【文章內容簡介】 具有以下作用：① 改變工件的形狀和尺寸；② 改善鋼的組織，提高鋼的性能。即通過消除鑄造缺陷，細化鋼的晶粒，改善鋼中的夾雜物分布，能提高鋼的機械性能。1碳鋼的分類 按含碳量分類，碳鋼分為：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。 按鋼中的S、P含量分類，碳鋼分為：普通碳鋼、優(yōu)質碳鋼和高級優(yōu)質碳鋼。 按用途分類，碳鋼分為：碳素結構鋼和碳素工具鋼。 按冶煉方法分類，碳鋼分為：鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。第三章鋼的熱處理一、基本要求本章主要介紹了鋼的熱處理的基本知識、普通熱處理、表面熱處理以及特種熱處理工藝及應用。要求學生掌握鋼在加熱時的轉變、過冷奧氏體等溫冷卻轉變、淬火鋼的回火轉變、普通熱處理及表面熱處理工藝及應用。一般了解鋼的特種熱處理。二、重點內容鋼的熱處理的基本知識；鋼的普通熱處理。三、難點奧氏體化、過冷奧氏體轉變及淬火鋼的回火轉變。四、基本知識點在固態(tài)下通過加熱、保溫和冷卻的方法，改變鋼的組織，從而獲得所需性能的工藝稱為鋼的熱處理。第一節(jié)鋼在加熱時的轉變奧氏體的形成將共析鋼、亞共析鋼和過共析鋼分別加熱到AA3和Acm以上時，都會完全轉變?yōu)閵W氏體組織，這種加熱轉變稱為奧氏體化。1）共析鋼的奧氏體的形成過程奧氏體的形成過程包括：形核、長大、殘留滲碳體溶解和奧氏體均勻化四步。形核：α和Fe3C的相界面最易于形核，通過同素異構轉變α→γ和Fe3C的溶解來實現(xiàn)。長大：一旦形核，γ則向α和Fe3C方向長大，此過程同樣通過同素異構轉變α→γ和Fe3C的溶解來實現(xiàn)。殘留滲碳體溶解：由于同素異構轉變α→γ的速度比和Fe3C向γ中溶解的速度快，所以，同素異構轉變完成后，還一部分碳化物（殘留碳化物）尚未溶解，它會在隨后的加熱過程中繼續(xù)向奧氏體中溶解。奧氏體均勻化：殘留碳化物溶解完畢后，γ的成分是不均勻的，原來α處含碳量低，而原來Fe3C處含碳量高。只有經足夠長的保溫時間，才能通過C的擴散形成均勻的γ等軸晶。2）影響γ形成的因素影響因素有：加熱溫度、加熱速度、鋼的原始組織、碳含量、合金元素。3）亞共析鋼和過共析鋼的γ形成過程亞共析鋼和過共析鋼中P的γ形成過程同共析鋼是一樣的。此外，其γ化過程中還分別發(fā)生先共析鐵素體的奧氏體化和先共析二次滲碳體的溶解過程。奧氏體晶粒大小1）奧氏體的實際晶粒度在實際熱處理加熱條件下得到的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體實際晶粒大小或奧氏體實際晶粒度。2）奧氏體的本質晶粒度本質晶粒度表示鋼在加熱時奧氏體晶粒長大傾向的大小，并不表示奧氏體實際晶粒的大小。用Al脫氧或含有Nb、V、Ti等元素的鋼為本質細晶粒鋼，而用Si、Mn脫氧的鋼則為本質粗晶粒鋼。第二節(jié)奧氏體轉變圖過冷奧氏體：在臨界溫度（AAAcm）以下尚未發(fā)生轉變的不穩(wěn)定的奧氏體。奧氏體轉變圖：描述過冷奧氏體的“溫度時間轉變”三者間關系的曲線。過冷奧氏體的等溫轉變（1）奧氏體等溫轉變圖（TTT圖、C曲線）的建立（2）奧氏體等溫轉變圖的分析1）孕育期和轉變速度隨等溫溫度而變化由于過冷度增大，相變驅動力增大，在“鼻溫”時γ轉變的孕育期最短，轉變速度最快；而在“鼻溫”以下溫度時，隨溫度的降低，原子的活動能力下降，故孕育期增長，轉變速度變慢。2）轉變類型隨等溫溫度而變化（1）P型轉變（A1～TA）（2）B型轉變（TA～Ms）（3）M型轉變（Ms～Mf）過冷γ等溫轉變過程及產物過冷γ等溫轉變圖（C曲線）如下圖所示。圖31 過冷奧氏體的等溫轉變示意圖1）珠光體轉變在A1~560℃恒溫下，過冷γ發(fā)生P轉變，產物為層片狀P組織。不同轉變溫度下層片大小及距離不同，據(jù)此可將P轉變產物分為：珠光體P：A1~650 ℃索氏體S：650~600 ℃托氏體T：600~560 ℃P、S、T無本質區(qū)別，只有形態(tài)上的粗細之分，P較粗、S較細、T更細。P、S、T通稱P型組織，組織越細，強度、硬度越高，塑、韌性越好。2）貝氏體（B）轉變貝氏體：過飽和鐵素體和Fe3C的機械混合物。B轉變也是B形核與長大的過程。首先沿奧氏體晶界形成過飽和鐵素體晶核并長大，隨后在這種鐵素體中析出細小的滲碳體。不同溫度下產生的B的形態(tài)不同： 560 ~350 ℃形成的B稱為B上、350~Ms形成的B稱為B下。B上呈羽毛狀，由互相平行的過飽和鐵素體和分布在片間的斷續(xù)細小的滲碳體組成。硬度高，可達40~45HRC，但因鐵素體片粗大且平行分布，同時晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差，應用少。B下呈針葉狀，由針葉狀過飽和鐵素體和彌散分布在其中的極細小的滲碳體組成。硬度高50~60 HRC，強度高，耐磨性好，塑性、韌性高，具有良好的綜合力學性能。生產中“等溫淬火”的目的就是為了得到B下組織3）馬氏體（M）轉變（1）馬氏體轉變過程轉變溫度低，C不能擴散。γ→α，C完全保留在aFe中，引起過飽和。M又稱碳過飽和鐵素體。M轉變產生體積膨脹，會造成較大的內應力及變形。（2）馬氏體的形態(tài)片狀馬氏體：呈雙凸透鏡狀，高碳、孿晶M，強度高，塑韌性低板條馬氏體：呈細長板條狀，低碳，強度高，塑韌性好。wC % 的鋼淬火后, 幾乎全部為片M；wC % 的鋼淬火后, 基本上全部為板條M；% wC %的鋼淬火后，為兩種M的混合物。影響奧氏體等溫轉變圖的主要因素1）含Ｃ量的影響亞共析鋼及過共析鋼的過冷奧氏體的等溫轉變與共析鋼一樣，亦分為高溫P型轉變、中溫B型轉變和低溫M型轉變。但在P型轉變之前，亞共析鋼有鐵素體的析出，過共析鋼有Fe3C析出。亞共析鋼：wC↑，C曲線右移；過共析鋼：wC↑，C曲線左移；共析鋼過冷奧氏體最穩(wěn)定（C曲線最靠右）。2）合金元素的影響合金元素對C曲線的影響是復雜的，幾乎除Co外，所有溶入奧氏體中的合金元素均使曲線右移。除Co、Al外，溶入奧氏體的合金元素都使C曲線上的Ms、Mf點降低。過冷奧氏體的連續(xù)轉變圖（CCT圖）圖32 過冷奧氏體的連續(xù)轉變示意圖CCT曲線位于C曲線右下方，P轉變溫度更低，時間更長；共析鋼及過共析鋼的CCT曲線中無B型轉變，而多了一條P轉變終止線；亞共析鋼在連續(xù)冷卻時在一定溫度范圍內過冷A會部分轉變?yōu)锽。由于CCT曲線測定比較困難，實際熱處理中常參照C曲線來定性估計連續(xù)冷卻轉變過程。第三節(jié)鋼的普通熱處理鋼制零件在制造過程中至少都要進行一次熱處理。鋼的普通熱處理是將工件加整體進行加熱、保溫和冷卻，以期獲得均勻的組織和性能和一種操作。包括：退火、正火、淬火和回火四種工藝。鋼的退火將鋼件加熱到臨界溫度（AAAcm）以上（有時以下）保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱退火。常用的有完全退火、球化退火和去應力退火等。1）完全退火加熱至Ac3以上，保溫一定時間，然后緩慢冷卻到500℃后出爐冷卻。應用：亞共析鋼和合金鋼的鑄、鍛、及熱軋型材，也可以用于焊件。目的：改善組織、細化晶粒，降低硬度，改善切削加工性。常作為對強度要求不高的零件的最終熱處理，或重要零件的預先熱處理。 2）球化退火加熱至Ac1以上，保溫一定時間，使鋼的Fe3C（碳化物）趨于球化，然后緩慢冷卻到600℃后出爐冷卻。應用：共析鋼和過共析鋼及合金鋼。目的：降低硬度，改善切削加工性能，并為淬火作組織準備。3）去應力退火把鋼件加熱到500～650℃，保溫一定時間，隨爐冷卻至200℃后出爐。應用：鑄件、鍛件、焊件、冷沖壓件及機加工件。目的：消除殘余應力，以防止零件變形或產生裂紋。鋼的正火將工件加熱至奧氏體區(qū)，保溫一定時間后，出爐空冷的熱處理工藝稱為正火。應用：普通結構件作為最終熱處理；低、中碳鋼作為預先熱處理，改善切削加工性能；過共析鋼消除網狀滲碳體。目的：細化組織，適當提高硬度和強度。選擇退火或正火工藝時應考慮以下因素：（1）改善切削加工性能低碳鋼：硬度低，粘刀，選擇正火；高碳鋼：硬度高，難切削，選擇退火；中碳鋼：退火、正火皆可。（2）使用性能普通結構件，以正火作為最終熱處理，以細化晶粒，提高力學性能；形狀復雜的結構件，采用退火作為最終熱處理，以削除應力防止裂紋。（3）經濟性正火周期短，耗能少，操作簡便，盡量以正火代替退火。鋼的淬火將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后快速冷卻獲得M的熱處理工藝稱為淬火。1）目的獲得M組織，提高工件的強度和硬度。2）淬火介質（1）理想的淬火冷卻速度高溫慢冷，中溫快冷，低溫慢冷。（2）常用淬火介質水、鹽水、油3）常用淬火方法單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火4）鋼的淬透性（1）淬透性及其測定鋼件淬火時，表層直接與淬火介質接觸，冷卻速度快；而心部則要靠熱傳導通過表層來散熱，冷卻速度慢。因此鋼件表層得到M，而心部只能獲得部分M，甚至完全得不到M。由鋼件表面到半Ｍ層的區(qū)域稱為淬硬層，其深度稱淬硬層深度。常用的測定淬透性的方法有：臨界直徑法和頂端淬火法。（2）影響淬透性的主要因素合金元素、含碳量。鋼的回火將淬火后的鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。回火的目的：消除淬火應力，降低鋼的脆性；穩(wěn)定工件尺寸；獲得工件所要求的組織和性能。1）淬火鋼回火時組織和性能的變化（1）組織變化回火溫度80～200℃，Ｃ以e碳化物形式析出，彌散分布、極細、粒狀，與Ｍ保持共格關系的薄片，其晶體結構為正交晶格，此時組織為回火Ｍ?；鼗饻囟?00～300℃，Ｍ分解使得體積↓，殘留奧氏體分解了過飽和鐵素體＋碳化物?；鼗饻囟?50～400℃，馬氏體分解完成。鐵素體中含碳量降低到正常飽和狀態(tài)，e碳化物轉變?yōu)闃O細的顆粒狀滲碳體?；鼗饻囟仍?00℃以上，滲碳體顆粒聚集長大并形成球狀，鐵素體發(fā)生回復、再結晶。（2）性能變化隨回火溫度升高，硬度、強度降低，塑性、韌性升高。2）回火各類及應用（1）低溫回火(150～250℃) 組織：回火Ｍ。性能：高硬度、強度。應用：高碳鋼和高碳合金鋼工具鋼制造的工模具和滾動軸承。（2）中溫回火(350～500℃) 組織：回火T。性能：較高的韌性和高的彈性及屈服強度。應用：彈簧。（3）高溫回火(500～650℃) 組織：回火S。性能：良好的綜合力學性能。應用：廣泛應用于各種機械零件。第四節(jié)鋼的表面熱處理表面淬火將工件表面快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未傳到材料心部時立即迅速冷卻，使其表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。常用的表面淬火方法有：焰加熱表面淬火、感應加熱表面淬火、激光加熱表面淬火。鋼的化學熱處理將工件置于一定的化學介質中，通過加熱、保溫和冷卻，使介質中的某些元素滲入到工件表層，以改變表層的化學成份和組織，從而使工件表面具有與心部不同的性能的一種熱處理工藝。與表面淬火熱處理相比，化學熱處理不僅使工件表面與心部的組織不同，且成份亦不同。最常用的表面化學熱處理有：滲碳、滲氮、碳氮共滲第五節(jié)鋼的特種熱處理真空熱處理可控氣氛熱處理形變熱處理第四章 合金鋼一、基本要求本章概要敘述了合金元素在鋼中的作用，合金鋼的分類。主要介紹了工程上常用的合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。要求學生掌握主要合金元素在鋼中的作用，熟悉合金鋼的分類，重點掌握低合金高強度結構鋼、不銹鋼和鎳基合金的成分、組織、性能特點。一般了解合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、超高強度鋼、合金工具鋼、耐熱鋼和高溫合金、低溫鋼的性能、熱處理和應用。二、重點內容合金元素在鋼中的作用，存在形式。低合金高強度鋼的成分、組織、性能特點及其熱處理。不銹鋼和鎳基合金的成分、組織、性能特點及用途。三、難點第一次回火脆性和第二次回火脆性的防止。四、基本知識點第一節(jié)概述 合金元素在鋼中的作用（八大作用） 作用 主要元素細化A晶粒 Ti、V、Nb、Zr、Al提高淬透性 除Co以外，如Mn、Cr、W、Mo提高回火抗力 Cr、W、Mo、V固溶強化 Ni、Si、Al、Co、Cu、Mn、Cr、Mo、W第二相強化 Mn、Cr、Mo、W擴大A相 Ni、Mn、Cu、N擴大F相 Si、Al、Ni、Cr、W、Mo、Ti形成致密氧化膜 Si、Cr、W、Mo、V、Ti、Al重點是Cr、W、Mo占了六大作用，另外兩個作用一個是細晶，一個是擴大A。 合金元素在鋼中存在的形式（三種）固溶體、化合物和游離態(tài)。 第一類回火脆性一般認為低溫回火脆性是由于M分解時沿M板條或片的界面析出斷續(xù)的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷裂強度，使之成為裂紋擴展的途徑，因而導致脆性斷裂。防止第一類回火脆性的措施是避免在250℃～400℃回火。第二類回火脆性第二類回火脆性是在回火過程中Sb、P、Sn 在Ａ晶界偏聚而引起的脆化現(xiàn)象。防止第二類回火脆性措施有兩個： 1）加入W、Mo等能強烈阻止或延緩雜質元素在Ａ晶界的偏聚。2）450℃～650℃回火快冷5 、合金鋼的分類及其牌號分類：合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼的分類 第二節(jié) 合金結構鋼合金結構鋼的分類、應用應用：最為廣泛分類：低合金高強度鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、超高強度鋼等.低合金高強度鋼1)簡介又稱低合金高強度鋼 廣泛用于制造在大氣和海洋工作的大型焊接結構件，如橋梁、車輛、船舶、輸油氣管、壓力容器等。2)成分及性能特點主要合金元素：Mn、Ti、V、Nb、Cu、P、Re等作用：強化F，細化晶粒，從而提高鋼的強度，Cu、Pb還可以提高鋼的耐大氣腐蝕抗力。3) 典型牌號16Mn、09MnNb、15MnVN等