金屬材料的性能使用性能： 材料在使用過程中所表現出來的性能。工藝性能： 材料在制成零件過程中所表現出的性能。 即材料對于零件制造工藝的適應性。使用性能工藝性能物理性能化學性能機械性能鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能熱處理性能第一章金屬材料的主要性能§1.1金屬材料的機械性能機械性能：材料受外力作用時所反映出來的性能。（力學性能）即在各種載荷作用下其抵抗變形的性能。一、彈性、塑性和強度1.彈性:是指金屬材料受力外力作用時產生變形，當外力除去后能恢復原來形狀的性能。

金屬材料的彈性指標是彈性極限（σe），表示：金屬材料在發(fā)生永久變形之前單位面積上所能承受的最大外力。常用的塑性指標：①延伸率②斷面收縮率2.塑性：是金屬材料受力外力作用下，產生永久變形而不致引起破壞的性能。其中：l為變形后的長度；l0為變形前的長度。其中：F為變形后的斷面面積；F0為變形前的斷面面積。常用指標：①屈服強度：σs材料在外力作用下開始屈服時的應力。3.強度：材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。測定方法：拉伸試驗②抗拉強度σb：材料在拉斷前所能承受的最大應力。σ0.2──產生0.2%塑性變形時的應力。幾種常見金屬材料的拉伸曲線一般情況下材料的變形隨應力的增加而增加,但應力達到某一值時,在應力沒有增加而變形大量產生時,就叫材料發(fā)生了屈服。二、硬度：材料抵抗更硬物體壓入能力，也可以看作是材料對局部塑性變形的抗力。1.布氏硬度HB①只適于測量硬度不高的材料HBS<450HBW<650；②不適于測量成品和薄件。2.洛氏硬度HRCHRB──測量有色金屬，退火鋼和鑄鐵等硬度較低材料。HRC──測量經過熱處理后的硬度。（一般用1490N的力）HRA──測量經過化學熱處理后的表面。①測量硬度高的薄件3.維氏硬度HV②測量過程比較麻煩是機械零件生產過程中對零件性能進行檢測的一個重要指標，與材料的強度有相應對應關系。＊不能直接用于設計計算，只能作為抵抗沖擊能力的參考性指標。三、沖擊韌性:材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。測量方法：一次擺錘沖擊試驗四、疲勞強度(σ-1)2.疲勞強度：材料經無數次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應力。1.疲勞破壞：材料在σ<<σs(σb)的情況下由于受交變載 荷作用而斷裂的現象。測量方法：彎曲疲勞試驗鋼材:N＝107色金屬:N＝108§2.1金屬的晶體結構一、晶體概念晶體是指其原子（原子團或離子）按一定的幾何形狀作有規(guī)律的重復排列的物體。晶格：通常把晶體中的原子假想為幾何結點，并用直線從其中心連接起來，使之構成一個空間格子。晶面：晶格中各種方位的原子面。晶向：晶格中由原子（結點）所組成的任一直線，都能代表晶體空間的一個方向。非晶體的原子則是無規(guī)律、無次序地堆聚在一起的。晶胞：能代表晶格特征的最小幾何單元。第二章晶體結構與結晶晶格常數：晶胞的各邊尺寸a、b、c表示，(長度單位為10-10m)及各邊之間的夾角分別以α、β及γ表示。在立方晶格情況下，其晶格常數a=b=c，而夾角α=β=γ=90°，因此，在立方晶格中只取一個晶格常數a便足以表征其尺寸及形狀。各種晶體由于其晶格類型和晶格常數不同，則呈現出不同的物理、化學及力學性能：金屬晶體：大多數金屬是通過金屬鍵結合使金屬構成晶體。非金屬晶體：是通過離子鍵或共價鍵結合使其構成晶體。二、金屬晶體與非金屬晶體由于金屬與非金屬構成晶體的方式不同，則金屬晶體與非金屬晶體呈現出不同的物理、化學及力學性能：2.面心立方晶格致密度：0.74原子數：8*1/8＋6*1/2=4具有面心立方晶格的金屬有：r-Fe、(912～1394℃的純鐵）、銅（Cu）、鋁(AI）、鎳（Ni）等3.密排六方晶格致密度：0.74原子數：12*1/3＋2*1/2+3=6具有密排六方的晶格的金屬有：鈹（Be）、鎂（Mg）、鋅（Zn）、鎘（Cd）等三、常見的金屬晶格具有體心立方晶格的金屬有：α－Fe、Cr、Mo、W等1.體心立方晶格原子數：8*1/8+1=2致密度：晶胞中原子所占的體積與晶胞體積之比，0.68。鐵的單晶體及在其各方向上的彈性模量示意圖單晶體具有各向異性的特征，即在晶體的各個晶向上具有不同的物理、化學和力學性能。四、單晶體及單晶體的各向異性單晶體：結晶方位完全一致的晶體稱為“單晶體”一、多晶體結構晶粒：具有不規(guī)則外形顆粒狀的小晶體。晶界：晶粒與晶粒之間的界面。多晶體：由多個晶粒組成的晶體。多晶體金屬不顯示各向異性。晶粒大小對材料性能影響很大，在常溫下，晶粒愈小，材料的強度愈高，塑性、韌性愈好。§2.2實際金屬結構二、晶體缺陷1、點缺陷點缺陷是指“空位”、“置換原子”和“間隙原子”。空位是指在正常的晶格結點上出現原子空缺；置換原子是指結點上的原子被異類原子所置換；間隙原子是在晶格的間隙中存在多余原子。點缺陷對材料的機械性能會產生一定的影響，但更主要的是影響材料的物理與化學性能2、線缺陷(位錯)線缺陷是晶體中呈線狀分布的缺陷。實際金屬晶粒內存在著大量的位錯，晶體中的位錯密度以單位體積中位錯線的總長度來表示，單位是cm/cm3或cm/cm2。在退火狀態(tài)下，位錯密度通常在l06~108cm/cm3范圍內。位錯的密度對材料的機械性能會產生極大的影響。3、面缺陷面缺陷主要指金屬中的晶界、亞晶界等。亞晶粒：晶粒內還存在著許多小尺寸和小位向差（一般幾十分到1°～2°)的小晶塊。亞晶界：兩相鄰的亞晶粒間的邊界。面缺陷數量的增加能提高金屬材料的綜合機械性能。一、結晶的概念凝固：由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程。結晶：由液態(tài)轉變?yōu)榫w的過程。金屬凝固→金屬結晶結晶過程：是原子由不規(guī)則排列的液體狀態(tài)逐步過渡到原子作規(guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。結晶理論結晶溫度的測定：測定方法為熱分析法結晶時的溫度曲線（冷卻曲線）將熔化后的金屬放入冷卻速度較小的體系中，在T0溫度以上為液體金屬，隨著熱量向外界散失，溫度不斷下降，當降至T0溫度時，液體金屬開始結晶，由于結晶潛熱的放出，補償了冷卻時散失的熱量，所以冷卻曲線出現水平臺階，即結晶在恒溫下進行。待結晶終止，固體金屬的溫度繼續(xù)下降，直至室溫。過冷度△T：理論結晶溫度T0與實際結晶溫度T1之差。§2.4金屬的結晶二、金屬的結晶過程②非自發(fā)形核：在一定過冷度下，液體中的原子依靠外來質點形成結晶核心（外來晶核）。2.長大：一般以樹枝方式長大單晶體：由一個晶核長成的晶體（整塊晶體內部晶格排列位向完全一致的晶體)。多晶體：由外形不規(guī)則，大小不一,排列方位各不相同的小單晶體組成的晶體。晶粒：多晶體中每個小單晶體。晶界：晶粒間的界面。1.形核：①自發(fā)形核：在一定過冷度下，液體中的原子自發(fā)地聚集在一起按照一定的幾何形狀排列起來形成結晶的核心（自發(fā)晶核）。三、晶粒大小及其影響因素②長大率Ｇ：單位時間內晶核長大的長度。①形核率Ｎ：單位時間內單位體內形成的晶核數。2.影響因素②變質處理（孕育處理）：增加外來晶核細化晶粒的方法①增大過冷度3.細化晶粒的方法③振動結晶：將技晶打碎，成為新的晶粒。1.晶粒度的概念晶粒度是晶粒大小的量度，用單位體積中晶粒的數目Z、或單位面積上晶粒的數目Z、表示，也可以用晶粒的平均線長度（或直徑）表示。四、金屬的同素異晶轉變1.同素異晶轉變──在固態(tài)下金屬的晶格類型發(fā)生變化的現象。2.主要特點①也是一個結晶的過程。（由一種排列方式轉變?yōu)榱硪环N排列方式）遵循結晶的基本規(guī)律（二次結晶，重結晶）。②形核只能在一定的地方形成（晶界、特定的晶面）③過冷傾向大④伴隨體積的變化──引起較大的內應力（組織應力）五、金屬鑄錠的組織特點1.表面細晶粒層2.柱狀晶粒層3.中心粗大等軸晶粒層第三章金屬的塑性變形§3.1單晶體、多晶體的塑性變形一、塑性變形的基本形式1.滑移：在切應力的作用下，晶體的一部分相對另一部分沿著一定的晶面發(fā)生一定距離的移動，應力去除后不能恢復原狀。2.孿生：在切應力的作用下，晶體的一部分相對另一部分，沿著一定的晶面（孿生面）產生一定角度的切變，應力去除后不能恢復原狀。二、單晶體的塑性變形1.滑移面：是原子排列密度最大的晶面。2.滑移方向：是沿著原子密度最大方向。3.滑移系：是由一個滑移面和其上的一個滑移方向構成。4.滑移系數愈多，金屬的塑性愈好，特別是其中的滑移方向的作用更大。5.正應力（與滑移系相垂直的分力）只使晶體產生彈性變形，切應力（與滑移系相平行的分力）使晶體產生塑性變形。6.單晶體的塑性變形實質是位錯的運動。7.塑性變形的過程也是位錯增殖的過程。三、多晶體的塑性變形1.晶界的影響：晶界使位錯運動受到較大的阻力，難以發(fā)生變形。2.晶粒愈細愈晶界愈多，則金屬的強度就愈高。3.晶粒愈細，在單位體積內的晶粒數愈多，金屬的總變形量可分散到更多的晶粒中，使變形愈均勻。4.晶粒愈細，晶界曲折愈多，可阻礙裂紋的擴展。5.細晶粒的金屬材料具有較高的強度和良好的韌性與塑性。

即良好的綜合性能。6.多晶體的塑性變形分為晶粒內塑性變形和晶粒間轉動兩部分。§3.2金屬的塑性變形一、變形強化（加工硬化）隨著金屬塑性變形的進行，其強度硬度增加而塑性韌性下降的現象。二、織構（加工硬化）隨著金屬塑性變形量的增加，各晶粒的位向也沿著變形的方向發(fā)生轉變，當變形量達到足夠大的程度(70％～90%）時，絕大部分晶粒的某一位向將與外力方向大體趨向一致的現象。三、回復把變形金屬在較低的溫度加熱時，雖然不會引起金屬內的顯微組織發(fā)生明顯的變化，但點缺陷、位錯將會運動并發(fā)生重新分布，從而使晶體內的某些空位和間隙原子合并，位錯相消，缺陷數量減少，晶格畸變程度降低，殘余內應力部分消失。回復后，變形金屬的晶粒大小和形態(tài)不會發(fā)生明顯的變化。因此，變形金屬的強度、硬度及塑性等性能亦變化不大，但其內應力、電阻等則明顯降低。四、再結晶1.概念：當經冷變形的金屬加熱到再結晶溫度以上時，金屬以一些碎晶、雜質為核心，形成細小的等軸晶粒,使加工硬化徹底消除，塑性完全恢復的現象。2.再結晶溫度：3.影響再結晶晶粒度的因素加熱條件的影響：

加熱溫度升高或加熱時間延長都使晶粒增大；變形度的影響：

當變形度達到某一值（一般金屬為2％一10%)時，由于金屬變形度不大而且不均勻，再結晶時形核數目少，故獲得的晶粒特別粗大。這種獲得異常粗大晶粒的變形度，稱為臨界變形度。§3.4金屬的熱加工一、熱加工──在再結晶溫度以上進行的加工。二、熱加工對金屬組織和性能影響機械性能得的提高a.晶粒得到細化缺陷被消除b.形成纖維組織──性能是方向性三、纖維組織的合理利用a.零件最大正應力方向與纖維方向平行。b.零件最大切應力方向與纖維方向垂直。C.纖維沿零件輪廓形狀分布不被切斷。第四章二元合金按組元數二元合金鋼鐵Fe-C黃銅Cu-Zn三元合金硬鋁Al－Cu－Mg四元合金保險絲Sn－Bi－Cd－Pb組元：組成合金的元素，或獨立的基本單元。合金：以一種金屬為基礎，加入其它金屬元素或非金屬元素，經過熔合而成的具有金屬特性的物質。基本概念相：合金中具有相同成分和相同結構（相同聚集狀態(tài)）的均勻部分。§4.1合金的相結構一、固溶體合金在固態(tài)時，組元間會互相溶解，形成一種在某一組元晶格中包含有其他組元的新相，這種新相稱為固溶體。根據溶質原子在溶劑晶格中所占據的位置，可將固溶體分為：置換固溶體──B置換了晶格中A的位置。間隙固溶體──B存在A晶格的間隙中。固溶強化：因形成固溶體而引起合金強度、硬度升高的現象。例：Cu──Ni合金、α——Fe，ν——Fe都是固容體。1.置換固溶體根據溶質原子在晶格中的位置可分為有序和無序固溶體。根據溶質的溶解度可分為有限和無限固溶體。影響溶質溶解度的因素有：晶格類型組元原子直徑的相對大小電負性的差別電子濃度的影響溶質的原子百分比每個溶劑原子貢獻的價電子數每個溶質原子貢獻的價電子數2.間隙固溶體間隙固溶體的溶解度與溶質原子半徑及溶劑的晶格類型有關。3.金屬化合物：合金組元在固態(tài)下相互作用而形成的一種具有金屬性質的新相。②具有高的熔點和硬度、脆性大作為合金的強化相。①晶體結構不同于組元1)特點：2)分類：①正常價化合物是指符合一般化合物的原子價規(guī)律的化合物②電子化合物主導因素是合金的電子濃度③間隙化合物是由過渡族金屬元素與原子半徑較小的C、N、H、B等非金屬元素形成間隙化合物分為：A.間隙相當非金屬原子半徑與金屬原子半徑的比值小于0.59時，將形成具有簡單晶格的間隙化合物B.具有復雜結構的間隙化合物，

例如鋼鐵中的Fe3C、Mn3C、Fe4W2C、Cr7C3等形成間隙相時，它的晶格與其組元的晶格不同⑤連接相應點成光滑曲線④將臨界點描入溫度──成分坐標中③找出各冷卻曲線上的臨界點2.相圖的建立（Cu─Ni）①配制不同成分的Cu-Ni合金②作出各成分的冷卻曲線表1不同成分的Cu——Ni合金ⅠⅡⅢⅣⅤCu1007550250Ni02550751001.相圖建立的方法熱分析法──通過觀察溫度隨時間的變化,從而探知物體內部組織變化的方法。冷卻曲線——是合金在冷卻過程中的溫度與時間的曲線。§4.2二元合金相圖一、二元相圖的建立二、勻晶相圖(Cu——Ni相圖)二元勻晶相圖：兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶所構成的相圖。化學成分不均勻→晶內偏析→擴散退火2.結晶過程晶內偏析：在一個晶粒內部化學成分不均勻的現象。成分Ⅰ結晶過程：T——>T1——>T4——>T室溫液相從液相中析出α相α相1.相圖分析點分析：tA=1083℃純銅的熔點，tB=1451℃純鎳的熔點基本相：為液相（L）和固相（α固溶體）AB液相線，線分析：域分析：液相線之上的區(qū)域為液相區(qū)，固相線以下的為固相區(qū)，而兩線之間的區(qū)域為液固兩相共存區(qū)。AB固相線LL+ααTCuNiXT1。LXQL（X-LX）=Qα（αX-X）設：合金的質量為W；

液相的質量為WL；

液相的質量百分數為QL；

固相的質量為Wα；

固相的質量百分數為Qα。解方程得：F!F!。αXab則有方程組：對方程組各項除以W則有：QααX+QLLX=XQα+QL=1即得方程組：三、杠桿定律共晶反應：一定成分的合金，在一定溫度下，從液相中同時析出由兩種不同固相的過程。四、共晶相圖(Pb-Sn)點分析：A—純鉛的熔點；B—純錫的熔點；

C—共晶反應時α固溶體成分及錫的最大溶解度；

D—共晶反應時β固溶體成分及鉛的最大溶解度；

E—共晶點線分析：AEB—液相線；ACEDB—固相線；CED—共晶線；

CF—Sn在Pb中的溶解度線；

DG─Pb在Sn中的溶解度線。1.相圖分析基本相：L相—液相；

α相─Sn溶于Pb中形成的固溶體；

β相─Pb溶于Sn中形成的固溶體。域分析LL+αL+βα+βαβ2、結晶過程成分Ⅱ結晶過程：T——>T共(共晶反應：L→α+β)——>T室溫液相α、β相互相析出成分Ⅲ結晶過程：T——>T1—>T共(共晶反應：L→α+β)———>T室溫α、β相互相析出液相從液相中析出α相從α中析出β相成分Ⅰ結晶過程：T——>T1——>T2——>T3——>T4液相從液相中析出α相α相五、包晶相圖包晶反應：在一定溫度下，由固定成分的液相和固定成分的固相反應生成一個新固相的過程。點分析：A—純Pt的熔點；B—純Ag的熔點；

C—包晶反應時α固溶體成分及Ag的最大溶解度；

D—包晶反應時β固溶體成分及Pt的最大溶解度；E—包晶點線分析：AEB—液相線；ACDEB—固相線；CDE—包晶線；

ACF—Ag在Pt中的溶解度線；

BDG─Pt在Ag中的溶解度線。1.相圖分析基本相：L相—液相；

α相─Ag溶于Pt中形成的固溶體；

β相─Pt溶于Ag中形成的固溶體。包晶相圖域分析空白域分析3.包晶偏析由于包晶轉變不能充分進行而產生的化學成分不均勻的現象。2、結晶過程從β中析出α相成分Ⅰ結晶過程：T→T1→T2(包晶反應L+α→β)→T室溫液相從液相中析出α相α相全部消耗完→T4→T室溫α、β互相析出成分Ⅱ結晶過程：T→T1→T2(包晶反應L+α→β)→T室溫液相從液相中析出α相有α相剩余從L中析出β相成分Ⅲ結晶過程：T→T1→T2(包晶反應L+α→β)→T3液相從液相中析出α相有L相剩余從β中析出α相α、β互相析出六、共析相圖共晶反應：一定成分的合金，在一定溫度下，從固相中同時析出由兩種新固相的過程。§5.1鐵碳合金的基本相和基本組織1、鐵素體(F)──C在α－Fe中形成的間隙固溶體晶格形式：體心立方溶解度：727℃0.0218%C室溫0.0008%C性能：與純鐵相似，常作為鋼的基體一、鐵碳合金中的基本相溶解度：727℃0.77%C，1148℃2.11%C性能：具有高的塑性。一般存在于高溫,常作為鍛造組織。2、奧氏體(A)──C在γ－Fe中形成的間隙固溶體晶體形式：面心立方常作為鋼中的強化相3、滲碳體（Fe3C）──Fe與C的化合物晶體形式：復雜斜方成分：6.69%C性能：硬而脆第五章鐵碳合金二、基本組織成分：0.77%C性能：綜合機械性能較高高溫萊氏體(Ld)──727℃以上，A+Fe3C性能：硬而脆無利用價值低溫萊氏體(Ld)──727℃以下，P+Fe3C3、鐵素體、奧氏體和滲碳體也可以稱為相應的單相組織。1、珠光體(P)──F和Fe3C組成片層相間的機械混合物2、萊氏體一、相圖分析C：共晶點，降溫時發(fā)生共晶反應的成分、溫度點。(1148℃，液相成分為4.3%C)E：共晶反應時，從液相中同時析出A相的成分及碳在γ－Fe(A)的最大溶解度（2.11%C）。1、點分析G：純鐵中A與F的同素異構點(912℃)。S：共析反應點，降溫時A發(fā)生共析反應的成分與溫度。(727℃，奧氏體的成分為0.77%C)P：共析反應時，析出F的成分及在912℃以下F中的最大溶解度（0.02%C)。Q：室溫下F中碳的最大溶解度（0.0008%C）。A：純鐵的熔點(1538℃)。§5.2鐵碳合金相圖ACD：液相線AECF：固相線ES：A冷卻時析出Fe3C的開始線（Acm）。GS：A冷卻時析出F的開始線（A3）。ECF：共晶線2、線分析PSK：共析反應線（A1）。PQ：C在F中溶解度曲線(降溫時脫溶析出Fe3CⅢ點狀或不連續(xù)網狀Fe3CⅢ棒狀)共晶反應：一定成分的合金，在一定溫度下，從液相中同時析出兩種不同固相的過程。共析反應：一定成分的合金，在一定溫度下，同時從一種固相析出兩種新固相的過程。3.區(qū)域分析LL+AL+Fe3CAA+Fe3CA+FF+Fe3CF鐵素體：含碳量的范圍為小于0.020%C。

（工業(yè)純鐵）鐵素體加珠光體：含碳量的范圍為0.020～0.77%C。

（亞共析鋼）珠光體：含碳量的范圍為0.77%C。

（共析鋼）珠光體加滲碳體：含碳量的范圍為0.77～2.11%C

（過共析鋼）三、結晶過程(1)共析鋼Ⅰ(2)亞共析鋼Ⅱ(3)過共析鋼Ⅲ4.結晶過程（鋼）5.鐵碳相圖的組織分區(qū)四、鐵碳合金的成分與性能的關系1.鐵碳合金的相組成物、組織組成物的相對量2.110.776.69QP1-QPQP≈0.774QFe3C≈0.2260.00086.692.11QF1-QFQF≈0.685QFe3C≈0.3152.wC對鐵碳合金力學性能的影響

不銹鋼耐熱鋼

耐磨鋼滾動軸承鋼模具鋼量具鋼滲碳鋼調質鋼彈簧鋼碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼碳素結構鋼碳素工具鋼合金結構鋼合金工具鋼特殊用途鋼碳素鋼合金鋼鋼一、鋼的分類高級優(yōu)質碳素工具鋼低合金高強度結構鋼刃具鋼優(yōu)質碳素工具鋼§5.3碳鋼1.SiMn是有利元素①起固溶強化作用②脫氧③Mn去S，提高鋼的淬透性。一、常存雜質對鐵碳合金組織和性能的影響P──引起鋼的冷脆性(P溶在鋼中使室溫下鋼的塑性韌 性急劇降低的現象)2.S.P有害元素S──使鋼產生熱脆性（由于共晶體溶化，晶體彼此脫開使 鋼破裂的現象）(FeS+Fe)共晶體熔點低985℃S＜(0.03～0.05)%P<(0.035～0.045)%二、碳鋼分類碳鋼的分類方法很多，下面介紹三種。（一）按鋼的wc分1．低碳鋼wc≤0.25％。2．中碳鋼wc：在0.25％～0.6％之間。3．高碳鋼wc＞0.6％。主要是根據鋼中含有害雜質S、P的多少來分：普通碳素鋼鋼中，wS≤0.055%,wP≤0.045％。優(yōu)質碳素鋼鋼中，wS、wP均≤0.040%。高級優(yōu)質碳素鋼鋼中wS≤0.030%,wP≤0.035％。（二）按鋼的質量分類（三）按用途分類1．碳素結構鋼2．碳素工具鋼三、碳鋼牌號×××××脫氧方法（F、b、Z、TZ）質量等級（A、B、C、D）屈服點數字MPa屈服點字母含錳較高(0.7～1.2)平均含碳量的萬分之幾.如：Q235-A.Z（一）碳素結構鋼Q─（字母）（字母）應用：（二）優(yōu)質碳素結構鋼(Mn)常作為熱軋鋼板、鋼帶、型鋼等，可供焊接、鉚接一般工程構件，大多不予熱處理而直接在供應狀態(tài)下使用。如：20鋼、45鋼、60鋼（三）碳素工具鋼高級優(yōu)質平均含碳量的千分之幾碳素工具鋼如：T12T12AT××（A）應用：主要用于制造各種低速刀具、量具和模具，這類鋼在使用前必須進行淬火加低溫回火處理。獲得預期的組織和性能。冷卻的目的：保溫的目的：加熱的目的：熱處理是將鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的內部組織結構而達到改變其性能的一種工藝方法。一、定義：§6.1概述使室溫的組織轉變成A或所需要的組織。使組織轉變的更加充分和A相中成分均勻化。二、作用：三、熱處理工序分類2.最終熱處理：在機械加工（粗加工）之后、精加工之前的這類熱處理。1.預備熱處理：機械加工之前的熱處理一般稱為預備熱處理。2.提高零件或工具的使用性能。1.消除缺陷，改善材料的加工工藝性能。第六章鋼的熱處理表面淬火表面熱處理普通熱處理熱處理四、熱處理工序分類：退火淬火回火正火化學熱處理火焰加熱表面淬火感應加熱表面淬火滲碳滲氮滲金屬§6.2鋼熱處理的基本原理§6.2鋼熱處理的基本原理一、鋼在加熱時的組織轉變1.鋼加熱時的組織轉變特點1)晶格的重構 2)碳原子的重新分配P0.77%c(F0.0218%C+Fe3C6.69%C)體心斜方A0.77%C面心727℃2.共析鋼加熱時的組織轉變1)組織轉變③殘余Fe3C的分解①A晶核的形成②A晶核的長大④A的均勻化2)奧氏體的形成過程實際晶粒度：鋼在某一具體的熱處理或熱加工條件下實際獲得的奧氏體晶粒度。3.非共析鋼加熱時的組織轉變當珠光體轉變成奧氏體后,還有滲碳體或先共析的鐵素體向奧氏體轉變。4.加熱溫度實際生產中的加熱多不是極其緩慢的，故存有一定的滯后現象，也就是需要一定的過熱轉變才能充分進行。通常將加熱時實際轉變溫度位置用AC1、AC3、Accm表示。按照GB6394-86《金屬平均晶粒度測定法》規(guī)定，通常將A的標準晶粒度分為12級，其中：1～4級為粗晶粒，5～8為細晶粒，8～12級為超細晶粒。5.奧氏體的晶粒度起始晶粒度：鋼進行加熱時，當珠光體剛剛全部轉變?yōu)閵W氏體時的奧氏體晶粒度。本質細晶粒鋼與本質粗晶粒鋼。§6.3鋼在冷卻時的組織轉變一、冷卻方式：1.等溫冷卻：將加熱到A的鋼先以較快的冷卻速度冷卻到A1線以下一定溫度，然后進行保溫使A在等溫下發(fā)生組織轉變，轉變完后再冷卻到室溫。2.連續(xù)冷卻：將加熱到A的鋼一直連續(xù)冷卻到室溫，使鋼中的A在一個溫度范圍內完成組織轉變。在臨界溫度以下尚未轉變的奧氏體(尚未發(fā)生轉變，并存在于非奧氏體區(qū)的奧氏體)1.過冷奧氏體：2.珠光體：

形成條件：是奧氏體冷卻至Ar1～550℃擴散轉變所形成的產物。

組織形態(tài)：是F和Fe3C片層相間的機械混合物。Ar1～650℃P珠光體(粗)650～600℃S索氏體（細P）600～550℃T托（屈）氏體（極細P）珠光體(P)根據冷卻到不同的溫度，產物形成不同的片間距以將珠光體分為：珠光體的性能隨片間距減小其強度和硬度升高，而塑性和韌性有所降低。二、奧氏體冷卻轉變的產物珠光體類型組織與性能的小結粗細性能形成溫度冷卻速度珠光體索氏體托(屈)氏體粗細低高高低小大3）貝氏體(B)根據轉變溫度和轉變產物的形態(tài)不同分為：上貝氏體B上：

形成條件：在550℃～350℃進行等溫冷卻。

組織形態(tài)：在含碳量過飽和的F晶界上分布著短棒狀的 滲碳體，機械性能差，無實際用途。下貝氏體B下：

形成條件：在350℃～Ms進行等溫冷卻。

組織形態(tài)：在含碳量過飽和的F上分布著顆粒狀的 滲碳體，綜合機械性能較好。貝氏體轉變?yōu)榘霐U散型轉變（鐵原子不擴散，原地發(fā)生晶體結構的轉變，碳原子擴散)。4)馬氏體(M)：組織形態(tài)：是C在α-Fe中極度過飽和的固溶體。形成溫度：Ms～Mf。其中:Ms為馬氏體轉變的開始溫度，Mf為馬氏體轉變的結束溫度。馬氏體的性能：具有高硬度，但韌性很差。連續(xù)冷卻時發(fā)生馬氏體的轉變：片狀（針狀高碳）HB↑脆性大，當奧氏體中：C>1.0％時則為100%的片狀馬氏體。冷處理：將淬火工件放在0℃以下繼續(xù)冷卻，使A′轉變成M的方法。根據M形態(tài)不同分：板條狀（低碳）σHB↓δαk↑，當奧氏體中：C<0.2％時則為100%的板條馬氏體。⑴轉變速度極快，內應力較大；⑵一般為降溫轉變；⑶轉變是不徹底的；⑷晶格發(fā)生嚴重畸變。馬氏體轉變特點：三、奧氏體等溫轉變曲線A‘產生轉變產物所需要的時間稱為孕育區(qū)。在大約550℃孕育期最短，A‘最不穩(wěn)定，此處常稱為C曲線的鼻尖。鼻尖是制定熱處理工藝主要考慮的因素之一。Vk是臨界冷卻速度(A‘全轉變成M的最小冷卻速度)2.C曲線的分析1.共析鋼過冷奧氏體曲線的建立（Time,Temperature,Transform）3.影響C曲線的因素4．A‘的連續(xù)冷卻轉變continuouscoolingtransformation5.非共鋼的A等溫冷卻轉變曲線①C的影響亞共析鋼──C↑曲線右移C過共析鋼──C↑曲線左移C②合金元素的影響除鈷和大于2.5%A1鋁外，其它元素溶入A中都能增加A'的穩(wěn)定性使C曲線右移,除此之外還會對C曲線圖形產生影響。③加熱溫度和保溫時間加熱溫度越高，保溫時間越長，A'越趨穩(wěn)定，C曲線右移。碳素鋼的C曲線隨|X-0.77|的增加，而左移。§6.4鋼的退火和正火一、退火1.目的①降低硬度，改善切削加工性。②消除應力，防止變形或開裂。2.工藝1)完全退火[Ac3＋(30～50)℃]③應用：常用于中碳鋼和高碳亞共析鋼①操作：將工件加熱到Ac3＋(30～50)℃后，進行充分保溫，使奧氏體成分均勻化后，隨爐或緩慢冷卻到室溫。②獲得的組織：獲得珠光體組織。退火和正火通常作為預備熱處理。③應用：主要用于過共析鋼及合金工具鋼。3)去應力退火（低溫退火）[Ac1以下通常為500～650℃]③應用：主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件或切削加工過程中殘留的應力。 2)球化退火[Ac1＋(20～30)℃]（不完全退火）①操作：將工件加熱到Ac1＋(20～30)℃后，進行長時間保溫，使片狀滲碳體球化后，隨爐或緩慢冷卻到室溫。①操作：將鋼件隨爐緩慢加熱(100～150℃／h)至500～650℃(<Ａ1)，經一段時間保溫后，隨爐緩慢冷卻(50～100℃／h)至300～200℃以下出爐。②獲得的組織：獲得球狀的滲碳體+球光體。②獲得的組織：沒有改變鋼件原有的組織。②獲得的組織：獲得馬氏體。二、正火二、正火1.目的與應用：2.工藝將鋼件加熱至Ａc3(亞共析鋼)或Ａccm(過共析鋼)以上30－50℃，保溫后從爐中取出，在空氣中冷卻的一種操作。②作為普通結構零件的最終處理。（中碳鋼）①適當提高低碳鋼和低碳合金鋼的硬度，便于切削加工。③消除過共析鋼中的網狀Fe3C,為球化退火作好組織準備。§6.5鋼的淬火過共析鋼：Ac1+30～50℃1.目的獲得含碳量極度過飽和的鐵素體→馬氏體（M）或顆粒狀的滲碳+含碳量過飽和的鐵素體。2.工藝與應用1)加熱溫度：鋼的淬火是將鋼加熱到臨界點之上，保溫后急速冷卻的熱處理操作。2)冷卻介質①水：②油：③鹽水或堿水亞共析鋼：Ac3+30～50℃易得、價廉、冷卻能力較強。但在Ｍ轉變區(qū)的冷速太大易造成變形或開裂并且對水溫變化敏感，水溫升高冷卻能力急劇下降。用于Vk大的碳鋼件。可加入少量的鹽或堿可提高冷卻能力在Ms冷速小，故變形開裂的傾向小，但在C曲線鼻尖處冷速低，用于Vk小的合金鋼及小件。優(yōu)點高溫區(qū)的冷卻能力較大，略為水的十倍，冷卻能力受溫度影響小。缺點在低溫區(qū)(200￣300℃)的冷速過大，而且對工件有一定的銹蝕作用。它在高溫區(qū)的冷卻能力比食鹽水還大，而在低溫區(qū)的冷速則與之相似，另外它可與已氧化的工件表面作用而析出氫，使氧化皮脫落，淬火后表面潔凈，不需要清理。一、淬火工藝二、淬火方法1.單液淬火2.雙液淬火碳鋼─水淬油冷合金鋼─油淬空冷工藝：將奧氏體化后鋼件直接浸入一種冷卻介質中，一直冷卻到近室溫后取出。優(yōu)點：操作簡單，易于掌握。缺點：對復雜的零件容易造成變形和開裂或對大型的零件則會淬不硬，只適用于形態(tài)簡單或尺寸較小的零件。工藝：將奧氏體化后鋼分別在兩種不同介質中進行冷卻。優(yōu)點：可減輕淬火時應力，從而減少了零件變形和開裂的危險性。缺點：操作技術較高，產品質量的可靠性較低，因此，一般不用于加工成本較高零件。3.分級淬火4.等溫淬火工藝：將奧氏體化后的鋼，浸入到溫度在Ｍs點附近的硝鹽浴或堿浴中，保持一段時間，使工件內外溫度達到均勻狀態(tài)，然后取出放在空氣中冷卻，使之發(fā)生馬氏體轉變。優(yōu)點：可大大減輕組織應力，減少變形和開裂危險性。缺點：由于熱浴的冷卻能力有限，故只能應用于截面較小的零件。工藝：將奧氏體化后的鋼浸入到Ｍs上一點的熱浴中，進行充分保溫，使過冷奧氏體完全轉變?yōu)橄仑愂象w組織，然后取出空冷。優(yōu)點：較好的強度與韌性的配合，同時還可以減輕組織應力所造成的變形。缺點：完成工藝所需的時間長。四、回火1.目的①穩(wěn)定尺寸；②降低脆性，消除或減少內應力；③調整強韌性，獲得零件所需性能。2.操作：將淬火后的鋼件加熱到AC1以下的某一溫度，經保溫一定時間后緩慢冷卻。三、鋼的淬透性1.淬透性的概念淬透性：是指鋼在淬火時獲得Ｍ的能力。與鋼的化學成分有關淬透層深度：由鋼的表面到50%Ｍ組織處的深度淬硬性：鋼經淬火后能達到的最高硬度，除了與鋼的成分有關外，還與具體的熱處理工藝有關。2.淬透性的測定按國家標準GB225一88規(guī)定，末端淬火法是測定結構鋼淬透性最常用的方法，如圖所示。J表示末端淬透性，罷表示至末端的距離，HRC為該處測得的硬度值。3.臨界淬透直徑臨界淬透直徑(d0)是指鋼在某種淬火冷卻介質中冷卻時，其心部能淬透的最大直徑。淬透4.淬透性的應用根據淬透性曲線推算出不同直徑的圓棒在各種介質中淬火后硬度沿截面的分布。設某鋼棒直徑為50mm，水淬，其淬透性曲線如圖2.首先在圖中縱坐標上找到直徑50mm處，引水平線分別與“表面”、“3/4半徑”、“1/2半徑”和“中心”等各曲線相交。1.先找到或制作：在端淬試樣上各點的冷卻速度與不同直徑圓棒在截面上所對應的位置之間的關系圖。1.56.08.0123.在末端淬火曲線圖中找到1.5、6.0、8.0、12mm處的硬度值，分別為HRC58、55、50、45。1.5576.0558.05012454.繪制鋼棒直徑為50mm的硬度分布圖§6.6鋼的回火回火：是將淬火鋼重新加熱到Ar1點以下某一溫度保溫，然后冷卻的熱處理工藝。一、淬火鋼的回火轉變1.馬氏體的分解:在100℃以上回火時，馬氏體就開始分解。馬氏體中的碳以ε-Fe2-3C的形式析出，使過飽和度降低。2.殘余奧氏體的分解殘余奧氏體的分解主要發(fā)生在200~300℃。3.碳化物的轉變ε-Fe2-3C在250一400℃轉變?yōu)楸∑瑺畹臐B碳體Fe3C。4.滲碳體的聚集長大和儀相再結晶滲碳體在400℃以上逐漸聚集長大，形成較細小的粒狀滲碳體，到600℃以上時，滲碳體迅速粗化。同時，在450℃以上α相開始再結晶，逐漸失去針狀形態(tài)，而成為多邊形的鐵素體。二、回火的分類及應用回火后鋼的組織與性能決定于回火溫度，選擇時應根據使用時對性能的要求來定。1.低溫回火1)溫度：150～250℃2)組織：M回(在M中分布著極細小的Fe3C微粒)3)性能：高硬度、高耐磨性、低的塑性和韌性HRC58～644)應用：處理各種工具，滾動軸承，滲碳件及表面淬火件2.中溫回火2)組織：T回(在F上分布著極細小的顆粒狀Fe3C)1)溫度：350～500℃3)性能：具一定的強韌性，彈性極限最高HRC35～454)應用：處理各種彈簧及要求高強度中韌性的部件(鍛模)淬火鋼件經回火后，其沖擊韌性不升高，反而顯著下降的現象。3.高溫回火1)溫度：500～650℃2)組織：S回(在F基體上均勻分布著細粒狀滲碳體)3)性能：綜合機械性能優(yōu)良4)應用：處理各種重要的機械零件。如：齒輪、軸、連桿等4.回火脆性①低溫回火脆性(第一類回火脆性)：250～350℃避免在此溫度范圍回火（不可逆回火脆性）再次高溫回火并快冷(可逆回火脆）②高溫回火脆性(第二類回火脆性)：500～600℃調質處理=淬火+高溫回火各種回火的綜合比較種類低溫回火中溫回火高溫回火回火溫度100∽250350∽500500∽650回火后的性能高硬度、高耐磨性、低的塑性和韌性,HRC58～64具一定的強韌性，彈性極限最高HRC35～45綜合機械性能優(yōu)良適用范圍各種工具，滾動軸承，滲碳件及表面淬火件各種彈簧及要求高強度中韌性的部件(鍛模)各種重要的機械零件。§6.7鋼的形變熱處理把塑性變形加工（鍛、軋等）和熱處理工藝緊密結合起來的一種綜合處理方法。形變在相變前的形變熱處理根據形變溫度的高低，可分為低溫形變熱處理和高溫形變熱處理表面淬火（改變零件表面的組織使鋼件表面淬硬，而心部仍保持未淬火前的組織和性能；使零件表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞強度而心部具有高的韌性和塑性）一、感應加熱表面淬火電磁感應①原理集膚效應②特點：加熱迅速、效率高，能獲得高質量的表面層，易實現機械化和自動化，但設備費用高，維修安裝困難。主要用于旋轉體工件的大批量生產。二、火焰加熱表面淬火特點：設備簡單，容易操作，靈活性較大，但淬火質量不夠穩(wěn)定。主要用于單件小批生產及大型工件的表面淬火。§6.8鋼的表面淬火三、激光加熱表面淬火通過改變鋼表層的化學成分來改變鋼表層組織，使零件表面具有比表面淬火更高的硬度，耐磨性和疲勞強度以及許多特殊性能。1.基本過程①化學介質分解成活性原子；②活性原子被工件表面吸收形成固溶體或化合物；2.方法①滲碳（將碳原子滲入到低碳鋼零件的表層）③活性原子向工件心部擴，形成一定深度的擴散層。②滲氮（氮化）（將氮原子滲入鋼件的表層）3.表面淬火、滲碳和滲氮三種方法的比較§6.8鋼的化學熱處理種類表面淬火

（感應加熱）滲碳滲氮（氮化）加熱溫度Ac3以上80～150900～930500～560常用材料中碳鋼及中碳合金鋼低碳素鋼及低碳合金鋼含鉻、鉬、鋁的中碳合金結構鋼附加熱處理預先調質、表面淬火后低溫回火滲碳后淬火+低溫回火預先調質滲層深度0.5～50.5～2.00.2～0.5表層組織中碳馬氏體馬氏體+滲碳體+少量殘余奧氏體鐵氮固容體及合金氮化物耐蝕性一般一般好耐磨性較好良好最好疲勞強度良好較好最好設備費用高低中大致硬度50～55(低)58～64(中)65～72(高)生產周期以秒、分計以小時計以幾十小時計工作變形小較大很小適用范圍一般耐磨件，大量生產，形狀簡單，要求變形量小的工件，如一般齒輪等。受沖擊的耐磨件，成批生產的汽車齒輪耐磨、耐高溫、耐蝕，復雜精密件，如精密機床主軸等。1．零件外形要避免尖角或棱角，減少臺階。§6.11熱處理對零件結構設計的要求及技術條件的標注一、熱處理對零件結構設計的要求2.零件外形盡量簡單，各部分壁厚力求均勻，以免因冷卻不均勻，使變形、開裂傾向增大。3.零件的形狀力求對稱，以減少變形或使變形有規(guī)律性。4.某些有淬裂傾向而各個部分工作條件要求不同的零件或形狀復雜的零件，在可能條件下采取組合結構或鑲拼結構。二、熱處理技術條件的標注根據GB/T12603一1990，金屬熱處理工藝代號由數字及英文字母表示，具體標記規(guī)定如下：整體熱處理的技術條件一般標注在圖樣標題欄上方，寫出熱處理工藝名稱或代號及硬度值。在標注硬度時允許一個波動范圍，布氏硬度在30~40HBS的范圍，洛氏硬度在5HRC的范圍。加熱爐加熱整體調質處理45鋼搖桿表面淬火標注實例感應加熱表面淬火和回火處理多工序熱處理工藝代號用破折號將各工藝代號連接組成，除第一道工序外，后面的工序均可省略第一個數字“5”，例如5151-33/G表示調質處理和氣體滲氮。．熱處理工藝分類及代號附加分類工藝代號第七章合金鋼§7.1合金元素在鋼中的作用一、合金元素對鋼中基本相的影響在合金化理論中，通常把合金元素分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩類。非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、si、Al、N、B等。碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、cr、Mn。其中Zr、Nb、Ti、V、W為強碳化物形成元素。由于溶人元素的原子直徑與鐵的原子直徑有差別，使鐵素體晶格發(fā)生畸變，從而使塑性變形抗力提高。合金元素的原子半徑與鐵的原子半徑相差愈大，或兩者晶格類型不同，則造成的晶格畸變愈大，其固溶強化的效果也愈顯著。1.對鐵素體相的影響2.對滲碳體相的影響非強碳化物元素一般溶入到滲碳體相中，形成合金滲碳體，提高了合金滲碳體的穩(wěn)定性且阻礙了滲碳體的聚集長大。3.特殊碳化物特殊碳化物是與滲碳體晶格完全不同的合金碳化物。特殊碳化物有兩種類型：①具有簡單晶格的間隙相碳化物，如WC、Mo2C、TiC等；②具有復雜晶格的碳化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe3W3C等。合金碳化物的種類、性能和在鋼中分布狀態(tài)會直接影響到鋼的性能及熱處理時的相變。二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響合金元素會使奧氏體的單相區(qū)擴大或縮小。1.奧氏體形成元素(擴大奧氏體區(qū))：N、Co、Ni、Mn、Cu等2.鐵素體形成元素(縮小奧氏體區(qū))：Cr、Mo、W、V、Ti、Al等三、合金元素對鋼的熱處理的影響1、細化晶粒除Mn以外，大多數合金元素均在不同程度上有細化晶粒的作用。2、提高淬透性除Co以外大多數合金元素溶入奧氏體后均能使C曲線右，增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低臨界冷卻速度，提高淬透性。4、提高紅硬性①合金元素能使回火的硬度降低過程變緩，因此能提高鋼

的回火穩(wěn)定性。③對碳化物形成元素，回火過程中會有二次硬化作用。3、增加殘余奧氏體的含量除Al、Co外，大多數合金元素都能使Ms、Mf下降，殘余奧氏體量增加。②當回火溫度相同時，合金鋼的強度、硬度比碳鋼高。5、對高溫回火脆性的影響Cr、Mn、Ni等元素會促進高溫回火脆性的發(fā)生，而W或Mn元素能可有效地防止高溫回火脆性的發(fā)生。§7.2合金鋼的分類及編號方法一、分類合金鋼種類繁多，分類方法也較多，一般可按化學成分，冶金質量和用途進行分類：一般為彈簧鋼二、合金鋼的編號方法合金元素符號合金元素的百分含量碳的含量+數字化學元素+數字幾點說明:1、碳的含量①結構鋼：平均含碳量的萬分之幾②工具鋼和特殊性能鋼：平均含碳量的千分之幾③C＞1.0%不標出④C＜0.1%時用“0X”表示，如含碳量為0.08時用“08”表示，C≤0.03時用“00”表示2、合金元素含量①滾動軸承鋼中鉻的含量以千分數為單位②Me＜1.5%可不標出如：GCr15C>1.0%Cr=1.5%0Cr13C＜0.1%Cr=13%00Cr18Ni10C≤0.03%Cr=18%Ni=10%§7.3合金結構鋼一、低合金高強度結構鋼低碳、低合金含量的結構鋼，有較好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性等，所以多用于制造橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器、油罐、輸油管等。質量等級主要取決于P、S的含量WP≤

%WS≤

%A0.0450.045B0.0400.040C0.0350.035D0.0300.030E0.0250.025二、優(yōu)質合金結構鋼優(yōu)質合金結構鋼分為滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼，其分類、牌號、成分、熱處理特點、性能特點及用途見表滲碳鋼調質鋼彈簧鋼典型鋼號20Cr、20MnB

20CrTiMn、20SiMnVB、20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA40Cr、40MnB、30CrMnSi、38CrMoAlA65Mn、60Si2Mn、50CrVA、55SiMnB含碳量0.10％～0.20％0.25％～0.50％0.5％～0.65％常用工藝滲碳、淬火十低溫回火調質淬火＋中溫回火組織表層組織為回火馬氏體十碳化物十殘余奧氏體心部組織淬透時為低碳回火馬氏體回火索氏體回火屈氏體性能表層硬度可達60一62HRC，心部硬度為40一48HRC具有較高強度和良好塑性與韌性配合具有高的彈性極限、疲勞極限及沖擊韌度用途主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足夠強度和韌性以承受沖擊載荷的零件。主要用于要求高強度和良好塑性與韌性配合的重要零件各種彈簧。典型零件汽車、拖拉機變速箱齒輪、活塞銷等。機床主軸、曲軸、連桿、齒輪等汽車板簧，各種彈簧三、易切鋼在鋼中加人一定量的S、Pb、P、Ca、Se等合金元素，從而提高鋼的可切削性，稱這類鋼為易切鋼。鉛完全不溶于鋼中，而以1～2μm的小顆粒均勻分布在鋼的基體上，能改善可切削性能。在鋼中加人微量的Ca，可形成高熔點的Ca-Al-Si氧化物，附在刀具上，提高刀具的耐磨性，以改善切削性能。§7.4合金工具鋼一、刃具鋼1.性能要求：高硬度；高耐磨性；高的熱硬性（紅硬性）。2.典型鋼種及用途：二、模具鋼1.冷作模具鋼性能要求：很高的硬度、強度、良好的耐磨性及足夠的韌性。2.冷作模具鋼性能要求：1)具有較高的強度和韌性，并有足夠的耐磨性和硬度(40~50HRC)。2)有良好的抗熱疲勞性。3)有良好的導熱性及回火穩(wěn)定性，以利于始終保持模具良好的強度和韌性。4)熱作模具一般體積大，為保證模具的整體性能均勻一致，還要求有足夠的淬透性。2.典型鋼種及用途：4Cr5MoSiV1→H13三、量具鋼2.電化學反應的原理及條件電化學反應是原子在一定條件下失去了外層電子呈帶正電荷的離子與氧離子形成氧化物——鐵銹。發(fā)生電化學反應必須同時具備以下三個條件：必須有電極的存在；必須有電極電位的存在；必須有導電介質的存在。一、不銹鋼①盡量使鋼在室溫獲得單項組織，如在鋼中加入Ni、Cr可獲得單相奧氏體和單相鐵素體。②提高鋼基體的電極電位，如加入大于12.5%的Cr可使鋼基體電極位發(fā)生躍增，消除或減少基體與第二相電位差。1.鋼的不銹概念鋼的生銹是指鋼中鐵原子發(fā)生氧化反應，鐵的氧化反應一般分為化學氧化與電化學氧化，這里一般是指不銹是指耐弱酸、弱堿條件下的電化學氧化反應。3.鋼的防銹方法④不銹鋼的含碳量低于0.4%，以減少第二相（電極電位的數量）。③加入合金元素如Cr、Si、Al等，可使鋼形成一層致密的氧化膜隔絕電極與電介質的接觸。§7.5特殊性能鋼抗蝕性最好，冷熱加工性和焊接性也很好，廣泛用于制造化工生產的某些容器、設備及管道等。①馬氏體型不銹鋼C＜0.4%Cr=12～14%4.常用不銹鋼1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13熱處理方式為淬火+回火（600～700℃）價格便宜，用來制造汽輪機葉片、鍋爐管附件及硬而耐磨的醫(yī)療工具、量具、軸承等。②鐵素體型不銹鋼C＜0.15%Cr>12%0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28在加熱和冷卻時不發(fā)生相變,強度低，主要用于制造腐蝕零件，廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)中。③奧氏體不銹鋼Cr=17-19%Ni=8-10%通常采用固溶處理方法，即把鋼加熱到1100℃后水冷，以得到單相的奧氏體組織。1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni90Cr18Ni9二、耐熱鋼金屬材料的耐熱性包含高溫抗氧化性和高溫強度兩方面性能。三、耐磨鋼耐磨鋼是指在受強烈沖擊或摩擦時具有很高的抗磨損能力的鋼。目前已研制出一種新鋼種ZGMn§7.6工程材料的新進展一、形狀記憶合金二、減振合金三、功能梯度材料四、智能材料五、超導材料六、納米材料七、非晶態(tài)材料八、磁性材料第八章鑄鐵§8.1概述一、鑄鐵的成分和特性鑄鐵是含有碳、硅等的鐵碳合金。常用鑄鐵的成分大致為：2.5％～4.0%C,l.0%～3.0%Si,0.5％～1.4%Mn,0.01％～0.5%P,0.02％一0.20%S。可見，與鋼相比，鑄鐵含C、Si、S、P較多。此外，有時還含有一定量的合金元素，如Cr、Mo、V、Cu、Al等。鑄鐵的強度、塑性、韌性較鋼為差，不能進行鍛造，但它卻具有優(yōu)良的鑄造性能，良好的減摩性、耐磨性、消振性和切削加工性，以及缺口敏感性低等一系列優(yōu)點。生產工藝及設備簡單，價格低廉。根據碳的存在形式分白口鑄鐵Fe3c灰口鑄鐵石墨麻口鑄鐵（白口＋灰）普通灰口鑄鐵片狀可鍛鑄鐵團絮狀球墨鑄鐵球狀普通鑄鐵根據化學成分

合金鑄鐵二、鑄鐵的分類根據石墨的形狀

金屬基體＋片狀石墨PP+FF1、組織§8.2常用鑄鐵σb=20MPaδ＝0HB＝3似裂紋、孔洞:

①減少實際受力面積，②片尖易引起應力集中。④切削加工性好⑤不可鍛、焊接性較差2、性能δ＝0％αk＝0②鑄造性能好③具有良好的減振性、耐磨性和低的缺口敏感性。①強度低，塑性、韌性差σb＝120～250MPa一、灰口鑄鐵①化學成分碳是形成石墨的元素硅是強烈促進石墨化的元素錳本身是阻礙石墨化的元素，但錳能與硫形成化合物，起著間接的促進作用。硫是強烈阻礙石墨化的元素磷對石墨化影響不大②冷卻速度a．鑄型材料V金屬型＞V砂型V濕型＞V干型b．鑄件壁厚3、影響鑄鐵組織與性能的因素（石墨化）碳以石墨形式析出的過程稱為石墨化灰鐵σbminMPa4、孕育處理①時效──消除內應力②軟化退火──消除白口6、熱處理HT×××②冷卻速度對組織性能的影響很小①機械性能↑σb＝250～400MpaHB＝170～2705、牌號及應用其中：1是經過孕育處理的；

2是未經孕育處理的。金屬基體＋團絮狀石墨(石墨呈團絮狀,對基的割裂和應力

集中較小,提高了鑄鐵的σb、δ和αk)。1、組織FP二、可鍛鑄鐵＊處理時間很長40～70h2、性能σb＝300～400MPaσbmax＝700MPaδ≤12％ αk≤30J／cm2①強度較高，塑性韌性較好②鑄造性能比球墨鑄鐵好。3、制取方法①澆制白口鑄件②進行高溫石墨化退火可鐵黑δminσbminMPaKTH×××－××4、牌號及應用KTZ×××－××可鐵珠δminσbminMPa1、組織金屬基體＋球狀石墨PP+FF三、球墨鑄鐵應力集中基本消除,同樣體積的石墨圓球形的表面積最小,石 墨孤立存在于基體中，基體不再被割裂成不連續(xù)狀，σb可以發(fā)揮80～90％σ0.2σb＞45鋼σb400～600MPa=2、性能①機械性能比其他鑄鐵高δ＝（1.5～10）％④熱處理性能好。③鑄造性能有優(yōu)于鑄鋼。②仍具有灰口鑄鐵的許多優(yōu)點如：減振、耐磨、缺口敏感性小、切削加工性好。經熱處理δ＝（20～25）％αk＝8～15J／cm23、制取方法①熔化普通灰口鑄鐵②球化處理和孕育處理a．球化劑──稀土鎂合金b．孕育劑──75％si的硅鐵c．沖入法4、鑄型工藝①易產生縮孔、縮松a．采用澆口、冒口、冷鐵系統(tǒng)對鑄件實現順序疑固b．增加鑄型剛度②易產生皮下氣孔a．嚴格控制型砂水分和鐵水的含硫量b．提高型砂的透氣性③調質──獲得良好的綜合機械性能②正火──獲得珠光體球鐵①退火──獲得鐵素體球鐵6、熱處理球鐵δminσbminMPaQT×××－××5、牌號

鋁質量分數不低于99.00%時為純鋁。純鋁的密度較小，約為2.7g/cm3；熔點為660℃；具有面心立方晶格；無同素異晶轉變；純鋁具有良好的導電性、導熱性；鋁能與空氣中的氧生成致密的氧化膜，防止鋁進一步氧化；純鋁的強度很低，塑性很好，可加工硬化。工業(yè)中常用于配制鋁合金或制作強度要求不高但具有導熱、耐大氣腐蝕的器皿。第九章有色金屬及其合金把金屬分為黑色和有色兩大類。鋼鐵材料為黑色金屬，除黑色金屬以外的其他金屬及其合金統(tǒng)稱為有色金屬。§9.1鋁及鋁合金一、純鋁1、鑄造純鋁：按GB/T8036-94規(guī)定，其牌號表示法為ZAl××鋁純度百分含量如ZAl99.5表示ωAl=99.5%的鑄造純鋁。2、變形純鋁：按GB/T16474-1996規(guī)定，其牌號表示法為1×××最低鋁百分含量中小數點后面兩位數字原始純鋁的改型情況：A表示原始純鋁，其它字母為原始純鋁的改型如1A99表示WAl為99.99％的原始高純鋁。工業(yè)純鋁和高純鋁的原代號分別用Ll、L2、…、L7（數字越大，純度越低）和LG1、LG2、…（數字越大，純度越高）表示。二、鋁合金的分類為了提高純鋁的強度，有效的方法是通過合金化及對鋁合金進行時效強化。目前，用于制作鋁合金的合金元素大致分為主加元素(硅、銅、鎂、鋅、錳等)和輔加元素(鉻、鈦、鋯等)兩類。主加元素一般具有高溶解度和能起顯著強化作用，輔加元素作用是為改善鋁合金的某些工藝性能(如細化晶粒，改善熱處理性能等)。1、鋁合金分類

根據鋁合金的成分和生產工藝特點，可將鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，如右圖所示。2、形變鋁合金按GB/T16474-1996規(guī)定，其牌號表示法為××××順序號原始純鋁的改型情況：A表示原始純鋁，其它字母為原始純鋁的改型2～8依次表示合金元素為Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn、其它元素如2A11表示以銅為主要合金元素的變形鋁合金。代號：ZL×××3、鑄造鋁合金順序號合金類別1——鋁-硅合金2——鋁-銅合金3——鋁-鎂合金4——鋁-鋅合金如ZL102ZL301牌號：ZAl+主要合金化學元素符號+合金元素名義質量分數如ZAlSi12ZAlZn11Si7具體的合金牌號具體的合金牌號4、鋁合金的熱處理⑴退火

a.再結晶退火：在再結晶溫度以上保溫后空冷，用于消除冷變形工件的加工硬化，提高塑性，以便繼續(xù)進行成形加工。

b.低溫退火：消除內應力，適當增加塑性，通常在180～300℃保溫后空冷。

c.擴散退火：消除鑄錠或鑄件的成分偏析及內應力，提高塑性，通常在高溫長時間保溫后空冷。⑵淬火（固溶處理）：將鋁合金加熱到固溶線以上保溫后快冷，使第二相來不及析出，得到過飽和、不穩(wěn)定的單一α固溶體。淬火后鋁合金的強度和硬度不高，具有良好的塑性。⑶時效：將淬火后的鋁合金在室溫或低溫加熱下保溫一段時間，隨時間延長，其強度、硬度顯著升高而塑性降低的現象。§9.2銅及其合金一、純銅

純銅的密度為8.96g/cm3；熔點為1083℃；具有面心立方晶格；無同素異晶轉變；具有優(yōu)良的導電性、導熱性及良好的耐蝕性。純銅的強度、硬度不高，塑性很好，可加工硬化。工業(yè)中常用于配制銅合金或制作各種導電、導熱材料。未加工產品：代號有Cu-1、Cu-2加工產品：代號有T1、T2、T3后面數字均為順序號二、銅合金1、黃銅：銅和鋅組成的二元合金。

普通黃銅的耐蝕性優(yōu)于鋼鐵材料。主要用于制作彈殼等零件。代號表示法為：H××銅的質量分數如H70表示含銅70%的黃銅。

黃銅的力學性能與含鋅量的關系見右圖。

特殊黃銅是在普通黃銅的基礎上加入Al、Si、Pb、Sn、Mn、Fe、Ni等合金元素形成特殊黃銅，以提高銅合金的強度。另外Al、Sn、Mn、Ni能提高耐蝕性和耐磨性，Mn能提高耐熱性，Si能改善鑄造性能，Pb能改善切削性能。特殊黃銅主要用于制造冷凝管、齒輪、螺旋槳、鐘表零件等。2、青銅：除鋅、鎳以外的其他元素作為主要合金元素的銅合金。按其成分不同，青銅可分為錫青銅和特殊青銅兩類。

錫青銅是指錫與銅組成的二元合金，它在大氣、海水、淡水和蒸汽中的耐蝕性優(yōu)于黃銅，故主要用作形狀較為復雜、耐蝕性好、致密度要求不高的鑄件。代號：Q+主加元素化學符號及質量分數+其它合金元素質量分數如QBe4表示含鈹4%的鈹青銅。

QSn4-3表示ωSn=4%，ωZn=3%的錫青銅。3、鑄造銅合金：其牌號表示法為ZCu+主加元素化學符號及質量分數+其它合金元素化學符號及質量分數如ZCuSn10Pb1、ZCuAl9Mn2、ZCuPb15Sn8空白空白分類特性應用防銹鋁3A21(原LF21)不能用熱處理強化，但可加工硬化。具有良好的塑性、耐蝕性及焊接性用于受力不大，經沖壓或焊接制成的結構件，如各種容器、油箱、導管及燈具等硬鋁2A11(原LY11）經淬火+自然時效后具有較高的強度和硬度，但耐蝕性較差用作飛機構架、螺旋槳、葉片等超硬鋁7A04(原LC4)經淬火+人工時效后具有高的硬度和強度，且具有良好的塑性，但疲勞性能較差，耐蝕性和耐熱性也不高用于工作溫度較低、受力較大的結構件，如飛機起落架、大梁等鍛鋁2A14(原LD10)經淬火+人工時效后強度可與硬鋁媲美，并具有良好的鍛造性能制成棒材或模鍛件，如發(fā)動機風扇葉片3—Mn錳2—Cu銅7—Zn鋅2—Cu銅合金類別合金代號（牌號）鑄造方法及熱處理狀態(tài)性能特點用途鋁硅合金ZL102（ZAlSi12）金屬型，鑄態(tài)鑄造性能好，密度小，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性用于制造低、中等強度的形狀復雜的零件，如儀表零件、抽水機、殼體等鋁銅合金ZL201（ZAlCu5Mn）砂型，金屬型，淬火加不完全人工時效有較高的強度、耐熱性，但密度大、耐蝕性差，鑄造性不好用于制造較高溫度下工作的要求高強度的零件，如氣缸頭、活塞等鋁鎂合金ZL301（ZAlMg10）砂型，金屬型，淬火加自然時效耐蝕性好，強度高，密度小；但鑄造性差，耐熱性低用于制造在腐蝕介質下工作的承受一定沖擊載荷的形狀較為簡單的零件，如艦船配件等鋁鋅合金ZL401（ZAlZn11Si7）砂型，金屬型，人工時效鑄造性能好，強度較高；但密度大，耐蝕性較差用于制造受力較小、形狀復雜的汽車、飛機、儀器零件碳素工具鋼例§6.11-15151加熱爐加熱整體調質處理例§6.11-25212感應加熱表面淬火和回火處理優(yōu)質碳素結構鋼碳素結構鋼注意檢測的性能與材料的厚度相關包晶相圖點分析Pt的熔點Ag的熔點反應固相的成分生成固相的成分反應液相的成分包晶相圖線分析液相線固相線包晶反應線α相線對Ag的溶解線β相線對Pt的溶解線包晶結晶2ⅡⅠⅡⅢⅣ溫度時間LαLβαL+αβ包晶結晶1溫度時間ⅠLαL+αββα包晶結晶3溫度時間ⅢLαL+αβLββα包晶相圖32723218319.261.997.5AEBCDFG19.261.997.5Aβα共晶反應時β固溶體成分及鉛的最大溶解度共晶反應時α固溶體成分及錫的最大溶解度共晶點共晶相圖點分析純錫的熔點●純鉛的熔點●●●●●●室溫下錫、鉛分別在α、β中的最大溶解度32723218319.261.997.5AEBCDFG32723219.261.997.5ABαβ共晶相圖線分析液相線固相線共晶線α對錫的溶解曲線β對鉛的溶解曲線32723218319.261.997.5AEBCDFG32723219.261.997.5AB共晶相合金的結晶過程Ⅰ溫度時間LαLααβⅠ32723218319.261.997.5AEBCDFG32723219.261.997.5AB溫度時間LLα+βαβ共晶相合金的結晶過程ⅡⅡ32723218397.5AEBCDFG32723219.261.997.5AB溫度時間L共晶相合金的結晶過程ⅢⅢβαLαLα+β勻晶系的結晶過程LL+ααTCuNiT1XS1T2L2S2L3T3