金属材料及热处理-精简版.docVIP

Acintux-金属材料及热处理-精简版 第一章?　绪论 １、决定金属材料性能的基本因素：组成金属材料的主要元素是金属元素；金属的原子结构具有区别于其它元素的重要特点之一是外层电子较少；这一特性决定了金属原子间结合键(金属键)的特点，这个结合键的特点又在一定程度上决定了内部原子集合体的结构特征（面心立方、体心立方、六方结构等)。 金属材料的化学成分（原子序数）不同，性能不同；同一种成分，它的某些性能仍然可以在相当大的范围内发生显著变化（同素异形体）；同一种化学成分的某种金属材料的不同制件，其性能之差可以很大程度。 由此可见，金属材料的性能由化学成分、结构、组织因素决定的，金属材料的多变性，也正是通过这三个因素的多变性而表现出来的。 第二章　钢的热处理和工艺 １、热处理定义：钢的热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改???钢内部组织结构，从而改善其性能的一种工艺。 ２、奥氏体形成的热力学：根据Fe-Fe3C状态图可知，当把钢缓慢加热到共析温度以上时，珠光体将向奥氏体转变。从铁碳相图可知，任何成分碳钢加热到Ac1以上，珠光体就向奥氏体转变；加热到Ac3或Acm以上，将全部变为奥氏体。这种加热转变称奥氏体化。 ３、奥氏体的形成过程：扩散性相变，转变过程分为四个阶段进行。 （1）形核：珠光体加热到Ac1以上，在铁素体和渗碳体的相界面上奥氏体优先形核。相界、晶界、亚晶界、位错、非金属夹杂等局部区域的自由能高，这些区域具有较大的能量起伏和浓度起伏，因而有利于奥氏体晶核的形成。（在相界面上原子排列不规则，处于能量较高状态，具备形核所需的结构起伏和能量起伏条件，同时相界面上处于碳浓度过渡，易出现浓度起伏，符合奥氏体所需的碳浓度，所以奥氏体晶核优先在相界面上形成。） （2）长大：奥氏体在铁素体和渗碳体相界面上形核后，建立起界面浓度平衡，在奥氏体和铁素体内部出现浓度差，碳原子由高浓度向低浓度扩散，使C2、C4浓度降低，而C1、C3升高，从而破坏浓度平衡；必须通过渗碳体逐渐溶解，以提高C2、C4，同时产生α→γ转变，以降低C1、C3，维持界面浓度平衡。这样所进行的碳原子扩散，渗碳体溶解，α→γ点阵重构的反复，奥氏体逐渐长大。铁素体向奥氏体的转变速度，往往比渗碳体的溶解要快，因此珠光体中铁素体总比渗碳体消失得早。 （3）残余渗碳体的溶解：素体消失后，随着保温时间的延长，通过碳原子扩散，残余渗碳体逐渐溶入奥氏体，使奥氏体逐渐趋近共析成分。 （4）奥氏体的均匀化：余渗碳体完全溶解后，奥氏体中碳浓度仍是不均匀的，原是渗碳体的位置碳浓度较高，原是铁素体的位置碳浓度较低。为此必须继续保温，通过碳原子扩散，获得均匀化奥氏体。 加热时奥氏体化程度会直接影响冷却转变过程，以及转变产物的组成和性能。 ４、奥氏体等温形成动力学： 由共析碳钢的奥氏体等温形成曲线可知随加热温度升高，奥氏体化过程的四个阶段都加速；奥氏体均匀化时间远大于转变基本完成及残余渗碳体溶解的时间。 奥氏体界面的移动速度与碳在奥氏体中的扩散系数以及浓度梯度成正比，而与界面上的碳浓度差成反比。由于渗碳体与奥氏体相界面上高的碳浓度差以及渗碳体本身复杂的晶体结构，使得奥氏体向渗碳体方向的长大速度远比向铁素体方向为小，所以铁素体向奥氏体的转变比渗碳体的溶解要快得多。 此时所获得的奥氏体，其成分也是不均匀的。由于扩散过程落后于渗碳体的溶解，在原来是渗碳体的部位碳含量仍然很高。同样，在原来是铁素体的地方碳含量则仍然较低。 ５、合金元素对碳在奥氏体中的扩散影响： 1) Co、Ni增大碳在奥氏体中的扩散系数，因而加快奥氏体形成速度； 2) 碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等降低碳在奥氏体中的扩散系数，且所形成的特殊碳化物较难溶解，所以减慢奥氏体形成速度； 3) Si、Al、Mn等元素对碳在奥氏体中的扩散系数影响不大，因此对奥氏体形成速度没有多大影响。 钢中合金元素在原始组织各相中的分布是不均匀的。这种合金元素分布的不均匀性，直到残余碳化物溶解完成后仍保留下来。因此合金钢除了奥氏体中碳的均匀化外，还要进行着合金元素的均匀化，合金钢的奥氏体均匀化时间远比碳钢长得多。在制定合金钢的热处理工艺规范时，应比碳钢的加热温度高些，保温时间长些，促使合金元素尽可能均匀化。 ６、奥氏体晶粒： （1）奥氏体的初始晶粒:指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的奥氏体晶粒，这时的晶粒大小就是初始晶粒度。 （2）奥氏体实际晶粒:指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒，其大小就是奥氏体的实际晶粒度。 在一般热处理的加热条件下，奥氏体晶粒总是要长大的。在恒温下，随保温时间的增加，奥氏体晶粒也不断长大。长大分为三个阶段： ①孕育期：在奥氏体刚刚形成以后，并不马上长大，而是需要一定的孕育期，温度愈高，孕育期愈短； ②