工程材料學復習知識點空位:在晶格結點位置應有原子的地方空缺，這種缺陷稱為“空位”。間隙原子:在晶格非結點位置，往往是晶格的間隙，出現了多余的原子。它們可能是同類原子，也可能是異類原子。異類原子:在一種類型的原子組成的晶格中，不同種類的原子占據原有的原子位置。線缺陷:在三維空間的一個方向上的尺寸很大(晶粒數量級)，另外兩個方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶體缺陷。其具體形式就是晶體中的位錯(Dislocation)形式:刃型位錯螺型位錯混合型位錯位錯線附近的晶格有相應的畸變，有高于理想晶體的能量;位錯線附近異類原子濃度高于平均水平;位錯在晶體中可以發生移動，是材料塑性變形基本原因之一;位錯與異類原子的作用，位錯之間的相互作用，對材料的力學性能有明顯的影響。面缺陷:在三維空間的兩個方向上的尺寸很大(晶粒數量級)，另外一個方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶體缺陷。形式:晶界面亞晶界面相界面過冷:一般地，熔體自然冷卻時，隨時間延長，溫度不斷降低，但當冷卻到某一溫度Tn時，開始結晶，此時隨著時間的延長，出現一個溫度平臺，這一平臺溫度通常要低于理想的結晶溫度T0，這樣在低于理想結晶溫度以下才能發生結晶的現象——過冷。過冷度:實際結晶溫度Tn與理想結晶溫度T0之差,T0,Tn稱為過冷度。過冷度的大小隨冷卻速度的增加而增加過冷度愈大，ΔG愈大，結晶驅動力愈大結晶過程:形核:符合能量條件和結構條件的短程有序集團(尺寸達到臨界尺寸)將成為結晶核心。長大:金屬液體中的晶核一旦形成，由于系統自由能降低，晶核將迅速長大直到液體全部消失形核率(N):單位時間在單位母體(液體)的體積內晶核的形成數目稱為形核率。一般合金相圖是在常壓下(P,1atm)獲得的，所以對于一個合金體系描述相圖的參數有三個:成分，溫度，相。即相只與溫度和成分相關。若以成分(C)為橫坐標，T為縱坐標，那么坐標系任一點即表示某一成分合金在某一溫度下對應的相.勻晶相圖杠桿定律:設mL和分別為兩相的質量，它們滿足以下杠桿定律:共晶反應:在某一溫度下，從液體中同時析出兩種固溶體。即:L?α+β7條線:AE、BE為液相線，溫度在液相線上，為單一液態;AC、BD為固相線，溫度在此以下為單一固溶體;CED:共晶反應線，對應L?α+β;CG、DH為α，β固溶體的溶解度變化線，即:α，β固溶體的溶解度隨溫度變化而發生變化的曲線。6個相區:3個單相區:L、,、,3個兩相區:L+,,L+,、,+,注:兩個單相區由一個雙相區分隔(相律)1個點:E:共晶成分點，液體溫度最低點。成分在E點以左，為亞共晶(成分在CE范圍)成分在E點以右，為過共晶(成分在ED范圍)包晶反應:兩組元在液態下無限互溶，固態下有限溶解，并且發生包晶轉變:L+,,,。Ac和bc為兩液相線，與其對應的ad和bp為兩固相線;Df和pg固溶體α、β的溶解度隨溫度變化線;dpc為包晶轉變線。相圖含三個單相區L、α、β;三個雙相區L，α、L，β、α，β;一個三相區L，α，β，水平線dpc為包晶反應線，P點為包晶點，對應包晶反應:L+,,,。共析反應:特點:(1)固態反應。(2)類似于共晶反應。(3)共析反應:,,,，,(4),、,為交替的片層結構。(5),、,的相對含量符合杠桿定律。穩定化合物(金屬間化合物)在相圖中的形式:穩定化合物在相圖中表現為一直線，可將其視為獨立組元，并以其為界將相圖分開進行分析。第四章純鐵:α-Fe在770?(居里溫度)發生由鐵磁性轉變為順磁性，即鐵磁性消失。工業純鐵的力學性能特點是:強度、硬度低，塑性、韌性好C在鋼鐵中存在的三種形式:溶入Fe的晶格形成固溶體(間隙固溶體),鋼以游離石墨存在于鋼鐵中,鑄鐵。與鐵成金屬間化合物如Fe3C,Fe2C,FeC),金屬間化合物石墨性能:耐高溫，可導電，潤滑性好，強度、硬度、塑性和韌性低。實線為Fe,Fe3C相圖虛線為Fe,C相圖α相C在α-Fe中的間隙固溶體，晶體結構為bcc，僅由α相形成的組織稱為鐵素體，記為F(Ferrite)。α=Fγ相C在γ-Fe中的間隙固溶體，晶體結構為fcc，僅由γ相形成的組織稱為奧氏體，記為A(Austenite)。γ=Aδ相C在δ-Fe中的間隙固溶體，晶體結構也為bcc，δ相出現的溫度較高，組織形貌一般不易觀察，也有稱高溫鐵素體。FeC相鐵與碳生成的間隙化合物，其中碳的重量百分比為6.69%，晶體結構是復雜正交晶3系，僅由FeC相構成的組織稱為滲碳體，依然記為FeC，也有寫為Cm(Cementite)。33石墨在鐵碳合金中的游離狀態下存在的碳為石墨，組織記G(Graphite)。L相碳在高溫下熔入液體，相圖中標記L(Liquid)。這是一包晶反應(1495C)，發生在高溫，并且在隨后的冷卻過程中組織還會發生變化。共晶反應(1148C)，產物共晶體組織稱為萊氏體，記為Ld(Ledeburite)共析反應(727C)，產物為F、Fe3C兩相層片交替分布的共析體組織,稱為珠光體，記為P(Pearlite)(1)ABCD―液相線(2)AHJECF―固相線(3)HJB―包晶反應線(1495C)L+,,,ABHJ(4)ECF―共晶反應線(1148C)L,,A+FeC(稱為萊氏體)CE3I(5)PSK―共析反應線(727C)As,,Fp+FeC(稱為珠光體)3(6)A線(ES線)―從奧氏體析出FeC的臨界溫度線CM3?(7)A線(GS線)―從奧氏體轉變為鐵素體線3五個單相區:液相區L高溫固溶體,;,相(奧氏體，A);,相(鐵素體，F)FeC相(滲碳體，Cm)3七個雙相區:L，,，L，,，L，FeC，,，,，,，FeC，,，,;,，FeC333三個三相區:HJB線L，,，,;ECK線L，,，FeC;PSK線,，,，FeC33工業純鐵(C%<0.02%)碳鋼)依據C含量不同，又分為:亞共析鋼:C<0.77wt%共析鋼:C=0.77wt%過共析鋼:C>0.77wt%白口鑄鐵(生鐵)()依據C含量不同，又分為:亞共晶白口鑄鐵C<4.3wt%共晶白口鑄鐵C=4.3wt%過共晶白口鑄鐵C>4.3wt%灰口鑄鐵()亞共晶、共晶、過共晶灰口鑄鐵工業純鐵(C%<0.02%):組織:F相:,(F)共析鋼(C%?0.77%):組織:P相:,(F)，FeC3亞共析鋼:組織:F，P相:,(F)，FeC3組織轉變:L?L+A?A?F+A?F+P過共析鋼:組織:P，FeC相;,(F)，FeC33II組織轉變:L?L，A?A?A，FeC?P，FeC3II3II共晶白口鐵(C%?4.3%):組織:L’d相:,(F)，FeC3組織轉變L,Ld(A+FeC),A+FeC+FeC,(P+FeC(FeC))3I3II3I3I3?亞共晶白口鐵(C%=2.11,4.3%):組織:P，FeC，L’d相:,(F)，FeC33II組織轉變L,L，A,A，Ld,A，FeC，Ld,P，FeC，L’d3II3II過共晶白口鐵(C%=4.3,6.69%):組織:FeC，L’d相:,(F)，FeC33I組織轉變L?L+FeC?FeC+Ld?FeC+L’d3I3I3I1、各組成相的力學性質:F:軟，塑FeC:硬，脆P(F+FeC):介入二者之間332、C對性能的影響:隨C含量增加，硬度持續增加δ,ψ持續下降ζ先增加(C2.11,)b后下降(由于網狀FeC的出現)3?按含碳量分:低碳鋼W,0.25,中碳鋼0.25,<W,0.6,高碳鋼W>0.6,CCC按用途分:碳素結構鋼(建筑材料,如橋梁,房屋，機器零件等)碳素工具鋼(刀具，模具等)根據P，S含量的多少普通碳素鋼W,0.045,W,0.055,優質碳素鋼W,0.040,W,0.040,PSPS高級優質碳素鋼W,0.035,W,0.030,PS根據含氧量:沸騰鋼鎮定鋼Q275AF普通碳素結構鋼(Q:屈服數字為強度值A為等級F為沸騰鋼)特點:這一鋼種僅關心材料的力學性能，不考察其成分，大多為軋制的型材(鋼板、圓、管、角)。用途:合適的強度，一定的塑性和韌性，價格較低，大量用于普通簡單結構零件。如:橋梁，建筑。優質碳素結構鋼(數字表示鋼中C的含量(萬分之幾)F表示沸騰鋼)特點:這類鋼種要求保證C含量。用途:優質碳素結構鋼主要用來制造機器零件。一般都要熱處理以提高其力學性能。隨著C含量的增加，材料的強度和硬度愈高，塑性相應會降低。T12A碳素工具鋼(“T”表示“碳”數字表示含碳量(千分之幾)全部為優質鋼，后綴A為高級優質鋼)特點:過共析鋼，組織為:顆粒狀的碳化物，球化珠光體(經球化退火)，可以直接進行機械加工。用途:碳素工具鋼的硬度高、變形量小，適合用于量具，刃具，模具。工業鑄鐵是指Wc>2.11wt,的Fe-C合金為鑄鐵。當C以FeC相似存在:白口鑄鐵當C以石墨形式存在:灰口鑄鐵3鑄鐵性質:鑄造，切削加工，減震性較好。強度，塑性，韌性低石墨化過程:第一階段高溫石墨化溫度:>1154?，從液體中直接析出初生或共晶石墨。共晶反應:L,A，G組織:(奧氏體，石墨)的共晶體。CE’I第二階段中溫石墨化溫度:1154,738?之間，從奧氏體中析出石墨，稱為二次石墨GII過飽和析出反應:A,A，G組織:A，GIIII第三階段低溫石墨化溫度:738?，奧氏體發生共析反應析出石墨，稱為三次石墨G。III共析反應:A,F，G。組織:(鐵素體，石墨)共析體SpIII注:這一階段析出的石墨往往在前兩階段出現的石墨基礎上長大。按鑄鐵中石墨的形狀分:普通灰鑄鐵(片狀)球墨鑄鐵(球狀)可鍛鑄鐵(團絮狀)蠕墨鑄鐵(蠕蟲狀)等鑄鐵性能:1(抗拉強度低、塑性韌性差石墨相當于孔或裂縫，明顯降低了材料的力學性能。球狀石墨對基體的破壞作用相對較小，故球墨鑄鐵的力性接近低碳鋼，且可以用熱處理改善基體組織，提高性能。2。鑄造性能好。3。耐磨性好。4。消震性好。5。切削加工性能好。6。缺口敏感性低。普通灰鑄鐵:如HT150,HT200,HT250……牌號:HTxxx，HT表示灰鐵，三個數字表示最低抗拉強度，單位MPa。用途:用于要求消震、耐磨，如機床床身、汽缸、箱體、活塞等。熱處理:只進行去應力退火。球墨鑄鐵:如QT400-15,QT500-05,QT600-03……牌號:QTxxx-xx,數字表示最低抗拉強度和伸長率，單位MPa和%。用途:用于一般機械零件，如齒輪、曲軸、凸輪軸等。熱處理:可通過熱處理改善基體組織和性能。可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵合金鑄鐵第五章引起加工硬化:隨塑性變形量增加，金屬強度、硬度會升高，而塑性、韌性會降低，這種現象稱為加工硬化。(折鐵絲是一實例)產生加工硬化的原因:變形產生位錯，隨著變形量增加，位錯密度增高，位錯發生纏結和在晶界上塞積，導致位錯運動困難，從而引起加工硬化。加工硬化的作用:強化材料的一種手段保持材料均勻形變在加熱過程中，形變了的材料會發生回復、再結晶和晶粒長大三個過程回復、再結晶和晶粒的長大，他們都是減少或消除結構缺陷的過程。相應地,材料的結構和性能也發生對應變化。回復:經冷加工的材料在在小于0.4Tm(以K表示)以下的溫度保溫，這時材料發生點缺陷消失，位錯重排，應力下降的過程為回復。變化:宏觀應力(第一類應力)基本消除，但微觀應力(第二、第三類)仍然殘存。力學性質，如強度沒有明顯變化。再結晶:當加熱溫度達到0.4Tm以上，晶粒形狀開始發生變化，在亞晶界或晶界處形成了新的結晶核心，并不斷以等軸晶形式生長，取代被拉長及破碎的舊晶粒，這一過程稱為再結晶。變化:強度和硬度明顯下降，塑韌性提高，加工硬化現象消除。新晶粒形核和長大，替代舊晶粒。位錯大量消失。特點:1)再結晶不是一個相變過程。因為在結晶前后的結構和成分沒有明顯變化。它只是一個形態上的變化。(物理過程)。2)再結晶沒有一個確定的溫度，當T>0.4Tm即可發生再結晶過程。概念:冷加工:在再結晶溫度以下進行塑性變形熱加工:在再結晶溫度以上進行塑性變形區別:冷加工:加工硬化，晶粒變形熱加工:加工硬化和再結晶過程同時發生，加工硬化消失金屬材料的強度和硬度會隨溫度的上升而下降，塑性會隨溫度的升高而升高，因此在較高的溫度下進行塑性變形，材料的抗力小，易成型。熱加工的影響:1、提高致密度:熱加工可使鑄件的縮松和氣泡焊合，提高材料的致密度，提高材料性能。2、細化晶粒:熱加工可以打碎鑄件粗大的枝晶和柱狀晶，細化晶粒尺寸。3、形成合理的纖維組織:各種可變形的夾雜物會沿形變方向拉長，呈流線分布，從而造成各向異性。在流線方向，性能較好，而在垂直于流線方向上性能相對較差強化金屬的基本原理和方法塑性變形的本質是位錯的滑移細晶強化-1/2依靠晶界阻止位錯運動。晶粒愈小，強度愈高。ζ=ζ+Kd(Hall-patch關系式)s0固溶強化形成固溶體由于溶質原子與溶劑原子在尺寸和性質上的不同，固溶原子引起晶格畸變，產生應力場阻止位錯運動。加工硬化進行冷加工，使材料位錯密度增加，發生纏結，阻礙位錯運動。彌散強化在基體中形成彌散分布的第二相質點，阻礙位錯運動。有時稱為沉淀強化。第六章為了對鋼進行熱處理，必須首先將鋼加熱到單相A區，然后進行適當的冷卻以獲得特定的結構和性能。固態相變同樣需要一定的過冷度(降溫)或過熱度(升溫)，因此，加熱轉變實際發生溫度在平衡臨界點之上，而冷卻轉變的實際發生溫度在平衡臨界點之下。Ac、Ac、Ac為升溫引起的奧氏體化溫度上移線、13cmAr、Ar和Ar則為降溫時奧氏體分解溫度的下移線13cmA、AA、為平衡條件下合金獲得奧氏體的溫度線。、13cm奧氏體化過程以共析鋼(Wc,0.77%)為例，共析鋼在室溫下的組織為層片珠光體，在加熱到Ac1以上，其將轉變為A，這一過程稱為奧氏體化，這一過程是形核與長大過程。兩個過程:晶格變化;C的擴散1.在鐵素體和滲碳體的交界處形成奧氏體的核心;2.奧氏體同時消耗兩相來長大;F晶格轉變(BCC,FCC)，滲C體溶解;3.隨后殘余滲碳體的溶解;4.奧氏體的均勻化，各處的碳濃度都達到平均成分。實際晶粒度:指在某一具體熱處理條件下(如加熱溫度、保溫時間)所得到的晶粒大小。它決定于鋼的成分和奧氏體化的工藝過程。本質晶粒度:不同的鋼在同樣的加熱條件下，奧氏體的長大傾向性不一樣，為比較不同鋼的晶粒長大傾向，將不同的鋼加熱到930?10?，保溫8小時得到的實際晶粒度作為該鋼的本質晶粒度。本質晶粒度是一材料特性，表示的是鋼在奧氏體化時奧氏體晶粒的長大傾向。等溫冷卻:將鋼迅速過冷到臨界點(A)以下某一溫度，使奧氏體保持在該溫度下進行等溫轉r1變TTT曲線(Temperature,Time—Transformation):在某一溫度下A轉變量與時間的關系的曲線。連續冷卻:將鋼以某一固定速度不停頓地冷卻(到室溫)，使奧氏體在連續降溫的過程中轉變。CCT曲線(ContinuousCoolingTransformation):在連續冷卻過程中，A轉變量與時間的關系曲線。過冷奧氏體等溫轉變圖，也稱TTT曲線，或C曲線。它綜合反映了過冷奧氏體在不同溫度下等溫轉變的開始和終了時間及轉變產物之間的關系。鋼在奧氏體化后，當溫度降低到Ar以下，此時奧氏體并不立即轉變，要經歷一段時間后，1才開始轉變。把這種存在于Ar溫度以下暫未發生轉變的不穩定奧氏體稱為過冷奧氏體。1C曲線特征:(1)在Ar1線溫度以上，奧氏體穩定，不會發生轉變。(2)在Ar1線以下，C曲線以左區域為過冷A區，轉變終了線以右的區域為轉變產物區，兩條線之間為轉變過渡區。(3)不同溫度等溫對應的孕育期不同，在C曲線“鼻尖”處的孕育期最短，鼻尖以上(Ar1以下)，隨溫度??孕育期?，因為形核驅動力大，但在鼻尖以下，隨溫度??孕育期?這是因為盡管驅動力大，但原子擴散緩慢(受溫度影響)。(4)當冷速很快，繞過C曲線的鼻尖，奧氏體快速冷卻到Ms以下，則發生馬氏體轉變，Ms為馬氏體轉變開始線，Mf為馬氏體轉變終了線，兩線之間為奧氏體，馬氏體兩相混合區。珠光體型轉變區溫度:Ar1,550?依據F/FeC的片層大小，分為:3珠光體(粗)，索氏體(細)，屈氏體(托氏體)(很細)貝氏體型轉變區(中溫轉變區)根據轉變溫度的高低，貝氏體轉變又分為:上貝氏體轉變(“鼻尖”到350?)下貝氏體轉變(350?到M點)S名稱符號形成溫度形貌性能上貝氏體B上550?~350?羽毛狀HRC40~50,韌性差下貝氏體B下350?~Ms竹葉狀HRC50~55,韌性好B下具有優良的綜合力學性能，生產實踐中應用于要求高強韌性的工件(如模具等)馬氏體型轉變區(針對共析鋼)決定于奧氏體的含碳量:?C,1.0wt%:形成針狀馬氏體M針;?C,0.2wt%:形成板條狀馬氏體M板條;?0.2wt%,C,1.0wt%:形成混合馬氏體。低碳馬氏體性能:具有較高的強度和韌性，即良好的綜合力學性能。如0.2%C鋼淬火后，HRC50、,,1500MPa、b2a,150,180J/cm。k高碳馬氏體性能:2片狀馬氏體具有高的硬度和強度(HRC60)，但塑性和韌性很低(a,1J/cm)k不管是板條馬氏體還是片狀馬氏體，都具有相當高的硬度(>HRC50)，其原因是:C在F中的過飽和固溶?晶格畸變?固溶強化?高硬度。對C曲線的影響:C含量:亞共析鋼:隨著含碳量的增加，C曲線右移過共析鋼:隨著含碳量的增加，C曲線左移加熱溫度和保溫時間:T?，t??Fe3C溶解充分，晶粒粗大(晶界減小)?A穩定?C曲線右移合金元素:除Co以外，幾乎所有元素都會使C曲線右移退火:定義:將鋼(材料)加熱到適當的溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻(例如:隨爐冷卻)，以獲得接近平衡狀態組織的熱處理工藝叫做“退火”。作用:消除殘余內應力、改變組織的形態。退火類別:完全退火球化退火去應力退火不同類型的退火選用不同的溫度。完全退火(用于亞共析鋼)方法:將亞共析鋼加熱到Ac3以上30~50?，保溫一定時間，緩慢冷卻。目的:通過重新結晶細化晶粒，改善鋼錠或坯料粗大，不均勻的原始組織，充分(1)消除內應力，(2)降低硬度，(3)防止開裂。組織:F+P(接近平衡組織)球化退火(適用于共析鋼和過共析鋼)方法:將共析鋼或過共析鋼加熱在A1以上30,50?長時間保溫，使Fe3C球化。然后極緩慢冷卻，使A發生珠光體轉變。組織:鐵素體的基體上均勻分布顆粒狀的滲碳體，稱為球狀珠光體。去應力退火方法:將鋼緩慢加熱到A1以下某一溫度(如:200,400C)，保溫后慢冷。目的:完全消除殘余內應力。組織:無相變發生，無組織明顯變化。正火:定義:將鋼加熱到AC3(亞共析鋼)或ACcm(過共析鋼)以上30,50?保溫一段時間后，再空冷得到珠光體型組織的工藝。注:合金鋼在空氣中連續冷卻可能發生珠光體型、貝氏體型甚至馬氏體型相變，但正火一般是指空冷時發生珠光體型轉變的熱處理工藝。用途:亞共析鋼:在低、中碳鋼中代替完全退火。(消除缺陷和內應力，降低硬度，均勻組織)。過共析鋼:因空氣冷卻速度較快，先析出相Fe3C的量較少，不能連成網狀，故起到消除網狀組織的作用。淬火:定義:將鋼加熱到A后，以大于Vk的速度快速冷至Ms點以下以獲得馬氏體組織的熱處理工藝，叫作“淬火”。目的:提高鋼的硬度和耐磨性。注:馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織，馬氏體再經過適當的回火，可以得到需要的組織和使用性能。淬火后獲得的馬氏體——淬火馬氏體回火后獲得的馬氏體——回火馬氏體常用介質:鹽水、堿水:10,15,的NaCl水溶液，這是最強的冷卻介質。清水:直接冷卻，冷卻能力也很強。堿浴、硝鹽浴:在120,180?以上的溫度下有好的冷卻能力(適用于分級淬火)。礦物油冷卻能力約為水的1/4,1/8，適用于大多數合金鋼，可以有效防止零件的變形開裂。原則:淬火時既要快冷獲得M，又要盡可能減少變形和開裂。回火:定義:將淬火后的鋼件加熱到AC以下某一溫度，等溫一段時間后，再冷卻至室溫而獲得不1同組織的熱處理工藝叫“回火”目的:消除內應力:鋼在淬火后，存在較大的內應力(熱應力和相變應力)，容易出現開裂利用回火可以消除或減小內應力，達到防止變形開裂。穩定組織和尺寸:淬火后的組織為馬氏體，殘余奧氏體，它們都不是穩定組織，使用過程中會發生轉變，從而帶來零件的尺寸和性能的變化。利用回火讓可能變化的組織發生轉變，達到穩定零件的組織性能和尺寸。調整性能:淬火后得到的馬氏體的碳含量較高，材料的硬度高，脆性大，通過回火處理，達到所需要的強度、塑性和韌性的組合。便于加工:降低硬度，便于機械加工。組織轉變:馬氏體的分解(200?以下),回火馬氏體回火時馬氏體中過飽和的碳發生短距離的遷移，形成極細的碳化物(Fe2.4C)(稱為ε碳化物)，以薄片形式存在M中，該組織稱為回火馬氏體。殘余奧氏體的分解(200,300?)馬氏體向回火馬氏體轉變時，由于應力的減小，殘余奧氏體發生分解產生下貝氏體(貝氏體溫區)。最終組織:回火馬氏體，下貝氏體回火屈氏體的形成(300,500?)由于回火溫度的升高，碳的擴散運動能力加強，過渡碳化物轉變成穩定滲碳體，馬氏體轉變為鉄素體，組織為:F上均勻分布極細的滲碳體，稱為“回火屈氏體”。F，FeC(彌散分3布)?回火屈氏體回火索氏體的形成(500,650?)鉄素體發生再結晶形成等軸晶鐵素體，同時細小的FeC顆粒不斷長大，得到平衡狀鐵素體3中分布著顆粒狀的碳化物混合組織，稱為“回火索氏體”。最終組織:等軸晶F，顆粒狀FeC3?回火索氏體回火組織性能:硬度和強度:硬度在200?以下變化不明顯，以后隨溫度的上升而下降，強度也如此;塑性:塑性隨回火溫度提高而提高;韌性:韌性變化的趨勢隨回火溫度的提高而提高。回火脆性:在回火過程中出現韌性下降的現象稱為回火脆性,主要是由于碳化物析出和長大所致。低溫回火回火溫度為150,200?，組織:回火馬氏體，性能:高硬度，硬度可達到58,64HRC，好的耐磨性應用:常用于軸承、冷作模具的熱處理。中溫回火回火溫度為350,500?組織:回火屈氏體性能:具有一定韌性，同時有高的彈性極限應用:彈簧鋼(如:65,70)和要求較高強度和一定韌性的工件，如刀桿、軸套等。高溫回火回火溫度為500,650?(淬火后進行高溫回火的工藝也稱為“調質”處理)組織:回火索氏體，性能:具有良好的綜合力學性能，尤其是沖擊韌性高。應用:可以直接進行機械加工。主要用于承受較大應力，特別是有沖擊應力場合下的結構零件，如各種軸、連桿、齒輪等。淬透性:是指鋼件在淬火時能獲得淬硬層(馬氏體)的深度。由于表面冷卻速度高于心部，所以從表面至心部的馬氏體的量存在一個分布，通常將馬氏體含量達到50,的深度作為淬硬層深度，用淬硬層深度來表征不同材料的淬透性。亞共析鋼:C??淬透性?過共析鋼C,?淬透性?合金元素中除Co外，絕大部分都使C曲線右移，提高淬透性加熱溫度的升高和保溫時間延長(FeC溶解充分)，穩定奧氏體，均可適當的提高鋼的淬透3性。表面熱處理:1、淬火工藝:將鋼件表面迅速加熱到奧氏體化后，急冷使表面層形成馬氏體。而心部組織不發生變化，這樣表面具有強硬特征而心部保持好的韌性。用于表面淬火用鋼大多為低C或中C鋼(即為亞共析鋼)。2、淬火組織:由于從表面到心部的溫度不同，淬火后在組織也不同表面:溫度>AC3，表面奧氏體化，淬火后得到細小的馬氏體(M)中間:溫度在AC1,AC3之間，加熱組織為A，F，淬火后得到M，F心部:溫度在AC1以下，加熱組織主要為F，淬火后仍為F化學熱處理:種類:滲C(形成FeC或C固溶)(彌散強化，固溶強化)3滲N(Fe(N)固溶)，(固溶強化)滲BFe(B)固溶，(固溶強化)C,N共滲(彌散強化，固溶強化)滲碳用鋼:低碳鋼或低碳合金鋼，淬火后心部得到低碳馬氏體，保持好的塑性和韌性第七章碳鋼的缺點:1.基本相(F、Fe3C)性能不夠好;2.淬透性低;3.使用溫度不能超過200?;4.沒有特殊性能，如耐腐蝕、抗氧化、高耐磨……。合金元素的作用:提高強度，塑韌性;提高淬透性;高溫強度、熱硬性;提高抗氧化、耐腐蝕、耐熱、耐磨、電磁等特殊性能按用途分類:合金結構鋼(工程構件，機械零件)，合金工具鋼(量具，模具，刀具)，特殊性能鋼(不銹鋼，耐蝕鋼，耐熱鋼，低溫鋼)合金結構鋼例:18Cr2Ni4WA,18，Cr2，Ni4，W，A牌號的組成為:兩位數字，元素符號和數字，字母。如:18Cr2Ni4WA其中第一部分兩位數字:碳含量的萬分之幾;C,0.18wt,第二部分的元素符號表示主要或關鍵合金元素，元素含量超過1.5,，則標注在元素符號的后面。如:Cr,2,，Ni,4,，W<1.5,第三部分的字母表示級別，如:A——優質鋼合金工具鋼例:9SiCr,9，Si，Cr牌號的組成和合金結構鋼基本相同，僅第一部分用一位數字表示含碳量的千分之幾，若含碳量大于1.0,的將這部分數字略去。如:9SiCr表示C,,0.9,，Si<1.5,，Cr<1.5,。CrWMn表示C,>1,，Cr、W、Mn<1.5,特殊性能鋼對于某些專門用途或特殊性能的鋼有特殊牌號。如滾動軸承鋼:GCr15、GCr6(分別含Cr1.5,和0.6,(千分之幾)，C>1%,G:滾動)弱(非)碳化物形成元素:Mn，Co，Ni，Al，Si等，基本上能溶入鐵素體使鋼的強度和硬度提高(固溶強化)，但韌性降低。作用是固溶強化和提高淬透性。強碳化物形成元素:Cr，Mo，W，V，Nb，Ti(前過渡族)等元素與碳的親合力比鐵強，一部分能溶入FeC形成合金滲碳體(Fe,M)C，另一部分則形成特殊碳化物，如:CrC，32363WC，NbC，TiC等，這些碳化物比滲碳體更高的熔點和更高的硬度(彌散強化)，并阻礙A體晶粒長大(細化晶粒)。作用是細化晶粒和彌散強化。對相圖的影響:1.擴大γ相區:元素Ni，Mn，W等促進奧氏體化，擴大γ區。原因是這些合金元素使A3線降低。這類元素也稱為γ相穩定化元素。如1Cr18Ni9Ti不銹鋼就是奧氏體類型鋼。2.擴大α區:元素Si，Cr等使A3線升高，擴大α區。如:加入一定量的Cr，Si可使γ區消失，得到全部鐵素體組織，如Cr17，Cr25，?屬于鐵素體不銹鋼。3.對S點(共析點)和E點(A最大C濃度)影響:一些添加元素(如:Cr、Mn)使S、E點左移，使共析鋼中的碳含量減少。如:4Cr13不銹鋼，其C,0.4,，但為過共析鋼。Mn,Cr使S點左移,Mn使A3線降低，Cr使A3線升高對奧氏體化及晶粒度的影響(升溫過程)(1)奧氏體化:Co可加速奧氏體化，大部分強碳化物合金元素(如Cr，Mo，W，V，Ti)都延緩奧氏體化過程。原因:這些強碳化物形成元素阻止Fe,C的遷移，減緩奧氏體的形成。(2)奧氏體的晶粒度:強碳化物形成元素，如V、Ti、Nb、Zr可以強烈阻止奧氏體晶粒生長;原因:合金碳化物彌散分布在A上，阻礙晶界遷移。對過冷奧氏體轉變的影響(降溫過程)C曲線移動:Co使C曲線左移，即:降低淬透性;Ni，Si，Mn，AlCu等(均為弱或非碳化物形成元素),使C曲線右移，即:提高淬透性。原因:穩定奧氏體對回火轉變的影響提高鋼的回火穩定性，產生二次硬化低合金高強度鋼成分:C?0.25,主要合金元素:Mn:W,3%,固溶于鐵素體(固溶強化)合金元素輔助合金元素:V，Ti，Nb，作用:形成VC，TiC，NbC等(彌散強化，細化晶粒)牌號:16Mn(舊)，兩位數字:C含量的萬分之幾;合金元素含量表示同前。Q345C(新)Q:屈服，345:屈服強度，C:等級熱處理:熱軋+空冷(相當于正火)組織:鉄素體，珠光體(或索氏體)，(F+P)或(F+S)性能:強度高，塑、韌性好。用途:制造橋梁、船舶、大型鋼架、農業機械等等。合金滲碳鋼成分:低碳合金鋼C:0.10-0.25,:保證淬火后，心部形成板條馬氏體，心部有好的韌性主要合金元素:Mn，Ni，Cr，B等，保證好的淬透性輔助合金元素:Ti，V，W等，用于形成穩定化合物，細化晶粒，提高回火穩定性。熱處理及組織:熱處理———表面滲碳，直接淬火，低溫回火(P.171)。組織——表面為過共析鋼:M+碳化物+A’，約HRC60;心部為亞共析鋼:M+A’，回回HRC30~50。性能:?心部韌性好?表面硬度高低淬透性滲碳鋼20Cr中淬透性滲碳鋼20CrMnTi高淬透性滲碳鋼18Cr2Ni4W調質鋼成分:C:0.35-0.50,屬于中碳鋼，主要合金元素:Cr，Mn，Ni，Si，B(弱碳化物元素)，提高淬透性，固溶強化，輔助合金元素:Mo，W，V(強碳化物元素)，提高回火穩定性。牌號低淬透性40Cr，40CrMn熱處理:調質處理，即:淬火，高溫回火組織:回火索氏體性能:高強度和高韌性的配合彈簧鋼成分:WC?0.5-0.9,——高C以保證高的彈性極限。主要合金元素Mn，Si——提高淬透性，提高ζS/ζb比，固溶強化。輔助元素Cr，Mo，W，V——提高耐回火性和沖擊韌性牌號:60Si2Mn熱處理:熱成形彈簧，材料加熱到奧氏體進行成型，再進行淬火+中溫回火回火溫度:450-550?。組織:回火屈氏體(T回)，HRC40~50冷成形彈簧，材料加熱到奧氏體化，然后在500-550?等溫，形成索氏體，冷加工產生加工硬化后冷成形，再在200-300?去應力退火。組織:索氏體性能:高彈性極限，高屈強(ζS/ζb)比;硬度適中，40,50HRC滾動軸承用鋼成分特點:?高碳:C,0.95,1.15%C，確保淬火后的硬度;?主合金元素:Cr，提高淬透性，形成細小的合金滲碳體，提高耐磨性和接觸疲勞性能(彌散強化);?輔助元素:Mn、Mo、V，形成碳化物，細化晶粒，彌散強化，以進一步提高耐磨性;鋼號:GCr15等。第一個字母G表示滾動軸承，碳含量通常在1.0,左右，不用標注，元素符號Cr后的數字為其含量的千分數(針對常用滾動軸承鋼)。性能要求:?高強度，高硬度(HRC60);?高的接觸疲勞抗力;?高的耐磨損能力熱處理:球化退火――機械加工――淬火、低溫回火――磨削精加工,產品。刃具鋼性能要求:?高硬度、高耐磨性一般都在HRC60以上;?高的紅硬性，指刃部受熱升溫后，刃具鋼仍能維持高硬度;?一定的韌性和塑性，防止崩刃。成分:(1)低合金鋼C,0.9-1.10,，高C量，保證硬度主要合金元素Cr，Mn，Si——提高淬透性(2)高速鋼,特殊鋼C,0.7-1.3,，高C量，保證硬度主要合金元素:Cr——提高淬透性;輔助合金元素:W，Mo，V(強碳化物形成元素)——提高紅硬性牌號:(1)低合金鋼:9SiCr，CrWMn(一位數字或無數字，C>1%))9SiCr熱硬性好，適合用于薄刃刀具和冷沖模具。(2)高速鋼:W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2(特殊鋼)W18Cr4V(C:0.7-0.8,)的熱硬性高，過熱傾向小，適合于制作車刀;W6Mo5Cr4V2(C:0.95-1.95,)的熱塑性和韌性較好，適合于制作麻花鉆頭。熱處理:(1)低合金鋼:以9CrSi為例，600,650?預熱、850,870?加熱奧氏體化、油淬(200?硝鹽浴分級)、190?低溫回火。該鋼的回火脆性溫度區在250?左右，回火溫度不許超過200?，硬度可以達到HRC60,63。(2)高速鋼:典型工藝過程為:鍛造――球化退火――機械加工――淬火、多次高溫回火――噴砂――磨刃――成品。預先熱處理(鍛造，球化退火):高速鋼的鑄錠中碳化物粗大，極不均勻，必需經過良好的鍛造。鍛造后進行球化退火。達到消除應力，為最終熱處理作好組織準備。最終熱處理(高溫淬火，多次回火):淬火(1)850?預熱，發生奧氏體轉變;(2)1200,1280?高溫加熱，合金碳化物充分溶解，保證奧氏體的含碳量在0.7%以上。(3)600?分級淬火，再空冷。回火:在540,560?多次高溫回火(至少3次);目的:獲得二次硬化，提高硬度和耐磨性。回火后的組織:回火馬氏體(黑色基體)，碳化物(白色)，少量殘余奧氏體。一般硬度可以保證在HRC62,64。模具鋼冷作模具鋼性能要求:?高硬度;?高的耐磨性;?足夠的韌性和耐疲勞抗力。成分:高C，C,1.0-2.0,，保證熱處理后