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1、uA工程材料 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2.4.0热处理的概念热处理的概念2.4.1钢在加热时的转变钢在加热时的转变2.4.2钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2.4.3钢的普通热处理钢的普通热处理2.4.4钢的表面热处理钢的表面热处理2.4.5钢的化学热处理钢的化学热处理2.4.6钢的热处理新技术钢的热处理新技术2.4钢的热处理钢的热处理热处理热处理的概念的概念把固态金属材料在一定介质中的把固态金属材料在一定介质中的加热加热、保温保温和和冷却冷

2、却，以以改变其组织和性能改变其组织和性能的一种工艺。的一种工艺。2.4.12.4.1钢在加热时的转变钢在加热时的转变临界温度临界温度平衡时：平衡时：A1、A3、Acm加热时：加热时：Ac1、Ac3、Accm冷却时：冷却时：Ar1、Ar3、Arcm1奥氏体的形成奥氏体的形成Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。原子扩散和晶格改变的过程。共析钢加热到共析钢加热到Ac1以上时，以上时，PA共析钢共析钢A化过程化过程形核形核、长大、长大、FeFe3 3 C C 完全溶解、完全溶解、C的均匀化。的均匀化。亚（过）析钢的亚（过）析钢的A化化PA后，先共析后，先共析F或或Fe3C溶解。溶解。影响影响A转变速度的

3、因素转变速度的因素加热温度和速度加热温度和速度转变快；转变快；C%或或FeFe3 3 C C片间距片间距界面多，形核多界面多，形核多转变快；转变快；合金元素合金元素A化速度化速度或或；原始组织的影响原始组织的影响A体晶粒度体晶粒度加热温度，保温时间加热温度，保温时间晶粒尺寸晶粒尺寸合金碳化物合金碳化物，C%晶粒尺寸晶粒尺寸奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度:1.起始晶粒度起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。2.实际晶粒度实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。3.本质晶粒度本质晶粒度:度量钢本身晶粒在度量钢本身晶粒在93

4、0以下，随温度以下，随温度升高，晶粒长大的趋势升高，晶粒长大的趋势。钢的本质晶粒度示意图钢的本质晶粒度示意图2.4.22.4.2钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变1 1过冷过冷A A的等温转变的等温转变2 2过冷过冷A A的连续冷却的连续冷却转变转变热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却1.1.过冷过冷A A的等温转变的等温转变过冷过冷A:TST珠光体珠光体P，3800索氏体索氏体S8000屈氏体屈氏体T8000高温转变过程高温转变过程晶格改变和晶格改变和Fe，C原子扩散原子扩散中温转变中温转变（550MS）C原子扩散，原子扩散，Fe原子不扩散原子不扩散过冷过冷

5、A贝氏体贝氏体B（碳化物碳化物+含过饱和含过饱和C的的F）上上B，550350产物产物羽毛状，小片状羽毛状，小片状Fe3C分布在分布在F间。间。上上B强度和韧性差强度和韧性差光学显微照片光学显微照片1300电子显微照片电子显微照片500045钢，上钢，上B+下下B，400B下下，350MS转变产物转变产物下下B韧性高，综合机械性能好。韧性高，综合机械性能好。F针内定向分布着细小针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒颗粒电子显微照片电子显微照片12000T8钢，下钢，下B，黑色针状黑色针状光学显微照片光学显微照片400亚亚（过）（过）共析钢共析钢过冷过冷A A的等温转变的等温转变与共析钢相比，与共析

6、钢相比，C曲线左移，曲线左移，多一条过冷多一条过冷AF（Fe3C）的转变开始线，且的转变开始线，且Ms、Mf线上线上（下）（下）移。移。2.2.过冷过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变连续冷却连续冷却转变转变(CCT)曲线曲线PsAP开始线开始线PfAP终止线终止线KKP型转变终止线型转变终止线Vk上临界冷却速度上临界冷却速度Vk下临界冷却速度下临界冷却速度MSAM开始温度开始温度MfAM终止温度终止温度连续冷却连续冷却转变产物转变产物CCT和和TTT曲线的比较曲线的比较CCT位于位于TTT曲线曲线右下方右下方CCT中没有中没有AB转变转变炉冷炉冷P(V)空冷空冷S(VVk)油冷油冷T+M+

7、A(VkVk)水冷水冷M+A(VVk)1)无扩散无扩散Fe和和C原子都不进行扩散，原子都不进行扩散，M是是体心正方体心正方的的C过饱和的过饱和的F，固溶强化显著。固溶强化显著。2)瞬瞬时性时性M的形成速度很快，的形成速度很快，温度温度则则转变量转变量3)不彻底不彻底M转变转变总要残留少量总要残留少量A，A中的中的C%则则MS、Mf，残余，残余A含量含量4)M形成时体积形成时体积，造成很大内应力。造成很大内应力。马氏体马氏体(M)转变特点转变特点(马马氏体是一种碳在氏体是一种碳在Fe中的中的过饱和过饱和固溶固溶体体)奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响600700

8、5003004002001000-100-2000.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00温度Wc100MsMfM的形态的形态C%1.0%时，为时，为针状针状M。C%=0.251.0%时，为时，为混合混合M。Fe-1.8C，冷至，冷至-100Fe-1.8C，冷至，冷至-60M的性能的性能C%M硬度硬度针状针状M硬度高，塑韧性差。硬度高，塑韧性差。板条板条M强度高，塑韧性较好。强度高，塑韧性较好。马氏体的碳浓度Wc100507040602030100.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度(HRC)2000抗拉强度b(Mpa)

9、180014001000600200马氏体的性能马氏体的性能:主要取决于马氏体中的主要取决于马氏体中的碳浓度。碳浓度。亚共析钢亚共析钢连续冷却转变连续冷却转变炉冷炉冷F+P空冷空冷F+S油冷油冷T+M水冷水冷M过共析钢过共析钢连续冷却转变连续冷却转变炉冷炉冷P+Fe3C空冷空冷S+Fe3C油冷油冷T+M+A水冷水冷M+A转变温度转变温度对共析钢对共析钢硬度硬度和和韧性韧性的影响的影响按转变温度的高低，按转变温度的高低，转变产物分别是：转变产物分别是：P、S、T，上上B、下下B、M，其硬度依次增加。其硬度依次增加。2.4.32.4.3钢的普通热处理钢的普通热处理1 1退火退火2 2正火正火3 3

10、淬火淬火4 4回火回火1 1退火退火加热、保温后，缓冷加热、保温后，缓冷(炉冷炉冷)近平衡组织近平衡组织P（+F或或Fe3CII）完全退火：完全退火：（亚共析钢）（亚共析钢）加热温度加热温度AcAc3 3 +20203030缓冷缓冷F+P目的：目的：细化晶粒，均匀化组织细化晶粒，均匀化组织降低硬度降低硬度 切削性切削性等温退火：等温退火：等温转变等温转变F+P，再缓冷再缓冷球化退火：球化退火：（过共析钢）（过共析钢）在在AcAc+20203030等温，等温，使使Fe3C球化，球化，再缓冷再缓冷球状球状P（F+球状球状Cm）目的：目的：硬度硬度,切削性切削性,韧性韧性扩散退火：扩散退火：加热至略

11、低于固相线加热至略低于固相线 目的：使成分、组织均匀目的：使成分、组织均匀再结晶退火：再结晶退火：加热温度加热温度 T TR R +30305050目的：消除加工硬化目的：消除加工硬化去应力退火：去应力退火：加热温度加热温度 AcAc1 1，一般为一般为 500500650650目的：目的：消除冷热加工后的内应力消除冷热加工后的内应力正火正火应用：应用：1)钢的最终热处理钢的最终热处理细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)%强度、韧性、硬度强度、韧性、硬度2)预先热处理预先热处理淬火、球化退火前改善组织。淬火、球化退火前改善组织。3)增加低碳钢的硬度，

12、以改善切削加工性能。增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。加热温度加热温度Ac3(Accm)+3050，空冷空冷S（+F或或Fe3CII）3 3淬火（蘸火）淬火（蘸火）加热到加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却以上，保温，快速冷却M。淬火温度：淬火温度：1)亚共析钢亚共析钢Ac3+30502)过共析钢过共析钢Ac1+3050，M+Fe3CII+A，硬度大。硬度大。A中中C%M脆性脆性，残余，残余A%淬火温度低淬火温度低M细小，淬火应力小。细小，淬火应力小。冷却介质：冷却介质：冷却速度：冷却速度：盐水盐水水水盐浴盐浴油油淬火方法：淬火方法：单介质淬火：单介质淬火：水、油冷水、油冷双介质淬火：

13、双介质淬火：水冷水冷+油冷油冷分级淬火：分级淬火：Ms盐浴中均温空冷盐浴中均温空冷等温淬火：等温淬火：（在盐、碱浴中）在盐、碱浴中）下下B钢的淬透性钢的淬透性淬火时得到淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度的能力，取决于临界冷却速度VK。淬透性的应用淬透性的应用按负载，选择不同淬透性的材料。按负载，选择不同淬透性的材料。淬硬性淬硬性：淬火后获得的最高硬度，：淬火后获得的最高硬度，C%淬硬性淬硬性影响淬透性的因素影响淬透性的因素除除Co外，合金使外，合金使VK,淬透性淬透性(a)完全淬透完全淬透(b)淬透较大厚度淬透较大厚度(c)淬透较小厚度淬透较小厚度淬透性不同的钢调质后机械性能的比较淬透性不

14、同的钢调质后机械性能的比较4 4回火回火淬火后，加热到淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。以下，保温，冷却。目的：消除淬火应力，调整性能。目的：消除淬火应力，调整性能。低温回火低温回火（150250）回火回火M(过饱和过饱和F+薄片状薄片状Fe2.4C)+A淬火应力淬火应力，韧性，韧性，保持淬火后的高硬度。，保持淬火后的高硬度。用于高用于高C工具钢等。工具钢等。中温回火中温回火（350500）回火回火T(F+细粒状细粒状Cm)弹性极限和屈服强度弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等，韧性和硬度中等。用于用于弹簧等。弹簧等。高温回火高温回火（500650）回火回火S(等轴状等轴状F+粒状粒状Cm)

15、综合机械性能最好综合机械性能最好,即强度、塑性和韧性都较好即强度、塑性和韧性都较好。用于用于重要零件。重要零件。调质处理调质处理淬火淬火+高温回火高温回火回火产物的组织形态比较回火产物的组织形态比较回火回火M400回火回火T7500回火回火S7500M低倍低倍T1000S1000回火时性能的变化回火时性能的变化回火温度回火温度硬度、强度硬度、强度，塑性塑性（三）回火脆性（三）回火脆性淬火钢的韧性并不总淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。是随温度升高而提高。在某些温度范围内回在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回性下降的现象，称回火脆性。火脆性。1、第一类回火

16、脆性、第一类回火脆性又称又称不可逆回火脆性不可逆回火脆性。是指淬火钢在。是指淬火钢在250-350回火时出现的回火时出现的脆性。脆性。l这种回火脆性是不可逆，只要这种回火脆性是不可逆，只要在此温度范围内回火就会出现在此温度范围内回火就会出现脆性。脆性。l与与M分解时边界析出薄片碳化分解时边界析出薄片碳化物有关，物有关，lSi、Mn等合金可使脆化温度向等合金可使脆化温度向高温推移；高温推移；l目前尚无有效消除办法目前尚无有效消除办法回火时回火时应避开这一温度范围。应避开这一温度范围。2、第二类回火脆性、第二类回火脆性又称又称可逆回火脆性可逆回火脆性。是指合金钢。是指合金钢淬火后在淬火后在500-

17、650范围内回火范围内回火后缓冷时出现的脆性后缓冷时出现的脆性.含有含有Cr、Mn、P、As、Sb、Sn合金元素时，回火脆性增大；合金元素时，回火脆性增大；回火后快冷不出现，是可逆的。回火后快冷不出现，是可逆的。P、As、Sb、Sn在原奥氏体晶界在原奥氏体晶界偏聚或以混合物析出，降低了晶偏聚或以混合物析出，降低了晶界强度。界强度。2.4.42.4.4钢的表面热处理钢的表面热处理（表面淬火）（表面淬火）不改变心部组织，利用快速加热将表层不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。化后进行淬火。目的目的：提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。感应加热表面淬火

18、感应加热表面淬火交变磁场交变磁场感应表面电流感应表面电流表面加热表面加热特点特点1)加热速度快，晶粒度小，硬度加热速度快，晶粒度小，硬度，脆性，脆性2)表层残余压应力表层残余压应力提高疲劳强度提高疲劳强度3)不易氧化、脱碳、变形小。不易氧化、脱碳、变形小。4)加热温度和淬硬层厚度容易控制。加热温度和淬硬层厚度容易控制。火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火（乙炔氧等火焰）（乙炔氧等火焰）设备简单，但生产率低。设备简单，但生产率低。2.4.52.4.5钢的化学热处理钢的化学热处理将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工

19、件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。以改变表层的化学成分、组织和性能。分类分类 渗渗 C C、N N化、化、C C N N共渗、渗硼、渗铬、渗共渗、渗硼、渗铬、渗AlAl等等。钢的渗钢的渗 C C 气体、固体渗气体、固体渗 C C低低C钢在高钢在高C介质中加热到介质中加热到900950、保温、保温高碳表层（约高碳表层（约1.0%）目的：表面硬度，耐磨性目的：表面硬度，耐磨性，心部保持一定的强度和塑韧性。，心部保持一定的强度和塑韧性。渗碳后的的热处理渗碳后的的热处理淬火淬火直接淬火直接淬火晶粒粗大，残余晶粒粗大，残余A多，耐磨性低，变形大。多，耐磨性低，变形大。一次淬火一次淬火加热温度加热

20、温度Ac3以上（心部性能以上（心部性能）或）或Ac1以上（表面性能以上（表面性能）二次淬火二次淬火Ac3以上（心部性能以上（心部性能）+Ac1以上（表面性能以上（表面性能）低温回火低温回火,150200，消除淬火应力，提高韧性。消除淬火应力，提高韧性。钢的氮化钢的氮化工件表面渗入工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。氮化温度低氮化温度低(500600)，时间长（，时间长（2050h），），渗层薄。渗层薄。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。小结小结重点要求重点要求1.1.A A等温冷却曲线，转变温度与转

21、变产物的组等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组织形态织形态 、性能间的关系。、性能间的关系。2.A2.A连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组织和性能的影响。织和性能的影响。3.3.四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。一般要求一般要求1.1.A A晶粒长大的影响因素及控制方法。晶粒长大的影响因素及控制方法。2.2.非共析钢非共析钢C C曲线的特点；淬透性的概念。曲线的特点；淬透性的概念。3.3.钢的表面淬火；化学热处理。钢的表面淬火；化学热处理。“钢的热处理钢的热处理 ”练习题练习题1.共析钢加热到相变点以上，用共析钢加

22、热到相变点以上，用图图1的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？各属于何种热处理方法？（工程材料习题与辅导，（工程材料习题与辅导，P14，第第26题题）2.T12钢加热到钢加热到Ac1以上，用以上，用图图2的各种方法冷却，分析其所得到的组织。的各种方法冷却，分析其所得到的组织。（旧版旧版工程材料习题与辅导，工程材料习题与辅导，P23，第第22题题）3.残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余奥残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余奥氏体的数量？氏体的数量？思考题思考题1.淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性

23、和淬透性的因素是什么？淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性和淬透性的因素是什么？2.淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？“钢的热处理钢的热处理 ”练习题练习题作作 业业 2 2e eP914week10,Nov22.2.21)21)2424）3.3.22)22)2525）4.4.19)19)2626）作业作业2 2d d 参考答案参考答案 P9-122.2.18)18)在过冷在过冷A A等温转变产物中，等温转变产物中，P P和和T T的主要相同点是：的主要相同点是：都是共析体（都是共析体（F+层片状层片状Fe3C）不相同点是：不相同点是：T T的

24、层片间距较小的层片间距较小19)19)用光学显微镜观察，上用光学显微镜观察，上B B的组织特征呈（）状，的组织特征呈（）状，而下而下B B则呈（）状。则呈（）状。羽毛羽毛黑色针黑色针20)20)M M的显微组织形态主要有（）、（）两种。的显微组织形态主要有（）、（）两种。其中（）的韧性较好。其中（）的韧性较好。板条状板条状针状针状板条板条 M M3.3.18)18)M M是是C C在在-FeFe中的过饱和固溶体。当中的过饱和固溶体。当A A向向M M转变时，体积要收缩。转变时，体积要收缩。（）NoNo19)19)当把亚共析钢加热到当把亚共析钢加热到 AcAc1 1 和和 AcAc3 3 之间的

25、温度时，将获得由之间的温度时，将获得由F F和和A A构成的两相组织，在平衡条件下，其中构成的两相组织，在平衡条件下，其中A A的的w(C)w(C)总是大于钢的总是大于钢的w(C)w(C)。（）YesYes21)21)当共析成分的当共析成分的A A在冷却发生在冷却发生P P转变时，温度越低，其转变产物组织转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。（越粗。（）NoNo作业作业2 2d d 参考答案参考答案 P144.4.14)14)A A向向P P的转变是：的转变是：a.a.扩散型转变扩散型转变b.b.非扩散型转变非扩散型转变c.c.半扩散型转变半扩散型转变16)16)共析钢的过冷共析钢的过冷A A

26、在在550350的温度区间等温转变时，所形成的的温度区间等温转变时，所形成的 组织是：组织是：a.Sa.Sb.b.下下B Bc.c.上上B Bd.Pd.P18)18)M M的硬度取决于：的硬度取决于：a.a.冷却速度冷却速度b.b.转变温度转变温度c.c.碳含量碳含量5.5.25)25)M M的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？答：答：M M的本质是的本质是C C在在-FeFe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。因为因为M M中中C C的过饱和度大，固溶强化效果显著，所以其硬度很高。的过饱和度大，固溶强化效果显

27、著，所以其硬度很高。高碳高碳M M的脆性大，是由于其的脆性大，是由于其C C的过饱和度大，则内应力大。的过饱和度大，则内应力大。另外，孪晶结构增加了其脆性。另外，孪晶结构增加了其脆性。of 2.4(2b)of 2.4(2b)2.12.1 纯纯金属的结晶金属的结晶2.22.2 合金的结晶合金的结晶2.32.3 金属的塑性加工金属的塑性加工2.42.4 钢的热处理钢的热处理2.52.5 钢的合金化钢的合金化2.6 2.6 表面技术表面技术第第2 2章章 金属材料的金属材料的 组织与性能控制组织与性能控制1.纯金属的结晶条件2.纯金属的结晶过程3.同素异构转变4.细化铸态金属晶粒的措施2.1纯金属的

28、结晶纯金属的结晶1.1.纯金属的结晶条件纯金属的结晶条件晶体液体液体结晶结晶结晶：液体液体-晶体晶体凝固：液体液体-固体（晶体固体（晶体或或非晶体）非晶体）冷却曲线冷却曲线tTT0Tn理论结晶温度开始结晶温度 T过冷度T=T0-Tn纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度（克服界面能）冷却速度越大，则过冷度越大。冷却速度越大，则过冷度越大。2.2.纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程液态金属液态金属形核形核晶核长大晶核长大完全结晶完全结晶形核形核和和晶核长大晶核长大的过程的过程（1 1）形核过程）形核过程两种形核方式两种形核方式自发形核自发形核与与非自发形核非自发形核自发形核自发形核由液体金属内部原

29、子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。的结晶核心。非自发形核非自发形核 是依附于外来杂质上生成的晶核。是依附于外来杂质上生成的晶核。（2 2）晶核长大过程）晶核长大过程两种长大方式平面生长平面生长与树枝状生长树枝状生长。平面生长树枝状生长3 3同素异构转变同素异构转变金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变-Fe，bcc-Fe，fcc-Fe，bcc1394 C912 C-Fe，fcc-Fe，bcc912 C纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线Tt1538

30、1394912-Fe，bcc-Fe，bcc-Fe，fccCoolingcurve770铁磁性4.细化铸态金属晶粒的措施晶粒度晶粒度表示晶粒大小，分表示晶粒大小，分8级级（p111)。晶粒度晶粒度12345678单位面积晶粒数单位面积晶粒数（个（个/mmmm2 2）1632641282565121024 2048晶粒平均直径晶粒平均直径（mm）2501771258862443122细晶强化细晶强化晶粒细化使金属机械性能提高的现象晶粒细化使金属机械性能提高的现象比较：比较：细晶强化细晶强化-强度、硬度、塑性、韧性强度、硬度、塑性、韧性 固溶强化固溶强化-强度、硬度强度、硬度，塑性、韧性，塑性、韧性

31、细化晶粒的措施细化晶粒的措施1.提高过冷度提高过冷度2.变质处理变质处理3.振动结晶振动结晶（1 1）提高过冷度）提高过冷度形核率形核率N、长大速度长大速度G 与与 过冷度过冷度T 的关系的关系TG，NGN（2 2）变质处理）变质处理在液体金属中加入在液体金属中加入变质剂变质剂(孕育剂孕育剂)，以细化晶粒和改善组织，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。的工艺措施。变质剂的作用变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。（3 3）振动结晶）振动结晶振动的作用振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。机械振动、

32、超声振动，或电磁搅拌等。机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。2.2.1.二元合金的结晶2.2.2合金的性能与相图的关系2.2.3铁碳合金的结晶2.2合金合金的结晶的结晶1 1匀晶相图匀晶相图2 2共晶相图共晶相图3 3包晶相图包晶相图4 4共析相图共析相图2.2.1二元合金的结晶1 1匀晶相图匀晶相图相图相图（平衡图、状态图）（平衡图、状态图）平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+铜-镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C20

33、40608010010001100120013001400150010831455L L+纯铜纯铜熔点熔点纯镍纯镍熔点熔点液相线液相线固相线固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程abcdT,CtL L L匀晶转变L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。杠杆定律杠杆定律CuNiNi%T,C2040608

34、010010001100120013001400150010831455L L+12acba1b1c1T1T21.1.在两相区内，对应每一确在两相区内，对应每一确定的温度，两相的成分是确定定的温度，两相的成分是确定的。的。2.2.随着温度的降低，两相的随着温度的降低，两相的成分分别沿液相线和固相线变成分分别沿液相线和固相线变化。化。杠杆定律杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即QL/Q=b1c1/a1b1杠杆定律推论：杠杆定律推论：在两在两相区内，对应温度相区内，对应温度T1T1时两相在合金时两相在合金b b中的相中的相对质量各为对质量各为Q QL L/Q/Q

35、H H=b=b1 1c c1 1/a/a1 1c c1 1Q Q/Q/QH H=a=a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=1-=1-Q QL L/Q/QH H例：求例：求30%30%NiNi合金在合金在1280 1280 时时 相的相对量相的相对量CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ac30a1b1c11280 C解：作成分线和温度线如图。6618根据杠杆定律推论，Q Q /Q QH H =a a1 1b b1 1/a/a1 1c c1 1=12/48=1/4=12/48=1/4答：所求合金在1280 时相

36、的相对质量为1/4。2 2共晶相图共晶相图PbSnSn%T,C铅-锡合金共晶相图液相线液相线L固相线固相线 +L+L+固溶线固溶线 固溶线固溶线共晶转变分析共晶转变分析PbSnT,CL +L+L+共晶反应线共晶反应线表示从表示从c点到点到e点范围的合点范围的合金，在该温度上都要发金，在该温度上都要发生不同程度上的共晶反生不同程度上的共晶反应。应。ce共晶点共晶点表示表示d点成分的合金冷却点成分的合金冷却到此温度上发生完全的到此温度上发生完全的共晶转变。共晶转变。dLd c+e共晶反应要点共晶反应要点PbSnT,CL +L+L+183ced共晶转变在恒温下进行。共晶转变在恒温下进行。转变结果是从

37、一种液相中结晶出两个不同的固相。转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。X1合金结晶过程分析合金结晶过程分析cefgX1T,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1234PbSnT,CL +L+L+183cedX1合金结晶特点合金结晶特点T,CtL L LL+冷却曲线冷却曲线 +1.没有共晶反应过程，没有共晶反应过程，而是经过匀晶反应形成而是经过匀晶反应形成单相单相 固相。固相。2.要经过脱溶反应，要经过脱溶反应，室温室温组织组

38、成物组织组成物为为+组织组成物组织组成物组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。X2合金结晶过程分析合金结晶过程分析（共晶合金共晶合金）X2T,CtL(+)L(+)LL(+)共晶体共晶体冷却曲线冷却曲线(+)PbSnT,CL +L+L+183cedX3合金结晶过程分析合金结晶过程分析（亚共晶合金亚共晶合金）X3T,CtLL+(+)+12(+)+PbSnT,CL +L+L+183cedL+(+)+标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图3 3包晶相图包晶相图包晶转变包晶转变：Ld+c ePtAgAg%T,C铂-银合金包晶相图L +L+L+cedfgT,CtLL+L+4.4.共析

39、相图共析相图共析转变共析转变：(+)共析共析体体ABT,C +cedL+L2.2.2相图与性能的关系1.合金的使用性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系固溶体中溶质浓度固溶体中溶质浓度强度、硬度强度、硬度组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。2.合金的工艺性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系铸造性能铸造性能液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），则流动性好，不易形成分散缩孔。则流动性好，不易形成分散缩孔。锻造、轧制性能锻造、轧制性能单相

40、固溶体合金，单相固溶体合金，变形抗力小，变形均匀，变形抗力小，变形均匀，不易开裂。不易开裂。1 1铁碳相图铁碳相图2 2结晶过程结晶过程3 3成分成分-组织组织-性能关系性能关系 4 4Fe-FeFe-Fe3 3 C C相图的应用相图的应用2.2.3铁碳合金的结晶1 1铁碳相图铁碳相图(Fe-FeFe-Fe3 3 C C相图相图)(1)Fe-Fe3C相图的组元相图的组元FeFe、-Fe(bcc)和和-Fe(fcc)强度、硬度低，韧性、塑性好。强度、硬度低，韧性、塑性好。Fe3C熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。(2)Fe-Fe3C相图的相相图的相Fe3C（

41、Cem，Cm，渗碳体）渗碳体）复杂晶体结构复杂晶体结构液相液相L相相（高温铁素体（高温铁素体）Fe（C）固溶体固溶体相（相（A，奥氏体）奥氏体）-Fe（C）固溶体固溶体相相（F，铁素体）铁素体）-Fe（C）固溶体固溶体(3)(3)相图中重要的点和线相图中重要的点和线液相线ABCD固相线AHJECF包晶线HJB，包晶点J共晶线ECF，共晶点CL4.3(A2.11+Fe3C)高温莱氏体,Le或Ld共析线PSK，共析点SA0.77(F0.02+Fe3C)珠光体,PES线：C在A中的固溶线PQ线：C在F中的固溶线2 2铁碳合金的平衡结晶过程铁碳合金的平衡结晶过程Fe-C合金分类合金分类工业纯铁工业纯铁

42、C%0.0218%钢钢0.0218%C%2.11%亚共析钢亚共析钢0.77%共析钢共析钢0.77%过共析钢过共析钢0.77%白口铸铁白口铸铁2.11%C%6.69%亚共晶白口铁亚共晶白口铁4.3%共共晶白口铁晶白口铁4.3%过共过共晶白口铁晶白口铁4.3%类型类型亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢钢号钢号204560T8T10T12碳质量分数碳质量分数0.200.450.600.801.001.20几种几种常见常见碳钢碳钢(1)(1)工业纯铁工业纯铁 (C%0.0218%)C%0.0218%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织F+Fe3C(微量)500(2)(2)共析钢共析钢(C%=0

43、.77%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:层片状层片状P(F+共析共析Fe3C)500P中各相的相对量：Fe3C%=(0.77xF)/(6.69xF)0.77/6.69=12%F%112%=88%珠光体珠光体强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C和F之间。(3)(3)亚共析钢亚共析钢(C%=0.4%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:F+P，500各组织组成物的相对量：P%=(0.40.0218)/(0.770.0218)51%F%151%=49%各相的相对量：Fe3C%0.4/6.69=6%F%16%=94%(4)(4)过共析钢过共析钢(C%=1.2%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:P

44、+Fe3CII400各组织组成物的相对量：Fe3CII%=(1.20.77)/(6.690.77)7%P%17%=93%各相的相对量：Fe3CII%1.2/6.69=18%F%118%=82%(5)(5)共晶白口铁共晶白口铁(C%C%=4.3%4.3%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:（低温）（低温）莱氏体莱氏体Le（P+Fe3CII+共晶共晶Fe3C）,500莱氏体莱氏体Le的性能：的性能：硬而脆硬而脆()亚共晶白口铁亚共晶白口铁(C%C%=3%3%)结晶过程结晶过程室温组织室温组织:Le+P+Fe3CII200()过共晶白口铁过共晶白口铁(C%C%=3%3%)结晶过程结晶过程室温组织室温

45、组织:Le+Fe3CI500标注了组织组成物的相图标注了组织组成物的相图3 3铁碳合金的铁碳合金的成分成分-组织组织-性能关系性能关系含碳量与相的相对量关系含碳量与相的相对量关系：C%F%，Fe3C%含碳量与组织关系：含碳量与组织关系：图（图（a）和（和（b）含碳量与性能关系含碳量与性能关系HB：取决于相及相对量取决于相及相对量强度：强度：C%=0.9%时最大时最大塑性、韧性：随塑性、韧性：随C%而而4 4铁碳相图的应用铁碳相图的应用钢铁选材钢铁选材：相图相图性能性能用途用途局限性局限性相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。铸件选材和确定浇注温

46、度铸件选材和确定浇注温度确定锻造温度确定锻造温度(在在A区）区）制定热处理工艺制定热处理工艺复习复习相相与与组织组织相：相：有一定的有一定的化学成分化学成分和和晶体结构晶体结构的均匀组成部分。的均匀组成部分。合金中有两类基本相合金中有两类基本相 固溶体固溶体 和和 化合物化合物组织：组织：材料内部的微观形貌，体现相的形态、数量、大小和分布。材料内部的微观形貌，体现相的形态、数量、大小和分布。金属材料性能由组织决定，金属材料性能由组织决定，而组织由化学成分和工艺过程决定。而组织由化学成分和工艺过程决定。过共析钢过共析钢x x400小结小结重点要求重点要求一般要求一般要求2.2.匀晶相图的分析方法

47、。匀晶相图的分析方法。2.2.杠杆定律及其应用。杠杆定律及其应用。3.3.合金相图与性能的关系。合金相图与性能的关系。1.1.过冷度的概念，晶粒度的影响因素。过冷度的概念，晶粒度的影响因素。1.1.同素异构转变。同素异构转变。3.F、A、Cm、P、Le的组织和性能特点。的组织和性能特点。4.Fe-Fe3C相图中共晶、共析区域分析。相图中共晶、共析区域分析。5.铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系。铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系。思考题思考题1.为什么要生产合金？与纯金属相比，合金有哪些优越性？2.固溶体中，溶质元素含量增加时，其晶体结构和性能会发生什么变化？3.试比较共晶反应和共析反应的

48、异同点。4.为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金，而压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?作作 业业 2 2P913week4,Sep212.2.1),2),4),11)1),2),4),11)3.3.1),2),5)1),2),5)4.4.1),2),6),7)1),2),6),7)5.5.3),4)3),4)作作 业业 2 2a aP913week5,Sep282.2.13)13)3.3.12),12),13)4.4.8),9)8),9)5.5.6)6)作作业业2bP913week7,Oct122.2.14)14)17)17)3.3.14)14)17)17)4.4.10)10)13)

49、13)作业作业1 1 参考答案参考答案 P32.2.1)1)同非金属相比，金属的主要特性是同非金属相比，金属的主要特性是2)2)晶体与非晶体结构上的最根本的区别是晶体与非晶体结构上的最根本的区别是4)4)-Fe-Fe的一个的一个晶胞原子数为晶胞原子数为3.3.1)1)晶体中的位错属于：晶体中的位错属于：a.a.体缺陷体缺陷 b.b.面缺陷面缺陷c.c.线缺陷线缺陷d.d.点缺陷点缺陷(P7 P7)热和电的良导体热和电的良导体 正的电阻温度系数正的电阻温度系数 不透明、有金属光泽不透明、有金属光泽 塑性高、强韧性好塑性高、强韧性好晶体内原子排列是有规则、周期性的。晶体内原子排列是有规则、周期性的

50、。4 4作业作业1 1 参考答案参考答案 P44.4.2)2)-Fe-Fe、AlAl、CuCu、NiNi、V V、MgMg、ZnZn的晶体结构的晶体结构 体心立方：体心立方：-Fe-Fe、V V 面心立方：面心立方：AlAl、CuCu、NiNi 密排六方：密排六方：MgMg、ZnZn6)6)实际金属晶体中存在：实际金属晶体中存在：a.a.点缺陷：点缺陷：点、线、面缺陷，引起晶格畸变。点、线、面缺陷，引起晶格畸变。b.b.面缺陷：面缺陷：c.c.线缺陷（位错）：线缺陷（位错）：7)7)固溶强化固溶强化：固溶强化原因固溶强化原因：8)8)间隙固溶体：间隙固溶体：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象