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1、机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理书名：机械基础 ISBN： 9787111471721 作者：康一 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理1.金属、合金的晶体结构 及铁碳合金的五 种基本组织 2.金属材料的普通热处理及表面热处理 3.激光淬火新技术1.三种常见金属晶体结构、 合金相结构及铁碳合金分类2.退火、正火、淬火及回火的应用。【重点掌握】【主要内容】机械基础 主编 康一课题2 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 能，如下表所示的45钢。 不同冷却条件对对45钢钢力学性能的影响（加热热温度840
2、）冷却 方法抗拉强度 Rm/MP a屈服强度 Rel/ MP a断后伸长长率 A（%）断面收缩缩率 Z（%）硬度 HRC炉冷519272325491518空冷657705333151845501824油冷8826081820484050水冷10787067812145260机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理晶体原子（离子或分子）呈 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 合金都是晶体。l1 . 影响金属材料性能的因素（1）金属材料的晶体结构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雪花三角八面钻石原石 机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理
3、1）常见的三种晶体结构a.体心立方晶格属于体心立方晶格的常见金属有铬（Cr）、钨(W)、 钼(Mo)、-铁（912以下为-Fe）等 。塑性较好机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理lB.面心立方晶格属于面心立方晶格的常见金属有金（Au）、银(Ag)、铜(Cu)、铝（ Al）、镍(Ni)、-铁（9121394之间为-Fe）等。塑性好机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理c.密排六方晶格 属于密排六方晶格的常见金属有镁(Mg) 、铍(Be)、锌(Zn)、镉(Cd)、-钛(-Ti) 等。塑性较差机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理（2 ）合金的晶体结构 合金由两种或两
4、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材料。如钢铁材料都是由铁与碳组成的合金相合金中具有成分、结构、性能均相同的均匀组成部分 机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理l合金的相结构可分为固溶体、金属化合物。1）固溶体定义： 合金在固态下，由于组元间 相互溶解而形成的均匀相 固溶强化： 形成固溶体时，合金强 度、硬度提高的现象机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理固溶体 固溶强化机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理（3）铁碳合金 是铁和碳组成的合金 定义：是金属与金属、或金属与 非金属之间形成的具有金属 特性的物质特点：晶格复杂，熔点较高
5、，硬 度高，脆性大 2）金属化合物机械基础 主编 康一课题2 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）a.奥氏体（A） 碳溶于r-Fe中所形成的间隙固溶体，奥氏体的强度、硬度比铁素体要高。 b.铁素体 （F） 碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，强度、硬度较低，而塑性、韧性较好,易于塑性成形加工c.渗碳体（Fe3C ） 渗碳体是铁和碳组成的具有复杂晶格结构的间隙化合物 。硬度很高(约800HBW)，脆性极大，塑性和韧性几乎为零 。d.珠光体（P）是铁素体与渗碳体组成的机械混合物,具有足够的强度、硬度和塑性，综合性能良好。 e.莱氏体 是碳的质量分数为4.3的铁碳合金。硬度高（约
6、700HBW），塑性、韧性极差，脆性大。 机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理铁素体珠光体机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理奥氏体 莱氏体机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理2） FeFe3C相图机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理合金 种类类工业业 纯铁纯铁钢钢白口铸铁铸铁亚亚共 析钢钢共析 钢钢过过共 析钢钢亚亚共晶 白口铁铁共晶 白口铁铁过过共晶 白口铁铁wc/%0.774.30平衡 组织组织FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+LdLdLd+ Fe3C铁碳相图的分类和室温平衡组织机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理铁碳合金室温
7、下的组织、性能变化规律机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理l2.钢的热处理:l是对固态金属或合金采用适 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 艺 ，如右图所示。热处理工艺曲线分类：普通热处理：包括退火、正火 、淬火和回火表面热处理：包括表面淬火等化学热处理：包括渗碳、渗氮机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理（1） 金属材料普通热处理 1）退火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 。退火目的：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。 常用退火方法:完全退火、球化退火、去应力退火等。
8、a.完全退火加热温度：AC3（临界点）+（30 50） 应用：用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊接件等。 机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理b.球化退火 加热温度：AC1（临界点）+ （20 40） 应用：共析、过共析钢的锻 、 轧件及结构钢的冷挤压件 c.去应力退火 加热温度：500650 应用：消除铸件、锻件、焊接件、精加工件等残存的内应力，以稳定尺寸，减少变形，防止开裂 。 真空退火炉动画演示机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理台车炉箱式炉退火热处理炉机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理2）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中冷却的
9、热处理工艺。 目的: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使用性能上考虑正火与 退火的 选用动画演示机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理加热温度范围 热处理工艺曲线机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理3）钢的淬火是将钢件加热到临界点以上3070，保温后以大于临 界冷却速度冷却的热处理工艺。 目的：得到高硬度、高耐磨组织以及 强度、韧性的良好配合，以适 应不同工作条件的需要常用的淬火介质：水、盐水或碱水、 矿物油以及盐浴或碱浴等动画演示机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理钢的理想淬火冷却曲线碳钢的淬火加热温度范围机械
10、基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理快速淬火炉工件浸入淬火剂的方法 动画演示机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理4）回火 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 进行回火。 目的：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 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。机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理回火分为以下三种：a.低温回火 (150250)：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
11、了钢的脆性。 应用：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火件等淬火后的回火。b.中温回火 （350500)：组织为回火托氏体。硬度一般为3550HRC。屈强比较高，淬火内应 力基本消除。 应用：常用于弹性零件（如弹簧、发条、刀杆、轴套）以及热作模具等淬火后的回火。 机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理lc.高温回火 （500650）：组织为回火索氏体。通常把淬火加 高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。高温回火后硬度一般为 220330HBW。综合性能好。 应用：广泛应用于汽车、拖拉机、机床等承受载荷较大、受力复杂的重要结构零
12、件 ，如齿轮、轴类等零件。 回火保温时间： 13h，冷却方式一般为空冷。机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理回火炉机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理（2）金属材料表面热处理1）表面淬火是将钢件的表面层淬 透到一定深度，而心部 仍保持未淬火状态的一 种局部淬火的方法 ，如 右图。感应加热表面淬火 机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理2）化学热处理将工件置于适当的活性介 质中加热、保温，使一种或几 种元素(碳、氮、硼、铬等)渗 入工件表面，以改变其表面化 学成分、组织和性能的热处理 工艺。 可控气氛渗碳炉机械基础
13、 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理渗碳变速齿轮氮化件机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理3.激光淬火新技术为了不断提高钢材及零件的性能，缩短生产周期和改善劳动条 件，经不断发展，出现了许多新的热处理工艺及新技术。如激光 淬火动画演示机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理整体热处热处 理性能及用途小结结 类类 别别名称工艺艺硬度用途普 通 热热 处处 理退火加热热：临临界点以上去应应力500650 冷却：炉冷160220HBW消除缺陷，降低 硬度，便于机 加正火加热热：临临界点以上 3050 冷却：空冷2535HRC性能高，生产产率 高，经济经济淬火加热热：临临界点以
14、上 3070 冷却：水冷或油冷3065HRC为为回火做准备备回火低温回火：150250 中温回火：350500 高温回火：500650 冷却：随炉冷5864HRC工、模、量具等3550 HRC弹弹簧、热热模具等220330HBW重要结结构件轴轴等机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理1解释名词：固溶体：合金在固态下，由于组元间相互溶解而形成的均匀 相称为固溶体。金属化合物：是金属与金属、或金属与非金属之间形成的具 有金属特性的化合物相。铁素体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体奥氏体：碳溶于r-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。珠光体：是铁素体与渗碳体组成的机械混合物。热处
15、理：是对固态金属或合金采用适当方式进行加热、保温 和冷却 ，以达到所需的组织与性能的工艺。退火：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。【习题与思考题】机械基础 主编 康一课题2 钢的基本组织和热处理正火：是将钢件加热到临界点以上，保温适当时间后在静止的空 气中冷却的热处理工艺。淬火：是将钢件加热到临界点以上3070，保温后以大于临界 冷却速度冷却的热处理工艺。回火：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。2简简答题题 （1）热处热处 理工艺艺由哪三个阶阶段组组成？试试画出工 艺艺曲线线。 答：热处热处 理工艺艺由加热热、保温和冷却三个阶阶段组组 成。工艺艺曲线线
