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1、细心整理二近代物理学观点认为，处于凝合态金属原子，全部或大部将它们价电子奉献出来，为其整个原子集体所公有，称之为电子云或电子气。奉献出价电子原子，那么变为正离子，沉溺在电子云中，它们依靠运动于其间公有化自由电子静电作用而结合起来，这种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。固体金属依据其原子排列特点可以分为三类：晶体金属、非晶金属和准晶金属晶体构造指晶体中原子在三维空间有规律周期性具体排列方式晶格用假想直线将原子中心连接起来所形成三维空间格架。直线交点原子中心称结点。由结点形成空间点阵列称空间点阵。晶胞能代表晶格原子排列规律最小几何单元。晶格常数取晶胞角上某一结点作为原点，沿其三条棱边作为三
2、个坐标轴X、Y、Z，称为晶轴，以棱边长度a、b、c和棱面夹角、表示晶胞形态和大小。其中棱边长度称为晶格常数，单位为最典型最常见有三种类型，即体心立方构造、面心立方构造和密排六方构造。前两者属于立方晶系，后者属于六方晶系。体心立方构造晶胞模型如下图。晶胞三个棱边长度相等，三个轴间夹角均为90，构成立方体。除了在晶胞八个角上各有一个原子外，在立方体中心还有一个原子面心立方构造晶胞如下图。在晶胞八个角上各有一个原子，构成立方体，在立方体六个面中心各有一个原子密排六方构造晶胞如下图。在晶胞12个角上各有一个原子，构成六方柱体，上底面和下底面中心各有一个原子，晶胞内还有三个原子在晶体中，由一系列原子所组
3、成平面称为晶面，随意两个原子之间连线所指方向称为晶向。为了便于探究和表述不同晶面和晶向原子排列状况及其在空间位向，须要有一种统一表示方法，这就是晶面指数和晶向指数。原子排列完全一样晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用hkl和表示原子严密程度不同，意味着原子之间距离不同，那么导致原子间结合力不同，从而使晶体在不同晶向上物理、化学和力学性能不同，即无论是弹性模量、断裂抗力、屈服强度，还是电阻率、磁导率、线膨胀系数以及在酸中溶解速度等方面都表现出明显差异。具有两种或几种晶体构造，即具有多晶型或同素异构当外部条件如温度和压强变更时，金属内部由一种晶体构造向另一种晶体构造转变称为多晶型转变或同素异构转变
4、。晶体缺陷不但对金属及合金性能，其中特别是那些对构造敏感性能，如强度、塑性、电阻等产生重大影响，而且还在扩散、相变、塑性变形和再结晶等过程中起着重要作用点缺陷其特征是三个方向上尺寸都很小，相当于原子尺寸，例如空位、间隙原子等。线缺陷其特征是在两个方向上尺寸很小，另一个方向上尺寸相对很大。属于这一类主要是位错。面缺陷其特征是在一个方向上尺寸很小，另外两个方向上尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界等。点缺陷破坏了原子平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。位错有多种类型，其中最简洁、最根本类型有两种：一种是刃型位错，另一种是螺型位错位错是一种极为重要晶体缺陷，它对于金
5、属强度、断裂和塑性变形等起着确定性作用刃型位错设有一简洁立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处边缘就是一个刃型位错，犹如用一把锋锐钢刀将晶体上半局部切开，沿切口硬插入一额外半原子面一样，将刃口处原子列称之为刃型位错线刃型位错具有以下几个重要特征： 1刃型位错有一额外半原子面。2位错线是一个具有必需宽度瘦长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变。对于正刃型位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下为拉应力。负刃型位错及此相反。3位错线及晶体滑移方向相垂直，位错线运动方向垂直于位错线螺型位错设想在立方晶体右端施加一切应力，使右端上下两局部沿滑移面发生了一个原子间距相对切变，于是就
6、出现了已滑移区和未滑移区边界BC，BC就是螺型位错线。由于位错线旁边原子是按螺旋形排列，所以这种位错叫做螺型位错。螺型位错具有以下重要特征: 1螺型位错没有额外半原子面。 2螺型位错线是一个具有必需宽度瘦长晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变。 3位错线及晶体滑移方向平行，位错线运动方向及位错线垂直。柏氏矢量 柏氏矢量是描述位错实质一个很重要标记，它集中地反映了位错区域内畸变总量大小和方向位错对金属材料性能影响金属塑性变形主要由位错运动引起，阻碍位错运动是强化金属主要途径。削减或增加位错密度都可以提高金属强度实际晶体中常常含有大量位错，通常把单位体积中所包含位错线总长度称为位错密度另一个定
7、义是：穿过单位截面积位错线数目，单位也是cm-2。晶体构造一样但位向不同晶粒之间界面称为晶粒间界，简称晶界。当相邻晶粒位向差小于10时，称为小角度晶界；位向差大于10时，称为大角度晶界由于晶界上原子或多或少地偏离了其平衡位置，因而就会或多或少地具有晶界能，一般为13J/m2。晶界能越高，那么晶界越不稳定。高晶界能就具有向低晶界能转化趋势，这就导致了晶界运动。晶粒长大和晶界平直化都可削减晶界总面积，从而降低晶界总能量。晶界迁移是原子扩散过程，只有在比拟高温度下才有可能进展。晶粒越细，金属材料强度和硬度便越高。因此，对于在较低温度下运用金属材料，一般总是盼望获得较细小晶粒。由于晶界能存在，使晶界熔
8、点低于晶粒内部，且易于腐蚀和氧化。晶界上空位、位错等缺陷较多，因此原子扩散速度较快，在发生相变时，新相晶核往往首先在晶界形成。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力作用下金属晶体才能产生塑性变形塑性变形形式：滑移和孪生滑移是指晶体一局部沿必需晶面和晶向相对于另一局部发生滑动位移现象。滑移只能在切应力作用下发生。产生滑移最小切应力称临界切应力。滑移常沿晶体中原子密度最大晶面和晶向发生。？因原子密度最大晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。发生滑移晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中密排面和密排方向。一个滑移面和其上一个滑移方向构成一个滑移系。滑移系越
9、多，金属发生滑移可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性奉献比滑移面更大。金属塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。滑移是通过滑移面上位错运动来实现。金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；须要协调具有不同位向晶粒越多，使金属塑性变形抗力越高。晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参及变形晶粒数目也越多，变形越匀整，使在断裂前发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗功也大，因而其韧性也比拟好。通过细化晶粒来同时提高金属强度、硬度、塑性和韧性方法称细晶强化。结晶过程必需是凝固过程和相变过程，凝固过程不必需是结晶过程和相变过程，相变过程不必需是结晶过程
10、和凝固过程。非匀整形核更为普遍。晶核长大有两种方式，即匀整长大和树枝状长大金属晶粒大小称为晶粒度，通常用晶粒平均面积或平均直径来表示。也可以用单位体积内晶粒数目来表示。数目越多，晶体越小。晶粒大小对金属力学性能、物理性能和化学性能均有很大影响。如金属强度、硬度、塑性和韧性等都随晶粒细化而提高。金属在固态下随温度变更，由一种晶格变为另一种晶格现象，称为金属同素异晶转变。组成合金最根本独立物质称为组元，组元可以是元素或稳定化合物。合金优良性能是由合金各组成相构造及其形态所确定。组织是指用肉眼或显微镜所视察到材料内部微观形貌相、晶粒、晶界、缺陷、夹杂物等。合金中相构造一类是固溶体，其晶体构造及组成合
11、金一个金属组元构造一样；习惯以、表示。及合金晶体构造一样元素称溶剂。其它元素称溶质。另一类是金属化合物中间相，其晶体构造及组元构造不同。在固溶体中，随着溶质浓度增加，固溶体强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降，这种现象称为固溶强化及纯金属相比，固溶体强度、硬度高，塑性、韧性低。及金属化合物相比，固溶体硬度要低得多，而塑性和韧性那么要高得多。从液相中结晶出单一固相转变称为匀晶转变或匀晶反响共晶反响产物，即两相机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反响温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分点称共晶点。具有共晶成分合金称共晶合金。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左合金称亚共晶合金，位于共晶点以右合金称
12、过共晶合金。在必需温度下，由一个液相包着一个固相生成另一新固相反响称包晶转变或包晶反响。共析反响(共析转变)是指在必需温度下，由必需成分固一样时析出两个成分和构造完全不同新固相过程铁碳合金中共析体称珠光体用P表示奥氏体碳在-Fe中固溶体称奥氏体强度低、塑性好，钢材热加工都在区进展A或表示含碳量对力学性能影响亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢强度、硬度提升，塑性、韧性下降。0.77%C时，组织为100% P, 钢性能即P性能。0.9%C，Fe3C为晶界连续网状，强度下降, 但硬度仍上升。2.11%C，组织中有以Fe3C为基Le,合金太脆。含碳量对工艺性能影响 切削性能: 中碳钢适宜 可锻性能:
13、 低碳钢好 焊接性能: 低碳钢好 铸造性能: 共晶合金好三热处理只适用于固态下发生相变材料，不发生固态相变材料不能用热处理强化。热处理？是指将钢在固态下加热、保温顺冷却，以变更钢组织构造，获得所须要性能一种工艺。平凡热处理退火正火淬火回火外表热处理外表淬火感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等其他热处理限制气氛热处理真空热处理形变热处理激光热处理影响奥氏体晶粒长大因素加热温度和保温时间: 加热温度高、保温时间长, 晶粒粗大。加热速度: 加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细。合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、M
14、o、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。促进奥氏体晶粒长大元素：Mn、P、C、N。 原始组织:钢原始组织越细，碳化物弥散度越大，那么奥氏体晶粒越细小奥氏体在相变点A1以下不立刻发生转变，而经过一个孕育期后才起先转变，这种在孕育期短暂存在、处于不稳定状态奥氏体称为“过冷奥氏体”过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。依据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体 厚薄片间距越小，钢强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。珠光体转变是扩散型转变下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好综合力学性能，是生产
15、上常用强化组织之一贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，晶格类型变更是通过切变实现。马氏体转变是强化钢重要途径之一马氏体形态主要取决于其含碳量：C%小于0.2%时，组织几乎全部是板条马氏体。C%大于1.0%C时几乎全部是针状马氏体.C%在0.21.0%之间为板条及针状混合组织。原始奥氏体晶粒细，转变后马氏体片也细。马氏体硬度主要取决于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加马氏体强化主要缘由是过饱和碳引起固溶强化。此外，马氏体转变产生组织细化也有强化作用。马氏体塑性和韧性主要取决于其亚构造形式。针片马氏体脆性大，板条马氏体具有较好塑性和韧性。无扩散性 共格切变性 降温形成高速长大 转变不完全过冷奥氏体转变方式有等温转变和连续冷却转变两种退火及正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 热处理工艺叫做退火
