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文檔簡介
1、四四. 轉(zhuǎn)變的不完全性轉(zhuǎn)變的不完全性 轉(zhuǎn)變結(jié)束時總有一部分未轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變結(jié)束時總有一部分未轉(zhuǎn)變的A,繼續(xù),繼續(xù)冷卻冷卻AM,形成,形成B+M+AR組織,其中組織,其中(qzhng)AR為殘余為殘余A。五五. 擴散性擴散性 轉(zhuǎn)變形成高碳相和低碳相,故有碳原子擴轉(zhuǎn)變形成高碳相和低碳相,故有碳原子擴散,但合金元素和鐵原子不擴散或不作長程散,但合金元素和鐵原子不擴散或不作長程擴散。擴散。六六. 晶體學(xué)特征晶體學(xué)特征 貝氏體形成時,有表面浮突,位向關(guān)系和貝氏體形成時,有表面浮突,位向關(guān)系和慣習(xí)面接近于慣習(xí)面接近于M??傊?,貝氏體轉(zhuǎn)變的某些??傊?,貝氏體轉(zhuǎn)變的某些特征與特征與P相似,某些方面又與相似,某些方
2、面又與M相似。相似。第1頁/共28頁第一頁,共29頁。一一. 上貝氏體上貝氏體B上上 B上在B轉(zhuǎn)變的較高溫度(wnd)區(qū)域內(nèi)形成,對于中、高碳鋼, 此溫度(wnd)約在350550 區(qū)間。組織為(F+碳化物)的二相混合物。其形態(tài)在光鏡下為羽毛狀 (見圖 )。在電鏡下為一束平行的自A晶界長入晶內(nèi)的F條。束內(nèi)F有小位向差,束間有大角度差,F(xiàn)條與M板條相近。碳化物分布在鐵素體條間,隨A中含碳量增高,其形態(tài)由粒狀向鏈狀甚至桿狀發(fā)展(見圖)。 F內(nèi)亞結(jié)構(gòu)為位錯,慣習(xí)面為111A,與A之間的位向接近K-S關(guān)系(gun x),碳化物慣習(xí)面為227 A,與A有確定位向關(guān)系(gun x)。貝氏體有下列主要的組織
3、形態(tài):貝氏體有下列主要的組織形態(tài):第2頁/共28頁第二頁,共29頁。上貝氏體 形態(tài)(xngti)第3頁/共28頁第三頁,共29頁。二二. 下貝氏體下貝氏體B下下 在在B轉(zhuǎn)變的低溫轉(zhuǎn)變的低溫(dwn)轉(zhuǎn)變區(qū)形成,大致在轉(zhuǎn)變區(qū)形成,大致在350,組織為,組織為(F+碳化物碳化物)的二相混合物。的二相混合物。F的形態(tài)的形態(tài)與與A碳含量有關(guān):碳量低時呈板條狀碳含量有關(guān):碳量低時呈板條狀(見圖見圖)。碳量。碳量高時,呈片狀高時,呈片狀(見圖見圖)。片內(nèi)存在細(xì)小碳化物,呈短。片內(nèi)存在細(xì)小碳化物,呈短桿狀與桿狀與F的長軸成的長軸成55-60度,成分為度,成分為Fe3C或或Fe2-3C。第4頁/共28頁第四頁
4、,共29頁。鋼中典型鋼中典型(dinxng)下貝氏體組織下貝氏體組織示意圖示意圖第5頁/共28頁第五頁,共29頁。 粒狀貝氏體粒狀貝氏體 在一定的冷速范圍內(nèi)連續(xù)冷卻得到的,組在一定的冷速范圍內(nèi)連續(xù)冷卻得到的,組織織(zzh)為為(F+A)的二相混合物。其形態(tài)為的二相混合物。其形態(tài)為F基基體上分布著小島狀的體上分布著小島狀的A(見圖見圖)。富碳的。富碳的A小島在小島在隨后的冷卻過程中有三種可能:隨后的冷卻過程中有三種可能: 分解為分解為F與與碳化物;碳化物; 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸; 以以A態(tài)保留至室溫。態(tài)保留至室溫。第6頁/共28頁第六頁,共29頁。 無碳化物貝氏體無碳化物貝氏體 在靠近在靠近BS的溫
5、度處形成這種貝氏體,是由的溫度處形成這種貝氏體,是由F+A組成。是在組成。是在A晶界上形成了晶界上形成了F核后,向晶內(nèi)一側(cè)成核后,向晶內(nèi)一側(cè)成束長大,形成的平行的板條束,條間為富碳的束長大,形成的平行的板條束,條間為富碳的A,板條寬度隨轉(zhuǎn)變溫度下降而變窄。板條寬度隨轉(zhuǎn)變溫度下降而變窄。 繼續(xù)冷卻,繼續(xù)冷卻,A可能轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡苻D(zhuǎn)變?yōu)镸,P,B (其他類型其他類型)或保留至室溫。或保留至室溫。F條形成時在拋光表面條形成時在拋光表面(biomin)會形成浮凸。會形成浮凸。B與與A的位向關(guān)系為的位向關(guān)系為K-S關(guān)系,慣習(xí)面為關(guān)系,慣習(xí)面為111A。第7頁/共28頁第七頁,共29頁。5-3 貝氏體轉(zhuǎn)變(z
6、hunbin)熱力學(xué)及轉(zhuǎn)變(zhunbin)機制一一. 貝氏體轉(zhuǎn)變過程貝氏體轉(zhuǎn)變過程貝氏體轉(zhuǎn)變可有三種可能:貝氏體轉(zhuǎn)變可有三種可能: (1) 奧氏體分解為平衡濃度的奧氏體分解為平衡濃度的+Fe3C,即,即+Fe3C (2) 奧氏體先析出先共析鐵素體,即奧氏體先析出先共析鐵素體,即+1, 1在隨后的冷卻過程中進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。在隨后的冷卻過程中進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。 (3) 奧氏體以馬氏體相變方式先形成同成分奧氏體以馬氏體相變方式先形成同成分的的(過飽和過飽和),然后,然后(rnhu)分解成分解成Fe3C及及低飽和度低飽和度,即,即(過飽和過飽和),+ Fe3C,經(jīng)計算后發(fā)現(xiàn):,經(jīng)計算后發(fā)現(xiàn): 以方式以方式(1
7、)機制轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動力最大,機制轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動力最大,這就表示這就表示(2)、(3)中的中的1和和都是熱力學(xué)不穩(wěn)都是熱力學(xué)不穩(wěn)定的,最終要分解為平衡相定的,最終要分解為平衡相和和Fe3C. 以以(3)中的切變方式轉(zhuǎn)變,驅(qū)動力為中的切變方式轉(zhuǎn)變,驅(qū)動力為180J/mol,而在,而在BS時相變的阻力在時相變的阻力在600 J/mol以上以上, 阻力大于驅(qū)動力阻力大于驅(qū)動力, 所以至少在貝氏體轉(zhuǎn)所以至少在貝氏體轉(zhuǎn)變的上限溫度變的上限溫度(3)中的方式不可能而以中的方式不可能而以(2)中的中的1擴散方式進(jìn)行。擴散方式進(jìn)行。 第8頁/共28頁第八頁,共29頁。二二. 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變(zhunbin)時碳的擴散
8、時碳的擴散 貝氏體轉(zhuǎn)變時,由于溫度較高,會存在碳原子的貝氏體轉(zhuǎn)變時,由于溫度較高,會存在碳原子的擴散。根據(jù)鋼中含碳量的不同,擴散。根據(jù)鋼中含碳量的不同,A中碳量中碳量(或點陣參數(shù)或點陣參數(shù))會隨時間的不同而發(fā)生不同的變化,會隨時間的不同而發(fā)生不同的變化, A中形成貧碳及中形成貧碳及富碳區(qū)。如圖,由上圖可見,對于中碳鋼,在等溫轉(zhuǎn)富碳區(qū)。如圖,由上圖可見,對于中碳鋼,在等溫轉(zhuǎn)變孕育期期間,變孕育期期間, 奧氏體的碳含量已經(jīng)有了明顯的提高,奧氏體的碳含量已經(jīng)有了明顯的提高,這意味著在奧氏體中已出現(xiàn)了局部小范圍的低碳區(qū),這意味著在奧氏體中已出現(xiàn)了局部小范圍的低碳區(qū),為形成低碳的貝氏體鐵素體作好了準(zhǔn)備。
9、以后隨貝氏為形成低碳的貝氏體鐵素體作好了準(zhǔn)備。以后隨貝氏體轉(zhuǎn)變的進(jìn)行,奧氏體碳含量不斷體轉(zhuǎn)變的進(jìn)行,奧氏體碳含量不斷(bdun)升高。升高。 由由圖圖b可見,碳含量為可見,碳含量為1.18%時,在孕育期及轉(zhuǎn)變初期,時,在孕育期及轉(zhuǎn)變初期,奧氏體碳含量基本不變,以后隨著轉(zhuǎn)變的進(jìn)行,奧氏體碳含量基本不變,以后隨著轉(zhuǎn)變的進(jìn)行, 奧氏奧氏體碳含量顯著下降,這是因為自奧氏體中析出了碳化體碳含量顯著下降,這是因為自奧氏體中析出了碳化物。物。 當(dāng)碳含量高達(dá)當(dāng)碳含量高達(dá)1.39%時,時, 由圖由圖c可見,在孕育期,可見,在孕育期,奧氏體碳含量就有了明顯的下降,這表明,等溫一開奧氏體碳含量就有了明顯的下降,這表
10、明,等溫一開始就自奧氏體析出了碳化物始就自奧氏體析出了碳化物第9頁/共28頁第九頁,共29頁。等溫轉(zhuǎn)變量(曲線等溫轉(zhuǎn)變量(曲線1)及奧氏體點陣)及奧氏體點陣(din zhn)常數(shù)(曲線常數(shù)(曲線2) 與等溫時間的關(guān)系與等溫時間的關(guān)系 第10頁/共28頁第十頁,共29頁。5-4 貝氏體轉(zhuǎn)變(zhunbin)過程 1. 無碳化物貝氏體 (高溫范圍轉(zhuǎn)變),組織為F+A(富碳)。 (1) A中形成貧碳及富碳區(qū),首先是在貧碳區(qū)形成F核;(2) 由于轉(zhuǎn)變溫度較高,碳原子可在F中越過F/A界面向A擴散,直至達(dá)到平衡濃度; (3) A,F(xiàn)界面上的碳原子向A中遠(yuǎn)離界面處擴散;(4) 繼續(xù)形成F核,并長大成條;(
11、5) A繼續(xù)富化,當(dāng)達(dá)到Fe3C濃度時會析出(xch)Fe3C,在繼續(xù)冷卻或保溫過程中A也能發(fā)生轉(zhuǎn)變,成為P、M、其它類型B或保留至室溫成為殘余奧氏體AR。整個過程可見圖。第11頁/共28頁第十一頁,共29頁。2. 上貝氏體轉(zhuǎn)變(zhunbin) (中溫范圍轉(zhuǎn)變(zhunbin),在350550之間),組織為F+ Fe3C。(1) 在A中貧碳區(qū)形成F核;(2) 碳越過F/A界面向A擴散;(3) 由于溫度降低,碳不能進(jìn)行遠(yuǎn)程擴散,而在A界面附近堆積, 形成Fe3C;(4) 同時(tngsh)F長大,形成羽毛狀上貝氏體。 可見, 上貝氏體的轉(zhuǎn)變速度受碳在A中擴散控制。 整個過程可見圖。 第12頁/
12、共28頁第十二頁,共29頁。3 下貝氏體轉(zhuǎn)變 (低溫(dwn)范圍轉(zhuǎn)變,低 于350) (1) 在貧碳區(qū)形成F核,具有過飽和的碳;(2) 由于溫度低,碳原子不能越過F/A界面擴散(kusn)至A中;(3) 碳原子在F內(nèi)擴散(kusn); (4) 在F內(nèi)一定晶面上析出Fe3C,以降低能量, 同時鐵素體長大。 可見,下貝氏體轉(zhuǎn)變速度受碳在F中的擴散(kusn)所控制。整個過程可見圖。 冷卻過程中的幾種轉(zhuǎn)變的主要特征見下表。第13頁/共28頁第十三頁,共29頁。不同溫度不同溫度(wnd)的貝氏體形成示意圖的貝氏體形成示意圖 第14頁/共28頁第十四頁,共29頁。 綜上所述,不同形態(tài)貝氏體中的鐵素體綜
13、上所述,不同形態(tài)貝氏體中的鐵素體都是通過切變機制形成的,只是因為形成溫都是通過切變機制形成的,只是因為形成溫度度(wnd)(wnd)不同,使鐵素體中的碳脫溶以及不同,使鐵素體中的碳脫溶以及碳化物的形成方式不同而導(dǎo)致貝氏體組織形碳化物的形成方式不同而導(dǎo)致貝氏體組織形態(tài)的不同。態(tài)的不同。 碳的擴散及脫溶沉淀是控制貝氏體相變碳的擴散及脫溶沉淀是控制貝氏體相變及其組織形態(tài)的基本因素。阻礙碳的擴散或及其組織形態(tài)的基本因素。阻礙碳的擴散或碳化物沉淀的合金元素都會提高富碳奧氏體碳化物沉淀的合金元素都會提高富碳奧氏體的碳濃度而提高其穩(wěn)定性。的碳濃度而提高其穩(wěn)定性。第15頁/共28頁第十五頁,共29頁。珠光體、
14、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變(zhunbin)主要特征主要特征內(nèi)內(nèi) 容容珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍溫度范圍高高 溫溫中中 溫溫低低 溫溫轉(zhuǎn)變上限溫度轉(zhuǎn)變上限溫度A1BSMS領(lǐng)先相領(lǐng)先相滲碳體或鐵素體滲碳體或鐵素體鐵素體鐵素體形核部位形核部位奧氏體晶界奧氏體晶界上貝氏體在晶界上貝氏體在晶界,下貝下貝氏體大多在晶內(nèi)氏體大多在晶內(nèi)在晶內(nèi)在晶內(nèi)轉(zhuǎn)變時點陣切變轉(zhuǎn)變時點陣切變無無?有有碳原子的擴散碳原子的擴散有有有有基本上無基本上無鐵及合金元素原子的擴鐵及合金元素原子的擴散散有有無無無無等溫轉(zhuǎn)變完全性等溫轉(zhuǎn)變完全性完完 全全視轉(zhuǎn)變溫度定視轉(zhuǎn)變溫度定
15、不完全不完全轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物+Fe3C+Fe3C 或或-Fe2-3C第16頁/共28頁第十六頁,共29頁。5-5 貝氏體轉(zhuǎn)變(zhunbin)動力學(xué)一一. 貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線 貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線也呈貝氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線也呈S形,但與珠形,但與珠光體轉(zhuǎn)變不同,貝氏體等溫轉(zhuǎn)變不能繼續(xù)到終了。光體轉(zhuǎn)變不同,貝氏體等溫轉(zhuǎn)變不能繼續(xù)到終了。根據(jù)貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線,可作出等溫轉(zhuǎn)變動根據(jù)貝氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線,可作出等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖,如圖。可見,此動力學(xué)圖也呈力學(xué)圖,如圖??梢姡藙恿W(xué)圖也呈C形。轉(zhuǎn)變形。轉(zhuǎn)變在在BS溫度以下才能實行溫度以下才能實行(shxng),轉(zhuǎn)
16、變速度先增,轉(zhuǎn)變速度先增后減。后減。 近年來,由于測試靈敏度的提高,人們發(fā)近年來,由于測試靈敏度的提高,人們發(fā)現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變的現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變的C曲線曲線(qxin)是由二個獨立是由二個獨立的曲線的曲線(qxin),即上貝氏體轉(zhuǎn)變和下貝氏體,即上貝氏體轉(zhuǎn)變和下貝氏體轉(zhuǎn)變合并而成,如下圖。轉(zhuǎn)變合并而成,如下圖。 第17頁/共28頁第十七頁,共29頁。碳鋼等溫轉(zhuǎn)變碳鋼等溫轉(zhuǎn)變(zhunbin)動力學(xué)圖動力學(xué)圖 共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變(zhunbin)動力學(xué)示動力學(xué)示意圖意圖 第18頁/共28頁第十八頁,共29頁。三三. 影響影響(yngxing)貝氏體轉(zhuǎn)變的動力學(xué)貝氏體轉(zhuǎn)變的動力學(xué)的主要因素的
17、主要因素 碳含量的影響及合金元素碳含量的影響及合金元素 A中碳含量的增加,轉(zhuǎn)變時需擴散的原子中碳含量的增加,轉(zhuǎn)變時需擴散的原子量增加,轉(zhuǎn)變速度下降量增加,轉(zhuǎn)變速度下降(xijing)。 鋼的常用合金元素中,除了鋼的常用合金元素中,除了Co和和Al加速貝加速貝氏體相變速度以外,其他合金元素如氏體相變速度以外,其他合金元素如Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、W、Si、V以及少量以及少量B都延緩貝都延緩貝氏體的形成,同時也使貝氏體相變溫度范圍下氏體的形成,同時也使貝氏體相變溫度范圍下降降(xijing),其中以,其中以Mn、Cr、Ni的影響最為的影響最為顯著。鋼中同時加入多種合金元素,其相互影顯著。鋼中
18、同時加入多種合金元素,其相互影響比較復(fù)雜。響比較復(fù)雜。 2. 奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度的影響奧氏體晶粒大小和奧氏體化溫度的影響 奧氏體晶粒越大,晶界面積越少,形核部位奧氏體晶粒越大,晶界面積越少,形核部位越少,孕育期越長,貝氏體轉(zhuǎn)變速度下降越少,孕育期越長,貝氏體轉(zhuǎn)變速度下降(xijing);奧氏體化溫度越高,奧氏體晶粒越;奧氏體化溫度越高,奧氏體晶粒越大,轉(zhuǎn)變速度先降后增。大,轉(zhuǎn)變速度先降后增。 第19頁/共28頁第十九頁,共29頁。3 3 應(yīng)力應(yīng)力(yngl)(yngl)和塑性變形的和塑性變形的影響影響 拉應(yīng)力使貝氏體相變加速。隨應(yīng)力增加,貝拉應(yīng)力使貝氏體相變加速。隨應(yīng)力增加,貝氏體相
19、變速度氏體相變速度(sd)提高。當(dāng)應(yīng)力超過其屈服強提高。當(dāng)應(yīng)力超過其屈服強度時,貝氏體相變速度度時,貝氏體相變速度(sd)的提高尤為顯著。的提高尤為顯著。 在高溫區(qū)(在高溫區(qū)(10001000800800)對奧氏體進(jìn)行塑性變)對奧氏體進(jìn)行塑性變形,將使貝氏體相變孕育期延長形,將使貝氏體相變孕育期延長(ynchng)(ynchng),相,相變速度減慢,相變不完全程度增加。變速度減慢,相變不完全程度增加。 在中溫區(qū)(在中溫區(qū)(600600300300)對奧氏體進(jìn)行塑性變)對奧氏體進(jìn)行塑性變形,則貝氏體相變孕育期縮短,相變速度加快。形,則貝氏體相變孕育期縮短,相變速度加快。 第20頁/共28頁第二十
20、頁,共29頁。4 4 奧氏體冷卻時在不同溫度奧氏體冷卻時在不同溫度(wnd)(wnd)停留停留的影響的影響 過冷奧氏體在冷卻過程過冷奧氏體在冷卻過程(guchng)中中在不同溫度下停留時對貝氏體相變的影響,在不同溫度下停留時對貝氏體相變的影響,可以分為以下三種的情況,如圖可以分為以下三種的情況,如圖第21頁/共28頁第二十一頁,共29頁。(1)在珠光體相變與貝氏體相變之間的過冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)停留(曲線(qxin)1)時會加速隨后的貝氏體相變速度。 實驗發(fā)現(xiàn)在過冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)停留后有碳化實驗發(fā)現(xiàn)在過冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)停留后有碳化物析出,因此認(rèn)為,由于物析出,因此認(rèn)為,由于(yuy)(yuy)碳化物析出
21、降碳化物析出降低了奧氏體中碳和合金元素的濃度,即降低了奧低了奧氏體中碳和合金元素的濃度,即降低了奧氏體的穩(wěn)定性,所以使貝氏體相變加速。氏體的穩(wěn)定性,所以使貝氏體相變加速。第22頁/共28頁第二十二頁,共29頁。(2 2)在貝氏體形成溫度范圍的高溫區(qū)停留,形成)在貝氏體形成溫度范圍的高溫區(qū)停留,形成部分上貝氏體后再冷卻至貝氏體相變的低溫區(qū)部分上貝氏體后再冷卻至貝氏體相變的低溫區(qū)(曲線(曲線2 2)時,將使下貝氏體相變的孕育期延長,)時,將使下貝氏體相變的孕育期延長,降低其轉(zhuǎn)變速度,減少最終降低其轉(zhuǎn)變速度,減少最終(zu zhn(zu zhn) )貝氏體貝氏體轉(zhuǎn)變量。這表明高溫停留和發(fā)生部分貝氏體
22、相變,轉(zhuǎn)變量。這表明高溫停留和發(fā)生部分貝氏體相變,增大了未轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性。增大了未轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性。 (3 3) 在在MsMs點稍下溫度或在貝氏體形成溫度范點稍下溫度或在貝氏體形成溫度范圍的低溫區(qū)停留,先形成少量的馬氏體或下貝圍的低溫區(qū)停留,先形成少量的馬氏體或下貝氏體后再升高至較高溫度(曲線氏體后再升高至較高溫度(曲線(qxin)3(qxin)3)時,使隨后的貝氏體相變加速。時,使隨后的貝氏體相變加速。 第23頁/共28頁第二十三頁,共29頁。5-6 貝氏體的力學(xué)性能貝氏體的力學(xué)性能一一.貝氏體的強度貝氏體的強度(硬度硬度) 一般地,貝氏體的強度隨形成溫度一般地,貝氏體的強度隨形成溫度
23、(wnd)的的降低而提高降低而提高,如圖。貝氏體的硬度與形成溫度如圖。貝氏體的硬度與形成溫度(wnd)的關(guān)系與此相似。的關(guān)系與此相似。 貝氏體抗拉強度與形成溫度貝氏體抗拉強度與形成溫度(wnd)的關(guān)系的關(guān)系 第24頁/共28頁第二十四頁,共29頁。影響貝氏體強度影響貝氏體強度(qingd)的因素:的因素:(1)F條(片)的粗細(xì):F條(片)越細(xì),晶界越多,貝氏體強度越高。由于F條(片)的粗細(xì)決定于形成溫度,也可認(rèn)為,形成溫度越低,條(片)越細(xì),強度越高。 (2) 碳化物質(zhì)點的大小與分布:根據(jù)彌散(msn)強化理論,碳化物顆粒愈小,分布越彌散(msn),貝氏體強度越高。下貝氏體中碳化物顆粒小,顆粒量多,故下貝氏體強度高于上貝氏體。貝氏體形成溫度愈低時,碳化物顆粒愈小、越多,強度越高。 (3) F的過飽和度,位錯亞結(jié)構(gòu)密度:貝氏體形成溫度低時,碳原子不易通過界面擴
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