金属材料及热处理422最新版Word下载.docx

1、HRAHR=k-h/0.002；H压痕深度（mm）；K常数，用钢球时为130，用金钢石时为100；0.002为压痕深，每0.002为洛氏硬度一度；高硬度时 HRC1/10HB；HV用顶角为136o金刚石四方角锥体，根据被测工件越薄，选用越小载荷;5、10、20、30、50、100、和120Kg；HV=1.8544P/d2（1公斤/mm2）；HV可测量很薄的工件和渗碳层、氮化层、氰化层硬度。（二）强度：指材料抵抗外力作用而不被破坏的一种能力。 b =Pb/F0;s=PS/F0; 0.2 产生0.2%永久变型量时的强度。（三）塑性：指材料发生永久变形而不被破坏的一种能力 伸长率：断裂的长度增加量与

2、原长度之比。（L1-L0）/L0100断面收缩率：拉断的横截面积减小量与试样原来横截面积之比，百分数。 硬度与强度的近似关系：轧制或锻钢件b（0.34-0.36）HB铸钢件 b（0.30.4）HB灰口铸铁件 b（HB-40）/6（四）韧性：指材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的一种能力。冲击韧性ak=Ak/F（1公斤米/厘米2）;脆性与韧性相反，脆性材料的破坏是突然发生，没有显著变形，断口处很明亮并有金属光泽。而韧性材料的破坏都有预兆，并且断口呈灰色纤维状。如M24螺栓断裂表面呈灰色纤维状，说明有一定韧性。材料晶粒越细，ak值越高。二、热处理基础知识 原子顺续排列的状态叫晶体，晶体颗粒组合在一起组

3、织金属材料。晶粒之间的结合面叫晶界。 晶粒有体心立方晶格和面心立方晶格，晶格是组成晶粒的最小单元。 体心立方体晶格的8个顶点各有一个原子，中心一个原子。面心立方体晶格的8个顶点和6个平面各有一个原子。 体心立方晶格组织材料较硬，抗力较大，不易锻造。如Cr、W、Mo、Mn、V、Fe（常温铁）。 面心立方晶格较软，易变形如Al、Cu、Ni、Pb、Fe（奥氏体） 晶粒大小（或称粗细）会直接影响到钢材的质量，晶粒愈细小，钢材的性能越好，晶粒愈粗大，钢材的性能就愈差，特别是ak就愈低。正火、淬火温度控制就是为细化晶粒。此外，细晶粒的钢材在热处理淬火加热与冷却时，引起变形与开裂的倾向也小的多，所以细化晶粒

4、的预先热处理是最终热处理的必备工序。 具有体心立方晶格的纯铁叫Fe; 面心立方晶格的纯铁叫Fe和Fe在910oC时发生较变； 纯铁在770oC以下具有磁性，770oC以上没有磁性。三、名词：1、固溶体：固态下溶解有其它元素的组织叫做“固溶体”（Fe对C的溶解能力是大小不一样的）2、铁素体：就是碳在Fe中的固溶体。室温下可溶解0.006的碳，723oC时可溶解达到最大值0.025。3、奥氏体：Fe中间隙式的固溶体。由于Fe的原子间的空隙较大，723oC时可溶解碳量为0.8（共析钢），1130oC溶解量达到最大值2。4、渗碳体：即Fe3C（碳化铁），Fe:C=3:1（原子数比），具有复杂的晶格结构

5、的化合物称为渗碳体，渗碳体中含碳量为6.67，其溶解度不随温度的变化（化合物）。熔点1600oC左右，硬度很高;800，很耐磨，但很脆，渗碳体和铁素体混合在一起就是常用的高材，随含碳量的增高，硬度强度增高，ak下降。加入合金元素形成合金碳化物，其硬度还会更高，如碳化钨（WC）碳化钛（TiC）等。5、珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体两者所组成的机械混合物，他存在于723oC以下，是铁素体与渗碳体一层一层交替分布着，显微镜下白亮呈片状为渗碳体中间较宽的白色间隔层为铁素体。这种组织显出珍珠表面相似的纹路和光泽，所以称珠光体。纯珠光体含碳量为0.8%（共析钢）。粗片状铁素体加粗片状渗碳体叫珠光体，等温转

6、变670723度HB170250（HRC 0-24）通过热处理方法（加热到Ac1线略高保温时间长）可以获得一种渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上的组织，这种组织叫做粒状（或球状）珠光体，以改善加工性能和热处理变形开裂性能。 P776、网状渗碳体：过共析钢在Acm线以下奥氏体中析出的渗碳体分布在奥氏体晶界上或降到A1线以下渗碳体固化在珠光体晶界上即呈网状分布。7、索氏体：在等温转变C形线鼻尖所得到的较细片状铁素体+较细片状渗碳体叫之索氏体。等温转变温度600670oC（珠光体的一种）HB250320，HRC2432。8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体，形成温

7、度600550oC。HB330400（HRC3238）。珠光体、索氏体、屈氏体、都属珠光体只是粗细不同，性能上有差异。9、上贝氏体：铁素体形成密集面相互平行的扁片渗碳体呈短片状断断续续地分布在铁素体片层之间，上贝氏体在显微镜下呈羽毛形态，HRC45左右，形成温度 500400oC。10、下贝氏体：铁素体形成针状，极为细小的渗碳体质点呈弥散状分布在针状铁素体内，呈黑色针状显微形态。HRC55左右，形成温度230400oC。11、马氏体：奥氏体快速冷却不融及C形线鼻尖直接降到230oC以下（共析钢），即低于Ms， Fe转变为Fe，碳原子全部被保留在Fe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就是马氏体。

8、这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达600700（HRC6065）。淬火即可获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于0.8，硬度几乎不再增加了。马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量0.5时Mz约0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量小于0.8时Mz也随C而下降，0.9以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为Fe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约只有0.12

9、20.125，而马氏体为Fe过饱和固溶体，比容较大，约有0.1270.130，可见，在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms Mz点越低剩余奥氏体量也就越多。12、过冷奥氏体：低于A1线温度状态下存在的奥氏体，C形曲线鼻尖温度处的过冷奥氏体最不稳定，最容易发生分解。13、晶粒度：晶粒度就是用来表示晶粒大小的尺度，共分为8级;冶金部规定标准测定方法将制成的试样在放大100倍的显微镜下观察与标准晶粒度作比较以确定实际晶粒的大小。凡在14级者为粗晶粒钢，58级者为细晶粒钢。粗晶粒钢温度、韧性等变坏，所以热

10、处理时加热温度不能过高，时间不能过长，防止晶粒过大。第二讲14退火：就是将钢加热到Ac3线（过共析钢为A1线）以上，保温时间为工件厚度（）小时 ，合金钢（）小时，随炉冷却，得到铁素体加珠光体（亚共析），珠光体（共析钢），渗碳体加珠光体（过共析钢）的方法，降低硬度，提高塑性，改善压力和切削性能。15、正火：就是将钢加热到Ac3线和Acm以上3050oC，保温后出炉空冷，分别得到铁素体加索氏体、索氏体、索氏体加渗碳体（来不及析出形成），细化晶粒、调整组织、削除前道铸造、锻造冷加工产生的缺陷，作为预先热处理作用。提高钢材加工性能（最好HB200250时）提高加工面光洁度，不粘刀，加工表面光滑。比如管

11、路密封胶圈结合面，O型圈沟槽，缸、泵接口平面。16、等温退火：钢加热到Ac3以上30-50oC,保温后较快冷却到略低于Ar1的温度（或转入略低于Ar1的炉中）在此温度下奥氏体金部转变完成，主要用于合金钢退金。17、球化退火：目的在于过共析钢得到球状珠光体，便于加工，也是热处理的前处理。球化退火的工艺是加热到温度略高于Ac1以上1020oC，保温后缓慢冷却到略低于Ar1的温度并停留一段时间，使组织转变全部完成，然后冷至500oC以下再空冷。加热温度超过Ac1越高，则冷却以后得到的片状珠光体会愈多。若超过Acm时，则冷却下来所得到的全部为片状珠光体。球化退火所以能形成球状珠光体，是因为钢在加热到略

12、高于Ac1时呈现一不均匀的组织。即除了奥氏体的浓度不均匀外，还有大量未溶解的渗碳体存在。其中片状渗碳体在较长时间的保温过程中会自发地趋于球状（因后者最为稳定）。当钢随后冷却下来时，由奥氏体分解而形成的Fe3C也逐渐球状化因而最终便获得在铁素体基体上分布着许多颗粒状渗碳体，这就是球状珠光体。18、低温回火：为消除铸、锻、焊接、切削冷冲压过程的内应力，缓慢速度加热到500650oC，经适当保温，再缓冷下来的过程，又叫去应力退火。钢的显微组织不发生改变。19、淬火：将钢加热到Ac3线或Ac1线上3050oC，保温一段时间（均匀化）快速冷却下来，以得到高硬度马氏体组织的方法。细晶粒奥氏体得到细晶粒马氏

13、体组织。过共析钢有网状Fe3C时，应先正火细化晶粒再淬火。合金钢加热温度相对较高。20、显微裂纹：工件淬火后得到马氏体组织，此时的组织中存在着极大的内应力，如果不及时回火，则会由于淬火应力的作用容易在工件内部产生显微裂纹，严重时会导致工件的脆性增大而开裂。21、回火：工件淬火后一般都要进行回火，淬火后得到马氏体性能很脆，并存在很大应力，不及时予以回火，时间久了可能会引起工件发生开裂，回火就是将淬火后的工件重新加热到A1以下某温度保温一段时间，然后取出工件以一定的方式冷却下来。22、回火马氏体：马氏体是一种过饱和Fe固溶体，从室温加热到300oC左右，随着升温原子活力增加，C原子开始以某种碳化物

14、的形式从马氏体中析出，因温度不变，析出的碳化物未全部脱离原马氏体组织，仍处在一定的过饱和状态，这种组织称为回火马氏体。对硬度影响不大，但内应力清除了一部分。23、第一类回火脆性：马氏体中C的过饱和度大时，淬火后内存较多的残余奥氏体，大约在200300oC时，残余奥氏体也发生向较为稳定的回火马氏体转变，转变的结果可使硬度有增加（12HRC），这种现象在高碳钢中尤为明显，与此同时冲击韧性却略有下降，称为第一类回火脆性。24、第二类回火脆性：主要发生在合金钢450650oC含Cr、Ni、Mn、Si等;在此温度回火后进行缓冷时，有极其细小的片状硬脆物。如：碳化物、氮化物、或磷化物沿铁素体晶界析出所致。

15、快速冷却会使溶于铁素体中的硬脆物来不及析出。随温度升高， k提高是因所析出的化合物球化的结果。我们常用的40Cr有二类回火脆性的倾向，一般谈到回火脆性主要指第二类回火脆性。生产中防止回火脆性的方法主要有： 回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行一次温度低于发生回火脆性温度的补充回火。 加入少量防止回火脆性的合金元素Mo和W等。25、中温回火屈氏体：将马氏体回热到300400oC左右，过饱和的C原子析出与铁原子结合生成颗粒状碳化物，马氏体组织中碳浓度减少，晶格改组转变成铁素体组织，形成由极细小的颗粒状渗碳体分布在铁素体基体上这种机械混合物称之为回火屈氏体。26、

16、高温回火索氏体：马氏体加热到400650oC左右细小Fe3C颗粒聚集成较大颗粒（自发合并长大）得到较大渗碳体与铁素体所组成的机械化合物。这种组织叫回火索氏体，强度、硬度降低，塑性、韧性增加。与正光索氏体相比，渗碳体呈球状而不是呈片状。27、魏氏体组织：铁素体沿晶界分布并呈针状插入珠光体内，使钢材的塑性和韧性大大下降（Fe从P中析出时未形成清晰的晶界，冷却凝固成的组织）28、莱氏体：Y A+Fe3C L（P+Fe3C + Fe3C）29、一次渗碳体Fe3C：过共析钢从液体转变为A+Fe3C 时的Fe3C 叫一次渗碳体。30、二次渗碳体Fe3C：随温度降低，从A中析出的Fe3C叫二次渗碳体Fe3C

17、。31、三次渗碳体Fe3C：含碳量小于0.02的铁素体，温度降到PQ线以下时，析出的渗碳体叫三次渗碳体Fe3C32、淬透性：材料淬火能够得到淬透层深度的能力称为“淬透性”，与化学成分和尺寸有关。33、淬透深度：是指由钢的表面测量到马氏体占0，珠光体占0的组织深度。34、淬硬度：钢经过淬火后得到的最大硬度值，含C越高淬硬性越大，反之越小。一、 钢的加热与冷却 基本组织（一）加热温度与奥氏体的晶粒度当共析钢加热到Ac1亚共析钢加热到Ac3，过共析钢加热到Acm线以上不多时，便产生了室温时的珠光体，全部转变成为奥氏体组织，此时钢形成的奥氏体的起始晶粒是很细小的，它与转变前原来珠光体组织晶粒的大小无关

18、，如果此时的细晶粒的奥氏体再冷却下来，则所得到的转变产物珠光体，索氏体、屈氏体或马氏体的晶粒也必须是细小的，这就是说，高温奥氏体（高于转变线温度的A）晶粒的大小，决定了转变的产物的晶粒的大小，而与以后工件的水冷、油冷、空冷的等方式无关；对得到什么金相组织与冷却速度，冷化相变温度有关。亚共析钢和过共析钢在加热到Ac1以上不多时，室温时的珠光体全部转化为细小晶粒的奥氏体A。与共析钢不同的是在Ac1以上继续加热时，亚共析钢铁素体和过共析钢中的渗碳体Fe3C逐步溶解到奥氏体组织去，不过溶解过程并不影响奥氏体A晶粒的大小，直到Ac3以上不多时，Fe和Fe3C全部溶入A中，A仍能保持细小的晶粒，所以热处理

19、加热温度均为Ac1或Ac3以上3050。当加热温度继续升了，经过Ac3或Acm以上很多时，及保温时的不恰当延长，均会促使奥氏体A晶粒的长大，这种“长大”经过是靠大晶粒吞并（或聚集）小晶粒来实现的，粗大的A晶粒在以后冷却下来时会得到是粗大晶粒的转变产物，从而使钢的性能，特别是k值显著下降，引起淬火过程中变型与开裂倾向也增大，这种由于加热温度过高，引起A晶粒粗大的现象称为“过热”，一旦产生这种情况，可采用重新退火或正火，控制最高加热温度加m消除；若加热温度更高（接近于固相线AE线）这时不只是晶粒的粗大，而且还会造成A体晶粒边界严重氧化和低熔点组成物的溶化。（如FeS熔点985），破坏了晶粒间的相互

20、联系，一致使工件报废，这种现象称作“过烧”或叫“烧毁”。钢材的晶粒度分为18级YB2764。规定，加热到930奥氏体的晶粒度分线，测定方法是将制成试样在放大100倍的显微镜下观察，并与标准晶粒度做比较，以确定A氏体实际晶粒大小，因A晶粒度决定了室温组织的晶粒度，所以以室温样块作对照；有两种分发一可认为13级为粗晶粒，46级为中等晶粒，78级为细晶粒，在评定钢材时一般加热到930时，具有14级晶粒的称为“本质粗晶粒钢”而58级晶粒度的称为本质细晶粒钢，增加合金元素可以调整同种加热温度的钢材晶粒度。（二）碳的合金元素对加热转变的影响在加热亚共析或过共析钢时，其奥氏体的形成过程是在珠光体P转变成A的

21、还有铁素体Fe或二次渗碳体继续向A转变或溶解的过程。合金元素对奥氏体形成的影响，大致归纳为如下两点：（1）除个别合金元素如Mn、Ni造成临界点降低处，TiMo、W、SiCr由强至弱，均在不同程度上提高了钢的临界点Ac1、Ac3、Acm。（2）除CO等外，大多数合金元素都会减慢碳在A中的扩散速度也较小，所以温度较高外（小于125）必须进行较长的保温时间，或采取二次加热。（3）碳及合金元素对A晶粒的影响a、共析钢加热时A晶粒最易长大。b、过共析钢加热到Ac1以上不太高时由于大量二次Fe3CII的存在，可以得到比较细的晶粒。c、各种合金钢中，除了个别合金元素如：Mn、P等外，大多数合金元素使钢不同程

22、度的细化，尤其是强烈形成碳化物的元素Ti、V、Al、Nb、W、Mo、Cr由强到弱，均能阻止奥氏体晶粒长大，从而细化晶粒，原因是合金元素在钢中形成难于溶解于A的碳化物及氮化物分布在A的晶界上，会阻止A晶粒长大，影响较弱的元素Si和Ni，只有Mn元素起到促进奥氏体晶粒长大，Ti、V、Al常作为细化晶粒元素加入钢中，减少加热时的过热倾向。因此，合金钢淬火加热温度稍高，仍可获得细晶粒奥氏体，只有锰钢热敏感性较大，应选择较低的淬火加热温度。（三）钢在高温A状态冷却转变（1）铁碳图、C形线、自热冷却转变的几个图表。铁碳合金平衡图Fe体心立方晶格13901534 C 0.1以下Fe面心立方晶格9101390

23、Fe体心立方晶格910以下实际加热临界点实际冷却临界点A3亚共析钢A转变线 Ac3Ar3Acm过共析钢A转变线 AccmArcmA1珠光体A转变线 Ac1Ar1代号P珠光体、S索氏体、T屈氏体、B贝氏体、M马氏体、F铁素体、Fe3C渗碳体、A奥氏体、Y液体、L莱氏体、Fe高温铁素体、Fe中温铁素体。Fe低温铁素体。M马氏体叫过饱和Fe固溶体随碳量增加，饱和度增加，m硬度增加M体积大，A体积小（同质量），AM，体积膨胀，因此过冷A可能出现残余A，是个不稳定，造成内应力开裂、变形、硬度低等。珠光体和残余A含量反应热处理水平。消除残余A，采取冷处理-50-80，再做一次回火处理消除残A。高碳钢，淬火

24、 560，回火三次，每次保温1小时，应能消除残A。（2）碳在钢中含量对C形成形状位置的影响与共析钢比较，亚共析和过共析钢，都会造成A稳定性变差，即在含C量高于0.8或低于0.8范围的材料，C形线发生左移，在A向P转变前还分别有下贝氏体和渗碳体析出，析出量过冷量的增加而减少。合金元素对A分解有推迟作用，使C曲线右移，故合金钢采用油淬，空气淬火，一些碳化物元素，如Cr、Mo、W、V还会使C曲线形状发生改变使AP，AB分开。C曲线除受A成分影响外还同A的晶粒度、均匀度及不溶于A的质点有关，A晶粒越大，C形曲线右移，成分越均匀，越难分解，也会右移。凡不溶于A的质点（如碳化物、氮化物）越多，A发生分解时

25、成为天然核心，使C左移，即加热温度愈高，A成分愈均匀，晶粒越大，碳化物溶入奥氏体中量就愈多，使A稳定性增加，结果使C曲线右移，只有当合金碳化物溶入奥氏体时，才能减慢A分解速度，如果在A的晶界未被溶入，反而会加快奥氏体分解速度，使C曲线左移。（3）合金元素对M点的影响除Al、Co外，A中的合金元素都会使M点降低，依次Mn、Mo、Cr、Ni、Cu对M点降的越厉害，测淬火后残余A量也就越多。合金元素对马氏体开始转变温度Ms点的影响 合金元素对残余奥氏体量的影响（4）合金元素对回火的影响合金钢的回火稳定性比相应的C钢来的好，其原因在于回火时，合金元素不仅自动扩散速度较慢，还起到了阻碍碳原子从马氏体中析

26、出和阻碍碳化物聚集的缘故。各种合金元素对材料强度、塑性、高温强度、过热倾向、淬透性、回火稳定性、回火脆性的影响。小P132（5）钢在回火中的组织与性能的变化马氏体分解：淬火M是过饱和固溶体，20150回火时，M内部不断析出细小碳化物，从而使碳化物周围局部区域的M的含碳量下降;在150350时，M的含碳量继续下降，直到350时，M分解结束，固溶体中含碳量接近于正常的饱和状态，内应力减少大为下降。残余A的转变，残余A在200300回火分解为过饱和的固溶体+碳化物，过饱和的固溶体的含碳量与回火至同样温度的M一样。碳化物为薄片状，以后在继续加热时，渗碳体将逐渐球化。碳化物的形成和长大，实验证明，在35

27、0以下回火时，由马氏体中最初分解出的碳化物并非渗碳体（是什么？），而是一种呈薄片状的极不稳定的铁碳化合物，随温度的升高，将转变为颗粒状的比较稳定的渗碳体，温度继续上升，渗碳体颗粒不断聚集长大。性能的温升变化：200以上时 硬度 内应力 k b300左右时 ， b随硬度而下降， 而 k，650左右时， 和k达到最大值，650较多时， 和k因晶粒的粗化而有所降低。合金钢碳钢中特意加入一些合金元素的钢，常用的合金元素铬Cr、锰Mn、硅Si、铝Al、硼B、钨W、钼Mo、钒V、钛Ti、铌Nb锆Zr和稀土元素Re等。合金钢分三大类：1、合金结构钢；2、合金工具钢；3、特殊性能钢（一）合金结构钢合金结构钢是

28、在碳钢的基础上适当地加入一种或树种合金元素，如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V、Ti等，使之具有好的强度，足够地韧性和好的淬透性，好地回火稳定性，奥氏体稳定性。合金结构钢分类：1、普通低合金结构钢（含碳量低）：含碳量在0.100.25之间的并含有少量多元合金元素（Si、Mn、Cu、Ni、Nb、Re）的低碳结构钢，主要用于焊接铆合结构。16 Mn、09M2、16 Mn Cu、15 MnTi、15Mn V、10 Mn Si Cu等。2、机械制造结构钢：a、渗碳钢：含碳量0.150.25之间，主要有15、20、20Cr、20 Cr MnTi、20 Cr Mn Mo、20 Mo B、25 MnTiB、

29、12 CrNi3A、20Cr2Ni4A、18 Cr2 Ni4WA。经渗碳淬火及低温回火，用于表面耐磨的受力件，如齿轮花键轴等。b、调质钢：含碳量在0.250.5之间，主要用于淬火加高温回火（调质），高强度高韧性零件，也有为到达更高的强度采用淬火加中温或低温回火的。常用材料40、45、45Mn2、40Cr、35 Cr Mo、40 CrMn Mo、40MnB、40 MnVB、40 Cr Ni Mo A、38 Cr MoAlA。注意：防止二类回火脆性的回火冷却方法合次数、c、弹簧钢：含碳量在0.600.70之间，经淬火和中温回火的弹性零件，常用材料65、65Mn、60Si2Mn、70Si3MnA、50CrVA、60Si2CrVA、65 Si2MnWA、55 SiMnMoVNb、55 SiMnMoV。d、轴承钢：含碳量在0.951.10之间，经淬火加低温回火使用的轴承件，主要有GCr9、GCr15、GCr15SiMn、GMnMoVRe、GSiMnV、GSiMnMoV。合金钢编号方法：数字+化学元素+数字+化学元素+数字+钢的平均含碳量（万分之几）合金元素符号合金元素符号（百分之几）合金元素含量小于1.5时，只标元素，不标明含量（数值），如果平均含量等于或大于1.5、2.5、3.5