金属学复习课件

1、 课程性质：专业基础课。课程性质：专业基础课。 课程的目的与意义：了解和掌握有关金属的基本知识与理论课程的目的与意义：了解和掌握有关金属的基本知识与理论 ，为学习专业课和从事专业工作打基础。，为学习专业课和从事专业工作打基础。 课程研究内容课程研究内容（定义）：研究金属的化学成分、组织，结构（定义）：研究金属的化学成分、组织，结构 、工艺与性能的关系以及在各种条件下的变化规律。、工艺与性能的关系以及在各种条件下的变化规律。 金属学金属学 金属的化学成分：金属中原子的种类和数量。金属的化学成分：金属中原子的种类和数量。 金属的组织：用肉眼和仪器所观察到的金属微观组成与形貌。金属的组织：用肉眼和仪

2、器所观察到的金属微观组成与形貌。 金属的结构：金属的组元及其运动与排列方式。金属的结构：金属的组元及其运动与排列方式。 金属工艺：加工、制备金属材料及制造金属器件的方法。金属工艺：加工、制备金属材料及制造金属器件的方法。 金属性能：用于表征在给定外界条件下金属行为的一种参量。金属性能：用于表征在给定外界条件下金属行为的一种参量。 金属能量：金属的内能与环境交换的能量金属能量：金属的内能与环境交换的能量 金属过程：给定条件下金属从始态到终态的变化。金属过程：给定条件下金属从始态到终态的变化。 课程研究的出发点：金属的组织与结构。课程研究的出发点：金属的组织与结构。 课程几个重要的概念课程几个重要

3、的概念 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 第二章第二章 纯金属的结晶纯金属的结晶 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 第四章第四章 铁碳合金铁碳合金 第五章第五章 三元合金相图三元合金相图 第六章第六章 金属的塑性变形和再结晶金属的塑性变形和再结晶 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 第八章第八章 钢的回火转变及合金时效钢的回火转变及合金时效 第九章第九章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 金属学金属学 课程的组成：课程的组成： 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 金属的结晶与合金相图金属的结晶与合金相图

4、 金属塑性变形和再结晶金属塑性变形和再结晶 钢的热处理原理与工艺钢的热处理原理与工艺 课程的重点与难点：课程的重点与难点： 金属的合金相图、钢在加热和冷却时的转变规律。金属的合金相图、钢在加热和冷却时的转变规律。 金属学金属学 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 第一章研究内容：晶体中原子间的相互作用和结合方第一章研究内容：晶体中原子间的相互作用和结合方 式；晶体中原子的排列方式和分布规律；晶体结构的式；晶体中原子的排列方式和分布规律；晶体结构的 类型和特点等。类型和特点等。 11金属原子间的结合金属原子间的结合 金属原子的结构特点金属原子的结构特点 金属键金

5、属键 固态金属的特性固态金属的特性 金属原子间的结合金属原子间的结合 当作用力平衡时系统能量最低，当作用力平衡时系统能量最低， 状态最稳定，这时的原子呈现规则与紧密排列。状态最稳定，这时的原子呈现规则与紧密排列。 11金属原子间的结合金属原子间的结合 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 12金属的晶体结构金属的晶体结构 晶体：原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质。晶体：原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质。 晶体结构：晶体中的原子在三维空间有规律的重复排列方式。晶体结构：晶体中的原子在三维空间有规律的重复排列方式。 阵点：把晶体中物质质点抽象成

6、纯粹几何点，这些点叫做阵点。阵点：把晶体中物质质点抽象成纯粹几何点，这些点叫做阵点。 空间点阵：阵点有规则地周期重复排列所形成的空间几何图形。空间点阵：阵点有规则地周期重复排列所形成的空间几何图形。 晶格：将阵点用直线连接起来的空间格子。晶格：将阵点用直线连接起来的空间格子。 晶胞：晶格中完全反映晶格特征的最小几何单元。晶胞是一个平行晶胞：晶格中完全反映晶格特征的最小几何单元。晶胞是一个平行 六面体六面体 。 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 1 12 2金属的晶体结构金属的晶体结构 体心立方晶格体心立方晶格 bcc 面心立方晶格面心立方晶格f cc 密排六

7、方晶格密排六方晶格 hcp 三种典型的金属晶体结构三种典型的金属晶体结构 原子半径原子半径 晶胞中的原子个数晶胞中的原子个数 配位数配位数 致密度致密度 金属晶体类型金属晶体类型 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 1 12 2金属的晶体结构金属的晶体结构 晶体中原子堆垛方式和间隙晶体中原子堆垛方式和间隙 金属原子金属原子 八面体间隙八面体间隙 金属原子金属原子 四面体间隙四面体间隙 (a)(b) 面心立方结构中的间隙面心立方结构中的间隙 (a)八面体间隙八面体间隙 (b)四面体间隙四面体间隙 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结

8、构 1 12 2金属的晶体结构金属的晶体结构 晶向指数晶向指数 u,v,w u,v,w uvwuvw 晶面指数：（晶面指数：（h,k,lh,k,l） hklhkl 晶带：在晶体中平行或相交于同一直线的一组晶面。晶带：在晶体中平行或相交于同一直线的一组晶面。 晶体的各向异性：在晶体中由于原子排列密度不同晶体的各向异性：在晶体中由于原子排列密度不同 使晶体在不同方向上的性能出现差异的现象。使晶体在不同方向上的性能出现差异的现象。 晶粒晶粒: :组成固态金属的结晶颗粒叫做晶粒。组成固态金属的结晶颗粒叫做晶粒。 多晶型性：固态金属在不同温度和压力下具有不同多晶型性：固态金属在不同温度和压力下具有不同

9、的晶体结构的现象。的晶体结构的现象。 1 13 3 合金相结构合金相结构 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 合金合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属，经过熔：由两种或两种以上金属或金属与非金属，经过熔炼、烧结炼、烧结 或其它方法组合而成并且具有金属特性的物质叫做合金。或其它方法组合而成并且具有金属特性的物质叫做合金。 合金的组元合金的组元：组成合金最基本的独立的物质。：组成合金最基本的独立的物质。 合金相合金相：合金中结构相同，成分和性能均一并以界面相互分开的：合金中结构相同，成分和性能均一并以界面相互分开的 组成部分。组成部分。 组织组织：借助于肉眼、

10、金相显微镜等仪器观察到的金属内部的组成：借助于肉眼、金相显微镜等仪器观察到的金属内部的组成 与形貌叫做组织。包括：晶粒大小与形状、相的数量、形态、大与形貌叫做组织。包括：晶粒大小与形状、相的数量、形态、大 小、分布等。小、分布等。 合金相分成两大类：固溶体与金属化合物合金相分成两大类：固溶体与金属化合物 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 1 13 3 合金相结构合金相结构 固溶体固溶体：合金组元之间以不同比例互相混合后所形成固：合金组元之间以不同比例互相混合后所形成固 相的晶体结构与组成合金的某一组元的晶体结构相同。相的晶体结构与组成合金的某一组元的晶体结构

11、相同。 这种相叫做固溶体。这种相叫做固溶体。 金属化合物金属化合物：合金组元之间发生相互作用而形成的晶格：合金组元之间发生相互作用而形成的晶格 类型和性能均不同于任一组元的具有金属特性的新相叫类型和性能均不同于任一组元的具有金属特性的新相叫 做金属化合物。做金属化合物。 金属学金属学 第一章第一章 金属与合金的晶体结构金属与合金的晶体结构 1 14 4 金属的晶体缺陷金属的晶体缺陷 点缺陷点缺陷 空位空位 间隙原子间隙原子 置换原子置换原子 线缺陷线缺陷 刃型位错、螺型位错、混合位错刃型位错、螺型位错、混合位错 柏氏矢量柏氏矢量 反映位错区域内畸变总量的大小和方向的物理量反映位错区域内畸变总量

12、的大小和方向的物理量 位错密度位错密度 面缺陷面缺陷 晶体外表面或自由界面、内界面（晶界、亚晶界、孪晶晶体外表面或自由界面、内界面（晶界、亚晶界、孪晶 界、相界、堆垛层错）界、相界、堆垛层错） 晶界特征晶界特征 晶界的能量晶界的能量 晶界的结构晶界的结构 晶界对金属过程和性能的影响晶界对金属过程和性能的影响 金属学金属学 第二章纯金属的结晶第二章纯金属的结晶 金属结晶：金属从内部原子不规则排列的液态转变到金属结晶：金属从内部原子不规则排列的液态转变到 规则排列的固态的过程。规则排列的固态的过程。 2 21 1 金属结晶的现象金属结晶的现象 过冷现象过冷现象 结晶潜热结晶潜热 金属结晶的微观过程

13、金属结晶的微观过程 晶核的形核与长大晶核的形核与长大 金属学金属学 第二章纯金属的结晶第二章纯金属的结晶 2 22 2 金属结晶的热力学条件金属结晶的热力学条件 液态金属要结晶，液态金属要结晶，T TTmTm，G GS S G GL L G= GSG= GSG GL L0 0 2 23 3 金属结晶的结构条件金属结晶的结构条件 晶胚：过冷液体金属中在结晶时可能转变成晶核的较大晶胚：过冷液体金属中在结晶时可能转变成晶核的较大 尺寸的相起伏。液态金属存在相起伏，只有在过冷液体尺寸的相起伏。液态金属存在相起伏，只有在过冷液体 中的相起伏才能成为晶胚。中的相起伏才能成为晶胚。 2 24 4 晶核的形成

14、晶核的形成 金属学金属学 第二章纯金属的结晶第二章纯金属的结晶 晶核的形核方式：晶核的形核方式： 均匀形核、非均匀形核均匀形核、非均匀形核 均匀形核时能量的变化均匀形核时能量的变化 临界晶核半径与过冷度的关系：临界晶核半径与过冷度的关系： TL T m m 2 rK= 形核功形核功 K S 3 1 GG K K = 形核率形核率 金属学金属学 第二章纯金属的结晶第二章纯金属的结晶 2 24 4 晶核的形成晶核的形成 非均匀形核非均匀形核 金属学金属学 第二章纯金属的结晶第二章纯金属的结晶 2 25 5 晶核长大晶核长大 固液界面的微观结构固液界面的微观结构 光滑界面光滑界面 粗糙界面粗糙界面

15、晶体长大机制晶体长大机制 二维晶核长大机制二维晶核长大机制 螺型位错长大机制螺型位错长大机制 垂直长大机制垂直长大机制 固液界面前沿液体中的温度梯度固液界面前沿液体中的温度梯度 正温度梯度正温度梯度 负温度梯度负温度梯度 晶体生长的界面形状晶体生长的界面形状晶体形晶体形态态 晶体长大速度晶体长大速度 晶体生长机制、过冷度晶体生长机制、过冷度 金属学金属学 第二章纯金属的结晶第二章纯金属的结晶 2 25 5 晶核长大晶核长大 晶粒大小的控制晶粒大小的控制 晶粒大小对机械性能有影响晶粒大小对机械性能有影响 影响晶粒大小的因素：影响晶粒大小的因素： 形核率与长大速度的相对大小。形核率与长大速度的相对

16、大小。 结晶时细化晶粒的几种方法结晶时细化晶粒的几种方法 1.1.控制过冷度控制过冷度 2 2变质处理变质处理 3 3振动与搅动振动与搅动 金属学金属学 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 二元合金相图：表示在平衡条件下合金系中合金二元合金相图：表示在平衡条件下合金系中合金 状态与合金温度、合金成分之间关系的图解。状态与合金温度、合金成分之间关系的图解。 合金状态含义：在某一温度下，某一成分的合金合金状态含义：在某一温度下，某一成分的合金 存在哪些相、各相的成分和相的相对量。存在哪些相、各相的成分和相的相对量。 金属学金属学 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二

17、元合金相图和合金的凝固 3 31 1二元合金相图的建立二元合金相图的建立 二元合金相图的测定方法二元合金相图的测定方法 用热分析法建立用热分析法建立Cu-Ni合金二元合金相图合金二元合金相图 金属学金属学 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 相律相律 3 31 1二元合金相图的建立二元合金相图的建立 杠杆定律杠杆定律 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 32 2匀晶相图及固溶体的结晶匀晶相图及固溶体的结晶 Cu-Ni相图及典型合金平衡结晶过程分析相图及典型合金平衡结晶过程分析 匀晶相图匀晶相图 相图分析相图分析 固溶体合金的平衡结晶过

18、程固溶体合金的平衡结晶过程 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 32 2匀晶相图及固溶体的结晶匀晶相图及固溶体的结晶 成分起伏成分起伏 固溶体结晶特点：异分结晶、结晶需要一定的温度范围固溶体结晶特点：异分结晶、结晶需要一定的温度范围 固溶体的不平衡结晶固溶体的不平衡结晶 晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内化学成分不均匀晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内化学成分不均匀 的现象叫做晶内偏析。的现象叫做晶内偏析。 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 32 2匀晶相图及固溶体的结晶匀晶相图及固溶体的结晶 区域偏析和区域提纯区域偏析和区域提

19、纯 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 32 2匀晶相图及固溶体的结晶匀晶相图及固溶体的结晶 成分过冷及其对晶体成长形状的影响成分过冷及其对晶体成长形状的影响 成分过冷极限条件表达式：成分过冷极限条件表达式： 成分过冷对晶体成长形状的影响：成分过冷对晶体成长形状的影响： 成分过冷增加，晶体成长从平成分过冷增加，晶体成长从平 面面呈胞状呈胞状树枝状树枝状。 3 33 3共晶相图及其合金的结晶共晶相图及其合金的结晶 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 PbSn合金相图合金相图 相图分析：相图分析： 典型平衡结晶过程及组织：典型平衡结晶过程

20、及组织： 液态金属从高温到室温缓液态金属从高温到室温缓 慢冷却时，依次发生的转变慢冷却时，依次发生的转变 平衡结晶冷却曲线平衡结晶冷却曲线 平衡结晶组织转变图平衡结晶组织转变图 相组成物相对量的计算相组成物相对量的计算 组织组成物相对量计算组织组成物相对量计算 共晶相图共晶相图 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 不平衡结晶及组织：不平衡结晶及组织： 伪共晶伪共晶 离异共晶离异共晶 3 33 3共晶相图及其合金的结晶共晶相图及其合金的结晶 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 34 4包晶相图及其合金的结晶包晶相图及其合金的结晶 PtA

21、g合金相图合金相图 相图分析相图分析 典型平衡结晶过程及组织：典型平衡结晶过程及组织： 液态金属从高温到室温缓液态金属从高温到室温缓 慢冷却时，依次发生的转变慢冷却时，依次发生的转变 平衡结晶冷却曲线平衡结晶冷却曲线 平衡结晶组织转变图平衡结晶组织转变图 相组成物对量的计算相组成物对量的计算 组织组成物相对量计算组织组成物相对量计算 不平衡结晶过程及组织不平衡结晶过程及组织 包晶相图包晶相图 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 35 5其它类型的二元合金相图其它类型的二元合金相图 形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图形成稳定化合物的相图

22、共析转变共析转变包析转变包析转变 固溶体的异晶转变固溶体的异晶转变 有序有序无序转变无序转变 磁性转变磁性转变 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 36 6二元相图的分析和使用二元相图的分析和使用 相图分析步骤相图分析步骤 应用相图时要注意的问题应用相图时要注意的问题 3.6.33.6.3根据相图判断合金性能根据相图判断合金性能 第三章第三章 二元合金相图和合金的凝固二元合金相图和合金的凝固 3 37 7铸锭的组织与缺陷铸锭的组织与缺陷 铸锭组织的控制铸锭组织的控制 铸锭缺陷铸锭缺陷 缩孔缩孔 气孔气孔 偏析偏析 铸锭的组织铸锭的组织 第四章第四章 铁碳合金铁碳

23、合金 4 41 1铁碳合金的组元及基本相铁碳合金的组元及基本相 纯铁纯铁 铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 重结晶重结晶 ：固态下的相变结晶过程：固态下的相变结晶过程 铁素体：碳溶于铁素体：碳溶于-Fe-Fe中的间隙固溶体。符号：中的间隙固溶体。符号：F F 或或。 奥氏体：碳溶于奥氏体：碳溶于-Fe-Fe中的间隙固溶体。符号：中的间隙固溶体。符号：A A或或。 铁素体：碳溶于体心立方晶格铁素体：碳溶于体心立方晶格-Fe-Fe中的间隙固溶体中的间隙固溶体 渗碳体：铁与碳形成的间隙化合物。含碳量渗碳体：铁与碳形成的间隙化合物。含碳量6.69% 6.69% 符号：符号：Fe3C Fe3C 或或Cm

24、Cm。 第四章第四章 铁碳合金铁碳合金 4 42 Fe2 FeFe3CFe3C相图分析相图分析 相图中的点、线、区及其意义相图中的点、线、区及其意义 包晶转变（水平线包晶转变（水平线HJBHJB） 共晶转变（水平线共晶转变（水平线ECFECF） 共析转变（水平线共析转变（水平线PSKPSK） GSGS线（线（A A3 3线）线） ESES线（线（AcmAcm） PQPQ线线 第四章第四章铁碳合金铁碳合金 4 43 3铁碳合金结晶过程及组织铁碳合金结晶过程及组织 铁碳合金分类：铁碳合金分类： 碳钢：碳钢：0.0218%0.0218%W WC C2.11%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。 亚共析

25、钢：亚共析钢：0.0218%0.0218%W WC C0.77%0.77%的铁碳合金。的铁碳合金。 共析钢：共析钢：W WC C=0.77%=0.77%的铁碳合金。的铁碳合金。 过共析钢：过共析钢：0.77%0.77%W WC C2.11%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。 铸铁：铸铁：W WC C2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金 亚共晶白口铁：亚共晶白口铁：2.11%2.11%W WC C4.3%4.3%的铁碳合金。的铁碳合金。 共晶白口铁：共晶白口铁：W WC C=4.3%=4.3%的铁碳合金的铁碳合金 过共晶白口铁：过共晶白口铁：4.3%4.3%W WC C6.69%6.69%的

26、铁碳合金的铁碳合金 工业纯铁：工业纯铁：W WC C0.0218%0.0218%的铁碳合金。的铁碳合金。 第四章第四章 铁碳合金铁碳合金 4 43 3铁碳合金结晶过程及组织铁碳合金结晶过程及组织 铁碳合金从高温到室温缓铁碳合金从高温到室温缓 慢冷却时，依次发生的转变慢冷却时，依次发生的转变 平衡结晶冷却曲线平衡结晶冷却曲线 平衡结晶组织转变图平衡结晶组织转变图 相组成物相对量的计算相组成物相对量的计算 组织组成物相对量计算组织组成物相对量计算 室温组织室温组织 典型铁碳合金冷却时的组织转变过程分析典型铁碳合金冷却时的组织转变过程分析 第四章第四章铁碳合金铁碳合金 43铁碳合金结晶过程及组织铁碳

27、合金结晶过程及组织 W WC C0.40%0.40%的合金的合金 铁碳合金铁碳合金平衡结晶过程：平衡结晶过程： 液态金属从高温到室温缓慢液态金属从高温到室温缓慢 冷却时，依次发生匀晶转变冷却时，依次发生匀晶转变 （ L L ）、包晶转变）、包晶转变 （ L+ L+ ）、）、匀匀晶转晶转 变（变（ L L ）、同素异晶）、同素异晶 转变（转变（ ）、共析）、共析 转变（转变（ + Fe + Fe3 3C C ） 和脱溶转变（和脱溶转变（ FeFe3 3C C ）。 ）。 典型铁碳合金冷却时的组织转变过程分析典型铁碳合金冷却时的组织转变过程分析 4.3.24.3.2亚共析钢亚共析钢 第四章第四章铁

28、碳合金铁碳合金 43铁碳合金结晶过程及组织铁碳合金结晶过程及组织 W WC C0.40%0.40%的合金的合金 室温下铁碳合金室温下铁碳合金的组织：的组织：+P+P 亚共析钢的室温组织亚共析钢的室温组织 铁碳合金铁碳合金组织组成物含量组织组成物含量(727)(727) 铁碳合金铁碳合金相组成物含量相组成物含量(727)(727) 4.3.34.3.3亚共析钢亚共析钢 第四章第四章铁碳合金铁碳合金 43铁碳合金结晶过程及组织铁碳合金结晶过程及组织 铁碳合金铁碳合金平衡结晶组织转变图：平衡结晶组织转变图： W WC C0.40%0.40%的合金的合金 4.3.34.3.3亚共析钢亚共析钢 WC0.

29、%的碳钢结晶过程示意图的碳钢结晶过程示意图 第四章 铁碳合金 44含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 对平衡组织的影响对平衡组织的影响 按组织区分的铁碳合金相图按组织区分的铁碳合金相图 平衡结晶条件下按组织区平衡结晶条件下按组织区 分的铁碳合金相图见右图分的铁碳合金相图见右图 第四章第四章铁碳合金铁碳合金 44含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 对平衡组织的影响对平衡组织的影响 铁碳合金成分与组织的关系铁碳合金成分与组织的关系 同一种相生成条件不同其形态有很大差别同一种相生成条件不同其形态有很大差别 第四章第四章 铁碳

30、合金铁碳合金 对机械性能的影响对机械性能的影响 4 44 4含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 含碳量对平衡状态下碳钢机械性能的影响含碳量对平衡状态下碳钢机械性能的影响 第四章第四章 铁碳合金铁碳合金 4 44 4含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 对工艺性能的影响对工艺性能的影响 对切削加工性能的影响对切削加工性能的影响 可锻性可锻性 铸造性铸造性 流动性流动性 收缩性收缩性 枝晶偏析枝晶偏析 第四章第四章 铁碳合金铁碳合金 4 45 5钢中的杂质元素及钢锭组织钢中的杂质元素及钢锭组织 锰和硅的影响锰和硅的影响 硫的

31、影响硫的影响 磷的影响磷的影响 氮的影响氮的影响 氢的影响氢的影响 氧及其它非金属夹杂物的影响氧及其它非金属夹杂物的影响 钢锭的组织及其宏观缺陷钢锭的组织及其宏观缺陷 镇静钢镇静钢 沸腾钢沸腾钢 第五章第五章 三元合金相图三元合金相图 5 51 1三元合金相图的表示方法三元合金相图的表示方法 成分三角形成分三角形 成分三角形中具有特定意义的直线成分三角形中具有特定意义的直线 第五章第五章 三元合金相图三元合金相图 5 52 2三元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则 直线法则直线法则 杠杆定律杠杆定律 成分三角形中的特性线成分三角形中的特性线 第五章第五章 三元合金相图三元合金相图 52三

32、元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则 5.2.25.2.2重心法则重心法则 成分为成分为N N的合金在某温度处于的合金在某温度处于三三 相平衡，若相平衡，若相成分点是相成分点是D D，相成分相成分 点是点是E E，相成分点是相成分点是F F，则：合金的，则：合金的 成分点必定位于成分点必定位于DEFDEF三点所连成的三点所连成的 DEF DEF 重心重心( (质量重心质量重心) )位置位置, ,且合金的且合金的 质量质量W WN N与与三相的质量三相的质量W W W WW W 有如下关系：有如下关系： 这就是三元合金相图的重心法则。这就是三元合金相图的重心法则。 三元系中的重心法则三元系

33、中的重心法则 第五章第五章 三元合金相图三元合金相图 53三元匀晶相图三元匀晶相图 相图空间模型相图空间模型 固溶体合金的结晶过程固溶体合金的结晶过程 （a）液、固相成分变化）液、固相成分变化 （b）两相成分变化在成分）两相成分变化在成分 三角形的投影三角形的投影 第五章第五章 三元合金相图三元合金相图 等温等温截截面面( (水平截面水平截面) ) 变温截面（垂直截面）变温截面（垂直截面） 投影图投影图 Fe-C-SiFe-C-Si三元系的变温截面三元系的变温截面 Fe-C-CrFe-C-Cr三元系的等温截面三元系的等温截面 5 53 3三元匀晶相图三元匀晶相图 第六章金属的塑性变形和再结晶第

34、六章金属的塑性变形和再结晶 塑性是金属的一个重要特征塑性是金属的一个重要特征 本章研究内容：本章研究内容： 在力的作用下，金属产生塑性变形及组织与性能的变化。在力的作用下，金属产生塑性变形及组织与性能的变化。 在加热时，冷塑性变形金属的变化规律在加热时，冷塑性变形金属的变化规律回复、再结回复、再结 晶和晶粒长大晶和晶粒长大 。 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 61 1金属的变形特征金属的变形特征 弹性极限弹性极限ee 屈服极限屈服极限ss 条件屈服极限条件屈服极限0.20.2 抗拉强度极限抗拉强度极限 bb 延伸率延伸率 断面收缩率断面收缩率 E E正变弹性模量正

35、变弹性模量 刚度刚度 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 62 2单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形方式：滑移、孪晶（孪生）。单晶体的塑性变形方式：滑移、孪晶（孪生）。 滑移滑移 滑移系滑移系 滑移面滑移面 滑移方向滑移方向 金属塑性与滑移系的关系金属塑性与滑移系的关系 滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力 取向因子取向因子软位向软位向 硬位向硬位向 滑移时晶体转动滑移时晶体转动多系滑移多系滑移 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 62 2单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 6.2.26.2.2滑移的位错机制滑移的位错机制 1.

36、1.位错的运动与晶体的滑移位错的运动与晶体的滑移 2 2位错的增殖位错的增殖 3 3位错的交割与塞积位错的交割与塞积 6.2.36.2.3孪生孪生 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 62 2单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 孪生孪生 孪晶孪晶 1 1孪生的切变过程孪生的切变过程 2 2孪生的主要特点孪生的主要特点 在切应力下发生，孪生的在切应力下发生，孪生的kk远大于滑移时的远大于滑移时的kk。 hcphcp易发生孪生，易发生孪生，bccbcc也发生孪生，也发生孪生，fccfcc不易发生孪生。不易发生孪生。 孪生变形速度快。孪生变形速度快。 孪生变形可激发滑移变形。

37、孪生变形可激发滑移变形。 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 63 3多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 6.3.16.3.1多晶体塑性变形的特点多晶体塑性变形的特点 各晶粒滑移系开动的时序性各晶粒滑移系开动的时序性 多晶体塑性变形时各晶粒的协调性多晶体塑性变形时各晶粒的协调性 多晶体塑性变形具有不均匀性多晶体塑性变形具有不均匀性 6.3.26.3.2晶粒大小对塑性变形的影响晶粒大小对塑性变形的影响 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 64 4塑性变形对金属组织与性能的影响塑性变形对金属组织与性能的影响 6.4.16.4.1塑性变形对金属组织结

38、构的影响塑性变形对金属组织结构的影响 1 1显微组织的变化显微组织的变化 2 2亚结构细化亚结构细化 3 3变形织构变形织构 4 4残余应力残余应力 6.4.26.4.2塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响 1 1对金属机械性能的影响对金属机械性能的影响 加工硬化加工硬化 2 2对金属物理、化学性能的影响对金属物理、化学性能的影响 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 65 5冷变形金属的回复与再结晶冷变形金属的回复与再结晶 6.5.16.5.1回复回复 6.5.26.5.2再结晶再结晶 6.5.36.5.3再结晶温度及影响因素再结晶温度及影响因素 1 1变

39、形程度变形程度 2 2金属的纯度金属的纯度 3 3原始晶粒度原始晶粒度 4 4加热时间和加热速度加热时间和加热速度 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 65 5冷变形金属的回复与再结晶冷变形金属的回复与再结晶 6.5.46.5.4再结晶晶粒大小的控制再结晶晶粒大小的控制 1 1变形程度变形程度 2 2原始晶粒度原始晶粒度 3 3杂质与合金元素杂质与合金元素 4 4变形温度变形温度 5 5退火温度退火温度 6.5.56.5.5晶粒长大晶粒长大二次再结晶二次再结晶 第六章金属的塑性变形和再结晶第六章金属的塑性变形和再结晶 6 66 6金属的热加工金属的热加工 6.6.16

40、.6.1金属的热加工与冷加工金属的热加工与冷加工 6.6.26.6.2热加工对金属组织与性能的影响热加工对金属组织与性能的影响 1 1改善铸锭和钢坯的组织改善铸锭和钢坯的组织 2 2形成纤维组织形成纤维组织 3 3形成带状组织形成带状组织 4 4晶粒大小晶粒大小 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 71 1概述概述 7.1.17.1.1热处理及其作用热处理及其作用 热处理工艺示意图热处理工艺示意图 热处理热处理热处理的作用热处理的作用 热处理原理热处理原理热处理工艺热处理工艺 7.1.27.1.2钢的临界温度钢的临界温度 加热和冷却速度为加热和冷却速度为0.25/m

41、in 时对临界温度的影响时对临界温度的影响 钢的临界温度钢的临界温度 钢的实际临界温度钢的实际临界温度 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 72 2钢在加热时的转变钢在加热时的转变 7.2.17.2.1奥氏体形成的热力学条件奥氏体形成的热力学条件 自由能G 温度t/ T0(A1=727/)C C T1 T GP G P G 7.2.27.2.2奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程 奥氏体化过程奥氏体化过程 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 72 2钢在加热时的转变钢在加热时的转变 7.2.37.2.3奥氏体形成速度奥氏体形成速度 共析钢奥氏

42、体等温形成图共析钢奥氏体等温形成图 7.2.47.2.4影响奥氏体形成速度的因素影响奥氏体形成速度的因素 1 1加热温度的影响加热温度的影响 2 2原始组织的影响原始组织的影响 3 3化学成分的影响化学成分的影响 7.2.57.2.5奥氏体晶粒大小及其影响因素奥氏体晶粒大小及其影响因素 1 1奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度 起始晶粒度实际晶粒度本质晶粒度起始晶粒度实际晶粒度本质晶粒度 2 2影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素 （1 1）加热温度和保温时间的影响）加热温度和保温时间的影响 （2 2）加热速度的影响）加热速度的影响 （3 3）含碳量的影响）含碳量的影响 （4 4）合金元

43、素的影响）合金元素的影响 钢中晶粒度标准级别图钢中晶粒度标准级别图 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 73 3钢的过冷奥氏体转变曲线钢的过冷奥氏体转变曲线 7.3.17.3.1过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线 俗称俗称C-曲线，又称曲线，又称TTT图图 C-C-曲线的意义曲线的意义 C-C-曲线的建立曲线的建立 C-C-曲线的分析曲线的分析 影响影响C-C-曲线的因素曲线的因素 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 73 3钢的过冷奥氏体转变曲线钢的过冷奥氏体转变曲线 7.3.27.3.2过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥氏体连

44、续冷却转变曲线 称为称为CCT图图 CCTCCT曲线的意义曲线的意义 CCTCCT曲线的建立曲线的建立 CCTCCT曲线的分析曲线的分析 V VC C-下临界冷却速度下临界冷却速度 V VC C 上临界冷却速度上临界冷却速度 C-C-曲线与曲线与CCTCCT曲线的比较曲线的比较 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 74 4珠光体转变珠光体转变 珠光体转变、特点、分类珠光体转变、特点、分类 7.4.17.4.1珠光体的组织形态与机械性能珠光体的组织形态与机械性能 1.1.片状珠光体片状珠光体 粗片状珠光体：粗片状珠光体：P (P (珠光体珠光体) ) 细片状珠光体：细

45、片状珠光体：S (S (索氏体索氏体) ) 极细片状珠光体：极细片状珠光体：T T（屈氏体）（屈氏体） 机械性能与组织粗细的关系机械性能与组织粗细的关系 片状珠光体的形成过程片状珠光体的形成过程 2 2粒状珠光体粒状珠光体 粒状珠光体粒状珠光体 粒状珠光体形成过程粒状珠光体形成过程 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 75 5马氏体转变马氏体转变 马氏体转变马氏体转变 马氏体马氏体 M M 马氏体转变特征马氏体转变特征 7.5.17.5.1马氏体的组织形态和晶体结构马氏体的组织形态和晶体结构 1 1板条马氏体板条马氏体 2 2片状马氏体片状马氏体 第七章第七章 钢在

46、加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 75 5马氏体转变马氏体转变 7.5.17.5.1马氏体的组织形态和晶体结构马氏体的组织形态和晶体结构 3.3.影响马氏体形态的因素影响马氏体形态的因素 4 4马氏体晶体结构马氏体晶体结构 体心正方体心正方 7.5.27.5.2马氏体的性能马氏体的性能 马氏体具有高强度、高硬度马氏体具有高强度、高硬度 马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。 7.5.37.5.3马氏体转变特点马氏体转变特点 冷速非常大，转变温度低，深度过冷。冷速非常大，转变温度低，深度过冷。 1 1马氏体转变的热力学特点马氏体转变的

47、热力学特点 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 75 5马氏体转变马氏体转变 7.5.37.5.3马氏体转变特点马氏体转变特点 2 2马氏体转变的晶体学特点马氏体转变的晶体学特点 （1 1）无扩散性）无扩散性 （2 2）切变性）切变性 （3 3）共格性）共格性 （4 4）严格的位向关系和惯习面）严格的位向关系和惯习面 3 3马氏体转变的动力学特点马氏体转变的动力学特点 （1 1）马氏体的降温转变（）马氏体的降温转变（2 2）奥氏体的稳定化）奥氏体的稳定化 4 4马氏体的可逆性马氏体的可逆性 7.5.47.5.4马氏体转变应用实例马氏体转变应用实例 7 76 6贝氏体

48、转变贝氏体转变 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 贝氏体转变特点贝氏体转变特点 贝氏体贝氏体 B B 贝氏体分类贝氏体分类 7.6.17.6.1贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态 1 1上贝氏体上贝氏体 2 2下贝氏体下贝氏体 3 3粒状贝氏体粒状贝氏体 7.6.27.6.2贝氏体的机械性能贝氏体的机械性能 第七章第七章 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 7 76 6贝氏体转变贝氏体转变 1 1贝氏体转变的热力学特点贝氏体转变的热力学特点 7.6.37.6.3贝氏体转变特点贝氏体转变特点 2 2贝氏体转变的晶体学特点贝氏体转变的晶体学特点 3 3贝氏体转变的

49、动力学特点贝氏体转变的动力学特点 7.6.47.6.4魏氏组织魏氏组织 第八章第八章 钢的回火转变及合金时效钢的回火转变及合金时效 8 81 1钢的回火转变钢的回火转变 回火回火 1 1马氏体中碳的偏聚马氏体中碳的偏聚 温度温度20-8020-80 2 2马氏体分解马氏体分解 温度温度80-35080-350 3 3残余奥氏体的转变残余奥氏体的转变 4 4碳化物的转变碳化物的转变 温度温度250-400250-400 5 5渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和相回复、再结晶相回复、再结晶 8.1.28.1.2淬火钢回火时机械性能的变化淬火钢回火时机械性能的变化 1 1硬度硬度 回火稳定性回火稳定性 二次硬化二次硬化 2 2强度和塑性强度和塑性 8.1.38.1.3回火脆性回火脆性 第一类回火脆性第一类回火脆性 第二类回火脆性第二类回火脆性 第八章第八章 钢的回火转变及合金时效钢的回火转变及合金时效 8 82 2合金时效合金时效 合金时效合金时效 固溶处理固溶处理 自然时效自然时效 人工