机械工程材料 - 图文(7)

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提高加热速度会使再结晶温度提高，而保温时间延长，则使原子扩散充分，再结晶温度降低。工业生产中，把消除加工硬化的热处理称为“再结晶退火”。再结晶退火温度比再结晶温度高100～200?。

（三）再结晶退火后的晶粒度

1、加热温度和保温时间

加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越大。加热温度的影响更为明显。 2、预先变形度

预先变形度影响实际上是变形均匀程度的影响。 五、金属的热加工

（一）冷加工与热加工的区别

金属在再结晶温度以下加工，称为“冷加工”。在再结晶温度以上加工称为“热加工”。 热加工在冷作硬化产生的同时，就被再结晶消除了，故热加工以后的金属没有冷作硬化现象。

（二）热加工对金属组织和性能的影响

热加工使铸态金属与合金中的孔洞焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而，使组织致密、成分均匀、晶粒细化、力学性能提高。

热加工使金属晶粒变长夹杂物沿晶界成链状分布，再结晶使晶粒定向排列，产生纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向抗正应力能力增加，垂直于变形方向抗剪应力能力增加，而且该组织稳定性极高无法用热处理方法改善。所以选用材料时应特别注意。

带状组织与枝晶偏析与晶粒加工时被沿加工方向拉长有关，它的存在将降低钢的强度、塑性和韧性，可通过多次正火或扩散退火来消除。

热加工能量消耗小，但表面易氧化，因而热加工一般用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难的工件。而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面粗糙度要求高的工件。

三、重要考点 判断题

1.（ ）金属的塑性变形及其加热对金属材料的组织和性能无显著影响。

2.（ ）加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越大。加热温度的影响更为明显。 3.（ ）提高加热速度会使再结晶温度提高，而保温时间延长，则使原子扩散充分，再结晶温度降低。

1.错 2.对 3.对

《机械工程材料》辅导资料七

主 题：第五章 钢的热处理

学习时间：2013年11月11日－11月17日

内 容：

改善钢的性能主要有两条途径：合金化和热处理。本周介绍热处理，即课件中的钢的热处理。具体学习内容如下： 一、学习要求

1、掌握热处理的概念及工艺分类。 2、掌握奥氏体的形成过程。

3、掌握几种金属材料表面处理新技术的概念。 4、理解过冷奥氏体的转变产物及转变过程。

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5、理解正火、淬火、回火的原理。

6、了解过冷奥氏体的C曲线的形成原因及过程。 二、主要内容 一、概述

1、热处理的概念

将钢在固态下，通过加热、保温、冷却，通常不改变钢的形状，改变钢的组织结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。

2、热处理的特点

不改变形状，改变内部组织；只在固态下发生相变；只适用于有固态相变的金属，没有固态相变的金属不能用热处理强化。

3、为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度－时间坐标绘出热处理工艺曲线。 4、热处理的分类

（1）普通热处理：退火、正火、淬火、回火。 （2）表面热处理：表面淬火、化学热处理。

（3）其他热处理：真空热处理 、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。 预备热处理：为随后的加工或进一步热处理做准备的热处理。 最终热处理：赋予工件最终性能的热处理。 二、钢在加热时的转变

加热分两种，其一，在A1以下加热，不发生相变；其二，在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为“奥氏体化”。 （一）奥氏体的形成过程

奥氏体形成过程是固态相变过程，也存在形核与核长大的过程。 奥氏体形成过程的热力学条件：

1、环境温度高于奥氏体转变温度，使A的自由能低于P。 2、动力学条件：必须有足够的过热度。

以共析钢为例，其奥氏体化过程可简单的分为四个步骤。如图1所示。

图1 共析钢的奥氏体形成过程示意图

（1）奥氏体形成

（2）奥氏体晶核的长大

（3）残余渗碳体的分解，F在成分和结构上根接近于A，因而首先完成转变。 （4）奥氏体成分均匀化

（二）奥氏体的晶粒大小及其影响因素

1、奥氏体的晶粒度

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2、影响奥氏体晶粒大小的因素

（1）加热温度和保温时间：加热温度高，保温时间长，晶粒粗大。 （2）加热速度：加热速度越快，形核率越高，晶粒越细。

（3）合金元素：奥氏体含碳量增加，晶粒长大倾向增大，碳化物含量增加，晶粒长大倾向减小。

三、钢在冷却时的转变

冷却过程决定了钢的最终热处理状态。钢在不同的过冷度下可以获得不同的组织，包括平衡组织、非平衡组织。

（一）过冷奥氏体的转变产物及转变过程

过冷奥氏体：在临界温度以下，未发生组织转变的奥氏体组织，即为“A′”。

过冷奥氏体属非稳定组织，要向相对稳定的方向变化。随过冷度的不同，碳的扩散能力不同，A′将发生三种类型的转变。

1、珠光体型转变 2、贝氏体型转变 3、马氏体型转变 （二）过冷奥氏体转变图

在热处理中，通常有两种冷却方式，即等温冷却和连续冷却。 过冷奥氏体转变图：描述在在这两种冷却方式下过冷奥氏体的转变量与转变时间之间关系的曲线图。过冷奥氏体转变图是对钢材进行热处理的重要依据。

图2 两种冷却方式示意图

四、钢的退火与正火

机械零件的一般加工工艺路线为：

毛坯（铸、锻件）→预备热处理→机加工→最终热处理。

退火和正火工艺主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。 （一）退火

将钢加热到适当的温度、保温，然后缓慢冷却的热处理工艺称为“退火”。 退火后的组织接近于平衡状态下的组织。 1、退火目的

（1）调整硬度，便于切削加工。最佳硬度范围：170HB～250HB； （2）消除残余内应力，防止后续加工中变形和开裂。

（3）细化晶粒，提高力学性能或为最终热处理做组织准备。 2、退火工艺

退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火等。

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（二）正火

正火：将亚共析钢加热到Ac3＋(30～50)?,共析钢加热到Ac1＋(30～50) ?,过共析钢加热到Accm＋(30-50) ?保温后空冷的热处理工艺。

正火比退火组织更细，强度、硬度也比退火高。 当碳钢的含碳量小于0.6％c时，正火后的组织为F+S,当碳含量大于0.6%c时，组织为S。 对于中、低碳钢，正火的目的和退火相同,即调整硬度，便于切削加工；细化晶粒，为淬火作组织准备；消除内应力。

对于过共析钢，正火是为了消除网状Fe3CII,为球化退火做组织准备。

对于普通结构件，正火可增加P数量并细化晶粒，提高强度、硬度和韧性，作为最终热处理。

从改善切削加工性能的角度出发，低碳钢宜采用正火；中碳钢宜采用退火，也可用正火；过共析钢在消除网状Fe3CII后采用球化退火。 五、钢的淬火与回火

淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却，使A转变为M的热处理工艺。

淬火的目的：为了获得M，提高钢的力学性能。淬火使强化钢的重要方法。回火是将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的热处理方法。 六、钢的表面热处理

对于承受弯曲、扭转、磨差或冲击的零件,一般要求其表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而心部在保持一定强度硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性,即表硬里韧。对零件进行表面热处理是满足这些要求的有效办法。 （一）表面淬火

表面淬火：在不改变钢的化学成分及心部组织的条件下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 （二）化学热处理

化学热处理：将工件臵于特定介质中加热保温，使活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层的化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。

化学热处理由三个基本过程组成：

1、介质（渗剂）的分解，释放出活性原子。

2、工件表面的吸收，活性原子向固溶体中溶解或与钢中某些元素形成化合物。 3、原子向内部扩散，即溶入元素的原子在浓度梯度的作用下由表层向钢内部扩散。 七、金属材料表面处理新技术 （一）热喷涂技术

1、涂层的结构

热喷涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式堆叠在一起的层状结构，粒子之间不可避免的存在着孔隙和氧化物夹杂缺陷。

2、热喷涂方法 （1）火焰喷涂 （2）电弧喷涂 （3）等离子喷涂 3、热喷涂工艺

热喷涂等额工艺一般为：表面预处理→预热→喷涂→喷后出理 4、热喷涂的特点及应用

（1）工艺灵活：小到φ10的内孔，大到铁塔、桥梁、整体，局部均可喷涂。

（2）基体及喷涂材料广泛；基体材料金属，非金属均可。喷涂材料金属、合金、塑料、

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陶瓷等。

（3）工件变形小；冷工艺，基体温生不超过250?。 （4）涂层厚度可控，几十μm～几mm。 （5）生产效率高。 （二）气相沉积技术

气相沉积技术是：将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。

根据沉积过程的原理不同，可分为物理气相沉积（PVD）合化学气相沉积（CVD）两大类。 （三）三束表面改性技术

三束：激光束、电子束和离子束。

三束改性技术是将以上三种高能量高密度的能源（一般大于103W/cm）施加到材料表面，使之发生物理、化学变化，以获得特殊表面性能的技术。

三束对材料表面的改性是通过改变材料的成分和结构来实现的。由于这些束流具有极高的能量密度，可对 材料表面进行快速加热和快速冷却，使表层的结构和成分发生大幅度的改变（如形成微晶、纳米晶、非晶、亚稳成分固溶体和化合物等），从而获得所需要的特殊性能。此外，束流技术还具有能量利用率高、工件变形小、生产效率高的特点。 三、重要考点

多选题

1、热处理是指将钢在固态下（ ），以改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。

A．加热 B．保温 C．冷却 D．拉伸

2、普通热处理工艺包括下列的（ ）。 A．退火 B．正火 C．淬火 D．回火

3、根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，热处理工艺可分为（ ）。 A．普通热处理 B．表面热处理 C．其他热处理 D．预备热处理

答案：1、ABC；2、ABCD；3、ABC。

《机械工程材料》辅导资料八

主 题：第六章 工业用钢

学习时间：2013年11月18日－11月24日

内 容：

这周我们将完成对本课程课件第6章的学习，即工业用钢这一章。具体的学习内容如下：

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