學習單元二鋼鐵材料

學習單元二鋼鐵材料學習任務一金屬晶體結構與結晶2020/12/1812020/12/1822020/12/183大多數(shù)金屬為銀白色大多數(shù)金屬為固體大多數(shù)金屬有光澤大多數(shù)金屬熔沸點高大多數(shù)金屬能導電導熱大多數(shù)金屬有延展性銅（紫紅色）金（黃色）汞（液態(tài)）2020/12/184主頁前進后退物理性質物理性質比較導電性（以銀的導電性為100作標準）密度（g·cm-3）熔點(℃)硬度（以金剛石的硬度為10作標準）銀銅金鋁鋅鐵鉛10099746127177.9（優(yōu)）（良）金鉛銀銅鐵鋅鋁19.311.310.58.927.867.142.70（大）（?。╂u鐵銅金銀鋁錫3410153510831064962660232（高）（低）鉻鐵銀銅金鋁鉛94~52.5~42.5~32.5~32~2.91.5（大）（?。?020/12/185金屬之最地殼中含量最高的金屬元素──目前世界年產量最高的金屬──導電、導熱性最好的金屬──人體中含量最高的金屬元素──熔點最高的金屬──熔點最低的金屬──你知道嗎？鋁鈣鐵銀鎢汞2020/12/186

根據(jù)你的生活經(jīng)驗和表中提供的信息，并查閱有關資料分析下列問題。1、為什么菜刀、鐮刀、錘子等用鐵制而不用鉛制？2、銀的導電性比銅好，為什么電線一般用銅制而不用銀制？3、為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？如果用錫制的話，可能出現(xiàn)什么情況？4、為什么有的鐵制品如水龍頭等要鍍鉻？如果鍍金怎么樣？2020/12/187使用是否便利資源廢料是否易于回收價格是否美觀對環(huán)境的影響

考慮物質的用途時，需要考慮那些因素？2020/12/188資源豐富無毒輕便耐磨耐腐蝕美觀、易加工2020/12/189第一節(jié)晶體的基本知識一、晶體與非晶體晶體：原子（或分子）在三維空間按一定的幾何規(guī)律作周期性地排列的物體非晶體：原子（或分子）在三維空間無規(guī)則排列的物體

2020/12/1810性能上的區(qū)別：2020/12/1811二、晶格、晶胞和晶格常數(shù)晶體結構：晶體中原子規(guī)則排列的方式晶格：通過原子中心劃出許多空間直線，由這些直線形成的空間格架晶胞：反映晶格特征最小組成單元晶格常數(shù)：描述晶胞幾何特征的參數(shù)棱長：a、b、c

夾角：α、β、γ2020/12/1812第二章金屬與合金的晶體結構第二節(jié)金屬的晶體結構一、金屬的特性和金屬鍵金屬晶體是金屬鍵結合除晶體共有的特征外，還具有良好的導電性、導熱性和塑性

2020/12/1813二、金屬中常見的晶格要求：能夠畫出體心立方晶格和面心立方晶格2020/12/1814第二章金屬與合金的晶體結構第三節(jié)合金的晶體結構一、幾個重要的概念合金——由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質，如鋁合金、鎂合金組元——組成合金的最基本的、獨立的物質，可以是純元素或者穩(wěn)定的化合物二元合金——由兩個組元構成的合金,如鐵碳合金相——合金中具有同一化學成分且結構相同，并有界面與其它部分分開的均勻部分2020/12/1815二、合金的相結構合金中的基本相：固溶體和金屬化合物（一）固溶體：合金在固態(tài)下，組元間仍能互相溶解而形成的均勻相1、分類間隙固溶體：溶質原子進入溶劑晶格各結點間的空隙中（有限固溶體）置換固溶體：溶質原子取代溶劑晶格某些結點上的原子間隙固溶體置換固溶體2020/12/18162、固溶體的性能固溶強化:通過溶入溶質元素形成固溶體，使金屬材料的強度、硬度升高的現(xiàn)象。溶質原子溶入形成合金→固溶體晶格畸變→阻礙位錯運動→滑移變形困難→強度硬度↑但同時塑性韌性↓

這是提高金屬材料力學性能的重要途徑之一2020/12/1817（二）金屬化合物:兩組元相互作用化合形成的新相，具有復雜的晶體結構，晶格類型與組成化合物各組元的晶格類型完全不同，可用化學分子式表示1、分類（1）正常價化合物（2）電子化合物（3）間隙化合物2、性能：熔點高，性能硬而脆彌散強化：當金屬化合物呈細小顆粒均勻分布在固溶體基體上時，將使合金的強度、硬度和耐磨性明顯提高的現(xiàn)象常見的是鐵和碳的化合物，如Fe3C2020/12/1818第二章金屬與合金的晶體結構第四節(jié)實際金屬的晶體結構理想晶體+晶體缺陷——實際晶體實際晶體——單晶體和多晶體一、多晶體與亞組織單晶體：晶體內部晶格位向完全一致，各向異性多晶體：由許多晶粒組成的晶體，各向同性（多晶體中各晶粒位向不同，表現(xiàn)出它們的平均性能——各向同性）一般金屬材料都是多晶體亞組織：晶粒內部存在的許多尺寸更小、位向差也很小的小晶塊。相鄰亞組織間的邊界稱為亞晶界2020/12/1819二、晶體的缺陷2020/12/1820點缺陷造成局部晶格畸變，使晶體性能發(fā)生改變，如強度、硬度和電阻增加（一）點缺陷——空位和間隙原子空位：晶格中沒有原子的結點，如2、4、5間隙原子：位于晶格間隙中的原子，如32020/12/1821金屬材料在高強度下，具有塑性變形能力，就是因為會發(fā)生位錯（二）線缺陷——位錯位錯：晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象刃型位錯：晶體的一部分相對另一部分出現(xiàn)一個多余的原子面2020/12/1822線缺陷——位錯2020/12/1823金屬材料在高強度下，具有塑性變形能力，就是因為會發(fā)生位錯（三）面缺陷——晶界和亞晶界晶界：晶粒與晶粒之間的接觸界面亞晶界：相鄰亞組織間的邊界2020/12/1824學習任務二

碳鋼、合金鋼、鑄鐵1.能正確識別汽車上使用的碳鋼件、合金鋼件及鑄鐵件2.了解碳鋼、合金鋼及鑄鐵的性能2020/12/1825金屬材料是汽車用材的主體，單單以重量而言，金屬材料就占到全車的65％－80％，但是金屬材料的種類有成千上萬，怎么才能從中挑選出所需要的材料用來制造相應的零件呢？汽車上的金屬零件2020/12/18261制造零件選取相應的材料需要了解以下內容：

零件的主要性能要求2所選用材料的主要特性3影響材料性能的主要因素4材料的大致加工工藝2020/12/18271．碳鋼

碳鋼通常指碳的質量分數(shù)小于2.11%的鐵碳合金。因其冶煉方便，加工容易，價格便宜，性能可以滿足一般工程使用要求，所以是汽車工業(yè)用材的主體，占汽車用材總量的3/4左右。一、碳鋼（1－1）2020/12/18281.碳鋼的分類①按碳質量分數(shù)分：低碳鋼——碳的質量分數(shù)為WC≤0.25%的鋼；中碳鋼——碳的質量分數(shù)為0.25%＜WC＜0.60%的鋼；高碳鋼——碳的質量分數(shù)為WC＞0.60%的鋼。一、碳鋼（1－2）2020/12/1829②按材質(主要根據(jù)硫、磷質量分數(shù))分：普通鋼——WS＜0.055%，WP＜0.045%；優(yōu)質鋼——WS＜0.040%，WP＜0.040%；高級優(yōu)質鋼——WS＜0.030%，WP＜0.035%；特級優(yōu)質鋼——WS＜0.025%，WP＜0.030%。一、碳鋼（1－3）2020/12/1830③按用途分：碳素結構鋼：用于制造各種機器零件和工程結構件。多為低碳鋼和中碳鋼。碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具和模具。多為高碳鋼。④按冶煉方法分：平爐鋼、轉爐鋼和電爐鋼。⑤按煉鋼的脫氧程度分：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和

半鎮(zhèn)靜鋼。一、碳鋼（1－4）2020/12/18312.汽車常用碳鋼①普通碳素結構鋼這類鋼主要保證機械性能，故其牌號體現(xiàn)其機械性能。普通碳素結構鋼的牌號用“Q+數(shù)字”表示，其中“Q”為屈服點“屈”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示屈服強度的數(shù)值。例如：Q275表示屈服強度為275MPa。一、碳鋼（1－5）2020/12/1832

普通碳素結構鋼成分及性能特點成分特點：

雜質和非金屬夾雜物較多性能特點：

冶煉容易，工藝性好，價格便宜，產量大常用牌號和用途牌號:Q215-A.FQ235Q255

牌號解釋:Q215表示屈服點為215MPa的A級沸騰鋼。2020/12/1833普通碳素結構鋼用途

廠房2020/12/1834普通碳素結構鋼鉚釘2020/12/1835普通碳素結構鋼套環(huán)2020/12/1836普通碳素結構鋼

鋼軌2020/12/1837優(yōu)質碳素結構鋼用途

法蘭盤2020/12/1838優(yōu)質碳素結構鋼

曲軸2020/12/1839優(yōu)質碳素結構鋼

螺旋彈簧2020/12/1840普通碳素結構鋼在汽車零件中的應用一、碳鋼（1－6）輪輻消聲器輪輞2020/12/1841②優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼必須保證鋼的化學成分和機械性能。根據(jù)化學成分不同，優(yōu)質碳素結構鋼又分為普通含錳鋼和較高含錳鋼兩類。一、碳鋼（1－7）2020/12/1842優(yōu)質碳素結構鋼成分及性能特點成分特點:

含硫，磷及非金屬夾雜物量較少性能特點：低碳鋼強度，硬度較低，塑性，韌性及焊接性良好；中碳鋼較高的強度，硬度，其塑性和韌性隨含碳量的增加而逐步降低高碳鋼較高的強度，硬度和彈性，但焊接性不好常用牌號和用途牌號：08F204560Mn牌號解釋：08F表示平均含碳量0.08%的優(yōu)質碳素結構鋼,沸騰鋼。20表示平均含碳量0.20%的優(yōu)質碳素結構鋼.60Mn表示平均含碳量0.60%的高錳優(yōu)質碳素結構鋼.2020/12/1843碳素工具鋼成分及性能特點成分特點:

含碳量高,硫，磷及非金屬夾雜物量較少性能特點：

鋼強度，硬度高，淬透性低,加工性良好，價格低廉常用牌號和用途牌號：T8T10AT12牌號解釋：T8表示平均含碳量0.8%的碳素工具鋼。

T10A表示平均含碳量1.0%的高級優(yōu)質碳素工具鋼.

2020/12/1844碳素工具鋼用途

模具2020/12/1845碳素工具鋼

絲錐2020/12/1846碳素工具鋼

銼刀2020/12/1847碳素鑄鋼在汽車零件中的應用一、碳鋼（1－11）化油器齒輪2020/12/1848根據(jù)碳質量分數(shù)、熱處理和用途的不同，優(yōu)質碳素結構鋼還可分為以下三類。滲碳鋼：碳的質量分數(shù)為0.15%~0.25%；

調質鋼：碳的質量分數(shù)為0.25%~0.50%；

彈簧鋼：碳的質量分數(shù)為0.55%~0.9%。一、碳鋼（1－8）2020/12/1849優(yōu)質碳素結構鋼在汽車零件中的應用一、碳鋼（1－9）油底殼機油泵齒輪凸輪軸2020/12/1850③碳素鑄鋼鑄鋼能制造形狀復雜的零件，而鍛造件則無法做到，所以汽車上許多零件是用鑄鋼鑄造而成的。鑄鋼的碳的質量分數(shù)一般在0.15%－0.6%之間，使用前應進行熱處理改善性能。一、碳鋼（1－10）2020/12/1851鑄造碳鋼

成分及性能特點成分特點:以碳為主要合金元素并含有少量其他元素性能特點：較高的強度、塑性和韌性，成本較低常用牌號和用途牌號：ZG200-400ZG200-400ZG270-500ZG310-570

牌號解釋：ZG200-400表示屈服強度不小于200MPa,抗拉強度不小于400MPa的鑄造碳鋼.2020/12/1852鑄造碳鋼用途

機座2020/12/1853鑄造碳鋼

連桿2020/12/1854鑄造碳鋼

大齒輪2020/12/1855問題

選擇適當?shù)闹圃觳牧?020/12/1856齒輪受力情況：工作時齒表面承受較大的壓力和摩擦，齒部還承受較大的交變應力和沖擊力性能要求：較高強度，硬度，優(yōu)良的綜合力學性能材料選擇：含碳量適當?shù)奶妓劁撝圃?/p>

葉片受力情況：承受較小的沖擊載荷和磨檫力性能要求：要求一般的強度，硬度材料選擇：含碳量適當?shù)奶妓劁撝圃?/p>

銼刀受力情況：承受較大的磨檫力性能要求：要求高的硬度，耐磨性材料選擇：含碳量較高的碳素鋼制造分析2020/12/1857碳素鋼齒輪選材：中碳優(yōu)質碳素結構鋼如55鋼

任務實施

葉片選材：普通碳素結構鋼如Q195

銼刀選材：碳素工具鋼如T122020/12/1858碳素鋼

小結碳素鋼的分類按鋼的含碳量分低碳鋼中碳鋼高碳鋼按鋼的質量分普通鋼優(yōu)質鋼高級優(yōu)質鋼按鋼的用途分結構鋼工具鋼按冶煉時脫氧程度的不同分沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼分類

牌號

主要用途

普通碳素結構鋼

Q235-A.F廠房、船舶、橋梁建筑結構或受力不大零件優(yōu)質碳素結構鋼

4508重要機械零件如法蘭盤,齒輪等碳素工具鋼

T10T12制造刀具,量具,模具等鑄造碳鋼

ZG200-400制造形狀復雜力學性能要求較高的零件2020/12/1859

碳素鋼作業(yè)解釋下列牌號并各舉一例說明主要用途。

Q215–A.F2040MnT12ZG200-400為下列構件選擇合適的制造材料構件名稱材料牌號齒輪機座銼刀葉片彈簧2020/12/1860

所謂合金鋼，就是在碳鋼的基礎上，為了獲得某種特定的性能，有目的地加入一種或多種元素的鋼。加入的元素稱為合金元素。二、合金鋼（2－1）1.合金元素對鋼性能的影響含碳量低的鋼加入鉻能提高強度和硬度；

含鎳在6%以下時能使鋼具有高強度和高的韌度；

含錳量在2%以下時，就能使鋼的強度顯著提高，而且有一定的韌度；

硅能提高鋼的強度、硬度、疲勞強度、耐蝕性和抗氧化性。2020/12/1861鎢能提高鋼的強度及耐磨性，使鋼具有良好的熱硬性；

釩能使鋼的強度和韌度同時提高，并提高鋼的耐磨性和回火穩(wěn)定性；

鋁能提高鋼的抗氧化性能。

氮能提高鋼的硬度和耐熱性；

鈦能提高鋼的強度，硬度和耐磨性，對塑性影響較??；

稀土元素對冶煉和鑄造有良好的作用，還能提高鋼的塑性和韌度，改善鋼的特殊性能(耐熱、耐蝕、抗氧化等)。二、合金鋼（2－2）2020/12/18622.合金鋼的分類及應用①分類：按用途分：合金結構鋼：用來制造各種機械零件和工程結構合金工具鋼：用來制造各種重要的工具和量具、刃具

特殊性能鋼：用來制造有特殊性能要求的結構件和機

器零件二、合金鋼（2－3）2020/12/1863按合金元素的含量分為：低合金鋼——合金元素總含量小于5%中合金鋼——合金元素的總含量為5%－10%高合金鋼——合金元素的總含量大于10%按用途分為：

合金鋼可分為合金結構鋼、合金工具

鋼和特殊性能鋼三類二、合金鋼（2－4）2020/12/1864②應用

合金結構鋼在汽車上應用廣泛，主要是在優(yōu)質或高級優(yōu)質碳素結構鋼的基礎上加入適量合金元素的鋼。它主要用于制造各種重要的機器零件和受力工程結構，要求它有較高的機械性能和較好的加工工藝性能。二、合金鋼（2－5）2020/12/1865合金鋼在汽車零件中的應用二、合金鋼（2－6）保險杠氣門氣門彈簧2020/12/1866●低合金結構鋼(GB1591-1988)低合金結構鋼碳質分數(shù)在0.1%－0.25%之間，所加入的合金元素不大于3%。

低合金結構鋼的成分特點為低碳、低合金。

這類鋼具有良好的塑性、韌度、焊接性及較好的耐磨性和耐蝕性。

主要用于制造工程結構如汽車大梁、船舶、車輛、壓力容器和建筑結構橋梁及各種焊接構件。

一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用。二、合金鋼（2－7）2020/12/1867●合金滲碳鋼(GB3077-1988)合金滲碳鋼碳質分數(shù)在0.1%－0.25%之間，合金滲碳鋼是在滲碳鋼的基礎上，加入一定量的合金元素而形成的。合金滲碳鋼提高零件抵抗沖擊載荷的能力；使工件在滲碳后可直接淬火，還能提高耐磨性。合金滲碳鋼與碳鋼滲碳件相比，具有工藝性能好、使用性能高的特點。二、合金鋼（2－8）2020/12/1868●合金調質鋼(GB3077-1988)

合金調質鋼碳質分數(shù)在0.25%－0.50%之間，合金調質鋼是在調質鋼中加入一定量的合金元素而形成的。合金調質鋼零件具有高而均勻的綜合力學性能。二、合金鋼（2－9）2020/12/1869●合金彈簧鋼(GB1222-1984)合金彈簧鋼的碳質分數(shù)比合金調質鋼的高，一般在0.46%－0.70%之間。

在彈簧鋼中加入合金元素即形成了合金彈簧鋼。提高零件彈性、鋼的淬透性，提高鋼的彈性極限和屈強比。二、合金鋼（2－10）2020/12/1870軸承●滾動軸承鋼滾動軸承鋼是用來制造滾動軸承的滾動體和內外圈的專用鋼。必須具有高的硬度和耐磨性，高的彈性極限和接觸疲勞強度，足夠的韌度和抗蝕性。二、合金鋼（2－11）2020/12/1871②灰口鑄鐵

有一定的機械性能和良好的切削加工性。③可鍛鑄鐵

主要用于要求韌度較好的薄壁類零件。④球墨鑄鐵

球墨鑄鐵的強度和韌度比灰口鑄鐵、可鍛鑄

鐵高，可代替鋼材制造某些重要的機械零件。三、鑄鐵（3－1）1.鑄鐵的組織特征和分類①白口鑄鐵

為了得到表層的高硬度和耐磨性，常用激冷

的方法使表層獲得白口鑄鐵的組織而心部由

于冷卻速度較慢仍為灰口鑄鐵組織。碳的質量分數(shù)為2.11%－6.69%的鐵碳合金稱為鑄鐵。

在汽車上約50%－70%的金屬材料為鑄鐵。2020/12/18722.鑄鐵的特性

鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌度遠不如鋼。當鑄鐵承受壓縮載荷時，具有較高的抗壓強度。

石墨的存在固然降低了鑄鐵的力學性能，但給鑄鐵帶來了一系列良好的其他性能如：優(yōu)良的鑄造性能;良好的切削加工性;較好的耐磨性和減震性;較低的缺口敏感性。三、鑄鐵（3－2）2020/12/18733.常用鑄鐵

①灰口鑄鐵：灰口鑄鐵良好的切削加工性、較高的耐磨性、減振性、低的缺口敏感性，且價格低廉。

三、鑄鐵（3－3）飛輪

汽缸蓋

灰口鑄鐵在汽車零件中的應用2020/12/1874

②球墨鑄鐵：球墨鑄鐵的力學性能較高，在抗拉強度、屈服比、疲勞強度等方面都可以與鋼媲美(沖擊韌度則不如鋼)。

球墨鑄鐵具有灰鑄鐵的許多優(yōu)點，如良好的減振性、耐磨性、低的缺口敏感性等，都是鋼所不及的;且價格又比鋼便宜。

三、鑄鐵（3－4）曲軸

球墨鑄鐵在汽車零件中的應用2020/12/1875③可鍛鑄鐵：一種具有團絮狀石墨的高強度鑄鐵。其因塑性優(yōu)于灰鑄鐵而得名，實際上并不能進行鍛造加工。④蠕墨鑄鐵：用蠕墨鑄鐵制造的制動鼓的使用壽命比灰鑄鐵的高3倍多。三、鑄鐵（3－5）減速器殼體2020/12/1876⑤合金鑄鐵：在灰口鑄鐵或球墨鑄鐵中地加入一定量的合金元素的鑄鐵稱為合金鑄鐵。

加入合金元素后可使鑄鐵具有耐熱、耐酸或耐磨的特殊性能。

三、鑄鐵（3－6）2020/12/1877由于合金鑄鐵加工工藝較簡單，成本較低，具有良好的使用性能，所以運用很廣泛，但合金鑄鐵有較大的脆性和較低的機械性能。三、鑄鐵（3－7）活塞環(huán)

汽缸套

鑄鐵在汽車零件中的應用2020/12/1878一、選擇題1．碳鋼通常指碳的質量分數(shù)小于（）的鐵碳合金。（A）1.11%（B）2.11%（C）3.11%2．含碳量低的鋼加入鉻能提高（）和（）。（A）強度和硬度

（B）塑性和韌度；

（C）耐蝕性和抗氧化性

3．碳素結構鋼有（

），碳素工具鋼有（

），優(yōu)質碳素結構鋼有（

）。（A）Q235-A（B）Q235-B（C）40（D）78（E）T12A二、填空題1.齒輪材料主要性能要求：具有

，尤其是彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度。齒心應有足夠的

，以防止輪齒受

時斷裂。2.合金滲碳鋼碳質分數(shù)在

之間，合金滲碳鋼是在滲碳鋼的基礎上，加入一定量的

而形成的。3．QT500-05牌號中，QT表示

，數(shù)字500表示

，數(shù)字05表示

。三、問答題1.碳鋼中常存元素對碳鋼性能有何影響？2.合金鋼如何分類？3.鑄鐵具有哪些特性？2020/12/1879學習任務三

鋼的熱處理1.知道碳鋼的性能、類型及在汽車的應用2.了解碳鋼的熱處理類型2020/12/1880

將固態(tài)金屬或合金（固態(tài)鋼件）通過加熱、保溫和冷卻的工藝方法，使合金（鋼件）的內部組織結構發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。什么叫熱處理？為什么要熱處理？

改變零件或毛坯的內部組織和力學性能，而不改變其形狀和尺寸。（1）提高鋼的力學性能（2）改善鋼的工藝性能熱處理的理論依據(jù)：鐵碳相圖2020/12/1881熱處理方法熱處理普通熱處理表面熱處理特殊熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學熱處理火焰加熱感應加熱(高、中、低頻)滲碳氮化碳氮共滲其他形變真空其他2020/12/1882一、鋼的退火和正火退火：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：1、退火細化晶粒，改善組織，提高鋼的塑性和韌性；降低鋼的硬度，提高切削性能；消除、減少內應力，穩(wěn)定尺寸；消除阻止缺陷，使成分均勻化，為下一道熱處理工序（如淬火）作準備。鋼的常用熱處理工藝2020/12/1883退火種類：

表5-3退火和正火的熱處理工藝熱處理名稱熱處理工藝熱處理后的組織應用場合目的完全退火將亞共析碳鋼加熱到Ac3以上30～50℃，保溫，隨爐緩冷到600℃以下，出爐空冷鐵素體＋珠光體用于亞共析碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件細化晶粒，消除內應力，降低硬度以便于隨后的切削加工。等溫退火將奧氏體化后的鋼快冷至珠光體形成溫度，等溫保溫，使過冷奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w，空冷至室溫。鐵素體＋珠光體用于奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼與完全退火相同，但所需時間可縮短一半，且組織也較均勻2020/12/1884表5-3退火和正火的熱處理工藝（續(xù)）熱處理名稱熱處理工藝熱處理后的組織應用場合目的球化退火將過共析碳鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫2～4h，使片狀滲碳體發(fā)生不完全溶解斷開成細小的鏈狀或點狀，形成均勻的顆粒狀滲碳體鐵素體基體上均勻分布的粒狀滲碳體組織---球狀珠光體用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼降低硬度、改善切削加工性能；獲得均勻組織，為以后的淬火作組織準備均勻化退火將工件加熱到Ac3或Accm以上150-300℃，保溫10～15h，隨爐緩冷到350℃，再出爐空冷。工件經(jīng)均勻化退火后，奧氏體晶粒十分粗大，必須進行一次完全退火或正火來細化晶粒，消除過熱缺陷用于高質量要求的優(yōu)質高合金鋼的鑄錠和成分偏析嚴重的合金鋼鑄件高溫長時間保溫，使原子充分擴散，消除晶內偏析，使成分均勻化去應力退火將工件隨爐緩慢加熱到500～650℃，保溫，隨爐緩慢冷卻至200℃出爐空冷組織無變化用于鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機加工件消除殘余內應力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂2020/12/1885T10鋼球化退火組織(化染)5002020/12/18862、正火方法：加熱到Ac3或Accm以上30～50℃保溫，在空氣中冷卻。目的：細化晶粒，并使組織均勻化，提高低碳鋼工件的硬度和切削加工性能；消除過共析鋼中的網(wǎng)狀碳化物，為后續(xù)熱處理做組織準備。退火與正火的主要區(qū)別：正火的冷卻速度比退火稍快些應用范圍:1.預備熱處理:調整低、中碳鋼的硬度;消除過共析鋼中的Fe3CⅡ。2.最終熱處理:用于力學性能要求不高的普通零件。2020/12/18873、正火與退火的選擇圖5-14幾種退火和正火的加熱溫度范圍及工藝曲線示意圖2020/12/18883、正火與退火的選擇（1）從使用性能上考慮：（2）從切削加工性上考慮：低碳鋼用正火，高碳鋼和工具鋼采用退火（3）從作用上考慮：過共析鋼在球化退火之前往往要先進行一次正火，以抑制網(wǎng)狀二次滲碳體的形成。（4）從經(jīng)濟上考慮優(yōu)先選用正火2020/12/1889

淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上，保溫一定時間后快速冷卻（大于臨界冷卻速度），以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。

淬火鋼得到的組織主要是馬氏體（或下貝氏體），其目的是提高鋼的硬度、強度和耐磨性。

二、鋼的淬火2020/12/1890圖5-15碳鋼的淬火加熱溫度范圍二、鋼的淬火（一）加熱溫度和淬火組織●亞共析鋼：Ac3+30~50℃

保溫時組織：A

淬火組織：M+A’（少量）●共析、過共析鋼：Ac1+30~50℃

保溫時組織：A+Fe3C（粒）淬火組織：

M+A’（少量）+Fe3C（粒）

粒狀的Fe3C可以提高淬火組織的耐磨性。2020/12/1891（二）淬火加熱時間τ＝αKD式中：τ－加熱時間（min）；α－加熱系數(shù)（min/mm）K－裝爐修正系數(shù)；D－工件有效厚度（mm）淬火加熱缺陷：過熱、過燒或表面氧化、脫碳等過熱是指工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長，造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。使馬氏體粗大，引起脆斷、淬火裂紋。糾正過熱工件：進行細化晶粒的退火或正火。過燒是指工件在淬火加熱時，溫度過高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象，過燒的工件無法補救，只得報廢。表面氧化、脫碳：工件與加熱介質相互作用。2020/12/1892（三）淬火冷卻介質１．理想淬火冷卻速度理想冷卻速度快慢慢圖5-16鋼的理想淬火冷卻速度淬火介質決定了冷卻速度→淬火后的組織。理想的淬火介質應達到的兩個要求：（1）足夠高的冷卻速度；得到盡可能多的馬氏體。（2）防止零件變形、開裂，在繞過“鼻尖”部后，應減緩冷卻速度所以理想的冷卻速度如圖所示，開始冷卻緩慢，在快要發(fā)生組織轉變時快冷，隨后再慢冷讓馬氏體轉變慢慢的進行。2020/12/18932.常用淬火介質

水：淬火冷卻能力較強，冷卻特性不理想，用于尺寸較小的碳鋼零件；鹽水：冷卻能力很強（水的10倍），用于淬透性較差的碳鋼零件；礦物油：冷卻速度比水小很多，常用于淬透性較高的合金鋼，或尺寸小，形狀復雜的碳鋼件。硝鹽浴和堿?。豪鋮s能力介于水和油之間，適用于截面不大，形狀復雜，變形要求嚴格的碳素工具鋼和合金鋼，分級淬火、等溫淬火等。2020/12/1894（四）淬火方法１．單液淬火２．雙液淬火法３．分級淬火４．等溫淬火

圖5-17鋼的常用淬火方法2020/12/1895單液淬火：直冷，簡單易操作。雙液淬火：先快后慢，降低組織應力。分級淬火：快-恒-快，降低熱應力與組織應力。等溫淬火：得到B下（工模具、彈簧）。局部淬火：量具等的局部區(qū)域。冷處理：-70～-80℃，降低A殘%，穩(wěn)定尺寸?？ㄒ?guī)局部淬火特點2020/12/1896（五）鋼的淬透性１、淬透性指鋼在一定條件下淬火后，獲得淬硬層深度的能力。一般規(guī)定，由鋼的表面至內部馬氏體組織量占50%處的距離稱為淬硬性深度。在熱處理生產中常用臨界淬透直徑（心部能淬透的最大直徑）來衡量淬透性的大小。

表5－6列出部分常用鋼材的臨界淬透直徑。

淬硬性是指鋼淬火后形成的馬氏體組織所能達到的最高硬度，它主要取決于馬氏體中的含碳量，合金元素的含量對淬硬性影響不大。2020/12/18972、影響淬透性的因素主要取決于臨界冷卻速度Vk，臨界冷卻速度越小，淬透性越好。（1）化學成分大多數(shù)合金元素（除Co外）都能顯著提高鋼的淬透性。共析鋼的淬透性最好（2）加熱溫度及保溫時間提高奧氏體化溫度和延長保溫時間，會使奧氏體成分均勻，晶粒粗大，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，臨界冷卻速度減小，淬透性提高。2020/12/1898三、鋼的回火回火：將淬火鋼重新加熱到A1以下某一溫度，保溫后冷卻下來的一種熱處理工藝?；鼗鸬哪康模合慊饍葢?，降低脆性，穩(wěn)定工件的尺寸；調整硬度，提高塑韌性，獲得工件最終所需要的力學性能。2020/12/1899（一）淬火鋼在回火時的轉變鋼淬火后組織：馬氏體+少量殘余奧氏體(不穩(wěn)定非平衡組織)

階段轉變特征馬氏體分解100～200℃以ε相（Fe2.4C）的形式析出殘余奧氏體分解200～300℃馬氏體繼續(xù)分解，殘余奧氏體轉變成下貝氏體回火托氏體(屈氏體）的形成250～400℃馬氏體分解結束，α相轉變?yōu)殍F素體。在鐵素體基體上分布著細顆粒狀滲碳體的混合物組織，稱為回火托氏體滲碳體聚集長大和鐵素體再結晶400℃以上彌散分布的滲碳體長大成顆粒狀，同鐵素體發(fā)生再結晶，失去淬火馬氏體的板條狀或片狀形態(tài)，而成為等軸多邊形態(tài)，此時鐵素體和滲碳體的混合物稱為回火索氏體2020/12/181001.馬氏體的分解（100～200℃）回火馬氏體 回火時馬氏體中過飽和的碳以ε相（Fe2.4C）的形式析出，過飽和α相含碳量下降。

低過飽和α＋ε碳化物回火馬氏體2．殘余奧氏體的分解（200～300℃）馬氏體繼續(xù)分解，殘余奧氏體轉變成下貝氏體。

組織：回火馬氏體＋下貝氏體

（一）淬火鋼在回火時的轉變2020/12/181013．回火托氏體(屈氏體)的形成（250～400℃） 馬氏體分解結束，α相轉變?yōu)殍F素體。過渡碳化物ε相（Fe2.4C）轉變成穩(wěn)定滲碳體，形成了在鐵素體基體上分布著細顆粒狀滲碳體的混合物組織，稱為回火托氏體。

F＋Fe3C（彌散分布）→回火托氏體4．滲碳體聚集長大和鐵素體再結晶（回火索氏體的形成）（400℃以上） 彌散分布的滲碳體長大成顆粒狀，同時鐵素體發(fā)生再結晶，失去淬火馬氏體的板條狀或片狀形態(tài)，而成為等軸多邊形態(tài)，此時鐵素體和滲碳體的混合物稱為回火索氏體組織：等軸晶F＋顆粒狀Fe3C→回火索氏體

（一）淬火鋼在回火時的轉變2020/12/18102回火組織實例2020/12/18103回火馬氏體組織金相圖2020/12/18104回火托氏體組織金相圖2020/12/18105回火索氏體組織金相圖2020/12/18106（二）回火的分類及應用回火種類回火溫度回火產物低溫回火150～250℃回火馬氏體，硬度58～62HRC中溫回火350～500℃回火托氏體，硬度35～45HRC高溫回火500～650℃回火索氏體，硬度25～35HRC2020/12/181071）低溫回火回火溫度為150－200℃，組織：回火馬氏體，性能：高硬度，58－62HRC，高耐磨性。應用：刃具、量具、冷作模具、滾動軸承和滲碳工件2）中溫回火回火溫度為350－500℃

組織：回火托氏體性能：具有較高的彈性極限和屈強比，沖擊韌性。應用：彈簧鋼等彈性零件和熱鍛模如刀桿、軸套等。（二）回火的分類及應用2020/12/18108（二）回火的分類及應用3）高溫回火回火溫度為500－650℃組織：回火索氏體，性能：具有良好的綜合力學性能。應用：主要用于重要結構零件，特別是交變載荷下的結構零件，如各種軸、連桿、齒輪等。調質處理：工業(yè)上通常將淬火與高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質處理。2020/12/18109調質處理調質處理：工業(yè)上通常將淬火與高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質處理。表5-745鋼（Φ20mm～Φ40mm）調質與正火處理后力學性能的比較熱處理狀態(tài)σb（MPa）δ（%）αk（J）HBS組織正火700～80015～2040～64163～220索氏體(片狀)調質750～85020～2564～96210～250回火索氏體(顆粒狀)2020/12/18110（三）回火脆性圖5-19鋼的回火脆性示意圖低溫回火脆性（第一類），250℃～350℃，析出薄片狀碳化物引起的，不可消除。高穩(wěn)回火脆性（第二類），450℃～600℃，冷卻速度較慢引起，可消除，可逆回火脆性。一般情況下，回火溫度升高，硬度、強度下降；塑性、韌性提高?；鼗鸫嘈裕涸诨鼗疬^程中出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象稱為回火脆性,主要是由于碳化物析出和長大所致。2020/12/18111第四節(jié)鋼的表面熱處理工藝為什么要進行表面熱處理許多零件（齒輪，軸承等）需要表面具有高硬度，高耐磨性，而心部具有好的塑韌性，表面淬火即可達到這一要求。2020/12/18112表面淬火是只對工件表層進行淬火的工藝。一、鋼的表面淬火淬火工藝：將鋼件表面迅速加熱到奧氏體化后，急冷使表面層形成馬氏體。而心部組織不發(fā)生變化，這樣表面具有強硬特征而心部保持好的韌性。用于表面淬火用鋼大多為低C或中C鋼（即為亞共析鋼）。淬火組織：由于從表面到心部的溫度不同，淬火后組織也不同表面：溫度>AC3，表面奧氏體化，淬火后為細小的馬氏體（M）中間：溫度在AC1～AC3之間，加熱組織為A＋F，淬火后得到

M＋F