金属材料及热处理 常用金属材料的一般知识 金属的晶体结构 金属的结晶 合金的组织结构 二元合金和Fe-Fe3C相图 钢的热处理常用金属材料的一般知识 金属材料分类：黑色金属：以铁为基体的合金。有色金属：不含碳的金属。 基本性能：1、使用性能：物理性能：熔点、密度、导电性、导热性、热膨胀性机械性能：强度、硬度、塑性、韧性等。化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性2、工艺性能：铸造性、压力加工性、切削性、焊接性、热处理性常用金属材料的分类、牌号 碳素结构钢（c≤2.11%)低碳钢c＜0.25%中碳钢0.25%~0.6%高碳钢＞0.6%普通碳素结构钢牌号：Q235A优质碳素结构钢牌号:4545Mn 合金钢低合金钢:合金元素含量＜5%中合金钢:合金元素含量5%~0.6%高合金钢:合金元素含量＞0.6%普通低合金钢牌号:16Mn15MV不锈钢牌号:1Cr18Ni9Ti金属的晶体结构 晶体与非晶体⑴晶体：原子按一定的秩序作有规则排列。如：冰、食盐、石墨。⑵非晶体：原子作无秩序的紊乱堆积称为非晶体。如；松香、石蜡、玻璃。 晶格：描述晶体中原子规则排列方式的空间几何图形称为晶格。晶格类型 体心立方晶格：68%体积为原子，32%体积为空隙。代
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类型：。Cr、Mo、W、V、α-Fe特点：强度大、塑性好 密排六方晶格：74%体积为原子，26%体积为空隙。代表类型：Mg、Zn、Bi、Cd。 面心立方晶格：74%体积为原子，26%体积为空隙。代表类型：Al、Cu、Ni、Pb、γ-Fe。特点：塑性好。金属的结晶 结晶的概念液态金属冷却到凝固温度时，原子由无序状态转变为按一定的几何形状作有序的排列。金属的这种由液态转变为固态的现象叫做结晶。 结晶温度指金属这时即不结晶也不熔化，即液态金属与其晶体处于平衡状态，故称平衡结晶温度。 理论结晶温度(极缓冷却)（T0） 实际结晶温度（T1） 过冷：液体金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。ΔT=（T0-T1）冷却速度越大，过冷度越大，结晶后所得的晶粒越细，机械性能越好。 液态金属的结晶过程也就是凝固过程 两个阶段：晶核的形成和晶核的长大 自发晶核：液态金属中的一些原子，自发的聚集在一起按金属晶体的固有规律排列起来而形成，叫做自发晶核。 外来晶核：液态金属中一些外来的微细的固态质点而形成。 晶粒：晶核长成的晶体叫做晶粒 晶界：晶粒之间的接触面叫做晶界晶粒大小对力学性能影响 晶粒细，晶界就多。金属的晶粒越细，力学性能越好 细化晶粒
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⑴变质处理细化晶粒⑵增加冷却速度细化晶粒⑶热处理和压力加工的方法细化晶粒金属的同素异构转变 定义:金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象 铁的同素异构性质也影响到钢，钢在冷却时，γ-Fe同样转变为α-Fe，铁的同素异构转变，使得钢能够进行各种热处理纯铁的同素异构转变1535～1390℃体心立方晶格δ-Fe1390～910℃面心立方晶格γ-Fe910℃体心立方晶格α-Fe合金的组织结构 合金：一种金属元素与其它金属元素或非金属，通过熔炼或其它方法结合成的具有金属特性的物质。 合金的组织1、化合物：合金各组元的原子按一定的整数比化合而成的一种新的金属化合物。它具有与组成原来晶格不同的特殊的新晶格。（Fe3C）化合物的性质与组成合金的组元的性质有显著不同，硬度和脆性显著提高。2、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体，叫做固溶体。固溶体是单一均匀的物质。固溶体的强度和硬度比纯金属高。3混合物：当组成合金的各组元在固态下既互不溶解，由不形成化合物，而是按照一定的重量比例，以混合方式存在着，各组元的原子仍保持按照自己原来的晶格类型机械混合物比单一固溶体合金强度、硬度有较大提高，但塑性和可锻性降低。二元合金和Fe-Fe3C相图 二元合金二元合金是指由两个组元组成的合金。 二元合金相图合金相图就是表示合金系结晶过程的简明图解，它是研究合金成分、温度和结晶组织之间变化规律的一个及其重要的工具。Fe-Fe3C相图的构造铁素体F渗碳体Fe3C珠光体P奥氏体A莱氏体LdACD线——液相线AECF——固相线GS——A出F开始线ES线——C在A中的溶解度曲线ECF——共晶转变线PSK——共析转变线Fe-Fe3C相图的应用 在制定热加工工艺方面的应用1、铸造方面的应用2、轧钢和锻造方面应用3、在焊接方面的应用4、热处理方面的应用 材料方面的应用钢的热处理 热处理的概念钢在固态下加热到一定温度，在这个温度保持一定时间，然后以一定冷却速度冷却到室温，以获得所希望的组织结构和工艺性能 退火退火—将钢加热到适当温度，并保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。目的:1、降低硬度，提高塑性以利于切削加工和冷变形加工；2、细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作准备；3、消除残余应力，防止变形和开裂。 正火概念：将钢材或钢件加热到AC3或ACcm以上30℃～50℃保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺方法称为正火。目的：正火与退火两者目的基本相同，但正火冷却速度比退火快，故正火钢的组织较细，强度、硬度比退火钢高。正火主要用于普通结构零件，当力学性能要求不高时可作为最终热处理。 淬火概念；将钢加热到AC3或ACcm以上某一温度，保持一定时间，然后以适当的冷却速度冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。目的：把奥氏体化的钢件淬火成马氏体，从而提高钢的硬度、强度和耐磨性，更好地发挥钢材的性能潜力。 回火概念：钢件淬火后，再加热到AC1线以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。目的：1、减少或消除工件淬火时产生的内应力，防止工件在使用过程中的变形和开裂；2、提高钢的韧性，适当调整钢的强度和硬度，使工件达到力学性能，以满足需求；3、稳定组织，使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的形状和尺寸不变，保证精度。
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