工程材料及機械制造基礎

第二章金屬的晶體結構（1）、晶體結構的基本概念：1、金屬的晶體結構：金屬材料內(nèi)部的原子排列的規(guī)律，決定著材料的顯微組織特性和材料的宏觀性能。2、晶格：用于描述原子在晶體中排列規(guī)律的三維空間集合點陣。3、晶胞：晶格中存在能夠代表晶格特征的最小集幾何單元。4、晶格參數(shù)：用來描述晶胞大小與形狀的幾何參數(shù)，包括晶胞的三個棱邊長度a、b、c和三個棱邊夾角A、B、R，共六個參數(shù)。5、晶格常數(shù)：決定晶胞大小的三個棱長。（2）、金屬中常見的晶格：體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格（3）、晶格的致密度：1、致密度：每個晶胞中原子所占的總體積與晶胞的體積之比。（4）、晶粒與亞晶粒：1、晶粒：晶格位向基本一致的區(qū)域，并有邊界與鄰區(qū)分開就稱為一個晶粒。2、晶界：晶粒之間原子排列不規(guī)則的區(qū)域。3、晶粒大小決定因素：出取決于金屬種類外，主要取決于結晶條件和熱處理工藝。4、“為無向性”（5）、晶體缺陷：1、凡是原子排列不規(guī)則的區(qū)域都是晶體缺陷。2、點缺陷：以一個點為中心，在它的周圍造成原子排列不規(guī)則，產(chǎn)生晶格畸變和內(nèi)應力的晶體缺陷。主要有間隙原子、置換原子、晶格空位三種。a、正畸變：大直徑原子置換引起晶格局部“撐開”現(xiàn)象。b、負畸變：小直徑原子置換引起晶格局部“靠攏”現(xiàn)象。c、點缺陷處于不斷變化和運動之中，位置隨時在變。是原子擴散的一種主要方式，也是金屬在固態(tài)下“相變”和化學熱處理工藝的基礎。3、線缺陷：主要是指各種形式的位錯。a、位錯：晶體中某一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。b、刃形位錯，位錯線，正負刃形位錯。c、位錯密度：單位體積內(nèi)位錯線的長度。塑性變形中，位錯密度大幅增加。退火可使位錯密度降到最低值，淬火可使位錯密度有所增加。d、金屬材料受外力作用能夠產(chǎn)生宏觀塑性變形的實質，主要都是位錯在微觀上運動結果。4、面缺陷：晶界和亞晶界。a、面缺陷是有一定厚度的原子排列不規(guī)則的過渡帶，其厚度取決于晶格位向差的大小及晶體的純度。晶格位向差愈小、純度越高、面缺陷越薄、反之越厚。（6）、合金基本概念：1、合金：一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素，通過熔煉或燒結等方法所形成的具有金屬性質的新金屬材料。2、組元：組成合金的最基本的、能獨立存在的物質，簡稱元。組成合金的各個化學元素及穩(wěn)定的化合物都是組員。合金中有幾種組元就稱之為幾元合金。3、合金系：有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。4.、相：凡是化學成分相同、晶體結構相同并有界面與其它部分隔開來的一個均勻區(qū)域。一個相中可以有多個晶粒，但是一個晶粒之中只能是同一個相。5、顯微組織：在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)、大小和分布。6、相組成物：合金顯微組織中的基本相。7、組織組成物：由基本相組成的單相組織和共晶體等基本組織。8、基本組織：由一個單獨的相構成的單相組織和由兩個以上的相按一定比例組成的機械混合物，如：共析體，共晶體等。（7）、合金相結構：1、固溶體：合金結晶成固態(tài)時，含量少的組元（溶質）原子分布在含量多的組元（溶劑）晶格中形成一種與溶劑有相同晶格的相，稱為固溶體。a、固溶體與溶劑有相同晶格結構。b、固溶體分類：（a）、間隙固溶體、置換固溶體（b）、有序固溶體、無序固溶體（c）、有限固溶體、無限固溶體c、間隙固溶體都是有限固溶體，無限固溶體都是置換固溶體，有序固溶體都是置換固溶體。d、影響固溶體溶解度的主要因素：原子直徑因素、負電性因素、電子濃度因素、晶體結構因素、溫度因素。e、固溶強化：通常把溶入元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現(xiàn)象。f、強化方法：固溶強化、細晶強化、第二彌散強化、熱處理相變強化、加工硬化等。（8）、金屬化合物：1、在合金中，當溶質組元的質量分數(shù)超過固溶體的溶解度將會產(chǎn)生新相。這一新相可能是以另一組元為溶劑的另一種固溶體。2、金屬化合物：具有金屬性質的化合物。3、第二相彌散強化：在合金中，金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高的現(xiàn)象。金屬的結晶與二元合金相圖（1）、鑄態(tài)組織：1、鑄態(tài)組織：結晶之后得到的金屬材料的顯微組織。2、鑄態(tài)組織決定著鑄態(tài)材料的使用性能和加工工藝性能。（2）、金屬結晶溫度與過冷現(xiàn)象：1、液態(tài)金屬的冷卻過程可以用熱分析法測出冷卻曲線。2、過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度之差。金屬的結晶都是在達到一定的過冷度后才進行的，這種現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。3、過冷度大小主要取決于金屬液的冷卻速度和金屬液中雜質的含量。冷卻速度越大，金屬純度越高，過冷度越大。4、結晶條件：動力學條件（自由能差或是過冷度）、熱力學條件（足夠的溫度）、結構條件。（3）、金屬的結晶：1、過程包括成核和長大，兩過程同時進行。2、成核：均勻成核（自由成核）、非均勻成核。a、均勻成核（自發(fā)成核）：在均勻的液態(tài)母相中自發(fā)地形成新晶核的過程。過冷度越大越易自發(fā)成核。b、非均勻成核（非自發(fā)成核）：凡是依附于母相中某種現(xiàn)成界面而成核的過程。c、均勻成核和非均勻成核在金屬結晶中同時存在。3、成核率（N）：單位時間和單位母相體積內(nèi)所形成的晶核數(shù)目，表示了母相在相同條件下長生晶核的能力。成核率越大，結晶后晶體中的晶粒越細小。4、長大線速度（C）：單位時間晶核界面向母相推進的距離。5、晶核長大方式：“生長臺階”形式長大、枝晶形式長大。6、晶粒度：單位截面積內(nèi)晶粒數(shù)目，表示了晶粒的大小。7、細晶強化：通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法。8、結晶時冷卻速度越大，得到的晶粒越細小。（4）、細化晶粒主要方式：1、提高冷卻速度（提高過冷度）。2、變質處理（用于大鑄件）。3、振動攪拌。（5）、鑄錠鑄態(tài)組織機缺陷：1、表層細晶區(qū)：a、表層組織細密，力學性能好，但是很薄，對整個鑄錠性能影響不大。2、柱狀晶區(qū)：a、柱狀晶區(qū)有明顯的各向異性。b、在鑄造工藝上，常采用振動方法來破壞柱狀晶區(qū)的形成和長大，也常采用變質處理來阻礙柱狀晶長大，并促進中心等軸晶區(qū)的擴大來減少柱狀晶區(qū)。c、避免金屬液過熱澆注也會防止柱狀晶區(qū)長大。3、中心等軸晶區(qū)：a、對鋼錠來說，一般是希望等軸晶區(qū)越大越好。4、柱狀晶區(qū)的長度和等軸晶區(qū)的尺寸主要取決于澆注溫度和合金元素。隨澆注溫度升高柱狀晶長度增加，等軸晶區(qū)尺寸增大；合金元素增加可使柱狀晶長度減短，等軸晶粒尺寸減小。5、提高澆注溫度、加快冷卻速度或采用定向冷卻散熱方法，并較少液體中產(chǎn)生非自發(fā)晶核等條件則有利于柱狀晶區(qū)的形成和擴展。反之，有利于等軸晶區(qū)的形成和擴展。（6）、二元合金相圖：1、相圖是在平衡狀態(tài)下測畫出來的，又稱合金的平衡狀態(tài)圖。2、勻晶相圖：對于合金組元在液相和固相下均能無限互溶，結晶時只能結晶出單相固溶體組織，這種合金系的相圖就是勻晶相圖。a、勻晶轉變：由液相直接結晶成單相固溶體的結晶轉變。b、在不同溫度下剛剛結晶出來的固相的化學成分是不同的，其變化規(guī)律沿著固相線變化，剩余液相化學成分也相應沿著液相線變化。c、晶內(nèi)偏析：在實際生產(chǎn)中冷卻速度較快，原子擴散遷移滯后于結晶，固相化學成分的均勻性得不到保證。這時就會出現(xiàn)在一個晶粒內(nèi)，各處成分的不均勻現(xiàn)象。以枝晶方式結晶，所以又稱枝晶偏析。d、在低于固相線100℃3、杠桿定律：適用于任何二元相圖的任何一個兩相區(qū)中相的相對質量百分數(shù)的計算。4、共晶相圖：在二元合金系中，組元在液相時無限互溶，在固相時則優(yōu)先互溶，并且結晶過程中以共晶轉變?yōu)橹鞯南鄨D。a、共晶轉變：合金系中某一定化學成分的合金在一定的溫度下，同時由液相中結晶出兩種不同成分和不同晶體結構的相圖。b、共晶體：同時結晶出來的兩種固相機械地混合在一起，形成有固定化學成分的基本組織。c、共晶轉變過程中L、α、β三相可以同時存在。d、二次固溶體：不是直接從液相中結晶出來的固溶體。盡管其化學成分和晶格結構與直接從液相中結晶出來的在同樣溫度下是完全一樣的，但是其形態(tài)和分布有所不同，對材料的性能影響也有所不同，故要加以下標Ⅱ以示區(qū)別。e、體積質量偏析：由于體積質量的原因而引起的鑄件成分偏析的現(xiàn)象。其偏析不是在一個晶粒之內(nèi)，而是在一個鑄件的宏觀部位上出現(xiàn)偏析。兩組元體積質量差別越大，引起的體積質量偏析越嚴重。結晶溫度區(qū)間越大的合金，固液兩相共存的時間也越長，得到上浮或下浮的時間也越長，體積質量偏析越嚴重。冷卻速度越慢也會造成同樣的后果。f、體積質量偏析一旦產(chǎn)生，用熱處理方法也不能消除。盡量選用靠近共晶點成分的合金以減小結晶溫度區(qū)間；結晶時冷卻速度盡量快些，澆注時注意用攪拌以破壞線共晶相的上浮或下浮。5、包晶相圖：兩組元哎液相時無限互溶而在固相下有限固溶，并在合金結晶時以包晶轉變?yōu)橹鞯暮辖鹣鄨D。a、包晶轉變：在一定溫度下，由一定成分的固相和一定成分的液相相互作用產(chǎn)生一種新固相的結晶轉變。b、包晶偏析：包晶轉變是很慢的，在實際生產(chǎn)中由于冷卻速度不可能非常慢，因此也會產(chǎn)生成分的偏析。這種由于包晶轉變不能充分完成而產(chǎn)生的化學成分不均勻的現(xiàn)象。c、包晶偏析課以通過擴散退火得到減輕或是消除。（7）、合金相圖和性能的關系：1、合金的性能取決于合金的化學成分和它的顯微組織。2、固溶體合金的性能主要取決于組元的性質和溶質元素的濃度。3、固溶體合金不適合作鑄件使用，而適宜作鑄錠然后軋制成材使用。4、共晶合金系的壓力加工工藝差，切切削工藝性好，其鑄造性能與具體的合金組織中共晶體所占比例有關。共晶體越多鑄造工藝性越好，共晶成分的合金鑄造工藝性最好。鐵碳合金相圖及碳素鋼（1）、同素異晶轉變：1、同素異構轉變：金屬在結晶成固態(tài)之后繼續(xù)冷卻的過程中晶格類型隨溫度下降而發(fā)生轉變的現(xiàn)象，又稱同素異晶轉變。a、同素異晶轉變也是通過成核長大的過程來完成原子重新排列的，也是一種結晶過程，也有結晶潛熱產(chǎn)生。b、同素異晶轉變也被稱為重結晶，是一種固態(tài)相變。c、因為Fe具有這種同素異晶轉變才使得鋼也存在多種固體相變，也是鋼可以進行各種熱處理的基礎。（2）、鐵碳合金中的相：1、碳在Fe-C合金中存在形式：固溶到鐵晶格間隙中的固溶碳、與Fe形成間隙化合物的化合碳、游離在Fe-C合金中的游離碳。2、鐵素體：碳原子固溶到α—Fe中形成的間隙固溶體。代號為F或α。（在室溫時常作為基體相存在）3、奧氏體：碳原子固溶到γ-Fe中所形成的間隙固溶體。代號為A或γ。（熱變形加工所需要的相，一般不存在與室溫）4、滲碳體：鐵與碳形成的間隙化合物。分子式。（常作為第二相彌散強化的強化相）5、石墨：Fe-C合金中游離存在的碳。代號為G。6、液相：鐵碳合金在液態(tài)時。代號L。（3）、基本組織：1、共析轉變：在某一恒定溫度時，一定成分的固相有重新結晶成兩個不同的固相的機械混合物。a、共析體：共析轉變產(chǎn)生的機械混合物，鐵素體F+滲碳體。代號為P，命名為珠光體。b、=0.77%，T=727℃。2、共晶轉變：在某一恒定溫度時，一定成分的液相結晶成兩個不同的固相的機械混合物。a、共晶體：共晶轉變產(chǎn)生的機械混合物，奧氏體A+滲碳體。代號為，命名為高溫萊氏體。b、=4.3%，T=1148℃。c、在T=727℃。以下高溫萊氏體又發(fā)生轉變，成為低溫萊氏體，又稱變態(tài)萊氏體，P+，代號為。（4）、滲碳體：1、從液相中直接結晶出來的稱為一次滲碳體，記為。2、從奧氏體中析出的滲碳體稱為二次滲碳體，記為。3、從鐵素體中析出的滲碳體稱為三次滲碳體，記為。4、、、，以及P和中的滲碳體，它們本身并無區(qū)別，都是有相同的化學成分、晶格結構和性質。只是出處不同并且由此造成其形態(tài)、大小以及在合金中的分布等情況有所不同。因此，對合金的性能也有不同影響。（5）、鐵碳合金相區(qū)：1、單相區(qū)有五個：L、δ、A、F、。2、雙相區(qū)有七個：δ+L、δ+A、A+L、L+、A+、A+F、F+。3、三相區(qū)有三個，三條水平線：L+δ+A（包晶線）、L+A+（共晶線）、A+F+（共析線）。（6）、鐵碳合金分類：1、工業(yè)純鐵：≤0.02%2、碳素鋼：0.02%＜≤2.11%共析鋼：=0.77%亞共析鋼：0.02%＜＜0.77%過共析鋼：0.77%＜≤2.11%白口鑄鐵：2.11%＜＜6.69%共晶白口鑄鐵：=4.3%亞共晶白口鑄鐵：2.11%＜＜4.3%過共晶白口鑄鐵：4.3%＜＜6.69%（7）、合金相變過程：1、工業(yè)純鐵室溫顯微組織的相組成物與組織組成物都是鐵素體和滲碳體。2、珠光體一般是片層狀分布，片層位向基本相同的區(qū)域稱為一個珠光體團，它不是晶粒，珠光體團的邊界也不能稱作晶界。（8）、對鐵碳合金組織性能的影響：1、A的塑性很好，所以≤2.11%的鐵碳合金可以進行熱變形加工。而2.11%＜的鐵碳合金是不能進行熱變形加工的。2、δ、ψ、都是隨增加而下降；硬度隨增加直線上升；當≤0.9%時隨增加而增加（對組織形態(tài)很敏感），＞0.9%隨增加而下降。（9）、雜志對性能的影響：1、的影響：脫氧殘余的元素，大部分溶于F，形成含錳的鐵素體，使鋼強化。2、的影響：原料生鐵或硅鐵脫氧劑，硅會促使分解生成石墨，產(chǎn)生“黑脆”。3、S的影響：礦石和燃料，熱變形中產(chǎn)生“熱脆”。4、P的影響：礦石，產(chǎn)生“冷脆”，降低鋼的可焊性。5、O的影響：大氣，嚴重降低鋼的疲勞強度。6、N的影響：大氣，加熱會使鋼表面氧化成藍色，“藍脆”。7、H的影響：大氣，氫脆。（10）、碳鋼分類：1、按鋼中碳含量的多少分類：低碳鋼≤0.25%中碳鋼0.25%＜≤0.6%高碳鋼＞0.6%2、按鋼的質量分類：普通鋼≤0.05%，≤0.045%優(yōu)質鋼≤0.035%，≤0.035%高級優(yōu)質鋼≤0.02%，≤0.03%3、按鋼的用途分類：碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼碳素工具鋼一般工程用鑄造碳素鋼件按煉鋼時的脫氧程度分類：沸騰鋼：是脫氧不徹底的鋼，代號F鎮(zhèn)靜鋼：是脫氧徹底的鋼，代號Z半鎮(zhèn)靜鋼：是脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號b特殊鎮(zhèn)靜鋼：進行特殊脫氧的鋼，代號TZ（11）、鋼號命名法和用途：1、碳素結構鋼：用量很大70%，是熱軋后空冷供貨，不需要在進行熱處理而直接使用。a、Q+-等級符號+脫氧程度符號。b、等級符號：A級≤0.05%，≤0.045%B級≤0.045%，≤0.045%C級≤0.04%，≤0.04%D級≤0.035%，≤0.035%c、此類鋼共分五個強度等級Q195——Q2752、優(yōu)質碳素結構鋼：質量好，常作為較重要的機件。可以通過各種熱處理調(diào)整零件的力學性能。出廠狀態(tài)可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)。a、鋼號是以鋼的碳含量的萬分數(shù)值來命名的。是二位數(shù)字，全部是優(yōu)質級，不標質量等級。b、此類鋼中有三個鋼號是沸騰鋼，尾部標有F，如08Fc、有些錳含量超出規(guī)定，如65。此類鋼任然屬于優(yōu)質碳素結構鋼，不要誤以為是合金鋼。d、優(yōu)質碳素結構鋼共有31個鋼號。3、碳素工具鋼：在0.65%—1.35%的碳素鋼，分為優(yōu)質級和高級優(yōu)質級。a、命名法T加上碳含量的千分數(shù)。如T10b、對于高級優(yōu)質級尾部加A。如T10A。優(yōu)質級不加質量等級符號。c、一般錳含量在0.4%以下，有些在0.6%尾部要標出，如T8，以區(qū)別與T84、一般工程用鑄造碳素鋼：ZG+—a、鑄鋼鑄造工藝性差，為了提高流動性，澆注溫度很高，易使鑄鋼件出現(xiàn)過熱的魏氏體組織。b、魏氏體組織：在原來粗大的奧氏體晶粒內(nèi)溫度下降而相變產(chǎn)生的粗大鐵素體針。是鋼的塑性、韌性變壞。c、魏氏體可以通過完全退火得到消除。第六章鋼的熱處理級表面處理（1）改變鋼的性能途徑：1、合金化，加入合金元素，調(diào)整鋼的化學成分。2、進行熱處理。（2）、鋼的熱處理：1、鋼的熱處理：在固態(tài)下對鋼進行不同的加熱、保溫、冷卻來改變鋼的組織結構，從而獲得所需要的性能的一種工藝。2、預先熱處理：機械零件切削加工前的一個中間工序，以改善切削加工性能及為后續(xù)工序做組織準備的熱處理。3、最終熱處理：作為獲得零件最終使用性能的所有熱處理。4、熱處理不改變工件的形狀和尺寸，只改變其組織和性能。（3）、奧氏體化過程：1、奧氏體化：加熱溫度高于相變溫度，鋼在加熱和保溫階段，將發(fā)生室溫下的組織向A的轉變。2、奧氏體化是通過成核長大機制來完成。成核長大過程依靠鐵原子和碳原子的擴散來實現(xiàn)，屬于擴散型相變。（4）、奧氏體晶粒度：1、奧氏體晶粒度分為：起始晶粒度、實際晶粒度、本質晶粒度。a、起始晶粒度：室溫下的各種原始組織剛剛轉變?yōu)閵W氏體似時的晶粒度。b、實際晶粒度：鋼在具體的熱處理或加工條件下實際獲得的奧氏體晶粒度的大小。結構鋼中分為10級，1級最粗，10級最細。c、本質晶粒度：表示奧氏體晶粒長大的傾向性。隨加熱溫度的升高不斷的迅速長大，這種叫做本質粗晶粒鋼；有些鋼的奧氏體晶粒不易長大，只有加熱到較高溫度才顯著長大，這種鋼稱為本質細晶粒鋼。2、需要進行熱處理的工件，一般采用本質細晶粒鋼制造。a、錳硅脫氧的鋼為本質粗晶粒鋼b、鋁脫氧的鋼為本質細晶粒鋼c、沸騰鋼為本質粗晶粒鋼d、鎮(zhèn)靜鋼為本質細晶粒鋼（5）、奧氏體晶粒長大的因素：1、嚴格控制奧氏體化的加熱溫度2、合理的控制保溫時間3、合理選擇原始組織以及加入一定量的合金元素a、亞共析鋼增加，奧氏體晶粒長大的傾向變大。b、過共析鋼增加，奧氏體晶粒長大的傾向性變小。c、加入形成碳化物的元素，促進石墨化的元素，自由存在的元素都會阻礙奧氏體的晶粒長大。d、原始組織中珠光體P的形態(tài)也影響A的晶粒度。粒狀P比片層P奧氏體化后晶粒更細小。（6）、組織轉變：1、過冷至以下就是不穩(wěn)定的過冷奧氏體，以符號A冷。2、珠光體型轉變、貝氏體型轉變、馬氏體型轉變（7）、珠光體型轉變：1、過冷奧氏體在至550℃a、珠光體：形成溫度—650℃b、索氏體：形成溫度650℃—600c、托氏體：600℃—5502、珠光體轉變過程是一種典型的擴散型相變。轉變時有兩個兩個物理過程同時進行：一是碳原子和鐵原子遷移產(chǎn)生高碳的的滲碳體和低碳的鐵素體；二是晶格重構，由面心立方的奧氏體轉變成體心立方的鐵素體和復雜立方的滲碳體。（8）、貝氏體型轉變：1、過冷奧氏體在550℃-溫度范圍內(nèi)將轉變成貝氏體類型組織，代號為B。轉變溫度不同組織形態(tài)也將不一樣，可以分為上貝氏體（B上）和下貝氏體（B下）。a、上貝氏體：在550℃-350℃，上貝氏體呈羽毛狀，即b、下貝氏體：在350℃-。下貝氏體呈竹葉狀，下貝氏體是由針片狀過飽和α固溶體和其共晶格的ε碳化物組成。2、貝氏體力學性能：取決于組織形態(tài)，上貝氏體強度和韌性均不高，在生產(chǎn)中基本不用到；下貝氏體除了有較高的強度和硬度外，還有較好的塑性和韌性有良好的綜合力學性能，生產(chǎn)上常用的組織。獲得下貝氏體是強化鋼材的重要途徑之一。3、貝氏體轉變過程：轉變溫度低，只發(fā)生碳原子的擴散，大質量的鐵原子基本不擴散，屬于半擴散型轉變。a、貝氏體轉變速度主要受碳原子擴散的速度影響。轉變溫度越低，碳原子遷移越困難，因而形成貝氏體的速度也就比較慢。（9）、馬氏體型轉變：1、馬氏體組織形態(tài)：奧氏體獲得極大過冷度至以下時，將轉變成馬氏體類型組織。主要有兩種類型，一類是板條狀馬氏體，另一類是針片狀馬氏體。a、獲得馬氏體是鋼件強韌化的重要基礎。b、馬氏體晶體結構是碳在αFe中的過飽和固溶體，用符號M表示。馬氏體具有體心正方晶格（a=b≠c）。c、發(fā)生馬氏體型轉變時，奧氏體中的碳全部保留在馬氏體中。d、稱為馬氏體的方正度，馬氏體碳的質量分數(shù)越高，其方正度越大，晶格畸變也就月嚴重，馬氏體的硬度也就越高。e、板條馬氏體的亞結構是高密度的位錯，也稱位錯馬氏體。f、針片狀馬氏體呈凸透鏡狀，顯微組織為針片狀，是立體形態(tài)的截面。越是后形成的馬氏體片也就越小。業(yè)結構主要是孿晶，又稱做孿晶馬氏體。g、實際中，加熱溫度低，奧氏體晶粒小，淬火后的馬氏體的組織小，難以分辨，稱作隱晶馬氏體。h、馬氏體形態(tài)主要取決于碳的質量分數(shù)。＜0.2%組織全是板條馬氏體；＞1%全是針片狀馬氏體；0.2%≤≤1%是板條馬氏體和針片狀馬氏體的混合組織。2、馬氏體性能：高硬度高強度是馬氏體主要性能特點，硬度主要受碳的質量分數(shù)影響，增加，硬度增加。＞0.6%硬度趨于平緩。a、馬氏體強化的主要原因：由于過飽和碳原子引起的晶格畸變，即固溶強化；轉變過程中的大量晶體缺陷和引起的組織細化。b、合金元素存在對馬氏體的硬度影響不大。c、馬氏體塑性韌性主要取決于碳的飽和度和亞結構。d、板條馬氏體塑性和韌性好原因：一是飽和度下晶格畸變小，參與應力小；二是亞結構是位錯。f、高碳針片狀馬氏體塑性和韌性差原因：一是碳飽和度大晶格畸變嚴重，殘余應力大；二是亞結構主要是孿晶。3、馬氏體轉變特點：在較低溫度下轉變。a、無擴散性：非擴散性轉變，由于相變溫度低轉化速度快碳鐵原子擴散都不能進行，沒有成分變化b、切變共格和表面浮凸現(xiàn)象：由于原子不能擴散，晶格轉變以切變機制進行。c、變溫形成：馬氏體轉變開始后，必須在不斷降低溫度的條件下，轉變才能繼續(xù)進行，冷卻中斷，轉變停止。開始點，終止點。d、高速長大：馬氏體生產(chǎn)速度極快，片間相撞易在馬氏體片內(nèi)產(chǎn)生顯微裂紋。f、轉變不完全：有殘余奧氏體A殘；越高，A殘越少。、溫度和冷卻速度無關，主要取決于奧氏體的碳的質量分數(shù)和合金元素的質量分數(shù)。↑，↓、↓、A殘↑。（10）、過冷奧氏體轉變曲線：1、奧氏體等溫轉變：將奧氏體迅速冷卻至臨界溫度A1以下的一定溫度，并在此溫度下進行等溫，在等溫過程中所發(fā)生的相變。2、TTT曲線：奧氏體等溫轉變曲線，又稱C曲線。a、C曲線建立：金相法、膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法等。b、C曲線分析：孕育期，孕育期長短決定奧氏體穩(wěn)定性。3、影響C曲線的因素：、合金元素、加熱溫度和保溫時間。a、的影響：在正常加熱條件下，亞共析鋼↑，C曲線→；過共析鋼↑，C曲線←；碳素鋼中共析鋼最靠右，即共析鋼的奧氏體最不穩(wěn)定。在亞共析鋼和過共析鋼上面還各多出一條共析相析出線。b、合金元素的影響：出Co以外，所有合金元素融入奧氏體后，都會增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，是C曲線右移。碳化物形成元素質量分數(shù)較多時，是C曲線狀態(tài)會變化，有時出現(xiàn)兩組曲線等。c、加熱溫度和保溫時間的影響：加熱溫度和保溫時間的提高和延長，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。（11）、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線（CCT）：1、在實際生產(chǎn)中，過冷奧氏體大多是在連續(xù)冷卻時轉變的，即需要測定連續(xù)轉變曲線CCT，常用測定方法有金相法、膨脹法和磁性法。2、CCT曲線位于TTT曲線的右下方。3、在CCT曲線上Ps和Pf分別表示奧氏體向珠光體轉變開始和終了線，K表示奧氏體向珠光體轉變終止線，凡是冷卻曲線碰到K線，剩余的過冷奧氏體就不再發(fā)生珠光體轉變，一直保持到Ms點一下轉變成馬氏體。是CCT曲線的臨界冷卻速度，是獲得馬氏體組織的最小冷卻速度。是TTT曲線的臨界冷卻速度，≈1.5，可以借用TTT曲線分析應得的組織。4、以不同冷卻速度連續(xù)冷卻時，過冷奧氏體的轉變產(chǎn)物是不同的?？绽涞玫絊，油冷得到T和少量M，水冷得到M和A殘。（12）、退火和正火的主要目的：1、調(diào)整硬度為后續(xù)工藝做準備。2、消除殘余內(nèi)應力。細化晶粒改善組織，提高力學性能。正火可以消除過共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體。3、為最終熱處理做好組織準備。（13）、退火：完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火（擴散退火）、去應力退火、再結晶退火。1、完全退火：將鋼完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得近似平衡狀態(tài)組織的退火工藝。又稱重結晶退火和普通退火。完全退火周期較長，主要用于亞共析鋼成分的中碳鋼大中型鑄、鍛件以及熱軋型材，有時也用于焊件。2、球化退火：使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝。是一種不完全退火，主要用于共析和過共析碳素鋼及合金工具鋼，目的在于降低硬度，改善切削加工性能，并為后續(xù)的淬火做準備。a、球化退火得到的組織是粒狀珠光體。b、對于有嚴重網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，應在球化退火前進行正火處理，消除網(wǎng)狀。3、等溫退火：將鋼件加熱高于Ac3或是Ac1溫度，保持適當時間后，較快冷卻到珠光體轉變溫度區(qū)間的某一溫度并進行等溫保持是奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w型組織，然后再空氣中冷卻的退火工藝。a、等溫退火縮短了工件在爐中時間提高了利用率，縮短生產(chǎn)周期。b、對亞共析鋼等溫退火可以替代完全退火，對于共析鋼、過共析鋼，等溫退火可以替代球化退火。4、均勻化退火（擴散退火）：將鑄件加熱到稍低于固相線的溫度Ac3+150-2005、去應力退火：晶工件加熱到Ac1以下某溫度保溫后隨爐冷卻到160℃（14）、正火：1、正火：將鋼件加熱到Ac3或Acm以上30-50℃，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。2、正火與退火的主要區(qū)別：a、冷卻速度不同，正火冷卻速度快.b、正火后的組織比較細，比退火后的強度、硬度高，含碳量越高，差別越大。c、正火生產(chǎn)周期短，不占設備，生產(chǎn)率高。d、過共析鋼正火后可以消除網(wǎng)狀碳化物，是最常用的消除網(wǎng)狀碳化物的熱處理工藝。e、低碳鋼正火后可以顯著改善切削加工性能。f、＜0.4%正火替代完全退火。（15）、淬火：1、淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1相變點以上某一溫度，保持一定時間，然后以大于的速度冷卻獲得馬氏體和下貝氏體組織的熱處理工藝。2、淬火溫度的選擇：為了防止奧氏體粗大，一般淬火溫度不宜太高。a、亞共析鋼Ac3+30-50℃；共析鋼和過共析鋼Ac1+30-50℃3、淬火介質：冷卻速度大于才可以實現(xiàn)淬火，冷卻越快，應力越大，易引起工件開裂。理想介質是在C曲線鼻尖處快冷，Ms點附近緩冷，減少轉變時的應力。a、鹽水淬火的工件，容易得到高硬度和光潔的表面，不易產(chǎn)生軟點。b、鹽浴或堿浴：熔融狀態(tài)的鹽堿作為淬火介質。4、常用淬火方法：目前還沒有理想的淬火介質。a、單液淬火：放入一種介質中，淬火應力大。b、雙液淬火：水淬空冷、油淬空冷，作用是在鼻尖處冷卻快，馬氏體附近冷卻慢，減少開裂。c、馬氏體分級淬火：直接放入某溫度的鹽浴或堿浴中，保溫一段時間后取出空冷。d、貝氏體等溫淬火：奧氏體化后快冷到貝氏體轉變區(qū)間，等溫保持。（16）、鋼的淬透性：1、淬透性：在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性，是鋼材的固有屬性。又稱可淬性，取決于鋼的淬火臨界冷卻速度的大小。2、淬透性低鋼件的力學性能影響：淬透鋼件沿截面力學性能均勻分布，未淬透心部力學性能低，尤其是沖擊韌度更低。3、影響淬透性因素：決定性因素是，越小淬透性越大，與鋼的化學成分和奧氏體化溫度之間有密切關系。a、亞共析鋼↑，↓，淬透性增加；過共析鋼↑，↑，淬透性降低。b、除Co外，大多數(shù)合金元素都降低鋼的，提高淬透性。c、有些鋼在較高溫度下淬火，可以降低臨界冷卻速度，改善淬透性。4、淬透性測定和表示：末端淬火法，端淬法。淬透值（J表示末端淬透性，d表示至水冷端距離，HRC該處硬度）5、淬透性與淬硬層深度關系：a、鋼的淬硬層深度也叫淬透層深度。可以根據(jù)淬硬層深度大小來判定鋼的淬透性。b、淬硬層深度既和鋼的淬火臨界冷卻速度有關，又和工件截面冷卻速度和分布狀況有關。c、淬硬層深度除和鋼的淬透性有關，還受淬火介質和工件尺寸有關。6、淬硬性和淬透性：a、淬硬性也叫可淬性，指鋼在正常淬火條件下，所能達到的最高硬度。淬硬性主要與鋼的碳的質量分數(shù)有關（固溶于奧氏體中的碳的質量分數(shù)）。奧氏體中固溶的碳越多，淬火后馬氏體的硬度就越高。b、淬透性和淬硬性沒有必然聯(lián)系。（17）、鋼的回火：1、回火：將淬火后的鋼再加熱到不超過Ac1的溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。2、回火的目的：a、降低脆性，消除或減少內(nèi)應力。b、獲得工件所要求的力學性能。c、穩(wěn)定尺寸。d、對于退火難以軟化的合金鋼，在淬火后再進行較高溫度的回火，使鋼件M→F，碳化物也適當球化，將硬度降低，以利于切削加工，又稱調(diào)制球化。3、淬火鋼在回火時的轉變：淬火馬氏體分解以及碳化物析出、聚集長大的過程，是由非平衡態(tài)組織趨向平衡態(tài)組織的轉變。是擴散型轉變。4、轉變過程：a、＜100℃b、100-250℃，馬氏體分解。回火第一次轉變，得到回M（過飽和的α固溶體和與母相共格的ε-碳化物）c、200℃d、250℃e、400℃-700℃α5、回火種類和應用：a、低溫回火（150℃b、中溫回火（350℃c、高溫回火（500℃-6506、回火脆性：淬火鋼在某溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象。200℃-350℃（16）、鋼的表面淬火：1、表面淬火目的：使零件表面獲得高硬度和高耐磨性，而心部仍保持原來良好的韌性和塑性的一類熱處理方法。表面淬火不改變零件表面化學成分，只是通過表面快速加熱淬火，改變表層的組織來達到強化表面的目的。a、碳的質量分數(shù)在0.4%-0.5%的優(yōu)質碳素結構鋼最適宜表面淬火。碳的質量分數(shù)太高，表層夠要求，但心部韌性和塑性較低；低碳鋼表面強化效果不好。基體組織相當于普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和合金鑄鐵原則上均可進行表面淬火，但以球墨鑄鐵工藝性最好。b、表面淬火可以分為：感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火以及激光加熱表面淬火等。2、感應表面淬火：電磁感應使零件表面迅速加熱，然后迅速噴水冷卻。a、集膚效應。b、感應加熱深度主要取決于電流頻率，頻率越高加熱深度越淺。c、表面硬度由最終回火工藝確定。3、激光熱處理：激光進行表面淬火、沖擊淬火、有選擇的局部硬化、局部合金化處理。a、能量密度高，加熱速度快，淬火靠自激冷卻。b、可以在零件表面進行局部淬火。c、應力變形小，表面光潔，不需要進行表面精加工。d、不需要進行回火。（17）、鋼的化學熱處理：1、化學熱處理：將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。過程分為分解、吸收、擴散，三過程同時進行。2、鋼的滲碳：將鋼件在滲碳體中加熱并保溫，使碳原子滲入表層的化學熱處理。目的是提高工件表面強度、耐磨性和疲勞強度。同時保持心部的良好韌性。滲碳用的是低碳鋼和低碳合金鋼，碳的質量分數(shù)在0.1%-0.25%。3、滲碳方法有氣體滲碳、液體滲碳、固體滲碳及真空滲碳等。滲碳主要工藝參數(shù)：加熱溫度、保溫時間。4、滲碳后熱處理：滲碳后必須進行熱處理方可達到性能要求。常用的有三種：a、預冷直接淬火：將工件從滲碳溫度降到820℃-850b、緩冷一次淬火：緩冷至室溫，重新加熱后淬火，高于Ac3時細化晶粒表層不出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物，獲得高硬度高強度，低溫回火后表層為M回+少量A殘，心部在淬透時為低碳M回；在Ac1-Ac3之間時低溫回火后，獲得高耐磨性，表層為M回+A殘+粒狀碳化物，心部為低碳M回+F。c、緩冷二次淬火：對于心部表層性能要求都較高時采用二次淬火。第一次高于Ac3，細化晶粒，消除表層網(wǎng)狀碳化物；二次淬火溫度在Ac1-Ac3之間，提高耐磨性和強度。5、鋼的滲氮：目的是提高鋼的表面硬度、耐磨性、疲勞強度、抗咬合性和耐蝕性。滲氮后無需再進行淬火處理，為保證心部力學性能在滲氮前要調(diào)制處理。氣體滲碳，離子滲碳。常用井式滲碳爐。6、鋼的碳氮共滲：又稱氰化，高溫氣體滲碳，低溫滲氮。（18）、熱處理零件的結構工藝性：1、避免厚薄懸殊的截面，設計時加厚零件太薄的部分、開工藝孔、合理安排孔洞的位置、變不通孔為通孔。2、避免尖角和棱角，設計時盡量采用圓角或倒角。3、采用對稱結構。4、采取封閉結構。5、采取組合結構。

附錄資料：不需要的可以自行刪除數(shù)控設備使用中應注意的問題

2.1數(shù)控設備的使用環(huán)境

為提高數(shù)控設備的使用壽命，一般要求要避免陽光的直接照射和其他熱輻射，要避免太潮濕、粉塵過多或有腐蝕氣體的場所。精密數(shù)控設備要遠離振動大的設備，如沖床、鍛壓設備等。

2.2良好的電源保證

為了避免電源波動幅度大（大于±10%）和可能的瞬間干擾信號等影響，數(shù)控設備一般采用專線供電（如從低壓配電室分一路單獨供數(shù)控機床使用）或增設穩(wěn)壓裝置等，都可減少供電質量的影響和電氣干擾。

2.3制定有效操作規(guī)程

在數(shù)控機床的使用與管理方面，應制定一系列切合實際、行之有效的操作規(guī)程。例如潤滑、保養(yǎng)、合理使用及規(guī)范的交接班制度等，是數(shù)控設備使用及管理的主要內(nèi)容。制定和遵守操作規(guī)程是保證數(shù)控機床安全運行的重要措施之一。實踐證明，眾多故障都可由遵守操作規(guī)程而減少。

2.4數(shù)控設備不宜長期封存

購買數(shù)控機床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱環(huán)節(jié)盡早暴露，得以在保修期內(nèi)得以排除。加工中，盡量減少數(shù)控機床主軸的啟閉，以降低對離合器、齒輪等器件的磨損。沒有加工任務時，數(shù)控機床也要定期通電，最好是每周通電1～2次，每次空運行1小時左右，以利用機床本身的發(fā)熱量來降低機內(nèi)的濕度，使電子元件不致受潮，同時也能及時發(fā)現(xiàn)有無電池電量不足報警，以防止系統(tǒng)設定參數(shù)的丟失。

3數(shù)控機床的維護保養(yǎng)

數(shù)控機床種類多，各類數(shù)控機床因其功能，結構及系統(tǒng)的不同，各具不同的特性。其維護保養(yǎng)的內(nèi)容和規(guī)則也各有其特色，具體應根據(jù)其機床種類、型號及實際使用情況，并參照機床使用說明書要求，制訂和建立必要的定期、定級保養(yǎng)制度。下面是一些常見、\o"gm,通用"通用的日常維護保養(yǎng)要點。

3.1數(shù)控系統(tǒng)的維護

（1）嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度

數(shù)控設備操作人員要嚴格遵守操作規(guī)程和日常維護制度，操作人員的技術業(yè)務素質的優(yōu)劣是影響故障發(fā)生頻率的重要因素。當機床發(fā)生故障時，操作者要注意保留現(xiàn)場，并向維修人員如實說明出現(xiàn)故障前后的情況，以利于分析、診斷出故障的原因，及時排除。