2，共析钢0.77,P
3，过共析钢0.77-2.11,P+二次渗碳体
4，白口铸铁，2.11-6.69
冷变形强化
晶粒胞状化，产生加工硬化，变形量增大，亚晶粒细化。
晶粒亚结构细化以及位错密度增加使金属塑形变形抗力增加，产生加工硬化
再结晶
回复阶段后继续加热到足够高的温度，原子扩散能力增强，金属发生新晶粒的形核和长大，原纤维状组织被新的均匀细小的晶粒状所取代，宏观上表现为强度硬度下降，塑形韧性升高
热加工，再结晶温度以上进行塑形变形，如锻造
1消除铸态金属的某些缺陷，提高致密度及力学性能（好处）
2形成热变形的纤维组织，性能趋近于各向异性（半好半坏）
3出现带状组织，性能呈现各向异性（坏处）
细晶强化的方法与应用
1提高过冷度
2变质处理
3振动与搅拌
热处理
过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能
1，珠光体型组织
A1-650℃之间的区域形成普通片状珠光体，符号P
650-600，细片状珠光体，称索氏体，符号S
600-550，细片状珠光体，称屈氏体，符号Q
2贝氏体型组织
550-Ms（230℃），贝氏体，B
550-350，上贝氏体，B上
350-Ms，下贝氏体，B下
*马氏体组织
马氏体组织是冷却至Ms线以下，马氏体形成无扩散性，转变速度快，但转变不完全，有残余奥氏体，符号Ar
板条状马氏体
Wc%>1.0的马氏体为针片状，Wc%<0.2%的马氏体称为板条状马氏体，介于两者之间的是板条状与针片状的混合物
马氏体主要性能是强度硬度高
过冷奥氏体的连续冷却转变
利用C曲线分析过冷奥氏体的连续冷却转变曲线
V1是炉冷，得到珠光体组织
V2是空冷，得到索氏体组织
V3是油冷，得到Q与M的混合组织
V4是水冷，得到M
如果想要得到完全的马氏体组织连续冷却曲线必定在C曲线左边或与C曲线相切
钢的热处理工艺
退火
退火是将钢加热到适当温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却的一种热处理工艺
目的：
均匀成分组织，细化晶粒，消除内应力，改善切削加工性能，为后续的淬火做好组织上的准备
1完全退火
加热至A3线以上20到30℃，炉冷到500℃，然后空冷，得到接近平衡态的珠光体组织
主要用于亚共析碳钢及合金钢的铸件，锻件和热轧型材，不能用于低碳钢和过共析钢
缺点是耗时过长
2等温退火
耗时比完全退火短，除了冷却方式不同之外，其他与完全退火类似
3球化退火
A1线以上20-40℃
适用于共析钢和过共析钢，得到珠光体型组织
4扩散退火
A3线以上150-300℃，长时间保温（10-15小时），然后炉冷
目的：
消除枝晶偏析
适用于合金钢的铸锭，铸件及锻胚
退火后组织不变，但容易引起过热过烧，过热可以用完全退火或正火来消除，过烧只能报废
缺点：
耗时极大，耗能极大，成本很高，工件容易损毁
5去应力退火
6再结晶退火
目的：
消除加工硬化，便于冷加工继续进行
正火
目的
1预备热处理，主要用于低中碳钢，提高硬度，改善切削加工性能，还可以减少淬火时的变形及开裂
2作为最终热处理，主要用于性能要求不高的普通结构零件
3作为过共析钢球化退火前的预备热处理，能消除过共钢组织中的网状二次渗碳体，为淬火做准备
淬火
是将钢加热到临界温度以上30-50摄氏度，保温一定时间后，以大于钢的临界冷却速度进行冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺
亚共析钢加热温度一般在A3线以上30-50℃，过高晶粒粗大，过低硬度不足
共析钢和过共析刚加热温度一半在A1线以上30-50℃，得到的组织是M+二次渗碳体+Ar，这种组织硬度硬度高，耐磨性好
如果加热温度过高，则残余奥氏体增多，硬度耐磨性下降，得到粗大马氏体，钢氧化脱碳，变形开裂
冷却
淬火冷却介质，水，油，10%氯化钠，空气
淬火方法
各种淬火冷却方法示意图
1单液淬火法
用单一淬火冷却介质进行淬火冷却，操作简单，但容易产生淬火缺陷
2双液淬火法
先将奥氏体加入其中一种冷却能力强的介质中冷却，防止奥氏体分解，等冷到Ms线以下在换到另一种介质，减少淬火时的组织应力，防止钢件变形开裂
一般用于高碳，合金钢
3分级淬火法
4等温淬火法
回火
目的：
获得稳定的组织性能，减少或消除淬火后的应力
回火的性能变化：
随回火温度升高，强度，硬度下降，塑形韧性升高
钢在回火时的变化
1低温回火脆性
250-400摄氏度回火
防止方法是避免在该温度回火
2高温回火脆性
500-650摄氏度回火
含有Cr,Ni,Si,Mn等元素的合金钢会产生高温回火脆性
消除方法，快速冷却或加入Mo，W等元素，抑制杂质元素向晶界偏聚
1低温回火
得到回火马氏体，主要用于高碳模具钢，滚动轴承钢，渗碳钢，表面淬火钢
2中温回火
得到回火屈氏体，弹韧性好，用于制作弹簧
3高温回火
得到回火索氏体，这种回火过程称为调质，这种回火钢的综合性能优良，能承受交变载荷，常用于轴类，连杆，螺栓，齿轮
表面淬火
在钢件表面快速加热后迅速冷却，使表层得到马氏体组织
渗碳
在钢件表面渗碳原子，使钢件表面硬度，耐磨性，疲劳强度增大，而芯部则仍然有良好的塑形韧性，主要用于磨损严重和较大冲击载荷的零件
影响钢的热处理效果的因素
1淬透性
淬火时获得淬硬层的深度的能力
影响淬透性的因素
1碳质量分数，一般碳质量分数趋于共析钢质量分数淬透性好
2合金元素，除Co,Al之外的所有合金元素，都能增加过冷奥氏体的稳定性，使淬透性升高
3奥氏体化温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大，成分越均匀，淬透性越好
淬硬性
钢件淬火后能达到的最高硬度
碳质量分数越高，淬硬性越好
合金含量对淬硬性无显著影响
碳素钢
碳钢分类
1以含碳量多少分类
低碳钢，Wc<=0.25%
中碳钢，Wc0.25-0.60%
高碳钢，Wc>0.6%
2以钢中硫磷含量分
1普通优质钢Ws<=0.05%，Wp<=0.045%
2优质钢Ws<=0.035%，Wp<=0.035%
3高级优质钢Ws<=0.020%，Wp<=0.030%
按钢的用途来分
碳素结构钢
优质碳素结构钢
碳素工具钢
铸造碳钢
不同元素对钢的力学性能的影响
1碳
碳质量分数对正火态钢力学性能的影响
2锰
锰是有益元素，于S化合成硫化锰可以降低钢的热脆性，锰在室温下部分溶于铁素体中形成置换固溶体，是铁素体固溶强化，提高钢的强度硬度
3硅
溶于铁素体，固溶强化
4硫
有害元素，无法溶解于铁中，产生偏析，使钢在加热后脆性增大（热脆）
5磷
使钢产生冷脆
碳素结构钢
碳素结构钢的牌号由钢的屈服强度（Q）+质量等级（A,B,C,D）+脱氧方式（F,Z,b）组成
例如Q235-B.b表示屈服强度大于235兆帕，质量等级为B级，半镇静钢脱氧程度
优质碳素结构钢
Ws<=0.035%Wp<=0.035%
牌号：
以碳质量分数万分数开头，如45钢，08钢，60钢等，
从08到80，间隔5为一个牌号
08，10钢，冷冲压和焊接用钢
15到25钢，碳素渗碳钢
30到50钢，综合力学性能良好，经调质后有优良的综合力学性能，碳素调质钢
55到65钢，强度高而塑形低，碳素弹簧钢
碳素工具钢
Wc0.65%-1.35%
高级优质钢Ws<=0.020%Wp<=0.030%
优质钢Ws<=0.030%Wp<=0.035%
牌号：
T+碳的千分数，例如T8表示Wc=0.8%的碳素工具钢，而T8A则表示高级优质碳素工具钢
合金结构钢
牌号：
碳质量万分数+合金质量分数的百分数+A（表示高级优质）
例如20Cr2Ni4A表示含碳量0.02%，含铬量2%，含镍量4%的高级优质合金钢
滚动轴承钢
牌号：
G+含铬量的千分数
例如GCr15，表示含铬量1.5%的滚动轴承钢
合金工具钢
牌号与结构钢基本相同，唯一区别是含碳量是千分数，但当Wc>1.0%时不标注碳的质量分数，对于高速钢，不论多少均不标注
特殊性能钢
牌号基本同工具钢，千分碳，百分合金量，当Wc<0.08%时，在牌号前加0，<0.03%时，牌号前加00，如00Cr18Ni10
合金结构钢
1工程结构钢
（1）低合金结构钢
（2）造船用钢和锅炉用钢
2机器结构钢
（1）合金调质钢
低淬透性
高淬透性
（2）合金渗碳钢
低中高淬透性
（3）合金弹簧钢
高的弹性极限和屈强比，高强度，塑性韧性配合，高疲劳强度，优良热处理性能
滚动轴承钢
高硬度耐磨性
高接触疲劳强度，弹性极限
良好的综合力学性能
需经过多次热处理保证其力学性能，有正火，球化退火，不完全淬火，低温回火，冷处理，去应力退火（时效处理）
合金工具钢
合金刃具钢
合金刃具钢是为了克服碳素工具钢淬透性不足，红硬性差，易淬火开裂等缺点，在工具钢中加入合金
最终热处理是淬火和低温回火，得到回火马氏体，合金碳化物和少量残余奥氏体
高速钢
用于高速切削加工的刃具钢
高速钢中主要金属元素有钨，钒，钼，铬，
钨可增加钢的淬透性并提高马氏体的回火稳定性
钒可使形成细微，弥散，稳定的VC，以产生二次硬化提高回火稳定性，VC还会阻止W2C的聚集长大，进一步提高弥散强化作用，提高红硬性和耐磨性
钼减少碳化物的偏析，提高淬火回火后的强度和韧性
钴促使形成高合金奥氏体，提高钢的红硬性
高速钢热加工
下料，锻造，退火（消除锻造应力，降低硬度），切削，淬火，三次高温回火，喷丸，磨削
退火
退火温度为860-880
得到组织为索氏体，细粒状合金碳化物
淬火
高速钢合金含量达23%，导热性差，需要进行分级预热，防止淬冷是变形开裂
高速钢淬火温度高达1280，但是不能超过1300
冷却方式
小型刃具采用油冷
形状复杂要求变形小的刃具采用盐浴炉分级淬火或等温回火
最后得到的组织是合金马氏体，合金碳化物和较多的残余奥氏体
回火
回火温度为560，进行3到4次，每次1小时，三次回火主要是为了消除残余奥氏体，是残余奥氏体转变为马氏体
合金模具钢
冷作模具钢，热作模具钢和塑料模具
特殊性能钢
1高强度钢
2耐磨钢
3耐热钢
4耐腐蚀钢
铸铁
白口铸铁，大部分C以金属化合物形式存在，断口呈银白色）
灰口铸铁，大部分C以石墨形式存在，断口呈灰黑色
按石墨形态不同
分为灰铸铁（片状石墨）,球墨铸铁（球状石墨），可锻铸铁（团状石墨），蠕墨铸铁（石墨呈蠕虫状）
灰铸铁
牌号：
HT+最低抗拉强度
性能
抗拉强度低
塑形韧性极低
减震性好
减磨性好
缺口敏感性较小，裂纹少
成分
Wc2.5%-4%
Wsi1.0%-3.0%
Wmn0.5%-1.2%
主要用途
机器底座，泵壳，阀体
HT200可用于强度硬度要求高，形状复杂，中等壁厚的铸件，例如小型发动机的汽缸体，普通机床床身，较重要的泵体和阀体等
HT250，300，350，用于承受重载荷，动载荷，摩擦载荷，形状复杂，壁厚大的大型重要铸件
灰铸铁热处理
消除内应力退火
降低硬度提高切削加工性退火
表面淬火
球墨铸铁
牌号：
QT+最低抗拉强度-最低延伸率，例如QT400-18
铁素体珠光体基体，经过热处理后能获得铁素体基体，珠光体基体，回火索氏体基体，下贝氏体基体
性能
灰铸铁基本性能
抗拉强度和屈服强度高，有一定的塑形韧性，有较高的疲劳强度，屈强比可达到0.7（优质碳素结构钢只有0.5-0.6）
拥有这些优良性能的原因是石墨呈球状，对基体削弱作用小，基体强度利用率高达80%-90&，无尖端应力集中，热处理效果比其他铸铁效果明显，所以可以进行热处理进一步提高性能
球墨铸铁热处理
退火
消除内应力退火，高温退火，低温退火
正火
高温正火，低温正火
调至（淬火+高温回火）
等温淬火，得到的下贝氏基体的球墨铸铁的强度最高
表面淬火，用以铸件摩擦表面强化，类似于钢的表面淬火
可锻铸铁
牌号：
KT+种类代号（H是铁素体基体，Z是珠光体基体+最低抗拉强度-最低延伸率
例如KTH300-06
主要用于阀体，三通管，万向节壳体及矿山机械，工程机械的复杂小件
蠕墨铸铁
牌号：
RuT+最低抗拉强度
例如RuT420
主要用于制动盘，排气管，汽缸盖，钢锭膜，活塞环
冷硬铸铁
主要用于滚筒，火车轮，凸轮
铸造
最灵活最经济的成型方式
砂型铸造，一次性铸造，铸型用后损坏，熔模铸造，金属型铸造，压力铸造，低压铸造，离心铸造，陶瓷型铸造，实型铸造
优点
1可形成形状复杂的铸件
2适应性广泛，工艺灵活性大
3所用原材料来源广泛，价格低廉，设备费用低
铸造工艺基础
铸造性能
铸造生产中，铸造成型的难易程度，容易获得正确外形，内部有健全的铸件
液态合金充型能力
1合金流动性
2外界条件
合金流动性与合金自身有关
外界条件
1铸型条件，铸型导热率小是液态金属更容易成型
2浇铸条件，例如浇铸温度，浇铸压力，浇铸系统结构
3铸件结构，浇铸壁厚，壁厚太小的铸件容易在浇铸时在小壁厚的型腔内过早冷却从而堵死
合金的收缩性
合金的收缩
液态收缩，凝固收缩，固态收缩
影响收缩的因素
1化学成分
2浇铸温度，主要影响液态收缩
3铸件结构和铸型条件
1铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不一致，收缩先后不一样，而相互制约而产生阻力
2铸型和型芯对收缩的机械阻力
*缩孔和缩松
金属液态收缩和凝固收缩得不到合金液体的补充，在铸件最后凝固的某些部分会出现空洞，大而集中的空洞称缩孔，小而分散的空洞称缩松
危害极大
缩孔缩松的存在极大降低了零件的力学性能，气密性，物理化学性能，甚至称为废品
解决方式
顺序凝固
在金属最终冷却处添加冒口，顶替内部金属产生缩孔
同时凝固
在局部高温出添加冷铁，是其与其他部位同时冷却
对于一些用冒口难以消除缩松的合金，利同时凝固可以消除
铸造应力
铸件在固态收缩时受到的阻碍而引起的内应力称为铸造应力，当应力值达到一定程度就会变形开裂
铸造应力可分为热应力和机械应力
热应力
壁厚不均匀的部位冷却速度不同，线收缩量不均匀，相互阻碍收缩而引起的应力
机械应力是铸件固态收缩时受到铸件
铸造应力超过材料强度极限就会产生裂纹，裂纹有热裂纹和冷裂纹
热裂是在凝固末期高温下产生的裂纹，裂口呈氧化色，裂纹短，缝隙宽，形状曲折，热裂沿晶粒边界产生，外观形状曲折而不规则
冷裂是铸件在较低温度下产生的裂纹，其裂口具有金属光泽或呈微氧化色，常穿过晶粒发展，外观规则呈圆滑曲线或直线状
砂型铸造
手工造型
简单，但劳动强度大，生产率低，精度表面质量差
机械造型
1震击造型
2压实造型
3射沙造型
4抛沙造型
尺寸精度高，加工余量小，适用于生产量大
特种铸造
1熔模造型
制造母模，压型，制造蜡模，建立蜡模组，在蜡模外涂挂耐火的造型材料，硬化后可以进行浇铸
2金属型铸造
利用铸铁或者耐热钢造型，金属型可以重复使用
3压力铸造
将金属液在高压下快速压入铸型
适用于一些不容易充型的金属液铸造，使铸造组织细密
离心铸造
在离心力作用下充型，组织致密，不存在缩孔缩松，气孔，夹渣
不需要型芯，浇铸系统，节约金属
便于双金属铸造，不同金属密度不同，离心后密度大的金属往往在外层
离心铸造内表面粗糙，需要进行后期加工
离心铸造只适用于圆环类零件
浇铸原则
1铸件的重要加工面位于下表面或者侧面
2铸件的平直面向下
3铸件的薄壁部分朝下
4铸件厚大部分朝上，便于补缩
5浇铸位置应有利于减少型芯
分型面选择原则
1应使铸件全部或者大部分都在同一铸型内
2尽量减少分型面
3尽量使分型面平直
4尽量是型腔和主要型芯位于下砂箱
浇铸系统
浇铸系统由浇口杯+直浇道+横浇道+内浇道构成
分有顶注式，底注式，中间注入式，阶梯式
铸件结构工艺性
1合理设计铸件壁厚（可以用加强肋顶替铸件壁）
2铸件壁厚要均匀
3铸件内壁应薄于外壁
4铸件壁连接合理
（1）铸件结构圆角，为减少热节，防止缩孔，减少应力，防止裂纹
（2）壁厚逐步过渡，防止热量集中和应力集中
（3）铸件接头结构，避免十字结构和锐角连接
5避免铸件收缩受阻
6防止铸件翘曲变形
铸造工艺对铸件结构的要求
1铸件外形力求简单
外形决定铸造会有几个分型面，几个砂箱，起模是否受阻
2铸件内腔设计
内腔设计尽量简单，避免使用型芯，或者放弃内腔
3铸件结构斜度
有结构斜度的铸件便于起模
锻压
锻造和冲压
锻压是指对坯料施加外力，使其产生塑形变形，以改变形状，尺寸，并改善其内部组织和性能的一种加工方式
优点
1改善金属内部结构，提高金属力学性能
2节省金属材料
3具有较高的生产率
缺点是无法获得形状复杂的制件
金属塑形成形原理
衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度
金属锻造性能取决于金属塑形，变形抗力，成形性
金属的塑形和变形抗力取决于金属本身和外界条件
外界条件影响
1金属锻造温度
2变形速率，一般的变形速率高能使金属塑形变好
3变形应力状态
*确定锻造的温度范围
锻造温度范围图
始锻温度约低于AE线150-250，始锻温度过高会使金属出现氧化，脱碳，过热，过烧
自由锻件结构工艺性
1避免锥面或斜面
2避免圆柱与圆柱面相交
3避免非规则截面，非规则外形
4避免肋板和凸台结构
5避免截面有急剧变化或形状复杂的零件
焊接
焊接是加热或加压，并且用或不用填充材料，使焊件形成原子间结合的一种连接方式
焊接的连接是一种不可拆卸的永久性的连接
优点：
1节省材料，简化制造工艺，缩短生产周期，且连接处具有良好的使用性能
2适应性好，适合于大部分金属和部分非金属
3满足特殊连接要求
4降低劳动强度，改善劳动条件
主要用途
1制造金属结构件，如船舶，桥梁，矿山机械
2制造机器零件和工具，大型机床，大型齿轮和飞轮
3修复
电弧焊
焊接热影响区
1熔合区
焊缝与基本金属的交界区，相当于加热到固相线与液相线之间，焊接过程中母材部分熔化，也称半熔化区
2过热区
被加热到A3线以上100-200至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因而过热区的塑形及韧性降低，对于易淬火硬化钢材，此区间脆性更大
3正火区，被加热到A3线100-200区间内，金属发生重结晶，冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，其机械性能优于母材
4部分相变区
相当于加热到A1-A3线之间，珠光体和部分铁素体发生重结晶，是晶粒细化，部分铁素体来不及转变，冷却后晶粒的大小不匀，因此力学性能稍差
焊接变形
对焊接件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因
1收缩变形
由于焊缝沿纵向和横向的焊后收缩而引起的
2角变形
由于焊缝截面上下不对称，焊后沿横向上下收缩不均匀而引起的
3弯曲变形
由于焊缝布置不对称，焊缝较集中的一侧纵向收缩较大而引起的
4扭曲变形
常常是由于焊接顺序不合理而引起的
5波浪变形
由于薄板焊后的焊缝收缩时产生较大收缩应力，使焊件丧失稳定性而引起的
常用焊接方法
1焊条电弧焊
焊条组成与作用
焊条由焊芯和药皮组成，焊芯是金属丝，药皮是压涂在焊芯表面的涂料层
焊芯作用是作为电极传导电流，二是熔化后作为填充金属与母材形成焊
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