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1、学习必备欢迎下载材料的结构与性能特点1.（考点）晶体与非晶体：晶体：长程（远程）有序排列非晶体：短程（近程）有序排列固态金属一般情况下都是晶体。2、三种常见金属晶体结构：体心立方晶格，致密度为0.68（Mo、W、V、Fe）密排面： 1 1 0 密排方向： 面心立方晶格，致密度为0.74（Al、Cu、Fe、金、银）密排面： 1 1 1 密排方向： 密排六方晶格，致密度为0.74（Mg、Zn 等）3、金属中的晶面和晶向晶面族：原子排列相同，空间位向不同的晶面晶向族：原子排列相同，空间位向不同的晶向注意：表示方式相同的晶面和晶向互相垂直，例如：晶向垂直于 1 1 0晶面密排面与密排方向：原子密度最大
2、的晶面（晶向）4、（考点）实际金属中的晶体缺陷点缺陷（空位，间隙原子）线缺陷（位错）面缺陷（晶界与亚晶界）5、合金的晶体结构：固溶体、金属化合物6、金属材料的力学性能：塑性：断后伸长率和断面收缩率越大，塑性越好（考点）硬度：布氏硬度HB、洛氏硬度 HR、维氏硬度 HV、肖氏硬度 HS 三者关系： HBHV10HRC HBHV6HS 7、 （考点）扩散的概念及影响因素：概念：原子在金属晶体中移动距离超过其平均原子间距的迁移现象。影响因素： 1.温度2.晶体结构3.表面及晶体缺陷金属材料的组织和性能控制1、纯金属的结晶：过冷：液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。冷却曲线中出现平台的原因
3、：由于液态原子的无序状态转变为晶态原子有序状态时放出结晶潜热，抵消了向外界散发的热量，而保持结晶温度不变。纯金属的结晶过程（形核和长大）形核：非自发形核和自发形核，其中非自发形核占主导地位。长大：平面长大和树枝状长大，其中树枝状长大得到树枝晶。注意：金属容易过冷，一般均以树枝状长大方式结晶精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页学习必备欢迎下载Fe 的同素异构转变（二次结晶、重结晶）：体心（ 1538-1394）面心（ 1394-912）体心（ 912以下） (此公式为考点 ) 2、合金的结晶：匀晶反应、共晶反应、包晶反
4、应、共析反应注意：匀晶反应冷却较快会发生枝晶偏析，应用扩散退火消除。（重点，大题） 3、铁碳合金相图：钢类共析钢（ W（C）=0.77%）过程： L（ L+A ） AA+P（F+Fe3C） P 组织组成物：全为P（珠光体：铁素体与渗碳体的共析混合物）组成相： F+Fe3C 典型钢种： T8 钢亚共析钢（ 0.0218W （C）0.77）过程： L（ L+）（ L+A ）（ L+A ） A（ A+F）（ A+F+P ）（ F+P）组织组成物： F+P 组成相： F+Fe3C 典型钢种： 45 钢过共析钢（ 0.77W （C）2.11）过程： L（ L+A ） A（ A+Fe3C ）（ A+Fe3
5、C+P）（ P+Fe3C）组织组成物： Fe3C+P 组成相： F+Fe3C 典型钢种： T10 钢白口铸铁类共晶白口铸铁（W（C）=4.3）过程： L（ L+Le （A+Fe3C） ） Le（ A+Fe3C+Fe3C ） Le（ A+P+Fe3C+Fe3C ）Le (P+Fe3C+Fe3C) 组织组成物：全为Le组成相： F+Fe3C 亚共晶白口铸铁（2.11W（C）4.3）过程： L L+A L+Le Le+A Le+A+Fe3C Le+A+P+Fe3C Le +P+Fe3C组织组成物： P+Fe3C+Le组成相： F+Fe3C 过共晶白口铸铁（4.3W （C）6.69）过程： LL+Fe
6、3C L+Fe3C +Le Fe3C+LeFe3C+Le（A、P共存） Fe3C+Le精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页学习必备欢迎下载（有 P 无 A）总结：含碳量小于0.0218%的合金组织全为F；含碳量为 0.77%时全为 P；含碳量为 4.3%时全为 Le ；含碳量为 6.69%时全为 Fe3C。例题： T12 钢加热到A+Fe3C 相区保温，A 中碳质量分数小于 钢中碳质量分数。45 号钢加热到F+A 相区保温， A 中碳质量分数大于 钢中碳质量分数。附： 相：又称高温F，是碳在 -Fe 中的间隙固溶体，
7、体心立方晶格相：铁素体F，是碳在 -Fe 中的间隙固溶体，体心立方晶格相：奥氏体A，是碳在 -Fe 中的间隙固溶体，面心立方晶格莱氏体： Le， A 与 Fe3C 的共晶混合物，Le 中的渗碳体称为共晶渗碳体珠光体： P，F 与 Fe3C 的共析混合物共晶反应温度：1148共析反应温度：727 4、金属的塑性加工（ 考点）金属的塑性变形：滑移和孪生滑移的本质： 晶体内部位错在切应力作用下运动的结果面心立方晶格比体心立方晶格塑性好的原因：滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，虽然滑移系相同， 但是面心立方晶格的滑移方向比体心立方晶格的多，所以面心立方晶格的塑性更好。塑性变形（冷加工）对金属组织和性
8、能的影响：、对组织的影响1）晶粒变形，形成纤维组织；2）亚结构形成，细化晶粒；3）形成形变织构（丝织构和板织构P89） ；、对性能的影响1）（考点）加工硬化：随形变度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。也叫形变强化。2）产生各向异性：由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向异性。例如： 用有织构的板材冲制筒型零件时，由于在不同方向上塑性差别很大，零件的边缘出现“制耳”。3）金属的物理、化学性能发生变化。4）产生残余内应力：金属内部形变不均匀，位错、空位等晶体缺陷增多，导致金属内部产生残余内应力。5、塑性变形和再结晶的工程应用金属的热加工（钢材的热锻和热轧）精选学习资
9、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页学习必备欢迎下载在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。对组织性能的影响：使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹压合，提高金属的致密度，减轻甚至消除树枝晶偏析和改善夹杂物、第二相分布等。明显提高金属的强度、韧性和塑性；破碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过再结晶获得等轴细晶粒，使金属的力学性能全面提高。金属的冷加工（低碳钢的冷轧、冷拔、冷冲）冷加工会使金属材料的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，产生加工硬化现象 。注意： 钢材的切削加工也属于冷加工，也会产生加工硬化。由于加工硬化而使奥氏
10、体不锈钢的切削较为困难。喷丸强化再结晶退火（消除加工硬化现象）为了缩短时间，实际采用的再结晶退火温度比该金属的最低再结晶温度要高100200。（考点） Tr=0.4Tm (K) ( 其中 Tr 是最低再结晶温度，Tm 是金属的熔点 ) 6、钢的热处理钢在加热时的转变奥氏体化：将钢加热到临界温度以上，获得全部或部分奥氏体组织。共析钢必须加热到727（ A1）以上时，完全转变成奥氏体；亚共析钢必须加热到GS（A3）以上；过共析钢必须加热到ES（Acm ）线以上。影响奥氏体转变速度的因素：1）加热温度：温度越高，转变越快；2）加热速度：加热速度越快，转变越快；3）钢中碳质量分数：碳质量分数越大，渗碳
11、体越多，相界面增大，奥氏体核心增多，转变速度越快；4）合金元素：钴、镍增大碳在奥氏体中的扩散速度，加快奥氏体化；铬、钼、钒减小碳在奥氏体中的扩散速度，减慢奥氏体化；硅、铝、锰对碳在奥氏体中的扩散速度影响不大，不影响奥氏体化过程。5）原始组织奥氏体的晶粒度及其影响因素某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度 。钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶粒度 来表示。本质晶粒度： 钢加热到（ 93010），保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度。如果测得的晶粒细小，则该钢成为本质细晶粒钢，反之为本质粗晶粒钢。影响因素：1）加热温度和保温时间温度越高，晶粒长大越明显，A 也越粗大2
12、）钢的化学成分钢中加入能形成稳定碳化物的元素和能生成氧化物和氮化物的元素，有利于获得本质细晶粒钢，因为碳化物、氧化物。氮化物分布在晶界上，阻碍晶粒长大。Mn 和 P 使促进晶粒长大的元素。钢在冷却时的转变等温处理：将钢迅速冷却到临界点以下的给定温度，进行保温，在该温度恒温转变。连续冷却：将钢以某种速度连续冷却，使其在临界点以下变温连续转变。1）过冷奥氏体的等温转变精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 16 页学习必备欢迎下载A、共析钢过冷奥氏体的两个转变区：、高温转变（也称珠光体转变区（A1550） ）扩散型转变。转变产物：
13、P（S T） 。注意： P S T 均为 Fe 和 Fe3C 的机械混合物，只是层片粗细不同，转变温度越低，层间距越小。、中温转变（也称贝氏体转变区（550Ms） ）半扩散型转变。转变产物：贝氏体组织（铁碳化合物分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物）（考点简答题）上贝氏体（350550） ：羽毛状，小片状渗碳体分布在成排的铁素体之间。强度和韧性较差。下贝氏体（ 350Ms） ：黑色针状，硬度高，韧性好，有较好的综合力学性能。B、亚共析钢过冷奥氏体的等温转变亚共析钢随着碳质量分数的增加，C 曲线的位置往右移，Ms、M f 线往下移。、高温转变（与共析钢类似，只是先有一部分转变为F，其余的过冷
14、A 再转变为P）转变产物： F+P（S T）例如： 45 钢过冷 A 在 600650等温转变后，产物为F+S。C、过共析钢过冷奥氏体的等温转变过共析钢随着碳质量分数的增加，C 曲线的位置往左移，Ms、M f 线往下移。、高温转变（与共析钢类似，只是先析出二次渗碳体，其余的过冷A 在转变为P）例如： T10 钢过冷 A 在 A1650等温转变后，产物为Fe3C +P。2）过冷奥氏体的连续冷却转变（实际生产中较多的情况）A、共析钢（一）转变产物炉冷：过冷A 转变为 P，粗片状组织，硬度为170220HB 空冷：过冷A 转变为 S，细片状组织，硬度为2535HRC 油冷：过冷A 先有一部分转变为T
15、，剩余的过冷A 冷却到 Ms 以下转变为M，冷却到室温时，残留一部分A。 （T+M+ 剩余 A）硬度为 4555HRC 。水冷：过冷A 将直接转变为M，冷却到室温时，残留一部分A。 （M+A ）a、过冷 A 转变为 M 为低温转变过程（非扩散型转变），转变温度在MsM f 之间，该温区称为马氏体转变区。马氏体（ M） ：碳在 Fe 中的过饱和固溶体b、马氏体形成速度很快c、马氏体转变是不彻底的，总要残留下少量A d、马氏体形成时体积膨胀，在钢中造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂（二）马氏体分类板条状（低碳）马氏体（碳质量分数小于0.25%） ，由于板条状M 内有大量位错缠结的亚结构，所
16、以 低碳 M 也称位错M；针状（高碳）马氏体（碳质量分数大于1.0%） ，由于针状M 内有大量孪晶，因此高碳 M 也称孪晶 M。（三）马氏体性能特点1、硬度很高，碳质量分数越大，硬度越高2、比容比A 大，当 A 转变为 M 时，体积会膨胀3、M 是是一种铁磁相，在磁场中呈现磁性；A 是一种顺磁相，在磁场中无磁性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页学习必备欢迎下载4、晶格畸变导致电阻率高B、亚共析钢（一）转变产物（无剩余A）炉冷： F+P；空冷 F+S；油冷： T+M ；水冷： M 与共析钢不同， 亚共析钢过冷A 在高
17、温时有一部分将转变为F；在中温转变区会有少量贝氏体（上 B）产生。如油冷产物为：F+T+ 上 B+M ，F 和上 B 量少，有时也忽略不计。C、过共析钢（一）转变产物（有剩余A）炉冷： P+Fe3C；空冷： S+Fe3C；油冷： T+M+ 剩余 A；水冷： M+剩余 A （考点：死脖子复印的资料P64-72）钢的普通热处理热处理：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却， 以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺叫做退火。A、完全退火：1、又称重结晶退火，主要用于亚共析钢。是把钢加热到Ac3 以上 2
18、030，保温一定时间后缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），以获得接近平衡组织的热处理工艺。2、产物： F+P 3、目的：通过重结晶，使加工造成的粗大、不均匀组织均匀化和细化，以提高性能；或使中碳以上的碳钢和合金钢得到近平衡状态的组织，以降低硬度， 改善切削加工性能。由于冷却速度缓慢，还可消除内应力。B、等温退火1、等温退火是把钢件或毛坯加热到Ac3（或 Ac1 ）的温度，保温后，较快的冷却到珠光体转变区的某一温度，并等温保持，奥氏体等温转变，然后缓慢冷却的热处理工艺。2、产物：主要为P 3、目的：与完全退火相同，但转变较易控制，能获得均匀组织，对于A 较稳定的合金钢可短退火时间。C、球化
19、退火1、球化退火是使钢中碳化物球状化的热处理工艺。主要用于过共析钢、共析钢， 如工具钢、滚珠轴承钢等。2、目的：使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前需先进行正火使网状二次渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工性能，为以后的淬火组织做准备。3、产物： T12 钢球化退火后，铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体，叫球化体。D、扩散退火1、为了减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织的不均匀性，将其加热到略低于固相线温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，也称均匀化退火。2、加热温度：钢的熔点以下100200，保温时间一般为1015h。加热温度提高时，扩散时间可以缩短精选学习资料 - -
20、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页学习必备欢迎下载3、扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。E、去应力退火1、为消除铸造、锻造和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残余应力而进行的低温退火。2、将工件加热至低于Ac1 的某一温度（一般为500650） ，保温，然后随炉冷却3、可以消除50%80% 的内应力，不引起组织变化正火：钢材或钢件加热到Ac3（对于亚共析钢） 、Ac1（对于共析钢） 、Acm（对于过共析钢）以上3050，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀热处理称为正火。1、正火后的产物：亚共析钢为F+S
21、；共析钢为S；过共析钢为S+Fe3C2、正火的目的：A、作为最终热处理：正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中F 的含量，使P含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于普通结构钢零件，力学性能要求不很高时，可把正火作为最终热处理。B、作为预先热处理：截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理（淬火+高温回火）前进行正火， 以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体，并使其避免形成连续网状，为球化退火做组织准备。C、改善切削加工性能：低碳钢或低碳合金钢退火后硬度太低，不便于切削加工。正火后可提高其硬度，改善其切削加工性能。淬火：将钢加热到相变温度
22、以上，保温一定时间，然后快速冷却以得到马氏体组织的热处理工艺成为淬火。淬火是钢的最重要的强化方法。A、（考点）淬火温度的选定1、亚共析钢：Ac3 以上 3050；亚共析钢加热到Ac3 温度以下时，淬火组织中会保留铁素体，使钢的硬度降低。2、共析钢和过共析钢：Ac1 以上 3050；过共析钢加热到Ac1 以上时，组织中保留少量二次渗碳体， 而有利于提高钢硬度和耐磨性，此时奥氏体中的碳含量不太高，可降低马氏体的脆性，还能减少残余A 的含量。3、如果淬火温度太高，会形成粗大的马氏体，使力学性能恶化，同时也会增大淬火应力，使变形和开裂倾向增大。B、加热时间的选定：升温和保温两个阶段1、加热时间：以装炉
23、后炉温达到淬火温度所需时间为升温阶段2、一般保温时间为15 分钟 /mm C、淬火冷却介质：常用介质为水和油D、淬火方法：单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火1、单介质淬火：工件在一种介质（水或油）中冷却优点： 操作简单，易于实现机械化，应用广泛缺点： 水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大件淬不硬。2、双介质淬火：工件先在较强冷却能力介质中冷却至300左右，再在一种冷却能力较弱的介质中冷却，如先油淬后水淬。优点： 可有效减少热应力和相变应力，减小工件变形开裂的倾向。缺点： 难以掌握双液转换时刻，转换过早易淬不硬，转换过时易淬裂。用于： 形状复杂、截面不
24、均匀的工件淬火。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页学习必备欢迎下载3、分级淬火：工件迅速放入盐浴或碱浴炉（温度略高于或略低于Ms 点）保温 25min，然后取出空冷进行马氏体转变。优点： 大大减小淬火应力，防止变形开裂；适用范围： 分级温度略高于Ms 点的分级淬火适合小件的处理（如刀具）；分级温度略低于Ms 点的分级淬火适合大件的处理，在Ms 点以下分级的效果更好。例如：高碳模具钢在160碱浴中分级淬火，既能淬硬，变形又小。4、等温淬火：工件迅速放入盐浴（盐浴温度在贝氏体区的下部，稍高于Ms 点）中，等温停留较长时
25、间，直到贝氏体转变结束，取出空冷，获得下贝氏体组织。用于： 中碳以上的钢，目的是为了获得下B 组织，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。注意：低碳钢一般不采用等温淬火E、钢的淬透性：钢在淬火时形成马氏体的能力1、测定方法：末端淬火法2、钢的淬硬性：钢淬火后所能达到的最高硬度，主要取决于马氏体的碳质量分数，碳质量分数越高，淬硬性越高。3、影响淬透性的因素a、碳质量分数亚共析钢：随着C 质量分数减小，淬透性降低过共析钢：随着C 质量分数增加，淬透性降低所以，三者中共析钢的淬透性最好（T8 钢）b、合金元素除 Co 以外，其余合金元素溶于A 之后，降低临界冷却温度，使C 曲线右移，提高钢的淬透性。所以，
26、合金钢的淬透性比碳钢的要好c、奥氏体化温度提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大，成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却温度，提高淬透性。d、钢中未溶第二相未溶入钢的杂质会成为奥氏体分解的非自发核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1 以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。A、低温回火回火温度： 150250产物：回火马氏体+残余奥氏体目的：降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度和高耐磨性。用途：各种高碳钢工具、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件。B、中温回火回火温度： 300500产物
27、：回火屈氏体（铁素体仍保持马氏体的形态，渗碳体比回火马氏体中的碳化物粗）目的：获得具有高的弹性极限和屈服强度，同时具有一定韧性的回火屈氏体。用途：主要用于各类弹簧C、高温回火回火温度： 500650产物：回火索氏体目的：获得强度、塑性和韧性都比较好的回火S 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页学习必备欢迎下载调质处理：淬火+高温回火用途：各种重要的机器结构件，如：连杆、轴、齿轮等受交变载荷的零件。也可作为某些精密工件如量具、模具等的预先热处理。钢的表面热处理（考点）1.感应加热2.火焰加热3.激光加热钢的化学热处理（
28、考点）1.渗碳1.固体渗碳2.液体渗碳3.气体渗碳=k( ) (1/2) （其中 为渗碳层厚度，为保温时间）2.氮化1.气体渗氮2.离子氮化3.氰化1.中温气体氰化2.低温气体氰化第三章 碳钢、合金钢碳钢碳钢的成分及分类A、碳钢的成分：主要由Fe、C、Mn 、Si、S、P 6种元素组成。注意： Mn、Si 有利于改善钢的力学性能；S 易使钢发生热脆（高温锻轧时开裂）；P易使钢发生冷脆（室温脆性增加）（考点） B、按碳的质量分数分类：低碳钢 W（C） 0.25% 中碳钢 0.25%W（C） 0.6% 高碳钢 W（C） 0.6 （考点） C、按钢的质量分类：普通碳素钢W（S） 0.040%；W（P
29、）0.040% 优质碳素钢W（S） 0.035%；W（P）0.035% 高级优质碳素钢；W（S）0.030%；W（P） 0.030% 碳钢的牌号及用途A、碳素结构钢（普通碳素钢）（考点）1、符号： Q+屈服强度 ；牌号后面标注字母ABCD 表示钢材质量等级不同，D 最高 ；F、Z、TZ 分别表示沸腾钢（脱氧程度最低）、镇静钢（脱氧程度中等）、特殊镇静钢（脱氧程度最精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页学习必备欢迎下载高）2、用途： Q195、215、235A、235B 通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于桥梁、建筑物等
30、构件，也可用作普通螺钉、螺帽、铆钉等；Q235C、235D 可用于重要的焊接件；Q235、275 强度较高，可轧制成钢、钢板做构件用。3、热处理：一般不需进行热处理，在热轧状态下使用。但对某些零件，也可进行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。B、优质碳素结构钢（考点）1、符号：平均碳质量分数的万分数 的数字表示，例如20 钢即表示碳质量分数为0.20%；若钢中 Mn 的质量分数较高，则在钢号后加Mn ；高级优质钢、特级优质钢分别以A、E 表示；保证淬透性用钢用H 表示2、用途： 10、20 钢可做冲压件及焊接件，热处理后也可制造轴、销等零件；35、40、45、50 钢经热处理后，用来制造
31、齿轮、轴类、套筒等零件；60、65 钢主要用来制造弹簧。实例：教材P142 实例 1 2 3（包括热处理工艺，仔细看）注意：优质碳素结构钢使用前一般要经过热处理C、碳素工具钢1、符号：碳素工具钢的碳质量分数在0.65%1.35%之间，用平均碳质量分数的千分数 来表示，数字前加 “T” 。2、用途：制造各种刃具、；量具、模具等例如： T7 8 钢硬度高、韧性较高，可制造冲头、凿子、锤子等工具；T9 10 11 钢硬度高、 韧性适中， 可制造钻头、 刨刀、 丝锥、手锯条等刃具及冷作模具；T12 13 钢硬度高、韧性较低，可制造锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。注意：碳素工具钢使用前都要经过热处理
32、！实例：教材P143 实例 1 2（包括热处理工艺，仔细看）合金钢（考点）合金钢的分类我国采用按用途来分类：合金结构钢、合金工具钢、（特殊性能钢不做要求）（考点）合金钢的编号1、结构钢：万分之一为单位的数字（两位数），例如： 40Cr，平均碳质量分数为0.40%；2、工具钢：千分之一为单位的数字（一位数），当碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出，例如： 5CrMnMo ，平均碳质量分数为0.5%，CrWMn ，平均碳质量分数大于1.0% 合金结构钢（考点） A、低合金高强度结构钢 （代表钢种 Q295、Q345、Q420）1） 、 用途 ：制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、
33、大型钢结构等。2） 、性能要求 ：高强度、高韧性、良好的冷成型性能和焊接性能、低的冷脆转变温度、良好的耐蚀性。3） 、 成分特点 ：低碳（不超过0.20%） 、加入 Mn 为主的合金元素、加入铌、钛、钒等辅加元素、加入少量Cu 和 P可提高耐腐蚀性能、加入少量稀土元素可脱硫。4） 、 热处理特点 ： 一般在 热轧（相当于正火）空冷状态下使用；在有特殊需要时，如为了改善焊接区性能，可进行一次正火 处理。5）组织组成物：使用状态下一般为铁素体 +细珠光体（ S）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页学习必备欢迎下载 B、
34、合金渗碳钢1)、用途 ：主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。2)性能要求 ：表面渗碳层硬度高、心部具有足够高的韧性和强度、有良好的热处理工艺性能（在较高的渗碳温度下，A 晶粒不易长大，并具有良好的淬透性）3)成分特点 ：低碳：碳质量分数一般在0.10%0.25% 之间，以保证零件心部有足够的塑性和韧性加入提高淬透性的合金元素（Cr、Ni、Mn ）加入阻碍A 晶粒长大的元素（Ti、V、W、Mo ）4）、 钢种及用途 ：低淬透性： 20Cr，淬透性低，心部强度较低，只适用于制造受冲击载荷较小的耐磨件，如小轴、活塞销、小齿轮等。中淬透性： 20CrMnTi ，淬
35、透性较高，有良好的力学性能和工艺性能，因此大量用于制造承受高速中载、要求抗冲击和耐磨损的零件，特别是汽车、拖拉机上的重要零件。（考点） 20CrMnTi 工艺流程：锻造 正火加工齿形非渗碳部位镀铜保护渗碳预冷直接淬火 低温回火喷丸磨齿高淬透性： 18Cr2NiW A、20Cr2Ni4A ，不但淬透性很高，还具有很好的韧性。主要用于只在大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴及重要齿轮等。5）、热处理工艺：渗碳后直接淬火（900950） +低温回火6）、热处理后的组织：表面渗碳层为合金渗碳体+回火马氏体 +少量残余A 心部组织完全淬透时为低碳回火马氏体；多数情况下是T+回火 M+少量 F
36、。C、合金调质钢1）、 用途 ：广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其他机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。2）性能要求 ：高强度、良好的塑性和韧性、很好的淬透性。3）成分特点 ：中碳：碳质量分数一般在0.25%0.50% 之间，大多数为0.4%。碳量过低不易淬硬，回火后强度不够；碳量过高则韧性不够。加入提高淬透性的元素：如Cr、Mn、Ni 、Si、B 等。这些元素除了能提高淬透性外，还能形成合金渗碳体，提高钢的强度。加入防止第二类回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn 的合金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。 在钢中加入Mo、 W 可以防止第二类回火脆性。 其适宜质量分数为
37、： W （Mo ）=0.15%0.30%或 W（W）=0.8%1.2% 。4）、 钢种及牌号 ：低淬透性：临界油淬直径为3040mm，典型钢种40Cr，广泛用于制造一般尺寸的重要零件。中淬透性：临界油淬直径为4060mm，典型钢种35CrMo ，用于制造截面较大的零件，如精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页学习必备欢迎下载曲轴、曲杆等。Mo 的加入不仅能提高淬透性，还能防止第二类回火脆性。高淬透性：临界油淬直径为60100mm，典型钢种40CrNiMo ，不但具有好的淬透性，还可消除第二类回火脆性，用于制造大截面、
38、重载荷的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴等。5）、热处理：淬火 +高温回火（即调质） ，淬火一般采用油淬；回火温度一般在500650。得到的组织为回火S。D、合金弹簧钢1）用途： 制造各种弹簧和弹性元件。属于专用结构钢。2）性能要求： 高弹性极限、高疲劳强度、足够的塑性和韧性；较好的淬透性等。3）成分特点： 中高碳（一般为0.50%0.70% ） ，过高时，塑性、韧性降低，疲劳强度也有下降。加入以Si、Mn 为主的提高淬透性的元素。4） 、 热处理：淬火+中温回火（ 450550） ，得到回火屈氏体组织E、滚动轴承钢1）、 用途 ：主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套
39、圈等。也属于专用结构钢。 从化学成分上看它属于工具钢，所以也用来制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。2）性能要求 ：滚动轴承工况复杂而苛刻，因此对轴承钢的性能要求很高。高的接触疲劳强度高的硬度和耐磨性足够的韧性和淬透性在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性。3）成分特点：高碳：一般为0.95%1.10%，以保证高硬度、高强度、高耐磨性；Cr 为基本合金元素：Cr 提高淬透性；形成合金渗碳体 (Fe，Cr)3C ，呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性和疲劳强度。加入 Si、Mn 、V 等： Si、Mn 进一步提高钢的淬透性，便于制造大型轴承；V 部分溶于奥氏体中，部分形成VC，提高
40、钢的耐磨性并防止过热（热加工时A 晶粒长大）。严格控制夹杂物含量！4、钢种和牌号：Cr 轴承钢：典型钢种GCr15，使用量占轴承钢的绝大部分。除制造轴承外也常用来制造冷冲模、量具、丝锥等。添加 Mn 、Si、Mo、 V 的轴承钢：加入Si、Mn 可提高淬透性，钢种有GCr15SiMn 、GCr15MnMoV等；加入Mo、V 可得到无 Cr 的轴承钢，如GSiMnMoV 。5、热处理工艺：预先热处理：球化退火目的：不仅降低钢的强度，利于切削加工，更重要的是获得细的球状珠光体和均匀分布的细状碳化物，为零件的最终热处理做组织准备。最终热处理：淬火+低温回火（ GCr15 的淬火温度严格控制在8208
41、40范围内；回火温度一般为150160）目的：得到极细的回火M+ 均匀分布的粒状碳化物+少量残余A 淬火后立即进行冷处理，并在回火和磨削加工后进行低温时效处理。目的：稳定尺寸，去除内应力和残余A 的转变。合金工具钢精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页学习必备欢迎下载A、合金刃具钢1）用途： 主要用于制造各种金属切削工具，如车刀、铣刀、钻头等。2）性能要求： 高硬度、高耐磨性、高热硬性（高温下保持高硬度的能力）、足够的塑性和韧性。3）成分特点：低合金刃具钢（工作温度不超过300，用于低速切削） ：a、高碳，碳质量分数
42、为0.9%1.1% b、加入 Cr、Mn、 Si、W、V 等合金元素。 Cr、Mn 、Si 主要提高钢的淬透性，Si 还能提高钢的回火稳定性，W、V 能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。高速钢 （高合金刃具钢， 具有很高的热硬性，高速切削中温度达600时硬度无明显下降）a、高碳，碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右b、加入 Cr、W、Mo 、V 等元素c、加入 Cr 提高淬透性；加入W、 Mo 保证钢的热硬性d、V 能大大提高钢的硬度和耐磨性，同时能阻碍奥氏体长大，细化晶粒。4）钢种及牌号：低合金刃具钢：典型钢种9SiCr，广泛用于制造各种低速切削的刃具，如板牙、
43、丝锥等，也常用作冷冲模。注意：冷作模具钢9Mn2、 CrWMn 也可制造刃具，如板牙、丝锥、拉刀、铰刀等高速钢：典型钢种，钨系W18Cr4V （热硬性较好） 、钨 -钼系 W6Mo5Cr4V2 （耐磨性、高温塑性和韧性较好）5）加工及热处理特点低合金刃具钢：加工过程：球化退火机加工淬火+低温回火淬火温度应根据工件形状、尺寸及性能要求严格控制，一般都要预热；回火温度为160200。 热处理后的组织为：回火M+碳化物 +少量残余A 高速钢：属于莱氏体钢锻造球化退火淬火+三次回火（ 550570）球化退火：温度为Ac1+3050，得到索氏体基体和均匀分布的细小粒状碳化物淬火：必须进行二次预热（500
44、600、 800850） ，淬火后的组织为：淬火 M+ 碳化物 +大量残余A 回火：在550570回火三次，为了逐步减少残余A 的含量。回火后的组织为：回火 M+碳化物 +少量残余A B、合金模具钢冷作模具钢（工作温度不超过200300）1）用途： 制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等。2）性能要求： 高硬度、高耐磨性、足够的韧性和疲劳抗力、热处理变形小。3）成分特点：a、高含碳量：多在1.0%以上，个别甚至达到2.0% b、加入 Cr、Mo、 W、V 等合金元素形成难溶碳化物，提高耐磨性，典型钢种Cr12、Cr 的质量分数高达12%，Cr 还显著提高钢的淬透性。4）钢种和牌号：Cr12
45、、Cr12Mo 5）热处理特点 ：淬火 +低温回火a、一次硬化法：较低温度（9501000）下淬火，然后低温（150180）回火b、二次硬化法：较高温度（11001150）下最火，然后在510520多次（一般为三次）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页学习必备欢迎下载回火。c、例如： Cr12 钢热处理后组织：回火M+碳化物 +残余 A 热做模具钢（工作时内腔表面温度可达600以上）1）用途： 制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等。2）性能要求： 高的热硬性和高温耐磨性、高热强性和足够的韧性、高热疲劳抗力、高
46、淬透性和导热性。3）成分特点：a、中碳：碳质量分数一般为0.3%0.6% b、加入较多提高淬透性的元素Cr、Ni、 Mn、Si 等c、加入产生二次硬化的Mo、W、V 等元素， Mo 还能防止第二类回火脆性4）钢种和牌号：典型钢种有5CrMnMo 、5CrNiMo 5）热处理特点：热锻模钢： 820860淬火后高温（550左右）回火，获得回火S-回火 T 组织热压模钢： 10001150淬火后，在600左右下回火，获得回火M+ 粒状碳化物 +少量残余A（与高速钢类似） ，为了保证热硬性，回火要进行23 次C、量具用钢1）用途： 用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、螺旋测微仪、快规、塞规等。2）
47、性能要求 ：高硬度和高的耐磨性、高尺寸稳定性（热处理变形要小）、3）成分特点： 成分与低合金刃具钢相同，高碳（0.9%1.5%） ，加入提高淬透性的元素（Cr、W、 Mn 等）4）量具钢的选用：精度低的用高碳钢制造；复杂的精密量具一般用低合金刃具钢；精度要求高的量具选用CrMn、CrWMn 、 GCr15 等制造。5）热处理特点：在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少残余A。淬火后立即进行-80 -70的冷处理， 使残余 A 尽可能的转变为M， 然后再进行低温回火。精度要求高的量具，在淬火、冷处理、低温回火后，尚需进行几小时的时效处理。P60 习题 3 必考一题3.1 设所求钢号为X，根
48、据杠杆定理F%=（6.69-x）/(6.69-0.0218)100%=80% 可计算出 X=1.355 。即所求钢材含碳量约为1.3%，应为碳素工具钢T13。HBS=80*F%+800*Fe3C%=224 3.2 二次渗碳体从奥氏体析出最大溶解度2.11% 最小溶解度0.77% Fe3C%=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）%=1.34/5.92%=22.6% 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页学习必备欢迎下载3.4 因为 F 与 Fe3C 密度基本相同，而且室温下F 含碳量几乎为零，所以C%=6.6
49、9%*50%=3.35% （小编自己做的，不确定答案是否正确，参考就好）3.5 小编注：不知道他在说什么鬼！ ！3.6 方法一：测量两块铁碳合金的硬度值，硬度大的为白口铸铁，小的为含碳量0.15%碳钢方法二：做拉伸实验，塑性最好的为含碳量0.15%碳钢，另一个为白口铸钢3.7 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页学习必备欢迎下载3.8 L 的成分为A+Fe3C W=（3.5-2.11）/4.3*10=3.23kg （同样是小编自己做的，自己掂量着看吧）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页
