1、Engineering Material 材料的性能是指材料的性質(zhì)和功能。性質(zhì)是材料的性能是指材料的性質(zhì)和功能。性質(zhì)是本身所具有的特質(zhì)或本性；功能是人們對(duì)材料的本身所具有的特質(zhì)或本性；功能是人們對(duì)材料的某種期待與要求中可以承擔(dān)功效，以及承擔(dān)該功某種期待與要求中可以承擔(dān)功效，以及承擔(dān)該功效下的表現(xiàn)或能力。效下的表現(xiàn)或能力。第一章第一章 金屬材料的機(jī)械（力學(xué)）性能金屬材料的機(jī)械（力學(xué)）性能鑄造性能鑄造性能可鍛性可鍛性可焊性可焊性切削加工性切削加工性熱處理性能熱處理性能 使用性能使用性能力學(xué)性能力學(xué)性能物理性能物理性能化學(xué)性能 工藝性能工藝性能 材料的性能材料的性能第二章第二章 材料結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)晶材

2、料結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)晶 晶體學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)晶體學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)立方晶系晶向與晶面立方晶系晶向與晶面純金屬常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)純金屬常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)晶與鑄錠組織金屬的結(jié)晶與鑄錠組織第三節(jié)第三節(jié) 純金屬常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)純金屬常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :金屬金屬失去外層電子形成金屬離子與自由電子，以金屬失去外層電子形成金屬離子與自由電子，以金屬鍵結(jié)合，呈規(guī)則排列。絕大多數(shù)呈體心立方、面心立方、密鍵結(jié)合，呈規(guī)則排列。絕大多數(shù)呈體心立方、面心立方、密排六方這樣三種晶體結(jié)構(gòu)。排六方這樣三種晶體結(jié)構(gòu)。體心立方晶格體心立方晶格bccbcc面心立方晶格面心立方晶格fccfcc密排六方晶

3、格密排六方晶格hcphcp鐵（鐵（ - -FeFe）、）、W,W,鉻鉻CrCr、MoMo、V V等等AlAl、CuCu、金、金(Au)(Au)、NiNi、PbPb、（ Fe)等等鈦鈦TiTi、鋯鋯ZrZr、MgMg、ZnZn等等一、一、體心立方晶格體心立方晶格（原子在體心位置排列最緊）（原子在體心位置排列最緊）3、原子個(gè)數(shù)：、原子個(gè)數(shù)：24、配位數(shù)：、配位數(shù)： 85、致密度：、致密度：0.686、常見(jiàn)金屬：、常見(jiàn)金屬： -Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等等1、晶格常數(shù)：、晶格常數(shù)：a(a=b=c)ar43 2、原子半徑：原子半徑：特征：原子位于立方體的特征：原子位于立方體的八個(gè)頂角和體心位置，

4、晶八個(gè)頂角和體心位置，晶胞的三個(gè)棱邊相等，軸間胞的三個(gè)棱邊相等，軸間夾角為夾角為9090鋼球模型鋼球模型晶格模型晶格模型晶胞模型晶胞模型 a42r ：2 2、原子半徑、原子半徑（在每個(gè)面上原子排列最緊）（在每個(gè)面上原子排列最緊）3、原子個(gè)數(shù)：、原子個(gè)數(shù)：44、配位數(shù)：、配位數(shù)： 125、致密度：、致密度：0.746、常見(jiàn)金屬：、常見(jiàn)金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等1、晶格常數(shù)：、晶格常數(shù)：a二、面心立方晶格二、面心立方晶格特征：原子位于立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心位特征：原子位于立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心位置，晶胞的三個(gè)棱邊相等，軸間夾角為置，晶胞的三個(gè)棱邊相等，軸間夾角

5、為90a21r ：2 2、原子半徑、原子半徑3、原子個(gè)數(shù)：、原子個(gè)數(shù)：64、配位數(shù)：、配位數(shù)： 125、致密度：、致密度：0.746、常見(jiàn)金屬：、常見(jiàn)金屬： Mg、Zn、 Be、Cd等等1、晶格常數(shù)、晶格常數(shù)： ，三、三、密排六方晶格密排六方晶格晶胞呈六方柱體，十二個(gè)頂角各有一個(gè)原子，上下底晶胞呈六方柱體，十二個(gè)頂角各有一個(gè)原子，上下底面有一個(gè)原子。晶胞內(nèi)有三個(gè)原子，面有一個(gè)原子。晶胞內(nèi)有三個(gè)原子，。底面邊長(zhǎng)底面邊長(zhǎng) a 和高和高 c， 二、晶體中的缺陷二、晶體中的缺陷第四節(jié)第四節(jié) 材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu) 實(shí)際金屬中存在著大量的晶實(shí)際金屬中存在著大量的晶體缺陷，按形狀可分三類(lèi)，體

6、缺陷，按形狀可分三類(lèi)，即點(diǎn)、線(xiàn)、面缺陷。即點(diǎn)、線(xiàn)、面缺陷。 晶體缺陷：即使在每個(gè)晶晶體缺陷：即使在每個(gè)晶粒的內(nèi)部，也并不完全象粒的內(nèi)部，也并不完全象晶體學(xué)中論述的晶體學(xué)中論述的( (理想晶體理想晶體) )那樣，原子完全呈現(xiàn)周期那樣，原子完全呈現(xiàn)周期性的規(guī)則重復(fù)的排列。把性的規(guī)則重復(fù)的排列。把實(shí)際晶體中原子排列與理實(shí)際晶體中原子排列與理想晶體的差別稱(chēng)為晶體缺想晶體的差別稱(chēng)為晶體缺陷。陷。 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 空間三維尺寸都很小的缺陷空間三維尺寸都很小的缺陷(原子原子大小大小)。1、空位、空位原因：原因：由于結(jié)晶或變形使金屬原由于結(jié)晶或變形使金屬原子獲得能量，脫離開(kāi)平衡位置跑子獲得能量，脫離開(kāi)平衡位置跑

7、到間隙位置或晶體的外表面，在到間隙位置或晶體的外表面，在晶體內(nèi)部便形成空位和間隙原子。晶體內(nèi)部便形成空位和間隙原子。離開(kāi)平衡位置的原子，有兩種去離開(kāi)平衡位置的原子，有兩種去處：一種可能是跑到表面，此時(shí)處：一種可能是跑到表面，此時(shí)產(chǎn)生的空位叫肖脫基空位，另一產(chǎn)生的空位叫肖脫基空位，另一種可能跑到點(diǎn)陣間隙中，形成弗種可能跑到點(diǎn)陣間隙中，形成弗蘭克爾空位。蘭克爾空位。晶體中的兩種空位晶體中的兩種空位a)肖脫基空位肖脫基空位 b)弗蘭克爾空位弗蘭克爾空位 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷b. 間隙原子：位于晶格間隙間隙原子：位于晶格間隙中的原子。可以是基體金屬中的原子。可以是基體金屬原子（自間隙原子），也可原子（自間隙原

8、子），也可以是外來(lái)雜質(zhì)間隙原子（雜以是外來(lái)雜質(zhì)間隙原子（雜質(zhì)間隙原子）。質(zhì)間隙原子）。 C.置換原子：占據(jù)在原來(lái)基置換原子：占據(jù)在原來(lái)基體原子平衡位置上的異類(lèi)原體原子平衡位置上的異類(lèi)原子。子。間隙原子、置換原子示意圖間隙原子、置換原子示意圖 線(xiàn)缺陷線(xiàn)缺陷晶體中的位錯(cuò)晶體中的位錯(cuò)線(xiàn)缺陷：在三維空間的一個(gè)方向上的尺寸很大線(xiàn)缺陷：在三維空間的一個(gè)方向上的尺寸很大(晶粒數(shù)量級(jí)晶粒數(shù)量級(jí))，另外兩個(gè)方向，另外兩個(gè)方向上的尺寸很小上的尺寸很小(原子尺寸大小原子尺寸大小)的晶體缺陷。的晶體缺陷。其具體形式就是晶體中的位錯(cuò)。其具體形式就是晶體中的位錯(cuò)。位錯(cuò)：位錯(cuò)：由于變形或結(jié)晶，晶體的一部分相對(duì)晶體的另一部分

9、相對(duì)滑移便產(chǎn)生由于變形或結(jié)晶，晶體的一部分相對(duì)晶體的另一部分相對(duì)滑移便產(chǎn)生位錯(cuò)。位錯(cuò)。 位錯(cuò)可以理解為已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界位錯(cuò)可以理解為已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界分為刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)。分為刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) （1）刃型位錯(cuò)：）刃型位錯(cuò)：HG刃型位錯(cuò)（2 2）螺旋位錯(cuò)）螺旋位錯(cuò): :在在切應(yīng)力的作用下，切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)線(xiàn)附近的原子位錯(cuò)線(xiàn)附近的原子按照螺旋形排列的按照螺旋形排列的位錯(cuò)形式。位錯(cuò)形式。1 1、滑移面：、滑移面：ABCDABCD2 2、位錯(cuò)線(xiàn)：、位錯(cuò)線(xiàn)：bbbb，是已，是已滑移區(qū)滑移區(qū)AB bbAB bb與未滑移與未滑

10、移區(qū)區(qū)CD bbCD bb在滑移面上的在滑移面上的邊界線(xiàn)。邊界線(xiàn)。3 3、位錯(cuò)線(xiàn)附近的原子：、位錯(cuò)線(xiàn)附近的原子：上下層原子不吻合，按照上下層原子不吻合，按照螺旋形排列。螺旋形排列。4 4、螺旋型位錯(cuò)無(wú)多余半、螺旋型位錯(cuò)無(wú)多余半原子面。原子面。3 3、面缺陷、面缺陷第四節(jié)第四節(jié) 材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)面缺陷：面缺陷：在三維空間的兩個(gè)方向上的尺寸很大在三維空間的兩個(gè)方向上的尺寸很大( (晶粒數(shù)量級(jí)晶粒數(shù)量級(jí)) )，另外一個(gè)方向上的，另外一個(gè)方向上的尺寸很小尺寸很小( (原子尺寸大小原子尺寸大小) )的晶體缺陷。的晶體缺陷。面缺陷的形式面缺陷的形式 ： 1 1、晶界面、晶界面: :位向

11、不同的相鄰晶粒之間的接觸界面,隨相鄰晶粒位向的不同，晶界寬度為510個(gè)原子間距。2 2、亞晶界面、亞晶界面: : 3 3、相界面、相界面:(:(兩個(gè)不同類(lèi)型晶體的分界面兩個(gè)不同類(lèi)型晶體的分界面) )晶界晶界亞晶界亞晶界ABCD工業(yè)純鐵的晶界T0時(shí)間時(shí)間溫度溫度理論冷卻曲線(xiàn)理論冷卻曲線(xiàn)實(shí)際冷卻曲實(shí)際冷卻曲線(xiàn)線(xiàn)Tn結(jié)晶平臺(tái)結(jié)晶平臺(tái)( (是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致) )純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線(xiàn)四、結(jié)晶時(shí)的宏觀現(xiàn)象：四、結(jié)晶時(shí)的宏觀現(xiàn)象：過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷現(xiàn)象：熔體材料冷卻到理論結(jié)：熔體材料冷卻到理論結(jié)晶溫度時(shí)，并不是立即就形成晶體，晶溫度時(shí)，并不是立即就形成晶體，而是實(shí)際結(jié)晶溫度要低于理論結(jié)晶溫而是實(shí)

12、際結(jié)晶溫度要低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)冷。度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)冷。過(guò)冷度過(guò)冷度 T = TT = T0 0 T Tn n平臺(tái)現(xiàn)象平臺(tái)現(xiàn)象-由于結(jié)晶時(shí)會(huì)釋放結(jié)晶由于結(jié)晶時(shí)會(huì)釋放結(jié)晶潛熱，彌補(bǔ)了金屬向四周散發(fā)的熱量，潛熱，彌補(bǔ)了金屬向四周散發(fā)的熱量，使液態(tài)金屬在結(jié)晶過(guò)程中保持溫度不使液態(tài)金屬在結(jié)晶過(guò)程中保持溫度不變，出現(xiàn)水平變，出現(xiàn)水平“平臺(tái)平臺(tái)”，結(jié)晶結(jié)束，結(jié)晶結(jié)束，溫度繼續(xù)均勻下降。溫度繼續(xù)均勻下降。（3 3）過(guò)冷度的大小取決于冷卻速度，）過(guò)冷度的大小取決于冷卻速度，冷卻速度越大，過(guò)冷度越大，即實(shí)際冷卻速度越大，過(guò)冷度越大，即實(shí)際結(jié)晶溫度越低。結(jié)晶溫度越低。 理理實(shí)實(shí)金屬結(jié)晶微觀過(guò)程金屬結(jié)

13、晶微觀過(guò)程形核長(zhǎng)大形成多晶體兩個(gè)過(guò)程重疊交織兩個(gè)過(guò)程重疊交織第三章第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶 塑性是金屬的重要特性，利用金屬的塑性可以把金屬加塑性是金屬的重要特性，利用金屬的塑性可以把金屬加工成各種制品，工成各種制品，鍛造、擠壓、軋制、拉拔成各種零件成型鍛造、擠壓、軋制、拉拔成各種零件成型過(guò)程都是塑性變形過(guò)程都是塑性變形, ,而且車(chē)銑刨磨等各種切削加工中都發(fā)生而且車(chē)銑刨磨等各種切削加工中都發(fā)生塑性變形。塑性變形。例：自行車(chē)鏈條，用例：自行車(chē)鏈條，用16Mn16Mn鋼板制成，鋼板制成， 原材料是原材料是3.5mm3.5mm厚板材，厚板材，150HBS, 150HBS,

14、b b 520Mpa520Mpa ； 經(jīng)冷軋（塑變）后為經(jīng)冷軋（塑變）后為1.2mm1.2mm厚板材厚板材, ,275HBS,275HBS,b b 1000Mpa1000Mpa 硬度、強(qiáng)度提高一倍，壽命也提高一倍。硬度、強(qiáng)度提高一倍，壽命也提高一倍。 學(xué)習(xí)本章的目的和意義：學(xué)習(xí)本章的目的和意義： 我們研究金屬的塑性變形及塑變后組織與性能的變化，我們研究金屬的塑性變形及塑變后組織與性能的變化，可為我們合理選擇和使用材料及制訂工藝規(guī)程提供理論依可為我們合理選擇和使用材料及制訂工藝規(guī)程提供理論依據(jù)。據(jù)。 第一節(jié)第一節(jié) 純金屬的塑性變形純金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形（

15、1 1）塑性變形的受力：）塑性變形的受力： 切應(yīng)力切應(yīng)力（2 2）塑性變形的方式：）塑性變形的方式： 滑移和孿生。滑移和孿生。 常以滑移方式發(fā)生。常以滑移方式發(fā)生。（3 3）滑移：指晶體的一部分沿）滑移：指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。 實(shí)質(zhì)：是由位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)質(zhì)：是由位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶引入：一般情況下，金屬都是多晶體，多晶體的變形與其中各個(gè)晶粒引入：一般情況下，金屬都是多晶體，多晶體的變形與其中各個(gè)晶粒的變形行為有關(guān)，因而要了解單晶體的塑性變形的變形行為有關(guān)，

16、因而要了解單晶體的塑性變形。二、滑移二、滑移過(guò)程過(guò)程正應(yīng)力能使晶格的距離加大，引起晶格彈性伸長(zhǎng)；當(dāng)正應(yīng)正應(yīng)力能使晶格的距離加大，引起晶格彈性伸長(zhǎng)；當(dāng)正應(yīng)力足夠大時(shí)，達(dá)到破壞原子間的吸引力，引起晶格分離，力足夠大時(shí)，達(dá)到破壞原子間的吸引力，引起晶格分離，材料則出現(xiàn)斷裂。材料則出現(xiàn)斷裂。 （a a）在正應(yīng)力作用下的變形）在正應(yīng)力作用下的變形abc單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力（垂直于晶面）和切應(yīng)力（平行于晶面）。應(yīng)力（垂直于晶面）和切應(yīng)力（平行于晶面）。a 單晶體b 彈性變形c 滑移變形（b b）在切應(yīng)力作用下的變形）在切應(yīng)力作用下的變形在

17、切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外扭，進(jìn)一步將使在切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外扭，進(jìn)一步將使晶格發(fā)生滑移變形。外力去除后，由于原子到了一新的平晶格發(fā)生滑移變形。外力去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶體不能恢復(fù)到原來(lái)的形狀，而保留永久的變形。衡位置，晶體不能恢復(fù)到原來(lái)的形狀，而保留永久的變形。大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將出大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺(tái)階。現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺(tái)階。三、滑移變形的特點(diǎn)三、滑移變形的特點(diǎn) ： 滑移只能在切應(yīng)力的滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。作用下發(fā)生。 滑移開(kāi)始時(shí)，并不是所有滑移開(kāi)始時(shí)，并不是所有的面同時(shí)滑動(dòng)，

18、而取決于的面同時(shí)滑動(dòng)，而取決于面上的切應(yīng)力的大小。面上的切應(yīng)力的大小。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱(chēng)產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱(chēng)臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力. 滑移常沿晶體中原子密度滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。最大的晶面和晶向發(fā)生。 對(duì)于面心立方晶格來(lái)說(shuō)，對(duì)于面心立方晶格來(lái)說(shuō)，A晶面是原子排列最緊的面，與晶面是原子排列最緊的面，與相鄰晶面的間距最大。晶面之相鄰晶面的間距最大。晶面之間結(jié)合力最弱，再切應(yīng)力的作間結(jié)合力最弱，再切應(yīng)力的作用下，容易發(fā)生滑移。用下，容易發(fā)生滑移。B晶面晶面是原子排列疏松的晶面，面與是原子排列疏松的晶面，面與面的間距較小，面間的結(jié)合力面的間距較小，面間的結(jié)合力較強(qiáng)，不容易發(fā)生

19、滑移。較強(qiáng)，不容易發(fā)生滑移。同理，可以解釋為什么滑移同理，可以解釋為什么滑移發(fā)生在原子密度最大的晶向上。發(fā)生在原子密度最大的晶向上。a aa/2a/2a/a/2 2AABB 滑移的結(jié)果在晶體滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階。表面形成臺(tái)階。 滑移的過(guò)程首先出現(xiàn)滑移的過(guò)程首先出現(xiàn)滑移線(xiàn)，后來(lái)發(fā)展為滑移線(xiàn)，后來(lái)發(fā)展為滑移帶。滑移帶。 滑移時(shí)，晶體兩部分滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍間距的整數(shù)倍.外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng) 因?yàn)榫w的兩部分

20、沿滑移面和滑移線(xiàn)移動(dòng)后，使作用在滑移因?yàn)榫w的兩部分沿滑移面和滑移線(xiàn)移動(dòng)后，使作用在滑移面上的正應(yīng)力不在同一軸線(xiàn)上而形成力偶，從而使晶體發(fā)生面上的正應(yīng)力不在同一軸線(xiàn)上而形成力偶，從而使晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。多多 腳腳 蟲(chóng)蟲(chóng) 的的 爬爬 行行（5）滑移是由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成）滑移是由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成 如果把滑移設(shè)想為剛性整體移動(dòng)，滑動(dòng)所需的理論臨界如果把滑移設(shè)想為剛性整體移動(dòng)，滑動(dòng)所需的理論臨界切應(yīng)力值（剛性移動(dòng)）比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)力值大切應(yīng)力值（剛性移動(dòng)）比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)力值大3-4個(gè)個(gè)數(shù)量級(jí)，因此滑移不能理解為原子的剛性移動(dòng)。數(shù)量級(jí)，因此滑移不能理解為原子的剛性移動(dòng)。滑移是滑移是通過(guò)滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

21、來(lái)實(shí)現(xiàn)的，位錯(cuò)線(xiàn)從一端移動(dòng)通過(guò)滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，位錯(cuò)線(xiàn)從一端移動(dòng)到另一端。位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，只是位錯(cuò)附近的一部分原子到另一端。位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，只是位錯(cuò)附近的一部分原子移動(dòng)。移動(dòng)。第二節(jié)第二節(jié) 塑性變形對(duì)組織和性能的影響塑性變形對(duì)組織和性能的影響 一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。 1、形成纖維組織：當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒會(huì)沿著變形量最大、形成纖維組織：當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒會(huì)沿著變形量最大的方向上將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變

22、得模糊不清，形成纖維的方向上將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清，形成纖維組織。組織。2、亞結(jié)構(gòu)細(xì)化：塑性變形中，位、亞結(jié)構(gòu)細(xì)化：塑性變形中，位錯(cuò)不斷運(yùn)動(dòng)和增殖，位錯(cuò)聚集錯(cuò)不斷運(yùn)動(dòng)和增殖，位錯(cuò)聚集并不斷發(fā)生交互作用，使晶粒并不斷發(fā)生交互作用，使晶粒碎化成許多位向略有差異的小碎化成許多位向略有差異的小晶塊，稱(chēng)為亞晶粒。晶塊，稱(chēng)為亞晶粒。軋制軋制3、產(chǎn)生形變織構(gòu)：由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，、產(chǎn)生形變織構(gòu)：由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大絕大部分晶粒部分晶粒的的滑移面和滑移方向與形變方滑移面和滑移方向與形變方向趨于一致向趨于一致，從而使多晶體中原來(lái)空間，從而使多晶

23、體中原來(lái)空間取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間位向上取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間位向上呈現(xiàn)一定程度的一致性，這種現(xiàn)象稱(chēng)擇呈現(xiàn)一定程度的一致性，這種現(xiàn)象稱(chēng)擇優(yōu)取向。這種組織狀態(tài)稱(chēng)為形變織構(gòu)。優(yōu)取向。這種組織狀態(tài)稱(chēng)為形變織構(gòu)。l根據(jù)加工方式分類(lèi)：根據(jù)加工方式分類(lèi)：l絲織構(gòu)：拉拔變形過(guò)程中，絲織構(gòu)：拉拔變形過(guò)程中，晶粒取向與變形方向平行。晶粒取向與變形方向平行。l板織構(gòu)：軋制時(shí)晶粒的晶面板織構(gòu)：軋制時(shí)晶粒的晶面與軋制面大致平行。與軋制面大致平行。l形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，導(dǎo)致各方向變形能力不同，在深各向異性，導(dǎo)致各方向變形能力不同，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生沖零件時(shí)，易產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象

24、，使零件邊緣不現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。齊，厚薄不勻。板織構(gòu)板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無(wú)無(wú)二、塑性變形對(duì)力學(xué)性能的影響二、塑性變形對(duì)力學(xué)性能的影響 1、加工硬化：金屬材料隨冷塑性變形量增加，金屬的、加工硬化：金屬材料隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱(chēng)加工硬化。強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱(chēng)加工硬化。 根本原因：位錯(cuò)密度增加。根本原因：位錯(cuò)密度增加。冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度s，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長(zhǎng)率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅第三節(jié)第三節(jié)

25、 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 Why？：？：金屬經(jīng)冷變形后金屬經(jīng)冷變形后, 由于內(nèi)應(yīng)力的存在，組織處于不由于內(nèi)應(yīng)力的存在，組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài), 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持。生產(chǎn)上，如有要不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持。生產(chǎn)上，如有要求其組織結(jié)構(gòu)和性能恢復(fù)到原始狀態(tài)，并消除殘余應(yīng)力，求其組織結(jié)構(gòu)和性能恢復(fù)到原始狀態(tài)，并消除殘余應(yīng)力，就必須進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。就必須進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。 How?:一般采用退火加熱，一般采用退

26、火加熱，使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。 加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅 再結(jié)晶過(guò)程再結(jié)晶過(guò)程1、定義：當(dāng)變形金屬加熱到一定溫度時(shí)、定義：當(dāng)變形金屬加熱到一定溫度時(shí)，原來(lái)的變形組織中重新生成并最，原來(lái)的變形組織中重新生成并最終被無(wú)畸變晶粒取代，終被無(wú)畸變晶粒取代，而且性能發(fā)生明顯變化并恢復(fù)到變形前的變化過(guò)程。而且性能發(fā)生明顯變化并恢復(fù)到變形前的變化過(guò)程。2、過(guò)程：首先在材料中變形嚴(yán)重處（即位錯(cuò)或其他缺陷集中處）形成新的、過(guò)程：首先在材料中變形嚴(yán)重處（即位錯(cuò)或其他缺陷集中處）形成新的晶核（亞晶長(zhǎng)大說(shuō)和晶界突出形核說(shuō)），

27、這些小晶粒消耗周?chē)l(fā)生過(guò)變形的晶核（亞晶長(zhǎng)大說(shuō)和晶界突出形核說(shuō)），這些小晶粒消耗周?chē)l(fā)生過(guò)變形的晶體而不斷長(zhǎng)大，同時(shí)也有新的小晶粒形成，直到新的晶粒全部代替變形過(guò)晶體而不斷長(zhǎng)大，同時(shí)也有新的小晶粒形成，直到新的晶粒全部代替變形過(guò)的晶體。這個(gè)過(guò)程也是一形核和核心長(zhǎng)大。的晶體。這個(gè)過(guò)程也是一形核和核心長(zhǎng)大。3、結(jié)果、結(jié)果 材料發(fā)生了再結(jié)晶后，由于材料發(fā)生了再結(jié)晶后，由于全部用新生成的晶粒替換了原全部用新生成的晶粒替換了原發(fā)生過(guò)塑性變形的晶粒，所以發(fā)生過(guò)塑性變形的晶粒，所以材料經(jīng)過(guò)再結(jié)晶后，由冷塑性材料經(jīng)過(guò)再結(jié)晶后，由冷塑性變形帶來(lái)的所有性能變化就全變形帶來(lái)的所有性能變化就全部消失，材料的組織發(fā)生了

28、變部消失，材料的組織發(fā)生了變化，性能完全徹底回到變形前化，性能完全徹底回到變形前的狀態(tài)的狀態(tài)。（1）再結(jié)晶再結(jié)晶不是相變過(guò)程，不是相變過(guò)程，再結(jié)晶再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類(lèi)型和成分前后新舊晶粒的晶格類(lèi)型和成分完全相同。完全相同。（區(qū)別于重結(jié)晶）（區(qū)別于重結(jié)晶）（2）再結(jié)晶沒(méi)有確定的轉(zhuǎn)變溫度，）再結(jié)晶沒(méi)有確定的轉(zhuǎn)變溫度，再結(jié)晶是在溫度達(dá)到一定程度后，再結(jié)晶是在溫度達(dá)到一定程度后，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)發(fā)生遷移進(jìn)行原子活動(dòng)能力增強(qiáng)發(fā)生遷移進(jìn)行晶格位置的重排，溫度愈高，完晶格位置的重排，溫度愈高，完成愈快，沒(méi)有固定溫度，但有一成愈快，沒(méi)有固定溫度，但有一溫度下限，這個(gè)溫度稱(chēng)為溫度下限，這個(gè)溫度稱(chēng)為再結(jié)晶再

29、結(jié)晶開(kāi)始溫度開(kāi)始溫度。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 4、再結(jié)晶的特點(diǎn)、再結(jié)晶的特點(diǎn)5、再結(jié)晶溫度、再結(jié)晶溫度 定義：定義：經(jīng)過(guò)嚴(yán)重變形（變形度經(jīng)過(guò)嚴(yán)重變形（變形度70%以上）的金屬，在約以上）的金屬，在約保溫保溫1小時(shí)內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的溫度。小時(shí)內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的溫度。純金屬再結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)的關(guān)系：純金屬再結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)的關(guān)系： T T再再0.4T0.4T熔熔 其中其中T T再再、T T熔熔為熱力學(xué)溫度，即絕對(duì)溫度。為熱力學(xué)溫度，即絕對(duì)溫度。 （+273+273） 金屬熔點(diǎn)越高金屬熔點(diǎn)越高, T, T再再也越高。也越高。T T再再 = (T= (T熔熔+273)

30、+273)0.42730.4273如：如：FeFe的的T T再再=(1538+273)=(1538+273)0.4273=4510.4273=451第四節(jié)第四節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工 冷加工與熱加工冷加工與熱加工 在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度來(lái)劃分的。來(lái)劃分的。 低于再結(jié)晶溫度的加工稱(chēng)為冷加工，低于再結(jié)晶溫度的加工稱(chēng)為冷加工， 高于再結(jié)晶溫度的加工稱(chēng)為熱加工。高于再結(jié)晶溫度的加工稱(chēng)為熱加工。軋制軋制模模鍛鍛拉拔拉拔第四章第四章 結(jié)晶相圖結(jié)晶相圖合金的相結(jié)構(gòu)與組織合金的相結(jié)構(gòu)與組織相圖知識(shí)相圖知識(shí)二元相圖的基本類(lèi)型與分析二元相圖的基本類(lèi)型與

31、分析相圖與合金性能之間的關(guān)系相圖與合金性能之間的關(guān)系一、概念一、概念黃銅（黃銅（Cu+Zn），鐵（），鐵（Fe+C），碳鋼，合金鋼），碳鋼，合金鋼組元：組成合金最基本、獨(dú)立的物質(zhì)稱(chēng)為組元。組元：組成合金最基本、獨(dú)立的物質(zhì)稱(chēng)為組元。組元可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組元組元可以是全部是金屬，也可是金屬與非金屬。組元可以是純?cè)兀部梢允腔衔铮ㄔ谘芯康姆秶鷥?nèi)不可以是純?cè)兀部梢允腔衔铮ㄔ谘芯康姆秶鷥?nèi)不發(fā)生分解）發(fā)生分解）根據(jù)組元數(shù)目的多少，分為二元合金、三元合金等。根據(jù)組元數(shù)目的多少，分為二元合金、三元合金等。給定組元，可以不同比例配制出一系列成分不同的合給定組元，可以不同比例配制出

32、一系列成分不同的合金，這一系列合金構(gòu)成合金系。金，這一系列合金構(gòu)成合金系。Al-Cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅第一節(jié)第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)引入：前面我們研究了金屬的空間結(jié)構(gòu)，金屬的塑性變形，由于純金屬種類(lèi)有限，一些性能無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)材料的性能需求，在工程中，我們通常用到的是合金。（2）相：是指金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)）相：是指金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部相同，并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。分。 a、具有同一化學(xué)成分。、具有同一化學(xué)成分。 b、結(jié)構(gòu)相同。、結(jié)構(gòu)相同。 c、合金中相與相有明顯的界面。、合金中相與相有明顯的界面。 例：純

33、金屬熔點(diǎn)以上為單相液體。合金固體，例：純金屬熔點(diǎn)以上為單相液體。合金固體，由一個(gè)相組成時(shí)為單相合金，有兩個(gè)以上相組由一個(gè)相組成時(shí)為單相合金，有兩個(gè)以上相組成的為多相合金。成的為多相合金。合金的相（晶格結(jié)構(gòu)基本屬性）分類(lèi)：合金的相（晶格結(jié)構(gòu)基本屬性）分類(lèi)：固溶體和金屬化合物固溶體和金屬化合物單相單相合金合金兩相兩相合金合金第一節(jié)第一節(jié) 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)固溶體：合金組元相互溶解形成固溶體：合金組元相互溶解形成固相固相的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的與組成合金的某一組元相同，某一組元相同，這類(lèi)固相稱(chēng)為固溶體。這類(lèi)固相稱(chēng)為固溶體。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）兩種組元能夠相互溶解。）兩種組元能夠相互溶解

34、。 溶解度：溶解度：在一定條件（溫度）下，溶質(zhì)組元在固溶體中的極限濃度。在一定條件（溫度）下，溶質(zhì)組元在固溶體中的極限濃度。2 2 ）形成固相晶體結(jié)構(gòu)與其中一個(gè)組元相同。）形成固相晶體結(jié)構(gòu)與其中一個(gè)組元相同。3 3 ）與固溶體晶格相同的組元為溶劑，一般含量較多；另一組元）與固溶體晶格相同的組元為溶劑，一般含量較多；另一組元為溶質(zhì)，含量較少。為溶質(zhì)，含量較少。1 1、定義、定義2 2、表示方法、表示方法 (1) (1) 按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分間隙固溶體間隙固溶體置換固溶體置換固溶體二、二、固態(tài)合金中的相固態(tài)合金中的相固溶體固溶體( (一一) )置換固溶體置換

35、固溶體溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格上某些結(jié)點(diǎn)位置溶質(zhì)原子置換了溶劑晶格上某些結(jié)點(diǎn)位置上的原子形成的固溶體。上的原子形成的固溶體。（1 1）保持溶劑結(jié)構(gòu)）保持溶劑結(jié)構(gòu) （2 2）溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑陣點(diǎn)位）溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑陣點(diǎn)位置置例：例：1Cr18Ni9 （奧氏體不銹鋼），Cr和和Ni代替了部分鐵原子，形成置換固溶體。代替了部分鐵原子，形成置換固溶體。( (二二) ) 間隙固溶體間隙固溶體原子半徑較小的溶質(zhì)原子（原子半徑較小的溶質(zhì)原子（X X）占據(jù)溶劑）占據(jù)溶劑( (過(guò)渡族元素過(guò)渡族元素M)M)間隙位置形成的固溶體。間隙位置形成的固溶體。1 1）保持溶劑結(jié)構(gòu)）保持溶劑結(jié)構(gòu)2 2）溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑間隙位置

36、）溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑間隙位置3 3）溶質(zhì)原子無(wú)序分布，故間隙固溶體永遠(yuǎn)）溶質(zhì)原子無(wú)序分布，故間隙固溶體永遠(yuǎn)是無(wú)序固溶體。是無(wú)序固溶體。 r r質(zhì)質(zhì)/r/r劑劑0.59 AC )- A bcc, bcc, 復(fù)雜斜方復(fù)雜斜方 fccfcc-晶格改組晶格改組 0.0218% 6.69% 0.77% -0.0218% 6.69% 0.77% -FeFe、C C原子的擴(kuò)散過(guò)程原子的擴(kuò)散過(guò)程要獲得全部奧氏體組織，必須要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到相應(yīng)加熱到A Ac3c3或或AcAccmcm以上以上。非共析鋼的非共析鋼的A化分兩步：化分兩步：1）首先完成）首先完成P的的A化；化；2）然后發(fā)生先共析相的）

37、然后發(fā)生先共析相的A化。（亞共析鋼先化。（亞共析鋼先析出相析出相F，過(guò)共析鋼先共析，過(guò)共析鋼先共析Fe3C）2、亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程、亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程鋼種鋼種加熱溫度加熱溫度組織組織亞共析鋼Ac3以上A共析鋼Ac1 以上A過(guò)共析鋼Accm 以上A完全奧氏體化過(guò)程：鋼種鋼種加熱溫度加熱溫度組織組織亞共析鋼Ac1 Ac3A F共析鋼Ac1 稍上A Fe3C過(guò)共析鋼Ac1Acc mA Fe3C非完全奧氏體化過(guò)程：第三節(jié)第三節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變冷卻方式通常有三種：冷卻方式通常有三種：（1 1）極其緩慢的冷卻）極其緩慢的冷卻 平衡結(jié)晶過(guò)平衡結(jié)晶過(guò)程。程。（2

38、2）等溫冷卻）等溫冷卻 將鋼迅速冷卻到臨將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)（界點(diǎn)（A Ar1r1）以下的某一溫度進(jìn)行保）以下的某一溫度進(jìn)行保溫，使其發(fā)生恒溫轉(zhuǎn)變；溫，使其發(fā)生恒溫轉(zhuǎn)變；（3 3）連續(xù)冷卻）連續(xù)冷卻 即將鋼以一定的速即將鋼以一定的速度連續(xù)冷卻，使其在臨界點(diǎn)以下發(fā)度連續(xù)冷卻，使其在臨界點(diǎn)以下發(fā)生變溫轉(zhuǎn)變。生變溫轉(zhuǎn)變。連續(xù)冷卻時(shí) 間保 溫 時(shí) 間保 溫溫度等溫冷卻臨界點(diǎn)加熱引子：引子：熱處理兩個(gè)重要環(huán)節(jié)：加熱和冷卻。加熱的目的是為了獲得均勻細(xì)小熱處理兩個(gè)重要環(huán)節(jié)：加熱和冷卻。加熱的目的是為了獲得均勻細(xì)小的奧氏體晶粒。冷卻也是熱處理的關(guān)鍵工序，因?yàn)榇蠖鄶?shù)零構(gòu)件在室溫下工的奧氏體晶粒。冷卻也是熱處理的

39、關(guān)鍵工序，因?yàn)榇蠖鄶?shù)零構(gòu)件在室溫下工作，鋼的性能取決于奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變后的組織，因此研究不同冷卻條件下鋼作，鋼的性能取決于奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變后的組織，因此研究不同冷卻條件下鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變規(guī)律，對(duì)正確制定熱處理工藝，獲得預(yù)期性能具有重要意義。的奧氏體轉(zhuǎn)變規(guī)律，對(duì)正確制定熱處理工藝，獲得預(yù)期性能具有重要意義。過(guò)冷奧氏體：過(guò)冷奧氏體：鋼奧氏體化后，從高溫冷卻到鋼奧氏體化后，從高溫冷卻到A1以下，此時(shí)奧氏體并不立即轉(zhuǎn)以下，此時(shí)奧氏體并不立即轉(zhuǎn)變，而處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，把變，而處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，把這種存在于這種存在于A1溫度以下暫未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不溫度以下暫未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱(chēng)為過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定奧氏體稱(chēng)

40、為過(guò)冷奧氏體。熱處理工藝曲線(xiàn)熱處理工藝曲線(xiàn)孕育期孕育期（1 1） 轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。（2 2）孕育期最小處稱(chēng)）孕育期最小處稱(chēng)C C 曲線(xiàn)的曲線(xiàn)的“鼻尖鼻尖”。孕育期。孕育期最短處過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定，過(guò)冷奧氏體最容易轉(zhuǎn)最短處過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定，過(guò)冷奧氏體最容易轉(zhuǎn)變。變。（3 3）鼻尖以上、）鼻尖以上、A1A1以下，隨著過(guò)冷度增大，孕育以下，隨著過(guò)冷度增大，孕育期縮短，過(guò)冷期縮短，過(guò)冷A A穩(wěn)定性降低。鼻尖以下穩(wěn)定性降低。鼻尖以下MsMs以上，以上，隨著過(guò)冷度增大，孕育期增大，過(guò)冷隨著過(guò)冷度增大，孕育期增大，過(guò)冷A A的穩(wěn)定性增的穩(wěn)定性增加

41、。加。原因：原因：過(guò)冷過(guò)冷A A的穩(wěn)定性取決于相變驅(qū)動(dòng)力和原子擴(kuò)的穩(wěn)定性取決于相變驅(qū)動(dòng)力和原子擴(kuò)散能力，散能力，當(dāng)溫度較高時(shí)，過(guò)冷度小，相變驅(qū)動(dòng)力小，當(dāng)溫度較高時(shí)，過(guò)冷度小，相變驅(qū)動(dòng)力小，因而溫度越高，反而穩(wěn)定。鼻尖以下，溫度較低，因而溫度越高，反而穩(wěn)定。鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。因而出現(xiàn)了擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。因而出現(xiàn)了先穩(wěn)定性降低后穩(wěn)定性增加的先穩(wěn)定性降低后穩(wěn)定性增加的“C”C”形狀。形狀。 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：C C曲線(xiàn)明確表示了過(guò)冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)曲線(xiàn)明確表示了過(guò)冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。變產(chǎn)物。3 3、C C 曲線(xiàn)的分析曲線(xiàn)

42、的分析4、影響、影響C 曲線(xiàn)的因素曲線(xiàn)的因素奧氏體的成分和奧氏體化的條件是影響曲線(xiàn)的主要因素。奧氏體的成分和奧氏體化的條件是影響曲線(xiàn)的主要因素。 成分的影響成分的影響 （包括含碳量和合金元素的影響）（包括含碳量和合金元素的影響） 含碳量的影響：含碳量的影響： A、亞共析鋼中隨著含碳量的增加、亞共析鋼中隨著含碳量的增加C曲線(xiàn)向右移，說(shuō)明穩(wěn)定性曲線(xiàn)向右移，說(shuō)明穩(wěn)定性，孕育期，孕育期 。（在相。（在相同的轉(zhuǎn)變條件下，同的轉(zhuǎn)變條件下，C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鐵素體形核幾率減小，鐵素體的長(zhǎng)大需要擴(kuò)散的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鐵素體形核幾率減小，鐵素體的長(zhǎng)大需要擴(kuò)散離去的離去的c原子的量增大，故減慢鐵素體析出，故右移），

43、共析鋼原子的量增大，故減慢鐵素體析出，故右移），共析鋼C曲線(xiàn)最靠右。曲線(xiàn)最靠右。B、過(guò)共析鋼隨著含碳量的增加、過(guò)共析鋼隨著含碳量的增加C曲線(xiàn)左移，說(shuō)明穩(wěn)定性曲線(xiàn)左移，說(shuō)明穩(wěn)定性，孕育期，孕育期。 一般對(duì)過(guò)共析一般對(duì)過(guò)共析碳鋼不進(jìn)行全奧氏體化（正常加熱溫度是在碳鋼不進(jìn)行全奧氏體化（正常加熱溫度是在Ac1Accm之間），未溶二次滲碳體增之間），未溶二次滲碳體增加了過(guò)冷奧氏體的形核率，反而使孕育期縮短，加了過(guò)冷奧氏體的形核率，反而使孕育期縮短，C曲線(xiàn)又向左移動(dòng)。曲線(xiàn)又向左移動(dòng)。C、隨著含碳量增加，要碳原子充分?jǐn)U散，需要更大過(guò)冷度，因而、隨著含碳量增加，要碳原子充分?jǐn)U散，需要更大過(guò)冷度，因而Ms 與與

44、Mf 點(diǎn)下降。點(diǎn)下降。亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖過(guò)共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖過(guò)共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖CrCr對(duì)對(duì)C C曲線(xiàn)的曲線(xiàn)的影響影響 合金元素的影響合金元素的影響（1 1）除除CoCo外外, , 凡溶入奧氏體的合金元素都凡溶入奧氏體的合金元素都增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使使C C曲線(xiàn)右曲線(xiàn)右移。移。 a a、非碳化物形成元素或弱碳化物形成、非碳化物形成元素或弱碳化物形成元素（如元素（如NiNi、 SiSi、CuCu、MnMn等）只改等）只改變變C C曲線(xiàn)的位置，不改變形狀。曲線(xiàn)的位置，不改變形狀。 b b、碳化物形成元素（如、碳化物形成元素

45、（如Cr Cr 、 MoMo、 WW、V V、TiTi等）不僅使等）不僅使C C曲線(xiàn)的位置發(fā)生變曲線(xiàn)的位置發(fā)生變化，還改變化，還改變C C曲線(xiàn)的形狀，可使整個(gè)曲線(xiàn)的形狀，可使整個(gè)C C曲線(xiàn)在鼻尖處分開(kāi)形成上下兩個(gè)曲線(xiàn)在鼻尖處分開(kāi)形成上下兩個(gè)C C曲線(xiàn)曲線(xiàn)（分別為珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)）。（分別為珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)）。（2 2）除）除CoCo和和Al Al 外外, ,所有合金元素都使所有合金元素都使Ms Ms 與與MMf f 點(diǎn)下降。點(diǎn)下降。4、影響、影響C 曲線(xiàn)的因素曲線(xiàn)的因素 奧氏體化條件的影響奧氏體化條件的影響奧氏體化條件主要是奧氏體化條件主要是奧氏體化溫度和保溫時(shí)間奧氏體化溫度和保溫時(shí)間

46、的影響。的影響。奧氏體化的溫度提高和保溫時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)使奧氏體化的溫度提高和保溫時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)使C C 曲線(xiàn)右移。曲線(xiàn)右移。 因?yàn)殡S著奧氏體化因?yàn)殡S著奧氏體化溫度提高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)溫度提高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，奧氏體成分趨于均，奧氏體成分趨于均勻化，未溶碳化物減少，勻化，未溶碳化物減少，晶粒長(zhǎng)大，晶界面積減少，從而降低了過(guò)晶粒長(zhǎng)大，晶界面積減少，從而降低了過(guò)A A的的形核率和可能性，增加了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，形核率和可能性，增加了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而使從而使C C右移。但要注右移。但要注意奧氏體化晶粒度的影響。意奧氏體化晶粒度的影響。4、影響、影響C 曲線(xiàn)的因素曲線(xiàn)的因素小結(jié)：影響小結(jié)：影響C曲

47、線(xiàn)的因素，可以理解為凡是不利于轉(zhuǎn)變形核曲線(xiàn)的因素，可以理解為凡是不利于轉(zhuǎn)變形核的都要會(huì)使的都要會(huì)使C曲線(xiàn)右移，相反會(huì)左移。曲線(xiàn)右移，相反會(huì)左移。如：如：C%(亞亞 、過(guò)、過(guò))右移； 合金元素合金元素(除除Co、Al)右移； 加加、t保保,C曲線(xiàn)向右移。曲線(xiàn)向右移。V V1 1，5.5/s，相當(dāng)于爐冷（退火），轉(zhuǎn)相當(dāng)于爐冷（退火），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為變產(chǎn)物為P P；v v2 2 ，20/s，相當(dāng)于空冷（正火），轉(zhuǎn)相當(dāng)于空冷（正火），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為變產(chǎn)物為S S或或T T；v v3 3 ，33/s，相當(dāng)于油冷，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為相當(dāng)于油冷，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為T(mén)+M+AT+M+A；V V4 4， 138/s，相當(dāng)于水冷，轉(zhuǎn)變產(chǎn)

48、物相當(dāng)于水冷，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為為M+AM+A。共析鋼的共析鋼的CCT曲線(xiàn)曲線(xiàn)3-3.33-3.3不同冷卻速度得到的產(chǎn)物不同冷卻速度得到的產(chǎn)物V1V2V3V41、冷卻速度、冷卻速度V1V2V3V4，冷卻速度不，冷卻速度不同，發(fā)生的轉(zhuǎn)變及室溫組織亦不同。同，發(fā)生的轉(zhuǎn)變及室溫組織亦不同。2、冷速很慢時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度較高，轉(zhuǎn)、冷速很慢時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度較高，轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間較長(zhǎng)。冷速增大，變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間較長(zhǎng)。冷速增大，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度降低，時(shí)間縮短，而轉(zhuǎn)變發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度降低，時(shí)間縮短，而轉(zhuǎn)變經(jīng)歷的溫度區(qū)間增大。經(jīng)歷的溫度區(qū)間增大。3、冷卻曲線(xiàn)遇終止線(xiàn)，、冷卻曲線(xiàn)遇終止線(xiàn)，P轉(zhuǎn)變停止，繼續(xù)轉(zhuǎn)變

49、停止，繼續(xù)冷卻，還要進(jìn)行冷卻，還要進(jìn)行M轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。如果將如果將CCTCCT曲線(xiàn)用虛線(xiàn)畫(huà)在同一圖中，曲線(xiàn)用虛線(xiàn)畫(huà)在同一圖中，比較后發(fā)現(xiàn)：比較后發(fā)現(xiàn)：珠光體型轉(zhuǎn)變珠光體型轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的差別，開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)滯后，的差別，開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)滯后，CCTCCT曲線(xiàn)曲線(xiàn)在在TTTTTT曲線(xiàn)曲線(xiàn)的右下方的右下方，說(shuō)明連續(xù)轉(zhuǎn)變?cè)姓f(shuō)明連續(xù)轉(zhuǎn)變?cè)杏谝L(zhǎng)，轉(zhuǎn)變溫度要低一些。育期要長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變溫度要低一些。貝氏體轉(zhuǎn)變被抑制不能發(fā)生。貝氏體轉(zhuǎn)變被抑制不能發(fā)生。在在CCTCCT曲線(xiàn)上有一奧氏體轉(zhuǎn)變中止線(xiàn)，只有部曲線(xiàn)上有一奧氏體轉(zhuǎn)變中止線(xiàn)，只有部分奧氏體分解，隨后的一段時(shí)間內(nèi)，剩分奧氏體分解，隨后的

50、一段時(shí)間內(nèi)，剩余的奧氏體并不發(fā)生轉(zhuǎn)變，直到馬氏體余的奧氏體并不發(fā)生轉(zhuǎn)變，直到馬氏體點(diǎn)后，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，所得組織為點(diǎn)后，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，所得組織為T(mén) TMMAA；馬氏體點(diǎn)及以下?tīng)顟B(tài)馬氏體點(diǎn)及以下?tīng)顟B(tài)，連續(xù)冷卻曲線(xiàn)，連續(xù)冷卻曲線(xiàn)和等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的差別。和等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的差別。用用TTT曲線(xiàn)定性說(shuō)明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)曲線(xiàn)定性說(shuō)明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變的組織轉(zhuǎn)變爐爐冷冷空空冷冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+A3-3.53-3.5共析鋼共析鋼CCTCCT曲線(xiàn)和曲線(xiàn)和TTTTTT曲線(xiàn)異同曲線(xiàn)異同第四節(jié)第四節(jié) 鋼的退火與正火鋼的退火與正火 機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）

51、機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）預(yù)預(yù) 備熱處理備熱處理機(jī)加工機(jī)加工最終最終熱處理。熱處理。 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 : 退火退火 ; 正火；調(diào)質(zhì)。正火；調(diào)質(zhì)。 最終熱處理最終熱處理 : 淬火淬火 ; 不同的回火。不同的回火。4.1 退火退火 退火：將偏離平衡組織的鋼加退火：將偏離平衡組織的鋼加熱至熱至Ac1Ac1以上或以下溫度，保溫以上或以下溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻一定時(shí)間，然后緩慢冷卻 ( (爐冷、爐冷、坑冷、砂冷、灰冷坑冷、砂冷、灰冷) ) ，獲得近似，獲得近似于平衡組織的熱處理工藝。于平衡組織的熱處理工藝。1、退火目的、退火目的l調(diào)整硬度，便于切削加工。（中碳以上及合金鋼）

52、調(diào)整硬度，便于切削加工。（中碳以上及合金鋼）l 消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，防止加工中變形。消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，防止加工中變形。l 均勻組織，細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。均勻組織，細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。 真空退火爐真空退火爐 退火的種類(lèi)很多，按照加退火的種類(lèi)很多，按照加熱溫度劃分：熱溫度劃分： （1）完全退火）完全退火 （2）等溫退火）等溫退火 （3）球化退火）球化退火 （4）擴(kuò)散退火）擴(kuò)散退火 （5）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火 （6）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火2、退火種類(lèi)、退火種類(lèi)加熱溫度范圍加熱溫度范圍定義：定義：完全退火是將鋼件加熱到完全退火是將鋼件加熱到AcAc3 3以上以上30

53、503050，經(jīng)完全奧氏體化后進(jìn)行緩慢冷，經(jīng)完全奧氏體化后進(jìn)行緩慢冷卻卻( (隨爐冷卻或埋入石灰、干沙中自然冷卻隨爐冷卻或埋入石灰、干沙中自然冷卻) )，至至600600空冷，以獲得近似于平衡組織的熱空冷，以獲得近似于平衡組織的熱處理工藝。處理工藝。目的：目的：細(xì)化晶粒、均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒、均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于加工。降低硬度，便于加工。用途：用途：適用于亞共析鋼（適用于亞共析鋼（w wc c=0.30.6%=0.30.6%）。）。不適用于低碳鋼和過(guò)共析鋼（低碳鋼冷卻不適用于低碳鋼和過(guò)共析鋼（低碳鋼冷卻后硬度不足，不利于切削加工，過(guò)共析鋼后硬度不足，不利于切削加工，過(guò)

54、共析鋼析出二次滲碳體，強(qiáng)度塑性韌性析出二次滲碳體，強(qiáng)度塑性韌性）。）。 室溫組織：室溫組織：P+FP+F，可認(rèn)為是平衡組織。，可認(rèn)為是平衡組織。 完全退火完全退火加熱速度：加熱速度：100-200/h保溫時(shí)間：保溫時(shí)間：=KD其中：其中：K為加熱系數(shù)，為加熱系數(shù)，1.5-2.0min/mm。D為工件厚度。為工件厚度。（1）保證工件要燒透。）保證工件要燒透。（2）保證全部奧氏體化。）保證全部奧氏體化。冷卻速度：冷卻速度：30-120/h 定義：定義：將將亞共析鋼加熱亞共析鋼加熱到到Ac3+3050, 共析、過(guò)共析鋼加熱共析、過(guò)共析鋼加熱到到Ac1+3050，保溫，保溫后，快冷到后，快冷到Ar1以

55、下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵碌哪骋粶囟认峦Ａ簦嘧兺瓿珊蟪鰻t空冷，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的熱處理工藝。珠光體的熱處理工藝。 目的：目的：等溫退火與完全退火的目的一致，不但可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間，提高生等溫退火與完全退火的目的一致，不但可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，而且在同一溫度下發(fā)生的轉(zhuǎn)變，獲得的組織和性能均勻。產(chǎn)效率，而且在同一溫度下發(fā)生的轉(zhuǎn)變，獲得的組織和性能均勻。 組織：球狀組織：球狀P或或F+P 用途：用途：等溫退火主要用于亞、共、過(guò)共析鋼。等溫退火主要用于亞、共、過(guò)共析鋼。高速鋼等溫退火與普通退火的高速鋼等溫退火與普通退火的比較比較 等溫退

56、火等溫退火 高速鋼等溫退火工藝曲線(xiàn)高速鋼等溫退火工藝曲線(xiàn)（3 3）球化退火（不完全退火）球化退火（不完全退火） （1 1）定義：）定義：將將過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼加熱到加熱到AcAc1 1以上以上10201020，充分保溫，充分保溫，使二次滲碳體球化，使二次滲碳體球化，然后隨爐緩冷的熱處理工藝。然后隨爐緩冷的熱處理工藝。（2 2）特點(diǎn)：低溫短時(shí)間加熱和緩慢冷卻。）特點(diǎn)：低溫短時(shí)間加熱和緩慢冷卻。當(dāng)當(dāng)加熱溫度超過(guò)加熱溫度超過(guò)AcAc1 1時(shí)，滲碳體剛開(kāi)始溶解，又時(shí)，滲碳體剛開(kāi)始溶解，又未完全溶解，層片狀的滲碳體逐漸斷開(kāi)，形成未完全溶解，層片狀的滲碳體逐漸斷開(kāi)，形成小的鏈狀或點(diǎn)狀，分散在鐵素體基體上。在

57、隨小的鏈狀或點(diǎn)狀，分散在鐵素體基體上。在隨后的緩冷過(guò)程中，以原有的滲碳體或碳原子濃后的緩冷過(guò)程中，以原有的滲碳體或碳原子濃度高的地方為核心，形成顆粒狀滲碳體。度高的地方為核心，形成顆粒狀滲碳體。（3 3）目的：）目的：降低材料的硬度，保證足夠的韌降低材料的硬度，保證足夠的韌性，便于進(jìn)行機(jī)械加工，均勻組織為以后淬火性，便于進(jìn)行機(jī)械加工，均勻組織為以后淬火作好組織準(zhǔn)備。作好組織準(zhǔn)備。（4 4）組織：）組織：球狀球狀P P （5 5）適用：主要用于共析或過(guò)共析成分的碳）適用：主要用于共析或過(guò)共析成分的碳鋼或者合金鋼。鋼或者合金鋼。加熱溫度范圍加熱溫度范圍（4）擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 （均勻化退火）（均勻化

58、退火）（1 1）定義：）定義：將鋼加熱到略低于固相線(xiàn)的溫將鋼加熱到略低于固相線(xiàn)的溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫（度，長(zhǎng)時(shí)間保溫（1020 h1020 h），緩慢冷），緩慢冷卻以消除成分偏析的熱處理工藝。卻以消除成分偏析的熱處理工藝。 （2 2）加熱溫度：）加熱溫度：略低于固相線(xiàn)溫度。略低于固相線(xiàn)溫度。亞共析鋼亞共析鋼：T TAcAc3 3 + + （150150300)300)過(guò)共析鋼：過(guò)共析鋼：T TAcAccmcm+ +（150150300)300)（3 3）目的：）目的：為了消除晶內(nèi)偏析，使成分均為了消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化，實(shí)質(zhì)是使合金元素的原子充分?jǐn)U勻化，實(shí)質(zhì)是使合金元素的原子充分?jǐn)U散。散。(4

59、)(4)適用適用：合金鑄鐵和鑄錠。：合金鑄鐵和鑄錠。(5)(5)后續(xù)處理：后續(xù)處理：保溫保溫10102020小時(shí)退火后晶粒小時(shí)退火后晶粒較粗大，一般還須進(jìn)行完全退火或正火較粗大，一般還須進(jìn)行完全退火或正火處理。處理。（5 5）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火 （1 1）方法：）方法：將鋼較慢加熱到將鋼較慢加熱到500500600(600(低于低于A A1 1) )，保溫一定保溫一定時(shí)間，后隨爐慢冷時(shí)間，后隨爐慢冷到到200300200300以下出爐。以下出爐。 （2 2）目的：由于）目的：由于溫度低于溫度低于A A1 1，鋼，鋼中無(wú)相變發(fā)生，組織沒(méi)有明顯中無(wú)相變發(fā)生，組織沒(méi)有明顯變化，可完全消除殘余內(nèi)應(yīng)

60、力。變化，可完全消除殘余內(nèi)應(yīng)力。（3 3）用途：）用途： 主要用于消除鍛件、主要用于消除鍛件、鑄件、焊接構(gòu)件存在殘余內(nèi)應(yīng)，鑄件、焊接構(gòu)件存在殘余內(nèi)應(yīng)，或拉、拔、擠壓等冷加工或機(jī)或拉、拔、擠壓等冷加工或機(jī)加工的變形或其它原因產(chǎn)生的加工的變形或其它原因產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力。 （6 6）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火 （1 1）定義：將冷變形后的金屬加）定義：將冷變形后的金屬加熱到在結(jié)晶溫度以上，保持一熱到在結(jié)晶溫度以上，保持一定時(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變定時(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒而消除加工硬為均勻等軸晶粒而消除加工硬化現(xiàn)象的熱處理工藝。化現(xiàn)象的熱處理工藝。 （2 2）工藝：）工藝： T T再再