金属学级热处理笔记Word文档下载推荐.docx

金属学级热处理笔记Word文档下载推荐.docx

《金属学级热处理笔记Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属学级热处理笔记Word文档下载推荐.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

攀移的本质是刃型位错半原子面的向上（正攀移）或向下运动（负攀移）。

攀移时伴随物质的迁移，需要空位的扩散，需要热激活，比滑移需要更大的能量

原子正常的堆剁次序遭到破坏的现象称为堆垛层错。

面缺陷包括晶界、相界和表面

前面举例晶体有规则的外形，金属内部是由大量的小的单晶体组成，称为晶粒，每个晶粒内部，原子是规则排列的。

晶粒之间的界面称为晶界。

在晶界部分，原子呈不规则排列。

晶界两侧晶粒的位相差θ

θ<

10o小角度晶界

θ>

10o大角度晶界

在晶界处，原子处于较高能量状态。

这部分能量称为晶界能

点缺陷、线缺陷、面缺陷、肖脱基空位、弗兰克耳缺陷、间隙原子、置换原子、刃型位错、螺型位错、位错密度、滑移、攀移、全位错、不全位错、层错、大角度晶界、小角度晶界、晶界能

刃型位错和螺型位错的特征。

柏氏矢量的确定及柏氏矢量的表示。

理解滑移的过程及刃型位错和螺型位错滑移的特点。

组元component：

组成材料最基本的，独立的物质。

纯元素金属NiCuFeCr非金属CNBO

化合物Al2O3、SiO2、AlN、Fe3C

合金alloy：

由两种或两种以上的金属、或金属与非金属经熔炼或其他方法制成的具有金属特性的物质。

相phase：

金属中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。

相图phasediagrams：

描写在平衡条件下，系统状态或相的转变与成分、温度及压力间的关系的图。

纯金属：

高导电性，高延展性，良好的耐蚀性。

强度较低，很少用作工程结构。

合金化：

可提高强度和硬度。

工程中应用的金属材料大部分是合金。

以合金中某一组元作为溶剂、其它组元为溶质、所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的固相，称为固溶体。

溶剂的晶体结构不改变，但是由于溶质原子的存在，晶格会发生畸变

形成无限固溶体时，原子相对尺寸差一般小于15%。

组元间晶体结构相同时．固溶度一般都较大，而且有可能形成无限固溶体。

若组元间晶体结构不同．便只能形成有限固溶体。

两元素间电负性差越小，则越易形成固溶体，而且所形成的固溶体的溶解度也就越大；

随两元素间电负性差增大．固溶度减小，当溶质与溶剂的电负性差很大时，往往形成比较稳定的金属间化合物。

电子浓度：

合金中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值，记作e／a。

存在一极限电子浓度。

超过极限电子浓度，固溶体就不稳定，便会形成新相。

形成间隙固溶体的溶质原子半径很小，如

氢（0.046nm）氧（0.061nm）氮（0.071nm）

碳（0.077nm）硼（0.097nm）

间隙固溶体只能是有限固溶体。

形成固溶体时，材料的硬度、强度升高，这种由于溶质原子的固溶引起的强化效应，称为固溶强化。

当溶质原子的加入量超过一定限度时，会形成一种新相，这种新相称为中间相，中间相的晶体结构不同于此相中的任一组元。

又称为金属间化合物

分类：

正常价化合物

电子化合物

尺寸因素化合物

由金属元素与周期表中的第IV，V，VI族元素组成。

化合物符合化合的原子价规律，可用化学式表示。

AB,A2B（orAB2）.

熔点高于组成金属元素，说明原子间结合力较强。

硬度较高，但是脆性大。

如Mg2SiMg2SnMnSAlNSiC等。

e/a=（价电子数总和）/（原子总数）.

有三种不同的比值，通常称为Hume-Rothery比:

e/a=3/2（21/14）-β相

e/a=21/13-γ相

e/a=21/12-ε相

这类中间相的形成主要受组元的相对尺寸所控制。

两类：

间隙化合物

拉弗斯相

ri（interstitial）/rm（metal）<

0.59

间隙原子处于结构间隙处，不改变金属的晶体结构。

这时，称为间隙相。

ri（interstitial）/rm（metal）>

0.59

晶格畸变增大，形成新的更复杂的晶体结构，称为间隙化合物。

相图是描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解。

利用相图可以知道不同成分的材料在不同温度下存在哪些相、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。

相平衡：

在某一条件下，系统中各个相经过很长时间也不互相转变，处于平衡状态，这种平衡称为相平衡。

相律（Gibbs’PhaseRule）1876Gibbs

描述系统的组元数、相数和自由度数关系的法则。

f=C-P+2

自由度：

平衡系统中保持平衡相数不变的条件下独立可变的因素。

不能为负值。

组元数C=1

根据相律：

f=1-P+2=3-P

若，P=1，则f=2

∴可以用温度和压力作坐标的平面图（p-T图）来表示系统的相图。

若，f=0，则P=3，即最多有三相平衡

相图上的每一个点都对应着系统的某一种状态，因此这些点通常称作状态点。

如果外界保持一个大气压，根据相律，C=1，P=1则f=1。

系统中只有一个独立可变的变数。

因此单元系相图可以只用一个温度轴来表示。

二元系统有两个组元，根据相律：

f=C-P+1，二元系统最大的自由度数目f=2，这两个自由度就是温度和成分。

故二元凝聚系统的相图，仍然可以采用二维的平面图形来描述。

即以温度和任一组元浓度为坐标轴的温度-成分图表示。

热分析法、金相组织法、X射线分析法、硬度法、电阻法、热膨胀法、磁性法等

第四章铁-碳合金相图

Phasediagramofiron-carbonalloys

要求：

掌握铁-碳合金中的基本相；

掌握铁-碳（Fe-Fe3C）合金相图；

熟悉典型合金的平衡凝固过程及组织转变；

理解碳含量对铁-碳合金组织和性能的影响；

了解钢中的杂质元素。

钢铁为最重要的金属材料。

铁碳合金分类：

钢：

碳的质量分数小于2.11%；

铸铁：

碳的质量分数大于2.11%。

实际研究中碳的含量小于6.69%。

铁-碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具。

由于含碳量超过6.69（Fe3C的含碳量）以后，合金脆性很大，所以研究的只是Fe-Fe3C

铁的熔点：

1538℃

密度：

7.87kg/m3.

同素异构转变：

金属在固态下发生的

晶格类型的转变。

Fe3C是铁与碳的一种具有复杂结构的间隙化合物（正交晶系），通常称为渗碳体，用Cm表示。

性能特点：

硬度高，800HBW。

脆性大

Fe3C→3Fe+C

石墨

δ相：

碳在δ-铁中的间隙固溶体，bcc结构，1394℃以上存在，最大溶碳量为0.09%。

又叫高温铁素体。

α相：

碳在α-铁中的间隙固溶体，bcc结构，912℃以下存在，最大溶碳量为0.0218%。

叫做铁素体，也可用F表示。

γ相：

γ相是碳在γ-铁中的固溶体，fcc结构，727℃-1495℃之间存在，最大溶碳量为2.11%，叫做奥氏体，也可用A来表示。

4.1.2相图中重要的点和线

相图中各个点的代表符号一般通用，不随意改变。

其中的P、S、E、C四个点最重要。

包晶转变：

1495℃HJB水平线：

L0.53+δ0.09→γ0.17

共晶转变：

1148℃ECF水平线：

L4.30→γ2.11+Fe3C

莱氏体Ledeburite符号Ld共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混合物，叫做莱氏体，用Ld表示。

其中的渗碳体叫做共晶渗碳体。

共析转变：

727℃PSK水平线（A1线，A1温度）：

γ0.77→α0.02+Fe3C

珠光体Pearlite符号P共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，叫做珠光体，用P表示。

其中的渗碳体叫做共析渗碳体。

GS线（A3线，或A3温度）：

合金冷却时从A中开始析出F的临界温度线。

ES线碳在A中的固溶线，叫做Acm线，Acm温度。

由奥氏体中析出的渗碳体叫做二次渗碳体，用Fe3CⅡ表示。

PQ线碳在铁素体中的固溶度曲线。

由铁素体中析出的渗碳体叫做三次渗碳体，用Fe3CⅢ表示。

一次渗碳体：

直接从液相中析出。

二次渗碳体：

从A中析出

三次渗碳体：

从F中析出

共晶渗碳体：

共晶反应，莱氏体中

共析渗碳体：

共析反应，珠光体中

成分相同，来源、形态不同

铁碳合金可以分为三类：

工业纯铁：

C≤0.0218%

0.0218%<

C≤2.11%

亚共析钢：

C<

0.77%

共析钢：

C=0.77%

过共析钢：

0.77%<

2.11%

白口铸铁：

2.11%<

6.69%

亚共晶白口铸铁：

4.3%

共晶白口铸铁：

C=4.3%

过共晶白口铸铁：

4.3%<

典型合金的结晶过程

工业纯铁

2.共析钢

3．亚共析钢

4.过共析钢

5.共晶白口铸铁

低温莱氏体：

高温莱氏体（A+Fe3C）形成后，随温度的降低，A要转变为P和Fe3CⅡ，叫做低温莱氏体（P+Fe3CⅡ+Fe3C共晶）。

用Ld'

表示。

6.亚共晶白口铸铁

7.过共晶白口铸铁

本章重点题

一铁-碳相图的应用

1．合理选用钢铁材料根据性能要求来选择合金的成分。

2．确定热加工工艺如铸造中要求选择结晶温度区间小的合金，从相图中可以看出，纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好。

在热变形加工中，要求合金的塑性较高，因而选择在单相奥氏体区进行。

3．在热处理工艺中的应用钢的热处理工艺都是根据铁-碳相图制定的。

二杂质元素对钢的性能的影响

►五大元素：

碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）

►其它：

氧（O）、氮（N）、氢（H）

锰和硅

作为脱氧剂。

硅含量≤0.5%。

增加钢液流动性，提高钢的强度。

含量高时，影响钢的质量。

锰含量≤0.8%。

提高硅和铝的脱氧效果。

硫

有害元素，来源于生铁原料、矿石和燃料（如焦炭）燃烧产生的SO2。

热脆：

钢在热加工时开裂（11年考）。

原因：

Fe+FeS共晶（11年考）

Fe+FeS+FeO三元共晶

解决：

加入锰

磷

有害元素，来源于矿石和生铁等炼钢原料。

冷脆：

其固溶强化作用提高钢的强度、硬度，但剧烈降低钢的低温韧性。

主要以氧化物形式存在。

如FeO、Fe2O3、SiO2、MnO、Al2O3、CaO、MgO

使钢的性能变差。

氮钢在冶炼时进入的。

使钢的强度、硬度升高，塑性、韧性降低。

氢溶入钢中使钢的塑性和韧性降低，称为氢脆。

当氢从钢中析出时，形成缺陷，如白点等。

铁碳相图（重点）

钢、铸铁、渗碳体、铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、A1线、Acm线、A3线、组织组成物

Fe-Fe3C相图中的恒温转变和重要的固态转变线。

典型合金的凝固过程分析及杠杆定律的应用。

填写相图中的组织组成物。

理解含碳量对铁碳合金组织和性能的影响。