【正文】 其穩(wěn)定存在的溫度，由低溫到高溫依次用希臘字母 α， β， γ， δ等表示 ?同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是由晶核的形成與晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程完成，新晶核在原晶界處生成 ?同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有過(guò)冷（過(guò)熱）現(xiàn)象，并且轉(zhuǎn)變時(shí)具有較大的過(guò)冷度 ?同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，有相變潛熱產(chǎn)生，在冷卻曲線(xiàn)上出現(xiàn)水平線(xiàn)段，但這種轉(zhuǎn)變?cè)诠虘B(tài)下進(jìn)行的，它與液體結(jié)晶相比具有不同之處 ?同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)常伴有金屬材料體積的變化 四、合金的相結(jié)構(gòu) ?組元 ?合金系 ?相 ?組織 基本概念 ?合金的相結(jié)構(gòu) ?固溶體 置換固溶體 間隙固溶體 ?金屬氧化物 ?機(jī)械混合物 五、合金的結(jié)晶 ? 形成單相固溶體的結(jié)晶冷卻曲線(xiàn) ? 形成單相混合物或共晶體的結(jié)晶冷卻曲線(xiàn) ? 形成機(jī)械混合物的冷卻曲線(xiàn) 六、金屬材料鑄錠組織特征 ?表面細(xì)晶粒區(qū) ?柱狀晶粒區(qū) ?等軸晶粒區(qū) 七、金屬材料塑性變形與再結(jié)晶 ?金屬材料塑性變形 塑性變形實(shí)質(zhì) 冷變形強(qiáng)化 ?回復(fù) ?再結(jié)晶 ?晶粒長(zhǎng)大 八、金屬材料焊接接頭組織 ?焊縫 ?熔合區(qū) ?熱影響區(qū) ?過(guò)熱區(qū) ?正火區(qū) ?部分相變區(qū) ?鐵素體 ? 概念 ：碳溶解在 αFe中形成的間隙固溶體稱(chēng)為鐵素體。 鐵碳合金相圖 第四單元 ?奧氏體 ? 概念 ：碳溶解在 γ－ Fe中形成的間隙固溶體稱(chēng)為奧氏體。 ?珠光體 ?概念 ：是鐵素體與碳光體的混合物 ?符號(hào) ： P ，是鐵素體和滲碳體片層相間，交替排列。 L’d表示 ?溶碳能力 ： C=% ?性能特點(diǎn) ：硬度很高，塑性很差。 對(duì)鋼的性能影響：提高鋼的強(qiáng)度與硬度。 C＜% 工具鋼：主要用于制造各種刀具、模具和量具。 分類(lèi)： 1）、 08~25鋼，屬于低碳鋼 性能：強(qiáng)度、硬度較低、塑性、韌性及焊接性良好； 用途：沖壓件、焊接結(jié)構(gòu)件及滲碳件 如：深沖器件、壓力容器等。 性能：有較高的強(qiáng)度、硬度和彈性； 用途：制造較高強(qiáng)度、耐磨性和彈性的零件 如：氣門(mén)彈簧、彈簧墊圈等 碳素工具鋼： 牌號(hào)： T+數(shù)字（平均含碳量的千分?jǐn)?shù)） 如： T12A：表示平均含碳量為 %的高效優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。 鋼的熱處理方法：退火、正火、淬火、回火及表面熱處理等五種。 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)變溫度： Ms~Mf 轉(zhuǎn)變速度極快； 轉(zhuǎn)變體積發(fā)生膨脹； 轉(zhuǎn)變不徹底。 退火的主要目的是：降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工；細(xì)化晶粒，均勻鋼的組織及成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院蟮臒崽幚碜鹘M織上的準(zhǔn)備；消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防止變形幫開(kāi)裂。應(yīng)用：適用于共析鋼及過(guò)共析鋼。 ?正火 正火概念：將鋼加熱到 Ac3或 Accm以上30500C，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，在空氣中冷卻的工藝方法。 三、淬火方法： ? 單液淬火法：碳鋼一般用水作冷卻介質(zhì)；合金鋼用油作冷卻介質(zhì)。 回火目的： ? 消除內(nèi)應(yīng)力； ? 獲得所需要的力學(xué)性能； ? 穩(wěn)定組織和尺寸 淬火鋼在回火時(shí)組織與性能的變化 ? 馬氏體分解； ? 殘余奧氏體分解 ? 滲碳體的形成 ? 滲碳體的聚集長(zhǎng)大。 ? 調(diào)質(zhì)：生產(chǎn)中常把淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱(chēng)為調(diào)質(zhì)。 表面淬火 對(duì)工件表面進(jìn)行淬火的工藝稱(chēng)為表面淬火。 合金元素對(duì)鋼材熱處理和力學(xué)性能的影響：合金元素對(duì)鋼材的有利作用，主要是通過(guò)影響熱處理工藝中的相變過(guò)程顯示出來(lái)。其中 Ni、 Co和 Mn形成以 γ Fe為基的無(wú)限固溶體， Cr和 V形成以 αFe為基的無(wú)限固溶體。 一、合金元素的存在形式（ 1 ） Ⅰ A 0 H Ⅱ A Ⅲ A Ⅳ A Ⅴ A Ⅵ A Ⅶ A He Li Be B C N O F Ne Na Mg Ⅲ B Ⅳ B Ⅴ B Ⅵ B Ⅶ B Ⅷ B Ⅰ B Ⅱ B Al Si P S Cl Ar K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Pb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 元素周期表 （ 2） 形成鐵基間隙固溶體 ① 對(duì) αFe， 間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙 。 （ 2）過(guò)渡族金屬與碳、氮的親和力、碳化物和氮化物的強(qiáng)度（或穩(wěn)定性）按下列規(guī)律遞減： Hf、 Zr、 Ti、 Ta、 Nb、 V、 W、 Mo、 Cr、 Mn、 Fe 一、合金元素的存在形式（ 3） 其中： ? Ⅳ 、 Ⅴ 族金屬的碳化物與氮化物具有 簡(jiǎn)單的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) ，如 TiC、 VC、 TiN、 TaC等； ? Ⅵ 、 Ⅶ 、 Ⅷ 金屬的碳化物與氮化物具有 復(fù)雜的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) ，如 Cr7C Cr23C W2C、Mo2C、 (W、 Mo、 Fe)6C等。 一、合金元素的存在形式（ 4） 3． 形成金屬間化合物 （ 1）金屬化合物的類(lèi)型通常分為正常價(jià)化合物、電子化合物及間隙化合物三類(lèi)。Al2O MnO非金屬夾雜物一般都是有害的。 一、合金元素的存在形式（ 6） 二、合金元素與鐵和碳的相互作用 及其對(duì) γ層錯(cuò)能的影響（ 1 ） 1． 合金元素與鐵的相互作用 （ 1） γ相穩(wěn)定化元素（奧氏體形成元素） 使 A3降低， A4升高，在較寬的成分范圍內(nèi)，促使奧氏體形成，即擴(kuò)大了 γ相區(qū)。 圖 11 擴(kuò)大 γ相區(qū)并與 γFe無(wú)限互溶的 FeMe相圖 (a)及 FeNi相圖 (b) ② 擴(kuò)展 γ相區(qū) (有限擴(kuò)大 γ相區(qū) )（ 圖 12） ? 雖然 γ相區(qū)也隨合金元素的加入而擴(kuò)大，但由于合金元素與 αFe和 γFe均形成有限固溶體，并且也使 A3（ GS線(xiàn)）降低， A4（ JN線(xiàn)）升高，但最終不能使 γ相區(qū)完全開(kāi)啟。 根據(jù) FeMe相圖的不同 ， 可分為： 封閉 γ相區(qū) (無(wú)限擴(kuò)大 α相區(qū) )； 縮小 γ相區(qū) (不能使 γ相區(qū)封閉 )。但應(yīng)該指出，含 Cr 量小于 7%時(shí)， A3 下降；含 Cr 量大于 7%時(shí)， A3 才上升。 圖 14 縮小 γ相區(qū)的 FeMe相圖 (a)及 FeNb相圖 (b) 2． 合金元素與碳的相互作用 （ 1） 形成碳化物 ? 碳化物形成元素： Fe、 Mn、 Cr、 W、 Mo、 V、Nb、 Ti、 Zr等。非碳化物形成元素均處于周期表 Fe的右側(cè)。 Mo、 W、 V、 Ti、 Nb、 Ta、 Zr均屬于此類(lèi)元素，它們形成的碳化物是： MeX型（ WC、 VC、TiC、 NbC、 TaC、 ZrC）和 Me2X型（ W2C、Mo2C、 Ta2C）。 ? 碳化物形成元素 增加固溶體中碳與合金元素之間的結(jié)合力，降低其活度。 ? 非碳化物形成元素： 如 Ni、 Co等提高 C的活度，即降低了 C在 A中的結(jié)合力，因而使擴(kuò)散激活能下降，擴(kuò)散系數(shù)升高。同時(shí)對(duì)鋼的熱處理亦有較大的影響，如奧氏體化溫度和時(shí)間，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大等。 ?高 Ni鋼易于變形加工， Ni、 Cu和 C等元素使奧氏體層錯(cuò)能提高。 圖 17 （ a）合金元素 Mn對(duì) FeFe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響 ? 縮小 γ相區(qū)的合金元素 (如 Cr、 W、 Mo、 V、 Ti、Si等 )均縮小鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域。 圖 18 合金元素對(duì)共析溫度的影響 ? Me對(duì)共析點(diǎn)（ S）成分的影響 ? 幾乎所有合金元素都使 S點(diǎn)（圖 19） 降低，尤其以強(qiáng)碳化物形成元素的作用最為強(qiáng)烈。 ? 非碳化物形成元素 Co和 Ni等提高碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，增大奧氏體的形成速度。 穩(wěn)定性高的碳化物，要求其分解并溶入奧氏體中，必須提高加熱溫度 ，甚至超過(guò)其平衡臨界點(diǎn)幾十或幾百度。 ?但對(duì)需要具有較多未溶碳化物的合金工具鋼，則不應(yīng)采用過(guò)高的加熱溫度和過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間 。 2． Me對(duì)鋼的過(guò)冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響 ? 主要表現(xiàn)在合金元素可以使鋼的 C曲線(xiàn)發(fā)生顯著變化。 四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（ 8） ? Me的加入對(duì)鋼還有固溶強(qiáng)化的作用 ； ?合金元素只有當(dāng)淬火加熱溶入奧氏體中時(shí)，才能起到提高淬透性的作用 。 ? 合金元素的加入推遲珠光體型轉(zhuǎn)變的同時(shí)還可在連續(xù)冷卻過(guò)程中得到 貝氏體型組織的鋼 。 四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（ 11） ? 合金元素還改變貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)過(guò)程 ，增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?cè)杏?，減慢長(zhǎng)大速度 。 四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（ 14） 圖 115 合金元素對(duì) %C碳鋼的影響 四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（ 15） ? Ms和 Mf點(diǎn)的下降，使得室溫下將保留更多的殘留奧氏體量 （圖116） 。 四、合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響（ 17） ?對(duì)于合金結(jié)構(gòu)鋼，為了降低殘余奧氏體量，需要進(jìn)行附加的處理 ： ?冷處理 就是將淬火后的鋼件在負(fù)溫下繼續(xù)冷卻，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的工藝。 ?當(dāng) Ms點(diǎn)溫度較高時(shí) ，由于滑移的臨界分切應(yīng)力較低，在 Ms點(diǎn)以下形成位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的馬氏體； ?在 Ms點(diǎn)溫度較低時(shí) ，孿生分切應(yīng)力低于滑移臨界分切應(yīng)力，則馬氏體相變以孿生形成孿晶結(jié)構(gòu)的馬氏體。 2．按鋼的用途分類(lèi) （ 1）合金結(jié)構(gòu)鋼： 工程構(gòu)件用鋼（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼）和機(jī)械制造用鋼（合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼和超高強(qiáng)度鋼）。 （ 2）按正火后的組織分： 鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。 二、合金鋼的牌號(hào) （ 2）機(jī)器零件制造用鋼 ? 由三部分組成，即由“二位數(shù)字 +元素符號(hào) +數(shù)字”組成。 ? 合金結(jié)構(gòu)鋼中的 Nb、 Ti、 B 等元素，雖然含量很低，但屬有意加入，故在鋼的牌號(hào)中仍應(yīng)表示出來(lái)。鉻含量以千分之幾計(jì)，其他合金元素按合金結(jié)構(gòu)鋼的合金含量表示。合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。如 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4VCW6Mo5Cr4V2 等，但當(dāng)合金成分不相同時(shí)，對(duì)高碳者牌號(hào)前冠以“ C”字。例如：SM4 SM3Cr2Mo。另外，當(dāng) wSi≤%%、wMn≤2%時(shí)，牌號(hào)中不予標(biāo)出。 ? 易切削非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼 YF35V。 如： 40Cr鋼：表示平均含碳量為 ％，含鉻約為 1％的合金結(jié)構(gòu)鋼。 如： Cr12MoV：表示平均含碳量大于 1％，含鉻約為 12％，含鉬約為 1％，含釩約為 1％的合金工具鋼。 低合金耐鋼：車(chē)輛、塔架 低合金專(zhuān)業(yè)用鋼 ?合金鋼 一、合金滲碳鋼： 20CrMnT： 應(yīng)用：制造變速齒輪、傳動(dòng)軸； 熱處理：滲碳后淬火、低溫回火。 如： 9 SiCr：制造絲錐、板牙、鉸刀等。高耐磨性的高合金工具鋼。 二、合金模具鋼 冷作模具鋼 熱作模具鋼 三、合金量具鋼 ?不銹鋼與耐熱鋼 一、不銹鋼 常用不銹鋼的牌號(hào)有 1 Cr18Ni 0Cr18Ni 1Cr1 00Cr30Mo2。 二、耐熱鋼 ?抗氧化鋼 ?熱強(qiáng)鋼 ?氣閥鋼 ?特殊物理性能鋼： 永磁鋼、軟磁鋼、無(wú)磁鋼、高電阻鋼、合金。一般合金鋼的牌號(hào)前加“ ZG”。 一、 灰口鑄鐵的牌號(hào)及用途 牌號(hào)：灰口鑄鐵的牌號(hào)由“灰鐵”漢語(yǔ)拼音字母 字頭“ HT”及后面的一組數(shù)字組成，數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度。 例如： QT40018： 表示球墨鑄鐵，起最低抗拉強(qiáng)度為 400MPA，最低伸長(zhǎng)率為 18％。 （ 2）用途：常用于制造受熱循環(huán)載荷、要求組織致密、強(qiáng)度較高、形狀復(fù)雜的大型鑄件，如機(jī)床的立柱、柴油機(jī)的氣缸蓋、缸套、排氣管等。后面兩組數(shù)字分別代表最低抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的數(shù)值。牌號(hào)為： KmTb. ?耐熱鑄鐵： 可以在高溫下使用，其抗氧化或抗生長(zhǎng)性能符合使用要求的鑄鐵。牌號(hào)為：ST，常用于化工機(jī)械如管道、閥門(mén)、耐酸泵、反應(yīng)鍋及容器等。主要用于熔煉鋁合金，制造電線(xiàn)、電纜、電器元件、換熱器件及要求制作質(zhì)輕、導(dǎo)熱與導(dǎo)電、耐大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高的機(jī)電構(gòu)件等。牌號(hào)： T 2. 銅合金的分類(lèi)：黃銅、白銅、青銅。 ：牌號(hào)“ Q”，加入其它的元素可以形成：錫青銅、鋁青銅、硅青銅等。 鈦合金： 牌號(hào)“ T”，鈦及鈦合金是一種很有發(fā)展前途的新型金屬材料，已經(jīng)形成了較完整的鈦金屬生產(chǎn)工業(yè)體