1、第二章 钢铁材料,第二节 铁碳合金,2.2.1 铁碳合金基本相,1.奥氏体(A),C融入-Fe形成的固溶体（高温） 强度硬度不高 韧性塑性好,2.2.1 铁碳合金基本相,2.铁素体（Fe),C融入-Fe中形成的固溶体 强度硬度低 韧性塑性好,2.2.1 铁碳合金基本相,3.渗碳体（Fe3C）,铁和碳相互作用形成的金属化合物 硬度很高 韧性塑性极差,2.2.1铁碳合金基本相,4.珠光体（P）,铁素体、渗碳体组成的机械混合物 强度 硬度较高 韧性塑性良好,2.2.1铁碳合金基本相,5.莱氏体（Ld),渗碳体和奥氏体组成（高温莱氏体） 珠光体加渗碳体（低温莱氏体Ld） 强度硬度很高 塑性韧性很差,2
2、.2.2 Fe-Fe3C相图,在极其缓慢的加热或冷却条件下（称之为平衡态）， 铁碳合金的成分，组织，状态三者之间的关系及变化规律的图解,2.2.2 Fe-Fe3C相图,坐标及主要点，线,1.坐标横坐标：含碳质量数百分比（Wc%）纵坐标：温度（C）,2.2.2 Fe-Fe3C相图,坐标及主要点，线,2.点 A：纯铁熔点 D：渗碳体熔点 G：纯铁同数异晶转变温度 E：钢和生铁含碳量的分界 S：共析点 C：共晶点,2.2.2 Fe-Fe3C相图,坐标及主要点，线,3. 线 ACD：液相线 AECF：固相线 ECF：共晶线 PSK：共析线 GS:奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线 ES：碳在奥氏体中
3、溶解度变化曲线,2.2.2 Fe-Fe3C相图,4. 各点，线围城的平面区域内，合金的组织结构,坐标及主要点，线,2.2.2 Fe-Fe3C相图,相图的分析,钢的结晶过程及组织转变1) 共析钢(含碳量0.77%）2) 亚共析钢（含碳量0.77%),2.2.2 Fe-Fe3C相图,相图的分析,铁的结晶过程及组织转变1)共晶白口生铁（含碳量4.3%）2）亚共晶白口生铁（2.11%4.3%）,2.2.2 Fe-Fe3C相图,相图的分析,3.铁碳合金的室温组织和性能随成分变化的规律1）组织变化2）力学性能变化,2.2.2 Fe-Fe3C相图,相图的应用,1.合理选材的依据 2 制定热处理工艺的依据,2
4、.3 钢的热处理,热处理的定义及目的,将固态金属或合金通过加热，保温，冷却，以获得所需组织结构与性能的工艺方法。,热处理的类型,退火，正火，淬火，回火，表面热处理,2.3 钢的热处理,钢的热处理工艺曲线示意图,2.3.1 钢的热处理原理,钢在加热时的组织变化,奥氏体的形成(奥氏体晶核形成未融渗碳体的溶解奥氏体的均匀化),2.奥氏体晶核的长大(加热温度，加热速度，成分),2.3.1 钢的热处理原理,钢在冷却时的组织变化,过冷奥氏体的等温转变1.1过冷奥氏体等温转变图,2.3.1 钢的热处理原理,2.3.1 钢的热处理原理,2.3.1 钢的热处理原理,钢在冷却时的组织变化,1.2 过冷奥氏体的等温
5、转变后的组织及其性能a.珠光体型转变b.贝氏体型转变c.马氏体型转变,过冷奥氏体的等温转变,2.3.1 钢的热处理原理,钢在冷却时的组织变化,过冷奥氏体的连续冷却转变2.1 用C曲线近似分析连续冷却时的转变,2.3.1 钢的热处理原理,过冷奥氏体的连续冷却转变2.1 过冷奥氏体向马氏体的转变,2.3.2 钢的退火与正火,钢的退火定义：将钢加热到一定温度，保温后，缓慢冷却的热处 理工艺。 目的：细化晶粒，均匀组织，降低硬度，消除内应力。退火工艺类型：1.完全退火2.球化退火3.去应力退火,2.3.2 钢的退火与正火,钢的正火定义：将钢加热到一定温度，保温后，取出炉外，在空气中冷却。 目的：细化晶
6、粒，均匀组织，减低硬度，消除网状渗碳体,2.3.2 钢的退火与正火,退火与正火的应用 一般零件 重要零件，锻件，铸件 C0.77%,2.3.3 钢的淬火与回火,钢的淬火 工艺：将钢加热到一定温度，保温后，快速冷 却获得马氏体组织的热处理工艺。 目的：提高硬度，与回火配合，提高零件的力学性能。 钢的淬火温度 淬火保温时间 淬火内应力1)淬火热应力2)淬火组织应力3)残余应力,碳钢的淬火温度范围,2.3.3 钢的淬火与回火,淬火剂1)理想淬火速度2)常用淬火剂a.水：冷却能力大，易变形开裂b.油：冷却能力弱，不易变形开裂c.盐浴：冷却能力介于两者之间3)淬火剂的选择a.水淬：碳钢，大件，简单件b.
7、油淬：合金钢，小件，复杂件,理想淬火冷却速度,2.3.3 钢的淬火与回火,淬火方法1)单液淬火2)双液淬火3)分级淬火4)等温淬火,2.3.3 钢的淬火与回火,8. 淬透性1)淬透性：钢在一定的淬火条件下，获得淬硬层 深度的能力。2)影响淬透性的因素：a.化学成分（WC%）b.合金元素3)如何在选材中考虑钢的淬透性a.横截面受力均匀的零件淬透性要高b.横截面受力不均匀的零件淬透性不必高c.避免脆性断裂零件淬透性不能高,2.3.3 钢的淬火与回火,9. 淬硬性1)淬硬性：淬火所能达到的最高硬度能力 2)影响淬硬性的因素：含碳量,2.3.3 钢的淬火与回火,钢的回火1)工艺：把淬火钢件从重新加热到
8、Ac1以下某一温度范围保温后冷却2)目的：a.减小内应力b.降低硬度，提高塑性c.稳定组织和尺寸,2.3.3 钢的淬火与回火,3)回火组织变化：a.回火马氏体(M回)：过饱和固溶体+金属化 合物b.回火托氏体(T回)：F+极细粒Fe3Cc.回火素氏体(S回) F+细粒Fe3CM回比M相同硬度强度 S回比S 更好塑性，韧性T回比T,4）回火种类，组织，性能及应用,2.3.3 钢的表面热处理,钢的表面热处理 一、表面淬火1. 工艺： 将零件表面以极快的速度加热到淬 火温度，接着用淬火剂进行急冷， 使表面淬成M,而心部仍保持原组织2.特点： 只改变表面组织，不改变表面成分。3.类型： 感应加热表面淬
9、火，火焰加热表面淬火。,2.3.3 钢的表面热处理,1）.感应加热表面淬火工艺：利用感应电流通过零件时产生的热效应，使零件表面迅速达到淬火温度，随即快速冷却。特点：加热速度快，加热速度时间短，晶粒细化，淬火质量好，效率高，易实现机械化自动化。,2.3.3 钢的淬火与回火,2.火焰加热表面淬火工艺：应用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰喷 射在零件表面，快速加热表层，达到淬火温度，立即喷水或用乳化液进行冷却。特点：无需特殊设备，操作简便方便，,2.3.3 钢的淬火与回火,二、化学热处理工艺：将零件放入化学活性介质中加热，使介质通过化学反应，分解出一种或几种元素的活性原子渗入元件表面以改变表面化学成分和组
10、织。,2.3.3 钢的表面热处理,1.钢的渗碳(低碳钢、低合金钢)工艺：将渗碳剂滴入高温(900度左右)渗碳炉中，使高温下分解成活性碳原子而被零件表面吸收。目的：零件表面具有高硬度，耐磨性疲劳 强度，心部有较强的塑韧性。,2.3.3 钢的表面热处理,渗碳后组织：珠光体+渗碳体 珠光体 原始组 织后续处理： 渗碳零件还必须经过淬火加 低温 回火。,2.3.3 钢的表面热处理,2.钢的渗氮工艺：利用氨气，加热到500度以上，分 解出活性氮原子，被零件表面吸收向内扩散，形成氮化层。目的：高的硬度，耐磨性，疲劳强度，好的耐腐蚀性。变形小。预备热处理：氮前零件调质，正火处理， 渗氮后不必淬火回火。,2.3.3 钢的淬火与回火,作业：1. 为什么钢淬火后一般都要紧跟着进行回火？图纸上 标注“淬火到HRC6064”是否意味只淬火不回火？2.淬火钢回火时，不同的温度回火，分别得到哪几种组织，为什么回火不能加热到AC1以上？3. 随着回火温度的提高，淬火钢的力学性能，一般变 化趋势是怎样的？4.什么是化学热处理？它与一般热处理有何不同？5.为什么渗碳零件要用低碳钢制造？6.什么是临界冷却速度？它对钢的淬火有何重要意义？7.试用C曲线说明共析钢退火，正火，淬火后性能为何不同。,
