【正文】 都已成了硬脆的滲碳體，強度很低，塑性和韌性隨滲碳體相對量的增加呈迅速下降趨勢。 在熱處理生產上的應用 從鐵碳相圖可知：鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過程中均有相的變化，所以鋼和鑄鐵可以進行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。因此，合理選擇加熱和保溫時間。 2． 共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變產物的組織和性能 （ 1） 隨爐冷 P 170~220HBS （ 700～ 650℃） （ 2） 空冷 S 25~35HRC （ 650～ 600℃） （ 3） 油冷 T＋ M 45~55HRC 550℃ （ 4） 水冷 M+A ′ 55~65HRC 3． 馬氏體轉變 當冷速 V K 時，奧氏體發(fā)生 M轉變，即碳溶于 α — F e 中的過飽和固溶體，稱為 M（馬氏體） 。 ) （ 1） 完全退火： 1） 概念：將亞共析鋼（ Wc＝ ％ ~％）加熱到 AC 3 +（ 30~50） ℃， 完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、 埋入砂、石灰中），以獲得接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。 冷卻速度和等溫溫度也會影響碳化物獲得球化的效果，冷卻速度快或等溫溫度低，珠光體在較低溫度下形成，碳化物顆粒太細，聚集作用小，容易形成片狀碳化物，從而使硬度偏高。對于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來細化晶粒，消除鑄造應力。 組織：共析鋼 S 、亞共析鋼 F+S、過共析鋼 Fe 3 CⅡ＋ S ４、工藝：正火保溫時間和完 全退火相同，應以工件透燒，即心部達到要求的加熱溫度為準，還應考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設備等因素。 3）消除過共析鋼的網狀碳化物，便于球化退火。因為較快的冷卻速度可以防止低碳鋼沿晶界析出游離三次滲碳體，從而提高沖壓件的冷變形性能；用正火可以提高鋼的硬度，低碳鋼的切削加工性能；在沒有其它熱處理工序時，用正火可以細化晶粒，提高低碳鋼強度。 鋼 的 淬 火 鋼的淬火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序。 例如：原始組織為球狀珠光體的 T8 鋼，如淬火加熱溫度為 600℃（＜ Ac 3 ＝，則淬火后的硬度與淬火前的退火狀態(tài)基本相同；如淬火加熱溫度為 780℃（ Ac 3 ＋ 30～ 50℃），則淬火后的硬度能達到 63HRC；如淬火溫度提高至 1000℃（ 》Ac 3 ），雖然淬火后硬度能達到 63HRC，但是沖擊韌性卻顯著降低。 此外，水溫對水的冷卻特性影響很大，水溫升高，高溫區(qū)的冷卻速度顯著下降，而低溫區(qū)的冷卻速度仍然很高。水的冷卻 能力很大，但冷卻特性不好；油冷卻特性較好，但其冷卻能力又低。 四、淬火方法 單介質淬火 優(yōu)點：操作簡單、易實現機械化、應用廣泛。 馬 氏體等溫度淬火 優(yōu)點：下貝氏體的硬度略低于馬氏體，但綜合力學性能 較好，應用廣泛。臨界直徑是指鋼材在某種介質中淬冷后，心部得到全部馬氏體（或 50％馬氏體）組織的最大直徑。 由于過熱不僅在淬火后得到粗大馬氏體組織，而且易于引起淬火裂紋。 2. 淬火加熱時的氧化和脫碳 淬火加熱時，鋼件與周圍加熱介質相互作用往往會產生氧化和脫碳等缺陷。 當兩力相復合超過鋼的屈服強度時，工件就變形；當復合力超過鋼的抗拉強度時，工件就開裂。硬度為58~64ＨＲＣ，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。 通常在工業(yè)上將鋼件經淬火＋高溫回火的復合熱處理工藝稱為調質。 鋼的回火 鋼件淬火后，再加熱到 A 1 以下某一溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。 3. 淬火時形成的內應力 有兩種情況： ①工作在加熱或冷卻時，由于同部位存在著溫度差別而導致熱脹或冷縮不一致所引起的應力稱為熱應力。過燒的原因主要是設備失靈或操作不當造成的。如低合金鋼淬透性相當好 ，但其淬硬性卻不高；高碳鋼的淬硬性高，但其淬透性卻很差。 2. 淬透性表示方法。 馬氏分級淬火 優(yōu)點：使過冷奧氏體在緩冷條件下轉變成馬氏體，從而頭減 少變形。主要用于貝氏體等溫淬火，馬氏體分級淬火，常用于處理形狀復雜、尺寸較小和變形要求嚴格的工件。 適用于對過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼。 三、淬火介質 淬火介質：鋼從奧氏體狀態(tài)冷至 Ms 點以下所用的冷卻介質。 ② 共析鋼與過共析鋼 Ac 1 +(30~50)℃，由于有高硬度的滲 碳體和馬氏體存在，能保證得到高的硬度和耐磨性。 退火是應用非常廣泛的熱處理，在工模具或機械零件等的制造過程中，經常作為預備熱處理安排在鑄鍛焊之后，切削（粗）加工之前，用以消除前一道工序所帶來的某些缺陷，并為隨后的工序做好準備。 三、退火和正火的選擇 退火與正火的主要區(qū)別： 正火的冷卻速度比退火稍快，過冷度較大 正火后所得到的組織比較細，強度和硬度比退火高一些。中碳結構鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。 二、鋼的正火 概念： 將鋼件加熱 到 Ac 3 (或 Ac cm )以上３０～５０℃，保溫適當時間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為鋼的正火。 4） 注意：高溫擴散退火生產周期長，消耗能量大，工件氧化、 脫碳嚴重，成本很高。 過共析鋼中有網狀二次滲碳體時，不僅硬度高，難以進行切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產生淬火變形及開裂。 4） 適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄，焊，鍛，軋制件等。 一、鋼的退火 概念： 將鋼件加熱到適當溫度 (Ac 1 以上或以下 )，保持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài) 組織的熱處理工藝稱為退火。 共析碳鋼奧氏體等溫轉變產物的組織和性能 1） 高溫珠光體型轉變： A 1 ~550℃ （ 1）珠光體（ P） A 1 ~650℃ 粗層狀 約 μ m 25HRC （ 2）索氏體（ S） 650~600℃ 細層狀 ~ μ m 25~35HRC （ 3）托氏體（ T） 600~550℃ 極細層狀 約 μ m 35~40HRC 2） 中溫貝氏體型轉變： 550~Ms （ 1）上貝氏體（ B 上 ） 550~350 ℃ 羽毛狀 40~45HRC 脆性大，無使用價值 （ 2）下貝氏體（ B 下 ） 350~M S 黑色針狀 45~55HRC 韌性好，綜合力學性能好 3） 低溫馬氏體型轉變： M s ~M f 當 A 被迅速過冷至 M S 以下時，則發(fā)生馬氏體（ M）轉變，主要形態(tài)是板條狀和片狀。分為 00， 0， 1， 2? 10 等十二個等級，其中常用的 1~10 級， 4 級以下為粗晶粒， 58 級為細晶粒， 8 級以上為超細晶粒。 熱處理工藝分類：（根據熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下） 整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調質； 表面熱處理：包括表面淬火、物理和化學氣相沉積 等； 化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。 在鍛壓生產上的應用 鋼在室溫時的組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難，只有將其加熱到單相奧氏體狀態(tài)，才 具有較低的強度，較好的塑性和較小的變形抗力，易于成形。至于塑性和韌性， 則隨著含碳量的增加而不斷降低。過共晶白口鐵的結晶過程如圖 3－ 12 所示。亞共晶白口鐵的結晶過程如圖 3－ 11 所示。 1～ 2 點溫度之間組織為液體和奧氏體。轉變是在恒溫下 進行，其中奧氏體的成分是 E 點的成分。隨著溫度不斷降低，由奧氏體中析出的二次滲碳愈來愈多，而奧氏體中的含碳量不斷減少，并沿著 ES 線變化。原鐵素體不變保留了在基體中。故室溫下共析鋼的組織為 P。滲碳體不能單獨使用，在鋼中總是和鐵素體混在一起，是碳鋼中主要強化相。 奧氏體（Ａ） 碳溶于 γ鐵中的間隙固溶體稱為奧氏體，用符號Ａ或γ表示。 金屬的同素異構轉變過程與液態(tài)金屬的結晶過程相似，實質上它是一個重要結晶過程。金屬化合物是許多高合金的重要組成相，與固溶體適當配合可以提高合 金的綜合力學性能。 間隙固溶體就是溶質原子溶入溶劑晶格的單間隙之中而形成的（如圖）。 將金屬試樣的磨面經適當處理后用肉眼或借助放大鏡觀察的組織，稱為宏觀組織；將用適當方法（如浸蝕）處理后的金屬試樣的磨面復型或制成的薄膜置于光學顯微鏡或電子顯微鏡下觀察到的組織，稱為顯微組織。組元大多數是元素，如鐵碳合金中的鐵元素和碳元素是組元；銅鋅合金中的銅元素和鋅元素也是組元。 還有一種變質劑，能附著在晶體前面強烈阻礙晶粒長大，降低長大線速度Ｇ，如往鋁硅鑄造合金中加入鈉鹽，鈉附著在硅的表面，降低硅的長大線速度Ｇ，阻礙粗大片狀硅晶體形成，使合金組織細化。 因此，要控制金屬結晶后晶粒大小，必須控制形核率Ｎ和長大線速度Ｇ這兩個因素，主要途徑如下： ① 增加過冷度 液態(tài)金屬結晶的形核率Ｎ、長大線速度Ｇ與過冷度之間的關系如圖所示。依次類推??。 過冷度并不是一個恒定值，液體金屬的冷卻速度越大，實際結晶的溫度Ｔ 1 就越低，即過冷度ΔＴ就越大。如果凝固的固態(tài)物質是原子（或分子）作有規(guī)則排列的晶體，則這種凝固又稱為結晶。例如，我國和低合金強度結構鋼，就是利用錳、硅等元素來強化鐵素體，從而使材料的力學性能大為提高。 固溶體 溶質原子溶入溶劑晶格中而 仍保持溶劑晶格類型的合金相，稱為固溶體。另外，也可由構成元素來命名，如鐵碳合金。如黃銅是銅和鋅的組成合金；碳鋼是鐵和碳組成的合金；硬鋁是鋁、銅是鎂組成的合金等。實際上每個晶粒皆是由許多位向 差很?。?2176。實驗證明，在實際晶體中存在著大量刃型位錯。晶體中的線缺陷通常是指各種類型的位錯。 多晶體即由許多位向不同的晶體組成，且其內部還存在著多種晶體缺陷。晶胞中原子數可參照如下計算方法：晶胞每個結點上的原子為相鄰的 8 個晶胞所共有，而每個面中心的原子卻為兩個晶胞所共有，所以，每個晶胞中的原子數為 n=8 1/8+6 1/2=4(個 )。 ③晶格常數 為了研究晶體結構的需要，在結晶學中規(guī)定用晶格常數來表示晶胞的幾何形狀和大小。如塑料、玻璃、瀝青 等。固態(tài)物質按原子排列特點可分為晶體與非晶體兩大類。 維氏硬度法適用范圍寬，尤其適用于測定金屬鍍層、薄片金屬及化學熱處理后的表面硬度，其結果精確可靠。區(qū)別在于壓頭采用錐面夾角為 136176。 如 50ＨＲＣ，表示用ＨＲＣ標尺測定的洛氏硬 度值為 50。并用每 ㎜的壓痕深度為一個硬度單位。 如下圖所示， 0－ 0 為金剛石壓頭還沒有和試樣接觸的位置。（我國目前布氏硬度試驗機壓頭主要是淬火鋼球。 選擇試驗規(guī)范 在進行布氏硬度試驗時，鋼球直徑Ｄ、施加的試驗力Ｆ和試驗力保持時間、應根據被測試金屬的種類和試樣厚度，按下表所示的布氏硬度試驗規(guī)范正確地進行選擇。 硬度的測定常用壓入法。 δ =(l1l0)/ l0 100% 斷面收縮率是指試樣斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號Ψ表示。 應力是指材料單位面積上的內力。如鑄造性、鍛造性、焊接性、熱處理性、切削加工 性等。 3．學習這門課的目的 通過理論和實踐，同學們應掌握機械工程材料，金屬加工和熱處理的理論基礎知識。我們是繼往開來的接班人，要努力學好工程材料，為四化做貢獻?，F代工業(yè)裝備向著高速、自動、精密等方向發(fā)展。 ⑵實踐性強 有利于培養(yǎng)實踐技能，提高動手能力，為獲取“雙規(guī)”提供保障。 工藝性能：在制造機械零件及工具過程中，金屬材料適應各種冷、熱加工的性能。 －伸長曲線 二、強度 強度 是指金屬材料在載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力。用符號δ表示。 材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標之一。 HBS(HBW)：用鋼球（硬質合金球）試驗的布氏硬度值； F：試驗力（ N）； d：壓痕平均直徑（ mm）； D：鋼球（硬質合 金球）直徑（ mm）． 布氏硬度的單位為 N/mm2，但習慣上只寫明硬度值而不標出單位。為了避免壓頭變形，可用硬質合金 球壓頭，它適用于測試 HBW＜ 650 的金屬材料。壓入試樣表面之后卸除主試驗力，在保留初試驗力的情況下，根據試樣表面壓痕深度，確定被測金屬材料的洛氏硬度值。因此采用一個常數 c 減去 h來表示硬度的高低。在中等硬度情況下，洛氏硬度ＨＲＣ與布氏硬度ＨＢＳ之間關系約為 1： 10，如 40ＨＲＣ 相當于 400ＨＢＳ 。 試驗原理 維氏硬度試驗原理與布氏硬度相似，也是根據壓痕單位表面積上的試驗力大小來計算硬度值。如６４０／ＨＶ３０／２０ ,表示 30kgf () 試驗力，保持時間為 20s 測得維氏硬度值為 640。 第二章 純金屬與合金的晶體結構 第一節(jié) 金屬的晶體結構 一、晶體結構的基本知識 晶體與非晶體 固態(tài)物質的性能與原子在空間的排列情況有著密切的關系。 ②沒有固定熔點，隨著溫度的升高將逐漸