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金属材料的常识

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金属材料的性能

1．机械零件损坏的形式有哪些？

答：机械零件在使用中常见的损坏形式有：变形、断裂及磨

损等。

2．什么是载荷？根据性质不同分为哪几种？

答：材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。根据载

荷作用性质的不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷及交变载

荷三种。

3．什么是金属的力学性能？金属的力学性能包括哪些？

答：金属材料所具有的承受机械荷而不超过许可变形或不破

坏的能力，称为材料的力学性能。金属的力学性能包括强度、

塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度指标。

4．什么是强度？强度有哪些衡量指标？这些指标用什么符

号表示？如何测量？

答：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为

强度。材料常用的强度指标有：屈服强度ReL（σs），规定

非比例延伸强度Rp0.2（σ0.2），抗拉强度Rm（σb）等，

这些指标都是通过拉伸试验测量的。

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5．什么是塑性？塑性有哪些衡量指标？这些指标用什么符

号表示？如何测得？

答：材料受力后断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。塑性

的衡量指标有：断后伸长率A(δ)和断面收缩率Z（ψ）这

些指标也是通过拉伸试验测量的。

6．什么是硬度？常用的硬度试验法有哪三种？各用什么符

号表示？

答：材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力

称为硬度，它是衡量材料软硬程度的指标。常用的硬度试验

法有布氏硬度试验法（HB）、洛氏硬度试验法（HR）和维氏

硬度试验法（HV）。

7．布氏硬度试验法有哪些优缺点？它主要适用于什么样材

料的测试？

答：布氏硬度试验法,压痕直径较大,能较准确地反映材料

的平均性能。且由于强度和硬度间有一定的近似比例关系，

因而在生产中较为常用。但由于测压痕直径费时费力，操作

时间长，而且不适于测高硬度材料；压痕较大，只适合毛坯

和半成品的测试，而不宜对成品及薄壁零件测试。所以生产

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中布氏硬度主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调

质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。

8．常用的洛氏硬度标尺有哪三种？各用什么符号表示？最

常用的是一种？

答：常用的洛氏硬度标尺有A、B、C三种，分别用符号HRA、

HRB和HRC表示，其中C标尺应用最广。

9．什么是冲击韧性？什么是冲击韧度？其值用什么符号表

示？

答：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧

性。通过一次摆锤冲击弯曲试验测定出的试样缺口处单位横

截面积上所吸收的功来反映金属材料冲击韧性好坏的指标

称为冲击韧度（αk）。

10．什么是金属的疲劳断裂？什么是疲劳强度？

答：零件长期在交变载荷作用下，承受的应力虽低于材料的

屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产生裂纹或突然发

生断裂。金属这样的断裂现象称为疲劳断裂。金属材料抵抗

交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。

11．生产中如何提高零件的抗疲劳能力？

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答：在生产中为了提高零件的抗疲劳能力，除合理选材外，

细化晶粒，均匀组织，减少材料内部缺陷，改善零件的结构

形式，减少零件表面粗糙度数值及采取各种表面强化的方法

（如对工件表面淬火、喷丸、渗、镀等），都能取得一定的

抗疲劳效果。

12．什么是金属的工艺性能？它包括哪些内容？

答：金属材料的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法

的适应能力。它包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和

焊接性能、热处理性能等。

第三章铁碳合金

1．什么是合金中的元和相？

答：组成合金最基本的独立物质称为组元（简称元）。一般

把组成合金的化学元素当作组元，也可把合金中稳定的化合

物作为组元。合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为

相。相与相之间有明显的界面分开。

2．什么是合金的组织？合金的组织有哪几种类型？

答：合金中不同的相的分布状态就称为合金的组织；换而言

之，数量、大小、和分布方式不同的相就构成合金不同的组

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织。由单一相构成的组织为单相组织，由不同相构成的组织

称为多相组织。根据合金中各组元之间结合方式的不同，合

金的组织可分为固溶体、金属化合物和混合物三类。

3．什么是固溶体？固溶强化是怎么回事？

答：固溶体是一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成

的均匀固相。形成固溶体，时都会使溶剂晶格发生畸变，从

而使合金对变形的抗力增加，这种通过溶入溶质元素形成固

溶体，而使金属材料强度、硬度提高的现象称为固溶强化。

4．为什么说合金的组织决定它的性能？

答：数量、大小、和分布方式不同的相就构成合金不同的组

织。由单一相构成的组织为单相组织，由不同相构成的组织

称为多相组织。由于不同相之间的性能差异很大，再加上数

量、大小、和分布方式不同，所以合金的组织不同，其性能

也就不同。

5．什么是共析转变？什么是共晶转变？

答：在保持温度不变的条件下，从一个固相（奥氏体）同时

析出两个固相（铁素体和渗碳体），这种转变称为共析转变。

在保持温度不变的条件下，从一个液相中同时结晶出两种固

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相（奥氏体和渗碳体），这种转变称为共晶转变。

6．按含碳量铁碳合金可分几种？

答：按含碳量的不同，铁碳合金的室温组织可分为工业纯铁、

钢和白口铸铁。其中把含碳量小于0.0218%的铁碳合金称为

纯铁；把含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金称为

钢；而把含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。

7．什么是钢？根据含碳量和室温组织的不同，钢分为哪几

类？

答：含碳量大于0.0218%而小于2.11%的铁碳合金称为钢，

根据钢的含碳量不同可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢；根据

钢的室温组织不同可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。

8．铁碳合金相图有哪些具体用途？

答：铁碳合金相图表明了当含碳量不同时，其组织、性能的

变化规律，同时揭示了相同的成分不同的温度时，组织和性

能的变化。这为生产实践中的选材，铸造、锻造和热处理工

艺的制定提供了依据。

9．含碳量的变化对钢的性能有何影响？

答：钢中含碳量越高，硬度越高，而塑性、韧性越低，这在

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钢经过热处理后表现尤为明显。这主要是因为含碳量越高，

钢中的硬脆相Fe3C越多的缘故。钢的强度一般随含碳量的

增加而提高，但当含碳量超过0.9％后，由于脆而硬的二次

渗碳体沿晶界析出，随二次渗碳体数量增加，形成网状分布，

将钢中的珠光体组织割裂开来，使钢的强度有所降低。因此

对于碳素钢及低、中合金钢来说，其含碳量一般不超过

1.3％。

10．碳钢中存在哪些杂质元素？它们对钢性能有哪些影响？

答：碳素钢中除铁和碳两种元素外，还会不可避免的在冶炼

过程中从生铁、脱氧剂等炉料中入一些其它杂质元素，其中

主要有硅、锰、硫、磷等元素，这些元素的存在必然会对钢

的性能产一定的生影响。

其中硅和锰为有益元素，一方面可提高钢的强度和硬度，此

外，锰能与硫形成MnS，从而减轻硫对钢的危害。而硫和磷

都是有害元素，其中硫的危害主要是造成钢材的“热脆”；

磷的危害主要是造成钢材的“冷脆”。

11．低碳、中碳和高碳钢是如何划分的

答：含碳量大于0.0218%而小于0.25％时称为低碳钢；当含

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碳量大于0.25％而小于0.60％时称为中碳钢；当含碳量大

于（等于）0.60％以上时就称为低高碳钢。

12．钢的质量是根据什么划分的？

答：钢的质量是根据钢中有害元素硫、磷含量多少划分的，

有害元素硫、磷含量越少钢的质量就越好，按质量优劣可分

为：普通钢、优质钢和高级优质钢。

13．碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢在牌号表示

方法上有何不同

答：我国钢材的牌号用国际通用的化学元素符号、汉语拼音

字母和阿拉伯数字相结合的方法来表示。其中碳素结构钢牌

号由以下四部分组成：

(1)屈服点字母：Q－钢屈服强度“屈”，汉语拼音字首。

(2)屈服点强度数值(单位MPa)。

(3)质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提高。

(4)脱氧方法符号：F－沸腾钢、b－半镇静钢、Z－镇静钢、

TZ－特殊镇静钢，Z与TZ符号在钢号组成表示方法中予以省

略。例如，Q235AF表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。

优质碳素结构钢的牌号则用两位数字表示，这两位数字表示

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该钢的平均含碳量的万分数。优质碳素结构钢根据钢中含锰

量的不同，分为普通含锰量钢（Mn=0.35％~0.80％）和较高

含锰量钢（Mn=0.7％~1.2％）两组。较高含锰量钢在牌号后

面标出元素符号“Mn”。例如50Mn。

碳素工具钢的牌号以汉字“碳”的汉语拼音字母字头“T”

及后面的阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳量的千

分数。例如T8表示平均含碳量为0.80％的优质碳素工具钢。

若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后面标以字母A。例如，

T12A表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。

铁碳合金相图

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铁碳合金相图

从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是

研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基

础，也是制定各种热加工工艺的依据。

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目录

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一、铁碳合金中的基本相

二、铁碳合金相图分析

三、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响

一、铁碳合金中的基本相

二、铁碳合金相图分析

三、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响

展开

一、铁碳合金中的基本相

铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C相图，铁碳合金的基

本组元也应该是纯铁和Fe3C。铁存在着同素异晶转变，

即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形成不

同的固溶体，Fe—Fe3C相图上的固溶体都是间隙固溶体。

由于α-Fe和γ-Fe晶格中的孔隙特点不同，因而两者的

溶碳能力也不同。

1,铁素体(ferrite)

铁素体是碳在α-Fe中的间隙固溶体,用符号"F"(或

α)表示,体心立方晶格;

虽然BCC的间隙总体积较大,但单个间隙体积较小,

所以它的溶碳量很小,最多只有0.0218%(727℃时),室温

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时几乎为0,因此铁素体的性能与纯铁相似,硬度低而塑

性高,并有铁磁性.

铁碳合金中的基本相

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铁素体的力学性能特点是塑性,韧性好,而强度,硬度

低.

δ=30%~50%,AKU=128~160J

σb=180~280MPa,50~80HBS.

铁碳合金中的基本相

铁素体的显微组织与纯铁相同,用4%硝酸酒精溶液

浸蚀后,在显微镜下呈现明亮的多边形等轴晶粒,在亚共

析钢中铁素体呈白色块状分布,但当含碳量接近共析成分

时,铁素体因量少而呈断续的网状分布在珠光体的周围.

铁碳合金中的基本相

2,奥氏体(Austenite)

奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体,用符号"A"(或

γ)表示,面心立方晶格;

虽然FCC的间隙总体积较小,但单个间隙体积较大,

所以它的溶碳量较大,最多有2.11%(1148℃时),727℃时

为0.77%.

铁碳合金中的基本相

在一般情况下,奥氏体是一种高温组织,稳定存在的

温度范围为727~1394℃,故奥氏体的硬度低,塑性较高,

通常在对钢铁材料进行热变形加工,如锻造,热轧等时,都

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应将其加热成奥氏体状态,所谓"趁热打铁"正是这个意

思.σb=400MPa,170~220HBS,δ=40%~50%.

另外奥氏体还有一个重要的性能,就是它具有顺磁性,

可用于要求不受磁场的零件或部件.

铁碳合金中的基本相

奥氏体的组织与铁素体相似,但晶界较为平直,且常

有孪晶存在.

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铁碳合金中的基本相

3,渗碳体(Cementite)

渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物,

用化学分子式"Fe3C"表示.它的碳质量分数Wc=6.69%,熔

点为1227℃,

质硬而脆,耐腐蚀.用4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在显

微镜下呈白色,如果用4%苦味酸溶液浸蚀,渗碳体呈暗黑

色.

铁碳合金中的基本相

渗碳体是钢中的强化相,根据生成条件不同渗碳体有

条状,网状,片状,粒状等形态,它们的大小,数量,分布对

铁碳合金性能有很大影响.

铁碳合金中的基本相

总结:

在铁碳合金中一共有三个相,即铁素体,奥氏体和渗

碳体.但奥氏体一般仅存在于高温下,所以室温下所有的

铁碳合金中只有两个相,就是铁素体和渗碳体.由于铁素

体中的含碳量非常少,所以可以认为铁碳合金中的碳绝大

部分存在于渗碳体中.这一点是十分重要的.

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铁和碳可以形成一系列化合物,如Fe3C,Fe2C,FeC等,

有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分,通常称其

为Fe-Fe3C相图,此时相图的组元为Fe和Fe3C.

_由于实际使用的铁碳合金其含碳量多在5%以下,因

此成分轴从0~6.69%.所谓的铁碳合金相图实际上就是

Fe—Fe3C相图.

二、铁碳合金相图分析

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Fe—Fe3C相图看起来比较复杂,但它仍然是由一些

基本相图组成的,我们可以将Fe—Fe3C相图分成上下两

个部分来分析.

1.上半部分-------共晶转变

在1148℃,4.3%C的液相发生共晶转变:

Lc(AE+Fe3C),

转变的产物称为莱氏体,用符号Ld表示.

存在于1148℃~727℃之间的莱氏体称为高温莱氏体,

用符号Ld表示,组织由奥氏体和渗碳体组成;存在于

727℃以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱氏体,用

符号Ldˊ表示,组织由渗碳体和珠光体组成.

低温莱氏体是由珠光体,Fe3CⅡ和共晶Fe3C组成的

机械混合物.经4%硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察,

其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在Fe3C基体

上,Fe3CⅡ和共晶Fe3C交织在一起,一般无法分辨.

2.下半部分-----共析转变

在727℃,0.77%的奥氏体发生共析转变:

AS(F+Fe3C),转变的产物称为珠光体.

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共析转变与共晶转变的区别是转变物是固体而不非

液体.

3.相图中的一些特征点

相图中应该掌握的特征点有:A,D,E,C,G(A3

点),S(A1点),它们的含义一定要搞清楚.根据相图分析

如下点：

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相图中重要的点(14个)：

1.组元的熔点:A(0,1538)铁的熔点;D(6.69,

1227)Fe3C的熔点

2.同素异构转变点:N(0,1394)δ-Feγ-Fe;G(0,

912)γ-Feα-Fe

相图

3.碳在铁中最大溶解度点:

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P(0.0218,727),碳在α-Fe中的最大溶解度

E(2.11,1148),碳在γ-Fe中的最大溶解度

H(0.09,1495),碳在δ-Fe中的最大溶解度

Q(0.0008,RT),室温下碳在α-Fe中的溶解度

三相共存点:

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S(共析点,0.77,727),(A+F+Fe3C)

C(共晶点,4.3,1148),(A+L+Fe3C)

J(包晶点,0.17,1495)(d+A+L)

其它点

B(0.53,1495),发生包晶反应时液相的成分

F(6.69,1148),渗碳体

K(6.69,727),渗碳体

4.铁碳相图中的特性线

相图中的一些线应该掌握的线有:ECF线,PSK线(A1

线),GS线(A3线),ES线(ACM线)

水平线ECF为共晶反应线.

碳质量分数在2.11%～6.69%之间的铁碳合金,在平

衡结晶过程中均发生共晶反应.

5.水平线PSK为共析反应线

碳质量分数为0.0218%～6.69%的铁碳合金,在平衡

结晶过程中均发生共析反应.PSK线亦称A1线.

GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线,

通常称A3线.

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ES线是碳在A中的固溶线,通常叫做Acm线.由于在

1148℃时A中溶碳量最大可达2.11%,而在727℃时仅为

0.77%,因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148℃

冷至727℃的过程中,将从A中析出Fe3C.析出的渗碳体

称为

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二次渗碳体(Fe3CII).Acm线亦为从A中开始析出Fe3CII

的临界温度线.

PQ线是碳在F中固溶线.在727℃时F中溶碳量最大

可达0.0218%,室温时仅为0.0008%,因此碳质量分数大

于0.0008%的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中,将从

F中析出Fe3C.析出的渗碳体称为三次渗碳体

(Fe3CIII).PQ线亦为从F中开始析出Fe3CIII的临界温

度线.Fe3CIII数量极少,往往予以忽略.

6.相图中的相区

1.单相区(4个+1个):L,δ,A,F,(+Fe3C)

2.两相区(7个):L+δ,L+Fe3C,L+A,δ+A,A

+F,A+Fe3C,F+Fe3C.

三、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响

1．含碳量对铁碳合金平衡组织的影响

按杠杆定律计算，可总结出含碳量与铁碳合金室温时

的组织组成物和相组成物间的定量关系

2．含碳量对机械性能的影响

渗碳体含量越多，分布越均匀，材料的硬度和强度越

高，塑性和韧性越低；但当渗碳体分布在晶界或作为基体

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存在时，则材料的塑性和韧性大为下降，且强度也随之降

低。

3．含碳量对工艺性能的影响

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对切削加工性来说，一般认为中碳钢的塑性比较适

中，硬度在HB200左右，切削加工性能最好。含碳量过高

或过低，都会降低其切削加工性能。

对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单

相奥氏体状态时，塑性好、强度低，便于塑性变形，所以

一般锻造都是在奥氏体状态下进行。锻造时必须根据铁碳

相图确定合适的温度，始轧和始锻温度不能过高，以免产

生过烧；始轧和温度也不能过低，以免产生裂纹。

对铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特

别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性也好，

更具有良好的铸造性能。从相图的角度来讲，凝固温度区

间越大，越容易形成分散缩孔和偏析，铸造性能越差。

一般而言，含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低

碳钢比高碳钢更容易焊接。

金属材料热处理工艺及处理原理

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

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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。

加热温度是金属材料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

求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度

一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用

高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有

保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较

长。

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冷却也是金属材料热处理工艺过程中不可缺少的步骤，

冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退

火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度

更快。

但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用

正火一样的冷却速度进行淬硬。金属金属材料热处理工艺

大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热

处理等。

根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类

又可区分为若干不同的金属材料热处理工艺。同一种金属采

用不同的金属材料热处理工艺，可获得不同的组织，从而具

有不同的性能。

钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最

为复杂，因此钢铁金属材料热处理工艺种类繁多。整体热处

理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整

体力学性能的金属金属材料热处理工艺。

钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基

本工艺。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺

寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属

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内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用

性能，或者为进一步淬火作组织准备。

正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火

的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料

的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热

处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、

有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。

淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，

将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进

行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，

其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同

的金属材料热处理工艺。

为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起

来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，

将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合

金的硬度、强度或电性磁性等。

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这样的金属材料热处理工艺称为时效处理。把压力加工

形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好

的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真

空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧

化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，

还可以通入渗剂进行化学热处理。

表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能

的金属金属材料热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过

多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，

即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部

能短时或瞬时达到高温。

表面热处理的主要方法，有激光热处理、火焰淬火和感

应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应

电流、激光和电子束等。化学热处理是通过改变工件表层化

学成分、组织和性能的金属金属材料热处理工艺。

化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表

层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合

金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，

从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。

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渗入元素后，有时还要进行其它金属材料热处理工艺如

淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、

复合渗等。

热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之

一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐

磨、耐腐蚀等。

金属材料热处理工艺还可以改善毛坯的组织和应力状

态，以利于进行各种冷、热加工。例如白口铸铁经过长时间

退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的

金属材料热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成

倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元

素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不

锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。

钢和生铁的划分

E点成分是钢与生铁的分界线，E点左边的铁碳合金称

为钢(含碳量小于0.0218%的称为纯铁)。E点右边的称为生

铁。

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1.工业纯铁（C<0.0218%）

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常温组织为F，Fe3CIII数量极少，经常忽略。

2.钢(0.0218～2.11)%C

钢的共同特点是在AESG区域中全是A组织，当温度下

降时A发生如下的转变：若钢的含碳量等于0.77%时，A在

727℃时全部转变为珠光体，即A→P；若含碳量小于0.77%

时，则A在GS线首先析出F，冷却到PSK线时剩余的A发生

共析反应转变为P，最后的组织为F+P；若含碳量大于0.77%

时，则A在ES线首先析出二次渗碳体，冷却到PSK线时，

A发生共析反应变成P，最后的组织为P+Fe3CII，所以根据A

析出的情况，钢可分为三种：

亚共析钢：(0.0218～0.77)%C,常温组织

为F+P。

共析钢：C=0.77%，常温组织为P。

过共析钢：(0.77～2.11)%C，常温组织为

P+Fe3CII。

3.生铁(白口铁)(2.11～6.69)%C

生铁的共同特点是在ECF线上都有共晶反应，都有莱氏

体的组织存在。生铁也分为三种：

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亚共晶生铁：(2.11～4.3)%C，常温组织为：P+Fe3CII+Ld

′。

共晶生铁：C=4.3%，常温组织为Ld

′。

过共晶生铁：(4.3～6.69)%C，常温组织为Ld

′+Fe3CI。

在1148～727℃之间的莱氏体是A与渗碳体组成的混合

物，在727℃以下的莱氏体是P与渗碳体组成的混合物，莱

氏体的性能基本上与渗碳体相同，因此，上述这三种不同的

组织的铸铁统称为白口铸铁。

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四、铁碳合金相图的应用

1.在选材方面的应用

铁碳合金相图总结了铁碳合金组织和性能随成分的变

化规律。这样，就可以根据零件的服务条件和性能要求，来

选择合适的材料。碳对铁碳合金的组织和性能有着重大的影

响，如右图所示。不同成份的铁碳合金在机械性能和工艺性

能等方面产生了极大的差异。

根据图中成分―组织―性能关系的规律，可以按照

零件或工具性能要求，进行合理的选材。如果需要塑性好韧

性高的材料时，则可选用铁素体组织多的碳钢；对于要求综

合机械性能较高的材料，可选用组织是铁素体加珠光体的碳

钢。当需要硬度高、耐磨性好的材料时，则应选含碳更高的

其组织是珠光体加渗碳体的碳钢。

2.在铸造方面的应用

根据铁碳合金相图确定浇铸温度，一般在液相线以上

150℃左右。并且还可选择流动性好的合金，即接近共晶成

分的合金应用最广泛。因其熔点低，结晶温度间隔小，流动

性好，组织致密。

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3．在锻造方面的应用

可以确定钢材在锻造时必须选择在奥氏体区的适当温度

范围内进行，因为奥氏体单相变形均匀，强度较低，塑性较

好，便于塑性变形。

4．在焊接方面的应用

焊接时从焊缝到母材各区域的加热温度是不同的，可根据

铁碳合金相图分析低碳钢焊接接头的组织变化情况。

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5．在热处理方面的应用

根据铁碳合金相图拟订淬火、退火、正火等各种热处理加

热规范，有着特别重要的意义。这将在后续章节中详细介绍。

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铁碳合金相图

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