1、加工硬化  在塑性變形過程中，隨著金屬內(nèi)部組織的變化，金屬的力學(xué)性能也將產(chǎn)生明顯的變化，即隨著變形量的增加，金屬的強度、硬度增大，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象即為加工硬化或形變強化。加工硬化現(xiàn)象在金屬材料生產(chǎn)過程中具有重要的實際意義，目前已廣泛用來提高金屬材料的強度。例如自行車鏈條的鏈板，材料為Q345 (16Mn)低合金鋼，原來的硬度為150HBW，抗拉強度Rm≥520MPa，經(jīng)過五次軋制，鋼板厚度從3.5mm壓縮到1.2mm（變形量為65.7%），這時硬度提高到275HBW，抗拉強度提高到接近

斷裂是金屬材料在外力的作用下喪失連續(xù)性的過程。它包括裂紋的萌生和裂紋的擴展兩個基本過程。斷裂過程的研究在工程上有很大的實際意義。金屬零件的斷裂，不僅使整個設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，并且往往造成重大傷亡事故，比塑性變形產(chǎn)生的后果要嚴(yán)重得多。(1)塑性斷裂  塑性斷裂又稱為延性斷裂，斷裂前發(fā)生大量的宏觀塑性變形，斷裂時承受的工程應(yīng)力大于材料的屈服強度。由于塑性斷裂前產(chǎn)生顯著的塑性變形，容易引起人們的注意，從而可及時采取措施防止斷裂的發(fā)生，即使局部發(fā)生斷裂，也不會造成災(zāi)難性事故。對于使用時只有塑性斷裂可能的金屬材

鋼的含碳量對其主要有四方面的影響：可加工性，鑄造性，可鍛性，焊接性。1)可加工性。一般認為中碳鋼的塑性比較適中，硬度在200HBW左右的時候，可加工性最好。含碳量過高或過低，都會降低其可加工性。2)鑄造工藝性能。鑄鐵的流動性比鋼好，容易鑄造，尤其是靠近共晶成分的鑄鐵，其結(jié)晶溫度低，流動性也好，并且具有良好的鑄造性能。從相圖來看，凝固溫度區(qū)間越大，越容易形成分散縮孔和偏析，鑄造工藝性能越差。3)可鍛性。低碳鋼比高碳鋼好。因為鋼加熱到單相奧氏體狀態(tài)時，塑性好、強度低，便于塑性變形，因此一般鍛造都是在單相奧氏體狀態(tài)下進行

工業(yè)上使用的金屬材料大多是合金，根據(jù)合金的組織可將其分為兩大類：單相固溶體合金和多相合金。多晶體合金的塑性變形方式，總的來說與多晶體純金屬的情況基本相同，但由于合金元素的存在，組織也不相同，故塑性變形也各有特點，下面分別進行討論。1．單相固溶體合金的塑性變形由于單相固溶體合金的顯微組織與多晶體純金屬相似，因而其塑性變形過程也基本相同。但是由于固溶體中存在著溶質(zhì)原子，因而使合金的強度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降，產(chǎn)生了固溶強化效果。2．多相合金的塑性變形多相合金也是多晶體，但其中有些晶粒是另一相，有些界面是相界面

通常我們按有無共晶轉(zhuǎn)變來區(qū)分碳素鋼和鑄鐵，即碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%為碳素鋼，大于2.11%為鑄鐵。根據(jù)組織特征，參照Fe-Fe3C相圖可將鐵碳合金按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)劃分為以下七種類型。1)工業(yè)純鐵，wc<0.0218%。2)共析鋼，wc=0.7770。3)亞共析鋼，wc為0.0218%~0.77%。4)過共析鋼，wc為0.77%~2.11%。5)共晶白口鑄鐵，wc=4.30%。6)亞共晶白口鑄鐵，wc為2.11%~4.30%。7)過共晶白口鑄鐵，wc為4.30%~6.69%。

鐵碳合金是碳素鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱，是工業(yè)中應(yīng)用最廣的合金，是國民經(jīng)濟的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。不同成分的碳素鋼和鑄鐵，組織和性能也不相同。鐵碳相圖是碳素鋼與鑄鐵及其加工處理的主要理論基礎(chǔ)，它反映了平衡條件下鐵碳合金在各種溫度時成分與組織的關(guān)系，并且顯示了某些性能變化的規(guī)律性。在研究和使用鋼鐵材料、制定其熱加工和熱處理工藝以及分析工藝廢品的原因時，都需要應(yīng)用鐵碳相圖。    鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金最基本的工具，是研究碳素鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，是制定熱加工、熱

所謂回火，就是將淬火鋼加熱到低于臨界點A1的某一溫度，保溫以后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。淬火鋼的組織主要是馬氏體或馬氏體加殘留奧氏體，而且有較大的淬火應(yīng)力。馬氏體和殘留奧氏體在室溫下都處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，馬氏體處于含碳過飽和狀態(tài)，殘留奧氏體處于過冷狀態(tài)，它們都趨于向鐵素體加滲碳體（碳化物）的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。但在室溫下，原子擴散能力很低，這種轉(zhuǎn)化很難進行，回火則促進這種組織轉(zhuǎn)化。因此淬火鋼件必須立即回火，以消除或減少內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂，并獲得穩(wěn)定的組織和需要的性能。為了保證淬火鋼回火獲得需要的組織和性能，必

共析鋼過冷奧氏體在等溫轉(zhuǎn)變圖鼻溫至A1線之間較高溫度范圍內(nèi)等溫停留時，將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，形成含碳量和晶體結(jié)構(gòu)相差懸殊并和母相奧氏體截然不同的兩個固態(tài)新相：鐵索體和滲碳體。因此，奧氏體到珠光體的轉(zhuǎn)變必然發(fā)生碳的重新分布和鐵晶格的改組。由于相變在較高溫度下發(fā)生，鐵、碳原子都能進行擴散，所以珠光體轉(zhuǎn)變是典型的擴散型相變，又稱高溫轉(zhuǎn)變。根據(jù)奧氏體化溫度和奧氏體化程度不同，過冷奧氏體可以形成片狀珠光體和粒狀珠光體兩種組織形態(tài)。前者滲碳體呈片狀，后者呈粒狀。1)片狀珠光體的形成、組織和性能。由Fe-Fe3C相圖可知，wc=0.

鐵碳相圖在客觀上反映了鋼鐵材料的組織隨成分和溫度變化的規(guī)律，它在工程上為選材、用材及鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工工藝提供了重要的理論依據(jù)，因此在生產(chǎn)中具有重大的實際意義，主要應(yīng)用在以下方面。1．在鋼鐵材料選用方面的應(yīng)用由鐵碳相圖可知，鐵碳合金中隨著含碳量的不同，它的平衡組織也各不相同，從而導(dǎo)致其力學(xué)性能不同。因此，可以根據(jù)零件的不同性能要求來合理地選擇材料。例如，建筑結(jié)構(gòu)和各種型鋼需用塑性、韌性好的材料，可選用含碳量較低的鋼材；機械零件需要強度、塑性及韌性都較好的材料，應(yīng)選用碳含量適中的中碳鋼；各種工具要用硬度高和耐

1．多晶體的變形特點除了少數(shù)場合，實際上使用的金屬材料大多是多晶體。多晶體的塑性變形也是以滑移和孿生為其基本方式，但是多晶體是由許多形狀、大小、取向各不相同的單晶體晶粒所組成的，這就使多晶體的變形過程更加復(fù)雜。首先，多晶體的塑性變形受到晶界的阻礙和位向不同的晶粒的影響；其次，任何一個晶粒的塑性變形都不是處于獨立的自由變形狀態(tài)，需要其周圍的晶粒同時發(fā)生相應(yīng)的變形來配合，以保持晶粒之間的結(jié)合和整個晶體的連續(xù)性。因此，多晶體的塑性變形表現(xiàn)出如下變形特點：①晶粒變形的不同時性，各晶粒的變形有先有后。②各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性

鋼的加熱轉(zhuǎn)變是為了獲得均勻、細小的奧氏體晶粒，然而得到奧氏體組織不是最終目的。因為大多數(shù)零件、構(gòu)件都在室溫下工作，所以高溫奧氏體狀態(tài)最終總是要冷卻下來。鋼從奧氏體狀態(tài)的冷卻過程是熱處理的關(guān)鍵工序。因為鋼的性能最終取決于奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變后的組織。因此，研究不同冷卻條件下鋼中奧氏體組織的轉(zhuǎn)變規(guī)律，對于正確制定鋼的熱處理冷卻工藝，獲得預(yù)期的性能具有重要的實際意義。鋼在鑄造、軋制、鍛造、焊接以后，也要經(jīng)歷由高溫到室溫的冷卻過程。這雖然不作為一個熱處理工序，但實質(zhì)上也是一個冷卻轉(zhuǎn)變過程，正確控制這些過程，有利于減小或防止熱加工

在熱塑性加工間斷期間，或者熱塑性加工完成以后，如果金屬仍處于較高的溫度，此時金屬將會發(fā)生以下三種軟化過程：靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶。(1)靜態(tài)回復(fù)  金屬經(jīng)熱塑性加工以后，形成位錯胞狀結(jié)構(gòu)，使內(nèi)能增高，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。在變形停止以后，若變形量不超過臨界變形量，將會發(fā)生靜態(tài)回復(fù)。影響熱塑性加工后靜態(tài)回復(fù)的因素有以下幾點。1)變形溫度升高，驅(qū)動回復(fù)的儲存能減少，回復(fù)速度減慢。2)變形量增大，儲存能增加，回復(fù)速度加快。3)變形速度加快，儲存能增加，回復(fù)速度加快。4)隨著熱塑性加工后停留

鋼經(jīng)熱處理后性能之所以發(fā)生重大的變化，是由于經(jīng)過不同的加熱和冷卻過程，鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。因此，要制定正確的熱處理工藝規(guī)范，保證熱處理質(zhì)量，必須了解鋼在不同加熱和冷卻條件下的組織變化規(guī)律，這就是熱處理的原理。鋼為什么可以進行熱處理？是不是所有的金屬材料都能進行熱處理呢？這個問題與合金相圖有關(guān)。原則上只有在加熱或冷卻時發(fā)生固溶度顯著變化或者發(fā)生類似純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，即有固態(tài)相變發(fā)生的合金才能進行熱處理。純金屬、某些單相合金等不能用熱處理強化，只能采用加工硬化的方法。因為鋼具有共析轉(zhuǎn)變這一重要特性，像純鐵具有同素

淬火鋼回火時的沖擊韌度并不總是隨回火溫度的升高單調(diào)地增大，有些鋼在一定的溫度范圍內(nèi)回火時，其沖擊韌度會顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性。鋼在250~400℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性叫做第一類回火脆性，在450~650℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的回火脆性叫做第二類回火脆性。(1)第一類回火脆性  第一類回火脆性幾乎在所有的工業(yè)用鋼中都會出現(xiàn)。鋼中含有的合金元素一般不能抑制第一類回火脆性，但Si、Cr、Mn等元素可將脆化溫度推向更高的溫度。到目前為止，還沒有一種有效地消除第一類回火脆性的熱處理或合金化方

完全退火是將鋼件或鋼材加熱至Ac3以上，保溫足夠長時間，使組織完全奧氏體化后進行緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。它主要用于亞共析鋼（wc=0.3%~0.6%），其目的是細化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度和改善鋼的可加工性。低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態(tài)緩冷退火時，有網(wǎng)狀二次滲碳體析出，使鋼的強度、塑性和沖擊韌度顯著降低。在中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄件、鍛（軋）件中，常見的缺陷組織有魏氏組織、晶粒粗大和帶狀組織等。在焊接工件焊縫處的組

完全退火需要的時間很長，尤其是過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼更是如此。如果將奧氏體化后的鋼以較快的冷速冷卻至稍低于Ar1的溫度等溫，使奧氏體變?yōu)橹楣怏w，再空冷至室溫，則可大大縮短退火時間，這種退火方法叫做等溫退火。等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼，它不但可以達到和完全退火相同的目的，而且有利于鋼件獲得均勻的組織和性能。但是對于大截面鋼件和大批量爐料，卻難以保證工件達到等溫溫度，故不宜采用等溫退火。青島豐東熱處理有限公司是豐東股份在山東的控股子公司，是從事熱處理加工，熱處理裝備研發(fā)與制造的專業(yè)公司。為客戶提供化

在冷態(tài)下成形的沖壓零件用鋼稱沖壓用鋼（沖壓鋼）。這類鋼既要求具有較高的塑性、成形性好，又要求沖壓出來的零件具有平滑光潔的表面。1)化學(xué)成分。沖壓鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc<0.2%。對沖壓變形量大、輪廓形狀復(fù)雜的零件，則多采用wc<0.05%的鋼。2)常用的沖壓用鋼。沖壓用薄鋼板通常在熱處理后經(jīng)精壓后供貨，鋼板材料是低碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，用量最大的是08F和08 A1薄板。對形狀簡單、外觀要求不高的沖壓件，可選用價廉的08F鋼；而沖壓性能要求高，外觀要求嚴(yán)的零件宜選用08 A1；變形不大的一般沖壓件，可用10鋼

合金刃具鋼主要是指用來制造車刀、銑刀、鉆頭、絲錐、板牙等切削刃具的鋼。刃具在工作時受到零件的壓力，刃部與切屑之間產(chǎn)生強烈摩擦，使刀刃磨損并發(fā)熱，切削速度越大，刃部溫度越高，結(jié)果導(dǎo)致刃部硬度降低，甚至喪失切削功能，此外刃具還承受一定的沖擊和振動，因此，要求刃具具有以下性能。1)高的硬度和耐磨性。一般刃具的硬度應(yīng)高于60HRC，切削某些高硬度材料時，刃具的硬度還要更高些。通常硬度越高，耐磨性越好。耐磨性直接影響刃具壽命，耐磨性不僅決定于硬度，而且與鋼中碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布狀況有關(guān)。2)高的熱硬性。熱硬性是指鋼

低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素(合金元素總量WMe<3%)而得到的鋼。這類鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼的強度要高10%～30%，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法是由代表屈服強度的漢語拼音字母(Q)、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級符號(A、B、C、D、E)三個部分按順序排列組成的。質(zhì)量等級符號反映了低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼中有害元素（磷、硫）含量的多少，從A級到E級，鋼中磷、硫含量依次減少。如Q390A，代表屈服強度為390MPa、質(zhì)量等級為A級的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。合金元素在低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼中起的作用有：固溶

鋁合金在剛淬火后，強度和硬度并不高，塑性很好；但放置幾天后，強度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯下降。鋁合金的這種淬火后力學(xué)性能隨時間延長而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時效硬化現(xiàn)象，這一過程稱為時效。鋁沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在近鋁端處亦沒有共析轉(zhuǎn)變，只有固態(tài)溶解度隨溫度變化的曲線。將鋁合金固溶處理時，高溫下的過飽和α固溶體被原封不動地保留到室溫。但是這種過飽和固溶體在室溫下處于不平衡狀態(tài)，有脫溶分解和析出強化相而趨于穩(wěn)定的傾向。隨著時間的延長，強化相逐漸脫溶而使合金強度硬度提高，即所謂時效硬化。時效有自然時效和人工時效兩種方式。