的元素和能生成氧化物和氮化物的元素，有利于獲得本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，因?yàn)樘蓟铩⒀趸?。氮化物分布在晶界上，阻礙晶粒長大。Mn和P使促進(jìn)晶粒長大的元素。鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變等溫處理：將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下的給定溫度，進(jìn)行保溫，在該溫度恒溫轉(zhuǎn)變。連續(xù)冷卻：將鋼以某種速度連續(xù)冷卻，使其在臨界點(diǎn)以下變溫連續(xù)轉(zhuǎn)變。1）過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變A、共析鋼過冷奧氏體的兩個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)：、高溫轉(zhuǎn)變（也稱珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（A1550）擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：P（S T）。注意：P S T均為Fe和Fe3C的機(jī)械混合物，

12、只是層片粗細(xì)不同，轉(zhuǎn)變溫度越低，層間距越小。、中溫轉(zhuǎn)變（也稱貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（550Ms）半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：貝氏體組織（鐵碳化合物分布在碳過飽和的鐵素體基體上的兩相混合物）（考點(diǎn)簡答題）上貝氏體（350550）：羽毛狀，小片狀滲碳體分布在成排的鐵素體之間。強(qiáng)度和韌性較差。下貝氏體（350Ms）：黑色針狀，硬度高，韌性好，有較好的綜合力學(xué)性能。B、亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變亞共析鋼隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，C曲線的位置往右移，Ms、M f線往下移。、高溫轉(zhuǎn)變（與共析鋼類似，只是先有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)镕，其余的過冷A再轉(zhuǎn)變?yōu)镻）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：F+P（S T）例如：45鋼過冷A在600650等溫轉(zhuǎn)變后，產(chǎn)物為

13、F+S。C、過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過共析鋼隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，C曲線的位置往左移，Ms、M f線往下移。、高溫轉(zhuǎn)變（與共析鋼類似，只是先析出二次滲碳體，其余的過冷A在轉(zhuǎn)變?yōu)镻）例如：T10鋼過冷A在A1650等溫轉(zhuǎn)變后，產(chǎn)物為Fe3C+P。2）過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（實(shí)際生產(chǎn)中較多的情況）A、共析鋼（一）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物爐冷：過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)镻，粗片狀組織，硬度為170220HB空冷：過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)镾，細(xì)片狀組織，硬度為2535HRC油冷：過冷A先有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)門，剩余的過冷A冷卻到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)镸，冷卻到室溫時(shí)，殘留一部分A。（T+M+剩余A）硬度為4555HRC。水冷：過冷A將直接轉(zhuǎn)變?yōu)镸，冷

14、卻到室溫時(shí)，殘留一部分A。（M+A）a、過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)镸為低溫轉(zhuǎn)變過程（非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變），轉(zhuǎn)變溫度在MsM f之間，該溫區(qū)稱為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。馬氏體（M）：碳在Fe中的過飽和固溶體b、馬氏體形成速度很快c、馬氏體轉(zhuǎn)變是不徹底的，總要?dú)埩粝律倭緼d、馬氏體形成時(shí)體積膨脹，在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)將使被處理零件開裂（2） 馬氏體分類板條狀（低碳）馬氏體（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.25%），由于板條狀M內(nèi)有大量位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)，所以低碳M也稱位錯(cuò)M；針狀（高碳）馬氏體（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%），由于針狀M內(nèi)有大量孿晶，因此高碳M也稱孿晶M。（三）馬氏體性能特點(diǎn)1、硬度很高，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，硬度越高2、比容比

15、A大，當(dāng)A轉(zhuǎn)變?yōu)镸時(shí)，體積會膨脹3、M是是一種鐵磁相，在磁場中呈現(xiàn)磁性；A是一種順磁相，在磁場中無磁性4、晶格畸變導(dǎo)致電阻率高B、亞共析鋼（1） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（無剩余A）爐冷：F+P；空冷F+S；油冷：T+M；水冷：M與共析鋼不同，亞共析鋼過冷A在高溫時(shí)有一部分將轉(zhuǎn)變?yōu)镕；在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)會有少量貝氏體（上B）產(chǎn)生。如油冷產(chǎn)物為：F+T+上B+M，F(xiàn)和上B量少，有時(shí)也忽略不計(jì)。C、過共析鋼（1） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（有剩余A）爐冷：P+Fe3C；空冷：S+Fe3C；油冷：T+M+剩余A；水冷：M+剩余A（考點(diǎn)：死脖子復(fù)印的資料P64-72）鋼的普通熱處理熱處理：將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改

16、變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝。退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝叫做退火。A、 完全退火：1、又稱重結(jié)晶退火，主要用于亞共析鋼。是把鋼加熱到Ac3以上2030，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻（隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻），以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。2、產(chǎn)物：F+P3、目的：通過重結(jié)晶，使加工造成的粗大、不均勻組織均勻化和細(xì)化，以提高性能；或使中碳以上的碳鋼和合金鋼得到近平衡狀態(tài)的組織，以降低硬度，改善切削加工性能。由于冷卻速度緩慢，還可消除內(nèi)應(yīng)力。B、 等溫退火1、 等溫退火是把鋼件或毛坯加熱到Ac3（或Ac1）的溫度，保溫后，較快

17、的冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)的某一溫度，并等溫保持，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。2、 產(chǎn)物：主要為P3、 目的：與完全退火相同，但轉(zhuǎn)變較易控制，能獲得均勻組織，對于A較穩(wěn)定的合金鋼可短退火時(shí)間。C、 球化退火1、 球化退火是使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。主要用于過共析鋼、共析鋼，如工具鋼、滾珠軸承鋼等。2、 目的：使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化（退火前需先進(jìn)行正火使網(wǎng)狀二次滲碳體破碎），以降低硬度，改善切削加工性能，為以后的淬火組織做準(zhǔn)備。3、 產(chǎn)物：T12鋼球化退火后，鐵素體基體上分布著細(xì)小均勻的球狀滲碳體，叫球化體。D、 擴(kuò)散退火1、 為了減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組織

18、的不均勻性，將其加熱到略低于固相線溫度，長時(shí)間保溫并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，也稱均勻化退火。2、 加熱溫度：鋼的熔點(diǎn)以下100200，保溫時(shí)間一般為1015h。加熱溫度提高時(shí)，擴(kuò)散時(shí)間可以縮短3、 擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進(jìn)行完全退火或正火處理。E、 去應(yīng)力退火1、 為消除鑄造、鍛造和機(jī)加工、冷變形等冷熱加工在工件中造成的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的低溫退火。2、 將工件加熱至低于Ac1的某一溫度（一般為500650），保溫，然后隨爐冷卻3、 可以消除50%80%的內(nèi)應(yīng)力，不引起組織變化正火：鋼材或鋼件加熱到Ac3（對于亞共析鋼）、Ac1（對于共析鋼）、Acm（對于過共析鋼）以上3050，保

19、溫適當(dāng)時(shí)間后，在自由流動(dòng)的空氣中均勻熱處理稱為正火。1、 正火后的產(chǎn)物：亞共析鋼為F+S；共析鋼為S；過共析鋼為S+Fe3C2、 正火的目的：A、 作為最終熱處理：正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化，減少亞共析鋼中F的含量，使P含量增多并細(xì)化，從而提高鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性。對于普通結(jié)構(gòu)鋼零件，力學(xué)性能要求不很高時(shí)，可把正火作為最終熱處理。B、 作為預(yù)先熱處理：截面較大的合金結(jié)構(gòu)鋼件，在淬火或調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）前進(jìn)行正火，以消除魏氏組織和帶狀組織，并獲得細(xì)小而均勻的組織。對于過共析鋼可減少二次滲碳體，并使其避免形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火做組織準(zhǔn)備。C、 改善切削加工性能：低碳鋼或低碳合金鋼退火

20、后硬度太低，不便于切削加工。正火后可提高其硬度，改善其切削加工性能。淬火：將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻以得到馬氏體組織的熱處理工藝成為淬火。淬火是鋼的最重要的強(qiáng)化方法。A、 （考點(diǎn)）淬火溫度的選定1、亞共析鋼：Ac3以上3050；亞共析鋼加熱到Ac3溫度以下時(shí)，淬火組織中會保留鐵素體，使鋼的硬度降低。2、共析鋼和過共析鋼：Ac1以上3050；過共析鋼加熱到Ac1以上時(shí)，組織中保留少量二次滲碳體，而有利于提高鋼硬度和耐磨性，此時(shí)奧氏體中的碳含量不太高，可降低馬氏體的脆性，還能減少殘余A的含量。3、如果淬火溫度太高，會形成粗大的馬氏體，使力學(xué)性能惡化，同時(shí)也會增大淬火應(yīng)力，使

21、變形和開裂傾向增大。B、加熱時(shí)間的選定：升溫和保溫兩個(gè)階段1、加熱時(shí)間：以裝爐后爐溫達(dá)到淬火溫度所需時(shí)間為升溫階段2、一般保溫時(shí)間為15分鐘/mmC、淬火冷卻介質(zhì)：常用介質(zhì)為水和油D、淬火方法：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火和等溫淬火1、 單介質(zhì)淬火：工件在一種介質(zhì)（水或油）中冷卻優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用廣泛缺點(diǎn)：水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大件淬不硬。2、 雙介質(zhì)淬火：工件先在較強(qiáng)冷卻能力介質(zhì)中冷卻至300左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如先油淬后水淬。優(yōu)點(diǎn)：可有效減少熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，減小工件變形開裂的傾向。缺點(diǎn)：難以掌握雙液

22、轉(zhuǎn)換時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過早易淬不硬，轉(zhuǎn)換過時(shí)易淬裂。用于：形狀復(fù)雜、截面不均勻的工件淬火。3、 分級淬火：工件迅速放入鹽浴或堿浴爐（溫度略高于或略低于Ms點(diǎn)）保溫25min，然后取出空冷進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變。優(yōu)點(diǎn)：大大減小淬火應(yīng)力，防止變形開裂；適用范圍：分級溫度略高于Ms點(diǎn)的分級淬火適合小件的處理（如刀具）；分級溫度略低于Ms點(diǎn)的分級淬火適合大件的處理，在Ms點(diǎn)以下分級的效果更好。例如：高碳模具鋼在160堿浴中分級淬火，既能淬硬，變形又小。4、 等溫淬火：工件迅速放入鹽?。}浴溫度在貝氏體區(qū)的下部，稍高于Ms點(diǎn)）中，等溫停留較長時(shí)間，直到貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷，獲得下貝氏體組織。用于：中碳以上的鋼，目的

23、是為了獲得下B組織，以提高強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。注意：低碳鋼一般不采用等溫淬火E、鋼的淬透性：鋼在淬火時(shí)形成馬氏體的能力1、測定方法：末端淬火法2、鋼的淬硬性：鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，主要取決于馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，淬硬性越高。3、影響淬透性的因素a、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)亞共析鋼：隨著C質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，淬透性降低過共析鋼：隨著C質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，淬透性降低所以，三者中共析鋼的淬透性最好（T8鋼）b、合金元素除Co以外，其余合金元素溶于A之后，降低臨界冷卻溫度，使C曲線右移，提高鋼的淬透性。所以，合金鋼的淬透性比碳鋼的要好c、奧氏體化溫度提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長大，成分均勻，可減

24、少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻溫度，提高淬透性。d、鋼中未溶第二相未溶入鋼的雜質(zhì)會成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性?；鼗穑轰摷慊鸷?，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的組織和性能，將其加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。A、 低溫回火回火溫度：150250產(chǎn)物：回火馬氏體+殘余奧氏體目的：降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性，保證淬火后的高硬度和高耐磨性。用途：各種高碳鋼工具、模具、滾動(dòng)軸承及滲碳和表面淬火的零件。B、中溫回火回火溫度：300500產(chǎn)物：回火屈氏體（鐵素體仍保持馬氏體的形態(tài)，滲碳體比回火馬氏體中的碳化物粗）目的：獲得具有高的彈性極限

25、和屈服強(qiáng)度，同時(shí)具有一定韌性的回火屈氏體。用途：主要用于各類彈簧C、高溫回火回火溫度：500650產(chǎn)物：回火索氏體目的：獲得強(qiáng)度、塑性和韌性都比較好的回火S調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火用途：各種重要的機(jī)器結(jié)構(gòu)件，如：連桿、軸、齒輪等受交變載荷的零件。也可作為某些精密工件如量具、模具等的預(yù)先熱處理。鋼的表面熱處理（考點(diǎn)）1. 感應(yīng)加熱2. 火焰加熱3. 激光加熱鋼的化學(xué)熱處理（考點(diǎn)）1. 滲碳1. 固體滲碳2. 液體滲碳3. 氣體滲碳=k()(1/2) （其中為滲碳層厚度，為保溫時(shí)間）2. 氮化1. 氣體滲氮2. 離子氮化3. 氰化1. 中溫氣體氰化2. 低溫氣體氰化第3章 碳鋼、合金鋼碳鋼碳鋼的成

26、分及分類A、 碳鋼的成分：主要由Fe、C、Mn、Si、S、P 6種元素組成。注意：Mn、Si有利于改善鋼的力學(xué)性能； S易使鋼發(fā)生熱脆（高溫鍛軋時(shí)開裂）；P易使鋼發(fā)生冷脆（室溫脆性增加）（考點(diǎn)）B、按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類：低碳鋼W（C）0.25%中碳鋼0.25%W（C）0.6%高碳鋼W（C）0.6（考點(diǎn)）C、按鋼的質(zhì)量分類：普通碳素鋼W（S）0.040%；W（P）0.040%優(yōu)質(zhì)碳素鋼W（S）0.035%；W（P）0.035%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼；W（S）0.030%；W（P）0.030% 碳鋼的牌號及用途A、 碳素結(jié)構(gòu)鋼（普通碳素鋼）（考點(diǎn)）1、符號：Q+屈服強(qiáng)度；牌號后面標(biāo)注字母ABCD表示鋼材質(zhì)量

27、等級不同，D最高；F、Z、TZ分別表示沸騰鋼（脫氧程度最低）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧程度中等）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（脫氧程度最高）2、用途：Q195、215、235A、235B通常軋制成鋼筋、鋼板、鋼管等，可用于橋梁、建筑物等構(gòu)件，也可用作普通螺釘、螺帽、鉚釘?shù)?；Q235C、235D可用于重要的焊接件；Q235、275強(qiáng)度較高，可軋制成鋼、鋼板做構(gòu)件用。3、熱處理：一般不需進(jìn)行熱處理，在熱軋狀態(tài)下使用。但對某些零件，也可進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等處理，以提高其使用性能。B、 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（考點(diǎn)）1、 符號：平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)的數(shù)字表示，例如20鋼即表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%；若鋼中Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，則在鋼號

28、后加Mn；高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼分別以A、E表示；保證淬透性用鋼用H表示2、 用途：10、20鋼可做沖壓件及焊接件，熱處理后也可制造軸、銷等零件； 35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理后，用來制造齒輪、軸類、套筒等零件； 60、65鋼主要用來制造彈簧。實(shí)例：教材P142 實(shí)例1 2 3（包括熱處理工藝，仔細(xì)看）注意：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼使用前一般要經(jīng)過熱處理C、 碳素工具鋼1、 符號：碳素工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.65%1.35%之間，用平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)來表示，數(shù)字前加“T”。2、 用途：制造各種刃具、；量具、模具等例如：T7 8鋼硬度高、韌性較高，可制造沖頭、鑿子、錘子等工具； T9 10 11鋼

29、硬度高、韌性適中，可制造鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸條等刃具及冷作模具； T12 13鋼硬度高、韌性較低，可制造銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。注意：碳素工具鋼使用前都要經(jīng)過熱處理！實(shí)例：教材P143 實(shí)例1 2（包括熱處理工藝，仔細(xì)看）合金鋼（考點(diǎn)）合金鋼的分類我國采用按用途來分類：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、（特殊性能鋼不做要求）（考點(diǎn)）合金鋼的編號1、 結(jié)構(gòu)鋼：萬分之一為單位的數(shù)字（兩位數(shù)），例如：40Cr，平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%；2、 工具鋼：千分之一為單位的數(shù)字（一位數(shù)），當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出，例如：5CrMnMo，平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，CrWMn，平均碳質(zhì)量分

30、數(shù)大于1.0%合金結(jié)構(gòu)鋼（考點(diǎn)）A、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（代表鋼種Q295、Q345、Q420）1）、用途：制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。2）、性能要求：高強(qiáng)度、高韌性、良好的冷成型性能和焊接性能、低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度、良好的耐蝕性。3）、成分特點(diǎn)：低碳（不超過0.20%）、加入Mn為主的合金元素、加入鈮、鈦、釩等輔加元素、加入少量Cu和P可提高耐腐蝕性能、加入少量稀土元素可脫硫。4）、熱處理特點(diǎn)：一般在熱軋（相當(dāng)于正火）空冷狀態(tài)下使用；在有特殊需要時(shí)，如為了改善焊接區(qū)性能，可進(jìn)行一次正火處理。5）組織組成物：使用狀態(tài)下一般為鐵素體+細(xì)珠光體（S）B、合金滲碳鋼1

31、) 、用途：主要用于制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件。2) 性能要求：表面滲碳層硬度高、心部具有足夠高的韌性和強(qiáng)度、有良好的熱處理工藝性能（在較高的滲碳溫度下，A晶粒不易長大，并具有良好的淬透性）3) 成分特點(diǎn)：低碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.10%0.25%之間，以保證零件心部有足夠的塑性和韌性加入提高淬透性的合金元素（Cr、Ni、Mn）加入阻礙A晶粒長大的元素（Ti、V、W、Mo）4） 、鋼種及用途：低淬透性：20Cr，淬透性低，心部強(qiáng)度較低，只適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、活塞銷、小齒輪等。 中淬透性：20CrMnTi，淬透性較高，有良好的力學(xué)性能和

32、工藝性能，因此大量用于制造承受高速中載、要求抗沖擊和耐磨損的零件，特別是汽車、拖拉機(jī)上的重要零件。（考點(diǎn)）20CrMnTi工藝流程：鍛造正火加工齒形非滲碳部位鍍銅保護(hù)滲碳預(yù)冷直接淬火低溫回火噴丸磨齒高淬透性：18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A，不但淬透性很高，還具有很好的韌性。主要用于只在大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克中的曲軸及重要齒輪等。5） 、熱處理工藝：滲碳后直接淬火（900950）+低溫回火6） 、熱處理后的組織：表面滲碳層為合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余A 心部組織完全淬透時(shí)為低碳回火馬氏體；多數(shù)情況下是T+回火M+少量F。C、合金調(diào)質(zhì)鋼1） 、用途：廣泛用于制造汽車

33、、拖拉機(jī)、機(jī)床和其他機(jī)器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。2） 性能要求：高強(qiáng)度、良好的塑性和韌性、很好的淬透性。3） 成分特點(diǎn)：中碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.25%0.50%之間，大多數(shù)為0.4%。碳量過低不易淬硬，回火后強(qiáng)度不夠；碳量過高則韌性不夠。加入提高淬透性的元素：如Cr、Mn、Ni、Si、B等。這些元素除了能提高淬透性外，還能形成合金滲碳體，提高鋼的強(qiáng)度。加入防止第二類回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼，高溫回火慢冷時(shí)易產(chǎn)生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性。其適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：W（Mo）=0.15%0.30%或W（W）=0.8%1.2%。

34、4） 、鋼種及牌號：低淬透性：臨界油淬直徑為3040mm，典型鋼種40Cr，廣泛用于制造一般尺寸的重要零件。中淬透性：臨界油淬直徑為4060mm，典型鋼種35CrMo，用于制造截面較大的零件，如曲軸、曲桿等。Mo的加入不僅能提高淬透性，還能防止第二類回火脆性。高淬透性：臨界油淬直徑為60100mm，典型鋼種40CrNiMo，不但具有好的淬透性，還可消除第二類回火脆性，用于制造大截面、重載荷的零件，如汽輪機(jī)主軸、葉輪、航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸等。5） 、熱處理：淬火+高溫回火（即調(diào)質(zhì)），淬火一般采用油淬；回火溫度一般在500650。得到的組織為回火S。D、合金彈簧鋼1） 用途：制造各種彈簧和彈性元件。屬于專

35、用結(jié)構(gòu)鋼。2） 性能要求：高彈性極限、高疲勞強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性；較好的淬透性等。3） 成分特點(diǎn)：中高碳（一般為0.50%0.70%），過高時(shí)，塑性、韌性降低，疲勞強(qiáng)度也有下降。 加入以Si、Mn為主的提高淬透性的元素。4）、熱處理：淬火+中溫回火（450550），得到回火屈氏體組織E、滾動(dòng)軸承鋼1） 、用途：主要用來制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等。也屬于專用結(jié)構(gòu)鋼。從化學(xué)成分上看它屬于工具鋼，所以也用來制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。2） 性能要求：滾動(dòng)軸承工況復(fù)雜而苛刻，因此對軸承鋼的性能要求很高。高的接觸疲勞強(qiáng)度 高的硬度和耐磨性 足夠的韌性和淬透性 在大

36、氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺寸穩(wěn)定性。3） 成分特點(diǎn)：高碳：一般為0.95%1.10%，以保證高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性；Cr為基本合金元素：Cr提高淬透性；形成合金滲碳體(Fe，Cr)3C，呈細(xì)密、均勻分布，提高鋼的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。加入Si、Mn、V等：Si、Mn進(jìn)一步提高鋼的淬透性，便于制造大型軸承；V部分溶于奧氏體中，部分形成VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱（熱加工時(shí)A晶粒長大）。嚴(yán)格控制夾雜物含量！4、 鋼種和牌號：Cr軸承鋼：典型鋼種GCr15，使用量占軸承鋼的絕大部分。除制造軸承外也常用來制造冷沖模、量具、絲錐等。添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼：加入Si、Mn可提高淬透

37、性，鋼種有GCr15SiMn、GCr15MnMoV等；加入Mo、V可得到無Cr的軸承鋼，如GSiMnMoV。5、 熱處理工藝：預(yù)先熱處理：球化退火目的：不僅降低鋼的強(qiáng)度，利于切削加工，更重要的是獲得細(xì)的球狀珠光體和均勻分布的細(xì)狀碳化物，為零件的最終熱處理做組織準(zhǔn)備。最終熱處理：淬火+低溫回火（GCr15的淬火溫度嚴(yán)格控制在820840范圍內(nèi)；回火溫度一般為150160）目的：得到極細(xì)的回火M+均勻分布的粒狀碳化物+少量殘余A淬火后立即進(jìn)行冷處理，并在回火和磨削加工后進(jìn)行低溫時(shí)效處理。目的：穩(wěn)定尺寸，去除內(nèi)應(yīng)力和殘余A的轉(zhuǎn)變。合金工具鋼A、 合金刃具鋼1） 用途：主要用于制造各種金屬切削工具，如

38、車刀、銑刀、鉆頭等。2） 性能要求：高硬度、高耐磨性、高熱硬性（高溫下保持高硬度的能力）、足夠的塑性和韌性。3） 成分特點(diǎn)：低合金刃具鋼（工作溫度不超過300，用于低速切削）：a、 高碳，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%1.1%b、 加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素。Cr、Mn、Si主要提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回火穩(wěn)定性，W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加熱時(shí)過熱，保持細(xì)小的晶粒。高速鋼（高合金刃具鋼，具有很高的熱硬性，高速切削中溫度達(dá)600時(shí)硬度無明顯下降）a、高碳，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.70%以上，最高可達(dá)1.5%左右b、加入Cr、W、Mo、V等元素c、 加入Cr提高淬透性；加入W、Mo保證鋼

39、的熱硬性d、 V能大大提高鋼的硬度和耐磨性，同時(shí)能阻礙奧氏體長大，細(xì)化晶粒。4） 鋼種及牌號：低合金刃具鋼：典型鋼種9SiCr，廣泛用于制造各種低速切削的刃具，如板牙、絲錐等，也常用作冷沖模。注意：冷作模具鋼9Mn2、CrWMn也可制造刃具，如板牙、絲錐、拉刀、鉸刀等高速鋼：典型鋼種，鎢系W18Cr4V（熱硬性較好）、鎢-鉬系W6Mo5Cr4V2（耐磨性、高溫塑性和韌性較好）5） 加工及熱處理特點(diǎn)低合金刃具鋼：加工過程：球化退火機(jī)加工淬火+低溫回火淬火溫度應(yīng)根據(jù)工件形狀、尺寸及性能要求嚴(yán)格控制，一般都要預(yù)熱；回火溫度為160200。熱處理后的組織為：回火M+碳化物+少量殘余A高速鋼：屬于萊氏體鋼鍛造球化退火淬火+三次回火（550570）球化退火：溫度為Ac1+3050，得到索氏體基體和均勻分布的細(xì)小粒狀碳化物淬火：必須進(jìn)行二次預(yù)熱（500600、800850），淬火后的組織為：淬火M+碳化物+大量殘余A回火：在550570回火三次，為了逐步減少殘余A的含量?；鼗鸷蟮慕M織為：回火M+碳化物+少量殘余AB、 合金模具鋼冷作模具鋼（工作溫度不超過200300）1） 用途：制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等。2） 性能要求：高硬度、高耐磨性、足夠的韌性和疲勞抗力、熱處理變形小。3） 成分特點(diǎn)：a、 高含碳量：多在1.0%以上，個(gè)別甚至