四川轻化工大学（四川理工学院）：《材料工程基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 金属材料热处理

第四章金属材料热处理 第一节热处理的发展史 第二节热处理的理论基础 第三节钢的热处理 第四节固溶与时效处理

第一节 热处理的发展史 第二节 热处理的理论基础 第三节 钢的热处理 第四节 固溶与时效处理 第四章 金属材料热处理

第一节热处理的发展史 早在公元前770~前22年,中国人在生产实践中就 已发现,铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。 白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪,钢铁兵器逐渐被采用,为了提高钢 的硬度,淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕 下都出土的两把剑和一把戟,其显微组织中都有马氏体 存在,说明是经过淬火的

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢 的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕 下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体 存在，说明是经过淬火的。 第一节 热处理的发展史 早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就 已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。 白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺

随着淬火技术的发展,人们逐渐发现淬冷剂对淬火 质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打 制3000把刀,相传是派人到成都取水淬火的。这说明中 国在古代就注意到不同水质的冷却能力了,同时也注意 了油和尿的冷却能力。 中国出土的西汉(公元前206~公元24)中山靖王墓中 的宝剑,心部含碳量为015~0.4%,而表面含碳量却达 0.6%以上,说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人 手 艺”的秘密,不肯外传,因而发展很慢

随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火 质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打 制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中 国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意 了油和尿的冷却能力。 中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中 的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达 0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人 “手 艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢

1863年,英国金相学家和地质学家展示了钢铁在 显 微镜下的六种不同的金相组织,证明了钢在加热和冷却 时,内部会发生组织改变,钢中高温时的相在急冷时转 变为法榃炙龑卿榘德确立的铁的同素异构理论,以及英 国人奥斯汀最早制定的铁碳相图,为现代热处理工艺初 步奠定了理论基础。与此同时,人们还研究了在金属热 处理的加热过程中对金属的保护方法,以避免加热过程 中金属的氧化和脱碳等

1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在 显 微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却 时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转 变为一种较硬的相。 法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英 国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初 步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热 处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程 中金属的氧化和脱碳等

1850~1880年,对于应用各种气体(诸如氢气、煤 氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889 1890 1901~1925年,在工业生产中应用转筒炉进行气体 檨薅烹藷’^糰热銼釣颉碳势达到 可控,以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进 步控制炉内气氛碳势的方法; 20世纪60年代以来,热处理技术运用等离子场,发 展了离子渗氮、渗碳工艺;激光、电子束技术的应用 又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法

1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤 气、 一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～ 1890 年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体 渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到 可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一 步控制炉内气氛碳势的方法； 20世纪60年代以来，热处理技术运用等离子场，发 展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用， 又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法

第二节热处理的理论基础 热处理是将金属材料以一定的速度加热到预定温度 并保持预定的时间,再以预定的冷却速度进行冷却的综 合工艺方法。 在铸造、压力加工和焊接成形过程中,不可避免地 存在组织缺陷。对金属材料进行热处理主要源于提高其 综合机械性能,符合材料在设计和制备过程中所遵循的 “成分一组织一性能”的原则

在铸造、压力加工和焊接成形过程中，不可避免地 存在组织缺陷。对金属材料进行热处理主要源于提高其 综合机械性能，符合材料在设计和制备过程中所遵循的 “成分－组织－性能”的原则。 第二节 热处理的理论基础 热处理是将金属材料以一定的速度加热到预定温度 并保持预定的时间，再以预定的冷却速度进行冷却的综 合工艺方法

口金属材料的强化机制 结构材料 金属材料高分子材料陶瓷材料 强度 屈服强度断裂强度抗拉强度疲劳强度 材料强度的唯一性判据 导致材料失效 的最大应力

❑ 金属材料的强化机制 导致材料失效 的最大应力 结构材料 金属材料 高分子材料 陶瓷材料 强 度 屈服强度 断裂强度 抗拉强度 疲劳强度 材料强度的唯一性判据

通常研究的结构材料在室温工作条件下,最需要考虑的是屈服 强度和断裂强度。 屈服强度 断裂强度 Ob=ok bok 脆性材料 塑性材料 脆性材料的强度 塑性材料的强度 通常以。表示 通常以σ表示 大部分金属材料属于塑性材料,其塑性变形是靠位 错的运动而发生的,因此,任何阻止位错运动的因素都 可以成为提高金属材料强度的途径

通常研究的结构材料在室温工作条件下，最需要考虑的是屈服 强度和断裂强度。 屈服强度 断裂强度 σb≥σk σb≤σk 脆性材料 塑性材料 脆性材料的强度 通常以σk表示 塑性材料的强度 通常以σb表示 大部分金属材料属于塑性材料，其塑性变形是靠位 错的运动而发生的，因此，任何阻止位错运动的因素都 可以成为提高金属材料强度的途径

固溶强化: 当合金由单相固溶体构成时,随溶质原子含量的增 加,其塑性变形抗力大大提高,表现为强度和硬度上升, 塑性和韧性值下降。 400 6 b 300 M TIB 300 200 3,228% 220至60 30 1.617% i00 1.097% l00 0.55 02041060g000 00.10.20.30.4 Ai 真应变 Cu-Ni溶体的机械 Al-Mg固溶体的应力一应变曲线 性能与成分的关系

➢ 固溶强化： 当合金由单相固溶体构成时，随溶质原子含量的增 加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度和硬度上升， 塑性和韧性值下降。 Cu－Ni固溶体的机械 性能与成分的关系 Al－Mg固溶体的应力－应变曲线 σb δ δ

固溶强化的实质:晶体结构中的弹性交互作用、电 交互作用和化学交互作用。其中最主要的是:溶质 原子与位错的弹性交互作用阻碍了位错的运动。 五a 不同溶质原子在位错周围的分布状态 Corel气团模型:溶质原子与位错弹性交互作用的结果, 使溶质原子趋于聚集在位错的周围,以减小点阵畸变, 降低体系的能量。(它对位错有“钉扎”作用)

固溶强化的实质：晶体结构中的弹性交互作用、 电 交互作用和化学交互作用。其中最主要的是：溶质 原子与位错的弹性交互作用阻碍了位错的运动。 不同溶质原子在位错周围的分布状态 Cotrell气团模型：溶质原子与位错弹性交互作用的结果， 使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小点阵畸变， 降低体系的能量。（它对位错有“钉扎”作用）