工程材料及成形工藝全套可編輯PPT課件共13個部分，包括緒論、工程材料的性能、工程材料的結(jié)構(gòu)、金屬材料的結(jié)晶、鋼的熱處理、工業(yè)用鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金、非金屬材料與新型材料、鑄造成形、鍛壓成形、焊接與膠接成形、材料及成形工藝的選擇。緒論

材料及成形技術(shù)的歷史1

工程材料的分類及應(yīng)用2

課程的目的、內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求3材料及成形技術(shù)來源于人類的生產(chǎn)實踐，具有悠久的發(fā)展歷史。公元前6000年到公元前5000年，我們的先人就可以使用黏土燒制陶器。夏朝時期，我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅。殷商時期，中國的青銅冶煉技術(shù)和鑄造技術(shù)已達到極高水平。1863年，光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用使人們對材料的認(rèn)識從宏觀轉(zhuǎn)向微觀。1932年，電子顯微鏡的發(fā)明使人們對微觀的認(rèn)識更深一步。20世紀(jì)70年代，人們把材料、能源與信息列為現(xiàn)代文明三大支柱。，0.1材料及成形技術(shù)的歷史工程材料是指工程制造時所用的材料，主要包括金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料三大類。金屬材料具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤，是目前用量最大、用途最廣泛的工程材料。非金屬材料種類繁多，而特點各不相同，主要包括塑料、橡膠和纖維等，在傳統(tǒng)工業(yè)和新興工業(yè)中均有廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料具有密度低、彈性好和強度高等特點，主要用于電子信息、航天航空等新興產(chǎn)業(yè)。0.2

工程材料的分類及應(yīng)用技術(shù)的歷史本書的主要內(nèi)容包括：①工程材料基礎(chǔ)知識（第1章～第4章）；②各種工程材料的特點與應(yīng)用（第5章～第8章）；③工程材料的成形工藝（第9章～第11章）；④零件的失效與選材（第12章）。機械材料及成形工藝是一門綜合性的基礎(chǔ)課程，具有綜合性強的特點，基礎(chǔ)概念多，與實際聯(lián)系密切，是一門集理論教學(xué)、實習(xí)和試驗為一體的課程。因此，在學(xué)習(xí)本課程時應(yīng)注重與生產(chǎn)實際相結(jié)合，同時要注意分析與理解。0.3

課程的目的、內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求第1章工程材料的性能材料的力學(xué)性能1材料的物理性能和化學(xué)性能2材料的工藝性能31.1

材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能是指材料在承受外加載荷時所表現(xiàn)出來的性能，包括強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等。1.1.1

強度和塑性材料的強度和塑性常用拉伸試驗來測定。GB/T228.1—2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》中規(guī)定了拉伸試驗的方法和拉伸試樣的制作標(biāo)準(zhǔn)。圖1-1

圓形標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣試驗前，將金屬材料制成一定形狀和尺寸的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，如圖1-1所示。圖中，L0為原始標(biāo)距，d0為圓形橫截面試樣的原始直徑，S0為原始橫截面積，Lu為斷后標(biāo)距，du為圓形橫截面試樣斷裂后縮頸處最小直徑，Su為斷后最小橫截面積。

試驗時，將標(biāo)準(zhǔn)試樣裝夾在拉伸試驗機上，緩慢進行拉伸。隨著拉伸力的不斷增加，試樣將發(fā)生變形直至斷裂。這樣，便得到了試樣應(yīng)變e隨應(yīng)力R變化的關(guān)系曲線，稱為應(yīng)力-應(yīng)變曲線。其中，e為試樣原始標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距之比的百分率，R為拉伸力與試樣的原始橫截面積之比。圖1-2

低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖如圖1-2所示為低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖?？梢钥闯?，低碳鋼試樣的拉伸過程可以分為以下幾個階段。

①

Oe段——彈性變形階段。在此階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈正比關(guān)系，去掉試驗力后，試樣能完全恢復(fù)到原來的形狀和尺寸。②

eL段——屈服階段。在點e之后，試樣產(chǎn)生不能完全恢復(fù)的永久變形，即塑性變形。當(dāng)應(yīng)力增大到ReH時，應(yīng)力保持不變而試樣的變形量卻繼續(xù)增加，這種現(xiàn)象稱為屈服。此時，在拉伸曲線上出現(xiàn)水平或鋸齒形線段。③

Lm段——均勻塑性變形階段。在此階段，應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而增加，表明試樣恢復(fù)了抵抗拉伸的能力。④

mk段——縮頸階段。在點m之后，試樣開始發(fā)生局部收縮，稱為縮頸。此時，變形所需的拉伸力逐漸降低。當(dāng)變形達到點k時，試樣在縮頸處斷裂。強度是指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。主要的強度指標(biāo)有屈服強度和抗拉強度等。1．強度屈服強度是指金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時所對應(yīng)的應(yīng)力。屈服強度應(yīng)區(qū)分為上屈服強度ReH和下屈服強度ReL，一般用下屈服強度作為衡量指標(biāo)，其計算公式為

（1-1）式中：FeL——試樣產(chǎn)生屈服時的拉伸力，N。1）屈服強度抗拉強度是指材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力，用Rm表示，其計算公式為

(1-2)

式中：Fm——試樣能承受的最大拉力,N。當(dāng)拉應(yīng)力超過Rm時，材料就會發(fā)生斷裂。2）抗拉強度塑性是指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。常用的塑性指標(biāo)有斷后伸長率和斷面收縮率。2．塑性試樣斷裂后標(biāo)距的殘余伸長量（Lu-L0

）與原始標(biāo)距（L0）之比的百分率稱為斷后伸長率，用A表示，其計算公式為

(1-3)1）斷后伸長率試樣斷裂后縮頸處橫截面積的最大縮減量（S0-Su

）與原始橫截面積（S0）之比的百分率稱為斷面收縮率，用Z表示，其計算公式為

(1-4)2）斷面收縮率金屬材料的斷后伸長率A和斷面收縮率Z數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。1.1.2

硬度硬度是指材料抵抗局部塑性變形的能力，它是衡量材料軟硬程度的力學(xué)性能指標(biāo)，常用壓入法測定。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。圖1-3布氏硬度的測定原理1．布氏硬度布氏硬度的測定原理如圖1-3所示。對一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直徑。圖1-3布氏硬度的測定原理布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比，即

（1-5）式中：F——試驗力，N；

D——球體直徑，mm；

d——壓痕平均直徑，mm。布氏硬度用符號HBW表示，書寫時，硬度數(shù)值位于符號前面，符號后面的數(shù)值依次是球體直徑（mm）、試驗力（kgf）和試驗力保持時間（10～15s時不標(biāo)注）。例如，350HBW5/750表示用直徑為5mm的硬質(zhì)合金球在750kgf試驗力下保持10～15s測定的布氏硬度值為350；600HBW1/30/20表示用直徑為1mm的硬質(zhì)合金球在30kgf試驗力下保持20s測定的布氏硬度值為600。

洛氏硬度的測定原理如圖1-4所示。在初試驗力F0和主試驗力F1的先后作用下，將壓頭（金剛石圓錐、鋼球和硬質(zhì)合金球）分2個步驟（先施加初試驗力F0，保持時間不超過3s，再施加主試驗力F1）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，卸除主試驗力，測量在初試驗力下的殘余壓痕深度h，用下式計算洛氏硬度值：

(1-6)2．洛氏硬度1—在初試驗力F0下的壓入深度；2—由主試驗力F1引起的壓入深度；

3—卸除主試驗力F1后的彈性回復(fù)深度；4—殘余壓入深度h；

5—試樣表面；6—測量基準(zhǔn)面；7—壓頭位置圖1-4

洛氏硬度的測定原理式中：N——給定標(biāo)尺的硬度數(shù)；

S——給定標(biāo)尺的單位。

實際測定時，可在硬度計的刻度盤上直接讀出洛氏硬度值。為了能用同一硬度計測定從極軟到極硬材料的硬度，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1—2009規(guī)定可采用不同類型的壓頭、試驗力和硬度公式，組合成A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，K，N，T共11種不同的洛氏硬度標(biāo)尺，其中常用的是A，B，C3種標(biāo)尺，分別記作HRA，HRB，HRC，其中HRC在生產(chǎn)中應(yīng)用最多。維氏硬度的測定原理如圖1-5所示。將兩相對面夾角為136°的正四棱錐金剛石壓頭以選定的試驗力F（N）壓入被測試樣表面，保持一定時間后，卸除試驗力，測量試樣壓痕兩對角線長度d1和d2，求其平均值d（mm）。維氏硬度值與試驗力除以壓痕表面積的商成正比，即

(1-7)3．維氏硬度實際測定時，維氏硬度值可根據(jù)壓痕對角線長度查表得出。

（a）壓頭（金剛石錐體）

（b）維氏硬度壓痕圖1-5

維氏硬度的測定原理維氏硬度用符號HV表示。書寫時，硬度數(shù)值位于符號前面，符號后面的數(shù)值依次是試驗力（kgf）和試驗力保持時間（10～15s時不標(biāo)注）。例如，640HV30/20表示用30kgf試驗力保持20s測定的維氏硬度值為640。1.1.3韌性

許多機械零件在工作時往往要受到?jīng)_擊載荷的作用。由于沖擊載荷的加載速度快，作用時間短，材料在承受沖擊時應(yīng)力分布與變形很不均勻，更容易使零件受到破壞。韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力，常用指標(biāo)是沖擊吸收能量K（J）。1．沖擊吸收能量沖擊吸收能量采用夏比擺錘沖擊試驗測定。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T229—2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》規(guī)定，將規(guī)定幾何形狀的缺口試樣（V型和U型）置于試驗機兩支座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打擊試樣，測定試樣的吸收能量K（J）。用字母V和U表示缺口幾何形狀，用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KV2。

2．材料的韌脆轉(zhuǎn)變一般把沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱為韌性材料。多數(shù)材料的沖擊韌性會隨溫度的下降而下降。當(dāng)溫度下降到某一溫度范圍時，沖擊吸收能量急劇下降，韌性材料轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈圆牧希@種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變，這一溫度范圍稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，如圖1-6所示。材料的工作溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，容易發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞。因此，在選擇材料時，應(yīng)考慮其工作環(huán)境的最低溫度要高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。圖1-6

韌脆轉(zhuǎn)變溫度示意圖3．多次沖擊實際生產(chǎn)中，零件經(jīng)過一次沖擊就發(fā)生斷裂的情況極少，許多零件都是在多次沖擊后才斷裂，而且所承受的沖擊能量也遠(yuǎn)小于一次沖斷的能量，這種沖擊稱為多次沖擊。多次沖擊多次沖擊試驗在多次沖擊試驗機上進行，試樣受到試驗機錘頭的小能量多次沖擊。在一定的沖擊能量下，將試樣斷裂前的沖擊次數(shù)作為多次沖擊抗力指標(biāo)，稱為多沖抗力。多沖抗力材料的沖擊抗力取決于材料強度和塑性的綜合性能，條件不同，強度和塑性的作用也不同。大能量一次沖擊時，其沖擊抗力主要取決于塑性；而小能量多次沖擊時，其多沖抗力主要取決于強度。1.1.4疲勞強度在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的最大應(yīng)力通常都低于材料的屈服強度，但經(jīng)過一定時間的工作后，零件會產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂前，零件無明顯塑性變形，斷裂往往突然發(fā)生，常會造成嚴(yán)重事故，因此具有很大的危險性。據(jù)統(tǒng)計，大部分機械零件的損壞都是由疲勞引起的。材料在循環(huán)應(yīng)力作用下經(jīng)受無數(shù)次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限或疲勞強度。材料疲勞極限的測定通常是在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機上進行的。材料承受的交變應(yīng)力R與斷裂循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系可用R-N曲線來表示，如圖1-7所示。圖1-7

R-N曲線由圖1-7所示可知，應(yīng)力值R越低，斷裂前的循環(huán)次數(shù)越多。當(dāng)應(yīng)力降低到某一值后，R-N曲線與橫坐標(biāo)軸平行，這表示當(dāng)應(yīng)力低于此值時，材料可經(jīng)受無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂，此時的應(yīng)力值即為疲勞極限。當(dāng)循環(huán)應(yīng)力對稱時，疲勞極限可用R-1表示。實際上，金屬材料不可能做無數(shù)次交變載荷試驗。通常規(guī)定，鋼鐵材料的N取107，有色金屬的N取108。1.2材料的物理性能和化學(xué)性能1.2.1材料的物理性能

材料的物理性能主要包括密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。密度是指單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。根據(jù)密度的大小不同，金屬材料可分為輕金屬和重金屬兩大類。密度小于5g/cm3的金屬稱為輕金屬，如鋁、鎂、鈦及它們的合金；密度大于5g/cm3的金屬稱為重金屬，如鐵、鉛、鎢等。1、密度純金屬都有固定的熔點。根據(jù)熔點的不同，金屬一般可分為難熔金屬和易熔金屬。熔點高的金屬稱為難熔金屬，熔點低的金屬稱為易熔金屬。2、熔點導(dǎo)熱性是指材料傳導(dǎo)熱量的能力，通常用熱導(dǎo)率來衡量。熱導(dǎo)率的符號為λ，單位為W/（m·K）。熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越好。大多數(shù)金屬材料都具有良好的導(dǎo)熱性，其中，銀、銅、鋁的導(dǎo)熱性最好。純金屬的導(dǎo)熱性比合金好。3、導(dǎo)熱性導(dǎo)電性是指金屬材料傳導(dǎo)電流的能力，通常用電導(dǎo)率來衡量。電導(dǎo)率越大，金屬材料的導(dǎo)電性越好。所有金屬材料都具有導(dǎo)電性，其中以銀最好，銅、金次之。純金屬的導(dǎo)電性比合金好。4、導(dǎo)電性熱膨脹性是指金屬材料隨溫度變化而膨脹、收縮的特性，常用線膨脹系數(shù)來表示。一般來說，金屬受熱時膨脹，體積增大；冷卻時收縮，體積減小。膨脹系數(shù)越大，金屬熱脹冷縮的程度就越大。

5、熱膨脹性金屬材料可分為鐵磁性材料、順磁性材料和抗磁性材料3種。其中，鐵磁性材料在外磁場中能強烈地被磁化，如鐵、鈷等；順磁性材料在外磁場中只能微弱地被磁化，如錳、鉻等；抗磁性材料能抗拒或削弱外磁場對材料本身的磁化作用，如銅、鋅等。鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動機和測量儀表等；抗磁性材料可用于制造要求避免電磁場干擾的零件，如航海羅盤等。溫度升高到一定數(shù)值時，鐵磁性材料的磁疇會被破壞，變?yōu)轫槾判圆牧?，這個轉(zhuǎn)變溫度稱為居里點。例如，鐵的居里點為770℃。

6、磁性1.2.2材料的化學(xué)性能

材料的化學(xué)性能是指材料在常溫或高溫下，抵抗外界介質(zhì)侵蝕的能力，一般包括耐腐蝕性和抗氧化性。1．耐腐蝕性耐腐蝕性是指金屬材料在常溫下抵抗氧氣、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕的能力。碳鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差，鈦及其合金、不銹鋼的耐腐蝕性好，鋁合金和銅合金也有較好的耐腐蝕性。1．抗氧化性

抗氧化性是指金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力。金屬材料的氧化過程會隨其溫度的提高而加速。工業(yè)鍋爐、加熱設(shè)備和汽輪機等設(shè)備上在高溫下工作的零件，要求所用零件材料具有良好的抗氧化性。1.3

材料的工藝性能用材料制造各種零件和構(gòu)件時，首先需要對其進行各種加工。因此，在了解材料力學(xué)性能的同時，還必須了解其各種加工工藝性能。根據(jù)不同的工藝方法，材料的工藝性能主要包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。1.3.1鑄造性能鑄造性能是指金屬材料在鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部無缺陷鑄件的能力，主要包括流動性、收縮性和偏析傾向等。1.3.2鍛造性能鍛造性能是指金屬材料用鍛壓加工方法成形的能力。它主要取決于金屬材料的塑性和變形抗力。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。1.3.3焊接性能

焊接性能是指金屬材料能焊接成具有一定使用性能的焊接接頭的特性。焊接性能的好壞與材料的化學(xué)成分及采用的工藝有關(guān)。鋼材中對焊接性能影響最大的是碳，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其焊接性能越差。一般來說，低碳非合金鋼的焊接性能優(yōu)良，高碳非合金鋼的焊接性能較差，鑄鐵的焊接性能很差。合金元素對焊接性能也有影響，所以合金鋼的焊接性能比非合金鋼差。1.3.4切削加工性能切削加工性能是指切削加工金屬材料的難易程度。它一般用切削后的表面質(zhì)量和刀具壽命來表示。影響切削加工性能的因素主要有工件的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、硬度和塑性等。改變鋼的化學(xué)成分和進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可提高鋼的切削加工性能。金屬材料具有適當(dāng)?shù)挠捕群妥銐虻拇嘈詴r切削加工性能良好。1.3.5熱處理工藝性能熱處理工藝性能是指金屬材料經(jīng)熱處理可使性能順利改善的性質(zhì)。對于鋼而言，熱處理工藝性能主要包括淬透性、淬硬性、氧化和脫碳、變形及開裂等，它與材料的化學(xué)成分緊密相關(guān)。常見的熱處理方法有退火、正火、淬火、回火及表面熱處理等。工程材料的性能熱處理工藝性能切削加工性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能工藝性能強度疲勞強度屈服強度韌性硬度塑性抗拉強度布氏硬度維氏硬度洛氏硬度熱膨脹性耐腐蝕性抗氧化性鑄造性能鍛造性能焊接性能磁性密度熔點導(dǎo)熱性導(dǎo)電性斷后伸長率斷面收縮率知識框架梳理ThankYou!第2章工程材料的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)4材料的結(jié)合方式1合金的晶體結(jié)構(gòu)32金屬的晶體結(jié)構(gòu)5高分子材料的結(jié)構(gòu)2.1材料的結(jié)合方式2.1.1結(jié)合鍵物質(zhì)是由原子、離子或分子通過相互作用結(jié)合而成的，這種相互作用力稱為結(jié)合鍵。結(jié)合鍵通?？煞譃榻Y(jié)合力較強的離子鍵、共價鍵及金屬鍵和結(jié)合力較弱的分子鍵及氫鍵。金屬材料的結(jié)合鍵主要是金屬鍵，如圖2-1所示。金屬的結(jié)構(gòu)特點是外層電子少，很容易失去電子。當(dāng)金屬原子相互靠近時，外層電子會脫離原子，成為自由電子，脫落下來的自由電子不是專屬于某個金屬離子，而是均勻分布于金屬中，形成遍布整個金屬的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起。圖2-1

金屬鍵結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)金屬鍵的結(jié)合特點可以解釋金屬晶體的一般性能。(1)、由于金屬中存在自由電子，容易形成電流，因而具有良好的導(dǎo)電性；(2)、自由電子的易動性使得金屬具有良好的導(dǎo)熱性；(3)、金屬原子移動一定位置后仍然保持金屬鍵，使得金屬具有很好的變形能力；(4)、自由電子可以吸收光的能量，因此金屬不透明；(5)、自由電子所吸收的能量在電子回復(fù)到原來狀態(tài)時產(chǎn)生輻射，使金屬具有光澤。2.1.2晶體與非晶體晶體是指原子在三維空間有規(guī)則地周期性重復(fù)排列的物質(zhì)，如金剛石、石墨、固態(tài)金屬等；非晶體是指原子在空間無規(guī)則排列的物質(zhì)，如松香、玻璃、瀝青等。晶體一般有規(guī)則的外形、固定的熔點，在各個方向上原子密度不同，因而表現(xiàn)出各向異性；而非晶體沒有規(guī)則的外形、固定的熔點，在各個方向上原子的密度大致相同，因而表現(xiàn)出各向同性。2.2.1晶體結(jié)構(gòu)的基本概念1．晶格2.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)

為了便于分析金屬晶體中原子排列的幾何規(guī)律，用一些假想的直線將各原子中心連接起來，形成一個空間格架，如圖2-2（b）所示。這種抽象的、用于描述原子排列規(guī)律的空間格架稱為晶格。2．晶胞由于晶體中的原子在三維空間做有規(guī)律的重復(fù)排列，因此，在研究晶體結(jié)構(gòu)時，通常只從晶格中取一個能夠完全反映晶格特征的、最小的幾何單元進行分析，這個最小的幾何單元稱為晶胞，如圖2-2（c）所示。晶胞的大小和形狀可用晶胞的3條棱邊長a，b，c和棱邊夾角α，β，γ描述，其中，a，b，c稱為晶格常數(shù)或點陣常數(shù)。（a）晶體結(jié)構(gòu)

（b）晶格

（c）晶胞圖2-2

晶體原子排列示意圖2.2.2典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)由于金屬鍵具有較強的結(jié)合力，使得金屬原子總是趨于緊密排列，因此，大多數(shù)金屬晶體都具有高對稱性的簡單晶體結(jié)構(gòu)，約90%的金屬晶體都屬于以下3種晶格類型：體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。1．體心立方晶格

（a）質(zhì)點模型（b）剛球模型

（c）晶胞實際原子數(shù)圖2-3

體心立方晶胞2．面心立方晶格Q

如圖2-4所示，面心立方晶格的晶胞也是一個正立方體，立方體的8個頂角和6個面的中心各排列著1個原子。晶胞頂角上的原子為8個晶胞所共有，面上的原子為兩個晶胞所共有，因此，晶胞中實際原子數(shù)為1/8×8+1/2×6=4(個)，晶格常數(shù)為a，致密度K=0.74。具有面心立方晶格的金屬有γ-Fe，Al，Cu，Ni，Au，Ag等。

3．密排六方晶格（a）質(zhì)點模型（b）剛球模型

（c）晶胞實際原子數(shù)圖2-5密排六方晶胞2.2.3實際的金屬晶體結(jié)構(gòu)1．單晶體與多晶體圖2-6多晶體的結(jié)構(gòu)示意圖如果一塊晶體內(nèi)部的晶格位向完全一致，則稱該晶體為單晶體。實際的金屬材料即使在體積很小的情況下也包含有許多外形不規(guī)則的小晶體，稱為多晶體，如圖2-6所示。這種外形不規(guī)則、呈顆粒狀的小晶體稱為晶粒。晶粒與晶粒的交界面稱為晶界。2．晶體缺陷在實際晶體中，原子的排列并不像理想晶體那樣規(guī)則和完整。由于許多因素（如結(jié)晶條件、原子熱運動及加工條件等）的影響，某些區(qū)域的原子排列會受到干擾和破壞，這種區(qū)域稱為晶體缺陷。根據(jù)晶體缺陷的特征，可將其分為3類：點缺陷、線缺陷和面缺陷。1)點缺陷點缺陷是指在三維尺度上都很小，不超過幾個原子直徑的缺陷。常見的點缺陷有空位、間隙原子和置換原子，如圖2-7所示。（a）空位（b）間隙原子（c）置換原子圖2-7

點缺陷在點缺陷附近，由于原子間作用力的平衡遭到破壞，使其周圍的其他原子發(fā)生靠攏或撐開的不規(guī)則排列，這種變化稱為晶格畸變。晶格畸變會使晶體的電阻率增大，強度、硬度升高，塑性、韌性下降。2）線缺陷線缺陷是指在某一方向上尺寸較大而另外兩個方向上尺寸很小的晶體缺陷，其具體形式是位錯。位錯是指晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了位置錯動而形成的缺陷。位錯主要有兩種不同形式：刃型位錯和螺型位錯。

如圖2-8所示，多余的半原子面DEFG像刀刃一樣垂直插入晶面ABC上，使晶面ABC上下兩部分晶體的原子產(chǎn)生了錯排現(xiàn)象，這種缺陷稱為刃型位錯。刀片的刃口線（DE線）稱為位錯線。如圖2-9所示，晶體右上部的原子相對于下部的原子向后錯動一個原子間距，即右上部相對于下部晶面發(fā)生錯動，若將錯動區(qū)的原子用線連接起來，則具有螺旋型特征，這種缺陷稱為螺型位錯。

（a）（b）圖2-8

刃型位錯示意圖（a）（b）圖2-9

螺型位錯示意圖3）面缺陷面缺陷是指在兩個方向上尺寸較大，而在第三個方向上尺寸很小，呈面狀分布的晶體缺陷，主要包括晶界和亞晶界。晶界是不同位向晶粒之間的過渡區(qū)。晶界上的原子受相鄰晶粒的影響處于折中位置，如圖2-10所示。在實際金屬的每個晶粒內(nèi)部，其晶格位向也并非完全一致，而是存在一些尺寸很小、位向差也很?。ㄍǔＰ∮?°）的小晶塊，這些小晶塊稱為亞晶粒，亞晶粒之間的界面稱為亞晶界，如圖2-11所示。圖2-10

晶界過渡結(jié)構(gòu)示意圖圖2-11

亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖2.3合金的晶體結(jié)構(gòu)由于純金屬的強度、硬度、耐磨性等機械性能都很低，因此，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的不是純金屬，而是根據(jù)性能要求制備的各種不同成分的合金。合金是指兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。2.3.1合金的基本概念1．組元組元是指組成合金的最基本的、獨立的物質(zhì)。組元通常是組成合金的元素由2個組元組成的合金稱為二元合金。由3個組元組成的合金稱為三元合金，由3個以上組元組成的合金稱為多元合金。2．合金系

合金系是指由給定組元按不同比例配制出的一系列成分不同的合金。例如，各種牌號的碳鋼就是由不同鐵、碳含量的合金所構(gòu)成的鐵碳合金系。3．相相是指在合金中具有相同的成分、晶體結(jié)構(gòu)及性能，并以界面相互分開的均勻組成部分。例如，固液共存系統(tǒng)中的相有固相和液相兩種。合金結(jié)晶后可以是由一種相組成的單相合金，也可以是由若干種相組成的多相合金。4．組織合金的組織是指由一種或多種相以不同的形態(tài)、尺寸、數(shù)量和分布形式而組成的綜合體，通常需要在金相顯微鏡下進行觀察。只有一種相組成的組織稱為單相組織，由幾種不同的相組成的組織稱為多相組織。2.3.2

合金的相結(jié)構(gòu)合金的性能取決于組織，而組織又取決于其組成相的性質(zhì)。固態(tài)合金的基本相可分為固溶體和金屬化合物兩大類。1．固溶體

固溶體是指溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑的晶格中所組成的合金相。兩組元在液態(tài)下互溶，固態(tài)下也相互溶解，且形成均勻一致的物質(zhì)。形成固溶體時，含量多者為溶劑，含量少者為溶質(zhì)；溶劑的晶格即為固溶體的晶格。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占位置的不同，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體兩種。置換固溶體是指溶質(zhì)原子置換溶劑中的部分原子，并且占據(jù)溶劑晶格的某些節(jié)點位置所形成的固溶體，如圖2-12（a）所示。一般來說，當(dāng)溶劑和溶質(zhì)的原子半徑比較接近時容易形成置換固溶體。間隙固溶體是指溶質(zhì)原子填入溶劑晶格間隙中形成的固溶體，如圖2-12（b）所示。研究表明，只有在溶質(zhì)原子半徑與溶劑原子半徑的比值小于0.59時，才有可能形成間隙固溶體。一般原子半徑較小的H，O，C，B，N等元素與過渡族金屬都可形成間隙固溶體。1）置換固溶體2）間隙固溶體（a）置換固溶體（b）間隙固溶體圖2-12

固溶體在固溶體中，由于溶質(zhì)原子的溶入，溶劑的晶格會發(fā)生一定程度的畸變。溶質(zhì)原子與溶劑原子的半徑差越大，溶入的溶質(zhì)原子越多，晶格畸變就越嚴(yán)重。晶格畸變會增大位錯運動的阻力，提高合金的強度和硬度。這種通過形成固溶體使金屬強度、硬度提高的方法稱為固溶強化。固溶強化是提高合金力學(xué)性能的重要途徑之一。在溶質(zhì)含量適當(dāng)時，固溶強化可顯著提高材料的強度和硬度，而塑性和韌性不會顯著降低。2．金屬化合物

金屬化合物是指合金組元相互作用形成的晶格結(jié)構(gòu)和特性完全不同于任一組元的新相，一般可用分子式表示。金屬化合物一般具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，熔點高，硬而脆。合金中含有金屬化合物時，合金的強度、硬度會提高，而塑性、韌性會降低。以金屬化合物作為強化相強化金屬材料的方法稱為第二相強化。圖2-13

滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)滲碳體是鐵與碳相互作用形成的一種重要的金屬化合物，其鐵原子與碳原子個數(shù)之比為3∶1，故可用Fe3C表示，如圖2-13所示。2.4陶瓷材料的結(jié)構(gòu)

陶瓷材料是由金屬和非金屬元素的化合物構(gòu)成的多晶體固體材料，結(jié)構(gòu)比金屬復(fù)雜得多。通過顯微結(jié)構(gòu)分析可知，陶瓷材料的組織結(jié)構(gòu)由晶體相、玻璃相和氣相組成。2.4.1

晶體相

晶體相是陶瓷的主要組成相，由固溶體或化合物組成。陶瓷中有多種晶相體，其中主晶相決定著陶瓷的力學(xué)、物理、化學(xué)性能。常見的晶體相結(jié)構(gòu)有硅酸鹽結(jié)構(gòu)和氧化物結(jié)構(gòu)兩種。2.4.2玻璃相玻璃相是一種非晶態(tài)的低熔點固態(tài)相，其主要作用是：①將分散的晶相黏結(jié)起來，填充晶相之間的空隙，提高材料的密度；②降低燒結(jié)溫度，促進燒結(jié)；③阻止晶體的轉(zhuǎn)變，抑制晶體長大；④獲得一定的玻璃特性，如透光性等。但玻璃相的熔點低，相對陶瓷的機械強度、介電性能、耐熱性能等是不利的，因此陶瓷中玻璃相的體積分?jǐn)?shù)需要控制在20%～40%的范圍內(nèi)。2.4.3

氣相

氣相是陶瓷在燒制過程中組織內(nèi)部殘留下來的氣孔。根據(jù)氣孔的情況，陶瓷分為致密陶瓷、無開孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外，氣孔對陶瓷都是不利的。氣孔不但會降低陶瓷的強度，還容易造成應(yīng)力集中，往往是裂紋產(chǎn)生的根源。一般來說，普通陶瓷的氣孔率為5%～10%，特種陶瓷的氣孔率要小于5%。2.5高分子材料的結(jié)構(gòu)

高分子化合物是由一種或幾種較簡單的小分子化合物通過聚合反應(yīng)，以一定的方式重復(fù)連接起來形成的相對分子質(zhì)量大于104的有機物，它具有鏈狀結(jié)構(gòu)，其中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元稱為鏈節(jié)。能組成高分子化合物的小分子化合物稱為單體，單體轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻肿踊衔锏倪^程稱為聚合。所以，高分子化合物也可稱為聚合物或高聚物。

高分子材料的結(jié)構(gòu)主要是指高分子化合物的結(jié)構(gòu)。按研究單元不同，高分子化合物的結(jié)構(gòu)可分為高分子鏈結(jié)構(gòu)（分子內(nèi)結(jié)構(gòu)）和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（分子間結(jié)構(gòu)）。2.5.1高分子鏈結(jié)構(gòu)（a）線型

（b）支鏈型

（c）體型圖2-14

高分子鏈結(jié)構(gòu)1）線型分子鏈

線型分子鏈?zhǔn)怯稍S多鏈節(jié)組成的長鏈，一般卷曲成不規(guī)則的線團狀，其分子的直徑與長度之比可達1∶1000。這類結(jié)構(gòu)的高分子化合物具有加熱能軟化或熔化、冷卻能變硬的可逆物理特性，稱為熱塑性。這類化合物具有良好的彈性和塑性，較低的硬度，易于加工成形，并可重復(fù)使用。2）支鏈型分子鏈

支鏈型分子鏈的高分子主鏈上帶有一些長或短的小支鏈，整個分子呈枝狀。這類結(jié)構(gòu)的高分子化合物的性能和加工特性都與線型分子鏈高分子化合物相似。3）體型分子鏈體型分子鏈的高分子鏈之間通過許多支鏈相互交聯(lián)，空間形態(tài)呈網(wǎng)狀。這類結(jié)構(gòu)的高分子化合物硬度高，有良好的耐熱性和強度，但脆性大，彈性和塑性低，只能在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)前進行一次性成形，不能重復(fù)成形，這種性質(zhì)稱為熱固性。2.5.2

聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高分子材料內(nèi)部高分子鏈之間的幾何排列或堆砌結(jié)構(gòu)。它是在加工成形過程中形成的，具有相同高分子鏈結(jié)構(gòu)的同一種高聚物，若加工成形條件不同，則聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不同，性能也不相同。

圖2-15

高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)

按分子排列是否有序，高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)可分為晶態(tài)結(jié)構(gòu)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)兩種，如圖2-15所示。

1）晶態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)結(jié)構(gòu)的高分子鏈排列規(guī)則有序，分子間作用力大，分子鏈運動困難，其熔點、強度、剛度和耐熱性等性能好。晶態(tài)結(jié)構(gòu)中的高分子鏈又可分為橫向有序排列和縱向有序排列兩種情況。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)即無規(guī)則排列的無定形結(jié)構(gòu)，其中高分子鏈的排列雜亂無規(guī)則。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的分子間作用力小，分子鏈運動比晶態(tài)結(jié)構(gòu)容易，其彈性、韌性好，伸長率大。2）非晶態(tài)結(jié)構(gòu)知識框架梳理工程材料的結(jié)構(gòu)金屬化合物固溶體材料的結(jié)合方式金屬的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)基本概念晶體與非晶體晶格晶胞結(jié)合鍵實際結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)（組元、合金、相、組織）體心立方晶格密排六方晶格面心立方晶格支鏈型分子鏈基本概念晶體結(jié)構(gòu)晶體相玻璃相氣相體型分子鏈高分子鏈結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)線型分子鏈單晶體與多晶體晶體缺陷高分子材料的結(jié)構(gòu)點缺陷面缺陷線缺陷晶態(tài)結(jié)構(gòu)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)ThankYou!第3章金屬材料的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶1鐵碳合金的結(jié)晶32金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變3.1純金屬的結(jié)晶

從廣義上講，金屬從一種原子排列狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子規(guī)則排列狀態(tài)的過程均屬于結(jié)晶過程。通常把金屬從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w晶態(tài)的過程稱為一次結(jié)晶，而把金屬從一種固體晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固體晶態(tài)的過程稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。3.1.1

結(jié)晶的條件

由圖3-1可以看出，當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度T0時，結(jié)晶并未開始，而是繼續(xù)冷卻到T0以下的某一溫度T1才開始結(jié)晶。這種實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象稱為過冷。理論結(jié)晶溫度T0與實際結(jié)晶溫度T1之差稱為過冷度，用ΔT表示，即（3-1）圖3-1

純金屬結(jié)晶的冷卻曲線

過冷度的大小與冷卻速度、金屬的性質(zhì)和純度等因素有關(guān)。冷卻速度越大，金屬越純，過冷度越大。試驗證明，金屬都是在過冷情況下結(jié)晶的，所以，過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。金屬結(jié)晶時會釋放出結(jié)晶潛熱，它可以補償向外散失的熱量，使液態(tài)金屬的溫度保持不變，因此冷卻曲線上會出現(xiàn)一個平臺。直到金屬結(jié)晶完畢，不再有潛熱放出時，溫度才繼續(xù)降低。3.1.2

結(jié)晶的過程圖3-2

金屬的結(jié)晶過程示意圖液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是一個晶核形成和長大的過程。液態(tài)金屬結(jié)晶時，首先在液體中形成一些極微小的晶體，稱為晶核，然后它們不斷吸收周圍的原子而長大。同時，液體中又會不斷地產(chǎn)生新的晶核并逐漸長大，直至液態(tài)金屬全部結(jié)晶。金屬的結(jié)晶過程如圖3-2所示。晶核的形成方式有兩種：自發(fā)形核和非自發(fā)形核1．晶核的形成1）自發(fā)形核在液態(tài)金屬非常純凈時，其內(nèi)部存在大量尺寸不同的短程有序原子集團。在理論結(jié)晶溫度以上時，這些原子集團極不穩(wěn)定，但當(dāng)溫度降低到結(jié)晶溫度以下，且達到足夠大的過冷度時，某些大于一定尺寸的原子集團可以穩(wěn)定下來，成為結(jié)晶核心。這種由液態(tài)金屬本身的原子集團發(fā)展成一定尺寸晶核的過程稱為自發(fā)形核或均勻形核。2）非自發(fā)形核

實際金屬中總會或多或少地存在一些雜質(zhì)，當(dāng)雜質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)與金屬的相似或相當(dāng)時，金屬原子就會以它們?yōu)榛仔纬山Y(jié)晶核心，這種形核方式稱為非自發(fā)形核或非均勻形核。非自發(fā)形核在金屬結(jié)晶過程中所需的過冷度比自發(fā)形核小得多，起優(yōu)先和主導(dǎo)作用。2．晶核的長大晶體主要以樹枝狀方式長大。開始時，晶核外形比較規(guī)則。在晶體繼續(xù)長大的過程中，由于晶核的尖角處散熱和對流條件好，容易獲得液態(tài)金屬原子，所以生長速度較快，形成晶體的主干，稱為一次晶軸。隨著結(jié)晶過程的發(fā)展，逐漸長出二次晶軸、三次晶軸等，如此不斷生長和發(fā)展下去，最終形成樹枝狀晶體，簡稱枝晶，如圖3-3所示。各晶軸不斷生長變粗，直到相互接觸，晶軸間液體消耗完畢，形成一顆顆晶粒。圖3-3

枝晶生成過程示意圖3.1.3

結(jié)晶后晶粒的大小及控制實際金屬結(jié)晶后，一般都會形成由許多晶粒組成的多晶體。在多晶體中，晶粒的大小對其力學(xué)性能的影響很大。一般來說，晶粒越細(xì)小，金屬的強度越高，塑性和韌性越好。所以，細(xì)化晶粒是提高金屬材料力學(xué)性能的一個重要途徑。細(xì)化晶粒的主要方法有增大過冷度、變質(zhì)處理和附加振動等。1．增大過冷度增大過冷度的方法主要是提高液態(tài)金屬的冷卻速度。提高冷卻速度的方法主要有采用散熱快的金屬鑄型、降低金屬鑄型的預(yù)熱溫度、減小涂料層的厚度、采用水冷鑄型等。但此方法只適用于小型或薄壁鑄件，對大型鑄件的效果不明顯。2．變質(zhì)處理大型鑄件外部表面的冷卻速度快，而內(nèi)部中心的冷卻速度慢，用增大過冷度的方法無法使整個鑄件都獲得細(xì)小均勻的晶粒。對于這種鑄件，為了獲得細(xì)小均勻的晶粒，可在液體金屬中加入變質(zhì)劑或孕育劑，增加非自發(fā)晶核的數(shù)量或阻礙晶核的長大，從而達到細(xì)化晶粒的目的，這種方法即為變質(zhì)處理。3．附加振動在金屬結(jié)晶過程中，對其采用機械振動、超聲波振動、電磁振動及攪拌等方法，可使枝晶破碎、折斷，這樣不僅使已形成的晶粒因破碎而細(xì)化，而且破碎了的細(xì)小枝晶又可起到新晶核的作用，增加了結(jié)晶核心，可達到晶粒細(xì)化的目的。3.2金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

大多數(shù)金屬在結(jié)晶后晶格類型不再發(fā)生變化，但也有少數(shù)金屬在結(jié)晶后晶格類型會隨溫度的變化而變化，如鐵、鈷、鈦、錫、錳等。這種同一種金屬在固態(tài)下隨著溫度的變化，由一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變得到的不同晶格類型的晶體稱為同素異構(gòu)體。

圖3-4

純鐵在結(jié)晶時的冷卻曲線

圖3-4所示為純鐵在結(jié)晶時的冷卻曲線。液態(tài)純鐵在1538℃時開始結(jié)晶，形成具有體心立方晶格的δ-Fe。當(dāng)溫度冷卻到1394℃時發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，體心立方晶格的δ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe。再冷卻至912℃時又發(fā)生一次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，面心立方晶格的γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格的α-Fe。再繼續(xù)冷卻，純鐵的晶格類型不再發(fā)生變化。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程相似，故稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。在發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時，金屬也需要過冷并在恒溫下進行，新晶體的形成也是形核與長大的過程。但由于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下進行的，其原子擴散比較困難，故轉(zhuǎn)變時需要較大的過冷度。3.3鐵碳合金的結(jié)晶合金的種類繁多，應(yīng)用廣泛，其中以鐵碳合金的應(yīng)用最為廣泛。鐵碳合金是碳鋼和鑄鐵的統(tǒng)稱，碳鋼和鑄鐵是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的金屬材料。因此，本節(jié)只講述鐵碳合金的結(jié)晶，要學(xué)習(xí)鐵碳合金的結(jié)晶，首先必須要了解二元合金相圖和鐵碳合金的基本組織。3.3.1

合金相圖及相圖的建立

相圖是表示合金系在平衡條件下，在不同溫度、成分下各相關(guān)系的圖解，又稱為平衡圖或狀態(tài)圖。二元合金相圖是以溫度為縱坐標(biāo)、以材料的成分為橫坐標(biāo)建立的，步驟如下：①配制出不同成分的二元合金；②測出每種合金的冷卻曲線，并找出曲線上的臨界點（轉(zhuǎn)折點）；③將臨界點標(biāo)在成分-溫度坐標(biāo)系中相應(yīng)的合金成分線上；④將意義相同的臨界點連接起來，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字和字母。3.3.2鐵碳合金的組元及其中的相鐵碳合金中的主要組元有純鐵和滲碳體。1．鐵碳合金的組元1）純鐵純鐵的熔點為1538℃，其具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特征。純鐵在室溫下的力學(xué)性能大致為：抗拉強度，斷后伸長率，斷面收縮率，布氏硬度為50～80HBW。2）滲碳體滲碳體是由鐵和碳形成的金屬化合物，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，可用表示。滲碳體的含碳量為6.69%，硬度很高（800HBW），塑性和韌性幾乎為0，脆性很大。滲碳體是鐵碳合金中的主要強化相，其形狀、數(shù)量、大小及分布對合金的性能有很大影響。2．鐵碳合金的相1）鐵素體

鐵素體是碳溶于α-Fe中形成的間隙固溶體，用符號F或α表示。鐵素體仍保持α-Fe的體心立方晶格。鐵素體中碳的溶解度極小，室溫時約為0.0008%，在727℃時碳的溶解度最大，僅為0.0218%。鐵素體的力學(xué)性能與工業(yè)純鐵相似，即強度、硬度較低，塑性、韌性較好。2）奧氏體

奧氏體是碳溶于γ-Fe中形成的間隙固溶體，用符號A或γ表示。奧氏體仍保持γ-Fe的面心立方晶格。奧氏體中碳的溶解度較大，在727℃時為0.77%，在1148℃時最大，為2.11%。奧氏體的強度、硬度不高，塑性很好，因此，鋼材的壓力加工一般都是加熱到奧氏體狀態(tài)進行的。3）珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體組成的混合物，用符號P表示。珠光體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77%，力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高（Rm

=770MPa），硬度適中（180HBW），有一定的塑性（A11.3=20%～35%）。4）萊氏體萊氏體（高溫萊氏體）是含碳量大于2.11%的鐵碳合金從液態(tài)緩慢冷卻至1148℃時，從液相中同時結(jié)晶出奧氏體和滲碳體的混合物，用符號Ld表示。溫度繼續(xù)降低到727℃以下時，高溫萊氏體中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，由珠光體和滲碳體組成的混合物稱為變態(tài)萊氏體（低溫萊氏體），用符號Ld’表示。由于萊氏體和變態(tài)萊氏體中有大量滲碳體存在，故其性能與滲碳體相似，即硬而脆。3.3.3Fe-Fe3C相圖分析

在鐵碳合金中，鐵和碳可形成Fe3C，F(xiàn)e2C，等一系列穩(wěn)定的化合物。但當(dāng)含碳量超過Fe3C的含碳量（6.69%）時，合金的脆性很大，沒有實用價值。因此，鐵碳合金相圖實際上是指Fe-Fe3C相圖，如圖3-5所示。圖3-5Fe-Fe3C相圖1．相圖中的特性點2．相圖中的特性線3.3.4鐵碳合金的結(jié)晶過程如圖3-6所示的Fe-Fe3C相圖中，左上角的包晶反應(yīng)溫度很高，實際應(yīng)用很少，而且反應(yīng)過程對隨后的低溫轉(zhuǎn)變影響不大，所以，在一般的研究中，常將此部分省略簡化。簡化后的Fe-Fe3C相圖如圖3-6所示。圖3-6簡化后的Fe-Fe3C相圖按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顯微組織不同，鐵碳合金可以分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三大類，具體如下。

在圖3-6中，合金Ⅰ為的共析鋼，其結(jié)晶過程如圖3-7所示。共析鋼在1點以上為液相，溫度緩慢降至1點時開始從液相中結(jié)晶出A，溫度降至2點時液相全部結(jié)晶為A。2～3點之間A沒有成分變化，繼續(xù)緩慢冷卻至3點時，A發(fā)生共析反應(yīng)生成由鐵素體和滲碳體兩相組成的P。繼續(xù)冷卻至室溫，P中的鐵素體中將有極少量三次滲碳體析出，可忽略不計。因此，共析鋼的室溫組織全部為P，呈層片狀，其室溫下的顯微組織如圖3-8所示。1．共析鋼的結(jié)晶過程

1點以上1～2點2～3點3點～室溫圖3-7共析鋼結(jié)晶過程示意圖圖3-8共析鋼室溫下的顯微組織2．亞共析鋼的結(jié)晶過程圖3-6中的合金Ⅱ為wC=0.45%的亞共析鋼，其結(jié)晶過程如圖3-9所示。當(dāng)溫度降到1點時，開始從液相中析出A，降到2點時液相全部結(jié)晶為A。溫度降至3點時，開始從A中析出F，稱為先共析鐵素體。溫度繼續(xù)降低，F(xiàn)的量不斷增加，F(xiàn)的成分沿GP線變化，A的成分沿GS線變化。冷卻至4點時，剩余A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到共析成分（wC=0.77%），發(fā)生共析反應(yīng)，A轉(zhuǎn)變?yōu)镻。溫度繼續(xù)下降，由鐵素體中將會析出極少量的三次滲碳體，可忽略不計。因此，其室溫組織為先共析F+P。1點以上1～2點2～3點3～4點4點～室溫圖3-9亞共析鋼結(jié)晶過程示意圖圖3-1045鋼室溫下的顯微組織圖3-10所示為45鋼室溫下的顯微組織。F呈白色塊狀，P呈層片狀，放大倍數(shù)不高時呈黑色塊狀。所有亞共析鋼的室溫組織都是F+P，只是隨碳含量的增加，P越來越多，F(xiàn)越來越少。3．過共析鋼的結(jié)晶過程圖3-6中的合金Ⅲ為wC=1.2%的過共析鋼，其結(jié)晶過程如圖3-11所示。當(dāng)溫度降到1點時，開始從液相中析出A，降到2點時液相全部結(jié)晶為A。溫度降至3點時，開始從A中析出二次滲碳體（Fe3CⅡ）。溫度繼續(xù)降低，的量不斷增多，并呈網(wǎng)狀沿奧氏體晶界分布。剩余A的成分沿ES線變化，冷卻至4點時，其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到共析成分，發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)镻。繼續(xù)冷卻，合金組織不變。因此，其室溫組織為P+網(wǎng)狀Fe3CⅡ。1點以上1～2點2～3點3～4點4點～室溫圖3-11過共析鋼結(jié)晶過程示意圖圖3-12過共析鋼室溫下的顯微組織圖3-12所示為過共析鋼室溫下的顯微組織。所有過共析鋼的室溫組織都是P+網(wǎng)狀Fe3CⅡ，只是隨著碳含量的增加，F(xiàn)e3CⅡ越來越多，P越來越少。4．共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程圖3-6中的合金Ⅳ為

wC=

4.3%的共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖3-13所示。溫度在1點以上時為液相，溫度降到1點時開始發(fā)生共晶反應(yīng)，生成由A和Fe3C組成的高溫萊氏體（Ld）。高溫萊氏體的性能與滲碳體類似，硬度很高，塑性極差。繼續(xù)冷卻，從A中不斷析出二次滲碳體，剩余A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)沿ES線變化。溫度降至2點時，A中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到共析成分，發(fā)生共析反應(yīng)，生成P。繼續(xù)冷卻，合金組織不變。因此，其室溫組織由P、共晶滲碳體和二次滲碳體組成，即為變態(tài)萊氏體。1點以上1～2點2點～室溫圖3-13共晶白口鑄鐵的結(jié)晶示意圖圖3-14共晶白口鑄鐵室溫下的顯微組織

共晶白口鑄鐵室溫下的顯微組織如圖3-14所示。圖中，黑色部分為P，白色基體為滲碳體（共晶滲碳體和二次滲碳體混在一起，無法分辨）。5．亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程圖3-6中的合金Ⅴ為

wC

=3.0%的亞共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖3-15所示。當(dāng)溫度降至1點時，開始結(jié)晶出A。隨著溫度的繼續(xù)降低，A不斷增多，其成分沿AE線變化；液相不斷減少，其成分沿AC線變化。冷卻至2點時，剩余液相成分達到共晶成分，發(fā)生共晶反應(yīng)，生成Ld。在2點到3點之間冷卻時，A的成分沿ES線變化，并不斷析出二次滲碳體。冷卻至3點溫度時，A達到共析成分，發(fā)生共析反應(yīng)，生成P。因此，其室溫組織為P+Fe3CⅡ+Ld’。1點以上1～2點2～3點3點～室溫圖3-15亞共晶白口鑄鐵的結(jié)晶示意圖圖3-16亞共晶白口鑄鐵室溫下的顯微組織

圖3-16所示為亞共晶白口鑄鐵室溫下的顯微組織。圖中，黑色塊狀或樹枝狀為P，黑白相間的基體為Ld′，二次滲碳體和共晶滲碳體混在一起，無法分辨。所有亞共晶白口鑄鐵的室溫組織均為P+Fe3CⅡ+Ld’，只是隨著碳含量的增加，Ld′越來越多，其他量越來越少。6．過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程圖3-6中的合金Ⅵ為wC=5.0%的過共晶白口鑄鐵，其結(jié)晶過程如圖3-17所示。當(dāng)溫度降至1點時，開始結(jié)晶出一次滲碳（Fe3CⅠ）。隨著溫度的繼續(xù)降低，F(xiàn)e3CⅠ不斷增多，液相不斷減少，其成分沿DC線變化。冷卻至2點時，液相成分達到共晶成分，發(fā)生共晶反應(yīng)，生成Ld。溫度繼續(xù)降低，F(xiàn)e3CⅠ的成分和結(jié)構(gòu)不再變化，而萊氏體則會在3點溫度后轉(zhuǎn)變?yōu)長d′。因此，其室溫組織為Ld’+Fe3CⅠ。1點以上1～2點2～3點3點～室溫圖3-17過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶示意圖圖3-18過共晶白口鑄鐵室溫下的顯微組織過共晶白口鑄鐵室溫下的顯微組織如圖3-18所示，圖中白色條狀為，黑白相間的基體為Ld′。所有過共晶白口鑄鐵的室溫組織均為，只是隨著碳含量的增加，量增加。3.3.5鐵碳合金成分、組織和性能之間的關(guān)系1．含碳量對鐵碳合金平衡組織的影響如圖3-19所示，從相組成物的情況看，隨著含碳量的增加，鐵素體相減少，滲碳體相增多，含碳量達到6.69%時，全部由滲碳體相組成。鐵碳合金組織中，隨含碳量的增加，不僅滲碳體的數(shù)量相應(yīng)增加，而且滲碳體的形態(tài)和分布也在發(fā)生變化。圖3-19鐵碳合金的成分、組織及性能變化規(guī)律2．含碳量對鐵碳合金性能的影響圖3-19鐵碳合金的成分、組織及性能變化規(guī)律如圖3-19所示，當(dāng)wC

<

0.9%時，隨著含碳量的增加，鋼的強度和硬度不斷上升，而塑性和韌性不斷下降。當(dāng)wC>0.9%時，由于網(wǎng)狀滲碳體的存在，鋼的強度開始明顯下降，塑性和韌性進一步下降，而硬度仍在增高。3.3.6鐵碳合金相圖的應(yīng)用1．在選材方面的應(yīng)用建筑用鋼和各種型材需要塑性、韌性好的材料，應(yīng)選用低碳鋼（wC<0.25）。各種機械零件需要強度、塑性及韌性都較好的材料，應(yīng)選用中碳鋼（wC=0.25～0.6%）。各種工具需要硬度高、耐磨性好的材料，應(yīng)選用高碳鋼（wC

=0.6～1.3%）。2．在鑄造方面的應(yīng)用根據(jù)Fe-Fe3C相圖可以確定合金的澆注溫度，澆注溫度一般在液相線以上50～100℃。由相圖可知，共晶成分的合金熔點最低，結(jié)晶溫度范圍最小，其鑄造性能最好，所以，在鑄造生產(chǎn)中，共晶成分附近的鑄鐵應(yīng)用廣泛。常用鑄鋼的含碳量規(guī)定在0.15%～0.6%之間，因在此范圍內(nèi)，鋼的結(jié)晶溫度范圍較小，鑄造性能較好。3．在鍛造方面的應(yīng)用鋼處于單相奧氏體狀態(tài)時，塑性好、變形抗力小，便于鍛造成形。因此，鋼材在熱軋、鍛造時要加熱到單相奧氏體區(qū)。始鍛、始軋溫度一般為1150～1250℃，溫度不能太高，以免鋼材氧化燒損嚴(yán)重；終鍛、終軋溫度一般為750～850℃，溫度不能過低，以免鋼材因塑性差而發(fā)生鍛裂或軋裂。4．在焊接方面的應(yīng)用焊接時，由于焊縫被快速加熱，故從焊縫到母材各處的溫度是不同的。溫度不同，冷卻后的組織、性能也不同。為了獲得均勻一致的組織、性能，可通過焊后熱處理來調(diào)整和改善。5．在熱處理方面的應(yīng)用

Fe-Fe3C相圖對于制定鋼的熱處理工藝有重要的意義。一些熱處理工藝如退火、正火、淬火等的加熱溫度都是根據(jù)Fe-Fe3C相圖確定的。這將在第4章中詳細(xì)介紹。知識框架梳理ThankYou!第4章鋼的熱處理鋼的表面熱處理4概述1鋼的整體熱處理32鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變5

熱處理新技術(shù)簡介熱處理工藝的應(yīng)用6金屬材料的表面處理技術(shù)74.1概述根據(jù)工藝方法不同，熱處理工藝可分為整體熱處理、表面熱處理和其他熱處理。整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火等。表面熱處理：包括表面淬火和化學(xué)熱處理。其他熱處理：包括形變熱處理、真空熱處理、可控氣氛熱處理、離子熱處理等。根據(jù)其在零件加工中的工序位置不同，熱處理工藝可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。預(yù)備熱處理是指為后續(xù)加工（如切削、沖壓成形等）或進一步熱處理做準(zhǔn)備的熱處理工藝；最終熱處理是指使工件獲得所需性能的熱處理工藝。

熱處理的基本過程包括加熱、保溫和冷卻3個階段，如圖4-1所示。改變加熱溫度、保溫時間和冷卻速度都會在一定程度上改變材料的組織結(jié)構(gòu)，從而影響材料的性能。圖4-1熱處理工藝曲線示意圖

大多數(shù)熱處理工藝都要將鋼加熱到相變溫度（臨界溫度）以上，并保溫一段時間，以獲得均勻的奧氏體組織，這一過程稱為奧氏體化。加熱和保溫時形成的奧氏體晶粒大小及成分均勻性對冷卻轉(zhuǎn)變過程及組織、性能都有極大影響。

在Fe-Fe3C平衡相圖中，共析鋼、亞共析鋼和過共析鋼完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的相變溫度分別用A1（PSK），A3（GS）和Acm（ES）相變線表示。而實際熱處理中，加熱和冷卻時的相變是在不平衡條件下進行的，相變溫度與平衡相變溫度之間有一定的差異，即加熱時實際相變溫度偏高，冷卻時實際相變溫度偏低。為與平衡條件下的相變線相區(qū)別，通常將加熱時的相變線稱為Ac1，Ac3和Accm線，將冷卻時的相變線稱為Ar1，Ar3和Arcm線，如圖4-2所示。需要說明的是，實際的相變溫度是不固定的，它隨含碳量、合金元素含量、奧氏體化溫度、加熱和冷卻速率等因素的變化而變化。

圖4-2加熱和冷卻對相變溫度的影響4.2鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變4.2.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變1．奧氏體的形成奧氏體的形成遵循結(jié)晶過程的普遍規(guī)律，是一個形核和長大的過程。下面以共析鋼為例來進行分析。共析鋼奧氏體的形成過程一般包括晶核的形成、晶核的長大、殘余滲碳體的溶解和奧氏體成分的均勻化4個階段，如圖4-3所示（a）奧氏體的形核（b）奧氏體的長大（c）殘余滲碳體的溶解（d）奧氏體成分的均勻化圖4-3共析鋼奧氏體的形成過程示意圖1）奧氏體晶核的形成奧氏體晶核優(yōu)先在鐵素體和滲碳體的兩相界面上形成，這是因為相界面的成分和結(jié)構(gòu)對形核有利。2）奧氏體晶核的長大隨著相鄰鐵素體的晶格不斷改組成奧氏體的晶格和相鄰的滲碳體不斷地分解溶入，奧氏體晶核向鐵素體和滲碳體方向不斷長大。由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和含碳量與奧氏體相差較大，所以當(dāng)鐵素體全部消失后，仍有部分滲碳體尚未溶解，稱為殘余滲碳體。殘余滲碳體會隨著保溫時間的延長而不斷溶解直至完全消失。3）殘余滲碳體的溶解4）奧氏體成分的均勻化由于滲碳體的含碳量高，所以殘余滲碳體溶解后所在區(qū)域的碳濃度高。只有經(jīng)過一段時間的保溫，通過碳原子的擴散，才能使奧氏體的成分趨于均勻。2．奧氏體的晶粒大小及其影響因素奧氏體晶粒大小是評定鋼加熱質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。一般來說，奧氏體晶粒越細(xì)小，鋼熱處理后的強度越高，塑性、韌性越好。1）奧氏體的晶粒度研究鋼在熱處理中奧氏體晶粒大小的變化時，需區(qū)分以下3個概念。①起始晶粒度。奧氏體形成過程剛剛結(jié)束時的晶粒大小稱為起始晶粒度。起始晶粒比較細(xì)小均勻。②實際晶粒度。鋼在某一具體的加熱條件下的晶粒大小稱為實際晶粒度。實際晶粒一般比起始晶粒大，主要取決于具體的加熱溫度和保溫時間。③本質(zhì)晶粒度。通常將鋼加熱到（930±10）℃，保溫3～8h，冷卻至室溫后獲得的晶粒大小稱為本質(zhì)晶粒度。本質(zhì)晶粒度反映的是鋼在加熱時（930℃以下）奧氏體晶粒長大的傾向。2）影響奧氏體晶粒大小的因素Q①加熱溫度和保溫時間。加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒長得越大。通常，加熱溫度對奧氏體晶粒長大的影響比保溫時間更顯著。②加熱速度。加熱溫度確定后，加熱速度越快，奧氏體晶粒越細(xì)小。因此，快速高溫加熱和短時保溫是生產(chǎn)中常用的一種晶粒細(xì)化方法。③合金元素。隨著奧氏體中含碳量的增加，奧氏體晶粒長大的傾向增大。但當(dāng)含碳量超過某一限度時，碳會以殘余滲碳體的形式存在，阻礙晶界移動，從而使晶粒長大傾向減小。同樣，在鋼中加入適量的強碳化物形成元素（如Ti，Zr，V，Nb等）或氧化物、氮化物形成元素（如Al等），都能阻礙奧氏體晶粒長大。④原始組織。接近平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細(xì)奧氏體晶粒。4.2.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變1．過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程當(dāng)以極其緩慢的速度冷卻時，奧氏體在A1線發(fā)生轉(zhuǎn)變。但當(dāng)冷卻速度較快時，奧氏體常需過冷到A1線以下才能發(fā)生轉(zhuǎn)變。我們把在共析溫度以下存在的奧氏體稱為過冷奧氏體。過冷奧氏體是一種不穩(wěn)定組織，隨著過冷度的不同，將發(fā)生3種類型的轉(zhuǎn)變，即珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變。1）珠光體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在A1～550℃時將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。珠光體是鐵素體和滲碳體片層相間的機械混合物。按層間距不同，可進一步細(xì)分為珠光體（P）、索氏體（S）、屈氏體（T）。它們并無本質(zhì)區(qū)別，也沒有嚴(yán)格界限，只是層片粗細(xì)不同，如圖4-4所示。由于珠光體轉(zhuǎn)變的溫度較高，鐵原子和碳原子均發(fā)生擴散，因此，珠光體轉(zhuǎn)變屬于擴散型轉(zhuǎn)變。（a）珠光體（3800×）（b）索氏體（8000×）（c）屈氏體（8000×）圖4-4共析鋼過冷奧氏體高溫轉(zhuǎn)變組織2）貝氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在550℃～Ms時將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，用符號B表示（其中Ms為馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度，稱為上馬氏點，現(xiàn)以共析鋼為例來進行說明）。貝氏體是過飽和鐵素體和碳化物的兩相混合物。按轉(zhuǎn)變溫度和組織形態(tài)的不同，貝氏體可分為上貝氏體（B上）和下貝氏體（B下）兩種。上貝氏體的形成溫度范圍為550～350℃，其金相組織呈羽毛狀，如圖4-5所示。下貝氏體的形成溫度范圍為350℃～Ms，其金相組織呈黑色針狀或棒狀，如圖4-6所示。圖4-5上貝氏體形態(tài)圖4-6下貝氏體形態(tài)由于貝氏體轉(zhuǎn)變的溫度較低，鐵原子難以擴散，僅有碳原子擴散，因此，貝氏體轉(zhuǎn)變屬于半擴散型轉(zhuǎn)變。3）馬氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體快速連續(xù)冷卻到Ms溫度以下時將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，用符號M表示。馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。馬氏體的形態(tài)主要與過冷奧氏體的含碳量有關(guān)，當(dāng)含碳量在0.25%以下時，形成板條馬氏體（低碳馬氏體）；當(dāng)含碳量大于1.0%時，形成片狀馬氏體（高碳馬氏體）。板條馬氏體由一束束平行排列的細(xì)板條組成，在光學(xué)顯微鏡下觀察到的只是邊緣不規(guī)則的塊狀，如圖4-7所示。板條馬氏體具有較高的硬度、強度及較好的塑性和韌性，綜合力學(xué)性能較好。（a）板條馬氏體顯微組織（1000×）（b）板條馬氏體示意圖圖4-7板條馬氏體的組織形態(tài)

片狀馬氏體單個晶體的立體形態(tài)呈雙凸透鏡形的片狀，觀察金相磨片，其斷面呈針狀，整個組織是由長短不一的馬氏體片組成的，如圖4-8所示。片狀馬氏體具有比板條馬氏體更高的硬度，但脆性較大，塑性和韌性較差。

（a）片狀馬氏體顯微組織（1500×）（b）片狀馬氏體示意圖圖4-8片狀馬氏體的組織形態(tài)由于馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度很低，鐵、碳原子都不能進行擴散，因此，馬氏體轉(zhuǎn)變屬于非擴散型轉(zhuǎn)變。2．過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變圖圖4-9兩種冷卻方式示意圖過冷奧氏體的冷卻方式有兩種：等溫冷卻和連續(xù)冷卻，如圖4-9所示。等溫冷卻是指將已奧氏體化的鋼迅速冷卻到臨界點以下的某一給定溫度，進行保溫，使其在該溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。連續(xù)冷卻是指將已奧氏體化的鋼以某種冷卻速度連續(xù)冷卻，使其在臨界點以下的不同溫度進行組織轉(zhuǎn)變。

1）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖是表示過冷奧氏體在不同過冷度下的等溫過程中，轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間的關(guān)系的曲線圖。因其形狀與字母“C”相似，所以又稱為C曲線，也稱為TTT（Time，Temperature，Transformation）曲線。圖4-10所示為共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖。圖4-10共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖

圖4-10共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖。2條曲線：左邊的曲線為等溫轉(zhuǎn)變開始線a，右邊的曲線為等溫轉(zhuǎn)變終了線。3條水平線：A1線為穩(wěn)定奧氏體與過冷奧氏體分界線；Ms線為上馬氏體點，即馬氏體轉(zhuǎn)變開始點；Mf線為下馬氏體點，即馬氏體轉(zhuǎn)變終止點。6個區(qū)域：A1線以上為奧氏體穩(wěn)定區(qū)；A1線以下、轉(zhuǎn)變開始線以左、Ms線以上為過冷奧氏體區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，奧氏體不發(fā)生轉(zhuǎn)變；兩曲線之間為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，過冷奧氏體向珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)變終了線以右為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)；Ms線以下、Mf線以上為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)；Mf線以下為馬氏體和殘余奧氏體兩相共存區(qū)

圖4-10共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖1個特征：即“鼻尖”，C曲線上最突出、距縱坐標(biāo)最近的部分。鼻尖以上或以下，隨著溫度的升高或降低，孕育期（過冷奧氏體轉(zhuǎn)變之前所經(jīng)歷的時間）增長，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加；鼻尖處，過冷奧氏體的孕育期最短，最不穩(wěn)定，最易分解，轉(zhuǎn)變速度也最快。3種類型轉(zhuǎn)變：分別是高溫珠光體轉(zhuǎn)變、中溫貝氏體轉(zhuǎn)變和低溫馬氏體轉(zhuǎn)變。其中，高溫珠光體轉(zhuǎn)變和中溫貝氏體轉(zhuǎn)變屬于等溫轉(zhuǎn)變，而低溫馬氏體轉(zhuǎn)變則屬于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。亞共析鋼和過共析鋼的過冷奧氏體在轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w之前，分別有先析出鐵素體和先析出