金属学与热处理复习总结 .docx

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1、精品名师归纳总结晶体结构体心立方 bcc面心立方 fcc密排六方 hcp原子数246分, 这些微小体积的成分、大小和位置都是在不断的变化着,这就是成分起伏。枝晶偏析固溶体合金不平稳结晶的结果,使先后从液相中结晶共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物,称为莱氏体, 用 Ld 表示。凡是含碳量大于2.11%的铁碳合金冷却到1148 时,都会发生共晶反应,形成莱氏体。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结原子间距32配位数81212致密度0.680.740.74四周体间隙半径0.126a0.06a0.06a八面体间隙半径0.067a0.146a0.146a四周体间隙数1288八面体间隙

2、数644aaa 22出的固相成分不同,再加上冷速较快, 不能使成分扩散匀称,结果就使每个晶粒内部的化学成分很不匀称。先结晶的部分含高熔 点组元较多, 后结晶的部分含低熔点组元较多,在晶粒内部存在 着浓度差别, 这种在一个晶粒内部化学成分不匀称的现象,称为晶内偏析,又称枝晶偏析。宏观偏析在材料宏观范畴内显现的成分不匀称偏析。铁素体与铁素奥体是溶于 体-Fe 中的间隙固溶体,为体心共析发转生 72变7（水平线 PSK）,反应式为： S. P+Fe3 C共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物,称为珠光体,用字母 P表示。含碳量大于 0.0218%的铁碳合金, 冷却至 727 时, 其中的奥氏体必

3、将发生共析转变,形成珠光体。E线SA（线）Fe-Fe3C 相图中的 ES、PQ、GS 三条特也是非性常重线要的,它们的含义简述如下：cm是碳在奥氏体中的溶解度曲线。奥氏体的最大溶可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结晶向指数 UVW ,晶向族 。晶面指数（ hkl ）,晶面族 hkl 。六方晶系晶向指数uvw u=（ 2U-V ）/3 ,v=（ 2V-U）/3 ,t=-（ u+v）, w=W uvtw空间点阵和晶体点阵：为便于明白晶体中原子排列的规律性,通常将实体晶体结构简化为完整无缺的抱负晶体。如将其中每个院子抽象为纯几何点, 即可得到一个由很多几何点组成的规整的阵列, 称为空间点

4、阵, 抽象出来的几何点称为阵点或结点。由此构成的空间排列, 称为晶体点阵。 与此相应,上述空间点阵称为晶立方结构,常用符号 F 或 表示。奥氏体是碳溶于 -Fe 中的间工业纯铁隙固溶体, 为面心立方结构, 常用符号 A 或 表示。 碳溶于体心立方晶格 -Fe 中的间隙固溶体,称为 铁素体,以 表示。奥氏体塑性很好,具有顺磁性。含铁量为 C=99.8%99.9%,塑性和韧性很好,但其渗碳体强度很低。Fe3C,含碳量为 C=6.69%,可用 Cm 表示,具有很高的硬度,但塑性差,低温下具有肯定的铁磁性。碳量是在 1148时,可以溶解2.11%的碳。而在 727时,溶碳二次体量仅为 0.77%,因此

5、含碳量大于0.77%的合金, 从 1148 冷到 727的过程中, 将自奥氏体中析出渗碳体,这种渗碳体称为PQ线Fe3CII 。是碳在铁素体中的溶解度曲线。727 时铁素体中溶解的碳最多 0.0218% ,而在 200 仅可以溶解710-7 %C。所以铁碳合金由 727冷却到室温的过程中,铁素体中会有渗碳体析出,这种渗碳体称为三次渗碳体Fe3CIII 。由于三次渗碳体沿铁素体晶界析出, 因此对于工业纯铁和低碳钢影响较大。但是对于含碳量较高的铁碳合金,三次渗碳体（含量太少）可以忽视不计。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结格。热过纯冷全属在凝固时 ,其理论凝固温度 Tm不变 ,当液态

6、金属G线S A（3 线是）冷却过程中,奥氏体向铁素体转变的开头线。或者说是加热过程中,铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结成分过冷中的实际温度低于Tm 时,就引起过冷 ,这种过冷称为热过冷。在固液界面前沿肯定范畴内的液相,其实际温度低于平稳结晶温度, 显现了一个过冷区域,过冷度为平稳结晶温度与实际温度之差, 这个过冷度是由于界面前沿液相中的成分差别引起的, 称为成分过冷。 成分过冷能否产生及程度取决于液固界面前沿液体中的溶质浓度分布和实际温度分布这两个因素。异晶转变的纯金属, 其固溶体也具有同素异晶转变,但其转变温度有变化） 。纯、铁钢、白口铁1

7、. 纯铁 含碳量 0.0218% ,显微组织为铁素体。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结动态过当界冷面温度度 T T ,熔化速率 95%转变量）的温度。扩散机制 ：空位扩散机制、间隙扩散机制固态金属扩散条件 ： 扩散要有驱动力、 扩散原子要固溶、 温度要足够高、时间要足够长。下坡扩散 ：沿着浓度降低的方向进行的扩散,使浓度趋于匀称化。如铸锭（件）的匀称化退火、渗碳等过程。上坡扩散 ：沿着浓度上升的方向进行的扩散,使浓度发生两极分化。例如奥氏体向珠光体转变。反应扩散 ：通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶体浓度极限而形成新相的过程称为反应扩散或相变扩散。反应扩散所形成的新相,既可

8、以是新的固溶体,也可以是各种化合物。扩散驱动力 ： 扩散的驱动力不是浓度梯度,而是化学位梯度。此外, 在温度梯度、 应力梯度、 表面自由能差以及电场和磁场的作用下,也可以引起扩散。扩散激活能 ：固态扩散是原子热激活的过程,固态原子从原先的平稳位置跃迁到相邻的平稳位置所必需的能量称为扩散激活能。影响扩散的因素 ：温度、键能和晶体结构、固溶体类型、晶体缺陷、化学成分。层片状组织的片间距离依次减小。依据片层的厚薄不同,这类组织又可细分为三种。第一种是珠光体,其形成温度为A1 650 ,片层较厚,一般在500 倍的光学显微镜下即可辨论。用符号“ P表”示。其次种是索氏体,其形成温度为650 600 ,

9、片层较薄,一般在 800 1000 倍光学显微镜下才可辨论。用符号“S”表示。第三种是屈氏体,其形成温度为600 550 ,片层极薄,只有在电子显微镜下才能辨论。用符号“T”表示。实际上,这三种组织都是珠光体,其差别只是珠光体组织的“片间距 ”大小,形成温度越低,片间距越小。这个“片间距 ”越小, 组织的硬度越高,屈氏体的硬度高于索氏体,远高于粗珠光体。珠光体转变过程奥氏体转变为珠光体的过程也是形核和长大的过程。当奥氏体过冷到 A1 以下时,第一在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核,通过原子扩散, 渗碳体依靠其四周奥氏体不断的供应碳原子而长大。同时, 由于渗碳体四周奥氏体含碳量不断降低,从而为铁素体形

10、核 制造了条件, 使这部分奥氏体转变为铁素体。由于铁素体溶碳能 力低（ 0.0218%C）,所以又将过剩的碳排挤到相邻的奥氏体中,使相邻奥氏体含碳量增高,这又为产生新的渗碳体制造了条件。如此反复进行, 奥氏体最终全部转变为铁素体和渗碳体片层相间的珠光体组织。珠光体转变是一种扩散型转变,即铁原子和碳原子均进行扩散。贝氏体转变及其组织过冷奥氏体在 550 Ms（马氏体转变开头温度）的转变称为中温转变, 其转变产物为贝氏体型,所以也叫贝氏体转变。贝氏体用符号 “B”表示,它仍是由铁素体与渗碳体组成的机械混和物,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（3） ）滑移时晶体的一部分相对于另一部分

11、沿滑移方向位移的距.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结离为原子间距的整数倍,滑移的结果会在晶体的表面上造成台阶。菲克第一、二定律： .= -.=（.）但其形貌与渗碳体的分布与珠光体型不同,硬度也比珠光体型的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（4） ）滑移的同时必定伴有晶体的转动,沿外力方向。滑移系 ：滑移面数与滑移方向数的乘积。滑移系越大, 金属滑移的可能性越大,即金属塑性越好。孪生： 当晶体在切应力的作用下发生孪生变形时,晶体的一部分. .假如扩散系数与浓度C、距离 x 无关,就其次定律可以写为.2.= .2.高。依据贝氏体的组织外形和形成温度区间的不同又可将其划

12、分为上贝氏体（ B上） 与下贝氏体 （ B 下）。上贝氏体的形成温度为 550 350,它的硬度比同样成份的下贝氏体低,韧性也比下贝氏体差, 所以上贝氏体的机械性能很差,脆性很大,强度很低,基本上没有有用价值。下贝氏体的形成温度为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结沿肯定的晶面（孪生面）和肯定的晶向（孪生方向）相对于另一部分晶体作匀称的切变,在切变区域内, 与孪生面平行的每层原共析钢的加热转变.350 Ms ,它有较高的强度和硬度,仍有良好的塑性和韧性,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结子的切变量与它距孪生面的距离成正比, 并且不是原子间距的整数倍。 这种切变不会转变

13、晶体的点阵类型, 但可使变形部分的位向发生变化, 并与未变形部分的晶体以孪晶界为分界面构成了镜面对称的位向关系。 通常把对称的两部分晶体称为孪晶,而将形成孪晶的过程称为孪生。滑移与孪生的异同：孪生是原子的相对切变距离小于孪生方向上一个原子间距。 孪生也是通过位错运动来实现的。但产生孪生的位错的柏氏矢量小于一个原子间距。孪生对塑性变形的奉献比滑移小得多。 大多数 bcc 金属的孪生临界切应力大于滑移临界切应力,所以滑移先于孪生进行。fcc 金属的孪生临界切应力远大于滑移临界切应力,所以一般不发生孪生变形。固溶强化 ：由于固溶体中存在着溶质原子,使得合金的强度和硬度上升,而塑性、韧性下降,这种现象

14、称为固溶强化。加工硬化 ：在塑性变形过程中,随着金属内部组织的变化,金属的力学性能也将产生明显的变化,即随着变形程度的增加,金属的强度、硬度增加,而塑性、韧性下降,这一现象称为加工硬化或形变强化。细晶强化 ：通过在匀称材料中加入硬质颗粒,使晶粒内运动的位错在晶界处其运动被阻,使材料的强度、 硬度增加, 这一现象称为细晶强化弥散强化 ：在母体金属中形成析出物碳化物、氮化物、金属间化合物等 ,析出物具有阻碍位错运动的作用,在母相呈微细弥散分布状态,能提高强度,这一现象称为弥散强化。冷加工纤维组织是纯金属和单相合金在冷塑性变形时和变形度很大的条件下,各晶粒伸长成纤维状形成的组织。热加工纤维组织 ：在

15、热加工过程中, 铸锭中的粗大枝晶和各种夹杂物都要沿变形方向伸长,这样就使枝晶间富集的杂质和非金属夹杂物的走向逐步与变形方向一样,一些脆性杂质破裂成链状,塑性的夹杂物变成条带状、线状或片层状, 在宏观试样上沿着变形方向变成一条条细线,这就是热加工钢中的流线。由一条条流线勾划出来的组织,叫做热加工纤维组织。形变织构 与单晶体一样,多晶体在塑性变形时也相伴着晶体的转动过程, 故当形变量很大时,多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐步调整其取向而彼此趋于一样,这一现象称为晶粒的择尤取向,这种由于金属塑性变形使晶粒具有择尤取向的组织叫做形变织构。同一种材料随加工方式不同,可能显现不同类型的织构：（1） ）

16、丝织构在拉拔时形成,各晶粒的某一晶向平行或近似平行于拉拔方向,（2） ） 板织构在轧制时形成, 各晶粒某一晶面平行于轧制方向,而某一晶向平行于轧制方向。回复： 即在加热温度较低时,仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而所引起的某些晶内的变化。晶粒大小和外形无明显变化。 回复的目的 是排除大部分甚至全部第一类内应力和一部分其次类和第三类内应力。多边形化 ：冷变形金属加热时,原先处于滑移面上的位错,通过滑移和攀移, 形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。多边形化的驱动力来自弹性应变能的降低。多边形化降低了系统的应变能。再结晶 ：冷变形后的金属加热到肯定温度或保温足够时间后,在原先的变形组织中产生了无畸变的新

17、晶粒,位错密度显著降低,性能也发生显著变化,并复原到冷变形前的水平,这个过程称为再结晶。 再结晶不是相变。 再结晶的目的 是释放储存能, 使新的无畸变的等轴晶粒形成并长大,使之在热力学上变得更为稳固。从铁碳相图中看到,钢加热到 727 （状态图的 PSK线, 又称 A1温度） 以上的温度, 珠光体转变为奥氏体。这个加热速度特别缓慢, 实际热处理的加热速度均高于这个缓慢加热速度,实际珠光体转变为奥氏体的温度高于A1 ,定义实际转变温度为Ac1。 Ac1 高于 A1,说明显现热滞后, 加热速度愈快, Ac1 愈高, 同时完成珠光体向奥氏体转变的时间亦愈短。共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组

18、织,一般为铁素体相与渗碳体相相间排列的层片状组织,加热过程中奥氏体转变过程可分为四步进行第一阶段 ：奥氏体晶核的形成。由Fe-Fe3C 状态图知：在 A1 温度铁素体含约0.0218%C ,渗碳体含 6.69%C,奥氏体含 0.77%C 。在珠光体转变为奥氏体过程中,原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格,原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。 所以, 钢的加热转变既有碳原子的扩散,也有晶体结构的变化。 基于能量与成分条件,奥氏体晶核在珠光体的铁素体与 渗碳体两相交界处产生,这两相交界面越多,奥氏体晶核越多。其次阶段 ：奥氏体的长大。 奥氏体晶核形成后, 它的一侧与渗碳体相接,

19、另一侧与铁素体相接。随着铁素体的转变 （铁素体区域的缩小） ,以及渗碳体的溶解 （渗碳体区域缩小） ,奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长大,直至铁素体完全消逝,奥氏体彼此相遇,形成一个个的奥氏体晶粒。第三阶段 ：残余渗碳体的溶解。 由于铁素体转变为奥氏体速度远高于渗碳体的溶解速度,在铁素体完全转变之后尚有不少未溶解的“残余渗碳体 ”存在,仍需肯定时间保温,让渗碳体全部溶解。第四阶段 ：奥氏体成分的匀称化。即使渗碳体全部溶解,奥氏体内的成分仍不匀称,在原铁素体区域形成的奥氏体含碳量偏低, 在原渗碳体区域形成的奥氏体含碳量偏高,仍需保温足够时间, 让碳原子充分扩散,奥氏体成分才可能

20、匀称。珠光体转变为奥氏体并使奥氏体成分匀称必需有两个必要而充分条件 ：一是温度条件,要在Ac1 以上加热,二是时间条件,要求在 Ac1 以上温度保持足够时间。在肯定加热速度条件下,超过Ac1 的温度越高,奥氏体的形成与成分匀称化需要的时间愈短。在肯定的温度（高于Ac1）条件下,保温时间越长,奥氏体成分越匀称。仍要看到奥氏体晶粒由小尺寸变为大尺寸是一个自发过程,在Ac1 以上的肯定加热温度下,过长的保温时间会导致奥氏体晶粒的合并,尺寸变大。相对之下,相同时间加热,高的加热温度导 致奥氏体晶粒尺寸的增大倾向明显大于低的加热温度的奥氏体晶粒长大倾向。 奥氏体晶粒尺寸过大（或过粗） 往往导致热处理后钢

21、的强度降低, 工程上往往期望得到细小而成分匀称的奥氏体晶粒,为此可以采纳： 途径之一是在保证奥氏成分匀称情形下挑选尽量低的奥氏体化温度。途径之二是快速加热到较高的温度经 短暂保温使形成的奥氏体来不及长大而冷却得到细小的晶粒。晶粒度 ：工程上把奥氏体晶粒尺寸大小定义为晶粒度,并分为8级,其中 1 4 级为粗晶粒, 5 级以上为细晶粒,超过8 级为超细晶粒。影响奥氏体晶粒大小的因素：加热温度和保温时间、加热速度、钢的化学成分、钢的原始组织。钢在冷却时的转变：钢在奥氏体化后的两种冷却方式：等温冷却方式、连续冷却方式珠光体转变及其组织在温度 A1 以下至 550 左右的温度范畴内,过冷奥氏体转变产物是

22、珠光体, 即形成铁素体与渗碳体两相组成的相间排列的层片状的机械混和物组织。在珠光体转变中,由A1 以下温度依次降到鼻尖的550 左右,具有较优良的综合机械性能,是生产上常用的组织。获得下贝氏体组织是强化钢材的途径之一。贝氏体的转变过程在中温区发生奥氏体转变时,由于温度较低,铁原子扩散困难,只能以共格切变的方式来完成原子的迁移,而碳原子就有肯定的扩散才能, 可以通过短程扩散来完成原子迁移,所以贝氏体转变属于半扩散型相变。在贝氏体转变中, 存在着两个过程, 一是铁原子的共格切变,二是碳原子的短程扩散。当温度较高 （ 550 350） 时, 条状或片状铁素体从奥氏体晶界开头向晶内以同样方向平行生长。

23、随着铁素体的伸长和变宽,其中的碳原子向条间的奥氏体中富集,最终在铁素体条之间析出渗碳体短棒,奥氏体消逝,形成上贝氏体。当温度较低（ 350 Ms ）时,碳原子扩散才能低,铁素体在奥氏体的晶界或晶内的某些晶面上长成针状。 尽管最初形成的铁素体固溶碳原子较多, 但碳原子不能长程迁移, 因而不能逾越铁素体片的范畴, 只能在铁素体内肯定的晶面上以断续碳化物小片的形式析出,从而形成下贝氏体。马氏体转变及其组织马氏体组织及其性能特点过冷奥氏体在马氏体开头形成温度Ms 以下转变为马氏体, 这个转变连续至马氏体形成终了温度Mf 。在 Mf 以下, 过冷奥氏体停止转变。除Al、 Co 元素外,溶解到奥氏体中的元

24、素均使Ms 、Mf 下降。碳含量增多, Ms 、Mf 点降低。经冷却后未转变的奥氏体保留在钢中,称为残余奥氏体。在Ms 与 Mf 温度之间过冷奥氏体与马氏体共存。在Ms 温度以下,转变温度越低,残余奥氏体量越少。随奥氏体中含碳量的增加Ms 和 Mf 均会降低,可见在同样的冷却速度下（或冷却介质中）,奥氏体中含碳量越高, 马氏体中的残余奥氏体就越多。马氏体形成的温度也是碳原子难以扩散的温度,它是由过冷奥氏体按无扩散型转变机制的转变产物,马氏体与过冷奥氏体含碳量 相等, 晶格同于铁素体体心立方。体心立方晶格的铁素体在室温 含约 0.008%C ,对共析钢马氏体的晶格内含约0.77%C,为此导致体心

25、立方晶格畸变为体心正方晶格,因此马氏体是含过饱和碳的 固溶体,是单一的相,同高温、中温转变产物有本质区分。马氏体的形貌常有针状及板条状两种,前一种一般显现在高碳钢中,后一种一般显现在低碳钢中。“针”或“条”的粗细主要取决于奥氏体晶粒的尺寸大小,奥氏体晶粒越大,“针 ”或“条”越粗。马氏体的硬度主要取决于其中含碳量,含碳量越高, 马氏体硬度越高。 实际淬火钢硬度取决于马氏体,残余奥氏体, 以及其它不转变物（铁素体或二次渗碳体）的含量。马氏体转变的特点马氏体转变同样是一个形核和长大的过程。它的主要特点是： （ 1） 无扩散性。（ 2 ）有共格位向关系。 （ 3 ）在不断降温的过程中形成。（ 4 ）

26、高速长大。 （5 ）马氏体转变的不完全性。钢的回火回火一般是紧接淬火以后的热处理工艺,回火是淬火后再将工件加热到 Ac1 温度以下某一温度, 保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。淬火后的钢铁工件处于高的内应力状态,不能直接使用, 必需即时回火, 否就会有工件断裂的危急。淬火后回火目的 在于降低或排除内应力,以防止工件开裂和变形。削减或排除残余奥氏体, 以稳固工件尺寸。 调整工件的内部组织和性能,以满意工件的使用要求。钢在回火时的转变共析钢在淬火后得到的马氏体和残余奥氏体组织是不稳固的,存在着向稳固组织转变的自发倾向。回火加热可加速这种自发转变可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结过程

27、。依据转变发生的过程和形成的组织,回火可分为四个阶段：（ 4）等温淬火它是将奥氏体化后的工件在稍高于Ms 温度的第一阶段（ 200 以下）：马氏体分解。盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间,从而获得下贝氏体组织的淬Q 表示屈服点的字其次阶段（ 200 300 ）：残余奥氏体分解。第三阶段（ 250 400 ）：碳化物的转变。火方法。钢的淬透性一般碳钢母,用最低屈服强度数值表示Q235A钢筋可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第四阶段（ 400 以上）：渗碳体的集合长大与相的再结晶。回火脆性随着回火温度的上升,钢的冲击韧性发生变化。在250 350 和 500 650钢的冲击韧性明显下降,这种脆化现象称为回火脆性（1） ）淬透性的概念钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬硬层 （也称为淬透层） 深度的才能,其大小用钢在肯定条件下淬火获得的淬硬层深度来表示。（2） ）影响淬透性的因素影响淬透性的主要因素是化学成分,优质碳素碳钢结构优质钢碳钢 （优两