【正文】 一般尺寸重要零件，如齒輪、主軸。 滲 C鋼 的牌號（摘自 GB/T30771999） （ 滲 C: 930℃ ，回火： 200 ℃ ） p172 主 要 化 學 成 分 , % 預備處理／ 淬火 , ℃ C Mn Cr， Ni ~ ~ ~ ~ ~ 880／ 800 水 , 油 880水 , 油 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 850 油 880 ／ 870 油 鋼號 20Cr 20MnV 20CrMn 20CrMnTi 淬 透 性 低 中 高 18Cr2Ni4WA 20Cr2Ni4A ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 950 ／ 850 空 880／ 780 油 機械性能 ? ?b MPa ?s MPa 835 785 540 590 930 1080 735 835 1180 1180 835 1080 aKU2 J 47 55 47 55 78 63 熱處理 組織 —— 表層 ：回火 M +碳化物 + A′； 心部 ：低 C的回火 M（ +T + F） 應用 —— 耐磨件 20Cr，小軸、活塞銷、小齒輪。 性能 —— 強度、韌性高，焊接、冷成形性能好。 概論 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼 特殊性能鋼 合金鋼 概論 １ . 合金鋼的 分類 （ 按用途分類） 合金結(jié)構(gòu)鋼 —— 低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲 C鋼 、調(diào)質(zhì)鋼 、彈簧鋼 、軸承鋼等。 汽車曲軸 熱處理 ： 滲碳、淬火、回火等。 碳鋼的牌號及用途 1． 碳素結(jié)構(gòu)鋼 2． 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 3． 碳素工具鋼 GB/T7001988 標準 GB70079 標準 化學成分和力學性能均須保證 A 類鋼 —— 保證力學性能， B 類鋼 —— 保證化學成分， C 類鋼 —— 保證化學成分及力學性能。 氮化溫度低 (500～ 600℃ )，時間長（ 20～ 50h），滲層薄。 鋼的滲 C —— 氣體、固體滲 C 低 C鋼在高 C介質(zhì)中加熱到 900～ 950℃ 、保溫 → 高碳表層（約 %） 目的：表面硬度，耐磨性 ↑ ，心部保持一定的強度和塑韌性。 4) 加熱溫度和淬硬層厚度容易控制。 用于 重要零件。 用于高 C工具鋼等。 淬硬性 ：淬火后獲得的最高硬度， C%↑→ 淬硬性 ↑ 影響淬透性的因素 除 Co外，合金使 VK↓ , 淬透性 ↑ (a)完全淬透 (b)淬透較大厚度 (c)淬透較小厚度 淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機械性能的比較 4． 回火 淬火后，加熱到 Ac1以下，保溫，冷卻。 ，硬度大。 鋼的普通熱處理 1． 退火 2． 正火 3． 淬火 4． 回火 1．退火 加熱、保溫后，緩冷 (爐冷 )→ 近平衡組織 P（ + F 或 Fe3CII ） 完全退火 （亞共析鋼） 加熱溫度 Ac3 + 20～ 30℃ 緩冷 → F + P 目的： 細化晶粒，均勻化組織 降低硬度 → 切削性 ↑ 等溫退火： 等溫轉(zhuǎn)變 →F + P，再緩冷 球化退火 （過共析鋼） 在 Ac１ + 20～ 30℃ 等溫， 使 Fe3CⅡ 球化， 再緩冷 → 球狀 P（ F +球狀 Cm） 目的： 硬度 ↓, 切削性 ↑, 韌性 ↑ 擴散退火 加熱至略低于固相線 目的：使成分、組織均勻 再結(jié)晶退火： 加熱溫度 TR + 30～ 50℃ 目的：消除加工硬化 去應力退火 加熱溫度＜ Ac1 ， 一般為 500～ 650℃ 目的： 消除冷熱加工后的內(nèi)應力 圖 411 碳鋼各種退火的工藝規(guī)范示意圖 ２． 正火 應用： 1) 鋼的最終熱處理 細化晶粒，組織均勻化，增加亞共析鋼中 P(S)% → 強度、韌性、硬度 ↑ 2) 預先熱處理 —— 淬火、球化退火前改善組織。 板條 M 強度高，塑韌性較好。 M 的形態(tài) C% % 時，為 板條 M（低碳 M）。 (Vk39。A 3A → FA+FM fM sA 101時間/sT/ ℃A 1100200300400500600700800100100 10 10 102 3 5AM sM fA → BA → PBP+Fe 3 C ⅡM+A39。 中溫轉(zhuǎn)變（ 550℃ ~ MS） —— C原子擴散， Fe原子不擴散 過冷 A → 貝氏體 B（碳化物 + 含過飽和 C的 F ） 上 B， 550 ~ 350℃ 產(chǎn)物 —— 羽毛狀，小片狀 Fe3C分布在 F間。 亞（過）析鋼的 A化 —— P → A 后，先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。 過共析鋼 x400 第四章 金屬熱處理及材料改性 熱處理 的概念 把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻， 以改變其組織和性能的一種工藝。 (2) FeFe3 C相圖的相 ● Fe3 C （ Cem， Cm，滲碳體） —— 復雜晶體結(jié)構(gòu) ● 液相 L ● δ 相 （高溫鐵素體 ） —— δ – Fe（ C）固溶體 ● γ 相（ A ，奧氏體） —— γ Fe（ C）固溶體 ● α 相 （ F，鐵素體） —— α Fe（ C）固溶體 (3) 相圖中重要的點和線 液相線 ABCD 固相線 AHJECF 包晶線 HJB，包晶點 J 共晶線 ECF，共晶點 C ?(+Fe3C) 高溫萊氏體 ,Le或 Ld 共析線 PSK， 共析點 S ?(+Fe3C) 珠光體 , P ES線： C在 A中的固溶線 PQ線： C在 F中的固溶線 2．鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程 FeC 合金分類 工業(yè)純鐵 —— C % ≤ % 鋼 —— % ＜ C % ≤ % 亞共析鋼 ＜ % 共析鋼 ＝ % 過共析鋼 ＞ % 白口鑄鐵 —— % ＜ C % ＜ % 亞共晶白口鐵 ＜ % 共晶白口鐵 ＝ % 過共晶白口鐵 ＞ % 類型 亞共析鋼 共析鋼 過共析鋼 鋼號 20 45 60 T8 T10 T12 碳質(zhì)量分數(shù)／％ 幾種 常見 碳鋼 (1)工業(yè)純鐵 ( C % ≤ % ) 結(jié)晶過程 室溫組織 F + Fe3CⅢ (微量 ) 500 第八講 (2)共析鋼 ( C % = % )結(jié)晶過程 室溫組織 : 層片狀 P ( F + 共析 Fe3C ) 500 (3)亞共析鋼 ( C % = % )結(jié)晶過程 室溫組織 : F + P， 500 (4)過共析鋼 ( C % = % )結(jié)晶過程 室溫組織 : P + Fe3CII 400 (5)共晶白口鐵 ( C % = % )結(jié)晶過程 室溫組織 : （低溫） 萊氏體 Le′ （ P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ） , 500 萊氏體 Le′ 的性能： 硬而脆 標注了組織組成物的相圖 3．鐵碳合金的 成分 組織 性能關(guān)系 含碳量與相的相對量關(guān)系 ： C %↑→F %↓ ， Fe3C %↑ 含碳量與組織關(guān)系： 圖（ a）和（ b） 含碳量與性能關(guān)系 HB：取決于相及相對量 強度： C%=% 時最大 塑性、韌性：隨 C%↑ 而 ↓ 4．鐵碳相圖的應用 鋼鐵選材 ： 相圖 ?性能 ?用途 局限性 相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實際情況有較大差異。 2. 合金的工藝性能與相圖的關(guān)系 ● 鑄造性能 液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小（如接近共晶成分的合金），則流動性好，不易形成分散縮孔。 X1合金結(jié)晶過程分析 c e f g X1 T,?C t L ? L ? L L+ ? ? 冷卻曲線 ? ? + ? Ⅱ ?Ⅱ 1 2 3 4 { Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 d X1合金結(jié)晶特點 T,?C t L ? L ? L L+ ? ? 冷卻曲線 ? ? + ? Ⅱ ? Ⅱ ，而是經(jīng)過勻晶反應形成單相 ?固相。 ? 轉(zhuǎn)變結(jié)果是從一種液相中結(jié)晶出兩個不同的固相。 66 18 根據(jù)杠桿定律推論， Q? / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4 答：所求 合金在1280 ?時 ?相的相對質(zhì)量為 1/4。 杠桿定律 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 1 2 a c b a1 b1 c1 T1 T2 1. 在兩相區(qū)內(nèi)，對應每一確定的溫度，兩相的成分是確定的。所以、對于 FeC二元合金來說，不是一種，而是由不同配比組成的一系列不同成分的合金，所以叫 FeC二元合金系。組元可以是元素，也可以是穩(wěn)定的化合物，如Fe3C，在鐵、碳合金中它也可以作為組元 ? 3．相 ? 合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)、成分基本相同并有明確界面與其它部分分開的均勻組成部分。 1. 塑性變形的本質(zhì)和滑移機理。 冷加工時，無 再結(jié)晶過程，與前述塑性變形對組織和性能的影響相同， 如產(chǎn)生加工硬化等。 熱加工對組織和性能的影響 1）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機械性能改善。 加工硬化消除 —— 強度、硬度大大 ↓ ，塑性、韌性大大 ↑ 。 （ 3） 加工硬化 （形變強化 —— 強化材料的手段之一） 加工硬化的原因 塑性變形 → 位錯密度增加，相互纏結(jié) (亞晶界 )，運動阻力加大 → 變形抗力 ↑ 金屬在冷變形時，強度、硬度 ↑ ，塑性、韌性 ↓。 ?多晶體變形的特點： （ 1）變形抗力高； （ 2）變形和應力不均勻性； （ 3）晶界和晶粒間位向差共同作用。 ? 滑移 2）滑移的實現(xiàn) —— 借助于 位錯運動 3）滑移總是沿著原子排列最緊密的原子面進行 6）晶格位向不變 7）滑移的間距是原子間距的整數(shù)倍 4）滑移的結(jié)果產(chǎn)生滑移帶 5）滑移伴隨著轉(zhuǎn)動 ?孿生 在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生 切變 ，產(chǎn)生塑性變形。本次課內(nèi)容 ?單晶體的塑性變形 ?多晶體的塑性變形 一、單晶體的塑性變形 晶體在外力作用下任何晶面的分力： ??晶面 正應力：使晶格發(fā)生彈性變形或斷裂； 切應力：使晶格發(fā)生彈性歪扭或塑性變形。產(chǎn)生滑移的最 小切應力稱為 臨界切應力 。 二、多晶體的塑性變形 ?多晶體的塑性變形主要受晶粒的位向及晶界對位錯運動的阻礙。 晶粒拉長，且出現(xiàn) 織構(gòu) 。 回復溫度 =（ ~ ） T0 2. 再結(jié)晶 塑性變形后的金屬在較高溫度加熱時，發(fā)生 再結(jié)晶 過程（ 再結(jié)晶退火 ）： 通過重新形核、長大，生成新的等軸晶粒，晶格類型不變。 熱加工時，塑性變形引起的加工硬化效應隨即被再結(jié)晶過程的軟化作用所消除。 鍛造曲軸 切削加工曲軸