【導讀】《1》晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性，如縱向的強度和塑性遠大于橫向等?！?》晶粒破碎，位錯密

　　

【正文】 礎上增加或減少位錯密度，均使強度升高，位錯密度升高是導致 加工硬化 的主要原因。 ⑶ 面缺陷 — 晶界和亞晶界 ，晶粒越細，晶界數(shù)量越多，晶界對塑性變形的抗力越大，晶粒的變形越均勻，致使強度、硬度越高，塑性、韌性越好。 在常溫下晶粒越細力學性能越好 ， 在高溫下晶界穩(wěn)定性差而晶粒越細高溫性能越差 。晶界增加是 細晶強化 的主要原因，位錯密度增加亞晶細化是加工硬化的主要原因。 ⒋ 合金的相結(jié)構(gòu) — 固溶體 和 金屬化合物。 合金、組元、相、組織的概念。 固溶體 分 間隙固溶體 和 置換固溶體 ， 保持溶劑的晶體 結(jié)構(gòu) ，間隙固溶體由過渡族金屬元素與原子半徑很小的非金屬元素（ H、 B、 C、 N、 O 等）組成，為有限固溶體；置換固溶體可形成有限固溶體和無限固溶體。 固溶強化 — 溶質(zhì)原子溶入引起晶格畸變，使強度、硬度提高、塑性、韌性降低的現(xiàn)象。固溶體是合金的基本組成相（基體相），可單獨使用。 金屬化合物 （有金屬鍵結(jié)合，具有金屬特性）分 正常價化合物 、 電子化合物 （前兩種僅出現(xiàn)在有色金屬中）、 間隙化合物 。金屬化合物一般具有很高的熔點、高的硬度和較大的脆性，不能單獨使用（強化相）。在固溶體基體上彌散分布適當?shù)慕饘倩衔?，可提高材料的強度、硬?和耐磨性，即 彌散強化 （或沉淀強化）。 機械混合物 — 由固溶體或金屬化合物混合在一起形成的多相固體組織，性能介于組成相之間（與組元種類、數(shù)量、形態(tài)、大小和分布有關(guān)）。 ⒌ 有機高分子材料的結(jié)構(gòu) 單體、鏈節(jié)、聚合度、聚合反應。單個大分子鏈的形狀分線型分子結(jié)構(gòu) 、 支鏈型分子結(jié)構(gòu) 和 體型分子結(jié)構(gòu) 。線型高分子的聚集狀態(tài)分 晶態(tài) 、 部分晶態(tài) 和 非晶態(tài) ，體型聚合物只能為非晶態(tài)（玻璃態(tài)）。 ⒍ 陶瓷材料的結(jié)構(gòu) 組成相有 晶體相 、 玻璃相 和 氣相 ， 晶體相 常為硅酸鹽、氧化物和非氧化物， 主要決定陶瓷的性能 ； 玻璃相 的主要作用是起 粘結(jié)作用 、 填 充孔隙作用 和降低燒結(jié)溫度 ； 氣相 （氣孔）越少越好，一般為 5%～ 10%，特種陶瓷＜ 5%。大多數(shù)氧化物結(jié)構(gòu)氧離子排列成簡單立方、面心立方和密排六方的晶體結(jié)構(gòu)，正離子位于其間隙中。硅酸鹽結(jié)構(gòu)以硅氧四面體（共價鍵）為基本結(jié)構(gòu)單元組成。 ⒎ 純金屬結(jié)晶是 在恒溫下進行的 ， 結(jié)晶必須過冷 （低于理論結(jié)晶溫度 T0）， 過冷度△T﹦ T0﹣ T1， 冷卻速度越快 ， 過冷度越大 。 結(jié)晶的基本規(guī)律為形核和核長大 ，一個晶核長大成一個晶粒。 結(jié)晶的速度取決于形核率和晶體長大速度 ，過冷度增加形核率和晶體長大速度增加。 形核 分 自發(fā)形核 和 非自發(fā)形核 （異質(zhì)形 核）， 非自發(fā)形核所需過冷度比自發(fā)形核小得多 ，晶體的長大方式主要是 枝晶長大 。 ⒏ 金屬的 同素異構(gòu)（或異晶）轉(zhuǎn)變 — 金屬在固態(tài)下由一種晶格轉(zhuǎn)變成另一種晶格 。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣末?Fe（體心立方）←→γ﹣ Fe（面心立方）←→α﹣ Fe（體心立方）。 具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和溶解度顯著變化是進行熱處理強化的先決條件 。 ⒐ 二元合金相圖有勻晶相圖、共晶相圖、包晶相圖、共析相圖等。二元合金相圖的一般分析方法：⑴ 特性點 （成分、溫度、意義），①熔點 ②共晶點 ③共析點 ④包晶點 ⑤同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點 ⑥溶解度點 ⑵ 特性線 （起點、終點），①液相線 ②固相線 ③共晶線 ④共析線 ⑤包晶線 ⑥溶解度曲線 ⑦金屬化合物垂線 ⑶ 相區(qū) ①單相區(qū) a 液相區(qū) b 固溶體區(qū) c 純組元或化合物垂線 ②兩相區(qū) 兩個單相區(qū)之間必夾一個由這兩個單相組成的兩相區(qū) ⑶三相（區(qū)）等溫線 a 共晶線 b共析線 c 包晶線 ⑷ 典型成分結(jié)晶過程分析 ⒑ 鐵碳合金相圖與鐵碳合金 組成相： 固溶體 ① 鐵素體 — 碳溶在體心立方晶格α Fe 中的間隙固溶體，用符號“ F”或“α”表示。室溫下溶碳量為 %， 727℃溶碳量為 ℃。碳溶在體心立方晶格δ Fe 中的間隙固溶體稱為高溫鐵素體。鐵素體的強度硬度較低，塑性韌性較好。 ② 奧氏體 — 碳溶在面心立方晶格γ Fe 中的間隙固溶體，用符號“ A”或“γ”表示。 1148℃時溶碳量最高為 %。韌性極好。 化合物 ③ 滲碳體 — 鐵和碳的復雜晶格間隙化合物，用“ Fe3C”表示。硬度高，脆性大，強度塑性韌性均很低，是強化相。分共晶滲碳體、共析滲碳體、 Fe3CⅠ 、 Fe3CⅡ 、 Fe3CⅢ 五種滲碳體。 鐵碳合金分類組織： ⑴ 工業(yè)純鐵 ω c≤ ％ ,室溫組織為 F﹢ Fe3CⅢ； ⑵ 鋼 ① 亞共析鋼 %＜ω c＜ %， F﹢ P；② 共析鋼 ω c﹦ %， P； ③ 過共析鋼 %＜ω c＜ %， P﹢ Fe3CⅡ 。⑶ 白口鑄鐵 ① 亞共晶鑄鐵 ω c﹦ %,Le′；③ 過共晶白口鑄鐵 %＜ω c＜ %， Le′﹢ Fe3CⅠ 。 含碳量與鋼的相、組織、性能之間的關(guān)系： ω c↑ ， 鐵素體相↓ ， 滲碳體相↑ ； 組織 F﹢ P→ P→ P﹢ Fe3CⅡ ； 硬度↑ （與滲碳體相數(shù)量多少有關(guān)，數(shù)量增加硬度增加） ， 塑性、韌性↓ （與鐵素體相數(shù)量多少有關(guān)，數(shù)量增加而增加） ， 強度 對組織敏感 ，當 組織均勻分布 時隨 ω c↑而強度↑ ，當過共析鋼中 形成網(wǎng)狀二次滲碳體時 強度↓ 。（見圖 ） 改變材料性能的主要途徑 ⒈ 金屬的熱處理強化 ⑴ 鋼的熱處理工藝 — 將鋼在固態(tài)下通過加熱、保溫和冷卻，改變其組織性能的一種工藝。 ⑵ 熱處理的特點 ：不改變工件的尺寸和形狀，僅改變組織性能。 ⑶ 熱處理分類 分 普通 （整體） 熱處理 （退火、正火、淬火、回火）、 表面熱處理 （表面淬火，僅改變表層組織性能，不改變化學成分）和 表面化學熱處理 （改變表層的成分而改變組織性能），按熱處理的作用分 預先熱處理 （改善工藝性能 ）和 最終熱處理 （保證使用性能）。 ⒉ 鋼加熱的目的 ：獲得細小均勻的奧氏體晶粒（只有奧氏體才能向低溫的其它組織 F、 P、 B、 M 等轉(zhuǎn)變，細小均勻保證轉(zhuǎn)變后的組織細小，性能好且變形?。?。 ⒊ 保溫的目的 是：①整體熱處理，使其達到工件整體加熱到所需溫度；② 表面化學熱處理，使原子擴散達到所要求的濃度和深度。 ⒋ 鋼的 冷卻 分 等溫組織轉(zhuǎn)變冷卻 和 連續(xù)組織轉(zhuǎn)變冷卻 。等溫冷卻可得到組織類型單一、尺寸均勻的組織；連續(xù)轉(zhuǎn)變則可能得到組織尺寸大小不均、組織類型多樣的（高溫和低溫轉(zhuǎn)變組織）混合組織。 ⒌ 高溫轉(zhuǎn)變 （ A1～ 550℃鼻部） — 珠光體型轉(zhuǎn)變 （ P、 S、 T，無本質(zhì)區(qū)別，僅是片間距不同）， 擴散型轉(zhuǎn)變 （鐵、碳原子均能擴散）。珠光體 P 在 A1～ 650℃，索氏體S 在 650～ 600℃，屈氏體 T 在 600～ 550℃形成。 P、 S、 T 均為片層狀結(jié)構(gòu)，隨轉(zhuǎn)變溫度降低，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的片間距減小，硬度、強度、塑性、韌性均增加。 ⒍ 中溫轉(zhuǎn)變 （鼻部～ Ms） — 貝氏體型轉(zhuǎn)變 （ B 上 、 B 下 ）， 半擴散型轉(zhuǎn)變 （鐵原子不能擴散，只有碳原子擴散）。 貝氏體 — 過飽和鐵素體和滲碳體的非片層狀混合物。 B 上 在 550～ 350℃形成，由稍過飽和鐵素體板條和條間小片狀 Fe3C 組成，羽毛狀特征，性能脆性大無實用價值； B 下 在 350℃～ Ms（ 240℃）形成，由呈一定角度的更過飽和的針片狀鐵素體與其內(nèi)部超細小碳化物片粒組成，針狀特征，強韌性好。 ⒎ 低溫轉(zhuǎn)變 （ Ms～ Mf） — 馬氏體型轉(zhuǎn)變 （ Ms、 A′）， 非擴散型轉(zhuǎn)變 （鐵、碳原子均不能擴散）， 保持奧氏體成分 。 馬氏體 M— 碳在α Fe 中的過飽和固溶體，體心正方晶格，正方度 c/a＞ 1,馬氏體含碳量越高正方度越大，硬度越高。馬氏體形態(tài)有 板條馬氏體 （ω c≤ ％ ,低碳馬氏體或位錯馬氏體，強韌性高）和 針狀馬氏體 （ω c≥ %,高碳馬氏體或?qū)\晶馬氏體， 硬而脆）。 殘余奧氏體 A′ — 馬氏體轉(zhuǎn)變后還沒有轉(zhuǎn)變的奧氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變具有不完全性，不能 100%轉(zhuǎn)變，奧氏體的含碳量越高，則 A′數(shù)量越多。 合金元素 對鋼的硬度影響不大，但使強度升高。奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，體積要膨脹，產(chǎn)生巨大的相變應力。 ⒏ 影響 C 曲線的因素 ：⑴ 含碳量 （ 碳鋼 ）：共析鋼的 C 曲線形狀最簡單，最靠右、亞共析鋼在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)多一條 A→ F 線，隨ω c↑ C 曲線向右下移動；過共析鋼在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)多一條 A→ Fe3CⅡ 線，隨ω c↑ C 曲線向左上移動。⑵合金元素（ 合金鋼 ）：溶入奧氏體的合金元素使 C 曲線①改變位置，阻礙鐵 碳擴散， C 曲線右移；②改變形狀，使 P 區(qū)與 B 區(qū)分開。⑶ 加熱溫度與保溫時間：提高加熱溫度或延長保溫時間 ，提高奧氏體穩(wěn)定性， C 曲線右移。⑷ 未溶碳化物： 促進過冷奧氏體分解降低穩(wěn)定性， C 曲線左移。 ⒐ 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（圖 ） ：⑴ 過冷度與等溫 轉(zhuǎn)變相同 ，組織性能相同；⑵ 共析鋼連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線 沒有中溫轉(zhuǎn)變 ，即轉(zhuǎn)變組織得不到貝氏體，多一條 KK′轉(zhuǎn)變中止線；⑶臨界冷卻速度 VK（上臨界冷卻速度） — 與 C 曲線開始轉(zhuǎn)變線鼻部相切的冷卻速度，是獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。 Vk′ （下臨界冷卻速度） — 與 C 曲線轉(zhuǎn)變 終了線鼻部相切的冷卻速度，是獲得全部珠光體型組織的最大冷卻速度。當 V 冷≤ VK′ 時，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為 全部珠光體型組織 （ P、 S、T）； V 冷 ≥ VK 時，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為 M﹢ A′ ； V 冷 在 VK～ VK′ 之間時，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為 T﹢ M﹢ A′ ，即轉(zhuǎn)變產(chǎn)物可以是高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的混合組織，且粗細不均。⑷ 有些合金鋼 連續(xù)冷卻可以 得到貝氏體 ，組織更復雜，可能為高、中、低溫轉(zhuǎn)變的混合組織 T﹢ B﹢ M﹢ A′ ，如圖 （ b）；或中、低溫轉(zhuǎn)變的混合組織 B﹢ M﹢ A′ ，如圖 （ c）。 ⒑ 鋼的普通 (整體 )熱處理：⑴ 退火 — 將鋼加熱到適當 的溫度保溫，然后緩慢冷卻（常為隨爐冷卻），獲得接近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。分 ① 完全退火 ，加熱溫度為 Ac3﹢（ 20～ 50）℃，即 830～ 880℃，保溫 2～ 5h 后爐冷。退火組織為鐵素體和珠光體，主要用于亞共析（ω c﹦ ～ %）結(jié)構(gòu)鋼，細化晶粒提高力學性能，降低硬度方便切削加工和消除應力。 ② 球化退火 ，加熱溫度為 Ac1﹢（ 10～ 30）℃，短時保溫后緩冷或在 Ar1﹣（ 20～ 30）℃等溫使?jié)B碳體球化。退火組織為球狀珠光體（在鐵素體基體上分布著細小均勻的球狀滲碳體），主要適用于共析鋼、過共析鋼，降低硬度， 提高塑性韌性，改善切削加工性能，為淬火作組織準備，減小最終熱處理時的變形開裂傾向。 ③ 擴散退火 ，加熱溫度為 Ac3﹢（ 125～ 150）℃，即常為 1050～ 1150℃，保溫 10～ 15h后爐冷。其后需進行一次完全退火或正火來細化晶粒。擴散退火使成分均勻化。 ④ 再結(jié)晶退火 ，加熱溫度﹤ A1為 T 再﹢ （ 150～ 250）℃，鋼為 600～ 700℃，保溫 1～ 4h 后爐冷至 550℃出爐空冷。消除冷變形加工時產(chǎn)生的加工硬化，恢復塑性。 ⑤ 去應力退火 ，加熱溫度﹤ A1為 500～ 600℃，保溫后爐冷至 200℃出爐空冷。消除殘余應力。 ⑵ 正火— 將鋼加熱到 Ac3﹢（ 30～ 50）℃ （亞共析鋼） 或 Accm﹢（ 30～ 50）℃ （過共析鋼） ，完全奧氏體化后出爐空冷的熱處理工藝。退火、正火均為高溫轉(zhuǎn)變，正火冷卻快而組織比退火細，且先析相（ F 或 Fe3CⅡ ）的數(shù)量顯著減少，強韌性更高，工藝操作方便經(jīng)濟。當ω c﹤ %時，正火組織為 F﹢ S，且 F 量比退火后的量少；ω c﹦ ～ %時，正火組織為 S，無先析相，稱偽共析組織。細化晶粒，提高硬度，消除網(wǎng)狀二次滲碳體，改善切削加工性能。 ⑶ 淬火 — 將鋼加熱到相變溫度以上保溫奧氏體化后，以﹥ VK的冷卻速度冷卻 ，獲得馬氏體（低溫轉(zhuǎn)變）或貝氏體（中溫轉(zhuǎn)變）組織的熱處理工藝。 淬火使鋼達到較高硬度的狀態(tài) 。 ⒒ 淬火原則： 一淬硬 ； 二淬透 ；三在保證淬硬條件下保證 變形開裂傾向小 。 淬透性— 在規(guī)定條件下獲得淬硬層深度 的能力。它是一種固有屬性，主要與鋼中合金元素有關(guān)。 C 曲線越向右則淬透性越好。臨界直接 （ D0） — 在某種介質(zhì)中淬火心部剛好獲得 50%馬氏體組織時的直徑。在同種介質(zhì)中 D0大則淬透性好。 淬硬層深度 — 工件在具體淬火條件下從表面→內(nèi)層剛好為 50%馬氏體處的深度。與鋼的淬透性、加熱溫度、淬火介質(zhì)、零件尺寸等有關(guān)。 淬硬性 — 鋼在 正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度冷卻形成馬氏體組織所能達到的最高硬度。硬度值越高則淬硬性越好，主要取決于馬氏體的含碳量，即馬氏體的含碳量越高，淬硬性越好。 ⒓ 淬火工藝 ：⑴ 淬火加熱溫度 ：① 亞共析鋼 Ac3﹢（ 30～ 50）℃，淬火組織 M﹢ (A′ )；② 過共析鋼 （ 共析鋼 ） Ac1﹢（ 30～ 50）℃，組織 M﹢粒狀碳化物﹢ A′。⑵ 淬火介質(zhì) ：冷卻速度由快到慢為 鹽堿水＞水＞堿浴、鹽?。居停究諝?。水價廉且冷卻能力強，淬火易變形開裂，用于形狀簡單的碳鋼件；油冷卻能力弱用于合金鋼或尺寸較小的碳鋼件；鹽浴、堿浴冷卻能力介于 水、油之間，常用于形狀復雜、尺