金属学期末复习汇总

1、第五章 三元合金相图 本章主要讨论三元相图的使用,着重于截面图和投影图的分析,并利用成分三角形计算合金的组织或组元的组成成分,适当地介绍一些简单三元相图的立体模型.第六章金属的塑性变形和再结晶 学习要求：理解概念：形变强化，细晶强化，滑移，滑移系，滑移面， 滑移方向，临界分切应力，取向因子，软位向，硬位向，孪生，纤维组织，形变织构，临界变形度，回复，再结晶，冷加工，热加工，超塑性掌握塑性变形的特点及对组织和性能的影响掌握冷变形金属在加热时组织和性能的变化塑性变形对金属组织结构与机械性能的影响组织结构： 形成纤维组织和变形织构亚结构细化点阵畸变机械性能：各向异性形变强化/加工硬化形成残余内应力回

2、复后的显微组织和性能 亚结构变化金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大内应力及电阻率等理化性能降低金属的晶粒大小和形状不发生明显的变化6.5冷变形金属的回复与再结晶再结晶后的显微组织和性能 金属的强度、硬度有所降低，塑性、韧性有所提高内应力完全消除金属的晶粒大小和形状发生明显的变化，形成等轴晶粒6.5冷变形金属的回复与再结晶6.5 冷变形金属的回复与再结晶3）杂质与合金元素退火温度越高，再结晶晶粒越粗4）变形温度5）退火温度杂质与合金元素，细化晶粒变形温度越高，再结晶晶粒越粗再结晶晶粒大小的控制1）冷变形程度变形度越大，晶粒越细小2）原始晶粒尺寸原始晶粒越细，再结晶晶粒越细T再（K）= (0

3、.350.4) T熔（K）影响再结晶温度的因素3）加热速度和保温时间加热速度十分缓慢或和加热时间长，则再结晶温度升高；但过快或时间短，则来不及形核和长大4）原始晶粒尺寸1）变形度变形度越大，再结晶温度越低2）金属的纯度纯度越高，再结晶温度越低原始晶粒尺寸越细，再结晶温度越低6.5冷变形金属的回复与再结晶主要内容：一、钢的热处理原理(五大转变)： 碳钢在加热时的组织转变奥氏体化过程 碳钢冷却时的组织转变珠光体转变；贝 氏体转变；马氏体转变 ； 3. 回火转变（合金的时效；调幅分解）二、热处理工艺(四把火)： 退火；正火；淬火；回火 钢的热处理原理与热处理工艺 学习要求：一、钢的热处理原理 掌握等

4、温转变曲线和连续冷却转变曲线掌握碳钢在加热和冷却时的组织转变过程和转变产物的性能掌握合金的时效和调幅分解过程二、热处理工艺掌握退火、正火、淬火和回火工艺的目的、温度和冷却方式，正确制定工艺 钢的热处理原理与热处理工艺 7.4 珠光体转变(1)在A1温度以下的高温区进行的相变，对非合金钢约在550720；(2)是渗碳体和铁素体交替组成的片层状组织，为共析转变；(3)在渗碳体和铁素体形核和长大的过程中，必须依靠碳的扩散，是扩散型相变；(4)珠光体的形核率随转变温度的降低而增大，而原子的扩散随温度的降低而困难，故珠光体转变的温度时间曲线呈C字形。 珠光体转变的主要特点片状珠光体：组织：( F + 片

5、状渗碳体)三种:珠光体索氏体屈氏体性能：取决于片层间距的大小。 较高的强度，塑韧性偏低。 片层间距愈小，其强度、 硬度愈高，同时塑性、韧性 也有所改善。 片间距影响因素： 过冷度（珠光体形成温度） 粒状珠光体： 组织：(F + 粒状渗碳体)性能: 取决于粒状渗碳体的大小、形态和分布。具有较高的强度，较好的切削加工性能（塑韧性好）及淬火工艺性能。 颗粒越细，强度越高；颗粒越均匀，韧性越好。在硬度相同的条件下， P粒状 比 P片 拉伸性能好获得：球化退火 、淬火+ 回火获得：退火、正火马氏体转变马氏体相变强化机制: a. 固溶强化: 过饱和的间隙原子碳在相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个很强的应

6、力场，该应力场阻碍位错的运动，从而提高马氏体的强度和硬度。b. 相变强化: 马氏体转变时，在晶体内造成晶格缺陷密度很高的亚结构。这些缺陷都将阻碍位错的运动，使马氏体得到强化。c. 时效强化: 马氏体形成以后，在随后的放置过程中，碳和合金元素的原子会向位错线等缺陷处扩散而产生偏聚，发生“自回火”，使位错难以运动，从而造成马氏体的强化。d. 晶界强化: 通常情况下，原始奥氏体晶粒越细小，所得到的马氏体板条束也越细小，而马氏体板条束阻碍位错的运动，使马氏体得到强化。马氏体转变板条马氏体高塑韧性机制: a. 亚结构: 胞状位错亚结构中存在低密度位错区，能缓和局部应力集中；且不存在显微裂纹。b. 含碳量

7、: 含碳质量份数低，晶格畸变小，淬火应力小。马氏体的组织、性能比较 板条马氏体: （位错马氏体）显微组织： 相互平行排列的板条空间形态: 扁条状亚结构： 高密度的位错含碳量： 低/中碳钢性能: 强韧性片状马氏体: （孪晶马氏体）针状或竹叶状凸透镜状孪晶高碳钢硬而脆马氏体转变 贝氏体 上贝氏体 形成温度: 550 350相组成： 成束分布、平行排列的铁素体 和夹与其间的断续的条状渗碳体显微组织： 羽毛状亚结构： 位错性能： 强度和韧性均较低获得： 下贝氏体350 Ms含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物针状或片状位错（密度较高）强度高，韧性好等温淬火 小结贝氏体转变的主要特点：中温相变 碳

8、钢冷却时的组织转变转变产物 定义 组织 结构 性能奥氏体 碳在-Fe中的固溶体 等轴状多边形晶粒 面心立方 强度低、塑性高、比容最小珠光体 铁素体和渗碳体的混合物 层片状 强度较高、塑性较好贝氏体 含碳碳过饱和的铁素体和渗碳体的混合物 羽毛状或竹叶状 强度不等、塑性不等 马氏体 碳在-Fe中的过饱和固溶体 板条状或片状 体心正方 强度高、比容最大钢的回火转变和回火热处理学习要求1.掌握淬火钢的回火转变过程。2.掌握回火转变产物的组织和性能。3.正确制定回火工艺。 索氏体 回火索氏体组织 小片状（F+ Fe3C） 等轴的F +粗粒状 Fe3C性能对比 较差 较好，综合性能好 屈氏体 回火屈氏体组

9、织 细小片状（F+Fe3C） 针状F +细小粒状Fe3C性能对比 较差 较好， e高 马氏体 回火马氏体组织 过饱和度的F 一定过饱和度的F+共格碳化物性能对比 较差 较好， 耐磨性好 钢的回火转变钢的回火转变1.第一类回火脆性: 250400 ,低温回火脆性.钢种:工业用钢产生原因:M分解时沿M条或片的边界析出断续的薄壳状碳化物,降低了晶界的断裂强度.消除:无法消除抑制:避免在脆化温度内回火钢的回火转变2.第二类回火脆性: 450650,高温回火脆性,钢种:合金钢产生原因:杂质元素在原A晶界偏聚或以化合物形式析出,降低了晶界的断裂强度.消除:重新回火后,快速冷却抑制:加入合金元素Mo、W可以

10、抑制杂质元素向晶界偏聚；对脆性敏感的小工件进行高温回火后快速冷却。可逆回火脆性回火温度淬、回火后的组织性能特点典型零件低温回火150250回火马氏体高强度、硬度和耐磨性轴承中温回火350500回火屈氏体极高的弹性极限和良好的韧性弹簧零件高温回火500650回火索氏体较高的综合机械性能轴类回火温度淬、回火后的组织性能特点典型零件低温回火150250回火马氏体高强度、硬度和耐磨性轴承中温回火350500回火屈氏体极高的弹性极限和良好的韧性弹簧零件高温回火500650回火索氏体较高的综合机械性能轴类回火温度淬、回火后的组织性能特点典型零件低温回火150250回火马氏体高强度、硬度和耐磨性轴承中温回火

11、350500回火屈氏体极高的弹性极限和良好的韧性弹簧零件高温回火500650回火索氏体较高的综合机械性能轴类注：300左右是第一类回火脆性区，要尽量避免在此温度范围内回火； 有第二类回火脆性的钢，要高温回火后快冷钢的回火温度选择以Al- 4.5%Cu 合金为例: 该合金室温平衡组织为+CuAl2（1）形成GP区： 薄片状的Cu原子富聚区，共格， 晶格畸变，硬度升高（2）形成GP区（）： 正方晶格结构，共格，成分接近CuAl2 畸变区增大，形成共格应变场，硬度进一步升高（3）形成中间相（）： 部分失去共格，正方晶格， 开始出现时，硬度最大，随后硬度开始下降（4）形成平衡相（）： 无共格，正方晶格

12、，硬度进一步下降8.2合金的时效脱溶过程中组织和性能影响脱溶动力学因素3. 晶体缺陷： 晶体缺陷 新相易于形成脱溶 V 2. 合金成分：熔点原子间结合力原子活动能力脱溶 V 时效温度： 欠时效：T 原子活动能力 V 过时效：T 合金的过饱和度V 8.2合金的时效第九章 钢的热处理工艺学习要求掌握各工艺的目的、参数及所得组织，正确制定热处理工艺。 种类：（1） 完全退火： （2） 不完全退火： （3） 球化退火； （4） 扩散退火： （5） 再结晶退火： （6） 去应力退火：(一)退火定义：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。完全

13、退火u 定义：将钢加热到 Ac3温度以上，保温足够时间， 使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，获得 接近平衡组织的热处理工艺。u 保温温度：Ac3 + 2030 u 保温时间： = K D（min）u 冷却方式：随炉冷却，600以下出炉空冷u 室温组织：P+Fu 目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷、降低硬度、改善切削加工性能和冷塑性变形性能。u 工序：预备热处理（个别时）u 应用：亚共析钢 球化退火 定义：将钢加热，使片状渗碳体转变为球状或粒状，获得粒状 珠光体的热处理工艺。（是不完全退火的一种） 保温温度：（Ac1 + 20-30） 保温时间：2-4h (不易过长) 冷却方式：炉冷

14、室温组织：P粒 目的：降低硬度,均匀组织,改善切削加工性能, 为淬火作好组织准备 工序：预备热处理 应用：共析钢、过共析钢、工具钢、轴承钢和量具钢。过共析钢中如有网状渗碳体，必须用正火来加以消除，否则球化难以进行。u 定义：是将钢加热到Ac3或Accm以上，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，以得到细片状珠光体类型组织的热处理工艺。u保温温度：亚共析钢 Ac3 + 3050 共析钢/过共析钢 Accm + 3050u保温时间：=KD（min）u 冷却方式：空冷u室温组织：P类组织-伪共析组织正火u目的及应用：（1）改善低碳钢的切削加工性能；（2）消除中碳钢热加工组织缺陷；（3）消

15、除过共析钢的网状碳化物，降低硬度、改善和冷塑性变形性能，为淬火作好准备；（4）提高普通结构件的机械性能。不重要零件可代替调质处理。u 工序：预备热处理或最终热处理正火（1）低碳钢-正火代替退火 较快的冷速可防止低碳钢沿晶界析出游离的三次渗碳体；提高硬度，改善低碳钢的切削加工性能。（2）中碳钢-正火代替退火 硬度虽较高，但可切削加工。成本低，生产率高。（3）高碳钢-球化退火正火后硬度高，不利于切削加工。但是，如果有网状碳化物存在，必须正火消除后再球化退火（为淬火作好准备）；（4）不重要零件可代替调质处理。退火与正火的选择-尽可能正火代替退火热应力 1)产生原因: 内外温差 2)应力结果: 表层压应力,心部拉应力3) 影响热应力因素: （1）冷却速度：V （2）淬火温度：T （3）截面尺寸：D （4）线膨胀系数：9.2钢的淬火1)产生原因: 冷却时组织转变的不同时性2)应力结果: 表层拉应力, 心部压应力(与热应力相反)3)影响因素:（1）化学成分:含碳量 Wc 合金元素W （2）冷却速度：V（3）淬火温度：T（4）截面尺寸：D（5）线膨胀系数：组织应力9.2钢的淬火（1）含碳量: Wc 高-组织应力为主 Wc 低-热应力为主（2）合金元素:W 热应力/组织应力（3）截面尺寸：D大-热应力为主 D小-组织应力为主影响内应力大小的主要因素(飞船对接)9.2钢的淬火退火正火淬火回火加热