内科大金属学与热处理教案

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※石器时代（公元前10万年）---青铜器时代（公元前3000年）---铁器时代（公元前1500年）---钢的时代---新材料时代宋维锡，金属学，冶金工业出版社，2003，北京.•本课程是考试课，考核方式为闭卷考试（80。作业+考勤（20。※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2.胡德林主编，金属学及热处理，西北工业大学出版社，1如何用金属键来解释金属所具有特性呢？金属具有光泽是因为金属晶体中的自由电子能吸收可见光的能量并跳到较高能级，当它重新跳回到原来低能级1）晶格：为了便于理解和描述晶体中原子排列的情况，可以近似地（）3）密排六方晶格（HCP）它的晶胞是一个六方柱体，在柱体的每个顶角上，（1）以晶胞的某一结点为原点，过原点的晶轴为坐标轴，以晶胞的边长作（1）以单位晶胞的某一结点为原点，过原点的晶轴为坐标轴，以单位晶胞（2）求出待定晶面在坐标轴上的截距，如果该晶面与某（4）将这三个倒数化为最小整数h，k，l，加上圆括号，(hkl)即为待定晶完全相同，只是空间位向不同。这样的一组晶面称为晶面族，用{hkl}表示。例※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※(2)线缺陷：其特征是在两个方向上的尺寸很小，另图位错线并不是一个原子列，而是一个晶格畸变用“ㅗ”表示。半原子面在滑移面以下的称负位如图，晶体的上半部分已经发生了局部滑移，左边是未滑移区，右边是已滑移区，原子能的影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。从σ-ρ关系可以看出，减少或增加位错密度都可以提高金属的在多晶体中，由于各晶粒之间的存在着位向差（相邻晶粒间的位向差通常为30°~40°),故在不同位向的晶粒之间存在着原子无规则排列的过渡层，这个※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※⒈了解金属结晶的现象,结晶过程的宏观现象,金属结晶的微观过程,※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※缓慢冷却下来，记录温度随时间变化的曲线，称为冷却曲线.。从冷却曲线上可界散失，温度也连续下降；当温度降到理论结晶温度Tm时，液态纯金属并未当液态金属过冷至理论结晶温度以下的实际结晶温度时，晶核并未立即产综上所述，形核要在一定的过冷条件下才可能，这时在液体中客观存在的如前所述．液态金属均匀形核所需的过冷度很大，约0.2Tm。例如纯铁均非均匀形核的形核率与均匀形核相似，但除受过冷度和温度的影响外，还受固态杂质的核功很小，因此在较小的过冷度条件下形核。功与θ角有关，θ角越小，形核功越小，形核接触角相同的情况下，晶核体积随界面曲率的※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※⒉掌握液固界面前沿液体中的温度梯度,晶体生长的界面形状与晶体形态,长大※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※晶体长大的方式和长大速度主要取决于液一固界面前沿的温度分布状况和晶体的长大是通过液体中单个并按照晶面原子排列的要求与晶体表面原子(2)粗糙界面的情况：具有粗糙界面的晶体，在正的温度梯度下成长时，其(沿一定晶向)，同时在这些晶枝上体的这种生长方式称为树枝状生晶粒大小对金属的机械性能有制铸造和焊接时的结晶条件来控制2）变质处理：就是在液态金属中加入变质剂，在金属液中形成大量的固体3）振动、搅拌处理：在液态金属结晶时，采用机械振动、超声波振动或电※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※在细晶区形成的同时，模壁温度不断升※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※通常以元素电负性作为合金组元原子间的电化学亲和能力及其形成化合物当组元电负性相差不大时，Δr越小，越容易形成固溶体，反之，容易形成溶解度随电负性差的减小而增大。电负性大小与元素在周期表中的位置有称为γ相；电子浓度为7/4（21/12）时，晶体这是一类由过渡族金属与原子半径很小的非金属形成稳定性较高的金属间（1）Fe3C通常称为渗碳体，正交晶系，每个碳原子分布于6个铁原子※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※％，％，而温度较低的转折点对应凝固的终结温度。这说明3个合金的凝固与纯金属不设两相相对量分别为：WL、Wα,则有：WL•x/+Wα•x//=1•K相区：单相区L、α,两相区L+α相α,保持L+α两相平衡直至冷却到固相线温度为止。主要依靠结构起伏和能量起伏形核，但由于开始析出相α与原合金成分不液-固线的距离等因素。严重的枝晶偏析将恶化合金的性能，生产上常把有枝晶※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※共晶转变结束后，相组成为α、β,相对量为：组织为(α+β)共晶体，相对量为100%。和β相上长大，无法区分，故结晶结束后，相组成为α、β,组织组成为(α+β)共晶转变结束后，相组成为：α、β,其相对量为：WWL=1-60.5%=39.5%组织组成为α、(α+β),其相对量为：W1-72%=28%线：ACB：液相线；AEDB：固相线；EDC：包晶转变线；EP、DQ：固溶线1点以上，液相；1~2点，由液相结晶出α,液相成分沿AC变化，固相成变时α相过量，转变结束后，向组成为α、β,组织组成为α、β。与合金2结晶过程相似，只是包晶反应结束后L相过量。※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※1、相区接触法则：两个单相区之间，必定有一个由（1）主要研究组成相的平衡状态与变化规律，不能提####################################1、在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈件的WNi=50%，铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析5、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是什么形态？6、铋（熔点271.5℃)和锑（熔点630.7℃)在液态和固态时均能彼此无限互溶，WBi=50%（2）从相图上确定含锑量为WSb=40%的合金开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400℃合金、组元、固溶体、金属化合物、相图、相律、枝晶偏析、共晶转变、比重※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※(1)在HJB水平线（1495℃)发生包晶转变：(2)在ECF水平线（1148℃)发生共晶转变：(3)在PSK水平线（727℃)发生共析转变：γ中将析出Fe3C，称为二次渗碳体Fe3CII，以区别于从液体中经CD线结晶※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2.了解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,对机械性※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※在α中的溶解度达到饱和，在7点以下，将从α中析出三次渗碳体Fe3CIII。相γ。冷至3点（727℃)时，在恒温下发生共析转变：合金溶液在1~2点温度区间结晶出δ固溶体。冷却至2点（1495℃)时，δ固溶体的含碳量为0.09%，液相的含碳量为0.53%，此时液相和δ相发生包点（727℃)时，剩余γ的含碳量达到0.77%，在恒温下发生共析转变形成珠光合金溶液冷却至1点（1148℃)时，在恒温下发生共晶转变：它通常依附于共晶Fe3C上而不能分辨。温度降到2点（727℃)时，共晶γ共晶转变产物Ld的形态特征，但组成相γ已发生了转变，因此称为变态莱氏合金溶液在1~2点温度区间结晶出γ固溶体，此时液相成分沿BC线变成分达到共晶成分，在恒温下发生共晶转变，形成Ld。在2点以下，初晶γES线降低。温度降到3点（727℃)时，所有γ都发生共析转变成为珠光体。在变化，由分布在α的基体内（如P）,变为Fe3C是个强化相。如果合金的基体是α,则若Fe3C的量越多，分布越均成的。随着含碳量的增加，组织中P的数量相应地增上，起到了强化作用，因而使P具有较高的强度和硬度，但塑性较差。过共析渐增加。当含碳量不超过1.0%时，由于在晶界上析出的Fe3CII一般还不连成1．锰的影响：锰是作为脱氧去硫的元素加人钢中的％．钢(以锰为脱氧剂的钢)中硅含量很低(小于0.05％)，在镇静钢中，硅作为脱素，含量较高(0.12％—0.37％)．硅增大钢液的流动性。硅除形成夹杂物外还溶于铁素体中，提高钢的强度而塑性韧性下降不明显。但硅含量超过0.8％—1.0%3．硫的影响：硫是钢中的有害元素，它是炼钢中不能除尽的杂质。硫在固低(989)。这种低熔点的共晶体一般以离异共晶的形式分布在晶界上。在对钢进5．氮的影响：长期以来，习惯把氮看作钢中的有害杂质。当含氮较高的钢6．氢的影响：氢对钢的危害表现在两个方面，一是氢溶人钢中使钢的塑性7.氧的影响：氧在钥中的溶解度很小，几乎全部以氧化物形式存在，而且※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※位于此线上的合金,直线对应顶点组元的含量一定.一定在一条直线上.1）一定成分的合金在一定温度下，两相平衡，其中一个u结晶过程中,固相量不断增多,液相量不断减少,固相成分沿固相面上的u两条曲线是不在同一平面上的空间曲线，把它们投影到成分三角形上,Note:不能用杠杆定律计算相对含量tAtBtC分别表示A.B.C三组元的熔点,且tA>tB>tC三个侧面是三个二元共3分别为AB.BC.CA的二元共晶点,且tE1>tE2>tE3.2.线:E1E.E2E.E3E为二元共晶线.冷却过程中,液相成分达到这三条线温度时发生时则,分别发的共晶反应.E点是这三条二元共晶线的交点,因此,成分为E点的液相冷,到tE温度时发生三元共晶反应→A+B+C.E点称为三元共晶点.说明:tAE1EE3tA(L→A),tBE1EE2tB(L→B),tCE2EE3tC(L→C)L→A+B:A1A3E1EA1,B1B3E1EB12E,E3E是二元共晶线的投影.AE,BE,CE是二元共晶曲面与三元共晶面的交线.AE1EE3A,BE1EE2B,CE2EE3C是三个液相面的投影.分别为六个二元共晶曲面的投影作用:1)分析合金的结晶过程.2)确定平衡相的成分和相对量.※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2、比较二元合金匀晶转变过程与三元合金匀晶转变过程的异同。※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※横坐标分别改为应力(σ=P/A0）和应变(ε=（l-l0）/l0即为应力-应变曲线。由于拉伸时，横截面积每时每刻都在改变，而计算应力是一直用原始横截面积若滑移方向位于外力与滑移面法向所组成的平面上(φ+λ=90o则分切应在晶体滑移过程中，存在着位错不断增殖的现象，典型的如弗兰克-瑞德位在切应力作用下，弗兰克-瑞德位错源产生的大量位错沿滑移面的运动过程），生方向)发生，变形后晶体的变形部分与未变形部分以孪晶面为分界面构成了镜孪生与滑移有如下差别：(1)孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行。(2)孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑移后晶体各部分位向均未改变。(3)孪生变形时，孪晶带中每层原子沿孪生方向的※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※主要内容：多晶体塑性变形，合金塑性变形，金※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※（1）溶质原子的原子数分数越高，强化作用也越大，特σ=φασα+φβσφ如钢中珠光体组织，此时，材料性能与两相片层间距有关，也可用霍尔-佩经塑性变形后，金属材料的显微组织发生明显的改变。除了每个晶粒内部出2、第二类内应力，又称微观残余应力，它是变形金属中储存能的绝大部分（80％~90％）用于形成点※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。点缺陷对电阻的贡献远大于位低温回复主要涉及点缺陷的运动。空位或间隙原子移动到晶界或位错处消体积分数>95%）的最低加热温度。它可用金相法或硬度法测定，即以显微镜中T≈δT熔式中温度为热力学温度，δ为一系数，在0.35~0.4之间。d=k※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※_直径D的增长速度dD/dt表示。2、假定有一铜单晶体，其表面恰好平行于晶体的（001）晶面，若在[001]方向3、试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是4、口杯采用低碳钢板冷冲而成，如果钢板的晶粒大小很不均匀，那么冲压后常6、试述金属经塑性变形后组织结构与性能之间的关系，阐明加工硬化在7、金属材料经塑性变形后为什么会保留残余内应力，研究这部分残余内珠光体转变，贝氏体转变，过冷奥氏体的连续冷却转变曲线，马氏体转※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※主要内容：钢在加热时的转变-共析钢奥氏体的形成过程；奥氏体晶粒长大及控※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※部分或全部形成奥氏体，经过适当的冷却使奥ΔG=Gγ-Gp＜0珠光体团界、F亚结构(嵌镶块)界面形核。C→YC1—与Fe3C相接的奥氏体的C%；C2—与F相接的奥氏体的C%；度下C%的浓度平衡，如此历经“破坏平衡”热过热度很小时，通过Fe原子自扩散完成晶格改组。(b)也有人认为，当过热度很大时，α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C(1)原始组织越细，碳化物越分散，珠光体的层片间距越小，相界面越多，合金元素：(1)不影响珠光体转变奥氏体机制。(2)影响碳化物稳定性。(3)影N_1式中，n—放大100倍视野中单位面积内晶粒个数寸=6.45平方厘米)；N—晶粒度级别，奥氏体晶原冶金部标准YB27—64规定：晶粒级为本质粗晶粒钢。本质晶粒度表明了奥氏2、氧化法：将样品抛光，在无氧化条件下加热930℃±10℃,使晶粒充分然后在氧化气氛下短时间氧化，由于晶界比晶内容吞并小晶粒，使总的晶界面积减小，界面能降低，因条件下是一个自发过程。晶粒长大动力和阻力相互作2、加热速度：加热速度快，奥氏体实际形成温度高，形核率增高，由于时1.过热：由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起实际奥氏体晶粒粗大，在随后的淬火或正火得到十分粗大的组通过正火、退火的重结晶可以消除过热组织(非平2.过烧：由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起奥氏体晶※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※主要内容：钢在冷却时的转变-过冷奥氏体的等温转变曲线，等温转变的影响因※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※小非碳化物形成元素如Ni、Si、Cu等和弱碳化物形成元素如Mn只改钢的原始组织越细小，单位体积内晶界越多应力加速其转变，使“C”曲线左移，施加压应力不利其转对奥氏体施以适当的塑性变形，使缺陷密度增加(加速原钢中常见的珠光体有片状珠光体和粒状珠光体两种。此工片状珠光体晶粒尺寸大小可以用片间距大小来表示，相邻两片Fe3C(或F)片状珠光体是F和Fe3C层片相间的机械混合组织。粒状珠光体是粒状Fe3C分布于F基体上形成的混合组织。其中F体晶核的奥氏体中的C原子向与Fe3C相接的奥氏体扩散使其形成珠光体的（3）横向长大：奥氏体晶核内形成一片Fe3C，立刻就有两边F相连，搭成长过程中分枝长大；(2)铁素体与渗碳体具有确定的晶体学位向关系。这两个珠光体团尺寸与珠光体形成温度和原奥氏体晶粒尺寸有关珠光体形成温度铁素体亚结构为位错，亚结构尺寸越细，位错的量越钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区转变的产物，这由钢的冷却转变图(“C性应变能εV减小；碳的脱溶使贝氏体与奥氏体的比容差降低，相变时由于体另外，与珠光体转变相比，贝氏体形成时α相的过饱和程度比珠光体α相的过饱和程度大，新相与母相的弹性应变能εV比珠光体转变时的弹性应变能于Ms和Ps之间。过饱和的平行条状α相和夹于α相(3)光镜下，α相呈条状或针状，少数呈椭圆状或矩形；电镜下清晰可见断(1)形成温度：中高碳钢350℃~Ms；又称低温贝氏体。(3)光镜下，α相呈暗黑色针状或片状，各针状有一定交角；电镜下清晰可见排列成行的粒状或片状Fe3C分布于α相条内，与α相长轴方向交成55°~65°,也可能分布在α相条外。晶核，当其尺寸大于该温度(贝氏体转变温度)下的临界晶核尺寸时，α相晶核不断长大，由于过冷奥氏体所处的温度较低，Fe原子的自扩散困难，只能按共面沉淀成碳化物；(2)低温时C原子在α相内部一定晶面上聚集并沉淀成碳化首先在过冷奥氏体晶界处或晶界附近贫碳区生成贝氏体α相晶核，如图中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度，在较低温度下，C在晶界处发生富间沉淀碳化物的同时，在α相条内也沉淀出少量的多向分布的Fe3C部某些贫碳区形成α相晶核(图6-11a格长大的同时，C原子只能在α相的某些亚晶界或晶面上沉淀为细片状碳化物钢中贝氏体的机械性能主要取决其显微组织形态，即取决于α相和Fe3C（4）贝氏体中α相的亚结构为缠结位错(相变应变产生的)，而且下贝氏（1）碳化物尺寸相同时，其含量(取决于钢的含碳量)越多，强度和硬度越※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※式固溶体。具有体心立方点阵(C%极低钢)牵动奥氏体突出表面。可见马氏体形成是以切变方式实现的，同时以第二类切应力共格切变，即以惯习面为中心马氏体和奥氏体发生对称倾动，这种界面称（3）原子协调移动，原来相邻的原子转变后仍相邻(“军队式转变”)，相{110}α′∥{111}γ(密排面平行)111＞α′∥<110＞γ(密排方向平{110}α′∥{111}γ(密排面平行)110＞α<1.4%时，惯习面为(225)γ；C%＞1.4%时，惯习面为(259)γ;温度Mf；体的转变称为逆转变，逆转变的开始温度为As转变结束温度为Af。区域)；板条块间成大角晶界，块界长尺寸方向与板条马氏体边界平行；每个板<C%＜0.8%时，板条组织逐渐消失并向片状马氏体组织过渡。与奥氏体晶粒的亚结构：孪晶，孪晶的结合部分的带状薄筋是“中脊”(中脊——高密度的位向关系：片状马氏体惯习面接近{225}γ或{259}γ；马氏体和奥氏体符合C%＜0.3%时，板条马氏体；0.3%＜C%＜1.0%时，板条马氏体和片状马氏体混<C%时，全部为片状马氏体组织。并且随着C%增加，残余奥氏体的含量逐渐状→透镜片状→薄板状；亚结构由位错转化为孪晶。这是由于马氏体转变是在→→差达到相变所需的最小驱动力值对应的对于一定成分的合金，T0一定，MsΔG=ΔS(T0-Ms)其中，ΔS为γ(1)C%影响：①化学成分的影响以C%影响最为明显。②C%升高，Ms和Mf均下降，马氏体转变温度区间移向低温，残余奥氏体量增加。③C%增加，解释：①C%增加，溶入到奥氏体中的C原子增加，对奥氏体固溶强化作用增强，马氏体转变的切变阻力增加，相变所需的驱动力增加，Ms下降；②C%氏体转变量越多。(2)马氏体相变引起体积膨胀，施加多向压应力将阻碍马氏体(2)转变过程中增加磁场，转变量的增加趋势与未加磁场相同，撤去磁场，度接近最大值，C%进一步增加，残余奥氏体含量增加(1)相变强化：马氏体切变形成造成晶体内产生大量的微观缺陷(2)固溶强化：C原子过饱和地溶入到α-Fe中产生晶格严重畸变形成畸变(5)孪晶对马氏体强度的贡献：孪晶存在时，马氏体的有效滑移系仅为体心(1)亚结构为孪晶，有效滑移系少。(2)回火时碳化物沿孪晶界不均匀析出增为位错移动提供了余地，而位错开动可以缓解应力集中提高塑性。(3)无显微裂(1)马氏体形成时可缓解或松弛局部应力集中，防止裂纹形成，即使形成裂(2)由于塑性变形区有形变马氏体形成，随着形变量的增加，形变强化指数(1)马氏体比容最大；导致淬火变形、开裂，导致产生残余奥氏体。(2)马氏1.定义：淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留引起过冷奥氏体稳定性提2.产生机理：C、N原子在适当温度下(热稳定化温度)向点阵位错处偏聚，入缺陷(或使缺陷增加)，破坏了母相与新相(或其核坯)之间的共格关系，因而产1.比容变化：马氏体＞回火马氏体＞回火屈氏体＞回火索氏体＞残余奥氏②片状马氏体由于位错较少，除了少量C、N原子向位错线附近偏聚，大②光学显微镜下看不见ε-FexC，易腐蚀成黑色，电子显微镜下可以观察到最终组织：具有一定过饱和度的α相和与其无共格关系的θ-Fe3C碳化物混合对于合金钢，回火过程中形成细小弥散的与α相共格的特殊碳化物，导致这是比较稳定的状态，这些位错网络把板条马氏体晶马氏体回火温度高于250℃时孪晶开始消失，400℃孪晶全部消失，前三个阶段回复就开始发生。回复过程马氏体晶粒空间形态不变(板条状马氏体仍板条状，(3)碳化物长大：温度高于400℃,碳化物已与α相脱离共格关系而聚集球值得指出钢在连续加热回火过程中的各种转变，高温回火：回火索氏体(＜250℃=按回火温度的不同，将回火分成中温回(1)高碳钢(＞0.8%C)100℃左右回火(2)200~300℃回火时出现硬度平台是由于残余奥氏体转变(使硬度上升)和马(3)合金元素能够不同程度上阻碍回火硬度的降低，同时回火时(500~600℃)(1)低温回火时，高碳钢片状马氏体塑性几乎为零，低碳钢具有良好的综合(2)300~450℃回火时钢的弹性极限最高(3)产生第一类回火脆性的工件在更高的温度回火，脆性消失，重新在其脆(1)残余奥氏体转变理论——在此温度回火正是残余奥氏体转变为马氏体或下贝氏体温度区，由于残余奥氏体转变致脆。此观点不能解释低碳钢(含有少量(2)杂质偏聚理论——最近研究发现，第一类回火脆性断口有三种，即①沿(3)可逆性——已产生第二类回火脆性钢回火重新加热快冷，回火脆性消失(4)与原始组织有关，马氏体的第二类回火脆性＞贝氏体的第二类回火脆性＞珠(3)细化晶粒，奥氏体晶粒粗大，单位体积晶界数量减少，杂质在晶界处含####################################10何为第一类回火脆性和第二类回火脆性？它们产生的原因及消除方法是什12金属和合金的晶粒大小对其机械性能有何影响？获得细晶粒的方法有哪本章主要内容：钢的退火、正火转变及应用，钢钢的淬透性的概念、表示方法、影响因素及实际意义，表※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※完全退火是将钢件或钢材加热至Ac3以上20～30℃,经完全奥氏体化后进行缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。它主要用于亚共析钢（wc=0.3~0.6%其目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削完全退火采用随炉缓冷可以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在Ar1碳钢一般为1100～1200℃,合金钢多采用1200～1300℃。保温时间也与偏析程度和钢种有关，通常可按最大有效截面，以每截面厚度25mm保温化。焊接工件的退火温度一般为500～600℃。一些大的焊接构件，难以在加热为450℃,纯铜为270℃,纯铝为100℃。一般来说，形变量越大，再结晶温度度为650～700℃,保温时间为1～3h，冷变形钢再结晶退火后通常在空气中冷正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。当钢中碳的含量为0.6~含碳量ωc<0.25%的低碳钢，通常的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体并配以不同温度回火获得各种需工件加热或冷却时由于内外温差导致热胀冷缩不一致而产生的内应力叫做其从淬火温度极缓慢冷却至Ms之前不发生非马氏体转变并保持零件内外温度均力和组织应力会相互抵消而使工件内不存在淬火应力呢？淬火应力与钢件化学总之，钢的淬火应力是由于淬火加热或冷却过程中工件内外层温度差造成使钢的硬度和强度降低。但淬火温度亦不能超过50～100℃。高合金工具钢含较多强碳化物形成元素，奥氏体晶粒粗化温度高，却速度仍然很高。因此淬火时水温不应超过30℃,加强水循环和工件的搅动可所在温度/℃冷却速度/650~300~10%NaCl浓度的水溶5%Na2CO3浓度的水φ①各冷却速度值均系根据有关冷却速度特性曲线估算的。浓度为10力介于油水之间，冷却特性近于理想淬火介质的新型淬火介质是人们努力的目展有机水溶液作为淬火介质。美国应用浓度为15%聚乙烯醇、0.4%抗粘附剂、点的一定温度后再放入淬火介质中冷却。预热降低了工件进入淬火介质前的温它是先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点温度时，再产即转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变（图它是将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保“分级”温度也可取略低于Ms点的温度，此时由于温度较低，冷却速度较快，它是将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某些温度盐浴中等温保持足够长时※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※基本要求：掌握钢的淬透性，表面淬火与化学热处理工艺及应用，了解其它类※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※质中淬火能否得到全部马氏体则取决于钢的淬透性。淬透性是钢的重要工艺性就是工件的淬透层。而冷却速度小于临界淬火速度的心部只能获得非马氏体组碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。实际工件在具体淬火条件下的淬透因为在其它条件时，Dc值随介质冷却能力而变，介质冷却能力越高，Dc值大。端至喷水口的距离为12.5mm。喷水口的内径为12.5mm，水温为20～30℃,水试样冷却后沿其轴线方向相对两侧面各磨去0.2～0.5mm，然后从试样末端起每a）淬火装置b中温回火温度一般在350～500℃之间，回火的组CY-Fe+HO2→CO+H2CY-Fe+2H2→CH4形变热处理是将塑性变形和热处理有机结合在一起的一种复合工艺。该工高温形变热处理在提高钢的抗拉强度和屈服强度的同时，能改善钢的塑性和韧硬不变形，在500℃时效60min结构钢高温形变淬火不但能保留高温淬火得到的由薄壳状残余奥氏体包围（Io为表面处的涡流强度，e=2.718（2）中频感应加热表面淬火：常用电流频率为250～8000Hz，可获得3~上的硬化层。适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的大工件的表面淬淬火可采用较高的淬火加热温度。高频加热表面淬火比普通加热淬火温度高和高耐磨性。回火方式有炉中回火和自回火。炉中回火温度为150～180℃,时（1）感应加热时，由于电磁感应和集肤效应，工件表面在极短时间里达到（2）感应加热升温速度快，保温时间极短。和一般淬火相比，淬火加热温马氏体，故感应加热表面淬火工件的表面硬度比一般（3）感应加热表面淬火后，工件表层强度高，由于马氏体转变产生体积膨（4）感应加热表面淬火后，工件的耐磨性比普通淬（5）感应加热淬火件的冲击韧性与淬硬层深度和心部原始组织有关。同一（6）感应加热淬火时，由于加热速度快，无保温时间，工件一般不产生氧（7）感应加热淬火的生产率高，便于实现机械化和自动化，淬火层深度又40Cr、40MnB）,用以制造机床、汽车及拖拉机齿轮、轴等零件。很少采用淬透性高的Cr钢、Cr-Ni钢及Cr-Ni-淬火前一般采用正火或调质处理。感应加热淬火也可采用碳素工具钢和低合金####################################7-12写出20Cr2Ni4A钢重载渗碳齿轮的冷、热加工工序安7-15一零件的金相组织是：在黑色的马氏体基体上分布有少量的珠光体组织，####################################※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※（2）工具钢分为刃具钢、量具钢、模具钢。主要碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢（C%≤0.25%）、中碳钢（C%=0.25%~按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为普通钢（S%≤0.055%，P%≤碳素工具钢的牌号以“T＋数字＋字母”表示。钢号前面的“碳”或“T”表示碳素工具钢，其后的数字表示含碳量的千分之几。如平均含碳量为0.8之几表示。凡合金元素的平均含量小于1.5%时，钢号中一般只标明元素符不标明其含量。如果平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5其编号方法与合金结构钢大体相同，区别在于含碳量的表示方法，当碳含量≥ 作用，即与钢液中的硫结合成MnS，从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害％，+FeS三相共晶，其危害性更太。MnS的熔点为1600℃,高于热加工温度，并在高温下具有一定的塑性，故不会孔和缩松。硫能提高钢的切削加工性能。在易销钢中wS=受到重视。氮的有害作用主要是通过淬火时效和应变时效造成的。氮在α—Fe氧在钢中的溶解度非常小，几乎全部以氧化物夹杂的形式存在于钢中，如硫化锰(MnS)、硅酸盐、氮化物且磷化物等到许多碳钢所不具备的优良的或特殊的性质。例如合金钢具有较高的强度和韧素加入到钢中之后或是溶于碳钢原有的相（如铁素体、奥（2）形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形成特殊碳化物或金属合金元素使γ区扩展，与γ一Fe形成无限固溶体，与α-Fe形成有限固溶合，γ区被封闭；超过此含量，则合金不再有α→γ相变，与α-Fe形成无限由此可知，各种合金元素对铁的同素异晶转变的影响是不同的，有的与铁相互作用扩大γ区，有的则相反，缩小或封闭γ相区。据此可将合金元素分为两大类：将扩大γ相区的元素称为奥氏体形成元素；将缩小或封闭γ区的元素Cu等；以溶入α-Fe或γ一Fe中的形碳的情况下，才以原子状态溶入固溶体中，Mn为弱磁据，因此在研究合金元素对相变的影响之前，应当首先了解合金元素对Fe－C这就意味着钢中碳的质量分数不足2％时就会出现共晶莱氏体，例如在Ww=％，合金元素对奥氏作冷却转变的影响集中反映在对过冷奥氏体分解曲线的影变的驱动力。Cr与Mo还阻碍碳的扩散，故推迟贝氏体转变的作用尤为强烈。Ms（单位为℃)=535一317Wc－33WMn－28WCr-17WNi－11WSi－11WMo－11WW解的第二阶段减慢。在碳钢中，实际上所有的碳从马氏体中的析出温度都约在-碳化物于260℃转变为渗碳体，合金元素中唯有Si和Al强烈推迟这一转变，体间重新分配：碳化物形成元素向渗碳体中富集在含有强碳化物形成元素较多的钢中，在回火时可能析出特殊碳化物。如在回火时铁素体的回复与再结晶和变形金属只是前者的晶格畸变是由相变硬化引起的，后者是由冷变形时的加工硬化引起开始再结晶。当往钢中加入Co（Wc。＝2时，可将α相的再结晶温度升高至630℃,几种元素的综合作用可以更显著地提高再结晶温度，例如（WCr+WMo＋WW1～2％时，可把再结晶温度提高至650℃。着重指出的是，不可能用热处理和合金化的方法消除第一类回火脆性，但Si、（1）控制碳化物的尺寸，数量，形状及分布，如用强碳（2）提高基体组织的塑性。固格强化的规律是，随着钢的强度的提高，其（3）提高组织的均匀性。提高组织均匀性的目的在于防止塑性变形的不均※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※对运动，承受长期静载油有一定触用温度要求，如有的（锅炉）使用温度可到260℃以上，而有的则在寒带条件下工作，长期承受低温作用，通常在野外（如根据构件的工作条件和性能要求，构件用钢大多采用低碳钢（Wc≤0.25%)屈服现象是低碳钢所具有的机械性能特点，其表现是在应力一应变曲线k构件用钢的合金化必须在保证构件工作安全可靠的前提下尽可能地提高屈高其耐蚀性。此外，Cr还促使在钢的表面形成致密的氧化膜，将金属表面与腐轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。其中的氏体钢和马氏体钢。常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为6个级别300～450MPa级的普低钢均是在热轧状态下或在正火状态使用，组织为铁18MnMoNb、14MnMoVBRe，由于焊接性好，广泛用于石油化工、中温高压容铸钢中的Wc＝0.15～0.60％，碳的含量过高，塑性的含量与普碳钢相近。硅有改善钢液流动性的作用，WSi比普碳钢略高，约为的铸钢分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，Ⅰ级钢Ws＜0.04％、Wp＜0.04%,Ⅱ级铸钢的Ws<0.05％、Wp＜0.05%,Ⅲ级铸钢的Ws＜0.06％、Wp＜0.06％。（l）机器零件在常温或温度波动不大的条件下，承受反复同向或反复交变（2）机器零件有时承受短时超负荷作用，因而要求机器零件用钢要具有高（3）机器零件工作时往往相互间有相对滑动或滚动，产生磨损（这样会引（4）机器识件的形状往往比较复杂，不可避免地存在不同形式的缺口如台为钢的最重要强化手段。在相同硬度的条件下，淬火回火钢的σ0.2、δ、ψ远高于未淬透（或未淬火）的钢，前者的冲击韧性（图8－8）和疲劳强度（图8-9）也显著优于后者。非马氏体组织的出现对淬火低温回火钢的危害尤大，它对马氏体的形态及其回火后的性能都有很大影响。回火是热处理的最后一道工还具有良好的塑性和韧性，缺口敏感性低，脆性转折温度下降到－6O℃以下，裂韧性下降，有较高的缺口敏感性。如果在高温回上（550—600℃),其组织为火脆性时，钢的韧性即受到很大损害。对于Wc＝0.6～0.7％的碳钢或合金钢，钢淬火后应进行低温回火。巳知马氏体的硬度出现网状碳化物或条状碳化物时，便使接触疲=1.0就可以保证轴承对耐磨性和接触疲劳强度的要求。状或纺锤状。它们的硬度一般均很低，类似无数个微小缺口所谓渗碳钢是指经渗碳处理后使用的钢种，碳氮共渗用钢与渗碳钢大体相（l）齿轮工作时，从啮合点到齿根的整个齿面上均受有脉动的弯曲应力作（2）齿轮工作时，通过板面接触传递动力。在接触应力（4）齿轮工作时，有时还会承受强烈的冲击载荷，要渗碳操作是在910～930℃高温下进行的，为了阻止奥氏体晶粒长大，渗碳为了满足“外硬内韧”的要求，这类钢一般都采用低碳钢，含碳量为0.1~0.25%，经过滲碳后，零件的表面变为高碳的，而心部仍是低碳的，通过淬部淬不透，仍保持原来的珠光体+铁素体组织；这时由于是低碳的，组织中铁素60mm，主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨3．高淬透性渗碳钢。典型钢种为20Cr2Ni4A，这类钢的油淬临界直（1）在铁素体基体上均匀分布的粒状碳化物起弥散强化（2）组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的（3）作为基体组织的铁素体是从淬火马氏％，压或剪切应力的零件，要求心部至少有φ=50％扭转等应力的零件（如轴类零件应力由表面至心部逐渐减少，最大应力位于60mm，含有较多的合金元素，用于制造截3．高淬透性调质钢。典型钢种为40CrNiMoA，这类钢的油淬临界直径为（1）高的弹性极限或屈服极限和高的屈强比(σ0.2/σb)，以保证弹簧有足（2）高的疲劳极限，以保证弹簧在长期的振动和交变应（3）为了满足成形的需要和可能承受的冲击载荷，弹簧钢应具有一定的塑目的是提高弹性极限和屈服极限。一般碳素弹簧钢的含碳量Wc＝0.60—％，对于热成形弹簧，一般可在淬火加热时成形，然后淬火+中温回火，获得回正火酸洗后，先冷拔到一定尺寸，再加热到Ac380～100）℃奥氏体化，接着通过温度为500～550℃的铅浴进行等温冷却，以获得索氏体组织。此时并具有极高强度及一定塑性的弹簧钢丝，常称为白钢丝或琴弦丝，其强度可达（2）冷拔钢丝：这种钢丝也是通过冷拔变形强化，但来经定尺寸。其回火温度一般为250—300℃,时间为lh。应当指出，对于退火状态（l）很高的强度与硬度。轴承元件大多在点接触（滚珠与套圈）或线接触（2）很高的接触疲劳强度：轴承在工作时，滚动体在套图之中高速运转，（3）很高的耐磨性；滚动轴承在高速运转时，不仅轴承钢中含碳量为Wc＝0.95—1.15以保证钢在高的硬度及耐磨性。决Wc＞1.65则将增加残余奥氏体的数量，降低硬度及尺寸稳定性。另外，Cr从化学成分看，滚动轴承钢属于工具钢范畴，所以这类钢也经常用于制造滚动轴承钢的预备热处理是球化退火，钢经下料、锻造后的组织是索氏珠光体组织，调整硬度（HB207～229）便于切削加工及得到高质量的表面。一般加热到790～810℃烧透后再降低至710～720℃保温3～4h，使组织全部球化。滚动轴承钢的最终热处理为淬火+低温回火，淬火切忌过热，淬火后立火、回火后得到极细的回火马氏体；分布均匀细小的粒状碳化物（5%～10%）淬火后立即进行一次冷处理，并在回火及磨削后，于120～※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※<5、中合金（W=5-10%）和高合金（W＞10之分。尤其是刃具钢具有足够高的硬度，一般采用高碳钢，其含碳量约在Wc＝0.65~工具钢的使用寿命与热处理质量有关。一般工具钢均经淬火加低温回火处一般选择在碳化物不完全溶解的温度范围，以保证淬火组织中有适量过剩碳化碳素工具钢是含碳Wc＝0.65～1.35％的高碳钢。因其生产成本低，冷、热碳素工具钢在机加工之前进行预备热处理，采用球化退火机加工之后进行最终热处理，采用淬火+低温回火，组织为回火马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体（一般T7有2～3%，T12有5～8碳素工具钢经最终热处理后，硬度可达HRC60～65，其％，锰、铬、钼的主要作用是提高淬透性；硅、锰低合金刃具钢好硬性虽比碳素刃具钢有所提高，但其工作温度仍不能超过250℃,否则硬度下降，使刃具丧失切削能力。因此，低合金刃具钢只能用于制高速钢中一般含有较多数量的钨元素，它是提高钢红硬性的主要元素,由于含有大量合金元素，虽然合碳量在Wc＝0.7～1.6％之间，但其铸态组织（或退成分是极不均匀的，尤其是处于晶界处的鱼骨状的共晶莱氏体硬度很高（约HRC65～67脆性很大。因此，高速钢通常不能直接在铸态下使用。铸态组织量很多，例如W18C4V钢中高达25～30％，在锻、轧过程中，随变形度增加，（1）高速钢的退火：高速钢锻、轧后应进行退火，其目的是降低硬度，以既850-880℃（Ac1为820～840℃),保温2～4h后以20℃/h的速度缓冷至500~颗粒状的碳化物。高速钢退火温度不能超过A形过程中若塑性不够，可将钢在700～750℃进行短时（2h）高温回火，然后快（2）高速钢的淬火：高速钢淬火加热的最大特点是奥氏体化温度很高。W18Cr4V钢Ac1点约为820℃,如果加热至820～860℃,虽然珠光体转变为奥氏体，但此时奥氏体中碳和合金元素的含量很低，淬火后的硬度只有HRC45~高速钢淬火加热保温时间应保证足够的碳化物溶入