培訓(xùn)教材(金相)課件

理化計(jì)量中心培訓(xùn)

2011-11-29

主要內(nèi)容41231.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1．晶格晶胞晶格常數(shù)晶體——其原(離)子在空間嚴(yán)格按照一定規(guī)則而周期性的排列晶格——人們用空間點(diǎn)陣表示晶體中原子在空間規(guī)則排列的方式稱為晶格，或稱結(jié)晶點(diǎn)陣。晶胞——由于晶體中原子排列具有周期重復(fù)性，因此選取其中一個(gè)具有代表性且由最少原子排列而成的小單元（六面體）即稱晶胞。晶格常數(shù)——晶胞大小形狀用晶格參數(shù)表示，各棱邊尺寸稱晶格常數(shù)，各棱邊夾角用αβγ表示。1.1．金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

面心立方晶格:正方體的八個(gè)棱角上各有一個(gè)原子，正方體六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子。γ-鐵，鎳，鋁，銅等為面心立方晶體結(jié)構(gòu)1.1．金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

密排六方晶格：在上下底面的十二個(gè)棱角上各有一個(gè)原子，在上下底面的中心也各有一個(gè)原子，在六方柱內(nèi)有三個(gè)原子，他們相間的處于三個(gè)棱柱體的幾何中心。1.1．金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.2結(jié)晶概念（1）過冷現(xiàn)象：金屬凝固時(shí)其實(shí)際冷卻速度往往比理想狀態(tài)快，它的實(shí)際結(jié)晶溫度都比理論結(jié)晶溫度低，這稱為結(jié)晶過程的過冷現(xiàn)象（2）結(jié)晶過程：晶核形成:自發(fā)形核非自發(fā)形核（靠背和依附）晶核長(zhǎng)大（3）晶體缺陷：點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷。1.1.3鋼錠結(jié)晶構(gòu)造表層為細(xì)晶區(qū)（以模壁為靠背形成非自發(fā)形核）次表層為柱狀晶區(qū)（晶核擇優(yōu)生長(zhǎng)）中心為等軸晶區(qū)在鋼錠的頭部（上部）集中了縮孔、疏松、雜質(zhì)等缺陷，使用時(shí)要求切除掉。1.1．金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.1.4金屬的同素異構(gòu)性金屬在固態(tài)下由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格叫做同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一種結(jié)晶過程，為了與液體結(jié)晶相區(qū)別，通常稱此為重結(jié)晶，例如在1394℃時(shí)，α-鐵（體心立方）轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鐵（面心立方），在912℃時(shí)，γ-鐵（面心立方）又轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鐵（體心立方）1.1．金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2．合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1.2.2.幾種基本結(jié)晶轉(zhuǎn)變形式

（1）勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶出單相固溶體杠桿定律：計(jì)算兩相區(qū)內(nèi)，某一成分合金在某一溫度時(shí)兩相的成分和含量。（2）共晶轉(zhuǎn)變：從液相中同時(shí)結(jié)晶出兩種固體(共晶體)（3）共析轉(zhuǎn)變：從一種固相中轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N固(共析體)（4）包晶轉(zhuǎn)變：由先結(jié)晶的固相與剩余的液相反應(yīng)生成另一固相1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.3．Fe-Fe3C狀態(tài)圖1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.1．臨界點(diǎn)反應(yīng)固態(tài)組織轉(zhuǎn)變的臨界溫度Ac1珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的實(shí)際開始溫度（加熱）Ar1奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的實(shí)際開始溫度（冷卻）Ac3游離鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度（加熱）Ar3奧氏體開始析出游離鐵素體的溫度（冷卻）Accm二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度（加熱）Arcm奧氏體開始析出二次滲碳體的溫度（冷卻）1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.2．加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變1．奧氏體化過程：奧氏體的形成要通過鐵，碳原子的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，屬于擴(kuò)散性相變，大致分為以下四個(gè)階段：（1）奧氏體晶核形成優(yōu)先在鐵素體和滲碳體的相界面上形成（2）奧氏體晶核長(zhǎng)大成長(zhǎng)是向奧氏體和滲碳體兩側(cè)長(zhǎng)大推移的過程（3）殘余滲碳體溶解是碳原子擴(kuò)散和滲碳體向奧氏體的晶格改組過程（4）奧氏體均勻化碳原子充分?jǐn)U散過程2．影響奧氏體化的因素（1）加熱速度（2）加熱溫度（3）合金元素（4）原始組織1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理3．奧氏體晶粒度（1）初始晶粒度細(xì)小而均勻（2）實(shí)際晶粒度一般總是大于初始晶粒度（3）晶粒長(zhǎng)大后在冷卻時(shí)就不能再變小，只有通過重結(jié)晶(重新奧氏體化)才能使晶粒變小。（4）奧氏體晶粒度對(duì)鋼性能的影響奧氏體晶粒越細(xì)，屈服強(qiáng)度和沖擊韌性越高，綜合性能越優(yōu)良。1.4.2．加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.3.1．過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

（1）表示過冷奧氏體在A1以下多個(gè)不同溫度保溫過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間關(guān)系曲線，如下圖1.4.3．冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

左邊為奧氏體開始轉(zhuǎn)變線右邊為奧氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變終了線

Ms是奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度線

Mf是奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變終止溫度線1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理

(2)C曲線分析不同溫度下過冷奧氏體穩(wěn)定性是不同的（孕育期不同），大約在550℃左右達(dá)最低穩(wěn)定性。即孕育期最短轉(zhuǎn)變速度最快，常稱此為“鼻子”。在C曲線的鼻子以上，即A1~500℃之間是珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，屬擴(kuò)散型在C曲線的鼻子以下，大約500℃~Ms之間是奧氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，屬半擴(kuò)散型在Ms線以下，過冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，此屬非擴(kuò)散型。1.4.3．冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1.4.3.1．過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理臨界淬火速度：保證過冷奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度。共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中沒有貝氏體轉(zhuǎn)變。1.4.3．冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1.4.3.2．過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.4.1組織形態(tài)與力學(xué)性能1.4.4．珠光體轉(zhuǎn)變（1）片狀珠光體：按片間距分為珠光體、索氏體(細(xì)珠光體)、屈氏體（極細(xì)珠光體）片間愈小，相界面愈多，強(qiáng)度和硬度愈高，塑性開始是增高，當(dāng)達(dá)0.1μm時(shí)略有下降。（2）粒狀珠光體：是鐵素體基體上分布著的細(xì)小顆粒狀滲碳體的球化組織。滲碳體顆粒愈細(xì)小則強(qiáng)度和硬度愈高，反之顆粒較大且分布均勻則塑性高，粒狀珠光體的切削加工性好，也是中低碳鋼冷擠壓適宜的原始組織。1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.4．珠光體轉(zhuǎn)變

片狀珠光體500×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.4．珠光體轉(zhuǎn)變

粒狀珠光體500×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.4.3先共析相1.4.4．珠光體轉(zhuǎn)變（2）形狀對(duì)性能的影響網(wǎng)狀鐵素體降低鋼的疲勞性能。魏氏組織鐵素體對(duì)強(qiáng)度影響不大，但顯著降低塑性和沖擊韌性。網(wǎng)狀滲碳體增加鋼脆性，淬火開裂性提高，實(shí)際生產(chǎn)中是不允許存在的，一般用調(diào)質(zhì)處理或充分正火來消除。1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.5.1形態(tài)1.4.5．貝氏體轉(zhuǎn)變（1）上貝：由成束的大致平行排列的鐵素體條和條間短桿狀滲碳體組成，典型特征呈羽毛狀。上貝與魏氏組織區(qū)別是：上貝鐵素體大都是緊靠排列,條間為滲碳體。而魏氏組織為單片鐵素體（針），間距較大，鐵素體之間是珠光體組織。（2）下貝：有一定取向由針片狀鐵素體及其內(nèi)滲碳體（滲碳體排列與針的長(zhǎng)軸呈55~60°）組成（3）粒貝由多邊形（塊狀）鐵素體及其中存在不規(guī)則小島狀組織組成。1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.5．貝氏體轉(zhuǎn)變上貝氏體組織(光鏡)400×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.5．貝氏體轉(zhuǎn)變下貝氏體組織（光鏡）400×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.5．貝氏體轉(zhuǎn)變下貝氏體高倍像（電鏡）10000×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.5．貝氏體轉(zhuǎn)變粒狀貝氏體組織（光鏡）500×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.5．貝氏體轉(zhuǎn)變粒狀貝氏體高倍像（電鏡）500×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.5.2相變特點(diǎn)1.4.5．貝氏體轉(zhuǎn)變（1）上貝形成溫度范圍為550~350℃，低碳鋼會(huì)更高些。下貝形成溫度范圍比上貝低里粒貝形成溫度稍高于上貝。（2）貝氏體中碳化物的分布情況主要取決于形成溫度。（3）連續(xù)冷卻時(shí)能否獲得貝氏體組織，主要取決于冷卻速度和C曲線的相對(duì)位置。1.4.5.3力學(xué)性能上貝強(qiáng)度和韌性均較差，下貝有高的強(qiáng)度和韌性，粒貝強(qiáng)度較低但塑性較好。1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.6．馬氏體轉(zhuǎn)變（1）板條馬氏體尺寸大致相同，定向平行排列的板條組成馬氏體束（領(lǐng)域），束與束之間存在一定的位向。其亞結(jié)構(gòu)是高密度位錯(cuò)，故它又稱為位錯(cuò)馬氏體。板條馬氏體主要在低碳鋼馬氏體時(shí)效鋼和不銹鋼中形成。（2）片狀馬氏體其二維形態(tài)大都呈針葉狀，中間厚兩頭尖，相鄰馬氏體片成一定角度，其亞結(jié)構(gòu)是孿晶，故又稱它為孿晶馬氏體，一般形成在高碳鋼中。1.4.6.1馬氏體分類1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.6.2形態(tài)1.4.6．馬氏體轉(zhuǎn)變板條馬氏體組織（光鏡）200×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.6.2形態(tài)1.4.6．馬氏體轉(zhuǎn)變片狀馬氏體組織（光鏡）400×1.金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.4．鋼的熱處理原理1.4.6.3相變特點(diǎn)1.4.6．馬氏體轉(zhuǎn)變