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课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理书名：机械基础书名：机械基础ISBNISBN：97871114717219787111471721作者：康一作者：康一出版社：机械工业出版社出版社：机械工业出版社本书配有电子课件本书配有电子课件课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理1.金属、合金的晶体结构金属、合金的晶体结构 及铁碳合金的五及铁碳合金的五种基本组织种基本组织2.金属材料的普通热处理及表面热处理金属材料的普通热处理及表面热处理3.激光淬火新技术激光淬火新技术1.三种常见金属晶体结构、三种常见金属晶体结构、合金相结合金相结 构及铁碳合金分类构及铁碳合金分类 2.退火、正火、淬火及回火的应用。退火、正火、淬火及回火的应用。【重点掌握】【重点掌握】【主要内容】【主要内容】课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 不同的金属材料在载荷作用下表现出不同的力学性不同的金属材料在载荷作用下表现出不同的力学性能，如下表所示的能，如下表所示的45钢。钢。不同冷却条件对不同冷却条件对45钢力学性能的影响钢力学性能的影响（加热温度（加热温度840）冷却冷却方法方法抗拉强度抗拉强度Rm/MP a屈服强度屈服强度Rel/MP a断后伸长率断后伸长率A（%）断面收缩率断面收缩率Z（%）硬度硬度HRC炉冷炉冷519272325491518空冷空冷657705333151845501824油冷油冷8826081820484050水冷水冷10787067812145260课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 晶体晶体原子（离子或分子）呈原子（离子或分子）呈规则排列的物质。如冬天的雪花规则排列的物质。如冬天的雪花、天然金刚石、一切固态金属及、天然金刚石、一切固态金属及合金都是晶体合金都是晶体。l1.影响金属材料性能的因素影响金属材料性能的因素 （1）金属材料的晶体结构金属材料的晶体结构 固态物质按其原子的聚集状固态物质按其原子的聚集状态可分为晶体与非晶体两大类态可分为晶体与非晶体两大类雪花雪花三角八面钻石原石三角八面钻石原石 课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 1）常见的三种晶体结构）常见的三种晶体结构 a.体心立方晶格体心立方晶格 属于体心立方晶格的常见金属有铬（属于体心立方晶格的常见金属有铬（Cr）、钨）、钨(W)、钼钼(Mo)、-铁（铁（912以下为以下为-Fe）等）等。塑性较好。塑性较好课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 lB.面心立方晶格面心立方晶格 属于面心立方晶格的常见金属有金（属于面心立方晶格的常见金属有金（Au）、银）、银(Ag)、铜、铜(Cu)、铝、铝（Al）、镍）、镍(Ni)、-铁（铁（9121394之间为之间为-Fe）等。塑性好）等。塑性好课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 c.密排六方晶格密排六方晶格属于密排六方晶格的常见金属有镁属于密排六方晶格的常见金属有镁(Mg)、铍铍(Be)、锌、锌(Zn)、镉、镉(Cd)、-钛钛(-Ti)等。等。塑性较差塑性较差课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 （2）合金的晶体结构）合金的晶体结构 合金合金由两种或两种以上的金属元素（或金属与非由两种或两种以上的金属元素（或金属与非 金属元素）通过熔炼组成的具有金属特性的金属元素）通过熔炼组成的具有金属特性的 材料。如钢铁材料都是由铁与碳组成的合金材料。如钢铁材料都是由铁与碳组成的合金 相相合金中具有成分、结构、性能均相同的均匀合金中具有成分、结构、性能均相同的均匀 组成部分组成部分 课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 l合金的相结构可分为合金的相结构可分为固溶体固溶体、金属化合物。、金属化合物。1）固溶体）固溶体 定义：定义：合金在固态下，由于组元间合金在固态下，由于组元间相互溶解而形成的均匀相相互溶解而形成的均匀相 固溶强化：固溶强化：形成固溶体时，合金强形成固溶体时，合金强度、硬度提高的现象度、硬度提高的现象课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 固溶体固溶体 固溶强化固溶强化课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理（3）铁碳合金）铁碳合金 是铁和碳组成的合金是铁和碳组成的合金 定义：定义：是金属与金属、或金属与是金属与金属、或金属与非金属之间形成的具有金属非金属之间形成的具有金属特性的物质特性的物质 特点：特点：晶格复杂，熔点较高，硬晶格复杂，熔点较高，硬度高，脆性大度高，脆性大 2）金属化合物）金属化合物课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理1）铁碳合金的基本组织（五种基本组织）铁碳合金的基本组织（五种基本组织）a.奥氏体（奥氏体（A）碳溶于碳溶于r-Fe中所形成的间隙固溶体，奥氏体中所形成的间隙固溶体，奥氏体 的强度、硬度比铁素体要高。的强度、硬度比铁素体要高。b.铁素体铁素体（F）碳溶于碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，强度、中所形成的间隙固溶体，强度、硬度较低，而塑性、韧性较好硬度较低，而塑性、韧性较好,易于塑性成形加工易于塑性成形加工 c.渗碳体（渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁和碳组成的具有复杂晶格结构渗碳体是铁和碳组成的具有复杂晶格结构 的间隙化合物的间隙化合物。硬度很高。硬度很高(约约800HBW)，脆性，脆性极极 大，塑性和韧性几乎为零大，塑性和韧性几乎为零。d.珠光体（珠光体（P）是铁素体与渗碳体组成的机械混合物是铁素体与渗碳体组成的机械混合物,具有具有 足够的强度、硬度和塑性，综合性能良好。足够的强度、硬度和塑性，综合性能良好。e.莱氏体莱氏体 是碳的质量分数为是碳的质量分数为4.3的铁碳合金。硬度高的铁碳合金。硬度高 （约（约700HBW），塑性、韧性极差，脆性大。），塑性、韧性极差，脆性大。课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 铁素体铁素体珠光体珠光体课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理奥氏体奥氏体 莱氏体莱氏体课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理2）FeFe3C相图相图课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理合金合金种类种类工业工业纯铁纯铁钢钢白口铸铁白口铸铁亚共亚共析钢析钢共析共析钢钢过共过共析钢析钢亚共晶亚共晶白口铁白口铁共晶共晶白口铁白口铁过共晶过共晶白口铁白口铁wc/%c/%0.02180.02182.112.116.690.774.30平衡平衡组织组织FF+PPP+Fe e3 3C CP+FeFe3 3C C+Ld+LdLdLdLd+Ld+FeFe3 3C C铁碳相图的分类和室温平衡组织铁碳相图的分类和室温平衡组织课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 铁碳合金室温下的组织、性能变化规律铁碳合金室温下的组织、性能变化规律课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理l2.钢的热处理钢的热处理:l是对固态金属或合金采用适是对固态金属或合金采用适当方式进行加热、保温和冷却，当方式进行加热、保温和冷却，以达到所需的组织与性能的工以达到所需的组织与性能的工 艺，艺，如右图所示。如右图所示。热处理工艺曲线热处理工艺曲线分类：分类：普通热处理：包括退火、正火普通热处理：包括退火、正火 、淬火和回火、淬火和回火 表面热处理：包括表面淬火等表面热处理：包括表面淬火等 化学热处理：包括渗碳、渗氮化学热处理：包括渗碳、渗氮课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理（1）金属材料普通热处理金属材料普通热处理 1）退火）退火将金属材料加热到一定温度，保温后缓慢冷却（在将金属材料加热到一定温度，保温后缓慢冷却（在 炉中或埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺炉中或埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺。退火目的退火目的：细化晶粒、均匀组织、降低硬度、消除内应力、细化晶粒、均匀组织、降低硬度、消除内应力、改善切削加工性能。改善切削加工性能。常用退火方法常用退火方法:完全退火、球化退火、去应力退火等。完全退火、球化退火、去应力退火等。a.完全退火完全退火 加热温度：加热温度：AC3（临界点）（临界点）+（30 50）应用：用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊接件等。应用：用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊接件等。课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 b.球化退火球化退火 加热温度：加热温度：AC1（临界点）（临界点）+（20 40）应用：共析、过共析钢的锻、应用：共析、过共析钢的锻、轧件及结构钢的冷挤压件轧件及结构钢的冷挤压件 c.去应力退火去应力退火 加热温度：加热温度：500650 应用：消除铸件、锻件、焊接件、精应用：消除铸件、锻件、焊接件、精 加工件等残存的内应力，以稳加工件等残存的内应力，以稳 定尺寸，减少变形，防止开裂。定尺寸，减少变形，防止开裂。真空退火炉真空退火炉动画演示动画演示课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理台车炉台车炉箱式炉箱式炉退火热处理炉退火热处理炉课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 2）正火）正火是将钢件加热到临界点以上，保温适当时间后在静止的空气是将钢件加热到临界点以上，保温适当时间后在静止的空气 中冷却的热处理工艺。中冷却的热处理工艺。目的目的:细化晶粒、调整硬度，并为后续工序作好组织准备。细化晶粒、调整硬度，并为后续工序作好组织准备。从经济性能上考虑从工艺性能上考虑从工艺性能上考虑从使用性能上考虑从使用性能上考虑正火正火 与与退火退火 的的选用选用动画演示动画演示课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理 加热温度范围加热温度范围 热处理工艺曲线热处理工艺曲线课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理3）钢的淬火）钢的淬火是将钢件加热到临界点以上是将钢件加热到临界点以上3070，保温后以大于临，保温后以大于临界冷却速度冷却的热处理工艺。界冷却速度冷却的热处理工艺。目的：目的：得到高硬度、高耐磨组织以及得到高硬度、高耐磨组织以及强度、韧性的良好配合，以适强度、韧性的良好配合，以适应不同工作条件的需要应不同工作条件的需要常用的淬火介质：常用的淬火介质：水、盐水或碱水、水、盐水或碱水、矿物油以及盐浴或碱浴等矿物油以及盐浴或碱浴等动画演示动画演示课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理钢的理想淬火冷却曲线钢的理想淬火冷却曲线 碳钢的淬火加热温度范围碳钢的淬火加热温度范围课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理快速淬火炉快速淬火炉工件浸入淬火剂的方法工件浸入淬火剂的方法 动画演示动画演示课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理4）回火）回火 将淬火零件重新加热到临界点以下某一温度，将淬火零件重新加热到临界点以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的工艺。淬火后必须及时保温一定时间后冷却到室温的工艺。淬火后必须及时进行回火。进行回火。目的：目的：主要是为了消除或减少淬火内应力，降低脆性，防主要是为了消除或减少淬火内应力，降低脆性，防止工件变形与开裂；稳定组织，从而稳定工件的形状止工件变形与开裂；稳定组织，从而稳定工件的形状与尺寸；调整工件的力学性能，以满足最终性能（硬与尺寸；调整工件的力学性能，以满足最终性能（硬度、强度、塑性和韧性等）要求。度、强度、塑性和韧性等）要求。课题课题2 钢的基本组织和热处理钢的基本组织和热处理回火分为以下三种：回火分为以下三种：a.低温回火低温回火 (150250)：所得组织为回火马氏体。高硬度所得组织为回火马氏体。高硬度（5864HRC）、高耐磨性，同时内应力明低，减少了钢的脆性。）、高耐磨性，同时内应力明低，减少了钢的脆性。应用：应用：用于各种高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷用于各种高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷 作模具以及滚动轴承、渗碳件、碳氮共渗件和表面淬作模具以及滚动轴承、渗碳件、碳氮共渗件和表面淬 火件等淬火后的回火。火件等淬火后的回火。b.中温回火中温回火（350500)：组织为回火托氏体