汽车应用材料

1. 汽车应用材料 第二章 金属材料

2. 第二节金属材料的组织和性能控制 一.钢的热处理 　　　　二.钢的合金化 三. 表面技术 汽车应用材料 第二章

3. 一. 钢的热处理 (一)热处理的概念与原理 1.钢在加热时的转变 2.钢在冷却时的转变 (二)钢的普通热处理 汽车应用材料 第二章

4. 热处理的概念 把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。 图2-23 热处理与成分、组织、性能间关系示意图 图2-24 热处理基本工艺曲线 汽车应用材料 第二章

5. 1.　钢在加热时的转变 临界温度 平衡时： A1、 A3 、Acm 加热时： Ac1、Ac3、Accm 冷却时： Ar1、Ar3、Arcm 汽车应用材料 第二章

6. 奥氏体的形成 ——Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。 共析钢加热到Ac1以上时， P → A 共析钢A化过程 —— 形核 、长大、 Fe3 C 完全溶解、C 的均匀化。 亚（过）析钢的A化 ——P → A 后，先共析F 或 Fe3CⅡ溶解。 汽车应用材料 第二章

7. 影响A转变速度的因素 加热温度和速度↑→ 转变快 C%↑或 Fe3 C片间距↓ → 界面多，形核多 → 转变快 合金元素 → A化速度↑(P,Mn)或↓(Al,Cr) A 晶粒度 　　加热温度，保温时间↑→ 晶粒尺寸↑ 　　合金碳化物↑，C% ↓ → 晶粒尺寸↓ 汽车应用材料 第二章

8. 影响晶粒大小的因素 加热温度、保温时间、化学成分 细晶化控制： a、采用Al作最终脫氧，加入Ti、V、Nb b、加热速度、保温时间控制。 汽车应用材料 第二章

9. 2　钢在冷却时的转变 1．过冷A的等温转变 2．过冷A的连续冷却转变 汽车应用材料 第二章

10. 过冷A的等温转变 共析钢的C 曲线 过冷A :T < A1时，A不稳定。 A等温转变曲线 (TTT 或 C 曲线) 高温转变， A1 ~ 550℃　过冷A → P 型组织 中温转变， 550℃ ~ MS过冷A →贝氏体( B ) 低温转变， MS ~ Mf 过冷A →马氏体 ( M ) 汽车应用材料 第二章

11. P 型组织 ——F + 层片状 Fe3C 索氏体 S 8000× 屈氏体 T 8000× 珠光体 P ，3800× 珠光体 P索氏体 S屈氏体 T 层片间距：P > S > T 汽车应用材料 第二章

12. 中温转变（550℃ ~ MS）——C原子扩散， Fe原子不扩散 45钢，上B+下B，×400 光学显微照片 1300× 电子显微照片 5000× 过冷A → 贝氏体 B（碳化物 + 含过饱和C的F ） 上B， 550 ~ 350℃产物 —— 羽毛状，小片状Fe3C分布在F间。 上B 强度和韧性差 汽车应用材料 第二章

13. 下B， 350℃ ~ MS 产物 F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒 电子显微照片 12000× T8钢，下B，黑色针状 光学显微照片 ×400 下B 韧性高，综合机械性能好。 汽车应用材料 第二章

14. 亚（过）共析钢过冷A的等温转变 与共析钢相比，C曲线左移，多一条过冷AF （Fe3CⅡ）的转变开始线，且Ms、Mf 线上（下）移。 汽车应用材料 第二章

15. 2. 过冷A的连续冷却转变 连续冷却 转变(CCT)曲线 Ps—— A→P 开始线 Pf—— A→P 终止线 KK'—— P型转变终止线 Vk ——上临界冷却速度 Vk'——下临界冷却速度 MS—— A→ M 开始温度 Mf—— A→ M 终止温度 汽车应用材料 第二章

16. 连续冷却 转变产物 炉冷→P (V≈０) 空冷→S (V≤Vk') 油冷→T+M+A'(Vk'～Vk) 水冷→M+A' (V≥Vk) CCT 和 TTT曲线的比较: CCT 位于 TTT曲线右下方 CCT中没有 A→B 转变 汽车应用材料 第二章

17. 马氏体（M）转变特点 1) 无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散，M是体心正方的C过饱和的F，固溶强化显著。 2) 瞬时性M 的形成速度很快，温度↓则 转变量↑ 3) 不彻底M 转变总要残留少量 A，A中的C%↑ 则 MS、Mf ↓，残余A含量↑ 4) M形成时体积↑，造成很大内应力。 汽车应用材料 第二章

18. M 的形态 板条M, 平行的细板条束组成 针状M（凸透镜状） Fe-1.8C，冷至-100℃ Fe-1.8C，冷至-60℃ C% < 0.25 % 时，为板条M（低碳M）。 C% > 1.0 % 时，为针状M 。 C% = 0.25~1.0 % 时，为混合M 。 汽车应用材料 第二章

19. M 的性能 C %↑→ M 硬度↑ 针状M 硬度高，塑韧性差。 板条M 强度高，塑韧性较好。 汽车应用材料 第二章

20. (二)　钢的普通热处理 1．退火 　2．正火 　　3．淬火 　　　4．回火 汽车应用材料 第二章

21. 1、退火 加热、保温后，缓冷(炉冷)→ 近平衡组织 P（ + F 或 Fe3CII ） 目的：1）降低硬度以利于切削加工； 2）提高塑性以利于塑性加工成型； 3）细化晶粒以提高力学性能； 4）消除应力以防工件变形或开裂。 退火一般作为改善工艺性能的预备热处理。 汽车应用材料 第二章

22. 1．退火 完全退火（亚共析钢） 加热温度Ac3+20～30℃ 缓冷→ F+ P 目的：　　细化晶粒，均匀化组织 　　降低硬度 → 切削性↑ 等温退火： 等温转变→F+ P，再缓冷 球化退火（过共析钢） 　　在Ac１+20～30℃等温， 　使Fe3CⅡ球化，再缓冷 →　球状P（F+球状Cm） 目的： 　硬度↓,切削性↑,韧性↑ 扩散退火 加热至略低于固相线 目的：使成分、组织均匀 再结晶退火： 加热温度TR+30～50℃ 目的：消除加工硬化 去应力退火 加热温度＜Ac1 ，　　一般为500～650℃ 目的： 　消除冷热加工后的内应力 汽车应用材料 第二章

23. 汽车应用材料 第二章

24. ２．正火 加热温度 Ac3 ( Accm )+ 30～50℃， 空冷 → S （ + F 或 Fe3CII ） 常作最终热处理。 汽车应用材料 第二章

25. 应用： 1) 钢的最终热处理 　　 细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)% → 强度、韧性、硬度↑ 2) 预先热处理 —— 淬火、球化退火前改善组织。 　 3) 增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。 汽车应用材料 第二章

26. 正火 汽车应用材料 第二章

27. 3．淬火（蘸火） 加热到Ac3、Ac1以上，保温， 快速冷却 → M 。 目的：获得马氏体组织，使钢具有高硬度和高耐磨性。淬火是强化钢材的重要方法。 淬火温度 1) 亚共析钢 Ac3 + 30～50 ℃ 2) 过共析钢 Ac1 + 30～50 ℃， → M + Fe3CII + A' ，硬度大。 A中C%↓→ M 脆性↓ ，残余A%↓ 淬火温度低 → M细小，淬火应力小。 汽车应用材料 第二章

28. 冷却介质 冷却速度： 盐水 ＞ 水 ＞ 盐浴 ＞ 油 淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： ＞Ms盐浴中均温＋空冷 等温淬火（ 在盐、碱浴中） → 下B 汽车应用材料 第二章

29. 淬火 汽车应用材料 第二章

30. 钢的淬透性 淬火时得到M的能力， 取决于临界冷却速度VK 。 淬硬性：淬火后获得的最高度， C%↑→淬硬性↑ 影响淬透性的因素 除Co外，合金使VK↓ , 淬透性↑ 淬透性的应用 按负载，选择不同淬透性的材料。 (a)完全淬透 (b)淬透较大厚度 (c)淬透较小厚度 淬透性不同的钢调质后机械性能的比较 汽车应用材料 第二章

31. 汽车应用材料 第二章

32. 回火工艺是将淬火后的钢加热到A1线以下某一温度，保温一定时间后出炉空冷到室温的一种热处理工艺。回火是淬火的后续工序.目的:是为了减少或消除淬火应力，防止工件变形与开裂，稳定工件尺寸及获得必需的力学性能。 4．回火 汽车应用材料 第二章

33. （1）常见回火工艺 低温回火（150～250℃） → 回火M ( 过饱和F +薄片状Fe2.4C ) + A' 　　淬火应力↓ ，韧性↑ ，保持淬火后的高硬度。 　　用于高C工具钢等。 中温回火（350～500℃）→ 回火T (F +细粒状Cm ) 　　弹性极限和屈服强度↑，韧性和硬度中等。 　　用于弹簧等。 高温回火（500～650℃）→ 回火S (等轴状F +粒状Cm ) 　　综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都较好。 　　用于重要零件。 调质处理 —— 淬火 + 高温回火 汽车应用材料 第二章

34. 汽车应用材料 第二章

35. （2）回火脆性 钢在回火时会产生回火脆性现象。淬火钢在250～350℃和450～600℃两个温度范围内回火时，其冲击韧度明显下降。 汽车应用材料 第二章

36. 汽车应用材料 第二章

37. 前者称为低温回火脆性或第一类回火脆性，是由于马氏体中析出薄片状的ε碳化物引起的，属于不可逆脆性； 后者为高温回火脆性或第二类回火脆性，多见于合金钢，主要是由于某些杂质元素及合金元素在晶界上严重偏聚引起的，为可逆脆性，可以通过重新加热或在钢中将加入适量的W、Mo来有效的防止这种脆性。 汽车应用材料 第二章

38. 回火产物的组织形态比较 回火M　× 400 回火T　× 7500 回火S　× 7500 S × 1000 T × 1000 M　低倍 汽车应用材料 第二章

39. 二、金属材料的表面技术 (一)　钢的表面热处理（表面淬火） （二） 热喷涂技术 （三） 电刷镀 （四） 气相沉积技术 汽车应用材料 第二章

40. (一)　钢的表面热处理（表面淬火） 不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。 　　目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。 1.感应加热表面淬火 　　交变磁场 → 感应表面电流 → 表面加热 特点 1) 加热速度快，晶粒度小，硬度↑，脆性↓ 2) 表层残余压应力 → 提高疲劳强度 3) 不易氧化、脱碳、变形小。 4) 加热温度和淬硬层厚度容易控制。 汽车应用材料 第二章

41. 感应加热表面淬火 汽车应用材料 第二章

42. 感应加热表面淬火2 感应加热表面淬火3 汽车应用材料 第二章

43. 2.火焰加热表面淬火 （乙炔－氧等火焰） 特点: 设备简单，但生产率低。 原理： 应用：大型工件 汽车应用材料 第二章

44. 2.　钢的化学热处理 将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。 　　分类 —— 渗 C、N化、C N共渗、渗硼、渗铬、渗Al等。 汽车应用材料 第二章

45. 1.钢的渗 C ——气体、固体渗 C 低C钢在高C介质中加热到900～950℃、保温 → 高碳表层（约1.0%） 目的：表面硬度，耐磨性↑ ，心部保持一定的强度和塑韧性。 汽车应用材料 第二章

46. 渗 C 汽车应用材料 第二章

47. 渗碳后的的热处理 淬火 　直接淬火 —— 晶粒粗大，残余A多，耐磨性低，变形大。 　一次淬火 —— 加热温度Ac3以上（心部性能↑ ）或 Ac1以上（表面性能↑ ） 　二次淬火 ——Ac3以上（心部性能↑ ）+ Ac1以上（表面性能↑ ） 低温回火, 150～200℃， 消除淬火应力，提高韧性。 汽车应用材料 第二章

48. 2.钢的氮化 工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。 　　氮化温度低(500～600℃)，时间长（20～50h），渗层薄。 　　氮化前调质处理、氮化后无须淬火。 汽车应用材料 第二章

49. 汽车应用材料 第二章

50. 汽车应用材料 第二章