工材第二章復(fù)習(xí)總結(jié)

1、2.1純金屬的結(jié)晶條件：過冷動(dòng)力：自由能差阻力：表面能/界面能純金屬結(jié)晶為恒溫過程；總結(jié)：恒溫過程&變溫過程恒溫過程變溫過程純金屬結(jié)晶勻晶反應(yīng)共晶反應(yīng)包晶反應(yīng)共析反應(yīng)純金屬結(jié)晶過程：形核自發(fā)形核非自發(fā)形核 （大部分）長大平面長大樹枝狀長大 （大部分）自發(fā)形核：短程有序（迅速形成，迅速消失）；過冷度越大，臨界晶核尺寸越?。环亲园l(fā)形核：結(jié)構(gòu)相似，尺寸相當(dāng)；難溶雜質(zhì)；平面長大：過冷度較?。槐砻婺茏钚≡瓌t；晶體表面為密排面；少見；樹枝狀長大：過冷度較大；一次晶軸，二次晶軸；樹枝晶是單晶體；大部分；同素異構(gòu)體轉(zhuǎn)變（二次結(jié)晶/重結(jié)晶）：金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象；需較大過冷

2、度；產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力；鑄錠最典型的鑄造結(jié)構(gòu)細(xì)等軸晶區(qū)；粗等軸晶區(qū)；柱狀晶區(qū)：接觸面因雜質(zhì)形成弱面，熱軋、鍛造易開裂；雜質(zhì)多的金屬，不希望生成柱狀晶；性能具有明顯方向性；柱狀晶&等軸晶柱狀晶等軸晶較大溫度梯度溫度均勻冷卻速度大冷卻速度小鑄造溫度高鑄造溫度低澆注速度大機(jī)械振動(dòng)（破壞柱狀晶）單向散熱（定向結(jié)晶法）電磁攪拌（破壞柱狀晶）鑄錠的缺陷：（1）縮孔（2）疏松（3）氣孔細(xì)化鑄態(tài)金屬晶粒：細(xì)晶強(qiáng)化（1） 增大過冷度（形核/長大 增大，晶粒細(xì)化）采用冷卻能力較強(qiáng)的模子超高速急冷技術(shù)（2） 變質(zhì)處理：在液體金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑 形核：增加非自發(fā)形核的數(shù)量長大：阻礙晶核長大 （3） 機(jī)械震動(dòng)：破碎樹

3、枝晶，細(xì)化晶粒；（4） 電磁攪拌：破碎樹枝晶，細(xì)化晶粒；單晶的制取尖端形核法垂直提拉法2.2合金的結(jié)晶相圖使用前提：平衡狀態(tài)（合金在極其緩慢冷卻條件下的結(jié)晶過程）四種反應(yīng)定義：勻晶反應(yīng)從液相中逐漸結(jié)晶出固溶體液相固相共晶反應(yīng)一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)液相固相+固相包晶反應(yīng)一種液相和一種固相在恒溫條件下轉(zhuǎn)變成另一種固相的反應(yīng)液相+固相固相共析反應(yīng)一種固相轉(zhuǎn)變成完全不同的兩種相互關(guān)聯(lián)的固相固相固相+固相1. 勻晶反應(yīng)（0-100%：無限固溶體）：L（1） 類似純金屬結(jié)晶形核長大；傾向樹枝狀長大；（2） 變溫結(jié)晶過程；（3） 兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時(shí)，兩相的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）是確定的；（4）

4、 兩相區(qū)內(nèi)，溫度一定時(shí)，兩相的質(zhì)量比是確定的（杠桿定律）；【杠桿定律只適用于兩相區(qū)&平衡狀態(tài)】（5） 枝晶偏析現(xiàn)象：一個(gè)晶粒內(nèi)化學(xué)成分分布不均（解決：擴(kuò)散退火）2. 共晶反應(yīng)（有限固溶體）：Ld 恒溫 +3. 包晶反應(yīng)（有限固溶體）：+Ld 恒溫 包晶偏析：擴(kuò)散退火解決；4. 共析反應(yīng)（0-100%：低溫有限固溶體，高溫?zé)o限固溶體）： 恒溫 +共析產(chǎn)物比共晶產(chǎn)物要細(xì)密得多；【區(qū)分】組織組成物&組成相&組織：組織組成物：、等單相、+共晶體、共析體等兩相混合物組成相：、等 組織： + 鑄造合金常選共晶或接近共晶的部分液相線固相線間隔大，形成偏析；先結(jié)晶枝晶阻礙流動(dòng)，增多分散縮孔；鐵碳相圖：Fe：液

5、態(tài)1538C-Fe1394C-Fe912C-Fe鐵碳相圖中的：名稱別名&字符特性結(jié)構(gòu)/形態(tài)組元Fe工業(yè)純鐵強(qiáng)度低、硬度低、塑性好Fe3C滲碳體硬而脆間隙化合物五種相液相L相高溫鐵素體C在-Fe中的間隙固溶體，體心立方晶格相奧氏體A/強(qiáng)度較低、硬度不高、易于塑性變形C在-Fe中的間隙固溶體，面心立方晶格相鐵素體F/強(qiáng)度低、硬度低、塑性好C在-Fe中的間隙固溶體，體心立方晶格Fe3C相滲碳體硬而脆兩產(chǎn)物萊氏體Le塊狀或粒狀A(yù)分布在Fe3C基體上珠光體P強(qiáng)度較高，塑性、韌性和硬度介于F和Fe3C之間層片狀鐵碳合金結(jié)晶過程總結(jié)：C含量w(c)0.0218%0.0218%-0.77%w(c)=0.77%

6、0.77%-2.11%2.11%-4.3%w(c)=4.3%4.3%-6.69%晶體類型工業(yè)純鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵組織F(+Fe3C)F+PPP+Fe3CP+Fe3C+LeLeLe+Fe3C組織組成物FF、PPP、Fe3CP、Fe3C、LeLeLe、Fe3C組成相FF、Fe3CF、Fe3CF、Fe3CF、Fe3CF、Fe3CF、Fe3C形貌F呈白色塊狀；Fe3C量極少，呈小白片狀分布于F晶界處；F呈白色塊狀；P呈層片狀（放大倍數(shù)不高時(shí)呈黑色塊狀）P呈層片狀Fe3C呈網(wǎng)狀分布在層片狀P周圍網(wǎng)狀Fe3C分布在粗大塊狀P的周圍，Le則由條狀或粒狀P和Fe3

7、C基體組成Le由黑色條狀或粒狀P和白色Fe3C基體組成Fe3C呈長條狀，Le則由條狀或粒狀P和Fe3C基體組成強(qiáng)度（對(duì)組織形態(tài)敏感）低P強(qiáng)度高；P增多強(qiáng)度升高強(qiáng)度幾乎最高Fe3C強(qiáng)度很低；強(qiáng)度降低低低低硬度（受形態(tài)影響?。┑停€性增加線性增加線性增加線性增加線性增加線性增加線性增加，高塑性合金的塑性全由F提供，最高降低（奧氏體是塑性最好的相）降低降低無塑性（近乎0）無塑性Fe3C極脆，無塑性鐵碳相圖工程應(yīng)用：特點(diǎn)不適合特點(diǎn)適合純鐵強(qiáng)度低不宜用作結(jié)構(gòu)材料磁導(dǎo)率高，矯頑力低軟磁材料C質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低塑性、韌性好建筑結(jié)構(gòu)中碳鋼強(qiáng)度、塑性、韌性都較好各種機(jī)械零件高碳鋼硬度高、耐磨性好各種工具白口鑄鐵硬度高

8、、脆性大，不能切削加工，不能鍛造耐磨性好，鑄造性能優(yōu)良耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的鑄件鋼處于奧氏體狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度較低，塑性較好，鍛造軋制選在此區(qū)進(jìn)行；鐵碳相圖使用兩大前提：平衡狀態(tài)（合金在極其緩慢冷卻條件下的結(jié)晶過程）鐵碳二元合金，不能含有其他元素 2.3金屬的塑性加工（冷加工）塑性加工包括鍛壓、軋制、擠壓、拉拔、沖壓等；產(chǎn)生塑性變形，對(duì)金屬的組織結(jié)構(gòu)和性能會(huì)產(chǎn)生重要影響；單晶體的塑性變形滑移 特點(diǎn)：滑移時(shí)晶體伴隨有轉(zhuǎn)動(dòng)只能在切應(yīng)力作用下才會(huì)發(fā)生晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力租用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果總變量為這個(gè)方向上原子間距的整數(shù)倍在晶體的密排面上沿密排方向進(jìn)行孿生 特點(diǎn)：孿生所需要的臨界切應(yīng)力比滑移大得多孿晶與未變

9、形部分晶體原子分部形成對(duì)稱移動(dòng)方向與切應(yīng)力方向不同滑移系較少的密排六方晶格易發(fā)生孿生滑移系（決定塑性大?。夯品较颍ㄓ绊懘螅┗泼娑嗑w的塑性變形多晶體的塑性變形晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)晶粒分批逐步進(jìn)行細(xì)晶粒金屬（細(xì)晶強(qiáng)化）：強(qiáng)度高：晶界越多，變形抗力越大，強(qiáng)度越大塑性好：變形時(shí)分批逐步進(jìn)行，變形分散在材料各處，減少了應(yīng)力集中，推遲裂紋的形成和發(fā)展合金的塑性變形固溶強(qiáng)化原子層次：晶格畸變；阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；第二相強(qiáng)化（幾百納米）：彌散分布的第二相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)【總結(jié)】四種強(qiáng)化種類維數(shù)層次本質(zhì)固溶強(qiáng)化維原子層次原子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)細(xì)晶強(qiáng)化維晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)形變強(qiáng)化維多位錯(cuò)之間相互作用彌散強(qiáng)化維幾百納米第二相阻礙

10、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)塑性變形（冷加工）對(duì)金屬組織和性能的影響組織：晶粒變形，形成纖維組織亞結(jié)構(gòu)形成，細(xì)化晶粒形成形變織構(gòu)絲織構(gòu)板織構(gòu)性能：加工硬化形變強(qiáng)化產(chǎn)生各向異性物化性能變化產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力能量分布不均，存在電位差，形成原電池，導(dǎo)致耐腐蝕性降低表面殘余壓應(yīng)力可提高零件抗疲勞破壞能力金屬的再結(jié)晶回復(fù)：晶粒內(nèi)部位錯(cuò)、空位、間隙原子等缺陷通過移動(dòng)、復(fù)合消失而大大減少，晶粒仍保持變形后的形態(tài)再結(jié)晶：原子擴(kuò)散被拉長、破碎的晶粒通過重新形核長大變成新的均勻細(xì)小的等軸晶晶粒長大過程性質(zhì)強(qiáng)度硬度塑性殘余應(yīng)力工業(yè)應(yīng)用回復(fù)回復(fù)（.）熔點(diǎn)釋放內(nèi)應(yīng)力略有降低略有降低有增高大大降低去應(yīng)力退火，降低殘余內(nèi)應(yīng)力，保留加工硬化效果再結(jié)

11、晶回復(fù)（.3.4）熔點(diǎn)原子擴(kuò)散（晶格類型不變）明顯降低明顯降低大大提高全部消失加工硬化現(xiàn)象被消除晶粒長大晶界遷移顯著降低顯著降低顯著降低一般應(yīng)避免影響最低再結(jié)晶溫度的因素： 預(yù)先變形度：晶體缺陷越多，再結(jié)晶溫度越低； 金屬的熔點(diǎn)； 雜質(zhì)和金屬元素：特別是高熔點(diǎn)元素，阻礙原子擴(kuò)散和境界遷移，顯著提高T再結(jié)晶； 加熱速度和保溫時(shí)間；提高加熱速度，T再結(jié)晶升高，保溫時(shí)間長，T再結(jié)晶降低；影響再結(jié)晶后晶粒的晶粒度因素： 加熱溫度：溫度越高，晶粒長大越快； 預(yù)先變形度：避免臨界變形度；塑性變形和再結(jié)晶的工程應(yīng)用：熱加工：在金屬的再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工冷加工：在金屬的再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工熱加

12、工：變形速度較大，可能來不及再結(jié)晶（熱擴(kuò)散過程）P92-P93冷加工：無再結(jié)晶過程；強(qiáng)度硬度提高，塑性韌性下降（加工硬化/形變強(qiáng)化），有利于金屬均勻變形；噴丸強(qiáng)化：零件表面強(qiáng)度硬度提高，產(chǎn)生較大殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度；再結(jié)晶退火：用來恢復(fù)金屬塑性變形的能力；2.4鋼的熱處理奧氏體化，不完全平衡條件下進(jìn)行相變奧氏體化奧氏體晶核的形成奧氏體晶核的長大剩余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素 加熱溫度：加熱溫度越高，碳原子擴(kuò)散速度越大，奧氏體化加快 加熱速度：加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體化越快 鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：wC越高，F(xiàn)e3C越多，相界面增大，奧氏體核心增多，轉(zhuǎn)變速度加快

13、合金元素：Co、Ni加快奧氏體化；Cr、Mo、V與C形成難溶解的碳化物，減慢；Si、Mn等無影響 原始組織：滲碳體間距越小，相界面越大，奧氏體化越快影響奧氏體晶粒度的因素： 加熱溫度和保溫時(shí)間 鋼的化學(xué)成分：C含量越高，晶粒長大傾向增大；鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變等溫處理（等溫的意義是擴(kuò)散）連續(xù)冷卻共析鋼C曲線（TTT曲線，Time Temperature Transition）由上到下產(chǎn)物為：P、S、T、上B、下B、M共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變：轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物層間距高溫轉(zhuǎn)變550- A1擴(kuò)散型珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)珠光體性組織溫度越低層間距越小，PST中溫轉(zhuǎn)變Ms-550半擴(kuò)散型貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體

14、型組織上貝氏體/下貝氏體上貝氏體（羽毛狀）：塑性變形抗力較低，強(qiáng)度、韌性都較差；上貝氏體（黑色針狀）：硬度高、韌性好，具有較好的綜合力學(xué)性能；亞共析鋼 C含量 C曲線 Ms、Mf過共析鋼 C含量 C曲線 Ms、Mf過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT曲線）：轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物： 爐冷：索氏體 空冷：屈氏體 油冷：屈氏體+馬氏體+殘余奧氏體 水冷：馬氏體+殘余奧氏體馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)： 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；面心立方晶格改組為體心正方晶格；馬氏體是碳在-Fe中的過飽和固溶體； 形成速度很快； 馬氏體的轉(zhuǎn)變是不徹底的（殘余奧氏體）； 馬氏體形成時(shí)體積膨脹，造成很大內(nèi)應(yīng)力；馬氏體的形態(tài)：板條狀（位錯(cuò)馬氏體）：wC1.

15、0%馬氏體的性能特點(diǎn)： 硬度很高，隨w（C）增大而增大；（與合金元素關(guān)系不大）高C馬氏體由于過飽和度大、內(nèi)應(yīng)力高、存在孿晶結(jié)構(gòu)，硬而脆、塑韌性極差；低C馬氏體由于過飽和度小、內(nèi)應(yīng)力低、存在位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，塑韌性較好； 比容比奧氏體大；電阻率高；鐵磁相；鋼的普通熱處理退火完全退火/重結(jié)晶退火等溫退火球化退火：冷卻速度最慢擴(kuò)散退火：保溫溫度最高去應(yīng)力退火：保溫溫度最低正火淬火單介質(zhì)淬火雙介質(zhì)淬火分級(jí)淬火等溫淬火回火【區(qū)別】重結(jié)晶&再結(jié)晶重結(jié)晶：同素異構(gòu)體轉(zhuǎn)變，二次結(jié)晶；再結(jié)晶：晶格結(jié)構(gòu)不變，晶粒外形發(fā)生變化；退火緩慢冷卻過程正火在自由流動(dòng)的空氣中冷卻；盡可能多形成S淬火努力得到馬氏體M回火消除

16、內(nèi)應(yīng)力完全退火：加熱至Ac3以上20-30，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝；主要用于亞共析鋼；得到F+P；目的：通過重結(jié)晶使組織均勻化細(xì)化；降低硬度改善切削加工性能消除內(nèi)應(yīng)力；等溫退火：加熱到高于Ac3，保溫后較快冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，并等溫保持，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變，然后緩慢冷卻的熱處理工藝；得到F+P；轉(zhuǎn)變較完全退火易控制；目的：通過重結(jié)晶使組織均勻化細(xì)化；降低硬度改善切削加工性能消除內(nèi)應(yīng)力；球化退火：加熱溫度略高于Ac1，使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝主要用于共析鋼、過共析鋼；使二次滲碳體及P中的滲碳體球狀化；亞共析鋼中Fe3C較少故少用球化退火；目的：降低硬度改善切削加

17、工性能為淬火作組織準(zhǔn)備；擴(kuò)散退火：加熱到略低于固相線，長時(shí)間保溫并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝；擴(kuò)散退火后晶粒很粗大，一般在進(jìn)行完全退火或正火處理；目的：減少鋼錠、鑄件的化學(xué)成分和組織不均勻性；去應(yīng)力退火（低溫退火）：加熱至溫度低于Ac1的某一溫度，保溫，然后隨爐冷卻；目的：消除殘余內(nèi)應(yīng)力；正火：加熱至A線以上30-50，在自由流動(dòng)的空氣中均勻冷卻；目的： 作為最終熱處理：細(xì)化晶粒，組織均勻化；P增多細(xì)化；提高強(qiáng)度、硬度、韌性； 作為預(yù)先熱處理：消除魏氏組織和帶狀組織，獲得細(xì)小均勻的組織；過共析鋼減少Fe3C，避免形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火作組織準(zhǔn)備； 改善切削加工性能：提高硬度；淬火：將鋼加熱到相

18、變溫度以上，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻以獲得馬氏體的熱處理工藝；淬火是鋼的最重要的強(qiáng)化方法；冷卻介質(zhì)：水和油單介質(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火；分級(jí)淬火；等溫淬火：中碳以上的鋼，為了得到下貝氏體，以提高強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性；淬透層深度：試樣表面至半馬氏體區(qū)（硬度陡然下降）；淬透性：鋼接受淬火時(shí)形成馬氏體的能力末端淬火法測(cè)定；淬硬性：鋼淬火后硬度會(huì)大幅度提高，能達(dá)到的最高硬度為淬硬性，取決于馬氏體的w(C)影響淬透性的因素： w(C)：（根據(jù)C曲線（TTT曲線）判斷） 合金元素：除Co外，均提高淬透性； 奧氏體化溫度：減少P生核率，降低臨界冷卻速度，提高淬透性； 鋼中未溶第二相：增大臨界冷卻速度，降低淬

19、透性；回火：消除內(nèi)應(yīng)力；淬火后不直接使用，要進(jìn)行回火；原因：淬火后得到的是性能很脆的M，存在內(nèi)應(yīng)力，易變形和開裂；原因：淬火M和殘余A都是不穩(wěn)定組織，在工作中會(huì)發(fā)生分解；原因：為了獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性；低溫回火（150-250）：保持高硬度，消除內(nèi)應(yīng)力回火馬氏體+殘余奧氏體中溫回火（350-500）：回火屈氏體（高的彈性極限和屈服強(qiáng)度）高溫回火（500-650）：綜合性能要求高回火索氏體（綜合力學(xué)性能最好）調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火回火索氏體（滲碳體為細(xì)粒狀）正火： 索氏體+鐵素體（滲碳體為片狀）2.5鋼的合金化1.1 合金元素與鐵、碳的作用：1 溶于鐵中形成固溶體除Pb，幾乎所有合金元素都可溶入鐵中，形成合金鐵素體或合金奧氏體；擴(kuò)大（奧氏體）相區(qū)（奧氏體穩(wěn)定化元素）：Mn、Ni（完全擴(kuò)大相區(qū)元素）；Co、C、N、Cu（部分?jǐn)U大相區(qū)元素）；縮?。▕W氏體）相區(qū)（鐵素體穩(wěn)定化元素）：Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si（完全封閉相區(qū)元素）；B、Nb、Zr（部分縮小相區(qū)元素）；2 形成碳化物非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B;碳