1、（3）溶質(zhì)分布：液、固相內(nèi)溶質(zhì)完全混合（平衡凝固）a;固相不混合、液相完全混合b;固相不混合、液相完全不混合c；固相不混合、液相部分混合d。（1） 區(qū)域熔煉（上述溶質(zhì)分布規(guī)律的應(yīng)用）5 成分過(guò)冷及其對(duì)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響（1） 成分過(guò)冷：由成分變化與實(shí)際溫度分布共同決定的過(guò)冷。（2） 形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低液相線溫度從低到高。（圖示：溶質(zhì)分布曲線勻晶相圖液相線溫度分布曲線實(shí)際溫度分布曲線成分過(guò)冷區(qū)。）（3）成分過(guò)冷形成的條件和影響因素條件：G/RmC(1-k)/Dk合金固有參數(shù)：m, k;實(shí)驗(yàn)可控參數(shù)：G, R。（4）成分過(guò)冷對(duì)生長(zhǎng)形態(tài)的影響（正溫度梯度下）G越大，成分過(guò)冷越大生長(zhǎng)形態(tài)：平面

2、狀胞狀樹(shù)枝狀。第三節(jié) 二元共晶相圖及合金凝固共晶轉(zhuǎn)變：由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分固相的轉(zhuǎn)變。共晶相圖：具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。（液態(tài)無(wú)限互溶、固態(tài)有限互溶或完全不溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)。共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。（是兩相混合物）1 相圖分析（相圖三要素）（1） 點(diǎn)：純組元熔點(diǎn)；最大溶解度點(diǎn)；共晶點(diǎn)（是亞共晶、過(guò)共晶成分分界點(diǎn)）等。（2） 線：結(jié)晶開(kāi)始、結(jié)束線；溶解度曲線；共晶線等。（3） 區(qū)：3個(gè)單相區(qū)；3個(gè)兩相區(qū)；1個(gè)三相區(qū)。2 合金的平衡結(jié)晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）（1） Wsn19的合金 凝固過(guò)程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。 二次相（次生相）的生成：脫溶轉(zhuǎn)變（二次析出或

3、二次再結(jié)晶）。 室溫組織（）及其相對(duì)量計(jì)算。（2） 共晶合金 凝固過(guò)程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。1 共晶線上兩相的相對(duì)量計(jì)算。2 室溫組織（）及其相對(duì)量計(jì)算。（3） 亞共晶合金 凝固過(guò)程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。 共晶線上兩相的相對(duì)量計(jì)算。 室溫組織（）及其相對(duì)量計(jì)算。3 組織組成物與組織圖組織組成物：組成材料顯微組織的各個(gè)不同本質(zhì)和形態(tài)的部分。組織圖：用組織組成物填寫(xiě)的相圖。3 不平衡結(jié)晶及其組織（1） 偽共晶 偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織。 形成原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶點(diǎn)附近。 不平衡組織由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。共晶成分的合金得到的亞、過(guò)共

4、晶組織。（偽共晶區(qū)偏移）（2） 不平衡共晶1 不平衡共晶：位于共晶線以外成分的合金發(fā)生共晶反應(yīng)而形成的組織。2 原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶線以外端點(diǎn)附件。（3） 離異共晶1 離異共晶：兩相分離的共晶組織。2 形成原因平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近。不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點(diǎn)附。3 消除：擴(kuò)散退火。4 共晶組織的形成（1） 共晶體的形成成分互惠交替形核 片間搭橋促進(jìn)生長(zhǎng)兩相交替分布共晶組織（2） 共晶體的形態(tài)粗糙粗糙界面：層片狀（一般情況）、棒狀、纖維狀（一相數(shù)量明顯少于另一相）粗糙平滑界面：具有不規(guī)則或復(fù)雜組織形態(tài)（由于兩相微觀結(jié)構(gòu)不同）所需動(dòng)態(tài)過(guò)冷度不同，金屬相任意長(zhǎng)大

5、，另一相在其間隙長(zhǎng)大。可得到球狀、針狀、花朵狀、樹(shù)枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差別大。形成較大成分過(guò)冷，率先長(zhǎng)大，形成針狀、骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網(wǎng)狀的共晶體。（3） 初生晶的形態(tài)：金屬固溶體：粗糙界面樹(shù)枝狀；非金屬相：平滑界面規(guī)則多面體。第四節(jié) 二元包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變：由一個(gè)特定成分的固相和液相生成另一個(gè)特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。包晶相圖：具有包晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。1 相圖分析點(diǎn)、線、區(qū)。2 平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織（1） 包晶合金的結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：包晶線以下，L, 對(duì)過(guò)飽和界面生成三相間存在濃度梯度擴(kuò)散長(zhǎng)大全部轉(zhuǎn)變?yōu)椤Ｊ覝亟M織：或。（2） 成分在C-D之間合金的結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：剩余；室溫組織：。3 不平衡結(jié)

6、晶及其組織異常相導(dǎo)致包晶偏析包晶轉(zhuǎn)變要經(jīng)擴(kuò)散。包晶偏析：因包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行而導(dǎo)致的成分不均勻現(xiàn)象。異常相由不平衡包晶轉(zhuǎn)變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點(diǎn)附件。4 包晶轉(zhuǎn)變的應(yīng)用（1） 組織設(shè)計(jì)：如軸承合金需要的軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的組織。（2） 晶粒細(xì)化。第五節(jié) 其它類型的二元相圖自學(xué)內(nèi)容第六節(jié) 鐵碳合金相圖一 二元相圖的分析和使用（1） 二元相圖中的幾何規(guī)律相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點(diǎn)接觸除外）相區(qū)接觸法則；三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)。若兩個(gè)三相區(qū)中有2個(gè)相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)。單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。（2） 相圖分析步驟以穩(wěn)

7、定的化合物分割相圖；確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；分析具體合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化注：虛線、點(diǎn)劃線的意義尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序無(wú)序轉(zhuǎn)變線。（3） 相圖與合金性能的關(guān)系1 根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能2 根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離XX越大，成分偏析越嚴(yán)重（因?yàn)橐汗滔喑煞植顒e大）；X越大，流動(dòng)性越差（因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)）；X越大，熱裂傾向越大（因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大）。塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。二 鐵碳合金相圖1組元和相（1）組元：鐵石墨相圖：Fe,C;鐵滲碳體相圖：Fe-Fe3C。相：L,

8、A(), F(), Fe3C(K)。（其定義）2相圖分析點(diǎn)：16個(gè)。線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：GS,ES,PQ。區(qū)：5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。組織組成物標(biāo)注的相圖。3合金分類：工業(yè)純鈦（C%0.0218%）、碳鋼（0.0218C%2.11%）4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織（1）典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。（2）重要問(wèn)題：Fe3C,Fe3C,Fe3C的意義及其最大含量計(jì)算。Ld-Ld轉(zhuǎn)變。二次杠桿的應(yīng)用。5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響（1）對(duì)平衡組織的影響（隨C%提高）組織：Fe3CLdFe3C；相：減少

9、，F(xiàn)e3C增多；Fe3C形態(tài)：Fe3C（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀）共析Fe3C（層片狀）Fe3C（網(wǎng)狀）共晶Fe3C（基體）Fe3C（粗大片狀）。（2）對(duì)力學(xué)性能的影響強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。（3）對(duì)工藝性能的影響適合鍛造：C%2.11%，可得到單相組織。適合鑄造：C%4.3%。，流動(dòng)性好。適合冷塑變：C%0.25%，變形阻力小。適合熱處理：0.02182.11，有固態(tài)相變。第七節(jié)相圖的熱力學(xué)解釋圖示講解第八節(jié)鑄錠組織及其控制1鑄錠組織（1）鑄錠三區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。（2）組織控制：受澆鑄溫度、冷卻速度、化學(xué)成分、變質(zhì)處理、機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素影響。2鑄錠缺陷（1）微觀偏析（2）宏

10、觀偏析正偏析反偏析比重偏析（3）夾雜與氣孔夾雜：外來(lái)夾雜和內(nèi)生夾雜。氣孔：析出型和反應(yīng)型。（4）縮孔和疏松形成：凝固時(shí)體積縮小補(bǔ)縮不足形成縮孔。分類：集中縮孔（縮孔、縮管）和分散縮孔（疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難形成。）第五章三元相圖第一節(jié)總論1三元相圖的主要特點(diǎn)（1）是立體圖形，主要由曲面構(gòu)成；（2）可發(fā)生四相平衡轉(zhuǎn)變；（3）一、二、三相區(qū)為一空間。2成分表示法成分三角形（等邊、等腰、直角三角形）（1）已知點(diǎn)確定成分；（2）已知成分確定點(diǎn)。3成分三角形中特殊的點(diǎn)和線（1）三個(gè)頂點(diǎn)：代表三個(gè)純組元；（2）三個(gè)邊上的點(diǎn)：二元系合金的成分點(diǎn)；（3）平行于某條邊的直線：其上合金所含由此

11、邊對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)所代表的組元的含量一定。（4）通過(guò)某一頂點(diǎn)的直線：其上合金所含由另兩個(gè)頂點(diǎn)所代表的兩組元的比值恒定。4平衡轉(zhuǎn)變的類型（1）共晶轉(zhuǎn)變：L0Ta+b+c;（2）包晶轉(zhuǎn)變：L0a+b Tc;（3）包共晶轉(zhuǎn)變：L0a Tb+c;還有偏共晶、共析、包析、包共析轉(zhuǎn)變等。5共線法則與杠桿定律（1）共線法則：在一定溫度下，三元合金兩相平衡時(shí)，合金的成分點(diǎn)和兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn)必然位于成分三角形的同一條直線上。（由相率可知，此時(shí)系統(tǒng)有一個(gè)自由度，表示一個(gè)相的成分可以獨(dú)立改變，另一相的成分隨之改變。）（2）杠桿定律：用法與二元相同。兩條推論（1）給定合金在一定溫度下處于兩相平衡時(shí)，若其中一個(gè)相的成分給定，

12、另一個(gè)相的成分點(diǎn)必然位于已知成分點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上。（2）若兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn)已知，合金的成分點(diǎn)必然位于兩個(gè)已知成分點(diǎn)的連線上。6重心定律在一定溫度下，三元合金三相平衡時(shí)，合金的成分點(diǎn)為三個(gè)平衡相的成分點(diǎn)組成的三角形的質(zhì)量重心。（由相率可知，此時(shí)系統(tǒng)有一個(gè)自由度，溫度一定時(shí)，三個(gè)平衡相的成分是確定的。）平衡相含量的計(jì)算：所計(jì)算相的成分點(diǎn)、合金成分點(diǎn)和二者連線的延長(zhǎng)線與對(duì)邊的交點(diǎn)組成一個(gè)杠桿。合金成分點(diǎn)為支點(diǎn)。計(jì)算方法同杠桿定律。第二節(jié)三元?jiǎng)蚓鄨D1相圖分析點(diǎn)：Ta, Tb, Tc-三個(gè)純組元的熔點(diǎn)；面：液相面、固相面；區(qū)：L, L+。2三元固溶體合金的結(jié)晶規(guī)律液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，

13、呈蝶形規(guī)律變化。（立體圖不實(shí)用）3等溫界面（水平截面）（1）做法：某一溫度下的水平面與相圖中各面的交線。（2）截面圖分析3個(gè)相區(qū)：L, L+;2條相線：L1L2, S1S2（共軛曲線）;若干連接線：可作為計(jì)算相對(duì)量的杠桿（偏向低熔點(diǎn)組元；可用合金成分點(diǎn)與頂點(diǎn)的連線近似代替）。4變溫截面（垂直截面）（1）做法：某一垂直平面與相圖中各面的交線。（2）二種常用變溫截面經(jīng)平行于某條邊的直線做垂直面獲得；經(jīng)通過(guò)某一頂點(diǎn)的直線做垂直面獲得。（3）結(jié)晶過(guò)程分析成分軸的兩端不一定是純組元；注意液、固相線不一定相交；不能運(yùn)用杠桿定律（液、固相線不是成分變化線）。5投影圖（1）等溫線投影圖：可確定合金結(jié)晶開(kāi)始、結(jié)

14、束溫度。（2）全方位投影圖：勻晶相圖不必要。第三節(jié)三元共晶相圖一組元在固態(tài)互不相溶的共晶相圖（1）相圖分析點(diǎn)：熔點(diǎn)；二元共晶點(diǎn)；三元共晶點(diǎn)。兩相共晶線液相面交線線：EnE兩相共晶面交線液相單變量線液相區(qū)與兩相共晶面交線液相面固相面面：兩相共晶面三元共晶面兩相區(qū)：3個(gè)區(qū)：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：4個(gè)三相區(qū)：4個(gè)四相區(qū)：1個(gè)（2）等溫截面應(yīng)用：可確定平衡相及其成分；可運(yùn)用杠桿定律和重心定律。是直邊三角形三相平衡區(qū)兩相區(qū)與之線接（水平截面與棱柱面交線）單相區(qū)與之點(diǎn)接（水平截面與棱邊的交點(diǎn)，表示三個(gè)平衡相成分。）（3）變溫截面應(yīng)用：分析合金結(jié)晶過(guò)程，確定組織變化局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截

15、面上）合金結(jié)晶過(guò)程分析；（4）投影圖相組成物相對(duì)量計(jì)算（杠桿定律、重心定律）組織組成物相對(duì)量計(jì)算（杠桿定律、重心定律）二組元在固態(tài)有限溶解的共晶相圖（1）相圖分析點(diǎn)：熔點(diǎn)；二元共晶點(diǎn)；三元共晶點(diǎn)。兩相共晶線液相面交線線：EnE兩相共晶面交線液相單變量線液相區(qū)與兩相共晶面交線固相單變量線液相面固相面：由勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)束面、兩相共晶結(jié)束面、三相共晶結(jié)束面組成。面：兩相共晶面三元共晶面溶解度曲面：6個(gè)兩相區(qū)：6個(gè)區(qū)：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：4個(gè)三相區(qū)：4個(gè)四相區(qū)：1個(gè)（2）等溫截面應(yīng)用：可確定平衡相及其成分；可運(yùn)用杠桿定律和重心定律。是直邊三角形三相平衡區(qū)兩相區(qū)與之線接（水平截面與棱柱面交線）單相區(qū)與之點(diǎn)接（水平截面與

16、棱邊的交點(diǎn)，表示三個(gè)平衡相成分。）相率相區(qū)的相數(shù)差1；相區(qū)接觸法則：?jiǎn)蜗鄥^(qū)/兩相區(qū)曲線相接；兩相區(qū)/三相區(qū)直線相接。（3）變溫截面3個(gè)三相區(qū)共晶相圖特征：水平線1個(gè)三相區(qū)三相共晶區(qū)特征：曲邊三角形。應(yīng)用：分析合金結(jié)晶過(guò)程，確定組織變化局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）合金結(jié)晶過(guò)程分析；（4）投影圖相組成物相對(duì)量計(jì)算（杠桿定律、重心定律）組織組成物相對(duì)量計(jì)算（杠桿定律、重心定律）第四節(jié)三元相圖總結(jié)立體圖：共軛曲面。1兩相平衡等溫圖：兩條曲線。立體圖：三棱柱，棱邊是三個(gè)平衡相單變量線。2三相平衡等溫圖：直邊三角形，頂點(diǎn)是平衡相成分點(diǎn)。垂直截面：曲邊三角形，頂點(diǎn)不代表成分

17、根據(jù)參加反應(yīng)相：后生成。包、共晶轉(zhuǎn)變判斷根據(jù)居中單相區(qū)：上共下包。3四相平衡（1）立體圖中的四相平衡共晶轉(zhuǎn)變類型：包共晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變與4個(gè)單相區(qū)點(diǎn)接觸；相區(qū)鄰接（四相平衡面）與6個(gè)兩相區(qū)線接觸；與4個(gè)三相區(qū)面接觸。共晶轉(zhuǎn)變：上3下1（三相區(qū)）；反應(yīng)類型判斷（以四相平衡面為界）包共晶轉(zhuǎn)變：上2下2；包晶轉(zhuǎn)變：上1下3。（2）變溫截面中的四相平衡四相平衡區(qū)：上下都有三相區(qū)鄰接。條件：鄰接三相區(qū)達(dá)4時(shí)；判斷轉(zhuǎn)變類型類型：共晶、包共晶、包晶。（3）投影圖中的四相平衡根據(jù)12根單變量判斷；根據(jù)液相單變量判斷共晶轉(zhuǎn)變包共晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變4相區(qū)接觸法則相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（各種截面圖適用）。5應(yīng)用舉例第六章固體

18、中的擴(kuò)散第一節(jié)概述1擴(kuò)散的現(xiàn)象與本質(zhì)（1）擴(kuò)散：熱激活的原子通過(guò)自身的熱振動(dòng)克服束縛而遷移它處的過(guò)程。（2）現(xiàn)象：柯肯達(dá)爾效應(yīng)。（3）本質(zhì)：原子無(wú)序躍遷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。（不是原子的定向移動(dòng)）。2擴(kuò)散的分類（1）根據(jù)有無(wú)濃度變化自擴(kuò)散：原子經(jīng)由自己元素的晶體點(diǎn)陣而遷移的擴(kuò)散。（如純金屬或固溶體的晶粒長(zhǎng)大。無(wú)濃度變化。）互擴(kuò)散：原子通過(guò)進(jìn)入對(duì)方元素晶體點(diǎn)陣而導(dǎo)致的擴(kuò)散。（有濃度變化）（2）根據(jù)擴(kuò)散方向下坡擴(kuò)散：原子由高濃度處向低濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。上坡擴(kuò)散：原子由低濃度處向高濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。（3）根據(jù)是否出現(xiàn)新相原子擴(kuò)散：擴(kuò)散過(guò)程中不出現(xiàn)新相。反應(yīng)擴(kuò)散：由之導(dǎo)致形成一種新相的擴(kuò)散。3固態(tài)擴(kuò)散的條件（1

19、）溫度足夠高；（2）時(shí)間足夠長(zhǎng)；（3）擴(kuò)散原子能固溶；（4）具有驅(qū)動(dòng)力：化學(xué)位梯度。第二節(jié)擴(kuò)散定律1菲克第一定律（1）第一定律描述：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的某一單位面積截面的擴(kuò)散物質(zhì)流量（擴(kuò)散通量J）與濃度梯度成正比。（2）表達(dá)式：J=-D(dc/dx)。（C溶質(zhì)原子濃度；D-擴(kuò)散系數(shù)。）（3）適用條件：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，dc/dt=0。濃度及濃度梯度不隨時(shí)間改變。2菲克第二定律一般：C/t=(DC/x)/x二維：（1）表達(dá)式特殊：C/t=D2C/x2三維：C/t=D(2/x2+2/y2+2/z2)C穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：C/t=0，J/x=0。（2）適用條件：非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：C/t0，J/x0（C/t=J/x

20、）。3擴(kuò)散第二定律的應(yīng)用（1）誤差函數(shù)解適用條件：無(wú)限長(zhǎng)棒和半無(wú)限長(zhǎng)棒。表達(dá)式：C=C1(C1-C2)erf(x/2Dt) (半無(wú)限長(zhǎng)棒)。在滲碳條件下：C:x,t處的濃度；C1:表面含碳量;C2:鋼的原始含碳量。（2）正弦解Cx=Cp-A0sin(x/)Cp:平均成分；A0：振幅Cmax- Cp；:枝晶間距的一半。對(duì)于均勻化退火，若要求枝晶中心成分偏析振幅降低到1/100,則：C(/2,t)- Cp/( Cmax- Cp)=exp(-2Dt/2)=1/100。第三節(jié)擴(kuò)散的微觀機(jī)理與現(xiàn)象1擴(kuò)散機(jī)制間隙間隙；（1）間隙機(jī)制平衡位置間隙間隙：較困難；間隙篡位結(jié)點(diǎn)位置。（間隙固溶體中間隙原子的擴(kuò)散機(jī)

21、制。）方式：原子躍遷到與之相鄰的空位；（2）空位機(jī)制條件：原子近旁存在空位。（金屬和置換固溶體中原子的擴(kuò)散。）直接換位（3）換位機(jī)制環(huán)形換位（所需能量較高。）2擴(kuò)散程度的描述（1）原子躍遷的距離R=t rR:擴(kuò)散距離；：原子躍遷的頻率（在一定溫度下恒定）；r:原子一次躍遷距離（如一個(gè)原子間距）。（2）擴(kuò)散系數(shù)D=2P對(duì)于立方結(jié)構(gòu)晶體P=1/6,上式可寫(xiě)為D=2/6P為躍遷方向幾率；是常數(shù)，對(duì)于簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)a;對(duì)于面向立方結(jié)構(gòu)2a/2;3a/2。（3）擴(kuò)散激活能擴(kuò)散激活能Q：原子躍遷時(shí)所需克服周圍原子對(duì)其束縛的勢(shì)壘。間隙擴(kuò)散擴(kuò)散激活能與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系D=D0exp(-Q/RT)D0：擴(kuò)散常數(shù)。空

22、位擴(kuò)散激活能與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系D=D0exp(-E/kT)E=Ef(空位形成功)+Em（空位遷移激活能）。3擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力與上坡擴(kuò)散（1）擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力對(duì)于多元體系，設(shè)n為組元i的原子數(shù)，則在等溫等壓條件下，組元i原子的自由能可用化學(xué)位表示：i=G/ni擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，即F=-i/x負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力指向化學(xué)位降低的方向。（2）擴(kuò)散的熱力學(xué)因子組元i的擴(kuò)散系數(shù)可表示為Di=KTBi(1+lni/lnxi)其中，(1+lni/lnxi)稱為熱力學(xué)因子。當(dāng)(1+lni/lnxi)0時(shí)，DI0,發(fā)生上坡擴(kuò)散。（3）上坡擴(kuò)散概念：原子由低濃度處向高濃度處遷移的擴(kuò)散。驅(qū)動(dòng)力：化學(xué)位梯度。其它引起上坡

23、擴(kuò)散的因素：彈性應(yīng)力的作用大直徑原子跑向點(diǎn)陣的受拉部分，小直徑原子跑向點(diǎn)陣的受壓部分。晶界的內(nèi)吸附：某些原子易富集在晶界上。電場(chǎng)作用：大電場(chǎng)作用可使原子按一定方向擴(kuò)散。4反應(yīng)擴(kuò)散（1）反應(yīng)擴(kuò)散：有新相生成的擴(kuò)散過(guò)程。（2）相分布規(guī)律：二元擴(kuò)散偶中不存在兩相區(qū)，只能形成不同的單相區(qū)；三元擴(kuò)散偶中可以存在兩相區(qū)，不能形成三相區(qū)。第四節(jié)影響擴(kuò)散的主要因素1溫度D=D0exp(-Q/RT)可以看出，溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大。2原子鍵力和晶體結(jié)構(gòu)原子鍵力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能越高；致密度低的結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散系數(shù)大（舉例：滲碳選擇在奧氏體區(qū)進(jìn)行）；在對(duì)稱性低的結(jié)構(gòu)中，可出現(xiàn)明顯的擴(kuò)散各向異性。3固溶體類型和組元濃度的影

24、響間隙擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能低于置換型擴(kuò)散；提高組元濃度可提高擴(kuò)散系數(shù)。4晶體缺陷的影響（缺陷能量較高，擴(kuò)散激活能小）空位是空位擴(kuò)散機(jī)制的必要條件；位錯(cuò)是空隙管道，低溫下對(duì)擴(kuò)散起重要促進(jìn)作用；界面擴(kuò)散（短路擴(kuò)散）：原子界面處的快速擴(kuò)散。如對(duì)銀：Q表面=Q晶界/2=Q晶內(nèi)/35第三組元的影響如在鋼中加入合金元素對(duì)碳在中擴(kuò)散的影響。強(qiáng)碳化物形成元素，如W, Mo, Cr,與碳親和力大，能顯著組織碳的擴(kuò)散；弱碳化物形成元素，如Mn，對(duì)碳的擴(kuò)散影響不大；固溶元素，如Co, Ni,提高碳的擴(kuò)散系數(shù)；Si降低碳的擴(kuò)散系數(shù)。第七章塑性變形第一節(jié)單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：滑移和孿生。一滑移1滑移

25、：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。光鏡下：滑移帶（無(wú)重現(xiàn)性）。2滑移的表象學(xué)電境下：滑移線。3滑移的晶體學(xué)滑移面（密排面）（1）幾何要素滑移方向（密排方向）（2）滑移系滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合。滑移系的個(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)）典型滑移系晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目常見(jiàn)金屬面心立方1114312Cu,Al,Ni,Au1106212Fe,W,Mo體心立方12112112Fe,W12324124Fe0001133Mg,Zn,Ti密排六方10

26、103Mg,Zr,Ti10116Mg,Ti一般滑移系越多，塑性越好；滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系：與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)；與同時(shí)開(kāi)動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（c）。（3）滑移的臨界分切應(yīng)力（c）c：在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最小分切應(yīng)力。外力在滑移方向上的分解。c取決于金屬的本性，不受，的影響；或90時(shí)，s；cscoscoss的取值，45時(shí)，s最小，晶體易滑移；軟取向：值大；取向因子：coscos硬取向：值小。（4）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力派納力：P-N=2G/(1-v)exp-2a/(1-v)b主要取決于位錯(cuò)寬度、結(jié)合鍵本性和晶體結(jié)構(gòu)。4滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)（1）位向和晶面的變化拉伸時(shí),滑移面和滑移方

27、向趨于平行于力軸方向（力軸方向不變）壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。幾何硬化：，遠(yuǎn)離45，滑移變得困難；（2）取向因子的變化幾何軟化；，接近45，滑移變得容易。5多滑移多滑移：在多個(gè)（2）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。（1）滑移的分類雙滑移：?jiǎn)位疲海?）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系。6交滑移（1）交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過(guò)程；（2）機(jī)制螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過(guò)程。單滑移：?jiǎn)我环较虻幕茙В唬?）滑移的表面痕跡多滑移：相互

28、交叉的滑移帶；交滑移：波紋狀的滑移帶。二孿生（1）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。孿生面A1111, A2112, A31012（2）孿生的晶體學(xué)孿生方向A1,A2, A3孿晶區(qū)（3）孿生變形的特點(diǎn)滑移孿生相同點(diǎn)1均勻切變；2沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；不改變結(jié)構(gòu)。不同點(diǎn)晶體位向不改變（對(duì)拋光面觀察無(wú)重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系（對(duì)拋光面觀察有重現(xiàn)性）位移量滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，較小。對(duì)塑變的貢獻(xiàn)很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于

29、滑移變形條件一般先發(fā)生滑移滑移困難時(shí)發(fā)生變形機(jī)制全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果第二節(jié)多晶體的塑性變形1晶粒之間變形的傳播位錯(cuò)在晶界塞積應(yīng)力集中相鄰晶粒位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)相鄰晶粒變形塑變2晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。（2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)致晶體分裂）（3）條件：獨(dú)立滑移系5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）3晶界對(duì)變形的阻礙作用（1）晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。（2）晶界對(duì)變形的影響：滑移、孿生多終止于晶界，極少穿過(guò)。（3）晶粒大小與性能的關(guān)系a晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高(細(xì)晶強(qiáng)化：由下列霍爾配奇公式可知)s=0+kd-1/2原因：晶粒越

30、細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。（有尺寸限制）晶粒越多，變形均勻性提高由應(yīng)力集中導(dǎo)致的開(kāi)裂機(jī)會(huì)減少，可承受更大的變形量，表現(xiàn)出高塑性。b晶粒越細(xì)，塑韌性提高細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂過(guò)程中可吸收較多能量,表現(xiàn)出高韌性。第三節(jié)合金的塑性變形一固溶體的塑性變形1固溶體的結(jié)構(gòu)2固溶強(qiáng)化（1）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；（2）強(qiáng)化機(jī)制柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化。（3）屈服和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。預(yù)變形和時(shí)效的影響：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時(shí)間或200加熱

31、后再加載出現(xiàn)屈服。原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。（4）固溶強(qiáng)化的影響因素溶質(zhì)原子含量越多，強(qiáng)化效果越好；溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強(qiáng)化效果越好；價(jià)電子數(shù)差越大，強(qiáng)化效果越好；間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果高于置換式溶質(zhì)原子。二多相合金的塑性變形1結(jié)構(gòu)：基體第二相。2性能（1）兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。（2）軟基體硬第二相第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；a結(jié)構(gòu)兩相呈層片狀分布（珠光體）；第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。彌散強(qiáng)化：位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子(粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng))b強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化：位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子（表面能、錯(cuò)排能、粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）第四節(jié)塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響一

32、對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響晶粒拉長(zhǎng);1形成纖維組織雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。2形成形變織構(gòu)（1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形成）（2）常見(jiàn)類型板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主變形方向。（軋制時(shí)形成）力學(xué)性能：利：深沖板材變形控制；弊：制耳。（3）對(duì)性能的影響：各向異性物理性能：硅鋼片織構(gòu)可減少鐵損。3形成位錯(cuò)胞變形量位錯(cuò)纏結(jié)位錯(cuò)胞（大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。）二對(duì)性能的影響1對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化）（1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。強(qiáng)化金

33、屬的重要途徑；利提高材料使用安全性；（2）利弊材料加工成型的保證。弊變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大；脆斷危險(xiǎn)性提高。2對(duì)物理、化學(xué)性能的影響導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；化學(xué)活性提高，腐蝕加快。三殘余應(yīng)力（約占變形功的10）第一類殘余應(yīng)力（）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物體變形不均勻引起。1分類第二類殘余應(yīng)力（）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變形不均勻引起。第三類殘余應(yīng)力（）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空位等引起。80-90%。利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。2利弊弊：引起變形、開(kāi)裂，如黃銅彈殼的腐蝕開(kāi)裂。3消除：去應(yīng)力退火。第八章回復(fù)與再結(jié)晶第一節(jié)冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化一回復(fù)

34、與再結(jié)晶回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無(wú)可見(jiàn)變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過(guò)程。再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新的無(wú)畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過(guò)程。二顯微組織變化（示意圖）回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無(wú)可見(jiàn)變化；再結(jié)晶階段：變形晶粒通過(guò)形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o(wú)畸變的等軸晶粒。晶粒長(zhǎng)大階段：晶界移動(dòng)、晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形狀和尺寸。三性能變化1力學(xué)性能（示意圖）回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高，粗化嚴(yán)重時(shí)

35、下降。2物理性能密度：在回復(fù)階段變化不大，在再結(jié)晶階段急劇升高；電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降。四儲(chǔ)存能變化（示意圖）1儲(chǔ)存能：存在于冷變形金屬內(nèi)部的一小部分（10）變形功。彈性應(yīng)變能（312）2存在形式位錯(cuò)（8090）是回復(fù)與再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力點(diǎn)缺陷3儲(chǔ)存能的釋放：原子活動(dòng)能力提高，遷移至平衡位置，儲(chǔ)存能得以釋放。五內(nèi)應(yīng)力變化回復(fù)階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力，部分消除第二、三類內(nèi)應(yīng)力；再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。第二節(jié)回復(fù)一回復(fù)動(dòng)力學(xué)（示意圖）1加工硬化殘留率與退火溫度和時(shí)間的關(guān)系ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)x0原始加工硬化殘留率；x退火時(shí)加工硬化殘留率；c0比例常數(shù)；t

36、加熱時(shí)間；T加熱溫度。2動(dòng)力學(xué)曲線特點(diǎn)（1）沒(méi)有孕育期；（2）開(kāi)始變化快，隨后變慢；（3）長(zhǎng)時(shí)間處理后，性能趨于一平衡值。二回復(fù)機(jī)理移至晶界、位錯(cuò)處1低溫回復(fù)：點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)空位間隙原子消失缺陷密度降低（0.10.2Tm）空位聚集（空位群、對(duì)）異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷2中溫回復(fù)：位錯(cuò)滑移位錯(cuò)纏結(jié)重新排列位錯(cuò)密度降低（0.20.3Tm）亞晶粒長(zhǎng)大3高溫回復(fù)：位錯(cuò)攀移（滑移）位錯(cuò)垂直排列（亞晶界）多邊化（亞（0.30.5Tm）晶粒）彈性畸變能降低。三回復(fù)退火的應(yīng)用去應(yīng)力退火：降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開(kāi)裂，提高耐蝕性。第三節(jié)再結(jié)晶亞晶合并形核亞晶長(zhǎng)大形核機(jī)制亞晶界移動(dòng)形核（吞并其它亞晶或變

37、形部分）1形核（變形量較大時(shí)）晶界凸出形核（晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向）（變形量較小時(shí)）驅(qū)動(dòng)力：畸變能差2長(zhǎng)大方式：晶核向畸變晶粒擴(kuò)展，直至新晶粒相互接觸。注：再結(jié)晶不是相變過(guò)程。二再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)（示意圖）（1）再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系v再Aexp(-QR/RT)（2）規(guī)律開(kāi)始時(shí)再結(jié)晶速度很小，在體積分?jǐn)?shù)為0.5時(shí)最大，然后減慢。三再結(jié)晶溫度1再結(jié)晶溫度：經(jīng)嚴(yán)重冷變形（變形量70%）的金屬或合金，在1h內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)95%）最低溫度。高純金屬：T再(0.250.35)Tm。2經(jīng)驗(yàn)公式工業(yè)純金屬：T再(0.350.45)Tm。合金：T再(0.40.9)Tm。注：再結(jié)晶退火溫

38、度一般比上述溫度高100200。變形量越大，驅(qū)動(dòng)力越大，再結(jié)晶溫度越低；3影響因素純度越高，再結(jié)晶溫度越低；加熱速度太低或太高，再結(jié)晶溫度提高。四影響再結(jié)晶的因素1退火溫度。溫度越高，再結(jié)晶速度越大。2變形量。變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)晶溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。3原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；晶界越多，有利于形核。4微量溶質(zhì)元素。阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。5第二分散相。間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形核核心，促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時(shí)，提高畸變能，但阻礙晶界遷移，阻礙再結(jié)晶。五再結(jié)晶晶粒大小的控制（晶粒大小變形量關(guān)系圖）再

39、結(jié)晶晶粒的平均直徑d=kG/N1/41變形量（圖）。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應(yīng)避免臨界變形量。2原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大，形核位置越多，使晶粒細(xì)化。3合金元素和雜質(zhì)。增加儲(chǔ)存能，阻礙晶界移動(dòng)，有利于晶粒細(xì)化。4溫度。變形溫度越高，回復(fù)程度越大，儲(chǔ)存能減小，晶粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。六再結(jié)晶的應(yīng)用恢復(fù)變形能力改善顯微組織再結(jié)晶退火消除各向異性提高組織穩(wěn)定性再結(jié)晶溫度：T再100200。第四節(jié)晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力：界面能差；長(zhǎng)大方式：正常長(zhǎng)大；異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）一晶粒的正常長(zhǎng)大1正常長(zhǎng)大：再結(jié)晶后的晶粒均勻連續(xù)的長(zhǎng)大。2驅(qū)動(dòng)力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅(qū)動(dòng)

40、力越大。晶界趨于平直3晶粒的穩(wěn)定形狀晶界夾角趨于120二維坐標(biāo)中晶粒邊數(shù)趨于64影響晶粒長(zhǎng)大的因素（1）溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。（2）分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長(zhǎng)大速率。一般有晶粒穩(wěn)定尺寸d和第二相質(zhì)點(diǎn)半徑r、體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系：d=4r/3（3）雜質(zhì)與合金元素。降低界面能，不利于晶界移動(dòng)。（4）晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移動(dòng)速率低于后者。二晶粒的異常長(zhǎng)大1異常長(zhǎng)大：少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長(zhǎng)大現(xiàn)象。釘扎晶界的第二相溶于基體2機(jī)制再結(jié)晶織構(gòu)中位向一致晶粒的合并大晶粒吞并小晶粒各向異性織構(gòu)明顯優(yōu)化磁導(dǎo)率3對(duì)組織和性能的影響晶粒大小不均性能不均降低強(qiáng)度

41、和塑韌性晶粒粗大提高表面粗糙度三再結(jié)晶退火的組織1再結(jié)晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關(guān)系圖。（圖）2再結(jié)晶織構(gòu)。再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。退火可將形變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。3退火孿晶。再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。是由于再結(jié)晶過(guò)程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯(cuò)形成的。第五節(jié)金屬的熱變形一動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶1動(dòng)態(tài)回復(fù)：在塑變過(guò)程中發(fā)生的回復(fù)。2動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：在塑變過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶。包含亞晶粒，位錯(cuò)密度較高特點(diǎn)反復(fù)形核，有限長(zhǎng)大，晶粒較細(xì)應(yīng)用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、快的冷卻速度可獲得細(xì)小晶粒。二金屬的熱加工冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的加工過(guò)程。發(fā)生加工硬化。1加工的分類熱加工：在再結(jié)晶溫度以

42、上的加工過(guò)程。硬化、回復(fù)、再結(jié)晶。2熱加工溫度：T再T熱加工T固100200。3熱加工后的組織與性能（1）改善鑄錠組織。氣泡焊合、破碎碳化物、細(xì)化晶粒、降低偏析。提高強(qiáng)度、塑性、韌性。（2）形成纖維組織（流線）。組織：枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。（3）形成帶狀組織形成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長(zhǎng)。影響：各向異性。消除：避免在兩相區(qū)變形、減少夾雜元素含量、采用高溫?cái)U(kuò)散退火或正火。4熱加工的優(yōu)點(diǎn)（1）可持續(xù)大變形量加工。（2）動(dòng)力消耗小。（3）提高材料質(zhì)量和性能三超塑性1超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別大的延伸率。2條件：晶粒

43、細(xì)小、溫度范圍（0.50.65Tm）、應(yīng)變速率小（10.01%/s）。3本質(zhì)：多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為是由晶界的滑動(dòng)和晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)所致。第九章固態(tài)相變第一節(jié)概述一固態(tài)相變的特點(diǎn)界面能增加1相變阻力大額外彈性應(yīng)變能：比體積差固態(tài)相變擴(kuò)散困難（新、舊相化學(xué)成分不同時(shí)）困難2新相晶核與母相之間存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系*新相的某一晶面和晶向分別與母相的某一晶面、晶向平行。共格界面類型半共格為降低界面能，形成共格、半共格界面位向關(guān)系非共格3慣習(xí)現(xiàn)象*新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。慣習(xí)方向（母相）慣習(xí)面原因：沿應(yīng)變能最小的方向和界面能最低的界面發(fā)展。4母相晶體缺陷促進(jìn)相變點(diǎn)缺陷類型線晶格畸變、自由能高，促進(jìn)形核

44、及相變。面（思考：晶粒細(xì)化對(duì)相變的影響）5易出現(xiàn)過(guò)渡相*固態(tài)相變阻力大，直接轉(zhuǎn)變困難協(xié)調(diào)性中間產(chǎn)物（過(guò)渡相）Fe3C+(3Fe+C)例M+Fe3C二固態(tài)相變的分類1按相變過(guò)程中原子遷移情況（1）擴(kuò)散型：依靠原子的長(zhǎng)距離擴(kuò)散；相界面非共格。（如珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都可擴(kuò)散。）（2）非擴(kuò)散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過(guò)切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關(guān)系不變；化學(xué)成分不變。（如馬氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都不擴(kuò)散。）（3）半擴(kuò)散型：既有切變，又有擴(kuò)散。（如貝氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e切變，C擴(kuò)散。）2按相變方式分類（1）有核相變：有形核階段，新相核心可均勻形成，也可擇優(yōu)形成。大多數(shù)固態(tài)相變屬于

45、此類。（2）無(wú)核相變：無(wú)形核階段，以成分起伏作為開(kāi)端，新舊相間無(wú)明顯界面，如調(diào)幅分解。3按熱力學(xué)函數(shù)變化分類（1）一級(jí)相變：相變時(shí)兩相的化學(xué)位相等，而化學(xué)位對(duì)溫度及壓力的一階偏微分（S,V）不等的相變。伴隨潛熱的釋放和體積的改變。如蒸發(fā)、升華、熔化以及大多數(shù)固態(tài)晶型轉(zhuǎn)變屬于此類。（2）二級(jí)相變：相變時(shí)兩相的化學(xué)位相等，化學(xué)位的一階偏微分也相等，但二階偏微分不相等的相變。沒(méi)有相變潛熱和體積改變，有比容、壓縮系數(shù)、膨脹系數(shù)變化，如磁性轉(zhuǎn)變、有序無(wú)序轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等屬于此類。三常見(jiàn)固態(tài)相變類型相變名稱相變特征同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同一種元素通過(guò)形核與長(zhǎng)大發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化多型性轉(zhuǎn)變合金中晶體結(jié)構(gòu)的變化脫溶轉(zhuǎn)變

46、過(guò)飽和固溶體脫溶分解出亞穩(wěn)定或穩(wěn)定的第二相共析轉(zhuǎn)變一個(gè)固相轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)結(jié)構(gòu)不同的固相包析轉(zhuǎn)變兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)新的固相，組織中一般有某相殘余馬氏體轉(zhuǎn)變新舊相之間成分不變、切變進(jìn)行、有嚴(yán)格位向關(guān)系、有浮凸效應(yīng)貝氏體轉(zhuǎn)變兼具馬氏體和擴(kuò)散轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，借助鐵的切變和碳的擴(kuò)散進(jìn)行調(diào)幅分解非形核轉(zhuǎn)變，固溶體分解成結(jié)構(gòu)相同但成分不同的兩相有序化轉(zhuǎn)變合金元素原子從無(wú)規(guī)則排列到有規(guī)則排列，擔(dān)結(jié)構(gòu)不變。第二節(jié)固態(tài)相變的形核與長(zhǎng)大一均勻形核（能量條件）1形核時(shí)的能量變化相變驅(qū)動(dòng)力（1）化學(xué)自由能（體積自由能，Gv）GvT曲線隨成分變化相變阻力（2）界面能（，S）取決于界面結(jié)構(gòu)T越大，晶核越小，S大共格/半共

47、格（與過(guò)冷度有關(guān)）T越小，晶核越大，S小非共格相變阻力（3）應(yīng)變能(,V)共格應(yīng)變能：共格大，半共格小，非共格0分類比體積差球狀最大體積應(yīng)變能新相幾何形狀片狀最小針狀居中2形核的能量條件GVGv+S+ V0rK=2/(Gv-)GK=16/3(Gv-)2二非均勻形核（能量條件）（固態(tài)相變均勻形核的可能性很小，非均勻形核（依靠晶體缺陷）是主要的形核方式。）1不同晶體缺陷對(duì)形核的作用能量高，降低GK（1）晶界形核結(jié)構(gòu)混亂，降低易擴(kuò)散、偏析，利于擴(kuò)散相變新相/母相形成共格、半共格界面降低界面能母相晶粒1非共格界面母相晶粒2共格或半共格界面新相生成處位錯(cuò)消失，能力釋放，提高驅(qū)動(dòng)力（2）位錯(cuò)形核位錯(cuò)不消失

48、，可作為半共格界面的形成部分易于發(fā)生偏聚，有利于成分起伏易于擴(kuò)散，有利于發(fā)生擴(kuò)散型相變促進(jìn)擴(kuò)散（3）空位形核新相生成處空位消失，提供能量空位群可凝結(jié)成位錯(cuò)（在過(guò)飽和固溶體的脫溶析出過(guò)程中，空位作用更明顯。）2非均勻形核的能力變化GVGv+S+ VGDGD晶體缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)降低的能量。三晶核的長(zhǎng)大1長(zhǎng)大機(jī)制切變長(zhǎng)大（1）半共格界面臺(tái)階式長(zhǎng)大原子直接遷移（2）非共格界面原子遷移至新相臺(tái)階端部2新相長(zhǎng)大速度新相生成時(shí)無(wú)成分變化（有結(jié)構(gòu)、有序度變化）（1）界面控制長(zhǎng)大u=exp(-Q/kT)1-exp(-Gv/kT)新相生成時(shí)有成分變化（2）擴(kuò)散控制長(zhǎng)大u=dx/dt=(C/x)D/(C-C)（3）相變

49、動(dòng)力學(xué)f=1-exp(-btn)第十章金屬材料工業(yè)用鋼、鑄鐵和有色金屬及其合金構(gòu)成了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)所必須的全部金屬材料。盡管高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的應(yīng)用日益廣泛，但金屬材料仍然是應(yīng)用最廣泛、用量最大的工程材料。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)金屬材料的性能要求會(huì)越來(lái)越高，新型金屬材料將會(huì)不斷出現(xiàn)。10.1基本要求10.1.1工業(yè)用鋼1.熟悉鋼的分類和編號(hào)，能鑒別鋼號(hào)。2.熟悉合金元素在鋼中的作用和典型鋼號(hào)中合金元素的作用。3.掌握常用工業(yè)用鋼的化學(xué)成分、熱處理特點(diǎn)（或使用狀態(tài)）、使用態(tài)組織、主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用。10.1.2鑄鐵1.熟悉鑄鐵的分類和鑄鐵的石墨化。2.熟悉常用鑄鐵的牌號(hào)

50、、組織、性能特點(diǎn)及應(yīng)用。3.了解鑄鐵的熱處理特點(diǎn)及常用熱處理工藝。10.1.3有色金屬及其合金1.熟悉鋁合金的分類和編號(hào)、鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化、典型鋁合金的組織與性能特點(diǎn)。2.熟悉銅合金的分類和編號(hào)、了解黃銅的組織及性能特點(diǎn)。10.2內(nèi)容提要10.2.1重要名詞合金元素alloying element結(jié)構(gòu)鋼construction steel工具鋼tool steel不銹鋼stainless steel奧氏體不銹鋼austenitic stainless steel回火穩(wěn)定性temper stability二次硬化secondary hardening調(diào)質(zhì)鋼quenched and tempere

51、d steel滲碳鋼carburized steel彈簧鋼spring steel滾動(dòng)軸承鋼ball-bearing steel高速鋼high-speed steel熱模具鋼hot die steel晶間腐蝕intergranular corrosion耐熱鋼heat-resisting steel耐磨鋼wear-resisting steel時(shí)效強(qiáng)化age hardening10.2.2工業(yè)用鋼1.鋼的分類和編號(hào)。2.合金元素在鋼中的作用。（1）合金元素對(duì)基本相的影響。碳鋼在室溫下的基本相是鐵素體和滲碳體。合金元素可溶入鐵素體中強(qiáng)化鐵素體，若含量適當(dāng)，仍可保持鐵素體較好的韌性。碳化物形成元素

52、與碳相互作用，可形成合金滲碳體、間隙化合物和間隙相等，它們的穩(wěn)定性、硬度、耐磨性均高于滲碳體，而聚集長(zhǎng)大的傾向比滲碳體小。（2）合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響。凡是擴(kuò)大區(qū)的元素均擴(kuò)大奧氏體區(qū)，使A1、A3降低。當(dāng)合金元素含量達(dá)到一定值時(shí)，奧氏體區(qū)將擴(kuò)大到室溫，得到奧氏體鋼。凡是縮小區(qū)的元素均縮小奧氏體，使A1、A3升高。當(dāng)合金元素含量達(dá)到一定值時(shí)，奧氏體區(qū)將消失，得到鐵素體鋼。合金元素加入鋼中，會(huì)使S點(diǎn)和E點(diǎn)向左移動(dòng)。S向左移動(dòng)意味著共析點(diǎn)的含量下降；E點(diǎn)向左移動(dòng)意味著出現(xiàn)萊氏體的含碳量減少。總之，合金元素改變了平衡條件下的相變規(guī)律和平衡組織，從而改變了性能。（3）合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影

53、響除Mn、Ni外，大多數(shù)合金元素升高臨界點(diǎn)，減慢奧氏體的形成速變，因而合金鋼要獲得較均勻的奧氏體，需更高的加熱溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間。除Mn、P、N外，大多數(shù)合金元素都能細(xì)化奧氏體晶粒，從而改善強(qiáng)度和韌性。（4）合金元素對(duì)鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響。除Co外，大多數(shù)合金元素溶入奧氏體中后，能增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線向右移動(dòng)，提高鋼的淬透性。另外，還會(huì)降低Ms點(diǎn)，增加殘余奧氏體量。（5）合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響。合金元素提高回火穩(wěn)定性，有利于提高綜合力學(xué)性能。含Cr、n、Ni等元素的合金鋼會(huì)產(chǎn)生第二類回火脆性，而Mo和W有抑制和減輕第二類回火脆性的傾向。某些高合金鋼會(huì)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象。3結(jié)構(gòu)鋼按用途，結(jié)

54、構(gòu)鋼可分為兩大類：工程結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼常用結(jié)構(gòu)鋼的主要性能要求、化學(xué)成分、典型牌號(hào)、最終熱處理或使用狀態(tài)、組織見(jiàn)表10-1。表10-1常用結(jié)構(gòu)鋼鋼種工程結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼用途舉例橋梁、船體、容器汽車、拖拉機(jī)變速齒輪機(jī)床主軸機(jī)床齒輪連桿螺栓彈簧、各類彈性元件滾動(dòng)軸承部件主要性能要求較高的剛度、強(qiáng)度，較好的塑性、韌性，良好的工藝性，較小的冷脆傾向，一定的耐蝕性表層硬而耐磨，心部較高的韌性和足夠的強(qiáng)度良好的綜合力學(xué)性能，足夠的淬透性，有時(shí)要求表面耐磨高的彈性極限和屈強(qiáng)比，高的疲勞極限，足夠的塑性、韌性高的接觸疲

55、勞強(qiáng)度，高硬度和耐磨性，足夠的韌性含碳量0.4%0.2%0.10-25%0.3-0.5%0.7-0.9%0.5-0.7%0.9-1.1%合金元素Mn、V、Ti、NbCr、Mn、Ni、B、Ti、VCr、Mn、Ni、Si、BV、Ti、W、MoCr、Mn、Si W、V、CrMn、Si典型牌號(hào)Q235Q345(16Mn)2020Cr20CrMnTi18CrZNi4WA4540Cr40CrNiMo38CrMoAlAT8A65Mn60SiZMn50CrVAGCr15GCr15SiMn最終熱處理一般為熱軋空冷狀態(tài)滲碳、淬火，低溫回火調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)+表面淬火低溫回火一般為淬火中溫回火淬火低溫回火使用態(tài)組織一般為

56、鐵素體+索氏體表層：回火馬氏體+碳化物+殘余心部:回火馬氏體或鐵素體+珠光體型回火索氏體表層:回火馬氏體心部:回火索氏體回火屈氏體回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體4.工具鋼按用途，工具鋼可分為三大類：刃具鋼、模具鋼和量具鋼。常用工具鋼的化學(xué)成分、典型牌號(hào)、最終熱處理、組織、性能特點(diǎn)和用途舉例見(jiàn)表10-2。表10-2常用工具鋼鋼種刃具鋼冷模具鋼高碳高鉻鋼熱模具鋼碳素工具鋼低合金工具鋼高速鋼含碳量0.65-1.35%0.75-1.6%0.7-1.6%1.2-2.3%0.3-0.6%合金元素Cr、W、V、Mn、SiW、Mo、Cr、VCr、Mo、W、VCr、Mn、Ni、Mo典型牌號(hào)T7（A）-12(A)

57、9SiCrCrWMnW18Cr4VW6Mo5Cr4V2Cr12Cr12MoV5CrNiMo5CrMnMo最終熱處理淬火、低溫回火淬火、低溫回火高溫淬火560三次回火一般采用淬火、低溫回火淬火、中溫回火或高溫回火組織回火馬氏體+或回火馬氏體+碳化物+回火馬氏體+細(xì)小碳化物+殘余奧氏體回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體回火屈氏體或回火索氏體主要性能特點(diǎn)高硬度和耐磨性，淬透性差，紅硬性差，淬火變形開(kāi)裂傾向大。硬度、耐磨性、淬透性均比碳工鋼好，淬火變形小良好的紅硬性，高的硬度、耐磨性，高的淬透性很高的耐磨性和淬透性，熱處理變形小高溫下有較高的強(qiáng)度和韌性，足夠的硬度和耐磨性，良

58、好的耐熱疲勞性，高的淬透性用途舉例簡(jiǎn)單車刀、手錘、銼刀等絲錐、板牙、拉刀等各種高速切削刃具等冷沖模、冷擠壓模等熱鍛模等5.特殊性能鋼特殊性能鋼可分為三大類：不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。（1）不銹鋼提高耐蝕性的途徑A、加Cr，提高基體的電極電位。B、加Cr、Al、Si，形成致密的鈍化膜。C、加Cr、Ni等，使其形成單相組織。典型馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼見(jiàn)表10-3。（2）耐熱鋼耐熱性耐熱性是指高溫抗氧化性和熱強(qiáng)性（高溫強(qiáng)度），熱強(qiáng)性用蠕變極限（6000.1/1000）和持久強(qiáng)度（7001000）來(lái)表征。提高耐熱性的途徑A、加Cr、Si、Al，形成致密的氧化膜，提高高溫抗氧化性。B、通過(guò)加合金元素提高原子間結(jié)合力，提高再結(jié)晶溫度、減慢原子的擴(kuò)散、增加組織的穩(wěn)定性來(lái)提高熱強(qiáng)性。按組織可分為：鐵素體型耐熱鋼、珠光體型耐熱鋼、馬氏體型耐熱鋼和奧氏體型耐熱鋼。（3）耐磨鋼耐磨鋼是指在受到強(qiáng)烈摩擦、沖擊或巨大壓力時(shí)，表現(xiàn)出良好耐磨性的鋼種。典型耐磨鋼是高錳鋼，牌號(hào)為ZGMn13，其化學(xué)成分、熱處理、組織、性能特點(diǎn)及用途舉例見(jiàn)表10-3。表10-3特殊性能鋼鋼種馬氏體不銹鋼奧氏體不銹