【正文】 M ) 01 時間/sT/ ℃M+A39。 亞（過）析鋼的 A化 —— P → A 后，先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。 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原子擴散和晶格改變的過程。 過共析鋼 x400 第四章 金屬熱處理及材料改性 熱處理 的概念 把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻， 以改變其組織和性能的一種工藝。 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。 (2) FeFe3 C相圖的相 ● Fe3 C （ Cem， Cm，滲碳體） —— 復雜晶體結構 ● 液相 L ● δ 相 （高溫鐵素體 ） —— δ – Fe（ C）固溶體 ● γ 相（ A ，奧氏體） —— γ Fe（ C）固溶體 ● α 相 （ F，鐵素體） —— α Fe（ C）固溶體 (3) 相圖中重要的點和線 液相線 ABCD 固相線 AHJECF 包晶線 HJB，包晶點 J 共晶線 ECF，共晶點 C ?(+Fe3C) 高溫萊氏體 ,Le或 Ld 共析線 PSK， 共析點 S ?(+Fe3C) 珠光體 , P ES線： C在 A中的固溶線 PQ線： C在 F中的固溶線 2．鐵碳合金的平衡結晶過程 FeC 合金分類 工業(yè)純鐵 —— C % ≤ % 鋼 —— % ＜ C % ≤ % 亞共析鋼 ＜ % 共析鋼 ＝ % 過共析鋼 ＞ % 白口鑄鐵 —— % ＜ C % ＜ % 亞共晶白口鐵 ＜ % 共晶白口鐵 ＝ % 過共晶白口鐵 ＞ % 類型 亞共析鋼 共析鋼 過共析鋼 鋼號 20 45 60 T8 T10 T12 碳質(zhì)量分數(shù)／％ 幾種 常見 碳鋼 (1)工業(yè)純鐵 ( C % ≤ % ) 結晶過程 室溫組織 F + Fe3CⅢ (微量 ) 500 第八講 (2)共析鋼 ( C % = % )結晶過程 室溫組織 : 層片狀 P ( F + 共析 Fe3C ) 500 (3)亞共析鋼 ( C % = % )結晶過程 室溫組織 : F + P， 500 (4)過共析鋼 ( C % = % )結晶過程 室溫組織 : P + Fe3CII 400 (5)共晶白口鐵 ( C % = % )結晶過程 室溫組織 : （低溫） 萊氏體 Le′ （ P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ） , 500 萊氏體 Le′ 的性能： 硬而脆 標注了組織組成物的相圖 3．鐵碳合金的 成分 組織 性能關系 含碳量與相的相對量關系 ： C %↑→F %↓ ， Fe3C %↑ 含碳量與組織關系： 圖（ a）和（ b） 含碳量與性能關系 HB：取決于相及相對量 強度： C%=% 時最大 塑性、韌性：隨 C%↑ 而 ↓ 4．鐵碳相圖的應用 鋼鐵選材 ： 相圖 ?性能 ?用途 局限性 相圖反映的是平衡狀態(tài)，與實際情況有較大差異。 1．鐵碳相圖 2．結晶過程 3．成分 組織 性能關系 4． FeFe3 C相圖的應用 鐵碳合金的結晶 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) 強度、硬度低，韌性、塑性好。 2. 合金的工藝性能與相圖的關系 ● 鑄造性能 液固相線距離愈小，結晶溫度范圍愈小（如接近共晶成分的合金），則流動性好，不易形成分散縮孔。 X2合金結晶過程分析 （ 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 相圖與性能的關系 1. 合金的使用性能與相圖的關系 2. ● 固溶體中溶質(zhì)濃度 ↑ → 強度、硬度 ↑ ● 組織組成物的形態(tài)對強度影響很大。 X1合金結晶過程分析 c e f g X1 T,?C t L ? L ? L L+ ? ? 冷卻曲線 ? ? + ? Ⅱ ?Ⅱ 1 2 3 4 { Pb Sn T,?C L ? ? ? + ? L + ? L + ? 183 d X1合金結晶特點 T,?C t L ? L ? L L+ ? ? 冷卻曲線 ? ? + ? Ⅱ ? Ⅱ ，而是經(jīng)過勻晶反應形成單相 ?固相。在該點凝固溫度最低。 ? 轉(zhuǎn)變結果是從一種液相中結晶出兩個不同的固相。 c e 共晶點 表示 d點成分的合金冷卻到此溫度上發(fā)生完全的共晶轉(zhuǎn)變。 66 18 根據(jù)杠桿定律推論， Q? / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4 答：所求 合金在1280 ?時 ?相的相對質(zhì)量為 1/4。杠桿定律 ： 在兩相區(qū)內(nèi)，對應每一確定的溫度 T1，兩相質(zhì)量的比值是確定的。 杠桿定律 Cu Ni Ni% T,?C 20 40 60 80 100 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1083 1455 L ? L+ ? 1 2 a c b a1 b1 c1 T1 T2 1. 在兩相區(qū)內(nèi)，對應每一確定的溫度，兩相的成分是確定的。 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、成份間關系的圖形。所以、對于 FeC二元合金來說，不是一種，而是由不同配比組成的一系列不同成分的合金，所以叫 FeC二元合金系。 ? 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 ? 由兩個或兩個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；由兩個組元組成的合金系叫二元合金系；三個組元組成的合金系叫三元合金系；三個以上組元組成的合金系叫多元合金系。組元可以是元素，也可以是穩(wěn)定的化合物，如Fe3C，在鐵、碳合金中它也可以作為組元 ? 3．相 ? 合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結構、成分基本相同并有明確界面與其它部分分開的均勻組成部分。 材料的同素異構現(xiàn)象 第三章 二元合金相圖及其應用 ? （一）基本概念 ? 在介紹合金的結晶之前，先介紹幾個基本的概念 ： ? 1．合金 ? 是指由兩種或兩種以上元素經(jīng)熔煉、燒結或其它方法組合而成并具有金屬特性的材料。 1. 塑性變形的本質(zhì)和滑移機理。 2. 金屬再結晶時組織和性能的變化。 冷加工時，無 再結晶過程，與前述塑性變形對組織和性能的影響相同， 如產(chǎn)生加工硬化等。 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。 熱加工對組織和性能的影響 1）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機械性能改善。 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 以上溫度進行的變形加工， 如鋼材的熱鍛和熱軋。 加工硬化消除 —— 強度、硬度大大 ↓ ，塑性、韌性大大 ↑ 。 耐蝕性 ↓ 塑性變形后的金屬在加熱時 組織和性能的變化 1． 回復 2． 再結晶 3． 晶粒長大 1. 回復 塑性變形后的金屬在低溫加熱時，發(fā)生 回復過程 （ 去應力退火 ） ： 位錯和點缺陷大大 ↓，內(nèi)應力顯著 ↓ ，強度、硬度略有 ↓ 。 （ 3） 加工硬化 （形變強化 —— 強化材料的手段之一） 加工硬化的原因 塑性變形 → 位錯密度增加，相互纏結 (亞晶界 )，運動阻力加大 → 變形抗力 ↑ 金屬在冷變形時，強度、硬度 ↑ ，塑性、韌性 ↓。 晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構。 ?多晶體變形的特點： （ 1）變形抗力高； （ 2）變形和應力不均勻性； （ 3）晶界和晶粒間位向差共同作用。 幾種晶體結構的變形方式 單晶體的塑性變形究竟以何種方式進行，主要取決于晶體結構和外部條件： 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行，只有在低溫或受到?jīng)_擊時才發(fā)生孿生變形； 密排六方晶格： 以孿生變形為主。 ? 滑移 2）滑移的實現(xiàn) —— 借助于 位錯運動 3）滑移總是沿著原子排列最緊密的原子面進行 6）晶格位向不變 7）滑移的間距是原子間距的整數(shù)倍 4）滑移的結果產(chǎn)生滑移帶 5）滑移伴隨著轉(zhuǎn)動 ?孿生 在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生 切變 ，產(chǎn)生塑性變形。 滑移的特點： 1）滑移只能在切應力的作用下發(fā)生。本次課內(nèi)容 ?單晶體的塑性變形 ?多晶體的塑性變形 一、單晶體的塑性變形 晶體在外力作用下任何晶面的分力： ??晶面 正應力：使晶格發(fā)生彈性變形或斷裂； 切應力：使晶格發(fā)生彈性歪扭或塑性變形。 單晶體金屬在正應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。產(chǎn)生滑移的最 小切應力稱為 臨界切應力 。 孿生的特點： 1）位向發(fā)生改變； 2）切應力大； 3）變形速度快； 4）相鄰原子面的位移量小于一個原子間距。 二、多晶體的塑性變形 ?多晶體的塑性變形主要受晶粒的位向及晶界對位錯運動的阻礙。 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 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。 晶粒拉長，且出現(xiàn) 織構 。 P21，圖 117 （ 4）殘余內(nèi)應力 —— 由金屬內(nèi)部不均勻變形引起 殘余內(nèi)應力的危害 引起零件加工過程變形、開裂。 回復溫度 =（ ~ ） T0 2. 再結晶 塑性變形后的金屬在