第九章 零件的材料选择
零件材料的选择
静力学分析基础
静力学分析基础
零件材料的选择
• 熟悉零件材料的选择。
零件材料的选择
1.1 零件材料选择的一般原则
1
使用性能
2
工艺性能
3
经济性能
零件材料的选择
1.1 零件材料选择的一般原则
对外形、材料和加工方 法进行综合考虑。
对产品功能要求， 包括互相矛盾， 确定相对优先次 序要求。
（3）
零件选材的 基本步聚
决定产品每个构件 所要求的性能，对 各种候选材料在性 能上进行比较。
零件材料的选择
1.2 典型零件的选材及工艺路线
C620 型车床主轴的结构简图
零件材料的选择
1.2 典型零件的选材及工艺路线
材料：
45钢
热处理： 整体调质，轴颈及锥孔表面淬火
性能要求： 整体硬度220～240 HB；轴颈及锥孔处硬度52 HRC
工艺路线：
锻造—正火—粗加工—调质—精加工—表面淬火及低温 回火—磨削加工
零件材料的选择
1.2 典型零件的选材及工艺路线
汽车后桥圆锥主动齿轮7零件材料的选择1.2 典型零件的选材及工艺路线
材料：
20CrMnTi钢
热处理： 渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深1.2～1.6 mm
性能要求： 齿面硬度:58～62 HRC，心部硬度:33～48 HRC
工艺路线：
下料—锻造—正火—切削加工—渗碳、淬火、低温 回火—磨削加工
典型零件的选材
材料选用的原则与方法机械零件的选材是一项十分重要的工作。
选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。
要做到合理选用材料，就必须全面分析零件的工作条件、受力性质和大小，以及失效形式，然后综合各种因素，提出能满足零件工作条件的性能要求，再选择合适的材料并进行相应的热处理以满足性能要求。
选用工程材料的基本原则是：不仅要充分考虑材料的使用性能能够适应机械零件的工作条件要求、使机器零件经久耐用．同时还要兼顾材料的加工工艺性能、经济性与可持续发展性，以便提高零件的生产率、降低成本、减少能耗、减少乃至避免环境污染等。
选材的一般方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。
目前还没有一种确定选材最佳方案的精确方法。
它需要设计者熟悉零件的工作条件和失效形式，掌握有关的工程材料的理论及应用知识、机械加工工艺知识以及较丰富的生产实际经验。
通过具体分析，进行必要的试验和选材方案对比，最后确定合理的选材方案。
一般，根据零件的工作条件，找出其最主要的性能要求，以此作为选材的主要依据。
零件材料的合理选择通常按照以下步骤进行：(1) 对零件的工作条件进行周密的分析，找出主要的失效方式，从而恰当地提出主要性能指标。
一般地，主要考虑力学性能，特殊情况还应考虑物理、化学性能。
(2) 调查研究同类零件的用材情况，并从其使用性能、原材料供应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。
(3) 根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，正确选择材料。
这时要综合考虑所选材料应满足失效抗力指标和工艺性的要求，同时还需考虑所选材料在保证实现先进工艺和现代生产组织方面的可能性。
(4) 决定热处理方法或其他强化方法，并提出所选材料在供应状态下的技术要求。
(5) 审核所选材料的经济性，包括材料费、加工费、使用寿命等。
(6) 关键零件投产前应对所选材料进行试验，可通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验等，最终确定合理的选材方案。
机械零件的材料与选用
机械零件的材料与选用1. 基础材料分类机械零件的材料一般分为金属材料、非金属材料和复合材料三类。
1.1 金属材料金属材料是最常用的机械零件材料，主要包括铁、铝、镁、钛、铜、锌等。
金属材料优点是高强度、高刚度、高耐热、高导电性和良好的可塑性。
但是，金属材料的缺点是容易氧化、腐蚀、疲劳、塑性变形和变形回弹。
1.2 非金属材料非金属材料主要包括塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。
非金属材料的优点是防水、防腐、绝缘性好、重量轻和制造成本低廉。
但是，非金属材料的缺点是刚度和耐热性较差，抗腐蚀能力低。
1.3 复合材料复合材料是由两种或两种以上的材料组成的复合材料，例如纤维增强复合材料（FRC）。
复合材料的优点是强度高、密度低、刚度好、耐热、耐腐蚀，但制造难度较高，成本也较高。
2. 材料选用规则不同的机械零件需要选择不同的材料，一般有以下几个规则：2.1 力学性能机械零件在工作时需要承受一定的载荷和力量，因此所选的材料必须具备优良的强度、韧性、硬度等力学性能。
同样重要的是考虑材料在长期使用过程中的稳定性和疲劳寿命等因素。
2.2 热稳定性机械零件在工作时可能会面临高温或低温的环境，因此所选材料必须具有足够的热稳定性。
例如，使用高温合金材料能够更好地抵御高温环境对材料的影响。
2.3 耐蚀性机械零件在工作中可能会受到环境中的化学物质腐蚀，因此所选材料必须具有足够的耐蚀性。
例如，选择不锈钢材料可以更好地抵御环境中的腐蚀。
2.4 制造成本材料的制造成本也是一项重要的考虑因素，因为制造成本越高，产品价格也就越高。
因此，在选择材料时，需要综合考虑其力学性能、热稳定性、耐蚀性和制造成本等因素。
3.在机械零件的材料选用中，需要综合考虑机械零件的使用环境和使用要求，选择强度、韧性、硬度等力学性能良好的材料，并且具有足够的热稳定性和耐蚀性，同时也要充分考虑其制造成本和可用性等方面的问题。
机械工程典型零件的选材原则
机械工程典型零件的选材原则一、典型零件的选材1．轴类轴类零件主要依据载荷的性质、大小及转速凹凸，精度和表面粗糙度要求，轴的尺寸大小以及有无冲击、轴承种类等来选材。
(1)主要承受弯矩、扭矩的轴，如机床主轴、曲轴、汽轮机主轴、变速箱传动轴、卷扬机轴等，常选45、40Cr、40MnB 和45Mn2等，先经调质处理，再在轴颈处进行高、中频淬火及低温回火。
(2)同时承受弯矩、扭矩及拉、压应力的轴，如锤杆、船用推进器等，常选用30CrMnSi、40MnB、40CrNiMo等。
一般也是先经调质处理，然后再进行高频淬火、低温回火。
(3)要求轴颈处耐磨的轴，常选中碳钢经高频淬火，将硬度提高到52HRC以上。
(4)承受较大冲击载荷，又要求较高耐磨性的外形复杂的轴，如汽车、拖拉机的变速轴等，可选低碳合金钢（18Cr2NiWA、20Cr、20CrMnTi等），经渗碳淬火、低温回火处理。
(5)要求有较好的力学性能和很高的耐磨性，而且在热处理时变形量要小，长期使用过程中要保证尺寸稳定，如高精度磨床主轴，选用渗氮钢38CrMoAIA，进行氮化处理，使表面硬度达到1100-1200HV(69-72HRC)，心部硬度230-280HBS。
2．齿轮齿轮选材的主要依据是齿轮的工作条件、性能要求、失效形式等。
(1)硬度和耐磨性要求不很高，对冲击韧度要求一般的中，低速和载荷不大的中、小型传动齿轮，如车床、钻床等变速齿轮，可选用中碳钢或中碳合金钢，并经调质处理。
(2)运动速度高、重载、冲击较大的重要齿轮，如汽车、拖拉机变速箱齿轮、驱动桥齿轮等，可选用20CrMnTi、20Cr、20CrMo等，调质后渗氮。
(3)外形复杂、难以锻造的大型齿轮，如起重机齿轮，可选用ZG270-150、ZC310-570、ZG340-640、ZG40Cr等。
(4)仪器、仪表及在腐蚀性介质中工作的轻载齿轮，可选用黄铜、铝青铜、锡青铜等。
二、箱体、底座箱体、底座类零件是机械中的重要零件之一，其外形不规则、内外结构都比较复杂，工作条件相差也很大。
零件选材的一般原则和方法
有时，通过改进强化方式或方法，可以将廉价材料制 成性能更好的零件。所以选材时，要把材料成分和强化手 段紧密结合起来综合考虑。此外，当材料进行预选后，还 应当进行试验室试验、台架试验、装机试验、小批生产等， 进一步验证材料机械性能选择的可靠性。
2 零件选材应满足生产工艺对材料工艺性能的要求
任何零件都是由不同的工程材料通过一定的加工工艺制造出来的。因此材料的工 艺性能，即加工成零件的难易程度，自然应是选材时必须考虑的重要问题。所以，熟 悉材料的加工工艺过程及材料的工艺性能，对于正确选材是相当重要的。材料的工艺 性能包括以下内容。 ➢ 铸造性能：包含流动性、收缩性、疏松及偏析倾向、吸气性、熔点高低等。 ➢ 压力加工性能：指材料的塑性和变形抗力等。 ➢ 焊接性能：包括焊接应力、变形及晶粒粗化倾向，焊缝脆性、裂纹、气孔及其他 缺陷倾向等。 ➢ 切削加工性能：指切削抗力、零件表面粗糙度、排除切屑难易程度及刀具磨损量 等。 ➢ 热处理性能：指材料的热敏感性、氧化、脱碳倾向、淬透性、回火脆性、淬火变 形和开裂倾向等。
工程材料及热处理
零件选材的一般原则和方法
机械零件的选材是一项十分重要的工作。选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件 的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。选材不当，严重 的可能导致零件的完全失效。
1.1 选材的一般原则
判断零件选材是否合理的基本标志是：能否满足必需的使用性能；能否具有良好的工艺性能；能否 实现最低成本。选材的任务就是求得上述三者之间的统一。
齿的折断，过度磨损或出 现疲劳麻点
抗弯强度，疲劳强度， 接触疲劳强度，硬度
交变弯曲应力，扭转应力，冲 击负荷，磨损
交变应力，振动
点或线接触下的交变压应力， 滚动摩擦
机械零件选用材料的原则
机械零件常用的材料有：钢、铸铁、有色金属和非金属材料。
选用时主要考虑：使用要求；工艺要求和经济要求。
选取材料时应满足：
一、使用要求
1.根据零件承受载荷情况和工作条件选取；
一般情况下均选用碳素钢；45＃调质处理；如：轴，齿轮；
承受冲击载荷，要求耐磨或结构要求紧凑时；采用低碳钢合金钢渗碳淬火，20Cr、18CrMnTi、20CrMo；例如：齿轮轴；
载荷比较稳定时可选铸铁；如：HT250、机床，箱体，床身，结构形状复杂的低速大齿轮，大带轮，蜗轮芯，凸轮轴，曲轴。
在高温下工作的零件选耐磨热材料；
在腐蚀介质中工作的零件选耐腐蚀材料，不锈钢，铜铝合金。
2.受尺寸重量限制时；
一般情况下采用碳素钢锻造毛坯；
要求尺寸及重量及小时可采用高强度合金钢；
零件尺寸重量较大时且结构复杂时采用铸造毛坯，可选：铸铁(批量)、铸钢(单件)或板材冲压后焊接。
二、工艺要求
选材料时要考虑材料的工艺性
铸造：流动性好
锻造：还原性、热脆性
机加工：易切削性
热处理：可淬性、淬火变形、淬造能力
三、经济性要求
材料价格：
铸铁1、钢2、合金8～10、普通钢1、优质钢1.5～１.8、合金钢1.7～2.5、轴承钢3、工具钢3～20、耐热钢5
材料加工费用：重量大，加工量大
材料利用率：
四、材料供应情况
尽量使用本单位和市场容易购买到的材料。
机械设计中零件材料选用的一般原则
机械设计中零件材料选用的一般原则
1.功能要求原则：首先需要根据零件的具体功能要求来选择材料。
比如，对于需要承受大载荷的零件，应选用高强度的材料；对于需要耐磨损的零件，应选用具有较好耐磨性能的材料；对于需要导电或绝缘的零件，应选用导电或绝缘材料等等。
2.可加工性原则：在进行材料选择时，还需要考虑材料的可加工性。
不同材料有不同的加工性能，比如硬度高的材料难以加工，一些材料可能需要特殊的加工工艺等。
因此，应选择容易加工的材料，以保证零件的加工成本和工艺质量。
3.成本原则：材料成本是零件生产成本的一部分，因此材料选择时需要考虑成本因素。
一般来说，成本低的材料可以降低零件的生产成本，但需要确保其满足基本的功能要求。
4.可靠性原则：材料的可靠性也是材料选择的重要因素之一、在选择材料时需要考虑其抗疲劳性、耐腐蚀性等方面的性能，以确保零件在使用过程中能够长期稳定工作，减少维修和更换的频率。
5.可回收性原则：在现代社会，环保意识越来越强，可持续发展也成为一个重要的关注点。
因此，在材料选择时，应尽量选择可回收再利用的材料，以减少对环境的影响。
综上所述，机械设计中的零件材料选择应遵循功能要求、可加工性、成本、可靠性和可回收性等原则。
在实际应用中，设计师还需要根据具体情况综合考虑，以选择最优的材料，从而确保产品的性能、寿命和成本等方面的要求。
典型零件的选材
材料选用的原则与方法机械零件的选材是一项十分重要的工作。
选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。
要做到合理选用材料，就必须全面分析零件的工作条件、受力性质和大小，以及失效形式，然后综合各种因素，提出能满足零件工作条件的性能要求，再选择合适的材料并进行相应的热处理以满足性能要求。
选用工程材料的基本原则是：不仅要充分考虑材料的使用性能能够适应机械零件的工作条件要求、使机器零件经久耐用．同时还要兼顾材料的加工工艺性能、经济性与可持续发展性，以便提高零件的生产率、降低成本、减少能耗、减少乃至避免环境污染等。
选材的一般方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。
目前还没有一种确定选材最佳方案的精确方法。
它需要设计者熟悉零件的工作条件和失效形式，掌握有关的工程材料的理论及应用知识、机械加工工艺知识以及较丰富的生产实际经验。
通过具体分析，进行必要的试验和选材方案对比，最后确定合理的选材方案。
一般，根据零件的工作条件，找出其最主要的性能要求，以此作为选材的主要依据。
零件材料的合理选择通常按照以下步骤进行：(1) 对零件的工作条件进行周密的分析，找出主要的失效方式，从而恰当地提出主要性能指标。
一般地，主要考虑力学性能，特殊情况还应考虑物理、化学性能。
(2) 调查研究同类零件的用材情况，并从其使用性能、原材料供应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。
(3) 根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，正确选择材料。
这时要综合考虑所选材料应满足失效抗力指标和工艺性的要求，同时还需考虑所选材料在保证实现先进工艺和现代生产组织方面的可能性。
(4) 决定热处理方法或其他强化方法，并提出所选材料在供应状态下的技术要求。
(5) 审核所选材料的经济性，包括材料费、加工费、使用寿命等。
(6) 关键零件投产前应对所选材料进行试验，可通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验等，最终确定合理的选材方案。
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第一节
金属的晶体结构和铁的同素异构转变
一、金属的晶体结构
从中学所学的化学课程中，我们已经知道，固 态物质可分为晶体和非晶体。而固态金属基本 上都是晶体物质，并且绝大多数金属的晶体结 构都属于体心立方晶格(如α-Fe、Cr、Mo、W、 V等)、面心立方晶格(如γ-Fe、Cu、Al、Ni等)和 密排六方晶格(如Mg、Zn、Be等)。
图9-4 碳的质量分数对钢力学性能的影响
(七) 铁碳相图的应用
1) 铁碳相图所表明的铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系是选择钢 铁材料的依 2) 铁碳相图是制订铸、锻、热处理工艺的依据。
在铸造方面，根据相图中的液相线可以找出不同成分的铁碳合金的 熔点，从而确定合适 的熔化、浇注温度。此外从相图中还可以看出，接 近共晶成分的合金不仅熔点低，而且凝固 温度区间小，能较长时间处于 流动性好的液态，故具有良好的铸造性能，适宜用于铸造。图9-4 碳的 质量分数对 钢力学性能的 影响在锻造方面，钢经加热后获得奥氏体组
2.奥氏体
碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体， 用符号“F”(或“α”)表示。由于体心立方晶格的 α-Fe的晶格间隙很小，所以碳在α-Fe中的溶解度 很低，在727℃时的最大溶碳量为0.0218%，随 着温度的降低，溶碳量逐渐下降，在室温时仅 为0.0008%。所以铁素体的性能接近于α-Fe，具 有良好的塑性和韧性，而强度、硬度都较低。
图9-3 共析钢的结晶过程示意图
(六) 铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系
从铁碳相图可知，铁碳合金随着碳 的质 量分数的增加，其室温组织按 下列顺序变 化:F→F+P→P→P+Cm →P+Cm +Ld′→Ld′→Ld′+Cm。不难看到 这些组织都是由铁素体和渗碳体两 相所组成的，而且碳的质量分数越 高，铁素体的量越少而渗碳体的量 越多，因而随着碳的质量分数的增 加，钢的强度、硬度相应增加，而 塑性、韧性则下降，见图9-4。图中 碳的质量分数大于0.9%时，钢的强 度有所下降，这是由于钢中出现了 影响强度的网状渗碳体的缘故。
图9-6 共析钢中奥氏体的形成过程示意图 a)奥氏体生核 b)奥氏体长大 c)残留渗碳体溶解 d)奥氏体均匀化
四、钢在冷却时的转变
• 相同的钢，在同样的加热和保温条件下， 获得奥氏体组织后，如在不同的冷却方式 和冷 却速度下冷却将获得不同的组织，从 而在性能上也会有明显的差别。也就是说， 人们可以采 用不同的冷却条件，以期获得 所需要的性能。可见，钢的冷却过程在热 处理工艺中也是至关 重要的。下面以共析 钢为例来说明冷却方式对钢的组织和性能 的影响。
热处理的工艺过程一般可以用热处理工艺曲
线（温度、时间关系曲线）来表达，见图9-5。
二、金属(钢)热处理工艺分类及代号
1)基础分类和代号。 2)附加分类和代号。 3)热处理工艺代号。
三、钢在加热时的转变
在钢的热处理工艺中，首先要进行加热并保温，以获得全部（或部分） 奥氏体组织，称为钢的奥氏体化。虽然奥氏体是高温状态的组织，但它 的成分、晶粒大小及其均匀化程度将直接影响钢冷却后的组织和性能。 下面就以共析钢为例来说明在加热、保温时，其组织转 变过程。共析钢 加热到Ac1 线以上时，钢中的珠光体将向奥氏体转变，并经历生核、长大、 残留渗碳体的溶解和奥氏体均匀化四个阶段，见图9-6。
2.相平衡(平衡)
相平衡是指在合金中参与结晶或相变过程的各相之间的相对重量和相对浓度
不再改变时的状态。这种状态是在系统的温度变化极其缓慢时，晶格中的原
子有充分的时间进行扩散的条件下得到的。
3.组织 用金相观察方法看到的，由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相 构成的总体称为组织。其中用肉眼或借助于放大镜观察到的组织称为宏观组 织(低倍组织)；而借助光学或电子显微镜所观察到的组织称为显微组织。通 常所说的组织，一般均指显微组织。 4.相图 相图是表达合金的温度、成分和相(或组织状态)之间平衡关系的图形，又称 状态图或平衡图。即它是表明合金系中不同成分的合金在不同温度下，由哪
3.渗碳体
渗碳体是铁和碳的金属化合物，它的分子式为F e3C(也可用“Cm”表示)，其碳的质量分数(旧称 含碳量)为6.69%，用符号“ωC”表示。渗碳体的 熔点为1227℃，具有很高的硬度(800HBW)，但 塑性很差(δ≈0)，是一种硬而脆的组织。在钢中 渗碳体以不同形态和大小的晶体出现于组织中， 对钢的力学性能影响很大。
不同成分的合金称为合金系统，简称合金系。
二、合金相图的基本概念
1.相
(1) 固溶体 合金在结晶成固态时，组元间会相互溶解，形成在某一组元(称为溶剂) 的晶格中包含有其他组元(称为溶质)的新相，这种新相称为固溶体。 (2) 金属化合物 溶质在固溶体中的溶解度一般是有限的，当溶质的含量超过此溶解
度后将产生新相。
较组成合金的纯金属 更好的力学性能外，还可以改变组成元素之间的成分比例，以
获得一系列性能各不相同的合 金，例如改变铁、碳的成分比例，可以得到各种不同 牌号和不同性能的碳素钢。同时一般还 可以通过热处理来改善其力学性能和工艺性 能。此外，某些合金还具有耐热、耐蚀、不易生 锈等一些特殊的物理和化学性能， 从而可以满足工程中各种不同的使用要求。 组成合金的独立的、最基本的单元称为 组元。组元可以是金属、非金属元素和稳定化合 物。根据合金中的组元数相应有二 元合金、三元合金和多元合金。 由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一系列
(四) 珠光体和莱氏体介绍
1.珠光体
珠光体(P)由于具有珍珠般的光泽而得名，碳的质量分数为0.77%，它是奥氏体从高温 缓慢冷却至727℃以下时，发生共析反应所形成的铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠 组成的共析组织。其力学性能也大体上是铁素体和渗碳体的平均值，故珠光体的强度 较高，硬度适中，又有一定的韧性。
第九章 零件的材料选择
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 金属的晶体结构和铁的同素异构转变 铁碳合金及其相图 钢的热处理 工业用钢 铸 铁 有色金属及其合金 工程塑料 复合材料 零件的材料选择
第九章 零为工程材料。它不仅是机械工 程和各种工程的物质基础， 又在很大程度上决定了工 程的质量和成本。因此，材料、能源、信息被人们公认 为现代技术 的三大支柱。历史学家常把人类的发展史 分为石器（旧、新）时代、陶器时代、青铜器时 代、 铁器时代，而21世纪又将是合成材料的新时代。由此可 见，材料在人类发展史上的重 要作用。 通过前面各章 的学习，已经知道:①在零件图的标题栏中，都有一个 材料栏目，填写为 该零件所选用的材料;②在拉、压、 弯、扭等各种基本变形条件下的强度计算时，都需要给 出所用材料及其相应的许用应力［σ］（或［τ］），才 能进行计算。而材料的许用应力不仅 取决于材料本身， 还与它的热处理直接相关。所以机器零件一定要选择合 适的材料和相应的 热处理。
些相(或组织)组成以及这些相(或组织)之间平衡关系的图形。
三、铁碳合金相图
(一) 铁碳合金的基本相 (二) 铁碳合金相图 (三) 铁碳合金按碳的质量分数和组织分类 (四) 珠光体和莱氏体介绍 (五) 典型铁碳合金的结晶过程
(六) 铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系
(七) 铁碳相图的应用
(一) 铁碳合金的基本相
(二) 铁碳合金相图
1) ACD线(AC线+CD线)——液相线。
2) AECF线(AE线+ECF线)——固相线。
3) GS线(又名A3线)——从奥氏体A中 析出铁素体F的开始线。 4) ES线(又名Acm线)——是碳在γ-Fe 中的溶解度曲线，称为奥氏体的固 溶线。 5) PSK线(又名A1线)——共析反应线。
二、铁的同素异构转变
多数金属在固态下只有一种晶格类 型。但Fe、Ti、Co、Mn、Sn等金属并 不只有一种晶 体结构，而是随着外 界条件（如温度、压力）的变化而有 不同类型的晶体结构。即在固态 下 会发生晶格类型的转变，这种转变称 为同素异构转变。其中铁的同素异构 转变尤为重要， 它是钢能够进行热 处理改变其组织与结构，从而可改善 其力学性能和工艺性能的根本原因。 206 图9-1 铁的同 素异构转变 它 也是钢铁材料性能多种多样、用途广 泛的 主要原因之一。图9-1所示为纯 铁的冷却曲 线及其晶体结构的转变， 即同素异构转变。
织，它的强度低、塑性好，便于塑性变形加工。因此钢材轧制或锻造的
温度范围都选择在相图上单一奥氏体组织范围内。在热处理方面，热处 理与铁碳相图有着更为直接的关系，各种不同的热处理方法的加热 温度 都是依照相图来选定的，详见本章第三节。
第三节
钢的热处理
一、热处理的基本概念
将固态金属或合金，采用适当的方式进行加 热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性 能的工艺称为热处理。其中钢的热处理是钢 材最有效的强化手段，可以显著提高钢的力 学性 能和改善钢的工艺性能。因而机械工程
中的大多数零件都要进行热处理，如滚动轴
承和各种 工具几乎百分之百的要进行热处理。 下面是采用45钢制造机床齿轮的典型工艺路 线: 下料→锻造→正火（或退火）→齿坯加工 →淬火→高温回火→切齿→高频表面淬火→ 低温回火→磨削。全部10道工序中就有5道工 序是热处理，热处理的地位由此可见一斑。
图9-5 热处理工艺曲线
6) GP线——从奥氏体中析出铁素体
的终止线。 7) PQ线——碳在α-Fe中的溶解度曲 线，称为铁素体的固溶线。
图9-2 Fe-F C相图
(三) 铁碳合金按碳的质量分数和组织分类
在铁碳合金中，碳的质量分数为0.0218%～2.11%称 为钢。其中碳的质量分数为0.77%的钢称为共析钢，其 室温组织为珠光体P；碳的质量分数为0.0218%～0.77% 的钢称为亚共析钢，室温组织为F+P；碳的质量分数为 0.77%～2.11%的钢称为过共析钢，其室温组织为P+Fe3 C。碳的质量分数为2.11%～6.69%时称为白口铸铁(断 口呈银白色而得名)，其中碳的质量分数为4.3%时称为 共晶白口铸铁，其室温组织为低温莱氏体L′ d。碳的 质量分数为2.11%～4.3%时称为亚共晶白口铸铁，其室 温组织为P+Fe3C+L′d；碳的质量分数为4.3%～6.69%时 称为过共晶白口铸铁，其室温组织为L′d+Fe3C。