第一章第二節(jié)金屬學(xué)及熱處理基本知識

1、金屬焊接金屬焊接-切割作業(yè)切割作業(yè)與- -第二章1第二節(jié) 金屬學(xué)及熱處理基本知識一、 金屬晶體結(jié)構(gòu)的一般知識組成物質(zhì)的化學(xué)元素按性質(zhì)可分成兩大類：第一大類金屬： 化學(xué)元素中有83種是金屬元素。常見的有：鐵、鋁、銅、鉻、鎳、鎢等。第二大類非金屬： 化學(xué)元素中有22種。常見的有：碳、氧、氮、氫、硫、磷等。- -第二章1（一）晶體與非晶體：1、非晶體： 原子無規(guī)則排列的物質(zhì)。如，普通玻璃、松香、瀝青2、晶體： 原子有規(guī)則排列的物質(zhì)。如，食鹽、水結(jié)成的冰、固態(tài)金屬和合金。 晶體的特點(diǎn)： （1）晶體有固定的熔點(diǎn)（2）大都有規(guī)則的外形（3）晶體呈各向異性- -第二章1 （二）典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)1、晶體結(jié)構(gòu)

2、： 組成晶體的質(zhì)點(diǎn)在三維空間做有規(guī)則的重復(fù)排列方式。 2、晶格： 原子按一定方式有規(guī)則地排列成一定空間幾何形狀的結(jié)晶格子。3、晶胞： 能夠完整地反映晶格特征的最小的幾何單元。- -第二章24、晶面： 在晶體中有一系列原子組成的平面。5、晶向： 兩個或兩個以上原子中心的連線可表示晶格空間排列的一定方向，稱為晶向。常見的三種晶格類型1、體心立方晶格： 原子位于立方體的八個頂角上和立方體的中心。如，鉻、釩、鎢、鉬、-鐵- -第二章22、面心立方晶格： 原子在立方體八個頂角上和立方體六個面的中心。如，鋁、銅、鉛、鎳、-鐵- -第二章33、密排六方晶格： 原子排列在柱體的十二個頂角上和上、下底面的中心。

3、如，鎂、鋅- -第二章7金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1、定義： 金屬在固態(tài)下隨溫度的變化，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。 2、轉(zhuǎn)變關(guān)系式：-Fe -Fe -Fe 1394912（體心立方） （面心立方） （體心立方）- -第四章1二、合金的組織、結(jié)構(gòu)及鐵碳合金的基本知識：合金： 兩種或兩種以上的元素（其中至少一種是金屬元素），組合成的金屬叫做合金。 根據(jù)兩種元素相互作用的關(guān)系，以及形成晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織的特點(diǎn)可將合金的組織分為三類：（一）合金的組織固溶體金屬化合物 混合物（1）固溶體：定義： 一種物質(zhì)的原子均勻地溶解在另一種物質(zhì)的晶格內(nèi)，形成的單相晶體結(jié)構(gòu)。- -第四章2分類： A、按溶解度分： （

4、1）有限固溶體：有限溶解B、按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分布狀況分： （1）置換固溶體：（2）無限固溶體：無限溶解溶質(zhì)原子取代溶劑原子的位置（2）間隙固溶體：溶質(zhì)原子存在于溶劑原子的間隙當(dāng)中- -第四章2固溶體的性能： 由于溶質(zhì)原子的溶入使溶劑晶格畸變，從而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高，這一現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。 （2）金屬化合物：定義： 兩種元素的原子按一定比例相結(jié)合，具有新的晶體結(jié)構(gòu)，在晶格中各元素原子的相互位置是固定的。第四章3特點(diǎn)： (1)晶格類型不同于任何一個組元 （2）組成一般可用分子式表示 (3)熔點(diǎn)高，硬而脆（3）機(jī)械混合物：定義： 由兩種或兩種以上不同的晶體結(jié)構(gòu)彼此機(jī)械混合組成的物質(zhì)。 2、

5、特點(diǎn)： 比單一的固熔體合金有更高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性；塑性和機(jī)械加工性能則較差。- -第四章5（二）鋼中常見的顯微組織1、定義： 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體。2、符號： F 3、組織： 明亮的等軸多邊形。4、性能： 具有良好的塑性和韌性，而強(qiáng)度和硬度較低。（2）奧氏體 （1）鐵素體1、定義： 碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體。2、符號： A- -第四章6 3、組織： 與F近似，但邊界較平直。4、性能： 強(qiáng)度和硬度不高，但具有良好的塑性。（3）滲碳體： 1、定義： 含碳量為6.69%的鐵與碳的金屬化合物。2、符號： Fe3C 3、組織： 片狀、球狀、網(wǎng)狀4、性能： 硬而脆 （4）珠光體：

6、1、定義： 鐵素體和滲碳體的混合物。2、符號： P - -第四章6 3、組織： 片狀鐵素體與片狀滲碳體相間排列。4、性能： 強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性。（5）萊氏體：1、定義： 奧氏體和滲碳體的混合物。 2、符號： Ld 3、性能： 與滲碳體近似，硬度很高，塑性很差。（6）馬氏體1、定義：碳在鐵中的過飽和固熔體。2、符號：M3、性能： 高碳淬火馬氏體具有很高的硬度和強(qiáng)度，但很脆，延展性很低，幾乎不能承受沖擊載荷。低碳回火馬氏體具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和良好的塑性和韌性相結(jié)合的特點(diǎn)。- -第四章6 （7）魏氏組織：1、定義： 是由彼此交叉約60的鐵素體針嵌入基體的顯微組織。2、性能： 使鋼材的塑性

7、和韌性下降，使鋼變脆。（二）鐵碳合金平衡狀態(tài)圖鋼： 含碳量低于2.11的鐵碳合金稱為鋼。鑄鐵：含碳量2.116.69的鐵碳合金稱為鑄鐵。為了全面了解鐵碳合金在不同含碳量和不同溫度下為了全面了解鐵碳合金在不同含碳量和不同溫度下所處的狀態(tài)及所具有的組織結(jié)構(gòu)，可用所處的狀態(tài)及所具有的組織結(jié)構(gòu)，可用FeFeC C合金合金平衡圖來表示這種關(guān)系。平衡圖來表示這種關(guān)系。153815001400130011001200900100080070000 1 2 3 4 5 6 0.77 2.11 4.3 6.69 AECDFKSGAL+Fe3CL+A1148L+Fe3CA+Fe3CA+Ld+Fe3CFe3C +

8、LdA+FP+FP+Fe3CP+Fe3C+ LdFe3C+ LdPLd727- -第四章7 特性點(diǎn)：（1）A:1538，含碳0，純鐵的熔點(diǎn)。（2）C:1148 ，含碳4.3%，共晶點(diǎn) （3）D:1227 ，含碳6.69%，F(xiàn)e3C 的熔點(diǎn)。（4）E:1148 ，含碳2.11%，碳在-Fe中的最大溶解度。（5）G:912 ，含碳0，-Fe和-Fe的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)。（6）S:727 ，含碳0.77%，共析點(diǎn)- -第四章8特性線：（1）ACD:液相線，AECF:固相線（2）GS:A析出F的開始線，常稱為A3線。（3）ES:碳在-Fe中的溶解度曲線。常稱為Acm線。（4）ECF:共晶轉(zhuǎn)變線（5）PSK

9、:共析線，常稱為A1線。3、鐵碳合金的分類（2）鋼：含碳0.0218-2.11%。a:亞共析鋼，0.0218-0.77%b:共析鋼，含碳0.77%c:過共析鋼，0.77-2.11%（1）工業(yè)純鐵：0-0.0218%- -第四章8（2）白口鑄鐵：2.11-6.69%a:亞共晶白口鐵,2.11-4.3%b:共晶白口鐵，含碳4.3%c:過共晶白口鐵，4.3-6.69%三、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程1、共析鋼：L-L+A-A-F+Fe3C(P)共析轉(zhuǎn)變：恒溫下，一種固相同時(shí)析出另兩種固相的轉(zhuǎn)變。2、亞共析鋼：L-L+A-A-A+F-P+F- -第四章94、共晶白口鐵:L-A+Fe3C-A+Fe3C+Fe3

10、C(Ld)-P+ +Fe3C+Fe3C(L/d)3、過共析鋼：L-L+A-A-A+Fe3C-P+ Fe3C- -第四章95、亞共晶白口鐵：L-L+A-(A+Fe3C)+A-Ld+ A+Fe3C-L/d +P+Fe3C6、過共晶白口鐵：L-L+Fe3C-(A+Fe3C)+Fe3C-Ld+ Fe3C- L/d+ Fe3C- -第四章10四、鐵碳合金的成分、組織與性能的關(guān)系1、相：鐵碳合金在室溫下都是由鐵素體和滲碳體兩個相組成 的。隨含碳量增加，鐵素體減少，滲碳體增加。2、組織：隨含碳量增加，合金組織按下列順序變化F-F+P-P- P+ Fe3C- L/d +P+Fe3C- L/d- L/d+ Fe

11、3C3、性能：隨含碳量的增加，強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性降低，但當(dāng)含碳量超過0.9%時(shí)，強(qiáng)度降低。 - - 三、 鋼的熱處理1、定義：將金屬加熱到一定溫度，并保持一定時(shí)間，然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫，這個過程稱為熱處理。2、作用：（1）提高使用性能，延長使用壽命。（2）改善工藝性能，提高加工質(zhì)量。3、分類：退火、正火、淬火、回火、表面熱處理4、工藝曲線tT（一）退火1、定義：將鋼加熱到A3以上或A1左右一定范圍的溫度，保溫一段時(shí)間后，隨爐緩慢而均勻地冷卻的熱處理工藝。2、目的：（2）細(xì)化晶粒，均勻組織及成份，改善性能或?yàn)殡S后熱處理作準(zhǔn)備（3）消除殘余內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。3、方法：完全退

12、火球化退火去應(yīng)力退火（1）降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削及冷變形加工。（1）完全退火定義：將鋼加熱到Ac3以上30-50，緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理方法。適用范圍： 中碳鋼 及低、中碳合金鋼的鍛件、鑄件、熱軋型材等。、組織： F+P、目的： 降低硬度，細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力。（2）球化退火、定義：將鋼加熱到Ac1以上20-30，保溫一定時(shí)間,緩慢冷卻，使鋼中碳化物呈球狀。、適用范圍：共析鋼及過共析鋼。、目的：得球狀P,降低硬度，便于切削加工，淬火加熱時(shí)A不易粗大，冷卻時(shí)不易開裂。（3）去應(yīng)力退火、定義：將鋼加熱到略低于A1的溫度（一般取500-650，保溫緩冷、適用范圍鑄造

13、、鍛造、焊接及切削后精度要求高的工件。、目的： 消除內(nèi)應(yīng)力。（二）正火1、定義：將鋼加熱到A3或Acm以上50-70，保溫后在空氣中冷卻。2、目的：（1）改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性（2）普通結(jié)構(gòu)件，細(xì)化晶粒，力學(xué)性能高（3）消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體（4）代替中碳鋼和低碳合金鋼的退火，改善 組織及切削性。上述三種退火及正火的溫度范圍及熱處理工藝曲線（三）淬火定義：將鋼（高碳鋼和中碳鋼等）加熱到A1 （對過共析鋼）或A3（對亞共析鋼）以上3070，保溫，使鋼的組織全部變成奧氏體，然后快速冷卻（水冷或油冷），使奧氏體來不及分解和合金元素的擴(kuò)散而形成馬氏體組織，稱為淬火。性能：可以提高鋼的硬度

14、及耐磨性。淬火加熱溫度（四） 回火、定義：將淬火鋼，再加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。、目的：（1）消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂（2）獲得所需要的力學(xué)性能。（3）穩(wěn)定組織和尺寸、回火的分類及應(yīng)用、回火的分類及應(yīng)用1、低溫回火（150250）組織為回火馬氏體，有高的硬度（5864HRC)，高的耐磨性和一定的韌性。主要用于刀具、量具、冷沖壓模具及其他要求硬而耐磨的零件。2、中溫回火（350500）組織為回火屈氏體，具有高的彈性極限、屈服點(diǎn)和適當(dāng)?shù)捻g性，硬度可達(dá)3550HRC，主要用于彈性零件及熱緞模具。3、高溫回火（500650）組織為回火索氏體，具有良好的綜合力學(xué)性能，硬度達(dá)200330HBS，生產(chǎn)中常把淬火+高溫回火叫做調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)主要用于受力構(gòu)件，如齒輪、連桿、曲軸等。（五） 鋼的表面熱處理表面熱處理表面淬火化學(xué)熱處理一、表面淬火1、定義： 僅對工件表層進(jìn)行淬火的工藝稱為表面淬火。2、適用： 含碳0.30.6%的中碳鋼及中碳合金鋼。3、分類：（1）火焰加熱表面淬火（2）感應(yīng)加熱表面淬火用氧-乙炔（或其他可燃?xì)怏w）火焰對表面快速加熱，然后快速冷卻。利用感應(yīng)電流通過工件產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面局部加熱，然后快冷?；鹧娲慊鸬奶攸c(diǎn)：溫度及淬層深度不易控制，質(zhì)量不穩(wěn)，設(shè)備簡單。單件或小批量生產(chǎn)。感應(yīng)