汽車應(yīng)用材料（第2版）PPT完整全套教學(xué)課件

汽車應(yīng)用材料Automotive

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模塊1金屬材料的性能.ppt模塊2金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶.ppt模塊3鋼的熱處理.ppt模塊4汽車用鋼鐵材料.ppt模塊5汽車用有色金屬及其合金.ppt模塊6汽車用非金屬材料.ppt模塊7汽車用燃料.ppt模塊8汽車用潤滑材料.ppt模塊9汽車用工作液.ppt模塊10汽車輪胎.ppt全套PPT課件1模塊1金屬材料的性能

任務(wù)1.1金屬材料的力學(xué)性能

任務(wù)1.2金屬材料的工藝性能

2模塊1金屬材料性能1912年，世界航海史上曾被驕傲地稱為“永不沉沒的巨輪”泰坦尼克號(hào)初航時(shí)，在北大西洋撞上冰山，僅僅10秒鐘的碰撞，35cm厚雙層船體鋼板在水位線處像拉鏈拉開一樣被撕裂，海水排山倒海般涌向船內(nèi)，約2小時(shí)40分鐘后，這輝煌的首航竟給它帶來了葬身海底的厄運(yùn)。人們不禁要問，到底是什么原因?qū)е逻@場悲劇的發(fā)生？排除其他人為因素，船身的設(shè)計(jì)、材料的選擇和性能無疑起著至關(guān)重要的作用?！景咐搿渴飞峡涨暗暮ｋy——鐵達(dá)尼號(hào)的沉沒圖1-1鐵達(dá)尼號(hào)輪船3典型轎車構(gòu)造圖4任務(wù)1.1金屬材料的力學(xué)性能1.1.1強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度：金屬在靜載荷作用下，抵抗塑變（永久）和斷裂的能力；包括：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等強(qiáng)度。塑性：金屬在靜載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。

靜載荷:載荷從0逐漸增加到max測定：拉伸強(qiáng)度和塑性都是通過拉伸試驗(yàn)測定的。5（1）設(shè)備（2）試樣

拉伸試樣L0=100㎜D0=10㎜（3）試樣材料退火低碳鋼鑄鐵1.拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)機(jī)6退火低碳鋼拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線1.拉伸試驗(yàn)——（4）拉伸曲線韌性斷口脆性斷口7彈性變形階段——（op、pe段）

屈服階段——（es段）強(qiáng)化階段——（sb段）

縮頸階段——（bk段）

退火低碳鋼拉伸曲線1.拉伸試驗(yàn)低碳鋼拉伸過程中的變形階段8（1）屈服強(qiáng)度——試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力。

ReL=

(MPa)

脆性材料的屈服強(qiáng)度表示為：Rr0.2

（2）抗拉強(qiáng)度——試樣被拉斷前所承受的最大應(yīng)力。

Rm

=(MPa)

（3）意義——金屬材料的強(qiáng)度越高，則越結(jié)實(shí)。在承受相同載荷的條件下，零件的尺寸減小，重量減輕，可實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化——節(jié)油、環(huán)保。2.強(qiáng)度指標(biāo)鑄鐵拉伸曲線退火低碳鋼拉伸曲線9（1）斷后伸長率——試樣拉斷后，標(biāo)距長度的伸長量與原標(biāo)距長度的百分比，用A表示。

A=×100%（2）斷面收縮率——試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的收縮量與原橫截面積的百分比用Z表示。

Z=×100%

塑性材料：δ＞5%，低碳鋼

脆性材料：δ＜5%，鑄鐵、高碳鋼3.塑性指標(biāo)10（3）意義——塑性好的材料

A.萬一超載，有一定的安全儲(chǔ)備，避免突然斷裂、安全；

B.能通過塑變實(shí)現(xiàn)成型加工。汽車車身覆蓋件、油箱等大多是采用塑性好的冷軋鋼板沖壓而成。車身油箱3.塑性指標(biāo)11表1-1金屬材料強(qiáng)度與塑性的新、舊標(biāo)準(zhǔn)名詞和符號(hào)對(duì)照GB/T228.1-2010新標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-1987舊標(biāo)準(zhǔn)名稱符號(hào)名稱符號(hào)屈服強(qiáng)度Re屈服點(diǎn)σs上屈服強(qiáng)度ReH上屈服點(diǎn)σsU下屈服強(qiáng)度ReL下屈服點(diǎn)σsL規(guī)定殘余伸長強(qiáng)度Rr，如Rr0.2規(guī)定殘余伸長應(yīng)力σr，如σr0.2抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度σb斷后伸長率A和A11.3斷后伸長率δ5和δ10斷面收縮率Z斷面收縮率ψ121.1.2硬度1.布氏硬度……重點(diǎn)

2.洛氏硬度……重點(diǎn)

3.維氏硬度……了解13

試驗(yàn)原理：將直徑為D的硬質(zhì)合金球作為壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)載荷F壓入被測金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除載荷，此時(shí)在被測金屬表面上會(huì)留下直徑為d的球形壓痕。計(jì)算壓痕單位面積上所受的平均壓力，即為該金屬布氏硬度值。用符號(hào)HBW表示。HBW=讀數(shù)顯微鏡表示方法：120HBS/10/3000/30500HBW5/750

1.布氏硬度布氏硬度計(jì)14特點(diǎn)：壓痕面積較大(2.5~6.0㎜)，能反映較大范圍內(nèi)金屬的平均性能，測定硬度值較準(zhǔn)確、穩(wěn)定，重復(fù)性好。1.布氏硬度應(yīng)用：主要用于測定較軟材料的硬度。有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等原材料及結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)件的硬度。但:不適于太薄、太硬的材料。15試驗(yàn)原理：用頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.588㎜的淬火鋼球作為壓頭，先施加初始載荷F0，壓入金屬表面的深度為h1（圖中1—1），然后施加主載荷F1，在總載荷F的作用下，壓入金屬表面的深度為h2（壓頭到2—2），待表頭指針穩(wěn)定后，卸除主載荷，由于金屬彈性變形的恢復(fù)而使壓頭回升至h3（壓頭到3—3），壓頭實(shí)際壓入金屬的深度為h=h3-h1，以壓痕深度h值的大小衡量被測金屬的硬度。

可用符號(hào)：HRA、HRB、HRC表示。2.洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)原理示意圖洛氏硬度計(jì)16符號(hào)壓頭主載荷㎏fK測量范圍

應(yīng)用HRA金剛石5010020～88硬質(zhì)合金、表面硬化層等HRB淬火鋼球9013020～100非鐵金屬、退火鋼、正火鋼等HRC金剛石14010020～70調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等根據(jù)壓頭和主載荷的不同，分別用2.洛氏硬度17表示方法：60-62HRC2.洛氏硬度應(yīng)用：測定銅、鋁等非鐵金屬及其合金，硬質(zhì)合金，表面淬火、滲碳件以及退火、正火和淬火鋼件的硬度。

特點(diǎn)：壓痕小，代表性差，一般測三點(diǎn)取其平均值。183.維氏硬度維氏硬度試驗(yàn)原理示意圖

試驗(yàn)原理與布氏硬度相似，其值也用單位面積所受載荷表示

區(qū)別：

壓頭——兩相對(duì)面夾角為136°的金剛石四棱錐。壓痕——四邊形。測量——對(duì)角線長度，取其平均值。最后查表即可求出HV值。19表示方法：640HV30/20表示在30kgf試驗(yàn)力作用下，保持20s測得的維氏硬度值為640。特點(diǎn)：試驗(yàn)力小，壓痕更小，輪廓清晰，數(shù)值準(zhǔn)確可靠。但需要測量對(duì)角線的長度，然后經(jīng)計(jì)算或查表確定，故效率低。不適于大批測試。用于：可測從極軟到極硬的材料。常用來測薄片金屬、金屬鍍層及表面硬化層的硬度。3.維氏硬度20韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。1.1.3韌性

夏比沖擊試驗(yàn)原理示意圖1.夏比沖擊試驗(yàn)沖擊吸收能量：

K=mg（h1-h2）沖擊試驗(yàn)計(jì)21韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫抗沖擊性能越好。非合金鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度約為-20℃。在寒冷地區(qū)使用非合金鋼制造車輛、橋梁、輸油管道等，在冬天易發(fā)生脆斷現(xiàn)象。低合金高強(qiáng)鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度約為-40℃，適合在較低溫度下工作。沖擊吸收功—溫度關(guān)系曲線1.1.3韌性韌脆轉(zhuǎn)變溫度示意圖

221.1.3韌性2.小能量多次沖擊試驗(yàn)小能量多次沖擊試驗(yàn)示意圖

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞、活塞銷、曲軸、連桿等在工作中就受到?jīng)_擊載荷的作用，應(yīng)采用韌性好的材料制造。231.疲勞現(xiàn)象

汽車上的齒輪、連桿、彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等零件，在工作過程中受到大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的交變載荷作用，即使應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后，也可能發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂都是突然發(fā)生的，具有很大的危險(xiǎn)性。例如：汽車的板彈簧或前軸發(fā)生疲勞而突然斷裂，就會(huì)造成車毀人亡的重大交通事故。

1.1.4疲勞強(qiáng)度24疲勞曲線示意圖

工程上規(guī)定鋼鐵材料的循環(huán)基數(shù)為107；有色金屬、超高強(qiáng)度鋼為108。2.疲勞強(qiáng)度1.1.4疲勞強(qiáng)度材料經(jīng)無限次交變載荷作用而不破壞的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度，用S（舊標(biāo)準(zhǔn)為σ-1）表示。

25疲勞斷裂的原因材料夾雜表面劃痕在汽車的維修、保養(yǎng)過程中，應(yīng)及時(shí)排除隱患，以保證車輛的安全運(yùn)行。

改善結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中避免提高表面光潔度表面強(qiáng)化：噴丸、表面淬火等1.1.4疲勞強(qiáng)度26任務(wù)1.2金屬材料的工藝性能鍛壓性能鑄造性能焊接性能熱處理性能工藝性能可加工性能27

鑄造性能——金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。任務(wù)1.2金屬材料的工藝性能包括流動(dòng)性、收縮性及偏析傾向等。曲軸凸輪軸汽缸體轉(zhuǎn)向器殼體28

鍛壓性能——是指金屬材料對(duì)采用壓力加工方法成形的適應(yīng)能力。任務(wù)1.2金屬材料的工藝性能轎車側(cè)圍29

焊接性能——金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。任務(wù)1.2金屬材料的工藝性能汽車一廠車身車間POLO底盤焊接30

熱處理性能——通過熱處理改變其組織和性能的能力汽車零件縫紉機(jī)零件機(jī)床電主軸任務(wù)1.2金屬材料的工藝性能31

可加工性能常用切削方法——用切削刀具進(jìn)行加工時(shí)所表現(xiàn)出來的性能任務(wù)1.2金屬材料的工藝性能32疲勞強(qiáng)度是受循環(huán)交變載荷零件選材、檢驗(yàn)依據(jù)斷后伸長率A>5%斷面伸縮率Z>10%布氏硬度——<650HBW洛氏硬度維氏硬度沖擊吸收能量K是受沖擊零件的選材、檢驗(yàn)依據(jù)屈服強(qiáng)度—塑性材料產(chǎn)生明顯永久變形的抗力可滿足一般零件20～70HRC20～100HRB20～88HRA[5～1000HV]強(qiáng)度判據(jù)靜載荷塑性判據(jù)硬度判據(jù)韌性判據(jù)疲勞判據(jù)動(dòng)載荷金屬的力學(xué)性能設(shè)計(jì)選材參考安全可靠保證測定麻煩結(jié)果精確測定簡單不傷工件用來測薄件用來測成品或薄件用來測半成品測定麻煩結(jié)果精確設(shè)計(jì)選材依據(jù)抗拉強(qiáng)度—斷裂前最大拉應(yīng)力本章小結(jié)33本章小結(jié)金屬材料的工藝性能鑄造性能

是金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力鍛壓性能

是金屬材料鍛壓成型的難易程度焊接性能

是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性熱處理性能

是金屬材料適應(yīng)各種熱處理工藝的性能切削加工性能

是指金屬材料接受切削加工的難易程度據(jù)34二、填空題1.載荷按照性質(zhì)不同一般可分為

和

。2.金屬材料在載荷作用下，形狀和尺寸的變化稱為變形。變形一般分為

變形和

變形。3.金屬材料的力學(xué)性能主要包括

、

、

、

、

等。4.拉伸低碳鋼時(shí)，試樣的變形可分為

、

、

和

四個(gè)階段。5.通過拉伸試驗(yàn)測得的強(qiáng)度指標(biāo)主要有

強(qiáng)度和

強(qiáng)度，分別用符號(hào)

和

表示。6.金屬材料的塑性也可通過拉伸試驗(yàn)測定，主要的指標(biāo)有

和

，分別用符號(hào)

和

表示。7.洛氏硬度采用了不同的壓頭和載荷組成不同的硬度標(biāo)尺，常用的洛氏硬度標(biāo)尺有

、

和

三種，其中

應(yīng)用最為廣泛。8.530HBW5/750，表示用直徑

的硬質(zhì)合金球，在

kgf（

N）的載荷作用下，保持

s時(shí)測得的硬度值為

。9.工程技術(shù)上常用

來測定金屬承受沖擊載荷的能力。10.材料經(jīng)過無限次

載荷作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度，用符號(hào)

表示。11.鐵和銅的密度較大，稱為

金屬；鋁的密度較小，稱為

金屬。三、選擇題1.拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力稱為材料的（）。A．屈服強(qiáng)度B．抗拉強(qiáng)度C．彈性極限2.測定淬火鋼件的硬度，一般常選用（）來測試。A．布氏硬度計(jì)B．洛氏硬度計(jì)C．維氏硬度計(jì)3．金屬材料的（）越好，則其壓力加工性能越好。A．強(qiáng)度B.塑性C．硬度4.運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、齒輪等零部件所承受的載荷均為（）。A．靜載荷B.沖擊載荷C．交變載荷技能訓(xùn)練題35TheEnd36

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37模塊2金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

任務(wù)2.1純金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)

任務(wù)2.2純金屬與合金的結(jié)晶

任務(wù)2.3鐵碳合金相圖38任務(wù)2.1純金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)

2.1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

2.1.2合金的晶體結(jié)構(gòu)

2.1.3金屬實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)39任務(wù)2.1純金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)【案例引入】石墨和金剛石是化學(xué)元素碳家族里的哥兒倆，可是石墨又黑又軟，是最軟的礦石之一，可以用于制造鉛筆芯和潤滑劑。而金剛石（鉆石）卻晶瑩透明、堅(jiān)硬無比，價(jià)值連城。哥兒倆相貌和脾氣天壤之別，是什么原因呢?

a)b)圖2-1碳元素組成的物質(zhì)a)金剛石b)石墨40

2.1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)自然界的固態(tài)物質(zhì)，可分為晶體和非晶體兩大類

晶體:原子是按一定幾何形狀有規(guī)律排列的。（金剛石、石墨、雪花、食鹽、固態(tài)金屬及合金）。石墨食鹽純鐵41非晶體:原子或分子無規(guī)則堆積在一起的。（玻璃、石蠟、瀝青、松香等）。晶體非晶體液體晶體結(jié)構(gòu):晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律及特性。

2.1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)42

晶胞常數(shù)：a、b、c、α、β、γ晶格常數(shù)：a、b、ca)晶體中原子排列

b)晶格c)晶胞1.晶格與晶胞結(jié)點(diǎn)晶格：表示晶體中原子排列形式的空間格子。

晶胞：組成晶格的最小的幾何單元稱為晶胞。

晶格參數(shù)：表示晶胞幾何形狀和大小的棱邊長度和棱間夾角。43體心立方晶格

（bcc）面心立方晶格

（fcc）密排六方晶格

（hcp）2.常見的金屬晶格類型44常見金屬晶格類型的基本參數(shù)晶格類型體心立方（bcc）面心立方（fcc）密排六方（hcp）晶胞結(jié)構(gòu)晶胞常數(shù)晶胞內(nèi)原子數(shù)原子半徑致密度配位數(shù)典型金屬a＝b＝cα＝β＝γ＝90°a＝b＝cα＝β＝γ＝90°

a＝bc/a＝1.633

α＝β＝90

°

γ＝120°

68%74%74%81212α-Fe、Cr、Mo、W、V、Nbγ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、PbMg、Zn、Cd、Be、Ca45有些金屬在固態(tài)下，其晶體結(jié)構(gòu)會(huì)隨溫度變化而改變，這種現(xiàn)象稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱同素異構(gòu)體。如：γ-Fe→α-Fe（體積膨脹1%）即：熱縮冷漲（水→冰）

意義：由于不同晶格類型原子排列緊密程度不同，晶格變化將導(dǎo)致金屬的體積發(fā)生變化，因此，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力

1394℃912℃δ-Fe

γ-Fe α-Febccfccbcc3.金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變46有關(guān)合金的基本概念

2.1.2合金的晶體結(jié)構(gòu)由兩種或兩種以上金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)合金組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)

組元合金中化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能相同的均勻組成部分

相泛指用金相觀察方法看到的由形態(tài)、尺寸和分布方式不同的一種或多種相構(gòu)成的總體組織47合金的相結(jié)構(gòu)1.固溶體合金在固態(tài)下一種組元的晶格內(nèi)溶解了另一組元的原子，形成的均勻相概念固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑相同特點(diǎn)合金的相結(jié)構(gòu)固溶體金屬化合物機(jī)械混合物48按溶質(zhì)位置置換固溶體間隙固溶體固溶體的分類按溶解度有限固溶體無限固溶體置換固溶體間隙固溶體特點(diǎn)：溶質(zhì)原子位于溶

劑晶格某些結(jié)點(diǎn)特點(diǎn)：溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙49

固溶體的性能

通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體，使金屬材料強(qiáng)度、硬度增加的現(xiàn)象固溶強(qiáng)化

無論是置換固溶體還是間隙固溶體，都因溶質(zhì)原子的溶入而使溶劑晶格發(fā)生歪扭，從而使合金對(duì)塑性變形的抗力增加原因固溶強(qiáng)化是金屬材料最主要的一種強(qiáng)化手段50

2.金屬化合物合金組元間相互作用而形成的具有金屬特性的一種新相

概念晶格類型不同于任一組元

特點(diǎn)

熔點(diǎn)高，硬而脆

性能當(dāng)金屬化合物呈細(xì)小的顆粒彌散分布在固溶體基體上時(shí)，能顯著提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，這種現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化

彌散強(qiáng)化51

3.機(jī)械混合物

由兩相或兩相以上組成的多相組織概念各組成相仍保持它原有的晶格類型和性能特點(diǎn)性能介于各組成相性能之間，并與各組成相的性能以及相的數(shù)量、形狀、大小和分布狀況等密切相關(guān)

性能522.1.3金屬實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)金屬實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)由許多位向不同的單晶體構(gòu)成的晶體多晶體晶體缺陷實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中，局部原子排列的不規(guī)則性單晶體多晶體多晶冰糖單晶冰糖53晶體缺陷空位、間隙原子、置換原子點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)晶界、亞晶界

晶體缺陷的類型54晶體缺陷點(diǎn)缺陷空位及間隙原子置換原子形成的原因：熱振動(dòng)的偶然偏差結(jié)果：導(dǎo)致晶格畸變。晶格畸變將使晶體的強(qiáng)度、硬度和電阻增加。55線缺陷——晶體中呈線狀分布的缺陷（位錯(cuò)）刃型位錯(cuò)晶體缺陷刃型位錯(cuò)

位錯(cuò)——在晶體中有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律錯(cuò)排的現(xiàn)象。刃型位錯(cuò)——比較簡單的位錯(cuò)形式線缺陷56面缺陷——晶界、亞晶界晶界特征：①呈面狀分布②產(chǎn)生晶格畸變亞晶界（位錯(cuò)墻模型）晶體缺陷57晶體缺陷對(duì)材料性能的影響使實(shí)際金屬的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理想金屬晶界處位錯(cuò)密度高，使其局部強(qiáng)度、硬度提高對(duì)實(shí)際金屬來說，晶體缺陷越多(尤其位錯(cuò))，強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越低58

任務(wù)2.2純金屬與合金的結(jié)晶

2.2.1純金屬的結(jié)晶

2.2.2合金的結(jié)晶

59凝固:

液體-->固體（晶體或非晶體）結(jié)晶:液體-->晶體

2.2.1純金屬的結(jié)晶結(jié)晶——金屬由液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w狀態(tài)的過程。液體晶體601.純金屬的冷卻曲線與過冷度過冷度：T=T0-Tn結(jié)晶的必要條件：

必須有過冷度！影響過冷度的因素：

V冷T1T

純度

T1T

純金屬的結(jié)晶61純金屬的結(jié)晶過程是在冷卻曲線上的水平線段內(nèi)發(fā)生的，是晶核的不斷形成和長大的過程。2.純金屬的結(jié)晶過程

純金屬的結(jié)晶623.金屬晶粒大小與控制晶粒大小對(duì)性能的影響晶粒越細(xì)，金屬材料的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好，這種現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。

細(xì)晶強(qiáng)化是唯一不以犧牲塑性為代價(jià)的強(qiáng)化方法

純金屬的結(jié)晶63增加過冷度進(jìn)行變質(zhì)處理（孕育處理）附加振動(dòng)采用冷卻能力強(qiáng)的鑄模提高液體金屬的過冷能力增加形核率降低長大速度機(jī)械振動(dòng)超聲波振動(dòng)電磁振動(dòng)細(xì)化晶粒的方法

純金屬的結(jié)晶641——表面細(xì)晶粒層（激冷層）2——柱狀晶粒層3——中心等軸晶粒金屬鑄錠組織

純金屬的結(jié)晶65——表示在平衡條件下，合金的狀態(tài)與溫度和成分之間關(guān)系的圖形，也稱為狀態(tài)圖或平衡圖。2.2.2合金的結(jié)晶

在生產(chǎn)實(shí)踐中，相圖可作為正確制定鑄造、鍛壓、焊接及熱處理工藝的重要依據(jù)。合金相圖（狀態(tài)圖）合金的結(jié)晶要借助于合金相圖來描述。66合金的結(jié)晶1.二元合金相圖的建立（以Cu—Ni合金為例）1.配制不同成分的Cu-Ni合金2.測出所配制各合金的冷卻曲線3.找出各冷卻曲線中的相變點(diǎn)；4.將各合金相變點(diǎn)分別標(biāo)注在溫度-成分坐標(biāo)圖中相應(yīng)成分的位置上；5.連接各相同意義的相變點(diǎn)。67合金的結(jié)晶2.勻晶相圖特點(diǎn)：兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均可以任意比例互相溶解相圖分析

A：純銅的熔點(diǎn)1083℃兩點(diǎn)

B：純鎳的熔點(diǎn)1452℃液相線：上臨界點(diǎn)的連線兩線固相線：下臨界點(diǎn)的連線兩個(gè)單相區(qū)：L區(qū)和α區(qū)三區(qū)一個(gè)兩相區(qū)L+α結(jié)晶過程分析:圖b)68合金的結(jié)晶3.共晶相圖特點(diǎn)：兩組元在液態(tài)能完全互溶，在固態(tài)下相互有限溶解或不溶，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為共晶相圖共晶轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩種成分不同固相的轉(zhuǎn)變。

69共晶相圖相圖分析：70典型Pb—Sn合金的平衡結(jié)晶過程共晶相圖合金I（E~D之間的合金）

合金I的冷卻曲線及組織轉(zhuǎn)變示意圖

室溫組織：α+βⅡ

71典型Pb—Sn合金的平衡結(jié)晶過程共晶相圖合金II（C點(diǎn)成分的合金）共晶合金的冷卻曲線及結(jié)晶過程示意圖

共晶合金的顯微組織

室溫組織：（α+β）

72典型Pb—Sn合金的平衡結(jié)晶過程共晶相圖合金III（E~C點(diǎn)之間的合金）

室溫組織：α+βII+（α+β）亞共晶合金的冷卻曲線及結(jié)晶過程示意圖亞共晶合金的顯微組織

（α+β）αβII73典型Pb—Sn合金的平衡結(jié)晶過程共晶相圖合金IV（C~F點(diǎn)之間的合金）

過共晶合金的冷卻曲線和結(jié)晶過程

過共晶合金的顯微組織

室溫組織：αII+β+（α+β）74共晶相圖以組織組分填寫的Pb—Sn二元合金相圖

75

任務(wù)2.3鐵碳合金相圖

2.3.1鐵碳合金的基本相及其組織

2.3.2鐵碳合金相圖

2.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用

76任務(wù)2.3鐵碳合金相圖鋼鐵材料的基本組元是鐵和碳兩種元素，稱為鐵碳合金。鐵碳合金鐵碳合金相圖——是研究平衡條件下，鐵碳合金的成分、溫度和組織之間關(guān)系的圖形，是制定鋼鐵材料各種熱加工工藝的重要依據(jù)。771.鐵素體（F或α）：碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體

晶格結(jié)構(gòu)：bcc

最大溶解度：0.0218%（727℃）

性能組織：

Rm=180～230MPa

ReL=100～170MPa

HBS=50～80

A=30%～50%

Z=70%～80%

ak=160～200J/cm2

2.3.1鐵碳合金的基本相及組織782.奧氏體（A或γ）：碳溶于γ-Fe中所形成的間隙固溶體

晶格結(jié)構(gòu)：Fcc

最大溶解度：2.11%（1148℃）

性能組織：

Rm≈400MPa

HBS=170～220A=40%～50%

2.3.1鐵碳合金的基本相及組織793.滲碳體（Fe3C

）：鐵和碳所形成的金屬化合物

晶格結(jié)構(gòu)：復(fù)雜斜方

含碳量：6.69%

性能組織：

Rm≈30MPa

HBW=800A≈0

Z≈0，硬而脆

2.3.1鐵碳合金的基本相及組織804.珠光體（P）：鐵素體和滲碳體相間排列而成的層片狀的機(jī)械混合物

平均含碳量：0.77%

性能組織：

Rm=750MPa

HBS=180

A=20%～25%

ak=30～40J/cm2

2.3.1鐵碳合金的基本相及組織815.萊氏體（Ld

）：奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物低溫萊氏體（L′d）：珠光體和滲碳體組成的機(jī)械混合物平均含碳量：4.3%

性能組織：

硬而脆

2.3.1鐵碳合金的基本相及組織822.3.2鐵碳合金相圖Fe-Fe3C相圖FeFe3C83特性點(diǎn)溫度/℃w(C)(%)A15380C11484.3D12276.69E11482.11F11486.69G9120K7276.69P7270.0218S7270.77Q6000.00572.3.2鐵碳合金相圖——相圖分析84特性線含義備注ACD液相線AECF固相線

ECF共晶線

PSK共析線A1

ES碳在γ-Fe中的溶解度曲線，AcmGS奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始線A3GP奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終了線PQ碳在α-Fe中的溶解度曲線2.3.2鐵碳合金相圖——相圖分析85亞共析鋼：WC=0.0218%-0.77%共析鋼：WC=0.77%過共析鋼：WC=0.77%-2.11%3)白口鑄鐵：2.11%＜WC

＜6.69%2）鋼：0.0218%＜WC

≤2.11%亞共晶白口鑄鐵：WC=2.11%-4.3%共晶白口鑄鐵：WC=4.3%過共晶白口鑄鐵：WC=4.3%-6.69%2.3.2鐵碳合金相圖——鐵碳合金的分類1）工業(yè)純鐵wC≤0.0218%的鐵碳合金。862.11%4.3%6.69%0.77%0.02%工業(yè)純鐵共析鋼亞共析鋼過共析鋼亞共晶白口鐵過共晶白口鐵共晶白口鐵鋼鑄鐵鐵碳合金分類ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.02%87共析鋼[wc=0.77%]ABCDFENGPSKJHALFδFeFe3C2.11%4.3%6.69%0.77%0.0218%1320鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析88共析鋼[wc=0.77%]室溫平衡組織:P組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析12389亞共析鋼[wc=0.0218~0.77%]1321鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析490亞共析鋼[wc=0.0218~0.77%]室溫平衡組織:F+P鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析1234wc=0.2%wc=0.4%wc=0.6%91過共析鋼[wc=0.77~2.11%]1321鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析492過共析鋼[wc=0.77~2.11%]室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析1234硝酸酒精侵蝕苦味酸侵蝕93共晶白口鑄鐵[wc=4.3%]12鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析94共晶白口鑄鐵[wc=4.31%]室溫平衡組織:鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析1295亞共晶白口鑄鐵[wc=2.11~4.3%]321鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析96亞共晶白口鑄鐵[wc=2.11~4.3%]室溫平衡組織:P+Fe3CⅡ+

鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析12397過共晶白口鑄鐵[wc=4.3~6.69%]321鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析98過共晶白口鑄鐵[wc=4.3~6.69%]鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程分析123室溫平衡組織:

+Fe3CⅠ99ABCDFENGPSKQJHALFδFeFe3C鐵碳合金平衡組織100標(biāo)注了組織組成物的相圖1013.鐵碳合金的

成分-組織-性能關(guān)系1.含碳量與組織關(guān)系（a）和（b）：2.含碳量與相的相對(duì)量關(guān)系（C

）：

wC↑→F

%↓，F(xiàn)e3C

%↑3.含碳量與性能關(guān)系（d）：硬度：隨wC↑而↑強(qiáng)度：wC=

0.9%時(shí)最大塑性、韌性：隨wC

↑而↓102鐵碳相圖的應(yīng)用在選材方面的應(yīng)用在鑄造方面的應(yīng)用在鍛軋方面的應(yīng)用在焊接方面的應(yīng)用在熱處理方面的應(yīng)用ABCDFENGPSKQJHALFδFeFe3C2.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用103汽車的油底殼汽缸蓋罩2.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用——在選材方面的應(yīng)用1.要求塑韌性好的零件——選低碳鋼（汽車油底殼、汽缸蓋罩）1042.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用——在選材方面的應(yīng)用2.要求綜合性能較高時(shí)——選中碳鋼（汽車連桿、曲軸及齒輪、軸）1052.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用——在選材方面的應(yīng)用3.要求彈性極限高的——中高碳鋼（汽車上承受交變載荷的彈簧）1062.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用——在選材方面的應(yīng)用4.要求硬度、耐磨性較高時(shí)——選高碳鋼（模具、切削刀具、測量工具）1072.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用——在選材方面的應(yīng)用5.形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)座等——選鑄造性能好的鑄鐵（軸承座）1082.3.3鐵碳相圖的應(yīng)用——制定熱加工工藝方面鑄造方面

:確定鋼鐵材料的澆注溫度鍛壓方面:確定鋼的鍛造溫度范圍的依據(jù)焊接方面:選擇焊接材料熱處理方面:確定熱處理加熱溫度1091.研究金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶，有利于探索和改善金屬材料的性能。2.常見的金屬晶格類型有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。固態(tài)合金中的相分為固溶體和金屬化合物兩大類。金屬實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)是一個(gè)多晶體，并存在有晶體缺陷，晶體缺陷導(dǎo)致金屬塑性變形抗力增大，從而使金屬材料在常溫下強(qiáng)度、硬度提高。3.晶粒大小是影響金屬材料性能的重要因素之一。一般來說，晶粒越細(xì)，金屬材料的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好，這種現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化4.鐵碳合金相圖是研究平衡條件下，鐵碳合金的成分、溫度和組織之間關(guān)系的圖形，是研究鋼鐵材料的基礎(chǔ)，也是制定鋼鐵材料各種熱加工工藝的重要依據(jù)。本章小結(jié)110二、填空題1.常見的金屬晶格類型有

晶格、

晶格和

晶格三種類型。α-Fe屬于

晶格，γ-Fe屬于

晶格，鉻屬于

晶格，銅屬于

晶格，鋅屬于

晶格。2.根據(jù)缺陷的幾何形態(tài)特征，實(shí)際金屬的晶體缺陷分為

、

和

。3.過冷度不是一個(gè)恒定值，它與液態(tài)金屬的冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越大，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越

，過冷度越

。4.金屬結(jié)晶過程是一個(gè)

和

的過程。5.金屬的晶粒越細(xì)小，其強(qiáng)度、硬度

，塑性、韌性

，這種現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。6.按溶質(zhì)原子在溶劑中所占位置的不同，固溶體分為

和

兩類。7.奧氏體在1148℃時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

，在727℃時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

。8.根據(jù)室溫組織的不同，鋼分為

鋼，其室溫組織為

和

；

鋼，其室溫組織為

；

鋼，其室溫組織為

和

。技能訓(xùn)練題111三、選擇題1.位錯(cuò)是一種（

）。A．點(diǎn)缺陷B．線缺陷C．面缺陷

2.在20℃時(shí)，純鐵的晶體結(jié)構(gòu)類型為（

）。A．體心立方晶格B．面心立方晶格C．密排六方晶格3.固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與（

）相同。A．溶劑B．溶質(zhì)C．溶劑和溶質(zhì)都不4.金屬化合物的性能特點(diǎn)是（

）。A．熔點(diǎn)高，硬度低B．熔點(diǎn)高，硬而脆C．熔點(diǎn)低，硬度高5.鐵素體為（

）晶格，奧氏體為（

）晶格，滲碳體為（

）晶格。A．體心立方B．面心立方C．復(fù)雜斜方6.鐵碳相圖上的ES線是（

），PSK線是（

）。A．A1B．A3C．Acm技能訓(xùn)練題112四、判斷題1.純鐵在950℃時(shí)為體心立方晶格的α-Fe。（

）2.實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)不僅是一個(gè)多晶體，而且還存在有很多缺陷。（

）3.固溶體的晶格類型與溶劑相同。（

）4.置換固溶體只能為有限固溶體，而間隙固溶體可以是無限固溶體。（

）5.組織和相是兩個(gè)不同的概念，它們之間沒有任何聯(lián)系。（

）6.碳溶于α-Fe中所形成的間隙固溶體稱為奧氏體。（

）7.室溫下w(C)=0.9%的碳鋼比w(C)=1.2%的碳鋼強(qiáng)度高。（

）8.在1100℃時(shí)，w(C)=0.4%的鋼能進(jìn)行鍛造，而w(C)=4.0%的鑄鐵不能鍛造。（

）技能訓(xùn)練題113TheEnd114

汽車應(yīng)用材料Automotive

application

materials

115模塊3鋼的熱處理

任務(wù)3.1鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

任務(wù)3.2鋼的普通熱處理

任務(wù)3.3鋼的表面熱處理116模塊3鋼的熱處理據(jù)史書記載，三國時(shí)期蒲元為諸葛亮鍛制出3000把“斬金斷玉，削鐵如泥”的神刀。蒲元在冶煉金屬、制造刀具上所用方法與常人大不一樣，當(dāng)鋼刀制成后，為了檢驗(yàn)鋼刀的鋒利程度，他在大竹筒中裝滿鐵珠，然后讓人舉刀猛劈，結(jié)果“應(yīng)手靈落”，如同斬草一樣，竹筒豁然斷成兩截，而筒內(nèi)的鐵珠也一分為二。那么蒲元在冶煉金屬、制造刀具上使用了什么方法呢？其實(shí)“神刀”是蒲元對(duì)鋼材進(jìn)行了熱處理的基礎(chǔ)上打造的，那么鋼材在熱處理后性能為什么會(huì)發(fā)生改變？又是如何提高鋼的強(qiáng)度和硬度的呢？【案例引入】——斬金斷玉，削鐵如泥”的神刀117任務(wù)3.1鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

3.1.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

3.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變118鋼的熱處理概述定義：目的及重要性：提高和改善鋼的性能；充分發(fā)揮鋼的性能潛力；提高壽命；減低成本

分類：

普通熱處理（四把火：退火、正火、淬火、回火）表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理）加熱T(℃)t(h)冷卻熱處理工藝曲線保溫

把鋼在固態(tài)下，通過加熱冷卻來改變鋼內(nèi)部的組織和性能保溫蘸火119轉(zhuǎn)變溫度Fe-Fe3C相圖上：PSK、GS、ES平衡臨界點(diǎn)為：A1、A3、Acm加熱時(shí)臨界點(diǎn)為：Ac1、Ac3、Accm冷卻時(shí)臨界點(diǎn)為：Ar1、Ar3、Arcm

任務(wù)3.1鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變120鋼熱處理時(shí)首先要加熱，其目的是獲得均勻而細(xì)小的奧氏體組織。經(jīng)過A化以后的鋼，再以不同的方式冷卻，即可得到不同的組織，從而獲得所需要的性能。熱處理工藝曲線任務(wù)3.1鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1213.1.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（以共析鋼為例）：

共析鋼在A1以下全部為P。P是F和Fe3C組成的機(jī)械混合物。當(dāng)把共析鋼加熱到Ac1以上溫度時(shí)，P→A，這種轉(zhuǎn)變可用下式表示。P（F+Fe3C）→A0.0218%6.69%0.77%bcc復(fù)雜斜方fcc珠光體任務(wù)3.1鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變122共析鋼奧氏體形成過程可歸納為奧氏體晶核的形成：a)奧氏體晶核的長大:b)殘余滲碳體的溶解:c)奧氏體成分均勻化:d)

加熱時(shí)，為了獲得均勻而細(xì)小的奧氏體晶粒，必須選取合適的加熱溫度，并嚴(yán)格控制保溫時(shí)間。

亞共析鋼：F+P→F+A→A過共析鋼：P+Fe3C→A+Fe3C→A3.1.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變——奧氏體形成過程123鋼加熱獲得均勻而細(xì)小的A晶粒，是為隨后的冷卻做組織準(zhǔn)備，冷卻過程是熱處理的關(guān)鍵工序，冷卻方式不同，冷卻后的組織和性能也不同。熱處理生產(chǎn)中的冷卻方式

等溫冷卻

連續(xù)冷卻

3.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1241.過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線

過冷奧氏體：把在Ar1溫度以下暫時(shí)存在的、不穩(wěn)定的奧氏體稱為過冷奧氏體。3.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變125A1——PSKMs——M轉(zhuǎn)變開始線Mf——M轉(zhuǎn)變終了線aa′——等溫轉(zhuǎn)變開始線bb′——等溫轉(zhuǎn)變終了線五線

A1

線以上：A穩(wěn)定存在區(qū)Ms~Mf：M轉(zhuǎn)變區(qū)aa′以左：過冷A區(qū)bb′以右：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)aa′~bb′：過冷A與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)五區(qū)

aa′bb′曲線分析共析鋼的C曲線

aa′bb′3.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變——過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線

C曲線126共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)和性能：1)珠光體轉(zhuǎn)變

Ar1~550℃A過→P2)貝氏體轉(zhuǎn)變

550℃~MsA過→B

3)馬氏體轉(zhuǎn)變

Ms~Mf連續(xù)冷卻A過→M共析鋼的C曲線

3.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1271)珠光體轉(zhuǎn)變等溫溫度組織名稱符號(hào)片層間距硬度HRCAr1~650℃珠光體P＞0.4μm10~20650~600℃索氏體S0.2~0.4μm20~30600~550℃托氏體T＜0.2μm30~40珠光體(P)3800×索氏體(S)8000×托氏體(T)8000×PTS問題：P、S、T有何異同？共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)和性能1282)貝氏體轉(zhuǎn)變溫度：550℃~Ms產(chǎn)物：貝氏體——含過飽和碳的鐵素體和碳化物組成的機(jī)械混合物，用“B”表示。

等溫溫度組織名稱符號(hào)形態(tài)硬度HRC550~350℃上貝氏體B上羽毛狀40-45HRC塑性低、脆350~Ms下貝氏體B下黑色針狀45-55HRC塑韌性好上貝氏體下貝氏體PTSB上B下共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)和性能1293)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度：Ms~Mf產(chǎn)物：馬氏體——碳在α-Fe中的過飽和固溶體，用“M”表示W(wǎng)c組織名稱符號(hào)形態(tài)硬度HRCWC＜0.2%板條馬氏體M板條板條狀＞50HRC塑韌性好WC＞1.0%針狀馬氏體M針狀針狀65HRC塑韌性極差、脆板條馬氏體

針狀馬氏體PTSB上B下M混合M隱晶M共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)和性能130類型溫度產(chǎn)物形態(tài)性能特點(diǎn)P轉(zhuǎn)變Ar1-550℃Ar1-650℃珠光體(P)粗片＞0.4＜25HRC擴(kuò)散型650-600℃索氏體(S)細(xì)片0.4-0.225-35HRC600-550℃屈氏體(T)極細(xì)＜0.235-40HRCB轉(zhuǎn)變550℃-Ms550-350℃上貝氏體(B上)羽毛40-45HRC塑性低、脆半擴(kuò)散型350℃-Ms下貝氏體(B下)針狀45-55HRC塑韌性好M轉(zhuǎn)變Ms-MfWc＜0.2%板條M板條＞50HRC塑韌性好非擴(kuò)散型不完全性體積膨脹Wc＞1.0%片狀M竹葉(鐵餅)65HRC塑韌性差、脆PTSB上B下M共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)和性能131Ps

——A→P開始線Pf

——A→P終止線KK'——P轉(zhuǎn)變終止線υk

——

上臨界冷卻速度υk′

——

下臨界冷卻速度

MS

——A→M開始溫度

Mf

——A→M終止溫度3.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變——過冷A連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線

132PSTT+M+A′M+A′爐冷→P(υ

≈０)空冷→S(υ≤υk′)油冷→T+M+A'(υk′

～υk)水冷→M+A'(υ≥υk′

)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和冷卻速度的關(guān)系3.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變——過冷A連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線

133任務(wù)3.2鋼的普通熱處理(四把火)3.2.2鋼的淬火3.2.1鋼的退火和正火3.2.3鋼的回火134退火：把鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。P600℃鋼的退火緩慢冷卻：隨爐冷卻、埋砂冷卻或灰冷3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火135退火分類：

完全退火（等溫退火）等溫退火球化退火擴(kuò)散退火（均勻化退火）去應(yīng)力退火3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火136適用范圍：亞共析鋼（WC=0.3~0.6%）

（鑄、鍛、焊件）加熱溫度：AC3+30～50℃AC3+30～50℃完全退火AC3+30～50℃爐冷AC3600℃，空冷完全退火工藝曲線3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火137退火后組織：P+F中碳鋼：珠光體+鐵素體完全退火目的：降低硬度，改善切削加工性能細(xì)化晶粒消除應(yīng)力均勻成份、組織提高塑性AC3+30～50℃3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火138適用范圍：合金鋼加熱溫度：AC3+30～50℃AC3（Ac1）+30～50℃②

等溫退火等溫退火工藝曲線3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火139等溫退火——完全退火的特例優(yōu)點(diǎn):退火時(shí)間短，組織均勻，縮短生產(chǎn)周期高速鋼的退火工藝曲線3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火140適用范圍：共析鋼、過共析鋼加熱溫度：目的：使片狀Fe3CⅡ

球化Ar1-20℃爐冷AC1500℃，空冷AC1+20～30℃AC1+20～30℃HB便于切削加工使塑性達(dá)到最佳為淬火、回火做準(zhǔn)備③

球化退火AC1+30～50℃3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火141球狀珠光體退火后組織：球狀P——軟

③

球化退火片狀珠光體3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火142加熱溫度：目的：消除工件殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件的尺寸；擴(kuò)散退火去應(yīng)力退火T加熱＜AC1T加熱=AC3＋150～250℃④

去應(yīng)力退火⑤

均勻化退火（擴(kuò)散退火）加熱溫度：目的：消除偏析，均勻成份、組織。3.2.1鋼的退火和正火——鋼的退火143S正火：將鋼加熱到Ac3（或Accm）以上

30~50℃，保溫一定時(shí)間，然后出爐在空氣中冷卻的熱處理工藝。鋼的正火空冷3.2.1鋼的退火和正火——鋼的正火144S

消除應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善組織，提高鋼的綜合性能對(duì)于中低碳鋼，可適當(dāng)提高硬度，改善其切削加工性能；對(duì)于過共析鋼，可消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ，為球化退火做準(zhǔn)備；作為普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。正火后組織：目的：3.2.1鋼的退火和正火——鋼的正火145加熱溫度組織和性能對(duì)切削加工的影響正火——細(xì)化、硬化退火——軟化

生產(chǎn)周期——在滿足使用性能要求的情況下，優(yōu)選正火。3.2.1鋼的退火和正火——退火與正火比較146退火分類加熱溫度冷卻方式目的適用范圍完全退火Ac3+30~50℃

隨爐冷卻到600℃以下，出爐空冷細(xì)化、均勻化，軟化、穩(wěn)定化亞共析鋼（WC=0.3~0.6%）的鑄、鍛、焊接件過共析鋼不宜完全退火等溫退火Ac3（Ac1）+30~50℃

快速冷卻到Ar1以下某一溫度，等溫一定時(shí)間，出爐空冷與完全退火相同?？煽s短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率（1/3）A較穩(wěn)定的合金鋼工件球化退火Ac1+30~50℃

經(jīng)充分保溫后，隨爐冷卻到600℃出爐空冷

軟化（P球）

具有共析或過共析成分的碳鋼或合金鋼擴(kuò)散退火固相線以下100~200℃

長時(shí)間（10-15h）保溫后，隨爐冷卻

均勻化

質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠或鑄件去應(yīng)力退火Ac1以下（一般為500~650℃）

隨爐冷卻到200~300℃出爐空冷

穩(wěn)定化

所有鋼件正火AC3（Accm）+30-50℃保溫適當(dāng)時(shí)間，出爐空冷細(xì)化晶粒、提高硬度，消除網(wǎng)狀Fe3C普通件：提高力性

低碳鋼：提高硬度

過共析鋼：細(xì)化晶粒表3-4退火和正火的工藝特點(diǎn)及適用范圍3.2.1鋼的退火和正火1473.2.1鋼的退火和正火148淬火：將鋼加熱到Ac3（或Ac1）以上

30~50℃，保溫一定時(shí)間，然后

以大于υk的速度快速冷卻，以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。目的：提高鋼的硬度和耐磨性。是強(qiáng)化鋼材最重要的工藝方法。

M+A′鋼的淬火鋼的退火鋼的正火蘸火

冷卻速度快，熱應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力大，工件易變形和開裂；淬火（+回火）一般是最終熱處理，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工序。3.2.2鋼的淬火149（1）淬火加熱溫度

亞共析鋼：Ac3+30～50℃（過）共析鋼：Ac1+30～50℃合金鋼——比相同含碳量的碳鋼高

碳鋼——以鐵碳相圖為依據(jù)鋼號(hào)Ac3/℃T/℃4578083040Cr7828503.2.2鋼的淬火——淬火工藝（2）淬火保溫時(shí)間：

用經(jīng)驗(yàn)公式τ=αKD估算150常用冷卻介質(zhì)：水、油、鹽或堿的水溶液

冷卻速度：鹽水＞水＞鹽?。居屠硐氲睦鋮s介質(zhì)：在保證淬后獲得M的前提下，又不造成開裂，且變形最小。3.2.2鋼的淬火——淬火工藝（3）淬火冷卻介質(zhì)

151①②④③①單介質(zhì)淬火：碳鋼→水；合金鋼→油優(yōu)點(diǎn)：操作簡單、成本低；缺點(diǎn)：淬火件質(zhì)量較低、熱應(yīng)力大②雙介質(zhì)淬火：水—油；水—空氣優(yōu)點(diǎn)：能保證淬火件的質(zhì)量要求缺點(diǎn)：操作難度大、熱應(yīng)力大③分級(jí)淬火：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物→

M；優(yōu)點(diǎn)：熱應(yīng)力小，工件不易變形；缺點(diǎn)：操作難度大④等溫淬火：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物→

B下；優(yōu)點(diǎn)：綜合性能及尺寸精度高、不需回火；缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、成本高3.2.2鋼的淬火——常用淬火方法152淬透性：是指鋼淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。通常以在規(guī)定條件下獲得淬硬層深度來衡量。淬硬（透）層越深，表明淬透性越好。決定于υK，υK越小，A越穩(wěn)定，淬透性越好。

淬硬性：是指鋼在淬火后所能達(dá)到的最高硬度。決定于馬氏體的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。

淬透性≠淬硬性3.2.2鋼的淬火——鋼的淬透性153

淬透性值的表示：半M區(qū)到水冷端距離半M區(qū)硬度如:

淬透性曲線的測定——末端淬火法（端淬試驗(yàn)）3.2.2鋼的淬火——鋼的淬透性154加熱淬火鋼Ac1以下保溫冷卻室溫

定義：目的：減少或消除淬火應(yīng)力，防止工件變形與開裂穩(wěn)定工件組織及尺寸；獲得所需的力學(xué)性能。馬氏體的分解殘余奧氏體的分解碳化物的析出和變化α相（F）的回復(fù)和再結(jié)晶回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變及性能變化3.2.3鋼的回火155回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變及性能變化回火階段組織變化內(nèi)應(yīng)力體積性能回火后組織（一）＜200℃（二）200～300℃（三）300～400℃（四）＞400℃c/a?1c/a＞

1c/a＞1c/a＝1εFe3CArB下或M回馬氏體分解MH不變或略δ、ψ、ak略含C過飽和α(針)+ε(點(diǎn))

M回馬氏體分解殘余奧氏體分解(略)σ、H(略)

脆性M回1馬氏體分解碳化物聚集長大α相（F）的回復(fù)和再結(jié)晶消失Hδ、ak＞M回σ、H較高彈性最佳σs

最佳針狀

F+顆粒狀Fe3C

T回σ、Hδ、ψ、ak綜合性能最佳等軸

F+顆粒狀Fe3C

S回156——回火的種類和應(yīng)用回火工藝回火溫度/℃回火組織及硬度特點(diǎn)用途低溫回火100~250回火馬氏體58~64HRC

保持了淬火M的高硬度和高耐磨性，韌性提高，內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低

用于工模量具、滾動(dòng)軸承及表面處理件中溫回火350~500回火托氏體38~50HRC

具有較高的彈性和一定的韌性

用于各種彈性零件，如汽車彈簧和熱作模具高溫回火500~650回火索氏體25~35HRC

具有較好的綜合力學(xué)性能

廣泛用于汽車、拖拉機(jī)軸類零件、齒輪和高強(qiáng)度螺栓、連桿等※調(diào)質(zhì)處理＝淬火＋高溫回火3.2.3鋼的回火157158——回火后的性能：影響回火后性能的關(guān)鍵因素：回火溫度3.2.3鋼的回火159

回火脆性的概念

第一類回火脆性250～350℃（低溫、不可逆）

產(chǎn)生范圍：所有鋼

防止措施：避免在該脆性區(qū)回火；鋼中加少量Si；

第二類回火脆性

500～650℃

（高溫、可逆）產(chǎn)生范圍：部分合金結(jié)構(gòu)鋼（含Cr、Ni、Si、Mn）

防止措施：回火后快冷加少量Mo、W

減少鋼中雜質(zhì)改變熱處理工藝——回火脆性3.2.3鋼的回火160任務(wù)3.3鋼的表面熱處理3.3.1鋼的表面淬火3.3.2鋼的化學(xué)熱處理161定義：不改變鋼的化學(xué)成分和心部組織的情況下，利用快速加熱，將表層加熱到A化溫度后進(jìn)行淬火的熱處理工藝。目的：提高表面硬度和耐磨性，心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。3.3.1鋼的表面淬火162所用鋼種：中碳成分的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用：承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊載荷的零件：齒輪、凸輪、曲軸、軋輥等——只需表面淬硬的工件；機(jī)床導(dǎo)軌等大型、復(fù)雜工件——只能表面淬硬的工件。分類：感應(yīng)加熱淬火、火焰加熱淬火、激光加熱淬火……3.3.1鋼的表面淬火163——感應(yīng)加熱表面淬火分類①高頻感應(yīng)加熱：f=200～300kHZ，δ=0.5~2.0m②中頻感應(yīng)加熱f=2500～8000HZ，δ=2.0~10mm③工頻感應(yīng)加熱f=50HZδ=10~15mm原理：利用工件在交變磁場中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，

將工件表面迅速加熱到淬火溫度，然后快速冷卻的工藝。

淬硬層深度

淬后要低溫(180℃~200℃)回火。3.3.1鋼的表面淬火164表3-4感應(yīng)加熱淬火的種類及應(yīng)用范圍種類常用頻率/kHz淬硬深度/㎜應(yīng)用范圍高頻感應(yīng)加熱200~3000.5~2

淬硬層要求較薄的中小模數(shù)齒輪和中小尺寸的軸類零件中頻感應(yīng)加熱2.5~82~10

大、中模數(shù)齒輪和較大直徑的軸類零件工頻感應(yīng)加熱50Hz10~20

大直徑零件如軋輥、火車車輪等高頻淬火超音頻淬火設(shè)備長軸高頻淬火內(nèi)齒圈高頻淬火3.3.1鋼的表面淬火——感應(yīng)加熱表面淬火165加熱速度快：高頻只需幾秒-幾十秒，不需保溫，生產(chǎn)率高

加熱溫度高：AC3+100-200℃

淬火質(zhì)量好：組織為極細(xì)M，比普通淬火高2-3HRC，且塑韌性好。但感應(yīng)加熱設(shè)備較貴，維修調(diào)整較困難，形狀復(fù)雜的零件不易制作感應(yīng)器，不適于單件生產(chǎn)。

特點(diǎn)3.3.1鋼的表面淬火——感應(yīng)加熱表面淬火166

鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)或正火→精加工→感應(yīng)加熱表面淬火→低溫回火→粗磨→時(shí)效處理→精磨消除鍛造應(yīng)力；調(diào)整硬度，便于機(jī)加工細(xì)化晶粒，提高心部綜合性能，為淬火做準(zhǔn)備強(qiáng)化表面，獲得M降低淬火應(yīng)力穩(wěn)定表面組織T加：160～200℃進(jìn)一步降低應(yīng)力，穩(wěn)定組織，防止工件變形開裂

工藝路線：3.3.1鋼的表面淬火——感應(yīng)加熱表面淬火167原理：利用氧—乙炔（煤氣）的混合氣體燃燒的火焰，將工件表層快速加熱到淬火溫度，然后立即噴水冷卻的熱處理工藝。淬硬層深度:δ=2～8mm特點(diǎn)：設(shè)備簡單成本低；但質(zhì)量不易控制。應(yīng)用：批量小、形狀復(fù)雜、大件。3.3.1鋼的表面淬火——火焰加熱表面淬火168將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變表層的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。滲碳、滲氮和碳氮共滲等。3.3.2鋼的化學(xué)熱處理定義：種類169——鋼的滲碳定義：將工件在