汽车机械基础 机电工程系 《汽车机械基础课程组》
第9章 黑色金属 第一节 金属的晶体结构 一、晶体的基本概念 第一节 金属的晶体结构 一、晶体的基本概念 在自然界中除了一些少数的物质（如普通玻璃、松香等）以外，包括金属在内的绝大多数固体都是晶体 晶体:所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 非晶体 晶体
把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。 二、常见金属的晶体结构类型 常见金属的晶体结构 1.晶格 把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。
体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 常见金属的晶体结构
体心立方晶格 原子数1＋8 ×(1/8)=2 典型金属：-Fe、Cr、Mo、W、V、K、Na、Ba、Nb 性能特点：强度很高，塑性较好 致密度：68％（原子占有晶胞体积的百分数）
面心立方晶格 原子数6×(1/2)＋8 ×(1/8)=4 典型金属：-Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag、Pt 性能特点：塑性极好 致密度：74％
密排六方晶格 原子数3＋2×(1/2)＋12×(1/6)=6 典型金属：Be、Mg、Zn、Cd、 - Ti、 - Co 性能特点：性能介于体心立方和面心立方之间 致密度：74％
2.单晶体与多晶体 对于单晶体，由于各个方向上原子排列不同，导致各个方向上的性能不同，即“各向异性”的特点； 而多晶体对每个小晶粒具有“各向异性”的特点，而就多晶体的整体，由于各小晶粒的位向不同，表现的是各小晶粒的平均性能，不具备“各向异性”的特点。 单晶体 多晶体
晶体缺陷 当晶格中某些原子由于某种原因，（如热振动等）脱离其晶格结点而转移到晶格间隙这样就形成了点缺陷，点缺陷的存在会引起周围的晶格发生畸变，从而使材料的性能发生变化，如屈服强度提高和电阻增加等。
点缺陷（晶格空位、置换原子、间隙原子） 点缺陷将导致晶格畸变
线缺陷：呈线状分布的缺陷——位错(刃型、螺型) ┴ 位错密度通常为106-108cm/cm3导致晶格畸变
面缺陷 晶 界：晶粒之间的位向为30o-40o 亚晶界：晶粒内的小位向为1o-2o 面缺陷导致晶格畸变 体缺陷：各种夹杂物
二、金属的结晶 1. 结晶的基本概念 一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。 一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。 金属在固态下通常都是晶体，所以金属自液态冷却转变为固态的过程，称为金属的结晶。 液态金属与固态金属的主要差别在于：液态金属无一定形状，易流动，原子间的距离大，但在一定温度条件下，在液态金属中存在与固态金属的“远程排列”不同的“近程排列”。
金属的结晶过程 形核（自发形核、非自发形核） 长大 树枝晶的形成
1.形核和核长大 形核和核长大方式
2）影响晶核形成和长大的因素 晶粒大小对金属机械性能影响较大，在常温下工作的金属其强度、硬度、塑性和韧性，一般是随晶粒细化而有所提高的。影响晶粒大小的因素有： 1）过冷度：ΔT大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 2）变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒的处理方法。
2 影响晶核形成和长大的因素 成核速率、长大速度与过冷度的关系
过冷度的影响 难熔杂质（孕育处理） 非自发形核
二、合金的构造与结晶 1.合金 是指两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 1.合金 是指两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 2.组元 组成合金最基本的，独立的物质称为组元。
3.合金的结构与结晶 1）固溶体 固溶体是指合金在固态下，组元间能互相溶解而形成的均匀相。 1）固溶体 固溶体是指合金在固态下，组元间能互相溶解而形成的均匀相。 2）金属化合物 金属化合物是指金属组元间相互作用而生成的具有金属特性的一种新相。 其晶格类型不同于它的任一组元；其性能特点是熔点高、硬而脆。
3.合金的结构与结晶 3）机械混合物 由两相或多相按固定比例构成的组织称为机械混合物。 3）机械混合物 由两相或多相按固定比例构成的组织称为机械混合物。 工业上使用的大多数合金属于机械混合物，如钢、生铁、铝合金、黄铜、青铜等。
4.合金的结晶 遵循形核与长大的规律，结晶过程有潜热释放。 合金的结晶过程在某一温度范围内进行，结晶过程中各相的成分还不断发生变化。 合金的结晶过程在某一温度范围内进行，结晶过程中各相的成分还不断发生变化。 合金状态图是用图解的方式表示在十分缓慢的冷却条件（平衡条件）下，合金组织、成分与温度之间的关系,又称合金相图或合金平衡图。
第二节 铁碳合金相图 一、铁碳合金的基本组织 1.铁素体（F） 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。 第二节 铁碳合金相图 一、铁碳合金的基本组织 1.铁素体（F） 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。 其性能是强度、硬度很低，塑性、韧性好。 显微组织是明亮的多边形晶粒。
2.奥氏体（A） 奥氏体是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。 其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。 其晶粒呈多边形，晶界较铁素体平直。
3.渗碳体（Fe3C） 渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69％，具有复杂的晶体结构。 渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69％，具有复杂的晶体结构。 其硬度很高，塑性和韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。
4.珠光体（P） 珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 铁素体与渗碳体片层状交替排列，平均碳含量为0.77％。 珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。 铁素体与渗碳体片层状交替排列，平均碳含量为0.77％。 性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。
5.莱氏体 莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物,平均碳含量4.3％。 莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物,平均碳含量4.3％。 存在于1148-727℃的莱氏体称为高温莱氏体(Ld);存在于727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体（ld’），它是由渗碳体基体与珠光体组成。 莱氏体的力学性能与渗碳体相近硬度很高、塑性很差。
Fe - Fe3C 相图 L A Ld Ld’ P 匀晶相图 共晶相图 L+A 共析相图 Fe Fe3C T° A D 1148℃ C L+ Fe3CⅠ E 2.11%C 4.3%C F A ( A+Fe3C ) G 共析相图 Ld Ld+Fe3CⅠ A+ Fe3CⅡ A+Ld+Fe3CⅡ S A+F 727℃ F 0.0218%C P ( F+ Fe3C ) K 0.77%C P P+Ld’+Fe3CⅡ Ld’ Ld’+Fe3CⅠ P+F P+Fe3CⅡ ( P+Fe3C ) Q 6.69%C
二.Fe-Fe3C相图的分析 五个重要的成份点: P、S、E、C、K。 四条重要的线: EF、ES、GS、FK。 三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶 转变反应式、共析转变反应式。 二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
三个重要转变 LB + H AJ LC ( AE + Fe3C ) Le AS ( FP + Fe3C ) P 1.包晶转变反应式: 1495℃ 2.共晶转变反应式: LC ( AE + Fe3C ) Le 1148℃ 3.共析转变反应式: AS ( FP + Fe3C ) P 727℃
三.典型铁碳合金的结晶过程分析 工业纯铁 ( ingot iron ) 共析钢 ( eutectoid steel ) 亚共析钢 ( hypoeutectoid steel ) 过共析钢 ( hypereutectoid steel ) 共晶白口铁 ( eutectoid white iron ) 亚共晶白口铁( hypoeutectoid white iron ) 过共晶白口铁( hypereutectoid white iron )
1.工业纯铁 ( Wc < 0.0218% )
工业纯铁组织金相图
2. 共析钢 ( Wc = 0.77% )
共析钢组织金相图
3.亚共析钢 ( Wc = 0.45% )
亚共析钢组织金相图
4.过共析钢 ( Wc = 1.2% )
过共析钢组织金相图
5.共晶白口铁 ( Wc = 4.3% ) GJZT
共晶白口铁组织金相图
6.亚共晶白口铁 ( Wc = 3.0% )
亚共晶白口铁组织金相图
7.过共晶白口铁 ( Wc = 5.0% )
过共晶白口铁组织金相图
2.相图的实际应用 1．为选材提供成分依据 2．为制定热加工工艺提供依据
一.选择材料方面的应用 1. 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进行选择材料。 2. 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律 , 确定选定材料的工作范围。
2)为制定热加工工艺提供依据 对铸造：确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏. 对于锻造：确定锻造温度。 对焊接：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性。 对热处理：相图更为重要，这在下面一章中详细介绍。
制定热加工工艺
第三节 碳钢 碳钢的分类 按含碳量分类 低碳钢、中碳钢、高碳钢 按质量分类 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 按用途分类 碳素结构钢 碳素工具钢
一)碳素钢的分类 1.按碳的质量分数分类: * 低碳钢: Wc ≤ 0.25% * 中碳钢: 0.25% ≤ Wc ≤ 0.6%
2.按钢的质量分类: * 优质碳素钢: Wp = 0.035% Ws = (0.030% ～ 0.035%)
3.按钢的用途分类: 碳素结构钢(carbon structural steel) 用于制造各种机械零件、工程构 件。一般为低、中碳钢。 碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 用于制造各种工具。一般为高碳钢。
二)碳素钢的编号及用途 1.碳素结构钢: Q 235 — A · F 沸腾钢 A等级 235 MPa 屈服强度
普通碳素结构钢牌号和用途 Q+数字 表示牌号,Q235表示屈服点是235MPa,Q235-A·F,表示屈服点为235的A级沸腾钢。 制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等
2.优质碳素结构钢 * 45 --- Wc = 45%00 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%-1.0%
优质碳素结构钢牌号和用途 两位数字表示钢材中的平均含碳量的万分数的数字 ,20钢表示平均含碳量为0.20%,15Mn：表示钢材中的含锰量比较高 。 08、08F、10、10F钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件；55、60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。
3.碳素工具钢 T 12 A 高级优质 Wc = 12%0 碳素工具钢
碳素工具钢牌号和用途 数字表示钢材中平均含碳量千分数的数值, T10A表示平均含碳量为1.0%,A表示高级优质钢 碳素工具钢用于制造各种量具、刃具、模具等。 碳素工具钢经热处理（淬火+低温回火）后具有高硬度，用于制造尺寸较小要求耐磨性的量具、刃具、模具等。
4.铸造碳钢 ZG 200 - 400 σb ≥ 400MPa σs≥ 200MPa 铸钢
碳素钢的主要缺点： 综合机械性能差 热稳定性差 耐腐蚀性差 淬透性差 不能满足某些特殊性能
第四节 合金钢 合金钢是为了改善和提高碳素钢的性能，在碳素钢的基础上添加一定的合金元素所炼制的一类钢。
合金钢的分类
合金钢的编号 不论结构钢或工具钢均采用： 数字+化学元素+数字 的方法表示。 结构钢的含碳量用两位数字表示。 如：60Si2Mn;20CrMnTi 含量<1.5％，不标数字，含量> 1.5％，按整数标出 滚动轴承钢，在编号前加G（“滚”）。
合金元素的作用 合金元素固溶于铁素体，提高钢的强度，不降低塑性 合金元素固溶于奥氏体，增加钢的稳定性 合金元素形成碳化物、非金属化合物 合金元素改变相变温度 合金元素改变共析点的位置
一、合金结构钢 合金结构钢是用于制造各种机器零件和各类工程结构的钢。 1. 低合金结构钢 普低钢又称低合金高强度钢，英文缩写HSLA钢。从成分上看其为含低碳(<0.2%)低合金(<3%)元素钢种，主添合金元素为锰。 性能：良好塑性、韧性和焊接性能。一般在供应状态下使用，不再进行热处理。
车身用钢材 低合金高强度钢板 含碳量低且所含元素也少，并具有一定的耐磨性、耐腐蚀性和抗高、低温能力；这种钢的生产成本与普钢相近，但合金元素的强化作用却使其屈服强度比普钢高得多。
低合金高强度钢板 高强度低合金钢（HSLA），又称回磷钢。 前后梁、车门槛板、保险杠面杆、保险杠加强筋、车门立柱等。 注意：通过加热对各种高强度低合金钢板释放应力时，必须特别小心。 一般加热温度不可超过371-482 ℃，加热时间不可超过3min。
高抗拉强度钢 高抗拉强度钢（HSS），又称Si-Mn固溶体淬火钢。 应用：车门边护板、保险杠加强筋等 常规的加热和焊接方法不会降低这种钢的强度。 对受到碰撞的部位加热，促使它恢复原来的形状，可减小因碰撞而产生的应力，因此强度又恢复到了原来的水平。
高抗拉强度钢
高抗拉强度钢 进行氧乙炔焊时，必须特别注意：在用氧乙炔焊炬加热的部位周围必须使用温度显示的方法，将这些地方的温度限制在650 ℃以内。车门护梁和保险杠加强筋都不适宜矫正，而应更换（对于车门护梁的轻微损坏，只要它不影响门的对准或门的功能，可以忽略不计。如果它已经凹陷或产生其他变形，应加以更换）。 大多数从日本进口的汽车上都装有高抗拉强度钢制成的车身构件。
超高强度钢 超高强度钢（UHSS），又称双相钢。 马氏体钢是最著名的超高强度钢。 双相钢的可成形性好，汽车保险杠及支架、车框架、悬挂支撑臂等零件。 受损坏的马氏体钢即超高强度钢零部件不可修复，必须更换。
2.合金渗碳钢 含碳量<0.25%，合金元素：铬、锰、镍、硼 性能：渗碳层具有高的硬度、优良的耐磨性和抗疲劳性。 分类： （1）低淬透性合金渗碳钢 （2）中淬透性合金渗碳钢 （3）高淬透性合金渗碳钢
3.合金调质钢 含碳量=0.25%~0.50%，合金元素：铬、镍、钨、钒、钛、铝 细化晶粒，增加回火稳定性 适用多种载荷下工作重要零件 分类： （1）低淬透性合金调质钢 （2）中淬透性合金调质钢 （3）高淬透性合金调质钢
4.合金弹簧钢 弹簧的使用条件及性能要求 用以制造弹簧或类似弹簧性能零件的钢种称为弹簧钢。在机器设备中这类零件的主要作用是：间断吸收冲击能量，缓和机械振动及冲击作用以及周期性贮存能量。常用零件如汽车叠板弹簧，仪表弹簧，汽阀弹簧等。
4.合金弹簧钢 弹簧的主要失效形式为疲劳断裂和由于发生塑性变形而失去弹性。因此其性能要求为： (1) 高的屈服强度，疲劳强度和高的屈强比； (2) 一定的塑性和韧性； (3) 保证组织性能均匀，要求材料淬透性好； (4) 另外在高温或腐蚀介质下工作时，材料应有好的环境稳定性。
5.滚动轴承钢 轴承钢的工作条件及性能要求 主要用于制造滚动轴承的钢称为轴承钢。滚动轴承由内套、外套、滚动体及保持架组成，除保持架常用低碳钢（08钢）板冲制成型外，均由轴承钢制成。 性能：极高的硬度和耐磨性、良好的接触疲劳强度和抗压强度，较高的弹性极限和一定的冲击韧度及抗蚀性
5.滚动轴承钢 轴承钢成分一般如下： (1) 高碳：一般含碳量为0.95~1.15%，保证了马氏体中足够的碳含量及足够的弥散碳化物，满足了高硬度高耐磨要求； (2) 加入Cr、Mn、Si等合金元素：其中Cr为主加元素。Cr、Si、Mn的主要作用是提高淬透性，强化铁素体，提高碳化物稳定性；同时细化组织，提高回火稳定性。但合金含量过高会使残余奥氏体增多，导致钢硬度和零件的尺寸稳定性降低；
二、特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理化学性能并可在特殊环境下工作的钢，如不锈钢， 耐热钢，耐磨钢及低温用钢等。
1.不锈钢 不锈钢防腐方法 (1) 尽量获得单相的均匀的金属组织，从而不会产生原电池作用。 (2) 通过加入合金元素提高金属基体的电极电位。 (3) 加入合金元素使金属表面在腐蚀过程中形成致密保护膜如氧化膜（又称钝化膜），使金属基材与介质隔离开，防止进一步腐蚀。
1.不锈钢 不锈钢的分类及常用不锈钢 (1) 铬不锈钢 (2) 铬镍不锈钢 (3) “不锈铁”
2.耐磨钢 在巨大压力和强烈冲击作用下才能产生硬化从而具有良好耐磨性的钢。 常用：高锰钢 例：坦克、拖拉机履带
3.耐热钢 耐热钢工作条件及耐热性要求 在航空航天，发动机，热能工程，化工及军事工业部门，有许多机器零件是在高温下工作的，常常使用具有高耐热性的耐热钢。钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两方面，即高温下对氧化作用的抗力和高温下承受机械负荷的能力。因此耐热钢既要求高温抗氧化性能好，又要求高温强度高。
9.5 铸铁 1.铸铁的石墨化； 目的： 2.工业常用铸铁； 掌握常用铸铁的性能特点； 灰口铸铁 掌握铸铁的牌号； 球墨铸铁 9.5 铸铁 1.铸铁的石墨化； 2.工业常用铸铁； 灰口铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 目的： 掌握常用铸铁的性能特点； 掌握铸铁的牌号； 了解铸铁的应用；
铸铁的石墨化 一、石墨化过程 (分为三个阶段） 1 石墨化：把铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。 2 石墨化的三个阶段 （1）高温石墨化阶段： 1 石墨化：把铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。 2 石墨化的三个阶段 （1）高温石墨化阶段： 从液相中直接结晶出石墨： L → CI (Wc >4.26%) 通过共晶反应形成的石墨： 11540C： Lc’ → gE’+ C共
铸铁的石墨化 （2）中间石墨化阶段 11540C—7380C冷却过程中从g相中析出的石墨: g → CII； (3) 低温石墨化阶段 gs’ → ap + C
铸铁的石墨化 3 铸铁石墨化过程对室温组织的影响 高、低温石墨进行彻底 F + C: 低温石墨化较彻底 F + P + C: 3 铸铁石墨化过程对室温组织的影响 高、低温石墨进行彻底 F + C: 低温石墨化较彻底 F + P + C: 低温石墨化不彻底 P（或Le+P）+ C： 低温石墨化未进行 Le（白口铸铁）
铸铁的石墨化 二、影响石墨化的因素 1、化学成分 C, Si ,P ,AL ,Cu ,Ni ,Co促进石墨化过程。 Wc↑，有利于石墨的形核；对石墨化过程有利； WSi↑,共晶温度↑，共晶点成分↓，也有利于石墨的析出。 2、冷却速度 冷却速度愈低，愈有利于石墨化过程。
铸铁的种类 1、白口铸铁：碳主要以Fe3C形式存在。 2、灰铸铁：石墨为片状； 成分：C：2.5-4.0%，Si：1.0-2.5%，少量Mn ,S ,P 等。 性能：抗压不抗拉；耐磨、消振性好；缺口敏感性低； 牌号：HT+数字→表示最低抗拉强度。 应用：机床床座，床身、工作台；汽车拖拉机的汽缸、汽缸套等。
3、球墨铸铁 性能： 良好的抗拉强度，弯曲疲劳强度，塑性、韧性；优异的铸造性，可切削加工性及低的缺口敏感性。（可热处理或合金化 ）； 牌号： QT + 数字-数字 球铁 最低抗拉强度 断后延伸率 应用： F + C :汽车拖拉机底盘零件；阀体、阀盖； F + P + C :机油泵齿轮； P + C :代替中碳钢制造柴油机、汽油机曲轴、连杆、车床主轴。
4.可锻铸件 性能：介于灰铸铁和球墨铸铁之间 （相对于片状石墨，团絮状石墨对基体的切割作用小）。 应用：形状复杂、承受冲击载荷的薄壁零件。（汽车的前后轮壳，减速器的外壳等）
5、蠕墨铸铁 性能：蠕虫状石墨长宽比小，尖端圆钝对基体切割作用小。 抗拉强度、塑性、疲劳强度 > 灰铸铁 导热性、铸造性、可切削性 > 球墨铸铁 应用：热循环载荷条件下的钢锭模，玻璃模具，柴油机汽缸、气缸盖、排气管、刹车件等。
6.合金铸铁 向铸铁中添加一些合金元素可获得一些合金铸铁，满足高强度、耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能要求。 高强度合金铸铁：加入Cr ,Ni ,Cu ,Mo 等；（制造曲轴、连杆等） 耐热铸铁： 加入AL ,Cr ,Si等；（制造加热炉的炉底板、烟道挡板等）
6.合金铸铁 耐蚀铸铁：加入Si ,AL ,Cr ,Mo ,Cu ,Ni等；（制造化工行业管道、阀门等） 耐磨合金铸铁：加入Cr,V ,Mo ,Ti ，Re等；（制造大型球磨机衬板等 ）
9.6 金属材料的热处理 作用： 提高材料的力学性能 消除加工引起的内应力和各种缺陷 种类： 退火、正火、淬火、回火 表面热处理
钢的退火和正火 退火 ：采用炉冷，冷却速度很低 完全退火 球化退火 去应力退火/低温退火/人工时效 再结晶退火 亚共析成分的碳钢和合金钢 共析或过共析碳钢和合金钢 分类 球状珠光体
2正火（采用空冷，冷却速度较快） 低碳钢：调整硬度（适当增加硬度），利于切削； 过共析钢：消除网状二次渗碳体，利于珠光体球化。 中碳钢：普通零件的最终热处理； 退火和正火的选择（从以下三个方面考虑） 提高切削加工性能 性能 成本
三 淬火和回火（最终热处理） 淬火（采用水冷、油冷，冷却速度很大） 目的：获得马氏体 工艺：加热－保温－水冷（油冷） 理想淬火介质 三 淬火和回火（最终热处理） 淬火（采用水冷、油冷，冷却速度很大） 目的：获得马氏体 工艺：加热－保温－水冷（油冷） 理想淬火介质 常用的淬火介质 : 水、盐水、油
三 淬火和回火（最终热处理） 钢的淬透性（钢的一种性能） （1）定义：钢在淬火时获得马氏体的能力。 （2）影响淬透性的因素：合金元素，碳含量 三 淬火和回火（最终热处理） 钢的淬透性（钢的一种性能） （1）定义：钢在淬火时获得马氏体的能力。 （2）影响淬透性的因素：合金元素，碳含量 （3）选材与淬透性
马氏体 马氏体：碳在a--Fe中形成的过饱和铁素体，具有体心正方结构。 性能特点：硬而脆，且随Wc的增加而增加。
一般规律 1）表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织一致；如螺栓、连杆、锻模、锤杆（承受拉压载荷） 选用淬透性高的钢； 2）表面心部力学性能不一致（表面强度硬度要求高一些，心部塑性韧性要求高），组织可以不一致。如轴类零件，冷镦模具、齿轮。 选用淬透性低的钢。 3）焊接件：选用淬透性低的钢。
3 回火（与淬火配合） （1） 定义：将淬火钢重新加热至A1（727C)温度以下的某个温度，保温一定时间后冷却至室温的工艺操作。 （2）目的：降低马氏体的脆性，增加塑性韧性。 稳定组织。 降低内应力。 调整钢的硬度。
（3）回火的类型 低温回火 温度：150—2000C ； 得到的组织：M回 性能：高硬度、高耐磨性，内应力、脆性降低。 应用：高碳钢、高碳合金钢制造的工具和模具、滚动轴承； 渗碳体和表面淬火零件.(Wc > 0.6%)
（3）回火的类型 中温回火 温度：350—5000C ； 得到的组织：T回（针叶状铁素体 + 极细小颗粒渗碳体组成） 性能：高强度、硬度，高的弹性极限及屈服强度； 具有一定的塑性、韧性； 应用：Wc = 0.5—0.7%碳钢、合金钢制造的各种弹簧。
（3）回火的类型 高温回火 温度：500-6500C， 组织：S回，由等轴状的铁素体和球状渗碳体组成性能： 具有适当的强度、硬度和足够的塑性、韧性（即良好综合性能）。 应用：用于Wc为0.3—0.5%的中碳钢和合金钢制造的轴、连杆、螺栓等。 生产上将淬火和高温回火称为“调质处理”。 一般规律：随回火温度↑，强度、硬度↓，塑性韧性↑。
四、钢的表面热处理 1.基本概念 目的：使零件具有“表硬心韧” 的性能特点。 2.表面淬火：表面与心部的成分一致，组织不一样。 1） 工艺： 1） 工艺： 将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。
表面淬火 火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火 激光加热表面淬火 2）分类 3）材料及典型零件 中碳钢（Wc 0.4—0.5%）, 如40、45钢机床齿轮、轴等零件。
常用的表面淬火方法 火焰加热表面淬火 淬硬层深度：2—6mm 优点：方法简便；无需特殊设备；适用于单件、小批量生产零件； 缺点：需要操作熟练，否则造成质量不稳定 应用： 轧钢机齿轮、轧辊； 矿山机械齿轮、轴； 机床导轨、齿轮；
感应加热表面淬火 淬硬层与频率有关： 0.2—2mm，高频感应加热（100—1000KHZ） 〉10—15mm，工频感应加热（50HZ） 特点：淬火质量好，表层组织细、硬度高、脆性小、生产效率高、便于自动化，缺点是设备昂贵，劳动条件差。
激光加热表面淬火 工艺： 将高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加热到奥氏体区，依靠工件本身热传导迅速自冷而获得一定淬硬层的工艺操作。 硬化层：1-2mm 应用：汽车、拖拉机汽缸套、汽缸、活塞环、凸轮轴等零件； 特点：淬火质量好，组织超细化，硬度高、脆性极小、工件变形小、不需要回火、节约能源、无污染、效率高、便于自动化，但是设备昂贵 。
4.表面化学热处理 1）工艺: 将工件置于某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中的某些元素渗入工件表层以改变工件表层的化学成分和组织，从而达到“表硬心韧”的性能特点。 2）可渗的元素： 渗碳、氮、碳氮共渗（C、N、C\N） 渗硼 、铬 (B、Cr ） 渗铝、硅 (Al 、Si) 渗硫(S)
3）渗碳（重点内容） （1）常用的材料：低碳钢或者低碳合金钢，如，20，25，（20CrMnTi）（用于汽车齿轮） （2）介质：最常用的气体（煤油、苯、甲醇等高温分解的混合气体（CO,CH4 C2H4等）） 具有活性碳原子 （3）过程： 吸附：活性碳原子吸附至工件表面 扩散：碳原子向工件里层扩散。
3）渗碳（重点内容） （4）温度：在奥氏体区，900—9500C 时间：根据渗层深度而定，约10小时左右， （5）热处理：渗碳 + 淬火 + 低温回火 组织表层：高碳回火马氏体 + 碳化物 + A’ 组织心部：F + P 或者M回（低碳）+ F +A’
典型零件工艺路线的制定 1轴类零件（机床主轴） （1）分析工作条件：承受中等交变扭矩载荷、交变弯曲载荷或者是拉压载荷；局部（轴颈、花键）承受摩擦和磨损。 （2）失效形式：疲劳断裂，轴颈处磨损（主要方式）；冲击过载断裂等（偶尔发生）
典型零件工艺路线的制定 （3）性能要求：高的疲劳强度；良好的综合性能；局部高硬度； （4）中碳钢或者中碳合金钢： 45（40Cr） （5）工艺路线： 下料→ 锻造→ 正火→ 粗加工→ 调质(淬火+ 高温回火) → 局部表面淬火+ 低温回火→ 精磨→ 成品； （6）组织：表面：回火马氏体 心部：回火索氏体
典型零件工艺路线的制定 2、齿轮（低碳钢、表面渗碳） (1)工作条件: 齿轮根部承受交变弯曲应力；（传递扭矩时）;齿啮合时齿面承受较大的接触压应力并受强烈的摩擦和磨损； 换挡、气动、制动时齿轮承受一定的冲击。 (2) 失效形式：齿的折断（疲劳断裂和冲击过载断裂）；齿表面磨损。 （3）性能要求：高的疲劳强度和表面硬度，心部具有足够的塑性韧性。
典型零件工艺路线的制定 （4）选材：低碳钢（20，25） （5）工艺路线：下料→ 锻造 →正火 →机加工→渗碳+淬火+ 低温回火 →喷丸→精磨 → 成品； （6）微观组织： 表面：M回（高碳）+A’（少量）“表硬” 心部：F（多）+P “心韧”