【正文】 粒之間的界面 . 第二節(jié) 金屬的結(jié)晶 一 金屬的結(jié)晶過(guò)程 (初次結(jié)晶 ) 1 結(jié)晶 : 金屬?gòu)囊后w轉(zhuǎn)變成晶體狀態(tài)的過(guò)程 . 晶核形成 : 自發(fā)晶核 :液體金屬中一些原子自發(fā)聚集 ,規(guī)則排列 . 外來(lái)晶核 :液態(tài)金屬中 一些外來(lái)高熔點(diǎn)固態(tài)微質(zhì)點(diǎn) . 晶核長(zhǎng)大 :已晶核為中心 ,按一定幾何形狀不斷排列 . *晶粒大小控制 : 晶核數(shù)目 : 多 —細(xì) (晶核長(zhǎng)得慢也細(xì) ) 冷卻速度 : 快 —細(xì) (因冷卻速度受限 ,故多加外來(lái)質(zhì)點(diǎn) ) 晶粒粗細(xì)對(duì)機(jī)械性能有很大影響 ,若晶粒需細(xì)化 ,則從上述兩方面入手 . 結(jié)晶過(guò)程用冷卻曲線描述 ! 2 冷卻曲線 溫度隨時(shí)間變化的曲線 —熱分析法得到 1) 理論結(jié)晶溫度 實(shí)際結(jié)晶溫度 時(shí)間 (s) T(℃ ) 過(guò)冷 : 液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度以下才開(kāi)始結(jié)晶的現(xiàn)象 . 2) 過(guò)冷度 :理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié) 晶溫度之差 . (實(shí)際冷卻快 ,結(jié)晶在理論溫度下 ) 二 金屬的同素異購(gòu)轉(zhuǎn)變 (二次結(jié)晶 \重結(jié)晶 ) 同素異構(gòu)性 —一種金屬能以幾種晶格類型存在的性質(zhì) . 同素異購(gòu)轉(zhuǎn)變 —金屬在固體時(shí)改變其晶格類型的過(guò)程 . 如 :鐵 錫 錳 鈦 鈷 以鐵為例 : δFe(1394℃ )γFe(912℃ )αFe 體心 面心 體心 因?yàn)殍F能同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ,才有對(duì)鋼鐵的各種熱處理 . (晶格轉(zhuǎn)變時(shí) ,體積會(huì)變化 ,以原子排列不同 ) 第三節(jié) 合金的晶體結(jié)構(gòu) 一 合金概念 合金 : 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì) . 組元 :組成合金的基本物質(zhì) .如化學(xué)元素 (黃銅 :二元 )金屬化合物 相 :在金屬或合金中 ,具有相同成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻組成部分 .相與相之間有明顯的界面 . 如 :純金屬 —一個(gè)相 ,溫度升高到熔點(diǎn) ,液固兩相 . 合金液態(tài)組元互不溶 ,幾個(gè)組元 ,幾個(gè)相 . 固體合金中的基本相結(jié)構(gòu)為固溶體和金屬化合物，還可能出現(xiàn)由固溶體和金屬化合物組成的混合物。 根據(jù)溶質(zhì)在溶劑晶格中所占的位置不同，分為： 1） 置換固溶體 溶質(zhì)原子替代溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結(jié)點(diǎn)位置，所形成的 固溶體。 Cu——Ni 溶解度無(wú)限 晶格畸變 ——固溶強(qiáng)化：畸變時(shí)塑性變形阻力增加，強(qiáng)，硬增加。 2） 間隙固溶體 溶質(zhì)原子嵌入各結(jié)點(diǎn)之間的空隙，形成固溶體。溶解度有限。 2 金屬化合物 合金各組成元素之間相互作用而生成的一種新的具有金屬性質(zhì)，可用分子式表示的物質(zhì)。 （ 2）在合金中作強(qiáng)化相，提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性，而塑性、韌性下降，如 WC、 TiC。4 二元合金狀態(tài)圖的構(gòu)成 合金系：由給定的組元可以配制成一系列成分含量不同的合金，這些合金組成一個(gè)合金系統(tǒng) —— 為研究合金系的合金成分、溫度、結(jié)晶組織之間的變化規(guī)律、建立合金狀態(tài)圖來(lái)描述。 實(shí)質(zhì)：溫度 ——成分作標(biāo)圖，是在平衡狀態(tài)下（加熱冷卻都極慢的條件下）得到的。 2 做出每個(gè)合金的冷卻曲線 3 將每個(gè)合金的臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度 —成分坐標(biāo)上，并將相通意義的點(diǎn)連接起來(lái)，即得到 PbSb 合金的狀態(tài)圖。 兩相區(qū)：兩個(gè)相。 c—共晶點(diǎn) *作業(yè)： 第三章 鐵碳合金 167。 固態(tài)：固溶體 金屬化合物 t ℃ 1538 δFe+C ——鐵素體 F 1394 γFe+C——奧氏體 A 912 αFe+C——鐵素體 F s 一鐵素體 碳溶于 αFe 形成的固溶體 ——鐵素體 F 體心立方，顯微鏡下為均勻明亮的多邊形晶粒。 δ=45~50%， HBS= ζb=250Mpa 含碳： 727℃ ， % 二 奧 氏體 碳溶于 γFe 中形成的固溶體 —―A‖ 面心立方 ,顯微鏡下多邊形晶粒 ,晶界較 F 平直 . 性能 :塑性好 ,壓力加工所需要組織 .含碳最高 。2 鐵碳合金狀態(tài)圖 是表明平衡狀態(tài)下含 C 不大于 %的鐵碳合金的成分 ,溫度與組織之間關(guān)系 ,是研究鋼鐵的成分 ,自治和性能之間關(guān)系的基礎(chǔ) ,也是制定熱加工工藝的基礎(chǔ) . 含 C 在工 業(yè)上午實(shí)際意義 ,而含 %時(shí) ,Fe 與 C 形成 Fe3C,故可看成一個(gè)組元 ,即鐵碳合金狀態(tài)圖實(shí)際為FeFe3C 的狀態(tài)圖 . 一鐵碳合金狀態(tài)圖中點(diǎn)線面的意義 1 各特性點(diǎn)的含義 1)A: 純鐵熔點(diǎn) 含 C: 0% 1538℃ 2)C: 共晶點(diǎn) % 1148 3)D: Fe3C 熔點(diǎn) 1600 4)E: C 在 A 中最大溶解度 1148 5)F: Fe3C 成分點(diǎn) 1148 6)G: αFe 與 γFe 轉(zhuǎn)變點(diǎn) 0% 912 7)K: Fe3C 成分點(diǎn) 727 8)P: C 在 αFe 中最大溶解度 727 9)S: 共析點(diǎn) 727 10) Q: C 在 αFe 中溶解度 室溫 2 主要線的意義 1) ACD:液相線 ,液體冷卻到此線開(kāi)始結(jié)晶 . 2) AECF:固相線 此線下合金為固態(tài) 3) ECF:生鐵固相線 ,共晶線 ,液體 —Ld 4) AE: 鋼的固相線 ,液態(tài)到此線 —A 5) GS:‖A3‖ A到此線開(kāi)始析出 F 6) ES:‖Acm‖ A到此線開(kāi)始析出 Fe3CⅡ 7) PSK:‖A1‖共析線 .A 同時(shí)析出 P(F+Fe3C) 3 主要區(qū)域 1) ACE: 兩相區(qū) L+A 2) DCF:兩相區(qū) L+Fe3C1 3) AESG: 單相區(qū) A 4) GPS: A+F 兩相區(qū) 二 鋼鐵分類 1 工業(yè)純鐵 : 含 C% 組織 :F 2 鋼 :含碳 : ~ 共析鋼 含 C=% P 亞共析鋼 含 C% P+F 過(guò)共析鋼 含 C% P+Fe3C11 3 鐵 含 C:%~% 共晶生鐵 % C Ld’ 亞共晶生鐵 % C P+Ld’+ Fe3C11 過(guò)共晶生鐵 % C Ld’+ Fe3C1 三 典型合金結(jié)晶過(guò)程分析 1 共析鋼 L—L+A—AP 2 亞共析鋼 L—A+L—A—A+F—F+P 3 過(guò)共析鋼 L—L+A—A—A+ Fe3C11 Fe3C1+P 4 共晶鐵 L—Ld—Ld’ 5 亞共晶鐵 L—1 點(diǎn) —L+A—A+Ld—P+Ld’ 6 過(guò)共晶鐵 L—1 點(diǎn) —L+Fe3C1—2 點(diǎn) —Ld+ Fe3C1—3 點(diǎn) Fe3C1+Ld’ 四 鐵碳合金狀態(tài)圖的應(yīng)用 1 鑄造 確定澆鑄溫度 選材 : 共晶點(diǎn)附近鑄造性能好 2 鍛造 鍛造溫度區(qū)間 A 3 焊接 焊接缺陷用熱處理改善 .根據(jù)狀態(tài)圖制定熱處理工藝 167。5 常用非金屬材料 一 高分子材料 天然 : 羊毛 橡膠 人工合成 : 塑料 人工橡膠 粘結(jié)劑等 有機(jī)玻璃 尼龍 丙綸 氯綸 商品名 工程塑料 : 環(huán)氧樹(shù)脂 聚甲醛 : 塑料手表中零件 聚酰亞胺 : 絕緣 二 陶瓷 耐磨 耐蝕 脆 刀片 砂輪 三 復(fù)合材料 磨削軟片 : 聚酰亞胺 +金剛石 167。1 概述 一 鋼的熱處理 : 把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進(jìn)行必要的保溫 ,并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫 ,以改變鋼的內(nèi)部組織 ,從而得到所需性能的工藝方法 * 只改變組織和性能 ,而不改變其形狀和大小 .熱處理是改善材料性能的重要 手段之一 ,能提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,延長(zhǎng)機(jī)件壽命 ,節(jié)約金屬材料 ,所以 ,重要機(jī)件都要經(jīng)過(guò)熱處理 . (提問(wèn) :前面學(xué)過(guò)的改善金屬材料性能的手段 —固溶強(qiáng)化 ) 熱處理工藝曲線 : 各種熱處理都可以用溫度 —時(shí)間的坐標(biāo)圖形表示 . 溫度 保溫 臨界溫度 加熱 冷卻 時(shí)間 應(yīng)用廣泛 :機(jī)械制造業(yè)中 70%零件需熱處理 .汽車 拖拉機(jī) 制造業(yè) 70~80% 量具 刃具 模具 滾動(dòng)軸承等 100% 二 目的 1 冶金 鍛 鑄 焊毛坯或成品 ,消除缺陷 ,改善工藝性能 .為后續(xù)加工 (如機(jī)加 )做好組織 ,性能 ,準(zhǔn)備 . 退火 正火 2 是鋼件的機(jī)械性能提高 ,達(dá)到鋼件的最終使用性能指標(biāo) ,以滿足機(jī)械零件或工具使用性能要求 . 淬火 +回火 表面淬火 化學(xué)處理 l 依據(jù) :狀態(tài)圖 167。 l b）由于過(guò)冷度從小到大，原子活動(dòng)能力由強(qiáng)到弱，致使析出的滲 碳體和鐵素體層片越來(lái)越來(lái)薄。 2）中溫產(chǎn)物 550~350℃ 上貝氏體 B 上 電鏡下觀察，滲碳體不連續(xù)，短桿狀，分布于許多平行而密集的鐵素體條之間。片 狀過(guò)飽和 F 和其內(nèi)部沉淀的碳化物組織（因?yàn)檫^(guò)飽和 F 有析出 Fe3C 傾向，但過(guò)冷度太大，導(dǎo)致碳原子沒(méi)能擴(kuò)散超出 F 片，只是在片內(nèi)沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子） 3）低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 230 ~ 50℃ 馬氏體（ M） +殘余 A 馬氏體：過(guò)飽和的 α 固溶體 ―M‖ （由于溫度低，原子活動(dòng)能力低，晶格轉(zhuǎn)變完成，但是， C 原子不能從面心中擴(kuò)散出來(lái)，仍留在體心中，形成過(guò)飽和 α 固溶體） ∵ 晶格嚴(yán)重畸形， ∴ M 硬 ↑ HRC65 塑 韌 →0 3 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 連續(xù)冷卻可能發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變，很復(fù)雜。 珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)：三條線構(gòu)成：開(kāi)始，終了，終止線 冷卻速度過(guò) ―開(kāi)始 ‖―終了 ‖線，組織為珠光體 冷卻速度過(guò) ―開(kāi)始 ‖―終止 ‖線，組織為珠光體和馬氏體 冷卻速度不過(guò)珠光體區(qū)，則為 M 167。時(shí)易斷 如用等溫淬火 , HRC55~58 韌性好 , 扭 90176。1 液態(tài)合金的充型 充型 : 液態(tài)合金填充鑄型的過(guò)程 . 充型能力 : 液態(tài)合金充滿鑄型型腔 ,獲得形狀完整 ,輪廓清晰的鑄件的能力