材料科学基础 教学课件 作者 王章忠 1_ 第十一章　固态相变与材料处理.ppt

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1、第一节　固态相变总论一、固态相变的特点与分类(一)固态相变的特点(二)固态相变的分类二、相变的热力学(一)相变时自由能变化(二)相变时临界形核条件三、相变的动力学图11-1　形核速率与过冷度的关系曲线第十一章　固态相变与材料处理第二节　过饱和固溶体的分解一、脱溶分解图11-2　有过饱和固溶体分解转变的合金相图二、调幅分解图11-3　调幅分解溶质含量变化与分布示意图第三节　钢的加热及组织转变一、奥氏体的形成(一)奥氏体化过程(二)影响奥氏体转变速度的因素(三)奥氏体的组织、结构和性能图11-?4　碳钢加热和冷却时的相变点图11-5　珠光体向奥氏体转变示意图a)奥氏体形核　b)奥氏体长

2、大　c)残余FC溶解　d)奥氏体均匀化二、奥氏体晶粒长大及其控制(一)钢的奥氏体晶粒度指奥氏体化后实际晶粒大小表示方法：晶粒直径、单位面积中奥氏体晶粒数目(二)奥氏体晶粒的长大与控制影响奥氏体晶粒长大的因素：加热温度、保温时间、加热速度、化学成分1、加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒将越粗大。2、加热速度越大，可以获得细小的奥氏体起始晶粒，但奥氏体晶粒很容易长大，所以快速加热时，需短时保温才能获得细小的奥氏体晶粒。三、钢的加热缺陷(一)氧化氧化是炉气中的氧化性气体与铁化合形成氧化皮最外层是如氧化皮的现象。形成氧化缺陷的因素有炉气成分。(二)脱碳脱碳是钢表面巾的碳在高温下与氧或

3、氢发生化学反应、生成一氧化碳或甲烷等可燃气体被烧掉而造成的。(三)过热加热温度与保温时间。加热温度越高晶粒越粗大。通常把品粒开始急剧长大的温度称为晶粒长大的临界温度并视为该种金属的过热温度。钢的过热温度与其化学成分有关。(四)过烧发生氧化形成易熔共品体氧化物破坏了晶粒问的联系这种现象称为过烧。一、过冷奥氏体冷却转变第四节　钢的冷却及组织转变(一)过冷奥氏体等温转变图11-?6　共析钢过冷奥氏体等温转变曲线(二)过冷奥氏体连续冷却转变图11-7　共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线二、过冷奥氏体转变产物的组织与性能(一)珠光体转变表11-1　珠光体转变组织特征与性能(二)贝氏体转变图11

4、-9　贝氏体的显微组织a)上贝氏体　b)下贝氏体三、影响C曲线的因素(一)奥氏体成分图11-14　合金元素对C曲线的影响a)非碳化物形成元素　b)碳化物形成元素(二)钢的组织状态第五节　钢的整体热处理一、退火(一)完全退火(二)等温退火(三)球化退火(四)均匀化退火(五)去应力退火二、正火(一)正火工艺与目的(二)正火的主要应用三、淬火(一)钢的淬火工艺(二)常用淬火方法(三)钢的淬透性和淬硬性(四)常见淬火缺陷简介四、回火(一)淬火钢的回火转变及组织性能变化(二)回火的分类与应用(三)回火脆性第六节　材料表面处理技术一、概述(一)材料表面技术的目的与作用(二)表面技术的分类(三)

5、材料表面技术的应用表11-3　　材料表面技术赋予材料的特性二、表面淬火(一)感应加热淬火工作原理是将工件放在足够功率输出的感应线圈中，在高频交流磁场的作用下产生很大的感应电流，并由于集肤效应而集中分布于工件表面，是受热区迅速加热到钢的相变临界温度Ac3或Acm之上，然后在冷却介质中快速冷却，使工件表层获得马氏体。三种工艺均使用喷水冷却，获得的组织均为马氏体且淬火压应力大。工艺特点为淬硬层深度调节方便，重复性好，适合大批量生产，生产成本适中，主要局限性为存在“尖角效应”，只能加工形状相对简单的零件。(二)火焰加热淬火加热时间为10～100s，冷却方式为水冷，淬火组织为马氏体，过渡区深

6、。其工作原理为将高温火焰或燃烧着的炽热气体喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温度，然后在一定淬火介质中冷却三、表面化学热处理(一)钢的渗碳渗碳的目的将碳渗入低碳钢或低碳合金钢工件表面使起达到共析或过共析成分时的含碳量再淬火合低温回火提高表面的硬度.强度.抗疲劳性和耐磨性心部仍保持一定的强度和良好的韧性。(二)钢的渗氮渗氮的目的是将氮原子渗入钢件表面形成以氮化物为主的渗氮层以提高渗层的硬度.耐磨性抗蚀性疲劳强度等性能.(三)钢的碳氮(氮碳)共渗又称为氰化钢件表面同时渗入碳和氮原子.四、表面形变强化(１)表面喷丸强化。喷丸是国内外广泛使用的一种在再结晶温度以下的表面强化方法，可显著提高抗

7、弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳、抗应力腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐蚀点（孔蚀）能力，它具有操作简单、耗能少、效率高、适应面广等优点，是金属材料表面改性的有效方法.(２)表面滚压强化。利用特制的滚压工具,对零件表面施加一定压力,使零件表面层的金属发生塑性变形,从而提高表面粗糙度和硬度,五、电镀和化学镀(一)电镀在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂