热处理工操作技术要领图解.docx

1、青 工 操 作 技 术 要 领 图 解 系 列热 处 理 工 操 作 技 术 要 领 图 解丛 书 主 编 本 书 主 编王 志 鑫 郭 丽 波参 编 王 连 海 房 玉 胜 孙 召 瑞 陈 文亓 永 秋 李 国 平 王 立 功 李 传 红亓 秀 玲 刘 志 强 陶 希 海绘 图主 审孙 召 瑞 陈 文山 东 科 学 技 术 出 版 社图 书 在 版 编 目 ( CIP ) 数据热处理 工 操作 技 术 要 领 图 解 / 郭 丽 波 主 编 . 济 南 :山 东 科 学 技 术 出 版 社 , 2005( 青 工 操 作 技 术 要 领 图 解 系 列 )ISBN 7 - 5331 - 40

2、12 - 5 . 热 . . . . 郭 . . . . 热 处 理 图解 .TG156 - 64中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2005) 第 044032 号青 工 操 作 技 术 要 领 图 解 系 列 热 处 理 工 操 作 技 术 要 领 图 解 丛 书 主 编 王 志 鑫 本 书 主 编 郭 丽 波绘 图 孙 召 瑞出 版 者 : 山 东 科 学 技 术 出 版 社地 址 : 济 南 市 玉 函 路 16 号邮 编 : 2 50 00 2 电 话 : ( 05 31 ) 20 98 088网 址 : www .l kj .com .cn电 子 邮 件 : sd

3、 kj sd press .co m .cn发 行 者 : 山 东 科 学 技 术 出 版 社地 址 : 济 南 市 玉 函 路 16 号邮 编 : 2 50 00 2 电 话 : ( 05 31 ) 20 98 071印 刷 者 : 山 东 新 华 印 刷 厂地 址 : 济 南 市 胜 利 大 街 56 号邮 编 : 2 50 00 1 电 话 : ( 05 31 ) 20 79 112开 本 : 8 50 mm 116 8 mm 1/ 32印 张 : 1 0 . 75字 数 : 2 35 千版 次 : 2 00 5 年 5 月 第 1 版 第 1 次 印 刷印 数 : 1 - 50 00I

4、SBN 7 - 5331 - 4012 - 5 TG19定 价 : 17 .60 元内 容 提 要本 书 主 要 介 绍 当 前 机 械 行 业 中 广 泛 应 用 的 热 处 理 工 技 术 。 内 容 主 要 包 括 金 属 学基础 知 识、 各 种 热 处 理 工 艺、 常用材料热处 理、 各 种典 型 零 件热处理、 常用 热处 理设 备 和 热 处 理 工 艺 编 制 基 本 知 识 等 , 同 时 还 简 单 介 绍 了 热 处 理 新 技 术 和 新 工 艺 及 质 量 分 析。 本 书 通 俗 易 懂 , 图 表 简 单 明 了 , 图 文 并 茂 , 重 点 突 出 , 举

5、例 典 型 , 在 同 类 书 籍 中 独 具 特 色 , 可作 为技 校、 职 业 学校、 劳 动就业部门、 企 业职 工教 育 部 门 等 单 位 人 员 的 教 学 用 书 和 参考书 , 还 可 供 有 关 工 程 技 术 人员参考。前 言随 着 工 业 技 术 的 发 展 和 改 革 开 放 的 不 断 深 入 , 我 国 城 乡 建 设 急 需 大 量 的 技 能 人 才 , 职 业 技 能 培 训 是 提 高 劳 动 者 素 质 、 增 强 劳 动者 就 业 能 力 的 有 效 措 施 。 为 满 足 广 大 青 年 学 习 技 术 、 掌 握 操 作 技 能 的 要 求 , 以

6、 及 社 会力 量 办 学 单 位 和 农 村 举 办 短 期 职 业 培 训 班 的 需 求 , 特 别 是 满 足 下 岗 职 工 转 岗 和 农 民 工进 城 务 工 的 需 求 , 我 们 组 织 编 写 了 这 套 浅 显易 懂 、 图 文 并 茂 的 培 训 教 材 。本 套 培 训 教 材 本 着 以 职 业 活 动 为 导 向 , 以 职 业 技 能 为 中 心 的 指 导 思 想 , 以 国 家 劳 动和 社 会 保 障 部 颁 布 的 职 业 资 格 鉴 定 标 准 中 的 初 级 ( 国 家 资 格 5 级 ) 内 容 为 主 , 涉 及 少 量的 中 级 ( 国 家 资

7、 格 4 级 ) 内 容 , 以 实 用 、 够 用的 原 则 , 突 出 技 能 操 作 , 以 图 解 的 形 式 , 配 以 简 明 的 文 字 来 说 明 具 体 的 操 作 过 程 与 操 作 工 艺 , 有 很 强 的 针 对 性 和 实 用 性 , 克 服 了 传 统 培 训 教 材 中 理 论 内 容 偏 深 、 偏 多 、 抽 象 的弊 端 , 增 添 了 “ 四 新” 知 识 , 突 出 了 理 论 与 实 践 的 结 合 。 让 学 员 既 学 到 真 本 事 , 又 可 应 对2 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解 前 言技 能 鉴 定 考 试 , 体 现 了

8、 科 学 性 和 实 用 性 。本 套 培 训 教 材 介 绍 的 内 容 是 从 业 者 应 掌 握 的 基 本 知 识和 基 本 操 作 技 能 , 书 中 提 供 的 典 型 实 例 都 是 成 熟 的 操 作 工 艺 , 便 于 学 习 者 模 仿 和 借 鉴 , 减 少 了 学 习 的 弯 路 , 使 其 能 更 方 便 、 更 好 地 运 用 到 实 际 生 产 中 去 , 是 学 习 者 从 业 和 就 业 的 良 师 益 友 。本 套 培 训 教 材 在 编 写 过 程 中 , 参 考 了 国 内 外 有 关 著 作 和 研 究 成 果 , 邀 请 了 部 分 技 术 高 超

9、、 技 艺 精 湛 的 高 技 能 人 才 进 行 示 范 操 作 , 在 此 谨 向 有 关 参 考 资 料 的 作 者 、 参 与 示 范 操 作 的 人 员 以 及 帮 助 出 版 的 有 关 人 员 、 单 位 表 示 最 诚 挚 的 谢 意 。 由 于 编 者 水 平 有 限 , 编 写 时 间 仓 促 , 疏 漏 不 当 之 处 在 所难 免 , 敬 请 专 家 和 读 者 朋 友 批 评 指 正 。编 者目 录第 一章第 一 节 第 二 节 第 三 节金属学 基础知 识 / 1金属 材料的 分类 / 1金属 与合金 的晶体 结构 / 3铁碳 合金相 图 / 12第二章 普通热 处

10、理 / 29第 一 节 热处 理基本 原理 / 29第 二 节 第 三 节钢的 退火与 正火 / 44钢的 淬火与 回火 / 58第 四 节 工件 校正 / 99第三章第 一 节钢的表 面热处 理 / 103钢的 感应加 热淬火 / 103第 二 节 钢的 化学热 处理 / 128第四章第 一 节常用材 料热处 理 / 160结构 钢的热 处理 / 160第 二 节 工具 钢的热 处理 / 183第 三 节 第 四 节铸铁 的热处 理 / 213特殊 钢的热 处理 / 220第五章 典型工 件的热 处理 / 230第 一 节 机床 主轴及 丝杠的 热处理 / 230第 二 节 齿轮 的热处 理

11、 / 2372 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解 目 录第三节 大件的 热处理 / 244第四节 精密块 规的热 处理 / 256第五节 汽车拖 拉机零 件和钻 凿机具的 热处理 / 259第 六章 热 处理设 备 / 276第一节 加热设 备 / 276第二节 冷却设 备 / 297第三节 辅助设 备 / 301第四节 测温仪 表 / 303第五节 常用热 处理工 夹具 / 306第 七章 新 技术、 新 工艺简 介 / 309第 八 章 质 量故障 分析 / 322参 考目录 / 335第 一 章金 属 学 基 础 知 识8第 一 章 金 属 学 基 础 知 识【 学 习 要

12、求 】1 .了 解 金 属 材 料 分 类 。2 .掌 握 晶 体 、 晶 格 、 晶 胞 、 晶 粒 的 概 念 与 实 际 金 属 晶 体 缺 陷 。3 .熟 练 F、 A、 FeC3 、 P、 Ld 概 念 和 分 析 铁 碳 合 金 相 图 。4 .了 解 铁 碳 合 金 相 图 的 应 用 。在 目 前 已 发 现 的 100 多 种 化 学 元 素 中 , 金 属 元 素 约 占 80 % 。金属 材 料 具 有 优 越 的 物 理 性 能 、 化 学 性 能 、 力 学 性 能 和 工 艺 性 能 , 它 能 够 适 应 生 产 和 科 学 技 术 发 展 的 需 要 , 在 工

13、 农 业 生 产 和 日 常 生 活 中 有 着 广 泛 的 用 途 。第 一 节 金 属 材 料 的 分 类金 属 材 料 是 由 金 属 元 素 或 以 金 属 元 素 为 主 要 材 料 组 成 的 , 并 具 有 金 属 特 性 的 工 程 材 料 。 它 包 括 纯 金 属 和 合 金 。 金 属 ( 金属 材 料 ) 通 常 分 为 黑 色 金 属 和 有 色 金 属 两 大 类 。 钢 、 铸 铁 、 铬 、 锰 属 于 黑 色 金 属 , 除 黑 色 金 属 以 外 的 其 它 金 属 称 为 有 色 金 属 , 如 铜 、 铝 、 镁 、 锌 、 锡 、 铅 等 。 在 制

14、造 业 中 , 常 用 的 金 属 材 料 分 类 如2 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解下 :碳 素 结 构 钢 碳 钢 碳 素 工 具 钢铸 造 碳 钢合 金 结 构 钢 合 金 工 具 钢合 金 钢黑 色 特 殊 性 能 钢 铸 造 合 金 钢灰 铸 铁 可 锻 铸 铁铸 铁球 墨 铸 铁蠕 墨 铸 铁金 属纯 铜黄 铜铜 及 其 合 金有 色 铝 及 其 合 金白 铜 青 铜 钝 铝变 形 铝 合 金 铸 造 铝 合 金轴 承 合 金锡 基 轴 承 合 金 铅 基 轴 承 合 金 铝 基 轴 承 合 金钛 及 其 合 金第 一 章金 属 学 基 础 知 识3第 二 节 金

15、属 与 合 金 的 晶 体 结 构一 、 晶 体 、 晶 格 与 晶 胞 、 晶 粒 的 概 念1 .晶 体 与 非 晶 体 自 然 界 中 的 固 态 物 质 都 是 由 原 子 组 成的 , 根 据 原 子 排 列 的 状 况 不 同 , 可 以 将 物 质 分 为 晶 体 和 非 晶 体 两 大 类 。(1) 晶 体 物 质 的 原 子 都 是 按 一 定 几 何 形 状 有 规 则 排 列 的 称 为 晶 体 。 如 金 刚 石 、 石 墨 及 一 切 固 态 金 属 和 合 金 。(2) 非 晶 体 在 物 质 内 部 , 凡 是 原 子 呈 无 规 则 、 杂 乱 地 堆 砌 在

16、一 起 的 称 为 非 晶 体 。 如 松 香 、 普 通 玻 璃 、 沥 青 、 石 蜡 等 。晶 体 与 非 晶 体 因 原 子 排 列 方 式 不 同 , 其 性 能 也 有 差 异 。 晶 体 具 有 固 定 的 熔 点 , 其 性 能 呈 各 向 异 性 , 而 非 晶 体 没 有 固 定 的 熔 点 , 呈 各 向 同 性 。2 .晶 格 与 晶 胞(1) 晶 格 晶 体 内 部 的 原 子 是 按 照 一 定 规 则 排 列 的 。 为 了 便 于 理 解 , 将 金 属 晶 体 中 的 原 子 看 成 一 个 小 球 , 图 1 - 1( a ) 是 金 属 晶 体 中 原 子

17、 在 空 间 作 有 规 则 排 列 的 简 单 模 型 。 为 了 说 明 排 列 的 方 式 , 人 为 地 把 原 子 看 成 一 个 点 , 用 假 想 的 线 条 将 各 原 子 的 中 心连 结 起 来 , 这 样 就 得 到 一 个 抽 象 化 了 的 空 间 格 架 图 1 - 1 ( b) 。 这 种 用 于 描 述 原 子 在 晶 体 中 排 列 规 律 的 空 间 格 架 称 为 晶 格 。(2) 晶 胞 晶 格 是 由 许 多 形 状 、 大 小 相 同 的 最 小 几 何 单 元 重 复 堆 积 而 成 的 。 能 够 完 整 地 反 映 晶 格 结 构 特 征 的

18、最 小 几 何 单 元 称 为 晶 胞 , 如 图 1 - 1( c ) 。3 .常 见 的 晶 格 类 型 金 属 的 晶 体 结 构 类 型 很 多 , 但 绝 大 多 数 (85 % ) 金 属 属 于 以 下 3 种 类 型 :4 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解图 1 - 1 晶 体 中 原 子 排 列 形 式 示 意 图(1) 体 心 立 方 晶 格 体 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 是 一 个 立 方 体 。 在 立 方 体 的 8 个 顶 角 和 立 方 体 的 中 心 , 各 排 列 一 个 原 子 图 1 - 2 ( a ) 。 属 于 这 类 晶 格 类 型

19、 的 金 属 有 钨 ( W) 、 铬 ( Cr ) 、 钒 ( V ) 及 铁 ( -Fe) 等 。(2) 面 心 立 方 晶 格 面 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 也 为 一 个 立 方 体 , 在 立 方 体 8 个 顶 角 和 6 个 面 的 中 心 各 排 列 一 个 原 子 , 如 图 1 - 2 ( b) 。 属 于 这 种 晶 格 类 型 的 金 属 有 铝 ( Al ) 、 铜 ( Cu) 、 镍 ( Ni ) 及 铁 ( -Fe) 等 。(3) 密 排 六 方 晶 格 密 排 六 方 晶 格 的 晶 胞 是 一 个 六 方 柱 体 , 在柱 体 的 每 个 顶 角 上 ,

20、 以 及 上 、 下 底 面 的 中 心 都 排 列 一 个 原 子 , 在 晶 胞 中 间 还 排 列 有 3 个 原 子 图 1 - 2 ( c ) 。 属 于 这 种 晶 格 类 型 的 金 属 有 镁 ( Mg) 、 铍 (Be) 、 镉 ( Cd ) 、 锌 ( Zn) 等 。4 .晶 粒 金 属 结 晶 后 形 成 由 外 形 不 规 则 而 内 部 晶 格 排 列 方 向 一 致 的 微 小 晶 体 称 为 晶 粒 。第 一 章金 属 学 基 础 知 识5图 1 - 2 金 属 的 晶 体 结 构(1) 单 晶 体 如 果 一 块 晶 体 内 部 的 晶 格 位 向 ( 即 原

21、子 排 列 的 方向 ) 完 全 一 致 , 称 这 块 晶 体 为 单 晶 体 , 单 晶 体 中 所 有 晶 胞 都 按 相同 的 方 向 排 列 图 1 - 3 ( a ) 。 单 晶 体 材 料 只 在 特 定 情 况 下 使 用 , 例 如 制 造 半 导 体 硅 元 件 所 用 的 材 料 就 是 单 晶 硅 。(2) 多 晶 体 由 许 多 结 晶 方 位 不 同 的 晶 粒 集 合 组 成 的 晶 体 称为 多 晶 体 图 1 - 3 ( b ) 。 工 业 用 的 金 属 材 料 一 般 都 是 多 晶 体 。图 1 - 3 单 晶 体 和 多 晶 体 结 构 示 意 图6

22、热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解二 、 金 属 晶 体 实 际 结 构在 实 际 使 用 的 金 属 材 料 中 , 由 于 加 进 了 其 它 种 类 的 外 来 原 子 以 及 材 料 在 冶 炼 后 的 凝 固 过 程 中 受 到 各 种 因 素 的 影 响 , 使 本 来 有 规 律 的 原 子 堆 积 方 式 受 到 干 扰 , 晶 体 所 出 现 的 各 种 不 规 则 的 原 子 堆 积 现 象 称 为 晶 体 缺 陷 , 常 见 的 晶 体 缺 陷 有 以 下 几 种 。1 .点 缺 陷 ( 空 位 和 间 隙 原 子 ) 如 果 晶 格 上 应 该 有 原 子 的

23、 地 方 没 有 原 子 , 在 那 里就 会 出 现 “ 空 洞 ”。 也 可 能 在 晶 格 某 些 空 隙 处 出 现 多 余 的 原 子 或 挤 进 外 来 原 子 , 这 种 原 子 堆 积 上 的 缺 陷 叫 做 空 位 和 间 隙 原 子 。 间 隙 原 子 所 产 生 的 效 果 是 使 周 围原 子 受 到 挤 压 , 而 空 位 附 近 的 原 子 受 到 拉伸 。 空 位 和 间 隙 原 子 都 使 晶 格 产 生 变 形( 图 1 - 4) , 这 种 现 象 叫 做 晶 格 畸 变 。图 1 - 4 点 缺 陷 示意 图点 缺 陷 与 热 处 理 的 关 系 : 由

24、于 点 缺 陷 主 要 是 空 位 , 高 温 时 空 位 增 多 , 淬 火 急 冷 时 , 空 位 被 保 留 下 来 , 在 随 后 时 效 时 , 空 位 就 起 加 速 时 效 过 程 的 作 用 。 另 外 , 点 缺 陷 的 存 在 , 使 原 子 的 迁 移 成 为 可 能 , 金 属 的 扩 散 就 是 靠 空 位 来 进 行 的 。 因 此 , 点 缺 陷 使 热 处 理 扩 散 性 相 变 得 以 进 行 , 是 化 学 热 处 理 的 理 论 基 础 。 点 缺 陷 可 通 过 退 火 让 点 缺 陷 产 生 迁 移 而 恢 复 至 平 衡 状 态 , 但 只 能 部

25、分 恢 复 , 不 能 全 部 恢 复 。高 温 淬 火 、 冷 变 形 加 工 、 高 能 粒 子 轰 击 及 氧 化 等 都 可 能 产 生 点 缺 陷 。 点 缺 陷 产 生 后 , 由 于 晶 格 畸 变 , 内 能 增 高 , 金 属 的 强 度 、 硬 度 升 高 , 电 阻 率 增 大 。2 .线 缺 陷 ( 位 错 ) 晶 体 中 某 处 有 一 列 或 若 干 列 原 子 发 生 有 规 律 的 错 排 现 象 叫 做 位 错 。 把 这 些 发 生 位 错 的 原 子 用 假 想 线 连 结 起 来 , 这 根 线 或 近 似 于 直 线 或 近 似 于 螺 旋 线 , 前

26、 者 叫 做 刃 型 位第 一 章金 属 学 基 础 知 识7错 图 1 - 5( a ) , 后 者 叫 做 螺 型 位 错 图 1 - 5 (b ) 。图 1 - 5 晶 体 的 位 错位 错 对 金 属 晶 体 的 生 长 、 相 变 、 扩 散 、 塑 性 变 形 、 断 裂 及 其 它 许 多 物 理 化 学 性 能 都 有 重 要 影 响 。 材 料 中 的 位 错 越 多 , 其 强 度 就 越 高 。3 .面 缺 陷 ( 晶 界 与 亚 晶 界 ) 实 际 金 属 结 构 为 多 晶 体 , 是 由 大 量 外 形 不 规 则 的 晶 粒 组 成 , 各 个 晶 粒 的 晶 格

27、 排 列 方 向 不 一 致 , 晶 粒 与 晶 粒 之 间 的 接 触 面 称 为 晶 界 。 晶 界 是 多 晶 体 结 构 中 晶 粒 间 的 过 渡 区 ( 图 1 - 6 ) , 在 晶 界 处 原 子 排 列 是 不 规 则 的 , 处 于 不稳 定 的 状 态 。图 1 - 6 晶 界 的 结 构 模 型8 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解试 验 证 明 , 即 使 在 一 颗 晶 粒 内 部 , 其 晶 格 位 向 也 并 不 像 理 想 晶体 那 样 完 全 一 致 , 而 是 分 隔 成 许 多 尺 寸 很 小 、 位 向 差 也 很 小 ( 只 有 几 秒 、

28、 几 分 , 最 多 达 1 2) 的 小 晶 块 , 它 们 镶 成 一 颗 晶 粒 , 这 些 小 晶 块 称 为 亚 晶 粒 , 亚 晶 粒 之 间 的 界 面 称 为 亚 晶 界 。 亚 晶 界 处 的 原 子 排 列 与 晶 界 相 似 , 也 是 不 规 则 的 。 晶 界 与 亚 晶 界 的 共 同 特 点 是 原 子 排 列 不 规 则 , 能 量 较 高 , 它 对 金 属 的 氧 化 、 腐 蚀 、 相 变 、 强 度 等 有 重 要 影 响 。 晶 体 中 由 于 存 在 点 缺 陷 、 线 缺 陷 、 面 缺 陷 使 其 晶 格 畸 变 , 引 起 塑 性 变 形 抗

29、力 增 大 , 从 而 使 金 属 的 强 度 提 高 。三 、 铁 的 同 素 异 构 转 变有 些 金 属 在 固 态 下 , 其 晶 体 结 构 会 随 着 温 度 的 变 化 而 发 生 改 变 。 金 属 在 固 态 下 随 温 度 的 改 变 , 由 一 种 晶 格 转 变 为 另 一 种 晶 格 的 现 象 , 称 为 金 属 的 同 素 异 构 转 变 。 由 同 素 异 构 转 变 所 得 到 的 不 同 晶 格 的 晶 体 称 为 同 素 异 构 体 。 同 素 异 构 体 一 般 用 希 腊 字 母 、 、 、 等 表 示 。图 1 - 7 为 纯 铁 的 冷 却 曲 线

30、 。 由 图 可 知 , 液 态 纯 铁 在 1538 进 行 结 晶 , 得 到 具 有 体 心 立 方 晶 格 的 - Fe, 继 续 冷 却 到 1394 时 , 发 生 同 素 异 构 转 变 , 转 变 为 面 心 立 方 晶 格 的 - Fe , 继 续 冷却到 912 时 , 又 发 生 同 素 异 构 转 变 , 转 变 为 体 心 立 方 晶 格 的 - Fe。 如 再 继 续 冷 却 , 晶 格 的 类 型 不 再 发 生 变 化 。 纯 铁 的 同 素 异 构 转 变 的 表 示 式 如 下 :LF e 1538 - Fe体 心 立 方 晶 格 1 394 - Fe面 心

31、 立 方 晶 格 912 - Fe体 心 立 方 晶 格由 图 1 - 8 所 示 的 - Fe - Fe 的 同 素 异 构 转 变 过 程 可 知 , 同 素 异 构 转 变 过 程 与 结 晶 相 似 , 也 是 经 形 核 和 晶 核 长 大 来 实第 一 章金 属 学 基 础 知 识9现 的 。由 于 铁 能 够 发 生 同 素 异 构 转 变 , 所 以 生 产 中 才 有 可 能 对 钢 和 铸 铁 进 行 热 处 理 , 以 改 变 其 组 织 和 性 能 。图 1 - 7 纯 铁 的 冷 却 曲 线10 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解图 1 - 8 - Fe -

32、 Fe 的 同 素 异 构 转 变 过 程四 、 合 金 的 晶 体 结 构在 液 态 时 , 大 多 数 合 金 的 组 元 都 能 相 互 溶 解 , 形 成 均 匀 的 液 溶体 ; 在 结 晶 时 , 由 于 各 个 组 元 之 间 相 互 作 用 不 同 , 在 固 态 合 金 中 可 能 出 现 固 溶 体 、 金 属 化 合 物 或 混 合 物 。1 . 固 溶 体 在 固 态 下 , 组 成 合 金 的 一 种 元 素 溶 入 另 一 种 元 素 的 晶 格 中 所 组 成 的 晶 体 叫 固 溶 体 。 在 固 溶 体 中 , 含 量 少 的 叫 溶 质 , 含 量 多 的

33、叫 溶 剂 。 固 溶 体 是 合 金 结 构 中 的 重 要 相 结 构 , 因 为 实 际 用 的 金 属 材 料 大 多 数 是 单 相 固 溶 体 合 金 , 或 以 固 溶 体 为 基 的 多 相 合 金 。 根 据 溶 质 原 子 在 溶 剂 晶 格 中 所 占 据 的 位 置 不同 , 固 溶 体 可 以 分 为 下 列 几 种 类 型 。(1) 间 隙 固 溶 体 溶 质 原 子 分 布 于 溶 剂 晶 格 间 隙 之 中 而 形 成的 固 溶 体 , 称 为 间 隙 固 溶 体 图 1 - 9 ( a ) 。 溶 质 原 子 越 小 或 溶 剂 晶 体 中 的 空 隙 越 大

34、 , 溶 质 在 这 种 固 溶 体 中 的 溶 解 度 便 越 大 。(2) 置 换 固 溶 体 溶 质 原 子 置 换 了 溶 剂 晶 格 中 某 些 结 点 位 置上 的 溶 剂 原 子 而 形 成 的 固 溶 体 称 为 置 换 固 溶 体 , 图 1 - 9第 一 章 11金 属 学 基 础 知 识( b) 。 在 合 金 钢 中 大 多 数 合 金 元 素 都 能 组 成 置 换 固 溶 体 。 根 据 溶 质 原 子 在 溶 剂 中 的 不 同 溶 解 度 , 置 换 固 溶 体 又 分 为无 限 固 溶 体 ( 溶 质 原 子 能 以 任 何 比 例 溶 入 溶 剂 中 ) 和

35、 有 限 固 溶 体( 溶 质 原 子 溶 入 溶 剂 中 的 量 是 有 限 的 ) 。图 1 - 9 固 溶 体 结 构 示 意 图在 固 溶 体 中 由 于 溶 质 原 子 的 溶 入 而 使 溶 剂 晶 格 发 生 晶 格 畸 变 ( 图 1 - 10) , 晶 格 畸 变 阻 碍 了 位 错 运 动 , 使 晶 格 间 的 滑 移 变 得 困难 , 从 而 提 高 了 合 金 抵 抗 塑 性 变 形 的 能 力 , 使 合 金 的 强 度 、 硬 度 升 高 , 而 塑 性 下 降 , 这 种 现 象 称 为 固 溶 强 化 。 它 是 提 高 金 属 材 料 力 学 性 能 的 重

36、 要 途 径 之 一 。图 1 - 10 置 换 固 溶 体 中 晶 格 畸 变 示 意 图12 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解2 . 金 属 化 合 物 金 属 组 元 间 按 照 一 定 的 原 子 数 比 , 发 生 相 互 作 用 而 形 成 一 种 具 有 金 属 特 性 的 物 质 称 为 金 属 化 合 物 。 这 种 化 合 物 可 以 是 金 属 与 金 属 组 成 , 也 可 以 由 金 属 与 非 金 属 组 成 , 其 性 能 特 点 是 熔 点 高 、 硬 度 高 、 脆 性 大 。3 . 机 械 混 合 物 合 金 在 液 态 时 能 完 全 溶 解

37、, 但 在 固 态 时 不 能 相 互 溶 解 , 而 是 结 晶 成 两 种 或 两 种 以 上 的 物 质 , 这 些 物 质 机 械 地 混 合 在 一 起 称 为 机 械 混 合 物 。 机械 混 合 物 可 能 是 纯 金 属 与 纯 金 属 、 固 溶 体 与 固 溶 体 的 混 合 物 , 也 可 能 是 纯 金属 与 固 溶 体 或 化 合 物 , 以 及 固 溶 体 与 化 合 物 的 混 合 物 ( 图 1 - 11 ) 。 机 械 混 合 物图 1 - 11 机 械 混 合 物 示 意 图的 性 质 是 组 成 它 的 物 质 的 性 质 之 算 术 平 均 值 。第 三

38、 节 铁 碳 合 金 相 图钢 和 铸 铁 是 机 械 制 造 中 应 用 最 多 的 金 属 材 料 。 钢 铁 的 品 种 繁 多 , 成 分 各 不 相 同 , 但 都 是 以 铁 和 碳 两 种 元 素 为 主 所 组 成 的 铁 碳 合 金 。 含 碳 量 小 于 2 . 11% 的 铁 碳 合 金 叫 钢 , 含 碳 量 大 于 2 .11 % 的 铁 碳 合 金 叫 铸 铁 。一 、 铁 碳 合 金 的 基 本 组 织在 铁 碳 合 金 中 , 由 于 含 碳 量 的 不 同 , 碳 可 以 溶 解 在 铁 中 形 成 固 溶 体 , 也 可 以 与 铁 组 成 化 合 物 ,

39、而 化 合 物 与 固 溶 体 还 可 结 合 成 机 械 混 合 物 , 因 此 , 铁 碳 合 金 中 出 现 以 下 几 种 基 本 组 织 。1 . 铁 素 体 碳 溶 于 - Fe 晶 格 间 隙 中 形 成 的 间 隙 固 溶 体 称 为 铁 素 体 , 用 F 表 示 , 其 显 微 组 织 如 图 1 - 12。第 一 章 13金 属 学 基 础 知 识 - Fe 是 体 心 立 方 晶 格 , 由 于 晶 格 原子 之 间 的 间 隙 较 小 , 碳 在 - Fe 中 的 溶 解 度 也 较 小 , 室 温 时 仅 为 0 .008 % 。 由 于 铁 素 体 的 含 碳 量

40、 低 , 铁 素 体 的 组 织 和 性 能 与 纯 铁 相 似 , 即 具 有 良 好 的 塑 性 和 韧 性 , 而 强 度 和 硬 度 较 低 。2 . 奥 氏 体 碳 溶 于 - Fe 晶 格 间 隙 中 形 成 的 间 隙 固 溶 体 为 奥 氏 体 ( 图 1图 1 - 12 铁 素 体 组 织 示 意 图- 13) , 用 A 表 示 。 - Fe 是 面 心 立 方 晶 格 , 由 于 晶 格 原 子 之 间 的 间 隙 较 大 , 奥 氏 体 的 溶 碳 能 力 较 强 , 在 1148 时 , 溶 碳 量 可 达 2 .11 % 。 由 于 奥 氏 体 的 溶 碳 量 比

41、铁 素 体 多 , 奥 氏 体 的 强 度 和 硬度 较 铁 素 体 高 , 并 且 是 单 一 的 固 溶 体 , 其 塑 性 较 好 , 变 形 抗 力 较 低 。 绝 大 多 数 钢 , 在 进 行 压 力 加 工 和 热 处 理 时 , 都 加 热 到 奥 氏 体 区 域 。图 1 - 13 奥 氏 体3 . 渗 碳 体 渗 碳 体 是 含 碳 量 为 6 . 69% 的 铁 与 碳 的 金 属 化合物 , 用 cm 表 示 。 渗 碳 体 具 有 复 杂 的 斜 方 晶 体 结 构 ( 图 1 - 14) , 硬 度 很 高 , 而 塑 性 和 韧 性 很 差 , 脆 性 大 。 随

42、 着 热 处 理 方 法 的14 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解不 同 , 渗 碳 体 可 呈 片 状 或 粒 状 。 当 渗 碳 体 以 不 同 的 形 状 、 大 小 以 及 不 同 的 分 布 出 现 在 钢 组 织 中 时 , 钢 的 性 能 随 之 受 到 很 大 的 影 响 。4 . 珠 光 体 铁 素 体 和 渗 碳 体 组 成 的 机 械 混 合 物 , 称 为 珠 光 体 , 其 显 微 组 织 如 图 1 - 15。 珠 光 体 用 P 表 示 。 珠 光 体 含 碳 量 为 0 . 77 % , 其 机 械 性 能 介 于 铁 素 体 和 渗 碳 体 之 间

43、 , 强度 较 高 , 硬 度 适 中 , 有 一 定 的 塑 性 。 图 1 - 14 渗 碳 体 ( Fe3 C)的 晶 胞 示 意 图5 . 莱 氏 体 含 碳 量 为 4 . 3 % 的 铁 碳 合 金 , 在 1148 时 同 时由 液 体 中 结 晶 出 奥 氏 体 和 渗 碳 体 后 所 形 成 的 混 合 物 即 高 温 莱 氏 体 , 用 Ld 表 示 。 由 于 奥 氏 体 在 727 时 转 变 为 珠 光 体 ; 室 温 时 , 莱 氏 体 由 珠 光 体 和 渗 碳 体 组 成 , 即 低 温 莱 氏 体 , 用 L d 表 示 。 莱 氏 体 的 性 能 和 渗 碳

44、 体 相 近 , 硬 度 高 , 塑 性 差 。第 一 章 15金 属 学 基 础 知 识图 1 - 15 珠 光 体 显 微 组 织二 、 简 化 的 Fe-Fe3C 相 图Fe-Fe3 C 相 图 是 表 示 在 极 缓 慢 加 热 ( 或 极 缓 慢 冷 却 ) 条 件 下 , 不 同 成 分 的 铁 碳 合 金 , 在 不 同 温 度 时 所 具 有 的 状 态 或 组 织的 图 形 。 工 业 用 铁 碳 合 金 的 含 碳 量 一 般 不 超 过 5 % , 因 此 我 们 研 究 的 铁 碳 合 金 只 限 于 Fe- Fe3 C ( C = 6 . 69 % ) 范 围 内 ,

45、 故 铁 碳 合 金 相 图 也 可 以 认 为 是 Fe- Fe3 C 相 图 , 图 1 - 16 是 简 化 的 Fe- Fe3 C 相 图 。1 . Fe-Fe3 C 相 图 中 特 性 点 、 线 的 含 义(1) Fe-Fe3 C 相 图 中 几 个 主 要 特 性 点 的 温 度 、 含 碳 量 及 其 物 理 含 义 如 表 1 - 1。(2) Fe-Fe3 C 相 图 中 特 性 线 的 意 义 如 表 1 - 2。(3) Fe-Fe3 C 相 图 上 各 区 域 的 组 织 参 见 图 1 - 16。16 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解图 1 - 16 简 化

46、 Fe - Fe3 C 相 图表 1 - 1 Fe - Fe3 C 相 图 中 的 特 性 点点 的 符 号 温 度 ( ) 含 碳 量 ( % ) 含 义A 153 8 0 纯 铁 的 熔 点C 114 8 4 . 3 共 晶 点 , Lc1148 A + Fe3 CD 122 7 6 . 6 9 渗 碳 体 的 熔 点E 114 8 2 . 1 1 碳 在 - F e 中 最 大 溶 解 度G 912 0纯 铁 的 同 素 异 构 转 变 点( A3 ) - Fe - FeS 727 0 . 7 7 共 析 点 (A1 ) AS727 F + Fe3 C第 一 章 17金 属 学 基 础

47、知 识表 1 - 2 Fe - Fe3 C 相 图 中 的 特 性 线特 性 线 温 度 ( ) 含 义ACD 1538 1227液 相 线 。 从 液 态 合 金 中 分 别 结 晶 出 奥 氏 体( AC 线 ) 和 一 次 渗 碳 体 Fe3 C ( CD 线 )AECF 1538 1148固 相 线 。 是 奥 氏 体 结 晶 终 了 并 在 ECF 发 生 共 晶 转 变 , 即 Lc1148 Ac + Fe3CGS( A3 ) 912 1148 奥 氏 体 转 变 为 铁 素 体 的 开 始 线ES( Acm ) 1148 727 碳 在 - Fe 中 的 溶 解 度 曲 线PSK

48、( A1 ) 727 共 析 转 变 线2 . 铁 碳 合 金 的 分 类 根 据 含 碳 量 、 组 织 转 变 的 特 点 及 室 温 组 织 , 铁 碳 合 金 分 为 工 业 纯 铁 、 钢 和 白 口 铸 铁 三 大 类 。(1) 工 业 纯 铁 含 碳 量 小 于 0 . 0218 % 的 铁 碳 合 金 。(2) 钢 含 碳 量 为 0 . 0218 % 2 . 11 % 的 铁 碳 合 金 。 根 据 其含 碳 量 及 室 温 组 织 的 不 同 , 以 S 点 为 界 分 为 3 类 :1) 共 析 钢 含 碳 量 0 . 77 % 。2) 亚 共 析 钢 含 碳 量 0 .

49、 0218% 0 . 77 % 。3) 过 共 析 钢 含 碳 量 0 . 77 % 2 .11 % 。(3) 白 口 铸 铁 含 碳 量 为 2 . 11 % 6 . 69 % 的 铁 碳 合 金 。 根 据 白 口 铸 铁 室 温 组 织 的 特 点 , 以 C 点 为 界 分 为 3 类 :1) 共 晶 白 口 铸 铁 含 碳 量 4 . 3 % 。2) 亚 共 晶 白 口 铸 铁 含 碳 量 2 . 11 % 4 .3 % 。3) 过 共 晶 白 口 铸 铁 含 碳 量 4 . 3 % 6 . 69 % 。3 . 典 型 铁 碳 合 金 的 结 晶 过 程 及 其 组 织 转 变(1) 共 析 钢 含 碳 量 为 0 . 77 % , 图 1 - 17 中 合 金 为 共 析钢 。 共 析 钢 在 高 温 时 是 液 体 状 态 , 当 降 温 至 1 点 时 , 开 始 从 液 体18 热 处 理 工操 作 技 术 要 领 图 解图 1 - 17 典 型 铁 碳 合金 在 Fe-Fe3 C 相 图 中的 位