北京科技大學(xué)金屬學(xué)講義

1、北京科技大學(xué)金屬學(xué)講義名詞解釋沸騰鋼：1只用一定量的弱脫氧劑缽鐵對鋼液脫氧，因此鋼液含氧量較高。2在沸騰鋼的凝固過程中，鋼液中碳和氧發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生大量氣體，造成鋼液沸騰， 這種鋼由此而得名。3沸騰鋼鋼錠宏觀組織的特點(diǎn)是，鋼錠內(nèi)部有大量的氣泡，但是沒有或很少有縮孔。 鋼錠的外層比較純凈，這純凈的外層包住了一個(gè)富集著雜質(zhì)的錠心。4沸騰鋼鋼錠的偏 析較嚴(yán)重，低溫沖擊韌性不好，鋼板容易時(shí)效，鋼的力學(xué)性能波動性較大。鎮(zhèn)靜鋼：1鎮(zhèn)靜鋼在澆注之前不僅用弱脫氧劑缽鐵而且還使用強(qiáng)脫氧劑硅鐵和鋁對鋼液進(jìn)行脫 氧，因而鋼液的含氧量很低。2強(qiáng)脫氧劑硅和鋁的加入，使得在凝固過程中，鋼液中的氧優(yōu)先與強(qiáng)脫氧元素鋁和硅 結(jié)合

2、，從而抑制了碳氧之間的反應(yīng)，所以鎮(zhèn)靜鋼結(jié)晶時(shí)沒有沸騰現(xiàn)象，由此而得名。3在正常操作情況下，鎮(zhèn)靜鋼中沒有氣泡，但有縮孔和疏松。與沸騰鋼相比，這種鋼 氧化物系夾雜含量較低，純凈度較高。鎮(zhèn)靜鋼的偏析不像沸騰鋼那樣嚴(yán)重，鋼材性能也較 均勻。樹枝狀偏析：（枝晶偏析）1依據(jù)相圖，鋼在結(jié)晶時(shí)，先結(jié)晶的枝干比較純凈，碳濃度較低，而遲結(jié)晶的枝間部 分碳濃度較高。2研究指出，在鋼錠心部等軸晶帶中枝晶偏析的特點(diǎn)是，在枝干部分成分變化很小， 這部分占有相當(dāng)寬的范圍，在枝晶或者兩個(gè)相鄰晶粒之間，富集著碳、合金元素和雜質(zhì)元 素，而且達(dá)到很高的濃度。枝干結(jié)晶時(shí)，在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)造成碳和合金元素、雜質(zhì)元素 的貧化（選擇結(jié)晶）

3、，這種貧化成了枝晶間濃度特高的前提。3為減少枝晶偏析的程度，可對鑄鋼和鋼錠進(jìn)行擴(kuò)散退火。區(qū)域偏析：在整個(gè)鋼錠 范圍內(nèi)發(fā)生的偏析因?yàn)檫x擇結(jié)晶，雜質(zhì)元素和合金元素被富集在晶枝近旁的液相中。在凝固速度不是很 高的情況下，枝晶近旁液相中雜質(zhì)元素能夠借擴(kuò)散和液體的流動而被轉(zhuǎn)移到很遠(yuǎn)的地方。隨著凝固的進(jìn)展，雜質(zhì)元素在剩余的鋼液中不斷富集，各種元素在整 個(gè)鋼錠或鑄件的范圍內(nèi)發(fā)生了重新分布，即產(chǎn)生了區(qū)域偏析。帶狀偏析：在鋼錠中，有時(shí)在某些局部地區(qū)，化學(xué)成分與周圍有差異，形成所謂的帶 狀偏析。1在鎮(zhèn)靜鋼鋼錠軸心縱剖面的試片的酸侵蝕面上，能觀察到成V型和A型分布的偏析 條帶。稱為V偏析或A偏析。2 A偏析有兩種形

4、式，一種是偏析帶比較粗，多出現(xiàn)在大鋼錠中，尤其是當(dāng)澆注溫度 比較高時(shí)。另一種形式是一條宏觀的偏析帶由許多細(xì)的條紋構(gòu)成。纖維狀組織：鋼凝固時(shí)所產(chǎn)生的枝晶偏析具有相對穩(wěn)定性。由枝晶偏析顯示的“初生晶?！彪S鋼坯 外形改變而延伸。處于原枝晶間的范性夾雜物也一起形變。隨著形變量的加大，“初生晶 ?！睆淖畛醯闹鶢罨虻容S形逐漸變成條帶狀或者紡錘形。被延伸拉長的枝晶干和枝晶間就 構(gòu)成了形變鋼中的“纖維”。帶狀組織：1熱變形鋼試樣磨片用含CuC12的試劑浸蝕后放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)原來在肉眼觀 察時(shí)所看到的那些纖維經(jīng)過放大以后變成黑白交替的條帶，稱之為原始帶狀組織，它是由 樹枝狀結(jié)晶（偏析）所引起的。其中黑色條

5、帶相當(dāng)于原樹枝狀晶較純的枝干，白色條帶相 當(dāng)于原富含雜質(zhì)的枝間區(qū)域。2在熱變形鋼中還會出現(xiàn)另外一種形式的帶狀組織。這種帶狀組織使用普通硝酸酒精 試劑侵蝕的情況下就能顯露出來。這里所看到的交替相間的條帶是由不同的組織構(gòu)成，稱 為“顯微組織帶狀”。這些不同的組織是固態(tài)相變的結(jié)果，所以也把這種帶狀組稱為二次 帶狀。二次帶狀組織的形成意味著碳在固態(tài)相變中發(fā)生了不均勻的重新分布（二次碳偏析） 魏氏組織：凡新相從母相中脫溶析出，新舊相之間有一定的位向關(guān)系，同時(shí)新相的中心平面與母 相的一定結(jié)晶學(xué)平面重合時(shí)，這樣一種具有紋理特征的組織可統(tǒng)稱為魏氏組織?！胺闯！苯M織：1在原奧氏體晶界分布著粗厚的網(wǎng)狀滲碳體，在此

6、粗厚滲碳體的兩邊有很寬的游離鐵 素體，這樣的組織稱為“反?！苯M織。2研究指出，鋼在奧氏體相區(qū)加熱溫度越低（特別是在Acm-Al溫度區(qū)間加熱時(shí)）， 奧氏體就越不均勻，其中含有大量未溶的碳化物或氮化物。越是在這種加熱條件下，越容 易形成“反?！苯M織。就冷卻條件來說，冷卻越緩慢，以致Ari溫度非常接近A1溫度時(shí)，越容易產(chǎn)生“反?！苯M織。鋼的含碳量與共析含碳量相聚越遠(yuǎn)時(shí), 形成“反?！苯M織的傾向就越大。此外，“反常”組織的出現(xiàn)也與鋼中的含氮量和加鋁量 有關(guān)。所有這些條件都是和離異共析體形成的基本原理相一致。網(wǎng)狀碳化物：1過共析鋼軋后冷卻過程中沿奧氏體晶界析出先共析滲碳體。依鋼的含碳量、形變終 止溫度和

7、冷卻速度不同，先共析滲碳體呈半連續(xù)或連續(xù)網(wǎng)狀。網(wǎng)狀碳化物的厚度隨停軋 （鍛）溫度的提高和冷卻速度的減小而增大。2形變終止溫度過高，會使奧氏體晶粒粗化，這種晶粒粗大的奧氏體在隨后冷卻時(shí)沿 晶界形成粗厚的滲碳體網(wǎng)，后者在隨后的熱處理過程中難以得到改正。鋼的熱處理：1鋼的熱處理是通過加熱、保溫和冷卻的方法，來改變鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善其 性能上的一種工藝。影響鋼的熱處理的主要因素是溫度和時(shí)間。2鋼的熱處理工藝通常分為退火、正火、淬火、回火、表面淬火、化學(xué)熱處理以及形 變熱處理。3為隨后的機(jī)械加工或進(jìn)一步熱處理做好組織準(zhǔn)備的熱處理，稱為預(yù)備熱處理，常采 用退火或正火工藝；直接賦r工件所需要的使用性能

8、的熱處理，稱為最終熱處理。起始 晶粒度：指珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變成奧氏體時(shí)的奧氏體晶粒度，一般情況下奧氏體的起始晶粒度 總是比較細(xì)小。加熱前原始組織越彌散，加熱速度越快，則起始晶粒越細(xì)小。實(shí)際晶粒 度：在某一具體加熱或熱加工條件下所得到的奧氏體晶粒度。本質(zhì)晶粒度：它表示在臨界溫度以上加熱過程中，奧氏體晶粒長大傾向的強(qiáng)弱。研究指出，隨加熱 溫度升高，鋼中的奧氏體晶粒長大傾向分兩類，一類是隨溫度升高，奧氏體晶粒迅速長大 的鋼，稱為本質(zhì)粗晶粒鋼；另一類是奧氏體晶粒長大傾向較小，直到超過某一溫度后，奧 氏體晶粒才會急劇長大的鋼，稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。組織遺傳現(xiàn)象：加熱后鋼的粗大奧氏體晶粒，經(jīng)淬火后得到粗大的馬

9、氏體，再次快速或慢速加熱至稍 高于臨界溫度，奧氏體仍保留了原來的粗大晶粒，甚至保留了原來的位向和原來的晶界， 這種現(xiàn)象稱為組織遺傳。過冷奧氏體：奧氏體冷至臨界溫度以下，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為過冷奧氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：1不會引起化學(xué)成分的變化，只產(chǎn)生結(jié)構(gòu)類型的改變，但有時(shí)會發(fā)生有序度的變化。2馬氏體可能是亞穩(wěn)平衡相，也可是穩(wěn)定平衡相。3馬氏體轉(zhuǎn)變也可劃分為形核和長大兩個(gè)元過程，但與擴(kuò)散轉(zhuǎn)變不同，馬氏體成長速 度非?？臁?馬氏體轉(zhuǎn)變不需要原子擴(kuò)散，原子協(xié)同做小范圍位移，以類似孳生切變的方式形成 新相。新相與母相之間的界面必須保持切變式的共格關(guān)系，因此有浮凸現(xiàn)象。5應(yīng)力也 可以誘發(fā)馬氏體發(fā)生

10、轉(zhuǎn)變。6在一些合金系中，馬氏體轉(zhuǎn)變是可逆的。熱穩(wěn)定化：1淬火過程中由于慢冷或中間停留所造成的奧氏體穩(wěn)定化，稱為熱穩(wěn)定化。2奧氏 體熱穩(wěn)定化的原因是由于慢冷或中間停留，碳或氮原子在位錯(cuò)附近偏聚，形成柯氏氣團(tuán)， 強(qiáng)化奧氏體，使切變阻力增加，從而引起奧氏體的穩(wěn)定化。機(jī)械穩(wěn)定化：在Md點(diǎn)以上，對奧氏體進(jìn)行大量范性形變，使隨后的馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生困難，Ms點(diǎn)降 低，馬氏體轉(zhuǎn)變量減少，這種現(xiàn)象稱為奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化。滲碳：將低碳鋼件放入增碳的活性介質(zhì)中，在900950加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼的 表面已達(dá)到高碳，這種熱處理工藝稱為滲碳。滲碳后院必須進(jìn)行淬火和低溫回火，使鋼件 表面具有高硬度和高的耐磨性，而心

11、部具有一定的強(qiáng)度和較高的韌性。滲碳過程是由滲碳 劑分解出活性碳原子，被鋼表面吸收，并向鋼內(nèi)部擴(kuò)散三個(gè)階段組成。熱機(jī)械處理：在近于Ac3的溫度強(qiáng)烈形變，恒溫或慢冷一段使形變奧氏體再結(jié)晶，快速冷卻阻止再 結(jié)晶的晶粒長大。低溫韌性：低溫韌性也叫低溫脆性，即鋼材在低溫時(shí)韌性的大小或低溫時(shí)脆化的程度。紅硬性:紅硬性是指材料在經(jīng)過一定溫度下保持一定時(shí)間后所能保持其硬度的能力。如刀具材 料中的高速鋼，應(yīng)在600攝氏度下保持60分鐘后空冷，連續(xù)地重復(fù)進(jìn)行4次后去表面氧 化層，然后得出的硬度。控軋控冷：就是在一定合金化的基礎(chǔ)上，采用較低的終軋溫度（近于A3）,在大壓下量的情況下, 使晶粒己經(jīng)細(xì)化的形變奧氏體再結(jié)

12、晶后（或根本不發(fā)生再結(jié)晶）控制其不再長大，經(jīng)快冷 或控冷得到細(xì)小的鐵素體晶粒，同時(shí)具有高位錯(cuò)及彌散析出的NbC等，由此造成強(qiáng)化和低 溫韌性的顯著增大，這種強(qiáng)韌化手段叫控軋控冷。粗大奧氏體晶粒的遺傳性：生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，過熱后鋼的粗大奧氏體晶粒，經(jīng)淬火后得到粗大的馬氏體，再次快速或 慢速加熱至稍高于臨界溫度，奧氏體仍然保留了原來的粗大晶粒，甚至保留原來的位向和 原來的晶界，這種現(xiàn)象稱為組織遺傳。其原因是過熱后的粗晶粒奧氏體與馬氏體之間相互 轉(zhuǎn)變維持著嚴(yán)格的晶體學(xué)取向關(guān)系。消除方法：中等速度奧氏體化或者加熱到Ac3以上100-200C,由于相變硬化使高溫 奧氏體產(chǎn)生再結(jié)晶，達(dá)到細(xì)化晶粒，消除組織遺傳性的效果?；鼗鸲斡不F(xiàn)象某些淬火組織的合金鋼（如含鐺、鉗、鈦、凱、銀、銘、錯(cuò)等元素）經(jīng)500-600回 火后，硬度重新升高的現(xiàn)象。主要原因是某些含有強(qiáng)碳化物形成元素的合金鋼，淬火后高溫回火形成極細(xì)的、高度 彌散的特殊化合物。這些特殊化合物是滲碳體溶解在位錯(cuò)區(qū)的沉淀，多呈絲狀或細(xì)針狀， 而且與a相保持共格關(guān)系。這就導(dǎo)致了 a相中高密度相變誘生位錯(cuò)的形成，引起