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文檔簡介
1、金屬的定義:金屬是具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì), 通常具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、高的密度和高的光澤。金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):其最外層的電子(價(jià)電子)數(shù)很少,一般為12個(gè),不超過3個(gè)。結(jié)合力: 金屬鍵:共有價(jià)電子電子云鍵無方向性和飽和性 離子鍵: 得失價(jià)電子正負(fù)離子 共價(jià)鍵: 共有電子對(duì)鍵有飽和性 范德瓦爾鍵 : 一個(gè)分子的正電荷部位與另一分子的負(fù)電荷部位間以微弱靜電引力相引而結(jié)合在一起稱為分子鍵。金屬的鍵能:鍵能高,熔點(diǎn)、強(qiáng)度、模量也越高;原子半徑熱膨脹系數(shù)小晶帶軸:平行于或者相交于同一直線的一組晶面組成一個(gè)晶帶,而該直線叫做晶帶軸。多晶型轉(zhuǎn)變:當(dāng)外部的溫度和壓強(qiáng)改變時(shí),有些金屬會(huì)由一種晶體
2、結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,稱之為多晶型轉(zhuǎn)變,又稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(重結(jié)晶,二次結(jié)晶)第二章:凝固:金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。結(jié)晶:結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。宏觀現(xiàn)象:過冷 熱力學(xué)條件: 微觀過程:形核和長大影響金屬結(jié)晶過冷度的因素:答:金屬的本性 金屬的純度 冷卻速度;鑄造模具所用材料形核方式:均勻形核,非均勻形核液固界面的微觀結(jié)構(gòu):具有粗糙界面(杰克遜因子<2):垂直方式長大; 光滑界面(杰克遜因子>5)、臺(tái)階長大:二維晶核、螺型位錯(cuò);正溫度梯度:平面狀界面、 負(fù)溫度梯度:樹枝狀第三章:二元相圖:勻晶相圖:固溶體合金,適于變形成形選擇性結(jié)晶
3、規(guī)律:不平衡結(jié)晶:成分偏析成分過冷:正溫度梯度下可能長成樹枝晶共晶相圖:適于鑄造成形偽共晶:由非共晶成分的合金所得到的共晶組織離異共晶:共晶體中的一相依附于先析出相生長,使共晶組織特征消失包晶相圖:鑄錠三晶區(qū)的形成過程 表層細(xì)晶區(qū):當(dāng)高溫液態(tài)金屬倒入鑄模后,靠近模壁一層的液體產(chǎn)生較大的過冷,結(jié)晶先 從鑄模壁開始,并且模壁可以作為非均勻形核的基底,因此,在此薄層中會(huì)形成大量的晶 核,同時(shí)向各個(gè)方向生長,形成了表面細(xì)晶區(qū)。 柱狀晶區(qū):在表層細(xì)晶區(qū)形成的同時(shí),鑄模溫度迅速升高,液態(tài)金屬冷卻速度減慢,結(jié)晶 前沿沿模壁方向過冷度迅速減小,只有垂直模壁方向上得散熱最快,因而,晶體沿垂直 與模壁方向生長而形
4、成柱狀晶。 中心等軸晶區(qū):隨著柱狀晶的生長,中心部位的液體溫度分布逐漸趨于平緩,各向的散熱 速度趨于一致,從而晶核長大成等軸晶。第四章分析碳鐵碳合金(鋼、鐵)的平衡結(jié)晶過程,畫出組織示意圖。相:鐵素體、奧氏體、滲碳體(共晶滲碳體、一次滲碳體,二次滲碳體、共析滲碳體)液相組織: 鐵素體 奧氏體 珠光體 萊氏體計(jì)算相組成與組織組成物相對(duì)含量。第三章1.什么是成分過冷?畫圖說明成分過冷是如何形成的?(以固相中無擴(kuò)散,液相中只有擴(kuò)散而無對(duì)流攪拌的情況為例說明)并說明成分過冷對(duì)晶體長大方式及鑄錠組織的影響。 答:成分過冷:實(shí)質(zhì)是液相成分變化引起過冷狀況發(fā)生變化。 異分結(jié)晶必然導(dǎo)致溶質(zhì)在液、固相中的濃度變
5、化,而固溶體的平衡結(jié)晶溫度則隨合金成分的不同而變化,進(jìn)而引起過冷狀況變化。假設(shè)液態(tài)金屬中僅擴(kuò)散,即擴(kuò)散不能充分進(jìn)行。由圖(a)結(jié)晶的固相成分總是低于平衡成分Co ,故將溶質(zhì)排到界面前沿,由于不能充分?jǐn)U散,便在界面處產(chǎn)生溶質(zhì)濃度梯度薄層。結(jié)合圖(c)(d),固溶體平衡結(jié)晶溫度隨溶質(zhì)濃度的變化而變化。將實(shí)際溫度分布(b)與平衡結(jié)晶溫度分布(e)疊加,便在固液界面前一定范圍的液相中出現(xiàn)了過冷區(qū)域。平衡結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差為過冷度,這個(gè)過冷度是由于液相中成分變化引起的,故稱為成分過冷。 2.成分過冷對(duì)晶體長大方式的影響: 隨著成分過冷的增大,固溶體晶體由平面狀向胞狀、樹枝狀的形態(tài)發(fā)展 3.成分過
6、冷對(duì)鑄錠組織的影響:固溶體合金的鑄錠組織也是由表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)組成。當(dāng)溶質(zhì)含量固定時(shí),隨著G的增加成分過冷區(qū)下降,鑄錠組織由等軸晶向柱狀晶發(fā)展;當(dāng)G固定時(shí),隨著濃度的增加,成分過冷區(qū)增大,鑄錠組織由柱狀晶向等軸晶過度,有利于等軸晶形成。(注:液相中的溫度梯度G越小 ,成長速度R和溶質(zhì)的濃度Co越大, 則有利于形成成分過冷。)第四章 4.試述鐵碳合金平衡組織中鐵素體和滲碳體的形態(tài)、特征和數(shù)量對(duì)合金組織和性能的影響。答:從奧氏體中析出的鐵素體一般呈塊狀,而經(jīng)共析反應(yīng)生成的珠光體中的鐵素體,由于同滲碳體要相互制約,呈交替層片狀。而滲碳體由于生成的條件不同,使其形態(tài)變得十分復(fù)雜。當(dāng)w
7、(C)=0.0218%時(shí),三次滲碳體從鐵素體中析出,沿晶界呈小片狀分布。共析滲碳體是經(jīng)共析反應(yīng)生成的,與鐵素體呈交替層片狀,而從奧氏體中析出的二次滲碳體,則以網(wǎng)絡(luò)狀分布于奧氏體的晶界。共晶滲碳體是與奧氏體相關(guān)形成的,在萊氏體中為連續(xù)的基體,比較粗大,有時(shí)呈魚骨狀。一次滲碳體是從液相中直接形成的,呈規(guī)則的長條狀。隨含碳量的增加,鐵碳合金的組織變化順序?yàn)殍F素體是軟韌相,滲碳體是強(qiáng)硬相。隨含碳量增加,滲碳體逐漸增多,鐵素體逐漸減少,合金硬度升高,塑性、韌性下降;強(qiáng)度先上升,當(dāng)w(C)=1%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值,之后隨含碳量增加,強(qiáng)度逐漸減小,這是因?yàn)閣(C)>1%時(shí),脆性的二次滲碳體于晶界形成連續(xù)
8、的網(wǎng)絡(luò),使鋼的脆性大大增加。進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)容易沿二次滲碳體處產(chǎn)生早期裂紋并發(fā)展至斷裂,使強(qiáng)度下降。 因此,為了保證工業(yè)上使用的鐵碳合金具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性,合金中滲碳體相的數(shù)量不應(yīng)過多。第六章 5.多晶體塑性變形特點(diǎn)? 答:1.不同時(shí)性:只有處在有利位向(取向因子最大)的晶粒的滑移系才能首先開動(dòng) 2.不均勻性:每個(gè)晶粒的變形量各不相同,而且由于晶界的強(qiáng)度高于晶內(nèi),使得每一個(gè)晶粒內(nèi)部的 變形也是不均勻的。 3.協(xié)調(diào)性:多晶體的塑性變形是通過各晶粒的多系滑移來保證相互協(xié)調(diào)性。根據(jù)理論推算,每個(gè)晶粒至少需要有五個(gè)獨(dú)立滑移系。注:由協(xié)調(diào)性可知,滑移系較多的體心、面心立方通過多滑移表現(xiàn)出良好的塑性,而密
9、排六方金屬滑移系少,晶粒間協(xié)調(diào)性差,故塑性變形能力低。 6.試用多晶體塑性變形過程說明純金屬晶粒越細(xì)、強(qiáng)度越高、塑性越好的原因?1993、1997答:室溫變形時(shí),由于晶界強(qiáng)度高于晶內(nèi),所以晶粒越細(xì),單位體積內(nèi)所含晶界越多,強(qiáng)化效果越好。由Hall-Petch公式,s =0 + Kd(-1/2),晶粒直徑d越小,s就越高,這就是細(xì)晶強(qiáng)化。多晶體的每個(gè)晶粒都處在其他晶粒的包圍之中,變形不是孤立的,要求臨近的晶粒相互配合,協(xié)調(diào)已經(jīng)發(fā)生塑性變形的晶粒的形狀的改變。塑變一開始就必須是多系滑移。晶粒越細(xì)小,變形協(xié)調(diào)性越好,塑性也就越好。此外,晶粒越細(xì)小,位錯(cuò)塞積引起的應(yīng)力集中越不嚴(yán)重,可以減緩裂紋的萌生,
10、曲折的晶界不利于裂紋的擴(kuò)展,有利于強(qiáng)度和塑性的提高。 7.塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)與性能的影響?1996、2006 答:組織結(jié)構(gòu):1.形成纖維組織 2.形成變形織構(gòu) 3.亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化:隨著變形量的增加,位錯(cuò)交織纏結(jié),在晶粒內(nèi)形成胞 狀亞結(jié)構(gòu),叫形變胞 4.點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重:金屬在塑性變形中產(chǎn)生大量點(diǎn)陣缺陷(空位、間隙原 子、位錯(cuò)等),使點(diǎn)陣中的一部分原子偏離其平衡位置,而造成的晶格畸變。 性能: 1.各向異性:形成了顯微組織和變形織構(gòu)。 2.形變強(qiáng)化:變形過程中位錯(cuò)密度升高,導(dǎo)致形變胞的不斷形成和細(xì)化, 對(duì)位錯(cuò)的滑移產(chǎn)生巨大的阻礙作用,使金屬的變形抗力顯著升高。 3.使金屬耐腐蝕性下降。 8.塑性變
11、形后的金屬隨著加熱溫度的升高和時(shí)間的延長,可能會(huì)發(fā)生組織性能變化規(guī)律(說明冷變形金屬在加熱過程中各階段組織與性能的變化。) 答:回復(fù):性能變化不大: 強(qiáng)度下降較少,塑性、韌性有所提高;組織無明顯 變化,晶粒仍保持纖維狀或扁平狀。 再結(jié)晶:性能變化:性能恢復(fù)到冷變形前狀態(tài);組織變化:碎化的、拉長 的或壓扁的晶粒變成均勻細(xì)小的等軸晶粒結(jié)構(gòu)變化:晶格扭曲畸變消失,內(nèi)應(yīng) 力消失。 晶粒長大:發(fā)生二次再結(jié)晶:晶粒變得特別粗大性能惡化。 9.再結(jié)晶溫度:經(jīng)過大量變形(>70%)的金屬在約1h的時(shí)間保溫時(shí)間內(nèi),能夠完成再結(jié) 晶(再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)>95%)的最低加熱溫度。 10.再結(jié)晶的溫度及影響因
12、素? 答:金屬冷變形量越大,再結(jié)晶溫度越低; 金屬純度越高再結(jié)晶溫度越低 金屬的原始晶粒尺寸越細(xì),再結(jié)晶溫度越低 加熱時(shí)間和加熱速度:延長退火加熱保溫時(shí)間,可降低再結(jié)晶溫度;提高加熱速 度,會(huì)使再結(jié)晶溫度升高。 11.影響再結(jié)晶晶粒大小的因素? 答:1、變形程度2、原始晶粒尺寸3、雜質(zhì)與合金元素4、變形溫度5、再結(jié)晶退火溫度 12.臨界變形度及其在工業(yè)生產(chǎn)中的意義(臨界變形度對(duì)金屬再結(jié)晶后組織和性能的影響) 答:當(dāng)變形量很小時(shí),由于儲(chǔ)存能很小,不足以引起再結(jié)晶,故晶粒度不改變 當(dāng)變形量達(dá)到某一數(shù)值(2%10%)時(shí),再結(jié)晶的晶粒特別粗大,這樣的變形度 稱為臨界變形度 隨變形量增加,儲(chǔ)存能增大,導(dǎo)
13、致再結(jié)晶形核率和長大速度都增加,但形核率 增加得更快,使再結(jié)晶后晶粒變細(xì) 當(dāng)變形度達(dá)到一定程度后,再結(jié)晶晶粒大小基本保持不變當(dāng)變形量大于70% 以后,金屬內(nèi)部產(chǎn)生織構(gòu),再結(jié)晶晶粒容易長大。 故生產(chǎn)中應(yīng)避免在臨界變形度范圍內(nèi)進(jìn)行加工,以免再結(jié)晶晶粒粗大。 13.熱加工(在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行塑性變形)對(duì)金屬組織與性能的影響?1994、2004、2005 答:1.改善鑄錠和鋼坯的組織:通過熱加工可以使鋼的組織缺陷得到明顯改善,使材料性能明顯提高。a.焊合氣孔和疏松,增加 致密度;b.打碎粗大晶粒及粗大夾雜物,使之均勻分布;c.消除部分偏析,使化學(xué)成分較均勻。 2.形成纖維組織:在熱加工過程中鑄態(tài)金屬
14、的偏析、夾雜物、第二相、晶界等逐漸沿變形方向延展,在宏觀工件上勾畫出一個(gè)個(gè)線條,這種組織也稱為纖維組織。金屬中纖維組織的形成使其機(jī)械性能呈現(xiàn)出各向異性,沿著流線方向比垂直于流線方向具有較高的機(jī)械性能。在制定熱加工工藝時(shí),必須合理控制流線方向的分布情況,盡量使流線方向與應(yīng)力方向一致。 3.形成帶狀組織:復(fù)相合金中的各個(gè)相,在熱加工時(shí)沿著變形方向交替地呈帶狀分布,這種組織稱為帶狀組織。帶狀組織使金屬材料的機(jī)械性能產(chǎn)生方向性,特別是橫向的塑性韌性明顯降低,使材料的切削性能惡化。 4.晶粒大?。赫5臒峒庸た梢允咕Я<?xì)化、均勻,以提高材料的性能。但晶粒能否細(xì)化取決于變形量、熱加工溫度、尤其是終鍛(軋)
15、溫度及鍛(軋)后冷卻等因素。增大變形量,有利于獲得細(xì)晶粒,但要避免在臨界變形度范圍內(nèi)加工;變形量不要過大(>90%),變形溫度不要太高,否則引起二次再結(jié)晶,造成晶粒異常粗大;合理控制終鍛(軋)溫度。 14.優(yōu)質(zhì)冷拔鋼絲1100°C斷裂的原因? 答:冷拔鋼絲由于有加工硬化,故其強(qiáng)度較高,承載能力較強(qiáng),當(dāng)其被紅熱的鄂板加熱的時(shí)候,當(dāng)溫度上升到再結(jié)晶溫度以上,會(huì)發(fā)生再結(jié)晶,使得強(qiáng)度下降,不能承受鄂板重量,故會(huì)發(fā)生斷裂。區(qū)分以下幾個(gè)概念:結(jié)晶:金屬從液相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程(有相變)重結(jié)晶:從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的過程(有相變)再結(jié)晶:當(dāng)冷變形金屬的加熱溫度高于回復(fù)溫度時(shí),在變形組織的基體上
16、產(chǎn)生無畸變的晶核,并迅速長大成等軸晶粒,逐漸取代全部變形組織的過程。(不是相變過程,因?yàn)闆]有新的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生,在相變重結(jié)晶溫度以下)二次再結(jié)晶:晶粒長大時(shí),加熱超過一定溫度或保溫時(shí)間過長,少數(shù)晶粒吞并周圍其它小晶粒急劇長大,它的尺寸很大,而其他晶粒仍細(xì)小,最后小晶粒被大晶粒吞并,整個(gè)金屬的晶粒都變得十分粗大,超過原始晶粒尺寸的上千倍,這種晶粒長大稱為異常晶粒長大或二次再結(jié)晶。鋁的再結(jié)晶溫度為150°C滑移:晶體的塑性變形是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著某些晶面和晶向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的結(jié)果,這種變形方式稱為滑移?;泼妫涸优帕凶罹o密的晶面;滑移方向:原子排列最密的晶向?;葡?= 一個(gè)滑
17、移面 + 此面上的一個(gè)滑移方向其他條件相同時(shí),面心立方結(jié)構(gòu)滑移系數(shù)目最多,滑移面上原子密排程度最大,變形協(xié)調(diào)性最好,故塑性最好,密排六方結(jié)構(gòu)滑移系數(shù)目太少,變形協(xié)調(diào)性最差,故塑性最差。第七章 15. 常溫下晶粒度對(duì)金屬性能有何影響? 答:晶粒越細(xì),金屬強(qiáng)度硬度越高,塑性韌性越好。 16.試總結(jié)細(xì)化晶粒的工藝方法有哪些? 答:1.鑄造工藝方法:增加過冷度(僅適用于小型鑄件); 變質(zhì)處理:促進(jìn)大量非均勻形核; 震動(dòng)攪拌:外界輸入能量,提供形核功;打碎枝晶,增加形核數(shù)目。 2.變形方法:塑性變形可通過再結(jié)晶細(xì)化晶粒 3.熱處理方法:如果有相變,可采用熱處理細(xì)化晶粒。主要是控制奧氏體化過程,對(duì)奧 氏體
18、晶粒度的控制:控制加熱溫度、加熱速度和保溫時(shí)間(采用快速加熱,短時(shí)保溫 的方法) 控制含碳量,并且加入阻礙奧氏體晶粒長大的合金元素。 4.如果含較多合金元素,可通過第二相彌散分布細(xì)化晶粒。 5.包晶轉(zhuǎn)變可以細(xì)化晶粒:包晶轉(zhuǎn)變前形成大量細(xì)小化合物,起非均勻形核作用,具有良好的細(xì)化晶粒效果。 17.試述馬氏體相變的主要特征以及鋼中馬氏體具有高強(qiáng)度、高硬度的原因? 答:固溶強(qiáng)化:過飽和的間隙原子C在相晶格中造成正方畸變,形成強(qiáng)烈的應(yīng)力場(chǎng), 與位錯(cuò)交互作用,阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而提高馬氏體的硬度和強(qiáng)度。 相變強(qiáng)化:馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)造成晶格缺陷密度很高的亞結(jié)構(gòu),這些缺陷都將阻礙位錯(cuò) 運(yùn)動(dòng),使馬氏體強(qiáng)化。 時(shí)效強(qiáng)
19、化:C原子和合金元素原子向位錯(cuò)及其他晶體缺陷處擴(kuò)散偏聚,或者以碳化 物的形式彌散析出,釘軋位錯(cuò),阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而造成時(shí)效強(qiáng)化。 細(xì)晶強(qiáng)化:原A晶粒越細(xì)小,M板條束越細(xì)小,相界面越多,阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),造 成馬氏體強(qiáng)化。第八章回火馬氏體:高碳鋼在350°C以下回火時(shí),馬氏體分解后形成的相和-碳化物組成的復(fù)相組織稱(高硬度、高耐磨性)回火馬氏體或下貝氏體:淬火鋼在200300°C回火時(shí),殘余奧氏體分解為相和碳化物的機(jī)械混合物?;鼗鹜惺象w:回火溫度升高到400°C時(shí),馬氏體完全分解,由針狀相和與其無共格聯(lián)系的細(xì)小的粒狀與片狀滲碳體組成的機(jī)械混合物。(高彈性極限)回火索氏體
20、:淬火鋼在500650°C回火時(shí),滲碳體聚集成較大的顆粒,同時(shí)馬氏體的針狀形態(tài)消失,形成多邊形的鐵素體,這種鐵素體與粒狀滲碳體的機(jī)械混合物。(強(qiáng)度和韌性 良好配合)脫溶:從過飽和固溶體中析出第二相(沉淀相)或形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)及亞穩(wěn)定過渡相的過程。比較索氏體和回火索氏體在形成條件、組織形態(tài)與性能上的主要區(qū)別索氏體回火索氏體形成條件(650600°C)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變馬氏體高溫回火組織形態(tài)細(xì)片狀珠光體(等軸鐵素體基體上彌散的細(xì)顆粒狀滲碳體。)粒狀珠光體(多邊形鐵素體與粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物)性能比回火索氏體硬度強(qiáng)度高,但是塑性韌性差,一般不用作成品具有強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的
21、綜合機(jī)械性能比較托氏體和回火托氏體在形成條件、組織形態(tài)與性能上的主要區(qū)別托氏體回火托氏體形成條件(600550°C)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變馬氏體中溫回火組織形態(tài)極細(xì)的珠光體細(xì)片狀珠光體(針狀鐵素體與細(xì)小的片狀或粒狀滲碳體的機(jī)械混合物)性能比回火托氏體硬度強(qiáng)度高,塑性韌性不如回火屈氏體好高的彈性極限,強(qiáng)度、塑性、韌性也較好比較馬氏體和回火馬氏體在形成條件、組織形態(tài)與性能上的主要區(qū)別馬氏體回火馬氏體形成條件較低溫度下,奧氏體快速冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體低溫回火組織形態(tài)板條:扁條狀片狀:針狀或竹葉狀針狀鐵素體和彌散分布在馬氏體基體上的-碳化物的機(jī)械混合物,呈針葉狀性能具有很高的強(qiáng)度和硬度具有很高的強(qiáng)度和硬度
22、,高耐磨性目的應(yīng)用具體工藝參數(shù)完全退火細(xì)化晶粒,均勻組織,消除內(nèi)應(yīng)力和熱加工缺陷,降低硬度,改善切削加工性能和冷塑性變形性能在中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄件和鍛、軋件中,消除其魏氏組織、晶粒粗大的過熱組織和帶狀組織注:切削前,鍛軋、焊接、澆注后加熱溫度:Ac3 + 2030。C保溫時(shí)間:取決于工件透燒和組織轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間冷卻方式:緩冷等溫退火縮短退火時(shí)間,有利于工件獲得均勻的組織和性能(自編)高碳鋼、合金工具鋼、高合金鋼小工件稍低于Ar1,等溫一定時(shí)間,空冷至室溫。不完全退火使珠光體片間距增大,硬度有所降低,內(nèi)應(yīng)力有所減少大批量生產(chǎn)的亞共析鋼鍛件Ac1Ac3(亞共析鋼)Ac1Accm(過共析鋼)保溫后緩冷球
23、化退火使鋼中碳化物球化,獲得粒狀珠光體;降低硬度、改善切削加工性能,獲得均勻組織,改善熱處理工藝性能,為淬火作組織準(zhǔn)備。共析鋼、過共析鋼、合金工具鋼(注意:球化退火前,不允許有網(wǎng)狀碳化物,若有,先正火消除網(wǎng)狀碳化物,再球化退火)加熱溫度:Ac1 + 2030。C,不宜過高,隨爐加熱。保溫時(shí)間:24h冷卻方式:爐冷或Ar1以下20°C左右較長時(shí)間等溫處理擴(kuò)散(均勻化)退火消除晶內(nèi)偏析,使成分均勻化(注意:擴(kuò)散退火后,奧氏體晶粒十分粗大,必須進(jìn)行一次完全退火或正火來細(xì)化晶粒,消除過熱缺陷)只有一些優(yōu)質(zhì)合金鋼和偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件使用加熱溫度:Ac3或Accm以上150300°
24、C(合金鋼一般1200-1300°)冷卻方式:隨爐冷卻,冷至350°C以下出爐。去應(yīng)力退火消除殘余內(nèi)應(yīng)力,提高工件尺寸穩(wěn)定性,防止變形和開裂鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件加熱溫度:Ac1一下,一般在500600oC之間;冷卷彈簧應(yīng)在250300oC保溫時(shí)間:鋼件3min/mm鑄鐵6min/mm工序安排:精加工或淬火前再結(jié)晶(中間)退火使冷變形后的金屬的變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌牡容S晶粒,消除加工硬化和殘余內(nèi)應(yīng)力,改善切削加工性能和冷成形性能冷變形后的金屬(注:對(duì)于處于臨界變形度(2%-10%)的鋼,應(yīng)用正火或完全退火來代替再結(jié)晶退火)再結(jié)晶退火溫度:鋼材650700oC,保溫13
25、h,空冷。工序安排:兩次冷變形加工之間正火 (實(shí)質(zhì)是完全奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變)改善低碳鋼的切削加工性能;消除中碳鋼熱加工缺陷(與完全退火相同,但更省事,經(jīng)濟(jì));消除過共析鋼網(wǎng)狀碳化物;提高普通結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能(正火代替調(diào)制處理,減少工序節(jié)能增產(chǎn)只適用于碳素鋼及低、中合金鋼加熱溫度:Ac3或Accm以上3050oC保溫時(shí)間:以工件透燒為準(zhǔn)冷卻方式:空冷,對(duì)于大工件采用鼓風(fēng)或噴霧本課程所涉及的基本概念、基本理論總結(jié)歸納如下:加工工藝過程:1. 澆鑄(鑄件)退火(均勻化擴(kuò)散、去應(yīng)力)機(jī)械加工 氣缸鑄造:將液態(tài)材料(如金屬、塑料等)注入模具中的成型方法。鑄造性能主要用材料的流動(dòng)性來衡量。焊接和膠接:將
26、分離的部件連接到一起的成型方法. 通常用可焊性來衡量材料的焊接性能。機(jī)械加工: 采用切削加工(如車、銑、鉗、刨、鏜、磨等)使固態(tài)材料成型,通常用材料的硬度來衡量其機(jī)械加工性能。2. 澆鑄(鑄錠)(塑性加工)拉拔中間退火拉拔去應(yīng)力退火 鋼絲繩熱處理: 通過對(duì)材料加熱(加熱溫度通常在熔點(diǎn)以下)、保溫和冷卻來調(diào)整其性能的工藝方法。塑性加工:鍛、拉、擠、軋、彎 ;包括兩類:冷變形,熱加工(高于再結(jié)晶溫度)3. 澆鑄(鑄錠)(塑性加工)鍛造預(yù)備熱處理(正火或退火)機(jī)械加工最終熱處理(淬火和回火、固溶和時(shí)效)精加工裝配 機(jī)器零件影響材料組織結(jié)構(gòu)工藝:鑄造、鍛造、熱處理強(qiáng)化理論:概念,機(jī)理、規(guī)律、方法、使用
27、實(shí)際意義1固溶強(qiáng)化:概念:通過形成固溶體而產(chǎn)生晶格畸變,使金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。機(jī)理:形成間隙式或置換式固溶體,均產(chǎn)生晶格畸變(點(diǎn)缺陷),阻礙位錯(cuò)移動(dòng),引起變形抗力增加。規(guī)律:隨固溶度而增大。固溶度越大,晶格畸變比率越大,固溶強(qiáng)化程度越大。方法:冶金(熔煉) 合金化使用實(shí)際意義:固溶強(qiáng)化是金屬強(qiáng)化的最基本方式。固溶體的綜合力學(xué)性能較好,常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相。2第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化:概念:通過在固溶體基體上彌散分布金屬化合物(第二相,正常價(jià)化合物、電子化合物、間隙相和間隙化合物),使金屬強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步提高的現(xiàn)象稱為第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化。機(jī)理:相界面(面缺陷:共格、半共格、非共格相界)阻礙
28、位錯(cuò)移動(dòng),引起變形抗力增加。規(guī)律:隨第二相的密度(多少)和彌散度增大而增加。(種類共格>半共格>非共格相界)方法:(1)沉淀:從過飽和固溶體中析出。(2)粉末冶金:粉末混合燒結(jié)。使用實(shí)際意義:在固溶強(qiáng)化基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化金屬材料最常用方法。3細(xì)晶強(qiáng)化:概念:通過細(xì)化晶粒,增加單位體積中晶界的面積,使金屬強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步提高的現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。機(jī)理:晶界(取向差通常大于10°)(包括亞晶界:取向差通常小于于2°)阻礙位錯(cuò)移動(dòng),引起變形抗力增加。規(guī)律:(霍爾-派奇公式)方法:(1)鑄件:增大過冷度;變質(zhì)處理;攪拌、振動(dòng)和超聲波。 (2)冷變形+中間退火:控制冷變形量和
29、退火溫度,避開臨界變形度, (3)鍛件:控制扎制(熱加工,成形,改善鑄態(tài)組織缺陷) (4) 熱處理件:控制奧氏體晶粒度,加熱(奧氏體化)溫度,相變點(diǎn)+(30-50)使用實(shí)際意義:使金屬材料的室溫強(qiáng)度和塑性韌性同步提高的唯一的強(qiáng)化方法,適于材料的各種加工工藝方法。4形變強(qiáng)化:概念:金屬在塑性變形過程中,隨著變形程度的增加,金屬的強(qiáng)度、硬度顯著升高,而塑性、韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化或加工硬化。機(jī)理:隨著塑性變形的進(jìn)行,位錯(cuò)的密度不斷增加,位錯(cuò)間產(chǎn)生交割、塞積、纏結(jié),均阻礙位錯(cuò)移動(dòng),引起變形抗力增加。規(guī)律:隨變形量(或位錯(cuò)密度)增加而增強(qiáng)。方法:冷塑性變形(拉拔、沖壓、冷軋)使用實(shí)際意義:(1
30、)使冷變形成形成為可能;(2)提高了構(gòu)件服役的安全性。(3)對(duì)不能通過熱處理強(qiáng)化的零件,這是金屬材料強(qiáng)化最有效的方法。5馬氏體相變強(qiáng)化:概念:鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻,在較低溫度下發(fā)生非擴(kuò)散型相變生成馬氏體,使金屬的強(qiáng)度、硬度顯著升高,而塑性、韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為馬氏體相變強(qiáng)化。機(jī)理:包含了上述強(qiáng)化機(jī)制。規(guī)律:隨馬氏體含量的增加而增強(qiáng)。方法:淬火+回火使用實(shí)際意義:對(duì)鋼鐵材料而言,這是最常用的強(qiáng)化方法。第一章金屬的定義:金屬是具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì), 通常具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、高的密度和高的光澤金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):其最外層的電子(價(jià)電子)數(shù)很少,一般為12個(gè),不超過3個(gè)。結(jié)合力
31、: (1)金屬鍵:共有價(jià)電子電子云鍵無方向性和飽和性 (2) 離子鍵: 得失價(jià)電子正負(fù)離子 (3) 共價(jià)鍵: 共有電子對(duì)鍵有飽和性 (4) 范德瓦爾鍵 : 一個(gè)分子的正電荷部位與另一分子的負(fù)電荷部位間以微弱靜電引力相引而結(jié)合在一起稱為分子鍵 金屬的鍵能 熔點(diǎn)、強(qiáng)度、模量也越高;原子半徑熱膨脹系數(shù)小 影響置換式固溶體溶解度的因素有:(1)尺寸差(2)電負(fù)性差(3)電子濃度(4)晶體結(jié)構(gòu):立方晶系晶向、晶面晶面及晶向的原子密度不同晶體結(jié)構(gòu)中不同晶面、不同晶向上的原子排列方式和排列緊密程度是不一樣的。晶帶軸:平行于或者相交于同一直線的一組晶面組成一個(gè)晶帶,而該直線叫做晶帶軸。 六方晶系的晶向指數(shù)密勒
32、指數(shù)多晶型轉(zhuǎn)變:當(dāng)外部的溫度和壓強(qiáng)改變時(shí),有些金屬會(huì)由一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,稱之為多晶型轉(zhuǎn)變,又稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(重結(jié)晶,二次結(jié)晶)第二章:凝固:金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。結(jié)晶:結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。宏觀現(xiàn)象:過冷 熱力學(xué)條件:微觀過程:形核和長大影響金屬結(jié)晶過冷度的因素:(1)金屬的本性(2)金屬的純度(3)冷卻速度; (4)鑄造模具所用材料形核方式:均勻與非均勻液固界面的微觀結(jié)構(gòu):具有粗糙界面(杰克遜因子<2):垂直方式長大; 光滑界面(杰克遜因子>5)、臺(tái)階長大:二維晶核、螺型位錯(cuò);正溫度梯度:平面狀界面、 負(fù)溫度梯度:樹枝狀第三章:二元相圖勻晶相圖:固溶體合金,適于變形成形選擇性結(jié)晶規(guī)律:不平衡結(jié)晶:成分偏析成分過冷:正溫度梯度下可能長成樹枝晶共晶相圖:適于鑄造成
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