金屬材料的基礎(chǔ)知識

機(jī)械制造基礎(chǔ)概念與主要內(nèi)容機(jī)械制造基礎(chǔ)：是一門研究有關(guān)制造金屬零件工藝方法的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。它主要研究：（1）各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系；（2）金屬機(jī)件的加工工藝過程和結(jié)構(gòu)工藝性；（3）常用金屬材料性能對加工工藝的影響等。課程的性質(zhì)、任務(wù)和要求性質(zhì)：研究常用工程材料及其成形方法的綜合性課程體現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)密切結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課程任務(wù)和要求：了解產(chǎn)品的制造過程掌握常用工程材料的種類與性能，能初步選用掌握材料成形的基本原理和工藝特點(diǎn)，能初步運(yùn)用參考文獻(xiàn)1．金屬工藝學(xué)，鄧文英，高等教育出版社（第五版），2007年2．機(jī)械制造工程實(shí)訓(xùn)，周繼烈、姚建華，科技出版社，2005年3．工程材料，戴枝榮，高等教育出版社，1992年

學(xué)習(xí)方法為了應(yīng)付考試？認(rèn)真聽課、筆記、作業(yè)為了工作需要？認(rèn)真讀懂教材和參考書為了擴(kuò)大知識面？廣泛涉及課外書籍、勤于思考第一篇金屬材料的基本知識第一章金屬材料的主要性能第一節(jié)

金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。力學(xué)性能指標(biāo)是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。一、強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度：材料抵抗由外力載荷所引起的應(yīng)變或斷裂的能力。塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生不可逆永久變形而不破壞的能力。試驗(yàn)方法：拉伸試驗(yàn)。低碳鋼拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線F——Δl：載荷伸長量拉伸曲線σ——ε：應(yīng)力應(yīng)變曲線第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能屈服極限S強(qiáng)化階段彈性極限P屈服階段強(qiáng)度極限B頸縮階段彈性階段第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)：1.屈服點(diǎn)應(yīng)力（屈服強(qiáng)度）

σs=Fs/A0(MPa)

2．抗拉強(qiáng)度

σb=Fb/A0(Mpa)第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能塑性指標(biāo)：(1)伸長率：δ=（L1-L0）/L0×100%(2)斷面收縮率：φ=（A0-A1）/A0×100%第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能二、硬度固體材料抵抗塑性變形、壓入或壓痕的能力。直接影響到材料的耐磨性及切削加工性。硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等。金屬材料的硬度可用專門儀器來測試，常用的有布氏硬度機(jī)、洛氏硬度機(jī)等。第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)原理圖

式中：F—試驗(yàn)力，N；

D—壓頭的直徑,mm

HBS：用淬火鋼球測出的硬度值。HBW：用硬質(zhì)合金球測出的硬度值。第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能布氏硬度的特點(diǎn)：HB值的測試數(shù)字比較穩(wěn)定。不能試驗(yàn)太硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。壓痕面積較大，不宜成品檢驗(yàn)。通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。

第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)原理圖

試驗(yàn)時，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力，壓入試樣表面之后，去除主試驗(yàn)力，根據(jù)試樣殘余壓痕深度增量來衡量試樣的硬度大小。刻度盤讀數(shù)，HRA、HRB….，其中以HRC應(yīng)用最廣。第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能洛氏硬度的特點(diǎn)：壓痕很小，幾乎不損傷工件表面；硬度重復(fù)性較差，需不同部位測量數(shù)次；在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。幾種硬度與抗拉強(qiáng)度有一定的換算關(guān)系，查表。第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力叫做沖擊韌度。常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來測定金屬材料的沖擊韌度(大能量、一次沖斷）。試驗(yàn)表明，在沖擊載荷不太大的情況下，金屬材料承受多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于強(qiáng)度。沖擊值對組織缺陷很敏感，因此沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理等工藝質(zhì)量的有效方法。三、沖擊韌度（ak）

第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能沖擊韌度：ak=AK/A（J·cm-2）

Ak—折斷試樣所消耗的沖擊功（J），

A—試樣斷口處的原始截面積（mm2）

第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞強(qiáng)度工程上，一些機(jī)件受交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力作用，即使工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過一定循環(huán)周次后仍會發(fā)生斷裂，這樣的斷裂現(xiàn)象稱之為疲勞。零件的疲勞斷裂過程可分為裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展和瞬間斷裂三個階段。金屬材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，叫做疲勞強(qiáng)度。第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能材料承受一定的循環(huán)應(yīng)力σ和斷裂時相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系可以用曲線來描述，即σ－Ｎ之間的關(guān)系曲線，稱疲勞曲線。當(dāng)零件所受的應(yīng)力按正弦曲線對稱循環(huán)時，疲勞強(qiáng)度以符號σ-1表示，即當(dāng)應(yīng)力低于σ-1值，既使循環(huán)周次無窮多也不發(fā)生斷裂。σ-N曲線

疲勞曲線第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能第二節(jié)金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能一、金屬的物理性能1．

密度2．

熔點(diǎn)3．

導(dǎo)熱性4．

導(dǎo)電性5．

熱膨脹性6．

磁性二、金屬的化學(xué)性能金屬材料在室溫或高溫時抵抗各種化學(xué)作用的能力，主要是指抵抗活潑介質(zhì)的化學(xué)侵蝕能力，

1.耐腐蝕性(如耐酸性、耐堿性等)2．抗氧化性

3．化學(xué)穩(wěn)定性第二節(jié)金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能三、金屬的工藝性能工藝性能是物理、化學(xué)、力學(xué)性能的綜合。按工藝方法的不同，可分為鑄造性能、可鍛性、焊接性和切削加工性等

1、鑄造性能2、鍛造性能3、焊接性能4、切削加工性能第二節(jié)金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能第二章鐵碳合金學(xué)習(xí)內(nèi)容：

1.同素異晶轉(zhuǎn)變

2.鐵碳合金的基本組織

3.鐵碳合金狀態(tài)圖

4.工業(yè)用鋼第一節(jié)純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵同素異晶轉(zhuǎn)變：隨著溫度的改變，固態(tài)金屬晶格也隨之改變的現(xiàn)象，稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時，金屬的體積將膨脹。純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化

第一節(jié)純鐵的晶體結(jié)構(gòu)及其同素異晶轉(zhuǎn)變第二節(jié)鐵碳合金的基本組織基本概念：合金、組元、相、組織將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。相：合金中，凡成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開的均勻組成部分。

在顯微鏡下能觀察到的金屬和合金的微觀形貌、圖象稱為組織，合金又可分為不同的組織。鐵碳合金的基本組織可分為固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三種類型。一、固溶體：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中，而仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體。1、鐵素體（F）Ferrous鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體。由于α-Fe晶粒的間隙小，溶解碳量極微，其最大溶碳量只有0.0218%（727℃）所以是幾乎不含碳的純鐵。具有良好的塑性和韌性，但強(qiáng)度和硬度卻較低。它在770℃以下具有磁性。性能：σb

=180～230MPaHB=50～80δ=30～50%φ=70～80%

ak=156～196J·cm-2第二節(jié)鐵碳合金的基本組織顯微鏡下觀察，鐵素體呈大小不一的多邊形顆粒形狀。第二節(jié)鐵碳合金的基本組織2、奧氏體（A）Austenite奧氏體是碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體。γ-Fe的溶碳能力較高，最大為2.11%（1148℃）。由于γ-Fe一般存在于727～1394℃之間，所以奧氏體也只出現(xiàn)在高溫區(qū)域內(nèi)。性能：具有良好的塑性和低的變形抗力，δ=40～50%。是絕大多數(shù)鋼種在高溫進(jìn)行壓力加工所需的組織。第二節(jié)鐵碳合金的基本組織顯微鏡觀察，奧氏體呈現(xiàn)外形不規(guī)則的顆粒狀結(jié)構(gòu)，但晶界較鐵素體平直。這是奧氏體不銹鋼在顯微鏡下觀察到的單相奧氏體孿晶組織。二、金屬化合物

合金組元間發(fā)生相互作用而形成一種具有金屬特性的物質(zhì)。金屬化合物性能：熔點(diǎn)高，硬度高，脆性大。合金中含有金屬化合物后，其強(qiáng)度、硬度和耐磨性有所提高，而塑性和韌性則降低。金屬化合物是許多合金的重要組成相。鐵碳合金中的滲碳體屬金屬化合物。第二節(jié)鐵碳合金的基本組織滲碳體Fe3C滲碳體是鐵與碳形成的穩(wěn)定化合物。含碳量為6.69%。性能：HBW=800，硬度很高，脆性極大，是鋼中的強(qiáng)化相。顯微鏡下觀察，滲碳體(Fe3C)呈銀白色光澤。滲碳體在一定條件下可以分解出石墨。

第二節(jié)鐵碳合金的基本組織三、機(jī)械混合物它是兩種或兩種以上的相按一定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。混合物各相保持其原有晶格?；旌衔锏男阅埽喝Q于各組成相的性能，以及它們分布的形態(tài)、數(shù)量及大小。鐵碳合金中的機(jī)械混合物有珠光體和萊氏體。第二節(jié)鐵碳合金的基本組織1.珠光體（P）Perlite珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。珠光體的平均含碳量為0.77%，在727℃以下溫度范圍內(nèi)存在。性能：σb=750MPaHB=160～180較高

δ=20～25%φ=30～40%適中第二節(jié)鐵碳合金的基本組織顯微鏡觀察，珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因得名。這是T8鋼的退火組織（白色為鐵素體、黑色為滲碳體）。第二節(jié)鐵碳合金的基本組織2.萊氏體Ld

Ledeburite高溫萊氏體由奧氏體和滲碳體組成的兩相機(jī)械混合物，用符號Ld表示。奧氏體在727℃時將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫下由珠光體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，稱為低溫萊氏體，用符號Ld/表示。高溫萊氏體僅存于727℃以上。萊氏體硬度很高，脆性大，塑性很差。第二節(jié)鐵碳合金的基本組織這是共晶白口鑄鐵的鑄造組織，珠光體呈橢圓狀分布在滲碳體的基體上。因其含滲碳體較多，故性能與滲碳體相近。第二節(jié)鐵碳合金的基本組織第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖【基本要求】：

1.熟練掌握鐵碳合金相圖中的點(diǎn)、線、區(qū)域的含義。

2.熟練掌握鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變；能利用狀態(tài)圖對典型合金的結(jié)晶過程進(jìn)行分析。

3.掌握碳鋼的牌號及用途。什么是鐵碳合金相圖？

鐵碳合金狀態(tài)圖是研究在平衡條件下，鐵碳合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系及變化規(guī)律，這里的平衡是指極其緩慢的冷卻。它以溫度為縱坐標(biāo)、合金成分（Fe3C或含碳量）為橫坐標(biāo)的圖形。它是說明合金成分、溫度和組織三者關(guān)系的圖形。第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖簡化圖：1538Q

Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→溫度/℃→LAL+AL+Fe3C?F+AFPF+PLd’LdLd’+Fe3C?Ld+Fe3C?Ld’+Fe3CⅡ+PFe3CⅡ+PFe3CⅡ+ALd+Fe3CⅡ+A91212270.772.114.36.697271148APSECDFKG0Fe3CFe第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖一、鐵碳合金狀態(tài)圖的建立合金狀態(tài)圖是通過一系列實(shí)驗(yàn)測出不同成分的鐵碳合金在緩慢冷卻過程中的冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變，然后在成分與溫度坐標(biāo)圖中標(biāo)出臨界點(diǎn)溫度（結(jié)晶開始和結(jié)晶結(jié)束的溫度），并把物理意義相同的點(diǎn)連成曲線，這樣構(gòu)成的完整圖形便是鐵碳合金狀態(tài)圖。第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖1.組元和相（1）組元：鐵－石墨相圖：Fe，C;

鐵－滲碳體相圖：

Fe，F(xiàn)e3C。（2）相：

L，A(γ)，F(xiàn)(α)，F(xiàn)e3C。1538Q

Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→溫度/℃→LAL+AL+Fe3C?F+AFPF+PLd’LdLd’+Fe3C?Ld+Fe3C?Ld’+Fe3CⅡ+PFe3CⅡ+PFe3CⅡ+ALd+Fe3CⅡ+A91212270.772.114.36.697271148APSECDFKG0Fe3CFe二、鐵碳合金狀態(tài)圖的分析第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖2．特性點(diǎn)：1538Q

Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→溫度/℃→LAL+AL+Fe3C?F+AFPF+PLd’LdLd’+Fe3C?Ld+Fe3C?Ld’+Fe3CⅡ+PFe3CⅡ+PFe3CⅡ+ALd+Fe3CⅡ+A91212270.772.114.36.697271148APSECDFKG0Fe3CFe第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖3．特性線：①ACD線—液相線②AECF線—固相線③ECF線—共晶反應(yīng)線④GS線（A3)—鐵素體從A中析出開始線⑤

ES線—碳在奧氏體中的溶解度曲線⑥

PSK線—共析反應(yīng)線⑦PQ線—C在F中的溶解度曲線，冷卻至此線有Fe3CⅢ析出1538Q

Fe-Fe3C狀態(tài)圖wC/%→溫度/℃→LAL+AL+Fe3C?F+AFPF+PLd’LdLd’+Fe3C?Ld+Fe3C?Ld’+Fe3CⅡ+PFe3CⅡ+PFe3CⅡ+ALd+Fe3CⅡ+A91212270.772.114.36.697271148APSECDFKG0Fe3CFe第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖四個單相區(qū)(1)ACD線以上的液相區(qū)（L）(2)AESGA線圍著的單一奧氏體相區(qū)（A，γ）(3)GPQG線圍著的單一鐵素體相區(qū)（F，α）(4)DFK垂線代表的單一滲碳體相區(qū)（Fe3C）4.區(qū)域第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖

五個雙相區(qū):

（1）

ACEA線圍著的液相與奧氏體相區(qū)（L+A）

（2）CDFC線圍著的液相與滲碳體相區(qū)（L+Fe3C）（3）GSPG線圍著的奧氏體與鐵素體相區(qū)（A+F）

（4）EFKSE線圍著的奧氏體與滲碳體相區(qū)（A+Fe3C）

（5）QPSK以下為鐵素體與滲碳體相區(qū)（F+Fe3C）第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖5.鐵碳合金的分類工業(yè)純鐵：C%<0.0218共析鋼：C%=0.77亞共析鋼：0.0218<C%<0.77過共析鋼：0.77<C%<=2.11共晶鑄鐵：C%=4.3亞共晶鑄鐵：2.11<C%<4.3過共晶鑄鐵：4.3<C%<6.69第三節(jié)鐵碳合金狀態(tài)圖第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介教學(xué)目的：

1、了解雜質(zhì)元素對鋼性能的影響。

2、了解鋼的分類方法、編號及用途。一、鋼的分類按化學(xué)成分分類：碳素鋼（以鐵、碳為主要合金元素）

合金鋼（除鐵碳外還人為加入其它元素）按用途分類：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼按質(zhì)量分類：普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）優(yōu)質(zhì)鋼（P、S≤0.035%）高級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）

按含碳量分類：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介二、雜質(zhì)對鋼性能的影響

鋼中基本元素為：Fe、C；雜質(zhì)元素主要有：Si、Mn、S、P。1、Si（1）清除鋼中的FeO，脫氧能力比Mn強(qiáng)，消除FeO對鋼的不良影響（2）硅溶入鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但降低塑性和韌性。（3）總起來說，硅是一種有益的元素。作為雜質(zhì)其含量應(yīng)小于0.4%。第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介2、Mn（1）可清除鋼中的FeO，改善鋼的品質(zhì)。（2）減輕硫的有害作用，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能。（3）在室溫下，錳能大部分溶入鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。（4）錳在碳鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.25%～0.80%，最高可達(dá)1.2%?？偲饋碚f，錳是一種有益的元素。第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介3、S、PS是在煉鋼時由礦石和燃料帶入鋼中的→熱脆，是有害元素。P是由礦石帶入鋼中的→冷脆，是有害元素。因此，衡量鋼質(zhì)量的主要指標(biāo)為鋼中的S、P含量。S一般控制在0.065%以下，P一般控制在0.045%以下。第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介S：與鐵生成FeS，F(xiàn)eS與Fe能形成低熔點(diǎn)（985℃）的共晶體，且分布在晶界上。當(dāng)鋼材在1000℃～1200℃進(jìn)行熱壓力加工時，由于共晶體熔化，從而導(dǎo)致熱加工時開裂。這種金屬在高溫時出現(xiàn)脆裂的現(xiàn)象，稱為“熱脆”。P：能全部溶于鐵素體中，提高鐵素體的強(qiáng)度和硬度。但在室溫下卻使鋼的塑性和韌性急劇下降（Fe3P而使鋼的脆性增加），產(chǎn)生低溫脆性，這種現(xiàn)象稱為冷脆。第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介磷的有害作用在一定條件下可以轉(zhuǎn)化，例如鋼中加入適量的磷還可以提高鋼材的耐大氣腐蝕性能。在炮彈用鋼中加入較多磷，可增大鋼的脆性，使炮彈在爆炸時碎片增多，從而增加了殺傷力。第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介三、零件選材的一般原則滿足工作性能要求滿足工藝性能要求滿足經(jīng)濟(jì)性要求第四節(jié)工業(yè)用鋼簡介第三章鋼的熱處理概念：鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫并以一定的速度冷卻到室溫

，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而獲得所需性能的一種工藝方法。一、鋼熱處理的概念與目的熱處理的目的：通過改變組織達(dá)到改變性能的目的。

熱處理的過程：任何一種熱處理都要經(jīng)過加熱，保溫，冷卻三個過程，因此，最高加熱溫度，保溫時間，冷卻速度就成為熱處理工藝的三大要素。第一節(jié)概述二、常用的熱處理工藝方法第一節(jié)概述三、過熱度與過冷度對于加熱：非平衡條件下的相變溫度高于平衡條件下的相變溫度；對于冷卻：非平衡條件下的相變溫度低于平衡條件下的相變溫度。這個溫差叫滯后度：加熱轉(zhuǎn)變→過熱度冷卻轉(zhuǎn)變→過冷度，加熱與冷卻速度越大，導(dǎo)致過熱度與過冷度越大。此外，過熱度與過冷度的增大會導(dǎo)致相變驅(qū)動力的增大，從而使相變?nèi)菀装l(fā)生。

第一節(jié)概述第二節(jié)退火與正火退火（annealing）和正火（normalizing）是生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛的預(yù)備熱處理工藝，大部分鋼制構(gòu)件經(jīng)退火和正火后，其力學(xué)性能和工藝性能都得到改善和調(diào)整。一、退火：概念：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，隨后緩慢冷卻（隨爐冷卻）以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝，稱為退火。目的：調(diào)整和改善鋼材的力學(xué)性能和工藝性能（降低硬度，改善切削加工性；細(xì)化晶粒，提高塑性和韌性；消除內(nèi)應(yīng)力、為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備），減少鋼材化學(xué)成分和組織的不均勻性（擴(kuò)散退火）。（1）完全退火將鋼加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一定時間后，隨爐緩慢冷卻到500℃以下，再出爐在空氣中冷卻到室溫，最后得到平衡組織鐵素體和片狀珠光體。3加熱保溫2～3≤500℃后空冷時間/h溫度/℃Ac+(30～50)停爐冷卻完全退火工藝曲線15℃/h（>16h）常用的退火工藝有完全退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火等。第二節(jié)退火與正火主要用于亞共析碳鋼和合金鋼的鑄、鍛、焊、軋制件，目的是細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。第二節(jié)退火與正火（2）球化退火把過共析鋼加熱到Ac1以上20～30℃并保溫后，以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，使鋼中的網(wǎng)狀碳化物球化，這種熱處理工藝稱為球化退火。(從A中經(jīng)共析反應(yīng)析出的滲碳體以未溶滲碳體為晶核，呈球狀析出）主要用于過共析鋼及合金工具鋼的退火。由于過共析鋼中存在網(wǎng)狀二次滲碳體，在切削加工時，對刀具磨損很大，使切削加工性能變壞，而球狀珠光體硬度低，節(jié)省刀具。第二節(jié)退火與正火（3）去應(yīng)力退火（低溫退火）去應(yīng)力退火又稱低溫退火，其工藝是將工件緩慢加熱至500～650℃（＜A1），保溫一定時間后，隨爐緩慢冷卻至200℃，再出爐空冷。

溫度℃時間t500～650℃（＜A1）

200℃出爐空冷

其目的是消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件以及機(jī)加工件的殘余應(yīng)力，防止產(chǎn)生變形。第二節(jié)退火與正火（4）擴(kuò)散退火（又稱為均勻退火）加熱到Ac3以上150-200℃（1050-1150℃），時間保溫（10-15h)，隨爐緩冷。適用于合金鋼大型鑄、鍛件，消除其化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性。容易使鋼的晶粒粗大，影響力學(xué)性能，因此一般仍需進(jìn)行完全退火和正火。第二節(jié)退火與正火二、正火將鋼加熱到Ac3或Acm以上30～50℃，保溫后在空氣中冷卻得到珠光體基體組織的熱處理工藝，稱正火。特點(diǎn)：a)冷卻速度比退火快，周期短、能耗少。b)組織細(xì)?。ㄋ魇象w），因而鋼的力學(xué)性能有所提高。第二節(jié)退火與正火1）正火的主要目的:①細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，提高低碳鋼和低合金鋼硬度，改善切削加工性（避免“粘刀”現(xiàn)象）。②對過共析鋼進(jìn)行正火，可減少或消除網(wǎng)狀碳化物（二次滲碳體），為球化退火做準(zhǔn)備；③取代部分完全退火（正火操作簡便，生產(chǎn)周期短，消耗少），對低碳鋼、含碳較低的中碳鋼可達(dá)到消除應(yīng)力。④可作為淬火前的預(yù)備熱處理，也可用于普通零件的最終熱處理。第二節(jié)退火與正火2）退火與正火的比較各種退火和正火的加熱溫度范圍不同（見圖)，正火比退火加熱溫度高。正火比退火冷卻速度快。正火得到的索氏體組織比退火得到的珠光體細(xì)，所以對于同一種材料正火比退火具有較高的力學(xué)性能。正火比退火的生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)率高、操作簡單、經(jīng)濟(jì)性好。退火強(qiáng)調(diào)軟化，正火強(qiáng)調(diào)高效率。第二節(jié)退火與正火第三節(jié)淬火與回火鋼的淬火（quenching）與回火（tempering）是熱處理工藝中最重要、用途最廣泛的工序。通過淬火可以顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度；通過回火可以消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定鋼的組織；淬火和回火工藝是密不可分的。一、淬火淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30~50℃，保溫后在淬火介質(zhì)中快速冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。目的：

為了提高鋼的硬度和耐磨性。第三節(jié)淬火與回火二、回火淬火鋼一般不直接使用。鋼的淬火組織是淬火馬氏體和殘余奧氏體，都是不穩(wěn)定組織，而淬火馬氏體又極脆，并存在很大的內(nèi)應(yīng)力，若不及時回火，會使工件發(fā)生變形甚至開裂。概念：回火是將淬火鋼重新加熱到Ac1點(diǎn)以下某一溫度，保溫后再冷卻至室溫的熱處理工藝。第三節(jié)淬火與回火回火的目的：（1）消除或降低內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，防止變形和開裂。（2）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸和形狀，保證零件使用精度和性能。（3）通過不同的回火工藝，來調(diào)整零件的強(qiáng)度、硬度，獲得所需要的韌性和塑性。第三節(jié)淬火與回火回火工藝及應(yīng)用：根據(jù)回火溫度的不同，回火方法主要有三種：1）低溫回火（150～250℃）：組織為回火馬氏體，其目的是降低淬火應(yīng)力和脆性，保持高硬度（HRC55～64）和高耐磨性。常用于處理各種工模具以及滲碳淬火或表面淬火的工件。2）中溫回火（350～500℃）：組織為回火托氏體，硬度HRC35～45。中溫回火的目的是具有較高的彈性極限和屈服極限，并有一定的韌性和抗疲勞性，多用于各種彈簧和鍛模等。第三節(jié)淬火與回火3）高溫回火（500～650℃）：組織為回火索氏體，硬度HRC25～35。特點(diǎn)是在保持較高強(qiáng)度的同時，具有較好的塑性和韌性。4）調(diào)質(zhì)處理：淬火＋高溫回火的熱處理又稱為調(diào)質(zhì)處理，廣泛用于處理各類重要零件，例如軸、齒輪、連桿、螺栓等。第三節(jié)淬火與回火在生產(chǎn)中，許多機(jī)械零件如軸、齒輪、凸輪等，要求表面有較高的耐磨性，而心部則要求有足夠的塑性和韌性。表面淬火就是通過快速將零件表面加熱使鋼表層奧氏體化，而心部未被加熱，然后淬火冷卻，使表層獲得馬氏體組織，而心部組織并未發(fā)生變化，達(dá)到“外硬內(nèi)韌”狀態(tài)。生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火。

第四節(jié)鋼的表面淬火一、感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱淬火的淬硬層深度與電流頻率有關(guān)——電流頻率越高，淬火后工件淬硬層越薄。感應(yīng)加熱分為三種：①高頻感應(yīng)加熱常用頻率200～300kHz，脆硬層深度0.5～2.5mm，適用于中小尺寸軸類零件及中小模數(shù)的齒輪等。②中頻感應(yīng)加熱常用頻率2500～8000Hz，脆硬層深度3～8mm，適用于較大尺寸的軸和大中模數(shù)的齒輪等。③工頻感應(yīng)加熱電流頻率50Hz，脆硬層深度10～20mm，適用于大直徑軋輥、火車車輪等的表面淬火。第四節(jié)鋼的表面淬火二、火焰加熱表面淬火用乙炔－氧火焰對工件表面進(jìn)行快速加熱，當(dāng)達(dá)到淬火溫度時立即噴水冷卻，其淬硬層深度一般為2～6mm。操作簡單、不需要特殊設(shè)備、成本低、靈活性大，可適合各種生產(chǎn)場合。缺點(diǎn)：