金屬學(xué)與熱處理復(fù)習(xí)總結(jié)

晶體結(jié)構(gòu)

體心立方bcc

面心立方fee

密排六方hep

原子數(shù)

2

4

6

原子間距

a

酉己位數(shù)

8

12

12

致密度

0.68

0.74

0.74

四面體間隙半徑

0.126a

0.06a

0.06a

八面體間隙半徑

0.067a

0.146a

0.146a

四面體間隙數(shù)

12

8

8

八面體間隙數(shù)

6

4

4

晶向指數(shù)[UVW],晶向族<uvw>;晶面指數(shù)(hkl),晶面族{hkl};六

方晶系晶向指數(shù)[uvw]-u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=-(u+v),

w=W->[uvtw]

空間點(diǎn)陣和晶體點(diǎn)陣：為便于了解晶體中原子排列的規(guī)律性，通常將實(shí)

體晶體結(jié)構(gòu)簡化為完整無缺的理想晶體。若將其中每個院子抽象為純幾

何點(diǎn)，即可得到一個由無數(shù)幾何點(diǎn)組成的規(guī)整的陣列，稱為空間點(diǎn)陣,

抽象出來的幾何點(diǎn)稱為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)。由此構(gòu)成的空間排列，稱為晶體點(diǎn)

陣；與此相應(yīng)，上述空間點(diǎn)陣稱為晶格。

熱過冷純?nèi)珜僭谀虝r，其理論凝固溫度(Tm)不變，當(dāng)液態(tài)金屬中的實(shí)

際溫度低于Tm時，就引起過冷，這種過冷稱為熱過冷。

成分過冷在固液界面前沿一定范圍內(nèi)的液相，其實(shí)際溫度低于平衡結(jié)

晶溫度，出現(xiàn)了一個過冷區(qū)域，過冷度為平衡結(jié)晶溫度與實(shí)際溫度之差,

這個過冷度是由于界面前沿液相中的成分差別引起的，稱為成分過冷。

成分過冷能否產(chǎn)生及程度取決于液固界面前沿液體中的溶質(zhì)濃度分布

和實(shí)際溫度分布這兩個因素。

動態(tài)過冷度當(dāng)界面溫度Ti<Tm,熔化速率〈凝固速率時，晶核才能長

大，這時的過冷度稱為動態(tài)過冷度。即只有液固界面取得動態(tài)過冷度,

才能使晶核長大。

結(jié)構(gòu)起伏液態(tài)金屬中大量不?！ㄓ蝿印ㄖ脑訄F(tuán)簇不斷地分化組合，

由于〃能量起伏〃，一部分金屬原子(離子)從某個團(tuán)簇中分化出去，

同時又會有另一些原子組合到該團(tuán)簇中，此起彼伏，不斷發(fā)生著這樣的

漲落過程，似乎原子團(tuán)簇本身在〃游動〃一樣，團(tuán)簇的尺寸及其內(nèi)部原

子數(shù)量都隨時間和空間發(fā)生著改變的現(xiàn)象。

能量起伏液態(tài)金屬中處于熱運(yùn)動的原子能量有高有低，同一原子的能

量也在隨時間不停地變化，時高時低的現(xiàn)象。

均勻形核液相中各個區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率都是相同的，是液態(tài)金

屬絕對純凈、無任何雜質(zhì)，喝不喝型壁接觸，只是依靠液態(tài)金屬的能量

變化，由晶胚直接生核的理想過程。臨界半徑

非均勻形核液態(tài)金屬中總是存在一些微小的固相雜質(zhì)點(diǎn)，并且液態(tài)金

屬在凝固時還要和型壁相接觸，于是晶核就可以優(yōu)先依附于這些現(xiàn)成的

固體表面上形成，需要的過冷度較小。臨界半徑

非均勻形核的臨界球冠半徑與均勻形核的臨界半徑是相等的。

晶核長大的微觀結(jié)構(gòu)：光滑界面和粗糙界面。

晶粒大小的控制控制過冷度；變質(zhì)處理；振動、攪動。

表面細(xì)晶區(qū)的形成：當(dāng)液態(tài)金屬澆入溫度較低的鑄型中時，型壁附近熔

體由于受到強(qiáng)烈的激冷作用，產(chǎn)生很大的過冷度而大量非均質(zhì)生核。這

些晶核在過冷熔體中也以枝晶方式生長，由于其結(jié)晶潛熱既可從型壁導(dǎo)

出，也可向過冷熔體中散失，從而形成了無方向性的表面細(xì)等軸晶組織。

柱狀晶區(qū)的形成：在結(jié)晶過程中由于模壁溫度的升高，在結(jié)晶前沿形成

適當(dāng)?shù)倪^冷度，使表面細(xì)晶粒區(qū)繼續(xù)長大（也可能直接從型壁處長出），

又由于固-液界面處單向的散熱條件（垂直于界面方向），處在凝固界

面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，以表面細(xì)等軸晶凝固

層某些晶粒為基底，呈枝晶狀單向延伸生長，那些主干取向與熱流方向

相平行的枝晶優(yōu)先向內(nèi)伸展并抑制相鄰枝晶的生長，在淘汰取向不利的

晶體過程中，發(fā)展成柱狀晶組織。

中心等軸晶的形成：內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成是由于熔體內(nèi)部晶核自由生長

的結(jié)果。隨著柱狀晶的發(fā)展，熔體溫度降到足夠低，再加之金屬中雜質(zhì)

等因素的作用，滿足了形核時的過冷度要求，于是在整個液體中開始形

核。同時由于散熱失去了方向性，晶體在各個方向上的長大速度是相等

的，因此長成了等軸晶。

固溶體與金屬化合物的區(qū)別固溶體晶體結(jié)構(gòu)與組成它的溶劑相同，而

金屬化合物的晶體結(jié)構(gòu)與組成它的組元都不同，通常較復(fù)雜。固溶體相

對來說塑韌性好，硬度較低，金屬化合物硬而脆。

影響置換固溶體溶解度的因素原子尺寸因素；電負(fù)性因素；電子濃度

因素；晶體結(jié)構(gòu)因素。

相律相律F=C-P+2壓力為常數(shù)時F=C-P+1。F為平衡系統(tǒng)的自由度

數(shù)，C為平衡系統(tǒng)的組元數(shù)，P為平衡系統(tǒng)的相數(shù)。他的含義是：在只

受外界溫度和壓力影響的平衡系統(tǒng)中，它的自由度數(shù)等于系統(tǒng)的組元數(shù)

和相數(shù)之差加上2O

杠桿定律arb

coL3a

ooL=rb/abxlOO%

成分起伏液相中總會有某些微笑體積可能偏離液相的平均成分，這些

微小體積的成分、大小和位置都是在不斷地變化著，這就是成分起伏。

枝晶偏析固溶體合金不平衡結(jié)晶的結(jié)果，使先后從液相中結(jié)晶出的固

相成分不同，再加上冷速較快，不能使成分?jǐn)U散均勻，結(jié)果就使每個晶

粒內(nèi)部的化學(xué)成分很不均勻。先結(jié)晶的部分含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶

的部分含低熔點(diǎn)組元較多，在晶粒內(nèi)部存在著濃度差別，這種在一個晶

粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，稱為晶內(nèi)偏析，又稱枝晶偏析。

宏觀偏析在材料宏觀范圍內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻偏析。

鐵素體與奧氏體鐵素體是溶于a-Fe中的間隙固溶體，為體心立方結(jié)構(gòu),

常用符號F或a表示。奧氏體是碳溶于y-Fe中的間隙固溶體，為面心立

方結(jié)構(gòu)，常用符號A或丫表示。碳溶于體心立方晶格b-Fe中的間隙固

溶體，稱為b鐵素體，以b表示。奧氏體塑性很好，具有順磁性。

工業(yè)純鐵含鐵量為u)C=99.8%~99.9%，塑性和韌性很好，但其強(qiáng)度很

低。

滲碳體Fe3C含碳量為306.69%問用Cm表示具有很高的硬度，

但塑性差，低溫下具有一定的鐵磁性。

單相區(qū)——5個

相圖中有5個基本的相，相應(yīng)的有5個相區(qū)：

液相區(qū)(L)——ABCD以上區(qū)域

b固溶體區(qū)——AHNA

奧氏體區(qū)(Y)——NJESGN

鐵素體區(qū)(a)——GPQ(Fe3C)——DFK直線以左

滲碳體區(qū)

兩相區(qū)——7個

7個兩相區(qū)分別存在于兩個相應(yīng)的單相區(qū)之間：

L+8——AHJBA

L+y——BJECB

L+Fe3C——DCFD

8+y——HNJH

y+a----GPSG

Y+Fe3C——ESKFCE

a+Fe3C——PQLKSP+Fe3C+

三相區(qū)——3個

包晶線——水平線HJB(L6+Y)

共晶線——水平線ECF(Ly+Fe3C)

共析線——水平線PSK(Y+CC+Fe3C)

Fe-Fe3c相圖中的特性點(diǎn)

符號

T/℃

C%

說明

A

1538

0

純鐵的熔點(diǎn)

B

1495

0.53

包晶轉(zhuǎn)變時液相成分

C

1148

4.30

共晶點(diǎn)

D

1227

6.67

滲碳體的熔點(diǎn)

E

1148

2.11

碳在Y-Fe中的最大溶解度

F

1148

6.67

滲碳體的成分

G

912

0

純鐵a-Y轉(zhuǎn)變溫度

H

1495

0.09

碳在b-Fe中的最大溶解度

J

1495

0.17

包晶點(diǎn)

K

727

6.67

滲碳體的成分

N

1394

0

純鐵丫一5轉(zhuǎn)變溫度

P

727

0.0218

碳在a-Fe中的最大溶解度

S

727

0.77

共析點(diǎn)

Q

600

0.0057

600℃碳在a-Fe中的溶解度

包晶轉(zhuǎn)變發(fā)生在1495℃（水平線HJB）,反應(yīng)式為：LB+5H

YJ

式中L0.53——含碳量為0.53%的液相；

60.09——含碳量為0.09%的b固溶體；

Y0.17——含碳量為0.17%的丫固溶體，即奧氏體,是包晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。

含碳量在0.09?0.53%之間的合金冷卻到1495。（：時，均要發(fā)生包晶反

應(yīng)，形成奧氏體。

共晶轉(zhuǎn)變發(fā)生在1148^（水平線ECF）,反應(yīng)式為：LC

yE+Fe3C

共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物，稱為萊氏體，用Ld

表示。凡是含碳量大于2.11%的鐵碳合金冷卻到1148（時,都會發(fā)生

共晶反應(yīng)，形成萊氏體。

共析轉(zhuǎn)變發(fā)生727℃（水平線PSK）,反應(yīng)式為：yS

aP+Fe3c

共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，稱為珠光體，用字母

P表示。含碳量大于0.0218%的鐵碳合金，冷卻至727℃時，其中的

奧氏體必將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體。

Fe-Fe3C相圖中的ES、PQ、GS三條特性線也是非常重要的，它們的

含義簡述如下：

ES線（Acm線）是碳在奧氏體中的溶解度曲線。奧氏體的最大溶碳量

是在1148C時，可以溶解2.11%的碳。而在727T時，溶碳量僅為

0.77%,因此含碳量大于0.77%的合金，從1148℃冷至！J7270c的過程

中，將自奧氏體中析出滲碳體，這種滲碳體稱為二次滲碳體（Fe3CU）。

PQ線是碳在鐵素體中的溶解度曲線。727（時鐵素體中溶解的碳最多

（0.0218%）而在200。（：僅可以溶解7xlO-7%C。所以鐵碳合金由727℃

冷卻到室溫的過程中，鐵素體中會有滲碳體析出，這種滲碳體稱為三次

滲碳體（Fe3Cin）。由于三次滲碳體沿鐵素體晶界析出，因此對于工業(yè)純

鐵和低碳鋼影響較大；但是對于含碳量較高的鐵碳合金，三次滲碳儂含

量太少）可以忽略不計。

GS線（A3線）是冷卻過程中,奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始線；或者說

是加熱過程中，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了線（具有同素異晶轉(zhuǎn)變的純

金屬,其固溶體也具有同素異晶轉(zhuǎn)變，但其轉(zhuǎn)變溫度有變化）。

純鐵、鋼、白口鐵

1.純鐵——含碳量＜0.0218%,顯微組織為鐵素體。

2鋼——含碳量0.0218%~2.11%,特點(diǎn)是高溫組織為單相奧氏體,具

有良好的塑性，因而適于鍛造。根據(jù)室溫組織的不同，鋼又可以分為：

亞共析鋼含碳量0.0218%~0.77%，具有鐵素體a+珠光體P的組織，

且含碳量越高（接近0.77%），珠光體的相對量越多，鐵素體量越少。

共析鋼：含碳0.77%,組織是全部珠光體P。

過共析鋼：含碳量0.77%~2.11%，組織是珠光體P+滲碳體Fe3Co

3.白口鐵一含碳量2.11%~6.69%，特點(diǎn)是液態(tài)結(jié)晶時都有共晶轉(zhuǎn)變,

因而具有良好的鑄造性能。但是即使在高溫也是脆性材料，不能鍛造。

根據(jù)室溫組織不同，白口鐵又分為：

亞共晶白口鐵：含碳2.11%?4.30%,組織是珠光體P+滲碳體Fe3C+

萊氏體Ld'e

共晶白口鐵：含碳4.30%,組織是萊氏體Ld'o

過共晶白口鐵：含碳4.3%~6.69%，組織是滲碳體Fe3C+萊氏體Ld'o

工業(yè)純鐵在緩慢冷卻過程中發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變主要是同素異晶轉(zhuǎn)變和

Fe3CIII的析出。

共析鋼從液態(tài)冷卻到室溫要發(fā)生三次組織轉(zhuǎn)變：勻晶轉(zhuǎn)變L-Y（奧氏

體），共析轉(zhuǎn)變Y-（a+Fe3cx珠光體P中析出三次滲碳體（Fe3QH）。

室溫下共析鋼的組織組成全部為珠光體（可以忽略Fe3CIII）z共析鋼

只有一種組織(忽略Fe3CIII),即珠光體P,珠光體由c(和Fe3C兩個

相組成。應(yīng)用杠桿定律可以計算出a和Fe3C兩個相的相對量。

亞共析鋼含碳045%的亞共析鋼是應(yīng)用十分廣泛的一種鋼,通常稱為

45號鋼。45鋼在液態(tài)到室溫的冷卻過程中將發(fā)生以下轉(zhuǎn)變：勻晶轉(zhuǎn)變

L0.45-L0.53+8,包晶轉(zhuǎn)變L0.53+8->y0.45,同素異晶轉(zhuǎn)變丫0.45一

a+yO.77,共析轉(zhuǎn)變丫0刀一(a+Fe3C)。室溫下45鋼的組織為：鐵素

體a+珠光體P(a+Fe3c)。所有亞共析鋼的室溫組織都是由鐵素體和

珠光體組成，區(qū)別僅在于相對量的差別含碳量越高;越接近0.77%C),

珠光體的量越多、鐵素體的量越少。組織組成物3a=49.5%,3

P=50.5%,相組成物3a=94.3%,coFe3C=5.7%。

過共析鋼在液態(tài)到室溫的冷卻過程中，首先進(jìn)行勻晶轉(zhuǎn)變，形成單相

固溶體Y；當(dāng)溫度到達(dá)ES線以下時，過飽和的固溶體丫中析出滲碳體(二

次滲碳體Fe3CII),奧氏體y的成分變到共析點(diǎn)S(0.77%C);共析轉(zhuǎn)變

丫0.77-(a+Fe3C),形成珠光體P。因此，過共析鋼的室溫組織為珠光

體P(a+Fe3C)+Fe3CIIo對于過共析鋼，隨著含碳量增高，鋼中Fe3CII

的量增大。由于大量的Fe3CII會形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),造成鋼的脆性急劇增

高,所以實(shí)際生產(chǎn)中使用的鋼含碳量一般都低于1.5%;另外,含有網(wǎng)

狀Fe3CII的鋼不能直接使用,需要經(jīng)過鍛造(壓碎Fe3CII網(wǎng))或相應(yīng)

的熱處理后才能使用。

共晶白口鐵在從液態(tài)緩慢冷卻到室溫的過程中，首先在1148(進(jìn)行共

晶轉(zhuǎn)變，液相全部凝固成為高溫萊氏體Ld(共晶組織)，在1148℃至1]

727（之間，萊氏體中的奧氏體丫將按照ES線的變化趨勢析出二次滲碳

體Fe3QI,而奧氏體在727（時的含碳量降到0.77%;此時，奧氏體

進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變，將全部轉(zhuǎn)變成珠光體Po經(jīng)過共析轉(zhuǎn)變的萊氏體，稱為

低溫萊氏體，用符號Ld表示,以區(qū)別Ldo珠光體中的滲碳體叫做共析

滲碳體，共晶組織中的滲碳體叫做共晶滲碳體。

亞共晶白口鐵冷卻過程中組織轉(zhuǎn)變與共晶白口鐵類似，只是在共晶轉(zhuǎn)

變之前，液相中先結(jié)晶出奧氏體。到達(dá)1148工時,剩余的液相成份為

4.3%C,再往下面,液相的轉(zhuǎn)變就與共晶白口鐵一樣了。先結(jié)晶出來的

奧氏體和共晶奧氏體一樣，在以后的冷卻過程中依次析出二次滲碳體

（難以明顯看出）和進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變。室溫下亞共晶白口鐵的平衡組織為：

P+Fe3CII+Ld'o

過共晶白口鐵在從液態(tài)到室溫的冷卻過程中，先從液相中結(jié)晶出來的

是一次滲碳體Fe3Q,剩余的液相在1148（進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變。因此，過

共晶白口鐵的室溫組織為：Fe3Q+Ld'。

碳對鋼性能的影響碳鋼的組成相只有鐵素體和滲碳體兩種，組織組成

物有先共析鐵素體、珠光體和二次滲碳體三種。由于鐵素體硬度低、塑

性好，滲碳體硬度非常高、塑性為0；所以，由鐵素體和滲碳體均勻混

合的珠光體具有良好的綜合性能即具有良好的強(qiáng)度和硬度，同時也具有

較好地塑性和韌性。對于亞共析鋼，隨著含碳量的增加，珠光體的相對

量提高，鋼的強(qiáng)度、硬度增高，塑性、韌性下降。對于過共析鋼，隨著

含碳量的增加，二次滲碳體數(shù)量增加，并且形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅造成鋼

的塑性、韌性下降，同時也使強(qiáng)度下降；只有硬度增高。

單晶體金屬塑性變形

單晶體塑性變形有〃滑移〃和〃攣生〃等不同方式，大多數(shù)情況以滑移

方式發(fā)生。正應(yīng)力只能引起晶格的彈性伸長，或進(jìn)一步把晶體拉斷，切

應(yīng)力可使晶格在發(fā)生彈性歪扭之后,進(jìn)一步造成滑移。通過大量的晶面

滑移，最終使試樣拉長變細(xì)。

滑移：晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面發(fā)生相對的滑動。

滑移變形要點(diǎn)：

(1)滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生

(2)滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。

這是因?yàn)橹挥性谧蠲芫?滑移面)之間的面間距及最密晶向(滑移方

向)之間的原子間距才最大，因而原子結(jié)合力最弱，所以在最小的切應(yīng)

力下使能引起它們之間的相對滑動。

(3)滑移時晶體的一部分相對于另一部分沿滑移方向位移的距離為原

子間距的整數(shù)倍，滑移的結(jié)果會在晶體的表面上造成臺階。

(4)滑移的同時必然伴有晶體的轉(zhuǎn)動，沿外力方向。

滑移系：滑移面數(shù)與滑移方向數(shù)的乘積?；葡翟酱?，金屬滑移的可能

性越大，即金屬塑性越好。

攣生：當(dāng)晶體在切應(yīng)力的作用下發(fā)生學(xué)生變形時，晶體的一部分沿一定

的晶面(學(xué)生面)和一定的晶向(學(xué)生方向)相對于另TB分晶體作均

勻地切變，在切變區(qū)域內(nèi)，與李生面平行的每層原子的切變量與它距李

生面的距離成正比,并且不是原子間距的整數(shù)倍。這種切變不會改變晶

體的點(diǎn)陣類型，但可使變形部分的位向發(fā)轉(zhuǎn)化，并與未變形部分的晶

體以李晶界為分界面構(gòu)成了鏡面對稱的位向關(guān)系。通常把對稱的兩部分

晶體稱為李晶,而將形成李晶的過程稱為李生。

滑移與攣生的異同：李生是原子的相對切變距離小于攣生方向上一個原

子間距。李生也是通過位錯運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。但產(chǎn)生攣生的位錯的柏氏矢

量小于一個原子間距。享生對塑性變形的貢獻(xiàn)比滑移小得多。大多數(shù)

bcc金屬的李生臨界切應(yīng)力大于滑移臨界切應(yīng)力，所以滑移先于攣生進(jìn)

行；fee金屬的攣生臨界切應(yīng)力遠(yuǎn)大于滑移臨界切應(yīng)力，所以一般不發(fā)

生攣生變形。

固溶強(qiáng)化：由于固溶體中存在著溶質(zhì)原子，使得合金的強(qiáng)度和硬度升高,

而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。

加工硬化：在塑性變形過程中，隨著金屬內(nèi)部組織的變化，金屬的力學(xué)

性能也將產(chǎn)生明顯的變化，即隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度

增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象稱為加工硬化或形變強(qiáng)化。

細(xì)晶強(qiáng)化：通過在均勻材料中加入硬質(zhì)顆粒，使晶粒內(nèi)運(yùn)動的位錯在晶

界處其運(yùn)動被阻，使材料的強(qiáng)度、硬度增加，這一現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化

彌散強(qiáng)化：在母體金屬中形成析出物（碳化物、氮化物、金屬間化合物

等），析出物具有阻礙位錯運(yùn)動的作用，在母相呈微細(xì)彌散分布狀態(tài)，

能提高強(qiáng)度，這一現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化。

冷加工纖維組織是純金屬和單相合金在冷塑性變形時和變形度很大的

條件下，各晶粒伸長成纖維狀形成的組織。

熱加工纖維組織：在熱加工過程中，鑄錠中的粗大枝晶和各種夾雜物都

要沿變形方向伸長，這樣就使枝晶間富集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向

逐漸與變形方向一致，一些脆性雜質(zhì)破碎成鏈狀，塑性的夾雜物變成條

帶狀、線狀或片層狀，在宏觀試樣上沿著變形方向變成一條條細(xì)線，這

就是熱加工鋼中的流線。由一條條流線勾劃出來的組織，叫做熱加工纖

維組織。

形變織構(gòu)與單晶體一樣，多晶體在塑性變形時也伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動過

程，故當(dāng)形變量很大時，多晶體中原為任意取向的各個晶粒會逐漸調(diào)整

其取向而彼此趨于一致，這一現(xiàn)象稱為晶粒的擇尤取向，這種由于金屬

塑性變形使晶粒具有擇尤取向的組織叫做形變織構(gòu)。

同一種材料隨加工方式不同，可能出現(xiàn)不同類型的織構(gòu)：

(1)絲織構(gòu)在拉拔時形成，各晶粒的某一晶向平行或近似平行于拉拔

方向，

(2)板織構(gòu)在軋制時形成，各晶粒某一晶面平行于軋制方向，而某一

晶向平行于軋制方向。

回復(fù)：即在加熱溫度較低時，僅因金屬中的一些點(diǎn)缺陷和位錯遷移而

所引起的某些晶內(nèi)的變化。晶粒大小和形狀無明顯變化?；貜?fù)的目的是

消除大部分甚至全部第一類內(nèi)應(yīng)力和一部分第二類和第三類內(nèi)應(yīng)力，

多邊形化：冷變形金屬加熱時，原來處于滑移面上的位錯，通過滑移和

攀移，形成與滑移面垂直的亞晶界的過程。多邊形化的驅(qū)動力來自彈性

應(yīng)變能的降低。多邊形化降低了系統(tǒng)的應(yīng)變能。

再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度或保溫足夠時間后，在原來的

變形組織中產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，位錯密度顯著降低，性能也發(fā)生顯

著變化，并恢復(fù)到冷變形前的水平，這個過程稱為再結(jié)晶。再結(jié)晶不是

相變。再結(jié)晶的目的是釋放儲存能，使新的無畸變的等軸晶粒形成并長

大，使之在熱力學(xué)上變得更為穩(wěn)定。

動態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶：在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行熱加工時，在塑性變形過程

中發(fā)生的，而不是在變形停止后發(fā)生的回復(fù)與再結(jié)晶。

回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動力：金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，有發(fā)生變化以降

低能量的趨勢，預(yù)先冷變形所產(chǎn)生的儲存能的降低是回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)

動力。

再結(jié)晶形核機(jī)制：亞晶長大形核機(jī)制、晶界凸出形核機(jī)制。

再結(jié)晶溫度：經(jīng)過嚴(yán)重冷變形（變形度在70%以上）的金屬，在約lh

的保溫時間內(nèi)能夠完成再結(jié)晶（＞95%轉(zhuǎn)變量）的溫度。

擴(kuò)散機(jī)制：空位擴(kuò)散機(jī)制、間隙擴(kuò)散機(jī)制

固態(tài)金屬擴(kuò)散條件擴(kuò)散要有驅(qū)動力、擴(kuò)散原子要固溶、溫度要足夠高、

時間要足夠長。

下坡擴(kuò)散：沿著濃度降低的方向進(jìn)行的擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?。如鑄

錠（件）的均勻化退火、滲碳等過程。

上坡擴(kuò)散：沿著濃度升高的方向進(jìn)行的擴(kuò)散，使?jié)舛劝l(fā)生兩極分化。例

如奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變。

反應(yīng)擴(kuò)散：通過擴(kuò)散使固溶體的溶質(zhì)組元濃度超過固溶體濃度極限而形

成新相的過程稱為反應(yīng)擴(kuò)散或相變擴(kuò)散。反應(yīng)擴(kuò)散所形成的新相，既可

以是新的固溶體，也可以是各種化合物。

擴(kuò)散驅(qū)動力：擴(kuò)散的驅(qū)動力不是濃度梯度，而是化學(xué)位梯度。此外，在

溫度梯度、應(yīng)力梯度、表面自由能差以及電場和磁場的作用下，也可以

引起擴(kuò)散。

擴(kuò)散激活能：固態(tài)擴(kuò)散是原子熱激活的過程，固態(tài)原子從原來的平衡位

置躍遷到相鄰的平衡位置所必需的能量稱為擴(kuò)散激活能。

影響擴(kuò)散的因素：溫度、鍵能和晶體結(jié)構(gòu)、固溶體類型、晶體缺陷、化

學(xué)成分。

菲克第一、二定律：

如果擴(kuò)散系數(shù)與濃度C、距離x無關(guān)，則第二定律可以寫為

共析鋼的加熱轉(zhuǎn)變

從鐵碳相圖中看到鋼加熱到727?！稜顟B(tài)圖的PSK線，又稱A1溫度）

以上的溫度，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。這個加熱速度十分緩慢，實(shí)際熱處

理的加熱速度均高于這個緩慢加熱速度，實(shí)際珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫

度高于A1定義實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度為AcloAcl高于Al，表明出現(xiàn)熱滯后，

加熱速度愈快,Acl愈高，同時完成珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的時間亦愈短。

共析碳鋼（含0.77%C）加熱前為珠光體組織，一般為鐵素體相與滲碳

體相相間排列的層片狀組織，加熱過程中奧氏體轉(zhuǎn)變過程可分為四步進(jìn)

行

第一階段：奧氏體晶核的形成。由Fe-Fe3C狀態(tài)圖知：在A1溫度鐵素

體含約0.0218%C,滲碳體含6.69%C,奧氏體含0.77%C。在珠光體

轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體過程中，原鐵素體由體心立方晶格改組為奧氏體的面心立

方晶格，原滲碳體由復(fù)雜斜方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?。所以，鋼的?/p>

熱轉(zhuǎn)變既有碳原子的擴(kuò)散，也有晶體結(jié)構(gòu)的變化?；谀芰颗c成分條件,

奧氏體晶核在珠光體的鐵素體與滲碳體兩相交界處產(chǎn)生，這兩相交界面

越多，奧氏體晶核越多。

第二階段:奧氏體的長大。奧氏體晶核形成后，它的T則與滲碳體相接，

另一側(cè)與鐵素體相接。隨著鐵素體的轉(zhuǎn)變（鐵素體區(qū)域的縮?。?，以及

滲碳體的溶解（滲碳體區(qū)域縮?。?，奧氏體不斷向其兩側(cè)的原鐵素體區(qū)

域及滲碳體區(qū)域擴(kuò)展長大，直至鐵素體完全消失，奧氏體彼此相遇，形

成一個個的奧氏體晶粒。

第三階段：殘余滲碳體的溶解。由于鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體速度遠(yuǎn)高于滲

碳體的溶解速度，在鐵素體完全轉(zhuǎn)變之后尚有不少未溶解的〃殘余滲碳

體〃存在，還需一定時間保溫，讓滲碳體全部溶解。

第四階段：奧氏體成分的均勻化。即使?jié)B碳體全部溶解，奧氏體內(nèi)的成

分仍不均勻，在原鐵素體區(qū)域形成的奧氏體含碳量偏低，在原滲碳體區(qū)

域形成的奧氏體含碳量偏高，還需保溫足夠時間，讓碳原子充分?jǐn)U散,

奧氏體成分才可能均勻。

珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體并使奧氏體成分均勻必須有兩個必要而充分條件:

一是溫度條件，要在Acl以上加熱，二是時間條件，要求在Acl以上

溫度保持足夠時間。在一定加熱速度條件下，超過Acl的溫度越高,

奧氏體的形成與成分均勻化需要的時間愈短；在一定的溫度（高于Acl）

條件下，保溫時間越長，奧氏體成分越均勻。

還要看到奧氏體晶粒由小尺寸變?yōu)榇蟪叽缡且粋€自發(fā)過程，在Acl以

上的一定加熱溫度下，過長的保溫時間會導(dǎo)致奧氏體晶粒的合并，尺寸

變大。相對之下,相同時間加熱，高的加熱溫度導(dǎo)致奧氏體晶粒尺寸的

增大傾向明顯大于低的加熱溫度的奧氏體晶粒長大傾向。奧氏體晶粒尺

寸過大（或過粗）往往導(dǎo)致熱處理后鋼的強(qiáng)度降低，工程上往往希望得

到細(xì)小而成分均勻的奧氏體晶粒，為此可以采用：途徑之一是在保證奧

氏成分均勻情況下選擇盡量低的奧氏體化溫度；途徑之二是快速加熱到

較高的溫度經(jīng)短暫保溫使形成的奧氏體來不及長大而冷卻得到細(xì)小的

晶粒。

晶粒度：工程上把奧氏體晶粒尺寸大小定義為晶粒度，并分為8級，其

中1~4級為粗晶粒，5級以上為細(xì)晶粒，超過8級為超細(xì)晶粒。

影響奧氏體晶粒大小的因素：加熱溫度和保溫時間、加熱速度、鋼的化

學(xué)成分、鋼的原始組織。

鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變：鋼在奧氏體化后的兩種冷卻方式：等溫冷卻方式、

連續(xù)冷卻方式

珠光體轉(zhuǎn)變及其組織

在溫度A1以下至55CTC左右的溫度范圍內(nèi)，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是珠

光體，即形成鐵素體與滲碳體兩相組成的相間排列的層片狀的機(jī)械混和

物組織。

在珠光體轉(zhuǎn)變中，由A1以下溫度依次降到鼻尖的55CTC左右，層片狀

組織的片間距離依次減小。根據(jù)片層的厚薄不同，這類組織又可細(xì)分為

三種。

第一種是珠光體，其形成溫度為℃片層較厚,一般在

A1~650,500

倍的光學(xué)顯微鏡下即可分辨。用符號〃P〃表示。

第二種是索氏體，其形成溫度為℃℃片層較薄，一般在

650~600z

800~1000倍光學(xué)顯微鏡下才可分辨。用符號表示。

第三種是屈氏體，其形成溫度為600℃~550℃,片層極薄,只有在電

子顯微鏡下才能分辨。用符號表示。

實(shí)際上，這三種組織都是珠光體，其差別只是珠光體組織的〃片間距〃

大小，形成溫度越低，片間距越小。這個〃片間距〃越小，組織的硬度

越高,屈氏體的硬度高于索氏體,遠(yuǎn)高于粗珠光體。

珠光體轉(zhuǎn)變過程

奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的過程也是形核和長大的過程。當(dāng)奧氏體過冷到

A1以下時，首先在奧氏體晶界上產(chǎn)生滲碳體晶核，通過原子擴(kuò)散，滲

碳體依靠其周圍奧氏體不斷地供應(yīng)碳原子而長大。同時，由于滲碳體周

圍奧氏體含碳量不斷降低，從而為鐵素體形核創(chuàng)造了條件，使這部分奧

氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。由于鐵素體溶碳能力低(<0.0218%C),所以又

將過剩的碳排擠到相鄰的奧氏體中，使相鄰?qiáng)W氏體含碳量增高，這又為

產(chǎn)生新的滲碳體創(chuàng)造了條件。如此反復(fù)進(jìn)行，奧氏體最終全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F

素體和滲碳體片層相間的珠光體組織。

珠光體轉(zhuǎn)變是一種擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，即鐵原子和碳原子均進(jìn)行擴(kuò)散。

貝氏體轉(zhuǎn)變及其組織

過冷奧氏體在550℃~Ms（馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度）的轉(zhuǎn)變稱為中溫轉(zhuǎn)

變，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為貝氏體型，所以也叫貝氏體轉(zhuǎn)變。貝氏體用符號〃B〃

表示，它仍是由鐵素體與滲碳體組成的機(jī)械混和物，但其形貌與滲碳體

的分布與珠光體型不同，硬度也比珠光體型的高。根據(jù)貝氏體的組織

形態(tài)和形成溫度區(qū)間的不同又可將其劃分為上貝氏體（B上）與下貝氏

體（B下）。上貝氏體的形成溫度為550℃~350℃,它的硬度比同樣

成份的下貝氏體低,韌性也比下貝氏體差，所以上貝氏體的機(jī)械性能很

差，脆性很大，強(qiáng)度很低，基本上沒有實(shí)用價值。下貝氏體的形成溫度

為350℃~Ms,它有較高的強(qiáng)度和硬度,還有良好的塑性和韌性，具

有較優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，是生產(chǎn)上常用的組織。獲得下貝氏體組織是

強(qiáng)化鋼材的途徑之一。

貝氏體的轉(zhuǎn)變過程

在中溫區(qū)發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變時，由于溫度較低，鐵原子擴(kuò)散困難，只能以

共格切變的方式來完成原子的遷移，而碳原子則有一定的擴(kuò)散能力，可

以通過短程擴(kuò)散來完成原子遷移，所以貝氏體轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型相變。

在貝氏體轉(zhuǎn)變中，存在著兩個過程，一是鐵原子的共格切變，二是碳原

子的短程擴(kuò)散。

當(dāng)溫度較高（55CTC?35CTC）時,條狀或片狀鐵素體從奧氏體晶界開

始向晶內(nèi)以同樣方向平行生長。隨著鐵素體的伸長和變寬，其中的碳原

子向條間的奧氏體中富集，最后在鐵素體條之間析出滲碳體短棒，奧氏

體消失，形成上貝氏體。

當(dāng)溫度較低(35CTC~Ms)時，碳原子擴(kuò)散能力低，鐵素體在奧氏體的

晶界或晶內(nèi)的某些晶面上長成針狀。盡管最初形成的鐵素體固溶碳原子

較多，但碳原子不能長程遷移，因而不能逾越鐵素體片的范圍，只能在

鐵素體內(nèi)一定的晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出，從而形成下貝氏

體。

馬氏體轉(zhuǎn)變及其組織

馬氏體組織及其性能特點(diǎn)

過冷奧氏體在馬氏體開始形成溫度Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這個轉(zhuǎn)變持

續(xù)至馬氏體形成終了溫度在以下，過冷奧氏體停止轉(zhuǎn)變。除

MfoMf

ALC。元素外，溶解到奧氏體中的元素均使Ms、Mf下降。碳含量增

多，Ms、Mf點(diǎn)降低。經(jīng)冷卻后未轉(zhuǎn)變的奧氏體保留在鋼中,稱為殘余

奧氏體。在Ms與Mf溫度之間過冷奧氏體與馬氏體共存。在Ms溫度

以下，轉(zhuǎn)變溫度越低，殘余奧氏體量越少。隨奧氏體中含碳量的增加

Ms和Mf均會降低，可見在同樣的冷卻速度下(或冷卻介質(zhì)中),奧

氏體中含碳量越高，馬氏體中的殘余奧氏體就越多。

馬氏體形成的溫度也是碳原子難以擴(kuò)散的溫度，它是由過冷奧氏體按無

擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變機(jī)制的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，馬氏體與過冷奧氏體含碳量相等，晶格同

于鐵素體體心立方。體心立方晶格的鐵素體在室溫含約0.008%C,對

共析鋼馬氏體的晶格內(nèi)含約0.77%Cz為此導(dǎo)致體心立方晶格畸變?yōu)轶w

心正方晶格，因此馬氏體是含過飽和碳的固溶體，是單一的相，同高溫、

中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有本質(zhì)區(qū)別。

馬氏體的形貌常有針狀及板條狀兩種，前一種一般出現(xiàn)在高碳鋼中，后

一種一般出現(xiàn)在低碳鋼中?！ㄡ槨ɑ颉l〃的粗細(xì)主要取決于奧氏體晶

粒的尺寸大小，奧氏體晶粒越大，〃針〃或〃條〃越粗。

馬氏體的硬度主要取決于其中含碳量，含碳量越高，馬氏體硬度越高。

實(shí)際淬火鋼硬度取決于馬氏體，殘余奧氏體，以及其它不轉(zhuǎn)變物（鐵素

體或二次滲碳體）的含量。

馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)

馬氏體轉(zhuǎn)變同樣是一個形核和長大的過程。它的主要特點(diǎn)是：（1）無

擴(kuò)散性；（2）有共格位向關(guān)系；（3）在不斷降溫的過程中形成；（4）

高速長大；（5）馬氏體轉(zhuǎn)變的不完全性。

鋼的回火

回火一般是緊接淬火以后的熱處理工藝，回火是淬火后再將工件加熱到

Acl溫度以下某一溫度，保溫后再冷卻到室溫的一種熱處理工藝。淬

火后的鋼鐵工件處于高的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，不能直接使用，必須即時回火,

否則會有工件斷裂的危險。淬火后回火目的在于降低或消除內(nèi)應(yīng)力，以

防止工件開裂和變形；減少或消除殘余奧氏體，以穩(wěn)定工件尺寸；調(diào)整

工件的內(nèi)部組織和性能，以滿足工件的使用要求。

鋼在回火時的轉(zhuǎn)變

共析鋼在淬火后得到的馬氏體和殘余奧氏體組織是不穩(wěn)定的，存在著向

穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的自發(fā)傾向?；鼗鸺訜峥杉铀龠@種自發(fā)轉(zhuǎn)變過程。根據(jù)轉(zhuǎn)

變發(fā)生的過程和形成的組織，回火可分為四個階段：

第一階段（20CTC以下）：馬氏體分解。

第二階段(200℃~300℃):殘余奧氏體分解。

第三階段(250℃-400℃):碳化物的轉(zhuǎn)變。

第四階段(400。(：以上)：滲碳體的聚集長大與a相的再結(jié)晶。

回火脆性隨著回火溫度的升高鋼的沖擊韌性發(fā)生變化。在250(?350℃

和500℃~650。(：鋼的沖擊韌性明顯下降，這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性

(1)低溫回火脆性

淬火鋼在25(TC~3500(范圍內(nèi)回火時出現(xiàn)的脆性叫做低溫回火脆性，

也叫第一類回火脆性。幾乎所有的鋼都存在這類脆性。這是一種不可逆

回火脆性，目前尚無有效辦法完全消除這類回火脆性。所以一般都不在

250℃~350℃這個溫度范圍內(nèi)回火。

(2)高溫回火脆性

淬火鋼在50CTC?65CTC范圍內(nèi)回火時出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性，

也稱為第二類回火脆性。這種脆性主要發(fā)生在含Cr、Ni、Si、Mn等合

金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。這種脆性與加熱、冷卻條件有關(guān)。加熱至600T以

上后，以緩慢的冷卻速度通過脆化溫度區(qū)時，出現(xiàn)脆性；快速通過脆化

區(qū)時，則不出現(xiàn)脆性。此類回火脆性是可逆的，在出現(xiàn)第二類回火脆性

后，重新加熱至60CTC以上快冷,可消除脆性。

鋼的淬火將亞共析鋼加熱到Ac3以上，共析鋼與過共析鋼加熱到Acl

以上(低于Accm)的溫度，保溫后以大于Vk的速度快速冷卻,使奧

氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝叫淬火。馬氏體強(qiáng)化是鋼的主要強(qiáng)化手

段，因此淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的機(jī)械性能。淬火是

鋼的最重要的熱處理工藝，也是熱處理中應(yīng)用最廣的工藝之一。

淬火溫度的確定

淬火溫度即鋼的奧氏體化溫度,是淬火的主要工藝參數(shù)之一。選擇淬火

溫度的原則是獲得均勻細(xì)小的奧氏體組織。亞共析鋼的淬火溫度一般為

以上淬火后獲得均勻細(xì)小的馬氏體組織。如果溫度

Ac330℃~50℃z

過高，會因?yàn)閵W氏體晶粒粗大而得到粗大的馬氏體組織，使鋼的機(jī)械性

能惡化,特別是使塑性和韌性降低；如果淬火溫度低于Ac3,淬火組織

中會保留未溶鐵素體,使鋼的強(qiáng)度硬度下降。

加熱時間的確定

加熱時間由升溫時間和保溫時間組成。由零件入爐溫度升至淬火溫度所

需的時間為升溫時間，并以此作為保溫時間的開始。保溫時間是指零件

燒透及完成奧氏體化過程所需要的時間。加熱時間通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估

算或通過實(shí)驗(yàn)確定。生產(chǎn)中往往要通過實(shí)驗(yàn)確定合理的加熱及保溫時間,

以保證工件質(zhì)量。

淬火冷卻介質(zhì)的確定

淬火過程是冷卻非?？斓倪^程。為了得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必

須大于臨界冷卻速度但是，冷卻速度快必然產(chǎn)生很大的淬火內(nèi)應(yīng)

Vke

力，這往往會引起工件變形。

淬火的目的是得到馬氏體組織，同時又要避免產(chǎn)生變形和開裂。

對于理想的淬火冷卻曲線,只要在〃鼻尖〃溫度附近快冷，使冷卻曲線

躲過〃鼻尖〃，不碰上C曲線，就能得到馬氏體。也就是說，在〃鼻尖〃

溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；在

〃鼻尖〃溫度附近則必須快冷，以躲開〃鼻尖〃，保證不產(chǎn)生非馬氏體

相變；而在Ms點(diǎn)附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時的相變應(yīng)力。

但是到目前為止，還找不到完全理想的淬火冷卻介質(zhì)。常用的淬火冷

卻介質(zhì)是水、鹽或堿的水溶液和各種礦物油、植物油。

淬火方法

選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒ㄍx用淬火介質(zhì)一樣，可以保證在獲得所要求的淬

火組織和性能條件下，盡量減小淬火應(yīng)力，減少工件變形和開裂傾向。

(1)單液淬火它是將奧氏體狀態(tài)的工件放入一種淬火介質(zhì)中一直冷卻

到室溫的淬火方法。這種方法操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，適用于形狀

簡單的碳鋼和合金鋼工件。

(2)雙液淬火它是先將奧氏體狀態(tài)的工件在冷卻能力強(qiáng)的淬火介質(zhì)中

冷卻至接近Ms點(diǎn)溫度時再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，

直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。

(3)分級淬火它是將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入略高于鋼的Ms點(diǎn)的

鹽浴或堿浴爐中保溫，當(dāng)工件內(nèi)外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至

室溫,完成馬氏體轉(zhuǎn)變(見圖6-16曲線3)。

(4)等溫淬火它是將奧氏體化后的工件在稍高于Ms溫度的鹽浴或堿

浴中冷卻并保溫足夠時間,從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。

鋼的淬透性

(1)淬透性的概念鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得淬硬

層(也稱為淬透層)深度的能力，其大小用鋼在一定條件下淬火獲得的

淬硬層深度來表示。

（2）影響淬透性的因素影響淬透性的主要因素是化學(xué)成分，除C。以

外，所有溶于奧氏體中的合金元素都提高淬透性。另外，奧氏體的均勻

性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會影響淬透性。

（3）淬透性的測定及其表示方法淬透性的測定方法很多，目前應(yīng)用得

最廣泛的是〃末端淬火法〃，簡稱端淬試驗(yàn)。試驗(yàn)時，先W標(biāo)準(zhǔn)試樣加

熱至奧氏體化溫度，停留30?40min,然后迅速放在端淬試驗(yàn)臺上噴

水冷卻。

鋼的淬硬性：表示鋼淬火時的硬化能力，用淬成的馬氏體可能得到的最

高硬度表示。它主要取決于馬氏體中的含碳量。含碳量越高，淬硬性越

鋼的分類

一、按化學(xué)成分分類

按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼詼大類。

碳素鋼按含碳量多少可分為低碳鋼（C%<0.25%）、中碳鋼

（C%=0.25%~0.60%）和高碳鋼（C%>0.6%）三類。

合金鋼按合金元素的含量又可分為低合金鋼（合金元素總量<5%）、中

合金鋼（合金元素總量為5~10%）和高合金鋼（合金元素總量>10%）

三類。

合金鋼按合金元素的種類可分為鎰鋼、將鋼、硼鋼、銘鏢鋼、硅鎰鋼等。

二、按冶金質(zhì)量分類

按鋼中所含有害雜質(zhì)硫、磷的多少，可分為普通鋼（S%<0.055%,P%

<0.045%）、優(yōu)質(zhì)鋼（S%、P%<0.040%）和高級優(yōu)質(zhì)鋼（S%<0.030%,

P%<0.035%）三類。

此外,按冶煉時脫氧程度,可將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全）、鎮(zhèn)靜鋼

（脫氧較完全）和半鎮(zhèn)靜鋼三類。

三、按用途分類

按鋼的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼三大類。

結(jié)構(gòu)鋼又分為工程構(gòu)件用鋼和機(jī)器零件用鋼兩部分。工程構(gòu)件用鋼包括

建筑工程用鋼、橋梁工程用鋼、船舶工程用鋼、車輛工程用鋼。機(jī)器用

鋼包括調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼、滲碳和滲氮鋼、耐磨鋼等。這類

鋼一般屬于｛氐、中碳鋼和低、中合金鋼。

工具鋼分為刃具鋼、量具鋼、模具鋼。主要用于制造各種刃具、模具和

量具，這類鋼一般屬于高碳、高合金鋼。

特殊性能鋼分為不銹鋼、耐熱鋼等。這類鋼主要用于各種特殊要求的場

合，如化學(xué)工業(yè)用的不銹耐酸鋼、核電站用的耐熱鋼等。

四、按金相組織分類

按鋼退火態(tài)的金相組織可分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼三種。

按鋼正火態(tài)的金相組織可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體

鋼等四種。

在給鋼的產(chǎn)品命名時，往往把成分、質(zhì)量和用途幾種分類方法結(jié)合起來。

如碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、

合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、高速工具鋼等

合金元素在鋼中的作用

合金元素在鋼中可以兩種形式存在:一是溶解于碳鋼原有的相中,另一

種是形成某些碳鋼中所沒有的新相。在一般的合金化理論中，按與碳親

合力的大小，可將合金元素分為碳化物形成元素與非碳化物形成元素兩

大類。常用的合金元素有以下幾種：

非碳化物形成元素：Ni.Co.Cu、Si、Al、N、B;

碳化物形成元素：、、、、、、、

MnCrMoWVTiNbZro

此外，還有稀土元素,一般用符號Re表示。

合金元素對鋼中基本相的影響

鋼的編號

鋼種

分類

編號原則

鋼種舉例

常用熱處理

應(yīng)用舉例

碳鋼

普通碳鋼

Q表示屈服點(diǎn)的字母,用最低屈服強(qiáng)度數(shù)值表示

Q235A

/

鋼筋

優(yōu)質(zhì)碳鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

兩位數(shù)字代表含碳量的萬分?jǐn)?shù)

45

調(diào)質(zhì)或正火

小軸

（優(yōu)質(zhì)）碳素工具鋼

T表示碳素工具鋼，數(shù)字代表含碳量的千分?jǐn)?shù)

T13

淬火后低溫回火

挫刀

鑄鐵

灰口鑄鐵

HT表示灰口鑄鐵，數(shù)字表示最小抗拉強(qiáng)度

HT150

/

端蓋

球墨鑄鐵

QT表示球墨鑄鐵，第一組數(shù)字表示最小抗泣強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示最

低延伸率

QT600-3

調(diào)質(zhì)

曲軸

蠕墨鑄鐵

RuT表示蠕墨鑄鐵,數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度

RuT420

/

可鍛鑄鐵

KT表示可鍛鑄鐵，第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示最

低延伸率

KTH350-06

橋梁

合金鋼

合金結(jié)構(gòu)鋼

低合金結(jié)構(gòu)鋼

數(shù)字表示含碳量的萬分?jǐn)?shù)，化學(xué)元素符號表示主加元素，后面的數(shù)字表

示所加元素的白分?jǐn)?shù)

16Mn

/

橋梁

滲碳鋼

20Cr

滲碳后淬火、低溫回火

活塞銷

調(diào)質(zhì)鋼

40Cr

調(diào)質(zhì)

進(jìn)氣閥

彈簧鋼

55Si2Mn

淬火后中溫回火

汽車板簧

滾動軸承鋼

G表示滾動軸承鋼，數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)

GCrl5

淬火后低溫回火

軸承內(nèi)圈

易切削結(jié)構(gòu)鋼

Y表示易切削結(jié)構(gòu)鋼，數(shù)字表示含碳量的萬分?jǐn)?shù)

Y30

調(diào)質(zhì)

切削加工生產(chǎn)線

合金工具鋼

刃具鋼

數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)，化學(xué)元素符號表示主加元素，后面的數(shù)字表

示所加元素的百分?jǐn)?shù)

9SiCr

淬火后低溫回火

絲推

碳含量0.7~1.4%,主加碳化物形成元素W、Cr、V、Mo

W18Cr4V

高溫淬火后三次回火

銃刀

模具鋼

數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)，化學(xué)元素符號表示主加元素，后面的數(shù)字表

示所加元素的百分?jǐn)?shù)

Crl2

整體調(diào)質(zhì)，表面氫化

冷沖模

5CrMnMo

淬火后多次回火

熱鍛模

特殊性能鋼

不銹鋼

lCrl8Ni9Ti

固溶處理

醫(yī)療器械

耐熱鋼

lCrllMoV

調(diào)質(zhì)

鍋爐吊鉤

耐磨鋼

ZGMnl3

水韌處理

挖掘機(jī)的鏟斗

晶體缺陷包括：1?點(diǎn)缺陷：空位間隙原子造成的晶格畸變比空位嚴(yán)重。

2.線缺陷：位錯：刃型位錯，螺旋型位錯。面缺陷：晶界和亞晶界c

刃型位錯：L有一額外半原子面。2.位錯線具有一定寬度的細(xì)大晶格畸

變管道。即有正應(yīng)變和切應(yīng)變。3.位錯線與滑移方向相垂直，位錯運(yùn)動

方向與滑移方向平行。

螺旋型位錯：1.沒有額外半原子面。2.螺旋形位錯是一個具有一定寬度

的細(xì)大晶格畸變管道。只有切應(yīng)變。3.位錯線與滑移方向平行，位錯運(yùn)

動方向與位錯線垂直。

滑移：晶體中一部分相對于另TB分晶體沿一定的滑移面和滑移方向所

做的切變過程。

滑移系：一個滑移面和該面上的一個滑移方向合起來組成的。

加工硬化:金屬隨著變形量的增加強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性降低的現(xiàn)象。

細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒增加晶界，提高金屬強(qiáng)度的方法。作用：提高材

料的強(qiáng)度，改善材料的塑性和韌性。

固溶強(qiáng)化：由于固溶體中存在著溶質(zhì)原子，使得合金的強(qiáng)度硬度提高而

塑性韌性有所下降的現(xiàn)象。機(jī)制：1.在固溶體中溶質(zhì)與溶劑原子半徑差

所引起的彈性畸變，與位錯之間產(chǎn)生的彈性交互作用，對在滑移面上運(yùn)

動著的位錯，有阻礙作用。2.在位錯線上偏聚的溶質(zhì)原子對位錯的釘扎

作用。

彌散強(qiáng)化：借助粉末冶金的方法，將第二相粒子加入基體面，起強(qiáng)化作

用；當(dāng)過飽和固溶體進(jìn)行過時效處理時，可以得到與基體非共格的析出

相，此時位錯也是以繞過機(jī)制通過障礙。

形變織構(gòu)：由于金屬塑性變形，使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織。

偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶或過共晶合

金，也可能得到全部共晶組織。這種非共晶成分的合金所得到的共晶組

織。

離異共晶：在先共晶相數(shù)量較多，而共晶組織甚少的情況下，有時共晶

組織中，與先共晶相同的那一相會依附與先共晶相上先長，剩下的另一

相則單獨(dú)存在于晶界處，從而使共晶組織的特征消失，這種兩相分離的

共晶組織稱為離異共晶。

熱加工：指在再結(jié)晶溫度以上的加工過程。

冷加工：指在再結(jié)晶溫度以下的加工過程。

動態(tài)再結(jié)晶：在熱加工過程中，邊加工邊發(fā)生在金屬內(nèi)部同時的回復(fù)再

汩日日。

特點(diǎn)：L在穩(wěn)態(tài)，晶粒成等軸狀，包括被位錯糾纏所分割的亞晶粒。2.

晶界遷移速度慢。

靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶：在隨后的冷卻過程中發(fā)生的回復(fù)與再結(jié)晶。

晶粒長大：隨著加熱溫度的升高或保溫時間延長，晶粒之間就會互相吞

并而長大的現(xiàn)象。包括正常長大^反常長大（二次再結(jié)晶）。

晶粒長大的驅(qū)動力：晶粒長大前后總的界面能差。

影響因素：1.溫度越低，長大速度越快。2.雜質(zhì)及合金元素。3.第二相

質(zhì)點(diǎn)。4.相鄰晶粒的位向差。

反常長大：少素晶粒具有特別大的長大能力，逐步吞噬掉周圍的大量小

晶粒，其尺寸超過原始晶粒的幾十倍或上百倍，比臨界變形后形成的再

結(jié)晶晶粒還要粗大得多的過程。

再結(jié)晶退火的目的：降低硬度，提高塑性，恢復(fù)并改善材料性能。

影響因素：變形程度和退火溫度。

再結(jié)晶織構(gòu)：金屬在再結(jié)晶退火形成的織構(gòu)。

避免措施：1.適當(dāng)變形度，較低退火溫度，較短保溫時間。2.兩次變形，

兩次退火。

退火：形變金屬的組織和性能在加熱時，逐漸發(fā)生變化，向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變

的過程。

回復(fù)：冷塑性變形的金屬在加熱時，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前，即在

再結(jié)晶晶粒形成前，所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能變化過程。溫度越高,

回復(fù)程度越大。

目的：使金屬內(nèi)部缺陷數(shù)量減少，儲存能降低。

高溫回復(fù)：1.較高溫回復(fù)時,不僅原子有很大的活動能力，而且位錯也

開始運(yùn)動起來：同一滑移面上的異號位錯可以相互吸引而抵消。2.溫度

更高時，位錯不但可以滑移，而且可以攀移，發(fā)生多邊化。

多邊化：冷變形后，金屬加熱時，原來處在滑移面上的位錯，通過滑移

和攀移，形成與滑移面垂直的亞晶界的過程。

驅(qū)動力：彈性應(yīng)變能的降低。

再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度，或保溫足夠長時間，在原來

的變形組織中產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，位錯密度顯著降低，性能也發(fā)生

顯著變化，并恢復(fù)到冷變形水平的過程。

驅(qū)動力：預(yù)先冷變形所產(chǎn)生的儲存能的降低。

再結(jié)晶溫度的影響因素：1.金屬變形度越大，儲存能越大，驅(qū)動力越大，

再結(jié)晶溫度越低。2.金屬的純度越高，再結(jié)晶溫度越低。3.形變金屬的

晶粒越細(xì)小，再結(jié)晶溫度越低。4.一定的加熱速度和保溫時間，可以降

低再結(jié)晶溫度。

再結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的區(qū)別：1.相同部分：都經(jīng)歷形核與長大。不同

點(diǎn)：再結(jié)晶前后各晶粒的晶格類型不變，成分不變；同素異構(gòu)改變發(fā)生

了晶格的改變。

固態(tài)金屬的擴(kuò)散機(jī)制：L空位擴(kuò)散機(jī)制：溫度越高，空位濃度越高，擴(kuò)

散越強(qiáng)烈。2.間隙擴(kuò)散機(jī)制：原子尺寸越小，擴(kuò)散越強(qiáng)烈。

驅(qū)動力：化學(xué)位梯度。

發(fā)生擴(kuò)散的滿足條件：1.擴(kuò)散驅(qū)動力。2.擴(kuò)散原子固溶。3.溫度足夠高。

4.時間足夠長。

上坡擴(kuò)散：沿著濃度升高的方向發(fā)生的擴(kuò)散。

反應(yīng)擴(kuò)散：通過擴(kuò)散使固溶體的溶質(zhì)組元濃度超過固溶體極限而形成新

相的過程。特點(diǎn)：1.在界面處產(chǎn)生濃度梯度。2.二元系的擴(kuò)散層中每一

層都為單相層。

起始晶粒度：將鋼加熱到臨界溫度以上，奧氏體邊界剛剛相互接觸時的

晶粒大小。

實(shí)際晶粒度：鋼在具體熱處理中，獲得的實(shí)際奧氏體晶粒大小。

本質(zhì)晶粒度：標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，930度正負(fù)10,力口熱保溫三小時，側(cè)得

的晶粒大小。

影響奧氏體晶粒大小的因素：1.加熱溫度越高，保溫時間越長，晶粒大

小越大。2.加熱速度越大,過熱度越大，形核度增加大于長大速度,晶

粒越小。3.一定含碳量的時候，碳含量越高，晶粒長大傾向越大，超過

一定含碳量，相反。4.原始組織越細(xì)小，碳的彌散度越大，晶粒越細(xì)小

過冷奧氏體:在臨界溫度以下存在且不穩(wěn)定的，將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體。

片狀珠光體通過球化退火工藝得到粒狀珠光體的方法：1.將鋼奧氏體化,

通過控制奧氏體溫度和時間，使奧氏體的碳濃度分布不均勻，或保留大

量未溶滲碳體質(zhì)點(diǎn)，并在A1溫度線以下較高溫度范圍內(nèi)緩冷。2.將鋼

加熱到略低于A1溫度長時間保溫。

形成片狀珠光體的驅(qū)動力：鐵素體和滲碳體之間相界面的減少。

偽共析體：偏離共析成分的亞共析鋼或過共析鋼，過冷到偽共析區(qū)所形

成的全部珠光體組織。

馬氏體轉(zhuǎn)變：鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻抑制其擴(kuò)散性分解，在較低溫度

下，低于MS點(diǎn)發(fā)生的無擴(kuò)散形相變。

鋼中的馬氏體有兩種結(jié)構(gòu)：體心立方和體心正方，其中體心正方在含碳

量較高的鋼中出現(xiàn)。

臨界淬火速度:淬火獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。

板條狀馬氏體：特點(diǎn)：一條條細(xì)條狀組織，條與條之間，以小角度分開,

束與束之間以大角度分開。

片狀馬氏體：雙凸透鏡狀，存在大量的顯微裂紋。

這兩種不同形狀的馬氏體形成因素主要取決于奧氏體中碳含量和轉(zhuǎn)變

開始溫度MS.含碳量小于0.2%,全部板條狀馬氏體，大于1%,全部

片狀。

碳對馬氏體晶格的固溶強(qiáng)化：間隙原子碳處于a相晶格的扁八面體間隙

中，造成晶格的正方畸變而形成一個應(yīng)力場，該應(yīng)力場與位錯發(fā)生強(qiáng)烈

的交互作用，從而提高馬氏體強(qiáng)度的現(xiàn)象。

相變強(qiáng)化：馬氏體轉(zhuǎn)變時，在晶體內(nèi)造成密度很高的晶格缺陷，無論板

條狀馬氏體中的高密度位錯，還是片狀馬氏體中的攣晶,都阻礙位錯運(yùn)

動，從而使馬氏體強(qiáng)化的現(xiàn)象。

馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：馬氏體轉(zhuǎn)變無擴(kuò)散性,切變共格性，具有特定的慣

習(xí)面和位相關(guān)系，在一個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，可逆。

馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的主要形式變溫和等溫轉(zhuǎn)變兩種。

鋼在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度范圍內(nèi)，過冷奧

氏體將發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，又稱中溫轉(zhuǎn)變。（F+C組成的機(jī)械混合物）特

點(diǎn)：擴(kuò)散，有共格的