金相检验培训课件2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 金属学及热处理,1,金属学基础,一金属的晶体结构与结晶,1,晶格 晶胞 晶格常数,晶体,其原,(,离,),子在空间严格按照一定规则而周期性的排列,晶格,人们用空间点阵表示晶体中原子在空间规则排列的方式称为晶格，或称结晶点阵。,晶胞,由于晶体中原子排列具有周期重复性，因此选取其中一个具有代表性且由最少原子排列而成的小单元（六面体）即称晶胞。,晶格常数,晶胞大小形状用晶格参数表示，各棱边尺寸称晶格常数，各棱边夹角用,表示。,1/30/2026,1,典型晶格,体心立方晶格：立方体的八个棱角上各有一个原子，立方体中心占有一个原子。,-,铁，铬，钼等金属为体心立方晶格结构,1/30/2026,2,面心立方晶格,:,正方体的八个棱角上各有一个原子，正方体六个面的中心各有一个原子。,-,铁，镍，铝，铜等为面心立方晶体结构,1/30/2026,3,密排六方晶格：在上下底面的十二个棱角上各有一个原子，在上下底面的中心也各有一个原子，在六方柱内有三个原子，他们相间的处于三个棱柱体的几何中心。,1/30/2026,4,2,、结晶概念,（,1,）过冷现象：金属凝固时其实际冷却速度往往比理想状态快，它的实际结晶温度都比理论结晶温度低，这称为结晶过程的过冷现象,（,2,）结晶过程：,晶核形成,:,自发形核 非自发形核（靠背和依附）,晶核长大,（,3,）晶体缺陷：点缺陷，线缺陷，面缺陷。,3,、钢锭结晶构造,表层为细晶区（以模壁为靠背形成非自发形核）,次表层为柱状晶区（晶核择优生长）,中心为等轴晶区,在钢锭的头部（上部）集中了缩孔、疏松、杂质等缺陷，使用时要求切除掉。,1/30/2026,5,4,金属的同素异构性,金属在固态下由一种晶格转变为另一种晶格叫做同素异构转变,同素异构转变也是一种结晶过程，为了与液体结晶相区别，通常称此为重结晶，例如在,1394,时，,-,铁（体心立方）转变为,-,铁（面心立方），在,912,时，,-,铁（面心立方）又转变为,-,铁（体心立方）,1/30/2026,6,二合金的相结构与结晶,1,合金的相结构,相是合金中同一成分同一结构和原子聚集状态，同一性能的均匀组成部分，合金中的基本相包括：纯金属，固溶体和化合物。,(1),纯金属相,1394,以上纯铁是,-,铁相,1394912,纯铁是,-,铁相,912,以下纯铁是,-,铁相,1/30/2026,7,（,2,）固溶体：某元素的晶格中溶有其他元素原子的相称为固溶体,置换式固溶体：溶剂晶格中部分结点上的原子被溶质原子置换,间隙式固溶体：溶质原子处于溶剂晶格的间隙中。,（,1,）金属化合物,（,2,）机械混合物：钢和铸铁中的珠光体，莱氏体,1/30/2026,8,2,二元合金相图 现介绍几种基本结晶转变形式,（,1,）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体,杠杆定律：计算两相区内，某一成分合金在某一温度时两相的成分和含量。,（,2,）共晶转变：从液相中同时结晶出两种固体,(,共晶体,),（,3,）共析转变：从一种固相中转变为两种固,(,共析体,),（,4,）包晶转变：由先结晶的固相与剩余的液相反应生成另一固相,1/30/2026,9,3,铁碳状态图,(1),铁碳合金的基本相,铁氏体：是碳溶于,-,铁中的固溶体，它的溶碳能力很小,奥氏体：是碳溶于,-,铁中的固溶体，它的溶碳能力较大,渗碳体：是铁的碳化物，,Fe3C,表示，其含碳量,6.69%,1/30/2026,10,（,2,）铁碳状态图（,Fe-Fe3C,状态图）,1/30/2026,11,特征点和线介绍,液相线,ACD,、固相线,AECF,、共晶线,ECF,、共析线,PSK,、,ES,线、,GS,线、,PQ,线,平衡结晶过程及其组织,工业纯铁结晶过程 室温组织为铁素体,+,三次渗碳体,共析钢结晶过程 室温组织为珠光体,亚共析钢结晶过程 室温组织为铁素体,+,珠光体,过共析钢结晶过程 室温组织为珠光体,+,二次渗碳体,共晶白口铁结晶过程 室温组织为低温莱氏体（渗碳体基体及分布在其上的珠光体）,亚共晶白口铁结晶过程 室温组织为珠光体,+,二次渗碳体,+,低温莱氏体,过共晶白口铁结晶过程 室温组织为一次渗碳体,+,低温莱氏体,选材,指导热工艺制定,1/30/2026,12,2,钢的热处理原理,一临界点 反应固态组织转变的临界温度,Ac1,珠光体向奥氏体转变的实际开始温度（加热）,Ar1,奥氏体向珠光体转变的实际开始温度（冷却）,Ac3,游离铁素体全部转变为奥氏体的终了温度（加热）,Ar3,奥氏体开始析出游离铁素体的温度（冷却）,Accm,二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度（加热）,Arcm,奥氏体开始析出二次渗碳体的温度（冷却）,1/30/2026,13,二加热时的转变,1,奥氏体化过程：奥氏体的形成要通过铁，碳原子的扩散来实现，属于扩散性相变，大致分为以下四个阶段：,(1),奥氏体晶核形成 优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成,（,2,）奥氏体晶核长大 成长是向奥氏体和渗碳体两侧长大推移的过程,（,3,）残余渗碳体溶解 是碳原子扩散和渗碳体向奥氏体的晶格改组过程,（,4,）奥氏体均匀化 碳原子充分扩散过程,2,影响奥氏体化的因素,（,1,）加热速度,（,2,）加热温度,（,3,）合金元素,（,4,）原始组织,1/30/2026,14,3,奥氏体晶粒度,(1),初始晶粒度 细小而均匀,（,2,）实际晶粒度 一般总是大于初始晶粒度,（,3,）晶粒长大后在冷却时就不能再变小，只有通过重结晶,(,重新奥氏体化,),才能使晶粒变小。,（,4,）奥氏体晶粒度对钢性能的影响 奥氏体晶粒越细，屈服强度和冲击韧性越高，综合性能越优良。,1/30/2026,15,三冷却时的转变,1,过冷奥氏体的等温转变（,1,）表示过冷奥氏体在,A1,以下多个不同温度保温过程中发生的转变量与转变时间关系曲线，如下图,左边为奥氏体开始转变线,右边为奥氏体转变转变终了线,Ms,是奥氏体向马氏体转变开始温度线,Mf,是奥氏体向马氏体转变终止温度线,1/30/2026,16,(2)C,曲线分析,不同温度下过冷奥氏体稳定性是不同的（孕育期不同），大约在,550,左右达最低稳定性。即孕育期最短转变速度最快，常称此为“鼻子”。,在,C,曲线的鼻子以上，即,A1500,之间是珠光体转变区，属扩散型,在,C,曲线的鼻子以下，大约,500Ms,之间是奥氏体转变区，属半扩散型,在,Ms,线以下，过冷奥氏体发生马氏体转变，此属非扩散型。,（,3,）影响,C,曲线因素,碳含量：奥氏体中碳含量增加,C,曲线、左移，,Ms,和,Mf,下降,合金元素：除钴和铅大于,2.5%,以外，其它合金元素溶入奥氏体后都使,C,曲线右移,加热条件,:,奥氏体化温度提高，时间加长，均使,C,曲线右移,1/30/2026,17,2,过冷奥氏体连续冷却转变,临界淬火速度：保证过冷奥氏体全部转变为马氏体的最小冷却速度。,共析钢连续冷却转变中没有贝氏体转变。,1/30/2026,18,四珠光体转变,1,组织形态与力学性能,（,1,）片状珠光体：按片间距分为珠光体、索氏体,(,细珠光体,),、屈氏体（极细珠光体）,片间愈小，相界面愈多，强度和硬度愈高，塑性开始是增高，当达,0.1m,时略有下降。,（,2,）粒状珠光体：是铁素体基体上分布着的细小颗粒状渗碳体的球化组织。渗碳体颗粒愈细小则强度和硬度愈高，反之颗粒较大且分布均匀则塑性高，粒状珠光体的切削加工性好，也是中低碳钢冷挤压适宜的原始组织。,1/30/2026,19,2,珠光体形成,（,1,）片状珠光体：奥氏体晶界是珠光体晶核优先形成之处。,（,2,）粒状珠光体：,由过冷奥氏体直接分解而形成,:,非自发形核，即球化退火,由淬火组织回火而形成,1/30/2026,20,片状珠光体,500,1/30/2026,21,粒状珠光体,500,1/30/2026,22,3,先共析相,（,1,）形成：也符合形核长大的相变规律，形核地点与长大方式如下：,低碳钢先共析铁素体在奥氏体晶界上形核，然后长大增厚直至彼此相碰最后成块状。,中碳钢和过共析钢先共析相也在奥氏体晶界上形核然后长大，最后变成沿奥氏体晶界连成网状。,魏氏组织铁素体先共析相不仅在奥氏体晶界上形核，也在奥氏体晶内特定晶面上形核，沿一定位相长大呈针状插入晶内，也有人称此为针状铁素体。,1/30/2026,23,（,2,）形状对性能的影响,网状铁素体降低钢的疲劳性能。,魏化组织铁素体对强度影响不大，但显著降低塑性和冲击韧性。,网状渗碳体增加钢脆性，淬火开裂性提高，实际生产中是不允许存在的，一般用调质处理或充分正火来消除。,1/30/2026,24,