钢铁材料热处理及组织性能
班级：机设13-A1
姓名：朱铭书
学号：120133404056
摘要：钢材是当前社会运用最广泛的材料之一，具有非常悠久的历史，它推动了社会的大力发展，促进了社会的进步。作为结构材料．钢的组织和性能在很高的层面决定了产品的质量，因此，在选取钢铁材料时主重其组织与性能。然而，回望钢铁发展的历史，钢组织与性能与材料成分和热处理工艺有着千丝万缕的关系，通过改善材料成分和热处理工艺可以有效提升钢组织与性能。本文将对钢铁材料热处理及组织性能做浅显分析。
正文：一、钢的退火与正火
1、钢的退火是将工件加热到工艺要求的温度，经过适当的保温以后，在缓慢冷却下来的热处理工艺过程。加热温度在Ac3点以上的称为完全退火；加热温度在Ac1和Accm之间的称为不完全退火或球化退火；加热温度在A1点以下称为低温退火；还有扩散退火等退火工艺。退火的加热速度一般不受限制，但对于高合金钢和大截面工件，升温不可过快，否则，由于导热性差，引起很大的热应力，使工件产生变形甚至开裂。一般将升温速度控制在100～180℃/h比较适宜。加热时间是根据工件的有效厚度，并考虑装炉量、装炉方式和加热方法确定的，可以查阅热处理手册加以确定。退火的冷却方式是根据退火工艺的具体要求进行。（1）完全退火只适用于亚共析钢，加热温度为Ac3＋（20～30℃），合金钢可以略微高于此温度，保温足够时间后，随后缓冷（炉内冷却或按要求的冷却速度冷却）到550～500℃以下，再空冷。在加热和冷却的过程中，钢的内部组织全部进行了重结晶，即发生了加热时的奥氏体化和冷却时的奥氏体分解转变。所以完全退火又称重结晶退火。在重结晶过程中经历了两次形核长大，因此细化了晶粒。完全退火使钢获得了接近平衡状态的细晶粒组织，同时消除了焊接、铸钢、热锻轧钢中的粗大组织和魏氏组织，以及因终锻、终轧的温度过低造成的带状组织。完全退火还提高韧性，消除因冷速较快造成的内应力，降低含碳较高的亚共析钢硬度，以利于切削加
工，并为后续淬火工艺作好组织准备。普通退火依靠控制冷却速度来控制转变温度，很难恰到好处，很难控制退火的组织和硬度。另外，工件内外冷却速度差别较大，发生转变的温度不同，因而心部冷却慢，转变温度高，组织偏粗，硬度偏低，内外组织不均匀。等温退火工艺可以准确的控制过冷度，保证工件内外在同一温度下进行转变，组织均匀，并可大大缩短工艺周期。（2）不完全退火不完全退火的加热温度在在Ac1和Accm之间，即Ac1＋（20～50℃）。主要用于共析钢和过共析钢，得到的组织是粒状珠光体，所以又称球化退火。球化退火的目的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火做好准备。高碳钢球化退火前的组织不应有网状碳化物，因为网状碳化物，特别是粗片的碳化物，在球化退火的过程中是不能消除的。网状碳化物应在球化退火前消除。工具钢和轴承钢等高碳钢在淬火前均要求粒状珠光体组织，对于网状和球化组织的状态均有严格的质量要求。（3）扩散退火主要应用于合金钢铸件和铸锭，目的是消除铸造时形成的晶内偏析，使成分均匀化，所以扩散退火又称为均匀化退火。扩散退火的实质，是使合金元素原子充分扩散，使晶内合金成分均匀。所以扩散退火的工艺特点是，加热温度高，保温时间长。加热温度一般在Ac3以上150～250℃，对于高合金钢铸件特别是铸锭甚至高到1100～1200℃。加热温度高，扩散速度快，但是要低于固相线100℃，以防止过烧。保温时间一般在10～15h左右，时间过长，工件烧损严重，能源消耗大，成本增高。钢经扩散退火后，晶粒会严重长大粗化，因此需要再进行一次重结晶退火来细化晶粒。（4）低温退火（去应力退火）加热温度在A1点以下，一般在500～650℃之间，加热保温后，应缓冷到200℃左右，再出炉空冷。低温退火是为了消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件和机械加工件的残余应力，提高尺寸的稳定性。2、钢的正火将钢加热到上临界点（A3、Acm）以上，进行完全奥氏体化，然后在空气中冷却（有时吹风或喷雾冷却）的热处理过程称为正火。正火与退火相比，
冷却速度比较快，接近共析成分的碳钢（含碳量ωc0.6％～1.4％）正火后得到珠光体或索氏体的伪共析组织；中碳钢正火后的组织是少量铁素体加伪共析组织；对于低碳钢，正火后的组织中珠光体量多偏细（与退火相比较）。正火可以细化组织，消除热加工的过热缺陷，使组织正常化。同时提高钢的硬度和强度。对于低碳钢，正火的加热温度是Ac3＋（100～150）℃，目的是细化组织，提高强度，提高硬度，便于切削加工。因为碳钢退火的硬度太低，切削时容易“粘刀”，粗糙度高，效率低。对于中碳钢，正火的加热温度是Ac3＋（50～100）℃，目的是代替调质处理，为高频淬火做好组织准备。调质处理需经淬火，易造成工件变形，且成本高。对于高碳钢，正火的加热温度是Accm＋（30～50）℃，目的是消除网状渗碳体，为球化退火作好组织准备。正火用于铸铁件，可以增加基体的珠光体含量。提高强度和耐磨性。
二、钢的淬火将钢加热到临界点以上，保温一定时间进行奥氏体化，然后在水或油中快速冷却，使奥氏体冷却到Ms点（奥氏体开始向马氏体转变的温度）以下发生马氏体转变的热处理工艺。钢的淬火组织主要是马氏体，虽然马氏体不是热处理所要得到的最终组织，但马氏体在经适当的回火，可以使钢获得需要的组织和使用性能，最终达到热处理的目的。
1、淬火加热温度亚共析钢的淬火加热温度约为Ac3＋（30～50）℃，亚共析合金钢可以是Ac3＋（30～70）℃。加热温度过高，易使奥氏体晶粒粗大，也浪费能源。加热温度偏低，可能会有一些铁素体未转变成奥氏体，淬火冷却时铁素体不发生变化，保留在淬火组织中，使钢的硬度不足。有些亚共析合金钢，加热到两相区（Ac1～Ac3之间的的温度）进行“亚温淬火”，再经适当的回火配合，也取得了良好的强韧化效果。某些高合金钢经过超高温加热，使一些第二相尽量溶入奥氏体中，淬火回火后断裂韧性有显著的提高。对于过共析钢，淬火前的组织应是粒状珠光体，
淬火加热温度为A1＋（30～50）℃。从这一温度淬火，可以得到细小的隐晶马氏体加粒状碳化物组织。这种组织硬度高，并由于有粒状碳化物存在耐磨性好，韧性也能满足要求。如果加热温度过高，碳化物会全部溶入奥氏体中，奥氏体晶粒粗大含碳量高，Ms和Mf点（马氏体转变终了温度）下降，淬火组织中有粗大的马氏体片和相当多的残余奥氏体，这种组织使钢的脆性增加。由于淬火组织中没有硬的碳化物颗粒，钢的耐磨性不高。
2、淬火冷却冷却介质，第一类冷却介质主要包括水质淬火剂和油质淬火剂，他们使工件的冷却曲线特点是，先慢后快又变慢。水是碳素钢淬火最常用的淬火介质。油是合金钢常用的淬火介质，油的使用温度必须低于其闪点80～100℃，以防着火。第二类淬火介质包括盐浴、碱浴和金属浴等。
3、淬透性是钢的一种热处理工艺性能，表征钢在淬火时所能得到的淬硬层深度。淬硬层深的钢淬透性好。
4、淬火方法对淬火冷却的要求是：达到要求的淬火硬度，达到要求的淬火深度，不出现淬火组织缺陷，不开裂，产生的变形应在允许范围以内。（1）单液淬火工件在奥氏体化以后，放入一种冷却介质中一直冷却到室温。冷却介质可以是水、油、空气（静止的或流动的）或者是喷雾冷却等。通常碳素钢因其淬透性差，需要快冷，多用油淬；合金钢因其水淬容易开裂，具有较高的淬透性，常用油淬。单液淬火的优点是操作简单、经济，容易实现机械化和自动化；缺点是淬火应力大，易导致变形和开裂，因此多用于形状简单零件的淬火。（2）双液淬火工件加热到奥氏体化后，首先放入水中冷却到Ms温度附近，在快速转移到油中较慢地冷却到室温。这种先水后油的淬火方式，可以有效的降低淬火组织应力，减小淬火变形和开裂的倾向，多用于高碳的工具钢。其缺点是工件在水中的停留时间难于掌握，取出太早，工件进入油中冷却慢易发生分解转变得到非马氏体组织，使工件的硬度达不到要
求；工件取出太晚，在水中发生了马氏体转变，产生很大的组织应力，使工件变形甚至开裂。（3）分级淬火将奥氏体化的工件先置于温度约为Ms点的盐浴或碱浴中冷却，待工件内外温度一致后，再取出在油中或空气中冷却。分级淬火可以使工件淬火应力降至很小，淬火变形小，适用于形状复杂界面不均匀的工件淬火。但因为盐浴、碱浴的冷却能力较小，停留时间又不能太长，此法多用于尺寸较小、变形要求严格的精密零件等。（4）等温淬火将奥氏体化的工件放在盐浴或碱浴中，长时间等温最终获得下贝氏体的热处理工艺操作。四、钢的回火将淬火钢加热到A1以下的某一温度，保温，然后冷却到室温的一种热处理工艺。回火可以减少或消除应力，可以根据加热温度调整回火后所得到的组织和性能，稳定尺寸，使工件达到服役状态的要求。随着回火温度的升高，碳钢的硬度下降，强度也降低，而塑性升高。在硬度相同的情况下，淬火回火组织的塑性和韧性优于正火组织。钢经淬火回火后，获得的组织中强化相是粒状均匀分布的，具有好的综合力学性能。
回火处理最后决定钢在使用状态下的组织和性能。回火不足（回火温度偏低或时间不够）硬度偏高，还可以补充回火；由于回火温度过高或者时间过长，造成回火过度使回火硬度过低，则必须重新淬火。（1）低温回火回火温度是150～250℃，得到的组织是回火马氏体。低温回火的主要目的是降低钢中的淬火残余应力和脆性，其性能特点是有高的硬度（58～64HRC）和耐磨性，疲劳强度高。各种高碳工具钢、冷作模具、滚动轴承和渗碳的结构件都采用淬火低温回火工艺。对于尺寸稳定性要求很高的精密零件，需经低温长时间回火或多次低温回火，稳定组织和充分消除残余应力。（2）中温回火回火温度是350～500℃，一般得到回火托氏体。其性能特点是具有一定的韧性，同时又有较高的弹性极限和屈服强度。主要应用于各种弹簧零件和锻模，也可以用来处理要求有高强度、硬度和一定韧性的
工件，如刀杆、轴套等。（3）高温回火回火温度500～650℃，回火后的组织是回火索氏体。主要目的是使钢获得强度、硬度和塑性、韧性有良好配合的综合力学性能。淬火加高温回火处理，通常称为调质处理，或简称调质。调质广泛应用于各种重要的结构零件，如各种轴、齿轮、连杆和其他重要的连接件等。对于有高温回火脆性倾向的钢，高温回火时应在水或油中快冷。（4）高温软化回火回火温度是A1－（20～40）℃得到的组织是回火珠光体，主要用于马氏体钢的软化和高碳合金钢淬火返修品的返修预备处理。马氏体钢都是高淬透性钢，奥氏体化以后空冷都能淬上火得到马氏体，硬度高，不便于机械加工，只有通过高温软化回火才能使硬度降下来。回火珠光体的热处理工艺性也很好。 2、回火时间在各个温度回火时，最初半小时内组织和性能的变化比较快，随后逐渐变慢，回火2h后变化就很慢了。因此，在实际生产中回火时间一般不超过2h。
参考文献：浅谈钢的热处理（樊晓燕，27~30）
钢热处理工艺节能途径分析（王永康，53~70）
钢热处理工艺和化学成分与性能的关系（梁慧超，30~43）
钢热处理的新工艺（徐祖耀，46~57）
钢材性能有影响？ 1．化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。 6．为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分
钢铁家族中各种组织形貌生长特点及性能 现代材料可以分为四大类--金属、高分子、陶瓷和复合材料。尽管目前高分子材料飞速发展，但金属材料中的钢铁仍是目前工程技术中使用最广泛、最重要的材料，那么到底是什么因素决定了钢铁材料的霸主地位呢。下面就为大家详细介绍吧。 钢铁由铁矿石提炼而成，来源丰富，价格低廉。钢铁又称为铁碳合金，是铁（Fe）与碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）以及其他少量元素（Cr、V等）所组成的合金。通过调节钢铁中各种元素的含量和热处理工艺（四把火：淬火、退火、回火、正火），可以获得各种各样的金相组织，从而使钢铁具有不同的物理性能。将钢材取样，经过打磨、抛光，最后用特定的腐蚀剂腐蚀显示后，在金相显微镜下观察到的组织称为钢铁的金相组织。钢铁材料的秘密便隐藏在这些组织结构中。 在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。常见的金相组织有下列八种： 一、铁素体 碳溶于α-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁素体，属bcc结构，呈等轴多边形晶粒分布，用符号F表示。其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低（30-100 HB）。在合金钢中，则是碳和合金元素在α-Fe中的固溶体。碳在α-Fe中的溶解量很低，在AC1温度，碳的最大溶解量为0.0218%，但随温度下降的溶解度则降至0.0084%，因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。随钢铁中碳含量增加，铁素体量相对减少，珠光体量增加，此时铁素体则是网络状和月牙状。 二、奥氏体 碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、=40~50%。TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。碳
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 五退火--淬火--回火 (一)．退火的种类 1．完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重要工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 (二)．淬火 为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、速冷。最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 (三)．回火 1为经济的防火方法。 四、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。 目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。高层建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时，加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。 （2）常用火焰喷涂塑料材料及性能 塑料种类很多，根据塑料受热的性能，可分为热塑性塑料及热固性塑料两大类。火焰喷涂用塑料粉末一般由塑料原料加上改性材料制成，这些改性材料，包括各种填料、颜料、流平剂、增韧剂等。通过改性，使塑料粉末容易进行火焰喷涂。使制成的涂层具有所要求的颜色和各 表1聚乙烯粉末涂层的物理化学性能 注：试验采用 1.5m钢板，涂后在30～35℃条件下、酸碱浸渍10d溶剂油类分别浸渍30d 和100d后测试。 聚乙烯粉末涂层与其它涂层性能比较见表 2 表2聚乙烯等其它品种粉末涂层的性能比较 2、尼龙(聚酰胺) 尼龙是一种应用很广的热塑性塑料，最高应用温度为 80～120℃，最低使用温度为-50～-60℃。 尼龙具有良好的耐蚀性，十分耐碱和大多数盐水、稀酸。但不耐强酸和氧化性酸的腐蚀。对烃、酮、酯、油类抗蚀能力良好，不耐酚和甲酸的腐蚀。
钢的组织与化学成分对钢材性能的影响 一、钢的组织及其对钢性能的影响： 钢材是由无数微细晶粒所构成，碳与铁结合的方式不同，可形成不同的晶体组织，使钢材的性能产生显著差异。 1、钢的基本组织： 纯铁在不同温度下有不同的晶体结构： 钢中碳原子与铁原子的三种基本结合形式为：固融体、化合物和机械混合物。 下表列出了钢的四种基本组织及其性能。 钢的基本晶体组织 2、晶体组织对钢材性能的影响： 碳素钢的含碳量不大于0.8%时，其基本组织为铁素体和珠光体；含碳量增大时，珠光体的含量增大，铁素体则相应减少，因而强度、硬度随之提高，但塑性和冲击韧性则相应下降。
二、钢的化学成分对钢性能的影响： 钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响： 1、碳。 碳是决定钢材性能的最重要元素。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。 随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。 一般工程所用碳素钢均为低碳钢，即含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，其含碳量小于0.52%。 2、硅。 硅是作为脱氧剂而残留于钢中，是钢中的有益元素。 硅含量较低（小于1.0%）时，能提高钢材的强度和硬度以及耐蚀性，而对塑性和韧性无明显影响。但当硅含量超过1.0%时，将显著降低钢材的塑性和韧性，增大冷脆性实效敏感性，并降低可焊性。 3、锰。 锰是炼钢时用来脱氧去硫而残留于钢中的，是钢中的有益元素。 锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度，但塑性和韧性略有降低。但钢材中含锰量太高，则会降低钢材的塑性、韧性和可焊性。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。 4、磷。 磷是钢中很有害的元素。 随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。 磷也使钢材的可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在经过合理的冶金工艺之后，低合金钢中也将磷可配合其他元素作为合金元素使用。
铸造 1.熔融的液态金属填满型腔冷却。制件中间易产生气孔。 2.把金属加热熔化后倒入砂型或模子里，冷却后凝固成为器物。 3.铸造对被加工才料有要求，一般铸铁、铝等的铸造性能较好。铸造不具备锻造的诸多优点，但它能制造形状复杂的零，因此常用于力学性能要求不高的支称件的毛丕制造。例如机床外壳等。 锻造 1.主要是在高温下用挤压的方法成型。可以细化制件中的晶粒。 2.用锤击等方法，使在可塑状态下的金属材料成为具有一定形状和尺寸的工件，并改变它的物理性质。 3.锻造时，金属经过塑性变形，有细化晶粒的做用，切纤维连续，因此常用于重要零件的毛丕制造，例如轴、齿论等。 热处理 热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温一定时间，然后用一定速度冷却，以改变金属的组织结构，从而改变其性能（包括物理、化学和力学性能）的工艺。改善钢的力学性能或加工性能。1.退火 操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；
3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、 焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。 2.正火 操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备； 3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。 3.淬火 操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。 目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏
钢铁材料的八大工艺性能 钢铁材料是日常生活中,工业上与机械上不可或缺的一种常见线材材料,因此,对钢铁材料进行使用时,大家一定要了解一下关于钢铁材料的工艺性能,其钢铁材料工艺性能都有哪些呢?主要有以下八种。 1、铸造性 金属材料能用铸造方法获得合格铸件的能力称为铸造性。铸造性包括流动性、收缩性和偏析倾向等。流动性是指液态金属充满铸模的能力,流动性愈好,愈易铸造细薄精致的铸件,收缩性是指铸件凝固时体积收缩的程度,收缩愈小,铸件凝固时变形愈小。偏析是指化学成分不均匀,偏析愈严重,铸件各部位的性能愈不均匀,铸件的可靠性愈小。 2、切削加工性 金属材料的切削加工性系指金属接受切削加工的能力,也是指金属经过加工而成为合乎要求的工件的难易程度。通常可以切削后工作表面的粗糙程度、切削速度和刀具磨损程度来评价金属的切削加工性。 3、焊接性 焊接性是指金属在特定结构和工艺条件下通过常用焊接方法获得预期质量要求的焊接接头的性能。焊接性一般根据焊接时产生的裂纹敏感性和焊缝区力学性能的变化来判断。 4、锻性 锻性是材料在承受锤锻、轧制、拉拔、挤压等加工工艺是会改变形状而不产生裂纹的性能。它实际上是金属塑性好坏的一种表现,金属材料塑性越高,变形抗力就越小,则锻性就越好。锻性好坏主要决定于金属的化学成分、显微组织、变形温度、变形速度及应力状态等因素。 5、冲压性 冲压性是指金属经过冲压变形而不发生裂纹等缺陷的性能。许多金属产品的制造都要经过冲压工艺,如汽车壳体、搪瓷制品坯料及锅、盆、盂、壶等日用品。为保证制品的质量和工艺的顺利进行,用于冲压的金属板、带等必须具有合格的冲压性能。 6、顶锻性 顶锻性是指金属材料承受打铆、镦头等的顶锻变形的性能。金属的顶锻性,是用顶锻试验测定的。 7、冷弯性 金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂的性能,称为冷弯性。出现裂纹前能承受的弯曲程度愈大,则材料的冷弯性能愈好。 8、热处理工艺性 热处理是指金属或合金在固态范围内,通过一定的加热、保温和冷却方法,以改变金属或合金的内部组织,而得到所需性能的一种工艺操作。热处理工艺就是指金属经过热处理后其
一、钢材的主要性能 钢材的力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。 技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性能。 力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。工艺性能包括冷弯性能和可焊性。 （1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。 屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。 抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。 对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25； 实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3； 强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。 钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率随钢筋强度的增加而降低。 冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。 （2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。 （3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。危害极大，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 二、钢筋的工艺性能 1、钢材的性能主要有哪些内容 钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。工艺性能是钢材在各加工过程中表现出的性能，包括冷弯性能和可焊性。 (1)抗拉性能。表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗 拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。 屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。发生屈服现象时的最小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。 抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6～0.65，低合金结构钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.84～0.86。
热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温、冷却的手段，改变金属材料内部的组织状态，从而获得所需性能的一种热加工工艺。常见的热处理的方法请参考下表。 名称热处理过程热处理目的 1．退火将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢 冷却到室温 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于 切削加工及冷变形加工 ②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢 的性能及为以后的热处理作准备 ③消除钢中的内应力。防止零件加工 后变形及开裂 退火类别(1)完全退火 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同， 一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达8 00—900oC)以上30—50oC，保温一定时间，然后 随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却) 细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充 分消除内应力完全退火适用于含碳量 (质量分数)在O．8％以下的锻件或铸 钢件 (2)球化退火 将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以 后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切削性能，并为 以后淬火作好准备，以减少淬火后变 形和开裂,球化退火适用于含碳量(质 量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工 具钢 (3)去应力退火 将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后 缓慢冷却(一般采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直时产生的内应 力，消除精密零件切削加工时产生的 内应力，以防止以后加工和用过程中 发生变形 去应力退火适用于各种铸件、锻件、 焊接件和冷挤压件等 2．正火将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时 间，然后在空气中冷却 ①改善组织结构和切削加工性能 ②对机械性能要求不高的零件，常用 正火作为最终热处理
各大钢厂高性能钢材组织性能控制与品种开发 近年来，通过加强对碳锰钢、微合金钢及合金钢在轧制与冷却过程中的晶粒细化、析出与相变等的组织性能控制的基础与应用研究，在细晶高强钢、高级管线钢、高性能中厚板及特厚板、取向硅钢及先进汽车板等高性能冷轧带钢、新型铁素体不锈钢及双相不锈钢、高性能长材及管材等的工艺控制技术与产品开发方面取得了一大批重要成果，为轧制钢材的品质提升和国家经济建设作出了重大贡献。 1轧制过程组织性能控制研究及应用 1.1细晶和超细晶钢的研究开发及应用 近年的“新一代钢铁材料重大基础研究”项目以细晶和超细晶钢的研究开发为目标，该项目通过结合轧制生产线装备和工艺实际，开展了大量的理论和试验研究与探索，其中包括：①铁素体+珠光体（F+P）碳素钢或低合金钢采用强力轧制、形变诱导铁素体相变（DIFT）以及形变和相变耦合的组织超细化理论和技术；②结合奥氏体再结晶和未再结晶控制轧制和加速冷却（RCR+ACC）控制的晶粒适度细化理论和技术；③基于过冷奥氏体热变形的低碳钢组织细化一形变强化相变（DEFT）理论和技术；④基于薄板坯连铸连轧流程（TSCR）的奥氏体再结晶细化+冷却路径控制的低碳钢组织细化与强化理论与技术；⑤针对低（超低）碳微合金贝氏体钢的中温转变组织细化的TMCP+RPC理论与技术等。 这些理论与技术研究在长材、板带材和中厚板的强度翻番或升级，以及新产品开发中发挥重大的作用和显著的效果，近年已大批量地生产出细晶和超细晶钢。 1.2钢在形变、相变中的析出行为研究与控制 钢在形变、相变中的析出行为研究与控制是钢的组织性能控制的一个重要方面。通过大量的试验研究和生产实践证明，采用合理的冶金成分设计和轧制、冷却工艺控制，可以在钢中使大量的纳米尺寸粒子析出，使钢的强韧性得到显著提高。珠钢及涟钢等企业同高校合作，在TSCR线上通过实施高温大变形再结晶细化+冷却路径控制，实现晶粒细化与纳米粒子析出与分布控制，进而形成不同强韧化效果的组织性能柔性控制，开发生产出具有高成形性的低碳高强汽车大梁钢510L、550L、屈服强度500MPa~700MPa级钛微合金化高强耐候钢、600MPa和700MPa级低碳贝氏体工程机械用钢等系列高强韧钢，并进行了大批量生产和应用。经分析，微合金化高强钢中纳米粒子析出强化的贡献可达到150MPa~300MPa。 2 2250热连轧生产高级别管线钢的技术开发 中国近年先后投产的11套2000mm 以上宽带钢热连轧生产线为高级别管线钢等高性能高强钢产品开发提供了关键设备条件。2007年以来，首钢、太钢、马钢等钢铁企业利用2250热连轧生产线成功开发并大批量生产出18.4mm厚X80高级别管线钢。采用低C-高Mn-高Nb-少Mo-微V，或低C-高Mn-高Nb+适量Cr-Ni-Mo-Cu的成分体系设计，结合优化的TMCP 轧制工艺和低温或超低温卷取控制，获得以针状铁素体为主的高级管线钢复相组织，确保了厚规格产品的高强韧性和耐蚀性，保证了带钢全长组织性能的均匀性及良好的板形。2008年，首钢、太钢、马钢的2250热连轧生产线共生产了73.5万t X80管线钢，在中国的西气东输二线管线工程建设中发挥了关键作用。 3高性能高强度中厚板品种开发 3.1新型桥梁用钢的开发及应用 近年，武钢、鞍钢等企业采用TMCP技术开发了满足高强度、较低屈强比、焊接性、耐候性及低温冲击韧性要求的系列新型桥梁用钢，并应用于南京大胜关长江大桥等几十座跨江、跨海、铁路和公路桥梁建设。 武钢开发生产的WNQ570、WNQ690、14MnNbq桥梁钢的特点是：高强度，屈服强度大于等于420MPa；高韧性，-40℃Akv≥120J；良好焊接性，60mm以上厚钢板埋弧焊不预
钢铁材料的一般热处理，一个表全懂了 钢铁材料的一般热处理名称热处理过程热处理目的 1．退火将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂退火类别(1)完全退火将钢件加热到临界温度(不 同钢材临界温度也不同，一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900oC)以上30—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)细化晶粒，均匀组织， 降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件(2)球化退火将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃ 以下再出炉空冷降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢(3)去应力 退火将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却)消除钢件焊接和冷校直时产生的内 应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，以防止以后加工和用过程中发生变形去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等2．正火将钢件加热到临界温度以上
40～60oC，保温一定时间，然后在空气中冷却①改善组织 结构和切削加工性能②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理③消除内应力3．淬火将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性②使钢件 在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等淬火类别(1)单液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却单液淬火只适用于形状比较简单，技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。淬火时，对于直径或厚度大于5～8mm的碳素钢件，选用盐水或水冷却；合金钢件选用油冷却(2)双液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，先在水中快速冷却至300—400oC，然后移人油中冷却 (3)火焰表面淬火用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件 表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即用水向零件表面喷射, 火焰表面淬火适用于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨，并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件，如曲轴、齿轮和导轨等 (4)表面感应淬火将钢件放在感应器中，感应器在一定频率的交流电的作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面迅速加热(2一lOmin)到淬火温度，这时立即将水喷射到钢件表面。经表面感应淬火的零件，表面硬而耐磨，
钢铁材料热处理及组织性能 班级：机设13-A1 姓名：朱铭书 学号：120133404056
摘要：钢材是当前社会运用最广泛的材料之一，具有非常悠久的历史，它推动了社会的大力发展，促进了社会的进步。作为结构材料．钢的组织和性能在很高的层面决定了产品的质量，因此，在选取钢铁材料时主重其组织与性能。然而，回望钢铁发展的历史，钢组织与性能与材料成分和热处理工艺有着千丝万缕的关系，通过改善材料成分和热处理工艺可以有效提升钢组织与性能。本文将对钢铁材料热处理及组织性能做浅显分析。 正文：一、钢的退火与正火 1、钢的退火是将工件加热到工艺要求的温度，经过适当的保温以后，在缓慢冷却下来的热处理工艺过程。加热温度在Ac3点以上的称为完全退火；加热温度在Ac1和Accm之间的称为不完全退火或球化退火；加热温度在A1点以下称为低温退火；还有扩散退火等退火工艺。退火的加热速度一般不受限制，但对于高合金钢和大截面工件，升温不可过快，否则，由于导热性差，引起很大的热应力，使工件产生变形甚至开裂。一般将升温速度控制在100～180℃/h比较适宜。加热时间是根据工件的有效厚度，并考虑装炉量、装炉方式和加热方法确定的，可以查阅热处理手册加以确定。退火的冷却方式是根据退火工艺的具体要求进行。（1）完全退火只适用于亚共析钢，加热温度为Ac3＋（20～30℃），合金钢可以略微高于此温度，保温足够时间后，随后缓冷（炉内冷却或按要求的冷却速度冷却）到550～500℃以下，再空冷。在加热和冷却的过程中，钢的内部组织全部进行了重结晶，即发生了加热时的奥氏体化和冷却时的奥氏体分解转变。所以完全退火又称重结晶退火。在重结晶过程中经历了两次形核长大，因此细化了晶粒。完全退火使钢获得了接近平衡状态的细晶粒组织，同时消除了焊接、铸钢、热锻轧钢中的粗大组织和魏氏组织，以及因终锻、终轧的温度过低造成的带状组织。完全退火还提高韧性，消除因冷速较快造成的内应力，降低含碳较高的亚共析钢硬度，以
４５号钢和４０Cr钢的区别和性能比较 一、45号钢 45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板，梢子，导柱等，但须热处理。 45号钢化学成分： 含碳(C)量：0.42~0.50%, Si(硅)含量为：0.17~0.37%, Mn(锰)含量：0.50~0.80%, Cr(铬)含量：≤0.25%, S（硫）含量：≤0.035 ％ P（磷）：≤0.035％ Ni(镍)含量：≤0.30%， Cu(铜)含量：≤0.25%。 45号钢密度7.85g/cm3, 弹性模量210GPa 力学性能 正火：850 ；淬火：840 ；回火：600 ；抗拉强度：不小于600Mpa ；屈服强度：不小于355Mpa ；伸长率：16% ；收缩率：40% ；冲击功：39J ；钢材交货状态 硬度：不大于未热处理：229HBS ；退火钢：197HBS ? ? 二、40Cr 40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。调质处理后具有 良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时 可淬透到Ф28~60mm,油淬时可淬透到Ф15~40mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频 淬火处理。切削性能较好，当硬度为HB174~229时，相对切削加工性为60%。该钢适于制 作中型塑料模具。
化学成分（％）： C:0.37~0.44, Si:0.17~0.37, Mn:0.50~0.80, Cr:0.80~1.10, Ni:≤0.30 P:≤0.035, S:≤0.035, Cu:≤0.030 力学性能 试样毛坯尺寸(mm):25 热处理: 第一次淬火加热温度(℃):850;冷却剂:油 第二次淬火加热温度(℃):- 回火加热温度(℃):520; 40CR圆材抗拉强度(σb/MPa):≥980 屈服点(σs/MPa):≥785 断后伸长率(δ5/%):≥9 断面收缩率(ψ/%):≥45 冲击吸收功(Aku2/J):≥47 布氏硬度(HBS100/3000)(退火或高温回火状态):≤207 特性 中碳调质钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。
钢的热处理 钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。 第一节钢的热处理原理 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 热处理的三阶段：加热、保温、冷却
一、钢在加热时的转变 加热的目的：使钢奥氏体化 （一）奥氏体（ A）的形成 奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失） 3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。 （二）奥氏体晶粒的长大 奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。 影响 A晶粒粗大因素 1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。
钢的热处理及其对组织和性能的影响 一、实验目的 1．熟悉钢的几种基本热处理操作（退火、正火、淬火及回火）； 2．研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响； 3．观察和研究碳素钢经不同形式热处理后显微组织的特点； 4．了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。 二、实验概述 钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而 获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。加热温度、保温时间和冷却方式是热处理最重要的三个基本工艺因素。 正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。 1.加热温度选择 （1）退火加热温度 一般亚共析钢加热至A C3＋(20～30)℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至A C1＋(20～30)℃（球化退火），目的是得到球化体组织，降低硬度，改善高碳钢的切削性能，同时为最终热处理做好组织准备。 （2）正火加热温度 一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；过共析钢加热至A Cm＋(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。退火和正火加热温度范围选择见图3-1。 图1 退火和正火的加热温度范围图2 淬火的加热温度范围 （3）淬火加热温度 一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；共析钢和过共析钢则加热至A C1＋(30～50)℃，加热温度范围选择见图3-2。 淬火按加热温度可分为两种：加热温度高于A C3时的淬火为完全淬火；加热温度在A C1和A C3（亚共析钢）或A C1和A CCm（过共析钢）之间是不完全淬火。在完全淬火时，钢的淬火组织主要是由马氏体组成；在不完全淬火时亚共析钢得到马氏体和铁素体组成的组织，过共析钢得到马氏体和渗碳体的组织。亚共析钢用不完全淬火是不正常的，因为这样不能达到最高硬度。而过共析钢采用不完全淬火则是正常的，这样可使钢获得最高的硬度和耐磨性。 在适宜的加热温度下，淬火后得到的马氏体呈细小的针状；若加热温度过高，其形成粗
钢材的基本技术性能 （一）强度 强度是材料在外力作用下抵抗度形和断裂的能力，也就是在受到外力后单位面积上所能承受的内力。强度是钢材的主要力学性能指标，主要包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、疲劳强度等。在公路工程方面，钢材的屈服强度和抗拉强度是要着重研究的对象。这两项力学指标可通过钢材拉力试验来确定，试验中还需测定钢材的其他拉伸性能，如规定比例极限、规定残余伸长应力、屈服点、伸长率、断面收缩率等。 （二）弹性和塑性 弹性是指钢材受到外力作用产生了变形，当去掉外力后能迅速恢复原来的形状和尺寸的能力。钢材的弹性是通过弹性极限、比例极限来反映的。 塑性是指钢材在外力作用下产生永久变形，但不会发生破坏的能力。钢材的塑性用伸长率和断面收缩率来表示。 （三）硬度 硬度是指钢材抵抗其他较硬物体压入的能力。硬度不是一个单纯的物理量，它是反映钢材的弹性、塑性和强度的综合性能指标。一般来说，钢材的硬度越高，其耐磨性也越好。 根据试验方法和适用范围的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和肖式硬度等多种。在公路工程中，金属的硬度通常采用洛氏硬度和布氏硬度。（四）冲击韧性 冲击韧性是指钢材在瞬间动荷载作用下，抵抗破坏的能力。 钢材在不同的温度条件下，所测得的冲击韧性值不同，因此，冲击韧性分低温冲击韧性、高温冲击韧性和常温冲击韧性。 钢材的冲击韧性是指一定尺寸和形状的试样，在规定类型的试验机上受冲击荷载作用折断时，试样刻槽处单位横截面积上所消耗的冲击功。在公路工程中，主要研究钢材的常温冲击韧性。 （五）脆性 脆性是指钢材在受外力作用时，没有显著的变形而突然断裂的性质。根据温度条件的不同，钢材的脆性分热脆性和冷脆性两种。热脆性是指钢材在高温状态下所表现出的脆性特征；冷脆性指钢材在室温下，其塑性、韧性急剧降低，并使脆性转化温度有所升高的脆性特征。 钢材的脆性取决于其化学成分和组织结构。 钢材的热脆性是由硫元素引起的。硫在钢中以硫化铁（FeS）的形式存在，其塑性性能较差，并且形成熔点低(985℃)的硫化铁一铁(FeS—Fe)的共晶体存在于晶界处。当钢材在1000～l200℃高温条件下加工时，硫化铁—铁的共晶体会先于钢熔化，使晶体脱开而造成钢材的脆断。 钢材的冷脆性主要是由磷元素引起的。磷在钢中形成脆性很大的化合物磷化三铁P)。即使在常温状态下，含磷量高的钢材在外力作用下也很容易发生脆断。(Fe 3 钢材的脆性特征可通过不同条件下的弯曲试验来测定。 试件在规定的弯曲角度、弯心直径以及反复弯曲次数后，试件弯曲处不产生裂纹、断裂和起层等现象时即认为合格。 （六）焊接性能 焊接性能是指钢材的连接部分焊接后力学性能不低于焊件本身，能防止产生硬化脆裂和内应力过大等现象的性能。
热处理对金属材料的影响 热处理是借助于一定的热作用（有时兼之机械作用、化学作用或其他 作用）来人为的改变金属或合金内部组织和结构的过程，从而获得所 需要性能的工艺操作。金属材料及制品生产过程中之所以需要热处理，其主要作用和目的： 1、改善工艺性能，保证工艺顺利进行； 2、提高使用性能，充分发挥材料潜力。 一、金属热处理的本质 在各种金属材料和制品的生产过程中，为使金属工件具有所需要 的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成型工艺外，热处理是不可缺少的重要环节之一。为了使金属材料获得所需要 的性能，热处理技术发挥着重要作用，广泛应用于现代工艺中。与其 他加工工艺相比，热处理一般不改变工件形状和整体的化学成分，而 是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予 或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不 是肉眼所能看到的。 金属整个生产过程中均可进行相应的热处理以改善金属材料性能。金属铸件通常需要进行消除内应力的低温退火，或完全退火，或正火，有的还需要淬火后回火（时效）。对金属锭的热处理、压力加工过程中的和成品的热处理，在冶金企业和机械工厂内，它是半成品和机器零件制造的主要工序之一。热处理作为中间工序，能改进共建的某些加工性能（如锻造性、切削性等）；若作为最后操作，它能赋予金属和合金以
所需力学、物理和化学等综合性能，保证产品符合规定的质量要求。在影响金属材料结构变化的深度和多样性方面，热处理较机械加工或其他处理也更为有效。例如，各种钢材常须进行正火处理，以获得细而均匀的组织和较好的力学性能。调质钢需进行淬火及高温回火以保证良好的整体力学性能。此外，有色金属及其合金的半成品和制品的加工流程中，热处理更是重要的组成部分之一。铝合金一般需经过时效强化来提高强度，以达到所需的力学性能要求。 二金属热处理的工艺 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷 却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要步 骤之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源， 进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。 利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动 粒子进行间接加热。 金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件 表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。 因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热， 也可用涂料或包装方法进行保护加热。 加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度， 是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处 理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的 组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加
钢铁材料的一般热处理 名称热处理过程热处理目的 1．退火将钢件加热到一定温度，保温一定 时间，然后缓慢冷却到室温①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工 ②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂 退火类别(1)完全退火 将钢件加热到临界温度(不同钢材 临界温度也不同，一般是710-7 50℃，个别合金钢的临界温度可 达800—900oC)以上30—50 oC，保温一定时间，然后随炉缓 慢冷却(或埋在沙中冷却) 细化晶粒，均匀组织， 降低硬度，充分消除内 应力完全退火适用于含 碳量(质量分数)在 O．8％以下的锻件或铸 钢件 (2)球化退火 将钢件加热到临界温度以上2 0～30oC，经过保温以后，缓慢 冷却至500℃以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切 削性能，并为以后淬火 作好准备，以减少淬火 后变形和开裂,球化退火 适用于含碳量(质量分 数)大于O．8％的碳素 钢和合金工具钢(3)去应力退火 将钢件加热到500～650oC，保 温一定时间，然后缓慢冷却(一般 采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直 时产生的内应力，消除 精密零件切削加工时产 生的内应力，以防止以 后加工和用过程中发生 变形 去应力退火适用于各种 铸件、锻件、焊接件和 冷挤压件等 2．正火将钢件加热到临界温度以上4 0～60oC，保温一定时间，然后 在空气中冷却 ①改善组织结构和切削 加工性能 ②对机械性能要求不高 的零件，常用正火作为 最终热处理 ③消除内应力 3．淬火将钢件加热到淬火温度，保温一段 时间，然后在水、盐水或油(个别 材料在空气中)中急速冷却 ①使钢件获得较高的硬 度和耐磨性 ②使钢件在回火以后得
求主要取决于它的组织结构。大量的生产实践表明，钢的组织对钢性能的影响起着决定性的 作用，而钢的组织又主要取决于它的化学成分和加工的生产工艺过程以及相应的热处理状 态。此外，还与钢中气体和非金属夹杂物的含量及其他的冶金缺陷有关。 一、合金元素对钢力学性能的影响 由于合金钢的种类很多，且不同钢种的化学成分具有不同的规格范围，而某一元素与其 他元素共同配合又组成一定的相，才使钢具有一定的力学性能。因此，孤立地分析某一元素 对钢力学性能有多大影响不仅是困难的，而且也是片面的。更何况，同一钢种因成分有微小 的变化，性能也表现出较大的差异。化学成分的力学性能的影响如下： （1）碳。碳是决定钢力学性能的主要因素。一般说来，随着碳含量的增加，钢的硬度 升高，塑性及韧性降低。当碳含量小于0.80％时，钢的强度随碳含量的增加而增加；当碳 含量大于0.80％时，随着钢中碳含量的增加强度反而降低。 （2）硅。硅能固溶于铁素体和奥氏体中，能提高钢的硬度和强度。在普通碳钢中硅含 量不超过0.40％，这时对力学性能影响不大。当硅含量继续增加时，钢的强度指标，特别 是屈服点有明显提高，但塑性及韧性降低。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比 （s σ／b σ）以及疲劳强度和疲劳比（1-σ/b σ）等。此外，硅还能提高钢的脆性转变温度， 因而在低温用钢中应控制它的含量。 （3）锰。在一般碳钢中，锰含量在0.70％以下，对钢的性能影响不大，锰含量增加到 1％～2％时，可使强度提高、塑性降低。锰钢加热时易使晶粒粗化。ZGMn13钢经水韧处理 后可得到单一的奥氏体组织，具有高韧性及耐磨性，在耐热钢中锰还可提高钢的高温强度， 作用与镍相似。锰对钢的高温瞬时强度虽有所提高，但对持久强度和蠕变强度没有什么显著 的作用。 （4）钨。单一含钨的结构钢的性能与碳钢相比无多大改善，当钨与其他元素合用时， 可细化晶粒，降低回火脆性，从而提高钢的强度。铝能提高钢的红硬性及热强性，能形成特 殊碳化物，提高钢的耐磨性。高合金钨钢（如高速钢）由于含有大量共晶碳化物，塑性低。 钨能增大铁的自扩散活化能，显著提高钢的再结晶温度，因此也能提高钢在高温时对蠕变的 抗力。 （5）钼。钼对铁素体有固溶强化的作用，同时也提高碳化物的稳定性，因此对钢的强 度产生有利的影响。在冷冲模具钢中加入铝能改善韧性。在热锻模具钢中加入钢能使锻模保 持比较稳定的硬度。在调质钢中加入0.2O ％～O.30％的钼，不仅可以提高钢的淬透性，从 而提高钢的强度和延展性，而且可以减轻或消除因其他合金元素导致的回火脆性而大大有利 于提高钢的冲击韧性。铝是提高钢热强性最有效的合金元素之一，还能强烈地提高钢中铁素 体对蠕变的抗力。 （6）钒。钒对钢力学性能的影响主要取决于它在钢中存在的形态。对于退火的低碳钢， 如含量低固溶于铁素体时，将略增加钢的强度，并稍降低塑性和韧性；如以聚集的碳化物存 在时，因固定了一部分碳，反而降低钢的强度。对于中碳钢，无论在退火、正火或调质状态， 钒除提高钢的强度外，还改善钢的塑性和韧性。在弹簧钢中，与铬或锰配合使用，增加钢的 弹性极限，并改善冶金质量。少量的钒使钢晶粒细化，韧性增加，这对低温用钢是很重要的 一项特性。但钒含量不宜过高。因为V 4C 3在晶内的弥散析出将导致钢韧性的降低。与此相 反，在高温时，钒虽细化晶粒，不利于钢的蠕变性能，但由于V 4C 3经适当的热处理后可以 高度弥散地析出，均匀分布在晶粒内部的结晶面上，又不易聚集成较大的颗粒，将增加钢的 高温持久强度和对蠕变的抗力，降低高温蠕变速度。钒的碳化物几乎可以说是金属碳化物中