金属材料与热处理教案1~11

1

第一章 金 属 材 料 的 性 能

金属的概论

一．讲述金属的发展过程

1．古代

2．近代

3．现在

4．未来

二． 学习《金属材料与热处理》的方法

1．认真做好课堂笔记

2．理论联系实际

3．按时完成作业，有不懂的问题及时问老师。

三．《金属材料与热处理》的内容及重点和难点

1．学习材料的两种性能（力学和工艺）

2．金属的结构与结晶（微观角度看材料的性能）

3．铁碳合金相图的纵向和横向分析

4．碳素钢和铸铁的分类和用途

5．几种有色金属的性能和用途

6．几种非金属的介绍

四．小结 五．作业

第一章 金属的性能

由于中学的时候我们已经学习了金属的物理和化学性能，所以现在我们主要是介绍金属的另外两种性能------力学性能和工艺性能。

基本概念：

1． 载荷：金属材料在加工使用过程中所受的外力。

2． 静载荷：是指大小不变或变动很慢的载荷。

3． 冲击载荷：是指载荷突然增加的增荷。

4． 疲劳载荷：是指所经受的周期性或周期性的动载荷。

§1～1 金属的力学性能

基本概念：

何谓力学性能？ （它包括：强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度五个方面）

1． ζs和ζb来表示） ζs是材料抵抗变形的应力值；ζb是材料抵抗断裂的应力值。例如

要想看一个材料的强度的高低只要看这两个值的大小，它们和材料

的强度是成正比的。

2．

2

（一般来说用伸长率断面收缩率来衡量它的大小即δ和ψ来表示）

δ=伸长量\原长×百分百

ψ=截面收缩量\原截面×百分百

例如要看材料的塑性的好坏只要看两个值的大小，它们与之也是

成正比的。

3

（一般来说用布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度三参数来衡量其大小即

HBS、HRC、HV）

HBS：是应用最广泛的

HRC：是最快的

HV： 是最精确的

4．

（一般来说用冲击韧性值来衡量它的大小即αk来表示）。也是与韧

性成正比的。

5．一种能力。

（一般来说用疲劳强度衡量它的大小即ζ-1来表示）也就是说其值是

衡量材料疲劳的指标。

§1～2 金属的工艺性能

基本概念：

何谓金属的工艺性能呢？

一． 概念

（它的内容包括有铸造性能、锻造性能、切削性能、焊接性能等四种性能）

1． 铸造性能

对材料的要求：

①． 流动性好

要求材料的流动性要好，否则在加工的时候容易出成型不好等缺陷。

②． 收缩性小

要求材料的收缩性要小，否则在加工的过程中易出现开裂和应力分布不

均等缺陷。

③． 偏析少

要求材料偏析性小是因为如果严重的话易使加工的难度增加，使加工成

本提高。

2．锻造性能

结合力学性能做介绍

3．切削加工性能

针对数控和模具专业的特点来介绍

4．焊接性能

理论联系实际：

例举说明铸铁和低碳钢的焊接性来说明

3

第二章 金属结构与结晶

世界上的物质大部分是由晶体和非晶体组成的，而中学时学习这两个概念的区别是有无固定熔点来定义的，目前我们在金材料的角度上来定义它们。

§2～1 金属的晶体结构

基本概念：

一． 晶体与非晶体 （各向异性） （各向同性）

基本概念：）

1． 2． 3． 4．

1． 体心立方晶格（9个原子）

2． 面心立方晶格（14个原子）

3． 密排六方晶格（17个原子）

金属的晶体结构的缺陷

1． 空位和间隙原子（使晶格产生变形）

2． 位错（晶格发生畸变）塑性变形

3． 晶界和亚晶界（原子排列不规则，处于不稳定状态）

§2～2 纯金属结晶

了解材料的结晶过程及规律对于控制材料的内部组织和性能十分重要。

一． 纯金属的冷却曲线及过冷度

基本概念：

1． 二． 纯金属的结晶过程

晶核

三． 的大小，可以采用以下几种常用的细化晶粒的办法。

1． 增加过冷度（适用于中小型铸件）

2． 变质处理（钢中加入钛、硼、铝等铸件中加入硅铁等）

3． 振动处理（采用机械振动、超声波振动和电磁振动等）

4

§2～3 金属的同素异构转变

一． 基本概念：

1． 转变。

如：纯铁的冷却过程

1538度(结晶δ-Fe) 度(γ-Fe)

（体心立方晶格）

912度(β-Fe)

二．

固态相变是需要较大的过冷度的，则体积变化时造成较大的内应力，以致于淬火时引起应力导致工件变形和开裂，因此要控制冷却速度，可以改变同素异构后的晶粒的大小，从而改变金属的性能。

作业布置：

1、6、9

小结：

本章节主要是从金属的微观的角度加以理解，也就是要让学生通过对本章

节的学习明白金属的晶体结构的特点。

情况反馈：

作业情况反应学生对于金属的微观结构已有一定的认识

第三章 金属的塑性变形与再结晶

（本章属于阅读的内容）

§3～1 金属的塑性变形

基本概念：

1

理论联系实际：塑性变形产生的原因：

就是金属通过位错和滑移来实现的，在同一个晶面或晶向

上发生位错和滑移。

3

而出现的一种外形变形的现象。

4

5

§3～2 冷塑性变形对金属的组织和性能的影响

（略）

§3～3 回复与再结晶

（略）

§3～4 金属的热变形

1、 2、 看书预习下一章的内容

小结：

本章节是一篇阅读的内容，因此在本章节的讲述过程中，主要是以一种介绍的方式来给学生讲解。

情况反馈：

通过作业的批改情况，学生对本节内容已经完成大纲的要求。

第四章 铁碳合金

通过对本章的学习让我们进一步明白了金属的力学性能的特点。

又由于学生在今后的工作中所要接触的金属材料大多数是铁碳合

金，因此本章将利用铁碳合金相图详细地解析铁碳合金的性能和

组织。

基本概念：

（合金的最小单元是相）

§4～1 合金的组织 金属由于相互的结合方式不同可以把组织分为以下三种（固溶体、化合物、混合物）

1、 固溶体）

2、

3、 6

§4～2 铅锑合金

分别取铅锑合金五种金属来作以下实验：

§4～3 铁碳合金相图

一、铁碳合金有五大基体组织：

铁素体（F）、奥氏体（A）1、铁素体（F）：

性能：塑性、韧性很好，强度硬度低。

产生温度：727℃

2、奥氏体（A）：

性能：塑性、韧性好，强度硬度一般。

产生温度：727℃～912℃

3、渗碳体（Fe3C）：

性能：塑性、韧性差，强度硬度很高。

产生温度：1227℃

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4、珠光体（P）：

性能：塑性、韧性较好，强度硬度较高。

产生温度：1148℃

5、莱氏体（Ld）：

性能：塑性、韧性差，强度硬度很高。

产生温度：1148

二、要掌握的点：

A：纯铁的熔点（1538℃） D：渗碳体的熔点（1227℃）

G：纯铁的同素异构转变点 （912℃）

S：共析点（727℃）

E：奥氏体的最大溶解度（1148℃） C：共晶点（1148℃）

三、要掌握的线：

PSK：共析线、A1线 ACD：液相线

ECF：共晶线 AECF：固相线

GS：A3线

ES：Accm线

四、要掌握的区：

GPQ：铁素体区 DFK：渗碳体区

SN：珠光体区 ACD以上：液相区

CM：莱氏体区 AECF以下：固相区

AGSE；奥氏体区

共析转变式：

A 727 ℃ F + Fe3C

共晶转变式： L 1148 ℃ A + Fe3C

理论联系实际：

1、 问：含碳量为0.45%的钢从1200℃冷却到室温的组织和性能的变化？

2、 问：随着含碳量的增加钢的组织和性能的变化？

七、钢和铸铁的区分：

C：0.0218～2.11% （钢）

0.0218～0.77% ——亚共析钢

0.77% ——共析钢

0.77～2.11% ——过共析钢

C: 2.11～6.69% （铸铁）

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2.11～4.3% ——亚共晶白口铸铁

4.3% ——共晶白口铸铁

4.3～6.69% ——过共晶白口铸铁

作业布置：

课后题全做

小结：

本章是本学期的重点，因此将用大篇幅进行讲解，其中铁碳合

金相图中的点、线、区要结合‘理论联系实际’的题进行学习，

达到活学活用的效果。

情况反馈：

根据上课的提问以及作业的情况反应出学生对本章的内容基本掌握。

碳素钢

§5~1 概述

碳素钢是指碳含量低于2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。工业上应用的碳素钢碳含量一般不超过1.4%。这是因为含碳量超过此量后，钢表 现出很大的硬脆性，并且加工困难，失去生产和使用价值。碳素钢按其质量不同可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢二类。优质碳素结构钢规定硫、磷的允许含量比普通碳素钢低 ，所以综合机械性能比普通碳素钢好。

(1)生产制造方法。碳素钢的冶炼通常在转炉、平炉中进行。转炉一般冶炼普通碳素钢，而 平炉可以冶炼各种优质钢。近年来氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。将炼好的钢液注入钢锭模，就得到各种钢锭。钢锭经过锻压或轧制后便加工成各种形状的钢材和锻件。钢锭经过压力加工后，能够改善钢的内部组织和夹杂物分布，所以同样成分的钢材要比钢锭的性能优越一些。

(2)用途。广泛应用于机械制造的各个方面。如农业机械、机床、船舶等。它是一种应用最广、用途最大的钢材。

2.主要生产及输往国家、地区

我国的鞍山钢厂、宝山钢厂、上海钢厂、太原钢厂、重庆钢厂、天津钢厂等是出口碳素钢的主要产地。一般碳素钢多加工成型材，如角钢、扁钢、工字钢等输往日本、香港、东南亚、中东等国家和地区。

3.主要进口生产国家

我国主要从日本、俄罗斯、德国、东欧等国家进口。与其他钢类相比，碳素钢进口数量最多。进口到货后缺重问题较为突出。收用货部门要加强到货后重量的验收。

4.种类

碳素钢按含碳量可划分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。高碳钢属于工具钢，详见“工具钢”部分。低碳钢如20号钢一般多用来制作渗碳零件。热处理工艺是先进行渗碳处理，随后进行

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淬火和低温回火。经这样处理后零件表面具有较高的硬度而心部具有良好的塑性。而中碳钢如45号钢根据使用条件不同，热处理方式也不同。一般做热加工使用的要进行调质处理，即淬火后高温回火。其他条件使用的可进行正火处理。

5.规格及外观质量 碳素钢的品种主要有圆钢、扁钢、方钢等。经冷、热加工后钢材的表面不得有裂缝、结疤、夹杂、折叠和发纹等缺陷。尺寸和允许公差必须符合相应品种国家标准的要求。

6.

现把国标、日本标准中某些主要钢号的化学成分列举，如下表

―91.ГОСТ1050 等。

7.物理性能

现把国标、日本标准中某些主要钢号的机械性能如下表

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硅

硅（台湾、香港称矽）是一种化学元素，它的化学符号是Si，它的原子序数是14，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。

性能：结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。当其增加时，金属材料的强度、硬度增加。 锰

最重要的用途是制造合金——锰钢。

锰钢的脾气十分古怪而有趣：如果在钢中加入2.5—3.5％的锰，那么所制得的低锰钢简直脆得象玻璃一样，一敲就碎。然而，如果加入13％以上的锰，制成高锰钢，那么就变得既坚硬又富有韧性。

§5~2 碳素钢的分类及牌号

1、按品质分类

(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）

(2) 优质钢（P、S均≤0.035%） (3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%） 2.、按化学成份分类

(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。 (2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。

2、按成形方法分类：(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。 4、按金相组织分类

(1) 退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗体）。

(2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。 (3) 无相变或部分发生相变的 5、按用途分类

(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。

(2) 结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢c.轴承钢

(3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。

(4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢

(5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。

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6、综合分类

(1)普通钢a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢 (2)优质钢（包括高级优质钢）

a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢； (f)特定用途优质结构钢。

b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；

(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。

7、按冶炼方法分类

(1) 按炉种分a.平炉钢:(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。 b.转炉钢:(a)酸性转炉钢;(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢;(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。 c.电炉钢:(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 (2)按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢；b.半镇静钢；镇静钢；d.特殊镇静钢。 牌号

钢和专用钢两大类。

a、通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母―Q‖。屈服点数值(单位为MPa)和质量等级、脱氧方法等符号，按顺序组成牌号。例如：碳素结构钢牌号表示为：Q235AF，Q235BZ；低合金高强度结构钢牌号表示为：Q345C，Q345D。碳素结构钢的牌号组成中，镇静钢符号―Z‖和特殊镇静钢符号―TZ‖可以省略，例如：质量等级分别为C级和D级的Q235钢其牌号表示应为Q235CZ和Q235DTZ，但可以省略为Q235C和 Q235D。低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢，但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。 b、专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号―Q‖、屈服点数值和代表产品用途的符号等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为―Q345R‖；耐候钢其牌号表示为：Q340NH。

c、根据需要，通用低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(以万分之几计平均含碳量)和标准的元素符号组成；专用低合金高强度结构钢的牌号，除一般组成外，尚应加写表1中规定代表产品用途的符号。

－－优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号表示方法

优质碳素结构钢采用两位阿拉伯数字(以万分之几计表示平均含碳量)或阿拉伯数字和元素符号、规定的符号组合成牌号。

a、沸腾钢和半镇静钢，在牌号尾部分别加符号―F‖和―b‖。例如：平均含碳量为0.08%的 沸腾钢，其牌号表示为―08F‖；平均含碳量为0.10%的半镇静钢，其牌号表示为―10b‖。

b、镇静钢(S、P分别≤0.035%)一般不标符号。例如：平均含碳量为0.45%的镇静钢，其牌号表示为―45‖。

c、较高含锰量的优质碳素结构钢，在表示平均含碳量的阿拉伯数字后加锰元素符号。例如：平均含碳量为0.50%，含锰量为0.70%～1.00%的钢，其牌号表示为―50Mn‖。

d、高级优质碳素结构钢(S、P分别≤0.030%)，在牌号后加符号―A‖。例如:平均含碳量为0.45%的高级优质碳素结构钢，其牌号示为―45A‖。

－－特级优质碳素结构钢(S≤0.020%、P≤0.025%)，牌号后加符号―E‖。 例如:平均含碳量为0.45%的特级优质碳素结构钢，其牌号表示为―45E‖。优质碳素弹簧钢牌号

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的表示方法与优质碳素结构钢牌号表示方法相同(65、70、85、65Mn钢在GB/T1222和GB/T699两个标准中同时分别存在)。

§5~3 碳素结构钢

又称普通碳素钢。与优质碳素钢相比，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量

的限制较宽。我国和某些国家根据交货的保证条件，把普通碳素钢分为三类：甲类钢（A类钢），只保证力学性能，不保证化学成分，乙类钢（B类钢），只保证化学成分，不保证力学性能；特类钢（C类钢），既保证化学成分，又保证力学性能。特类钢常用于制造较重要的结构件。

优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少，机械性能较为优良。优质碳素结构钢按含碳量不同可分为三类：低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C为0.25-0.6%）和高碳钢（C＞0.6%。 优质碳素结构钢按含锰量不同分为正常含锰量（含锰0.25%-0.8%）和较高含锰量（含锰0.70%-1.20%）两组，后者具有较好的力学性能和加工性能。

碳素结构钢牌号及化学成分

(一)定义

碳素工具钢(非合工具钢)是高碳过共析、共析或亚共析钢，含碳量范围为0.7%~1.3%(质量分数)。其性能除了与冶炼、热塑性变形工艺有关外，主要取决于碳含量。碳是碳素工具钢的主要强化元素。这类钢经热处理后具有较高的硬度和耐磨性，但红硬性差、淬透性低。为

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了提高钢的淬透性，有的牌号在钢中加入0.40%~0.60(质量分数)的锰。碳素工具钢钢材通常以退人状态交货，一般应检验硬度，高倍、低倍和断口组织，及表面脱碳层深度等。这类钢主要用于制造一般切削速度，且加工硬度和强度不太高的材料的工具，以及形状简单发、精度要求较低的量具、模具等。 (二)分类

碳素工具钢通常按用途可分为；刃具钢、模具钢、量具钢、耐磨钢；按钢质可分为：优质钢(硫质量分数不大于0.030%，磷质量分数不磊于0.035%)、高级优质钢(硫质量分数不大于0.020%、磷质量分数不大于0.025%)。 弹簧钢

主要是应有好的弹性，又由于它是在动载荷环境条件下工作的，所以对制造弹簧的材质最主要的应有高的屈服强度；在承受重载荷时不引起塑性变形；应有高的疲劳强度，在载荷反复作用下具有长的使用寿命；并有足够的韧性和塑性，以防在冲击力作用下突然脆断。在碳素钢中碳含量在0.60～0.90%之间的优质钢是制造弹簧的钢种，但碳素弹簧钢的渗透性差，只宜制作小截面的弹簧，大截面的弹簧需要用合金钢制作。在合金钢中由于合金元素的强化作用，可制造弹簧的材质其含碳量可降低到0.5～0.7%。硅、锰、铬、钒是弹簧钢中最常用的合金元素。一般淬火后进行中温回火可获得高的弹性。

(1)生产制造方法：通常采用电炉冶炼，加入脱氧剂硅、铝，注入钢锭模后，通过锻压或轧制，便得到各种形状的钢材和锻件。

(2)用途：主要用在机车、车辆、汽车、拖拉机、飞机的各种螺旋弹簧和板簧等。

第六章 钢的热处理

教学内容：

1． 概述

2．钢在加热时的组织转变 3．钢在冷却时的组织转变 4．钢的普通热处理工艺 5．钢的表面热处理工艺

6．机械制造过程中的热处理

第一节 概述

1、热处理的定义：

保温

加热 T0 临界温度 冷却

T

热处理就是将金属材料加热到一定的温度，保温一定时间，然后以一定的方式冷却的工艺。

2、热处理的主要目的:改变钢的性能。

3、热处理的应用范围:整个机械制造和加工业。 4、热处理的分类

普 通 退火;正火;

热处理 淬火;回火

热处理 感应加热淬火

表 面 表面淬火 火焰加热淬火 热处理

化学热处理 渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;

第二节 转变温度

奥氏体的形成

奥氏体晶粒度及对力学性能的影响 一、转变温度

二、奥氏体的形成

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三、奥氏体晶粒度及对力学性能的影响 一)奥氏体晶粒度:

1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。 2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。

3.本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃以下,随温度升高,晶粒长大的程度。 钢的本质晶粒度示意图：

二)奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响

1、奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。

2、粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。

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第三节 钢在冷却时的组织转变

1、钢在热处理时的冷却方式 2、过冷奥氏体的等温冷却转变 3、过冷奥氏体的连续冷却转变 一. 钢在热处理时的冷却方式 T

二.过冷奥氏体的等温冷却转变

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一) 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线 ---- TTT曲线 ( C 曲线 )

T A1

T 二) 共析碳钢 TTT 曲线的分析

A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。

550～230℃;中温转变区; 半扩散型转变; 贝氏体( B ) 转变区; 230～ - 50℃; 低温转变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。 三) 转变产物的组织与性能

1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) :

 A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。

 650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。

 600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～ 40HRC。

2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) : 550～350℃: B上; 40～45HRC;

过饱和碳α-Fe条状

Fe3C细条

B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状

羽

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350～230℃: B下; 50～60HRC;

过饱和碳 α-Fe针叶状 针叶状

Fe3C细片

B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状

3.马氏体型 ( M ) 转变 ( 230～ -50℃ ) :

1)定义:马氏体是一种碳在α – Fe中的过饱和固溶体。 2)转变特点：

 在一个温度范围内连续冷却完成;  转变速度极快,即瞬间形核与长大;

 无扩散转变( Fe、C原子均不扩散 ), M与原A的成分相同,造成晶格畸变。  转变不完全性, QM = f ( T )

3)马氏体的晶体结构: 由于碳的过饱和作用,使α – Fe晶格由体心立方变成体心正方晶格。

4)马氏体的组织形态:

 板条状 --- 低碳马氏体(＜0.2%C ); 30～50HRC ; δ = 9～17%。

3.加热温度和保温时间的影响:

19

加热温度越高, 保温时间越长, 碳化物溶解充分, 奥氏体成分均匀, 提高了过冷奥氏体的稳定性, 从而使 TTT曲线向右移。 三.过冷奥氏体的连续冷却转变

一) 建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线 ---- CCT 曲线 (略)

第四节 钢的普通热处理工艺

一般零件生产的工艺路线:

毛坯生产

预备热处理 机械加工 最终热处理 加工

预备热处理 : 退火 ; 正火 最终热处理 : 淬火 ; 回火 一.钢的退火

一)定义: 把零件加温到临界温度以上30～50℃,保温一段时间,然后随炉冷却。二)目的: 消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。三）工艺参数：

20

机械精

金属材料热处理教案二.钢的正火 一)定义: 把零件加温到临界温度以上 30～50℃,保温一段时间,然后在空气中冷却。 二)目的: 消除应力;调整硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。 三) 工艺参数： 名 亚共析钢 共析钢 过共析钢 称 温 度 ( °C ) Ac3 + 30～50 Ac1 + 30～50 Accm + 30～50四)热处理后的组织:S (Wc=0.6～1.4%) S+F (Wc＜0.6%) 五) 应用范围: 1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的 Fe3CⅡ。 2.最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。 三.钢的淬火 一)定义: 把零件加温到临界温度以上 30 ～ 50℃,保温一段时间,然后快速冷却 ( 水冷 )。 二)目的: 为了获得马氏体组织,提高钢的硬度和耐磨性。 三) 工艺参数: 名 称 温 度 ( °C )21 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案亚共析钢 共析钢 过共析钢 Ac3 + 30～50 Ac1 + 30～50 Ac1 + 30～50常用的淬火冷却介质 最大冷却速度时 名 称 平均冷却速度/(℃•s-1) 300～200 ℃ 450 410 185 1000 775 65 55 50所在温度 冷 却 速 度 650～550 / ℃ /( ℃ • s-1) 775 545 275 2000 2830 230 230 120 135 110 80 1900 2750 60 70 100 ℃20℃静止水 40℃静止水 60℃静止水 10%NaCl 溶液 10%NaOH 溶液 20℃10 号机油 80℃10 号机油 20℃3 号锭子油340 285 220 580 560 430 430 500钢的淬硬性 1.定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。22 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案2.影响钢的淬硬性的因素:主要取决于马氏体的含碳量。 钢的淬透性 1.定义:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏体组织占 50%处) 的深度。 2.影响钢的淬透性的因素:主要是临界淬火冷却速度 VK 的大小, VK 工件淬硬层与冷却速度的关系 越大,钢的淬透性越小。3.淬硬性与淬透性之间的关系：钢 20# T10A种 低 高 低 高淬硬性淬透性 小 小 大 大18Cr2Ni4WA Cr12MoV4.淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬 透 钢未 淬 透 钢23 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案四.钢的回火 一)定义: 把淬火后的零件重新加温到 A1 线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到窒温。二)目的: 消除淬火应力,降低脆性;稳定工件尺寸;调整淬火零件的力学性能。 三) 工艺参数 名 称 温度(℃) 150～250 组 织 用途低温回火M 回 = α 0.3%C+ 耐磨件 ε中温回火350～500T 回=F 针+Fe3C 弹簧等 粒高温回火500～650S 回=F 多+Fe3C 调质件 球高温软化650～A1P 回=F 多+Fe3C 高合金钢 粒淬火 + 高温回火 = 调质处理第五节 钢的表面热处理工艺 工艺的核心:使零件具有―表硬里韧‖ 的力学性能。   表面淬火 化学热处理一.表面淬火 一) 定义:是一种不改变钢表层化学成分,但改变表层组织的局部热处理工艺。 二) 工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍24 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案保持不变。 三)表面淬火用钢： 选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB 等。 四)表面淬火加工的方法： 感应加热( 高、中、工频 )、火焰加热、电接触加热法等。 1.感应加热表面淬火 1)感应加热的基本原理: * 感应电流 --- 涡流 * 集肤效应 *淬火层深度(δ )与电流频率( f )的关系: δ = 500 / √ f （mm）感 应 加 热集肤效应示意图表2)工艺要求:面淬 * 表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。火* 表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。 3)生产特点: 淬火件的质量好; 工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。设备投示 资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。 意2.火焰加热表面淬火 图 1)火焰加热表面淬火的基本方法25 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案2)火焰加热表面淬火的特点: *设备简单, 操作方便, 成本低。 *淬火质量不稳定。 *适于单件、小批量及大型零件的生产。 二.化学热处理 一)定义:将零件置于一定的化学介质中 , 通过加热、保温,使介质中一种或几种元素原子渗 入工件表层,以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。 二) 化学热处理的基本过程: 1.分解: 化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。 2CO CO2 +〔C〕2.吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解。 3.扩散: 活性原子由零件表面向内部扩散, 形成一定的扩散层。 三) 化学热处理进行的条件: 1. 渗入元素的原子必须是活性原子, 而且具有较大的扩散能力。 2. 零件本身具有吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合, 形成 化合物。 四) 化学热处理的种类: 渗碳; 渗氮; 碳氮、共渗; 渗硼; 渗铝; 渗硫; 渗硅; 渗铬等。 1.钢的渗碳 1)定义: 向钢的表面渗入碳原子的过程。 2)目的: 获得具有表硬里韧性能的零件。 3)用钢: 低碳钢和低碳合金钢。 4)方法: 固体、气体、液体渗碳。 固体渗碳法示意图26 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案泥封 渗碳箱盖试棒零件 渗碳剂气体渗碳法示意图5)工艺: 加热温度为 900～950℃; 渗碳时间一般为 3～9 小时; 6)渗碳后的组织: 表面 中心表 面 1%CP+Fe3CⅡ P 零 件中27 心 广东省轻工业高级技工学校 0.2%C 广东省轻工业技师学院 F + P少P+F

金属材料热处理教案7) 渗碳后的热处理工艺 T渗碳加热 方案 1淬火 方案 2 t8) 热处理后的组织钢种 低碳钢 低碳合金钢表层组织 M 回+Fe3C+A 残 M 回+Cm+A 残心部组织 F+P 低碳 M 回+F9)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、28 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案20CrMnTi、18Cr2Ni4WA 等。 2.钢的渗氮 1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。 2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。 3)用钢:中碳合金钢。 4)方法:气体渗氮。 5)工艺:加热温度 500～600℃;保温时间 0.3～0.5mm/20～50h。 6)热处理特点: 渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理。 7)渗氮处理后的组织表层 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。 心部 : S 回。 8)常用的钢种 : 35 CrMo、18CrNiW、38 CrMoAlA ( 氮化王牌钢 ) 等。 渗碳与渗氮的工艺特点名称处 理 温 度 处理时间 ( h ) ( ℃ )处理后是否需要热处理渗碳 渗氮900～950 500～6003～9 20～50需要 不需要3.钢的碳氮共渗---氰化处理 1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程。 2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。 3)方法: 固体碳氮共渗、气体碳氮共渗（高温、中温、低温） 、液体碳氮共渗 4)工艺: 名称 温度 时间 作用 低温碳氮共渗 500~600 1~6 以渗氮为主 中温碳氮共渗 800~860 1~8 以渗碳为主29 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

金属材料热处理教案渗层 热处理 性能 材料 0.1~0.4mm 不需要 HRC54~63 合金工具钢 0.5~0.8mm 淬火+低温回火 HRC53~60 合金结构钢小结:本章讲述了关于钢在加热时的组织转变、钢在冷却时的组织转变、钢的普通热处 理工艺、钢的表面热处理工艺、机械制造过程中的热处理等几个问题作业：课后习题情况反馈：30 广东省轻工业高级技工学校 广东省轻工业技师学院

第七章 合金钢

教学内容：

1．钢的基础知识 2．结构钢 3．工具钢 4．特殊性能钢

第一节 钢的基础知识

一.合金元素对钢的组织和性能的影响  杂质及合金元素与铁和碳的作用。  合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。  合金元素对钢的热处理的影响。 一）杂质和气体的影响 1.有益元素

 Si — 有很强的固溶强化作用,能脱氧。  Mn — 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。 2.有害元素:

 P — 有很强的固溶强化作用,低温 韧性差 ( 冷脆 )。  S — 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 )。 3.气体元素:

 N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。

 O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。

 H：原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会

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产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。

二)合金元素与铁和碳的作用

1.溶于基体中形成合金 F 或合金 A 。 2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。 3.单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。 1.溶于基体中形成合金F或合金A

1.溶于基体中形成合金F或合金A

2.与碳作用形成合金碳化物

Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr  弱碳化物元素: Fe、Mn。

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钢中白点

 中强碳化物元素: Cr、Mo、W。  强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。

碳化物形成元素在周期表中都是位于铁元素的左边的过渡族金属元素,它们都有一个未填满的d电子亚层,当形成碳化物时,碳原子首先将其价电子填入金属原子未填满的d电子亚层,使形成的碳化物具有金属键结合的性质,金属原子的d电子亚层愈不满(周期表中,在铁左边离铁愈远),则其与碳的亲和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈稳定,而且不易分解。 3.单独形成特殊碳化物

 熔点、硬度、耐磨性最高。  稳定性最高。 TiC、NbC、VC。

三)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响

扩大奥氏体区、缩小奥氏体区、改变共晶点和共析点的参数 1.扩大奥氏体区的合金元素Mn、Ni、Co等元素。 作用:使A3线温度下降, A4线温度上升。 Mn 元素对奥氏体区的影响

2.缩小奥氏体区的合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。 作用:使A3线温度上升, A4线温度下降。 Cr 元素对奥氏体区的影响

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3.改变共晶点和共析点参数的元素  几乎所有的合金元素。

 作用: 使S点和E点的成分向左移。使A1线的温度变化。 合金元素对 S 点成分的影响 合金元素对A1线的影响

四)合金元素对钢的热处理的影响

加热时对奥氏体形成的影响；对过冷奥氏体转变的影响；对回火转变的影响 1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响

 除Mn 元素外,所有合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。  强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。  非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。 2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响

 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使钢的 TTT 曲线向右移。  除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。  提高钢的淬透性, 常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。 3.合金元素对回火转变的影响  回火抗力的增加  二次硬化的产生  产生回火脆性

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W、Mo、V 等碳化物在550℃时,使钢达到最高硬度, 产生二次硬化。

Cr-Ni 钢的回火脆性示意图

二.合金元素在钢中的作用

1.主加元素: 对提高钢的性能起主要作用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。

2.辅加元素: 配合主加元素进一步提高钢的性能,弥补主加元素的不足与缺陷。W、Mo、

V、Ti、Nb。

三、碳素钢的编号及用途 1.碳素结构钢: 牌号（略） 2.优质碳素结构钢 * 45 --- Wc = 45%00

较高锰质量分数的优质碳素结构钢

* 45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%～1.0% 3.碳素工具钢 4.铸造碳钢

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第二节 合金结构钢

普通低合金钢、合金渗碳钢 、合金调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、易切削钢 一.普通低合金钢

1.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素

主加合金元素: Mn 1.8 %以内；辅加合金元素:V、Ti、Nb、B 2．牌号（略）

3．应用：Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。

Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。

Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器

南京长江大桥

二.碳素渗碳钢及合金渗碳钢 1.对渗碳钢的性能要求: 表硬里韧 2.对渗碳钢的含碳量的要求: 低碳

3.渗碳钢的热处理特点: 渗碳 淬火 + 低温回火(180～200℃)

 低淬透性合金渗碳钢

钢含合金元素总量＜3 %15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油机的

活塞销、凸轮轴等。  中淬透性合金渗碳钢

钢含合金元素总量在4 %左右。20 CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。用于中等载荷的

耐磨件，如变速箱齿轮。  高淬透性合金渗碳钢

钢含合金元素总量在4 %～ 6 %。18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐

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磨件，如柴油机曲轴。

20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线

三.碳素调质钢及合金调质钢 1.对调质钢的性能要求: 既强又韧 2.对调质钢的含碳量的要求: 中碳

3.调质钢的热处理特点: 淬火 + 高温回火( 500～650℃ ) 4.合金调质钢的牌号（略）

40Cr、40Mn、40MnB、35CrMo、38 Cr Mo Al A、25Cr2Ni4WA 5．典型合金调质钢种介绍

 低淬透性调质钢

钢含合金元素总量＜3 %。40Cr、40MnB等。

 中淬透性调质钢

钢含合金元素总量在4 %左右。38 CrSi、35 CrMo 等。 常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。

 高淬透性调质钢

钢含合金元素总量在4 %～ 10 %。制造大截面重载荷零件，如 曲轴等用高淬透性的零件等 。38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、 25 Cr2 Ni4 W A等。

40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线

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四.碳素弹簧钢及合金弹簧钢

1.对弹簧钢的性能要求: 高的ζe、高的ζs/ ζb、高的ζ-1、良好的韧。 2.对弹簧钢含碳量的要求: 中、高碳。

3.热成型弹簧钢的热处理特点: 淬火 + 中温回火( 450～550℃ ) 4.合金弹簧钢的牌号（略）

65、65 Mn、55 Si 2 Mn、60 Si 2 Mn、50 Cr V A、50 Cr Mn A、55 Si Mn Mo V Nb 5.冷成形弹簧生产工艺特点

用于生产尺寸小于Φ8～15mm的小型弹簧,常用弹簧钢丝(片)冷绕成形,其制造方法有：

 T组织冷成型+200～300℃去应力退火。60、75、85、65 Mn。  T回组织冷成型+去应力退火。

 退火组织冷成型+淬火+中温回火。55Si2Mn、60Si2MnA、 50CrVA。

五.滚动轴承钢 1.性能要求:

 高的硬度强度和耐磨性;  高的接触疲劳强度;  足够的韧性和耐蚀性;  高的纯净度;

汽车板簧

大型热卷弹

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滚珠轴承

滚针轴承

滚柱轴承

2.化学成分特点:

 高碳, Wc = 0.9～1.1%。

 主加Cr, 0.4～1.65 %；辅加Si、Mn。  优质钢材。

3.热处理特点: 球化退火+ 淬火+ 低温回火 4.滚动轴承钢的牌号（略） 5.铬轴承钢制造轴承的工艺路线

锻造 机加工 淬火 + 冷处理 ( – 60 ～ – 80℃;1h ) ( 120 ～ 130℃；5 ～ 10h ) 六.易切削钢

1.用途: 适用于高速切削和在自动加工机床上加工的材料。

2.性能要求: 降低切削力和切削热,减少刀具磨损,延长刀具寿命,改屑性能,提高切削速度。

3.化学成分特点: S:Ws = 0.08～0.3% ；Pb:WPb=0.15～0.25% Ca:微量 4.易切削钢的牌号（略） 5.易切削钢的热处理工艺特点

 低碳易切削钢 ( Y12、Y15、Y20 ) 渗碳或淬火成低碳马氏体。  中碳易切削钢 ( Y40 ) 调质及表面淬火。

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第三节 合金工具钢

合金刃具钢 、合金模具钢 、合金量具钢 合金刃具钢 ( alloy cutting steel ) 合金模具钢 ( alloy die steel ) 合金量具钢( alloy measuring steel )

刃 具

量 具

一.碳素刃具钢

1.性能要求: 高硬度、高耐磨性,有一定的强度和韧性。 2.化学成分特点: 高碳。 3.热处理特点: 淬火 + 低温回火 4.组织: M回 + Fe3C + A残

5.用途:用于低速、低温(＜200℃）、低冲击、硬度在HRC62左右的刃具。

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手 锤

锉 刀

二.合金刃具钢

种类 : 低合金刃具钢 ; 高速钢。 牌号 :（略） 1.低合金刃具钢

1）性能要求: 高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性, 工作温度不超过300℃。 2）化学成分特点：*高碳*加入Cr、Mn、Si、W、V 等合金元素。 3）热处理特点：球化退火 淬火 + 低温回火 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线

2.高速钢 ( high – speed steel ) 高速钢 --- 锋钢、风钢 ; 18 – 4 – 1 钢

(1) 性能要求: 高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上) 、有一定的强度和韧性。  

车刀

铣刀

钻头

(2) 化学成分特点: 高碳 0.7～1.5%:保证高硬度

钨 18%:退火状态下形成M6C碳化物, 在560℃左右回火时, 弥 散析出W2C, 造成二次硬化, 提高钢的红硬性

 钼 5%: 1%Mo的作用等同于2%W。

41

 

铬 4%:形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。

钒1.5%:形成VC, 硬度极高, 提高钢的硬度和耐磨性, 产生二次 硬化。

(3) W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点

铸造锻造球化退火机加工 +三次570℃回火磨削加工

 铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。

 球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工, 为淬火作好组织准备。 球化退火后的组织 : S + 粒状 Cm

 淬火 : 1280℃; 淬火后的组织:M+Cm+A残(20～25%) 三次570℃回火

淬火后A残约20～25 %。第一次回火后A残约剩15～18 %。 第二次回火后A残约剩3～5 %。第三次回火后A残约剩1～2 %。 回火后的组织:

M回 + Cm + A残 ( 1～ 2 % ) 组织硬度为65HRC以上。 三.合金模具钢( alloy die steel )

热作模钢:工作温度为600℃以上。冷作模钢:工作温度为200～300℃。 一) 热作模钢 ( hot die steel )

1.性能要求: 高的热硬性、高温耐磨性; 高的抗氧化能力; 高的热强性和足够高的韧性; 高的热疲劳抗力( 防止龟裂 ); 高的淬透性和导热性;

2.化学成分特点: 中碳 0.3～0.6 %;合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。 3.热处理特点: *热锻模钢: 5 CrMnMo

热处理工艺: 淬火 + 550℃回火

热处理后的组织: S回或T回 热处理特点: *热压模钢: 3 Cr2W8V

热处理工艺: 淬火 + 600℃三次回火 热处理后的组织: M回 + Cm粒状

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二) 冷作模钢 ( cold die steel )

1.性能要求: 高的硬度,HRC62; 高的耐磨性; 足够高的韧性与疲劳抗力; 热处理变形小; 2.化学成分特点: 高碳 1～2 %;合金元素:Cr, Mo、W、V。 3.热处理特点: *一次硬化法:

淬火 + 低温回火 ( 950～1000℃ ) ( 150～180℃ ) *二次硬化法:

淬火 + 三次回火 ( 1100～1000℃ ) ( 510～520℃ ) 热处理后的组织: M回 + Cm + A残 牌号: Cr12、Cr12MoV 四.合金量具钢

1.性能要求: 高的硬度, HRC62; 高的耐磨性; 高的尺寸稳定性; 足够高的心部韧性; 热处

理变形小; 尺寸稳定; 良好的耐蚀性;

2.化学成分特点: 高碳 0.9～1.5 %;合金元素:Cr, Mn、W。 3.热处理特点: 淬火冷处理 ( - 70～ - 80℃ 低温回火 时效处理 ( 120～130℃,几十小时 )

4.热处理后的组织: M回 + Cm

5.牌号: CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr、T12A、60等。

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第四节 特殊性能钢

 不锈钢 ( stainless steel )  耐热钢 ( heat – resistant steel )  耐磨钢 ( wear – resistant steel ) 一.不锈钢 ( stainless steel )

1.定义：在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。

2.内涵：在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内的钢, 称为在空气中使用的不锈钢。在强酸、

强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内的钢,称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。

金属腐蚀的种类:

1)化学腐蚀: 金属与介质 ( 干燥气体和非电解质溶液 ) 发生化学反应而产生的腐蚀。例如:

高温氧化、脱碳等。

2)电化学腐蚀:金属与介质 ( 电解质溶液,即酸、碱、盐溶液 ) 发生电化学反应而产生的腐

蚀。

3．金属的防腐措施：1)覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。

2)形成氧化层: 加入合金元素Cr、Al、Si 等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。 3)提高金属的电极电位: 加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高金属基体的电极电位。 4)使钢在室温下呈单相组织:

 加入合金元素 Mn、Ni、Co等能扩大γ区,可在室温获得奥氏体钢。加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等能扩大α区,可在室温获得铁素体钢。 5)减少与消除钢中的各种不均匀现象: 偏析、应力、组织等。

6)牺牲阳极保护阴极镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的金属块。

4.化学成分特点:

* 低碳:耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。

* 合金元素:主加Cr。辅加Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn 等。

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5.常用的不锈钢: *马氏体型不锈钢 *铁素体型不锈钢 *奥氏体型不锈钢 1)马氏体型不锈钢 --- Cr13型钢

 化学成分特点: Wc = 0.1 ～ 0.4 % WCr = 13 %  热处理特点:正火后的组体是马氏体。  牌号: 1Cr13～4Cr13  用途: 医疗器械 2)铁素体型不锈钢

 化学成分特点: Wc = 0.1 %左右WCr = 17 %  热处理特点: 不能进行热处理强化。  牌号: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。  用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。 2)铁素体型不锈钢

 化学成分特点: Wc = 0.1 %左右WCr = 17 %  热处理特点: 不能进行热处理强化。  牌号: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。

 用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度低的容器、管道等。 3)奥氏体型不锈钢---18 – 8型钢

 化学成分特点: Wc = 0.08 ～ 0.14 %WCr = 17～19 % WNi = 8～11 % Cu、Ti、Mo等。

 加工特点:不能进行热处理强化,只能冷塑性变形强化。  热处理特点:固溶处理;稳定化处理; 消除应力退火。  牌号: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti  用途: 化工容器、管道等。

二.耐热钢

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1.定义:在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。

2.性能要求：抗氧化性 ( 热稳定性 )、高温强度( 热强性 ) 蠕变强度、持久强度 3.提高钢的耐热性的途径: 加入合金元素Cr、Si、Al等,在钢的表面形成稳定、致密的氧化

膜。

4.提高钢的耐热性的途径:

1)固溶强化:加入W、Mo、 Nb、Ti、 V等元素强化基体;提高再结晶温度。 2)弥散强化:加入Nb、V、Ti等元素形成碳化物,在晶内弥散析出,阻碍位错的滑移,提高塑

变抗力。 5.钢种及用途

抗氧化钢 ( 不起皮钢 ) : 奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti等, 工作温度 850℃。

热强钢：珠光体型 16Mo，工作温度 600℃；马氏体型1Cr13，工作温度 600℃；奥氏

体型18-8型，工作温度 850℃。

三.耐磨钢

1.定义:在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。 2.性能要求:高硬度、耐磨性、韧性。

3.化学成分特点: 高碳 Wc = 1～1.3 %高锰 WMn = 11～14 % 4.热处理特点: 水韧处理。 5.室温组织:过饱和单相奥氏体。 水韧处理的工艺特征

铸态组织高锰钢 加热到1050～1100℃ 水淬 受到剧烈冲击或较大压力（表层M

HB500；心部A HB220）

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了有关合金钢的性能分类及不同的合金钢的牌号和各自的用途。

作业：课后习题 情况反馈：

第八章 铸铁

教学内容：

 1.铸铁的石墨化；  2.工业常用铸铁；

灰口铸铁 球墨铸铁

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本章是讲述

小结：

可锻铸铁

教学目的：

 掌握常用铸铁的性能特点；  掌握铸铁的牌号；  了解铸铁的应用；

8.1 铸铁的分类及石墨化

铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金总称。

 7.1.1 铸铁的分类  1．白口铸铁  2．麻口铸铁  3．灰口铸铁

（1）灰铸铁 碳主要以片状石墨形式出现的铸铁； （2）可锻铸铁 碳主要以团絮状石墨形式出现的铸铁； （3）球墨铸铁 碳主要以球状石墨形式出现的铸铁； （4）蠕墨铸铁 碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁。

8.1.2铸铁的石墨化

铸铁中石墨的形成过程称为铸铁的石墨化。影响铸铁石墨化的因素较多，其中化学成分和冷却速度是影响石墨化的主要因素。 1．化学成分的影响

碳和硅都是强烈促进石墨化的元素碳和硅都是强烈促进石墨化的元素；磷也是促进石墨化的元素，但其作用较弱；硫是强烈阻碍石墨化的元素 2．冷却速度的影响

冷却速度快，铸铁容易产生白口铸铁组织；

冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充分进行，铸铁容易获得灰口铸铁组织。

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8.2.1 灰口铸铁

1．灰铸铁的化学成分、组织和性能 （1）化学成分

灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5%～ 4．0%，wSi=1.0%～ 2．5%，wMn=O．5%～ 1.4%，wS≤O.15%，wP≤0.3%。 (2)组织

由于石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：铁素体(F)+片状石墨(G)；铁素体(F)—珠光体(P)+片状石墨(G)；珠光体(P)+片状石墨(G)。 （3）性能

 力学性能

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石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能 优良的性能： ①良好的铸造性能 ②良好的减震性 ③较低的缺口敏感性 ④良好的切削加工性 ⑤良好的减摩性 ⑥良好的抗压性能

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