,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械工程材料,复 习,使用性能,工艺性能,纯金属,合金,工业用钢,有色金属及其合金,铸铁,结晶,塑性变形,热处理,一、,性能,使用性能,1,、力学性能,刚度：,材料抵抗弹性变形的能力。,指标为弹性模量：,E=,/,强度：,材料抵抗变形和破坏的能力。指标：,抗拉强度,b,材料断裂前承受的最大应力。,屈服强度,s,材料产生微量塑性变形时的应力。,条件屈服强度,0.2,残余塑变为,0.2%,时的应力。,疲劳强度,-1,无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。,塑性：,材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为,、。,硬度：,材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为,HB,、,HRC,、,HV,。,冲击韧性：,材料抵抗冲击破坏的能力。指标为,k,。,材料的使用温度应在冷脆转变温度以上。,断裂韧性：,材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为,K,1C,。,2,、化学性能,耐蚀性：,材料在介质中抵抗腐蚀的能力。,抗氧化性：,材料在高温下抵抗氧化作用的能力。,3,、耐磨性：,材料抵抗磨损的能力。,工艺性能,1,、铸造性能：,液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。,2,、锻造性能：,成型性与变形抗力。,3,、切削性能：,对刀具的磨损、断屑能力及导热性。,4,、焊接性能：,产生焊接缺陷的倾向。,5,、热处理性能：,淬透性、回火稳定性、二次硬化、回火脆性。,强碳化物形成元素：,Ti,、,Nb,、,V,如,TiC,、,VC,中碳化物形成元素：,W,、,Mo,、,Cr,如,Cr,23,C,6,弱碳化物形成元素：,Mn,、,Fe,如,Fe,3,C,性能比较：,强度：固溶体,纯金属,硬度：化合物,固溶体,纯金属,塑性：,化合物,固溶体,纯金属,二、,成分,金属化合物形态对性能的影响,基体、晶界网状：,强韧性低,晶内片状：,强硬度提高，塑韧性降低,颗粒状：,弥散强化：第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑韧性略有下降的现象。,合金元素在钢中的作用,1,、强化铁素体；,2,、形成化合物,第二相强化,3,、扩大（,C,Mn,Ni,Co,）或缩小（,Cr,Si,W,Mo,）,A,相区,4,、使,S,、,E,点左移,5,、影响,A,化,6,、溶于,A(,除,Co,外,),使,C,曲线右移,V,k,减小,淬透性提高,.,7,、除,Co,、,Al,外，使,Ms,、,M,f,点下降。,8,、提高回火稳定性（,淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力,）,9,、产生二次硬化（,含高,W,、,Mo,、,Cr,、,V,钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时,A,转变为,M,回,，使硬度不仅不下降，反而升高的现象,）,10,、防止第二类回火脆性：,W,、,Mo,(,回火脆性：淬火钢在某些温度范围内回火时，出现的冲击韧性下降的现象。,),三、,组织,纯金属的组织,1,、结晶：,金属由液态转变为晶体的过程,结晶的条件,过冷：,在理论结晶温度以下发生结晶的现象。,过冷度：,理论结晶温度与实际结晶温度的差。,T=,T,0,T,1,实际液态金属的结晶总是在过冷的条件下进行,过冷度大小与冷却速 度有关，,冷速越大，过冷度越大,。,结晶的基本过程,晶核形成与晶核长大,形核,自发形核与非自发形核,长大,均匀长大与树枝状长大,结晶晶粒度控制方法：,增加过冷度；变质处理；机械振动、搅拌,在一般情况下，晶粒愈小，其强度、塑性、韧性也愈高。,铸锭,(,件,),的宏观组织通常由三个区组成,:,表层细晶区,、,柱状晶区、中心粗等轴晶区,2,、纯金属中的固态转变,同素异构转变：,物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。,固态转变的特点：,形核部位特殊；过冷倾向大；伴随着体积变化。,1394,912,铁的,同素异构转变：,-Fe,-Fe,-Fe,三、铁碳合金相图的分析,1,、特征点,特征点,温度,/,Wc/%,含义,A,1538,0,纯铁的熔点,C,1148,4.3,共晶点,D,1227,6.69,渗碳体的熔点,E,1148,2.11,C,在奥氏体中的最大溶解度,G,912,0,纯铁的同素异晶转变点,P,727,0.0218,C,在铁素体中的最大溶解度,S,727,0.77,共析点,Q,600,0.006,600,时碳在铁素体中的溶解度,四、,钢的热处理,热处理原理,1,、加热时的转变,奥氏体化步骤：,A,形核；,A,晶核长大；残余渗碳体溶解；,A,成分均匀化。,奥氏体化后的晶粒度：,初始晶粒度：,奥氏体化刚结束时的晶粒度。,实际晶粒度：,给定温度下奥氏体的晶粒度。,本质晶粒度：,加热时奥氏体晶粒的长大倾向。,钢加热时的实际转变温度分别用,Ac,1,、,Ac,3,、,Ac,cm,表示，冷却时的实际转变温度分别用,Ar,1,、,Ar,3,、,Ar,cm,表示。,临界温度与实际转变温度,铁碳相图中,PSK,、,GS,、,ES,线分别用,A,1,、,A,3,、,A,cm,表示。,由于实际加热或冷却时存在过冷或过热现象，因此，将,影响奥氏体晶粒长大的因素,A,、加热温度和保温时间：,加热温度高、保温时间长，,晶粒粗大。,B,、加热速度：,加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。,C,、合金元素：,阻碍奥氏体晶粒长大的元素：,Ti,、,V,、,Nb,、,Ta,、,Zr,、,W,、,Mo,、,Cr,、,Al,等,，多为碳化物和氮化物形成元素。,促进奥氏体晶粒长大的元素：,Mn,、,P,、,C,、,N,。,D,、原始组织,原始组织愈细，晶粒愈细。,2,、冷却时的转变,过冷奥氏体的转变方式有,等,温转变和连续冷却转变两种。,五个区域：,过冷奥氏体区；,奥氏体转变产物区；,过冷奥氏体转变产物的混合区；,在,Ms,M,f,之间为马氏体区。,在,A,1,线以上是稳定的奥氏体区。,时间,温度,A,1,M,S,M,f,A,过冷,A,P,B,M,A,M,A,B,A,P,转变开始线,转变终了线,C,曲线分析,转变开始线与纵坐标之间的距离为,孕育期,。,孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小。,孕育期最小处称,C,曲线的,“鼻尖”,。碳钢鼻尖处的温度为,550,。,等温转变曲线及产物,650,600,550,350,A,1,M,S,M,f,时间,P,S,T,B,上,B,下,M,M+A,A,P,A,S,A,T,A,B,上,A,B,下,A,M,过冷,A,过冷,A,过冷,A,过冷,A,过冷,A,过冷奥氏体转变产物（共析钢）,转变类型,转变产物,形成温度，,转变机制,显微组织特征,HRC,获得工艺,珠,光,体,P,A,1,650,扩,散,型,粗片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,5-20,退火,S,650600,细片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,20-30,正火,T,600550,极细片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,30-40,等温处理,贝,氏,体,B,上,550350,半扩散型,羽毛状，短棒状,Fe,3,C,分布于过饱和,F,条之间,40-50,等温处理,B,下,350M,S,竹叶状，细片状,Fe,3,C,分布于过饱和,F,针上,50-60,等温淬火,马,氏,体,M,针,M,S,M,f,无扩散型,针状,60-65,淬火,M,*,板条,M,S,M,f,板条状,50,淬火,用,C,曲线定性说明连续冷却转变产物,根据与,C,曲线交点位置判断转变产物,P,均匀,A,细,A,A,1,M,S,M,f,时间,等温退火,P,P,退火,(,炉冷,),正火,(,空冷,),S,淬火,(,油冷,),T+M+A,等温淬火,B,下,M+A,分级淬火,M+A,淬火,(,水冷,),M,回,150-250,T,回,350-500,S,回,500-650,?,?,热处理工艺,工艺,目的,加热温度,组织,退火,1.,调整硬度,便于切削加工。,2.,细化晶粒,为最终热处理作组织准备。,亚共析钢,Ac,3,+3050,共析钢,Ac,1,+3050,过共析钢,Ac,1,+3050,F+P,P,P,球,正火,1.,低中碳钢同退火。,2.,过工析钢：消除网状二次渗碳体。,3.,普通件最终热处理,亚共析钢,Ac,3,+3050,共析钢,Ac,1,+3050,过共析钢,Ac,cm,+3050,0.6%C,M+A,M+A,M+A+,粒状,Fe,3,C,热处理工艺（续）,工艺,目的,加热温度,组织,回火,1.,消除内应力，减少变形。,2.,获得所需要的性能。,低温回火,150250,中温回火,350500,高温回火,500650,(,调质,),亚共析,共析钢：,M,回,过共析钢,:,M,回,+A,(,少,),+,粒状,Fe,3,C,T,回,S,回,表面淬火,表面获得马氏体组织，并获得表硬里韧的性能。,预备热处理：,调质或正火,适用于中碳钢,0.40.5%C,表面：,M,回,心部：,S,回,(,调质,),或,F+S(,正火,),渗碳,提高表面含碳量，获得表硬里韧的性能。,渗碳温度,:900950,淬火温度：,表面,Ac,1,+3050,心部,Ac,3,+3050,适用于低碳钢,0.10.25%C,表面：,M,回,+A,(,少,),+,颗粒状,Fe,3,C,心部,：,M,回,+F,M,回,四 钢的回火,回火是指将淬火钢加热到,A,1,以 下的某温度保温后冷却的工艺。,一,、,回火的目的,1,、减少或消除淬火内应力,，防止变形或开裂。,2,、获得所需要的力学性能。,淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。,3,、稳定尺寸。,回火可使非平衡,M,与,A,转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。,淬火钢的回火转变,1,、马氏体分解（,100,350,）,马氏体中析出细片状,-,碳化物；马氏体转变为,相（过饱和的铁素体），,回火马氏体,。,2,、残留奥氏体分解（,200,300,）,A,转变为,B,下,，马氏体仍在继续分解，应力进一步降低，硬度无明显降低,3,、碳化物转变（,250,400,）,-,碳化物转变为弥散分布的细小、粒状,Fe,3,C,；,相转变为针状铁素体。,4,、渗碳体聚集长大（,400,）,回火索氏体，,S,回。,二、,回火的种类,1,、低温回火：,150250,回火马氏体,M,回,目的是在保留淬火,后高硬度高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。,工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件。,2,、中温回火：,250-500,获得回火托氏体，,具有较高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，硬度一般为,3545HRC,。弹簧,3,、,高温回火,回火温度：,500-650,获得回火索氏体，连杆、轴、齿轮,回火脆性,1,、第一类回火脆性：,是指淬火钢在,250-350,回火时出现的脆性。,2,、第二类回火脆性：,是指淬火钢在,500-650,范围内回火后缓冷时出现的脆性。,回火后快冷不出现。主要发生在含,Cr,、,Ni,、,Si,、,Mn,的结构钢中。,防止办法：,回火后快冷。,加入合金元素,W(,约,1%),、,Mo(,约,0.5%),。该法更适用于大截面的零部件。,五、,工业用金属材料,钢种,C%,典型牌号,合金元素作用,热处理,使用状态下组织,性能,用途,碳素结构钢,0.4,Q195,Q235,热轧空冷,F+P,塑性,焊接性好,建筑结构,低合金高强度钢,0.2,Q345,(16Mn),Mn:,强化,F,增加,P,降低脆转温度,热轧空冷,F+P,塑性,焊接性好,桥梁,船舶,容器,渗碳钢,0.1,0.25,20,20Cr,20CrMnTi,Cr,Mn:,提高淬透性,强化,F,Ti:,细化晶粒,渗碳,+,淬火,+,低温回火,表面：,M,回,+A(,少量,)+,颗粒状,Fe,3,C,心部,：,M,回,+F,表硬里韧,轴、齿轮,调质钢,0.3,0.5,45,40Cr,40CrNiMo,Cr,Ni:,提高淬透性,强化,F,Mo:,防止第二类回火脆性