金屬學(xué)與熱處理課件

金屬學(xué)與熱處理

緒論一、什么是材料

材料:是具有一定性能，可以用來(lái)制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)。

材料存在于我們的周?chē)?，與我們的生活、我們的生命息息相關(guān)。

材料是人類(lèi)文明、社會(huì)進(jìn)步、科技發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料是全球新技術(shù)革命的四大標(biāo)志之一。新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)緒論二、材料的分類(lèi)（按化學(xué)組成分類(lèi)）金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料高分子材料復(fù)合材料由于通常把材料歸為金屬材料、陶瓷材料和高分子材料等類(lèi)型；材料理論的發(fā)展范疇：金屬學(xué)陶瓷學(xué)高分子物理學(xué)材料各有特點(diǎn)、也有許多共性和相通之處，將他們的微觀特性和宏觀規(guī)律以統(tǒng)一理論概括——材料科學(xué)。緒論三、什么是金屬學(xué)金屬學(xué)：是研究金屬或合金的化學(xué)成分、組織、結(jié)構(gòu)及性能之間的相互關(guān)系及變化規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)成分：組成物質(zhì)的基本元素及其含量。化學(xué)成分主要由冶煉和鑄造控制，特別是靠冶煉來(lái)保證?；瘜W(xué)成分不同，金屬材料的性能不同。例如：鐵，鋁，金性能各不相同。緒論高分辯率電鏡觀察硅晶體內(nèi)部的原子排列結(jié)構(gòu)：原子在空間有規(guī)律排列的形式（原子集合體中各原子的具體組合狀態(tài)）。緒論緒論例如：石墨和金剛石。結(jié)構(gòu)不同，性能不同。緒論組織：用肉眼和借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡觀察到的金屬材料內(nèi)部各種相的晶粒大小、形態(tài)和分布。組織不同，性能也不同。晶粒形貌Al-Si合金純鋁錠組織緒論緒論

金屬材料的性能：零件的加工過(guò)程：對(duì)金屬材料性能要求：工藝性能；使用性能。冶煉下料（鍛、鑄件）預(yù)先熱處理機(jī)加工最終熱處理裝配使用緒論工藝性能：能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝要求的能力。在于能不能保證生產(chǎn)、制作。包括：鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能，熱處理性能，焊接性能。使用性能：在使用中應(yīng)具備的性能。在于保證能不能應(yīng)用。包括：物理性能，化學(xué)性能，機(jī)械性能（強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性）緒論四要素之間關(guān)系：合成與制備過(guò)程使用性能性質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)（化學(xué)）（工程）（物理學(xué)）緒論改變金屬材料的性能：

內(nèi)在因素——成分、結(jié)構(gòu)、組織

外在因素——各種加工處理工藝（外在因素通過(guò)改變內(nèi)在因素改變材料的性能）材料的成分不同結(jié)構(gòu)組織不同性能不同材料合成、制備過(guò)程不同：緒論四、金屬學(xué)研究的具體內(nèi)容：三大理論：晶體結(jié)構(gòu)理論（正常結(jié)構(gòu)、晶體缺陷）；結(jié)晶理論（純金屬、二元合金、三元合金）；固態(tài)轉(zhuǎn)變理論（塑變和回復(fù)再結(jié)晶、擴(kuò)散；五大轉(zhuǎn)變：珠光體轉(zhuǎn)變、奧氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、回火轉(zhuǎn)變）。一大中心：成分、組織、結(jié)構(gòu)、性能關(guān)系。二大圖形：相圖、Ｃ曲線圖。四把火（簡(jiǎn)介）：正火、退火、淬火、回火。緒論五、熱處理及在工業(yè)生產(chǎn)中的地位

：熱處理：將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。在汽車(chē)、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。至于模具、滾動(dòng)軸承則要100%經(jīng)過(guò)熱處理。總之，重要的零件都要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍苁褂谩＞w論任務(wù)：研究固態(tài)相變的規(guī)律性，研究金屬或合金熱處理組織與性能之間的關(guān)系以及熱處理理論在工業(yè)生產(chǎn)中和應(yīng)用。地位：(1)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域：工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的技術(shù)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵工序，是發(fā)揮材料潛力、達(dá)到機(jī)械零部件輕量化的主要手段。(2)材料研究領(lǐng)域：研制和開(kāi)發(fā)新材料。六、熱處理的發(fā)展在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過(guò)程中，熱處理的作用逐漸為人們認(rèn)識(shí)。早在公元前770~前222年，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)因溫度和加壓變形影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。緒論公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國(guó)河北省易縣燕下都出土的兩劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說(shuō)明是經(jīng)過(guò)淬火的。二十世紀(jì)以來(lái)，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大的發(fā)展。一個(gè)顯著的進(jìn)展是1901~1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳；20世紀(jì)60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。緒論我國(guó)熱處理的發(fā)展歷程古代高水平：春秋戰(zhàn)國(guó)~明清以前：從出土文物可見(jiàn)。近代落后：明清~新中國(guó)以前：統(tǒng)治者閉關(guān)鎖國(guó)?，F(xiàn)代奮起直追：新中國(guó)以前~至今：總體上和發(fā)達(dá)國(guó)家比仍有一定差距。具體表現(xiàn)在：(1)科研：個(gè)別研究處于世界領(lǐng)先水平，總體研究水平相對(duì)落后；(2)生產(chǎn)：工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度不高，能耗較大，特別是技術(shù)設(shè)備和裝備相對(duì)落后。本課程特點(diǎn)：大部分概念不是定量的，而是定性的，很少演繹、推理、計(jì)算；對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中的現(xiàn)象要進(jìn)行歸納分析，找出各種事物和因素之間聯(lián)系以及它們相互制約的規(guī)律，并去解決實(shí)際問(wèn)題；初學(xué)者常認(rèn)為這門(mén)課程內(nèi)容龐雜，實(shí)際上系統(tǒng)性強(qiáng)。本課程學(xué)習(xí)方法多進(jìn)行歸納和總結(jié)；利用習(xí)題深刻理解教學(xué)內(nèi)容，學(xué)會(huì)分析問(wèn)題。緒論凝固!結(jié)晶!一般金屬制品是如何制得的?熔煉—澆鑄(鑄件和鑄錠);液態(tài)-固態(tài)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過(guò)程。金屬及合金的結(jié)晶組織對(duì)其性能以及隨后的加工有很大的影響，而結(jié)晶組織的形成與結(jié)晶過(guò)程密切相關(guān)。對(duì)于鑄錠，影響軋制和鍛壓工藝性能!使用性能！因此,研究和控制金屬的結(jié)晶成為提高金屬力學(xué)性能和工藝性能的重要手段。對(duì)于鑄件和焊件來(lái)說(shuō),結(jié)晶過(guò)程基本上決定了材料的使用性能和壽命。第一節(jié)金屬結(jié)晶的現(xiàn)象一、結(jié)晶過(guò)程的宏觀現(xiàn)象結(jié)晶過(guò)程非常復(fù)雜:由宏觀到微觀,由表象到抽象第一節(jié)金屬結(jié)晶的現(xiàn)象（一）過(guò)冷現(xiàn)象理論結(jié)晶溫度：純金屬液體在無(wú)限緩慢冷卻條件下結(jié)晶的溫度。

過(guò)冷現(xiàn)象：實(shí)際的結(jié)晶過(guò)程冷速都很快，液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度以下開(kāi)始結(jié)晶的現(xiàn)象。

過(guò)冷度

T：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值。

T=T0–T1

第一節(jié)金屬結(jié)晶的現(xiàn)象過(guò)冷度隨金屬的本性、純度以及冷卻速度的差異而不同。金屬不同，過(guò)冷度的大小不同；金屬純度越高，過(guò)冷度越大；冷卻速度越大，過(guò)冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度越低。金屬總是在一定的過(guò)冷度下結(jié)晶，過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件。對(duì)于一定的金屬來(lái)說(shuō)，過(guò)冷度有一最小值，若過(guò)冷度小于此值，結(jié)晶過(guò)程就不能進(jìn)行。影響過(guò)冷度的因素第一節(jié)金屬結(jié)晶的現(xiàn)象為什么冷卻曲線上會(huì)出現(xiàn)一平臺(tái)？（二）結(jié)晶潛熱

金屬結(jié)晶時(shí)從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嘁懦鰺崃浚Q(chēng)為結(jié)晶潛熱。由于結(jié)晶潛熱的釋放，補(bǔ)償了散失到周?chē)h(huán)境的熱量，使溫度并不隨冷卻時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，所以在冷卻曲線上出現(xiàn)了平臺(tái)。結(jié)晶結(jié)束，沒(méi)有結(jié)晶潛熱補(bǔ)償散失的熱量，溫度又重新下降。第一節(jié)金屬結(jié)晶的現(xiàn)象二、金屬結(jié)晶的微觀過(guò)程結(jié)晶過(guò)程就是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程！液態(tài)金屬形核晶核長(zhǎng)大完全結(jié)晶第一節(jié)金屬結(jié)晶的現(xiàn)象形核長(zhǎng)大形成多晶體兩個(gè)過(guò)程重疊交織第二節(jié)金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件熱力學(xué)第二定律：在等溫等壓條件下，物質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)地從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。這說(shuō)明，只有引起體系自由能降低的過(guò)程才能自發(fā)進(jìn)行。液態(tài)金屬必須在一定的過(guò)冷條件下才能結(jié)晶，這是由熱力學(xué)條件決定的。結(jié)晶能否發(fā)生，要看液相和固相自由能的高低。如果固相的自由能比液相的自由能低，那么液相將自發(fā)地轉(zhuǎn)化為固相，使系統(tǒng)的自由能降低，處于更為穩(wěn)定的狀態(tài)，即發(fā)生結(jié)晶。液相金屬和固相金屬的自由能之差，就是促進(jìn)轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力。狀態(tài)的吉布斯自由能:G=H-TS(1)G=U+pV-TS(2)G的全微分:dG=dU+pdV+Vdp-TdS-SdT(3)由熱力學(xué)第一定律:dU=TdS-pdV(4)(4)帶入(3):dG=Vdp-SdT(5)dp=0,所以

dG=－SdT(6)

第二節(jié)金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件溫度升高，原子活動(dòng)能力提高，因而原子排列的混亂程度增加，即熵值增加，系統(tǒng)的自由能隨溫度的升高而降低。且液態(tài)金屬自由能隨溫度降低的趨勢(shì)大于固態(tài)金屬。液、固兩相的自由能隨溫度而變化的曲線斜率不同，則兩線必然在某一溫度交，此時(shí)液相和固相的自由能相等，意謂著兩相可以同時(shí)共存，既不熔化也不結(jié)晶，處于動(dòng)平衡狀態(tài)。交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度就是理論結(jié)晶溫度T0。高于T0溫度時(shí)，液態(tài)金屬比固態(tài)金屬的自由能低，金屬處于液態(tài)才是穩(wěn)定的；低于T0溫度時(shí)，金屬處于固態(tài)才穩(wěn)定。因此，液態(tài)金屬要結(jié)晶，就必須處于T0溫度以下，金屬必須過(guò)冷，使液態(tài)和固態(tài)之間存在一個(gè)自由能差。這個(gè)自由能差就是促進(jìn)液體結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力。液、固兩相自由能的差值越大，則相變驅(qū)動(dòng)力越大，結(jié)晶速度也越快。第二節(jié)金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件液固相的自由能差,就是轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力:

Gv單位體積自由能變化;Gs固態(tài)金屬自由能;GL

液態(tài)金屬自由能.

Gv=HS-TSS-(HL-TSL)=HS-HL-T(SS-SL)=-(HL-HS)-TΔSHL-HS=ΔHf

熔化潛熱,ΔHf＞0Gv=－ΔHf－

TS當(dāng)T=Tm

時(shí),Gv=0,ΔS=－ΔHf/Tm當(dāng)T<Tm

時(shí),Gv=－ΔHfT/TmTm

理論結(jié)晶溫度.過(guò)冷度

T

越大,相變驅(qū)動(dòng)力越大.第二節(jié)金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件第三節(jié)金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)起伏(相起伏)

金屬的結(jié)晶是晶核的形成和長(zhǎng)大的過(guò)程，晶核的形成是有條件的。在固態(tài)金屬晶體中，大范圍內(nèi)的原子是呈有序排列的，稱(chēng)之為長(zhǎng)程有序。在液態(tài)金屬中，原子做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在大范圍內(nèi)原子是無(wú)序分布的，但是在小范圍內(nèi)，存在著許多類(lèi)似于晶體中原子有規(guī)則排列的小原子集團(tuán)，稱(chēng)之為短程有序。

金屬氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的原子排列示意圖第三節(jié)金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件在理論結(jié)晶溫度以上，這些短程有序的原子集團(tuán)是不穩(wěn)定的，瞬時(shí)出現(xiàn)，瞬時(shí)消失，此起彼伏。這種不斷變化著的短程有序原子集團(tuán)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)起伏，或稱(chēng)為相起伏。第三節(jié)金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件相起伏特點(diǎn)：

(1)瞬時(shí)出現(xiàn)，瞬時(shí)消失，此起彼伏;

瞬時(shí)1瞬時(shí)2第三節(jié)金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件（2）相起伏或大或小，不同尺寸相起伏出現(xiàn)的幾率不同，過(guò)大或過(guò)小的相起伏出現(xiàn)幾率均小;第三節(jié)金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件

(3)過(guò)冷度越大，最大相起伏尺寸越大。只有在過(guò)冷液體中出現(xiàn)的尺寸較大的相起伏，才有可能在結(jié)晶時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш?，因此這些尺寸較大的相起伏被稱(chēng)為晶胚。液體中存在足夠大的穩(wěn)定晶坯即“晶核”※所有的晶胚都可以轉(zhuǎn)化為晶核嗎？第三節(jié)金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件晶胚晶核能量起伏相起伏第四節(jié)晶核的形成

形核方式有兩種：一種是均勻形核；另一種是非均勻形核。均勻形核非均勻形核是指完全依靠液態(tài)金屬中的晶胚形核的過(guò)程，液相中各區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率都是相同的。理想情況！是指晶胚依附于液態(tài)金屬中的固態(tài)雜質(zhì)表面形核的過(guò)程。工程實(shí)際中材料的凝固主要以非均勻形核方式進(jìn)行！但均勻形核的基本規(guī)律十分重要，它不僅是研究晶體材料凝固問(wèn)題的理論基礎(chǔ)，而且也是研究固態(tài)相變的基礎(chǔ)。第四節(jié)晶核的形成一、均勻形核(一)形核時(shí)的能量變化

G和臨界晶核半徑rK在過(guò)冷的液態(tài)金屬中，晶胚形成的同時(shí)，體系自由能的變化包括轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的那部分體積引起的自由能下降和形成晶胚新表面引起的自由能的增加。V:晶胚的體積;S:表面積;GV：液固兩相單位體積自由能差;σ:單位面積的表面能.結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力結(jié)晶的阻力假設(shè)晶胚為球體，半徑為r，則：

T:過(guò)冷度;Tm理論結(jié)晶溫度;ΔHf熔化潛熱.當(dāng)r<rK時(shí),隨晶胚尺寸增大,自由能增加,晶胚瞬間消失,不能變成晶核.當(dāng)r>rK時(shí),隨晶胚尺寸增大,自由能降低,晶胚比較容易形成晶核.當(dāng)r=rK時(shí),晶胚可能消失,也可能長(zhǎng)大形成晶核.第四節(jié)晶核的形成第四節(jié)晶核的形成過(guò)冷度

T越大,臨界形核半徑rK越小.TK：臨界過(guò)冷度當(dāng)

T<TK時(shí),rmax<rK,晶胚不可能轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш?。?dāng)

T>TK時(shí),rmax>rK,無(wú)論尺寸大小的晶胚均可成為晶核，結(jié)晶過(guò)程易于進(jìn)行.因而，液態(tài)金屬能否結(jié)晶，很重要的一點(diǎn)是看晶胚的尺寸是否達(dá)到了臨界晶核半徑的要求。要求液體的過(guò)冷度達(dá)到或超過(guò)臨界過(guò)冷度。第四節(jié)晶核的形成形核功:形成臨界晶核時(shí),體積自由能的下降只補(bǔ)償了表面能的2/3,還有1/3的表面能需要另外供給,既需要對(duì)形核作功,這部分功叫….(二)形核功第四節(jié)晶核的形成能量起伏:在一定溫度下,系統(tǒng)有一定的自由能,這是指宏觀平均能量.但是在微區(qū)各處的能量此起彼伏,變化不定.微區(qū)能量偏離平衡能量的現(xiàn)象,叫…

臨界形核功相當(dāng)于表面能的1/3，這意味著固、液之間自由能差只能供給形成臨界晶核所需表面能的2/3，其余1/3的能量靠能量起伏來(lái)補(bǔ)足。晶核形成=過(guò)冷液體中的相起伏+能量起伏形核功與過(guò)冷度的關(guān)系:

臨界形核功與過(guò)冷度的平方成反比,過(guò)冷度增大,臨界形核功顯著降低,結(jié)晶過(guò)程容易進(jìn)行.第四節(jié)晶核的形成第四節(jié)晶核的形成(三)形核率形核率是指單位時(shí)間內(nèi)單位體積液體中形成晶核的數(shù)量。用N＝N1*N2表示。受形核功影響形核率因子受原子擴(kuò)散能力影響的形核率因子第四節(jié)晶核的形成當(dāng)ΔT

不大時(shí)，形核率主要受形核功因子控制，ΔT

增大，形核率增大，在ΔT非常大時(shí)，形核率主要受擴(kuò)散因子的控制，隨ΔT

增加，形核率降低。第四節(jié)晶核的形成急冷非晶態(tài)材料純金屬凝固的形核率與過(guò)冷度的關(guān)系第四節(jié)晶核的形成二、非均勻形核(異質(zhì)形核或非自發(fā)形核)(一)臨界晶核半徑和形核功三種張力在交點(diǎn)平衡:晶核與液體的接觸面積:晶核與基底的接觸面積:晶核的體積:第四節(jié)晶核的形成體系自由能變化:臨界晶核半徑:第四節(jié)晶核的形成形核功:

=0,GK’=0.不需要形核功,液體中的固體相質(zhì)點(diǎn)就是現(xiàn)成的晶核,可以在上面直接結(jié)晶長(zhǎng)大.=180o,GK’=GK.均勻形核與非均勻形核所需要的能量起伏相同.0<<180o,GK’<GK.越小,非均勻形核越容易,需要的過(guò)冷度也越小.(二)形核率1.過(guò)冷度的影響2.固體雜質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響3.固體雜質(zhì)形貌的影響4.過(guò)熱度的影響5.其他因素的影響第四節(jié)晶核的形成小結(jié):金屬形核的要點(diǎn)液態(tài)金屬的結(jié)晶必須在過(guò)冷的液體中進(jìn)行,液態(tài)金屬的過(guò)冷度必須大于臨界過(guò)冷度,晶胚尺寸必須大于臨界晶核半徑rK.前者提供形核的驅(qū)動(dòng)力,后者是形核的熱力學(xué)要求.2.rK值大小與晶核的表面能成正比,與過(guò)冷度成反比。過(guò)冷度越大，則rK值越小，形核率越大，但是形核率有一個(gè)極大值。如果表面能越大，形核所需要的過(guò)冷度也應(yīng)越大，因此，能夠降低表面能的辦法都能夠促進(jìn)形核。均勻形核需要結(jié)構(gòu)起伏，也需要能量起伏，二者都是液體本身存在的自然現(xiàn)象。晶核的形成過(guò)程是原子的擴(kuò)散遷移過(guò)程，因此結(jié)晶必須在一定的溫度下進(jìn)行。在工業(yè)生產(chǎn)中，液體金屬的凝固總是以非均勻形核的方式進(jìn)行的。

第四節(jié)晶核的形成當(dāng)液態(tài)金屬中出現(xiàn)第一批晶核后，金屬的結(jié)晶過(guò)程就開(kāi)始了。新晶核不斷產(chǎn)生，對(duì)每一個(gè)晶粒來(lái)說(shuō)，晶核出現(xiàn)后，馬上就進(jìn)入長(zhǎng)大階段。第五節(jié)晶核長(zhǎng)大宏觀過(guò)程晶體的界面向液體的推進(jìn)微觀過(guò)程原子從液相中擴(kuò)散到晶體表面1)原子擴(kuò)散——較高溫度;2)晶體表面接納原子——表面結(jié)構(gòu)3)應(yīng)符合熱力學(xué)條件——過(guò)冷晶體長(zhǎng)大的條件:決定晶體長(zhǎng)大方式和速度的主要因素是界面結(jié)構(gòu)和固液界面前沿液體中的溫度梯度第五節(jié)晶核長(zhǎng)大一、固液界面的微觀結(jié)構(gòu)(一)光滑界面：顯微尺寸看粗糙，原子尺寸看光滑平整。(二)粗糙界面：顯微尺寸看平整，原子尺寸看界面高低不平。第五節(jié)晶核長(zhǎng)大假設(shè)界面上可能的原子位置數(shù)為N，其中NA個(gè)位置為固相原子所占據(jù)，那么界面上被固相原子占據(jù)的位置的比例為x=NA/N。如果x=50%，即界面上有50%的位置為固相原子所占據(jù)，這樣的截面為粗糙界面；如果界面上有近于0%或100%的位置為固相原子所占據(jù)，這樣的截面為光滑界面。界面的平衡結(jié)構(gòu)應(yīng)該是界面能最低的結(jié)構(gòu)，在光滑界面上任意添加原子時(shí)，其界面自由能的變化：液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)第五節(jié)晶核長(zhǎng)大不同α值下⊿GS／(NkTm)與x的關(guān)系

α＜2時(shí)，在x＝0.5處，界面能具有極小值，這意味著界面上約有一半的原子位置被固相原子占據(jù)著，形成粗糙界面。

α≥5時(shí)，在x＝l和x＝0處，界面能具有兩個(gè)極小值，這表明界面上絕大多數(shù)原子位置被固相原子占據(jù)或空著，為光滑界面。金屬一般為粗糙界面，高分子往往為光滑界面。液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)第五節(jié)晶核長(zhǎng)大1.光滑界面材料的長(zhǎng)大機(jī)制（微觀光滑、宏觀粗糙－無(wú)機(jī)化合物或亞金屬材料的界面）：

(1)二維晶核長(zhǎng)大機(jī)制.(2)螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大機(jī)制。2.粗糙界面材料的長(zhǎng)大機(jī)制（微觀粗糙、宏觀平整－金屬或合金材料的界面）：連續(xù)長(zhǎng)大機(jī)制。二.晶體長(zhǎng)大機(jī)制第五節(jié)晶核長(zhǎng)大二維晶核長(zhǎng)大機(jī)制首先在平整界面上通過(guò)均勻形核形成一個(gè)具有單原子厚度的二微晶核，然后液相中的原子不斷的依附在二維晶核周?chē)呐_(tái)階上，使二維晶核很快的向四周橫向擴(kuò)展而覆蓋整個(gè)晶面表面。接著新的界面上有形成新的二維晶核，并向橫向擴(kuò)展而長(zhǎng)滿一層。這種界面的推移是不連續(xù)的螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大機(jī)制由于二維晶核的形成需要一定的形核功，因而需要較強(qiáng)的過(guò)冷條件，長(zhǎng)大速率很慢。如果結(jié)晶過(guò)程中，在晶體表面存在著垂直于界面的螺位錯(cuò)露頭，那么液相原子或二維晶核就會(huì)優(yōu)先附在這些地方。液相原子不斷的添加到由螺形位錯(cuò)露頭形成的臺(tái)階上，界面以臺(tái)階機(jī)制生長(zhǎng)和按螺旋方式連續(xù)的掃過(guò)界面，在成長(zhǎng)的界面上形成螺旋新臺(tái)階，這種生長(zhǎng)是連續(xù)的。第五節(jié)晶核長(zhǎng)大第五節(jié)晶核長(zhǎng)大圖螺旋長(zhǎng)大的SiC晶體第五節(jié)晶核長(zhǎng)大具有粗糙界面晶體的生長(zhǎng)界面上有一半的結(jié)晶位置空著，液相中的原子可直接遷移到這些位置使晶體整個(gè)界面沿法線方向向液相中長(zhǎng)大，這種生長(zhǎng)方式稱(chēng)為連續(xù)長(zhǎng)大或均勻長(zhǎng)大。固液界面前沿液體中的溫度梯度有兩種情況：(一)正溫度梯度:液相中的溫度隨至界面距離的增加而提高的溫度分布狀況.結(jié)晶潛熱通過(guò)已結(jié)晶的固相和型壁散失.(二)負(fù)溫度梯度:液相中的溫度隨至界面距離的增加而降低的溫度分布狀況.結(jié)晶潛熱通過(guò)過(guò)冷液體散失.三、固液界面前沿液體中的溫度梯度第五節(jié)晶核長(zhǎng)大

形核之后晶體生長(zhǎng)成什么形態(tài)，取決于固-液界面的微觀結(jié)構(gòu)和界面前沿液相中的溫度分布情況。第五節(jié)晶核長(zhǎng)大四、晶體生長(zhǎng)的界面形狀---晶體形態(tài)(一)正溫度梯度下結(jié)晶潛熱通過(guò)已結(jié)晶的固相和型壁散失,相界面向液相中的推移速度受散熱速率的控制.

液固界面基本呈平直狀.光滑界面:小晶面互成一定角度,呈鋸齒狀.粗糙界面:平行于等溫面的平直界面.第五節(jié)晶核長(zhǎng)大晶界的移動(dòng)不受已結(jié)晶的固相和型壁的散熱控制.粗糙界面：樹(shù)枝晶:液態(tài)金屬在結(jié)晶中各個(gè)方向上發(fā)展不同,而形成的樹(shù)枝狀晶體.等軸晶:如果枝晶在三維空間得到均衡發(fā)展,各個(gè)方向上的一次軸近似相等,這樣形成的晶粒,叫.柱狀晶:如果枝晶在一個(gè)方向上的一次軸長(zhǎng)得很長(zhǎng),而在其他方向上受到阻礙,而形成的細(xì)長(zhǎng)晶粒.光滑界面：只有杰克遜因子較高的物質(zhì)仍然保持著光滑界面形態(tài)。(二)負(fù)溫度梯度下第五節(jié)晶核長(zhǎng)大由于液固界面前沿的液體中過(guò)冷度較大，晶體優(yōu)先沿過(guò)冷度較大方向生長(zhǎng)出空間骨架，形同樹(shù)干，稱(chēng)為一次晶軸。在一次晶軸增長(zhǎng)和變粗的同時(shí)，其上會(huì)出現(xiàn)很多凸出尖端，它們長(zhǎng)大成為枝干，稱(chēng)為二次晶軸。對(duì)一定的晶體來(lái)說(shuō)，二次晶軸與一次晶軸有確定的角度，在立方晶系中，二者是相互垂直的。二次晶軸生長(zhǎng)到一定程度后，又在它上面長(zhǎng)出三次晶軸，如此不斷地成長(zhǎng)和分枝，形成如樹(shù)枝狀的骨架，稱(chēng)為樹(shù)枝晶。五.長(zhǎng)大速度長(zhǎng)大速度與過(guò)冷度關(guān)系非金屬當(dāng)過(guò)冷度小時(shí)，液固兩相自由能差小，結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力小，晶體的長(zhǎng)大速度小。當(dāng)過(guò)冷度大時(shí)，溫度過(guò)低，原子的擴(kuò)散困難，晶體的長(zhǎng)大速度小。金屬結(jié)晶溫度高，形核與長(zhǎng)大都快，它的過(guò)冷能力小，所以未到過(guò)冷到較低溫度時(shí)，結(jié)晶已經(jīng)結(jié)束了。第五節(jié)晶核長(zhǎng)大第五節(jié)晶核長(zhǎng)大晶體長(zhǎng)大要點(diǎn)1.具有粗糙界面的金屬，長(zhǎng)大機(jī)制為連續(xù)長(zhǎng)大，長(zhǎng)大速度大，所需過(guò)冷度小；2.具有光滑界面的金屬化合物、半金屬（Si、Sb等）或非金屬等，長(zhǎng)大機(jī)制為二維晶核長(zhǎng)大或螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大方式，長(zhǎng)大速度慢，所需過(guò)冷度大；3.晶體成長(zhǎng)的界面形態(tài)與界面前沿的溫度梯度和界面的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，正溫度梯度下，光滑界面的一些小晶面互成一定角度，呈鋸齒狀；粗糙界面的形態(tài)為平行于Tm等溫面的平直界面，呈平面長(zhǎng)大方式。負(fù)溫度梯度下，一般金屬和半金屬的界面都呈樹(shù)枝狀，只有杰克遜因子較高的物質(zhì)仍然保持著光滑界面形態(tài)。第五節(jié)晶核長(zhǎng)大細(xì)化晶粒不僅能提高材料的強(qiáng)度和硬度，還能提高材料的韌性和塑性。工業(yè)上將通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高材料強(qiáng)度的方法稱(chēng)為細(xì)晶強(qiáng)化.

晶粒度：晶粒的大小，通常用晶粒的平均面積或直徑表示。晶粒大小的影響因素：形核率和長(zhǎng)大速度。晶粒的大小取決于形核率N與長(zhǎng)大速度G的比值，N/G。工業(yè)中細(xì)化晶粒的方法1、控制過(guò)冷度：在一定范圍內(nèi)，過(guò)冷度越大，N/G越大，晶粒越細(xì)。2、變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促進(jìn)形成大量的非均勻晶核來(lái)細(xì)化晶粒。3、振動(dòng)和攪拌：輸入能量提高形核率；使凝固過(guò)程中正在長(zhǎng)大的晶體破碎，增加核心。六、晶粒大小的控制

未加細(xì)化劑加細(xì)化劑

AZ31鎂合金鑄態(tài)組織

第五節(jié)晶核長(zhǎng)大第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷為什么要了解金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷？鑄態(tài)組織包括晶粒大小、形狀和取向、合金元素和雜質(zhì)的分布及鑄錠中的缺陷等。冶煉金屬后得到的鑄錠、鑄造零件毛坯、焊接的焊縫等都是凝固體，它們?cè)诮M織結(jié)構(gòu)上有共同的特點(diǎn)。所以，以鑄錠為例來(lái)討論凝固體的結(jié)構(gòu)組織。鑄件：鑄態(tài)組織影響力學(xué)性能和使用壽命鑄錠：鑄態(tài)組織影響壓力加工性能及加工后金屬制品的組織和性能。所以要了解鑄態(tài)組織和形成規(guī)律，以改善組織。第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷一、鑄錠三晶區(qū)的形成表面細(xì)晶區(qū)中間柱狀晶區(qū)中心等軸晶區(qū)第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷當(dāng)高溫的金屬液體倒入鑄模后，由于溫度較低的模壁有強(qiáng)烈的吸熱和散熱作用，使靠近模壁的一薄層液體產(chǎn)生極大的過(guò)冷，結(jié)晶首先從模壁處開(kāi)始。模壁作為非均勻形核的基底，在這一薄層液體中立即產(chǎn)生大量晶核，并同時(shí)向各個(gè)方向生長(zhǎng)。由于晶核數(shù)量多，臨近的晶核很快彼此相遇，不能繼續(xù)生長(zhǎng)，在靠近模壁處形成一薄層等軸細(xì)晶區(qū)。（一）表層細(xì)晶區(qū)優(yōu)點(diǎn)：晶粒細(xì)小組織致密，力學(xué)性能好缺點(diǎn)：細(xì)晶區(qū)很薄,沒(méi)有實(shí)際意義第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷在細(xì)晶區(qū)形成的同時(shí)，模壁的溫度由于被液態(tài)金屬加熱而迅速升高；金屬凝固后收縮，使細(xì)晶區(qū)和模壁脫離，形成空氣層，阻礙了液態(tài)金屬的散熱；細(xì)晶區(qū)的形成釋放出大量結(jié)晶潛熱，導(dǎo)致液體金屬冷卻速度降低，過(guò)冷度減小，形核速率降低。垂直于模壁方向散熱最快，晶體沿其相反方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，形成柱狀晶。（二）柱狀晶區(qū)優(yōu)點(diǎn)：組織致密，性能有方向性缺點(diǎn)：有弱面在柱狀晶區(qū)中，因?yàn)橄嗷テ叫械闹鶢罹У慕佑|面及相鄰垂直的樹(shù)枝狀晶區(qū)的交界面較為脆弱，并常聚集著易熔雜質(zhì)和非金屬夾雜物，使鑄錠在力加工時(shí)，容易沿這些脆弱面開(kāi)裂。第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷對(duì)于雜質(zhì)多、塑性差的金屬及合金，如鋼鐵、鎳基合金等，不希望形成發(fā)達(dá)的柱狀晶。但對(duì)于塑性好的鋁、銅等有色金屬及合金，即使全部為柱狀晶組織，也能順利通過(guò)熱軋而不致開(kāi)裂。柱狀晶的性能有明顯的方向性，沿晶軸方向的強(qiáng)度較高，對(duì)于那些主要受單向載荷的機(jī)器零件，例如汽輪機(jī)葉片等，柱狀晶結(jié)構(gòu)是非常理想的。

柱狀晶的應(yīng)用熔化溫度高、澆注溫度高、澆注速度大等因素有利于在鑄錠的截面上保持較大的溫度梯度，獲得較發(fā)達(dá)的柱狀晶。結(jié)晶時(shí)，單向散熱，有利于柱狀晶的生成。影響生成柱狀晶的因素第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷隨柱狀晶區(qū)的長(zhǎng)大，模壁溫度升高，散熱的方向性不明顯，同時(shí)錠模中心部分的液態(tài)金屬的溫度逐漸降低并漸趨均勻，最終幾乎同時(shí)進(jìn)入過(guò)冷狀態(tài)，并以非均勻方式形核，由于在不同方向上的生長(zhǎng)速度相同，因而便形成了等軸晶粒。中心部分的液態(tài)金屬的冷卻速度較慢，過(guò)冷度較小，故晶粒就較粗大。（三）中心等軸晶區(qū)優(yōu)點(diǎn)：不存在明顯的弱面，各晶粒的取向各不相同，性能不具有方向性缺點(diǎn)：組織不致密一般的鑄件都要求有發(fā)達(dá)的等軸晶組織。等軸晶的特點(diǎn)第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷二、鑄錠組織的控制鑄錠的表層細(xì)晶區(qū)，組織較致密，機(jī)械性能較好。但由于細(xì)晶區(qū)總是比較薄的，故對(duì)整個(gè)鑄錠的性能影響不大。一般鋼錠（鋼鐵或鎳合金）不希望柱狀晶區(qū)過(guò)大。但是，柱狀晶組織比較致密。它不象等軸晶那樣容易形成疏松。因此，對(duì)塑性較好的有色金屬（鋁），有時(shí)為了獲得較致密的鑄錠。反而要使柱狀晶區(qū)擴(kuò)大。因?yàn)樵跓釅毫庸r(shí)，由于這些金屬本身具有良好的塑性，不致于發(fā)生開(kāi)裂。等軸晶區(qū)不存在上述那種脆弱的交界面，而方向不同的晶粒彼此交錯(cuò)咬合，各方向上的機(jī)械性能均較好。但由于各個(gè)等軸晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中互相交叉，有可能造成許多封閉的小區(qū)，并將殘留在這些小區(qū)中的液體相互隔絕起來(lái)。當(dāng)這些液體結(jié)晶收縮時(shí)，由于得不到外界液體的補(bǔ)充。就形成很多微小的縮孔（縮松）。因此，等軸晶區(qū)的組織就比較疏松。這又使該區(qū)的機(jī)械性能降低。第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷（一）促進(jìn)柱狀晶生長(zhǎng)的方法：總體：(1)加大液相沿垂直鑄錠模壁方向的散熱能力

——促進(jìn)散熱的方向性(2)降低液相內(nèi)部非均勻形核的可能性具體：

(1)提高鑄錠模的冷卻能力。如：金屬模代替砂型模；增加金屬鑄模的厚度等

注意：此方法僅適于尺寸較大的鑄件，但不適于尺寸較小的鑄件

原因：若鑄模冷卻能力很大，反而促進(jìn)等軸晶的發(fā)展（增加形核率）。例：連鑄小截面鋼坯時(shí)，采用水冷結(jié)晶器，連鑄錠全部獲得細(xì)小的等軸晶粒。第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷（2）提高鑄模中心區(qū)溫度，增大溫度梯度。具體：提高澆注溫度與澆注速度。（3）提高熔化溫度，減少非均勻形核數(shù)目。熔化溫度越高，液態(tài)金屬過(guò)熱度越大，非金屬夾雜物溶解越多，從而減少了柱狀晶前沿液體中形核的可能性，有利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷例如：

1、磁性鐵合金<001>方向?qū)Т怕首畲螅鶢罹У囊淮屋S正好也是這個(gè)方向。

——發(fā)展柱狀晶，獲得最好的磁學(xué)性能。

2、燃?xì)廨啓C(jī)葉片，其負(fù)荷具有方向性，要求在葉片軸線方向有較高的強(qiáng)度。

——使柱狀晶的長(zhǎng)度方向和葉片軸線方向平行。（二）控制鑄錠組織在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷三、鑄錠缺陷1、縮孔（集中、分散）2、氣孔3、夾雜物1.縮孔金屬凝固時(shí)體積要收縮，金屬收縮后，原來(lái)能填滿鑄型的液態(tài)金屬，凝固后就不能再填滿，如果沒(méi)有液態(tài)金屬繼續(xù)補(bǔ)充的話，就會(huì)出現(xiàn)孔洞，稱(chēng)為縮孔?？s孔是一種重要的鑄造缺陷，對(duì)性能影響很大，它的出現(xiàn)是不可避免的，一般在軋制前予以切除。鑄件在凝固過(guò)程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱(chēng)為縮孔。第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷縮松即分散縮孔，是樹(shù)枝晶結(jié)晶時(shí)不能保證液體的補(bǔ)給而在枝晶間和枝晶內(nèi)形成的細(xì)小分散的縮孔。鑄件中心的等軸晶區(qū)最容易生成這種縮孔。為了減少疏松，可提高澆注時(shí)的液面以改善液體的補(bǔ)給條件。鑄錠中的疏松在熱軋過(guò)程中可以焊合。分散縮孔（縮松）集中縮孔第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷金屬液體比固體溶解的氣體多，凝固時(shí)要析出氣體；鑄型中的水分、鑄模表面的銹皮等與液體作用時(shí)可能產(chǎn)生氣體；澆注時(shí)液體流動(dòng)過(guò)程也可能卷進(jìn)氣體。如果氣體在凝固時(shí)來(lái)不及逸出，就會(huì)保留在金屬內(nèi)部，形成氣泡。如果表面凝固快，氣體停留在表面附近，則形成所謂的皮下氣孔。2.氣孔鑄錠中的封閉的氣孔可在熱加工時(shí)焊合,張開(kāi)的氣孔需要切除.鑄件中出現(xiàn)氣孔則只能報(bào)廢.鋼的分類(lèi)-（1）按用途分工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車(chē)輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼耐磨鋼機(jī)器用鋼結(jié)構(gòu)鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼鋼的分類(lèi)-（2）按冶金質(zhì)量分鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來(lái)劃分的。分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級(jí)鋼的磷、硫含量如下：

P（%）S（%）普通質(zhì)量鋼≤0.035-0.045≤0.035-0.050優(yōu)質(zhì)鋼≤0.035≤0.035高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼A≤0.025≤0.025鋼的分類(lèi)-（3）按化學(xué)成分分中碳鋼0.25%~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量

5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼

合金元素總量

10%碳素鋼合金鋼第一節(jié)常存元素和雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響常存元素：Si、Mn、S、P雜質(zhì)元素：非金屬雜質(zhì)及N、O、H一、Mn的影響Mn：有益元素（1）Mn能溶于鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用（2）Mn能溶于滲碳體，形成合金滲碳體（Fe，Mn）3C（3）Mn少量（<1%）存在時(shí)對(duì)鋼的性能影響不顯著二、Si的影響Si：有益元素（1）Si能溶于鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用（3）Si少量（<0.5%）存在時(shí)對(duì)鋼的性能影響不顯著三、S的影響Si：通常情況下是有害元素（1）不利的一面：在固態(tài)下主要以FeS的形式存在。FeS塑性差、脆性大，且FeS與Fe可以形成低熔點(diǎn)（985℃）的共晶體，分布在A晶界上。當(dāng)鋼加熱至1200℃進(jìn)行壓力加工時(shí)，晶界上的共晶體熔化，晶粒間的結(jié)合被破壞，產(chǎn)生熱脆性。消除熱脆性措施：增加鋼的錳含量。（2）有利的一面：含硫多的鋼，形成較多的MnS，在切削加工中，MnS起到斷屑作用，改善鋼的切削加工性四、P的影響P：通常情況下是有害元素不利的一面：（1）P能全部溶于鐵素體，產(chǎn)生強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，但塑韌性顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時(shí)更顯著，稱(chēng)為冷脆性。（2）P在結(jié)晶過(guò)程中容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，使得局部磷含量偏高，導(dǎo)致韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，發(fā)生冷脆（3）P的偏析使鋼材熱軋后形成帶狀組織有利的一面：含P較多時(shí)，脆性較大，對(duì)制造炮彈用鋼及改善鋼的切削加工性方面是有利的。五、非金屬夾雜物的影響冶煉過(guò)程中會(huì)形成氧化物、硫化物、硅酸鹽和氮化物，它們會(huì)降低鋼的力學(xué)性能，特別是降低塑韌性及疲勞強(qiáng)度。非金屬夾雜使鋼在熱加工時(shí)形成纖維組織和帶狀組織，產(chǎn)生各向異性。六、H的影響

1）使鋼變脆，稱(chēng)為氫脆

2）使鋼產(chǎn)生微裂紋，稱(chēng)為白點(diǎn)鋼中白點(diǎn)第二節(jié)合金元素在鋼中的作用常用的合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Zr、Co、Al、B、RE、S、P、N等我國(guó)的富產(chǎn)元素：Si、Mn、W、Mo、V、B、RE一、合金元素在鋼中的存在形式1、形成合金鐵素體幾乎所有合金元素都可或多或少地溶入鐵素體中，形成合金鐵素體（間隙固溶體、置換固溶體）。作用：固溶強(qiáng)化2、形成合金碳化物

形成碳化物的元素：1）強(qiáng)碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V2）中強(qiáng)碳化物形成元素：Cr、Mo、W3）弱碳化物形成元素：Mn

鋼中形成的合金碳化物的類(lèi)型：（1）合金滲碳體它是合金元素溶入滲碳體所形成的化合物，合金元素置換了滲碳體中的鐵原子。合金滲碳體仍具有滲碳體的復(fù)雜晶格，鐵與合金元素比例可變，但兩者的總和與碳的比例固定不變。例如（Fe，Mn）3C（2）特殊碳化物它是與滲碳體晶格完全不同的碳化物，主要是中強(qiáng)和強(qiáng)碳化物形成元素形成的。1）具有簡(jiǎn)單晶格的間隙碳化物：MC、M2C型2）具有復(fù)雜晶格的碳化物：M3C、M7C3、M23C6型特殊碳化物比合金滲碳體具有更高的熔點(diǎn)、硬度計(jì)耐磨性，并且更為穩(wěn)定，不易分解。（3）形成非金屬夾雜物合金元素與O、S、N等形成非金屬夾雜物。非金屬夾雜物可降低鋼的質(zhì)量二、合金元素對(duì)鐵-滲碳體相圖的影響1、改變了奧氏體區(qū)的范圍1）Ni、Co、Mn等元素的加入使奧氏體區(qū)擴(kuò)大，GS線向左下方移動(dòng)，A3及A1溫度下降。Mn

13%或Ni

9%時(shí),室溫下為單相奧氏體組織,稱(chēng)奧氏體鋼。2）Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素縮小奧氏體區(qū)，GS線向左上方移動(dòng)，A3及A1溫度升高。Cr

13%時(shí)，室溫下為單相鐵素體組織，稱(chēng)鐵素體鋼。錳對(duì)奧氏體相區(qū)的影響鉻對(duì)奧氏體相區(qū)的影響2、改變S、E點(diǎn)位置1）擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，均使S、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)2）縮小奧氏體區(qū)的元素，均使S、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)

S、E點(diǎn)向左移動(dòng)，意味著減低了共析點(diǎn)和發(fā)生共晶反應(yīng)的碳含量，使得含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不同的組織。三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響合金元素對(duì)擴(kuò)散速度的影響：1）形成碳化物的合金元素使碳的擴(kuò)散速度減慢，碳化物不易析出，析出后也較難聚集長(zhǎng)大；非碳化物形成元素（除Si外）則增加碳的擴(kuò)散速度2）合金元素均能增加Fe原子間結(jié)合力，使Fe的自擴(kuò)散速度下降3）合金元素自身在固溶體中的擴(kuò)散速度比碳的擴(kuò)散速度低得多1、合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響1）大多數(shù)元素（除Ni、Co外）減緩?qiáng)W氏體化過(guò)程2）合金元素（除Mn外）阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大強(qiáng)碳化物形成元素能強(qiáng)烈的阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大(Ti、V、Zr、Nb

等)。非碳化物形成元素能輕微的阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大(Si、Ni、Cu、Co

等)。2、合金元素對(duì)鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響1）合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的影響：除Co外均降低院子擴(kuò)散速度，使過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增加，使C曲線右移。

C曲線右移，降低了鋼的Vc，增加了淬透性：①可采用冷速小的淬火介質(zhì)，以減小變形和開(kāi)裂；②增加淬硬深度，以獲得高而均勻的力學(xué)性能；③某些鋼甚至空冷即可得到馬氏體。2）合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的影響：除Co、Al外，合金元素溶入奧氏體后，使馬氏體轉(zhuǎn)變的Ms及Mf降低，Mn、Cr、Ni作用較強(qiáng)。Ms越低，淬火后殘留的奧氏體數(shù)量越多。3、合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響1）提高淬火鋼的耐回火性耐回火性：淬火鋼在回火時(shí)，抵抗軟化的能力原因：合金元素溶入馬氏體中，使原子擴(kuò)散速度減慢，在回火過(guò)程中馬氏體不易分解，碳化物不易析出，析出后也難長(zhǎng)大。2）回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象二次硬化：鋼在回火時(shí)出現(xiàn)硬度回升的現(xiàn)象2）回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象二次硬化：鋼在回火時(shí)出現(xiàn)硬度回升的現(xiàn)象原因：回火時(shí)析出特殊碳化物，并彌散分布在馬氏體基體上，并與馬氏體保持共格關(guān)系，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使鋼的硬度有所提高；特殊碳化物析出，使殘余奧氏體合金元素濃度降低，Ms溫度升高，此時(shí)會(huì)有部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度提高。3）回火時(shí)產(chǎn)生第二類(lèi)回火脆性第二類(lèi)回火脆性：合金淬火鋼在450-650℃回火時(shí)出現(xiàn)的回火脆性特點(diǎn)：可逆性產(chǎn)生原因：雜質(zhì)及某些合金元素向晶界偏聚消除措施：提高鋼的純凈度，減少雜質(zhì)元素的含量；快冷；大截面工件采用含W或Mo的合金鋼第三節(jié)結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機(jī)器零件及各種工程結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)鋼：1）工程結(jié)構(gòu)鋼：用作工程結(jié)構(gòu)的鋼，大多為普通質(zhì)量的鋼，適于制造承受靜載荷作用的工程結(jié)構(gòu)件2）機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼：用作機(jī)械零件的鋼，大都為優(yōu)質(zhì)或高級(jí)優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)鋼，可承受動(dòng)載荷一、碳素結(jié)構(gòu)鋼成分：碳含量在0.06%-0.38%之間，有害元素和非金屬夾雜物較多。牌號(hào)：Q+屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法，共包含Q195、Q215、Q235、Q275五個(gè)牌號(hào)質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D脫氧方法：F、Z、TZ碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195：不分質(zhì)量等級(jí)，含碳量很低，強(qiáng)度不高，但有良好的焊接性、塑性和韌性，常用作鐵釘、鐵絲及各種薄板Q275：含碳量較高，強(qiáng)度較高，可以替代30鋼、40鋼制造稍重要的某些零件二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（HSLA鋼）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素而制成的。牌號(hào)：Q+屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)，共包含Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個(gè)牌號(hào)質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D、E1、化學(xué)成分低碳：碳含量在0.1%~0.2%合金元素：主加元素-Mn（0.8%~1.7）其他元素：Si、V、Nb、Ti、Mo、RE等2、性能特點(diǎn)（1）高的屈服強(qiáng)度與良好的塑韌性：合金元素強(qiáng)化鐵素體；細(xì)化鐵素體晶粒；增加珠光體數(shù)量（使S點(diǎn)左移）；形成碳化物、氮化物，從固溶體中析出，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用。（2）良好的焊接性：碳含量低，合金元素少，塑性好，不易在焊縫區(qū)產(chǎn)生淬火組織及裂紋，且V、Nb、Ti等可抑制焊縫區(qū)晶粒的長(zhǎng)大，因而具有良好的焊接性。（3）良好的耐蝕性：Cu、P可提高抗大氣的腐蝕性。3、熱處理：熱軋空冷后使用

4、使用狀態(tài)下組織：F+PQ460鋼含Mo、B，正火組織為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車(chē)輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的容器。壓力容器南京長(zhǎng)江大橋三、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼1、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：兩位數(shù)字表示，例如08鋼，45鋼牌號(hào)含義：表示含碳量的萬(wàn)倍，如45鋼，碳含量為0.45%，08鋼，碳含量為0.08%種類(lèi)：1）普通含錳鋼（錳含量0.25%-0.8%）

2）較高含錳鋼（0.7%-1.2%），牌號(hào)后加“Mn”，例如16Mn2、合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼：在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素而形成的鋼種。屬于低、中合金鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)三部分組成“數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”兩位數(shù)字

元素符號(hào)數(shù)字合金元素的含量的百倍添加合金元素的種類(lèi)含碳量的萬(wàn)倍例如：20Mn2、20MnVB、12Cr2Ni4合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%…時(shí)，標(biāo)注2、3、4…合金結(jié)構(gòu)鋼的合金化元素主加元素：Mn、Si、Cr、B等，提高淬透性和力學(xué)性能輔加元素：W、Mo、V、Ti、Nb等合金結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量都是優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（A）或特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（E）合金結(jié)構(gòu)鋼的種類(lèi)1、滲碳用鋼經(jīng)淬火、低溫回火后使用的鋼性能要求：表面高硬度、心部較高的韌性和足夠的強(qiáng)度（1）化學(xué)成分：含碳量0.1%-0.2%

主加元素Cr、Mn、Ni、B，提高淬透性，使淬火后心部能夠得到低碳馬氏體，以提高強(qiáng)度同時(shí)保持良好的韌性。輔加元素W、Mo、V、Ti，細(xì)化晶粒，形成特殊碳化物。（2）常用的滲碳鋼：1）碳素滲碳鋼：15、20鋼。淬透性低，滲碳后心部強(qiáng)度低，表層強(qiáng)度和耐磨性也不高，淬火時(shí)變形開(kāi)裂傾向大，一般用于制造承受低載、形狀簡(jiǎn)單、不太重要、但要耐磨的小零件。2）合金滲碳鋼：按淬透性分為三類(lèi)①低淬透性滲碳鋼

例如20Mn2、20Cr、20MnV等，油淬臨界淬透直徑為20-35mm，制作受力不大，不需要高強(qiáng)的耐磨零件②中淬透性滲碳鋼

例如20CrMnTi、12CrNi3等，油淬臨界淬透直徑為25-60mm，制作承受中等載荷的耐磨零件③高淬透性滲碳鋼

如12Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等，油淬臨界淬透直徑為100mm以上，空冷也可獲得馬氏體。制作承受重載與強(qiáng)烈磨損的重要大型零件（3）熱處理：1）預(yù)備熱處理：低、中淬透性鋼采用正火以改善切削加工性。高淬透性鋼需空冷淬火后高溫回火得到回火索氏體以改善切削加工性。2）最終熱處理：滲碳后淬火加低溫回火2、調(diào)質(zhì)用鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼性能要求：較高的綜合力學(xué)性能（1）化學(xué)成分：含碳量0.25%-0.5%

主加元素Cr、Mn、Ni、B，提高淬透性，以獲得均勻的綜合力學(xué)性能。輔加元素W、Mo、V、Ti，細(xì)化晶粒，提高耐回火性。（2）常用的調(diào)質(zhì)鋼：1）碳素調(diào)質(zhì)鋼：35~45、40Mn、50Mn鋼。淬透性低，淬火時(shí)變形開(kāi)裂傾向大，用于制造承受低載、形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小的調(diào)質(zhì)工件。2）合金調(diào)質(zhì)鋼：按淬透性分為三類(lèi)①低淬透性調(diào)質(zhì)鋼

例如40Cr、40MnB等，油淬臨界淬透直徑為20-40mm，制作中等截面受變動(dòng)載荷的調(diào)質(zhì)工件②中淬透性調(diào)質(zhì)鋼

例如35CrMo、38CrMoAl等，油淬臨界淬透直徑為40-60mm，制作截面較大、承受重載的調(diào)質(zhì)零件③高淬透性調(diào)質(zhì)鋼

如40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等，油淬臨界淬透直徑為60mm以上，用作大截面、承受更大載荷的重要的調(diào)質(zhì)件（3）熱處理：1）預(yù)備熱處理：珠光體鋼采用正火。馬氏體鋼采用淬火后高溫回火得到回火索氏體。2）最終熱處理：淬火加高溫回火以獲得回火索氏體四、彈簧鋼彈簧的作用：緩沖、吸振、儲(chǔ)能性能要求：高的彈性極限、彈性比功和疲勞強(qiáng)度、一定的塑韌性1、化學(xué)成分：含碳量：碳素彈簧鋼-0.6%~0.9%，合金彈簧鋼-0.45%~0.70%，使得在熱處理前具有接近共析成分的組織，以保證高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度。合金元素：Mn、Si、Cr、V、Mo，增加淬透性和耐回火性2、常用的彈簧鋼：（1）碳素彈簧鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的高碳鋼，價(jià)格便宜，熱處理后具有一定的強(qiáng)度，但淬透性差。制作不太重要的彈簧。（2）合金彈簧鋼：較高的淬透性，彈性極限高，屈強(qiáng)比較高，疲勞強(qiáng)度較高。主要用于車(chē)輛上的板簧和螺旋彈簧。典型的合金彈簧鋼：60Si2Mn、50CrVA3、熱處理：（1）熱成形彈簧的熱處理：淬火+中溫回火（2）冷成形彈簧的熱處理：1）索氏體化處理冷拉鋼絲：只需進(jìn)行去應(yīng)力回火，不需要進(jìn)行淬火與回火2）油淬回火鋼絲：只需進(jìn)行去應(yīng)力回火，不需要進(jìn)行淬火與回火3）退火狀態(tài)工藝的合金彈簧鋼絲：進(jìn)行淬火與回火處理五、滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼：制造各種滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈及滾動(dòng)體的專(zhuān)用鋼種工作特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滾動(dòng)體與內(nèi)外圈在滾道面上均受變動(dòng)載荷作用，套圈與滾動(dòng)體之間是點(diǎn)接觸或者線接觸，接觸應(yīng)力很大失效形式：接觸疲勞破壞與磨損性能要求：高的接觸疲勞抗力，高的硬度和耐磨性及一定的韌性1、化學(xué)成分：含碳量：高碳，0.95%~1.15%，以保證高的強(qiáng)度和硬度，形成足夠的碳化物以提高耐磨性合金元素：主加元素Cr-提高淬透性，并形成合金滲碳體，提高接觸疲勞抗力與耐磨性S、P：限制極嚴(yán)，軸承鋼屬于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼2、常用的滾動(dòng)軸承鋼：牌號(hào)：G+Cr+Cr元素含量的千倍。例如GCr15，表示Cr含量為1.5%的滾動(dòng)軸承鋼常用的滾動(dòng)軸承鋼：GCr15、GCr15SiMn3、熱處理：預(yù)備熱處理：球化退火，降低硬度以有利于切削加工，并為淬火做好組織上的準(zhǔn)備最終熱處理：淬火+低溫回火精密軸承零件：淬火+冷處理+低溫回火六、低淬透性含鈦優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用：專(zhuān)供感應(yīng)淬火用的淬透性特別低的鋼含碳量：0.5%~0.7%降低淬透性的措施：①降低增加淬透性元素的含量；②加入少量的強(qiáng)碳化物形成元素常用的鋼：55Ti、60Ti、70Ti第四節(jié)工具鋼工具鋼：用于制造各種刃具、模具、量具的鋼量具刃具模具碳含量：0.9%-1.3%合金元素：提高淬透性，并形成碳化物以提高硬度和耐磨性熱處理：預(yù)備熱處理-球化退火最終熱處理-回火+低溫回火一、刃具鋼服役條件：受到復(fù)雜的切削力，刃部與切屑之間有強(qiáng)烈的摩擦，還承受沖擊與振動(dòng)銼刀性能要求：1）高的硬度與耐磨性2）高的熱硬性3）足夠的強(qiáng)度與韌性1、碳素工具鋼：牌號(hào)：T+數(shù)字（表示碳含量的千倍），T7-T13例如，T7A表示含碳量為0.7%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T7表示含碳量為0.7%的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T8Mn含碳量：0.65%~1.35%，保證淬火后有足夠高的硬度。2、合金刃具鋼：在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素。牌號(hào)：一位數(shù)字+合金元素+數(shù)字，例如，Cr2，9SiCr，W一位數(shù)字

元素符號(hào)數(shù)字合金元素的含量的百倍添加合金元素的種類(lèi)含碳量的千倍，當(dāng)碳含量>1%時(shí)不標(biāo)出（1）化學(xué)成分：含碳量：高碳，0.75%~1.5%，以保證高的硬度，并可與合金元素形成適當(dāng)數(shù)量的合金碳化物，以增加耐磨性合金元素：Cr、Si、Mn、W（2）常用的合金刃具鋼：1）W鋼：硬度和耐磨性好，韌性較好，熱處理變形小，但耐回火性不高，淬透性較低2）Cr2鋼：淬透性較高，變形與開(kāi)裂傾向小，碳化物細(xì)小均布，提高鋼的強(qiáng)度與耐磨性，可制造形狀復(fù)雜、尺寸較大、切削用量大的刃具。3）9SiCr鋼：高的淬透性和耐回火性，適于制造薄刃刀具3、高速工具鋼：高速工具鋼是熱硬性、耐磨性較高的高合金工具鋼。（1）高速工具鋼的牌號(hào)與化學(xué)成分1）牌號(hào)：含碳量不標(biāo)出，用合金元素+含量表示，高碳者牌號(hào)前冠以“C”。例如：W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2，CW6Mo5Cr4V22）化學(xué)成分：高碳0.75%-1.60%：獲得高碳馬氏體和足夠的合金碳化物，保證高的硬度和耐磨性W：提高熱硬性的主要元素，形成Fe4W2C。但當(dāng)含量>18%，熱硬性增加不明顯，且碳化物不均勻性增加，塑性降低，加工困難。Mo：作用與W相似，1%的Mo取代1.8%的WCr：均為4%，主要存在與M6C中V：強(qiáng)碳化物形成元素，提高鋼的硬度、耐磨性與熱硬性，回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化3）常用的高速工具鋼：1）W18Cr4V（18-4-1）：使用最廣的鎢系高速鋼2）W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）：鎢鉬系高速鋼（2）高速工具鋼的鑄態(tài)組織與鍛造鑄態(tài)組織：魚(yú)骨狀消除措施：鍛造（鍛打）W18Cr4V鍛造組織W18Cr4V鑄態(tài)組織（3）高速工具鋼的退火球化退火：改善可加工性，消除殘余應(yīng)力（4）高速工具鋼的退火加熱：預(yù)熱淬火溫度：<1300℃回火：三次回火*淬火后A殘約20～25%。*第一次回火后A殘約剩15～18%。*第二次回火后A殘約剩3～5%。*第三次回火后A殘約剩1～2%。二、模具鋼1、冷作模具鋼冷作模具鋼：冷沖模、冷擠壓模性能要求：高硬度、高耐磨性及足夠的強(qiáng)度和韌性汽車(chē)沖壓模具常用的冷作模具鋼：（1）碳素工具鋼：T10A；（2）低合金冷作模具鋼：9Mn2V、CrWMn；（3）Cr12型鋼：Cr12MoV（4）高碳中鉻鋼：Cr4W2MoV（5）其他：降碳高速鋼等Cr12型鋼的硬化方法：1）一次硬化法：低淬+低回2）二次硬化法：高淬+多次回火2、熱作模具鋼熱作模具鋼：制造使加熱的固態(tài)或液態(tài)金屬在壓力下成形的模具熱作模具：熱鍛模、壓鑄模熱鍛模：模膛制成與所需鍛件凹凸相反的相應(yīng)形狀。將鍛件坯料加熱到金屬的再結(jié)晶溫度上的鍛造溫度范圍內(nèi)，放在鍛模上，再利用鍛造設(shè)備的壓力將坯料鍛造成鍛件。

擠壓模：用于將金屬擠壓成形的模具。擠壓模的擠壓筒為凹模，沖頭為凸模。由于金屬需要在很大的壓強(qiáng)下才能從凹模擠出成形，因此，擠壓筒和反擠壓的凹模需要有很高的強(qiáng)度。壓鑄模：將熔融合金在高壓、高速條件下充型，并在高壓下冷卻凝固成形的精密鑄造方法。（1）熱鍛模用鋼：熱鍛模的工作條件：高溫、沖擊力、時(shí)冷時(shí)熱、磨損性能要求：足夠的強(qiáng)度、韌性與耐磨性；好的熱疲勞抗力；高的淬透性以獲得好的整體性能化學(xué)成分：中碳（0.3%~0.6%）、Cr、Mn、Ni、Si常用的熱鍛模用鋼：5CrNiMo、5CrMnMo（2）壓鑄模用鋼：工作條件：高溫、長(zhǎng)時(shí)間與高溫液體接觸性能要求：高的熱疲勞抗力，抗高溫金屬液的腐蝕、沖刷常用的壓鑄模用鋼：3Cr2W8V（3）塑料模具用鋼：工作條件：持續(xù)受熱、受壓，并受一定程度的摩擦和有害氣體的腐蝕性能要求：足夠的強(qiáng)度、韌性，較高的耐磨性和耐蝕性常用鋼：3Cr2Mo三、量具鋼卡尺量規(guī)千分尺性能要求：高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性，良好的磨削加工性常用鋼：8MnSi、9SiCr、Cr2、W鋼等尺寸穩(wěn)定性：不穩(wěn)定的原因：殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變；馬氏體在室溫下的分解；熱處理及機(jī)械加工過(guò)程中的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的變形解決方法：淬火后立即進(jìn)行低溫回火，精密零件還需要進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理第五節(jié)特殊性能鋼一、不銹鋼不銹鋼：抵抗大氣腐蝕的鋼耐酸鋼：抵抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼1、金屬的腐蝕（1）腐蝕的概念：金屬表面與外界介質(zhì)作用而逐漸破壞的現(xiàn)象種類(lèi)：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕（2）提高耐蝕性的途徑1）形成鈍化膜2）提高電極電位3）形成單相組織2、常用不銹鋼（1）按化學(xué)成分分：鉻不銹鋼、鎳鉻不銹鋼、鉻錳不銹鋼（2）按金相組織分：馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼及沉淀硬化型不銹鋼（3）典型牌號(hào)：Cr13型：12Cr13、30Cr13，06Cr13Al等Cr17型：10Cr17、68Cr17等Cr27-30型：008Cr30Mo218-8型：10Cr18Ni9Ti（或1Cr18Ni9Ti）、10Cr18Ni9、008Cr18Ni9（或0Cr18Ni9）等二、耐熱鋼耐熱性：材料在高溫下兼有抗氧化與高溫強(qiáng)度的綜合性能（1）高溫抗氧化性及提高途徑：高溫抗氧化性：在金屬表面形成一層致密的氧化膜使鋼不再繼續(xù)氧化。提高途徑：合金化，加入Cr、Al、Si等（2）高溫強(qiáng)度概念及提高途徑金屬在高溫下長(zhǎng)期受載的特點(diǎn)：強(qiáng)度下降及蠕變提高途徑：提高再結(jié)晶溫度；彌散強(qiáng)化；適當(dāng)“粗化”晶粒三、耐磨鋼耐磨鋼：在巨大壓力和強(qiáng)烈沖擊載荷作用下才能發(fā)生硬化的高錳鋼典型代表：ZGMn13特點(diǎn)：高碳高錳球磨機(jī)挖掘機(jī)顎式破碎機(jī)高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機(jī)的履帶板、球磨機(jī)的襯板、破碎機(jī)的牙板、挖掘機(jī)的鏟齒和鐵路的道岔等。鐵路道岔履帶球磨機(jī)襯板挖掘機(jī)鏟齒大多數(shù)機(jī)器零件在制造過(guò)程中都安排有一個(gè)預(yù)先的熱處理工序，其工藝路線一般如下：毛坯（鑄、煅）—預(yù)先熱處理—切削加工—最終熱處理退火是將鋼加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間以后，以緩慢的速度冷卻下來(lái)，使之獲得達(dá)到或接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。1.退火第一節(jié)鋼的退火與正火退火目的:⑴調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，防止加工中變形。⑶均勻組織、細(xì)化晶粒，為最終熱處理（淬火）作組織準(zhǔn)備。(4)對(duì)一些受力不大、性能要求不高的機(jī)器零件，可作為最終熱處理退火工藝的分類(lèi):（1）完全退火：AC3以上20-30OC，適用于亞共析鋼。其目的是細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度以改善切削加工性能。低碳鋼和過(guò)共析鋼不適于完全退火?。槭裁?？？（2）等溫退火

等溫退火的加熱工藝與完全退火相同?！暗葴亍钡暮x是，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)是在Ar1以下珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間的某一溫度等溫進(jìn)行。等溫退火能有效縮短退火時(shí)間，提高生產(chǎn)效率并能獲得均勻的組織和性能。不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1～Ac3或Ac1～Acm之間溫度，達(dá)到不完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻的退火工藝。

不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是消除內(nèi)應(yīng)力和降低硬度，加熱溫度為Ac1+(40～60)℃，保溫后緩慢冷卻。

（3）不完全退火

（4）球化退火

球化退火主要用于過(guò)共析鋼和合金工具鋼。其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削性能，為淬火作組織準(zhǔn)備。獲得粒狀珠光體。球化退火的加熱溫度一般為Ac1以上20～30℃。（5）均勻化退火（擴(kuò)散退火）目的:消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象擴(kuò)散退火的特點(diǎn):加熱溫度高（一般在Ac3或Accm以上150～300℃），保溫時(shí)間長(zhǎng)（10h以上）。因此，擴(kuò)散退火后鋼的晶粒粗大，需要進(jìn)行一次正常的完全退火或正火處理。（6）去應(yīng)力退火

一般是將工件隨爐緩慢加熱至500～650℃，經(jīng)一段時(shí)間保溫后隨爐緩慢冷卻至300～200℃以下出爐。主要用來(lái)消除因變形加工及鑄造、焊接過(guò)程中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開(kāi)裂。（7）再結(jié)晶退火

冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，這種熱處理工藝稱(chēng)為再結(jié)晶退火。其目的是消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度為650-700℃。正火的加熱溫度為Ac3或Accm以上30～50℃，保溫以后的冷卻方式在空氣中進(jìn)行。由于正火比退火的冷卻速度大，故珠光體的片層間距較小，因而正火后強(qiáng)度、硬度較高。2.正火正火的應(yīng)用1、改善低碳鋼的切削加工性能；2、消除中碳鋼的熱加工缺陷；3、消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；4、提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能。⑴對(duì)于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。⑵對(duì)于過(guò)共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。⑶普通件最終熱處理。要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火.正火的目的3、退火和正火的選用退火或正火工藝的選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋼種，冷、熱加工工藝，零件的使用性能和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮1、

c0.25%低碳鋼通常采用正火替代退火2、c=0.25%0.5%的中碳鋼也可用正火代替退火4、c=0.75%以上的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退火作為預(yù)備熱處理。若有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)進(jìn)行正火消除。3、c=0.5%0.75%的鋼采用完全退火隨著鋼中碳和合金元素增加，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增加，因此，正火后硬度高，不利于切削加工，應(yīng)采用完全退火。對(duì)于合金元素特別高的鋼，應(yīng)采用高溫回火來(lái)消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。另外，從使用性能的角度，若零件的受力不大，性能要求不高，不必進(jìn)行淬火或回火，正火（最終熱處理）即可提高鋼的力學(xué)性能。從經(jīng)濟(jì)性原則考慮，正火的生產(chǎn)周期短，操作簡(jiǎn)單，工藝成本低，在滿足使用和工藝性能的前提下，應(yīng)盡可能用正火代替退火。第二節(jié)鋼的淬火與回火一、淬火

將鋼加熱到Ac1或Ac3以上，保溫一定時(shí)間，然后快速（大于臨界冷卻速度）冷卻以獲得馬氏體（下貝氏體）組織的熱處理工藝稱(chēng)為淬火。1.淬火應(yīng)力淬火后工件的形狀，尺寸都會(huì)發(fā)生變化，有的甚至產(chǎn)生淬火裂紋-----淬火應(yīng)力當(dāng)它超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，便引起工件的變形，超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)使工件開(kāi)裂淬火應(yīng)力包括熱應(yīng)力和組織應(yīng)力淬火應(yīng)力跟淬火加熱溫度、淬火冷卻介質(zhì)和冷卻方式有關(guān)。淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒為原則，以便冷卻后獲得細(xì)小的馬氏體組織。亞共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac3以上30～50℃；過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac1以上30～50℃。過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac1以上30～50℃????

2.淬火加熱溫度常用的淬火冷卻介質(zhì)是水和油。水主要用于形狀簡(jiǎn)單、截面較大的碳鋼零件的淬火。油一般用作合金鋼的淬火冷卻介質(zhì)。為了減少零件淬火時(shí)的變形，鹽浴也常用作淬火介質(zhì)，主要用于分級(jí)淬火和等溫淬火。3.淬火冷卻介質(zhì)為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開(kāi)裂，必須采用已有的淬火介質(zhì)再配以各種冷卻方法才能解決。通常的淬火方法包括單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等，如圖所示。4.淬火方法在一種冷卻劑中淬火的方法稱(chēng)單液淬火；而在兩種冷卻劑中淬火的方法稱(chēng)為雙液淬火。等溫淬火:是將工件自加熱爐中取出，在淬火需要溫度的鹽浴或油浴中淬火，并使其等溫轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰慕M織。分級(jí)淬火：將工件從淬火溫度直接冷卻到M點(diǎn)以上某一溫度，經(jīng)適當(dāng)時(shí)間的保溫，然后取出空冷或油冷，以獲得馬氏體。5.鋼的淬透性鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。其大小通常用規(guī)定條件下淬火獲得淬透層的深度（又稱(chēng)有效淬硬深度）來(lái)表示.如何表示???。淬透性定義:淬透區(qū)和未淬透區(qū):半馬氏體區(qū):淬透性和淬硬性的區(qū)別:鋼的淬透性用JHRC-d表示，其中d表示淬透性曲線上測(cè)試點(diǎn)至水冷端的距離（mm）,HRC為該處的硬度值。J表示末端淬透性淬透性可用“末端淬火法”測(cè)定。

生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂臨界淬火直徑，是指圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時(shí)所能得到的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直徑），用Do表示。在相同冷卻條件下，Do越大，鋼的淬透性越好。鋼的淬硬性是指淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度，淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。將淬火后的鋼件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻至室溫的熱處理工藝叫回火。淬火鋼件經(jīng)回火可以減少或消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，提高鋼的塑性和韌性，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性得到適當(dāng)配合，以滿足不同工件的性能要求。

二、回火1.低溫回火低溫回火的溫度范圍在150～250℃