【正文】 不斷長(zhǎng)大，直至完全結(jié)晶成固態(tài)的過程。 2）金屬結(jié)晶后的 晶粒大小 。 晶粒大小對(duì) 金屬力學(xué)性能的影響 ：細(xì)晶粒金屬具有較高的強(qiáng)度和韌性。 細(xì)化晶粒的措施 ：增大形核率，抑制長(zhǎng)大速率。常用方法有：增加過冷度；變質(zhì)處理；振動(dòng)等。 合金的晶體 結(jié)構(gòu) 1）合金的基本概念： 合金： 一種金屬元素與其它金屬元素和非金屬元素 ，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法結(jié)合成具有金屬特性的物質(zhì)。 組元：組成合金的最基本的獨(dú)立物質(zhì)?？梢允墙饘?、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。 相：合金中具有同一聚集狀態(tài)，同一種結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的均勻組成部分。 組織：用肉眼或借助顯微鏡觀察到材料晶粒內(nèi)部組成相的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布狀態(tài)。 2）合金的組織： 固溶體：合金由液態(tài)結(jié)晶成固態(tài)時(shí)， 一組元溶解在另一組元中，形成均勻的固相 。占主要地位的元素叫溶劑，被溶解的元素叫溶質(zhì)。固溶體的晶格類型保持溶劑的晶格類型。由于溶質(zhì)原子的融入，容劑晶格發(fā)生畸變，使塑性變形阻力增加，導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度、硬 度提高， 塑性、韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。 金屬間化合物：合金組員間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的新 相 ，它的晶格類型和性能不同于任一組元。金屬間化合物具有高熔點(diǎn)、高硬度、脆性大的特點(diǎn)，在合金中主要作為強(qiáng)化相， 用以提高材料的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但塑性、韌性有所降低。 機(jī)械混合物：兩種或兩種以上的相按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù) 組合 成的物質(zhì)。通過調(diào)整固溶體中容質(zhì)含量和金屬間化合物數(shù)量、大小、形態(tài)和分布狀況，可以改變合金的力 5 學(xué)性能。 3）合金的結(jié)晶 ： 二元合金相圖的建立：相圖是表示在極其緩慢冷卻條件下合金系中各種合金 狀態(tài)與溫度、成分之間的關(guān)系的簡(jiǎn)明圖解。它是通過實(shí)驗(yàn)方法建立。 二元合金相圖的分析： 相圖橫坐標(biāo)表示二元合金成分分?jǐn)?shù)，縱坐標(biāo)表示溫度；特性點(diǎn)：純金屬熔點(diǎn)；特性線：液相線、固相線。二元合金結(jié)晶過程： 液相線以上溫度，合金為液相 —— 到達(dá)液相線，合金開始結(jié)晶 —— 液相線、固相線之間，合金液相、固相共存 —— 到達(dá)固相線及一下，合金為固相。 三、本章重點(diǎn) 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 。 合金的晶體結(jié)構(gòu) 。 四、習(xí)題 一、填空題 晶體與非晶體的根本區(qū)別在于（ ） 。 金屬晶格 常見 的基本類型有（ ）、（ ）、（ ）三種 。 實(shí)際金屬的 晶體缺陷有（ ）、（ ）、（ ）三種 。 金屬的晶粒愈細(xì)小， 其強(qiáng)度 （ ），塑性、韌性（ ）。 二、判斷題 無論是純金屬，還是合金，其結(jié)晶過程都是恒溫過程 。（ ） 金屬結(jié)晶的過程 是晶核形成和晶核長(zhǎng)大的過程 。（ ） 一種金屬元素與其它金屬元素或非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法結(jié)合成的物質(zhì)叫合金。（ ） 三、選擇題 一般來說，細(xì)晶粒金屬具有 （ ） 強(qiáng)度和韌性。 A 較高的 B 較低的 C 中等的 實(shí)際金屬的結(jié)晶溫度一般都（ ） 理論結(jié)晶溫度 。 A 高于 B 低于 C 等于 四、名詞解釋 晶體 晶體缺陷 結(jié)晶 合金 固溶體 金屬間化合物 五 、簡(jiǎn)答題 6 實(shí)際金屬中存在的晶體缺陷對(duì)金屬的力學(xué)性能有何影響 ？ 為什么希望得到細(xì)小晶粒組織？如何細(xì)化晶粒？ 第 3 章 鐵碳合金 一、 學(xué)習(xí)目標(biāo) 熟悉 鐵碳合金的基本組織 的特點(diǎn)。 熟悉鐵碳相圖中的相、特性點(diǎn)和特性線。 熟悉典型鐵碳合金結(jié)晶過程和組織轉(zhuǎn)變。 掌握 含碳量對(duì)鐵 碳合金組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能的影響。 二、基本內(nèi)容 鐵碳合金基本組織 1） 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ： δ Fe： 1394186。С以上固態(tài)鐵，體心立方晶格。 γ Fe： 1394186。С — 912186。С固態(tài)鐵，面心立方晶格， 。 α Fe： 912 186。С以下固態(tài)鐵，體心立方晶格。 2） 鐵碳合金基本組織 ： 鐵素體：碳溶于 α Fe 中所形成的間隙固溶體，用符號(hào) F表示 。 力學(xué)性能：塑性、韌性較好，強(qiáng)度、硬度低。 奧氏體：碳溶于 γ Fe 中所形成的間隙固溶體，用符號(hào) A表示。力學(xué)性能：有良好塑性，強(qiáng)度、硬度較低。 滲碳體：是鐵和碳組成的具有復(fù)雜晶格 結(jié)構(gòu)的間隙化合物，用符號(hào) Fe3C 表示。力學(xué)性能：塑性 、韌性幾乎為零 ，硬度 很高 。 珠光體：是鐵素體和滲碳體的 機(jī)械混合物， 用符號(hào) P 表示。力學(xué)性能：介于鐵素體和滲碳體之間，即綜合性能良好。 萊氏體： 1148186。С — 727186。С時(shí)為 奧氏體和滲碳體的 機(jī)械混合物， 用符號(hào) Ld 表示；727 186。С 及以下時(shí)為 珠光體和滲碳體的 機(jī)械混合物， 用符號(hào) Ld’ 表示。力學(xué)性能：與滲碳體相似，即硬度高、塑性差。 鐵碳合金相圖 7 1） 相圖分析 ： 鐵碳合金 相圖 中的相： 液相、 δ 鐵素體、 鐵素體、奧氏體和 滲碳體 。 鐵碳合金相圖中的特性點(diǎn)： C、 E、 P、 S。 鐵碳合金相圖中的特性線： ECF 線、 ES 線、 PSK 線、 GS 線。 2） 典型鐵碳合金結(jié)晶過程和組織轉(zhuǎn)變： 工業(yè)純鐵：含碳量 ≤ %，室溫平衡組織 F。 亞共析鋼：含碳量 %—— %，室溫平衡組織 F+P。 共析鋼：含碳量 %，室溫平衡組織 P。 過共析鋼：含碳量 %—— %，室溫平衡組織 F+Fe3CⅡ 。 亞共晶白口鑄鐵：含碳量 ≥ %—— %，室溫平衡組織 P+ Fe3CⅡ + Ld’。 共晶白口鑄鐵：含碳量 %，室溫平衡組織 Ld’。 過共晶白口鑄鐵：含碳量 ≥ %—— %，室溫平衡組織 Fe3CⅠ + Ld’。 3） 含碳量對(duì)鐵碳合金組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能的影響： 對(duì)平衡組織的影響：隨著含碳量的增加，鐵素體不斷減少，滲碳體不斷增加，滲碳體的形態(tài)和分布有所變化。 對(duì)鋼力學(xué)性能的影響：：隨著鋼中含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性下降， 但當(dāng)含碳量超過 %時(shí)，強(qiáng)度明顯下降。 三、本章重點(diǎn) 含碳量對(duì)鐵碳合金組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能的影響。 四、習(xí)題 一、填空題 寫出鐵碳合金組織的符號(hào)：鐵素體（ ）、奧氏體（ ）、滲碳體（ ）、珠光體（ ）。 鐵碳合金 可以分為（ ）、（ ）、（ ）三種 。 寫出三種鋼的含碳量：亞共析鋼（ ）、共析鋼（ ）、過共析鋼（ ） 。 二、判斷題 碳溶于α Fe 中形成的間隙固溶體，稱為奧氏體 。（ ） 滲碳體的含碳量是 %。（ ） 碳在γ Fe 中的最大溶解度為 %。（ ） 三、選擇題 8 鐵素體為（ ）晶格 。 A 體心立方 B 面心立方 C 密排六方 奧氏 體為（ ）晶格。 A 體心立方 B 面心立方 C 密排六方 滲碳 體為（ ）晶格。 A 復(fù)雜 B 面心立方 C 密排六方 四、名詞解釋 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 鐵素體 奧氏體 滲碳體 五 、簡(jiǎn)答題 簡(jiǎn)述含碳量對(duì)鋼的 組織和 力學(xué)性能影響。 第 4 章 鋼的熱處理 一、 學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變； 掌握 鋼的退火、正火、淬火、回火的工藝特點(diǎn)、主要目的和用途； 了解鋼的表面熱處理。 二、基本內(nèi)容 鋼在加熱和冷卻時(shí) 的組織轉(zhuǎn)變 1） 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變： 鋼的奧氏體化：把鋼加熱到臨界溫度以上，由室溫下組織轉(zhuǎn)變?yōu)?奧氏體。其過程是：奧氏體晶核生成、晶核長(zhǎng)大、殘余滲碳體溶解和奧氏體均勻化。 奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及其控制：加熱溫度愈高和保溫度時(shí)間愈長(zhǎng)，奧氏體晶粒長(zhǎng)的愈粗大，冷卻后鋼的性能愈差，所以要控制奧氏體晶粒的大 小 。 在加熱溫度相同時(shí)，加熱速度愈快，保溫時(shí)間愈短，奧氏體晶粒愈小。 2） 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變： 等溫冷卻轉(zhuǎn)變：將奧氏體化的鋼迅速冷卻到臨界溫度以下的給定溫度等溫保持，使過冷奧氏體 發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，待轉(zhuǎn)變完成后再冷卻到室溫。 共析鋼的等溫冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：在 A1—— 550186。С之間溫度等溫冷卻，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為 9 珠光體組織，內(nèi)部 鐵素體和滲碳體呈片狀，間距愈小，性能愈好；在 550186。С —— Ms之間溫度等溫冷卻，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為貝氏體組織，下貝氏體組織具有較高的強(qiáng)度和硬度、塑性和韌性 ；在 Ms 以下 溫度等溫冷卻，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為 馬氏 體組織， 低碳板條狀馬氏體具有較高的硬度和強(qiáng)度、較好的塑性和韌性，高碳針片狀馬氏體具有很高的硬度、但塑性和韌性很差，脆性大。 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 ：將奧氏體化的鋼在溫度連續(xù)下降過程中使過冷奧氏體發(fā)生組織轉(zhuǎn)變， 冷卻速度不同，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不同 。 鋼的退火和正火 : 1） 鋼的退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，隨后緩慢冷卻獲得接近平衡組狀態(tài)組織。 退火目的：消除偏析、細(xì)化組織、降低硬度、提高塑性、消除殘余應(yīng)力。 應(yīng)用：完全退火用于鑄、鍛、焊、軋件及中碳鋼和中碳合金鋼； 球化退火用于高碳鋼鍛軋件；去應(yīng)力退火用于鑄、鍛、焊、軋件。 2）鋼的正火 ：將鋼加熱到 Ac3 或 Acm 以上 30— 50186。С 溫度，保溫一定時(shí)間，隨后 在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝 。 正火目的：消除網(wǎng)狀滲碳體、細(xì)化組織、改善切削加工性能、降低應(yīng)力。 應(yīng)用：用于中 、低 碳鋼 提高硬度，改善切削加工性 能； 用于高碳鋼 消除網(wǎng)狀滲碳體、為球化退火做準(zhǔn)備。 鋼的淬火和回火 1）鋼的淬火：將鋼加熱到 Ac3 或 Ac1 以上 30— 50186。С 溫度，保溫一定時(shí)間，隨后 以大于臨界 冷卻 速度進(jìn)行冷卻 的熱處理工藝。 淬火目的： 獲得馬氏體或貝氏體組織，以提高鋼的 硬度 和耐磨性。 應(yīng)用：用于中、高碳鋼及中 、高 碳合金鋼提高硬度 和耐磨性。 2）淬火鋼的回火：將鋼加熱到 Ac1 以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理工藝。 回火種類和應(yīng)用： （ 1）低溫回火 (150— 250186。С ）目的是消除淬火應(yīng)力，保持硬度和耐磨性，常用于刃、量、冷模具，軸承 、表面淬火件。（ 2）中溫回火 (350— 500186。С ）目的是提高韌性和彈性，保持一定硬度，常用于 彈簧、熱模具等 件。（ 1） 高 溫回火 (500— 650186。С ）目的是 獲得良好綜合力學(xué)性能 ，常用于 重要構(gòu)件，如傳動(dòng)軸、齒輪、曲軸、連桿等 件。 淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。 10