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材料学 第一章钢的相变原理 第二章钢的热处理工艺 第三章黑色金属材料-钢铁材料 第四章有色金属材料 性能----- 钢铁材料----组织结构变化最复杂 (两个同素异构转变、相图、非平衡转变) 有色金属----组织结构变化相对简单 重点---钢铁材料 第一章 钢的相变原理 §1-1 概述 一、热处理的作用 1 、热处理的定义 是指将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间后，以一定的冷却速度冷却下来，通过改变钢的内部组织结构来改善钢的性能操作。 2 、热处理的特点与目的： 特点：改变钢的内部组织结构，不改变外形； 目的：改善性能： 具体表现如下： （1）消除铸、锻、焊件等热加工艺缺陷； （2）细化晶粒； （3）消除偏析，均匀组织； （4）降低内应力； （5）改善钢的某些特殊性能，如耐磨性、耐蚀性、磁性及物理化学性能等。 例：工具钢。 Fe-Fe3C 的相图中钢的固态转变：如图1-3所示； 1 在缓冷、缓慢加热的条件下 A1 ：加热时Ｐ向Ａ转变的开始转变温度；冷却时Ａ向Ｐ转变的开始温度； A3 ：亚共析钢加热时全部转变为F的温度，冷却时先共析铁素体的开始析出温度； Acm ：过共析钢加热时 Fe3CⅡ全部溶入Ａ的温度，冷却时从Ａ中析出 Fe3CⅡ的开始温度； 碳钢在加热或冷却过程中越过上述临界点，就会发生固态相变，所有可以进行热处理； ２ 非平衡条件下 在非平衡条件下转变温度要发生不同程度的滞后，而偏离平衡温度：如图 1-3所示； 通常将加热时的实际临界温度标以 ｃ ：Ac1，Ac3,Accm ； 冷却时的实际临界温度标以 ｒ ：Ar1，Ar3,Arcm ； 加热、冷却速度越快，滞后现象越严重； ３ 速度与时间 钢从奥氏体状态以不同的冷却速度冷却时，将形成不同的转变产物，获得不同的组织和性能　　。 （一）、相变阻力大 １.增加了应变能 　固态相变时，系统总的自由能变化为： 　ΔＧ总＝－ＶΔＧＶ＋Ｓσ＋Ｖω 　ΔＧＶ　——　两相单位体积自由能差；　Ｓσ——　表面能；　　 　Ｖω——　弹性应变能； 　ω——相变所引起的单位体积的应变能； 　ω≈Ｅε２；ε：线应变； （二）、新旧相之间存在一定的晶体学位向关系： 目的：减少新、旧两相的界面能，降低形核功。 ｛ h k l ｝α∥｛ hk l ｝γ， u v w α∥ u v w γ　 其中：α为新相；γ为母相；　 例如：常见的位向关系为：　 ｛１１０｝α∥｛１１１｝γ １１ 1 α∥ １１ 0 γ 原因：密排面、密排方向的原子排列规律及间距相近。 （三）、母相晶体缺陷对相变有促进作用 　　晶体缺陷（如位错、空位及晶界）对相变起促进作用；母相晶粒越细，晶界越多，晶内缺陷越多，转变速度越快； 原因—— 畸变大,能量高。 （四）、易于出现过渡相 过渡相：成分、结构介于母相与新相之间的一种亚稳定相，是为了克服相变阻力形成的一种协调中间产物。 例如：钢中的 Fe3C ；奥氏体快速冷却时形成的马氏体，贝氏体。 固态相变的规律： １、力求使自由能尽可能降低； ２、力求沿阻力最小、做功最少的途径。 四、固态相变的类型： 第一类：扩散型相变（相界面为非共格） 第二类：非扩散型相变（相界面为共格） 第三类：半扩散型相变 例如　珠光体相变为扩散型相变；马氏体为非扩散型；贝氏体相变为半扩散型 §1-2 钢在加热时的转变 　 热处理的第一道工序是加热，将钢加热到Ａ1 以上，Ｐ→Ａ，加热是个重要的环节--质量； 奥氏体化：将钢加热到相变点以上获得奥氏体的过程叫做奥氏体化。 一、共析钢奥氏体的形成过程 　　珠光体转变为奥氏体的过程如下： 　 α　　　＋　 Ｆｅ３Ｃ　　→ γ ωｃ＝ 0.0218% ωｃ=6.69% ωｃ＝ 0.77% 体心立方　　　正交晶格　　　面心立方 （一）、奥氏体形核 如图1－４所示,Ｐ加热到Ａ1以上保温，先在铁素体和渗碳体的相界面上形成Ａ晶核；　　　　 长大机制：如图1－５所示； 假设：在t1温度形成Ａ晶核，它与铁素体和渗碳体相接触的相界面是平直的；其中： Cα－γ : γ与α界面上α的碳浓度； Cγ－α : γ与α界面上γ的碳浓度； Cа－c: 渗碳体与α界面上α的碳浓度； Cγ－c: γ与渗碳体界面上γ的碳浓度； Cγ－c＞Cγ-α Cα- c＞Cα-γ （三）、残余渗碳体的溶解 　 渗碳体在保温的过程中，随着碳的扩散，渗碳体