金屬工藝學(xué)教學(xué)培訓(xùn)金屬材料基礎(chǔ)

1、黃博黃博規(guī)格嚴格、功夫到家規(guī)格嚴格、功夫到家 整理課件整理課件熱加工，是在較高的溫度下將金屬軟化或熔化處理后再冷卻至常溫的成形技術(shù)（再結(jié)晶溫度）o對金屬進行加熱和冷卻的過程可人為干預(yù)或控制，稱為熱處理。熱加工常見的分類有：凝固成形（鑄造）、連接技術(shù)（焊接）、塑性成形（鍛造和沖壓）。o熱加工成形過程中，模具起著極其重要的作用，從而又衍生出了模具設(shè)計和加工技術(shù)。冷加工，通常指金屬的切削加工：o即用切削工具從金屬材料（毛坯）或工件上切除多余的金屬層，從而使工件獲得一定形狀、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。o車削、銑削、刨削、磨削、鏜削、拉削、鉆削和插削等加工方法。鑄造塑性加工：鍛、沖、軋等。焊接切削

2、、機床、常用切削方法特種加工典型表面加工工藝過程及零件結(jié)構(gòu)工藝性分析強度與塑性(衡量材料的靜載荷作用下力學(xué)性能）硬度(衡量材料的靜載荷作用下力學(xué)性能）韌性(衡量材料的動載荷作用下力學(xué)性能）疲勞強度(衡量材料的交變載荷作用下力學(xué)性能）密度、熔點、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫加工中的綜合反應(yīng)：鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性等沖擊韌性（K）疲勞強度整理課件1）力學(xué)性能之彈性和剛度(反之則塑性)標準拉伸試樣1線彈性階段：拉伸曲線中OA段表示材料的線彈性階段。 試樣的變形隨著載荷的增大而增大，兩者成線性關(guān)系。 該階段變形是完全彈性變形，無任何殘余變形（塑性變形） 此階段中材

3、料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系呈線性關(guān)系。 2屈服階段：當(dāng)載荷增加到一定數(shù)值時，在低碳鋼拉伸曲線上出現(xiàn)水平平臺或鋸齒現(xiàn)象。 這種載荷保持不變或在一定范圍內(nèi)波動，而變形繼續(xù)增加的現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。 一些低碳鋼材料存在上屈服極限和下屈服極限。一般屈服極限都是指下屈服極限。下屈服極限是屈服階段中應(yīng)力的最小值。 材料屈服時將產(chǎn)生不能消失的塑性變形，因此工程中將此定義為材料的破壞。 屈服應(yīng)力稱為屈服極限,用s表示，是表征材料抵抗破壞能力的重要強度指標 。 工程中利用冷作硬化工藝的例子很多(利弊參半，合理利用），把鋼筋預(yù)拉超過屈服極限、構(gòu)件表面進行噴丸處理等，均能提高材料屈服極限，亦即提高材料抵抗破壞的能力。 拉伸曲

4、線最高點C點對應(yīng)的載荷為材料的強度載荷，用b表示，此時對應(yīng)的應(yīng)力稱為強度極限或抗拉極限。 4頸縮階段：拉伸曲線中的CD段表示材料的頸縮階段。 載荷達到最大值后，變形多集中在局部，此處伸長和橫向收縮的速度比其他地方要快，成為頸縮。 由于頸縮使橫截面積減小，試樣承載能力下降，最后導(dǎo)致斷裂。 斷裂后試樣的彈性變形消失，塑性變形將永遠保留在斷裂的試樣上。 材料的塑性性能通常用伸長率和面積收縮率來表示。 3強化階段：拉伸曲線中的BC段表示材料的強化階段。 材料屈服后，抵抗變形的能力有所增強。因此若使材料繼續(xù)變形，就要不斷增加載荷。 在強化階段如果卸載，彈性變形會隨之消失，但塑性變形將永久保留下來。若卸載

5、后重新加載，材料的比例極限、屈服極限明顯提高，而塑性性能會相應(yīng)下降。這種現(xiàn)象稱之為形變硬化或冷作硬化。整理課件彈性 E=/ Elastic Modulus，又稱 Young s Modulus（楊氏模量）材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），應(yīng)力與應(yīng)變的比例稱為彈性模量強度 Strengths、屈服點（yeild strength） b、抗拉強度（tensile strength）塑性 Plasticity 越大相對越好=(L1-L0)/L0（伸長率）=(F0-F1)/F0（斷面收縮率）.psi整理課件布氏硬度試驗)d-D-D(DP(kgf)2HB22硬度：材料表面抵

6、抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕、劃痕的能力硬度直接影響材料的耐磨性，所以刀具、量具、模具等要求高硬度。硬度過高則切削困難，所以一般都是“先加工，后熱處理提高最終硬度”工藝。傳統(tǒng)的布氏硬度計：淬火鋼球壓頭、HBS、450HBS以下材料；新型布氏硬度計：硬質(zhì)合金球壓頭、HBW、650HBW整理課件洛氏硬度試驗Rockwell Hardness維氏硬度HV 主要用于薄工件或薄表面硬化層的硬度測試，參照GB4340-84顯微硬度HV 用于材料微區(qū)硬度(如單個晶粒、夾雜物)的測試，參照GB4342-84莫氏硬度 一種刻劃硬度，用于陶瓷和礦物的硬度測定，如金剛石對應(yīng)于莫氏硬度10級當(dāng)被測樣品過小或者布氏

7、硬度（HB）大于450時，就改用洛氏硬度（HR）計量。 試驗方法是用一個頂角為120度的金剛石圓錐體或直徑為的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕深度求出材料的硬度。 根據(jù)實驗材料硬度的不同，可分為三種不同標度來表示： HRA采用60Kg載荷和鉆石錐，用于硬度較高的材料。例如：硬質(zhì)合金。 HRB采用100Kg載荷鋼球用于硬度較低的材料。例如：退火鋼、 鑄鐵等。 HRC 是采用150Kg載荷和鉆石錐，用于硬度很高的材料。例如：淬火鋼等HRC適用范圍HRC 2067，相當(dāng)于HB225650；若硬度高于此范圍則用洛式硬度A標尺HRA。若硬度低于此范圍則用洛式硬度B標尺HRB。整理課件KUA/S

8、（J/cm2）A為沖斷試樣的沖擊功；S缺口處橫截面積A=(GH1-GH2單位：H（m）、A（J）、G（kg）沖擊韌度KU整理課件鋼鐵材料：107次非鐵合金：108次疲勞強度機械零件在周期性或非周期性動載荷（稱為疲勞載荷）的作用下工作發(fā)生斷裂時的應(yīng)力，用 表示，該應(yīng)力往往低于屈服點，這種斷裂稱為疲勞斷裂（約為抗拉強度的一半）1材料名稱材料名稱牌號牌號材料材料狀態(tài)狀態(tài)抗剪強度抗剪強度 /MPa抗拉強度抗拉強度 b/MPa伸長率伸長率 /%屈服點屈服點 s/MPa彈性模量彈性模量E/ MPa電工純鐵電工純鐵DT1已退火18023026 普通碳素鋼普通碳素鋼Q235未退火310-380375-4602

9、1-26235 碳素工具鋼碳素工具鋼45已退火440-560550-7001636020400070已正火6007609430210000優(yōu)質(zhì)彈簧鋼優(yōu)質(zhì)彈簧鋼60Si2Mn已退火720900101200200000鋁鋁1070A已退火8075-1102550-8072000硬鋁硬鋁2A112淬硬后280-310400-4401536872000純銅純銅T1軟1602003070108000錫錫Sn1 30-4040-50-1241500錫磷青銅錫磷青銅QSn4-3硬4805503-5 100000整理課件v高溫下：s 、 b 、 E、HRC 降低 屈服強度、抗拉強度、彈性模量、洛氏硬度C等強度

10、指標、 、 KU 升高 伸長率、斷面收縮率、沖擊韌度等塑性指標發(fā)生蠕變現(xiàn)象 2022年3月10日星期四整理課件物理性能：對工程材料的選用有重要意義；也對材料的加工工藝產(chǎn)生一定的影響。（一）密度（二）熱學(xué)性能 熔點； 熱容； 熱膨脹；熱傳導(dǎo)（三）電學(xué)性能 電阻率； 電阻溫度系數(shù)； 介電性（四）磁學(xué)性能 磁導(dǎo)率； 飽和磁化強度Ms和磁矯頑力c2022年3月10日星期四整理課件化學(xué)性能： 材料在生產(chǎn)、加工和使用時，均會與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使其性能惡化或功能喪失。（一）化學(xué)腐蝕（二）電化學(xué)腐蝕 (三）提高零件耐蝕性的主要措施工藝性能：易于進行冷、熱加工的性能（物理、化學(xué)、力學(xué)綜合反映）分為：鑄

11、造性、可鍛性、焊接性、切削加工性等。力學(xué)性能（機械性能）強度與塑性硬度韌性疲勞強度物理性能密度、熔點、熱膨脹、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性等化學(xué)性能耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫工藝性能上述性能在加工中的綜合反應(yīng)：鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性等結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)固溶體化合物機械混合物狀態(tài)圖的分析鋼在結(jié)晶過程中的組織轉(zhuǎn)變p 學(xué)習(xí)“鐵碳合金”的思路： 鐵為什么加碳？ 鐵是什么樣？ 鐵和碳在一起有什么形式？ 鐵加多少碳會怎么樣？（不同的碳含量在合金中會體現(xiàn)成什么形式？不同溫度又會如何？）金屬在固態(tài)下一般都是晶體；晶體原子在空間呈規(guī)律性排列：在固態(tài)時呈規(guī)律性排列，而在液態(tài)時金屬原子的排列并不規(guī)律。金屬的結(jié)晶就是金屬

12、液轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程。純金屬的結(jié)晶是在一定溫度下進行的，在冷卻曲線上出現(xiàn)一段水平段，見圖：時間變化，固體增加，但金屬的溫度并不下降，這是由于金屬結(jié)晶時放出熱量，致使溫度不下降。理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度不一樣，實際結(jié)晶溫度低一些，這種現(xiàn)象叫過冷，溫度差叫過冷度晶核不斷的形成和長大。自發(fā)晶核形成晶粒 原子自發(fā)地聚集在一起形成自發(fā)晶核，金屬的冷卻速度越快，自發(fā)的晶核越多外來晶核形成晶粒 金屬液中高熔點雜質(zhì)起晶核的作用晶軸晶核形成后會長大，但各方向速度不一樣，會形成晶軸，晶軸有一次晶軸，兩次晶軸等，呈樹枝狀長大。晶粒晶界每個晶核長成的晶體稱為晶粒；晶粒的外形是不規(guī)則的，晶粒的內(nèi)部原子排列的位向也各不相

13、同；晶粒之間的接觸面叫晶界（薄弱環(huán)節(jié)）。一般說，同一成分的金屬晶粒越細，其強度越高，硬度也越高，塑性韌性也越好。晶核越多，晶粒越細。加快冷卻速度，以增加晶核；變質(zhì)處理（加孕育劑），以增加外來晶核。熱處理、或塑性加工的方法晶體中原子用點表示，原子的中心用假想的直線連接，形成的格子。晶胞的邊長稱為晶格常數(shù)，用（埃）度量，110-8cm純鐵的晶格有體心立方和面心立方兩種：體心立方晶格 面心立方晶格結(jié)晶類型大多數(shù)金屬：結(jié)晶后直至室溫，晶格類型不變；鐵及錫、鈦、錳等：不同溫度下，呈現(xiàn)不同的晶格。同素異晶轉(zhuǎn)變隨著溫度的改變，固態(tài)金屬晶格也隨之改變的現(xiàn)象。純鐵在1394和912發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變。重結(jié)晶（兩次

14、結(jié)晶）就是同素異晶轉(zhuǎn)變。是在固態(tài)下原子重新排列的過程，也遵循晶核形成和晶核長大的結(jié)晶規(guī)律，也在一定的過冷度下進行，也產(chǎn)生結(jié)晶熱效應(yīng)。組織應(yīng)力同素異晶轉(zhuǎn)變時，原子的排列密度隨之改變，金屬的體積也發(fā)生改變，這種金屬的體積改變使金屬內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱組織應(yīng)力。7008009001000110012001300140015001600間L912度的面心體心對熱處理極為重要：鐵比鐵致密，轉(zhuǎn)換時將伴隨體積膨脹或收縮，將產(chǎn)生組織應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力）1538：液態(tài)-體心（）1394：體心-面心（）912度：面心-體心（）結(jié)晶過程。晶粒大小。面心&體心。（1538） （1394） （

15、912） 第一堂課的收獲總結(jié)（請幾個同學(xué)來說說）合金：兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬和非金屬元素熔合在一起，構(gòu)成具有金屬特性的物質(zhì)，稱為合金。機械中大量使用合金的原因：o 合金比純金屬強度、硬度高，且成本低。o 可以改變合金的成分和進行不同的熱處理，在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其性能。組元：組成合金的元素，稱為組元。合金中的穩(wěn)定化合物也可作組元，例如Fe3C相：在合金中，凡化學(xué)成分和晶格構(gòu)造相同、并與其他部分有界面分開的均勻組成部分，稱為相。例如：鋼液與固體鋼是兩個相。鐵碳合金的組織：按顯微鏡下各相的形態(tài)特征，又可分成不同的組織：固溶體、金屬化合物，和機械混合物。溶劑和溶質(zhì)對鐵碳合金，一部分碳原子溶入

16、到鐵的晶格內(nèi)，保持鐵的晶格，則鐵是溶劑，碳是溶質(zhì)。固溶體溶質(zhì)原子進入溶劑晶格，仍保持溶劑晶格類型的金屬晶體，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。置換固溶體溶質(zhì)原子代替了一部分溶劑原子，占據(jù)了溶劑的某些節(jié)點。溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15%以內(nèi)時，易于形成置換固溶體，銅鎳二元合金即形成置換固溶體間隙固溶體溶質(zhì)的原子進入溶劑晶格空隙部分，不占據(jù)節(jié)點的位置。o溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比小于，所以一般都是碳、氫等非金屬小原子o鐵碳合金的固溶體都是間隙固溶體，碳的溶解度是有限的，屬于有限固溶體，碳在鐵中的溶解度主要取決于鐵的晶格類型，并隨溫度的升高而增加。固溶體強化形成固溶體時，溶劑的晶格產(chǎn)生不

17、同程度的畸變， 這種畸變使塑性變形阻力增加，表現(xiàn)為固溶體的 強度、硬度增加，這種現(xiàn)象稱為固溶體強化。鐵素體F（ ferrite ）：o 碳溶解于Fe中形成的固溶體o 600時溶碳量為，727時o 鐵素體溶碳量少，故固溶體強化作用甚微，其力學(xué)性能和純鐵相近，特征是強度、硬度低，塑性、韌性好。o 鐵素體顯微圖像為明亮多邊形晶粒；晶界曲折；奧氏體A（ austenitic ）：o 碳溶入-Fe中形成的固溶體，呈面心立方。o 1148時最大溶碳量，o 在727時溶碳量為，奧氏體為高溫組織（727以上）。o 力學(xué)性能和溶碳量有關(guān)，一般強度及硬度不高，塑性優(yōu)良。o 鍛造軋制時，通常將鋼加熱到高溫，使之呈奧

18、氏體狀態(tài)。o 奧氏體呈多邊形晶粒，但晶界較平直，存有雙晶帶。o 各組元按一定的整數(shù)比結(jié)合而成、并具有金屬性質(zhì)的均勻物質(zhì)，屬單相組織。o 金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶格，且和各組元的晶格不相同，其性能特征是硬而脆。o 滲碳體Fe3C是金屬化合物（ cementite ）。o 硬度極高800HBS可以劃玻璃，塑性韌性極低，伸長率和沖擊韌性近于零。o 滲碳體是強化相，其組織呈片狀、球狀、網(wǎng)狀等不同形狀；o 滲碳體的數(shù)量、形態(tài)、和分布對鋼的性能影響很大。三次滲碳體三次滲碳體機械混合物：在結(jié)晶過程中形成的兩相組織，可以是純金屬、固溶體、或化合物的混合物，各相保持原有的晶格，混合物的性能介于各組成相之間，和

19、各相的形狀、大小、和分布有關(guān)。鐵碳合金中的機械混合物有珠光體和萊氏體。1.珠光體P或（F+Fe3C；鐵素體+滲碳體pearlite ）珠光體的含碳量為；由于滲碳體的強化作用，珠光體有良好的力學(xué)性能。2.萊氏體（奧氏體+滲碳體Ld；珠光體+滲碳體Ld Ledeburite)萊氏體含碳量為，性能和滲碳體相近，即極為硬、脆。高溫萊氏體Ld或（A+Fe3C），727以上。低溫萊氏體Ld或（P+Fe3C），727以下。鐵碳合金都是間隙固溶體鐵素體F ferriteferrite ： 鐵基，低溫，含碳量低，塑性好鐵基，低溫，含碳量低，塑性好奧氏體A Aaustenitic austenitic ： 鐵基，

20、較高溫，含碳量較高，塑性較好，鍛造常用鐵基，較高溫，含碳量較高，塑性較好，鍛造常用滲碳體Fe3C : 硬而脆硬而脆珠光體P： F+FeF+Fe3 3C C，力學(xué)性能好，塑性韌性一般，力學(xué)性能好，塑性韌性一般萊氏體LedeburiteLedeburite，含碳，含碳4.3%4.3%，滲碳體含量多，硬脆，滲碳體含量多，硬脆o高溫萊氏體奧氏體奧氏體+ +滲碳體滲碳體LdLd（ A A+Fe+Fe3 3C C），），727727 C C以上以上o低溫萊氏體珠光體珠光體+ +滲碳體滲碳體LdLd（P P +Fe +Fe3 3C C），），727 727 C C以下以下思考：o 碳碳往哪里去？往哪里去？去

21、路?。ㄨF碳合金的不同形去路?。ㄨF碳合金的不同形式）式）o 碳在常溫下的穩(wěn)定存在形式？o 鐵素體、奧氏體、滲碳體的含碳量各自多少？o 為什么會有“特殊的混合物”？配置不同含碳量的合金，加熱后緩慢冷卻，記錄數(shù)據(jù)，并繪制它們的冷卻曲線（溫度、時間)從冷卻曲線上找出臨界點，并畫到圖1-16的成分溫度坐標中;相同意義的點連接起來，形成狀態(tài)圖溫溫度度含碳含碳含義含義A 15380純鐵熔點純鐵熔點C 11484.3共晶點共晶點D 12276.69滲碳體熔點滲碳體熔點E 11482.11碳在碳在 鐵中鐵中最大溶解度最大溶解度F 11486.69滲碳體成分點滲碳體成分點G 9120鐵同素異晶鐵同素異晶轉(zhuǎn)變點轉(zhuǎn)變

22、點S 7270.77共析點共析點P 727 0.0218碳在碳在 鐵中鐵中最大溶解度最大溶解度Q 6000.006碳在碳在 鐵中鐵中最大溶解度最大溶解度600度時度時ACE區(qū)域：L+ACDF區(qū)域：L+FeFe3 3CICIC C點：點：溫度為溫度為11481148C C含碳量為含碳量為，發(fā)生共晶反應(yīng)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體，是一種機械，發(fā)生共晶反應(yīng)結(jié)晶出奧氏體和滲碳體，是一種機械混合物，稱為萊氏體，混合物，稱為萊氏體，LdLd（A+FeA+Fe3 3C C）ECFECF線又稱共晶線線又稱共晶線，含碳量為，含碳量為得所有合金（即鑄鐵）經(jīng)此線都要發(fā)生共晶反應(yīng)，得所有合金（即鑄鐵）經(jīng)此線都要發(fā)生共晶反應(yīng)

23、，形成一定量的萊氏體，只有形成一定量的萊氏體，只有C C點全部結(jié)晶為萊氏體。點全部結(jié)晶為萊氏體。鋼鋼 含碳量小于含碳量小于的鐵碳合金的鐵碳合金鑄鐵鑄鐵 即生鐵即生鐵 含碳量為含碳量為的鐵碳合金的鐵碳合金工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵共析鋼共析鋼亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程如下： L1點L+A2點A3點A+F4點F+P注意合金成分的變化，例如點之間，當(dāng)溫度下降到3點后奧氏體中析出鐵素體，鐵素體中含碳量很低，使奧氏體中的碳沿著GS線變化，到4點后發(fā)生共析反應(yīng)，形成珠光體。結(jié)晶過程如下：L1點L+A2點A3點A+Fe3CI

24、I4點P+Fe3CII注意成分的變化：過3點后，奧氏體的溶碳能力不斷地下降，將以滲碳體的形式沿著晶界析出碳，稱為二次滲碳體，F(xiàn)e3CII,滲碳體的含碳量較高，剩余的奧氏體的含碳量將沿著它的溶解度曲線ES降低最后，達共析成分，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP。鑄鐵鑄鐵中有白口鑄鐵和灰鑄鐵白口鑄鐵有相當(dāng)比例的萊氏體，性能硬而脆，難以切削加工，少用于機械零件；機械制造廣泛應(yīng)用的是灰鑄鐵：o是第一階段石墨化過程充分進行而得到的鑄鐵，其中碳主要以石墨形式存在，斷口呈灰暗色，因此得名，現(xiàn)稱為灰鑄鐵。 o化學(xué)成分：1.4 微量S、Po獲得方法：將上述成分的鐵水緩慢冷卻即可獲得,不經(jīng)過熱處理。o顯微組織：片狀石墨基體組織（F、

25、F+P、P) 鐵碳合金狀態(tài)圖學(xué)習(xí)本課程和其他課程的基礎(chǔ)。碳素鋼、合金鋼兩大類。結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼等其它耐磨鋼耐熱鋼不銹鋼特殊性能鋼量具鋼模具鋼刃具鋼合金工具鋼滾動軸承鋼彈簧鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金鋼碳素工具鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素鋼鋼碳鋼，Wc以下，并有硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)。亞共析鋼:隨含碳量的增加,珠光體增加鐵素體減少，表現(xiàn)為鋼的強度增加，硬度增加，而塑性、韌性下降，含碳量超過共析成分時:出現(xiàn)網(wǎng)狀兩次滲碳體，含碳量增加，硬度增加，但由於脆性增加，強度反而下降。p 磷有害雜質(zhì) 使鋼的塑性韌性下降，具有冷脆性。p 硫有害雜質(zhì)

26、可造成鋼的熱脆，硫在晶界處形成低熔點的共晶體。p 硅有益元素 可提高鋼的強度和硬度，是作為脫氧劑進入鋼的。p 錳有益元素 可提高鋼的強度和硬度，可抵消硫的有害作用，是作為脫氧劑進入鋼的。 碳素鋼可分為三類：1.碳素結(jié)構(gòu)鋼*含碳量小于，常用小于，即以低碳鋼為主。*結(jié)構(gòu)鋼的牌號：Q + 三位數(shù)字表示， 例：Q215AF Q屈服點的首字母、215屈服點的數(shù)值，Mpa，這里是215MPa A質(zhì)量等級，分為A、B、C、D，其中A是普通級，D是優(yōu)等，硫磷含量較低 F脫氧程度，F(xiàn)是沸騰鋼，Z是鎮(zhèn)靜鋼。Z可不標*常見的牌號有：Q195A Q195B、Q215A Q215B、Q235A Q235B Q235C

27、Q235D、Q255A Q255B、Q275*Q235是用途最廣的碳素結(jié)構(gòu)鋼,屬低碳鋼,通常經(jīng)熱軋成鋼板、型鋼、鋼管、棒材等供應(yīng),因鐵素體較多故塑性和韌性優(yōu)良,常用于建筑構(gòu)件,不重要的軸類,螺釘,螺母,沖壓件,焊接件鍛件等。*Q235C 及Q235D還可用于重要的焊接件。2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼*含硫磷量較低（0.035%)，主要用來制造較重要的機件。*結(jié)構(gòu)鋼的牌號：用二位數(shù)字表示 例 20表示含碳量為 數(shù)字20是鋼中平均含碳量的萬分數(shù) 10F表示含碳量為，沸騰鋼*常用結(jié)構(gòu)鋼的牌號 08、10、15、20、25等牌號屬低碳鋼，其塑性好易于拉拔、沖壓、擠壓、鍛造和焊接,其中20鋼用途最廣,常用于制造螺

28、釘，螺母，墊圈，小軸，沖壓件,焊接件;有時用于滲碳件。 30、35、40、45、50、55等牌號屬于中碳鋼，因鋼中珠光體增多，強度硬度提高，淬火后硬度顯著增加，其中45鋼的強度、硬度、塑性、韌性都較好，即綜合性能優(yōu)良，應(yīng)用最廣，常用于制造軸，絲杠，齒輪，重要的螺釘，螺母等。 60、65、70、75等牌號屬高碳鋼，經(jīng)淬火，回火后強度硬度提高，彈性優(yōu)良，常用于制造小彈簧，鋼絲繩軋輥等。3.碳素工具鋼碳素工具鋼的含碳量為淬火后硬度高（60HRC）耐磨性良好。工作溫度250，否則硬度迅速下降。牌號： T + 一或二位數(shù)字表示，例T7A 其中： T表示碳素工具鋼7表示平均含碳量為 A表示高級優(yōu)質(zhì)常用：T

29、8、T10、T10A、T12 T8屬共析鋼，上述牌號中韌性最好，多用于制造受沖擊的工具，例如鏨子，鍛工工具 T10,T10A硬度較高，且有一定的韌性，常用來制造鋸條，小沖模等 T12 硬度最高耐磨性好，但脆性大，適于制造不受沖擊的耐磨工具，如，鋼銼，刮刀等 表 14 常用碳素鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能合金鋼為改善鋼的某些性能，特意加入一種或幾種合金元素所煉成的鋼。鋼中的硅含量大于，或含錳量大于，也屬于合金鋼。合金元素加入鋼后，通常使鋼的強度，硬度增加，合金元素超過一定量時，可能使韌性下降。大多數(shù)合金元素可提高合金鋼的回火穩(wěn)定性，即抗回火軟化能力高。當(dāng)含W、Mo、V、Ti量較高時，合金鋼有回火時硬度

30、升高的現(xiàn)象，稱為二次硬化。低合金鋼合金總含量較低（3%),含碳量也較低的合金結(jié)構(gòu)鋼。與同等含碳量碳素鋼相比，強度及塑性均好通常在退火或正火狀態(tài)下使用，成型后不再進行淬火、調(diào)質(zhì)等熱處理。以Q*（屈服強度）表示牌號，具體種類：o可焊接低合金高強鋼，應(yīng)用最廣，含碳量0.2%，Mn為主要合金(0.8-1.8),Ti,V、Nb、Cr、Ni、RE等（鈦、釩、鈮、鉻、鎳、錸）o低合金耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼常用Mn、Cr、Si、Ni、W、V、Ti、B等增加鋼的淬透性，并使晶粒細化，使大截面零件調(diào)質(zhì)處理后獲得更好的強、韌結(jié)合力學(xué)性能?？刹捎糜皖惔慊?，從而減少淬火裂紋及變形傾向合金結(jié)構(gòu)

31、鋼：低碳用于滲碳件；中碳用于調(diào)質(zhì)及滲碳件；高碳用于大彈簧性能比碳素鋼有更好的力學(xué)性能，特別是熱處理性能優(yōu)良，因此便于制造尺寸較大、形狀復(fù)雜或要求淬火變形小的零件。2.合金工具鋼主要用來制造刃具，模具，和量具。合金元素作用是增加鋼的淬透性（Si、Cr、Mn），耐磨性及紅硬性（W、Mo、V）。適于制造形狀復(fù)雜，尺寸較大，切削速度較高或工作溫度較高的工具和模具。工具鋼的牌號：數(shù)字+元素符號+數(shù)字 例 9Cr2平均含碳量為；CrWMn-平均含碳量為9SiCr、9Mn2V常用的低合金刃具鋼，制造切削速度不高的工具和小的模具。例如絲錐，等 W18Cr4V-是高速工具鋼，制造鉆頭銑刀，拉刀等，600時仍保持

32、高硬度，故可用較高切削速度切削。3.特殊性能鋼不銹鋼，耐熱鋼，耐磨鋼等，常用的不銹鋼牌號是2Cr13、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Ti例如：受力狀態(tài)，工作溫度，環(huán)境介質(zhì)等金屬材料的基本加工方法有鑄造，鍛造，沖壓，焊接，切削加工和熱處理，各種加工工藝例如焊接選用低碳鋼或低碳合金鋼，沖壓件選用低碳沸騰鋼，沖模選用淬透性優(yōu)良的合金工具鋼。一般說，優(yōu)先選用價格低的材料，例如優(yōu)先選用碳素鋼或灰鑄鐵，難以滿足要求時，選用合金鋼，球墨鑄鐵，鑄鋼或其它材料。16Mn比Q235成本略高，但強度高46，可減少用量將鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織，從而獲得所需性能的工藝方法。只改變金屬材料

33、的組織和性能，不以形狀與尺寸改變?yōu)槟康摹？商岣吡慵膹姸?、硬度、韌性、彈性等；改變切削加工性能。分為：o 普通熱處理：退火、正火、淬火、回火等；o 表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理（滲碳、氮化等）保溫臨界溫度冷卻時間加熱熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線必須加熱到紅線以上溫度，方能完全 變?yōu)閵W氏體；初始奧氏體晶粒細小，很好；加熱溫度過高或保溫時間過長，都將 引起晶粒急劇增大；因此，需根據(jù)狀態(tài)圖及含碳量合理選定加熱時間及保溫時間共析鋼共析鋼 加熱到Ac1時，發(fā)生P向A轉(zhuǎn)變。 A晶核首先在F與Fe3C交界面上形成 這是因為F的含碳量低，F(xiàn)e3C含碳量高， A的含碳量介于兩者之間。 形成晶核后，A晶核不斷

34、合并相鄰的F，且Fe3C不斷溶解于A中，以供給碳分。 A不斷長大，直至P全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳。 這是因為F的含碳量低，F(xiàn)e3C含碳量高， A的含碳量介于兩者之間。亞共析鋼亞共析鋼 加熱到Ac1以上時，P A，此時組織為FA 繼續(xù)升溫，F(xiàn)向A轉(zhuǎn)變，超過Ac3時，F(xiàn)消失，組織為細而0單一A。過共析鋼過共析鋼 轉(zhuǎn)變情況與上述相似，只是晶粒較粗大。影響奧氏體化因素（共析鋼而言）影響奧氏體化因素（共析鋼而言）1）加熱溫度和加熱速度。 加熱溫度高，轉(zhuǎn)變較快 加熱速度快，轉(zhuǎn)變起始溫度高，終了溫度也高2）含碳量 含碳量高，滲碳體也較多，F(xiàn)與Fe3C的界面也 多，利于A形成3）鋼原始組織 原始組織愈細愈有利于A的形成室

35、溫時鋼的機械性能，與加熱、保溫獲得的奧氏體晶粒大小有關(guān)，決定于奧氏體經(jīng)冷卻后所獲得組織。 奧氏體的組織轉(zhuǎn)變與冷卻方式、冷卻速度有直接關(guān)系。鋼的熱處理工藝有兩種冷卻方式 (1)連續(xù)冷卻方式 加熱 A 溫度連續(xù)下降到室溫 例如水冷、油冷、空冷等。1.4.1 鋼冷卻時組織轉(zhuǎn)變奧氏體化的鋼 A1線以下，產(chǎn)生過冷奧氏體 奧氏體轉(zhuǎn)變 得所需組織，發(fā)生A向P轉(zhuǎn)變。過冷奧氏體： 被冷卻到A1溫度以下，尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變而暫時存在的奧氏體。較快地冷卻保溫 冷卻到室溫珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（Ar1-550度）珠光體P，粗片狀；Ar1-650度索氏體S，細片狀；650-600度托氏體T，極細片；600-550度貝氏體B，550-M

36、s中溫區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，Ms以下低溫區(qū)若過冷奧氏體快速冷卻至Ms以下，則由于鐵快速轉(zhuǎn)變?yōu)殍F，鋼中的碳難以從溶鐵能力低的鐵中擴散出去，形成了鐵過飽和固溶體，即馬氏體，由于馬氏體嚴重畸變，因此硬度高，韌性差。1.4.1 鋼冷卻時組織轉(zhuǎn)變冷卻方法 抗拉強度/MPa 屈服點 /MPa 斷后伸長率/ 斷面收縮率/ 硬度/HRC 隨爐冷卻 530 280 32.5 49.3 1518 空氣冷卻 670720 340 1518 4550 1824 油中冷卻 900 620 1820 48 4050 水中冷卻 1100 720 78 1214 526045鋼經(jīng)840加熱在不同條件冷卻后的力學(xué)性能轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變溫度

37、 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物符號顯微組織特征硬度HRC高溫轉(zhuǎn)變Ac1650珠光體P粗片狀鐵素體與滲碳體混合物25650600索氏體S600倍光學(xué)金相顯微鏡下才能分辨的細片狀珠光體2535600550托氏體T在光學(xué)金相顯微鏡下已無法分辨的極 細片狀珠光體3540中溫轉(zhuǎn)變550350上貝氏體B上羽毛狀組織4045350Ms下貝氏體B下黑色針狀或稱竹葉狀組織4555p 爐冷爐冷V1V1：它分別與C曲線的轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了線相交于1、2點，這兩點位于C曲線上部珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)域，它的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體，硬度170220HBS。p 空冷空冷V2V2：它分別與C曲線的轉(zhuǎn)變開始線和轉(zhuǎn)變終了線相交于3、4點，位于C曲線珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)域

38、中下部分，故可判斷其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為索氏體，硬度2535HRC。p 油冷油冷V3V3：與C曲線的轉(zhuǎn)變開始線交于5、6點，沒有與轉(zhuǎn)變終了線相交，所以僅有一部分過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，其余部分在冷卻至Ms線以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織。因此，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物應(yīng)是托氏體和馬氏體的混合組織，硬度4555HRC。p 水冷水冷V4V4：它不與C曲線相交，過冷奧氏體將直接冷卻至Ms以下進行馬氏體轉(zhuǎn)變。最后得到馬氏體和殘余奧氏體組織，硬度5565HRC。p 索氏體(細片珠光體）: 在光學(xué)金相顯微鏡下放大600倍以上才能分辨片層的細珠光體，其實質(zhì)是一種珠光體，具有良好的綜合機械性能，是片層的鐵素體與滲碳體的雙相混合組織，其層片間距較

39、小（3080nm），碳在鐵素體中已無過飽和度，是一種平衡組織。 將淬火鋼在450-600進行回火，所得到的索氏體稱為回火索氏體（tempered sorbite）?；鼗鹚魇象w中的碳化物分散度很大，呈球狀。故回火索氏體比索氏體具有更好的機械性能。這就是為什么多數(shù)結(jié)構(gòu)零件要進行調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）的原因。p 托氏體(tempered martensite)(極細片珠光體)（也譯做屈氏體） 是一種最細的珠光體類型組織，其組織比索氏體組織還細。 600-550范圍內(nèi)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變形成，片層間距平均小于，只有電子顯微鏡才能分辨出層片。 鋼經(jīng)淬火后在300450回火所得到的屈氏體稱為回火屈氏體。p

40、貝氏體;貝茵體;bainite 30年代初美國人ECBain等發(fā)現(xiàn) 鋼過冷奧氏體的中溫(350550)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 -Fe和Fe3C 的復(fù)相組織。 貝氏體轉(zhuǎn)變溫度介于珠光體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變之間。 在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度偏高區(qū)域轉(zhuǎn)變產(chǎn)物叫上貝氏體(up bai-nite)，其外觀形貌似羽毛狀，沖擊韌性較差，生產(chǎn)上應(yīng)力求避免。（因因F片粗且平行分布，同時晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差片粗且平行分布，同時晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差） 在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度下端偏低溫度區(qū)域轉(zhuǎn)變產(chǎn)物叫下貝氏體。（由由針葉狀過飽和針葉狀過飽和F和彌散分布在其中的極細小的滲碳體組成和彌散分布在其中的極細小的滲碳體組成）其沖擊韌性較

41、好。為提高韌性，生產(chǎn)上應(yīng)通過熱處理控制獲得下貝氏體。 在硬度相同的情況下貝氏體組織的耐磨性明顯優(yōu)于馬氏體，因此在鋼鐵材料中基體組織獲得下貝氏體是人們追求的目標。 貝氏體等溫淬火：是將鋼件奧氏體化，使之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間（260400）等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝，有時也叫等溫淬火。一般保溫時間為3060min。上貝氏體*10000倍；（羽毛狀） 下貝氏體*500倍（針葉狀）馬氏體最先由德國冶金學(xué)家 Adolf Martens(1850-1914)于19世紀90年代在鋼（中、高碳鋼）中發(fā)現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火

42、組織。馬氏體的三維組織形態(tài)通常有片狀或者板條狀，但在金相觀察中（二維）通常表現(xiàn)為針狀，這是一些地方通常描述為針狀的原因。馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心四方結(jié)構(gòu)（BCT）,高強度和硬度是鋼中馬氏體的主要特征之一。20世紀以來，又相繼發(fā)現(xiàn)在某些純金屬和合金中也具有馬氏體相變。片狀馬氏體(plate)o長大速度非?？?，先形成的M片較大，后形成的M片不能穿越已形成的M，故較小。顯微鏡下為長短不一，互成一定角度的M片。板條狀馬氏體(lath)o截面呈橢圓形的細長條狀，許多尺寸大致相同的定向相互平行排列，構(gòu)成一個群（束），顯微組織為一束束細長板條狀組織。片狀馬氏體*500倍； 板條狀馬氏體*500倍 例：較慢的冷

43、卻速度，相當(dāng)于爐冷，對應(yīng)退火，組織P 稍快些冷卻，相當(dāng)于空冷，對應(yīng)正火，組織S，硬度HRC2535 更快冷卻，相當(dāng)于油冷，油淬，組織(M+T)，硬度HRC4555 再更快冷卻，相當(dāng)于水冷，水淬，M+A,HRC5565馬氏體硬度決定于馬氏體中含碳量，含碳量高，硬度也增高，晶格畸變大，淬火內(nèi)應(yīng)力也大，往往有顯微裂紋，所以塑性、韌性很差。 又稱C曲線。 將共析鋼加熱到A1溫度以上，以不同過冷度測出過冷奧氏體在恒溫下開始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了時，畫在時間-溫度坐標中去，可得C曲線。退火：將鋼加熱保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中緩慢冷卻。退火目的奧氏體化后重結(jié)晶，細化晶粒，提高鋼的塑性和韌性降低鋼的硬度，以利于切削

44、等加工（沖冷拉）消除內(nèi)應(yīng)力，并為淬火作準備正火：將亞共析鋼加熱到Ac3以上30-50，過共析鋼Accm以上30-50 ，保溫后空冷。正火用途：對低碳鋼和低碳合金鋼盡量以正火代退火，可提高硬度(140190HBS)，改善切削加工對中碳合金鋼、高碳鋼復(fù)雜件仍以退火為宜，對過共析鋼，減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體為球化退火作準備。作普通結(jié)構(gòu)體的最終熱處理；作為有淬火開裂危險的零件作最終熱處理亞共析鋼加熱到Ac3以上30-50-保溫-爐冷 或 爐冷+空冷主要用于具有亞共析組織的碳鋼、合金鋼的鑄件、鍛件、熱軋型材等，有時也用于淬火返修件?！巴耆笔峭嘶鸺訜岖@得完全的奧氏體組織，以解決原有：晶粒組大，組織不勻，內(nèi)應(yīng)力，塑性、韌性差，易裂，變形等問題；但應(yīng)嚴格控制退火溫度，否則，晶粒仍然粗大。加熱到Ac1以下，保溫，冷卻。鋼未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。用于消除工件內(nèi)應(yīng)力時，稱去應(yīng)力退火。500-650 ，主要用于部分鑄件、鍛件、焊件去除內(nèi)應(yīng)力，有時也用于精密切削加工，以去除粗加工所產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。用于消除冷變形產(chǎn)生的加工硬化時，稱再結(jié)晶退火。 650750 加熱到Ac1以上20-30，保溫，再冷卻。主要用于過共析鋼，經(jīng)球化退火后，把珠光體中片狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體組織都