力学性能和热处理
热处理工艺对钢材的组织和力学性能的优化和调控
热处理工艺对钢材的组织和力学性能的优化和调控热处理工艺是钢材加工中非常重要的一环，它能够对钢材的组织和力学性能进行优化和调控。
通过对钢材进行适当的加热、保温和冷却处理，可以改善钢材的力学性能，提高其强度、硬度、韧性等特性，从而满足不同应用环境的需求。
热处理工艺中的关键步骤主要包括加热、保温和冷却三个阶段。
在加热阶段，钢材被加热到一定温度，使其晶粒逐渐长大，晶界发生变化，原有的组织结构逐渐消失。
在保温阶段，钢材保持在一定的温度下，使其内部晶粒逐渐重新排列，形成新的组织结构。
在冷却阶段，钢材被快速冷却，使其内部组织变得均匀，晶粒细小，从而提高钢材的强度和硬度。
热处理工艺对钢材的组织和力学性能进行优化和调控的关键在于选择合适的加热温度、保温时间和冷却速度。
这些参数的选择将影响钢材的晶粒尺寸、晶粒形状、晶界结构等组织特征。
通常情况下，较高的加热温度和保温时间会使钢材的晶粒长大，从而降低其强度和硬度，但同时也能提高其韧性。
相反，较快的冷却速度通常可以使钢材的晶粒细小，提高其强度和硬度，但也可能降低其韧性。
热处理工艺的优化和调控可以根据具体钢材和应用需求来进行。
例如，在用于制作刀具的高速钢材中，为了提高其耐磨性和耐热性，常采用高温加热和快速冷却的工艺。
这样可以使钢材中的碳化物均匀分布，从而提高刀具的硬度和强度。
而对于用于制作弹簧的弹簧钢材来说，为了保持其一定的韧性和弯曲性能，通常采用中温加热和缓慢冷却的工艺，以避免晶粒长大和组织变脆。
此外，热处理工艺的优化和调控还可以通过钢材的淬火和回火处理来实现。
淬火是通过将钢材加热到透磁温度以上，然后迅速冷却来获得较高的硬度和强度。
回火是在淬火后，将钢材加热到较低温度下保持一段时间，以降低其内部应力，提高其韧性和可加工性。
总之，热处理工艺对钢材的组织和力学性能的优化和调控具有重要作用。
通过选择合适的加热温度、保温时间和冷却速度，以及采用淬火和回火等工艺，可以使钢材达到最佳的性能。
工程材料及热处理——材料的力学性能和工艺性能
第三节 材料的工艺性能
材料的成型 铸造、拉、拔、挤、压、锻 车、钳、铣、刨、磨
材 料 加 工
材料的切削
材料的改性
材料的联接
合金化、热处理
焊接、粘接
工程材料的工艺性能主要有铸造性能、锻压性能、 焊接性能、切削加工性能、热处理性能。
具体实验条件及应用范围参见表1-2
优点：操作简便，直接读数，压痕小，应用范围最广。 缺点：需在试样不同部位测定，取平均值。
3.维氏硬度 (HV)
维氏硬度计
顶角为136°的金刚石正四棱锥压头 压痕两条对角线的平均长度d
维氏硬度值不需要计算，一般是根据d查表得出。
优点：压痕浅，轮廓清晰，数值准确，硬度范围广，广泛 应用于测量金属镀层、薄片材料、化学热处理后的 表面硬度和显微硬度。 缺点：不适合成批生产的检验，测量效率低于洛氏硬度。
Titanic号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果比较
Titanic
近代船用钢板
六、疲劳极限
1.疲劳现象
材料在交变载荷作用下，尽管零件所受的应力低于屈服点, 但经过较长时间的工作后,在一处或几处产生局部永久性累积损 伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂，这种现象 称为疲劳。
2.疲劳极限σ-1
四、硬度（Hardness）
材料的软硬程度，表征抵抗局部变形或破坏的能力。 压入法测量硬度常用的方法有： 压入法 弹性回跳法
肖氏 布氏、洛氏、维氏
划痕法
莫氏
1.布氏硬度 (HBS/HBW)
布氏硬度计
数值一般不需计算，而用带有刻度盘的 放大镜测量出压痕的直径，直接由表查得硬 度值大小，一般只标大小而不标单位。
摆锤式冲击试验
AK mgH mgh mg( H h)
热处理工艺对锻造件和铸造件的力学性能的提升
热处理工艺对锻造件和铸造件的力学性能的提升热处理工艺是指通过加热、保温和冷却等工序，对金属材料进行组织和性能的改变，从而提高其力学性能的一种工艺。
在现代工业生产中，热处理工艺被广泛应用于锻造件和铸造件的生产过程中，能够显著提升其力学性能。
锻造件是通过锤击或压力将金属材料塑形成型的工艺。
它具有优良的力学性能和组织结构均匀性，但在锻造过程中会引入一定数量的缺陷，如晶界错位、畸变和杂质等。
这些缺陷会导致锻造件的强度、韧性和耐磨性等力学性能下降。
热处理工艺可以通过改变锻造件的组织结构和缺陷的分布，进而提高其力学性能。
热处理工艺中的退火和正火是常用于提升锻造件力学性能的方法。
退火是将锻造件加热到一定温度，然后在低温下缓慢冷却，以改变其组织结构和消除缺陷。
通过退火，可以提高锻造件的延展性和韧性，改善其抗拉强度和硬度。
正火是将锻造件加热到一定温度，然后迅速冷却，用于增加锻造件的硬度和耐磨性。
铸造件是通过将熔融金属注入模具，冷却固化后得到的一种工艺。
由于冷却速度较快，铸造件的组织结构通常较为致密，但存在晶粒的不均匀分布和孔隙等缺陷。
同时，由于铸造过程中金属的凝固过程较长，易产生过渡组织，导致铸造件力学性能下降。
热处理工艺可以改善铸造件的组织结构和缺陷，提高其力学性能。
热处理工艺中的淬火和回火是常用于提升铸造件力学性能的方法。
淬火是将铸造件加热到一定温度，快速冷却至室温。
通过淬火，可以使铸造件的硬度和耐磨性大幅提高，但其韧性和延展性会下降。
回火是将淬火后的铸造件重新加热到一定温度，在一定时间内保温后冷却。
通过回火，可以改善铸造件的韧性和延展性，同时适度降低硬度，使其具有更好的综合力学性能。
总之，热处理工艺能够通过改变锻造件和铸造件的组织结构和缺陷，提高其力学性能。
退火、正火、淬火和回火等热处理方法都具有各自的优势和应用范围，可以根据锻造件和铸造件的具体要求选择合适的热处理工艺。
通过合理应用热处理工艺，可以使锻造件和铸造件的力学性能得到有效提升，确保产品的质量和可靠性。
材料的热处理对力学性能的影响研究
材料的热处理对力学性能的影响研究材料的热处理是通过加热和冷却来改变材料的结构和性能的过程。
在现代工程中，热处理是一种常见的处理方法，被广泛应用于各种材料的生产和加工过程中。
本文将探讨材料的热处理对力学性能的影响，并分析其中的原理和应用。
一、热处理的基本原理热处理是通过控制加热和冷却的速率，使材料发生相变或晶体结构改变，从而达到改善力学性能的目的。
常见的热处理方式包括退火、正火、淬火和回火等。
1. 退火处理：退火是将材料加热到一定温度，然后缓慢冷却的过程。
退火处理可以消除材料中的应力和组织缺陷，提高其延展性和塑性。
退火后的材料通常具有良好的可加工性和韧性。
2. 正火处理：正火是将材料加热到适当温度并保持一段时间，然后以适当速度冷却的过程。
正火处理可以增加材料的硬度和强度，但保持一定的韧性。
正火后的材料通常用于制造工具和机械零件。
3. 淬火处理：淬火是将材料迅速冷却到室温的过程。
淬火能够使材料形成马氏体，从而提高硬度和强度。
淬火后的材料通常用于制作刀具和齿轮等需要高强度和耐磨性的零件。
4. 回火处理：回火是将材料加热到适当温度并保持一段时间，然后缓慢冷却的过程。
回火处理可以减轻淬火的脆性和内应力，提高材料的韧性和韧性。
回火后的材料通常用于制造弹簧和弹簧等需要较高韧性和强度的零件。
二、热处理对力学性能的影响热处理可以显著改变材料的力学性能，其具体影响如下：1. 硬度：热处理可以显著影响材料的硬度，使其具有更高的抗压强度和硬度。
通过淬火处理，材料中的马氏体相会增加，从而提高硬度。
而通过退火和回火处理，材料的硬度会减少，使其更易加工和变形。
2. 强度：热处理可以使材料的强度得到显著提高。
正火和淬火处理能够改善材料的晶体结构和相变，从而增加其强度。
此外，热处理还能使材料中的晶界、晶粒得到细化，提高材料的强度和韧性。
3. 韧性：热处理对材料的韧性也有显著影响。
退火和回火处理可以减少材料中的内应力和组织缺陷，提高其韧性和延展性。
钢铁材料的分类、力学性能及热处理
钢铁材料的分类、力学性能及热处理一、 分类及力学性能：1． 碳素钢：按含碳量的多少可分为低碳钢（含碳量小于0.25％）、中碳钢（含碳量在0.25％～0.5％）和高碳钢（含碳量大于0.5％）。
随着含碳量的增加，钢的机械强度提高，但使它的塑性和韧性下降。
（1） 普通碳素钢：它的化学成分不准确，因而不宜进行热处理。
普通碳素钢的牌号标记如Q235（国标），表示屈服点MPa S 235=σ。
（2） 优质碳素钢：力学性能优于普通碳素钢，采用适当的热处理方法可以获得很高的内部机械强度和表面硬度。
低碳钢塑性高，焊接性好，适用于冲压、焊接零件。
采用渗碳淬火处理可提高零件表面硬度；中碳钢具有综合性能好的特点，它的机械强度、塑性和韧性均较好，可进行调质、表面淬火处理；高碳钢具有高的机械强度和良好的韧性和弹性，常制成弹性零件。
优质碳素钢的牌号如15、35、45（国标），表示含碳量平均值各为0.15％、0.35％、0.45％。
2． 合金钢：合金钢是在优质碳素钢中加入某些合金元素而形成的。
它具有良好的力学性能和热处理性能，随着所加合金元素的不同，还可获得不同的特殊性能。
合金钢的牌号如35Mn2、40Cr （国标），表示含碳量平均值为0.35％和0.40％，而含合金元素Mn2％及Cr 小于1.5％。
3． 铸钢：铸钢的含碳量一般在0.15％～0.60％范围内，含碳量较高，塑性很差，容易产生龟裂，故不能锻造。
铸钢的强度显著高于铸铁，但铸造性则比较差，收缩率较大。
铸钢的牌号如ZG500－270，前组数字表示抗拉强度MPa B 500=σ，后组数字表示屈服点MPa S 270=σ。
4． 铸铁：铸铁是含碳量大于2％的铁碳合金。
铸铁因含碳量高，故它的抗拉强度、塑性和韧性都较差，不能锻造，焊接性能也差。
但它有较高的抗压强度，良好的减摩性和切削性能，吸振性好，价格又较低廉。
常用的铸铁有灰铸铁（如HT150，抗拉强度MPa B 150=σ）、可锻铸铁（如KT300－6，抗拉强度MPa B 300=σ，最低伸长率为6％）和球墨铸铁（如QT500－7，抗拉强度MPa B 500=σ，最低伸长率为7％）。
中锰高铝钢的IQPT热处理及力学性能
中锰高铝钢的IQPT热处理及力学性能汽车工业的迅猛发展给资源和环境带来了巨大压力,使得人们对节能环保型汽车的需求迫在眉睫,而车身轻量化是实现汽车节能减排的一种有效手段。
目前,最具可行性的车身轻量化材料就是先进高强汽车钢。
本文以0.25C-3.81Mn-1.22Al-微量Nb、Mo成分热轧钢板为实验材料,利用OM、SEM、TEM和XRD等表征方法探讨了新型IQPT热处理中双相区退火温度、淬火温度和碳配分回火时间对实验钢微观组织及力学性能的影响;并与ART和QPT 热处理后实验钢进行了微观组织和力学性能的对比。
主要研究结论如下:(1)随双相区保温温度的升高,钢基体中板条马氏体的晶粒尺寸明显增大,块状马氏体含量增多,最佳双相区退火温度为760℃。
(2)基于Speer的约束碳平衡(CCE)方程计算得理论最佳淬火温度为220℃,但经双相区锰配分后会增加原奥氏体相的稳定性,使其在较低淬火温度下保持稳定不分解,实验钢最佳淬火温度下移为180℃。
(3)随碳配分回火时间的延长,板条马氏体发生如下变化:60s和120s时,板条马氏体边界明锐、平直、界限清晰;180s时,边界变得弯曲、且模糊不清;360s时,边界基本溶解消失;600s时,生成大量片层状的回火屈氏体组织。
(4)最佳IQPT热处理下,实验钢抗拉强度可达1231MPa,延伸率可达24.8%,强塑积高达30.53GPa·%。
(5)实验钢最佳IQPT、ART和QPT热处理下微观组织表现出明显差异,IQPT钢微观组织主要为相间分布的板条马氏体和复合板条马奥(M-A)相;ART钢微观组织主要为条带状δ铁素体、马氏体和薄膜状残余奥氏体;QPT钢微观组织主要为树叶状贝氏体、板条马氏体和薄膜状残余奥氏体。
(6)IQPT钢和ART钢均能满足第三代先进高强汽车钢力学性能要求,但ART钢拉伸后期存在动态应变时效效应,不利于材料成型,故IQPT钢性能更优。
热处理对材料力学性能的影响研究
热处理对材料力学性能的影响研究引言：热处理作为一种重要的材料处理方法，广泛应用于工程材料的制备中。
通过对材料进行加热和冷却，可以显著改善材料的力学性能。
本文将探讨热处理对材料力学性能的影响及其研究现状。
一、热处理的原理和方法热处理是通过控制材料的加热和冷却过程，改变材料的组织结构和性能。
其中最常用的热处理方法包括淬火、回火、正火、退火等。
淬火可使材料获得高硬度和强度，回火则可提高材料的韧性和延展性。
正火和退火则可调控材料的晶粒尺寸和组织均匀性。
二、热处理对材料性能的影响1. 强度和硬度：热处理能够显著提高材料的强度和硬度，主要通过改变材料的组织结构实现。
淬火可以形成马氏体结构，具有高硬度和强度，而回火则可降低硬度，增加韧性。
不同的热处理方法和参数对材料性能的影响存在差异，需要进一步研究和优化。
2. 延展性和韧性：热处理可以显著改善材料的延展性和韧性。
回火可以消除材料中的残余应力，减少塑性变形过程中的局部断裂。
退火则可调控材料的晶粒尺寸和形态，从而提高材料的韧性和延展性。
3. 疲劳寿命：热处理对材料的疲劳性能有重要影响。
通过热处理，可消除材料内部的细小缺陷和应力集中区域，提高材料的抗疲劳性能。
疲劳寿命的提高对于一些特殊工程材料的应用至关重要。
4. 耐腐蚀性：热处理可以提高材料的耐腐蚀性能。
通过淬火和回火可以调节材料的晶界和晶内结构，从而改善材料的抗腐蚀能力。
热处理还可生成一些强耐腐蚀性的氧化层或涂层，从而提高材料的耐腐蚀性能。
5. 其他性能：除了以上几个主要方面，热处理还对材料的磁性、导电性、导热性等性能具有一定影响。
研究热处理对这些特殊性能的影响，可以为材料的特定应用领域提供重要参考。
三、热处理的研究现状热处理的研究已经成为材料科学的重要研究领域之一。
目前，学者们主要从以下几个方面进行研究：1. 热处理工艺优化：不同材料在不同领域的应用对其力学性能有不同要求，因此研究者通过优化热处理工艺参数，寻找最佳的热处理工艺，以满足特定需求。
热处理技术对材料性能的影响
热处理技术对材料性能的影响热处理技术是一种用热作为介质来改变材料性质的方法。
这种方法可以通过控制加热温度、保持时间和冷却速率来控制材料的晶体结构和相变行为。
因此，热处理技术成为了一种重要的处理材料的方法。
本文将探讨热处理技术对材料性能的影响，以及它在工业生产中的应用。
热处理技术的分类热处理技术通常可以分为三类：退火、正火和淬火。
退火是一种将材料加热到一个合适的温度，然后缓慢冷却的方法，它可以改善材料的塑性和韧性。
正火是一种将材料加热至金相转变点以上温度，然后将材料缓慢冷却的方法，它可以提高材料的硬度和强度，但韧性会降低。
淬火则是一种急冷的方法，它可以快速提高材料的硬度和强度，但会导致材料脆性增加。
这三种方法的应用范围不同，取决于材料的种类和用途。
热处理技术可以对材料的性能产生深远的影响。
不同的热处理方法可以改变材料的晶体结构和相变行为，从而改变材料的力学性能、物理性能和化学性能。
1、力学性能热处理技术对材料的强度、硬度、韧性、塑性等方面都会产生影响。
例如，经过淬火处理的钢铁比未经过处理的要硬得多。
这是因为淬火可以将钢内部的不稳定相转化为高硬度的马氏体。
不过，淬火也会使钢变得更加脆性。
因此，采用退火等方法可以部分恢复钢的韧性。
2、物理性能热处理技术也会影响材料的物理性质，如热导率、热膨胀系数、电导率等。
例如，将铜进行退火后，它的电导率会降低，但其热导率和热膨胀系数会增加。
3、化学性质热处理技术还可以影响材料的化学性质。
例如，将铝进行退火可以使其表面氧化层被还原，从而增加铝的化学反应性。
工业生产中的应用热处理技术在工业生产中应用广泛。
例如，热处理技术可以用于生产钢管、汽车轴承、机械零件等物品。
以钢管为例，对其进行正火处理可以使其更具强度和刚性，而经过退火处理后，钢管的韧性和延展性会得到改善。
淬火处理则可以在某种程度上提高钢管的耐磨性。
热处理技术也可以用于提高金属材料的耐腐蚀性。
例如，对于不锈钢，采用退火或氮化处理可以降低其对氯化物、硝酸盐等腐蚀介质的敏感性，从而提高其耐腐蚀性。
钢的力学性能及热处理工艺经验公式
钢的力学性能及热处理工艺经验公式钢是一种重要的材料，广泛应用于各个行业。
钢的力学性能和热处理工艺是决定其使用性能的关键因素。
在本文中，我将介绍钢的力学性能及热处理工艺的经验公式。
首先，钢的强度是指其抵抗外载荷的能力。
通常使用的强度参数有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度是指材料在受到应力作用下开始产生塑性变形的时候，单位面积所承受的最大应力。
抗拉强度是指材料在拉伸状态下破坏前所承受的最大应力。
这两个参数可以通过拉伸试验来测量。
其次，塑性是指材料在受到外载荷作用时能够产生可逆的形变。
在拉伸试验中，当钢材开始产生塑性变形时，应力和应变不再保持线性关系。
钢的塑性可以通过延伸率和纵向收缩率来衡量。
延伸率是指材料在拉伸过程中的长度变化与原长度之比。
纵向收缩率是指材料在拉伸过程中的横截面积变化与原横截面积之比。
这些参数可以用来评估钢的可塑性。
韧性是衡量材料抵抗断裂的能力。
在拉伸试验中，钢的韧性可以通过断裂伸长率和冷却断裂功来表示。
断裂伸长率是指材料在断裂前的拉伸变化与原长度之比。
冷却断裂功是金属在冷却至温度并应力后，在脆性断裂上吸收的能量。
最后，硬度是指材料抵抗刮擦或切割的能力。
常用的硬度测试方法有洛氏硬度和布氏硬度。
这些硬度参数可以用来衡量钢的硬度。
钢的热处理工艺对钢的性能有着重要的影响。
因此，了解和掌握热处理工艺是提高钢材质量和性能的关键。
热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。
退火是将钢材加热至一定温度，然后缓慢冷却，以改善其内部结构和性能。
正火是将钢材加热至适宜温度，然后迅速冷却，以提高其硬度和强度。
淬火是将钢材加热至临界温度，然后迅速冷却，使其获得高硬度和高强度。
回火是将淬火后的钢材加热至适宜温度，然后缓慢冷却，以减轻淬火时产生的内应力。
在实际应用中，钢的力学性能和热处理工艺往往需要通过实验和经验进行调整和优化。
工程师们通过实验和经验总结出了一些公式，用于预测和计算钢的力学性能和热处理工艺。
一些常用的公式包括哈氏公式、拉伸公式和冷却断裂功公式等。
金属材料热处理对力学性能的影响
金属材料热处理对力学性能的影响引言：金属材料在各行各业中扮演着重要的角色，其力学性能是评估金属材料质量和应用范围的重要指标之一。
而金属材料热处理作为一种常见的改善金属材料性能的方法，对其力学性能有着重要的影响。
本文将探讨金属材料热处理对力学性能的影响，并分析其机理和应用范围。
一、热处理与金属材料力学性能热处理是通过改变材料的结构和组织来调节其性能的过程。
这一过程包括加热、保温和冷却三个阶段，通过不同的处理参数和方法可以显著改变金属材料的力学性能。
热处理对金属材料力学性能的影响主要表现在以下几个方面：1. 晶粒尺寸和形貌热处理会影响金属材料晶粒的尺寸和形貌，进而决定其力学性能。
例如，在加热过程中，晶粒会长大，导致材料的塑性增加，扩大其可塑性变形的范围。
而在冷却和保温过程中，晶粒会细化，提高金属材料的强度和硬度。
2. 相变与组织热处理还可以导致金属材料的相变和组织改变。
相变会改变材料的内部结构和性能，如铁素体向奥氏体的相变可以提高材料的硬度和强度。
同时，组织结构的改变也会对金属材料的力学性能产生较大影响，如金属的冷处理可以形成细小的奥氏体颗粒，增加材料的强度和硬度。
3. 残余应力热处理会引入或消除金属材料中的残余应力。
残余应力对金属材料的力学性能有着显著影响，可以使材料产生变形或裂纹。
通过适当的热处理方法，可以消除或缓解金属材料中的残余应力，提高材料的强度和韧性。
二、热处理的机理与应用热处理对金属材料力学性能的影响与其机理密切相关。
根据不同的金属材料和处理方式，热处理可以采用多种方法，其中包括退火、淬火和时效等。
退火是一种应用广泛的热处理方法，通过加热和适当的冷却过程，使金属材料的晶粒重新排列，消除塑性应变和驱动力，改善材料的可塑性和韧性。
退火适用于各种金属材料，如铝、铜、钢等。
淬火是一种通过急速冷却来提高金属材料强度和硬度的热处理方法。
通过快速冷却，可以制造出硬的马氏体组织，使金属材料具有优异的力学性能。
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钢材疲劳强度经验公式: σ-1 = (0.45～0.55)σb
或 σ-1 = 0.27(σs+σb） σ-1p = 0.23(σs+σb）
钢材热处理工艺
定义：将固态金属或合金通过加
热、保温和冷却，使其内部组织 结构发生变化，获得所需要性能 的工艺。
目的：一是改善材料工艺性能，确保后续加工顺利进行，这种热
材料力学性能
冲击韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
试样冲断时所消耗的冲击功Ak为: Ak = m g H – m g h (J)
冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。
a k = Ak / S0 (J/cm²)
ak值低－脆性材料： 断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。
ak值高－韧性材料： 明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。
σb = Fb/S0
σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。
材料力学性能
塑性指标
塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
1、断后伸长率
试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
δ=(L1-L0)/L *100%
L0:标距；L1:拉断后的试件标距。
2、断面收缩率
试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
Ψ=(A0-A1)/A0 *100%
A0:试件原横截面积；A1:断裂后颈缩处的横截面积。
材料力学性能
弹性指标
刚度：材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。
E=σ/ε
σ：拉应力；ε：拉伸应变
组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理、冷塑性变形对其影响不大。
机构和构件选材重要的力学性能指标： ►行车梁应具有足够的刚度，否则在起吊重物时会因挠度过大引起振动。 ►机床和压力机主轴、床身和工作台对刚度都有要求，以保证加工精度。 ►内燃机、离心机和压气机等的主要构件要有足够的刚度防止发生振动。
钢材热处理工艺
亚共析钢的C曲线
温度 (℃)
800
700
600
500
400 300 Ms 200 100
0 Mf
-100
0
1
F A
M+A’
10
102
A3 A1 P+F S+F T
B
103
104
时间(s)
钢材热处理工艺
过共析钢的C曲线
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 Ms 200 100
金属材料力学性能与热处理工艺
123465
2014年1月4日
材料科学与工程的“四要素”
探索这四个要素之间的关 系，覆盖了材料科学与工程 领域的所有研究内容。
能够根据使用性能要求， 选择合适的材料，并制定出 相应的加工工艺，使之最终 具有满足使用性能要求的性 质，是工程技术人员应该具 备的能力。
制备/加 工
标尺 硬度符号
压头类型
总试验力F/N 测量硬度范围
应用举例
C
HRC
金刚石圆锥
1471
20-70
淬火钢、高硬度铸铁、珠光体可锻铸铁
B
HRB Φ1.588mm钢球
980.7
20-100
低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁
A
HRA
金刚石圆锥
588.4
20-88
硬质合金、硬化薄钢板、表面薄层硬化钢
优缺点：（1）试验简单、方便、迅速；（2）压痕小，可测成品，薄件； （3）数据不够准确，应测三点取平均值（4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。
材料力学性能
冲击韧性
Titanic沉没原因
一项新的科学研究回答了80年未解之谜
含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温 呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断 口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当 好的韧性。
低温脆性 韧脆转变温度
含硫高的钢
现代船舶用钢
不同碳含量钢冲击功与温度关系
材料力学性能
断裂韧度
断裂力学：在承认机件存在宏观裂纹的前提下，建立了裂纹扩展的各种新的力 学参量，并提出了含裂纹体的断裂判据和材料断裂韧度。
< 450HB：测试压头为淬火钢球，硬度符号HBS； <650HB：测试压头为硬质合金，硬度符号HBW。 经验公式：低碳钢：σb≈3.6HBS；高碳钢：σb≈3.4HBS。 适用范围:用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等. 优缺点： （1）测量值较准确，重复性好； （2）可测组织不均匀材料； （3）不适合测试成品与薄件； （4）测量费时，效率低。
材料力学性能
低碳钢单向静载拉伸应力―应变曲线
1、oa段：弹性变形 2、ab段：弹性变形+塑性变形 3、bcd段：明显塑性变形，出现屈
服现象，作用力基本不变情况下，试 样连续伸长。
4、dB段曲线：弹性变形+均匀塑性
变形
5、B点：出现缩颈现象，试样局部
截面明显缩小试样承载能力降低，拉 伸力达到最大值，试样即将断裂。
处理称为预先热处理；二是提高材料使用性能，延长零件使用寿命， 这种热处理称为最终热处理。
分类： 热处理
普通热处理（四火：退火、正火、淬火、回火） 表面热处理 （表面淬火、化学热处理） 其他热处理（真空热处理、形变热处理等 ）
钢材热处理工艺
共析钢在加热时的组织转变（回顾）
珠光体向奥氏体转变过程四步： （1）奥氏体形核； （2）奥氏体长大； （3）剩余Fe3C溶解； （4）奥氏体均匀化。
A+P
Pf
（P转变终了线）
产物区
炉冷
230℃ 0℃
-100℃
Ms Mf
M
K（P转变中止线）
空冷
M+A′
水冷
Vc
油冷
（上临界冷却速度）
Vc` （下临界冷却速度）
时间 t
钢材热处理工艺
细A 均匀A
用C曲线定性说明连续冷却转变产物
A1
等温退火
650℃
退火
600℃ 550℃
500-650℃
正火
(炉冷)
(空冷)
珠光体的铁素体和渗碳体层片粗细与转变温度有关。
温度越低，珠光体的层片越细。层片变细，强度硬度增加， T
塑性韧性有所增加。
钢材热处理工艺
2）贝氏体型转变（又称中温转变）
转变温度： 550—Ms（230℃）
转变产物：贝氏体 B（bainite）----由过饱和F和渗
碳体组成的混合物。
B上
550~350℃：上贝氏体（upper bainite ）（B上）
钢材热处理工艺
共析钢C曲线及转变产物
T/℃
800
A1
A
700 过
转变开始
600
冷
A→S
A A→T
A→P
转变结束
S
T
P 5~25HRC
25~35HRC 35~40HRC
500 400
过 A→上B 冷
上B
40~50HRC
300
A
A→下B
下B 50~60HRC
Ms
200
100
A→M
M+A'
60~65HRC
材料力学性能
硬度
材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。
硬度的测试方法 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度 （4）肖氏硬度 （5）里氏硬度 （6）莫氏硬度
123465
材料力学性能
布氏硬度
单位面积上所承受的平均应力，即试验力p与压痕球 形பைடு நூலகம்面积的商。
羽毛状组织，强度与塑性都较低，脆性很高。
350℃~ Ms：下贝氏体（lower bainite ）（ B下） 针片状组织，综合性能好。
B下
钢材热处理工艺
3）马氏体转变（又称低温转变）
转变温度：Ms（230°C）~ Mf 转 变 产 物 ： 马 氏 体 （ martensite ） +A′(residual austenite ) 马氏体：碳在α-Fe中形成的过饱和固溶体， 用M表示。
0
Mf
-100
M
0
1
10
102
103
104
105 时间/s
钢材热处理工艺
1）珠光体型转变（又称高温转变）
转变温度： A1~550℃；转变产物：珠光体
P
A1 ~ 6500C：珠光体片层较粗， P（珠光体-pearlite ） 6500C~6000C：珠光体层片较细，S（索氏体- sorbite ） S 6000C~5500C：珠光体层片极细，T (屈氏体－troolstite）
冷却方法 随炉冷却 空气冷却 油中冷却 水中冷却
σb/Mpa 519 657~706 882 1078
σs/Mpa 272 333 608 706
δ/% 32.5 15~18 18~20 7~8
ψ/% 49 45~50 48 12~14
HRC 15~18 18~24 40~50 52~60
钢材热处理工艺
应力场强度因子K1
K1 Y a
Y—裂纹强度系数
c c
断裂韧度K1C
K1c Y c a c
裂纹不会扩展，安全 裂纹扩展，断裂失效
张开型穿透裂纹无限大板的应力分析
材料力学性能
疲劳强度
80%的断裂由疲劳造成
疲劳现象：
金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断
裂现象。
疲劳特点：
钢材热处理工艺
钢在冷却时的组织转变