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1、五五 铁碳合金形状图组织转变及运用铁碳合金形状图组织转变及运用1、分析自液、分析自液态冷却至室温冷却至室温时 合金的合金的组织转变过程及室程及室 温温组织 室温组织: PFAFAA+AA1共析共析钢T8钢 1点以上点以上 L 12 LA 23 A 3点点 AP 3点以下点以下 PA共析共析钢的的结晶晶过程程: 2亚共析钢亚共析钢(45钢钢室温室温室温室温组织组织：F+PF+P亚共析共析钢的的结晶晶过程程FFAAAAAAAAFFFA 1点以上 L (12 L) 23 A+L 34 A 45 A+F 5点 AP 5点以下 P+F:3过共析钢过共析钢T10) 室温室温室温室温组织组织：P+Fe3CP
2、+Fe3C网状网状网状网状过过共析共析共析共析钢钢的的的的结结晶晶晶晶过过程程程程AAAAAAFAF 1点以上 L 12 L+A 23 A 34 A+Fe3CII 4点 AP 4点以下 P+Fe3CII:4亚共晶白口生铁AAAAAAAALeLeLe1点以上点以上 L 12 A+L 2点点 共晶反响共晶反响 23 A+Fe3CII+Ld 3点点 共析反响共析反响 3点以下点以下 P+Fe3CII+Ld 注明：注明： Fe3CII二次渗碳体二次渗碳体 Ld 高温莱氏体高温莱氏体 Ld低温莱氏体低温莱氏体: 室温室温室温室温组织组织 P+Fe3CII+Ld P+Fe3CII+Ld:2、分析钢从室温加
3、热转变至奥氏体形状(俗称奥氏体化) 的组织变化AFPLeLe共共 析析 钢 PA 亚共析钢 F+PFAA过共析共析钢 PFe3CIIA Fe3CII: 钢和白口和白口铸铁结晶晶过程分析程分析 典型典型铁碳合金在相碳合金在相图中的位置中的位置:231LAAL+P1LAAL+A+P+F432F41LL+A+P+Fe3C23AAFe3C1L2LeLe1LA+L+LeP+Fe3C+LeA+Le +32AFe3C31L2L+ Fe3CFe3C+Fe3C+LeLe1 1钢2生生铁 共析钢: 亚共析钢: 过共析钢: 共晶生铁: 亚共晶生铁: 过共晶生铁:铁碳合金的碳合金的结晶晶过程及程及组织转变过程程总结:
4、复复 习习 题题 1.阐明晶粒粗细对力学性能的影响阐明晶粒粗细对力学性能的影响2.何谓铁的同素异晶转变，并用反响式和何谓铁的同素异晶转变，并用反响式和冷却结晶曲线分别描画冷却结晶曲线分别描画3.阐明阐明 F、A、 Fe 3C、P的称号、含碳的称号、含碳量、晶体类型及力学性能特征量、晶体类型及力学性能特征4.依依Fe -C形状图分析缓慢冷却条件下形状图分析缓慢冷却条件下45钢和钢和T10钢的结晶过程与室温组织。钢的结晶过程与室温组织。: 第三章 钢的热处置 1、概述、概述 运用运用:机床制造中，机床制造中，热处置零件占置零件占 60%70%， 汽汽车制造中，制造中，热处置零件占置零件占70%80
5、%。 刀具、模具和刀具、模具和滚动轴承承约占占100%。方法方法: 经过对钢件重新加件重新加热，保温并，保温并在不同条件下的冷却在不同条件下的冷却获得所需得所需组织和和性能。性能。普通普通热处置置: 退火、正火、淬火、回退火、正火、淬火、回火；火；外表外表热处置置: 外表淬火、化学外表淬火、化学热处置置意意义义: : 将将钢钢件在固件在固态态下使之改善内部下使之改善内部组织组织和提高其力学和提高其力学性能，但不允性能，但不允许许改改动动外形。外形。: 热处置工置工艺的包括加的包括加热、保温、和冷却三个根本保温、和冷却三个根本阶段段 由于各种由于各种热处置置时起作用起作用的主要要素是温度和的主要
6、要素是温度和时间，所，所以各种以各种热处置都用温度置都用温度时间坐坐标图的曲的曲线来表示来表示热处置工置工艺曲曲线。临界温度临界温度 保温保温冷冷却却加加热热时间时间温温度度: 2. 钢在加在加热时的的组织转变 为了在了在热处置后置后获得所需的性能，大多数工得所需的性能，大多数工艺淬火、淬火、正火、退火都要将正火、退火都要将钢加加热到到临界温度以上，界温度以上，获得全部或得全部或部分奥氏体部分奥氏体组织，并使其成分均匀化，即，并使其成分均匀化，即进展奥氏体化展奥氏体化组织转变,再以不同的冷却方式或速度再以不同的冷却方式或速度转变成所需求的成所需求的组织,已已获得得预期的性能。期的性能。 : 转
7、变温度温度C%在加在加热冷却冷却时FeFe3C形状形状图中各中各临界点的界点的位置位置 根据相根据相图，共析，共析钢加加热PSK线A1以上以上时，完，完全全转变为奥氏体；而奥氏体；而亚共共析析钢和和过共析共析钢必需加必需加热到到GS线A3和和ES线Acm)以上才干全部以上才干全部获得奥得奥氏体。氏体。 铁碳合金形状碳合金形状图中的中的组织转变的的临界温度是界温度是A1、A3、Acm 。实践加践加热时临界温度的位置用界温度的位置用Ac1、Ac3、Accm表示；表示；实践冷却践冷却时的的位置位置A r1、 Ar3 、Arcm 表示。表示。 : 奥氏体的构成奥氏体的构成共析共析钢中奥氏体构成中奥氏体
8、构成过程表示程表示图 奥氏体的构成分四个步奥氏体的构成分四个步骤： 奥氏体晶核的构成；奥氏体晶核的构成； 奥氏体晶核的奥氏体晶核的长大；大； 剩余渗碳体的溶解；剩余渗碳体的溶解； 奥氏体成分的均匀化。奥氏体成分的均匀化。 :? 亚共析钢A化过程:? 过共析钢A化过程:加加热温度和保温温度和保温时间，温度越高，温度越高，时间越越长，A晶粒越粗大晶粒越粗大碳含量：碳含量：C%越大，越大，A晶粒越粗大晶粒越粗大合金含量：除合金含量：除Mn、P外大多数合金能妨碍外大多数合金能妨碍A晶粒晶粒长大大普通采用快速高温加普通采用快速高温加热的短的短时保温以保温以获得得细小小A晶粒。晶粒。:3. 钢在冷却在冷却
9、时的的组织转变 室温室温时钢的力学性能，不的力学性能，不仅与加与加热、保温后所、保温后所获得的奥得的奥氏体晶粒大小等有关，而且决氏体晶粒大小等有关，而且决议于奥氏体于奥氏体经冷却冷却转变后所后所获得的得的组织，而冷却方式和冷却速度，而冷却方式和冷却速度对奥氏体的奥氏体的组织转变有直接的关系。有直接的关系。 冷却方式通常有两种：冷却方式通常有两种： 延延续冷却冷却使加使加热到奥氏体的到奥氏体的钢，在温度延，在温度延续下降下降的的过程中程中发生生组织转变 。如在。如在热处置消置消费上上经常运用的，常运用的，在水中、油中或空气中冷却等都是延在水中、油中或空气中冷却等都是延续冷却方式。冷却方式。 等温
10、冷却等温冷却使加使加热到奥氏体的到奥氏体的钢，先以，先以较快的冷却快的冷却速度冷到速度冷到A1线以下的一定的温度，以下的一定的温度，这时奥氏体尚未奥氏体尚未转变，但成但成为过冷奥氏体。然后冷奥氏体。然后进展保温，使奥氏体等温下展保温，使奥氏体等温下发生生转变。转变完成后再冷却到室温。如等温退火属于等完成后再冷却到室温。如等温退火属于等温冷却方式。温冷却方式。:等温等温转变：是指：是指进展一展一系列不同系列不同过冷度的等温冷度的等温冷却冷却实验，可以，可以测出出过冷奥氏体保温冷奥氏体保温过程中开程中开场转变时间和和转变终了了时间,标注在温度注在温度时间坐坐标系中，然后将开系中，然后将开场转变时间
11、和和转变终了了时间分分别衔接起来，接起来，这种种曲曲线类似英文字母似英文字母“C又称又称“C曲曲线。 共析共析钢奥氏体的等温奥氏体的等温转变曲曲线共析钢奥氏体等温转变曲线共析钢奥氏体等温转变曲线: 共析共析钢奥氏体等温奥氏体等温转变曲曲线珠光体珠光体转变区区高温高温转变产物物F+Fe3C在在Ar1550之之间等温等温转变成片成片层状珠光体状珠光体产物。物。珠光体珠光体P) Ar1650 粗片粗片层索氏体索氏体S) 650600 细片片托氏体托氏体T600550 极极细片片 都是由都是由铁素体和渗碳体的片素体和渗碳体的片层所所组成的机械混合物。成的机械混合物。: 贝氏体氏体转变区区 中温中温转变
12、产物物B 在在550 230MS之之间的的等温等温转变产物物为贝氏体。氏体。 550 350 上上贝氏体氏体 350 230 下下贝氏体氏体由含碳由含碳过量的量的铁素体和微小的渗碳素体和微小的渗碳体混合而成。比珠光体的硬度更高。体混合而成。比珠光体的硬度更高。 :马氏体氏体转变区区低温低温转变产物物M 共析共析钢奥氏体奥氏体过冷到冷到230 MS 以下以下转变产物物为马氏体。氏体。 它本它本质上上C在在-Fe中的中的过饱和固溶体。和固溶体。 :4、钢的退火和正火、钢的退火和正火 1退火退火 将将钢件加件加热，保温，保温至至奥氏体化后随炉或奥氏体化后随炉或埋入埋入石灰中使其冷却石灰中使其冷却(缓
13、慢慢) 的的热处置工置工艺。:目的目的 细化晶粒，提高塑性和化晶粒，提高塑性和韧性；性；降低表降低表层硬度，利于切削加工；硬度，利于切削加工；消除内消除内应力。力。主要运用于主要运用于铸钢件、件、锻件、件、焊件等多种毛坯件等多种毛坯加工前的加工前的预备热处置。置。运用运用: 退火按其钢种的运用不同，分为完全退火、球化退火退火按其钢种的运用不同，分为完全退火、球化退火和低温退火三种不同工艺和低温退火三种不同工艺 完全退火完全退火加加热温度：温度：Ac3+3050， 完全奥氏体化；完全奥氏体化；冷却：炉冷至冷却：炉冷至500后开炉空冷后开炉空冷 缓慢冷却。慢冷却。运用：运用：亚共析共析钢的的铸钢件
14、、件、锻、焊件。件。:球化退火球化退火运用：运用：过共析共析钢刀具、刃具刀具、刃具作用：降低硬度，利于切削加工，并作用：降低硬度，利于切削加工，并为进一步淬火一步淬火 做做预备。组织变化特征：化特征：加加热温度：温度：Ac1 +2030；冷却：随炉冷却：随炉缓慢冷却；慢冷却；:低温退火低温退火(去去应力退火力退火)加加热温度：温度：500650以下以下(60HRC 用途：做小型工、模具 牌号：用 “ T表示，其后面的一位或两位表示 钢中平均含碳量的千分之几。 如：T8，T10，T10A，T12；后面A表示高级优质 碳素工具钢普通均为优质钢。见P32表1-6 :二、低合金钢低合金钢指合金总含量低
15、低合金钢指合金总含量低3%、含碳量也较低、含碳量也较低的合金构造钢。的合金构造钢。 热处置：退火或正火热处置：退火或正火 性能：较高的强度、塑性、韧性和耐磨性、性能：较高的强度、塑性、韧性和耐磨性、 良好的焊接性。良好的焊接性。 用途：桥梁、汽车、铁路、船舶、锅炉、高用途：桥梁、汽车、铁路、船舶、锅炉、高 压容器、钢筋、矿用设备等压容器、钢筋、矿用设备等 分类：可焊接低合金高强度钢、低合金耐火钢、分类：可焊接低合金高强度钢、低合金耐火钢、 低合金钢筋钢、铁路用低合金钢、矿用低合金钢低合金钢筋钢、铁路用低合金钢、矿用低合金钢 运用最广是低合金高强度钢，运用最广是低合金高强度钢， 其牌号表示方法与
16、碳素构造钢一样。见其牌号表示方法与碳素构造钢一样。见P33表表1-7: 三、合金钢三、合金钢1、合金构造、合金构造钢分分类及用途：低碳合金构造及用途：低碳合金构造钢用于渗碳件；中碳合金用于渗碳件；中碳合金构造构造钢调质、渗氮件；、渗氮件； 高碳合金构造高碳合金构造钢用于制造用于制造弹簧。簧。 牌号：采用牌号：采用“数字数字+元素符号元素符号+数字数字 来表示。来表示。 前面的数字表示前面的数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示，的平均含碳量，以万分之几表示，如：平均含碳量如：平均含碳量为0.25%，以，以25表示；表示； 后面后面 的数字表示合金的含量，以平均含量的百分之的数字表示合金的含量，
17、以平均含量的百分之几表示，几表示， 合金元素小于合金元素小于1 .5%时，编号中只号中只标明元素，不明元素，不标明明含量假含量假设平均含量等于和大于平均含量等于和大于1.5%、2.5%、3.5%，那么相那么相应的用的用2、3、4.表示，如：含表示，如：含0 .370.45%C、0.81.1%Cr的的铬钢40Cr 当当钢中合金元素超越低合金中合金元素超越低合金钢的限制的限制时合金合金钢 属于属于优质钢和高和高级优质钢:2、合金工具钢、合金工具钢用途：制造刀具、量具、模具等，任用途：制造刀具、量具、模具等，任务温度达温度达600。C分分类：刀具、量具用：刀具、量具用钢、耐冲、耐冲击工具用工具用钢、
18、 冷作模具冷作模具钢、热作模具作模具钢牌号：平均含碳量牌号：平均含碳量1.0%时，不，不标出，出，1.0%时以千分之几表示。高以千分之几表示。高速速钢例外，例外， 平均含碳量平均含碳量1.0%， Cr、Mn平均含量平均含量1.5%的合金工的合金工具具钢， 9SiCr表示平均含碳量表示平均含碳量为0.9%，Cr、Mn平均含量平均含量1.5%的合金工的合金工具具钢， W18Cr4V表示含碳量表示含碳量为0.700.80%， W、Cr、V平均含量分平均含量分别为18%、4%、 1.5%的高速的高速钢 :3、特殊性能钢、特殊性能钢包括不锈钢，耐热钢，耐磨钢，磁钢等。包括不锈钢，耐热钢，耐磨钢，磁钢等。
19、如：如：2Cr13，1Cr18Ni9等等 不锈钢在石油、化工、食品、医药、装饰不锈钢在石油、化工、食品、医药、装饰 运用最广。运用最广。 合金钢的各种化学成分、热处置、用途合金钢的各种化学成分、热处置、用途见见P35表表1-8: 选材的普通原那么选材的普通原那么1. 资料的力学性能资料的力学性能 在设计零件并进展选材时，应根据零件的任务条件和在设计零件并进展选材时，应根据零件的任务条件和损坏方式找出所选资料的主要力学性能目的，这是保证损坏方式找出所选资料的主要力学性能目的，这是保证零件经久耐用的先决条件。零件经久耐用的先决条件。2. 资料的工艺性能资料的工艺性能 资料的工艺性能的好坏对加工消费
20、有直接的影响，资料的工艺性能的好坏对加工消费有直接的影响，几种重要的工艺性能如下：几种重要的工艺性能如下：铸造性能：包括流动性能、收缩、偏析等。铸造性能：包括流动性能、收缩、偏析等。锻造性能：包括可锻性、抗氧化性等锻造性能：包括可锻性、抗氧化性等机械加工性：包括光洁度、切削加工性等机械加工性：包括光洁度、切削加工性等热处置工艺性：淬透性、回火脆性、氧化脱碳倾向等热处置工艺性：淬透性、回火脆性、氧化脱碳倾向等: 普通来说，碳钢的锻造、切削加工性能较好，其机普通来说，碳钢的锻造、切削加工性能较好，其机械性能可以满足普通零件的任务条件要求，因此碳钢械性能可以满足普通零件的任务条件要求，因此碳钢的用途
21、较广。但其强度还不够高，淬透性差。制造大的用途较广。但其强度还不够高，淬透性差。制造大面积外形复杂零件，常选用合金钢。面积外形复杂零件，常选用合金钢。3. 资料的经济性资料的经济性 在满足运用性能的前提下，选用资料时还应留意降在满足运用性能的前提下，选用资料时还应留意降低零件的总本钱。零件的总本钱包括资料本身的价钱低零件的总本钱。零件的总本钱包括资料本身的价钱和与消费有关的一些费用。和与消费有关的一些费用。 在金属资料中，碳钢和铸铁的价钱是比较低廉的，在金属资料中，碳钢和铸铁的价钱是比较低廉的，因此在满足零件力学性能的前提下选用碳钢和铸铁，因此在满足零件力学性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有
22、较高的加工工艺性能，而且可降低本钱。不仅具有较高的加工工艺性能，而且可降低本钱。:复习题复习题1.何谓退火和正火？两者的特点和用途有什么不同？何谓退火和正火？两者的特点和用途有什么不同？2.钢淬火后所获得的马氏体组织与铁素体有何一样和钢淬火后所获得的马氏体组织与铁素体有何一样和不同之处？钢中的马氏体组织表现出什么特性？不同之处？钢中的马氏体组织表现出什么特性？3.钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的加热温钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的加热温度规范、目的和运用有什么不同？度规范、目的和运用有什么不同？4.阐明锯条、汽车钢板弹簧、车床主轴、变速箱齿轮、阐明锯条、汽车钢板弹簧、车床主轴、变速箱齿轮、发动机曲轴的最终热处置工艺。发动机曲轴的最终热处置工艺。 :
