河北工程大學(xué)工程材料學(xué)考試重點

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第二章金屬材料的力學(xué)性能斷后伸長率：斷面收縮率：HBS：壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。HBW：壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在450-650的材料。 Ak=G(H-h) ： 沖擊吸收功。 Ak越大，材料的塑性越好材料經(jīng)無數(shù)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。 ：應(yīng)力強度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強度的指標(biāo)純金屬的性能特點純金屬的力學(xué)性能特點表現(xiàn)為：強度、硬度低，塑性、韌性好，用作結(jié)構(gòu)材料時強度、硬度不足，塑性韌性有余。因此，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的金屬材料是合金。第三章金屬的結(jié)構(gòu)與固溶強化

2、晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成的三維空間格架。常見純金屬的晶格類型有三類：體心立方晶格：常見金屬：aa-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb面心立方結(jié)構(gòu)：密排六方晶格晶體缺陷晶格的不完整部位稱晶體缺陷。點缺陷 ：空間三維尺寸都很小的缺陷?？瘴婚g隙原子置換原子點缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱晶格畸變。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性下降。線缺陷晶體中的位錯位錯：晶體中某處一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象從位錯的幾何結(jié)構(gòu)可分為刃型位錯和螺型位錯。位錯對性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯運動引起，因此阻礙位錯運動是強化金屬的主要

3、途徑面缺陷晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過渡部位，原子排列不規(guī)則。亞晶粒是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10 2 °)的小晶塊。亞晶粒之間的交界面稱亞晶界。亞晶界也可看作位錯壁。晶界的特點： 原子排列不規(guī)則。 熔點低。 耐蝕性差。 易產(chǎn)生內(nèi)吸附，外來原子易在晶界偏聚（因缺陷多）。 阻礙位錯運動，是強化部位，因而實際使用的金屬力求獲得細(xì)晶粒。 是固態(tài)相變的優(yōu)先形核部位 合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組成合金的元素可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組成合金的最基本的、獨立的物質(zhì)稱為組元組成合金的元素相互作用可形成不同的相。相: 合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能

4、均一并以界面分開的組成部分。組織: 在顯微鏡下觀察到的金屬中由形態(tài)、尺寸和分布方式不同的一種或多種相構(gòu)成的總體。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，可將合金中的相分為固溶體和金屬化合物固溶體：合金在固態(tài)下，組元間能相互溶解而形成的均勻相。習(xí)慣以aa、b、g表示。與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。其它元素稱溶質(zhì)。固溶體是合金的重要組成相，實際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所處位置不同，固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所形成的固溶體。溶質(zhì)原子呈無序分布的稱無序固溶體，呈有序分布的稱有序固溶體。間隙固溶體溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體

5、。固溶強化:隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的強度、硬度增加, 塑性、韌性下降。 固溶體的溶解度:溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。溶解度有一定限度的固溶體稱有限固溶體。組成元素?zé)o限互溶的固溶體稱無限固溶體。組成元素原子半徑、電化學(xué)特性相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無限固溶體。 間隙固溶體都是有限固溶體。合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱金屬化合物。金屬化合物具有較高的熔點、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時，可提高其強度、硬度和耐磨性，但降低塑性電子濃度為價電子數(shù)與原子數(shù)的比值。a間隙相：r非/r金<0.59時形 成的具有簡單晶格結(jié)構(gòu)的間隙

6、化合物。如M4X (Fe4N)、M2X (Fe2N、 W2C)、MX (TiC、VC、TiN)等。間隙相具有金屬特征和極高的硬度及熔點，非常穩(wěn)定。部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。b. 具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物當(dāng)r非/r金>0.59時形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物。 如Fe3C，稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格。金屬化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物為基的固溶體，如(Fe,Mn)3C固溶強化:隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的強度、硬度增加, 塑性、韌性下降。產(chǎn)生固溶強化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對位錯的釘扎作用（溶質(zhì)原子在位錯附近偏聚），阻礙了位錯的運動。與純金屬相比，固溶體的

7、強度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。第4章 純金屬的結(jié)晶與細(xì)晶強化物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的過程稱為結(jié)晶。結(jié)晶的實質(zhì)是原子由近程有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程有序狀態(tài)的過程。 冷卻曲線通過實驗（熱分析法）測得的液態(tài)金屬冷卻時溫度與時間的關(guān)系曲線。過冷：液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開始結(jié)晶的現(xiàn)象過冷度：理論結(jié)晶溫度Tm與實際結(jié)晶溫度Tn的差DT T= Tm Tn結(jié)晶潛熱：金屬結(jié)晶時從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r所釋放出的熱量。過冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過冷度越大。熱力學(xué)定律：一切自發(fā)過程都是朝著系統(tǒng)自由能降低的方向進(jìn)行。液體和晶體自

8、由能曲線的交點溫度Tm稱為理論結(jié)晶溫度 (熔點或平衡結(jié)晶溫度)。在該溫度下, 液體和晶體處于動平衡狀態(tài)。在Tm以下，GS<GL結(jié)晶的驅(qū)動力：液固兩相的 自由能之差結(jié)晶的充分必要條件:液態(tài)金屬必須具有一定的過冷度。常溫下，晶粒越細(xì)，因而金屬的強度、硬度越高，同時塑性、韌性也越好,即細(xì)晶強化。結(jié)晶由形核和長大兩個基本過程組成.一當(dāng)液態(tài)金屬過冷至實際結(jié)晶溫度后，經(jīng)過一段孕育期，在液態(tài)金屬內(nèi)部開始出現(xiàn)微小的固態(tài)顆粒，稱之為晶胚。當(dāng)晶胚達(dá)到某一臨界尺寸后，就成為可以穩(wěn)定存在并自發(fā)長大的晶核。這一過程稱為形核。形核有兩種方式，即均勻形核和非均勻形核。均勻形核由液體中排列規(guī)則的原子團(tuán)形成晶核稱均勻形核

9、。非均勻形核以液體中存在的固態(tài)雜質(zhì)或容器壁為核心形核稱非均勻形核。二、長大晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產(chǎn)生晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界晶核的長大方式有兩種，即均勻長大和樹枝狀長大。過冷度很小時，結(jié)晶以均勻長大方式進(jìn)行實際金屬結(jié)晶時冷速較大，主要以樹枝狀長大 原因：晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會產(chǎn)生二次軸，樹枝間最后被填充。晶粒度：表示晶粒大小的尺度。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度等級來表示晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分為8級單位體積中的晶粒數(shù) 形核率(N):單位時間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目。長大速度(G):單位

10、時間內(nèi)晶核生長的長度。晶粒的大小取決于形核率和晶粒長大速度的相對大小。 N/G比值越大，晶粒越細(xì)小.因此，凡是促進(jìn)形核、抑制長大的因素，都能細(xì)化晶粒.3.細(xì)化晶粒的措施 1）提高過冷度 隨過冷度增加，N/G值增加，晶粒變細(xì)。(1) 提高液態(tài)金屬的冷卻速度. 如鑄造中采用金屬型代替砂型。(2) 提高液態(tài)金屬的過冷能力。如采用慢速澆注。2）變質(zhì)處理，又稱孕育處理。即液態(tài)金屬內(nèi)加入變質(zhì)劑（或稱孕育劑、形核劑），以增加異質(zhì)核心的數(shù)量，促進(jìn)非均勻形核的進(jìn)行從而細(xì)化晶粒的方法。 3)振動，攪拌鑄錠的宏觀組織通常由三個區(qū)組成: 表層細(xì)晶區(qū)：澆注時，由于冷模壁產(chǎn)生很大的過冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很

11、細(xì)的等軸晶粒區(qū)。 柱狀晶區(qū)：由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過冷度減小，形核困難。加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的方向生長而形成柱狀晶區(qū)。中心等軸晶區(qū): 由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長停止，當(dāng)心部液體全部冷至熔點以下時，在雜質(zhì)作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。鑄錠的缺陷鑄錠缺陷的類型較多，常見的有縮孔、氣孔、疏松、偏析、夾渣、白點等，它們對性能是有害的. 縮孔：由于液態(tài)金屬結(jié)晶時體積收縮且補縮不足造成的?？煞譃榧锌s孔和分散縮孔（疏松）。鑄錠出現(xiàn)集中縮孔在鍛軋前應(yīng)切除.而疏松在熱軋過程中可焊合。（2）氣孔是指液態(tài)金屬中

12、溶解的氣體或反應(yīng)生成的氣體在結(jié)晶時未逸出而存留于鑄錠中的氣泡.鑄錠中的封閉的氣孔可在熱軋時焊合。（3） 偏析合金中各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。（4）夾雜物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)類型隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（同素異晶轉(zhuǎn)變）。屬于固態(tài)相變。4.5.固態(tài)轉(zhuǎn)變的特點形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶內(nèi)缺陷、特定晶面等）。由于固態(tài)下擴(kuò)散困難，因而過冷傾向大。固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)力。第5章 二元合金與合金化（一）多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素。但對于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的穩(wěn)定化合物也可看作組元, 如Fe-C合金中的Fe3C。合金系：由兩種或兩種以上元素按不同比例

13、配制的一系列不同成分的合金。相與組織: 相是組織的基本單元，組織是相的綜合體。相圖：是表示在平衡（極其緩慢加熱或冷卻）條件下，合金系中各種合金狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的圖形。根據(jù)組元數(shù), 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。幾乎所有的相圖都是通過實驗得到的，最常用的是熱分析法。不平衡兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限互溶時所構(gòu)成的相圖稱二元勻晶相圖。從液相中結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變或勻晶反應(yīng)。杠桿定律即合金在某溫度下兩平衡相的質(zhì)量比等于這兩相成分點到合金成分點距離的反比。結(jié)晶枝晶偏析在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱作枝晶偏析。枝晶偏析的大小與冷速和液固相線的間距有關(guān)。冷速越大

14、，液固相線間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。生產(chǎn)上常將鑄件加熱到固相線以下100-200長時間保溫，以使原子充分?jǐn)U散、成分均勻，消除枝晶偏析，這種熱處理工藝稱作擴(kuò)散退火。當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶,并發(fā)生共晶反應(yīng)時所構(gòu)成的相圖稱作共晶相圖。在一定溫度下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個成分和結(jié)構(gòu)都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩相的機械混合物稱共晶體或共晶組織。發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度稱共晶溫度。代表共晶溫度和共晶成分的點稱共晶點。凡具有共晶線成分（C、D之間）的合金液體冷卻到共晶溫度時都將發(fā)生共晶反應(yīng)。根據(jù)相變特點和組織特征將共晶系合金分為四類：端部固溶體合金

15、、亞共晶合金、過共晶合金、共晶合金共晶合金(合金)的結(jié)晶過程液態(tài)合金冷卻到E 點時同時被Pb和Sn飽和, 發(fā)生共晶反應(yīng)：LE (aaC+bD) 。析出過程中兩相相間形核、互相促進(jìn)、共同長大，因而共晶組織較細(xì)，呈片、棒、點球等形狀。共析反應(yīng)(共析轉(zhuǎn)變)是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時析出兩個成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程。共析轉(zhuǎn)變是固態(tài)相變。最常見的共析轉(zhuǎn)變是鐵碳合金中的珠光體轉(zhuǎn)變: gS aaP+ Fe3C 。由于固態(tài)轉(zhuǎn)變過冷度大，因而共析組織比共晶組織細(xì)。共析反應(yīng)的產(chǎn)物是共析體（鐵碳合金中的共析體稱珠光體），也是兩相的機械混合物（鐵素體+滲碳體)。與共晶反應(yīng)不同的是，共析反應(yīng)的母相是

16、固相，而不是液相。由于固態(tài)轉(zhuǎn)變過冷度大，因而共析組織比共晶組織細(xì)。鐵碳合金的基本相和組織LJNGgg +Fe3Ca +Fe3CL+Fe3CL+ga + g 特征線 液相線ABCD， 固相線AHJECF 三條水平線：HJB：包晶線LB+H gJ ECF：共晶線LC gE+Fe3C 共晶產(chǎn)物是g 與Fe3C的機械混合物，稱作萊氏體, 用Ld表示。為蜂窩狀, 以Fe3C為基，性能硬而脆。PSK：共析線 gS P+ Fe3C 共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是 a 與Fe3C的機械混合物，稱作珠光體，用P表示。 其它相線GS,GPg a 固溶體轉(zhuǎn)變線, GS又稱A3 線。ES碳在g -Fe中的固溶線。又稱Ac m線。P

17、Q碳在a-Fe中的固溶線。g + Fe3Ca + Fe3Cd碳在aa-Fe中的固溶體稱鐵素體, 用F 或aa 表示。 鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。碳在g-Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或 g 表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148時最大為2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強度低、塑性好，鋼材熱加工都在g 區(qū)進(jìn)行.碳鋼室溫組織中無奧氏體。滲碳體(Cementite)：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強度低(sb»35MPa), 脆性大, 塑性幾乎為零Fe3C是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3

18、C3Fe+C(石墨), 該反應(yīng)對鑄鐵有重要意義。由于碳在aa-Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。 珠光體(Pearlite)：鐵素體與滲碳體的機械混合物稱為珠光體，P。珠光體中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77，性能介于鐵素體和滲碳體之間。萊氏體(Ledeburite) C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3的液態(tài)合金冷卻到1148時，同時結(jié)晶出滲碳體和奧氏體的共晶體，該共晶體稱為高溫萊氏體，Ld。而在727以下由珠光體和滲碳體所組成的萊氏體稱為低溫萊氏體，Ld表示。萊氏體硬而脆。珠光體：鐵素體與滲碳體的機械混合物稱為珠光體，P。珠光體中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77，性能介于鐵素體和滲碳

19、體之間。C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3的液態(tài)合金冷卻到1148時，同時結(jié)晶出滲碳體和奧氏體的共晶體，該共晶體稱為高溫萊氏體，Ld。 鐵碳相圖上的合金，按成分可分為三類： 工業(yè)純鐵(<0.0218% C) 碳鋼(0.02182.11%C) 高溫組織為單相g 亞共析鋼 (0.02180.77%C) 共析鋼 (0.77%C) 過共析鋼 (0.772.11%C) 白口鑄鐵 (2.116.69%C) 鑄造性能好, 硬而脆 亞共晶白口鑄鐵 (2.114.3%C) 共晶白口鑄鐵 （4.3%C） 過共晶白口鑄鐵 （4.36.69%C）第六章金屬的塑性變形與形變強化塑性變形的形式：滑移和孿生。 滑移是指晶體的一部分

20、沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形?；谱冃蔚奶攸c ： 滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力. 滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。 一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系?；葡翟蕉啵饘侔l(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑

21、移面更大。因而金屬的塑性，面心立方晶格>體心立方晶格>密排六方晶格?；茣r，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍.滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。 滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動?；频臋C理滑移是通過滑移面上位錯的運動來實現(xiàn)的。晶體通過位錯運動產(chǎn)生滑移時，只在位錯中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作位錯的易動性。 孿生 孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大得多, 變形速度極快, 接近聲速;孿生時相鄰原子面的相對

22、位移量小于一個原子間距.密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。多晶體金屬的塑性變形過程多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45° （軟位向）的晶粒。 特點 ： 不均勻性 不同時性 各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性細(xì)化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細(xì)晶強化。 隨塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化產(chǎn)生加工硬化的原因是:1、隨塑性變形進(jìn)行, 位錯密度增加

23、，由于位錯之間的交互作用(堆積、纏結(jié))，使變形抗力增加. 2. 變形抗力的提高 ，位錯運動阻力增大，位錯更易發(fā)生塞積，提高了位錯的增殖速度。由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時，會使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱形變織構(gòu)或擇優(yōu)取向。內(nèi)應(yīng)力是指去除外力后平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時, 內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時,外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中. 內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間 (宏觀內(nèi)應(yīng)力)。第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間, (微觀內(nèi)應(yīng)力)。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 形變織構(gòu)使金

24、屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時，易產(chǎn)生“制耳”加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。 回復(fù)是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火或低溫退火。冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。再結(jié)晶也是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶粒粗大會使金屬的強

25、度，尤其是塑性和韌性降低 。熱加工與冷加工的區(qū)別 在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。 熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或柱狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線，由這種流線體現(xiàn)的組織稱纖維組織。它使鋼產(chǎn)生各向異性，在制定加工工藝時，應(yīng)使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力方向一致 第七章鋼的熱處理與相變強化熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的內(nèi)部或表面組織，獲得所需要性能的一種工藝.熱處理

26、特點: 只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。熱處理適用范圍:只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強化。 根據(jù)熱處理目的的不同 可分為：預(yù)備熱處理為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。最終熱處理賦予工件所要求的使用性能的熱處理. 在臨界點A1以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。 奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步。二、影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素加熱溫度: 加熱溫度越高，加速奧氏體形成.加熱速度: 加熱速度越快,轉(zhuǎn)變所需的時間越短.(3) 鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時，有利于奧氏體的形成 原始組織 原始組織越細(xì)，奧氏

27、體形成速度越快。(5)合金元素奧氏體的晶粒度珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變成為奧氏體時奧氏體的晶粒度稱起始晶粒度,此時晶粒細(xì)小均勻。過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫冷卻和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。處于臨界點A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小.孕育期最小處稱C 曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550。2. 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼為例）（1）珠光體類型組織形態(tài)及性能過冷奧氏體在 A1到 550間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體

28、片層相間的機械混合物，根據(jù)片層厚薄不同,又細(xì)分為珠光體、索氏體和屈氏體.珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對的。片間距越小，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善過冷奧氏體在550 Ms (共析鋼的Ms為230 )間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下).上貝氏體形成溫度為550-350。在光鏡下呈羽毛狀.在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。下貝氏體形成溫度為350-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)。上貝氏體強度

29、與塑性都較低，無實用價值。下貝氏體除了強度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強化組織之一。 (3) 馬氏體類型組織形態(tài)與性能當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強化鋼的重要途徑之一。 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在aa-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.馬氏體具有體心正方晶格（a=bc）軸比c/a 稱馬氏體的正方度。C% 越高，正方度越大，正方畸變越嚴(yán)重。當(dāng)0.25%C時，c/a=1，此時馬氏體為體心立方晶格.馬氏體轉(zhuǎn)變的特點 馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。其主要特點是：a. 無擴(kuò)散性b.

30、降溫形成c.高速長大d. 轉(zhuǎn)變不徹底馬氏體的形態(tài) 馬氏體的形態(tài)分板條和片狀兩類。板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯，rp=1012/cm2,又稱位錯馬氏體片狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。注：馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C%小于0.2%時，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時幾乎全部是片狀馬氏體.C%在0.21.0%之間為板條與片狀的混合組織。馬氏體強化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決

31、于其亞結(jié)構(gòu)的形式。片狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.過冷奧氏體的等溫奧氏體化過程(共析鋼)奧氏體晶核形成奧氏體晶核長大殘余Fe3C溶解奧氏體成分均勻化 一、退火和正火的目的 調(diào)整硬度，便于切削加工； 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中鋼件變形、開裂； 細(xì)化晶粒，改善組織以提高鋼的力學(xué)性能；(4) 為最終熱處理（淬火、回火）作組織準(zhǔn)備。 退火的操作及應(yīng)用退火是鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，?jīng)過一定時間保溫后緩慢冷卻，以達(dá)到改善組織、提高加工性能的一種熱處理工藝. 常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30 50，共析鋼加熱到Ac1+305

32、0，過共析鋼加熱到 Accm+ 30 50保溫后空冷以獲得珠光體類型組織的工藝。正火的主要應(yīng)用作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。作為低、中碳結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)先熱處理，可獲得合適的硬度，便于切削加工。用于過共析鋼消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火.淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝.目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.淬火方法1、單液淬火法2、雙液淬火法3、分級淬火法4、等溫淬火法 淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。透性的測定常用末端淬火法淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即

33、硬化能力. 回火是指將淬火鋼加熱到Ac1以下的某溫度保溫后冷卻到室溫的工藝。據(jù)鋼的回火溫度，可以將回火分為三類 一、 低溫回火1. 回火溫度: 150250 2. 組織變化: 馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出碳化物，使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，。3. 性能（目的）及適用范圍 保留淬火后高硬度（5864HRC）、高耐磨性同時降低內(nèi)應(yīng) 力，提高韌性。 適用于處理各種高碳鋼工具、模具、軸承及經(jīng)滲碳和表面 淬火的工件。二、中溫回火1、 回火溫度350-5002、回火組織鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C的混合組織，稱回火屈氏體，T回。三、高溫回火1

34、、回火溫度 500650 2、回火組織 鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，S回。 3、回火目的及適用范圍 獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強度的同時，具有良好的塑性和韌性。通常把淬火+高溫回火的熱處理工藝稱為“調(diào)質(zhì)處理”，簡稱“調(diào)質(zhì)”。調(diào)質(zhì)廣泛應(yīng)用于各種重要結(jié)構(gòu)件（連桿、軸、齒輪等）的處理，也可作為某些要求較高的精密零件、量具等的預(yù)備熱處理。 回火時的性能變化 回火時力學(xué)性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性提高。表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強化零件表面的熱處理方法。表面淬火目的： 使

35、表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限; 心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。預(yù)備熱處理工藝：對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。目的:為表面淬火作組織準(zhǔn)備； 獲得最終心部組織。 3、表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200?；鼗鹉康臑榻档蛢?nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。4、表面淬火+低溫回火后的組織 表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)表面淬火常用加熱方法 感應(yīng)加熱: 利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。 高頻感應(yīng)加熱 頻率為2

36、50-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm中頻感應(yīng)加熱 頻率為2500-8000 Hz，淬硬層深度2-10mm。 工頻感應(yīng)加熱 頻率為50Hz,淬硬層深度10-15 mm 火焰加熱: 利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。 激光熱處理: 利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲

37、碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。 1、 化學(xué)熱處理的基本過程 1、介質(zhì)(滲劑)的分解: 分解的同時釋放出活性原子。 如：滲碳 CH42H2+C 氮化 2NH33H2+2N2、工件表面的吸收: 活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。3、原子向內(nèi)部擴(kuò)散。 鋼的滲碳1、滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，同時保持心部良好的韌性。2、滲碳用鋼為含0.15-0.3%C的低碳鋼。碳高則心部韌性降低。 滲碳方法 氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。滲劑為氣體 (煤氣、液化氣等)或有機液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點: 質(zhì)量好, 效率高；缺點: 滲層成分與深度不易控制。 固體滲碳

38、法 將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳,滲劑為木炭。優(yōu)點：操作簡單；缺點：滲速慢，勞動條件差。 真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點: 表面質(zhì)量好, 滲碳速度快滲碳后的熱處理 淬火+低溫回火, 回火溫度為160-180。淬火方法有： 直接淬火法 滲碳后預(yù)冷到略高于Ar3溫度直接淬火。一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。 二次淬火法： 即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50，細(xì)化心部；第二次加熱為Ac1+30-50，細(xì)化表層。 常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50淬火+低溫回火。此時組織為：表層：M回+顆粒狀碳化物+A(少量)心部

39、：M回（ + F）三、鋼的氮化 氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。第八章一、合金鋼的分類1.按合金元素含量 微合金鋼 0.001Me0.1% 低合金鋼 1Me5% 中合金鋼 5Me10% 高合金鋼 Me>10%2. 按鋼的金相組織 鐵素體鋼 奧氏體鋼 馬氏體鋼 珠光體鋼 貝氏體鋼3. 按鋼中S、P雜質(zhì)含量 普通合金鋼 S0.050% P0.045% 優(yōu)質(zhì)合金鋼 S0.035% P0.035% 高級優(yōu)質(zhì)合金鋼 S0.025% P0.025% 特級優(yōu)質(zhì)合金鋼 S0.015% P0.020%4. 按用途 合金結(jié)構(gòu)鋼：低合金鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、 滾動軸承鋼、高錳耐磨鋼、易切鋼等 合金工

40、具鋼：刃具鋼、模具鋼、量具鋼等 特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼等合金結(jié)構(gòu)鋼 兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬分之幾）+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字+當(dāng)合金元素的平均含量小于1.50%時，只標(biāo)元素符號，不標(biāo)含量；當(dāng)合金元素的平均含量為1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、時，在相應(yīng)的合金元素符號后標(biāo)2、3、4、5 等數(shù)字。如20CrNi3。高級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號后加字母A，如60Si2MnA。特級優(yōu)質(zhì)鋼在牌號后加字母E，如30CrMnSiE。 3. 合金工具鋼和高速工具鋼 含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+當(dāng)含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一

41、位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含碳量大于1.00%時，不標(biāo)含碳量。* 高速鋼不標(biāo)含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).* 含鉻量小于1%時，在含鉻量(以千分之一為單位)前加數(shù)字“0”，如Cr06。4. 滾動軸承鋼 高碳鉻軸承鋼： G+Cr+鉻含量(不標(biāo)含碳量) “G”表示“滾動軸承鋼”。* 鉻含量以千分之一為單位. 如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。滲碳軸承鋼牌號的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同，僅在牌號頭部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。5. 不銹鋼和耐熱鋼 含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+ 含碳量以千分之一為單位。含碳量的表示方法為：當(dāng)平均含碳量

42、1.00%時，用兩位數(shù)字表示，如11Cr17(平均含碳量為1.10%)； 當(dāng)1.0%>平均含碳量0.1%時，用一位數(shù)字表示,如2Cr13（平均含碳量為0.20%） 當(dāng)0.1%>含碳量上限> 0.03%時，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限為0.08%） 當(dāng)0.03%含碳量上限>0.01%時,以“03”表示，如03Cr19Ni10 (含碳量上限為0.03%） 當(dāng)含碳量上限0. 01%時，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限為0.01%）。6. 鑄鋼 以強度為主要特征 ZG+數(shù)字-數(shù)字 第一組數(shù)字表示屈服強度最低值，第二組表示抗拉強度最低值。如ZG200-400以化學(xué)成分為主要特征 ZG + 兩位數(shù)字（平均含碳量的萬分之幾）+合金元素+數(shù)字（合金元素百分含量） 如ZG25Cr1Mo1V合金結(jié)構(gòu)鋼 對結(jié)構(gòu)鋼的性能要求為：使用性能以強韌性為主。工藝性能以可焊性、淬透性為主。 合金結(jié)構(gòu)鋼除少量為中高合金鋼外，都是低合金鋼.Q345鋼綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等。Q3