2022年金属学与热处理复习总结.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 晶体结构体心立方bcc 面心立方fcc 密排六方hcp 学习必备欢迎下载晶反应,形成奥氏体；成分起伏液相中总会有某些微笑体积可能偏离液相的平均成原子数2 4 6 分, 这些微小体积的成分、大小和位置都是在不断地变化着,这共晶转变 发生在 1148（水平线ECF）,反应式为：LCE+Fe3C 原子间距a 就是成分起伏；共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物,称为莱氏体,枝晶偏析固溶体合金不平稳结晶的结果,使先后从液相中结晶用 Ld 表示；凡是含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却到1148时,出的固相成分不同,再加上冷速较快,不能使成分扩散匀称,

2、结都会发生共晶反应,形成莱氏体；配位数8 12 12 果就使每个晶粒内部的化学成分很不匀称；先结晶的部分含高熔共析转变 发生 727（水平线PSK）,反应式为：SP+Fe3C 致密度0.68 0.74 0.74 点组元较多, 后结晶的部分含低熔点组元较多,在晶粒内部存在共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物,称为珠光体,四周体间隙半径0.126a 0.06a 0.06a 着浓度差别, 这种在一个晶粒内部化学成分不匀称的现象,称为用字母 P表示；含碳量大于0.0218%的铁碳合金, 冷却至 727时,八面体间隙半径0.067a 0.146a 0.146a 晶内偏析,又称枝晶偏析；其中的奥氏体

3、必将发生共析转变,形成珠光体；宏观偏析在材料宏观范畴内显现的成分不匀称偏析；Fe-Fe3C 相图中的ES、PQ、GS三条特性线 也是特别重要的,它们四周体间隙数12 8 8 八面体间隙数6 4 4 铁素体与奥氏体铁素体是溶于-Fe 中的间隙固溶体,为体心ES 线（A cm线） 是碳在奥氏体中的溶解度曲线；奥氏体的最大溶 的含义简述如下：碳量是在 1148时,可以溶解 2.11%的碳；而在 727时,溶碳晶向指数 UVW,晶向族 ；晶面指数（hkl ）,晶面族 hkl ；立方结构,常用符号F 或 表示；奥氏体是碳溶于-Fe 中的间隙固溶体, 为面心立方结构,常用符号A 或 表示； 碳溶于体心六方

4、晶系晶向指数uvw u=（ 2U-V ）/3 ,v=（2V-U）/3 ,t=-（ u+v）,立方晶格-Fe 中的间隙固溶体,称为 铁素体,以 表示；奥量仅为 0.77%,因此含碳量大于0.77%的合金, 从 1148 冷到 727w=Wuvtw氏体塑性很好,具有顺磁性；的过程中, 将自奥氏体中析出渗碳体,这种渗碳体称为二次渗碳空间点阵和晶体点阵：为便于明白晶体中原子排列的规律性,通工业纯铁含铁量为C=99.8%99.9%,塑性和韧性很好,但其体Fe3CII；PQ 线是碳在铁素体中的溶解度曲线；最多 0.0218% ,而在 200仅可以溶解727时铁素体中溶解的碳 7 10-7 %C；所以铁碳合

5、金常将实体晶体结构简化为完整无缺的抱负晶体；如将其中每个院强度很低；子抽象为纯几何点,即可得到一个由很多几何点组成的规整的阵渗碳体Fe3C,含碳量为 C=6.69%,可用Cm表示,具有很高的列,称为空间点阵,抽象出来的几何点称为阵点或结点；由此构硬度,但塑性差,低温下具有肯定的铁磁性；由 727冷却到室温的过程中,铁素体中会有渗碳体析出,这种成的空间排列,称为晶体点阵；与此相应,上述空间点阵称为晶渗碳体称为三次渗碳体Fe3CIII ；由于三次渗碳体沿铁素体晶界析格；出,因此对于工业纯铁和低碳钢影响较大；但是对于含碳量较高热过冷纯全属在凝固时,其理论凝固温度Tm不变 ,当液态金属GS 线（A 3

6、线） 是冷却过程中,奥氏体向铁素体转变的开头线；的铁碳合金,三次渗碳体（含量太少）可以忽视不计；或者说是加热过程中,铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素中的实际温度低于Tm 时,就引起过冷 ,这种过冷称为热过冷；成分过冷在固液界面前沿肯定范畴内的液相,其实际温度低于平稳结晶温度,显现了一个过冷区域,过冷度为平稳结晶温度与异晶转变的纯金属,其固溶体也具有同素异晶转变,但其转变温实际温度之差, 这个过冷度是由于界面前沿液相中的成分差别引度有变化） ；起的, 称为成分过冷；成分过冷能否产生及程度取决于液固界面前沿液体中的溶质浓度分布和实际温度分布这两个因素；单相区 5 个纯铁 、 钢 、白口铁动态过

7、冷度当界面温度TiTm,熔化速率 凝固速率时, 晶核才1.纯铁 含碳量 95%转变量）的温度；随着含碳量的增加,珠光体的相对量提高,钢的强度、 硬度增高,第三种是屈氏体,其形成温度为600 550 ,片层极薄,只塑性、韧性下降；对于过共析钢,随着含碳量的增加,二次渗碳扩散机制 ：空位扩散机制、间隙扩散机制有在电子显微镜下才能辨论；用符号“ T”表示；体数量增加, 并且形成网状结构,不仅造成钢的塑性、韧性下降,固态金属扩散条件：扩散要有驱动力、扩散原子要固溶、温度要实际上,这三种组织都是珠光体,其差别只是珠光体组织的“ 片同时也使强度下降；只有硬度增高；足够高、时间要足够长；间距 ” 大小,形成

8、温度越低,片间距越小；这个“ 片间距 ”越小,单晶体金属塑性变形下坡扩散 ：沿着浓度降低的方向进行的扩散,使浓度趋于匀称化；组织的硬度越高,屈氏体的硬度高于索氏体,远高于粗珠光体；如铸锭（件）的匀称化退火、渗碳等过程；珠光体转变过程单晶体塑性变形有“滑移 ” 和“ 孪生 ”等不同方式,大多数情形以滑上坡扩散 ：沿着浓度上升的方向进行的扩散,使浓度发生两极分奥氏体转变为珠光体的过程也是形核和长大的过程；当奥氏体过移方式发生； 正应力只能引起晶格的弹性伸长,或进一步把晶体化；例如奥氏体向珠光体转变；冷到 A1 以下时,第一在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核,通过原拉断,切应力可使晶格在发生弹性歪扭之后,

9、进一步造成滑移；反应扩散 ：通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶体浓度极子扩散, 渗碳体依靠其四周奥氏体不断地供应碳原子而长大；同通过大量的晶面滑移,最终使试样拉长变细；限而形成新相的过程称为反应扩散或相变扩散；反应扩散所形成时,由于渗碳体四周奥氏体含碳量不断降低,从而为铁素体形核滑移 ：晶体的一部分相对于另一部分沿肯定晶面发生相对的滑动；的新相,既可以是新的固溶体,也可以是各种化合物；制造了条件, 使这部分奥氏体转变为铁素体；由于铁素体溶碳能滑移变形要点：扩散驱动力 ：扩散的驱动力不是浓度梯度,而是化学位梯度；此力低（ 0.0218%C）,所以又将过剩的碳排挤到相邻的奥氏体中,（1）滑移只

10、能在切应力的作用下发生外, 在温度梯度、 应力梯度、 表面自由能差以及电场和磁场的作使相邻奥氏体含碳量增高,这又为产生新的渗碳体制造了条件；（2）滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生；用下,也可以引起扩散；如此反复进行, 奥氏体最终全部转变为铁素体和渗碳体片层相间这是由于只有在最密晶面（滑移面） 之间的面间距及最密晶向（滑扩散激活能 ：固态扩散是原子热激活的过程,固态原子从原先的的珠光体组织；移方向） 之间的原子间距才最大,因而原子结合力最弱,所以在平稳位置跃迁到相邻的平稳位置所必需的能量称为扩散激活能；珠光体转变是一种扩散型转变,即铁原子和碳原子均进行扩散；最小的切应力下使能引起它们之

11、间的相对滑动；影响扩散的因素：温度、键能和晶体结构、固溶体类型、晶体缺贝氏体转变及其组织（3）滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距陷、化学成分；过冷奥氏体在550 Ms（马氏体转变开头温度）的转变称为中离为原子间距的整数倍,滑移的结果会在晶体的表面上造成台阶；菲克第一、二定律：（）温转变, 其转变产物为贝氏体型,所以也叫贝氏体转变；贝氏体（4）滑移的同时必定伴有晶体的转动,沿外力方向；用符号 “ B”表示,它仍是由铁素体与渗碳体组成的机械混和物,滑移系 ：滑移面数与滑移方向数的乘积；滑移系越大, 金属滑移假如扩散系数与浓度C、距离x 无关,就其次定律可以写为但其形貌与渗碳体的分布

12、与珠光体型不同,硬度也比珠光体型的的可能性越大,即金属塑性越好；共析钢的加热转变高；依据贝氏体的组织外形和形成温度区间的不同又可孪生： 当晶体在切应力的作用下发生孪生变形时,晶体的一部分将其划分为上贝氏体（ B上） 与下贝氏体 （ B 下）；上贝氏体的形沿肯定的晶面（孪生面）和肯定的晶向（孪生方向）相对于另一成温度为550 350,它的硬度比同样成份的下贝氏体低,部分晶体作匀称地切变,在切变区域内, 与孪生面平行的每层原韧性也比下贝氏体差,所以上贝氏体的机械性能很差,脆性很大,子的切变量与它距孪生面的距离成正比,并且不是原子间距的整强度很低,基本上没有有用价值；下贝氏体的形成温度为数倍； 这种

13、切变不会转变晶体的点阵类型,但可使变形部分的位从铁碳相图中看到,钢加热到727（状态图的PSK线,又称 A1350 Ms,它有较高的强度和硬度,仍有良好的塑性和韧性,向发生变化, 并与未变形部分的晶体以孪晶界为分界面构成了镜温度） 以上的温度,珠光体转变为奥氏体；这个加热速度特别缓具有较优良的综合机械性能,是生产上常用的组织；获得下贝氏面对称的位向关系；通常把对称的两部分晶体称为孪晶,而将形慢,实际热处理的加热速度均高于这个缓慢加热速度,实际珠光体组织是强化钢材的途径之一；成孪晶的过程称为孪生；体转变为奥氏体的温度高于A1,定义实际转变温度为Ac1； Ac1贝氏体的转变过程滑移与孪生的异同：孪

14、生是原子的相对切变距离小于孪生方向上高于 A1,说明显现热滞后,加热速度愈快,Ac1 愈高, 同时完成在中温区发生奥氏体转变时,由于温度较低,铁原子扩散困难,一个原子间距；孪生也是通过位错运动来实现的；但产生孪生的珠光体向奥氏体转变的时间亦愈短；只能以共格切变的方式来完成原子的迁移,而碳原子就有肯定的共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组织,一般为铁素体相位错的柏氏矢量小于一个原子间距；孪生对塑性变形的奉献比滑扩散才能, 可以通过短程扩散来完成原子迁移,所以贝氏体转变移小得多； 大多数bcc 金属的孪生临界切应力大于滑移临界切应与渗碳体相相间排列的层片状组织,加热过程中奥氏体转变过程属于半

15、扩散型相变；在贝氏体转变中,存在着两个过程,一是铁可分为四步进行力,所以滑移先于孪生进行；fcc 金属的孪生临界切应力远大于原子的共格切变,二是碳原子的短程扩散；第一阶段 ：奥氏体晶核的形成；由Fe-Fe3C 状态图知：在A1 温滑移临界切应力,所以一般不发生孪生变形；当温度较高 （550 350） 时,条状或片状铁素体从奥氏体晶固溶强化 ：由于固溶体中存在着溶质原子,使得合金的强度和硬度铁素体含约0.0218%C,渗碳体含6.69%C,奥氏体含0.77%C；界开头向晶内以同样方向平行生长；随着铁素体的伸长和变宽,在珠光体转变为奥氏体过程中,原铁素体由体心立方晶格改组为其中的碳原子向条间的奥氏

16、体中富集,最终在铁素体条之间析出度上升,而塑性、韧性下降,这种现象称为固溶强化；奥氏体的面心立方晶格,原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立渗碳体短棒,奥氏体消逝,形成上贝氏体；加工硬化 ：在塑性变形过程中,随着金属内部组织的变化,金属方晶格； 所以, 钢的加热转变既有碳原子的扩散,也有晶体结构当温度较低（350 Ms）时,碳原子扩散才能低,铁素体在奥的力学性能也将产生明显的变化,即随着变形程度的增加,金属的变化； 基于能量与成分条件,奥氏体晶核在珠光体的铁素体与氏体的晶界或晶内的某些晶面上长成针状；尽管最初形成的铁素的强度、硬度增加,而塑性、韧性下降,这一现象称为加工硬化渗碳体两相交界处产生,这

17、两相交界面越多,奥氏体晶核越多；体固溶碳原子较多,但碳原子不能长程迁移,因而不能逾越铁素或形变强化；其次阶段 ：奥氏体的长大；奥氏体晶核形成后,它的一侧与渗碳体片的范畴, 只能在铁素体内肯定的晶面上以断续碳化物小片的细晶强化 ：通过在匀称材料中加入硬质颗粒,使晶粒内运动的位体相接, 另一侧与铁素体相接；随着铁素体的转变（铁素体区域形式析出,从而形成下贝氏体；错在晶界处其运动被阻,使材料的强度、硬度增加, 这一现象称的缩小）,以及渗碳体的溶解（渗碳体区域缩小）,奥氏体不断向马氏体转变及其组织为细晶强化其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长大,直至铁素体完全弥散强化 ：在母体金属中形成析出物碳化物

18、、氮化物、金属间马氏体组织及其性能特点消逝,奥氏体彼此相遇,形成一个个的奥氏体晶粒；化合物等 ,析出物具有阻碍位错运动的作用,在母相呈微细弥过冷奥氏体在马氏体开头形成温度Ms 以下转变为马氏体,这个第三阶段 ：残余渗碳体的溶解；由于铁素体转变为奥氏体速度远散分布状态,能提高强度,这一现象称为弥散强化；转变连续至马氏体形成终了温度Mf ；在 Mf 以下, 过冷奥氏体停高于渗碳体的溶解速度,在铁素体完全转变之后尚有不少未溶解冷加工纤维组织是纯金属和单相合金在冷塑性变形时和变形止转变；除Al、 Co 元素外,溶解到奥氏体中的元素均使Ms、的“ 残余渗碳体 ”存在,仍需肯定时间保温,让渗碳体全部溶解；

19、第四阶段 ：奥氏体成分的匀称化；即使渗碳体全部溶解,奥氏体Mf 下降；碳含量增多,Ms、Mf 点降低；经冷却后未转变的奥氏度很大的条件下,各晶粒伸长成纤维状形成的组织；体保留在钢中,称为残余奥氏体；在Ms 与 Mf 温度之间过冷奥内的成分仍不匀称,在原铁素体区域形成的奥氏体含碳量偏低,热加工纤维组织：在热加工过程中,铸锭中的粗大枝晶和各种夹氏体与马氏体共存；在Ms 温度以下,转变温度越低,残余奥氏在原渗碳体区域形成的奥氏体含碳量偏高,仍需保温足够时间,杂物都要沿变形方向伸长,这样就使枝晶间富集的杂质和非金属体量越少；随奥氏体中含碳量的增加Ms 和 Mf 均会降低,可见让碳原子充分扩散,奥氏体成

20、分才可能匀称；夹杂物的走向逐步与变形方向一样,一些脆性杂质破裂成链状,珠光体转变为奥氏体并使奥氏体成分匀称必需有两个必要而充在同样的冷却速度下（或冷却介质中）,奥氏体中含碳量越高,塑性的夹杂物变成条带状、线状或片层状,在宏观试样上沿着变分条件 ：一是温度条件,要在Ac1 以上加热,二是时间条件,要马氏体中的残余奥氏体就越多；形方向变成一条条细线,这就是热加工钢中的流线；由一条条流求在 Ac1 以上温度保持足够时间；在肯定加热速度条件下,超过马氏体形成的温度也是碳原子难以扩散的温度,它是由过冷奥氏线勾划出来的组织,叫做热加工纤维组织；体按无扩散型转变机制的转变产物,马氏体与过冷奥氏体含碳量Ac1

21、 的温度越高,奥氏体的形成与成分匀称化需要的时间愈短；形变织构与单晶体一样,多晶体在塑性变形时也相伴着晶体的相等, 晶格同于铁素体体心立方；体心立方晶格的铁素体在室温在肯定的温度（高于Ac1）条件下,保温时间越长,奥氏体成分转动过程, 故当形变量很大时,多晶体中原为任意取向的各个晶含约 0.008%C,对共析钢马氏体的晶格内含约0.77%C,为此导致越匀称；粒会逐步调整其取向而彼此趋于一样,这一现象称为晶粒的择尤体心立方晶格畸变为体心正方晶格,因此马氏体是含过饱和碳的仍要看到奥氏体晶粒由小尺寸变为大尺寸是一个自发过程,在取向,这种由于金属塑性变形使晶粒具有择尤取向的组织叫做形固溶体,是单一的相

22、,同高温、中温转变产物有本质区分；Ac1 以上的肯定加热温度下,过长的保温时间会导致奥氏体晶粒变织构；马氏体的形貌常有针状及板条状两种,前一种一般显现在高碳钢的合并,尺寸变大；相对之下,相同时间加热,高的加热温度导同一种材料随加工方式不同,可能显现不同类型的织构：中,后一种一般显现在低碳钢中；“ 针” 或“ 条” 的粗细主要取决于致奥氏体晶粒尺寸的增大倾向明显大于低的加热温度的奥氏体（1） 丝织构在拉拔时形成,各晶粒的某一晶向平行或近似平奥氏体晶粒的尺寸大小,奥氏体晶粒越大,“针 ”或“ 条”越粗；晶粒长大倾向；奥氏体晶粒尺寸过大（或过粗） 往往导致热处理行于拉拔方向,马氏体的硬度主要取决于其

23、中含碳量,含碳量越高, 马氏体硬度后钢的强度降低, 工程上往往期望得到细小而成分匀称的奥氏体（2） 板织构在轧制时形成, 各晶粒某一晶面平行于轧制方向,越高； 实际淬火钢硬度取决于马氏体,残余奥氏体,以及其它不晶粒,为此可以采纳：途径之一是在保证奥氏成分匀称情形下选而某一晶向平行于轧制方向；转变物（铁素体或二次渗碳体）的含量；择尽量低的奥氏体化温度；途径之二是快速加热到较高的温度经回复 ：即在加热温度较低时,仅因金属中的一些点缺陷和位错马氏体转变的特点短暂保温使形成的奥氏体来不及长大而冷却得到细小的晶粒；马氏体转变同样是一个形核和长大的过程；它的主要特点是： （ 1）晶粒度 ：工程上把奥氏体晶

24、粒尺寸大小定义为晶粒度,并分为8迁移而所引起的某些晶内的变化；晶粒大小和外形无明显变化；无扩散性；（2）有共格位向关系； （ 3）在不断降温的过程中形成；回复的目的是排除大部分甚至全部第一类内应力和一部分其次级,其中14 级为粗晶粒,5 级以上为细晶粒,超过8 级为超（4）高速长大； （5）马氏体转变的不完全性；类和第三类内应力；细晶粒；影响奥氏体晶粒大小的因素：加热温度和保温时间、加热速度、钢的回火多边形化 ：冷变形金属加热时,原先处于滑移面上的位错,通过钢的化学成分、钢的原始组织；滑移和攀移, 形成与滑移面垂直的亚晶界的过程；多边形化的驱回火一般是紧接淬火以后的热处理工艺,回火是淬火后再将

25、工件钢在冷却时的转变：钢在奥氏体化后的两种冷却方式：等温冷却动力来自弹性应变能的降低；多边形化降低了系统的应变能；名师归纳总结 第 2 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 加热到 Ac1 温度以下某一温度,保温后再冷却到室温的一种热处学习必备欢迎下载化物形成元素两大类；常用的合金元素有以下几种：应用和开裂倾向；理工艺；淬火后的钢铁工件处于高的内应力状态,不（1）单液淬火它是将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中非碳化物形成元素：Ni 、Co、Cu、Si、Al、 N、 B；能直接使用, 必需即时回火,否就会有工件断裂的危急；淬火后始终冷却到室温

26、的淬火方法；这种方法操作简洁,简洁实现机械碳化物形成元素：Mn 、Cr、Mo 、 W 、V、 Ti、 Nb、Zr；回火目的 在于降低或排除内应力,以防止工件开裂和变形；削减化,适用于外形简洁的碳钢和合金钢工件；此外,仍有稀土元素,一般用符号Re 表示；或排除残余奥氏体,以稳固工件尺寸；调整工件的内部组织和性（2）双液淬火它是先将奥氏体状态的工件在冷却才能强的淬合金元素对钢中基本相的影响能,以满意工件的使用要求；火介质中冷却至接近Ms 点温度时, 再立刻转入冷却才能较弱的钢在回火时的转变淬火介质中冷却,直至完成马氏体转变；钢的编号共析钢在淬火后得到的马氏体和残余奥氏体组织是不稳固的,存（3）分级

27、淬火它是将奥氏体状态的工件第一淬入略高于钢的钢种分类编号原就钢种举例常用热处理举例Q 表示屈服点的字一般碳钢母,用最低屈服强度Q235A 钢筋数值表示优质碳钢优质碳素两位数字代表含碳45 调质或正小轴结构量的万分数火钢碳钢（优T 表示碳素工具钢,T13 淬火后低锉刀质）碳数字代表含碳量的素工温回火千分数具钢HT 表示灰口铸铁,灰口铸铁数字表示最小抗拉HT150 端盖强度在着向稳固组织转变的自发倾向；回火加热可加速这种自发转变Ms 点的盐浴或碱浴炉中保温,当工件内外温度匀称后,再从浴铸铁球墨铸铁QT 表示球墨铸铁,QT600-3 调质曲轴过程；依据转变发生的过程和形成的组织,回火可分为四个阶段：炉中取出空冷至室温,完成马氏体转变（见图6-16 曲线 3）；第一组数字表示最小抗拉强度, 其次组第一阶段（ 200以下）：马氏体分解；