工程材料 第六章 鐵碳合金及熱處理

工程材料第六章鐵碳合金及熱處理第1頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容6.1鐵碳合金相圖6.2

碳鋼6.3鑄鐵6.4

鋼的熱處理6.5鋼的熱處理工藝6.6表面淬火6.7化學(xué)熱處理第六章鐵碳合金及熱處理第2頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1

鐵碳合金相圖Fe-Fe3C合金相圖是由實驗作出的T-C%圖。圖中含碳量最大為6.69%，大于6.69%的鐵碳合金，工業(yè)上沒有實用價值。Fe-Fe3C相圖是研究鋼、鐵成分—溫度—組織結(jié)構(gòu)間關(guān)系的工具。第六章鐵碳合金及熱處理第3頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1鐵碳合金相圖

一.Fe-Fe3C相圖中的基本相Fe-Fe3C相圖第六章鐵碳合金及熱處理第4頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一．Fe-Fe3C相圖中的基本相1．固溶體鐵素體：C溶于體心晶格α-Fe中形成的間隙固溶體。用F或α表示。在912℃以下穩(wěn)定存在。碳在α-Fe中溶解度很小，室溫時為0.008％，727℃為0.0218％（max）。奧氏體：C溶于面心立方晶格γ-Fe中形成的間隙固溶體，用A或γ表示。727℃時為0.77%;1148℃時為2.11%（max）。γ體順磁性。δ固溶體：C溶于體心立方δ-Fe中形成的間隙固溶體，稱為δ固溶體或高溫鐵素體。第六章鐵碳合金及熱處理δ固溶體與α鐵素體的區(qū)別

①存在溫度范圍高，約為1394～1538℃②C的溶解度較鐵素體大，1495℃為0.09％。第5頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

一．Fe-Fe3C相圖中的基本相2．化合物滲碳體是一種復(fù)雜的間隙化合物。常用Fe3C表示。性質(zhì)：①<230℃略具磁性，>230℃磁性消失②正交晶格，硬度較高，脆性很大，③呈點狀，球狀，片狀，網(wǎng)狀或條狀分布。常見形成途徑：①從液相中結(jié)晶的稱為Fe3CⅠ②從奧氏體中析出的稱為Fe3CⅡ③從鐵素體中析出的稱為Fe3CⅢ注意：共晶或共析滲碳體后面不加Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。第六章鐵碳合金及熱處理第6頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

一．Fe-Fe3C相圖中的基本相Fe3C結(jié)構(gòu)第六章鐵碳合金及熱處理第7頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二、相圖分析1、圖中的點點符號點處的溫度℃含碳量％點的意義A15380純鐵的熔點B14950.53包晶轉(zhuǎn)變的成分C11484.30共晶點D12276.69滲碳體的熔點（計算數(shù)據(jù)）E11482.11奧氏體中的碳的最大溶解度F11486.69共晶滲碳體成分點G9120α-Fe←→γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點H14950.09固溶體中碳的最大溶解度J14950.17包晶產(chǎn)物成分點K7276.69共析滲碳體成分點N13940γ-Fe←→δ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點P7270.0218鐵素體中的碳的最大溶解度Q00.0080℃時碳在鐵素體中的最大溶解度S7270.77共析點第六章鐵碳合金及熱處理第8頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月ABCD線為液相線。AHJECF線為固相線。JN線，冷卻時是δ→A的終了線，加熱時是A→δ的開始線。JN線通常稱A4線。GS線冷卻時是A→F的開始線，加熱時是F→A的終了線。GS線通稱A3線。ES線是碳在奧氏體中的溶解度曲線。顯然，溫度越高，溶解度越大。727℃時為0.77%C,1148℃時為2.11%C。ES線通稱Acm線。PQ線是碳在鐵素體中的溶解度曲線。同樣溫度越高，溶解度越大。0℃時為0.008％C，727℃時為0.0218％C。

6.1鐵碳合金相圖

二、相圖分析

2、圖中的線第六章鐵碳合金及熱處理第9頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二、相圖分析2、圖中的線包晶轉(zhuǎn)變等溫線，即HB線，溫度為1495℃。

L0.53+δ0.09→

A0.17

共晶轉(zhuǎn)變等溫線，即EF線，溫度為1148℃。

L4.3

→(A2.11+Fe3C)

共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱萊氏體，以符號Ld表示。共析轉(zhuǎn)變等溫線，即PSK線，通常稱A1線，溫度為727℃。

A0.77

→(F0.0218+Fe3C)共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱珠光體，以符號P表示。第六章鐵碳合金及熱處理第10頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、相圖分析2、圖中的線兩條無相變的水平線：其一是770℃的水平點劃線，為鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變線。通稱A2線。其二是230℃的水平點劃線，為滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變線。通稱A0線。3.圖中的相區(qū)相圖中有五個單相區(qū)、七個兩相區(qū)及三個三相區(qū)。第六章鐵碳合金及熱處理第11頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、相圖分析單相區(qū)相相區(qū)兩相區(qū)相相區(qū)LδAFFe3CABCD線以上AHNANJESGNGPQGDFKL+δL+AL+Fe3CⅠδ+AA+Fe3CⅡF+AF+Fe3CⅠⅡⅢABHAJBCEJDCFDHJNHEFKSEGSPGQPKLQ三相區(qū)L+δ+AL+A+Fe3CA+F+Fe3CHJBECFPSK3.圖中的相區(qū)第六章鐵碳合金及熱處理第12頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1、工業(yè)純鐵C＜0.0218％

三、典型合金的平衡結(jié)晶過程第六章鐵碳合金及熱處理第13頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三、典型合金的平衡結(jié)晶過程1、工業(yè)純鐵含碳量低于0.0218％的鐵碳合金，稱為工業(yè)純鐵。它有下列兩種室溫組織。含碳量低于0.008％時，其室溫組織為鐵素體(實際上這種情況很少)。含碳量在0.008～0.0218％之間時，由于冷卻過程中，鐵素體有三次滲碳體析出，其室溫組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體。三次滲碳體一般呈片狀或短薄帶狀沉積在鐵素體的晶界上，或呈點狀分布在鐵素體晶內(nèi)。在光學(xué)顯微鏡下，三次滲碳體很難看到。第六章鐵碳合金及熱處理第14頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三、典型合金的平衡結(jié)晶過程2、鋼(0.0218～2.11％C)（1）共析鋼的結(jié)晶過程(含碳量等于0.77％)第六章鐵碳合金及熱處理第15頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、典型合金的平衡結(jié)晶過程2、鋼（1）共析鋼的結(jié)晶過程(含碳量等于0.77％)

A0.77

(F0.0218+Fe3C)此共析體為層狀組織，類似于珠母的紋路和光澤，故稱珠光體。當(dāng)溫度<727℃時，為珠光體組織（從鐵素體中析出的Fe3CⅢ可以忽略不計）。第六章鐵碳合金及熱處理第16頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、典型合金的平衡結(jié)晶過程2、鋼

共析鋼的室溫平衡組織第六章鐵碳合金及熱處理第17頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2、鋼

（2）亞共析鋼的結(jié)晶過程

①C％量在0.0218～0.77％之間的鋼，稱為亞共析鋼。②結(jié)晶過程示意圖如所示。③室溫平衡組織為“F+P”圖7-4

亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖第六章鐵碳合金及熱處理第18頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、典型合金的平衡結(jié)晶過程2、鋼

亞共析鋼的室溫平衡組織

當(dāng)腐蝕金相試樣時，F(xiàn)為單相，難以形成微電池，抗腐蝕能力強而呈白色；P為雙相容易形成微電池，抗腐蝕能力弱而呈黑色。第六章鐵碳合金及熱處理第19頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2、鋼（3）過共析鋼的結(jié)晶過程①C％量在0.77～2.11％之間的鋼.②室溫組織為“網(wǎng)狀Fe3CⅡ+珠光體”,P為基體，網(wǎng)狀Fe3CⅡ分布在原奧氏體晶界上。第六章鐵碳合金及熱處理第20頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、典型合金的平衡結(jié)晶過程2、鋼過共析鋼的室溫平衡組織

用硝酸酒精浸蝕時Fe3CⅡ為白色；用苦味酸浸蝕時Fe3CⅡ為黑色第六章鐵碳合金及熱處理第21頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3、鑄鐵(2.11～6.69％C)（1）共晶白口鑄鐵（4.3％C）溫度在1148℃時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。

L4.3(A2.11+Fe3C)共晶體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，為奧氏體與滲碳體的兩相混合物，稱為

高溫萊氏體，以符號Ld表示。低溫萊氏體Ld′：

Fe3CⅡ+P+

Fe3C樹枝狀或魚骨狀的共晶碳化物組織粗大，硬度高，脆性大，是一種缺陷組織。不能通過熱處理來矯正，必須借助于反復(fù)的熱加工（鍛、軋）才能將粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎并使其較為均勻地分布。第六章鐵碳合金及熱處理第22頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、典型合金的平衡結(jié)晶過程3、白口鑄鐵（2）亞共晶白口鐵（2.11～4.3％C）結(jié)晶后的室溫組織示意圖。室溫組織為：

Fe3CⅡ+P（黑塊）

+

Ld′（基體）第六章鐵碳合金及熱處理第23頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三、典型合金的平衡結(jié)晶過程3、白口鑄鐵（3）過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程

（4.3～6.69％

C）1點以上1點～2點2點～3點3點以下過共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程

室溫組織為：Fe3CⅠ+

Ld′（基體）第六章鐵碳合金及熱處理高溫萊氏體與低溫萊氏體有何區(qū)別？第24頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3、白口鑄鐵（3）過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程當(dāng)溫度在DC線以上時，合金為均勻的液態(tài)。當(dāng)溫度降低到DC線～1148℃之間時，從液態(tài)合金中析出一次滲碳體。溫度在1148℃時液態(tài)合金的含碳量為4.3％。在此溫度下，一次滲碳體保持不變，液態(tài)合金符合共晶轉(zhuǎn)變條件，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷厝R氏體。當(dāng)溫度降低到1148～727℃之間時，碳在奧氏體中的溶解度逐漸減小，從共晶奧氏體中不斷析出二次滲碳體。當(dāng)溫度在727℃時，共晶奧氏體中的含碳量達到0.77％，符合共析轉(zhuǎn)變條件，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。當(dāng)溫度低于727℃時，過共晶白口鑄鐵組織為：一次滲碳體＋低溫萊氏體。過共晶鑄鐵室溫下的顯微組織，如圖所示?；w是低溫萊氏體，在基體上分布著的白色長條是一次滲碳體。第六章鐵碳合金及熱處理第25頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1鐵碳合金相圖P+FPP+FeCⅡP+FeCⅡ+Ld′

Ld′

Ld′+FeCⅠ第六章鐵碳合金及熱處理第26頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2碳鋼一、碳與雜質(zhì)對鋼性能的影響?碳鋼化學(xué)成份：Fe（基體元素）+C（主要添加元素）+Si+Mn+P+S，其中雜質(zhì)元素對性能產(chǎn)生很大的影響。1、主要添加元素的影響

Fe：作為基體元素，在鋼中以F存在，性能是塑性很好。

C：在鋼中以Fe3C形式存在，突出性能是硬而脆。

?

C%<0.9%:Fe3C以片狀或粒狀均勻分布于F中，C%↑↑→Fe3C%↑↑→變形阻力↑↑→強度、硬度↑↑→塑、韌性↓

?

C%>0.9%:①近平衡態(tài)（退火狀態(tài)）；則Fe3C沿奧氏體晶界析出，形成完整的

網(wǎng)絡(luò)，晶粒間結(jié)合力就弱，抗拉強度↓↓。②非平衡態(tài)（亞火狀態(tài)）：Fe3C不沿A晶間析出，或雖沿A晶界析出但不形成完整網(wǎng)絡(luò)，則鋼的強度不隨含碳量增加而降低。第六章鐵碳合金及熱處理第27頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2、常見雜質(zhì)的影響（1）有害雜質(zhì)P、S（煉鋼時無法除去）

①P：可溶于鐵素體，使鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性劇烈下降。這種因低溫而引起鋼材變脆的現(xiàn)象，稱為鋼的冷脆。

②S：S+Fe→（FeS+Fe）共晶形成低熔點989℃的二元共晶。

FeS+FeO+Fe還能形成低熔點940℃的三元共晶。低熔點的二元、三元共晶常偏析于晶界上，當(dāng)鋼在1000℃以上熱加工時，這些低熔點的二元、三元共晶可能熔化，從而導(dǎo)致鋼材在加工過程中開裂，此現(xiàn)象稱為—熱脆。P、S對鋼材亦有好的一面第六章鐵碳合金及熱處理例：P熔于Fe使切屑脆化易斷；S與Mn形成的MnS也有相同作用這樣可減輕粘刀現(xiàn)象，降低了刀頭溫度，提高了刀具壽命。炮彈鋼（50Mn、58SiMn和60MnMo）中加入較多的P，增加其脆性，爆炸時碎片增加，殺傷力大增。第28頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一、碳與雜質(zhì)對鋼性能的影響2、常見雜質(zhì)的影響（2）Si、Mn

—

有益雜質(zhì)Si、Mn是煉鋼脫氧時殘留下來的雜質(zhì)，能溶于F，使F的強度、硬度↑↑。S+Mn→MnS（熔點為1620℃），在熱加工過程中不會熔化，此外，還有一定塑性，能隨壓力而變形，故Mn的存在，可減輕S的危害。第六章鐵碳合金及熱處理第29頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

二．碳鋼的分類、編號及應(yīng)用1、碳鋼的分類（1）按用途分結(jié)構(gòu)鋼：用以制造工程結(jié)構(gòu)與機械零件工具鋼：刀具、量具和模具（2）按含碳量低碳鋼：C%<0.25%中碳鋼：0.25～0.6％高碳鋼：>0.6％普通碳鋼：P≤0.045%，S≤0.055％優(yōu)質(zhì)碳鋼：結(jié)構(gòu)鋼：P≤0.04%，S≤0.045％

工具鋼：P≤0.035%，S≤0.030％高級碳鋼：P≤0.030%，S≤0.020％（3）按質(zhì)量分第六章鐵碳合金及熱處理第30頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

二．碳鋼的分類、編號及應(yīng)用2、碳鋼的編號及應(yīng)用（1）普通碳素

結(jié)構(gòu)鋼甲類鋼：熱軋狀態(tài)下使用，只保證機械性能，以A1、A2、A3，…A7表示，數(shù)字越大，強度、硬度越高。如用于工程結(jié)構(gòu)----工字鋼、角鋼等。乙類鋼：多用于日常用具，只保證化學(xué)成分，以B1、B2、B3，…B7表示，數(shù)字越大，含碳量越高，常用于鐵絲、鐵釘、薄鐵皮、罐頭盒等。特等鋼：熱壓狀態(tài)供應(yīng)，既保證性能，又保證化學(xué)成分，用C1、C2、C3，…C5表示，數(shù)字越大，含碳量↑↑，強度、硬度↑↑，可代替部分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。第六章鐵碳合金及熱處理第31頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2、碳鋼的編號及應(yīng)用（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼既保證化學(xué)成份,又保證機械性能①普通含Mn鋼（0.35～0.80%Mn）編號用兩位數(shù)字表示：如08、10、15、20…80、85兩位數(shù)表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，

如45鋼，含碳量為45/10000，即0.45%。②較高含Mn鋼：（0.80～1.00%Mn）普通含錳鋼后加Mn即可，如15Mn、65Mn等。廣泛應(yīng)用于機械制造方面。例如15Mn、20Mn、30Mn：塑性好，用于沖壓件、焊接件40Mn、45Mn、50Mn：綜合機械性能好，用于傳動軸、連桿。70Mn、75Mn、80Mn：硬度高，用于鋼絲、鋼帶等可分為兩組第六章鐵碳合金及熱處理第32頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2、碳鋼的編號及應(yīng)用（3）優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼此類鋼在供應(yīng)時，成份、性能都有保證。編號為：T7、T8…T13、T14等例如：如T8A：A表示“高級優(yōu)質(zhì)”鋼。常用于：絲錐、扳手、鉆頭、銼刀等，T8

↓碳

平均含碳量為8/1000，即0.8%。第六章鐵碳合金及熱處理第33頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3鑄鐵鑄鐵與鋼最根本的區(qū)別有三

一、白口鑄鐵碳全部Fe3C形式存在，斷口為亮白色，故稱為白口鑄鐵。白口鑄鐵硬而脆，難以切削加工。白口鑄鐵主要用于研磨機的磨球、犁鏵等，也可用于煉鋼的原料和制造可鍛鑄鐵?；瘜W(xué)成分不同組織結(jié)構(gòu)不同機械性能不同第六章鐵碳合金及熱處理第34頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3鑄鐵二灰口鑄鐵(1)

石墨的影響石墨的強度、硬度、塑性、韌性都極低?；铱阼T鐵基體上分布的條狀石墨，相當(dāng)于碳鋼中存在著許多小“裂紋”，不僅破壞了基體金屬的連續(xù)性，而且“裂紋”尖端容易引起應(yīng)力集中，所以，灰口鑄鐵的性能要比碳鋼低得多。(2)灰口鑄鐵的組織3．灰口鑄鐵的牌號灰口鑄鐵的牌號以“HT”表示第六章鐵碳合金及熱處理第35頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3鑄鐵(2)灰口鑄鐵的組織第六章鐵碳合金及熱處理第36頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3鑄鐵三．可鍛鑄鐵

碳全部或大部分以自由狀態(tài)石墨存在，且石墨呈團絮狀，

斷口為灰黑色或灰白色，稱為可鍛鑄鐵。1．可鍛鑄鐵的組織可鍛鑄鐵不是直接澆注出來的，而是用C、Si含量較低的鐵水，

先澆注成白口鑄鐵，然后在高溫(～1000℃)、長時間(～50小時)退火處理，使Fe3C分解而析出石墨。根據(jù)Fe3C在退火過程中分解程度不同，可分為①F可鍛鑄鐵：F(基體)＋C(團絮狀)，石墨較多，斷口為灰黑色②P可鍛鑄鐵：P(基體)＋C(團絮狀)，石墨較少，斷口為灰白色第六章鐵碳合金及熱處理第37頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三．可鍛鑄鐵2．可鍛鑄鐵的性能因石墨呈團絮狀，故機械性能較高，尤其是塑性、韌性更為突出。原因：呈團絮狀的石墨對基體的割裂作用較小，所以其塑性相對較高?？慑戣T鐵實際上并不可斷。3．可鍛鑄鐵的牌號

KT－表示鐵素體可鍛鑄鐵

KT2－表示珠光體可鍛鑄鐵KT370－12最低抗拉強度最低延伸率（a）（b）(a)珠光體可鍛鑄鐵

(b)鐵素體可鍛鑄鐵第六章鐵碳合金及熱處理第38頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月四．球墨鑄鐵碳全部或大部分以自由狀態(tài)石墨形式存在，石墨呈球狀，斷口為銀灰色，稱為球墨鑄鐵。球墨鑄鐵是用灰口鐵水，在澆注前加入少量球化劑，經(jīng)球化處理或孕育處理而制成的。1．球墨鑄鐵的組織①F球墨鑄鐵：F（基體）＋C（球狀）②F-P球墨鑄鐵：

F＋P(基體)＋C（球狀）③P球墨鑄鐵：P（基體）＋C（球狀）第六章鐵碳合金及熱處理第39頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月四．球墨鑄鐵2．球墨鑄鐵的性能

F(基體)＋F－P(基體)＋P（基體）強度、硬度塑性、韌性3．球墨鑄鐵牌號

QT－表示球狀

QT400－17

最低抗拉強度最低延伸率第六章鐵碳合金及熱處理第40頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4鋼的熱處理熱處理：在固態(tài)下，將金屬按一定速度加熱到某一溫度，保溫一段時間后，按一定速度冷卻的過程。熱處理亦稱：加熱－保溫－冷卻三部曲。tT加熱溫度冷卻加熱保溫時間熱處理工藝示意圖第六章鐵碳合金及熱處理第41頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4鋼的熱處理?熱處理的地位：（1）熱處理是機械零件和工具制造過程中的重要工序。（2）一般零件的制造路線是：坯料—-鑄、鍛、焊等熱加工—熱處理—（粗加工）—（熱處理）—精加工—熱處理。?熱處理作用：（1）獲得最終使用性能：（2）改善毛坯工藝性能，以利于冷、熱加工。第六章鐵碳合金及熱處理第42頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4鋼的熱處理一．鋼加熱的組織轉(zhuǎn)變1．奧氏體的形成對不同成分的鋼，奧氏體的形成溫度不同。例如：共析鋼A1以上過共析鋼Acm以上亞共析鋼A3以上實際加熱和冷卻時臨界點的變化第六章鐵碳合金及熱處理第43頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一．鋼加熱的組織轉(zhuǎn)變1．奧氏體的形成奧氏體的形成過程（1）形核與核長大。（2）奧氏體晶核的形核點：F與Fe3C的相界面上產(chǎn)生與長大，隨溫度升高，A逐漸吞并F與Fe3C長大。如圖所示。共析鋼奧氏體形成過程示意圖第六章鐵碳合金及熱處理第44頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2．奧氏體的晶粒大小及其控制(1)實際晶粒度實際晶粒度：是指鋼在某一具體加熱溫度下所得到的奧氏體實際晶粒大。A的晶粒大小，直接影響冷卻后所得的組織和性能。為評定A實際晶粒大小，將A晶粒度分為8個級別：起始晶粒度：是指珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變剛剛完成時的晶粒大小，稱為起始晶粒度。(2)奧氏體晶粒長大傾向本質(zhì)細晶鋼(用Al，Ti脫氧，或鋼中加入W、Mo、V元素的鋼)：加熱時A晶粒長大傾向小。本質(zhì)粗晶鋼(用Mn脫氧)：加熱時A晶粒迅速長大。第六章鐵碳合金及熱處理第45頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2．奧氏體的晶粒大小(1)實際晶粒度：

A晶粒大小，直接影響冷卻后所得的組織和性能第六章鐵碳合金及熱處理第46頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一．鋼加熱的組織轉(zhuǎn)變2．奧氏體的晶粒大小A晶粒度第六章鐵碳合金及熱處理第47頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4鋼的熱處理二．鋼冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼加熱后的冷卻方法有兩種等溫冷卻：冷到Ar1線以下保溫一段時間后再冷卻到室溫。連續(xù)冷卻：由加熱溫度連續(xù)冷到室溫。1－等溫冷卻；2－連續(xù)冷卻鋼的兩種冷卻方式示意圖第六章鐵碳合金及熱處理第48頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1．A的等溫轉(zhuǎn)變(1)等溫轉(zhuǎn)變曲線－C曲線

1）共析鋼的C－曲線①轉(zhuǎn)變溫度降低，過冷A穩(wěn)定性減小，即開始和結(jié)束的時間都縮短。但在550℃以下，過冷A穩(wěn)定性又增加，轉(zhuǎn)變時間變長。②在550℃以上，過冷A轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體；

550℃-240℃間，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為貝氏體；③在Ms-Mf

之間，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。

共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖第六章鐵碳合金及熱處理第49頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1．A的等溫轉(zhuǎn)變(1)等溫轉(zhuǎn)變曲線－C曲線2）其它鋼的C－曲線亞共析鋼在過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)镻之前，應(yīng)先析出F，所以在C－曲線上還有一條F析出線。過共析鋼在過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)镻之前，應(yīng)先析出Fe3CⅡ

，所以在C－曲線上還有一條Fe3CⅡ析出線。每種鋼有各自的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖。第六章鐵碳合金及熱處理第50頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1．A的等溫轉(zhuǎn)變(2)等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織1)珠光體型組織①A1~650℃，奧氏體中碳原子能充分?jǐn)U散并形成滲碳體與鐵素體，稱為珠光體。②650~600℃時，形成片層較薄的珠光體，又稱索氏體。③600~550℃左右轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢訕O為細密的珠光體，又稱屈氏體。珠光體X1000屈氏體X1000第六章鐵碳合金及熱處理第51頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1．A的等溫轉(zhuǎn)變(2)等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織2)貝氏體在550℃-Ms之間，為中溫轉(zhuǎn)變，碳原子擴散而鐵原子不擴散，所以A轉(zhuǎn)變?yōu)檫^飽和的F和極細小的碳化物組織，稱為貝氏體。①上貝氏體(B上)形成溫度：350~550℃。特征：F呈條狀平行排列，細小的Fe3C不均勻的分布在條狀F之間。這種組織稱為上貝氏體。因其顯微鏡下呈羽毛狀，故又稱為羽毛狀貝氏體。②下貝氏體(B下)形成溫度：350~230℃。特征：過飽和F呈針狀，極細Fe3C均勻而有方向性的分布在針狀F內(nèi)部，稱為下貝氏體或針狀貝氏體。第六章鐵碳合金及熱處理第52頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織

2)貝氏體上貝氏體下貝氏體第六章鐵碳合金及熱處理第53頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二．鋼冷卻時的組織轉(zhuǎn)變1．A的等溫轉(zhuǎn)變(3)等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機械性能

珠光體、索氏體、屈氏體(片層間距減小)上貝氏體下貝氏體(鐵素體粗大)

(F過飽和度增加，F(xiàn)e3C更細小)

機械性能第六章鐵碳合金及熱處理第54頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1．A的等溫轉(zhuǎn)變(4)馬氏體及其性能1)馬氏體本質(zhì)

形成溫度：只在C-曲線的Ms~Mf溫度范圍，才可形成馬氏體。

特征：因轉(zhuǎn)變溫度很低，轉(zhuǎn)變速度快，A中碳原子已不能擴散。①碳在α－Fe中的過飽和間隙固溶體。

②由于碳原子的溶解，馬氏體中Fe原子排列已不是面心立方晶格，而是體心立方晶格。2)馬氏體形成特點

①多數(shù)鋼的Mf在室溫以下，有少量過冷A被保留下來，所以馬氏體轉(zhuǎn)變并不完全。②因奧氏體中碳原子不能擴散，只是面心立方晶格鐵原子基體位移成α-Fe晶格，所以馬氏體和奧氏體成分完全一致。③馬氏體形成速度極快，易形成內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)裂紋。第六章鐵碳合金及熱處理第55頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3）馬氏體的類型根據(jù)C％不同（A的含碳量），馬氏體可分為：高碳馬氏體和低碳馬氏體。①高碳馬氏體

☆

形成條件：常出現(xiàn)在高碳鋼中，呈針狀形態(tài)，故稱為針狀馬氏體?！?/p>

特征：先形成的馬氏體粗大，可貫穿A晶粒。后形成的馬氏體細小，馬氏體之間呈一定角度。第六章鐵碳合金及熱處理第56頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3）馬氏體的類型②低碳馬氏體☆形成條件：常出現(xiàn)在低碳鋼中。鋼通常在C％﹤0.25％時，為板條馬氏體；﹥1.0％時，為針狀馬氏體；0.25～1.0之間，為兩類馬氏體的混合組織?！钐卣鳎撼拾鍡l狀形貌，又稱板條馬氏體。第六章鐵碳合金及熱處理第57頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)馬氏體及其性能4)馬氏體的性能①同一種鋼，馬氏體比任何一種組織的硬度都高。②高碳馬氏體：除固溶強化外，在馬氏體中還形成孿晶亞結(jié)構(gòu)，使其具有很高的硬度，另一方面，因形成速度快，造成了馬氏體的微裂紋，導(dǎo)致很高的脆性。

☆特性：硬度高而韌性低。③低碳馬氏體：除固溶強化外，位錯強化作用較明顯，另一方面，不存在馬氏體微裂紋。

☆特性：硬度不很高，韌性不太低。因此，低碳馬氏體被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。第六章鐵碳合金及熱處理第58頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二．鋼冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2．奧氏體連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變(1)奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變CCT曲線(共析鋼為例)從圖中可知：

①連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線比C-曲線向右下方推移。②kk’為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止線。③沒有貝氏體轉(zhuǎn)變線。第六章鐵碳合金及熱處理第59頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二．鋼冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2．奧氏體連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變(2)冷卻速度對組織與性能的影響不同冷卻速度曲線通過C-曲線不同位置時，得到不同的組織與性能。(3)殘余奧氏體對鋼性能的影響

AR%↑→塑性、韌性↑

→強度、硬度↓共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的比較及轉(zhuǎn)變組織第六章鐵碳合金及熱處理第60頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5鋼的熱處理工藝熱處理工藝有普通熱處理與表面熱處理之分。

普通熱處理包括：退火、正火、淬火和回火；

表面熱處理包括：表面淬火和化學(xué)熱處理。一、退火（1）特點與目的定義：退火是將鋼加熱到臨界溫度Ac1以上20~30℃(共析鋼和過共析鋼)或Ac3以上20~30℃(亞共析鋼)經(jīng)保溫后，緩慢冷卻獲得珠光體型組織的熱處理工藝。目的：①改善組織不均勻→提高機械性能。②降低硬度，提高塑性，改善切削加工和冷加工性能。③消除成分不均勻性和內(nèi)應(yīng)力，為零件進行熱處理作準(zhǔn)備。第六章鐵碳合金及熱處理第61頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

一．退火6.5鋼的熱處理工藝第六章鐵碳合金及熱處理第62頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5鋼的熱處理工藝一、退火2．退火種類(1)完全退火：加熱Ac3以上20~30℃。

適用鋼：亞共析鋼

組織：（P+F）

目的：細化組織，提高塑性，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力。(2)等溫退火：所用鋼、組織和目的與完全退火相同，但生產(chǎn)效率提高。碳鋼退火工藝曲線第六章鐵碳合金及熱處理第63頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一、退火2．退火種類(3)球化退火：加熱Ac1

以上20~30℃

適用鋼：過共析鋼或共析鋼

組織：球狀珠光體組織

目的：使Fe3CⅡ及珠光體中的滲碳體球狀化.

降低硬度、改善切削加工性，并為隨后淬火作好

組織準(zhǔn)備。

第六章鐵碳合金及熱處理第64頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一、退火2．退火種類(4)擴散退火

加熱溫度：Ac3或Accm以上200℃左右,長時間保溫。適用所有鋼目的：消除偏析。(5)低溫退火（也稱為去應(yīng)力退火）：加熱溫度：Ac1以下(一般為600℃左右)，適用所有鋼。目的：消除鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件等的殘余應(yīng)力(可消除應(yīng)力約50～80%)，避免變形或開裂。第六章鐵碳合金及熱處理第65頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5鋼的熱處理工藝二．正火（1）加熱溫度：

Ac3以上30~50℃(亞共析鋼)

Accm以上30~50℃(共析鋼和過共析鋼)（2）組織：索氏體（空冷）（3）目的①均勻細化組織。②消除異常組織，如網(wǎng)狀滲碳體，針狀鐵素體。③改善切削加工性。④可作最終熱處理工藝。退火與正火的加熱溫度區(qū)別第六章鐵碳合金及熱處理第66頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三．淬火1．淬火規(guī)范

定義：鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時間后快冷(如水冷)，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝，稱為淬火，是鋼最重要的強化手段。（1）加熱溫度亞共析鋼：Ac3+（30~50）℃，A100％→M細小過共析鋼：

Ac1+（30~50）℃，A＋Fe3CⅡ→M細小+Fe3CⅡ（2）保溫時間目的：使工件燒透，獲得成分，晶粒大小均勻的奧氏體。（3）冷卻介質(zhì)

☆

礦物油或植物油、水、無機鹽溶液

☆冷卻能力：①冷卻能力太大,可獲馬氏體組織,但會產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致開裂。②冷卻能力太小,不能獲得馬氏體組織。第六章鐵碳合金及熱處理第67頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三．淬火2．淬火的冷卻方法（1）單液淬火（2）雙液淬火：可減小淬火應(yīng)力（3）分級淬火：可減小M形成過程中產(chǎn)生的淬火應(yīng)力（4）等溫淬火：形成B下組織（5）冷處理：減少淬火后內(nèi)部組織中的殘余奧氏體含量第六章鐵碳合金及熱處理第68頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3．淬透性(1)淬透性定義：淬透性是指鋼淬火獲得M的能力。影響因素：①添加合金元素，使C－曲線右移，可提高淬透性②亞共析鋼，C%↑↑→淬透性提高③過共析鋼，當(dāng)C%>1.2%后，淬透性↓↓④加熱溫度越高，淬透性越高(2)淬透層若零件在整個截面都得到馬氏體或中心為50%M+50%屈氏體，說明該零件已淬透。若零件淬火后只在表面一定深度內(nèi)得到馬氏體或50%(M＋屈氏體)，而中心非馬氏體組織，則表明零件只有一定深度的淬透性。淬透層深度的判定，是由工件表面往中心檢測到50%馬氏體的部位。

第六章鐵碳合金及熱處理第69頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3．淬透性

(2)淬透層

（a）零件截面不同冷卻速度示意圖（b）未淬透區(qū)的示意圖

圖5-40工件淬透層深度與截面上冷卻速度的關(guān)系

第六章鐵碳合金及熱處理第70頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3．淬透性(3)淬透性的測定①臨界淬透直徑：鋼淬火時使心部獲得馬氏體的最大直徑，稱為臨界淬透直徑，用D0表示。同一種鋼，冷卻介質(zhì)不同時，臨界淬透直徑D0也不同。一般情況下，D0水>D0油②淬透曲線：淬透曲線用末端淬火法測定。淬透曲線越平緩，說明淬透性越大。末端淬火法第六章鐵碳合金及熱處理第71頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3．淬透性(3)淬透性的測定

—淬透性曲線(4)淬透性的意義

重要的零件或構(gòu)件，須選用淬透性高的材料，保證表面與中心的組織一致。第六章鐵碳合金及熱處理第72頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月三．淬火4．淬火缺陷及其預(yù)防淬火缺陷一般是指：氧化、脫碳、變形和開裂。(1)氧化與脫碳

加熱時，高溫下Fe與O2反應(yīng)，C與O2反應(yīng)，造成氧化與脫碳。使工作表面硬度降低，疲勞強度↓↓。預(yù)防方法：①涂料②鹽浴加熱③真空爐加熱第六章鐵碳合金及熱處理第73頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月4．淬火缺陷及其預(yù)防(2)變形與開裂變形與開裂的主要原因是：淬火過程中產(chǎn)生的“內(nèi)應(yīng)力”所致。解決方法：①零件設(shè)計：▲形狀復(fù)雜、尺寸變化大的，用淬透性高的鋼▲減少盲孔、尖角、溝槽過渡②淬火工藝：雙液淬火：高溫階段用冷卻能力強的介質(zhì)低溫階段用冷卻能力弱的介質(zhì)。分級淬火：高溫階段在稍高于Ms點的介質(zhì)中冷卻，隨后空冷。③等溫淬火：形成下貝氏體組織，避免應(yīng)力產(chǎn)生。④淬火后及時回火，消除應(yīng)力，提高韌性。第六章鐵碳合金及熱處理第74頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5鋼的熱處理工藝四．回火1．回火及其目的定義：回火是將淬火后的鋼加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后冷卻到室溫的工藝方法。目的：①獲得所需機械性能，主要是提高塑性和韌性②穩(wěn)定組織和尺寸。M+AR使用過程中，AR→M轉(zhuǎn)變，因比容比M小，會引起尺寸變化③消除內(nèi)應(yīng)力。第六章鐵碳合金及熱處理第75頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月四．回火2．鋼回火時的組織變化（1）回火馬氏體

淬火鋼在100~200℃回火時，M中碳原子發(fā)生微小移動(偏聚)，M開始分解，形成微小片狀FexC---稱為ε碳結(jié)構(gòu)。?定義：這種含有微小ε碳結(jié)構(gòu)分布，成分不均勻，過飽和度有所下降的馬氏體－稱為回火馬氏體。?組織特征：仍呈針狀，腐蝕易變黑色。?性能變化：回火過程中，除回火馬氏體外，還有AR向下貝氏體和回火馬氏體轉(zhuǎn)變。所以，回火可減少AR，提高和穩(wěn)定零件尺寸?；鼗瘃R氏體第六章鐵碳合金及熱處理第76頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2．鋼回火時的組織變化（2）回火屈氏體定義：在350℃～500℃時，

M繼續(xù)分解，過飽和的α固溶體含碳量下降。M轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铊F素體，F(xiàn)exC(ε-碳結(jié)構(gòu))變成了細粒狀滲碳體。這種鐵素體＋細粒狀的滲碳體組織，稱為回火屈氏體。特征：仍具有馬氏體形貌，但區(qū)分不出F與滲碳體。回火屈氏體第六章鐵碳合金及熱處理第77頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2．鋼回火時的組織變化(3)回火索氏體定義：在500℃～650℃時，回火組織中的滲碳體明顯長大成粒狀，鐵素體長大成等軸晶，這種組織稱為回火索氏體?；鼗鹚魇象wX500回火屈氏體X1000第六章鐵碳合金及熱處理第78頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月四．回火3．鋼回火時的性能變化趨勢：隨回火溫度升高，強度、硬度降低，塑性、韌性上升。問題：回火屈氏體、回火索氏體與奧氏體直接轉(zhuǎn)變的屈氏體、索氏體相比較，性能如何變化呢？鋼的硬度隨回火溫度的變化

40鋼機械性能與回火溫度的關(guān)系(Fe3C粒/片)第六章鐵碳合金及熱處理第79頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月4．回火種類與應(yīng)用①低溫回火：回火溫度150～250℃，保溫1～3小時，空冷；組織：M回＋AR，主要用于高碳鋼、合金工具鋼的模具、刃具、刀具。②中溫回火：回火溫度350～500℃，保溫1～3小時，空冷；組織為回火屈氏體，回火后彈性極限與屈服極限高，有一定韌性。

常用于彈性零件與工裝夾具。③高溫回火：500～650℃，保溫后空冷，組織為回火索氏體。鋼中內(nèi)應(yīng)力徹底消除，韌性明顯提高，綜合性能好。

常用于受力大的結(jié)構(gòu)件，如軸、連桿和螺栓等?！锪碜ⅲ捍慊穑邷鼗鼗穑秸{(diào)質(zhì)④工藝流程：回火后要求硬度高，切削困難時，則淬火回火放在切削加工后?；鼗鸷笠笥捕鹊?，切削不困難時，則淬火回火放在粗加工之后與精加工之前。第六章鐵碳合金及熱處理第80頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5鋼的熱處理工藝各種熱處理組織比較第六章鐵碳合金及熱處理第81頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.6表面淬火表面淬火：僅對鋼的表面加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝稱為表面熱處理，也稱表面淬火。一．高頻感應(yīng)淬火1.原理集膚效應(yīng)。加熱速度快，A晶粒細小，淬火后獲細小M，氧化、脫碳傾向小，生產(chǎn)效率高。2.透入深度對于碳鋼，存在以下表達式關(guān)系：式中：δ-電流透入深度(mm)；f-電流頻率(Hz)。第六章鐵碳合金及熱處理第82頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

一．高頻淬火

3應(yīng)用

適用于回轉(zhuǎn)類，如軸類零件的表面強化，主要用于中碳鋼和中碳低合金鋼。第六章鐵碳合金及熱處理第83頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.6表面淬火感應(yīng)加熱頻率的選擇與應(yīng)用第六章鐵碳合金及熱處理第84頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.6表面淬火二、火焰加熱表面熱處理

（1）乙炔-氧或煤氣-氧等火焰加熱工件表面。溫度很高可達3000℃以上。（2）調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動速度，用水噴射冷卻，可以獲得不同厚度的淬硬層。

第六章鐵碳合金及熱處理第85頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.7化學(xué)熱處理定義：將零件在特定介質(zhì)中加熱到一定溫度并保溫，使零件表面化學(xué)成分發(fā)生變化，從而改變金屬表面組織與性能的工藝方法。目的：①在保證工件中心有足夠強度和韌性的同時，強化表面，提高表面硬度與耐磨性。②提高工件的疲勞強度③提高抗蝕性和耐熱性。方法：常用的化學(xué)熱處理方法有：滲碳、氮化和碳氮共滲。第六章鐵碳合金及熱處理第86頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.7化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理過程：（1）活性原子產(chǎn)生；（2）活性原子在鋼表面被吸附；（3）活性原子在高溫作用下向鋼表面擴散。第六章鐵碳合金及熱處理第87頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一．滲碳1.氣體滲碳設(shè)備：氣體滲碳爐滲劑：煤油、甲苯或直接通入含碳氣體溫度：900～950℃反應(yīng)：在高溫下，滲劑如煤油分解為CO、CO2和CH4氣體。其中，CO、CH4形成活性碳原子，即活性[C]原子被工件表面吸收，擴散溶入奧氏體，形成滲碳層。時間：幾小時厚度：0.5～2mm含碳量：0.8～1.0%第六章鐵碳合金及熱處理第88頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月6.7化學(xué)熱處理固體滲碳裝置示意圖

氣體滲碳裝置示意圖

第六章鐵碳合金及熱處理第89頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一．滲碳2.固體滲碳設(shè)備：滲碳箱滲劑：木炭＋催滲劑(BaCO3或Na2CO3)均占15%。溫度：900～950℃，保溫時間依滲碳深度而定。滲碳后，等到500～600℃取出零件。反應(yīng)：高溫時，木炭與氧、CO2反應(yīng)，生成CO與[C]。

活性[C]原子被工件表面吸收，并向內(nèi)層擴散。加速：Na2CO3與C作用，形成CO，從而加速了滲碳作用。第六章鐵碳合金及熱處理第90頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3．滲碳后熱處理及組織(1)滲層深度的判定方法：金相法標(biāo)準(zhǔn)：共析過渡層的1/2處。組織：由表及里，依次為過共析組織，共析組織和亞共析組織。(2)滲碳后熱處理目的：提高滲碳體性能。方法：淬火＋回火1）直接淬火零件出爐后，由滲碳溫度降到800℃左右時，直接淬入冷卻介質(zhì)，再低溫回火，只用于本質(zhì)細晶粒鋼或耐磨性要求低和承載低的零件。2