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表1 钢铁材料的基本组织 序号 名称 含义 1 晶粒与晶界 金属结晶后形成的、形状不一致、内部晶格排列方向一致的小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界 2 相与相界 在金属或合金中，具有相同成分、组织并被界面隔开的均匀组分称为相。相之间的界面称为相界 3 固溶体 构成合金的金属元素晶体中溶解另一元素的原子而形成的固相称为固溶体。固溶体一般具有较高的强度、良好的塑性、耐腐蚀性能和较高的电阻率。

表1 钢材基本组织

序列号

姓名

意义

晶粒和晶界

金属结晶后形成的微小晶体，其形状不一致，但内部晶格排列方向一致，称为晶粒，晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。

相与相边界

在金属或合金中，任何具有相同成分、结构并被界面分隔的均质组分称为相。相与相之间的界面称为相边界。

固溶体

另一元素的原子固溶于组成合金的金属元素晶体中形成的固相称为固溶体。固溶体一般具有较高的强度、良好的塑性、耐腐蚀性，还有较高的电阻率和磁性。

金属化合物

合金中不同元素的原子相互作用而形成的具有金属性质的固相，其晶格类型和性质与其组成元素完全不同，称为金属化合物。

奥氏体

奥氏体是碳和其他元素溶解于γ-Fe中的固溶体，奥氏体具有面心立方晶体，塑性好，一般在高温下存在。

铁炭黑

铁素体是碳和其他元素溶解在a-Fe中的固溶体。铁素体具有体心立方晶格，含碳量极低。其性质与纯铁非常相似，因此又称纯铁。

渗碳体

渗碳体是铁和碳的化合物，又称碳化铁（№c），含碳量为6.69%，晶格结构复杂，硬而脆，几乎没有塑性。

珍珠岩

珠光体是铁素体和渗碳体交替出现的层状组织，因其显微组织具有像指纹一样的珍珠光泽而得名。其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度、硬度适中，塑性和韧性较好。

索氏体

又称细珠光体，是在低于珠光体形成温度的温度下，由奥氏体分解而形成的铁素体和渗碳体的混合物。其层数比珠光体细小，只有在高倍显微镜下才能分辨。硬度、强度和冲击韧性均高于珠光体。

10

屈氏体

又称超细珠光体，是在低于珠光体形成温度的温度下，由奥氏体分解而形成的铁素体和渗碳体的混合物，其片层较屈氏体细小，其硬度和强度均高于屈氏体。

11

贝氏体

贝氏体是过饱和的铁素体和渗碳体的混合物。贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。在较高温度下形成的上贝氏体称为“上贝氏体”，呈羽毛状；在较低温度下形成的下贝氏体称为“下贝氏体”，呈针状或竹节状。下贝氏体与上贝氏体相比，硬度和强度较高，并保持一定的韧性和塑性。

12

马氏体

马氏体通常是指碳在α-Fe中的过饱和固溶体。钢中马氏体的硬度随碳含量的增加而增加。高碳马氏体硬而脆，低碳马氏体韧性较高。马氏体是奥氏体转变产物中硬度最高的。

十三

莱氏石

它是碳合金中的共晶组织，高温时由奥氏体和渗碳体组成；低温时（727℃以下）由珠光体和渗碳体组成。含碳量为4.3%，组织中存在大量渗碳体，因此硬度较高，塑性和韧性较低。

14

断口检查

断口组织是钢材的质量指标之一，试样开缺口或断裂后，用肉眼或10倍放大镜检查断口，称为断口检验，从断口可以看出金属的缺陷。

15

塔转头发

图案检查

将钢材制成规定的塔形或台阶形试样，然后采用酸蚀法或磁粉法检查裂纹，简称塔形检查。

注：碳含量为质量分数

表2 钢材的一般热处理

姓名

热处理工艺

热处理目的

1.退火

将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却至室温

①降低钢的硬度，提高其塑性，以利于切削加工和冷变形加工

②细化晶粒，使钢组织均匀，改善钢的性能并为后续的热处理做好准备

③消除钢中的内应力。防止加工后零件的变形和开裂

撤退

火

种类

不

（1）完全退火

将钢件加热到临界温度以上30-50℃(不同的钢件，临界温度不同，一般为710-750℃，有的合金钢的临界温度为800-900℃)，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在砂中冷却)

细化晶粒，使组织均匀，降低硬度，充分消除内应力。完全退火适用于碳含量（质量分数）在0.8%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20-30℃，保温后缓慢冷却至500℃以下，出炉空冷。

降低钢的硬度，改善切削性能，并为随后的淬火做准备，减少淬火后的变形和开裂。球化退火适用于碳含量（质量分数）大于0.8％的碳素钢和合金工具钢。

（3）消除应力退火

将钢加热到500-650℃，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般采用炉冷）

消除钢材焊接、冷矫直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，防止后续加工和使用过程中产生变形

消除应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件、冷挤压件等。

2. 规范化

将钢加热到临界温度以上40-60℃，保温一定时间，然后空气冷却

①改善组织结构和切削性能

②对力学性能要求不高的零件，常采用正火作为最终热处理

③消除内应力

3. 淬火

将钢加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油中（有些材料在空气中）快速冷却。

①使钢件具有较高的硬度和耐磨性

②使钢件经回火后获得某些特殊的性能，如较高的强度、弹性和韧性等。

淬火

火

种类

不

（1）单液淬火

将钢加热到淬火温度，保温，然后在淬火剂中冷却。

单液淬火只适用于形状比较简单、技术要求不太高的碳钢和合金钢零件。淬火时，直径或厚度大于5～8毫米的碳钢零件，采用盐水或水冷却；合金钢零件则采用油冷却。

（2）双液淬火

将钢加热到淬火温度，保温后，先在水中快速冷却至300-400℃，然后移至油中冷却。

（3）火焰表面淬火

将乙炔和氧气混合气体的火焰喷射到零件表面，迅速将零件加热到淬火温度，然后立即将水喷到零件表面。火焰表面淬火适用于单件或小批生产，要求表面坚硬耐磨、能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢零件，如曲轴、齿轮、导轨等。

（4）表面感应淬火

火

将钢件置于感应器内，感应器在一定频率的交流电作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面迅速（2-10分钟）加热到淬火温度，此时立即向钢件表面喷水。

经过表面感应淬火的零件表面坚硬耐磨，同时心部保持良好的强度和韧性。

表面感应淬火适用于中碳钢和中碳合金钢零件

4. 回火

将淬火钢加热到临界温度以下，保温一段时间，然后在空气或油中冷却

回火是在淬火后立即进行的，也是热处理的最后一道工序。

①获得所要求的力学性能。一般情况下，零件淬火后强度、硬度有很大提高，但塑性和韧性明显降低，而零件的实际工作条件要求有较好的强度和韧性。选择适当的回火温度进行回火后，即可获得所要求的力学性能。

②组织和尺寸稳定

③消除内应力

（1）低温回火

将淬火钢加热到150-50℃，在此温度下保温一定时间，然后在空气中冷却。低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承及渗碳零件等。

消除钢件淬火产生的内应力

种类

不

（1）中温回火

将淬火钢加热到350-450%后保温一段时间后冷却，一般用于各种弹簧、热冲压模具等。

使钢件具有较高的弹性、一定的韧性和硬度

（1）高温回火

淬火钢件加热到500-650℃，保温后冷却，主要用于要求强度高、韧性强的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮、连杆等。

使钢件获得较好的综合力学性能，即有较高的强度和韧性以及足够的硬度，并消除钢件因淬火而产生的内应力

5. 调理

重要的结构零件，如轴、齿轮、连杆等，常对淬火钢进行高温（500～600℃）回火，回火通常在粗加工后进行。

细化晶粒使钢件具有较高的韧性和足够的强度，从而具有良好的综合力学性能

6.

时效处理

（1）人工老化

将淬火钢加热到100～160℃，长时间保温，然后冷却。

消除内应力，减少零件变形，稳定尺寸，这对于精度要求较高的零件更为重要

（2）自然老化

将铸件露天放置；钢制零件（如长轴、螺丝等）则放入海水中或长时间悬空或轻轻敲击。对于需自然时效的零件，最好先进行粗加工。

7.化学热处理

将钢件置于含有某些活性原子（如碳、氮、铬等）的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件表面，从而改变钢件表面的化学成分，赋予钢件表面某些特殊的性能。

改变

学习

热的

部门

原因

（1）钢的渗碳

将碳原子渗透到钢件表面

常用于耐磨、耐冲击的零件，如车轮、齿轮、轴、活塞销等。

使表面具有较高的硬度（HRC60～65）和耐磨性，而心部仍保持较高的韧性

（2）钢的氮渗透

将氮原子渗透到钢件表面

常用于螺栓、螺母、销钉等重要部位。

提高钢材表面的硬度和耐磨性。

耐腐蚀

种类

不

（3）钢的氰化处理

将碳、氮原子同时渗入钢件表面，适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零件，也可用于高速钢刀具。

提高钢材表面硬度和耐磨性

8. 发黑

将金属零件置于很浓的碱和氧化剂溶液中，加热氧化，使金属零件表面生成一层具有磁性的四氧化三铁薄膜，常用于低碳钢和低碳合金工具钢。

由于材料等因素的影响，黑色层颜色为蓝黑色、黑色、棕红色、黄褐色等，其厚度为0.6～0.8µm

防锈、增加金属表面美观及光泽、消除淬火应力

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