材料工程基礎總結

1、第1章材料的熔煉冶金工程是給予礦產資源的開發(fā)利川和金屬材料的生產加工過程的工程技術。人們通 常將礦石或境況屮捉金屬的工業(yè)叫做冶金工業(yè)。本文主要介紹鋼鐵的冶金，說明金屬冶金的一般過程。11鋼鐵的冶煉鋼鐵的實質為：鋼和生鐵的統(tǒng)稱。鋼鐵的基本成分都是鐵，差別僅在于碳的含量不同。一、鋼鐵冶金過程的熱力學鐵礦石：鐵的氧化物+脈石煉鐵的任務：使鐵從鐵的氧化物中述原；并使還原出的鐵與脈石分離。煉鋼的任務：以生鐵為原料，通過冶煉降低生鐵屮的碳及其他雜質元素的含量。二、生鐵冶煉1、煉鐵原料：鐵礦石、熔劑、燃料（1）冶煉前對鐵礦石的處理a破碎和篩分b選礦c燒結和造塊（2）熔劑熔劑的作用：a降低脈石熔點b去硫熔劑種

2、類分類：堿性熔劑、酸性熔劑熔劑成分：石灰石（cac03）（）燃料（3）燃料常用燃料：焦炭作用：作為發(fā)熱劑提供熱量；還原劑：高爐料柱的骨架。2、高爐生產3、高爐冶煉的理化過程 燃料的燃燒、化恢的還原、（1）燃料的燃燒c02 + c -> 2c0（吸熱）c02 +c 2c0 （吸熱）（2）氧化鐵的還原fe2o3 fe3o4 feo fe 還原劑：co氣體（間接還原） 3fc2o3 + co -> 2 fc3o4 + c02 fe3o4 + 2c0 -> 6 feo + 2co2feo + co > fe + co2（3）非鐵元素的還原非恢元素的還原、鐵的增碳、去硫、造渣固體

3、c （直接還原）feo + co -> fc + c02c02 + c? 2c0feo + c fe + co （吸熱）鎰的還原： mn02 -> mn2o3 -> mn3o4 mno -> mn 提高溫度有利于鎰的還原；提高爐渣的堿度也有利于鎰的還原。硅的還原：sio 2 +2c si + 2c0 （吸熱） 磷的還原：礦石屮的磷主要以磷酸鈣的形式存在（cao ）3 p2o5 + 5c 3cao + 2 p + 5c0（4）鐵的增碳從鐵礦石中還原出的鐵呈固體多孔狀，幾乎不含碳，稱為海綿鐵。（5）去硫:fes + （cao ） + c -> fe + （cas ）

4、+ co （吸熱）（6）造渣:高爐爐渣主要由si02、a12o3和cao組成。爐渣的種類：酸性渣、堿性渣、中性渣爐渣的作用：通過熔化各種氧化物控制金屬的成分；防止金屬過分氧化：防 止熱量損失，起到絕熱作用，保證金屬不致過熱。4、咼爐冶煉的產品生鐵、高爐煤氣、爐渣生鐵：以fc、c、si、mn> s、p等元索組成的合金。高爐煤氣：含有大量的co、ch4和h2等，是可燃性煤氣，可作為工業(yè)上的燃料。 爐渣三、煉鋼煉鋼：以生詼為主要原料，通過一系列冶金過程，使其含碳量大幅度降至某一成分范圍(<1.3% ),并使各種雜質元素的含量降低的一定程度以下，得到鋼。1、煉鋼原材料主耍材料：生鐵、廢鐵和

5、鐵合金輔助材料：造渣材料、熔劑、氧化劑、還原2、煉鋼過程的基本反應劑、冷卻劑(1)氧化c + 0 -> co(放熱)a、氧化脫碳：2c + 02-> 2c0(放熱)c + ( feo) fe + co(吸熱)b、硅的氧化：si + 2o t(sio2 )(放熱)si + 02 -> ( si02 )(放熱)si + 2( feo) -> ( si02 ) + 2 fe(放熱)mn + 20 ( mno)倣熱)c鎰的氧化：mn + 02 ( mno)倣熱)mn + ( fco) -> ( mno) + fc(放熱)1(2) 脫磷和脫硫a、磷的危害：磷使鋼的偏析嚴重、

6、磷含量高時鋼會發(fā)生冷脆、磷促使鋼的回火脆性，使 鋼的焊接性能變差。第一步：2 p + 5( feo) = p2o5 + 5 feb、脫磷反應和回磷現(xiàn)象：第二步：p2o5 + 4(cao) = (4cao p2o5 )或 p2o5 + 3(cao) = (3cao p2o5 )總反應式為：2 p + 5( fco) + 4(cao) = (4cao ? p2o5 ) + 5 fc或 2p + 5( feo) + 3(cao) = (3cao ? p2o5 ) + 5 fe 脫磷的基本條件：低溫；適量增加渣中cao的含量；渣中必須含有足夠數(shù)量的feo；渣 量。冋磷現(xiàn)象：在煉鋼過程中的某一時期，當脫

7、磷的基木條件得不到滿足時，則已氧化進入 爐渣中的磷會重新被還原，并返回到鋼液屮，稱此為回磷現(xiàn)象。防止措施：控制煉鋼后期鋼液的溫度；減少鋼液在盛鋼桶內的停留吋間；向盛鋼桶屮爐 渣加石灰提高堿度；采用堿性襯層的盛鋼桶。c、硫的危害硫對鋼質量的影響表現(xiàn)在：(1)惡化鋼的熱加工性能(2)使鋼的鑄造性能和焊接性能 變壞(3)降低鋼的使用性能d、脫硫反應脫硫方法：爐渣脫硫、氣化脫硫爐渣脫硫：fes + (cao) -> (cas ) + ( feo )(吸熱)氣化脫硫：s + 20 = s02s + 02 = s02s + 2( feo) = s02 + 2 fe脫氧脫氧原理：采用脫氧劑除去鋼液中殘

8、留的氧化亞鐵中的軋還原出鐵。脫氧方式：擴散脫氧、沉淀脫氧擴散脫氧：優(yōu)點：鋼液干凈缺點：速度慢沉淀脫氧：優(yōu)點：速度快缺點：脫氧產物mno、sio2、ai2o3容易留在鋼液mn + 0 = ( mno)(放熱)si + 0 = ( sio2 )(放熱)2a1 + 3o = (a12o3)(放熱)脫氧方法及脫氧程度，鋼可分為三類：鎮(zhèn)靜鋼：經過充分脫氧處理的鋼，成分比較均勻，組織較致密，成材具有較高的力學性能。 沸騰鋼：未經完全脫氧處理的鋼半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼之間的鋼。3、典型現(xiàn)代煉鋼法轉爐煉鋼：轉爐煉鋼是利用空氣或氧氣進行氧化電弧爐煉鋼：電弧煉鋼是利用石墨電極和鋼料z間形成電弧高溫(

9、通常町達15001600°c)加熱，并吹氧實現(xiàn)煉鋼過程。4、鋼的澆注鋼的澆注，就是把在煉鋼爐中熔煉和爐外精練所得到的合格鋼液，經過盛鋼桶及中間澆包 等澆注設備注入到一定形狀和尺寸的鋼錠?；蚪Y晶器屮，使之凝固成鋼錠或鋼坯的過程。方法：模鑄法、連鑄法5、鋼的分類利編號1.1鋁冶金與熔煉一、鋁的性質和用途鋁的物理性質：熔點低、密度小、強度低、塑性好、比強度高、導熱性好、導電性好。鋁的化學性質：抗蝕性好鋁的用途：純鋁：導線鋁合金：結構材料二、煉鋁原料和鋁冶金特點煉鋁原料鋁土礦鋁冶金特點：從鋁上礦屮提取純鋁，不能通過化學處理直接得到粗金加。因為：鋁的化學活性很強，容易與氧、鹵族元索結合成穩(wěn)定的

10、化合物;鋁的電位次序位于最負位置。三、氧化鋁生產方法從鋁土礦中制取氧化鋁的生產方法大致口j分為堿法、酸法和電熱法，但在工業(yè)中得到應用 的只有堿法。堿法生產氧化鋁的方法有：拜耳法、燒結法、拜耳一燒結聯(lián)合法。拜耳法生產氧化鋁：（1）鋁土礦的浸出：a120 3 ? nh 20 + 2 naoh -> 2 naa102 + nh 20（2）鋁酸鈉溶液的品種分解:naai02 + 2 h 20 al （oh ）3 j + naoh（3）氫氧化鋁的鍛燒（4）母液的蒸發(fā)與苛化燒結法生產氧化鋁:na2co3 + a12o3 -> na 2 0 ? a12o3 + c02 fna2co3 + fc2

11、o3 -> na 2 o ? fc2o3 + co2 fsio2 + 2cao ->2cao ? sio2（1）生料燒結na2o ? a12o3 + 4 h 20 2 naal （oh ） 4 （溶解）（2）熟料溶出：na20 ? fe2o3 + 2 h 20 -> fe2o3 ? h 20j +2 na（oh ）（水解）（3）鋁酸鈉溶液的脫硅（4）碳酸化分解：2 naoh + c02 -> na2c0 3 + h 20naal （oh ） 4 -> al （oh ）3 | + naoh四、金屬鋁的生產熔鹽電解法：氧化鋁、冰晶石、氟化鹽五、鋁合金的熔煉與凝固1鋁合

12、金的熔煉特性：（1）熔化時間長（2）易氧化（3）易吸氣（4）容易吸收金屬雜質2鋁合金熔煉過程的一般原理：（1）鋁液中的氣體和夾雜物的防止（2）鋁液中氣體及夾雜物的去除（精煉過程）六、鋁合金的分類鑄造鋁合金、變形鋁合金1.3銅冶金根據礦石的類型不同，從銅礦中提取銅冇火法冶金和濕法冶金兩種方法?；鸱ㄒ苯鹬?耍用于硫化銅礦的冶煉，濕法冶金主要用于處理氧化銅礦。火法煉銅：1造銃熔煉2吹煉3火法梢煉4電解楮煉第2章金屬的液態(tài)成型2.1液態(tài)成型一 液態(tài)成形的基本概念是將材料熔化成一定成分和一定溫度的液體，然后在重力或外力作川卜澆入到具有一定形 狀、尺寸大小的型腔中，經凝固冷卻后便形成所需要的零件的技術。二

13、鑄造生產的特點優(yōu)點：1）適用范圍廣鑄造方法兒乎不受零件大小、厚薄和復雜程度的限制。2）可制造各種合金鑄件3）尺寸精度高比鍛件、焊接件尺寸精確，加工余量小，節(jié)約加工工吋和材料4）成本低廉可大量利用廢、ih金屬料；與鍛件相比，動力消耗少；尺寸精度高；易批量生產 缺點：1)零件的力學性能較差2)質量穩(wěn)定性較差3)勞動強度較大三鑄造方法根據造型材料可將鑄造分為兩人類1)砂型鑄造2)特種鑄造四鑄造成形基本理論1合金的充型能力基本概念：液態(tài)介金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的健全鑄件的能力。影響充型能力的因素及工藝措施：（1）鑄造合金的流動性（2）鑄型性質（3）澆注條件（4）鑄件結構2合金的收縮鑄造

14、合金的收縮性：鑄造合金在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)冷卻過程中，由于溫度的降低而發(fā) 主的體積減小的現(xiàn)象。合金的收縮過程：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮影響收縮性的因素：（1）合金種類（2）澆注溫度（3）鑄型條件與鑄件結構鑄件中的縮孔和縮松：鑄件在冷卻和凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往 在鑄件最后凝固的地方出現(xiàn)孔洞。容積大而h比較集中的孔洞稱為縮孔；細小而分散的孔 洞稱為縮松。防止縮孔與縮松的措施：（1）順序凝固（2）同吋凝固（3）加壓補縮（4）熱等靜壓 法3合金的鑄造應力、變形和裂紋（1）鑄造應力：鑄件在凝固以后的冷卻過程屮，由于溫度卜-降而產牛收縮，有些合金還會發(fā)牛固態(tài)相變 而引起膨脹或收

15、縮，這些都使鑄件的體積和長度發(fā)生變化，若這些變化受到阻礙，便會在鑄 件中產生應力，稱為鑄造應丿j。按形成機理分為：收縮應力、熱應力、相變應力。鑄造應力是鑄件產生變形和裂紋的基本原因。收縮應力：鑄件在固態(tài)收縮時，因受到鑄型、砂芯、澆冒口等外力阻礙而產牛的應力稱為收縮應力。 熱應力：是鑄件在冷卻過程中由于各部分冷卻速度不同，因而同一時刻的收縮雖不同，彼此互 相制約的結果而產生的。相變應力：是具有固態(tài)相變的鑄件在冷卻過程中因各部位達到相變溫度的時間不同，相變程度也不ffl同，相變前后的組織具有不同的比容，使各部分體積發(fā)生不均衡變化而產生的應力。 減小鑄造應力的方法：a減小鑄件各部分的溫差b改善鑄型和

16、型芯的退讓性c選擇彈性模量e和收縮系數(shù)a小的材料消除鑄造應力的方法：人工時效、自然時效、振動時效（2）鑄件的變形鑄件變形的結果：可使鑄件尺寸、形狀不符合要求而報廢；對已經機械加工、裝配的精密機器，町便其迅速失去精度。防止變形的途徑：降低和消除鑄件內的殘余應力；從工藝上采取措施以減小變形。（3）鑄件的裂紋熱裂、冷裂4合金的偏析5合金的吸氣性液態(tài)金屬在熔煉和澆注時能夠吸收周圍氣體的能力稱為吸氣性。根據氣體來源，氣孔可分為：侵入性氣孔、析出性氣孔、反應性氣孔五砂型鑄造砂型鑄造：是用型（芯）砂制作成鑄型的一種最常用的鑄造生產方法。1砂型鑄造的工藝過程1）造型材料性能要求：（1） 一定的強度（2）良好的

17、透氣性（3） 一定的耐火度和化學穩(wěn)定性（4）良好 的退讓性（5）良好的工藝性能2）澆注系統(tǒng)、帽口和冷鐵的設計3）造型和造芯方法造型是砂型鑄造的重要工序，通常按鑄型制造的緊砂和起模方式，可分為手工造型和機器造型。1砂型鑄造的特點優(yōu)點：（1）砂型鑄造的適應性強，不受鑄件材質、尺寸、質量和生產批量的限制，兒乎所有 的鑄件都可以采用砂型鑄造。（2）砂型鑄造設備簡單，投資小，造型材料來源廣泛，價格低廉。（3）砂型鑄造的鑄型模樣制備容易，所用木模樣可重復使用。砂型雖然只能一次性使用，造型工作屋大，但是大批量生產吋町釆用機器造型，以提高生產效率；其型（芯）砂經技術處理后可反復多次使用。不足：（1）砂型鑄造的

18、鑄件粹度低、表而粗糙，一般需留較大的加工余量。（2）砂型鑄造影響鑄件質量的因索多，易產生鑄造缺陷；鑄件力學性能較低，對力學 性能要求高的零件不宜采用砂型鑄造。（3）勞動強度大、條件差。六特種鑄造特種鑄造的分類：1熔模鑄造2金屬型鑄造3壓力鑄造4實空鑄造(消失模鑄造) 5離心鑄造(1) 熔模鑄造(失蠟鑄造):是用易熔材料(蠟)制成模樣，在模樣上涂掛若t層耐火材料，換化后熔去模樣制 成型殼，再經焙燒、澆注得到鑄件的一種方法。(2) 金屬型鑄造：利用金屬材料(如鑄鐵)制成鑄型，依靠重力作川將熔融金 屬澆入鑄型屮制造鑄件的一種鑄造方法。(3) 壓力鑄造：在壓鑄機上將熔融的金屬在高壓卜快速壓入金屬型，并

19、在壓力下 凝固而獲得鑄件的一種鑄 造方法。(4) 實型鑄造(消失模鑄造)：用泡沫聚苯乙烯塑料模代替木?；蚪饘倌＃谄?上涂覆一層涂料，干燥后造空，造型后不収出模樣就澆入金屬液，在金屬液作用下模 樣汽化消失，金屬液取代了模樣，冷凝后獲得鑄件的方法。(5) 離心鑄造：離心鑄造是將金屬液澆入離心鑄造機的旋轉鑄型中，使之在離心 力的作用下充填鑄型并凝固成形的方法。2.2半固態(tài)成型一、半固態(tài)成形的概念在金屬凝同過程屮，對其施以劇烈的攪拌，得到一種液態(tài)金屬母液屮均勻地懸浮著一 定球 狀初牛固相的固液混合料漿。利用這種固液混合料漿直接進行加工成形。或先將固液混合料漿完全凝固成壞料，根據需要將坯料切分，再將切

20、分的坯料重 新加 熱至固液兩相區(qū)，用這種半固態(tài)坯料進行成形加工。二、半固態(tài)金屬料漿的制備1機械攪拌法特點：裝置簡單、操作與控制簡單適用于：實驗室研究、小批量料漿制備不足：攪拌林強度與壽命有限、攪拌棒熔蝕2電磁攪拌法三、半固態(tài)金屬成形原理與工藝方法1流變鑄造：將金屬液從液相到固相冷卻過程屮進行強烈攪動，在一定固相率下，直接將所得到的半 固態(tài)金屬料漿壓鑄或擠壓成形。2觸變鑄造由于該方法對坯料的加熱、輸送易于實現(xiàn)自動化，是目前半固態(tài)鑄造的主要工藝方法。 3觸變鍛造4流變軋制四、半固態(tài)金屬成形工藝特點1、減少熱沖擊2、提高成形件質量3、節(jié)約能源和材料4、有利于制備復合材料第3章 金屬塑性加工3.1概述

21、金屬塑性加工：金屬鑄錠、金屬粉末或各種金屬坯料通過外力的作用產生塑性變形，獲得具有所需形 狀、尺寸和性能的加工方法。金屬塑性加工的特點：1）材料利用率高利用率可達60%70%（85%90%）2）力學性能好3）尺寸精度高凈成形和近凈成形4）生產效率高5）模貝-、設備費用昂貴3.2金屬塑性加工基本原理1、翔性變形機理2、加工碩化、回復和再結晶3、冷變形、熱變形和溫變形4、塑性成形基本原理1）最小阻力定律2）體積不變規(guī)則5、材料的塑性成形性材料的塑性成形性：是衡量材料在外力作用卞發(fā)牛塑性變形而不易產生裂紋的能力。材料的塑性成形性取決于材料的性質和變形條件：1）材料性質的彫響2）變形條件的影響4.3金

22、屬原材料的成形加工一、軋制軋制：是借助于旋轉的軋轆與金屬坯料接觸產生的摩擦將金屬咬入軋轆縫隙，再在軋餛的壓 力作用下使金屬在長、高三個方向完成塑性變形過程。軋制方法：1按軋制溫度分類：熱軋、冷軋2按軋件與軋車昆的相對運動分類：縱軋、斜軋、橫軋3按軋制產晶分類：半成吊軋制、成品軋制4按軋制產品的成形特點分類：一般軋制、特殊軋制、周期軋制旋壓軋制、旋壓軋制、彎曲成形二、擠壓擠壓原理：對放在容器（擠壓筒）內的金屬坯料施加外力，使之從特定的?？字辛鞒觯@得 所需斷面形狀和尺寸的塑性成形方法。所盂斷面形狀和尺寸的塑性成形方法。擠圧成形加t的特點：1）可以提高金屬的變形能力2）制品綜合質量高（力學性能高、

23、零件和度高、表而粗糙度低）3）產品范圍廣4）生產靈活性大，工藝流程簡單，設備投資少擠壓方法：正擠壓：金屬擠壓時，制品流岀方向與擠壓軸運動方向和同的擠壓。反擠壓：金屬擠壓時，制品流出方向與擠壓軸運動方向相反的擠壓。復合擠壓靜液擠壓：金屬坯料不直接與擠壓筒內表面產生接觸,兩者z間介以高壓介質，施加于擠壓 軸上的擠壓力通過高壓介質傳遞到坯料上而實現(xiàn)擠壓。三、拉拔拉拔原理：在外加拉力的作用下，迫使金屬通過?？桩a生塑性變形，以獲得與?？仔螤睢⒊?寸相同的制品的加工方法。拉拔方法：空拉、長芯桿拉拔、固定芯頭拉拔、游動芯頭拉拔、頂管、擴徑拉拔3.4毛坯或零件的成形加工一、鍛造鍛造：借助鍛錘、壓力機等設備対坯

24、料施加壓力，使其產牛塑性變形，獲得所需形狀、尺寸 和一定組織性能的鍛件。鍛造的目的：（1）成形：解決零件的成形要求；（2）改性：通過形變改善材料的內部組織與性能。1、自由鍛造：用簡單通用的工具，或在鍛壓設備上、下砧z間直接使坯料產生塑性變形，獲 得具有一定形狀、尺寸和性能鍛件的加工方法。方法包括：鍛錘自由鍛：中小型鍛件液壓機自由鍛：大型鍛件優(yōu)點：所用工具簡單、通用性強、靈活性大、適合單件和小批鍛件的生產缺點：鍛件粹度低、加工余量大、生產率低、勞動強度大2、模型鍛造：利用模具使毛坯變形獲得鍛件的鍛造方法優(yōu)點：可生產形狀較為復雜的鍛件、鍛件的形狀和尺寸精確、材料利用率高、生產效率高 模鍛模騰按其功

25、能的不同，可分為：制坯模膛、模鍛模膛、切斷模膛二、沖壓成形沖壓：通過模具和沖壓設備，使板材產牛塑性變形，獲得具有-淀形狀、尺寸和性能的沖壓 件的加工方法。沖壓成形山分離工序和成形工序組成；分離工序包括：剪切、沖裁、修邊等；成形工序包括：彎曲、拉深、脹形、翻邊等。沖裁是利用模貝使材料分離的一種沖壓加工，主要指落料和沖孔工序。第四章鋼的熱處理原理鋼的熱處理是改善鋼的性能的主要途徑z4.1概述一、熱處理概述 熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結構，獲得所需要性能的一 種工藝.熱處理的作用：1消除前道工序產生的某些缺陷，改善鋼材的工藝性能，確保示續(xù)加工的順利進行 預 備熱處理2提

26、高使用性能，充分發(fā)揮材料的潛力最終熱處理熱處理原理：描述熱處理時鋼中組織轉變的規(guī)律稱熱處理原理。熱處理丄藝：根據熱處理原理制定的溫度、時間、介質等參數(shù)稱熱處理工藝。熱處理原理內容：(1) 鋼的加熱轉變(2)鋼的冷卻轉變珠光體轉變、馬氏體轉變、貝氏體轉變(3)淬 火鋼的回火轉變二、鋼的臨界溫度鐵碳相圖中psk、gs、es線分別用a1、a3、acm表示.4.2鋼在加熱時的轉變一、共析鋼奧氏體的形成過程轉變特點：由成分相差很大，品格不同的兩相，變成另一種品格的單相固溶體。轉變過程中存在:鐵品格改組：bcc->fccfc、fc、c原子擴散1. 奧氏體形核形核特點：奧氏體品核優(yōu)先在f/ fe3 c

27、的界面上形成原因：形核需要三個條件：結構起伏、能量起伏、濃度起伏2、奧氏體晶核長大新和的長大速度與擴散系數(shù)和界血附近母相中濃度梯度成正比，而與兩相在界血上的平衡濃 度之差成反比。長人方式：奧氏體晶核同時向鐵素體和滲碳體兩邊長大奧氏體向鐵素體方面的長大快于向滲碳體方面的長大長大機制：相界擴散移動長大后的結果：鐵素體消失(長大過程完成的標志)尚冇殘余滲碳體奧氏體的平均碳濃度低于共析成分3、殘余滲碳體溶解鐵素體消失以后，隨著保溫時間延長或繼續(xù)升溫，剩余在奧氏體中的滲碳體通過碳原子擴 散，不斷溶入奧氏體屮，使奧氏體的碳濃度逐漸趨于共析成分。4、奧氏體成分均勻化當剩余滲碳體全部溶解時，奧氏體屮的碳濃度仍

28、是不均勻的。原來是滲碳體的區(qū)域碳濃度 較高，繼續(xù)延長保溫吋間或繼續(xù)升溫，通過碳原子的擴散，奧氏體濃度逐漸趨于均勻化。最 后得到均勻的單相奧氏體。二、影響奧氏體形成速度的因素奧氏體形成速度：在一定溫度下奧氏體的形成最和時間的關系。奧氏體等溫形成圖（tta）奧氏體等溫形成圖（tta）1、加熱溫度和保溫時間規(guī)律：1加熱溫度必須高于ac1點，珠光體才能向奧氏體轉變。2轉變需要一定的孕育期，并且轉變溫度越高，孕育期越短。3轉變溫度越高，轉變所需的時間越短，奧氏體的形成速度越快。原因：1溫度越高，過熱度越人，奧氏體與珠光體的自由能爰越人，珠光體越不穩(wěn)定，形成奧 氏體的驅動力越大；2溫度越高，原子擴散越快，

29、因而碳的重新分布鐵的品格重構越快，所以，使奧氏體 的形核、長大、殘余fe3c的溶解及奧氏體的均勻化都進行得越快。2、加熱速度加熱速度規(guī)律：1加熱速度越快，珠光體的過熱度越人，轉變的開始溫度ac1越高，轉變終了溫度也越 高。2轉變過程是在一個溫度區(qū)間內完成的。3加熱速度越快，轉變的孕育期越短，轉變所需的時間也越短。快速加熱、短時保溫一方面，可以縮短生產周期，降低成本；另一方血，加熱速度快，可細化奧氏體晶粒，提高材料的機械性能高。但快速加熱要嚴格加以控制，否則會引起過熱等缺陷。2、原始組織影響規(guī)律：原始組織越彌散，奧氏體化速度越快。原因：奧氏體的晶核是在鐵素體和滲碳體的相界面上形成所以，對于同一成

30、分的鋼，其 原始紐織越分散，形成奧氏體晶核的“基地”越多，轉變也就越快。奧氏體化規(guī)律：最快：淬火狀態(tài)的鋼、其次：正火狀態(tài)的鋼、最慢：球化退火狀態(tài)的鋼 淬火狀態(tài)的鋼：微細粒狀的珠光體正火狀態(tài)：細片狀珠光體球化退火狀態(tài)：粒狀珠光體3、化學成分含碳量的影響影響規(guī)律：鋼屮含碳量越高，奧氏體的形成速度越快。合金元素的影響合金元索從以卜-兒個方面影響奧氏體的形成速度：（1）合金元素影響了碳在奧氏體中的擴散速度（2）合金元索會改變鋼的臨界溫度（3）合金元素在珠光體中的分布是不均勻的三、奧氏體的晶粒大小及其影響因素1、晶粒大小的表示方法1晶粒尺寸直接測最晶粒截面的平均直徑 用單位面積或單位體積內所包含的品粒數(shù)

31、目。2晶粒度級別n與標準金相圖片和比綾，評定晶粒人小的級別。晶粒度級別n與晶粒人小n之間的關系：n=2ni2、奧氏體的品粒度起始品粒度：奧氏體轉變剛剛完成，其晶粒邊界剛剛相互接觸時的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體的 起始晶粒度。實際晶粒度：鋼在某一具體的熱處理或熱加工條件下獲得的奧氏體的實際品粒的大小稱為奧氏 體的實際晶粒度。本質晶粒度：根據標準試驗方法yb27-64）在930土 10°c保溫38h后測定的奧氏體晶粒大小 稱為本質晶粒度。本質品粒度就是反映鋼材加熱時奧氏體晶粒長大傾向的一個指標。鋼的本質品粒度決定于鋼的化學成分和冶煉條件。3、彫響奧氏體晶粒度的因素加熱溫度和保溫吋間、加熱速

32、度、鋼的化學成分、原始組織為了控制奧氏體晶粒氏大，可以采取合理選擇加熱溫度，保溫時間，加熱速度，合理選擇 鋼的原始組織以及加入一定最的合金元素等措施4.3鋼在冷卻時的轉變一、概述1、熱處理的兩種冷卻方式（1）等溫處理將鋼迅速冷卻到臨界點以下的給定溫度，進行保溫，使其在該溫度下恒溫轉變。（2）連續(xù)冷卻將鋼以某種速度連續(xù)冷卻，使其在臨界點以卜-變溫連續(xù)轉變。2、冷卻條件對鋼性能的影響冷卻速度不同f過冷度不同f轉變產物組織不同性能不同3、研究過冷奧氏體轉變規(guī)律的方法過冷奧氏體轉變圖：表示在不同冷卻條件下過冷奧氏體轉變過程的起止時間和各種組織轉變所處的溫度 范圍的一種圖形。1奧氏體等溫轉變曲線（ttt

33、圖）在不同過冷度下等溫測定奧氏體的轉變過程，繪制ttt圖。2奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線（cct圖）在不同冷速的連續(xù)冷卻過程中測定奧氏體的轉變過程，繪制cct圖。二、共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線1、共析鋼c曲線的建立測線需確定五條線al、ms、mf、轉變開始線、轉變終了線c 曲線測定依據：利用過冷奧氏體轉變產物的組織形態(tài)或物理性質的變化來測定的。2、c曲線分析(1) 孕育期和“鼻子”過冷奧氏體在不同溫度等溫轉變吋，都要經歷一段孕育期。孕育期的長短隨過冷度而變化，轉變開始線：“長一短一長轉變終了線：“慢一快一慢”“鼻子3 550°c孕育期的長短反映出過冷奧氏體穩(wěn)定性的大小(2) 過冷奧氏體穩(wěn)

34、定性同時由兩個因素所決定：a. 新舊兩和自由能差4gb. 原子的擴散系數(shù)dag和d的增大都使奧氏體穩(wěn)定性降低，轉變加快。但ag和d隨過冷度的變化恰好相反。過冷奧氏體在不同溫度區(qū)間町發(fā)牛三種不同的轉變：a1550°c：珠光體區(qū)550°cms：貝氏體區(qū)msmf：馬氏體區(qū)3、影響過冷奧氏體等溫轉變的因素1奧氏體碳濃度的影響2合金元素的影響3奧氏體狀態(tài)的影響4應力和幫性變形的影響三、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線及其應用1、連續(xù)冷卻c曲線的建立2、連續(xù)冷卻線的分析共析鋼：珠光體轉變區(qū)轉變開始線、轉變終了線、轉變中止線馬氏體轉變區(qū)馬氏體開始轉變的溫度上限ms、冷速下線v2vvvc，(33

35、.3°c/s)轉變:y->p；組織：100%pvc，<v< vc:轉變：y->p、y->m； 組織：p+m+awcv>vc (138.8°c/s)轉變：ym；組織：m+a1 :上臨界冷速vc：淬火臨界冷速保證奧氏體在連續(xù)冷卻過程中不發(fā)牛分解而全部過冷到馬氏體區(qū)的最小冷速。 下臨界冷速vcj保證奧氏體在連續(xù)冷卻過程屮全部分解而不發(fā)生馬氏體轉變的最人冷速。亞共析鋼：鐵索體析出區(qū)、貝氏體轉變區(qū)、ms線右端f斜過共析鋼：存在先共析滲碳體析出區(qū)、無貝氏體轉變區(qū)、ms線右端升高3、連續(xù)冷卻轉變與等溫轉變的關系聯(lián)系：連續(xù)冷卻轉變過程實質上是由無數(shù)個微小

36、等溫轉變過程組成的。在連續(xù)冷卻過程中只能出現(xiàn)已有的等溫轉變，不會出現(xiàn)任何新的轉變。 每種轉變只能出現(xiàn)在自己的溫度區(qū)內。共析鋼、過共析鋼：無貝氏體轉變原因：奧氏體的碳濃度高，使貝氏體轉變的孕育期大大延長，因而在連續(xù)冷卻過程中，在貝 氏體內達不到孕育期要求，所以不出現(xiàn)貝氏體轉變。區(qū)別：共析鋼和過共析鋼的cct曲線無貝氏體轉變區(qū)轉變產物有差別：連續(xù)冷卻得到混合組織、等溫轉變得到均勻組織cct曲線位于ttt曲線的右下方4、過冷奧氏體轉變圖的應用（1）確定淬火臨界冷卻速度vc（2）分析轉變產物及性能（3）制訂熱處理工藝規(guī)程五、珠光體轉變1、片狀珠光體的形成、組織和性能片狀珠光體的形成條件：在較高奧氏體化

37、溫度下形成均勻奧氏體均勻奧氏體在a1550°c之間等溫時，可形成片狀珠光體片狀珠光體的組織和性能：按照片層間距so的大小，將珠光體分為：珠光體 p： 0.61.0 umal 65（tc索氏體 s： 0.250.3 um 650600°c屈氏體t： 005 um 600550°c2、粒狀珠光體的形成、組織和性能（1）粒狀珠光體的形成形成途徑：（1）由過冷奧氏體直接分解而成（2）由片狀珠光體球化而成（球化退火）（3）由 淬火組織回火而成關鍵：在于奧氏體化的狀態(tài)，必須使奧氏體的碳濃度不均勻，而且保留人量未溶的滲碳體顆 粒。球化退火的加熱工藝非常重耍（2）粒狀珠光體的組織

38、和性能滲碳體顆粒人小與奧氏體轉變溫度有關，轉變溫度越低，滲碳體的顆粒越細。粒狀珠光體的性能與滲碳體顆粒粗細有關。滲碳體顆粒越細，相界面越多，則鋼的硬度與強度越高。應用：重要的機器零件：碳化物呈顆粒狀的回火索氏體組織工具鋼：機加工前、淬火熱處理前珠光體的形成規(guī)律、組織和性能特點：“過冷度片層間距（顆粒人?。┬阅?quot;3、先共析轉變（1）發(fā)生先共析轉變的條件（2）先共析相的形態(tài)六、馬氏體轉變：馬氏體轉變：鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，在較低溫度下發(fā)牛的無擴散型相變稱為馬氏體轉變。1、馬氏體的形成條件形成條件：1冷卻速度大于臨界冷卻速度2深過冷到ms點以下馬氏體轉變的驅動力：新舊兩相的自山能差agv

39、馬氏體轉變的阻力：界而能ags、彈性應變能agdms點的物理意義：奧氏體和馬氏體的兩和自由能之差，達到札i變所需的最小驅動力時的 溫度。即開始發(fā)生馬氏體轉變的溫度。2、馬氏體的品體結構、組織和性能馬氏體的晶體結構：馬氏體使碳在afe中過飽和的間隙固溶體。馬氏體的組織形態(tài)：（1）條狀馬氏體（2）片狀馬氏體（3）影響馬氏體形態(tài)的因素鋼中馬氏體的形態(tài)主要取決于：馬氏體的形成溫度t過冷奧氏體中碳和合金元素含量馬氏體的性能：（1）馬氏體的強度和硬度強度和碩度特點：高強度、高碩度造成馬氏體強化的原因：i司溶強化、相變強化、時效強化、和界面強化（2）馬氏體的塑性和韌性塑性和韌性特點：片狀馬氏體：塑性低、脆性

40、大條狀馬氏體：塑性高、韌性好原因：“亞結構”片狀馬氏體：攣晶亞結構、碳濃度高、淬火應力人、高密度顯微裂紋條狀馬氏體：位錯亞結構、碳濃度低、口回火、淬火應力小、無顯微裂紋（3）馬氏體的物理性能馬氏體具有最人的比容、馬氏體具有鐵磁性片狀馬氏體：硬而脆條狀馬氏體：強而韌3、馬氏體轉變的特點：無擴散性、切變共格性、具冇一定的晶體學位向關系和慣習面、轉 變是在一個溫度范圍內進行的、轉變的可逆性4、奧氏體的穩(wěn)定化奧氏體的穩(wěn)定性：指奧氏體在外界因索作用下，由于內部結構發(fā)生了某種變化，而使奧氏體向馬氏體轉變溫度降低和殘余奧氏體最增加的轉變遲滯現(xiàn)象。熱穩(wěn)定化指鋼在淬火冷卻過程中由于冷卻緩慢或中途停簾而引起奧氏體

41、向馬氏體轉變呈現(xiàn)遲 滯的現(xiàn)象。機械穩(wěn)定化奧氏體在淬火過程屮受到較人贈性變形或考受到壓應力而造成的穩(wěn)定化現(xiàn)象。七、貝氏體轉變1、貝氏體的組織形態(tài):上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體2、貝氏體的力學性能上貝氏體：強度低、韌性差下貝氏體：強度高、韌性高粒狀貝氏體：強度適屮、韌性好3、貝氏體轉變的特點貝氏體轉變：y * as.s+碳化物fee bee（轉變時必須進行碳的重新分配和鐵的晶格重建）轉變溫度：550°cms碳可擴散、碳可擴散、鐵和合金元索不能擴散鐵的晶格重建是以馬氏體型的切變機理進行的貝氏體轉變的特點：具有高溫擴散型轉變和低溫無擴散轉變綜合的特點（1）貝氏體轉變是一個形核與長大過程（2

42、）貝氏體中鐵索體的是形成按馬氏體轉變機制進行（3）貝氏體中碳化物的分布與形成溫度有關4、魏氏組織的形成（1）魏氏組織的形態(tài)及性能：特征：先共析鐵素體或滲碳體沿著奧氏體的一定晶面呈件狀析出，由晶界插入晶粒內部，基 體為珠光體。（2）魏氏組織的形成條件（3）魏氏組織的形成機理魏氏組織是在比較人的過冷度下形成的。鐵素體魏氏纟r織是以切變機理形成的，與貝氏體轉變一樣，在試樣表而上也會出現(xiàn)浮凸。6.4鋼在回火時的轉變回火：將淬火鋼加熱到臨界點acl以下某一溫度，保溫后以適當方式冷至室溫的一種熱處理 工藝。它是淬火后不可缺少的熱處理工藝。原因：1. 淬火鋼具有高的硬度和人的淬火應力，除低碳鋼外，一般都很脆

43、。因此，淬火鋼實際上無法直接使用，必須進行回火。2. 淬火鋼的紐織是：馬氏體+殘余奧氏休。m、殘余奧氏體在室溫下都處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，它們都有向鐵素體和滲碳體穩(wěn)定狀態(tài)轉 化的趨勢。該轉化需要一定的溫度和時間條件。冋火的目的：減少或消除淬火工件的內應力，防止變形或開裂；降低脆性，提高鋼的塑性和韌性；穩(wěn)定鋼的組織和尺寸;獲得所需的強度、硬度、塑性、韌性的配合，以滿足不同的工件性能要求。一、淬火鋼在回火時的轉變1、馬氏體中碳原子的偏聚（20100°c）2、馬氏體分解（100250°c）3、殘余奧氏體的轉變（250300°c ）4、碳化物的轉變（250400°c ）

44、5、滲碳體的聚集長大和（x相的再結品（400°c以上）二、淬火鋼在回火時力學性能的變化1、硬度：在200°c以下冋火時硬度降低很少；200°c以上冋火時硬度顯著降低；而且溫度 越高，回火碩度越低。2、隨著冋火溫度的升高，鋼的強度指標不斷下降，而塑性指標則不斷上升，在400°c以上 回火時提高得最顯著。3、在350°c左右回火時，鋼的彈性極限達到極人值。4、在500600°c回火時，塑性達到較高的數(shù)值，并且保留相當高的強度。（中碳鋼）三、回火轉變產物1、回火馬氏體它是200°c以下的回火轉變產物。它是在馬氏體基體屮分布著人量微

45、細的。碳化物，二者保持共格關系。2、回火屈氏體是在350450°c范圍內的回火轉變產物。它是在a相基體屮彌散分布著微小粒狀或片狀碳化物，（x相已經回復，其亞結構不同于 馬氏體，但尚未再結品，故仍具有馬氏體的針狀特征。3、回火索氏體是500600°c范幗內的回火轉變產物。它是在（z相基體小均勻分布著細粒狀的碳化物，a相己開始再結晶，故失去馬氏體的針 狀痕跡。4、回火珠光體650°cal左右的回火轉變產物。它是在鐵素體基體屮均勻分布著粗粒狀碳化物。冋火溫度不同，回火所得的組織不同，因而所表現(xiàn)出的力學性能不同。回火馬氏體：片狀回火馬氏體：鎖度高、強度高、但塑性、韌性差。

46、 板條回火馬氏體：高的強韌性?；鼗鹎象w：丿用服強度髙、韌性好，因此彈性高。回火索氏體：良好的綜合力學性能。i叫火珠光體：強度低、鴉性好，具有良好的加工工藝性能。四、回火脆性：回火脆性：有些鋼在某一溫度范圍內冋火時，其沖擊韌性比在較低溫度冋火時還顯著下降，這種脆化現(xiàn) 象稱為回火脆性。1、低溫回火脆性形成溫度：250400°c材料：幾乎所有的鋼種形成原因：由于碳化物z-fe5c2和0fe3c沿著馬氏體條或片的界面呈薄片狀析出，形成 脆性薄殼，割裂了馬氏體基體，因而脆性大增。防止方法：避免在脆化溫度范圍內回火。2、高溫回火脆性形成條件：450650°c材 料：合金結構鋼形成原因

47、：山于p、as、sb、sn等微量雜質元素在品界上偏聚和析出，降低了品界斷裂強度。 鋼中含有mn、cr、ni等合金元素時，對促進磷等元素在晶界上的偏聚，因而更易 出現(xiàn)這種回火脆性。防止措施：（1） 高溫回火后快速冷卻；（2）降低鋼中雜質元素含量；（3）在鋼中加入合金元素 （mo、w） （4）采用亞臨界淬火工藝第五章鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝：根據鋼在加熱和冷卻過程小的組織轉變規(guī)律，制定鋼在熱處理時的具體加熱、保溫和冷卻 的工藝參數(shù)。工藝參數(shù)：加熱：溫度保溫：時間冷卻：冷卻介質、冷卻方法普通熱處理：退火、止火、淬火、回火表面熱處理：化學熱處理、表面淬火特殊熱處理：形變熱處理、磁場熱處理根據熱處理

48、在零件牛產工藝流程中的位置和作用：預備熱處理：為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進一步熱處理作準備的熱處理。最終熱處理：賦予丄件所要求的使用性能的熱處理。5.1、鋼的退火和正火一、退火和正火的目的退火：把鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理 工藝。正火：將鋼加熱到ac3或accm以上適當溫度，保溫一定時間，使z完全奧氏體化，然后在 空氣小冷卻，從而得到珠光體型組織的熱處理工藝。中冷卻，從而得到珠光體型組織的熱 處理工藝。目的：四化"“軟化：降低硬度（170250 hb）適應切削加工冷沖壓要求均勻化：消除偏析使成分和組織均勻一致穩(wěn)定化：消除內應力，穩(wěn)

49、定組織，保證零件的形狀和尺寸細化：細化品粒，提高機械性能二、退火工藝及應用重結晶退火（acl以上）：擴散退火、完全退火、不完全退火、球化退火低溫退火（acl以下）： 再結品退火、去應力退火1、完全退火工藝過程和特點：將鋼加熱到ac3溫度以上，保溫足夠的時間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得 接近平衡組織的熱處理工藝。目的：細化晶粒，消除熱加工紐織缺陷、改善性能；降低硬度，改善加工性能；消除內應力、穩(wěn)定尺寸2、等溫退火完全退火存在的不足：（1）很難準確控制退火組織的鎖度（2）工件的內外組織和性能 不均勻（3）冷卻時間長，牛產率低3、不完全退火亞共析鋼加熱到:aclac3過共析鋼加熱到：acl

50、accm保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。應用：過共析鋼獲得球狀珠光體組織。4、球化退火球化退火是使鋼屮碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。應用范圍：共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼目的：降低硬度，改善切削加工性能；獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能，為以后的淬 火作組織準備。5、擴散退火目的：消除枝晶偏析、使成分均勻化實質：使鋼中各元索的原子在奧氏體中進行充分擴散應用范圍：主要用于枝晶偏析嚴重的優(yōu)質合金鋼鑄件6、去應力退火目的：消除殘余應力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂。應用范圍：用于鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件和切削加工件等。一般是在精加工或淬火之 前進行三、正火

51、工藝及應用1、工藝過程和特點：將鋼加熱到ac3或accm以上適當溫度，保溫一定時間，使之完全 奧氏體化，然后在空氣中冷卻，從而得到珠光體型組織的熱處理工藝。2、正火與完全退火相比：兩者加熱溫度和同、轉變的過冷度不同、正火鋼的強度、硬度和韌 性都較退火鋼高。3、正火的實質：完全奧氏體化+偽共析轉變4、適用范圍：碳素鋼及低、中碳合金鋼正火不適用于高合金鋼原因：高合金鋼的奧氏體非常穩(wěn)定，即使在空氣屮冷卻也會獲得馬 氏體組織。原因：高合金鋼的奧氏體非常穩(wěn)定，即使在空氣中冷卻也會獲得馬氏體組織。應用：（1）改善低碳鋼的切削加工性能（2）消除中碳鋼熱加工缺陷（3）消除過共析鋼的網狀碳化物，便于球化退火（4）提高普通結構零件的機械性能四、退火和正火的選