北京科技大學(xué)金屬學(xué)講義

1、北京科技大學(xué)金屬學(xué)講義名詞解釋沸騰鋼：1只用一定量的弱脫氧劑缽鐵對鋼液脫氧，因此鋼液含氧量較高。2在沸騰鋼的凝固過程中，鋼液中碳和氧發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生大量氣體，造成鋼液沸騰， 這種鋼由此而得名。3沸騰鋼鋼錠宏觀組織的特點是，鋼錠內(nèi)部有大量的氣泡，但是沒有或很少有縮孔。 鋼錠的外層比較純凈，這純凈的外層包住了一個富集著雜質(zhì)的錠心。4沸騰鋼鋼錠的偏 析較嚴(yán)重，低溫沖擊韌性不好，鋼板容易時效，鋼的力學(xué)性能波動性較大。鎮(zhèn)靜鋼：1鎮(zhèn)靜鋼在澆注之前不僅用弱脫氧劑缽鐵而且還使用強脫氧劑硅鐵和鋁對鋼液進行脫 氧，因而鋼液的含氧量很低。2強脫氧劑硅和鋁的加入，使得在凝固過程中，鋼液中的氧優(yōu)先與強脫氧元素鋁和硅 結(jié)合

2、，從而抑制了碳氧之間的反應(yīng)，所以鎮(zhèn)靜鋼結(jié)晶時沒有沸騰現(xiàn)象，由此而得名。3在正常操作情況下，鎮(zhèn)靜鋼中沒有氣泡，但有縮孔和疏松。與沸騰鋼相比，這種鋼 氧化物系夾雜含量較低，純凈度較高。鎮(zhèn)靜鋼的偏析不像沸騰鋼那樣嚴(yán)重，鋼材性能也較 均勻。樹枝狀偏析：（枝晶偏析）1依據(jù)相圖，鋼在結(jié)晶時，先結(jié)晶的枝干比較純凈，碳濃度較低，而遲結(jié)晶的枝間部 分碳濃度較高。2研究指出，在鋼錠心部等軸晶帶中枝晶偏析的特點是，在枝干部分成分變化很小， 這部分占有相當(dāng)寬的范圍，在枝晶或者兩個相鄰晶粒之間，富集著碳、合金元素和雜質(zhì)元 素，而且達到很高的濃度。枝干結(jié)晶時，在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)造成碳和合金元素、雜質(zhì)元素 的貧化（選擇結(jié)晶）

3、，這種貧化成了枝晶間濃度特高的前提。3為減少枝晶偏析的程度，可對鑄鋼和鋼錠進行擴散退火。區(qū)域偏析：在整個鋼錠 范圍內(nèi)發(fā)生的偏析因為選擇結(jié)晶，雜質(zhì)元素和合金元素被富集在晶枝近旁的液相中。在凝固速度不是很 高的情況下，枝晶近旁液相中雜質(zhì)元素能夠借擴散和液體的流動而被轉(zhuǎn)移到很遠的地方。隨著凝固的進展，雜質(zhì)元素在剩余的鋼液中不斷富集，各種元素在整 個鋼錠或鑄件的范圍內(nèi)發(fā)生了重新分布，即產(chǎn)生了區(qū)域偏析。帶狀偏析：在鋼錠中，有時在某些局部地區(qū)，化學(xué)成分與周圍有差異，形成所謂的帶 狀偏析。1在鎮(zhèn)靜鋼鋼錠軸心縱剖面的試片的酸侵蝕面上，能觀察到成V型和A型分布的偏析 條帶。稱為V偏析或A偏析。2 A偏析有兩種形

4、式，一種是偏析帶比較粗，多出現(xiàn)在大鋼錠中，尤其是當(dāng)澆注溫度 比較高時。另一種形式是一條宏觀的偏析帶由許多細的條紋構(gòu)成。纖維狀組織：鋼凝固時所產(chǎn)生的枝晶偏析具有相對穩(wěn)定性。由枝晶偏析顯示的“初生晶?！彪S鋼坯 外形改變而延伸。處于原枝晶間的范性夾雜物也一起形變。隨著形變量的加大，“初生晶 粒”從最初的柱狀或等軸形逐漸變成條帶狀或者紡錘形。被延伸拉長的枝晶干和枝晶間就 構(gòu)成了形變鋼中的“纖維”。帶狀組織：1熱變形鋼試樣磨片用含CuC12的試劑浸蝕后放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)原來在肉眼觀 察時所看到的那些纖維經(jīng)過放大以后變成黑白交替的條帶，稱之為原始帶狀組織，它是由 樹枝狀結(jié)晶（偏析）所引起的。其中黑色條

5、帶相當(dāng)于原樹枝狀晶較純的枝干，白色條帶相 當(dāng)于原富含雜質(zhì)的枝間區(qū)域。2在熱變形鋼中還會出現(xiàn)另外一種形式的帶狀組織。這種帶狀組織使用普通硝酸酒精 試劑侵蝕的情況下就能顯露出來。這里所看到的交替相間的條帶是由不同的組織構(gòu)成，稱 為“顯微組織帶狀”。這些不同的組織是固態(tài)相變的結(jié)果，所以也把這種帶狀組稱為二次 帶狀。二次帶狀組織的形成意味著碳在固態(tài)相變中發(fā)生了不均勻的重新分布（二次碳偏析） 魏氏組織：凡新相從母相中脫溶析出，新舊相之間有一定的位向關(guān)系，同時新相的中心平面與母 相的一定結(jié)晶學(xué)平面重合時，這樣一種具有紋理特征的組織可統(tǒng)稱為魏氏組織。“反?！苯M織：1在原奧氏體晶界分布著粗厚的網(wǎng)狀滲碳體，在此

6、粗厚滲碳體的兩邊有很寬的游離鐵 素體，這樣的組織稱為“反常”組織。2研究指出，鋼在奧氏體相區(qū)加熱溫度越低（特別是在Acm-Al溫度區(qū)間加熱時）， 奧氏體就越不均勻，其中含有大量未溶的碳化物或氮化物。越是在這種加熱條件下，越容 易形成“反?！苯M織。就冷卻條件來說，冷卻越緩慢，以致Ari溫度非常接近A1溫度時，越容易產(chǎn)生“反?！苯M織。鋼的含碳量與共析含碳量相聚越遠時, 形成“反?！苯M織的傾向就越大。此外，“反?！苯M織的出現(xiàn)也與鋼中的含氮量和加鋁量 有關(guān)。所有這些條件都是和離異共析體形成的基本原理相一致。網(wǎng)狀碳化物：1過共析鋼軋后冷卻過程中沿奧氏體晶界析出先共析滲碳體。依鋼的含碳量、形變終 止溫度和

7、冷卻速度不同，先共析滲碳體呈半連續(xù)或連續(xù)網(wǎng)狀。網(wǎng)狀碳化物的厚度隨停軋 （鍛）溫度的提高和冷卻速度的減小而增大。2形變終止溫度過高，會使奧氏體晶粒粗化，這種晶粒粗大的奧氏體在隨后冷卻時沿 晶界形成粗厚的滲碳體網(wǎng)，后者在隨后的熱處理過程中難以得到改正。鋼的熱處理：1鋼的熱處理是通過加熱、保溫和冷卻的方法，來改變鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善其 性能上的一種工藝。影響鋼的熱處理的主要因素是溫度和時間。2鋼的熱處理工藝通常分為退火、正火、淬火、回火、表面淬火、化學(xué)熱處理以及形 變熱處理。3為隨后的機械加工或進一步熱處理做好組織準(zhǔn)備的熱處理，稱為預(yù)備熱處理，常采 用退火或正火工藝；直接賦r工件所需要的使用性能

8、的熱處理，稱為最終熱處理。起始 晶粒度：指珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變成奧氏體時的奧氏體晶粒度，一般情況下奧氏體的起始晶粒度 總是比較細小。加熱前原始組織越彌散，加熱速度越快，則起始晶粒越細小。實際晶粒 度：在某一具體加熱或熱加工條件下所得到的奧氏體晶粒度。本質(zhì)晶粒度：它表示在臨界溫度以上加熱過程中，奧氏體晶粒長大傾向的強弱。研究指出，隨加熱 溫度升高，鋼中的奧氏體晶粒長大傾向分兩類，一類是隨溫度升高，奧氏體晶粒迅速長大 的鋼，稱為本質(zhì)粗晶粒鋼；另一類是奧氏體晶粒長大傾向較小，直到超過某一溫度后，奧 氏體晶粒才會急劇長大的鋼，稱為本質(zhì)細晶粒鋼。組織遺傳現(xiàn)象：加熱后鋼的粗大奧氏體晶粒，經(jīng)淬火后得到粗大的馬

9、氏體，再次快速或慢速加熱至稍 高于臨界溫度，奧氏體仍保留了原來的粗大晶粒，甚至保留了原來的位向和原來的晶界， 這種現(xiàn)象稱為組織遺傳。過冷奧氏體：奧氏體冷至臨界溫度以下，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為過冷奧氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點：1不會引起化學(xué)成分的變化，只產(chǎn)生結(jié)構(gòu)類型的改變，但有時會發(fā)生有序度的變化。2馬氏體可能是亞穩(wěn)平衡相，也可是穩(wěn)定平衡相。3馬氏體轉(zhuǎn)變也可劃分為形核和長大兩個元過程，但與擴散轉(zhuǎn)變不同，馬氏體成長速 度非常快。4馬氏體轉(zhuǎn)變不需要原子擴散，原子協(xié)同做小范圍位移，以類似孳生切變的方式形成 新相。新相與母相之間的界面必須保持切變式的共格關(guān)系，因此有浮凸現(xiàn)象。5應(yīng)力也 可以誘發(fā)馬氏體發(fā)生

10、轉(zhuǎn)變。6在一些合金系中，馬氏體轉(zhuǎn)變是可逆的。熱穩(wěn)定化：1淬火過程中由于慢冷或中間停留所造成的奧氏體穩(wěn)定化，稱為熱穩(wěn)定化。2奧氏 體熱穩(wěn)定化的原因是由于慢冷或中間停留，碳或氮原子在位錯附近偏聚，形成柯氏氣團， 強化奧氏體，使切變阻力增加，從而引起奧氏體的穩(wěn)定化。機械穩(wěn)定化：在Md點以上，對奧氏體進行大量范性形變，使隨后的馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生困難，Ms點降 低，馬氏體轉(zhuǎn)變量減少，這種現(xiàn)象稱為奧氏體的機械穩(wěn)定化。滲碳：將低碳鋼件放入增碳的活性介質(zhì)中，在900950加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼的 表面已達到高碳，這種熱處理工藝稱為滲碳。滲碳后院必須進行淬火和低溫回火，使鋼件 表面具有高硬度和高的耐磨性，而心

11、部具有一定的強度和較高的韌性。滲碳過程是由滲碳 劑分解出活性碳原子，被鋼表面吸收，并向鋼內(nèi)部擴散三個階段組成。熱機械處理：在近于Ac3的溫度強烈形變，恒溫或慢冷一段使形變奧氏體再結(jié)晶，快速冷卻阻止再 結(jié)晶的晶粒長大。低溫韌性：低溫韌性也叫低溫脆性，即鋼材在低溫時韌性的大小或低溫時脆化的程度。紅硬性:紅硬性是指材料在經(jīng)過一定溫度下保持一定時間后所能保持其硬度的能力。如刀具材 料中的高速鋼，應(yīng)在600攝氏度下保持60分鐘后空冷，連續(xù)地重復(fù)進行4次后去表面氧 化層，然后得出的硬度?？剀埧乩洌壕褪窃谝欢ê辖鸹幕A(chǔ)上，采用較低的終軋溫度（近于A3）,在大壓下量的情況下, 使晶粒己經(jīng)細化的形變奧氏體再結(jié)

12、晶后（或根本不發(fā)生再結(jié)晶）控制其不再長大，經(jīng)快冷 或控冷得到細小的鐵素體晶粒，同時具有高位錯及彌散析出的NbC等，由此造成強化和低 溫韌性的顯著增大，這種強韌化手段叫控軋控冷。粗大奧氏體晶粒的遺傳性：生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，過熱后鋼的粗大奧氏體晶粒，經(jīng)淬火后得到粗大的馬氏體，再次快速或 慢速加熱至稍高于臨界溫度，奧氏體仍然保留了原來的粗大晶粒，甚至保留原來的位向和 原來的晶界，這種現(xiàn)象稱為組織遺傳。其原因是過熱后的粗晶粒奧氏體與馬氏體之間相互 轉(zhuǎn)變維持著嚴(yán)格的晶體學(xué)取向關(guān)系。消除方法：中等速度奧氏體化或者加熱到Ac3以上100-200C,由于相變硬化使高溫 奧氏體產(chǎn)生再結(jié)晶，達到細化晶粒，消除組織遺傳性的效果?；鼗鸲斡不F(xiàn)象某些淬火組織的合金鋼（如含鐺、鉗、鈦、凱、銀、銘、錯等元素）經(jīng)500-600回 火后，硬度重新升高的現(xiàn)象。主要原因是某些含有強碳化物形成元素的合金鋼，淬火后高溫回火形成極細的、高度 彌散的特殊化合物。這些特殊化合物是滲碳體溶解在位錯區(qū)的沉淀，多呈絲狀或細針狀， 而且與a相保持共格關(guān)系。這就導(dǎo)致了 a相中高密度相變誘生位錯的形成，引起