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1、,2.1 纯金属的结晶 2.2 合金的结晶 2.3 金属的塑性加工 2.4 钢的热处理 2.5 钢的合金化 2.6 表面技术,第2章 金属材料的 组织与性能控制,2.4.0 热处理的概念 2.4.1 钢在加热时的转变 2.4.2 钢在冷却时的转变 2.4.3 钢的普通热处理 2.4.4 钢的表面热处理 2.4.5 钢的化学热处理 2.4.6 钢的热处理新技术,2.4 钢的热处理,热处理的概念,把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。,2.4.1 钢在加热时的转变,临界温度 平衡时：A1、 A3、Acm 加热时：Ac1、 Ac3、Accm 冷却时：Ar1、Ar

2、3、Arcm,1奥氏体的形成 Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。,共析钢加热到Ac1 以上时， P A 共析钢A化过程 形核 、长大、 Fe3 C 完全溶解、C 的均匀化。,亚（过）析钢的A化 P A 后，先共析 F 或 Fe3C 溶解。,影响A转变速度的因素, 加热温度和速度 转变快； C%或 Fe3 C片间距 界面多，形核多 转变快； 合金元素 A化速度或； 原始组织的影响,A体晶粒度 加热温度，保温时间 晶粒尺寸 合金碳化物，C% 晶粒尺寸,奥氏体晶粒度: 1.起始晶粒度: 珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。 2.实际晶粒度: 热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。 3.本质晶粒度: 度量钢

3、本身晶粒在930以下，随温度 升高，晶粒长大的趋势 。,钢的本质晶粒度示意图,2.4.2 钢在冷却时的转变,1过冷A的等温转变 2过冷A的连续冷却转变,1. 过冷A的等温转变,过冷A : T A1时，A不稳定。 A等温转变曲线 (TTT 或 C 曲线),共析钢的C 曲线,高温转变：A1 550 过冷A P 型组织 中温转变：550 MS 过冷A 贝氏体 ( B ) 低温转变：MS Mf 过冷A 马氏体 ( M ),T - time T - temperature T - transformation,TTT 曲线,P 型组织 F + 层片状 Fe3C,珠光体 P 索氏体 S 屈氏体 T,层片间

4、距：P S T,珠光体 P ，3800,索氏体 S 8000,屈氏体 T 8000,高温转变过程 晶格改变和Fe，C原子扩散,中温转变（550 MS） C原子扩散， Fe原子不扩散,过冷A 贝氏体 B（碳化物 + 含过饱和C的F ）,上B， 550 350产物 羽毛状，小片状Fe3C分布在F间。,上B 强度和韧性差,B下， 350 MS 转变产物,下B 韧性高，综合机械性能好。,亚（过）共析钢过冷A的等温转变,与共析钢相比，C曲线左移， 多一条过冷AF （Fe3C）的转变开始线，且Ms、Mf 线上（下）移。,2. 过冷A的连续冷却转变,连续冷却 转变(CCT)曲线,Ps AP 开始线 Pf A

5、P 终止线 KK P型转变终止线 Vk 上临界冷却速度 Vk 下临界冷却速度 MS A M 开始温度 Mf A M 终止温度,连续冷却 转变产物,CCT 和 TTT曲线的比较 CCT 位于 TTT曲线 右下方 CCT中没有 AB 转变,炉冷 P (V ) 空冷 S (V Vk) 油冷 T+M+A (Vk Vk) 水冷 M+A (VVk),1) 无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散， M是体心正方的C过饱和的F， 固溶强化显著。,2) 瞬时性 M 的形成速度很快， 温度则 转变量,3) 不彻底 M 转变总要残留少量 A， A中的C% 则 MS、Mf ，残余A含量,4) M形成时体积， 造成很大

6、内应力。,马氏体(M)转变特点 (马氏体是一种碳在 Fe中的过饱和固溶体),奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响,M 的形态,C% 0.25 % 时，为板条M（低碳M）。,板条M, 平行的细板条束组成,针状M（凸透镜状）,C% 1.0 % 时，为针状M 。,C% = 0.251.0 % 时，为混合M 。,M 的性能,C % M 硬度 针状M 硬度高，塑韧性差。 板条M 强度高，塑韧性较好。,马氏体的性能: 主要取决于马氏体中的碳浓度。,亚共析钢 连续冷却转变,炉冷 F + P 空冷 F + S 油冷 T + M 水冷 M,过共析钢 连续冷却转变,炉冷 P + Fe3C 空冷 S + Fe3C 油

7、冷 T + M + A 水冷 M + A,转变温度 对共析钢 硬度 和 韧性 的影响,按转变温度的高低， 转变产物分别是： P、S、T，上B、下B、M， 其硬度依次增加。,2.4.3 钢的普通热处理,1退火 2正火 3淬火 4回火,1退火,加热、保温后，缓冷(炉冷) 近平衡组织 P（ + F 或 Fe3CII ）,完全退火：（亚共析钢） 加热温度 Ac3 + 2030 缓冷 F + P 目的： 细化晶粒，均匀化组织 降低硬度 切削性 等温退火： 等温转变F + P，再缓冷 球化退火：（过共析钢） 在Ac+ 2030等温， 使Fe3C球化，再缓冷 球状P（F +球状Cm） 目的： 硬度,切削性,

8、韧性,扩散退火： 加热至略低于固相线 目的：使成分、组织均匀 再结晶退火： 加热温度 TR + 3050 目的：消除加工硬化 去应力退火： 加热温度 Ac1 ， 一般为 500650 目的： 消除冷热加工后的内应力,正火,应用： 1) 钢的最终热处理 细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)% 强度、韧性、硬度 2) 预先热处理 淬火、球化退火前改善组织。 3) 增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。,加热温度 Ac3 ( Accm ) + 3050， 空冷 S （ + F 或 Fe3CII ）,3淬火（蘸火）,加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却 M 。,淬火温度： 1) 亚共析钢

9、Ac3 + 3050 2) 过共析钢 Ac1 + 3050 ， M + Fe3CII + A ，硬度大。 A中C% M 脆性 ，残余A% 淬火温度低 M细小，淬火应力小。,冷却介质：,冷却速度： 盐水 水 盐浴 油,淬火方法： 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： Ms盐浴中均温空冷 等温淬火：（ 在盐、碱浴中） 下B,钢的淬透性,淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度VK 。,淬透性的应用 按负载，选择不同淬透性的材料。,淬硬性：淬火后获得的最高硬度，C%淬硬性 影响淬透性的因素 除Co外，合金使VK , 淬透性,(a)完全淬透 (b)淬透较大厚度 (c)淬透较小厚度

10、 淬透性不同的钢调质后机械性能的比较,4回火,淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。 目的：消除淬火应力，调整性能。,低温回火（150250） 回火M ( 过饱和F +薄片状Fe2.4C ) + A 淬火应力 ，韧性 ，保持淬火后的高硬度。 用于高C工具钢等。 中温回火（350500） 回火T (F +细粒状Cm ) 弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等。 用于弹簧等。 高温回火（500650） 回火S (等轴状F +粒状Cm ) 综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都较好。 用于重要零件。 调质处理 淬火 + 高温回火,回火产物的组织形态比较,回火M 400,回火T 7500,回火S 750

11、0,M 低倍,T 1000,S 1000,回火时性能的变化,回火温度 硬度、强度 ， 塑性,（三）回火脆性,淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。 在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。,1、第一类回火脆性 又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350回火时出现的脆性。,这种回火脆性是不可逆，只要在此温度范围内回火就会出现脆性。 与M分解时边界析出薄片碳化物有关， Si、Mn等合金可使脆化温度向高温推移； 目前尚无有效消除办法回火时应避开这一温度范围。,2、第二类回火脆性 又称可逆回火脆性。是指合金钢淬火后在500-650范围内回火后缓冷时出现的脆性. 含有Cr、Mn

12、、P、As、Sb、Sn合金元素时，回火脆性增大； 回火后快冷不出现，是可逆的。 P、As、Sb、Sn在原奥氏体晶界偏聚或以混合物析出，降低了晶界强度。,2.4.4 钢的表面热处理（表面淬火）,不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。 目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。,感应加热表面淬火 交变磁场 感应表面电流 表面加热,特点 1) 加热速度快，晶粒度小，硬度，脆性 2) 表层残余压应力 提高疲劳强度 3) 不易氧化、脱碳、变形小。 4) 加热温度和淬硬层厚度容易控制。,火焰加热表面淬火（乙炔氧等火焰） 设备简单，但生产率低。,2.4.5 钢的化学热处理,将工件置于特定的介

13、质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。 分类 渗 C、N化、C N共渗、渗硼、渗铬、渗Al等。,钢的渗 C 气体、固体渗 C,低C钢在高C介质中加热到900950、保温 高碳表层（约1.0%） 目的：表面硬度，耐磨性 ，心部保持一定的强度和塑韧性。,渗碳后的的热处理,淬火 直接淬火 晶粒粗大，残余A多，耐磨性低，变形大。 一次淬火 加热温度Ac3以上（心部性能 ）或 Ac1以上（表面性能 ） 二次淬火 Ac3以上（心部性能 ）+ Ac1以上（表面性能 ）,低温回火, 150200， 消除淬火应力，提高韧性。,钢的氮化,工件表面渗入N原子，以提高硬度、

14、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。 氮化温度低(500600)，时间长（2050h），渗层薄。 氮化前调质处理、氮化后无须淬火。,小结,重点要求 1. A等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组织形态 、性能间的关系。 2. A连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组织和性能的影响。 3. 四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。 一般要求 1. A晶粒长大的影响因素及控制方法。 2. 非共析钢C曲线的特点；淬透性的概念。 3. 钢的表面淬火；化学热处理。,“ 钢的热处理 ” 练习题,1. 共析钢加热到相变点以上，用图1 的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？ （工程材料习题与辅导，P14，第

15、26题 ） 2. T12钢加热到Ac1以上，用图2 的各种方法冷却，分析其所得到的组织。 （旧版工程材料习题与辅导，P 23 ，第22题 ） 3. 残余奥氏体对钢淬火后的性能有何影响？用什么方法可以减少残余奥氏体的数量？ 思考题 1. 淬硬性和淬透性有什么不同？决定淬硬性和淬透性的因素是什么？ 2. 淬火内应力是怎样产生的？它与哪些因素有关？,“ 钢的热处理 ” 练习题,作 业 2e,P 9 14 week10, Nov 2 2. 21) 24） 3. 22) 25） 4. 19) 26）,作业2d 参考答案 P 9-12,2. 18) 在过冷A等温转变产物中，P和T的主要相同点是：,都是共析

16、体（F + 层片状 Fe3C）,不相同点是：,T的层片间距较小,19) 用光学显微镜观察，上B的组织特征呈（ ）状， 而下B则呈（ ）状。,羽毛,黑色针,20) M的显微组织形态主要有（ ）、（ ）两种。 其中（ ）的韧性较好。,板条状,针状,板条 M,3. 18) M是C在- Fe中的过饱和固溶体。当A向M转变时，体积要收缩。 （ ）,No,19) 当把亚共析钢加热到 Ac1 和 Ac3 之间的温度时，将获得由F和A 构成的两相组织，在平衡条件下，其中A的w(C)总是大于钢的w(C)。 （ ）,Yes,21) 当共析成分的A在冷却发生P转变时，温度越低，其转变产物组织 越粗。（ ）,No,作

17、业2d 参考答案 P 14,4. 14) A向P的转变是： a. 扩散型转变 b. 非扩散型转变 c. 半扩散型转变,16) 共析钢的过冷A在550 350的温度区间等温转变时，所形成的 组织是： a. S b. 下B c. 上B d. P,18) M的硬度取决于： a. 冷却速度 b. 转变温度 c. 碳含量,5. 25) M的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？,答：M的本质是C在- Fe中的过饱和固溶体。 因为M中C的过饱和度大，固溶强化效果显著，所以其硬度很高。 高碳M的脆性大，是由于其C的过饱和度大，则内应力大。 另外，孪晶结构增加了其脆性。,The End,o

18、f 2.4 (2b),2.1 纯金属的结晶 2.2 合金的结晶 2.3 金属的塑性加工 2.4 钢的热处理 2.5 钢的合金化 2.6 表面技术,第2章 金属材料的 组织与性能控制,1. 纯金属的结晶条件 2. 纯金属的结晶过程 3. 同素异构转变 4. 细化铸态金属晶粒的措施,2.1 纯金属的结晶,1. 纯金属的结晶条件,结晶,结晶： 液体 晶体,凝固： 液体 固体（晶体 或 非晶体）,冷却曲线,T0,Tn,理论结晶温度,开始结晶温度,T,过冷度,T= T0 - Tn,纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度（克服界面能）,冷却速度越大，则过冷度越大。,2. 纯金属的结晶过程,液态金属,形核,

19、晶核长大,完全结晶,形核和晶核长大的过程,（1）形核过程,两种形核方式 自发形核 与 非自发形核,自发形核 由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。,非自发形核 是依附于外来杂质上生成的晶核。,（2）晶核长大过程,两种长大方式 平面生长 与 树枝状生长。,平面生长,树枝状 生长,3同素异构转变,金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现象。,纯铁的同素异构转变,-Fe，bcc -Fe，fcc -Fe，bcc,1394 C,912 C,912 C,纯铁的冷却曲线,T,t,1538,1394,912,-Fe，bcc,-Fe，bcc,-Fe，fcc,Cooling curve

20、,770,铁磁性,4. 细化铸态金属晶粒的措施,晶粒度 表示晶粒大小，分8级（p111)。,细晶强化 晶粒细化使金属机械性能提高的现象,比较： 细晶强化强度、硬度、塑性、韧性 固溶强化强度、硬度，塑性、韧性,细化晶粒的措施,1. 提高过冷度 2. 变质处理 3. 振动结晶,（1）提高过冷度,形核率N 、长大速度G 与 过冷度T 的关系,T,G，N,G,N,（2）变质处理,在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。,变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。,（3）振动结晶,振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。,机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。,2

21、.2.1. 二元合金的结晶 2.2.2 合金的性能与相图的关系 2.2.3 铁碳合金的结晶,2.2 合金的结晶,1匀晶相图 2共晶相图 3包晶相图 4共析相图,2.2.1 二元合金的结晶,1匀晶相图,相图（平衡图、状态图）,平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。,铜-镍合金匀晶相图,1083,1455,L,L+ ,纯铜熔点,纯镍熔点,液相线,固相线,液相区,固相区,液固两相区,匀晶合金的结晶过程,a,b,c,d,T,C,t,L,L,L,匀晶转变 L ,冷却曲线,匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。,杠杆定律,1,2,a,c,b,a1,b

22、1,c1,T1,T2,1. 在两相区内，对应每一确定的温度，两相的成分是确定的。,2. 随着温度的降低，两相的成分分别沿液相线和固相线变化。,杠杆定律：在两相区内，对应每一确定的温度T1，两相质量的比值是确定的。即 QL/Q=b1c1/a1b1,杠杆定律推论：在两相区内，对应温度T1时两相在合金b中的相对质量各为 QL/QH=b1c1/a1c1 Q/QH=a1b1/a1c1 =1- QL/QH,例：求30%Ni合金在1280 时相的相对量,a,c,30,a1,b1,c1,1280 C,解：作成分线和温度线如图。,66,18,根据杠杆定律推论， Q / QH = a1b1 /a1c1 =12/4

23、8=1/4,答：所求合金在1280 时相的相对质量为1/4。,2共晶相图,Pb,Sn,Sn%,T,C,铅-锡合金共晶相图,液相线,L,固相线, + ,L + ,L + ,固溶线,固溶线,共晶转变分析,Pb,Sn,T,C,L, + ,L + ,L + ,共晶反应线 表示从c点到e点范围的合金，在该温度上都要发生不同程度上的共晶反应。,c,e,共晶点 表示d点成分的合金冷却到此温度上发生完全的共晶转变。,d,Ld c + e,共晶反应要点,共晶转变在恒温下进行。 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。,X1

24、合金结晶过程分析,c,e,f,g,X1,T,C,t,L,L,L,L+ ,冷却曲线, + ,1,2,3,4,X1合金结晶特点,T,C,t,L,L,L,L+ ,冷却曲线, + , ,1.没有共晶反应过程，而是经过匀晶反应形成单相固相。,2.要经过脱溶反应，室温 组织组成物为 + ,组织组成物 组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。,X2合金结晶过程分析 （共晶合金）,X2,T,C,t,L,(+ ),L,L,L(+ ) 共晶体,冷却曲线,(+ ),X3合金结晶过程分析 （亚共晶合金）,X3,T,C,t,L,L+ ,(+ )+ + ,1,2,(+ )+ ,标注了组织组成物的相图,3包晶

25、相图,包晶转变： Ld + c e,Pt,Ag,Ag%,T,C,铂-银合金包晶相图,L, + ,L + ,L + ,c,e,d,f,g,T,C,t,L,L + ,L + ,+ ,4. 共析相图,共析转变： ( + ) 共析体,A,B,T,C, + , + , + ,c,e,d,L + ,L,2.2.2 相图与性能的关系,合金的使用性能与相图的关系 固溶体中溶质浓度 强度、硬度, 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。,2. 合金的工艺性能与相图的关系, 铸造性能 液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金），则流动性好，不易形成分散缩孔。, 锻造、轧制性能 单相固

26、溶体合金， 变形抗力小，变形均匀， 不易开裂。,1铁碳相图 2结晶过程 3成分-组织-性能关系 4Fe-Fe3 C相图的应用,2.2.3 铁碳合金的结晶,1铁碳相图 (Fe-Fe3 C相图),(1) Fe-Fe3 C相图的组元, Fe Fe、-Fe (bcc) 和-Fe (fcc) 强度、硬度低，韧性、塑性好。, Fe3 C 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。,(2) Fe-Fe3 C相图的相, Fe3 C （ Cem， Cm，渗碳体） 复杂晶体结构, 液相 L, 相 （高温铁素体 ） Fe（C）固溶体, 相（A ，奥氏体） -Fe（C）固溶体, 相 （F，铁素体） -Fe（C）固溶体,(3

27、) 相图中重要的点和线,液相线ABCD,固相线AHJECF,包晶线 HJB，包晶点 J,共晶线 ECF，共晶点C L4.3(A2.11+Fe3C) 高温莱氏体,Le或Ld,共析线 PSK，共析点S A0.77(F0.02+Fe3C) 珠光体, P,ES线：C在A中的固溶线,PQ线：C在F中的固溶线,2铁碳合金的平衡结晶过程,Fe-C 合金分类,工业纯铁 C % 0.0218 %,钢 0.0218 % C % 2.11 %,亚共析钢 0.77 % 共析钢 0.77 % 过共析钢 0.77 %,白口铸铁 2.11 % C % 6.69 %,亚共晶白口铁 4.3 % 共晶白口铁 4.3 % 过共晶白

28、口铁 4.3 %,几种 常见 碳钢,(1)工业纯铁 ( C % 0.0218 % )结晶过程,室温组织 F + Fe3C (微量) 500,(2)共析钢 ( C % = 0.77 % )结晶过程,室温组织: 层片状 P ( F + 共析 Fe3C ) 500,P中各相的相对量： Fe3C % = ( 0.77 xF ) / ( 6.69 xF ) 0.77 / 6.69 = 12 % F % 1 12 % = 88 %,珠光体 强度较高，塑性、韧性和硬度介于Fe3C 和 F 之间。,(3)亚共析钢 ( C % = 0.4 % )结晶过程,室温组织: F + P，500,各组织组成物的相对量：

29、P % = ( 0.4 0.0218 ) / ( 0.77 0.0218 ) 51 % F % 1 51 % = 49 %,各相的相对量： Fe3C % 0.4 / 6.69 = 6 % F % 1 6 % = 94 %,(4)过共析钢 ( C % = 1.2 % )结晶过程,室温组织: P + Fe3CII 400,各组织组成物的相对量： Fe3CII % = ( 1.2 0.77 ) / ( 6.69 0.77 ) 7 % P % 1 7 % = 93 %,各相的相对量： Fe3CII % 1.2 / 6.69 = 18 % F % 1 18 % = 82 %,(5)共晶白口铁 ( C %

30、 = 4.3 % )结晶过程,室温组织: （低温）莱氏体 Le （P + Fe3CII + 共晶 Fe3C ）, 500,莱氏体 Le的性能：硬而脆,()亚共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程,室温组织: Le+ P + Fe3CII 200,()过共晶白口铁 ( C % = 3 % )结晶过程,室温组织: Le+ Fe3CI 500,标注了组织组成物的相图,3铁碳合金的 成分-组织-性能关系,含碳量与相的相对量关系： C %F %，Fe3C %,含碳量与组织关系： 图（a）和（b）,含碳量与性能关系 HB：取决于相及相对量 强度：C%=0.9% 时最大 塑性、韧性：随C%而,4铁碳

31、相图的应用,钢铁选材：相图性能用途,局限性 相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。,铸件选材和确定浇注温度,确定锻造温度( 在 A 区）,制定热处理工艺,复习 相与组织,相：有一定的化学成分和晶体结构的均匀组成部分。,合金中有两类基本相 固溶体 和 化合物,组织：材料内部的微观形貌，体现相的形态、数量、大小和分布。,金属材料性能由组织决定， 而组织由化学成分和工艺过程决定。,过共析钢 x400,小结,重点要求,一般要求,2. 匀晶相图的分析方法。,2. 杠杆定律及其应用。,3. 合金相图与性能的关系。,1. 过冷度的概念，晶粒度的影响因素。,1. 同素异构转变。,3. F、A、Cm、P、

32、 Le的组织和性能特点。,4. Fe-Fe3C相图中共晶、共析区域分析。,5. 铁碳合金的成分、组织与性能之间的关系。,思考题,1. 为什么要生产合金？与纯金属相比，合金有哪些优越性？ 2. 固溶体中，溶质元素含量增加时，其晶体结构和性能会发生什么变化？ 3. 试比较共晶反应和共析反应的异同点。 4. 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金，而压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?,作 业 2,P 9 13 week4, Sep 21 2. 1),2),4),11) 3. 1),2),5) 4. 1),2),6),7) 5. 3),4),作 业 2a,P 9 13 week5, Sep 2

33、8 2. 13) 3. 12),13) 4. 8),9) 5. 6),作 业 2b,P 9 13 week7, Oct 12 2. 14) 17) 3. 14) 17) 4. 10) 13),作业1 参考答案 P 3,2. 1) 同非金属相比，金属的主要特性是,2) 晶体与非晶体结构上的最根本的区别是,4) -Fe的一个晶胞原子数为,3. 1)晶体中的位错属于： a. 体缺陷 b. 面缺陷 c. 线缺陷 d. 点缺陷,( P7 ) 热和电的良导体 正的电阻温度系数 不透明、有金属光泽 塑性高、强韧性好,晶体内原子排列是有规则、周期性的。,4,作业1 参考答案 P 4,4. 2) -Fe、Al、

34、Cu、Ni、V、Mg、Zn的晶体结构, 体心立方： -Fe、V 面心立方： Al、Cu、Ni 密排六方： Mg、Zn,6) 实际金属晶体中存在：,a. 点缺陷：,点、线、面缺陷，引起晶格畸变。,b. 面缺陷：,c. 线缺陷（位错）：,7) 固溶强化：,固溶强化原因：,8) 间隙固溶体：,形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象,溶质原子引起晶格畸变，使变形抗力增加。,间隙相：,晶格类型与溶剂相同,晶格类型与任一组元都不相同,使电阻率和强度增加。,使塑性、强度增加。,在冷变形时，使强度增加、塑性降低。,作业2 参考答案 P 9-10,2. 1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是：

35、,2) 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是,形核和晶核长大,4) 过冷度是指为：,增加晶核数量，或阻碍晶粒长大。,理论结晶温度 - 开始结晶温度,其表示符号为：,T,11) 固溶体的强度和硬度比溶剂：,高,3. 1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ ）,No,2) 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（ ）,No,5) 晶粒度级数数值越大，晶粒越细。（ ）,Yes,6) 固溶体的晶体结构： a. 与溶剂相同 b. 与溶质相同 c. 为其它晶格类型,7) 间隙相的性能特点是： a. 熔点高、硬度低 b. 硬度高、熔点低 c. 硬度高、熔点高,2) 为细化晶粒，可采用：

36、 a. 快速浇注 b. 加变质剂 c. 以砂型代金属型,4. 1) 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将： a. 越高 b. 越低 c. 越接近理论结晶温度,作业2 参考答案 P 11-13,a. 提高过冷度 b. 变质处理 c. 振动结晶,4) 如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小： (1) 金属型与砂型浇注 (2) 变质处理与不变质处理 (3) 铸成薄件与厚件 (4) 浇注时振动与不振动,5. 3) 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些？,4. 8) 在发生 L(+)共晶反应时，三相的成分： a. 相同 b.

37、 确定 c. 不定,9) 共析成分的合金在共析反应(+)刚结束时，其组成相为： a. + b. + c. (+),作业2a 参考答案 P 9-12,2. 13)共晶反应式为：,共晶反应的特点是：,L ( + ),在恒温下进行,3. 12) 平衡结晶获得的质量分数为20%Ni的Cu-Ni合金比质量分数为40%Ni的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。（ ）,No,13) 一个合金的室温组织为 + + ( + )， 它由三相组成。（ ）,No,作业2a 参考答案 P 13,(1)两相的化学成分：,5. 6) 将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，此时：,wL(Ni)= 50% w(Ni)=

38、 80%,(2)两相的质量比：,QL/Q=(80-60)/(60-50)=2,(3)各相的质量分数：,w(L)=2/(2+1)=2/3 w()=1/3,(4)各相的质量：,QL= 502/3 = 33.3（kg) Q= 50-33.3 = 16.7（kg),w(Ni)=30/(20+30)=60%,The End,of 2.1 & 2.2,3.1 碳钢 3.2 合金钢 3.3 铸钢与铸铁 3.4 有色金属及其合金,第3章 金属材料,重点要求 1. 合金钢的编号方法，会辩认各种钢号； 2. 合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。 . 工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；,一般要求

39、. 特殊性能钢； . 时效处理、热硬性等概念。,3.1.1 碳钢的成分和分类 3.1.2 碳钢的牌号及用途,3.1 碳钢,3.1.1 碳钢的成分和分类,. 成分 w(C) 2.11% Mn、Si 固溶强化 S 热脆 P 冷脆 O、N、H 强度、塑性、韧性 . 分类 1）按C含量分 低C钢 w(C) 0.25% 中C钢 0.25% w(C) 0.6% 高C钢 w(C) 0.6% 2）按质量分（S、P含量） 普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。 3）按用途分 碳素结构钢、碳素工具钢。,3.1.2 碳钢的牌号及用途,1碳素结构钢 2优质碳素结构钢 3碳素工具钢,1碳素结构钢,牌号 如 Q215B

40、，表示 s 215 MPa（厚度 16mm），B级质量。,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,热处理：热轧空冷 组织：SF,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,2优质碳素结构钢,牌号 如 45 钢，含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。,(摘自GB/T699-1999),用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,汽车曲轴,热处理： 渗碳、淬火、回火等。,3碳素工具钢,牌号 如 T12A 钢，含C量为 12 / 1000 = 1.2 % ， A表示高级优质，w(S) 0.020 % ，w(P) 0.030 % 。,(摘自GB/T1298-1986),用途,冲头、

41、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理：淬火 + 低温回火 组织：回火M 粒状Fe3C + A,3.2.1 概论 3.2.2 合金结构钢 3.2.3 合金工具钢 3.2.4 特殊性能钢,3.2 合金钢,3.2.1 概论,. 合金钢的分类（按用途分类） 合金结构钢 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、弹簧钢 、轴承钢等。 合金工具钢 刃具 、模具、量具钢。 特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。 . 合金钢的编号 结构钢 如 60Si2Mn ，w(C)=0.6% ， w(Si)=2% ，w(Mn)1.5% 工具钢、特殊性能钢 如 9SiCr ，w(C)=0.9% ，w(Si)、w(Cr) 均1.5% 而

42、 CrWMn 中，w(C)1.0% 专用钢 如，滚动轴承钢 GCr15， w(C)=1.0% ， w(Cr)=1.5% 高级优质钢 如，20Cr2Ni4A,3.2.2 合金结构钢,1低合金结构钢 2渗碳钢 3调质钢 4弹簧钢 5滚动轴承钢,1低合金结构钢,成分 w(C)0.2% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。 性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,热处理、组织 热轧空冷，SF,高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,2渗碳钢,成分 w(C)=0.10.25%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。 性能 渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,热处理:,组织 表层：

43、回火M +碳化物+ A； 心部：低C的回火M（+T + F）,应用 耐磨件 20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。 20CrMnTi，汽车齿轮。 18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,渗碳 淬火 低温回火,3调质钢,成分 w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。 性能 综合机械性能高,热处理,组织 表层：回火S,应用 40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。 35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。 40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。,汽车曲轴,4弹簧钢,成分 中、高碳， w(C)=0.

44、450.70 %， Si, Mn为主要元素，提高淬透性 和屈强比。 性能 e 、s、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,（摘自GB/T12221985）,应用 ： 65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。 50CrVA：阀门弹簧，高速柴油机气门弹簧。,常用的两类合金弹簧钢： 以Si、Mn为主要合金元素： 65Mn 、60Si2Mn 含Cr、V、W等合金元素： 50CrVA，适合在350400重载弹簧。 热处理：,热轧弹簧：热成型 淬火 + 中温回火 喷丸 冷轧弹簧：淬火 + 中温回火 冷成型 去应力 喷丸 组织 回火T,5滚动轴承钢,性能 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。 成分特点： 高碳:保证高硬度、耐磨性和高强度，一般0.951.10含碳量。 Cr为基本合金元素:提高淬透性，并形成细小弥散分布的碳化物，提高 钢的耐磨性，特别是疲劳强度。 加入Si、Mn、V等合金元素: Si、Mn进一步提高淬透性，可制造大型轴 承。V部分溶于A中，部分形成VC，可以提高耐磨性并防止过热。 高的冶金质量：钢中非金属夹杂和不均匀的碳化物对接触疲劳强度影响 很大，一般采用电炉冶炼并真空