1、（3）溶質分布：液、固相內溶質完全混合（平衡凝固）a;固相不混合、液相完全混合b;固相不混合、液相完全不混合c；固相不混合、液相部分混合d。（1） 區域熔煉（上述溶質分布規律的應用）5 成分過冷及其對晶體生長形態的影響（1） 成分過冷：由成分變化與實際溫度分布共同決定的過冷。（2） 形成：界面溶質濃度從高到低液相線溫度從低到高。（圖示：溶質分布曲線勻晶相圖液相線溫度分布曲線實際溫度分布曲線成分過冷區。）（3）成分過冷形成的條件和影響因素條件：G/RmC(1-k)/Dk合金固有參數：m, k;實驗可控參數：G, R。（4）成分過冷對生長形態的影響（正溫度梯度下）G越大，成分過冷越大生長形態：平面

2、狀胞狀樹枝狀。第三節 二元共晶相圖及合金凝固共晶轉變：由一定成分的液相同時結晶出兩個一定成分固相的轉變。共晶相圖：具有共晶轉變特征的相圖。（液態無限互溶、固態有限互溶或完全不溶，且發生共晶反應。共晶組織：共晶轉變產物。（是兩相混合物）1 相圖分析（相圖三要素）（1） 點：純組元熔點；最大溶解度點；共晶點（是亞共晶、過共晶成分分界點）等。（2） 線：結晶開始、結束線；溶解度曲線；共晶線等。（3） 區：3個單相區；3個兩相區；1個三相區。2 合金的平衡結晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）（1） Wsn19的合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。 二次相（次生相）的生成：脫溶轉變（二次析出或

3、二次再結晶）。 室溫組織（）及其相對量計算。（2） 共晶合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。1 共晶線上兩相的相對量計算。2 室溫組織（）及其相對量計算。（3） 亞共晶合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。 共晶線上兩相的相對量計算。 室溫組織（）及其相對量計算。3 組織組成物與組織圖組織組成物：組成材料顯微組織的各個不同本質和形態的部分。組織圖：用組織組成物填寫的相圖。3 不平衡結晶及其組織（1） 偽共晶 偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織。 形成原因：不平衡結晶。成分位于共晶點附近。 不平衡組織由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。共晶成分的合金得到的亞、過共

4、晶組織。（偽共晶區偏移）（2） 不平衡共晶1 不平衡共晶：位于共晶線以外成分的合金發生共晶反應而形成的組織。2 原因：不平衡結晶。成分位于共晶線以外端點附件。（3） 離異共晶1 離異共晶：兩相分離的共晶組織。2 形成原因平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點附近。不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點附。3 消除：擴散退火。4 共晶組織的形成（1） 共晶體的形成成分互惠交替形核 片間搭橋促進生長兩相交替分布共晶組織（2） 共晶體的形態粗糙粗糙界面：層片狀（一般情況）、棒狀、纖維狀（一相數量明顯少于另一相）粗糙平滑界面：具有不規則或復雜組織形態（由于兩相微觀結構不同）所需動態過冷度不同，金屬相任意長大

5、，另一相在其間隙長大。可得到球狀、針狀、花朵狀、樹枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差別大。形成較大成分過冷，率先長大，形成針狀、骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網狀的共晶體。（3） 初生晶的形態：金屬固溶體：粗糙界面樹枝狀；非金屬相：平滑界面規則多面體。第四節 二元包晶相圖包晶轉變：由一個特定成分的固相和液相生成另一個特點成分固相的轉變。包晶相圖：具有包晶轉變特征的相圖。1 相圖分析點、線、區。2 平衡結晶過程及其組織（1） 包晶合金的結晶結晶過程：包晶線以下，L, 對過飽和界面生成三相間存在濃度梯度擴散長大全部轉變為。室溫組織：或。（2） 成分在C-D之間合金的結晶結晶過程：剩余；室溫組織：。3 不平衡結

6、晶及其組織異常相導致包晶偏析包晶轉變要經擴散。包晶偏析：因包晶轉變不能充分進行而導致的成分不均勻現象。異常相由不平衡包晶轉變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點附件。4 包晶轉變的應用（1） 組織設計：如軸承合金需要的軟基體上分布硬質點的組織。（2） 晶粒細化。第五節 其它類型的二元相圖自學內容第六節 鐵碳合金相圖一 二元相圖的分析和使用（1） 二元相圖中的幾何規律相鄰相區的相數差1（點接觸除外）相區接觸法則；三相區的形狀是一條水平線，其上三點是平衡相的成分點。若兩個三相區中有2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區。單相區邊界線的延長線應進入相鄰的兩相區。（2） 相圖分析步驟以穩

7、定的化合物分割相圖；確定各點、線、區的意義；分析具體合金的結晶過程及其組織變化注：虛線、點劃線的意義尚未準確確定的數據、磁學轉變線、有序無序轉變線。（3） 相圖與合金性能的關系1 根據相圖判斷材料的力學和物理性能2 根據相圖判斷材料的工藝性能鑄造性能：根據液固相線之間的距離XX越大，成分偏析越嚴重（因為液固相成分差別大）；X越大，流動性越差（因為枝晶發達）；X越大，熱裂傾向越大（因為液固兩相共存的溫區大）。塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區的合金。熱處理性能：選擇具有固態相變或固溶度變化的合金。二 鐵碳合金相圖1組元和相（1）組元：鐵石墨相圖：Fe,C;鐵滲碳體相圖：Fe-Fe3C。相：L,

8、A(), F(), Fe3C(K)。（其定義）2相圖分析點：16個。線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其余三條線：GS,ES,PQ。區：5個單相區，7個兩相區，3個三相區。相圖標注：相組成物標注的相圖。組織組成物標注的相圖。3合金分類：工業純鈦（C%0.0218%）、碳鋼（0.0218C%2.11%）4平衡結晶過程及其組織（1）典型合金（7種）的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。（2）重要問題：Fe3C,Fe3C,Fe3C的意義及其最大含量計算。Ld-Ld轉變。二次杠桿的應用。5含碳量對平衡組織和性能的影響（1）對平衡組織的影響（隨C%提高）組織：Fe3CLdFe3C；相：減少

9、，Fe3C增多；Fe3C形態：Fe3C（薄網狀、點狀）共析Fe3C（層片狀）Fe3C（網狀）共晶Fe3C（基體）Fe3C（粗大片狀）。（2）對力學性能的影響強度、硬度升高，塑韌性下降。（3）對工藝性能的影響適合鍛造：C%2.11%，可得到單相組織。適合鑄造：C%4.3%。，流動性好。適合冷塑變：C%0.25%，變形阻力小。適合熱處理：0.02182.11，有固態相變。第七節相圖的熱力學解釋圖示講解第八節鑄錠組織及其控制1鑄錠組織（1）鑄錠三區：表層細晶區、柱狀晶區、中心等軸晶區。（2）組織控制：受澆鑄溫度、冷卻速度、化學成分、變質處理、機械振動與攪拌等因素影響。2鑄錠缺陷（1）微觀偏析（2）宏

10、觀偏析正偏析反偏析比重偏析（3）夾雜與氣孔夾雜：外來夾雜和內生夾雜。氣孔：析出型和反應型。（4）縮孔和疏松形成：凝固時體積縮小補縮不足形成縮孔。分類：集中縮孔（縮孔、縮管）和分散縮孔（疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體，造成補縮困難形成。）第五章三元相圖第一節總論1三元相圖的主要特點（1）是立體圖形，主要由曲面構成；（2）可發生四相平衡轉變；（3）一、二、三相區為一空間。2成分表示法成分三角形（等邊、等腰、直角三角形）（1）已知點確定成分；（2）已知成分確定點。3成分三角形中特殊的點和線（1）三個頂點：代表三個純組元；（2）三個邊上的點：二元系合金的成分點；（3）平行于某條邊的直線：其上合金所含由此

11、邊對應頂點所代表的組元的含量一定。（4）通過某一頂點的直線：其上合金所含由另兩個頂點所代表的兩組元的比值恒定。4平衡轉變的類型（1）共晶轉變：L0Ta+b+c;（2）包晶轉變：L0a+b Tc;（3）包共晶轉變：L0a Tb+c;還有偏共晶、共析、包析、包共析轉變等。5共線法則與杠桿定律（1）共線法則：在一定溫度下，三元合金兩相平衡時，合金的成分點和兩個平衡相的成分點必然位于成分三角形的同一條直線上。（由相率可知，此時系統有一個自由度，表示一個相的成分可以獨立改變，另一相的成分隨之改變。）（2）杠桿定律：用法與二元相同。兩條推論（1）給定合金在一定溫度下處于兩相平衡時，若其中一個相的成分給定，

12、另一個相的成分點必然位于已知成分點連線的延長線上。（2）若兩個平衡相的成分點已知，合金的成分點必然位于兩個已知成分點的連線上。6重心定律在一定溫度下，三元合金三相平衡時，合金的成分點為三個平衡相的成分點組成的三角形的質量重心。（由相率可知，此時系統有一個自由度，溫度一定時，三個平衡相的成分是確定的。）平衡相含量的計算：所計算相的成分點、合金成分點和二者連線的延長線與對邊的交點組成一個杠桿。合金成分點為支點。計算方法同杠桿定律。第二節三元勻晶相圖1相圖分析點：Ta, Tb, Tc-三個純組元的熔點；面：液相面、固相面；區：L, L+。2三元固溶體合金的結晶規律液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，

13、呈蝶形規律變化。（立體圖不實用）3等溫界面（水平截面）（1）做法：某一溫度下的水平面與相圖中各面的交線。（2）截面圖分析3個相區：L, L+;2條相線：L1L2, S1S2（共軛曲線）;若干連接線：可作為計算相對量的杠桿（偏向低熔點組元；可用合金成分點與頂點的連線近似代替）。4變溫截面（垂直截面）（1）做法：某一垂直平面與相圖中各面的交線。（2）二種常用變溫截面經平行于某條邊的直線做垂直面獲得；經通過某一頂點的直線做垂直面獲得。（3）結晶過程分析成分軸的兩端不一定是純組元；注意液、固相線不一定相交；不能運用杠桿定律（液、固相線不是成分變化線）。5投影圖（1）等溫線投影圖：可確定合金結晶開始、結

14、束溫度。（2）全方位投影圖：勻晶相圖不必要。第三節三元共晶相圖一組元在固態互不相溶的共晶相圖（1）相圖分析點：熔點；二元共晶點；三元共晶點。兩相共晶線液相面交線線：EnE兩相共晶面交線液相單變量線液相區與兩相共晶面交線液相面固相面面：兩相共晶面三元共晶面兩相區：3個區：單相區：4個三相區：4個四相區：1個（2）等溫截面應用：可確定平衡相及其成分；可運用杠桿定律和重心定律。是直邊三角形三相平衡區兩相區與之線接（水平截面與棱柱面交線）單相區與之點接（水平截面與棱邊的交點，表示三個平衡相成分。）（3）變溫截面應用：分析合金結晶過程，確定組織變化局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截

15、面上）合金結晶過程分析；（4）投影圖相組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）組織組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）二組元在固態有限溶解的共晶相圖（1）相圖分析點：熔點；二元共晶點；三元共晶點。兩相共晶線液相面交線線：EnE兩相共晶面交線液相單變量線液相區與兩相共晶面交線固相單變量線液相面固相面：由勻晶轉變結束面、兩相共晶結束面、三相共晶結束面組成。面：兩相共晶面三元共晶面溶解度曲面：6個兩相區：6個區：單相區：4個三相區：4個四相區：1個（2）等溫截面應用：可確定平衡相及其成分；可運用杠桿定律和重心定律。是直邊三角形三相平衡區兩相區與之線接（水平截面與棱柱面交線）單相區與之點接（水平截面與

16、棱邊的交點，表示三個平衡相成分。）相率相區的相數差1；相區接觸法則：單相區/兩相區曲線相接；兩相區/三相區直線相接。（3）變溫截面3個三相區共晶相圖特征：水平線1個三相區三相共晶區特征：曲邊三角形。應用：分析合金結晶過程，確定組織變化局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）合金結晶過程分析；（4）投影圖相組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）組織組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）第四節三元相圖總結立體圖：共軛曲面。1兩相平衡等溫圖：兩條曲線。立體圖：三棱柱，棱邊是三個平衡相單變量線。2三相平衡等溫圖：直邊三角形，頂點是平衡相成分點。垂直截面：曲邊三角形，頂點不代表成分

17、根據參加反應相：后生成。包、共晶轉變判斷根據居中單相區：上共下包。3四相平衡（1）立體圖中的四相平衡共晶轉變類型：包共晶轉變包晶轉變與4個單相區點接觸；相區鄰接（四相平衡面）與6個兩相區線接觸；與4個三相區面接觸。共晶轉變：上3下1（三相區）；反應類型判斷（以四相平衡面為界）包共晶轉變：上2下2；包晶轉變：上1下3。（2）變溫截面中的四相平衡四相平衡區：上下都有三相區鄰接。條件：鄰接三相區達4時；判斷轉變類型類型：共晶、包共晶、包晶。（3）投影圖中的四相平衡根據12根單變量判斷；根據液相單變量判斷共晶轉變包共晶轉變包晶轉變4相區接觸法則相鄰相區的相數差1（各種截面圖適用）。5應用舉例第六章固體

18、中的擴散第一節概述1擴散的現象與本質（1）擴散：熱激活的原子通過自身的熱振動克服束縛而遷移它處的過程。（2）現象：柯肯達爾效應。（3）本質：原子無序躍遷的統計結果。（不是原子的定向移動）。2擴散的分類（1）根據有無濃度變化自擴散：原子經由自己元素的晶體點陣而遷移的擴散。（如純金屬或固溶體的晶粒長大。無濃度變化。）互擴散：原子通過進入對方元素晶體點陣而導致的擴散。（有濃度變化）（2）根據擴散方向下坡擴散：原子由高濃度處向低濃度處進行的擴散。上坡擴散：原子由低濃度處向高濃度處進行的擴散。（3）根據是否出現新相原子擴散：擴散過程中不出現新相。反應擴散：由之導致形成一種新相的擴散。3固態擴散的條件（1

19、）溫度足夠高；（2）時間足夠長；（3）擴散原子能固溶；（4）具有驅動力：化學位梯度。第二節擴散定律1菲克第一定律（1）第一定律描述：單位時間內通過垂直于擴散方向的某一單位面積截面的擴散物質流量（擴散通量J）與濃度梯度成正比。（2）表達式：J=-D(dc/dx)。（C溶質原子濃度；D-擴散系數。）（3）適用條件：穩態擴散，dc/dt=0。濃度及濃度梯度不隨時間改變。2菲克第二定律一般：C/t=(DC/x)/x二維：（1）表達式特殊：C/t=D2C/x2三維：C/t=D(2/x2+2/y2+2/z2)C穩態擴散：C/t=0，J/x=0。（2）適用條件：非穩態擴散：C/t0，J/x0（C/t=J/x

20、）。3擴散第二定律的應用（1）誤差函數解適用條件：無限長棒和半無限長棒。表達式：C=C1(C1-C2)erf(x/2Dt) (半無限長棒)。在滲碳條件下：C:x,t處的濃度；C1:表面含碳量;C2:鋼的原始含碳量。（2）正弦解Cx=Cp-A0sin(x/)Cp:平均成分；A0：振幅Cmax- Cp；:枝晶間距的一半。對于均勻化退火，若要求枝晶中心成分偏析振幅降低到1/100,則：C(/2,t)- Cp/( Cmax- Cp)=exp(-2Dt/2)=1/100。第三節擴散的微觀機理與現象1擴散機制間隙間隙；（1）間隙機制平衡位置間隙間隙：較困難；間隙篡位結點位置。（間隙固溶體中間隙原子的擴散機

21、制。）方式：原子躍遷到與之相鄰的空位；（2）空位機制條件：原子近旁存在空位。（金屬和置換固溶體中原子的擴散。）直接換位（3）換位機制環形換位（所需能量較高。）2擴散程度的描述（1）原子躍遷的距離R=t rR:擴散距離；：原子躍遷的頻率（在一定溫度下恒定）；r:原子一次躍遷距離（如一個原子間距）。（2）擴散系數D=2P對于立方結構晶體P=1/6,上式可寫為D=2/6P為躍遷方向幾率；是常數，對于簡單立方結構a;對于面向立方結構2a/2;3a/2。（3）擴散激活能擴散激活能Q：原子躍遷時所需克服周圍原子對其束縛的勢壘。間隙擴散擴散激活能與擴散系數的關系D=D0exp(-Q/RT)D0：擴散常數。空

22、位擴散激活能與擴散系數的關系D=D0exp(-E/kT)E=Ef(空位形成功)+Em（空位遷移激活能）。3擴散的驅動力與上坡擴散（1）擴散的驅動力對于多元體系，設n為組元i的原子數，則在等溫等壓條件下，組元i原子的自由能可用化學位表示：i=G/ni擴散的驅動力為化學位梯度，即F=-i/x負號表示擴散驅動力指向化學位降低的方向。（2）擴散的熱力學因子組元i的擴散系數可表示為Di=KTBi(1+lni/lnxi)其中，(1+lni/lnxi)稱為熱力學因子。當(1+lni/lnxi)0時，DI0,發生上坡擴散。（3）上坡擴散概念：原子由低濃度處向高濃度處遷移的擴散。驅動力：化學位梯度。其它引起上坡

23、擴散的因素：彈性應力的作用大直徑原子跑向點陣的受拉部分，小直徑原子跑向點陣的受壓部分。晶界的內吸附：某些原子易富集在晶界上。電場作用：大電場作用可使原子按一定方向擴散。4反應擴散（1）反應擴散：有新相生成的擴散過程。（2）相分布規律：二元擴散偶中不存在兩相區，只能形成不同的單相區；三元擴散偶中可以存在兩相區，不能形成三相區。第四節影響擴散的主要因素1溫度D=D0exp(-Q/RT)可以看出，溫度越高，擴散系數越大。2原子鍵力和晶體結構原子鍵力越強，擴散激活能越高；致密度低的結構中擴散系數大（舉例：滲碳選擇在奧氏體區進行）；在對稱性低的結構中，可出現明顯的擴散各向異性。3固溶體類型和組元濃度的影

24、響間隙擴散機制的擴散激活能低于置換型擴散；提高組元濃度可提高擴散系數。4晶體缺陷的影響（缺陷能量較高，擴散激活能小）空位是空位擴散機制的必要條件；位錯是空隙管道，低溫下對擴散起重要促進作用；界面擴散（短路擴散）：原子界面處的快速擴散。如對銀：Q表面=Q晶界/2=Q晶內/35第三組元的影響如在鋼中加入合金元素對碳在中擴散的影響。強碳化物形成元素，如W, Mo, Cr,與碳親和力大，能顯著組織碳的擴散；弱碳化物形成元素，如Mn，對碳的擴散影響不大；固溶元素，如Co, Ni,提高碳的擴散系數；Si降低碳的擴散系數。第七章塑性變形第一節單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：滑移和孿生。一滑移1滑移

25、：在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產生相對位移，且不破壞晶體內部原子排列規律性的塑變方式。光鏡下：滑移帶（無重現性）。2滑移的表象學電境下：滑移線。3滑移的晶體學滑移面（密排面）（1）幾何要素滑移方向（密排方向）（2）滑移系滑移系：一個滑移面和該面上一個滑移方向的組合。滑移系的個數:(滑移面個數）（每個面上所具有的滑移方向的個數）典型滑移系晶體結構滑移面滑移方向滑移系數目常見金屬面心立方1114312Cu,Al,Ni,Au1106212Fe,W,Mo體心立方12112112Fe,W12324124Fe0001133Mg,Zn,Ti密排六方10

26、103Mg,Zr,Ti10116Mg,Ti一般滑移系越多，塑性越好；滑移系數目與材料塑性的關系：與滑移面密排程度和滑移方向個數有關；與同時開動滑移系數目有關（c）。（3）滑移的臨界分切應力（c）c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應力。外力在滑移方向上的分解。c取決于金屬的本性，不受，的影響；或90時，s；cscoscoss的取值，45時，s最小，晶體易滑移；軟取向：值大；取向因子：coscos硬取向：值小。（4）位錯運動的阻力派納力：P-N=2G/(1-v)exp-2a/(1-v)b主要取決于位錯寬度、結合鍵本性和晶體結構。4滑移時晶體的轉動（1）位向和晶面的變化拉伸時,滑移面和滑移方

27、向趨于平行于力軸方向（力軸方向不變）壓縮時，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。幾何硬化：，遠離45，滑移變得困難；（2）取向因子的變化幾何軟化；，接近45，滑移變得容易。5多滑移多滑移：在多個（2）滑移系上同時或交替進行的滑移。（1）滑移的分類雙滑移：單滑移：（2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系。6交滑移（1）交滑移：晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進行的滑移。螺位錯的交滑移：螺位錯從一個滑移面轉移到與之相交的另一滑移面的過程；（2）機制螺位錯的雙交滑移：交滑移后的螺位錯再轉回到原滑移面的過程。單滑移：單一方向的滑移帶；（3）滑移的表面痕跡多滑移：相互

28、交叉的滑移帶；交滑移：波紋狀的滑移帶。二孿生（1）孿生：在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定的晶面和晶向發生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對稱關系。孿生面A1111, A2112, A31012（2）孿生的晶體學孿生方向A1,A2, A3孿晶區（3）孿生變形的特點滑移孿生相同點1均勻切變；2沿一定的晶面、晶向進行；不改變結構。不同點晶體位向不改變（對拋光面觀察無重現性）。改變，形成鏡面對稱關系（對拋光面觀察有重現性）位移量滑移方向上原子間距的整數倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，較小。對塑變的貢獻很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應力遠高于

29、滑移變形條件一般先發生滑移滑移困難時發生變形機制全位錯運動的結果分位錯運動的結果第二節多晶體的塑性變形1晶粒之間變形的傳播位錯在晶界塞積應力集中相鄰晶粒位錯源開動相鄰晶粒變形塑變2晶粒之間變形的協調性（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時性。（2）要求：各晶粒之間變形相互協調。（獨立變形會導致晶體分裂）（3）條件：獨立滑移系5個。（保證晶粒形狀的自由變化）3晶界對變形的阻礙作用（1）晶界的特點：原子排列不規則；分布有大量缺陷。（2）晶界對變形的影響：滑移、孿生多終止于晶界，極少穿過。（3）晶粒大小與性能的關系a晶粒越細，強度越高(細晶強化：由下列霍爾配奇公式可知)s=0+kd-1/2原因：晶粒越

30、細，晶界越多，位錯運動的阻力越大。（有尺寸限制）晶粒越多，變形均勻性提高由應力集中導致的開裂機會減少，可承受更大的變形量，表現出高塑性。b晶粒越細，塑韌性提高細晶粒材料中，應力集中小，裂紋不易萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂過程中可吸收較多能量,表現出高韌性。第三節合金的塑性變形一固溶體的塑性變形1固溶體的結構2固溶強化（1）固溶強化：固溶體材料隨溶質含量提高其強度、硬度提高而塑性、韌性下降的現象。晶格畸變，阻礙位錯運動；（2）強化機制柯氏氣團強化。（3）屈服和應變時效現象：上下屈服點、屈服延伸（呂德斯帶擴展）。預變形和時效的影響：去載后立即加載不出現屈服現象；去載后放置一段時間或200加熱

31、后再加載出現屈服。原因：柯氏氣團的存在、破壞和重新形成。（4）固溶強化的影響因素溶質原子含量越多，強化效果越好；溶劑與溶質原子半徑差越大，強化效果越好；價電子數差越大，強化效果越好；間隙式溶質原子的強化效果高于置換式溶質原子。二多相合金的塑性變形1結構：基體第二相。2性能（1）兩相性能接近：按強度分數相加計算。（2）軟基體硬第二相第二相網狀分布于晶界（二次滲碳體）；a結構兩相呈層片狀分布（珠光體）；第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。彌散強化：位錯繞過第二相粒子(粒子、位錯環阻礙位錯運動)b強化沉淀強化：位錯切過第二相粒子（表面能、錯排能、粒子阻礙位錯運動）第四節塑性變形對材料組織和性能的影響一

32、對組織結構的影響晶粒拉長;1形成纖維組織雜質呈細帶狀或鏈狀分布。2形成形變織構（1）形變織構：多晶體材料由塑性變形導致的各晶粒呈擇優取向的組織。絲織構：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成）（2）常見類型板織構：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主變形方向。（軋制時形成）力學性能：利：深沖板材變形控制；弊：制耳。（3）對性能的影響：各向異性物理性能：硅鋼片織構可減少鐵損。3形成位錯胞變形量位錯纏結位錯胞（大量位錯纏結在胞壁，胞內位錯密度低。）二對性能的影響1對力學性能的影響（加工硬化）（1）加工硬化（形變強化、冷作強化）：隨變形量的增加，材料的強度、硬度升高而塑韌性下降的現象。強化金

33、屬的重要途徑；利提高材料使用安全性；（2）利弊材料加工成型的保證。弊變形阻力提高，動力消耗增大；脆斷危險性提高。2對物理、化學性能的影響導電率、導磁率下降，比重、熱導率下降；結構缺陷增多，擴散加快；化學活性提高，腐蝕加快。三殘余應力（約占變形功的10）第一類殘余應力（）：宏觀內應力，由整個物體變形不均勻引起。1分類第二類殘余應力（）：微觀內應力，由晶粒變形不均勻引起。第三類殘余應力（）：點陣畸變，由位錯、空位等引起。80-90%。利：預應力處理，如汽車板簧的生產。2利弊弊：引起變形、開裂，如黃銅彈殼的腐蝕開裂。3消除：去應力退火。第八章回復與再結晶第一節冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化一回復

34、與再結晶回復：冷變形金屬在低溫加熱時，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學性能卻部分恢復到冷變形以前的過程。再結晶：冷變形金屬被加熱到適當溫度時，在變形組織內部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強化效應完全消除的過程。二顯微組織變化（示意圖）回復階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化；再結晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉變為新的無畸變的等軸晶粒。晶粒長大階段：晶界移動、晶粒粗化，達到相對穩定的形狀和尺寸。三性能變化1力學性能（示意圖）回復階段：強度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結晶階段：強度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長大階段：強度、硬度繼續下降，塑性繼續提高，粗化嚴重時

35、下降。2物理性能密度：在回復階段變化不大，在再結晶階段急劇升高；電阻：電阻在回復階段可明顯下降。四儲存能變化（示意圖）1儲存能：存在于冷變形金屬內部的一小部分（10）變形功。彈性應變能（312）2存在形式位錯（8090）是回復與再結晶的驅動力點缺陷3儲存能的釋放：原子活動能力提高，遷移至平衡位置，儲存能得以釋放。五內應力變化回復階段：大部分或全部消除第一類內應力，部分消除第二、三類內應力；再結晶階段：內應力可完全消除。第二節回復一回復動力學（示意圖）1加工硬化殘留率與退火溫度和時間的關系ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)x0原始加工硬化殘留率；x退火時加工硬化殘留率；c0比例常數；t

36、加熱時間；T加熱溫度。2動力學曲線特點（1）沒有孕育期；（2）開始變化快，隨后變慢；（3）長時間處理后，性能趨于一平衡值。二回復機理移至晶界、位錯處1低溫回復：點缺陷運動空位間隙原子消失缺陷密度降低（0.10.2Tm）空位聚集（空位群、對）異號位錯相遇而抵銷2中溫回復：位錯滑移位錯纏結重新排列位錯密度降低（0.20.3Tm）亞晶粒長大3高溫回復：位錯攀移（滑移）位錯垂直排列（亞晶界）多邊化（亞（0.30.5Tm）晶粒）彈性畸變能降低。三回復退火的應用去應力退火：降低應力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。第三節再結晶亞晶合并形核亞晶長大形核機制亞晶界移動形核（吞并其它亞晶或變

37、形部分）1形核（變形量較大時）晶界凸出形核（晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向）（變形量較小時）驅動力：畸變能差2長大方式：晶核向畸變晶粒擴展，直至新晶粒相互接觸。注：再結晶不是相變過程。二再結晶動力學（示意圖）（1）再結晶速度與溫度的關系v再Aexp(-QR/RT)（2）規律開始時再結晶速度很小，在體積分數為0.5時最大，然后減慢。三再結晶溫度1再結晶溫度：經嚴重冷變形（變形量70%）的金屬或合金，在1h內能夠完成再結晶的（再結晶體積分數95%）最低溫度。高純金屬：T再(0.250.35)Tm。2經驗公式工業純金屬：T再(0.350.45)Tm。合金：T再(0.40.9)Tm。注：再結晶退火溫

38、度一般比上述溫度高100200。變形量越大，驅動力越大，再結晶溫度越低；3影響因素純度越高，再結晶溫度越低；加熱速度太低或太高，再結晶溫度提高。四影響再結晶的因素1退火溫度。溫度越高，再結晶速度越大。2變形量。變形量越大，再結晶溫度越低；隨變形量增大，再結晶溫度趨于穩定；變形量低于一定值，再結晶不能進行。3原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅動力越大；晶界越多，有利于形核。4微量溶質元素。阻礙位錯和晶界的運動，不利于再結晶。5第二分散相。間距和直徑都較大時，提高畸變能，并可作為形核核心，促進再結晶；直徑和間距很小時，提高畸變能，但阻礙晶界遷移，阻礙再結晶。五再結晶晶粒大小的控制（晶粒大小變形量關系圖）再

39、結晶晶粒的平均直徑d=kG/N1/41變形量（圖）。存在臨界變形量，生產中應避免臨界變形量。2原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅動力越大，形核位置越多，使晶粒細化。3合金元素和雜質。增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶粒細化。4溫度。變形溫度越高，回復程度越大，儲存能減小，晶粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。六再結晶的應用恢復變形能力改善顯微組織再結晶退火消除各向異性提高組織穩定性再結晶溫度：T再100200。第四節晶粒長大驅動力：界面能差；長大方式：正常長大；異常長大（二次再結晶）一晶粒的正常長大1正常長大：再結晶后的晶粒均勻連續的長大。2驅動力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅動

40、力越大。晶界趨于平直3晶粒的穩定形狀晶界夾角趨于120二維坐標中晶粒邊數趨于64影響晶粒長大的因素（1）溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。（2）分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。一般有晶粒穩定尺寸d和第二相質點半徑r、體積分數的關系：d=4r/3（3）雜質與合金元素。降低界面能，不利于晶界移動。（4）晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移動速率低于后者。二晶粒的異常長大1異常長大：少數再結晶晶粒的急劇長大現象。釘扎晶界的第二相溶于基體2機制再結晶織構中位向一致晶粒的合并大晶粒吞并小晶粒各向異性織構明顯優化磁導率3對組織和性能的影響晶粒大小不均性能不均降低強度

41、和塑韌性晶粒粗大提高表面粗糙度三再結晶退火的組織1再結晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關系圖。（圖）2再結晶織構。再結晶退火后形成的織構。退火可將形變織構消除，也可形成新織構。3退火孿晶。再結晶退火后出現的孿晶。是由于再結晶過程中因晶界遷移出現層錯形成的。第五節金屬的熱變形一動態回復與動態再結晶1動態回復：在塑變過程中發生的回復。2動態再結晶：在塑變過程中發生的再結晶。包含亞晶粒，位錯密度較高特點反復形核，有限長大，晶粒較細應用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、快的冷卻速度可獲得細小晶粒。二金屬的熱加工冷加工：在再結晶溫度以下的加工過程。發生加工硬化。1加工的分類熱加工：在再結晶溫度以

42、上的加工過程。硬化、回復、再結晶。2熱加工溫度：T再T熱加工T固100200。3熱加工后的組織與性能（1）改善鑄錠組織。氣泡焊合、破碎碳化物、細化晶粒、降低偏析。提高強度、塑性、韌性。（2）形成纖維組織（流線）。組織：枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。（3）形成帶狀組織形成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長。影響：各向異性。消除：避免在兩相區變形、減少夾雜元素含量、采用高溫擴散退火或正火。4熱加工的優點（1）可持續大變形量加工。（2）動力消耗小。（3）提高材料質量和性能三超塑性1超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現的特別大的延伸率。2條件：晶粒

43、細小、溫度范圍（0.50.65Tm）、應變速率小（10.01%/s）。3本質：多數觀點認為是由晶界的滑動和晶粒的轉動所致。第九章固態相變第一節概述一固態相變的特點界面能增加1相變阻力大額外彈性應變能：比體積差固態相變擴散困難（新、舊相化學成分不同時）困難2新相晶核與母相之間存在一定的晶體學位向關系*新相的某一晶面和晶向分別與母相的某一晶面、晶向平行。共格界面類型半共格為降低界面能，形成共格、半共格界面位向關系非共格3慣習現象*新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。慣習方向（母相）慣習面原因：沿應變能最小的方向和界面能最低的界面發展。4母相晶體缺陷促進相變點缺陷類型線晶格畸變、自由能高，促進形核

44、及相變。面（思考：晶粒細化對相變的影響）5易出現過渡相*固態相變阻力大，直接轉變困難協調性中間產物（過渡相）Fe3C+(3Fe+C)例M+Fe3C二固態相變的分類1按相變過程中原子遷移情況（1）擴散型：依靠原子的長距離擴散；相界面非共格。（如珠光體、奧氏體轉變，Fe,C都可擴散。）（2）非擴散型：舊相原子有規則地、協調一致地通過切變轉移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關系不變；化學成分不變。（如馬氏體轉變，Fe,C都不擴散。）（3）半擴散型：既有切變，又有擴散。（如貝氏體轉變，Fe切變，C擴散。）2按相變方式分類（1）有核相變：有形核階段，新相核心可均勻形成，也可擇優形成。大多數固態相變屬于

45、此類。（2）無核相變：無形核階段，以成分起伏作為開端，新舊相間無明顯界面，如調幅分解。3按熱力學函數變化分類（1）一級相變：相變時兩相的化學位相等，而化學位對溫度及壓力的一階偏微分（S,V）不等的相變。伴隨潛熱的釋放和體積的改變。如蒸發、升華、熔化以及大多數固態晶型轉變屬于此類。（2）二級相變：相變時兩相的化學位相等，化學位的一階偏微分也相等，但二階偏微分不相等的相變。沒有相變潛熱和體積改變，有比容、壓縮系數、膨脹系數變化，如磁性轉變、有序無序轉變、超導轉變等屬于此類。三常見固態相變類型相變名稱相變特征同素異構轉變同一種元素通過形核與長大發生晶體結構的變化多型性轉變合金中晶體結構的變化脫溶轉變

46、過飽和固溶體脫溶分解出亞穩定或穩定的第二相共析轉變一個固相轉變為兩個結構不同的固相包析轉變兩個不同結構的固相轉變為一個新的固相，組織中一般有某相殘余馬氏體轉變新舊相之間成分不變、切變進行、有嚴格位向關系、有浮凸效應貝氏體轉變兼具馬氏體和擴散轉變的特點，借助鐵的切變和碳的擴散進行調幅分解非形核轉變，固溶體分解成結構相同但成分不同的兩相有序化轉變合金元素原子從無規則排列到有規則排列，擔結構不變。第二節固態相變的形核與長大一均勻形核（能量條件）1形核時的能量變化相變驅動力（1）化學自由能（體積自由能，Gv）GvT曲線隨成分變化相變阻力（2）界面能（，S）取決于界面結構T越大，晶核越小，S大共格/半共

47、格（與過冷度有關）T越小，晶核越大，S小非共格相變阻力（3）應變能(,V)共格應變能：共格大，半共格小，非共格0分類比體積差球狀最大體積應變能新相幾何形狀片狀最小針狀居中2形核的能量條件GVGv+S+ V0rK=2/(Gv-)GK=16/3(Gv-)2二非均勻形核（能量條件）（固態相變均勻形核的可能性很小，非均勻形核（依靠晶體缺陷）是主要的形核方式。）1不同晶體缺陷對形核的作用能量高，降低GK（1）晶界形核結構混亂，降低易擴散、偏析，利于擴散相變新相/母相形成共格、半共格界面降低界面能母相晶粒1非共格界面母相晶粒2共格或半共格界面新相生成處位錯消失，能力釋放，提高驅動力（2）位錯形核位錯不消失

48、，可作為半共格界面的形成部分易于發生偏聚，有利于成分起伏易于擴散，有利于發生擴散型相變促進擴散（3）空位形核新相生成處空位消失，提供能量空位群可凝結成位錯（在過飽和固溶體的脫溶析出過程中，空位作用更明顯。）2非均勻形核的能力變化GVGv+S+ VGDGD晶體缺陷導致系統降低的能量。三晶核的長大1長大機制切變長大（1）半共格界面臺階式長大原子直接遷移（2）非共格界面原子遷移至新相臺階端部2新相長大速度新相生成時無成分變化（有結構、有序度變化）（1）界面控制長大u=exp(-Q/kT)1-exp(-Gv/kT)新相生成時有成分變化（2）擴散控制長大u=dx/dt=(C/x)D/(C-C)（3）相變

49、動力學f=1-exp(-btn)第十章金屬材料工業用鋼、鑄鐵和有色金屬及其合金構成了國民經濟建設所必須的全部金屬材料。盡管高分子材料、陶瓷材料和復合材料的應用日益廣泛，但金屬材料仍然是應用最廣泛、用量最大的工程材料。隨著現代工業的發展和科學技術的進步，對金屬材料的性能要求會越來越高，新型金屬材料將會不斷出現。10.1基本要求10.1.1工業用鋼1.熟悉鋼的分類和編號，能鑒別鋼號。2.熟悉合金元素在鋼中的作用和典型鋼號中合金元素的作用。3.掌握常用工業用鋼的化學成分、熱處理特點（或使用狀態）、使用態組織、主要性能特點及應用。10.1.2鑄鐵1.熟悉鑄鐵的分類和鑄鐵的石墨化。2.熟悉常用鑄鐵的牌號

50、、組織、性能特點及應用。3.了解鑄鐵的熱處理特點及常用熱處理工藝。10.1.3有色金屬及其合金1.熟悉鋁合金的分類和編號、鋁合金的時效強化、典型鋁合金的組織與性能特點。2.熟悉銅合金的分類和編號、了解黃銅的組織及性能特點。10.2內容提要10.2.1重要名詞合金元素alloying element結構鋼construction steel工具鋼tool steel不銹鋼stainless steel奧氏體不銹鋼austenitic stainless steel回火穩定性temper stability二次硬化secondary hardening調質鋼quenched and tempere

51、d steel滲碳鋼carburized steel彈簧鋼spring steel滾動軸承鋼ball-bearing steel高速鋼high-speed steel熱模具鋼hot die steel晶間腐蝕intergranular corrosion耐熱鋼heat-resisting steel耐磨鋼wear-resisting steel時效強化age hardening10.2.2工業用鋼1.鋼的分類和編號。2.合金元素在鋼中的作用。（1）合金元素對基本相的影響。碳鋼在室溫下的基本相是鐵素體和滲碳體。合金元素可溶入鐵素體中強化鐵素體，若含量適當，仍可保持鐵素體較好的韌性。碳化物形成元素

52、與碳相互作用，可形成合金滲碳體、間隙化合物和間隙相等，它們的穩定性、硬度、耐磨性均高于滲碳體，而聚集長大的傾向比滲碳體小。（2）合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響。凡是擴大區的元素均擴大奧氏體區，使A1、A3降低。當合金元素含量達到一定值時，奧氏體區將擴大到室溫，得到奧氏體鋼。凡是縮小區的元素均縮小奧氏體，使A1、A3升高。當合金元素含量達到一定值時，奧氏體區將消失，得到鐵素體鋼。合金元素加入鋼中，會使S點和E點向左移動。S向左移動意味著共析點的含量下降；E點向左移動意味著出現萊氏體的含碳量減少。總之，合金元素改變了平衡條件下的相變規律和平衡組織，從而改變了性能。（3）合金元素對鋼加熱轉變的影

53、響除Mn、Ni外，大多數合金元素升高臨界點，減慢奧氏體的形成速變，因而合金鋼要獲得較均勻的奧氏體，需更高的加熱溫度和較長的保溫時間。除Mn、P、N外，大多數合金元素都能細化奧氏體晶粒，從而改善強度和韌性。（4）合金元素對鋼冷卻轉變的影響。除Co外，大多數合金元素溶入奧氏體中后，能增加奧氏體的穩定性，使C曲線向右移動，提高鋼的淬透性。另外，還會降低Ms點，增加殘余奧氏體量。（5）合金元素對回火轉變的影響。合金元素提高回火穩定性，有利于提高綜合力學性能。含Cr、n、Ni等元素的合金鋼會產生第二類回火脆性，而Mo和W有抑制和減輕第二類回火脆性的傾向。某些高合金鋼會產生二次硬化現象。3結構鋼按用途，結

54、構鋼可分為兩大類：工程結構鋼和機械結構鋼。碳素結構鋼工程結構鋼低合金結構鋼滲碳鋼調質鋼機械結構鋼彈簧鋼滾動軸承鋼常用結構鋼的主要性能要求、化學成分、典型牌號、最終熱處理或使用狀態、組織見表10-1。表10-1常用結構鋼鋼種工程結構鋼滲碳鋼調質鋼彈簧鋼滾動軸承鋼用途舉例橋梁、船體、容器汽車、拖拉機變速齒輪機床主軸機床齒輪連桿螺栓彈簧、各類彈性元件滾動軸承部件主要性能要求較高的剛度、強度，較好的塑性、韌性，良好的工藝性，較小的冷脆傾向，一定的耐蝕性表層硬而耐磨，心部較高的韌性和足夠的強度良好的綜合力學性能，足夠的淬透性，有時要求表面耐磨高的彈性極限和屈強比，高的疲勞極限，足夠的塑性、韌性高的接觸疲

55、勞強度，高硬度和耐磨性，足夠的韌性含碳量0.4%0.2%0.10-25%0.3-0.5%0.7-0.9%0.5-0.7%0.9-1.1%合金元素Mn、V、Ti、NbCr、Mn、Ni、B、Ti、VCr、Mn、Ni、Si、BV、Ti、W、MoCr、Mn、Si W、V、CrMn、Si典型牌號Q235Q345(16Mn)2020Cr20CrMnTi18CrZNi4WA4540Cr40CrNiMo38CrMoAlAT8A65Mn60SiZMn50CrVAGCr15GCr15SiMn最終熱處理一般為熱軋空冷狀態滲碳、淬火，低溫回火調質處理調質+表面淬火低溫回火一般為淬火中溫回火淬火低溫回火使用態組織一般為

56、鐵素體+索氏體表層：回火馬氏體+碳化物+殘余心部:回火馬氏體或鐵素體+珠光體型回火索氏體表層:回火馬氏體心部:回火索氏體回火屈氏體回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體4.工具鋼按用途，工具鋼可分為三大類：刃具鋼、模具鋼和量具鋼。常用工具鋼的化學成分、典型牌號、最終熱處理、組織、性能特點和用途舉例見表10-2。表10-2常用工具鋼鋼種刃具鋼冷模具鋼高碳高鉻鋼熱模具鋼碳素工具鋼低合金工具鋼高速鋼含碳量0.65-1.35%0.75-1.6%0.7-1.6%1.2-2.3%0.3-0.6%合金元素Cr、W、V、Mn、SiW、Mo、Cr、VCr、Mo、W、VCr、Mn、Ni、Mo典型牌號T7（A）-12(A)

57、9SiCrCrWMnW18Cr4VW6Mo5Cr4V2Cr12Cr12MoV5CrNiMo5CrMnMo最終熱處理淬火、低溫回火淬火、低溫回火高溫淬火560三次回火一般采用淬火、低溫回火淬火、中溫回火或高溫回火組織回火馬氏體+或回火馬氏體+碳化物+回火馬氏體+細小碳化物+殘余奧氏體回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體回火屈氏體或回火索氏體主要性能特點高硬度和耐磨性，淬透性差，紅硬性差，淬火變形開裂傾向大。硬度、耐磨性、淬透性均比碳工鋼好，淬火變形小良好的紅硬性，高的硬度、耐磨性，高的淬透性很高的耐磨性和淬透性，熱處理變形小高溫下有較高的強度和韌性，足夠的硬度和耐磨性，良

58、好的耐熱疲勞性，高的淬透性用途舉例簡單車刀、手錘、銼刀等絲錐、板牙、拉刀等各種高速切削刃具等冷沖模、冷擠壓模等熱鍛模等5.特殊性能鋼特殊性能鋼可分為三大類：不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。（1）不銹鋼提高耐蝕性的途徑A、加Cr，提高基體的電極電位。B、加Cr、Al、Si，形成致密的鈍化膜。C、加Cr、Ni等，使其形成單相組織。典型馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼見表10-3。（2）耐熱鋼耐熱性耐熱性是指高溫抗氧化性和熱強性（高溫強度），熱強性用蠕變極限（6000.1/1000）和持久強度（7001000）來表征。提高耐熱性的途徑A、加Cr、Si、Al，形成致密的氧化膜，提高高溫抗氧化性。B、通過加合金元素提高原子間結合力，提高再結晶溫度、減慢原子的擴散、增加組織的穩定性來提高熱強性。按組織可分為：鐵素體型耐熱鋼、珠光體型耐熱鋼、馬氏體型耐熱鋼和奧氏體型耐熱鋼。（3）耐磨鋼耐磨鋼是指在受到強烈摩擦、沖擊或巨大壓力時，表現出良好耐磨性的鋼種。典型耐磨鋼是高錳鋼，牌號為ZGMn13，其化學成分、熱處理、組織、性能特點及用途舉例見表10-3。表10-3特殊性能鋼鋼種馬氏體不銹鋼奧氏體不銹