（知识点）钢铁材料的基本组织序号名称含义

表1 钢材

铁材料的基本结构 编号 名称 含义 1、晶粒和晶界金属结晶后形成的形状不一致、内部晶格排列方向一致的小晶体，称为晶粒。 晶粒之间的界面称为晶界 2. 相和相界 在金属或合金中，任何具有相同成分、相同结构并相互分隔的界面的均匀成分称为相。 相之间的界面称为相界 3. 固溶体 通过将另一种元素的原子溶解在构成合金的一种金属元素的晶体中而形成的固相称为固溶体。 固溶体一般具有较高的强度、良好的塑性、耐腐蚀性和较高的电阻。

表1 钢材基本结构

序列号

姓名

意义

晶粒和晶界

金属结晶后形成的形状不一致、内部晶格排列一致的小晶体称为晶粒。晶粒之间的界面称为晶界

相和相界

在金属或合金中，任何具有相同成分、相同结构并由界面分隔的均质成分称为相。相之间的界面称为相界

实在的方法

另一种元素的原子溶解在一种金属元素的晶体中而形成的固相，构成合金，称为固溶体。固溶体一般具有较高的强度、良好的塑性、耐腐蚀性以及较高的电阻和磁性。

金属化合物

合金中不同元素的原子相互作用形成的具有金属性质的固相，其晶格类型和性质与其组成元素完全不同，称为金属化合物

奥氏体

奥氏体是碳和其他元素溶解在y-Fe中的固溶体。奥氏体具有面心立方晶体，塑性良好，一般在高温下存在。

铁体

铁素体是碳和其他元素溶解在a-Fe中的固溶体。铁素体具有体心立方晶格，含有很少的碳，其性能与纯铁非常相似。 也称为纯铁氧体。

渗碳体

渗碳体是铁和碳的化合物，又称碳化铁（Noc），含碳量6.69%，晶格结构复杂。其性质硬而脆，几乎没有塑性。

珠光体

珠光体是由铁素体和渗碳体交替组成的层状结构。 因其显微组织具有指纹般的珍珠光泽而得名。其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度和硬度适中，塑性和韧性良好。

索氏体

又称细珠光体，是奥氏体在低于珠光体形成温度的温度下分解形成的铁素体和渗碳体的混合物。 其片层比珠光体薄，只有在高倍显微镜下才能辨别。硬度、强度和冲击韧性均高于珠光体

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屈氏石

又称超细珠光体，是奥氏体在低于珠光体形成温度的温度下分解形成的铁素体和渗碳体的混合物。 其片层比索氏体更细，硬度和强度比索氏体高

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贝氏体

贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物。 贝氏体又分为上贝氏体和下贝氏体。 温度较高时形成的称为“上贝氏体”，呈羽毛状； 在较低温度下形成的称为“下贝氏体”，呈针状或竹叶状。与上贝氏体相比，下贝氏体具有较高的硬度和强度，并保持一定的韧性和塑性。

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马氏体

马氏体通常是指碳在a-Fe中的过饱和固溶体。 钢中马氏体的硬度随碳含量的增加而增加。 高碳马氏体硬度高且脆，而低碳马氏体韧性较高。马氏体是奥氏体转变产物中硬度最高的

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莱氏体

它是碳合金中的共晶结构。 高温时由奥氏体和渗碳体组成； 低温（727℃以下）由珠光体和渗碳体组成，含碳量为4.3%，组织中含有大量渗碳体，因此硬度高，塑性、韧性低。

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断裂试验

断口组织是钢材的质量指标之一。 将试样切刻或折断后，用肉眼或10倍放大镜检查断裂情况，称为断口检查。从断口可以看出金属缺陷

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塔形头发转动

型式检验

将钢材车制成规定的塔形或梯形试样，然后用酸蚀或磁粉法检查发纹，简称塔形检验。

注：碳含量指质量分数

表2 钢材的一般热处理

姓名

热处理工艺

热处理目的

1.退火

将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却至室温。

①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工

②细化晶粒，均匀化钢组织，改善钢的性能，为后续热处理做好准备

③消除钢材内应力，防止零件加工后变形、开裂

撤退

火

种类

不

(1)完全退火

将钢件加热到临界温度以上30-50℃（不同钢材的临界温度也不同，一般为710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800-900℃），保温一段时间一定时间，然后在炉中缓慢冷却（或埋在沙子中冷却）

细化晶粒，使组织均匀，降低硬度，充分消除内应力。 完全退火适用于碳含量（质量分数）在O.8%以下的锻件或铸钢件

(2)球化退火

将钢部件加热至高于临界温度 20-30°C。 保温后，缓慢冷却至500℃以下，然后风冷出炉。

降低钢材的硬度，改善切削性能，为后续淬火做好准备，减少淬火后的变形和开裂。 球化退火适用于含碳量（质量分数）大于O.8%的碳钢和合金工具钢

(3)去应力退火

将钢件加热到500~650℃，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般采用炉冷）

消除钢件焊接、冷矫时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，防止后续加工和使用过程中变形。

去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等。

2.正火

将钢件加热到临界温度以上40-60℃，保温一定时间，然后在空气中冷却

①改善组织结构和切削性能

②对于机械性能要求不高的零件，常采用正火作为最终热处理。

③消除内应力

3.淬火

将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油中快速冷却（有些材料在空气中）

①使钢件获得更高的硬度和耐磨性

② 使钢件经回火后获得某些特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等。

淬火

火

种类

不

(1)单液淬火

将钢件加热至淬火温度，保温，然后在淬火剂中冷却

单液淬火仅适用于形状比较简单、技术要求不高的碳钢和合金钢零件。淬火时，对于直径或厚度大于5～8毫米的碳钢零件，采用盐水或水冷却； 对于合金钢零件，采用油冷却。

(2)双液淬火

将钢件加热至淬火温度。 保温后，在水中快速冷却至300-400℃，然后转移到油中冷却。

(3)火焰表面淬火

将乙炔和氧气的混合燃烧火焰喷射到零件表面，将零件快速加热到淬火温度，然后立即将水喷射到零件表面。 火焰表面淬火适用于单件或小批量生产。 要求表面坚硬、耐磨，能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢零件，如曲轴、齿轮和导轨等。

(4)表面感应淬火

火

将钢部件放入感应器中。 电感器在一定频率的交流电作用下产生磁场。 钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面迅速加热（2～10min）至淬火温度。 这时，立即向钢材表面喷水。

经过表面感应淬火的零件表面坚硬耐磨，而心部则保持良好的强度和韧性。

表面感应淬火适用于中碳钢和中等碳含量的合金钢零件

4、回火

将淬火钢加热到临界温度以下，保温一段时间，然后在空气或油中冷却

回火是淬火后立即进行的，也是热处理的最后一步。

① 获得所需的力学性能。 一般情况下，零件淬火后的强度和硬度有很大提高，但塑性和韧性明显降低，而零件的实际工况要求有良好的强度和韧性。选择合适的回火温度进行回火后，所需的可以获得机械性能

② 组织稳定，规模稳定

③消除内应力

(1)低温回火

将淬火钢件加热至150-50℃，在此温度下保持一定时间，然后在空气中冷却。 低温回火多用于切削工具、量具、模具、滚动轴承和渗碳零件等。

消除钢件淬火产生的内应力

种类

不

(1)中温回火

将淬火钢件加热至350~450%，保温一段时间后冷却。 一般用于各类弹簧和热冲压模具等零件。

使钢件获得较高的弹性、一定的韧性和硬度

(1)高温回火

淬火钢件加热至500-650℃，保温后冷却。 主要用于要求高强度、高韧性的重要结构件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮、连杆等。

使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度、韧性和足够的硬度，并消除钢件淬火产生的内应力。

5.调理

淬火钢件的高温（500-600℃）回火多用于重要的结构件，如轴、齿轮、连杆等。淬火、回火通常在粗加工后进行。

细化晶粒可以使钢件获得较高的韧性和足够的强度，从而赋予其良好的综合机械性能。

6.

时效处理

(1)人工老化

将淬火钢件加热至100~160℃，长时间保温，然后冷却。

消除内应力，减少零件变形，稳定尺寸，这对于精度要求较高的零件更为重要。

(2)自然老化

将铸件放置在露天； 将钢件（如长轴、螺钉等）放入海水中或长时间悬挂或轻敲。 对于需要进行自然时效的零件，最好先进行粗加工。

7.化学热处理

将钢件置于含有一定活性原子（如碳、氮、铬等）的化学介质中，通过加热、保温、冷却等，使介质中的部分原子渗入钢件表面，从而实现改变。 钢件表层的化学成分赋予钢件表层某些特殊性能

改变

学习

热的

在

原因

(1)渗碳钢

将碳原子渗入钢件表面

常用于耐磨、受冲击的零件，如轮、齿轮、轴、活塞销等。

表面具有高硬度（HRC60~65）和耐磨性，而中心仍保持高韧性

(2)渗钢用氮

将氮原子渗入钢件表面

常用于重要的螺栓、螺母、销轴等零件

提高钢材表面的硬度和耐磨性，

耐腐蚀性能

种类

不

(3)钢铁的氰化

将碳、氮原子同时渗入钢件表面，适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零件，也可用于高速钢切削刀具。

提高钢材表面硬度和耐磨性

8.发黑

金属件在极浓的碱和氧化剂溶液中加热氧化，在金属件表面形成磁性氧化铁膜。 常用于低碳钢和低碳合金工具钢。

由于材料等因素的影响，黑化层的膜色有蓝黑色、黑色、红棕色、棕褐色等，其厚度为0.6～0. 8μm

防锈，增加金属表面的美观和光泽，消除淬火时的应力