【正文】 3．塑性變形對金屬組織和性能的影響 (1) 晶粒拉長， 纖維組織 → 各向異性 (沿纖維方向的強(qiáng)度、塑性最大） 變形 10% 100 變形 40% 100 變形 80% 纖維組織 100 工業(yè)純鐵 不同變形度 的顯微組織 （ 2） 織構(gòu) 絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，性能出現(xiàn)各向異性。 孿生的特點(diǎn)： 1）位向發(fā)生改變； 2）切應(yīng)力大； 3）變形速度快； 4）相鄰原子面的位移量小于一個(gè)原子間距。 單晶體金屬在正應(yīng)力作用下的變形示意圖 F 單晶體的塑性變形方式：滑移和孿生 滑移的概念：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一 部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）發(fā)生滑動(dòng)。 滑移的特點(diǎn)： 1）滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。 幾種晶體結(jié)構(gòu)的變形方式 單晶體的塑性變形究竟以何種方式進(jìn)行，主要取決于晶體結(jié)構(gòu)和外部條件： 面心立方晶格： 一般不發(fā)生孿生變形； 體心立方晶格： 一般以滑移的方式進(jìn)行，只有在低溫或受到?jīng)_擊時(shí)才發(fā)生孿生變形； 密排六方晶格： 以孿生變形為主。 晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。 耐蝕性 ↓ 塑性變形后的金屬在加熱時(shí) 組織和性能的變化 1． 回復(fù) 2． 再結(jié)晶 3． 晶粒長大 1. 回復(fù) 塑性變形后的金屬在低溫加熱時(shí)，發(fā)生 回復(fù)過程 （ 去應(yīng)力退火 ） ： 位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷大大 ↓，內(nèi)應(yīng)力顯著 ↓ ，強(qiáng)度、硬度略有 ↓ 。 金屬材料的熱加工和冷加工 1． 熱加工對組織和性能的影響 2． 冷加工對組織和性能的影響 1．熱加工對組織和性能的影響 熱加工 —— 在 TR 以上溫度進(jìn)行的變形加工， 如鋼材的熱鍛和熱軋。 3）產(chǎn)生 流線 分布 —— 非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。 2. 金屬再結(jié)晶時(shí)組織和性能的變化。 材料的同素異構(gòu)現(xiàn)象 第三章 二元合金相圖及其應(yīng)用 ? （一）基本概念 ? 在介紹合金的結(jié)晶之前，先介紹幾個(gè)基本的概念 ： ? 1．合金 ? 是指由兩種或兩種以上元素經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的材料。 ? 4．組織 ? 是指用肉眼或顯微鏡所觀察到的不同組成相的形狀、分布及各相之間的組合狀態(tài)稱為組織 ? 5．合金系 ? 由兩個(gè)或兩個(gè)以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金，稱為合金系；由兩個(gè)組元組成的合金系叫二元合金系；三個(gè)組元組成的合金系叫三元合金系；三個(gè)以上組元組成的合金系叫多元合金系。 相圖的建立 1．勻晶相圖 相圖 （平衡圖、狀態(tài)圖） 平衡條件下，合金的相狀態(tài)與溫度、成份間關(guān)系的圖形。杠桿定律 ： 在兩相區(qū)內(nèi)，對應(yīng)每一確定的溫度 T1，兩相質(zhì)量的比值是確定的。 c e 共晶點(diǎn) 表示 d點(diǎn)成分的合金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。在該點(diǎn)凝固溫度最低。 X2合金結(jié)晶過程分析 （ 共晶合金 ） X2 T,?C t L (?+ ?) L (?+ ?) L L?(?+ ?) 共晶體 冷卻曲線 (?+ ?) Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 c e d X3合金結(jié)晶過程分析 （ 亞共晶合金 ） X3 T,?C t L L+ ? (?+ ?)+ ? + ? Ⅱ 1 2 (?+ ?)+ ? Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 c e d L+(?+ ?)+? 標(biāo)注了組織組成物的相圖 3．包晶相圖 包晶轉(zhuǎn)變 ： Ld + ?c ? ?e Pt Ag Ag% T,?C 鉑 銀合金包晶相圖 L ? ? ? + ? L + ? L + ? c e d f g T,?C t L L + ? L + ? ? ? ?+ ? Ⅱ 4. 共析相圖 共析轉(zhuǎn)變 ： ? ? (? + ?) 共析體 A B T,?C ? ? ? ? + ? ? + ? ? + ? c e d L + ? L 相圖與性能的關(guān)系 1. 合金的使用性能與相圖的關(guān)系 2. ● 固溶體中溶質(zhì)濃度 ↑ → 強(qiáng)度、硬度 ↑ ● 組織組成物的形態(tài)對強(qiáng)度影響很大。 1．鐵碳相圖 2．結(jié)晶過程 3．成分 組織 性能關(guān)系 4． FeFe3 C相圖的應(yīng)用 鐵碳合金的結(jié)晶 第七講 1．鐵碳相圖 (FeFe3 C相圖 ) (1) FeFe3 C相圖的組元 ● Fe —— α – Fe、 δ Fe (bcc) 和 γ Fe (fcc) 強(qiáng)度、硬度低，韌性、塑性好。 合金中有兩類基本相 —— 固溶體 和 化合物 組織： 材料內(nèi)部的微觀形貌，體現(xiàn)相的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布。 加熱和冷卻對臨界轉(zhuǎn)變溫度的影響 1．奧氏體的形成 —— Fe， C原子擴(kuò)散和晶格改變的過程。 A等溫轉(zhuǎn)變曲線 (TTT 或 C 曲線 ) 共析鋼的 C 曲線 高溫轉(zhuǎn)變， A1 ~ 550℃ 過冷 A → P 型組織 中溫轉(zhuǎn)變， 550℃ ~ MS 過冷 A →貝氏體 ( B ) 低溫轉(zhuǎn)變， MS ~ Mf 過冷 A →馬氏體 ( M ) 01 時(shí)間/sT/ ℃M+A39。 F 針內(nèi)定向分布著細(xì)小 電子顯微照片 12023 T8鋼，下 B， 黑色針狀 光學(xué)顯微照片 400 亞 （過） 共析鋼 過冷 A的等溫轉(zhuǎn)變 01時(shí)間/sT/ ℃A 1100200300400500600700800100100 10 10 10 102 3 4 5AA → BA → PBPM+A39。 K10圖270 共析 鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的比較及轉(zhuǎn)變組織溫度/℃ 400 10 200 300100V 5 V 800 700 500 60010時(shí)間/s102 3104105 6104V（20℃ ）（50 ℃）Mf（230 ℃）sMCCT 曲 線3VV2C 曲線1A1V 連續(xù)冷卻 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 CCT 和 TTT曲線的比較 CCT 位于 TTT曲線 右下方 CCT中沒有 A→B 轉(zhuǎn)變 爐冷 → P (V ≈０ ) 空冷 → S (V ≤Vk39。 (V≥Vk) 馬氏體（ M）轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 1) 無擴(kuò)散 Fe 和 C 原子都不進(jìn)行擴(kuò)散， M是 體心正方 的 C過飽和的 F， 固溶強(qiáng)化顯著。 C% = ~ % 時(shí)，為 混合 M 。 水冷 → M + A39。 加熱溫度 Ac3 ( Accm ) + 30～ 50℃ ， 空冷 → S （ + F 或 Fe3CII ） 3． 淬火 （蘸火） 加熱到 Ac Ac1以上，保溫，快速冷卻 → M 。 冷卻介質(zhì) 冷卻速度： 鹽水 ＞ 水 ＞ 鹽浴 ＞ 油 淬火方法 單介質(zhì)淬火：水、油冷 雙介質(zhì)淬火：水冷 + 油冷 分級淬火： ＞ Ms鹽浴中均溫＋空冷 等溫淬火（ 在鹽、堿浴中） → 下 B 鋼的淬透性 淬火時(shí)得到 M的能力，取決于臨界冷卻速度 VK 。 低溫回火（ 150～ 250℃ ） → 回火 M ( 過飽和 F +薄片狀 ) + A39。 用于 彈簧等。 目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韌性。 鋼的化學(xué)熱處理 將工件置于特定的介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，以改變表層的化學(xué)成分、組織和性能。 一次淬火 —— 加熱溫度 Ac3以上（心部性能 ↑ ）或 Ac1以上（表面性能 ↑ ） 二次淬火 —— Ac3以上（心部性能 ↑ ） + Ac1以上（表面性能 ↑ ） 低溫回火 , 150～ 200℃ ， 消除淬火應(yīng)力，提高韌性。 第五章 金屬材料 碳鋼的成分和分類 碳鋼的牌號(hào)及用途 碳鋼 碳鋼的成分和分類 １ . 成分 —— w(C) ≤% Mn、 Si → 固溶強(qiáng)化 S → 熱脆 P → 冷脆 O、 N、 H → 強(qiáng)度、塑性、韌性 ↓ ２ . 分類 1）按 C含量分 低 C鋼 w(C) ≤ % 中 C鋼 % ＜ w(C) ≤ % 高 C鋼 w(C) ＞ % 2）按質(zhì)量分（ S、 P含量） —— 普通碳素鋼；優(yōu)質(zhì)碳素鋼；高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。 熱處理 ： 熱軋空冷 組織 ： S＋ F 多邊型角鋼 螺釘、鉚釘 鋼筋、螺紋鋼 建筑構(gòu)件 鋼橋梁 2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào) —— 如 45 鋼，含 C量為 45 / 10000 = % 。 鋼號(hào) C, % Mn, % Si, % S, % ? P, % ? 退火后 HBS, ? 水冷淬火 溫度， ℃ T7 T8 T8Mn T9 T10Mn T10 T12 T13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 187 187 187 192 19 207 207 217 800820 780800 780800 760780 760780 760780 760780 760780 表 34 碳素工具鋼的化學(xué)成分和性能 （淬火后 HRC≥62) (摘自 GB/T12981986) 用途 沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。 特殊性能鋼 —— 不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。合金元素提高淬透性、耐磨性 , 細(xì)化晶粒。 18Cr2Ni4WA，如曲軸、連桿。 40CrNiMo，大截面重載零件，如汽輪機(jī)主軸和葉輪。 鋼號(hào) 主 要 成 分 , % 淬火 油 ℃ 回火 ℃ 機(jī)械性能 ? C Mn Si, Cr ?b MPa ?s MPa ?10 % ak kJ/m2 65 ~ ~ ~ 840 油 500 1000 800 9 450 85 ~ ~ ~ 820 油 480 1150 1000 6 600 65Mn ~ ~ ~ 830 油 540 1000 800 8 800 60Si2Mn ~ ~ ~ 870 油 480 1300 1200 5 800 50CrVA ~ ~ Cr ~ 850 油 500 1300 1150 ?5 9 800 （摘自 GB/T1222－ 1985） 汽車板簧 火車螺旋彈簧 應(yīng)用 65Mn、 60Si2Mn：汽車，拖拉機(jī)，機(jī)車的板簧和螺旋彈簧。 熱處理 球化退火 + 淬火 + 低溫回火 冷處理，時(shí)效（ 120～ 140℃,10 ～ 20h）：穩(wěn)定尺寸，去應(yīng)力。 足夠的韌性 —— 以承受沖擊載荷 （２）低合金刃具鋼 成分 —— w(C) = ~ % ，合金元素＜ 5 % 。 板牙 絲錐 （３）高速鋼 成分 —— w(C) = ~ % ，合金元素＞ 10 % 。 淬火 ， 1280 ℃ —— 增加 A、 M中合金含量，提高熱硬性。 。 應(yīng)用 中小型模具 —— 5CrMnMo 等。 高精度量具 —— GCr1 CrWMn 等。 1． 不銹鋼 2． 耐熱鋼 3． 耐磨鋼 特殊性能鋼 1. 不銹鋼 鋼