《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》PPT課件-第二章-金屬材料組織和性能的控制.ppt

1、2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 單元單元5 1第二章第二章 金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶凝固凝固：液態(tài)：液態(tài)L固態(tài)固態(tài)S S可以是非晶體?？梢允欠蔷w。結(jié)晶結(jié)晶：一種原子排列狀態(tài)過渡為另一種原子：一種原子排列狀態(tài)過渡為另一種原子 規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過程。規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過程。 一次結(jié)晶一次結(jié)晶：LS晶態(tài)晶態(tài)二次結(jié)晶二次結(jié)晶：SS晶態(tài)晶態(tài)一、純金屬結(jié)晶的條件一、純金屬結(jié)晶的條件1 純金屬冷卻曲線純金屬冷卻曲線液態(tài)金屬在結(jié)晶時的溫度液態(tài)金屬在結(jié)晶時的溫度時間曲線時間曲線 過冷度過冷度理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度

2、 和實(shí)際結(jié)晶溫和實(shí)際結(jié)晶溫 度之差。度之差。 2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 單元單元5 2T = T0Tn 冷速越快，過冷度越大冷速越快，過冷度越大過冷過冷指液態(tài)金屬實(shí)際指液態(tài)金屬實(shí)際 冷卻到結(jié)晶溫度冷卻到結(jié)晶溫度 以下而暫不結(jié)晶以下而暫不結(jié)晶 的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。2 純金屬結(jié)晶的條件純金屬結(jié)晶的條件F TTFF固固F液液F= F固固F液液0 結(jié)晶驅(qū)動力結(jié)晶驅(qū)動力 自然界的自發(fā)過程進(jìn)行的自然界的自發(fā)過程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是熱力學(xué)條件都是F0只有當(dāng)液體的過冷度達(dá)到一定的大小，使結(jié)晶的動力只有當(dāng)液體的過冷度達(dá)到一定的大小，使結(jié)晶的動力F大于大于

3、建立界面所需要的表面能時，結(jié)晶過程才能開始進(jìn)行。建立界面所需要的表面能時，結(jié)晶過程才能開始進(jìn)行。自由能自由能溫度溫度2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 單元單元5 33、純金屬的結(jié)晶過程、純金屬的結(jié)晶過程2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 單元單元5 4.形核形核自發(fā)形核自發(fā)形核 非自發(fā)形核非自發(fā)形核 .長大長大平面長大平面長大 樹枝狀長大樹枝狀長大結(jié)晶過程結(jié)晶過程 2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 單元單元5 52.金屬材料組織和性能的

4、控制金屬材料組織和性能的控制 2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 單元單元5 6二、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變二、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Fe(bcc) -Fe(fcc) a-Fe(bcc) 139491213941538912-Fe-Fe(fcc）a-FeT時間時間770居里點(diǎn)居里點(diǎn)以純鐵為例以純鐵為例-Fe(fcc) a-Fe(bcc)鐵的體積會膨脹鐵的體積會膨脹12.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 單元單元5 7純鐵純鐵同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 單元單元5 8三三、晶粒尺寸的控

5、制晶粒尺寸的控制 （1）晶粒度）晶粒度單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長度（或直徑）表示單位面積上的晶粒數(shù)目或晶粒的平均線長度（或直徑）表示 （2）過冷度對形核一長大的影響）過冷度對形核一長大的影響過冷度過冷度T提高，提高，N提高、提高、G提高提高過冷過冷T太高，太高，N降低、降低、G降低降低（3）控制晶粒度的因素）控制晶粒度的因素提高過冷度提高過冷度變質(zhì)處理變質(zhì)處理在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。自發(fā)晶核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。振動，攪拌等振動，攪拌等2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2

6、.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元6 1一、一、合金相圖類型合金相圖類型 相圖相圖是表明合金系中各種合金相的平衡條件和相與相是表明合金系中各種合金相的平衡條件和相與相之間關(guān)系的一種簡明示圖，也稱為平衡圖或狀態(tài)圖。之間關(guān)系的一種簡明示圖，也稱為平衡圖或狀態(tài)圖。平衡平衡是指在一定條件下合金系中參與相變過程的各項(xiàng)是指在一定條件下合金系中參與相變過程的各項(xiàng)的成分和相對質(zhì)量不在變化所達(dá)到的一種狀態(tài)。此時的成分和相對質(zhì)量不在變化所達(dá)到的一種狀態(tài)。此時合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時間而改變。合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時間而改變。（一）二元合金的結(jié)晶（一）二元合金的結(jié)晶2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的

7、控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元62 根據(jù)結(jié)晶過程中出現(xiàn)的不同類型的結(jié)晶反應(yīng)，可把根據(jù)結(jié)晶過程中出現(xiàn)的不同類型的結(jié)晶反應(yīng)，可把二元合金的結(jié)晶過程分為下列幾種類型。二元合金的結(jié)晶過程分為下列幾種類型。1. 發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶2. 2. 發(fā)生共晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生共晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶 如如Pb-SnPb-Sn合金相圖合金相圖3. 3. 發(fā)生包晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生包晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶 如如Pt-AgPt-Ag、Ag-SnAg-Sn、Sn-SbSn-Sb合晶具有包晶相圖合晶具有包晶相圖4 4發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶2.金屬材料組織和

8、性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元6 31. 發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生勻晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶 Cu-Ni相圖為典型的勻晶相圖，合金發(fā)生勻晶反應(yīng)相圖為典型的勻晶相圖，合金發(fā)生勻晶反應(yīng) ：L,從液相中逐漸結(jié)從液相中逐漸結(jié)晶出固溶體。晶出固溶體。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元6 42. 發(fā)生共晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生共晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶 如如Pb-Sn合金相圖合金相圖 由一種液相在恒溫下同時結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)叫共晶由一種液相在恒溫下同時結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)叫共晶反應(yīng)。生成的兩相混合物叫共晶體。反應(yīng)

9、。生成的兩相混合物叫共晶體。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元6 53. 3. 發(fā)生包晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生包晶反應(yīng)的合金的結(jié)晶 如如Pt-AgPt-Ag、Ag-SnAg-Sn、Sn-SbSn-Sb合晶具有包晶相圖合晶具有包晶相圖包晶反應(yīng)：包晶反應(yīng)：c c+ L+ Ld d 一種固相和液相結(jié)晶出另外一種固相，發(fā)生包晶反應(yīng)時一種固相和液相結(jié)晶出另外一種固相，發(fā)生包晶反應(yīng)時三相共存，他們的成分確定，反應(yīng)在恒溫下平衡地進(jìn)行。三相共存，他們的成分確定，反應(yīng)在恒溫下平衡地進(jìn)行。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)

10、晶合金的結(jié)晶 單元單元6 64發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶發(fā)生共析反應(yīng)的合金的結(jié)晶 由一種固相轉(zhuǎn)變成完全不同的兩種相互關(guān)聯(lián)的固相，此由一種固相轉(zhuǎn)變成完全不同的兩種相互關(guān)聯(lián)的固相，此兩相混合物稱為共析體。兩相混合物稱為共析體。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元6 7（二）合金的性能與相圖的關(guān)系（二）合金的性能與相圖的關(guān)系1.合金的使用性能與相圖的關(guān)系合金的使用性能與相圖的關(guān)系 固溶體的性能與溶質(zhì)元素的溶入量有關(guān)，溶質(zhì)的溶入固溶體的性能與溶質(zhì)元素的溶入量有關(guān)，溶質(zhì)的溶入量越多，晶格越大，合金的強(qiáng)度、硬度越高，電阻越大。合量越多，晶格越大，合金的

11、強(qiáng)度、硬度越高，電阻越大。合金的某些性能可按組成相性能依質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系疊加的辦法金的某些性能可按組成相性能依質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系疊加的辦法求出。求出。 例如硬度：例如硬度：HB=HB()+HB() 對組織較敏感的某些性能如強(qiáng)度等，與組成相或組織對組織較敏感的某些性能如強(qiáng)度等，與組成相或組織成物的形態(tài)有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細(xì)密，強(qiáng)度成物的形態(tài)有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細(xì)密，強(qiáng)度越高。但形成化合物時，則在性能越高。但形成化合物時，則在性能-成分曲線上于化合物成成分曲線上于化合物成分處出現(xiàn)極大值或極小值。分處出現(xiàn)極大值或極小值。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2

12、合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元6 82.合金的工藝性能與相圖的關(guān)系合金的工藝性能與相圖的關(guān)系合金的鑄造性能與相圖的關(guān)系：合金的鑄造性能與相圖的關(guān)系： 純組元和共晶成分的合金的流動性最好，縮孔集中，純組元和共晶成分的合金的流動性最好，縮孔集中，鑄造性能好。相圖中液相線和固相線之間距離越小，液體鑄造性能好。相圖中液相線和固相線之間距離越小，液體合金結(jié)晶的溫度范圍越窄，對澆注和鑄造質(zhì)量越有利。合合金結(jié)晶的溫度范圍越窄，對澆注和鑄造質(zhì)量越有利。合金的液、固相線溫度間隔大時，形成枝晶偏析的傾向性大；金的液、固相線溫度間隔大時，形成枝晶偏析的傾向性大；同時先結(jié)晶出的樹枝晶阻礙為結(jié)晶液體的流動，而降低其同時

13、先結(jié)晶出的樹枝晶阻礙為結(jié)晶液體的流動，而降低其流動性，增多分散縮孔。所以，鑄造合金常選共晶或接近流動性，增多分散縮孔。所以，鑄造合金常選共晶或接近共晶的成分。共晶的成分。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元6 9合金的鍛造性能與相圖的關(guān)系：合金的鍛造性能與相圖的關(guān)系： 合金為單相組織時變形抗力小，變形均勻，不易開裂，合金為單相組織時變形抗力小，變形均勻，不易開裂，因而變形能力大。雙相組織的合金變形能力。雙相組織的因而變形能力大。雙相組織的合金變形能力。雙相組織的合金變形能力差些，特別是組織中存在有較多的化合物相合金變形能力差些，特別是組織

14、中存在有較多的化合物相時更是如此，因?yàn)樗麄兌己艽唷r更是如此，因?yàn)樗麄兌己艽唷?.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元7 1二、二、 鐵碳合金組織鐵碳合金組織（一）、（一）、Fe-Fe3C相圖的組元相圖的組元 1Fe組元組元性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)強(qiáng)度低、硬度低、韌性、塑性好強(qiáng)度低、硬度低、韌性、塑性好2Fe3C （ Cem， Cm）性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零?？估瓘?qiáng)度抗拉強(qiáng)度b=180230MPa延伸率延伸率=30=30 50斷面收縮率斷面收縮率 =70 80ak=1.6 102 10 J

15、/66硬度硬度 50HB80HB抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b=30MPa硬度硬度 800HB=0=0ak=0（二）、（二）、Fe-Fe3C相圖中的相和組織相圖中的相和組織2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元7 21液相液相L2相相 高溫鐵素體高溫鐵素體 （C固溶到固溶到 Fe中的間隙式固溶體）中的間隙式固溶體）3相相 鐵素體鐵素體F （C固溶到固溶到 -Fe中的間隙式固溶體）中的間隙式固溶體）強(qiáng)度、硬度低、塑性好強(qiáng)度、硬度低、塑性好 （室溫：（室溫：C%=0.0008%, 727度：度：C%=0.0218%）4相、相、A奧氏體奧氏體 （C固溶到固溶

16、到-Fe中的間隙式固溶體）中的間隙式固溶體）強(qiáng)度低，易塑性變形強(qiáng)度低，易塑性變形5Fe3C性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。熔點(diǎn)高，硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元7 36珠光體珠光體 P （鐵素體和滲碳體的共析混合物）（鐵素體和滲碳體的共析混合物）抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b=770MPa延伸率延伸率= 20= 20 35斷面收縮率斷面收縮率 =40 60ak=3 104 10 J/55硬度硬度 180HBA0.77 F0.0218+Fe3C 或或A0.77 P0.777277277萊氏體萊氏體

17、高溫萊氏體高溫萊氏體 Le（奧氏體和滲碳體的共晶混合物）（奧氏體和滲碳體的共晶混合物）L4.31148Le4.3低溫萊氏體低溫萊氏體 Le硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。硬而脆，塑性、韌性幾乎為零。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元7 42.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元7 5（三）、分析（三）、分析Fe-Fe3C相圖相圖2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元7 92.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金

18、的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元7 102.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 1（三）、分析（三）、分析Fe-Fe3C相圖相圖2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 22.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 32.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 4基于基于Fe-Fe3C相圖的相圖的Fe-C合金分類合金分類1工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵，C%=0.0218%2鋼鋼0.0218%C%= 2

19、.11%亞共析亞共析鋼鋼 0.0218%C%0.77%共析鋼共析鋼 0.77%過共析鋼過共析鋼 0.77%C%= 2.11%3白口鑄鐵白口鑄鐵2.11%C%6.69%亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 2.11%C%4.3%共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 4.3%過共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵 4.3 %C%F+P-PdP+Fe3CII-P+Fe3CII+Le-Le-Le+Fe3CII-Fe3C2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 7F F+P P P+Fe3CII P+Fe3CII+LeLe Le+Fe3CII Fe3C2.含碳量含碳量組織組織HB

20、：取決于相及相對量：取決于相及相對量3.含碳量含碳量性能性能C%HB 強(qiáng)度強(qiáng)度：C% 0.9% 塑性、韌性塑性、韌性：C%塑性塑性、韌性、韌性2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 8鐵碳合金相圖的建立鐵碳合金相圖的建立2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 9鐵碳合金加熱冷卻轉(zhuǎn)變鐵碳合金加熱冷卻轉(zhuǎn)變2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 10（六）、（六）、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用相圖的應(yīng)用1、在鋼鐵選材方面的應(yīng)用、在鋼鐵選材

21、方面的應(yīng)用2、在鑄造工藝方面的應(yīng)用、在鑄造工藝方面的應(yīng)用3、在熱鍛、在熱鍛、熱軋工藝方面的應(yīng)用熱軋工藝方面的應(yīng)用4、在熱處理工藝方面的應(yīng)用、在熱處理工藝方面的應(yīng)用2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 單元單元8 11鐵碳合金相圖練習(xí)題鐵碳合金相圖練習(xí)題一、一、 名詞解釋名詞解釋 相圖相圖 鐵素體鐵素體 奧氏體奧氏體 珠光體珠光體 滲碳體滲碳體 二、間答題二、間答題1 1、合金結(jié)晶有哪些類型？各自的結(jié)晶特征？、合金結(jié)晶有哪些類型？各自的結(jié)晶特征？2 2、按、按鐵碳相圖，鐵碳合金如何分類鐵碳相圖，鐵碳合金如何分類？其中三種鋼室溫組織？其中三種鋼室溫組織

22、 是什么？是什么？3、含碳量為、含碳量為0.4、0.77、1.2、三種鋼在、三種鋼在700 770、 900時分別各為何組織？時分別各為何組織？4 4、計(jì)算一下、計(jì)算一下5050鋼和鋼和T10T10鋼在室溫下鋼在室溫下 HBSHBS、 、 數(shù)值數(shù)值？b 5、隨鋼中含碳量增加，其機(jī)械性能如何變化？其原因？、隨鋼中含碳量增加，其機(jī)械性能如何變化？其原因？2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元9 1一、金屬材料的塑性變形一、金屬材料的塑性變形1、單晶體的塑性變形、單晶體的塑性變形 單晶體塑性變形的基本方式單晶體塑性變形的基本方式滑移滑移和

23、和孿生孿生 （1）滑移）滑移 在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）發(fā)生相對的滑動晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）發(fā)生相對的滑動滑移的特點(diǎn)：滑移的特點(diǎn)： 滑移只在切應(yīng)力作用下發(fā)生，不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力大小不同。滑移只在切應(yīng)力作用下發(fā)生，不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力大小不同。 滑移是晶體內(nèi)部位錯在切應(yīng)力作用下運(yùn)動的結(jié)果。并非是晶體兩部分沿滑移是晶體內(nèi)部位錯在切應(yīng)力作用下運(yùn)動的結(jié)果。并非是晶體兩部分沿 滑移面作整體的滑動?；泼孀髡w的滑動。2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工2.金屬材料組織

24、和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元9 22.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元9 3 滑移造成的晶體總變性量是原子間距的整數(shù)值，不引起晶格位向的變化?；圃斐傻木w總變性量是原子間距的整數(shù)值，不引起晶格位向的變化。 滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面和其上密度最大的晶向進(jìn)行?；瓶偸茄刂w中原子密度最大的晶面和其上密度最大的晶向進(jìn)行。 滑移系（滑移面和該面上的一個滑移方向），滑移系數(shù)目滑移系（滑移面和該面上的一個滑移方向），滑移系數(shù)目，材料塑性，材料塑性；滑移方向滑移方向，材料塑

25、性，材料塑性。如。如FCC和和BCC的滑移系為的滑移系為12個，個，HCP為為3個，個，F(xiàn)CC的滑移方向多于的滑移方向多于BCC，金屬塑性如金屬塑性如Cu（FCC）Fe（BCC）Zn（HCP）。）。 滑移時晶體伴隨有轉(zhuǎn)動。滑移時晶體伴隨有轉(zhuǎn)動。金屬材料塑性變形的實(shí)質(zhì)：金屬材料塑性變形的實(shí)質(zhì)：金屬塑性變形實(shí)質(zhì)上是以滑移和孿生金屬塑性變形實(shí)質(zhì)上是以滑移和孿生兩種形式通過位錯運(yùn)動來進(jìn)行的。兩種形式通過位錯運(yùn)動來進(jìn)行的。 2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元9 4一、金屬材料的塑性變形一、金屬材料的塑性變形（2）孿生）孿生在切應(yīng)力作用下，

26、晶體的一部分相對于在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變。（孿生方向）發(fā)生切變。 金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成鏡面對稱關(guān)系。兩側(cè)形成鏡面對稱關(guān)系。發(fā)生孿生的部分發(fā)生孿生的部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。孿生借助于切變進(jìn)行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進(jìn)行時發(fā)生孿生借助于切變進(jìn)行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進(jìn)行時發(fā)生. 孿生孿生原子移動的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值原子移動的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值. FCC金屬一般

27、不發(fā)生孿生，少數(shù)在極低溫度下發(fā)生，金屬一般不發(fā)生孿生，少數(shù)在極低溫度下發(fā)生，BCC金屬僅在室溫金屬僅在室溫或受沖擊時發(fā)生?；蚴軟_擊時發(fā)生。HCP金屬較容易發(fā)生孿生。金屬較容易發(fā)生孿生。 2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元9 52、多晶體的塑性變形、多晶體的塑性變形多晶體由許多晶粒組成，各個晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形復(fù)雜。多晶體由許多晶粒組成，各個晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形復(fù)雜。細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化通過晶粒細(xì)化使強(qiáng)度提高、塑性提高、通過晶粒細(xì)化使強(qiáng)度提高、塑性提高、韌性提高，硬度提高的現(xiàn)象。韌性提高，硬度提高的現(xiàn)象。強(qiáng)

28、化原理強(qiáng)化原理晶界原子排列較不規(guī)則晶界原子排列較不規(guī)則缺陷多缺陷多滑移阻滑移阻力大。晶粒越細(xì)小，則晶界越多，變形抗力大。晶粒越細(xì)小，則晶界越多，變形抗力越大，則強(qiáng)度越大。力越大，則強(qiáng)度越大。晶粒越細(xì)小，單位體積晶粒多晶粒越細(xì)小，單位體積晶粒多變形分散變形分散減少應(yīng)力集中減少應(yīng)力集中 晶粒越細(xì)小，晶界多晶粒越細(xì)小，晶界多不利于裂紋的傳播不利于裂紋的傳播斷裂前承受較斷裂前承受較大的塑性變形，則塑性越好。大的塑性變形，則塑性越好。 由于晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度越高，塑性越好，所以斷裂時需要由于晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度越高，塑性越好，所以斷裂時需要消耗較大的功。因而韌性也較好。消耗較大的功。因而韌性也較好。2.金屬材

29、料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元9 63 3、塑性變形對金屬組織和性能的影響、塑性變形對金屬組織和性能的影響（1）塑性變形對金屬組織的影響塑性變形對金屬組織的影響 形成纖維組織形成纖維組織 形成亞結(jié)構(gòu)形成亞結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生形變織構(gòu)產(chǎn)生形變織構(gòu)（2 2）塑性變形對金屬性能的影響）塑性變形對金屬性能的影響 產(chǎn)生產(chǎn)生加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化金屬發(fā)生塑性變形金屬發(fā)生塑性變形,隨變性度的增大，其隨變性度的增大，其強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯強(qiáng)度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降的現(xiàn)象。下降的現(xiàn)象。如：冷軋薄鋼板如：冷軋薄鋼板 冷拔鋼絲等。

30、冷拔鋼絲等。 由于纖維組織和形變織構(gòu)的產(chǎn)生，使金屬性能產(chǎn)生各向異性。由于纖維組織和形變織構(gòu)的產(chǎn)生，使金屬性能產(chǎn)生各向異性。使金屬晶體缺陷增多，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力。使金屬晶體缺陷增多，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力。變性變性、開裂、耐蝕性下降。利用好可提高表面疲勞強(qiáng)度開裂、耐蝕性下降。利用好可提高表面疲勞強(qiáng)度2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 1 單元單元10 二、二、塑性變形后金屬在加熱時組織和性能的變化塑性變形后金屬在加熱時組織和性能的變化1、回復(fù)、回復(fù) T T回復(fù)回復(fù)=（0.250.25.3.3）T T熔點(diǎn)熔點(diǎn)回復(fù)使塑變后金屬的強(qiáng)度和硬度略有下回復(fù)使塑變

31、后金屬的強(qiáng)度和硬度略有下降，塑性增高，但殘余應(yīng)力大大降低。降，塑性增高，但殘余應(yīng)力大大降低。變化變化應(yīng)用應(yīng)用工業(yè)上利用回復(fù)過程對變形金屬進(jìn)行工業(yè)上利用回復(fù)過程對變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火來降低殘余應(yīng)力，保留加工硬化效果。來降低殘余應(yīng)力，保留加工硬化效果。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元10 22、再結(jié)晶、再結(jié)晶 T T再再=（0.350.35.4.4）T T熔點(diǎn)熔點(diǎn) 變形后金屬在較高溫度加熱時，由于原子擴(kuò)散能力變形后金屬在較高溫度加熱時，由于原子擴(kuò)散能力增大，變形和破碎的晶粒通過重新生核、長大變成增大，變形和破碎的晶粒通

32、過重新生核、長大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶粒，該過程稱為再結(jié)晶新的均勻、細(xì)小的等軸晶粒，該過程稱為再結(jié)晶 。變化變化再結(jié)晶使塑變后金屬的強(qiáng)度和硬度明顯降低，再結(jié)晶使塑變后金屬的強(qiáng)度和硬度明顯降低，塑性和韌性大大提高，殘余應(yīng)力完全消除，加塑性和韌性大大提高，殘余應(yīng)力完全消除，加工硬化現(xiàn)象被消除。，工硬化現(xiàn)象被消除。，應(yīng)用應(yīng)用工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對變形后金屬進(jìn)行工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對變形后金屬進(jìn)行再再結(jié)晶退火結(jié)晶退火來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性。以利于后面的變形加工。塑性和韌性。以利于后面的變形加工。3、晶粒長大、晶粒長大2.金屬材料組織和性能的控制金屬材

33、料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 3 單元單元10 三、金屬材料的熱加工和冷加工三、金屬材料的熱加工和冷加工1 1、金屬、金屬材料的熱加工及其對組織和性能的影響材料的熱加工及其對組織和性能的影響熱加工熱加工在金屬再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工。在金屬再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工。如鋼熱鍛和熱軋，但熱加工后如鋼熱鍛和熱軋，但熱加工后不產(chǎn)生加工硬化。不產(chǎn)生加工硬化。思考題：其原因是什么？思考題：其原因是什么？熱加工對金屬組織和性能的影響：熱加工對金屬組織和性能的影響： 能消除鑄態(tài)金屬中的各種缺陷，均勻組織，提高性能，尤其塑性和韌性。能消除鑄態(tài)金屬中的各種缺陷，均勻組織，提高性

34、能，尤其塑性和韌性。 能打碎鑄態(tài)金屬中的粗大樹枝晶和柱狀晶，細(xì)化晶粒，提高機(jī)械性能。能打碎鑄態(tài)金屬中的粗大樹枝晶和柱狀晶，細(xì)化晶粒，提高機(jī)械性能。 能形成纖維組織，并改善其流向，使性能的方向性有利于零件使用的需要。能形成纖維組織，并改善其流向，使性能的方向性有利于零件使用的需要。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 4 單元單元10 2 2、金屬、金屬材料的冷加工及其對組織和性能的影響材料的冷加工及其對組織和性能的影響冷加工冷加工在金屬再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工。在金屬再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工。如鋼冷軋如鋼冷軋、冷拔、冷沖。冷加工后冷

35、拔、冷沖。冷加工后產(chǎn)生加工硬化。產(chǎn)生加工硬化。思考題：其原因是什么？思考題：其原因是什么？冷加工對金屬組織和性能的影響：冷加工對金屬組織和性能的影響： 能產(chǎn)生加工硬化，提高強(qiáng)度和硬度，塑性和韌性下降。能產(chǎn)生加工硬化，提高強(qiáng)度和硬度，塑性和韌性下降。 是重要的是重要的 強(qiáng)化手段，對不能熱處理強(qiáng)化的合金尤其重強(qiáng)化手段，對不能熱處理強(qiáng)化的合金尤其重 要。但增加繼續(xù)塑性變形的抗力。要。但增加繼續(xù)塑性變形的抗力。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 單元單元10 52.3 2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工 練習(xí)題練習(xí)題、名詞解釋、名詞解釋回復(fù)回復(fù)

36、 再結(jié)晶再結(jié)晶加工硬化加工硬化熱加工熱加工 冷加工冷加工二二、簡答題、簡答題1 1、金屬塑性變形的主要方式和實(shí)質(zhì)、金屬塑性變形的主要方式和實(shí)質(zhì)? ?滑移滑移孿生孿生2 2、什么是細(xì)晶強(qiáng)化？其強(qiáng)化原理？、什么是細(xì)晶強(qiáng)化？其強(qiáng)化原理？3 3、回復(fù)和再結(jié)晶對塑性變形后金屬性能帶來什么影響、回復(fù)和再結(jié)晶對塑性變形后金屬性能帶來什么影響? ?在工業(yè)上如何應(yīng)用？在工業(yè)上如何應(yīng)用？4 4、鋼熱鍛和熱軋后是否鋼熱鍛和熱軋后是否產(chǎn)生加工硬化？為什么？產(chǎn)生加工硬化？為什么？5 5、鋼經(jīng)冷軋等冷加工后是否鋼經(jīng)冷軋等冷加工后是否產(chǎn)生加工硬化？加工硬化產(chǎn)生的原因？產(chǎn)生加工硬化？加工硬化產(chǎn)生的原因？6 6、為何面心立方晶

37、格金屬比體心立方晶格金屬的塑性好？、為何面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性好？7 7、熱加工對金屬組織和性能有何影響？、熱加工對金屬組織和性能有何影響？2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 12.4.1鋼熱處理基本原理鋼熱處理基本原理一、鋼在加熱時轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時轉(zhuǎn)變 大多數(shù)熱處理工藝都要將鋼加熱到臨界溫度以上，獲大多數(shù)熱處理工藝都要將鋼加熱到臨界溫度以上，獲得全部或部分奧氏體組織，即進(jìn)行奧氏體化，加熱時形得全部或部分奧氏體組織，即進(jìn)行奧氏體化，加熱時形成的奧氏體的質(zhì)量，對冷卻轉(zhuǎn)變過程及組織成的奧氏體的質(zhì)量，對冷卻轉(zhuǎn)變過程及組

38、織.性能有極大性能有極大的影響。的影響。1. 奧氏體的形成奧氏體的形成 通常將加熱時的臨界溫度標(biāo)為通常將加熱時的臨界溫度標(biāo)為Ac1.Ac3.Accm；冷卻時標(biāo)為冷卻時標(biāo)為Ar1.Ar3.Arcm。 共析鋼（共析鋼（T8）的室溫平衡組織為珠光體，當(dāng)加熱）的室溫平衡組織為珠光體，當(dāng)加熱到到Ac1以上時，珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。以上時，珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。奧氏體轉(zhuǎn)變過程：奧氏體晶核的形成；奧氏體晶核的長大；奧氏體轉(zhuǎn)變過程：奧氏體晶核的形成；奧氏體晶核的長大；剩余滲碳體的溶解及奧氏體成分的均勻化四個基本過程。剩余滲碳體的溶解及奧氏體成分的均勻化四個基本過程。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性

39、能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 22. 影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素（1）加熱溫度）加熱溫度隨加熱溫度的提高，碳原子擴(kuò)散速度增隨加熱溫度的提高，碳原子擴(kuò)散速度增大，奧氏體化速度加快。大，奧氏體化速度加快。（2）加熱速度）加熱速度加熱速度越快過熱度越大，發(fā)生轉(zhuǎn)變的加熱速度越快過熱度越大，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高，轉(zhuǎn)變所需時間就越短。溫度越高，轉(zhuǎn)變所需時間就越短。（3）鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時，滲碳體量增碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時，滲碳體量增多，鐵素體和滲碳體的相界面增大，因而奧氏體的核心增多，鐵素體和滲碳體的相界面增大，因而奧氏體的核心增多，轉(zhuǎn)變速

40、度加快。多，轉(zhuǎn)變速度加快。（4）合金元素）合金元素鈷鈷.鎳等加快奧氏體化過程；鉻鎳等加快奧氏體化過程；鉻.鉬鉬.釩等釩等減慢奧氏體化過程；減慢奧氏體化過程；（5）原始組織）原始組織原始組織中滲碳體為片狀時奧氏體形成原始組織中滲碳體為片狀時奧氏體形成速度快。速度快。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 33. 奧氏體的晶粒度及其影響因素奧氏體的晶粒度及其影響因素 鋼的奧氏體晶粒大小直接影響冷卻所得組織和性能。鋼的奧氏體晶粒大小直接影響冷卻所得組織和性能。奧氏體晶粒細(xì)時，退火后所得的組織亦細(xì)，則鋼的強(qiáng)度奧氏體晶粒細(xì)時，退火后所得的組織亦細(xì)

41、，則鋼的強(qiáng)度.塑塑性性.韌性較好。而淬火后得到的馬氏體也細(xì)小，因而韌性得韌性較好。而淬火后得到的馬氏體也細(xì)小，因而韌性得到改善。到改善。 生產(chǎn)中一般采用標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級圖，由比較的方法生產(chǎn)中一般采用標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級圖，由比較的方法來測定鋼的奧氏體晶粒大小。晶粒度通常分來測定鋼的奧氏體晶粒大小。晶粒度通常分8級，級，14級為級為粗晶粒度，粗晶粒度，58級為細(xì)晶粒度。級為細(xì)晶粒度。 鋼加熱到鋼加熱到930*C+-10*C.保溫保溫8小時小時.冷卻后測得的晶冷卻后測得的晶粒度叫本質(zhì)晶粒度?？杀硎緤W氏體晶粒長大的傾向。粒度叫本質(zhì)晶粒度?？杀硎緤W氏體晶粒長大的傾向。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和

42、性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 4影響奧氏體晶粒度的因素：影響奧氏體晶粒度的因素： 加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間溫度高，時間長促進(jìn)奧氏體溫度高，時間長促進(jìn)奧氏體晶粒長大。晶粒長大。 鋼的成分鋼的成分碳含量增高時，晶粒長大的傾向增多。碳含量增高時，晶粒長大的傾向增多。鋼中加入能形成穩(wěn)定碳化物的元素和能生成氧化物和氮鋼中加入能形成穩(wěn)定碳化物的元素和能生成氧化物和氮化物的元素，有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，化物的元素，有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 5二、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變二、鋼在冷卻時

43、的轉(zhuǎn)變 等溫處理等溫處理 將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下給定溫度，將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下給定溫度，進(jìn)行保溫，使其在該溫度下恒溫轉(zhuǎn)變。進(jìn)行保溫，使其在該溫度下恒溫轉(zhuǎn)變。 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 將鋼以某種速度連續(xù)冷卻，使其在臨界將鋼以某種速度連續(xù)冷卻，使其在臨界點(diǎn)以下變溫連續(xù)轉(zhuǎn)變。點(diǎn)以下變溫連續(xù)轉(zhuǎn)變。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 61.過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 共析鋼過冷奧氏體的溫度轉(zhuǎn)變過程和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物可用其等溫共析鋼過冷奧氏體的溫度轉(zhuǎn)變過程和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物可用其等溫轉(zhuǎn)變曲線圖來分析。該曲線可簡稱為轉(zhuǎn)變曲線圖來分析。該曲線可簡稱為

44、C 曲線。轉(zhuǎn)變分如下三曲線。轉(zhuǎn)變分如下三個區(qū)域。個區(qū)域。高溫轉(zhuǎn)變（在高溫轉(zhuǎn)變（在A1550之間）之間）組織名稱組織名稱符號符號轉(zhuǎn)變溫度范圍轉(zhuǎn)變溫度范圍硬度硬度放大倍數(shù)放大倍數(shù)珠光體珠光體PAc1 1650650170 0200HB200HB500索氏體索氏體S650 060060025 535HRC35HRC1000屈氏體屈氏體T600 055055035 540HRC40HRC2000 中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變550 Ms之間之間 (過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為貝氏體型組織過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為貝氏體型組織)550350 為上貝氏體。上為上貝氏體。上B呈羽毛狀，強(qiáng)度和韌性都較差。呈羽毛狀，強(qiáng)度和韌性都較差

45、。350Mf為下貝氏體。為黑色針狀，硬度高，韌性好，具有較為下貝氏體。為黑色針狀，硬度高，韌性好，具有較高的綜合機(jī)械性能。高的綜合機(jī)械性能。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 7 低溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變Ms點(diǎn)以下點(diǎn)以下 （過冷奧氏體冷卻到（過冷奧氏體冷卻到Ms點(diǎn)以下后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變）點(diǎn)以下后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變） 馬氏體馬氏體M碳溶于碳溶于Fe中的過飽和固溶體。過冷中的過飽和固溶體。過冷A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，形成速度很快，其轉(zhuǎn)變不是變?yōu)轳R氏體是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，形成速度很快，其轉(zhuǎn)變不是徹底的，要?dú)埩羯倭康膴W氏體。馬氏體形成時體積膨

46、脹徹底的，要?dú)埩羯倭康膴W氏體。馬氏體形成時體積膨脹,在鋼在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力中造成很大的內(nèi)應(yīng)力,嚴(yán)重時將使被處理的零件開裂。嚴(yán)重時將使被處理的零件開裂。 馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)有板條狀和針狀有板條狀和針狀(或稱片狀或稱片狀)兩種兩種.其形態(tài)決其形態(tài)決定于奧氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)定于奧氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù).碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25%以下時以下時,基本上基本上是板條狀馬氏體是板條狀馬氏體(亦稱低碳馬氏體亦稱低碳馬氏體), 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25%1.0%之間時，為板條馬氏體和針狀馬氏體的混合結(jié)構(gòu)。當(dāng)碳質(zhì)量分之間時，為板條馬氏體和針狀馬氏體的混合結(jié)構(gòu)。當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于數(shù)大于1.0%時時,

47、則大多數(shù)是針狀馬氏體則大多數(shù)是針狀馬氏體. 馬氏體的硬度很高，馬氏體的硬度很高，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，馬氏體的硬度越高。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，馬氏體的硬度越高。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元11 82.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，其連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，其連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線又稱變曲線又稱TTT曲線。曲線。 臨界冷卻速度臨界冷卻速度鋼能獲得馬氏體的最小冷卻速度。鋼能獲得馬氏體的最小冷卻速度。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單

48、元單元11 9轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物：緩慢冷卻時緩慢冷卻時過冷過冷A將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，呈粗片狀，硬度為將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，呈粗片狀，硬度為170HB220HB。稍快速度冷卻時稍快速度冷卻時過冷過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w，為細(xì)片狀組織，轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w，為細(xì)片狀組織，硬度為硬度為25HRC35HRC。采用油冷時采用油冷時得到的組織為屈氏體得到的組織為屈氏體+馬氏體馬氏體+殘余奧氏體。殘余奧氏體。硬度為硬度為45HRC55HRC?？焖俣壤鋮s時快速度冷卻時奧氏體將過冷到奧氏體將過冷到M。點(diǎn)以下，得到的組織。點(diǎn)以下，得到的組織是馬氏體是馬氏體+殘余奧氏體。殘余奧氏體。 綜上所述，剛在冷卻時，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

49、根據(jù)綜上所述，剛在冷卻時，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物根據(jù)其轉(zhuǎn)變溫度的高低可分為高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體、索氏體、屈其轉(zhuǎn)變溫度的高低可分為高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體、索氏體、屈氏體，中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物上貝氏體、下貝氏體，低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物馬氏體，中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物上貝氏體、下貝氏體，低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物馬氏體等幾種。隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度增高，氏體等幾種。隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度增高，而韌性的變化則較為復(fù)雜。而韌性的變化則較為復(fù)雜。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元12 12.4.2 退火和正火退火和正火一、退火一、退火 將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度

50、，保溫將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得一定時間，然后緩冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近碰橫狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。接近碰橫狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。 據(jù)處理的目的和要求不同，剛的退火可分為完全據(jù)處理的目的和要求不同，剛的退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火等等。等等。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元12 21. 完全退火完全退火 又稱重結(jié)晶退火，是把鋼加熱至以上又稱重結(jié)晶退火，是把鋼加熱至以上203

51、0，保，保溫一定時間后緩慢冷卻（隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷溫一定時間后緩慢冷卻（隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻）。以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。卻）。以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。目的目的: 通過完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大、不均勻的通過完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大、不均勻的組織均勻化和細(xì)化，以提高性能。由于冷卻速度緩慢，還組織均勻化和細(xì)化，以提高性能。由于冷卻速度緩慢，還可能消除內(nèi)應(yīng)力?？赡芟齼?nèi)應(yīng)力。應(yīng)用應(yīng)用：主要用于亞共析鋼，過共析鋼不宜采用。：主要用于亞共析鋼，過共析鋼不宜采用。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元12 32

52、. 等溫退火等溫退火 是將鋼件或毛坯加熱到高于是將鋼件或毛坯加熱到高于Ac的溫度保溫適當(dāng)時間后，的溫度保溫適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度，并等溫保持，使奧氏較快地冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度，并等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的目的：與完全退火相同但轉(zhuǎn)變較易控制，能獲得均勻的預(yù)：與完全退火相同但轉(zhuǎn)變較易控制，能獲得均勻的預(yù)期組織；對于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼，長可大大縮短退火期組織；對于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼，長可大大縮短退火時間。時間。應(yīng)用應(yīng)用：奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼，尤其高合金鋼。：奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼，尤其高合

53、金鋼。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元12 43. 球化退火球化退火使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝目的目的: 是使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化是使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化(退火退火前正火將網(wǎng)狀滲碳體破碎前正火將網(wǎng)狀滲碳體破碎),以降低硬度以降低硬度,改善切學(xué)加工性改善切學(xué)加工性能能;并為以后的淬火作組織準(zhǔn)備并為以后的淬火作組織準(zhǔn)備.應(yīng)用應(yīng)用：用于過共析鋼：用于過共析鋼,如工具鋼如工具鋼,滾珠軸承鋼等滾珠軸承鋼等,2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱

54、處理 單元單元12 54. 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 將其加熱到略低于固相線的溫度，長時間保溫將其加熱到略低于固相線的溫度，長時間保溫并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝。 擴(kuò)散退火的加熱溫度一般選定在鋼的熔點(diǎn)以下擴(kuò)散退火的加熱溫度一般選定在鋼的熔點(diǎn)以下100200，保溫時間一般為，保溫時間一般為10h15h。加熱溫度。加熱溫度提高時，擴(kuò)散時間可以縮短。提高時，擴(kuò)散時間可以縮短。 擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很大，因此一般再進(jìn)行完擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很大，因此一般再進(jìn)行完全退火或正火處理。全退火或正火處理。目的和應(yīng)用目的和應(yīng)用：為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分：為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組

55、織不均勻性和組織不均勻性。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元12 65.去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 為消除鑄造、鍛造、焊接和機(jī)加工、冷變形等冷為消除鑄造、鍛造、焊接和機(jī)加工、冷變形等冷熱加工在工件中造成的殘留內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的低溫退熱加工在工件中造成的殘留內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的低溫退火，去應(yīng)力退火是將鋼件加熱至低于的某一溫度火，去應(yīng)力退火是將鋼件加熱至低于的某一溫度（一般為（一般為500650），保溫，然后隨爐冷卻，這），保溫，然后隨爐冷卻，這種處理可以消除約種處理可以消除約50%80%的內(nèi)應(yīng)力，不引起組織的內(nèi)應(yīng)力，不引起組織變化。變化。2.金屬材料組織

56、和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元12 7二、正火二、正火鋼材或鋼件加熱到鋼材或鋼件加熱到Ac和和Accm以上以上，保溫適當(dāng)時間后，在自由流動的空氣中均，保溫適當(dāng)時間后，在自由流動的空氣中均勻冷卻的人處理稱為正火。正火后的組織：亞共析勻冷卻的人處理稱為正火。正火后的組織：亞共析鋼為鋼為F+S，共析鋼為，共析鋼為S,過共析鋼為過共析鋼為S+Fe3C。 正火與完全退火的主要差別在與冷卻速度快正火與完全退火的主要差別在與冷卻速度快些，目的是使鋼的組織正?；?，所以亦稱常化處理，些，目的是使鋼的組織正常化，所以亦稱常化處理，一般應(yīng)用于以下方面：一般應(yīng)用于以下方面

57、：2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單元單元12 81. 作為最終熱處理作為最終熱處理 正火可以細(xì)化晶粒，使組織組織均勻化，減少亞共析正火可以細(xì)化晶粒，使組織組織均勻化，減少亞共析鋼中鐵素體含量，使珠光體含量增多并細(xì)化，從而提高鋼鋼中鐵素體含量，使珠光體含量增多并細(xì)化，從而提高鋼的強(qiáng)讀、硬度和韌性。對于普通結(jié)構(gòu)鋼零件，機(jī)械性能要的強(qiáng)讀、硬度和韌性。對于普通結(jié)構(gòu)鋼零件，機(jī)械性能要求不很高時，可以正火作為最終熱處理。求不很高時，可以正火作為最終熱處理。2. 作為預(yù)先熱處理作為預(yù)先熱處理 截面較大的合金結(jié)構(gòu)鋼件，在淬火或調(diào)質(zhì)處理前長進(jìn)截面較大的合金結(jié)

58、構(gòu)鋼件，在淬火或調(diào)質(zhì)處理前長進(jìn)行正火，以消除魏氏組織和帶狀組織，并獲得細(xì)小而均勻行正火，以消除魏氏組織和帶狀組織，并獲得細(xì)小而均勻的組織。對于過共析鋼可減少二次滲碳體量，并使其不形的組織。對于過共析鋼可減少二次滲碳體量，并使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火作組織準(zhǔn)備。成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火作組織準(zhǔn)備。3. 改善切削加工性能改善切削加工性能 低碳鋼或低碳合金鋼退火后硬度太低，不便于切削加低碳鋼或低碳合金鋼退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高其硬度，改善其切學(xué)加工性能。工。正火可提高其硬度，改善其切學(xué)加工性能。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 單

59、元單元13 12.4.3 淬火和回火淬火和回火一、淬火一、淬火 將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時間，然后快將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時間，然后快速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火是鋼的最重要的強(qiáng)化方法。是鋼的最重要的強(qiáng)化方法。1. 淬火工藝淬火工藝(1) 淬火溫度的選定淬火溫度的選定 一般情況下，亞共析鋼的淬火加熱溫度為一般情況下，亞共析鋼的淬火加熱溫度為Ac以以上上共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度為為Ac1以上以上。2.金屬材料組織和性能的控制金屬材料組織和性能的控制 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處

60、理 單元單元13 2(2) 加熱時間的確定加熱時間的確定 加熱時間包括升溫和保溫兩個階段。通常以裝爐后爐溫加熱時間包括升溫和保溫兩個階段。通常以裝爐后爐溫達(dá)到淬火溫度所需時間為升溫階段，并以此為保溫時間的開達(dá)到淬火溫度所需時間為升溫階段，并以此為保溫時間的開始始。保溫階段指鋼件溫度均勻并完成奧氏體化所需的時間。保溫階段指鋼件溫度均勻并完成奧氏體化所需的時間。(3) 淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì) 水、鹽水水、鹽水適用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。適用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。 機(jī)油和柴油機(jī)油和柴油一般用作為合金鋼的淬火介質(zhì)。一般用作為合金鋼的淬火介質(zhì)。 鹽浴、堿浴和硝鹽浴鹽浴、堿