金屬材料熱處理教材

1、目錄緒論縱觀人類的文明史，從某種意義上說就是一部人類認識材料和使用材料的發(fā)展史。從遠古到現(xiàn)代，人類從最初的石器時代已經(jīng)發(fā)展到了當今的人工合成材料時代。在人類使用的眾多材料中，金屬材料由于其所特有的各種優(yōu)異性能，被廣泛地應用于生活和生產(chǎn)當中，是現(xiàn)代工業(yè)和科學技術領域不可缺少的重要材料。作為一名機械行業(yè)的技術工人，從手中的工具到加工的零件，每天都要與各種各樣的金屬材料打交道，為了能夠正確地認識和使用金屬材料，合理地確定不同金屬材料的加工方法，充分發(fā)揮材料的潛力，就必須熟悉金屬材料的牌號，了解它們的性能和變化規(guī)律。為此，我們需要比較深入地學習和了解金屬材料的相關知識，金屬材料與熱處理正是這樣一門研究

2、金屬材料的成分、組織、熱處理與金屬材料性能之間的關系和變化規(guī)律的學科。本課程的基本內(nèi)容和學習特點如下：本課程的主要內(nèi)容包括金屬材料的基本知識、金屬的性能、金屬學基礎知識和熱處理的基本知識等。所謂金屬，是指由單一元素構(gòu)成的具有特殊的光澤、延展性、導電性、導熱性的物質(zhì)，如金、銀、銅、鐵、錳、鋅、鋁等。而合金是指由一種金屬元素與其他金屬元素或非金屬元素通過熔煉或其他方法合成的具有金屬特性的材料。金屬材料是金屬及其合金的總稱，即指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的，并具有金屬特性的物質(zhì)。金屬材料的基本知識主要介紹金屬的晶體結(jié)構(gòu)及變形的相關知識；金屬的性能主要介紹金屬的力學性能和工藝性能；金屬學基礎知識講述

3、了鐵碳合金的組織及鐵碳合金相圖；金屬材料講述了碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬及硬質(zhì)合金等金屬材料的常用牌號、成分、組織、性能及用途。熱處理基本知識講述熱處理的原理（鋼在加熱、保溫、冷卻時的組織轉(zhuǎn)變）和熱處理的工藝退火、正火、淬火、回火、表面熱處理等）及常用材料的典型熱處理工藝。金屬材料與熱處理是一門從生產(chǎn)實踐中發(fā)展起來的，又直接為生產(chǎn)服務的專業(yè)基礎課，具有很強的實踐性；另一方面，由于金屬材料的種類繁多，其性能又千變?nèi)f化，學習起來有一定的難度。但只要弄清楚重要的概念和基本理論，按照材料的成分和熱處理決定其組織，組織決定其性能，性能又決定其用途這一內(nèi)在關系進行學習和記憶；注意理論聯(lián)系實際，認真完成

4、作業(yè)和實驗等教學環(huán)節(jié)，是完全可以學好這門課程的。第一章金屬材料的性能材料的性能是零件設計中選材的主要依據(jù)，也是技術工人在加工過程中合理選擇加工方法、正確刃磨刀具幾何參數(shù)、合理選擇切削用量的重要保證。11金屬材料的損壞與塑性變形在生產(chǎn)中，機器零件的性能往往達不到理想要求，許多零件在使用過程中會發(fā)生損壞，不但嚴重影響生產(chǎn)，甚至造成人身事故。機械零件在使用中常見的損壞形式有變形、斷裂及磨損等，見表21。表21 機械零件常見的損壞形式分類圖樣說明變形螺栓發(fā)生彎曲零件在外力作用下形狀和尺寸所發(fā)生的變化稱為變形。變形分為彈性變形和塑性變形。彈性變形是指外力消除后能夠恢復的變形；塑性變形是指外力消除后無法恢

5、復的永久性變形。造成零件損壞的變形，通常是指塑性變形斷裂折斷的螺栓零件在外力作用下發(fā)生開裂或折斷稱為斷裂磨損螺紋前端齒牙磨損因摩擦而使零件尺寸、表面形狀和表面質(zhì)量發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磨損另外，塑性變形還有有利的一面，可以作為零件成形和強化的重要手段。工業(yè)上使用的大部分金屬產(chǎn)品，一般都是先澆注成鑄錠后，再經(jīng)過壓力加工制成的，如圖21所示。扎制擠壓冷拔鍛壓冷沖壓圖2 -1壓力加工方法示意圖上述加工的目的不僅在于使產(chǎn)品成形，更重要的是為了改善其組織和性能。了解金屬變形的規(guī)律對理解金屬材料力學性能指標的物理意義，以及在生產(chǎn)中針對不同金展材料選擇合理的強化手段，具有非常重要的意義。、與變形相關的幾個概念1

6、.載荷金屬材料的變形通常是在外力作用下發(fā)生的，金屬材料在加工及使用過程中所受的外力稱為載荷。根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同，載荷可分為靜載荷、沖擊載荷和交變載荷三種.（1）靜載荷指大小不變或變化過程緩慢的載荷。（2）沖擊載荷 在短時問內(nèi)以較髙速度作用于零件上的載荷。（3）交變載荷指大小、方向或大小和方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷。根據(jù)作用形式不同，載荷又可分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等，如圖22所示。a) b) c)d)e)圖 2-2載荷的作用形式a) 拉抻載荷 b)壓縮載荷 c) 彎曲載荷 d) 剪切載荷 e)扭轉(zhuǎn)載荷2.內(nèi)力工件或材料在受到外部載荷作用時.為使其不變形，在材

7、料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對抗的力，稱為內(nèi)力。這種內(nèi)力的大小與外力相等，并作用于材料內(nèi)部（注意：外力和內(nèi)力有別于作用力與反作用力）。3.應力同樣材料、不同直徑的螺栓在相同拉力作用下，細的可能拉斷，粗的則可能沒有拉斷。因此，金屬材料的力學性能只憑外力的大小是無法判定的。為此，在假設作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小是均勻分布的情況下，采用單位橫截面面積上的內(nèi)力應力來加以判定。材料受拉伸或壓縮載荷作用時，其應力按下式計算：式中應力，當面積以為單位時，則應力可以為單位，；外力，；橫截面面積，。二、金屬的變形金屬在外部載荷作用下，首先發(fā)生彈性變形，載荷增加到一定值后，除了發(fā)生彈性變形外，還發(fā)生塑性變形，即彈塑

8、性變形。繼續(xù)增加載荷，塑性變形也將逐漸增大，直至金屬發(fā)生斷裂。即金屬在外力作用下的變形可分為彈性變形、彈塑性變形和斷裂三個連續(xù)的階段。彈性變形后，當外力消除后變形消失，金屬恢復到原來的形狀，因此，金厲彈性變形后其組織和性能將不發(fā)生變化。三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化金屬材料的冷塑性變形，在外形變化的同時，晶粒的形狀也會發(fā)生變化。通常晶粒會沿變形方向壓扁或拉長，如圖23所示。冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變化外，還會使晶粒內(nèi)部的位錯密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，其強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為“形變強化”或“加工硬化”。圖 2-3 塑性變形后的金屬組織閱

9、讀日常生活中的許多金屬結(jié)構(gòu)件，都是通過形變強化來提高其性能的。如汽車、洗衣機、電器箱的外殼等，在通過沖壓成形的同時也提高了其強度、安全性和使用壽命。形變強化是一種重要的金屬強化手段，對那些不能用熱處理強化的金屬尤為重要：此外，它還可使金屬具有偶然抗超載的能力。塑性較好的金屬材料在發(fā)生變形后，由于形變強化的作用，必須承受更大的外部載荷才會發(fā)生破壞，這在一定程度上提高了金屬構(gòu)件在使用中的安全性。如壓力容器的灌底總是做成向內(nèi)凸起的形狀，其目的就是當內(nèi)部壓力過大時，可在灌底先產(chǎn)生塑性變形而不致突然破裂。但另一方面金屬發(fā)生加工硬化也會給金屬的切削加工或進一步變形加工帶來困難。為了改善發(fā)生加工硬化金屬的加

10、工條件，生產(chǎn)中必須進行中間熱處理，以消除加工硬化帶來的不利影響。如變形量較大的冷拉成形容器，在拉伸過程中要通過多次拉伸、再結(jié)晶退火和再拉伸，就足為了避免塑性變形過程中的加工硬化而造成開裂。提示塑性變形除了影響力學性能外，還會使金屬的物理性能和化學性能發(fā)生變化，如電阻增加，化學活性増大，耐蝕性降低等。12金屬的力學性能任何機械零件或工具在使用過程中往往要受到各種形式外力的作用。如起重機上的鋼索受到懸吊物拉力的作用；柴油機上的連桿在傳遞動力時，不僅受到拉力的作用，而且還受到?jīng)_擊力的作用，軸類零件要受到彎矩、扭力的作用等。這就要求金屬材料必須具有一種承受機械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能

11、力就是材料的力學性能。金屬表現(xiàn)出來的諸如強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度等特征，就是金厲材料在外力作用下表現(xiàn)出的力學性能指標.、強度金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。強度的大小用應力表示。根據(jù)載荷的作用方式不同，強度可分為抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度、抗扭強度和抗彎強度。通常以抗拉強度代表材料的強度指標?？估瓘姸仁峭ㄟ^拉伸實驗測定的。它利用拉伸試驗機（圖24)產(chǎn)生的靜拉力，對標準試樣進行軸向拉伸，同時連續(xù)測量變化的載荷和試樣的伸長量，直至斷裂，并根據(jù)測得的數(shù)據(jù)計箅出有關的力學性能指標。1.拉伸試樣拉伸試樣有圓形、矩形、六方等形狀，在國家標準（GB/T2282002）中規(guī)定

12、了試樣的形狀、尺寸及加工要求等，圖25所示為圓形拉伸試樣。 圖 2-4 拉伸試驗機圖 2-5拉伸試樣a）拉伸b）拉伸后圖中，為試樣直徑，為標距長度。標準拉伸比例試樣的比例系數(shù)，即；當以此比例系數(shù)獲得的原始標距長度小于15mm時，應優(yōu)先選用的比例試樣2.力一伸長曲線拉伸實驗中，依據(jù)拉力與伸長量之間的關系在直角坐標系中繪出的曲線稱為力伸長曲線，拉伸過程可分為彈性變形階段、屈服階段、強化階段和縮頸階段，如圖26所示。二、硬度材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。它是衡量材料軟硬程度的指標。硬度越高，材料的耐磨性越好。機械加工中所用的刀具、量具、模具以及大多數(shù)機械零件都應具備足夠

13、的硬度，以保證使用性能和壽命，否則容易因磨損而失效。因此硬度是金屬材料一項重要的力學性能。通常，硬度是通過在專用的硬度試獫機上實驗測得的，如圖2一7所示，常用的硬度實驗法有布氏硬度實驗法、洛氏硬度實驗法和維氏硬度實驗法。圖26低碳鋼的力伸長曲線圖27硬度試驗機a)布氏硬度試驗機 b)洛氏硬度試驗機 c)維氏硬度試驗機1布氏硬度（1）布氏硬度的定義使用一定直徑的硬質(zhì)合金球體，以規(guī)定實驗力壓人試樣表面，并保持規(guī)定時間后卸除實驗力，然后用測量表面壓痕直徑來計算硬度，如圖28所示。布氏硬度值是用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，所以布氏硬度是有單位的，其單位為，但般均不標出，用符號表示，即：式

14、中球面壓痕表面積，；實驗力，；壓頭直徑，；壓痕平均直徑，。在實際應用中，布氏硬度值一般不需要計算，而是用專用的刻度放大鏡量出壓痕直徑，再從壓痕與硬度對照表中査出相應的布氏硬度值。詳見附錄I。圖 28布氏硬度的定義（2）布氏硬度的表示方法布氏硬度用硬度值、硬度符號、壓頭直徑、實驗力及實驗保持時間表示。當保持時間為1015時可不標。例如17010/1000/30表示用直徑為10的壓頭，在9807（1000）實驗力作用下，保持30時測得的布氏硬度值為170；又如6001/30/20表示用直徑為1的壓頭，在294.2（30）實驗力作用下，保持20時測得的布氏硬度值為600。進行布氏硬度實驗時，應根據(jù)被

15、測材料種類、厚度及硬度值范圍選擇實驗力、壓頭直徑和實驗保持時間。（3）應用范圍及優(yōu)缺點布氏硬度主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。布氏硬度實驗法，壓痕直徑較大，能較準確地反映材料的平均性能。由于強度和硬度間有一定的近似比例關系（參見附錄II），因而在生產(chǎn)中較為常用。但由于測壓痕直徑費時費力，操作時間長，而且不適于測髙硬度材料，壓痕較大，所以只適宜對毛坯和半成品進行測試，而不宜對成品及薄壁零件進行測試。閱讀布氏硬度與抗拉強度的近似關系如下：低碳鋼的；高碳鋼的。合金鋼的；灰鑄鐵的。2洛氏硬度（1）洛氏硬度的定義洛氏硬度實驗是目前應用范圍最廣的硬度實驗方法。

16、它是采用直接測量壓痕深度來確定硬度值的，如圖29所示。壓頭是120金剛石圓錐體或直徑為的淬火鋼圓球。在初始實驗力作用下，試樣壓痕深度為,壓頭位置為11，再加上主實驗力后，總實驗力為，壓頭壓人深度為，壓頭位置為22，經(jīng)一定時間保持后撤去主實驗力，仍保留初始實驗力，試樣的彈性變形恢復，壓頭上升到33位置，而壓頭在主實驗力作用下，壓入試樣深度為。當壓頭為120金剛石圓錐體時，洛氏硬度計算式如下：洛氏硬度無單位。實際測量時，洛氏硬度值可直接從硬度計表盤（圖210）上讀取。圖29洛氏硬度的定義圖210洛氏硬度計表盤（2）洛氏硬度的表示方法符號前面的數(shù)字表示硬度值。后面的字母表示不同的洛氏硬度標尺。例如4

17、5表示用C標尺測定的洛氏硬度值為45。（3）常用洛氏硬度標尺及其適用范圍同一臺硬度計，當采用不同的壓頭和不同的總實驗力時，可組成幾種不同的洛氏硬度標尺，常用的洛氏硬度標尺有A、B、C三種，其中C標尺應用最廣。三種洛氏硬度標尺的實驗條件和適用范圍見表22。表22常用的三種洛氏硬度標尺的實驗條件和適用范圍硬度標尺壓頭類型總實驗力（)硬度值有效范圍應用舉例120金剛石圓錐體1 471.02067般淬火鋼鋼球980.725100軟鋼、退火鋼、銅合金等120金剛石圓維體588.46085硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等（4）洛氏硬度實驗法的優(yōu)缺點洛氏硬度實驗操作簡單、迅速，可直接從表盤上讀出硬度值；壓痕直徑很小，

18、可以測量成品及較薄工件；測試的硬度值范圍較大，可測從很軟到很硬的金屬材料，所以在生產(chǎn)中廣為應用，其中的應用尤其廣泛。但由于壓痕小，當材料組織不均勻時，測量值的代表性差。一般需在不同的部位測試幾次，取讀數(shù)的平均值代表材料的硬度。三、沖擊韌性許多機械零件在工作中往往要受到?jīng)_擊載荷的作用，如活塞銷、鍛錘桿、沖模、鍛模等。制造此類零件所用材料必須考慮其抗沖擊載荷的能力。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性。材料的沖擊韌性用一次擺錘沖擊彎曲實驗來測定。閱讀維氏硬度維氏硬度實驗原理基本上和布氏硬度實驗相同，如右圖所示。相對兩面為136的正四棱錐金剛石壓頭以選定的實驗力壓入實驗表面。經(jīng)規(guī)定保持

19、時間后，卸除實驗力，測量壓痕兩對角線平均長度，根據(jù)值查中的維氏硬度數(shù)值表即可得出硬度值（也可用公式計算），用符號表示。例如表示用（30kg）實驗力，保持1015s（可省略不標），測定的硬度值為640。維氏硬度因?qū)嶒灹π?、壓入深度淺，故可測量較薄材料，也可測量表面滲碳、滲氮層的硬度。因維氏硬度值具有連續(xù)性（）故可測從很軟到很硬的金屬材料的硬度，且準確性高。維氏硬度實驗的缺點是需測量壓痕對角線的長度；壓痕小，對試件表面質(zhì)量要求較高。將被測材料加工成如圖211所示的沖擊試樣。根據(jù)國家標準，常用帶有形或形缺口的的試樣，一次擺錘沖擊試驗機如圖212所示。圖 211 沖擊試樣圖 212 一次擺錘沖擊試驗機

20、a）U形缺口沖擊試樣b）V形缺口沖擊試樣試樣從一定高度被擊斷后，缺口處單位橫截面面積上吸收的功，即表示沖擊韌度值式中 沖擊韌度，值越大，材料的沖擊韌性越好；沖擊吸收功，；試樣缺口處的橫截面面積，。四、疲勞強度彈簧、曲軸、齒輪等機械零件在工作過程中所承受載荷的大小、方向隨時間做周期性變化，在金屬材料內(nèi)部引起的應力發(fā)生周期性地波動。此時，由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應力雖低于材料的屈服強度，但經(jīng)過長時間的工作后，仍會產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強度。疲勞極限用符號表示。提示疲勞失效與靜載荷下的失效不同，斷裂前沒

21、有明顯的塑性變形，發(fā)生斷裂也較突然。這種斷裂具有很大的危險性，常常會造成嚴重的事故。疲勞破壞是機械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，在失效的機械零件中，大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，斷裂前沒有預兆，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故。閱讀在第二次世界大戰(zhàn)中，德國派出轟炸機頻頻轟炸英國本土。英國皇家空軍駕駛戰(zhàn)機在空中攔截，戰(zhàn)況慘烈。突然，在不長的一段時間內(nèi)，英國戰(zhàn)機相繼墜落，機效人亡，英國軍方對墜落飛機介入調(diào)查，最初的結(jié)論認為，德國是否發(fā)明了什么新式武器，因為在墜落飛機的殘骸上無任何彈痕，從而引起一片恐慌。但隨著調(diào)查的深入，最終結(jié)論是：這些墜落的戰(zhàn)機無一例外地是由于疲勞現(xiàn)象

22、的發(fā)生而墜毀的。也就是說，飛機發(fā)動機內(nèi)的零件出現(xiàn)了疲勞斷裂。究其原因做進一步的分析，機械零件之所以產(chǎn)生疲勞破壞，主要是由于制造這些機械零件的材料表面或內(nèi)部有缺陷，如夾雜、劃痕、夾角、軟點、顯微裂紋等，這些地方的局部應力大于屈服強度，在循環(huán)載荷的反復作用下，產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨應力循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞裂紋不斷擴散，使零件的有效承載面積不斷減小，最后達到某一臨界尺寸時而突然斷裂。機械零件產(chǎn)生疲勞破壞的原因是材料表面或內(nèi)部有缺陷（如夾雜、劃痕、夾角等）。顯微裂紋隨應力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴展，使承力面積大大減小，以致承力面積減小到不能承受所加載荷而突然斷裂。疲勞斷裂的零件斷口如圖213所示。為了提髙零

23、件的疲勞強度，除合理選材外，細化晶粒、均勻組織、減少材料內(nèi)部缺陷、改善零件的結(jié)構(gòu)形式、減小零件圖213 疲勞斷裂宏觀斷口示意圖表面粗糙度數(shù)值及采取各種表面強化的方法（如對工件表面淬火、噴丸、滲、鍍等），都能取得一定的效果。常用的力學性能指標及其含義見表23。表23 常用的力學性能指標及其含義力學性能性能指標含義符號名稱舊標符號單位強度抗拉強度下屈服強度規(guī)定非比例延伸強度MPa試樣拉斷前所能承受的最大力的應力發(fā)生塑性變形而力不增加時的應力點規(guī)定非比例延伸率為0.2%時的應力塑形（）斷后伸長率斷面收縮率（）斷后標距的伸長量與原始標距之比的百分率斷后試樣的最大收縮量與原始橫截面面積之比的百分率硬度H

24、BWHR（A、B、C）HV布氏硬度洛氏硬度（A、B、C標尺）維氏硬度HBS、HBWHR（A、B、C）HVMPaMPa球形壓痕單位面積上所受的平均壓力用洛氏硬度相應標尺刻度滿程與壓痕深度之差計算的硬度值正四棱錐壓痕單位面積上所受的平均壓力沖擊韌性沖擊韌度沖擊試樣缺口處單位橫截面面積上的沖擊吸收功疲勞強度疲勞極限MPa試樣承受無數(shù)次（或給定次數(shù)）對稱循環(huán)應力仍不斷裂的最大應力13金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程如圖214所示。圖214金屬材料的一般加工過程金屬材料的工藝性能是指金屬材料對不同加工工藝方法的適應能力，它包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。工藝性能直接影響

25、零件制造的工藝、質(zhì)量及成本，是選材和制定零件工藝路線時必須要考慮的重要因素。一、鑄造性能鑄造性能是指鑄造成形過程（圖215中獲得外形準確、內(nèi)部健全鑄件的能力。鑄造性能主要取決于金屬的流動性、收縮性和偏析傾向等。圖 215 鑄造過程1.流動性熔融金屬的流動能力稱為流動性。流動性好的金屬，充型能力強，能獲得輪廓清晰、尺寸精確、外形完整的鑄件。影響流動性的因素主要是化學成分和澆注的工藝條件。受化學成分的影響，通常各元素比例能達到同時結(jié)晶的成分（共晶成分）的合金流動性最好。常用鑄造合金中，灰鑄鐵的流動性最好，鋁合金次之，鑄鋼最差。2.收縮性鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱

26、為收縮性。鑄造合金收縮性過大會影響尺寸精度，還會在內(nèi)部產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應力、變形和開裂等缺陷。鐵碳合金中，灰鑄鐵收縮率小，鑄鋼收縮率大。3.偏析頻向金屬凝固后，內(nèi)部化學成分和組織不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。偏析嚴重時，可使鑄件各部分的力學性能產(chǎn)生很大差異，降低鑄件質(zhì)量，尤其是對大型鑄件危害更大。二、鍛壓性能用鍛壓成形方法（圖216）獲得優(yōu)良鍛件的難易程度稱為鍛壓性能。常用塑性和變形抗力兩個指標來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則金屬的鍛壓性能越好?；瘜W成分會影響金屬的鍛壓性能，純金屬鍛壓性能優(yōu)于一般合金。鐵碳合金中，含碳量越低，鍛壓性能越好；合金鋼中，合金元素的種類和含量越多，鍛壓性能越差，鋼中

27、的硫會降低鍛壓性能。金屬組織的形式也會影響其鍛壓性能。圖216鍛壓生產(chǎn)三、焊接性能焊接（圖217）性能是指金屬材料對焊接加工的適應性，也就是在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。對碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學成分有關（其中碳的影響最大）如低碳鋼具有良好的焊接性能，而高碳鋼和鑄鐵的焊接性能則較差。圖217 焊接四、切削加工性能及熱處理性能1.切削加工性能切削金屬材料的難易程度稱為材料的切削加工性能。一般用工件切削時的切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度來衡量。影響切削加工性能的因素主要有化學成分、組織狀態(tài)、硬度、韌性、導熱性及形變強化等

28、。硬度低、韌性好、塑性好的材料，切屑易黏附于刀刃而形成刀瘤，切屑不易折斷，致使表面粗糙度變差，并降低刀具的使用壽命；而硬度高、塑性差的材料，消耗功率大，產(chǎn)生熱量多，并降低刀具的使用壽命。一般認為材料具有適當硬度和一定脆性時，其切削加工性能較好，例如灰鑄鐵比鋼的切削加工性能好。另外，切削塑性金屬材料時，工件在加工表面層的硬度明顯提高而塑性下降的現(xiàn)象稱為表面加工硬化。此時在加工表面受刀具擠壓產(chǎn)生的塑性變形部分不能恢復，因而產(chǎn)生的變形抗力較大，表面形變強化。當以較小的切削深度再次切削時，刀具不易切入，并使刀具易磨損，而且在加工表面硬化層常常伴有裂紋，使表面粗糙度值增大，疲勞強度下降。因此，應盡量設法

29、消除這種現(xiàn)象。2.熱處理性能熱處理是改善鋼切削加工性能的重要途徑，也是改善材料力學性能的重要途徑。熱處理性能包括淬透性、淬硬性、過熱敏感性、變形開裂傾向、回火脆性傾向、氧化脫碳傾向等（這些內(nèi)容將在鋼的熱處理一章中詳細論述）。碳鋼熱處理變形的程度與其含碳量有關，一般情況下，含碳量越高，變形與開裂傾向越大，而碳鋼又比合金鋼的變形開裂傾向嚴重。鋼的淬硬性也主要取決于含碳量。含碳量高，材料的淬硬性好。14金屬的工藝性能實驗1 硬度測試1.實驗目的：（1）熟悉常用硬度試驗機的結(jié)構(gòu)。（2）掌握洛氏硬度和布氏硬度的測試原理及測試方法。一、洛氏硬度實驗1.實驗設備及材料（1）HR一150型洛氏硬度試驗機，如圖

30、220所示。（2）40 mm X 10 mm淬火狀態(tài)的45鋼試塊及W18Cr4V切刀刀片各一塊。（3）120金剛石圓錐壓頭（HRC）。2.實驗原理將預載荷與主載荷依次加入后，卸除主載荷。壓頭在被測試樣表面產(chǎn)生的壓痕深度差，即可表示材料的硬度。3.實驗步驟（1）根據(jù)被測試樣的估計硬度選擇壓頭和硬度標尺（淬火鋼應選金剛石壓頭，選用C標尺）。（2）加預載：將試樣放在載物臺上，順時針轉(zhuǎn)動升降機構(gòu)手輪，使試樣與壓頭緩慢接近，直至表盤小指針指到紅點，大指針偏離零點5格之內(nèi)。此時，預載（98.7N）已加在試樣上。圖220 HR150 型洛氏硬度試驗機結(jié)構(gòu)圖1一吊環(huán)2連接桿3螺母4一吊桿5吊套6砝碼7托盤8加

31、卸載荷手柄9一緩沖調(diào)節(jié)閥10緩沖器11一機體12實驗力杠桿13游碼14一上蓋15測量桿16主軸17指示百分表18工作臺19 一升降絲杠20手輪21止推軸承22嫘釘23絲杠導座24定位套25連桿（3）加主載：先調(diào)節(jié)表盤，使大指針對準B或C標尺的零點，再緩慢按下操作手柄到加載位置，并停留15 s，大指針隨之轉(zhuǎn)動若干格而停止。主載（1 373 N）也已加在試樣上。此時總實驗力為1 471.7N。（4）卸主載：順時針扳回操作手柄到卸荷位置，大指針在原位反向轉(zhuǎn)動若干格而停止，此時讀到的表盤刻度值即為該點洛氏硬度值。（5）在同一被測面的不同位置上重復測量三個點（三點相距3mm，點到邊緣距離3mm)。4.注

32、意事項（1）試樣的兩大面應磨平、光潔，無油污、氧化皮裂紋及凹坑或顯著的加工痕跡。載物臺及壓頭表面清潔。（2）壓頭要裝牢（注意安裝時壓頭的削扁對準壓軸孔的削扁，壓頭推到頂后擰緊緊定螺釘）。（3）試樣放平穩(wěn)，不可有滑動及明顯變形，并保證壓頭中心線與被測表面相垂直。如為圓柱試樣，應放于V形鐵中支承。（4）加載、卸載均要緩慢無沖擊。5.填寫實驗報吿（1）簡述實驗原理。（2）寫明實驗時間、地點、組員及指導教師。（3）將記錄數(shù)據(jù)填入表26，并給出實驗結(jié)論。表26 洛氏硬度實驗記錄表材料標尺第一次第二次第三次平均值備注（壓頭、載荷）45鋼淬火HRC高速鋼刀片HRC二、布氏硬度實驗1.實驗設備及材料（1）設備

33、TH600型布氏硬度試驗機（圖221）和讀數(shù)顯微鏡。（2）試樣厚10 mm 的正火狀態(tài)45鋼一塊。圖 221 TH600型布氏硬度試驗機2.實驗原理用一定直徑的硬質(zhì)合金球做壓頭，以一定的實驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除實驗力，試樣表面將留下一個壓痕，測量壓痕的直徑并計算壓痕表面積，通過計算或査表（附錄II）求得布氏硬度值。在實際實驗時，可用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直徑，再根據(jù)壓痕直徑査表得出硬度值。實際工件可能會有不同的硬度值和厚度，所以實驗時要根據(jù)工件的軟硬程度和形狀大小來選擇匹配不同的壓頭和載荷。實驗時只要滿足值為一常數(shù)，且壓痕直徑控制在0.240.6之間，即可得到統(tǒng)一的、可以互相比較

34、的硬度值。3.實驗步驟（1）確定實驗條件壓頭直徑、實驗力及實驗力保持時間按表27選取。先將壓頭裝入主軸襯套并擰緊壓頭緊定螺釘，再按所選載荷加上相應的砝碼。打開電源開關，電源指示燈亮。試驗機進行自檢、復位，顯示當前的實驗力保持時間，該參數(shù)自動記憶關機前的狀態(tài)。此時應根據(jù)所需設置的保持時間，在操作鍵盤上“”或“”鍵進行設置。（2）壓緊試件順時針旋轉(zhuǎn)升降手輪6，使實驗臺上升至試樣與壓頭接觸，直至手輪下面的螺母產(chǎn)生相對滑動為止。（3）加載與卸載此時按下“開始”鍵，實驗開始自動進行，依次自動完成從加載、保持、卸載到恢復初始狀態(tài)的全過程。（4）讀取實驗數(shù)據(jù) 逆時針轉(zhuǎn)動升降手輪，取下試樣，用瀆數(shù)顯微鏡測出壓

35、痕直徑，并取算術平均值，根據(jù)此值査課本附錄I即得布氏硬度值，記錄于表28中。表27 布氏硬度實驗條件選取表金屬種類布氏硬度值范圍HBW試樣厚度（mm）0.102測頭直徑（mm）實驗載荷（kN）保持時間（S）黑色金屬140450362423010. 05.02.529.427. 3551.8391015黑色金屬1406361010. 05.09.8072.54210154注意事項（1）試樣表面必須平整光潔，無油污、氧化皮，并平穩(wěn)地安放在布氏硬度計實驗臺上。（2）讀數(shù)顯微鏡讀取壓痕直徑時應從兩個相互垂直的方向測量，并取算術平均值。（3）使用讀數(shù)顯微鏡時，將測試過的試樣放置于一平面上，再將讀數(shù)顯微鏡

36、放置于被測試樣上，使被測部分用自然光或燈光照明。調(diào)節(jié)目鏡，使視場中同時看清分劃板與壓痕邊緣圖像。常用放大倍數(shù)為20的讀數(shù)顯微鏡測試布氏硬度值。（4）壓痕中心到試樣邊緣的距離應不小于壓痕直徑的2.5倍，相鄰兩壓痕中心距離應不小于壓痕直徑的3倍。5.填寫實驗報告（1）簡述實驗原理。（2）寫明實驗時間、地點、組員及指導教師。（3）將記錄數(shù)據(jù)填入表28，并給出實驗結(jié)論。表28 布氏硬度實驗記錄表第一次第二次第三次平均值備注（鋼球直徑、實驗力、保持時間、值）壓痕直徑HBW習題1.機械零件損壞的形式有哪些？2.什么是栽荷？根據(jù)性質(zhì)不同可分為哪幾種？3.什么是金屬的力學性能？金屬的力學性能包括哪些內(nèi)容?4.

37、什么是強度？強度有哪些衡量指標？這些指標用什么符號表示？如何測量？5.什么是塑性？塑性有哪些衡量指標？這些指標用什么符號表示？如何測量？6.什么是硬度？常用的硬度實驗法有哪三種？各用什么符號表示？7.布氏硬度實驗法有哪些優(yōu)缺點？它主要適用于何種材料的測試？8.常用的洛氏硬度標尺有哪三種？各用什么符號表示？最常用的是哪一種？9.什么是沖擊韌性？什么是沖擊韌度？其值用什么符號表示？10.什么是金屬的疲勞斷裂？什么是疲勞強度？11.生產(chǎn)中如何提高零件的抗疲勞能力？12.什么是金屬的工藝性能？它包括哪些內(nèi)容？第二章鐵碳合金純金屬雖然得到一定的應用，但強度和硬度一般都較低，冶煉困難，因而價格較高，在使用

38、上受到限制。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的是合金，這是因為生產(chǎn)中可以通過改變合金的化學成分或組織結(jié)構(gòu)）來進一步提高金屬材料的力學性能，并可獲得某些特殊的物理性能和化學性能耐蝕、耐熱、耐磨、電磁性能等，以滿足機械零件和工程結(jié)構(gòu)對材料的要求。通常把以鐵及鐵碳為主的合金鋼鐵）稱為黑色金屬，而把其他金屬及其合金稱為有色金屬。常用金屬材料間的關系如下：合金：合金是以一種金屬為基礎，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔合而獲得的具有金屬特性的材料，即合金是由兩種或兩種以上的元素所組成的金屬材料。例如，工業(yè)上廣泛應用的鋼鐵材料就是由鐵和碳組成的合金。與純金屬相比，合金具有更好的力學性能，可通過調(diào)整組成元素之間的比例，獲得一

39、系列性能各異的合金，以滿足工業(yè)生產(chǎn)對材料不同性能的要求。組元：組成合金最簡單的、最基本的、能夠獨立存在的元物質(zhì)稱為組元，簡稱元。組元一般是指元素，但有時穩(wěn)定的化合物也可以作為組元，如、等。合金按組元的數(shù)目可分為二元合金、三元合金及多元合金。例如，碳素鋼是由鐵和碳組成的二元合金。21鐵碳合金的基本組織與性能鋼鐵是現(xiàn)代工業(yè)中應用最為廣泛的合金，它們均是以鐵和碳為基本組元的合金，故又稱為鐵碳合金。由于鋼鐵材料的成分（含碳量）不同，因此其組織、性能和應用場合也不同。鐵碳合金的基本組織有五種，它們分別是鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體。一、鐵素體（F）碳溶解在中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用符號F

40、表示。其晶胞示意圖如圖32所示。由于是體心立方晶格，晶格間隙較小，所以碳在中的溶解度很小。鐵素體是鋼的五種組織中含碳量最低的組織，其室溫性能接近于純鐵，即具有良好的塑性、韌性，較低的強度、硬度。圖33所示為鐵素體的顯微組織。3-2鐵素體的晶胞示意3-3鐵素體的顯微組織二、奧氏體（A）碳溶于中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號A表示。其晶胞示意圖如圖34所示。由于是在高溫狀態(tài)下存在的面心立方晶格結(jié)構(gòu)，晶格間隙較大，故奧氏體的溶碳能力較強，在1 148時溶碳能力可達2.11%。隨著溫度的下降，溶解度逐漸減小，在727時溶碳能力為0.77%。奧氏體的含碳量雖比鐵素體高，但其呈面心立方晶格，強度、硬度

41、雖不高，卻具有良好的塑性，尤其是具有良好的鍛壓性能。奧氏體存在于727以上的高溫范圖3-4奧氏體的晶胞示意圍內(nèi)，無室溫組織織。35所示為其顯微組織。三、滲碳體（或）滲碳體是含碳量為6.69%的鐵與碳的金屬化合物，其化學式為。它具有復雜的斜方晶格，與鐵和碳的晶體結(jié)構(gòu)完全不同，如圖36所示。滲碳體的性能特點是高熔點（1 227）、髙硬度（9501050HV），塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。滲碳體是鋼中的主要強化相，在鋼或鑄鐵中可以片狀、球狀或網(wǎng)狀分布。分布形態(tài)對鋼的力學性能影響很大。在適當?shù)臈l件下（如高溫長期停留或極緩慢冷卻），滲碳體可分解為鐵和石墨狀的自由碳，這對鑄鐵的形成過程具有重要意義。圖3

42、5 奧氏體的顯微組織圖36 滲碳體的晶胞示意圖四、珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，用符號P表示。它是滲碳體和鐵素體片層相間、交替排列形成的混合物。其顯微組織如圖37所示，其中白色為鐵素體機體，黑色線條為滲碳體。在緩慢冷卻條件下，珠光體的含碳量為0.77%，由于珠光體是由硬的滲碳體和軟的鐵素體組成的混合物，因此其力學性能是兩者的綜合，強度較高，硬度適中，具有一定的塑性。a） b）圖37珠光體的顯微組織a）光學顯微鏡觀察組織 b）電子顯微鏡觀察組織五、萊氏體（）萊氏體是奧氏體和滲碳體的混合物，用符號表示。它是含碳量為4.3%的液態(tài)鐵碳合金在1 148時的共晶產(chǎn)物。當溫度降到727時，由

43、于萊氏體中的奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成，這種混合物稱為低溫萊氏體，用符號表示。圖38所示為低溫萊氏體的顯微組織，由于萊氏體的基體是滲碳體，所以它的性能接近于滲碳體，硬度很高，塑性很差。以上五種組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體都是單相組織，稱為鐵碳合金的基本相；珠光體和萊氏體則是由基本相組成的多相組織。表32所列為鐵碳合金基本組織的性能及特點。表32 鐵碳合金基本組織的性能及特點 33鐵碳合金相鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的基礎，它是研究鐵碳合金的成分、溫度和組織結(jié)構(gòu)之

44、間關系的圖形。鐵碳合金相圖是人類經(jīng)過長期實踐并進行大量科學實驗總結(jié)出來的。一、鐵碳合金相圖的組成 在鐵碳合金中，鐵和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C、 Fe2C、 FeC等。而生產(chǎn)中實際使用的鐵碳合金，其含碳量一般不超過5%。因為含碳量更髙的材料脆性太大，難以加工，沒有實用價值，因此，只研究相圖中含碳量為0%6. 69%的部分。而這部分的鐵碳化合物只有Fe3C，故鐵碳合金相圖也可以認為是FeFe3C相圖。為了便于掌握和分析Fe Fe3C相圖，將相圖上實用意義不大的部分省略，經(jīng)簡化后的FeFe3C相圖如圖39所示。圖中縱坐標為溫度，橫坐標為含碳量的質(zhì)量百分數(shù)。 二、 FeFe3C相圖中特性點

45、、線的含義及各區(qū)域內(nèi)的組織FeFe3C相圖中有七個特性點及六條特性線，當了解了這些點、線的含義后，就可以把一個看似復雜的相圖分割成不同的區(qū)域，當成分（含碳量）和溫度變化時，按一定規(guī)律可分析出各區(qū)域產(chǎn)生的組織。1.主要特性點 FeFe3C相圖中的七個特性點及其溫度、含碳量和含義見表33。表33 Fe-FeaC相圖中的七個特性點及其溫度、含碳量和含義(1) 共晶點C 高溫的鐵碳合金液體緩慢冷卻到一定溫度（1 148C)時，在保持溫度不變的條件下，從一個液相中同時結(jié)晶出兩種固相（奧氏體和滲碳體），這種轉(zhuǎn)變稱為共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為共晶體，鐵碳合金的共晶體就是萊氏體Ld (A + Fe3C)。

46、C點的溫度（1 148C)稱為共晶溫度。(2) 共析點S 固相的鐵碳合金緩慢冷卻到一定溫度（727C)時，在保持溫度不變的條件下，從一個固相（奧氏體）中同時析出兩個固相（鐵素體和滲碳體），這種轉(zhuǎn)變稱析轉(zhuǎn)變。共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為共析體，鐵碳合金的共析體就是珠光體P (F+Fe3C)0 S溫度（727C)稱為共析溫度。 2,主要特性線 |Fe Fe3C相圖中有若干條表示合金狀態(tài)的分界線，它們是不同成分合金具有相同含義的臨界點的連線。 Fe-Fe3 C相圖中的六條特性線及其含義見表34。(1) ACD線 液相線，此線以上區(qū)域全部為液相，稱為液相區(qū)，用L表示，對應成分的液態(tài)合金冷卻到此線上的對應點時開始

47、結(jié)晶。在AC線以下結(jié)晶出奧氏體，在CD線以下結(jié)晶出滲碳體（稱為一次滲碳Fe3Ci)。(2) AECF線 固相線，對應成分的液態(tài)合金冷卻到此線上的對應點時完成結(jié)晶過程，變?yōu)楣虘B(tài)，此線以下為固相區(qū)。在液相線與固相線之間是液態(tài)合金從開始結(jié)晶到結(jié)晶終了的過渡區(qū)，所以此區(qū)域液相與固相并存。AEC區(qū)內(nèi)為液相合金與固相奧氏體，CDF區(qū)內(nèi)為液相合金與固相滲碳體。(3) GS線 奧氏體冷卻時析出鐵素體的開始線（或加熱時鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體的終止線），又稱A3線。奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變是鐵發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的結(jié)果。(4) ES線 碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱Aem線。隨著溫度的變化，奧氏體的溶碳能力沿該線上的對應點變

48、化。在1 148時，碳在奧氏體中的溶解度為2.11% (E點的含碳量），在727時降到0.77% (S點的含碳量）。在AGSE區(qū)內(nèi)為單相奧氏體。含碳量較高(0. 77%)的奧氏體，在從1 148緩冷到727的過程中，由于其溶碳能力降低，多余的碳會以滲碳體的形式從奧氏體中析出，稱為二次滲碳體（Fe3CII)。(5) ECF線 共晶線。當不同成分液態(tài)合金冷卻到此線（1 148C)時，在此之前已結(jié)晶出部分固相（A或Fe3C)，剩余液態(tài)合金的含碳量變?yōu)?.3%，將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，從剩余液態(tài)合金中同時結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的混合物，即萊氏體（Ld)。共晶轉(zhuǎn)變是一種可逆轉(zhuǎn)變。(6) PSK線 共析線，又稱A1

49、線。當合金冷卻到此線時（727C)將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。從合金的奧氏體中同時析出鐵素體和滲碳體的混合物，即珠光體（p)。共析轉(zhuǎn)變也是一種可逆轉(zhuǎn)變。 三、鐵碳合金的分類按含碳量不同，鐵碳合金的室溫組織可分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵。其中，把含碳量小于0.021 8%的鐵碳合金稱為純鐵；把含碳量大于0.021 8%而小于2. 11%的鐵碳合金稱為鋼；把含碳量大于2. 11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。鐵碳合金的室溫組織及分類見表35。 四、鐵碳合金的成分、組織與性能的關系分析鐵碳合金的室溫組織不難發(fā)現(xiàn)，隨含碳量的不同，其組織順序為FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+LdLdLd+Fe3C1。其中的珠光體（P)和低

50、溫萊氏體（Ld)由鐵素體和滲碳體組成，因此可認為鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體和滲碳體組成的，但含碳量不同時，鐵素體和滲碳體的相對量會有變化。含碳量越高，鐵素體數(shù)量越少，而滲碳體數(shù)量越多。鐵碳合金的成分不但對其組織有上述影響，對其性能也有影響。含碳量越髙，鋼的強度、硬度越高，而塑性、韌性越低，在鋼經(jīng)過熱處理后表現(xiàn)尤為明顯。這主要是因為含碳量越高，鋼中的硬脆相Fe3C越多的緣故。當含碳量超過0.9%后，由于脆而硬的二次滲碳體沿晶界析出，隨二次滲碳體數(shù)量增加，形成網(wǎng)狀分布（見表35中T12鋼顯微組織相片),將鋼中的珠光體組織割裂開來，使鋼的強度有所降低。因此，對于碳素鋼及低、中合金鋼說，其含碳量一

51、般不超過1.3% 五、FeFe3C相圖的應用鐵碳合金相圖表明含碳量不同時，其組織、性能的變化規(guī)律，也揭示了相同成分在不同溫度時組織和性能的變化。這為生產(chǎn)實踐中的選材、熱處理工藝的制定提供了依據(jù)。1.作為選材的依據(jù)碳對鐵碳合金的組織和性能有著重大的影響。不同成分的鐵碳合金在機械性能和工藝性能等方面產(chǎn)生了極大的差異。在設計和生產(chǎn)中，通常是根據(jù)機械零件或工程構(gòu)件的使用性能來選擇鋼的成分（鋼號）。例如，要求塑性、韌性及焊接性能好，但強度、硬度要求不高時，應選用低碳鋼；而機器的主軸或車輛的轉(zhuǎn)軸要求有較好的綜合性能，則應選用中碳鋼；車刀、鉆頭等工具應選用高，鋼。白口鑄鐵中由于萊氏體的存在而具有很高的硬度和

52、耐磨性，但脆性大，難以加工，其應用受到一定限制。通常可作為生產(chǎn)可鍛鑄鐵的原料或直接鑄成不受沖擊而耐磨的軋輥、犁鏵等。2.在鑄造生產(chǎn)中的應用根據(jù)Fe Fe3C相圖的液相線，可以找出不同成分的鐵碳合金的熔點，從而確定合適的熔化溫度與澆注溫度。圖310給出了鋼和鑄鐵的澆注區(qū)?？梢钥闯?，鋼的熔化溫度與澆注溫度均比鑄鐵髙。而禱鐵中靠近共晶成分的鐵碳合金不僅熔點低，而且凝固溫度區(qū)間小，有較好的鑄造流動性，適于鑄造。3.在鍛造工藝上的應用 鋼經(jīng)加熱后獲得單相的奧氏體組織。其強度低，塑性好，易于塑性變形加工。因此，鋼材軋制或鍛造的溫度范圍多選在單一奧氏體區(qū)。但始鍛溫度不得過高，以免鋼材在鍛軋時嚴重氧化，甚至因

53、晶界熔化而碎裂；終鍛溫度也不得過低，否則鋼材因塑性太差，易在鍛軋過程中產(chǎn)生裂紋。不同成分碳素鋼軋制或鍛造的合適溫度范圍如圖310所示。4.在熱處理工藝上的應用FeFe3C相圖中的左下角部分是鋼進行熱處理的重要依據(jù)，不同含碳量的鋼在加熱和冷卻時發(fā)生相變的規(guī)律和具體溫度，是對不同含碳量的鋼采用不同熱處理工藝時確定加熱溫度的重要依據(jù)。相關內(nèi)容將在下一章中詳細討論。 34碳素鋼碳素鋼簡稱碳鋼，是最基本的鐵碳合金。它是指在冶煉時沒有特意加人合金元素，且含碳量大于0.021 8%而小于2.11%的鐵碳合金。由于碳鋼容易冶煉，價格便宜，具有較好的力學性能和優(yōu)良的工藝性能，可滿足一般機械零件、工具和日常輕工產(chǎn)

54、品的使用要求。因此.碳鋼在機械制造、建筑、交通運輸?shù)仍S多部門中得到廣泛的應用。一、鋼中常存元素及其對性能的影響碳素鋼中除鐵和碳兩種元素外，還不可避免地在冶煉過程中從生鐵、脫氧劑等爐料中加入一些其他雜質(zhì)元素，其中主要有硅、錳、硫、磷等元素，這些元素的存在必然會對鋼的性能產(chǎn)生一定的影響。1.錳 錳是鋼中的有益元素，是煉鋼時用錳鐵脫氧而殘留在鋼中的。錳有很好的脫氧能力，還可以與硫形成MnS，從而消除了硫的有害作用。錳作為雜質(zhì)一般應不超過0.8%。 2. 硅 硅也是鋼中的有益元素，它是作為脫氧劑而進入鋼的，硅的脫氧能力比錳還強，能提鋼的強度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)一般應不超過0.4%。 3.硫 硫是鋼中的有害元素，常以FeS形式存在，F(xiàn)eS與Fe形成低熔點的共晶體，熔點為985，分布在晶界，當鋼材在1 0001 200進行壓力加工時，共晶體熔化，使鋼材變脆，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了避免熱脆，鋼中含硫量必須嚴格控制，通常應使S0.05%。4.磷 磷也是鋼中的有害元素，它使鋼在低溫時變脆，這種現(xiàn)象稱為