热处理工第一章课件.ppt

第一章第一节金属学相关知识一、二元相图及杠杆定律二、铁-渗碳体相图的运用三、金属的实际晶体结构一、二元相图及杠杆定律1.二元匀晶相图()相图分析图1-1为Cu-Ni匀晶相图图1-1Cu-Ni合金的匀晶相图及结晶过程分析一、二元相图及杠杆定律(2)合金结晶过程分析现以成分为x的合金(即wNi为x%)为例阐述其结晶过程及产物，如图1-1所示2.二元共晶相图(1)简单共晶相图即液态时两组元能完全互溶，而固态下完全不能互溶的共晶相图一、二元相图及杠杆定律图1-2共晶相图a)简单共晶相图b)按组织组成物填写的简单共晶相图一、二元相图及杠杆定律图1-3一般共晶相图一、二元相图及杠杆定律(2)一般共晶相图两组元在液态下能完全互溶，在固态下仅能有限互溶形成有限固溶体的共晶相图称为一般共晶相图图1-4一般共晶相图的分析一、二元相图及杠杆定律图1-5具有匀晶转变的共析相图一、二元相图及杠杆定律3.二元共析相图1)固态下原子扩散比液态困难得多，所以在实际冷却条件下，共析转变很容易过冷，有较大的过冷度2)共析转变过冷度大，所以共析产物比共晶产物细密得多3)共析转变前后相的晶体构造、晶格的致密度不同，所以转变时伴随着体积的变化，从而引起内应力，有时内应力还比较大。

4.二元包晶相图一、二元相图及杠杆定律图1-6包晶相图一、二元相图及杠杆定律5.杠杆定律的应用图1-7杠杆定律的证明一、二元相图及杠杆定律一、二元相图及杠杆定律一、二元相图及杠杆定律图1-8杠杆定律的力学比喻一、二元相图及杠杆定律6.二元合金相图的分析和应用(1)二元合金相图的分类及其特征见表1-12)二元合金相图遵循的规律1)在所有二元合金相图中，相邻的相区之间相数差必定为1(点接触情况除外)2)两个单相区之间必定有一个由这两个相所组成的两相区隔开WB1.eps一、二元相图及杠杆定律图1-9两个单相区之间的两相区一、二元相图及杠杆定律图1-10三相水平线及两个水平线之间的两相区一、二元相图及杠杆定律(3)二元合金相图的应用1)根据相图分析合金热处理的可能性2)根据相图判断合金的力学性能图1-11合金力学性能与相图的关系一、二元相图及杠杆定律Z1.eps二、铁-渗碳体相图的运用1.铁-渗碳体相图的知识图1-12简化后的Fe-FC相图二、铁-渗碳体相图的运用(1)Fe-Fe3C相图中的特性点C点为共晶点2)Fe-Fe3C相图中的特性线二元相图中的线条都是一些具有共同特征的点的连线3)Fe-Fe3C相图中的相区简化后的Fe-Fe3C相图共有12个相区：5个单相区，5个双相区，2个三相区。

2.铁碳合金的分类二、铁-渗碳体相图的运用表1-2Fe-FC相图中的相区()工业纯铁wC0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁)钢0.0218%wC2.11%的铁碳合金称为钢1)亚共析钢：0.0218%wC0.77%2)共析钢：wC=0.77%二、铁-渗碳体相图的运用3)过共析钢：0.77%wC2.11%3)白口铸铁2.11%wC6.69%的铁碳合金称为白口铸铁1)亚共晶白口铸铁：2.11%wC4.3%2)共晶白口铸铁：wC=4.3%3)过共晶白口铸铁：4.3%wC6.69%3.典型铁碳合金的结晶过程(1)共析钢图1-14中合金即wC为0.77%的共析钢二、铁-渗碳体相图的运用图1-13典型铁碳合金在Fe-FC相图中的位置：工业纯铁：共析钢：亚共析钢：过共析钢：共晶白口铸铁：亚共晶白口铸铁：过共晶白口铸铁二、铁-渗碳体相图的运用图1-14共析钢冷却结晶过程示意图二、铁-渗碳体相图的运用图1-15亚共析钢结晶冷却过程示意图二、铁-渗碳体相图的运用(2)亚共析钢图1-15中合金即wC为0.4%的亚共析钢3)过共析钢图1-16中合金即wC为1.2%的亚共析钢图1-16过共析钢结晶冷却过程示意图二、铁-渗碳体相图的运用4.Fe-Fe3C相图的应用(1)根据Fe-Fe3C相图判断铁碳合金的力学性能合金的性能取决于组织，而合金的组织又是和成分密切相关的。

图1-17铁碳合金室温平衡组织与的关系二、铁-渗碳体相图的运用图1-18碳钢的力学性能与的关系二、铁-渗碳体相图的运用(2)作为选用钢铁材料的依据根据Fe-Fe3C相图所表示的成分组织和性能的规律，如需要强度较高，塑性、韧性好，焊接性好的各种金属构件用的钢材，可选用含碳量较低的钢；如需要强度、塑性和韧性都比较好的各种机器零件用钢，可选用含碳量适中的钢；如需要强度较高、硬度高和耐磨性好的工具用钢，则可选用含碳量较高的钢3)制定铸锻和热处理等热加工工艺的依据见图1-19二、铁-渗碳体相图的运用图1-19Fe-FC相图与铸、锻等工艺的关系二、铁-渗碳体相图的运用图1-20Fe-FC相图与热处理温度的关系三、金属的实际晶体结构1.单晶体和多晶体图1-21单晶体和多晶体结构示意图a)单晶体b)多晶体三、金属的实际晶体结构2.实际金属的晶体缺陷(1)点缺陷点缺陷是指长、宽、高尺寸都很小的一种缺陷，包括空位、间隙原子、置换原子和杂质等1)空位：在实际晶体中，位于点阵结点上的原子并非是静止不动的，而是以其平衡位置为中心作热振动图1-22空位和间隙原子示意图三、金属的实际晶体结构2)间隙原子：在形成空位的过程中，离开平衡位置的原子，既可能跳到晶体表面上的正常位置(或其他空位上)，也可能跳到晶体中原子之间的间隙位置，在后一种情况下，在产生一个空位的同时，也形成一个间隙原子。

2)线缺陷所谓线缺陷，就是在晶体的某一平面上，沿着某一方向伸展的线状分布的缺陷图1-23刃型位错示意图a)立体图b)平面图三、金属的实际晶体结构1)刃型位错：刃型位错见图1-23a，在一个完整晶体的某一晶面(ABCD)的上方，多出了半个原子面(EFGH)，它中断于ABCD面上的EF处，由于这原子面像刀刃一样切入晶体，故称为刃型位错2)螺型位错：螺型位错见图1-24图1-24螺型位错示意图a)立体图b)平面图三、金属的实际晶体结构(3)面缺陷面缺陷是指在两个方向上尺寸很大，第三个方向上尺寸很小而呈面状分布的缺陷1)晶界的结构与特征：实际金属是由许多位向不同的晶粒组成的多晶体，因此在实际金属内有很多晶界图1-25小角度晶界示意图三、金属的实际晶体结构 原子排列不规则，因此对金属的塑性变形起着阻碍作用，晶界越多，其作用越明显显然，晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的强度和硬度也就越高所以在常温下(高温条件下却不同)使用的金属材料，一般总是力求获得细小的晶粒晶界处原子具有较高的能量，且杂质较多(往往是一些低熔点的杂质)，因此其熔点较低，有时还未加热到金属的熔点，晶界处已先行熔化了晶界处原子能量较高而容易满足固态相变所需要的能量起伏，因此新相往往在旧相晶界处形核。

晶粒越细小，晶界越多，新相的形核率就越高三、金属的实际晶体结构 晶界处有较多的空位，因此原子沿晶界的扩散速度也快晶界处电阻较高，且易被腐蚀图1-26亚结构示意图三、金属的实际晶体结构2)亚结构及亚晶界：在金属多晶体中，每一个晶粒内部的原子排列只是大体上整齐有序，并不是绝对完整的第二节常用钢的牌号、性能及用途一、碳素钢二、合金钢一、碳素钢1.碳钢中常存元素对其性能的影响(1)硅硅是在炼钢后期，以硅铁盐浴校正剂进行脱氧反应后残留在钢中的元素2)锰锰是炼钢过程中用锰铁脱氧而残留在钢中的3)硫硫是在炼钢过程中由矿石和燃料带来的有害元素4)磷磷是由生铁带入钢中的有害元素一、碳素钢(5)氧、氮、氢氧及氧化物夹杂物(如Fe3O4、FeO、MnO、SiO2、Al2O3等)对钢的力学性能不利，使钢的强度塑性及疲劳强度降低；氮的存在虽能提高钢的硬度强度，但塑性和韧性则急剧下降，若炼钢时用铝钛脱氮，便可消除氮的这种影响；氢能引起钢的氢脆和白点等缺陷2.碳素钢的分类(1)按钢的含碳量分类按钢中的含碳量，碳钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种2)按钢的质量分类钢的质量好坏一般是以钢中的有害杂质硫、磷含量的多少来确定的。

一、碳素钢(3)按钢的用途分类3.碳素钢的牌号及用途(1)碳素结构钢碳素结构钢价格便宜，产量较大，广泛用于型材金属构件及要求不高的一般机械零件，通常在供应状态下直接使用2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢主要用来制造各种重要的机器零件WB2.eps一、碳素钢表1-4优质碳素结构钢的代号、牌号和化学成分2.表中所列牌号为优质钢，一、碳素钢钢中w(P)、w(S)均不得大于0.035%；如果是高级优质钢，则w(P)、w(S)均不得大于0.030%；如果是特级优质钢，则w(P)、w(S)均不得大于0.025%3.表中数据摘自国家标准GB/T 6991999表1-5优质碳素结构钢的牌号、热处理工艺、力学性能一、碳素钢表1-5优质碳素结构钢的牌号、热处理工艺、力学性能2.表中所列正火推荐保温时间不少于30min，空冷；淬火推荐保温时间不少于30min，75、80和85钢为油冷，其余钢为水冷；回火推荐保温时间不少于1h一、碳素钢3.表中数据摘自国家标准GB/T 69919993)碳素工具钢碳素工具钢是用于制造刀具模具和量具的钢一、碳素钢表1-6碳素工具钢的牌号、化学成分、热处理工艺、力学性能和用途一、碳素钢(4)铸造碳钢冶炼后直接铸造成形的钢材称铸钢。

二、合金钢Z2.eps1.合金钢的分类及编号(1)合金钢的分类合金钢的分类方法很多，最常用的是下面三种分类方法1)按用途分类 合金结构钢用于制造各种机械零件和工程结构件的钢合金工具钢用于制造各种加工工具的钢二、合金钢 特殊性能钢具有特殊物理、化学性能的钢如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等2)按合金元素总含量分类 低合金钢合金元素总含量wMe5%，Me指合金元素中合金钢合金元素总含量5%wMe10%高合金钢合金元素总含量wMe10%3)按质量分类和碳钢一样，合金钢也可根据钢中杂质(主要是硫、磷)的含量，分为普通钢、优质钢合高级优质钢二、合金钢(2)合金钢的牌号我国合金钢牌号采用碳的质量分数、合金元素的种类及含量、质量级别来编号1)合金结构钢：其牌号采用两位数字+元素符号+数字来表示2)合金工具钢合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳质量分数的表示方法不同，它用一位数字表示钢中含碳量的千分之几；而当钢中碳质量分数大于或等于1.00%时，则不标碳质量分数3)特殊性能钢：这种钢的牌号与合金工具钢的牌号表示方法相同，如不锈钢3Cr13表示wC为0.30%，wCr小于13.5%二、合金钢2.合金结构钢(1)低合金结构钢在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素(通常合金元素质量分数的总量小于3%)的工程用钢称为低合金结构钢。

1)低合金高强度钢：这类钢中wC较低(通常在0.10%0.25%范围内)，加入的主要合金元素有Mn、Si、V、Nb和Ti等二、合金钢表1-7低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及应用二、合金钢表1-7低合金高强度结构钢的牌号、力学性能及应用2)低合金耐候钢：即耐大气腐蚀钢，是在低碳钢的基础上加入少量Cu、P、Cr、Ni、Mo、Ti、V等合金元素，在其金属表面形成保护层，以提高钢材的耐腐蚀性二、合金钢表1-8焊接结构用耐候钢的牌号和力学性能二、合金钢表1-9高耐候性结构钢的牌号和力学性能3)低合金专业用钢：是在低合金高强度钢的基础上发展起来具有专门用途的钢二、合金钢(2)合金渗碳钢是用来制造既有优良的耐磨性、耐疲劳性，又能承受冲击载荷的作用零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机中的凸轮和活塞销等3)合金调质钢二、合金钢表1-10常用合金渗碳钢的牌号、力学性能和用途(4)合金弹簧钢弹簧是各种机器和仪表中的重要零件，是利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击，二、合金钢或依靠弹性贮存能量以起驱动作用5)滚动轴承钢WB3.eps二、合金钢表1-3常用滚动轴承钢的牌号、化学成分、热处理工艺和用途3.合金工具钢二、合金钢(1)合金刃具钢主要是用来制造车刀、铣刀、钻头等各种金属切削。