【正文】 握α、Ｆｅ 3Ｃ、γ等基本相，熟知相圖中重要點(diǎn)、線的含義 , 能以冷卻曲線及語(yǔ)言文字分析典型合金尤其是鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程，正確利用杠桿定律計(jì)算室溫下鋼的相組分、組織組分的相對(duì)百分含量以及掌握鐵碳合金的成分一組織一性能之間關(guān)系 )。 基本概念 （ 1）過(guò)冷與過(guò)冷度； （ 2）金屬結(jié)晶的充分與必要條件； （ 3）相與組織，相 組分與組織組分； （ 4）勻晶相圖與勻晶轉(zhuǎn)變； （ 5）α Fe，α相與 F； （ 6）γ－Ｆｅ、γ相與 A； （ 7）共晶相圖與共析相圖； （ 8）杠桿定律的適用條件； （ 9）利用杠桿定律計(jì)算合金組織組分的理論依據(jù)是什么？ （ 10）固溶強(qiáng)化與細(xì)晶強(qiáng)化。 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo) 學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)應(yīng)注意的幾點(diǎn) （ 1）注意區(qū)分相與組織，相組分（相組成物）與組織組分（組織組成物）的關(guān)系與區(qū)別 “相” 實(shí)質(zhì)上是晶體結(jié)構(gòu)相同狀態(tài)。因此， 相 與 組織 的區(qū)別就是 結(jié)構(gòu) 與 組織 的區(qū)別， 結(jié)構(gòu) 描述的是原子尺度，而 組織 則指的是顯微尺度。 相 — 是指材料中結(jié)構(gòu)相同、化學(xué)成分及性能均一的組成部分，相與相之間有界面分開(kāi)。 從結(jié)構(gòu)上講，“ 相” 是合金中具有同一原子聚集狀態(tài)，而固相即指具有一定的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 組織 一般系指用肉眼或在顯微鏡下所觀察到的材料內(nèi)部所具有的某種形態(tài)特征或形貌圖像，實(shí)質(zhì)上它是一種或多種相按一定方式相互結(jié)合所構(gòu)成的整體的總稱。 因此，“相”構(gòu)成了“組織”。 相 與 組織 之間的關(guān)系 —— 合金的組織可由單相固溶體或化合物組成，也可由一個(gè)固溶體和一個(gè)化合物或兩 個(gè)固溶體和兩個(gè)化合物等組成。正是由于這些相的形態(tài)、尺寸、相對(duì)數(shù)量和分布的不同，才形成各式各樣的組織。即 組織 可由 單相 組成，也可由 多相 組成。 組織是材料性能的決定性因素。 在相同條件下，不同的組織對(duì)應(yīng)著不同的性能。 7 相組分 與 組織組分 —— 人們把在合金相圖分析中出現(xiàn)的“相”稱為相組分（即相組成物），出現(xiàn)的“顯微組織”就稱為組織組分（即組織組成物）。實(shí)際上相組分就表示“相”，組織組分就表示“組織”。 運(yùn)用聯(lián)想、對(duì)比記憶法進(jìn)一步區(qū)分“相”與“組織” 應(yīng)聯(lián)系二元合金（如Ｆｅ－Ｃ合金）結(jié)晶過(guò)程分析，區(qū)分相組 分與組織組分；應(yīng)對(duì)比不同成分的二元合金（如Ｆｅ－Ｃ合金）結(jié)晶過(guò)程分析，區(qū)分相組分與組織組分；應(yīng)依據(jù)不同成分的二元合金（如Ｆｅ — Ｃ合金）的成分→組織→性能變化規(guī)律，區(qū)分相組分與組織組分。 固溶體合金的結(jié)晶規(guī)律 勻晶反應(yīng)生成固溶體，其平衡結(jié)晶特點(diǎn)是 : （ 1）在一定過(guò)冷溫度下 , 通過(guò)形核、長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行結(jié)晶； （ 2）結(jié)晶是在 變溫下 進(jìn)行的； （ 3）在結(jié)晶過(guò)程中兩相的成分不斷發(fā)生變化，同時(shí)兩相的相對(duì)質(zhì)量比符合杠桿定律。 初生相〔初晶〕與次生相（二次相 初生相是由液體中首先結(jié)晶出來(lái)的固相，亦稱初晶。而次生相系指由固溶體中析出的新固相，亦稱二次相。在同一相圖中，初生相α（或β）與次生相α Ⅱ （或β Ⅱ ）是屬于同一相，但卻形成兩種不同的組織。這是由于它們的形成條件，形態(tài)、數(shù)量、分布等均不相同所致。初生相由于結(jié)晶溫度較高、結(jié)晶條件較好，并以樹(shù)枝狀方式長(zhǎng)大，所以一般較粗大。而次生相是在低溫下僅靠原子擴(kuò)散從固態(tài)下析出，結(jié)晶條件不好，故一般長(zhǎng)得細(xì)小，大多分布于晶界或固溶體中。由于次生相的析出是通過(guò)原子在固溶體中的擴(kuò)散來(lái)完成的，故快冷時(shí)可抑制或阻止次生相 的析出，在室溫下得到過(guò)飽和固溶體。過(guò)飽和固溶體與二次相的析出在工程上具有重要意義。 杠桿定律及其應(yīng)用 杠桿定律表示平衡狀態(tài)下兩平衡相的化學(xué)成分與相對(duì)重量之間的關(guān)系?？捎脕?lái)定量計(jì)算兩平衡相分別占總合金的重量百分?jǐn)?shù)，即各相的相對(duì)重量。亦可用它來(lái)近似確定組織中各組織組分的相對(duì)重量。 運(yùn)用杠桿定律時(shí)要切實(shí)注意： （１） 只適用于平衡狀態(tài)下； （２） 只適用于兩相區(qū)； （３） 杠桿的總長(zhǎng)度為兩平衡相的成分點(diǎn)之間的距離，杠桿的支點(diǎn)一般為合金成分點(diǎn)，杠桿的位置由所處的溫度決定； （４） 當(dāng)用杠桿定律計(jì) 算組織組分時(shí)，必須依據(jù)該合金的平衡結(jié)晶過(guò)程分析，找出與組織相對(duì)應(yīng)的兩相區(qū)，使組織組分與相應(yīng)的相組分相呼應(yīng)，才能進(jìn)而應(yīng)用杠桿定律近似計(jì)算組織組分的相對(duì)百分含量。 共晶反應(yīng) ( 共析反應(yīng)）得到的反應(yīng)產(chǎn)物為共晶體（共析體）組織，其組織特征是兩相相間交替排列，并呈層狀、點(diǎn)狀、球狀和螺旋狀等。其結(jié)晶特點(diǎn)是：亦是在一定過(guò)冷度下，通過(guò)形核與長(zhǎng)大過(guò)程進(jìn)行結(jié)晶；結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行；在結(jié)晶過(guò)程中反應(yīng)相、生成相的成分是恒定的；在三相水平線上不能應(yīng)用杠桿定律；若冷卻速度較快時(shí)，成分 接近共晶合金的亞共 8 晶或過(guò)共晶合金會(huì)抑制初生相的結(jié)晶，形成類似共晶組織的機(jī)械混合物，稱為偽共晶組織。 鐵碳合金中的基本相與基本組織（表 21 示） 鐵碳合金的基本相有鐵素體、奧氏體和滲碳體三種，其中前二種屬于固溶體 , 后者屬于化合物。 鐵素體、奧氏體均具有良好的塑性和韌性，而滲碳體則硬而脆。 由基本相所形成的鐵碳合金的基本組織有鐵素體、奧氏體、滲碳體（一次、二次、三次滲碳體之分）、珠光體、萊氏體（有低溫與高溫萊氏體之分）等五種。其特點(diǎn)歸納列于 表 21。 表 2 – 1 鐵碳合金中的基本組織 鋼的分類，組織組分，相組分及其計(jì)算，如表 22 所示。 鐵碳合金中的五種滲碳體的特征，見(jiàn)表 23 示。 鐵碳合金的分類表，如表 24 所示。 表 22 鋼的分類、組織組分、相組分及其計(jì)算 9 表 2 – 3 鐵碳合金中的滲碳體 表 2 – 4 鐵碳合金的分類 口訣助記法的應(yīng)用 （ 1）如何識(shí)記鐵碳相圖中特性點(diǎn)的合碳量？ “韓探亮（含碳量）爬山，攜帶四個(gè)蛋（ %）。 10 日食其半（ %），爬至 E 點(diǎn)（ %）已無(wú)蛋； 到達(dá)西天（ C 點(diǎn)），‘食點(diǎn)山’（ %）。” （ 2）如何正確、快速地填寫經(jīng)簡(jiǎn)化了的鐵碳相圖呢？ ①以相組分形式填寫相圖 —— 鐵碳相圖“二四五” 鐵碳相圖二四五：二是共晶和共折 ； 四種單相要牢記，液、奧、鐵素、滲碳體； 五個(gè)二相區(qū)易記，兩“單”相會(huì)在一起。 ②以組織組分形式填寫相圖 —— 鐵碳組織圖“四七” 鐵碳組織圖四七，不同之處在晶析； 共晶下面分四區(qū)，共析下面區(qū)分七。 如何利用鐵碳合金相圖分析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程呢？ （ 1）當(dāng)用語(yǔ)言文字描述時(shí)： ①首先畫出所分析成分合金的合金垂線； ②通過(guò)單相區(qū)時(shí)屬于簡(jiǎn)單冷卻； ③通過(guò)兩相區(qū)時(shí)： ｉ、兩平衡相相對(duì)含量隨溫度下降而變化； ⅱ 、兩平衡 相成分分別沿各自相線變化。 ④與三相水平線相交時(shí)，應(yīng)寫明反應(yīng)式、同時(shí)標(biāo)注成分、溫度條件。 （ 2）應(yīng)用冷卻曲線描述時(shí)： ①應(yīng)注明冷卻曲線的溫度、時(shí)間坐標(biāo)； ②單相區(qū)簡(jiǎn)單冷卻，其曲線較陡； ③兩相區(qū)即勻晶轉(zhuǎn)變或二次析出轉(zhuǎn)變時(shí)，其曲線較緩； ④三相區(qū)為一水平線，注意其上應(yīng)寫明反應(yīng)式； ⑤一定注明室溫組織。 教學(xué)參考資料 主教材：《教程》 P26~56； 輔助教材：《指導(dǎo)》 P9~21，《指南》 P30~65； 參考教材： 1. P27~35， 52~87， 2. P20~43， 3. P19~22， 32~58， 4. P29~55， 5. P37~59， 79~92， 6. P75~156。 課程進(jìn)度與學(xué)時(shí)分配 167。 材料的凝固過(guò)程 1h 167。 二元相圖的基本類型 一、相圖的建立，二、勻晶相圖，三、共晶相圖（部分） 2h 167。 二元相圖的基本類型 三、共晶相圖（部分） ~ 七、相圖與性能之間的關(guān)系 2h 167。 鐵碳合金相圖分析 采用討論式課堂教學(xué)法，即首先由學(xué)生提出問(wèn)題，師生之間相互討論， 然后由教師或提問(wèn)題的學(xué)生進(jìn)行小結(jié)，最后教師總結(jié)。 討論式課堂教學(xué)的關(guān)鍵是學(xué)生必須課前充分自學(xué)或預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，這樣 11 才能在課堂上提出問(wèn)題。 3h 3 材料的力學(xué)行為、塑性變形與再結(jié)晶（需 3h） 授課的重點(diǎn)與難點(diǎn) 本章授課的重點(diǎn) 材料在外力作用下會(huì)發(fā)生變形，這種變形通常包括彈性變形與塑性變形兩種．塑性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，而且更為重要的是塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能． 因此本章討論的重點(diǎn)是金屬塑性變形（主要是滑移變形）的特點(diǎn)，塑性變形對(duì)金屬組織、性能的影響（特別是加工硬化）以及回復(fù)與再結(jié)晶的有關(guān)概念。 本章學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及易混肴處 塑性變形（滑移變形）的微觀機(jī)制 —— 即位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)不易接受，應(yīng)結(jié)合觀看電教片“活的位錯(cuò)”等，及時(shí)樹(shù)立起位錯(cuò)的易動(dòng)性的概念。 計(jì)算金屬的再結(jié)晶溫度的經(jīng)驗(yàn)公式，看似簡(jiǎn)單，但在使用時(shí)經(jīng)常出錯(cuò)。應(yīng)注意： （ 1）再結(jié)晶溫度經(jīng)驗(yàn)公式的適用條件，一是僅適用于純金屬，二是計(jì)算時(shí)必須使用絕對(duì)溫度。 （ 2）再結(jié)晶溫度與再結(jié)晶退火溫度的區(qū)別，絕對(duì)不能混為一談。 基本要求 （ 1）熟悉金屬塑性變形（以滑移為主）的特點(diǎn)及其微觀機(jī)制； （ 2）了解塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響，重點(diǎn)掌握加工硬化的定義、機(jī)理及在生產(chǎn)中的實(shí)際意義； （ 3）掌握有關(guān)再結(jié)晶的概念，明確再結(jié)晶溫度及再結(jié)晶退火溫度的確定； （ 4）比較并總結(jié)強(qiáng)化金屬材料的四種基本方式 —— 細(xì)晶強(qiáng) 化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化與加工硬化。 基本概念 （ 1）塑性變形與超塑性變形； （ 2）滑移變形與孿生變形； （ 3）結(jié)晶、再結(jié)晶與重結(jié)晶； （ 4）加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化； （ 5）冷變形加工與熱變形加工； （ 6）去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火； （ 7）再結(jié)晶溫度與再結(jié)晶退火溫度； （ 8）塑性變形的微觀機(jī)制 學(xué)習(xí)方法指導(dǎo) 本章涉及到有關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)較多，既有較深的塑性變形理論，又與生產(chǎn)實(shí)際緊密相連，具有很強(qiáng)的 理論性與實(shí)踐性。學(xué)習(xí)時(shí)一定注意遵循一定的規(guī)律分析與理解教材內(nèi)容，應(yīng)緊密聯(lián)系金工實(shí)習(xí)，則學(xué)習(xí)效果更佳。學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)應(yīng)注意： （ 1）按照材料的 “化學(xué)成分→加工工藝→組織結(jié)構(gòu)→性能→應(yīng)用” 這一主線索去分析和理解冷、熱變形加工（塑性變形）過(guò)程中的各種現(xiàn)象，以便深入理解這些現(xiàn)象的本質(zhì)及加深記憶．表 3－ 1 歸納列出了冷、熱變形加工對(duì)于金屬組織和性能的不同影響。 12 表 31 塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 變形類型 工藝方法 組織變化 性能變化 冷變形 加工 冷軋、拉拔、冷擠壓、冷沖壓、冷鐓等 晶粒沿變形方向伸 長(zhǎng)，形成冷加工纖維組織 趨于各向異性